专利名称：进气增压发动机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机构造及其控制方法，尤其是一种进气增压发动机(PPE)的构造及其控制方法，本发明可用于运输工具的能量传动和生成，属于机械制造技术领域。
背景技术：
高能耗是目前运输所存在的主要问题。因此，本领域技术人员所面临的任务就是为满足新式运输工具需求而提高速度的同时，提高发动机比功率并降低燃油消耗率。
内燃机(ICE)为现有大部分运输工具的发动机。提高运输工具速度就需要提高发动机的功率利用率。然而，提高发动机功率利用率对于目前使用的内燃机来说，最大的障碍是内燃机燃烧室内的高温和所导致的热应力，造成内燃机可靠性差、工作寿命缩短。在内燃机的其他诸多缺陷中，结构复杂也是个值得注意的问题，其中的燃油系统、冷却系统和燃烧室的涡轮增压装置，都是内燃机的必要结构。
舰船动力系统使用内燃机(柴油发动机)作为主发动机，它的主要局限在于，当舰船的发电机组失效时，该发动机也随之失效，有可能会导致舰船失事，因此，内燃机的可靠性是关键因素。对于铁路运输，内燃机担当着同样重要的角色，因为发电机组的失效将导致火车的紧急停车。
进气增压发动机(PPE)采用自动控制单元和自动执行单元，就如同车辆上的发动机制动机构、矿山机械和采矿输送机的驱动机构。PPE是一种生态环保发动机，但是其低效率成为在运输和发电领域内使用的障碍。
众所周知，目前用于提高进气增压发动机功率和效率的方法很多，具体内容如下所示
专利号为SU 1553731，1990的发明，在增压的进气中添加燃油，并在燃烧室的活塞顶部空间内使混合气充分燃烧；专利号为SU 1783127，1992的发明，采用液态空气，其蒸发、受热并反馈热能给动力系统。
当然，上述这些众所周知的方法并没有从本质上在提高PPE动力的同时提高热效率，即同时减少燃油消耗量。
最接近的现有技术是专利号为SU 663858，1979的发明，是一种进气增压发动机的结构及其控制方法，包括为发动机燃烧室内提供增压空气，以及活塞位于下死点(BDC)时，使燃烧室内残余气体的排放彻底。现有的控制方法中，活塞位于上死点(TDC)时开始进气，活塞位于下死点时进气结束。为了提高效率，在增压空气进入发动机的燃烧室之前，将3-4％的氢氧混合气添加在增压空气中，并使混合气穿过催化氧化腔。在催化氧化腔中，气体温度提高到170-220℃，这导致了气体体积增加1.6-1.8倍。这样既适当降低了空气量，又能够使具有同样横截面活塞的发动机在没有增加空气量的情况下提高热效率。但是，该方法却无法在满足新式运输工具的高功率需求和动力系统需求的同时，提高效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种PPE，能够高效率工作并输出高功率，同时降低燃油消耗率；本发明所要解决的另一个技术问题在于制造一种能够实现新的控制方法的PPE；采用上述进气增压发动机结构及其控制方法，制造一种新的动力设备，也是本发明所要解决的技术问题。
本发明所要解决的技术问题，是通过如下技术方案实现的一种进气增压发动机的控制方法，它包括为气缸的燃烧室提供增压空气，随后当活塞位于下死点时，为燃烧室排气，其中活塞(3)的运动位置和相应的曲柄绕原点O的转角从上死点前40°到上死点后25°之间时，进气起始，曲柄、曲轴的旋转取决于发动机速度；活塞(3)的位置在上死点后，相应曲柄的旋转角度从0°到90°之间时，进气结束。
鉴于执行的效率，提供短脉冲增压空气更加适合。
