[发明专利]用于改进的发动机冷却及能量产生的系统和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月12日申请的，美国临时专利申请号为61/523,157,题为“用于改进的发动机冷却及能量产生的系统和方法”的优先权以及权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

以下的公开总体上涉及用于以更高的效率操作内燃机的系统及方法，该系统及方法通过将工作流体注入到燃烧室中来冷却燃烧室从而能够使传统的内燃机冷却系统的重量降低并使维护减少，并且使随后的发动机具有产生能量的能力。

背景技术

传统的内燃机产生能量，并且内燃机的自然副产品是热量。现有的内燃机设计为浪费通过燃烧而释放的大部分热量，并且将相对较少的部分转换为有用功。浪费的热量必须通过水套、空气散热片以及通过排出的废气被排除(rejected)。如果没有适当地阻止，燃烧室部件如活塞组件、汽缸、进气和排气阀的过热导致增加的摩擦力、干扰和故障。热量必须从燃烧室部件中移除，因此通常的发动机系统包含沉重的、大体积的冷却结构，如散热片、冷却套管、以及其他从内燃机中将热量移除的结构。然而，这些部件仅移除热量，并不能令人满意地将热能转换为有用功。存在对内燃机的热量管理及保存的改进方法的需求。进一步存在减少或者消除传统的冷却系统需要的寄生载荷的需求，随之而来的在燃料消耗、维护的常见问题(泄漏、腐蚀、零件更换等)以及增加的温室气体的排放方面的发动机寿命成本。

附图说明

图1为根据本发明实施例配置的内燃机以及一系列二级发动机的示意图。

图2为根据本发明的实施例配置的发动机以及用于将工作流体和排气导入到一个或多个二级发动机的门的示意图。

图3为根据本发明的实施例配置的一种用于监测内燃机内的过程以及传输工作流体至所述内燃机的方法的流程图。

图4为根据本发明的实施例的一种用于监测一级内燃机内的过程以及根据二级发动机中的需要传输工作流体的方法的流程图。

图5为根据本发明的实施例配置的具有多个汽缸、多个传感器以及一个控制器的发动机的局部示意图。

图6为根据本发明的实施例配置的一个四冲程燃烧循环以及工作流体注入正时(timing)的示意框图。

具体实施方式

本技术大体上涉及改进的发动机冷却及能量产生系统和方法。在一些实施例中，所述系统和方法包括具有一个或多个燃烧室的内燃机，在所述燃烧室中燃烧燃料和空气以产生能量。所述燃烧室的运作可包括奥托循环、狄塞尔循环或者任何其他合适的能量循环。通常，这些能量循环包含发动机的汽缸中的活塞和曲轴。燃料和空气的燃烧产生热燃烧气体，该热燃烧气体膨胀并随着活塞移动且在曲轴上产生转矩。

在本技术的一些实施例中，工作流体在燃烧循环的任何部分被注入燃烧室以冷却燃烧室并且做功。该工作流体通常可为任何类型的流体。实例包括水、甲醇、氨水以及其他任何合适的包含气体燃料的流体。使用燃烧室内部的工作流体冷却所述燃烧室能够代替其他的冷却结构，如散热片(fins)、或者冷却套管、或者其他惯常使用的用来在外部冷却发动机燃烧室的更庞大的、更沉重的冷却结构。从内部冷却发动机能够优于从外部冷却，至少是因为热量在燃烧室的内部产生，所以所述热量在被移除之前不需要通过燃烧室的材料被转移。本技术的系统和方法允许发动机比可比的具有传统的外部冷却结构的发动机重量更轻，体积更小，通过消除这种结构至少具有使车辆携带更小的发动机重量和需要更小的发动机空间的简单的益处。

发动机可包含一个或多个燃烧室。例如，汽车用内燃机通常包含4、6、或8个汽缸，每一个汽缸包含一个独立的燃烧室。在本技术的一些实施例中，每一个单独的燃烧室可以被监测，并且控制器可根据需要将工作流体引入到单独的腔室以实质上独立于其他的腔室地控制单独的燃烧室的关键部件的温度。