[发明专利]一种分置式超大膨胀比发动机及调控方法

说明书

本发明公开了一种分置式超大膨胀比发动机及调控方法，属于发动机领域，包括气体压缩装置、膨胀做功装置及高压管道，气体压缩装置、膨胀做功装置之间设有高压气罐，高压气罐通过高压管道与气体压缩装置、膨胀做功装置气路连接，膨胀做功装置的气缸容积＞进气自然体积。和普通奥拓循环内燃机不同，本分置式发动机将压气冲程移至做功缸外的气体压缩装置中进行，并设置高压气罐对压缩气体进行缓冲、稳压和暂存。通过一定的技术方案和调控方法，使得本发动机在各种工况下均能轻松地、低成本实现阿特金森循环，而且在小油门工况下实现膨胀比远大于压缩比，从而大幅降低油耗，小油门工况下尤其明显。

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种分置式超大膨胀比发动机及调控方法。

背景技术

在常规的奥拓循环内燃发动机中，在每次循环中四个冲程：进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程均在一个气缸中完成，活塞的压缩行程和做功行程相等且小于气缸长度，压缩比和膨胀比相等且固定。结果1，活塞做功行程结束，缸内气体仍有较高的剩余气压，高温燃气未能充分膨胀做功，造成能量浪费，这点在大油门工况下表现尤甚；在普通四冲程发动机万有特征曲线图中也可看出，相同转速下，扭矩(油门)在中高值以上时，扭矩(油门)越大，燃料效率则急剧降低。结果2，小油门工况下，汽油机节气风门开度减小，每循环进气量显著减少，但是压缩终了时气体体积和大油门时一致，但密度减小了，这就造成点火燃烧时，缸内燃气温度、密度和气压均大幅减少，进而造成燃料效率低下；在普通四冲程发动机万有特征曲线图中也可看出，相同转速下，扭矩(油门)在中高值以下，扭矩(油门)越小燃料效率越低；柴油机也是如此，只是原因有所不同。结果3，由于压缩过程也在做功气缸内进行，压缩过程产生的高温无法有效降温，这就造成汽油机压缩比只能采用较低值，否则会造成爆震破坏，而低压缩比意味着低燃油效率。结果4，排气行程结束时仍有剩余容积，容积利用率低，并造成废气难以排空，进而造成一系列问题。结果5，为实现曲轴旋转一周完成一个动力冲程，要求配置两个内燃气缸。

事实上，市面上的汽车发动机属奥拓循环内燃机，而且汽油机居多，大部分发动机大部分时段运行在非中高扭矩(油门)这个工况下，故综合燃油效率很低，汽油机尤甚，甚至达不到15％。如能显著提高现有发动机的燃油效率，特别是提高非中高扭矩(油门)这个工况下的燃油效率，对实现节能减排，意义重大。

其他类似现有技术

阿特金森循环发动机：和奥拓循环发动机类似，属于四冲程，能实现膨胀比大于压缩比，但结构复杂，维修麻烦，压缩气体无法有效降温，用于汽油机时压缩比较低，燃油效率较低；

米勒循环发动机：与阿特金森差不多，都是属于四冲程，膨胀比大于压缩比，只不过采用的是气门早关实现，在进气行程结束前，提前关闭气门。缺点是高负荷是会导致发动机功率不足，低油门工况下压缩比降低较多，需要复杂的配气机构，压缩气体无法有效降温，用于汽油机时压缩比较低，燃油效率较低；

中国专利CN 102472152 A公开一种具有点火和充气模式的分开式循环空气混合动力发动机：属于分置式，即压缩和做功发生在不同气缸；其配气机构及配气调控相当复杂，压缩比不固定、不稳定，不利于发动机正常工作，且燃油效率较低；

中国专利CN107407190A公开一种分置循环发动机：属于分置式，其整体结构复杂，配气机构及配气调控相当复杂，压缩比不固定、不稳定，不利于发动机正常工作，燃油效率较低。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种分置式超大膨胀比发动机，将压缩和膨胀做功分开进行，通过一定的技术手段，使得在各种工况下均能轻松地、低成本实现阿特金森循环，而且在小油门工况下实现膨胀比远大于压缩比，从而大幅降低油耗，小油门工况下尤其明显。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

构造方案