比较下列功率计算结果进一步说明本发明所要解决的技术问题，进气增压发动机PPE产生的功率(NiE)和产生使PPE工作的增压空气的空气压缩机所消耗的功率(NiC)。在这一例子中，空气压缩机是通过ICE驱动的。计算结果适用于本发明的PPE和现有的PPE，它们具有同样的参数和发动机尺寸，发动机的最佳运转模式为发动机速度等于2.12s-1时，增压空气在活塞位于上死点前2°的位置开始进气。本发明的PPE计算结果适用于两种发动机工作模式第一活塞在上死点后5°时，增压空气进气结束；第二活塞在上死点后90°时，增压空气进气结束。
对于现有的PPE，计算结果适用于活塞在下死点时，增压空气进气结束。
PPE和空气压缩机的功率的详细计算结果如后面计算部分所示。(参见“计算结果”部分)从计算结果可知，当活塞位于上死点后5°的位置时，增压空气的进气门关闭，本发明的PPE此时能够产生6630KW的功率，有大约1108KW提供给空气压缩机，使其为PPE提供增压空气，也就是说，此时消耗的燃料与空气压缩机的驱动装置ICE相比较而言，降低到其1/6，对任意一种ICE而言，也都如此。(参见“计算结果”部分)当活塞位于上死点后90°时，增压空气的进气门关闭，本发明的PPE能够产生17002KW的功率，有大约8516KW提供给空气压缩机，使其为PPE提供增压空气，也就是说，此时消耗的燃料与ICE相比较而言，降低到其1/2。(参见“计算结果”部分)值得注意的是，现有的PPE，当发动机按现有的控制方法运转，其转速为2.12s-1时，增压空气的进气门在下死点时关闭，增压发动机的发电功率相当于25483KW，而此时的空气压缩机的功率也大约是25548KW。所以，当PPE采用现有的方法运转时，消耗的燃料与ICE相比较，二者几乎相等。(参见“计算结果”部分)因此，采用本发明的控制方法运转，PPE的发动机速度为2.12s-1时，在很短的时段内，当活塞的位置位于上死点后5°，增压空气进气门关闭。计算结果证明，本发明的PPE，当活塞在上死点后大于90°的位置时，燃烧室进气结束是不合理的。
总体来说，本发明所带来的有益技术效果在于与现有技术相比较而言，提供了效率更高的能量转换，将增压空气能量转换为发动机转轴的转动能量。使用本发明的PPE，降低燃油消耗率，同时尽可能地增加进入PPE增压空气的压力，与背景技术中现有的具有同样参数的PPE的技术相比较，有效提高了发动机比功率。
因此，本发明提供一种能够提高发动机功率的新的进气增压发动机及其控制方法。
从本发明技术方案描述中可知，在发动机机速度为2.12s-1时，优点在于增压空气可以在短时间内即时隔离，当然在发动机的其他速度也可以做到，所提供的增压空气的适宜条件将有所不同，在本发明的权利要求保护范围之内，该转速由发动机速度来确定。
众所周知，进气增压发动机的热压力低，ICE正好与其相反，这样就允许在发动机的强度和材料能够承受的限度之内，适当的提高PPE燃烧室内增压空气的压力，可以等于ICE的压力，甚至更高。
要使用高势能的增压空气，本发明提供了控制进气增压发动机的更好的方法，它包括在进气增压发动机的工作过程中增加至少一个后续工作段，组成多段进气增压发动机，其中；从主工作段到后续工作段，活塞还没有达到下死点的位置时，空气从主工作段的燃烧室旁路流出；在最后一个后续工作段中，动力冲程中活塞还没有达到下死点的位置时，该燃烧室排气；在后续工作段中，活塞位于下死点位置时，燃烧室排气。
空气的旁路流动，可以在无需增加活塞冲程长度的情况下，使用高势能的增压空气，是限制发动机尺寸增大的最基本条件。
