具有選擇性壓縮減少的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，更為具體的，本發(fā)明涉及一種具有選擇性壓縮減少的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在其技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒兩種不同類型燃料的混合物。一個(gè)示例性的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒液體燃料(例如柴油燃料)和氣體燃料(例如天然氣)。通過燃燒兩種不同類型的燃料，可以實(shí)現(xiàn)這兩種燃料的優(yōu)點(diǎn)(例如效率、能量、排放、花費(fèi)等等)。例如，柴油燃料能量密度更高，因而對(duì)于每體積所消耗燃料產(chǎn)生更多數(shù)量的能量。但是，天然氣更為豐富，因而比柴油燃料更便宜。另外，在一些應(yīng)用中，天然氣能更清潔地燃燒。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作的全部優(yōu)點(diǎn)，需要小心以保證不同燃料的合適燃燒。那即是，柴油燃料在壓縮比為約18:1時(shí)壓縮點(diǎn)火，而天然氣在更低的壓縮比(例如約12:1)點(diǎn)火。相應(yīng)地，當(dāng)天然氣被引入至具有高壓縮比的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可能發(fā)生天然氣的預(yù)先點(diǎn)火(也稱作爆震)。該預(yù)先點(diǎn)火會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，增加噪音，和/或引起對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。
[0004]在日本專利2008/202545 (下文中的’ 545專利)中公開了一種示例性的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置，該進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥以打開和關(guān)閉燃燒室的端口。與擴(kuò)散燃燒模式相比，在預(yù)混燃燒模式工作時(shí)進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置選擇性的加快進(jìn)氣閥的關(guān)閉。這個(gè)加快的關(guān)閉調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比以改善熱效率或燃料的點(diǎn)火性能，因而阻止了在預(yù)混燃燒時(shí)提前點(diǎn)火的發(fā)生。
[0005]盡管’545專利中的進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，但其不具備廣泛適用性。具體地，因?yàn)閴嚎s比調(diào)節(jié)通過進(jìn)氣閥的加快關(guān)閉實(shí)現(xiàn)，進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置在不具備進(jìn)氣閥的發(fā)動(dòng)機(jī)中不能使用。也就是說，該進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)裝置在兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中不具備適用性。另外，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥工作，可以會(huì)引起在相關(guān)的進(jìn)氣風(fēng)箱或歧管中壓力、溫度和/或燃料濃度的不希望的降低，而這會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定。另外，僅僅加快閥的關(guān)閉不能提供控制足夠的靈活性以控制所有情況的壓縮比。
[0006]本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題和/或本領(lǐng)域的其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以包括至少部分限定氣缸孔的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和設(shè)置在該氣缸孔內(nèi)的氣缸套。所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可以包括在該氣缸套中徑向形成的至少一個(gè)進(jìn)氣口，可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸套內(nèi)并且構(gòu)造成打開和關(guān)閉所述至少一個(gè)進(jìn)氣口的活塞，構(gòu)造成密封該氣缸套的一端并形成燃燒室的氣缸蓋，和設(shè)置在所述氣缸蓋中的至少一個(gè)排氣閥。所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還包括構(gòu)造成在打開和關(guān)閉位置之間周期性地移動(dòng)所述至少一個(gè)排氣閥的閥致動(dòng)系統(tǒng)，和構(gòu)造成選擇性地打斷所述至少一個(gè)排氣閥的周期性(循環(huán))運(yùn)動(dòng)以改變發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的壓縮比的可變正時(shí)裝置。
