[发明专利]横跨气门系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于分开式循环(split-cycle)发动机的横跨气门系统以及控制该系统的相应方法，特别地，本发明涉及对较大打开压差力提供有效解决方案的系统。

背景技术

一种分开式四冲程循环内燃机描述在美国专利No.6,543,225、No.6,952,923和No.6,986,329中，但不限于这些专利文件。它包括至少一个动力活塞和相应的扩张或动力气缸，以及至少一个压缩活塞和相应的压缩气缸。动力活塞通过四冲程循环的作功冲程和排气冲程往复运动，同时压缩活塞通过进气冲程和压缩冲程往复运动。压力室或横跨通道通过一个或多个横跨进气气门以及一个或多个横跨排气气门将压缩和动力气缸互连，所述横跨进气气门提供从压缩气缸到横跨通道的基本上单向气流，所述横跨排气气门提供横跨通道和动力气缸之间的气流连通。在该专利申请中，横跨气门仅指横跨排气气门，而非进气气门。发动机进一步包括分别位于压缩和动力气缸上的进气气门和排气气门。根据所参照的专利以及其它相关改进，分开式循环发动机潜在地提供燃料效率方面的许多优点，尤其当与跟横跨通道互连的额外的空气或气体存储罐结合时，其使得能够将发动机作为空气混合式发动机来进行操作。相对于电混合式发动机，空气混合式发动机潜在地能够以更低的制造和废物处理成本提供很多--如果不是更多--燃料经济性益处。

为了实现潜在的益处，在横跨通道中的空气或者空气-燃料混合物对于整个四冲程循环必须维持在预定燃烧条件压力，例如大约18.6巴(或270psi)，如美国专利No.6,543,225所述的。压力可以达到50巴(735psi)或更高，如美国专利No.6,952,923、美国专利No.6,986,329以及由Scuderi Group，LLC在SAE 2006 Congress上以及于2006年5月在European AutomotiveDesign上发布的标题为“Scuderi air Hybrid Engine”的小册子所述的。在图1的曲线14示出的是根据美国专利公开US2009/0038598-A1的在某分开式循环发动机的横跨通道的下游端和动力气缸内部的动压力分布图。点火发生在大约18度ATDC(动力气缸的上止点(Top Dead Center)之后)。横跨气门(XV)分别在-5度ATDC(或在TDC或BTDC之前5度)和25度ATDC打开和关闭，其呈现窄的打开窗。类似地，严格的定时同样在美国专利No.6952,923中进行介绍。在TDC处或附近打开横跨气门，当动力气缸体积处于其最小值时，有助于减小动力气缸内的气体的再压缩并提高效率。通过在TDC之前几度打开，而不是恰好在TDC时或者之后，这有助于扩展气门打开窗。

为了在横跨通道中密封住恒久高压，实用的横跨气门最有可能为具有向外(也就是离开动力气缸，而不是进入动力气缸中)打开运动的提升气门或者圆盘气门，如美国专利No.4,170,970中所建议的。向外气门设计一般实施用于具有高压歧管的场合，例如各种压缩机排气阀，如美国专利No.4,253,805和SAE Paper 2005-01-1884中所示的。此外，向外打开设计对于处理具有小的燃烧室的任何设计的发动机气门和活塞之间的干涉是期望的，如美国专利6,952,923(第14栏第63行和第22栏第33行)中记载的，尤其是当压缩比大于80∶1时，如美国专利No.6,952,923(权利要求3)所要求保护的，其实际上在TDC周围没有留出燃烧室。向外设计因此进一步示出在美国专利No.4,170,970、No.7,421987和No.7,636,984以及美国专利申请2008/0054205-A1、2009/0038598-A1、2009/0038599-A1、2009/0039300-A1、2009/0133648-A1和2009/0044778-A1的附图中。