本发明在任一工作段中，都能够将燃烧室内的气体排空，这是很有利的，排气时，活塞处于下死点的位置，气缸体内部与大气直接连通，使活塞在返回冲程中运动阻力小。
本发明的发动机，在任一工作段中都可以排出燃烧室外的空气，从而提供了能量再利用的可能，降低了PPE在运行过程中的能量损失。
本发明双边模式给气缸提供增压空气，是更有效的PPE控制方法。
本发明所提供的这种进气增压发动机的结构和控制方法，该发动机的工质为增压空气(可燃气)，发动机包括气缸、通过曲柄与曲轴连动的活塞和通过进气门进入增压空气，并通过排气门排除残余气体的燃烧室。活塞的运动位置和相应的曲柄绕原点O的转角从上死点前40°到上死点后25°之间，为进气的起始位置，曲柄、曲轴的旋转取决于发动机速度；活塞(3)的位置在上死点后，相应曲柄的旋转角度从0°到90°之间时，进气结束。
本发明进气增压发动机的另一个改进在于，它至少包括一个用于后续工作段的附加气缸，构成多段进气增压发动机，其中附加气缸包括通过曲柄与曲轴连动的活塞和燃烧室，燃烧室内设有排气门，当活塞位于上死点位置时，排气门排气。
多段PPE的主气缸设有气门，使流动空气进入附加气缸的燃烧室，在一系列的后续工作段附加气缸中的最后一个气缸上，设有排气门；所述的排气门按照功率的大小设置，在相应的气缸中的活塞并没有达到下死点的位置；其中，所有气缸的活塞都与同一曲轴相连随动。
本发明进气增压发动机的优点在于，多段进气增压发动机中至少有一个气缸内的排气门的设置位置，能够使活塞在下死点时所排出的气体再利用。
本发明的进气增压发动机上的排气门，是气体从主气缸的燃烧室到附加气缸的燃烧室的旁路气体通道，在通道内设置单向阀；其中，旁路通道的入口处与主气缸燃烧室的入口相连，该入口的设置在活塞的下死点之上，通道的出口与附加气缸燃烧室的入口相连。
采用本发明进气增压发动机的控制方法，并以增压空气为工质的动力设备，基于PPE系统，在提供高输出动力的同时，燃油消耗率低。
采用本发明的动力设备，在进气增压发动机内的一部分发电装置的工质为增压空气。
采用本发明进气增压发动机的控制方法的动力设备的优点还在于，它包括多段进气增压发动机，每个附加气缸的缸径和活塞直径都比与其连接的主气缸的缸径和活塞直径大。
图1为本发明单段PPE的局部结构示意图；图2为PPE运行状态指示图表，如图1所示的实施例，当活塞位置在上死点后5°时，进气门关闭；图3为PPE运行状态指示图表，如图1所示的实施例，当活塞位置在上死点后90°时，进气门关闭；图4为PPE运行状态指示图表，当活塞位置在上死点时，进气门关闭(对照)；
图5为本发明两段单边PPE的结构示意图，主气缸的动力冲程；图6为本发明两段单边PPE的结构示意图，主气缸的返回冲程；图7为ICE运行状态指示图表(对照)。
具体实施例方式
如图2、图3、图4所示，是发动机速度为2.12s-1的最佳实施例。最重要的是，本发明的这种PPE机械操作方法，从附图中可知，在PPE发动机的其他速度下同样适用。
结合下列附图和图表，对本发明的技术方案进行详细地说明。
实施例一单段PPE如图1所示的单段单边进气增压发动机，其构成部件如下所示1-PPE，2-气缸，3-活塞，4-曲柄，5-曲轴，6-燃烧室(气缸上部空间)，7-增压空气进气门(进气阀)，8-增压空气排气门(排气阀)，9-气缸下部空间。
如图1所示的PPE，由气缸2、通过曲柄4与曲轴5连动的活塞3和燃烧室6组成(气缸上部空间)。燃烧室6内包括增压空气进气门7，该进气门7为进气阀，气门8为排气门，当活塞位于下死点时，该气门为排气阀。气缸下部空间9与大气连通。提供增压空气的气门7与外部的增压空气源相连接。