[0008]在另一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作(運(yùn)行)方法。所述方法包括徑向引入空氣至燃燒室，向氣缸套中選擇性地注入氣體燃料，向燃燒室中選擇性地注入液體燃料。所述方法還可以包括在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃?xì)怏w和液體燃料的混合物以移動(dòng)活塞和產(chǎn)生機(jī)械能。該方法還可以包括循環(huán)移動(dòng)排氣閥以從燃燒室中釋放載荷，和基于氣體燃料和液體燃料的混合物選擇性地中斷排氣閥的循環(huán)移動(dòng)以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。
【附圖說明】
[0009]圖1和圖2為示例性公開的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的剖視端面視圖；
[0010]圖3為與圖1和2中的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的不例性公開的時(shí)間圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出了示例性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的部分。發(fā)動(dòng)機(jī)10為兩沖程雙燃料(例如，壓縮點(diǎn)火燃料、如柴油，和氣體燃料、如天然氣)發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有限定至少一個(gè)氣缸孔14的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體12。氣缸套16可以放置在氣缸孔14內(nèi)，氣缸蓋18可以連接至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體12以密封氣缸孔14的端部?；钊?0可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸套16內(nèi)，活塞20同氣缸套16和氣缸蓋18 —起可以限定燃燒室22?？梢栽O(shè)想，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括任何數(shù)量的燃燒室22，所述燃燒室22可以以“直列”構(gòu)型、“V形”構(gòu)型、與活塞相對(duì)的構(gòu)型或以其它任何合適的構(gòu)型布置。
[0012]活塞20可以構(gòu)造為在氣缸套16內(nèi)在上止點(diǎn)(TDC)位置和下止點(diǎn)(BDC)位置之間往復(fù)移動(dòng)。具體地，活塞20可以樞接至曲軸24，該曲軸24可轉(zhuǎn)動(dòng)地放置在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體12內(nèi)，這樣，在氣缸套16內(nèi)的每一活塞20的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致曲軸24的轉(zhuǎn)動(dòng)。類似地，曲軸24的轉(zhuǎn)動(dòng)可以導(dǎo)致活塞20的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曲軸24轉(zhuǎn)過約180°時(shí)，活塞20可以移動(dòng)通過兩個(gè)完整沖程(例如，從TDC至BDC再至TDC)。發(fā)動(dòng)機(jī)10 (為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī))在這段時(shí)間可能會(huì)經(jīng)歷完整的燃燒循環(huán)，該循環(huán)包括做功/排氣/進(jìn)氣沖程(TDC至BDC)和進(jìn)氣/壓縮沖程(BDC至TDC)。
[0013]在進(jìn)氣沖程的最后階段，可以汲取空氣和/或迫使空氣通過位于氣缸套16的環(huán)形表面26中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣端口 25進(jìn)入燃燒室22。具體而言，當(dāng)活塞20在氣缸套16中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，最終會(huì)到達(dá)進(jìn)氣端口 25不再被活塞20所阻擋而代替為與燃燒室22流體連接的位置。當(dāng)進(jìn)氣端口 25和燃燒室22流體連接并且進(jìn)氣端口 25處的氣壓大于燃燒室22中的氣壓時(shí)，空氣會(huì)經(jīng)過進(jìn)氣端口 25進(jìn)入至燃燒室22。