本发明的装置如下所示PPE的运行过程以图2、图3举例说明。如图表所示在发动机1中的气缸2内的增压空气(可燃气)的压力(p)变化，取决于活塞3和曲轴5带动曲柄4的转角(φ)的大小。
在PPE1中(发动机速度为2.12s-1)，进入燃烧室内的增压空气，其压力为pmax，当活塞3的位置位于上死点前2°，气门7开始进气，(如图2中a点、图3所示)此刻，排气门8完全关闭。当活塞3的位置达到上死点后5°，此刻，相应燃烧室内的压力值为pmax，活塞的动力冲程在此刻开始。
在实施例一中，本发明的最佳PPE运行模式(图2)，当活塞的位置位于上死点后5°，燃烧室内的压力达到pmax，进气门7关闭，进气停止。活塞3向下运动作功，动力冲程继续进行。当活塞3通过下死点，燃烧室内的空气压力降低到低于进气压力(1.5-3atm)，进气门8打开(c点)，燃烧室内的压力降低到等于大气压patm(d点)，此时活塞3可自由向上运动。活塞的返冲程继续进行(d-a段)。当活塞3的位置接近如图2所示的相应的a点位置时，排气门8再次闭合，同时进气门7打开，发动机的作功的循环如此往复循环进行。在增压空气的进气过程中，活塞上、下运动距离相当于与曲轴连接的曲柄旋转大约7°因此，在本实施例的工作模式下，燃烧室进气极短的一部分活塞冲程(a-b段)，在“脉冲模式”中说明。
如图3所示的第二种PPE模式，当活塞的位置在上死点之后90°，增压空气进气门7关闭(b’点)，当活塞所运动的距离等于活塞冲程总距离的一半时(b-b’段)，在下死点(c点)开始排气，燃烧室内的压力降低到大气压(d点)，返冲程开始(d-a段)。
为了用于比较，背景技术中公知PPE的控制方法，在整个动力冲程中，增压空气均为pmax，到下死点是进气结束(图4中c点)。在整个的供气过程当中，燃烧室内的增压空气的压力一直保持在pmax值。
图表中图形所示的区域，为发动机气缸的一个工作循环所消耗的能量(该区域的范围越大，气缸消耗越多)。如图2所示，本发明发动机与背景技术中现有公知的发动机(图4)进行比较，图中所示的区域面积减少了3.84倍，本发明发动机气缸消耗的能量比现有公知PPE气缸所消耗的能量减少了3.84倍。将图3、图4进行比较可知，本发明的第二种方法，发动机气缸所消耗的能量比现有公知PPE减少1.5倍。
因此，本发明所提供的PPE，能够在权利要求书所保护的对作功循环中增压空气的限制范围内，达到理想的效果。本发明的最佳实施例，当发动机的速度为2.12s-1时，上述的第一种模式，在较短时间内进气，曲轴旋转在上死点后5°，进气门关闭，完成进气。其中，曲轴上曲柄的旋转角度不宜超过90°。
如图2、图3、图4所示，是发动机速度为2.12s-1的最佳实施例。最重要的是，本发明的这种PPE机械操作方法，从附图中可知，在PPE发动机的其他速度下同样适用。
本发明的所要达到的技术效果，通过发动机速度为2.12s-1的实施例，通过“PPE和压缩机的计算结果”得到证实(参见“计算结果”)。
本发明发动机速度不同时(5/s、8.33/s等等)，增压空气的进气条件按照本发明权利要求的内容而不同。
实施例二多段PPE本发明提供的多段PPE以两段单边为例，其结构组成部件如下(图5、图6)10-双段气缸进气增压发动机，11-第一工作段气缸(主气缸)，12-第二工作段气缸(附加气缸)，13-主气缸燃烧室增压空气进气门(进气阀)，14-主气缸燃烧室，15-主气缸燃烧室增压空气排气门(排气阀)，16-主气缸活塞，17-旁路通道，18-单向阀，19-旁路出口，20-附加气缸燃烧室入口，21-附加气缸燃烧室，22-附加气缸活塞，23-活塞未到下死点位置时，附加气缸燃烧室排气门，24-主气缸下部空间，25-附加气缸下部空间，26、27-曲轴曲柄，28-曲轴，29-活塞位于下死点时，附加气缸排气门。
双缸PPE由主气缸11和附加气缸12组成。主气缸11与图1所示单气缸发动机的气缸2作用相同，在发动机燃烧室14内设有压力为pmax的增压空气的进气装置13，该装置13为进气阀，还设有排气装置15，当活塞16经过下死点时，用于将燃烧室14中的气体排入大气，该装置15为排气阀。可以将进气阀13与外设的增压空气气源相连通。主气缸11与附加气缸12之间通过旁路通道17彼此连接，在旁路通道17内设有单向阀18，旁路通道17与气缸11的旁路出口19相连，旁路出口19的设置位置在燃烧室14内，活塞16的下死点上方。旁路通道17的出口与附加气缸12的燃烧室21上的入口20相连，附加气缸12上设有排气装置23，该装置23为排气口，其设置位置位于燃烧室内活塞22的下死点上方。排气口23和气缸下部空间24、25均与大气连通，两气缸中的活塞16和活塞22，均通过曲柄26和曲柄27与同一根曲轴28相连并与之随动。在气缸12的燃烧室内，当活塞位于下死点时，排气装置29排气。
多段发动机(多附加气缸)如图5所示，增压空气的气压值在pmax之下时，从进气阀13进入气缸11的燃烧室14，如图1所示的单缸发动机实施例中的第二冲程。在活塞16的动力冲程中，当活塞经过气缸11的旁路出口19，但并没有到达下死点位置时，在短时间内，气缸11的燃烧室14的旁路通道17打开，增压空气的残留压力在pres之下，通过旁路通道17，单向阀18打开，空气进入双缸发动机气缸12的燃烧室21，其中，两气缸燃烧室中空气压力值，逐渐变成比pres数值小的pres’，此时，单向阀18关闭，防止燃烧室21漏气。
当气缸11中的活塞16经过下死点后，为返冲程(图6)。当活塞16经过下死点，气缸11的排气阀15与大气连通，活塞16在上部处于自由冲程；附加气缸的活塞22处于作功冲程。此时，单向阀18关闭。在向上的行程中，活塞16经过旁路出口19，旁路通道17与气缸11的气缸下部空间24连通，并与大气连通。在单向阀18的气缸11一侧，空气压力逐渐等于大气压(patm)，在单向阀18的气缸12一侧，空气压力为pres’，其压力大于patm，因此，单向阀18在主气缸活塞16的返冲程过程中，保持关闭状态。
在动力冲程中，活塞22经过气缸12的旁路出口23，燃烧室21与大气连通。压力为pres’’的气体排入大气。气缸12的燃烧室内的气压与大气压parm相等，此时，单向阀18两侧的气压相等，均为patm，活塞16和22在该冲程中保持此压力值。单向阀18保持关闭状态，直到主气缸活塞16经过旁路出口19到下一个动力冲程。此时，附加气缸12燃烧室的压力值重新为pres’。
当活塞22向上运动的过程中，经过旁路出口23，气缸12的燃烧室与大气隔离，活塞22在继续向上的运动过程中，压缩燃烧室内的气体(其最初压力与大气压patm相等)。降低了整个双缸发动机系统的功率，避免了气缸12的损失，当活塞22运动到下死点时，装置29将残余的气体排放到大气中去(其作用与排气阀15相似)，为活塞22向上运动提供了自由空间，在后续的旁路空气从气缸11中流入之前，装置29关闭。
当附加气缸的数量超过2个的时候，气体都是通过装置29相互流通的。在多缸PPE中，所有气缸中的活塞都与同一曲轴相连。
本发明所述的PPE，当活塞位于下死点时，所排出的气体都可以再使用，比如说可以将其接入压缩机的进气口，这将减少PPE工作过程中所损失的能量。