[0014]氣體燃料(例如天然氣)可以在空氣進(jìn)入燃燒室22前、進(jìn)入期間和/或進(jìn)入后與空氣混合。在公開實(shí)施例中，單個(gè)徑向燃料注入器27顯示為與一個(gè)進(jìn)氣端口 25相關(guān)聯(lián)(也就是說通過相應(yīng)的端口 25注入氣體燃料)。然而可以設(shè)想，可使用任何數(shù)目的注入器27，該注入器27可放置在空氣進(jìn)氣端口 25中或位于發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的任何希望位置。來自注入器27的氣體燃料可以同來自進(jìn)氣端口 25的空氣相混合以在燃燒室22內(nèi)形成燃料/空氣混合物。
[0015]在如上所述的壓縮沖程開始期間，當(dāng)活塞開始它的向上沖程以混合任何殘留氣體和在燃燒室22內(nèi)的空氣和燃料時(shí)，空氣仍然可以通過進(jìn)氣端口 25進(jìn)入燃燒室22。最終，進(jìn)氣端口 25可以被活塞20所阻擋，活塞20進(jìn)一步的向上運(yùn)動(dòng)會(huì)壓縮該混合物。由于在燃燒室22內(nèi)的混合物被壓縮，混合物會(huì)增加壓力和溫度。在接近活塞向上沖程的端部的位置，液態(tài)燃料注射器28可以軸向注入一定數(shù)量的高壓液態(tài)燃料(例如柴油燃料、二甲醚燃料、重油或者其它壓燃燃料)。該注入可能引起已在燃燒室22內(nèi)的空氣/燃料混合物的燃燒，從而導(dǎo)致化學(xué)能量的突然釋放。該釋放可以導(dǎo)致燃燒室22內(nèi)的壓力和溫度的進(jìn)一步且顯著的增加。
[0016]在活塞20到達(dá)TDC后，由燃燒所引起的增加的壓力會(huì)迫使活塞20向下，從而，傳遞能量給曲軸24。在活塞20的回程(也即是在接著發(fā)生的排氣沖程的向上移動(dòng)中)，位于氣缸蓋18中的一個(gè)或多個(gè)排氣閥30可以打開以允許燃燒室22內(nèi)的加壓廢氣通過相應(yīng)的排氣端口 34排放至相關(guān)的排氣歧管32。具體地，當(dāng)活塞20在氣缸套16內(nèi)向上移動(dòng)時(shí)，活塞最終會(huì)到達(dá)排氣閥30移動(dòng)至通過排氣端口 34流體聯(lián)通燃燒室22的位置。當(dāng)燃燒室22和排氣端口 34流體連通并且燃燒室22內(nèi)的壓力大于排氣端口 34處的壓力時(shí)，廢氣將從燃燒室22通過排氣端口 34進(jìn)入排氣歧管32。
[0017]在公開的實(shí)施例中，排氣閥30的移動(dòng)可以循環(huán)控制，例如通過與曲軸24機(jī)械連接的凸輪36進(jìn)行控制。具體地，曲軸24可以通過齒輪輪系、帶、或鏈(未示出)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接至凸輪36，凸輪36則可以通過致動(dòng)組件38連接至排氣閥30。在圖1和2中示出的示例性致動(dòng)組件中，推桿40在一端處連接至滾子42，該滾子42坐(騎)放在凸輪36的凸角44上，該推桿在相反的一端連接至搖臂46。搖臂46可以構(gòu)造成當(dāng)經(jīng)由推桿40通過凸輪36的運(yùn)動(dòng)被提升時(shí)圍繞點(diǎn)48樞轉(zhuǎn)，以及通過橋接部50推下至排氣閥30上。這樣，曲軸24的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)換至與活塞20運(yùn)動(dòng)相關(guān)的特定時(shí)刻的排氣閥30的循環(huán)升降運(yùn)動(dòng)?？梢栽O(shè)想，致動(dòng)組件38可以具有希望的其他構(gòu)造。
[0018]如下面將更詳細(xì)描述的，相對(duì)于曲軸24和活塞20的運(yùn)動(dòng)選擇性的改變排氣閥30的打開時(shí)間(時(shí)機(jī)，正時(shí)，定時(shí))可能是有利的。具體地，排氣閥30打開和關(guān)閉的時(shí)間可以決定隨后通過活塞20的向上運(yùn)動(dòng)在燃燒室22內(nèi)產(chǎn)生的壓力和溫度。在一些應(yīng)用中，壓力和/或溫度可能足夠大以引起在燃燒室22中空氣/燃料混合物提前點(diǎn)火。提前點(diǎn)火會(huì)導(dǎo)致低效、噪音，和/或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)10的損壞。相應(yīng)地，在一些應(yīng)用中，可以使用可變正時(shí)裝置(VTD) 52來選擇性地減少活塞20的壓縮比，以便抑制提前點(diǎn)火。
[0019]在所公開的實(shí)施例中，VTD52為配置成改變搖臂46工作的空動(dòng)機(jī)構(gòu)。具體地，搖臂46可以包括兩個(gè)相對(duì)的臂54、56，這些臂在鉸接點(diǎn)48彼此銷接。臂54可以接合推桿40，而臂56接合橋