计算结果PPE和空气压缩机的功率计算结果下面将对本发明和现有技术中PPE的功率和燃气消耗量进行计算对比，以增压空气为动力源的PPE的输出功率(NiE)和采用ICE驱动的压缩机的输出功率(NiC)的计算结果。
计算结果是以PPE发动机的速度为2.12s-1时为例进行计算，且增压空气的进气起始点为活塞的相应位置处于上死点前2°。
计算结果采用的是上述的两种不同的PPE控制模式；增压空气进气停止点为活塞的相应位置处于上死点后5°；增压空气进气停止点为活塞的相应位置处于上死点后90°；现有PPE，增压空气进气停止点为活塞处于下死点；比较其计算结果。
PPE功率比较计算(在不同的进气停止条件下)，PPE的空气压缩机参数相同气缸数5；气缸缸径 0.48m；活塞冲程 2m；发动机速度2.12s-1；增压空气压力 3.73·106Pa。
PPE功率计算公式NiE=pi·π·D2·n·S·i4---(1)]]>其中NiE为PPE的功率(kW)；Pi为装置压力(Pa)；D为气缸缸径(m)；N为发动机速度(s-1)；S为活塞冲程(m)；i为气缸数量。
空气压缩机的输出功率计算公式NiC＝pt·Vs(2)其中NiC为空气压缩机的功率(kW)；Pi为空气压缩机压力(Pa)；Vs为每秒产生增压空气的数量(m3/s)。
空气压缩机产生增压空气的数量Vs和每秒PPE所消耗的气体量如下PPE一个气缸中燃烧室的容量为V1=π·D24·H(m3)]]>
其中D为气缸缸径；H为当燃烧室内的进气结束时，活塞行程的长度。
PPE发动机所有气缸的曲轴回转一周所消耗的气体量为Vl·i(m3)其中，i为气缸数(i＝5)。
PPE发动机每秒所消耗的气体量为Vs＝[Vl·i]·n(m3/s)其中，n是发动机速度2.12s-1。
因此Vs=π·D24·H·i·n=3.14·(0.48)2·5·2.124·H=1.918H(m3/s)]]>当活塞在下死点时，现有PPE燃烧室内增压空气进气结束，此时活塞的行程H为2m，因此Vs＝1.918·2＝3.836(m3/s)本发明所提供的PPE，当活塞对应位置在上死点后90°时，燃烧室进气结束，此时活塞的行程H为1m，因此Vs＝1.918·1＝1.918(m3/s)本发明所提供的PPE，当活塞所对应位置为上死点后5°时，进气结束，此时活塞的行程H为0.166m。所提供的计算结果清楚地表明，非工作区损耗系数为2，是燃烧室和气体消耗量的2倍Vs＝1.918·0.166·2＝0.637(m3/s)根据上述的等式(1)和(2)，PPE(NiE)和空气压缩机(NiC)的功率计算结果，对照表格如下所示
ICE和本发明PPE的燃油消耗量为了对比本发明所提供的进气增压发动机的动力性能和经济性能，能够满足新式运输工具的需求，对PPE能够成为除现有内燃机之外的马力最强劲的发动机的可能性进行评价；本发明的PPE控制方法被认为是在控制参数和尺寸与现有ICE都相同时的一个例证。
PPE的控制参数气缸数5；气缸缸径 0.48m；活塞冲程 2m；发动机速度2.12s-1；增压空气压力 13.73MPa；功率(NiE)6630kW；装置压力(pi) 1.74MPa。
ICE(柴油发动机)舰船用固定行程SULZER，RTA 48 T型推进器气缸数 5；气缸缸径 0.48m；活塞冲程 2m；发动机速度 2.12s-1；增压空气压力 13.73MPa；功率(NilCE)5100kW；装置压力(pi) 1.34MPa。
对比本发明发动机速度为2.12s-1时最佳控制模式的PPE图表(图2)和ICE(图7)，注意到其图形形状近似，但在PPE中没有压缩冲程，这使图形所围设的区域增加，因此，装置的压力和功率至少增加了30％。
ICE每小时的燃油消耗率计算等式为MICE＝qICE·Ni其中MICE为每小时的燃油消耗量(kg/s)；qICE为ICE燃油消耗率(kg/kW·s)，qICE＝5·10-5kg/kW·s；Ni为发动机功率(kW)。
因此，ICE所产生的功率为5100kW，所消耗的燃油量为MICE＝5·10-5kg/kW·s·5100kW＝0.255kg/s根据上述的“PPE和空气压缩机功率计算结果”，本发明的PPE在其最佳控制模式下(发动机速度为2.12s-1)，产生功率NiE＝6630kW，空气压缩机的功率NiC大约为1108kW，为PPE的1/6。
因此，根据本发明的PPE控制方法，其燃油消耗率q为qE＝5·10-5kg/kW·s6＝8.333·10-6kg/kW·s燃油消耗量为ME＝8.333·10-6kg/kW·s·6630kW＝0.055kg/s考虑到各种损耗和误差，在实际应用当中，PPE的尺寸和参数的范围更广，使用不同的压缩机，在PPE和ICE中要获得同样的轴功率，所需要消耗的燃油量PPE至少为ICE的1/5，也就是说，本发明PPE的燃油消耗率至少为ICE燃油消耗率的1/5。
工业实用性本发明的进气增压发动机采用了现有技术和现有的新式原料与装备。在本发明的进气增压发动机中，沿用增压气体或其他可燃气体，该气体可以压缩到需要的程度，并使发动机安全运转且生态环保。
本发明所要保护的技术方案，不仅仅局限于上述的说明，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本发明的进气增压发动机可以作为汽车发动机，海运工具主发动机和铁路运输工具发动机。而目前所使用的ICE，由于其功率的限制而无法达到上述技术领域中的环保标准规范。本发明提供了功率大、经济、环保的更加清洁的多种规格的发动机，基于该发动机的动力设备，同样具有上述特征。
权利要求
1.一种进气增压发动机的控制方法，增压空气从发动机(1)气缸(2)的燃烧室(6)进气，当活塞(3)运动到下死点时，燃烧室(6)排气，其特征在于根据发动机速度，当所述的活塞(3)的运动位置处于曲轴(5)上的曲柄(4)的旋转角为上死点前40°到上死点后25°之间时，开始进气；当活塞(3)的运动位置处于曲轴(5)上的曲柄(4)的旋转角为在上死点后0°到90°之间时，进气结束。
2.根据权利要求1所述的进气增压发动机的控制方法，其特征在于所述的控制方法，至少包括进气增压发动机控制的一个后续工作段，组成多段进气增压发动机(10)，其中当活塞(16)在主工作段气缸动力冲程的运动过程中，没有运动到下死点位置时，气体从主工作段气缸的燃烧室(14)中经旁路进入后续工作段气缸的燃烧室(21)；所述的最后一个后续工作段气缸的燃烧室(21)内活塞(22)在气缸动力冲程的运动过程中，没有运动到下死点位置时，燃烧室排气；活塞(22)运动到下死点时，每个后续工作段气缸的燃烧室(21)排气完成。
3.根据权利要求1或2所述的进气增压发动机的控制方法，其特征在于当活塞(16、22)运动到下死点时，从燃烧室(14、21)中排出的气体与大气连通。
4.根据权利要求1或2所述的进气增压发动机的控制方法，其特征在于当活塞(16、22)运动到下死点时，从燃烧室(14、21)中排出的气体用于循环再使用。
5.根据上述1-4权利要求任一项所述的进气增压发动机的控制方法，其特征在于所述的发动机(1、10)为气缸双边增压气体供气。
6.一种进气增压发动机，其工质为增压空气，该发动机包括气缸(2)，气缸(2)内部设有活塞(3)，活塞(3)通过曲柄(4)与曲轴(5)相连并随动，气缸(2)内设有燃烧室(6)，该燃烧室(6)通过装置(7)进气，当活塞(3)运动到下死点时，通过装置(8)排气，其特征在于所述的压缩空气进入装置(7)能够根据发动机速度，当所述的活塞(3)的运动位置处于曲轴上的曲柄的旋转角为上死点前40°到上死点后25°之间时，开始进气；当活塞(3)的运动位置处于曲轴上的曲柄的旋转角为在上死点后0°到90°之间时，停止进气。
7.根据权利要求6所述的进气增压发动机，其特征在于它至少包括一个附加气缸(12)，组成多段进气增压发动机(10)，其中所述的附加气缸(12)包括活塞(22)，经曲柄(27)与曲轴(28)相连并随动，燃烧室(21)，当活塞(22)位于下死点时，装置(29)排气；所述的多段气缸(10)的每一主气缸(11)，当附加气缸的活塞(22)没有到达下死点位置时，主气缸的燃烧室(14)的气体通过旁路进入附加气缸(12)的燃烧室(21)；在一系列的附加气缸(12)中的最后一个气缸内，设有用于排气的装置(23)，当活塞(22)还没有到达下死点位置时，开始排气；所有气缸(11、12)的活塞(16、22)都与同一曲轴(28)相连并随动。
8.根据权利要求6或7所述的进气增压发动机，其特征在于至少一个所述的气缸(11、12)中，当活塞(16、22)运动到下死点的位置时，排气装置(15、29)排气并再利用。
9.根据权利要求7或8所述的进气增压发动机，其特征在于所述的排气装置从旁路通道(17)经单向阀(18)，将气体从主气缸(11)的燃烧室(14)内排入附加气缸(12)的燃烧室(21)内，旁路通道(17)的入口与主气缸(11)燃烧室的旁路出口(19)相连，旁路出口(19)的位置在活塞(16)的下死点之上，旁路通道(17)的出口与附加气缸(12)的燃烧室入口(20)相连。
10.根据权利要求1-5任一项所述的方法制成的动力设备，其特征在于包括权利要求6-9任一项所述的进气增压发动机和增压空气源。
11.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于所述的进气增压发动机产生的一部分动力用来提供给增压空气源的驱动器。
12.根据权利要求1-5任一项所述的方法制成的动力设备，其特征在于包括权利要求7-9任一项所述的多段进气增压发动机，所述的附加气缸的缸径和活塞直径，大于主气缸的缸径和活塞直径。
全文摘要
本发明涉及一种进气增压发动机及其控制方法，该发动机(1)包括气缸(2)、通过曲柄(4)与曲轴(5)连动的活塞(3)、通过进气门(7)进入增压空气，并通过排气门(8)排出废气的燃烧室(6)；活塞(3)的运动位置和相应的曲柄绕原点O的转角从上死点前40°到上死点后25°时，为进气起始位置，曲柄、曲轴的旋转取决于发动机速度；活塞(3)的位置在上死点后，相应曲柄的旋转角度从0°到90°时，进气结束；发动机最佳运转模式速度为2.12s－1，活塞(3)的位置在上死点前2°，进气开始，活塞(3)的位置在上死点后5°，进气结束。本发明在将燃油消耗率减少了原有用量的1/5到1/6的同时提高了发动机比功率。
文档编号F01B17/02GK1539049SQ02815372
公开日2004年10月20日 申请日期2002年5月10日 优先权日2001年8月8日
发明者尤里·波格摩洛夫, 尤里·菲尔德曼, 尤里 波格摩洛夫, 菲尔德曼 申请人:尤里·波格摩洛夫, 尤里·菲尔德曼, 尤里 波格摩洛夫