专利名称：动态地可重新配置的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明的领域大体上涉及内燃机和空气压缩机。更特别地，本发明的领域涉及一台动态地、可再配置的、多冲程电脑可编程的内燃机，其具有可选择的气缸组件状态、冲程序列及可变气缸点火次序。发动机的这种动态地或再配置的本质有助于操作的附加模式，包括的产生和存贮压缩空气，压缩空气推动做功，空气压缩制动，压缩空气发动机启动，压缩空气发动机空转，以及这些或其它操作模式的组合。
背景技术：
这种内燃机已经经历过数千次改进和更新。最近的几次改进包括燃料效率，污染减少，电子点火，燃料混合物加热和冷却，燃料注入，变量替换，空气-燃料混合以及对数字控制的水力驱动进气/排气阀。无凸轮水力驱动进出气阀门和电动控制的水压燃料注入器在最近的几次革新中，对内燃机产生了效果。
提供指令给电子装配的计算机处理器可以精确的控制和改变阀动，燃料注入和点火。电子装配处理指令并且从这些装置中反馈信号以控制发动机的操作。无凸轮阀控制允许发动机控制子系统更改定时、升力、以及压缩比率来响应发动机的负载、温度、燃料/空气混合，还有其它的因素。这个电子管控制系统在排放减少的同时也会提升性能。
有许多种方法可以控制无凸轮阀。Sturman的美国第6360728号专利“用于控制水压启动的进气/出气阀门和燃料注入的控制模式”中指出快速反应的电动水压驱动器，提供给在电子装配控制下的阀动以机械方法。螺线管驱动的双路滑阀也能被电子装配提供的数字脉冲激励。Camless技术使内燃机具备了更多的电子控制潜力和远离不灵活的机械控制。
我们尝试了许多建立具备可变位移的发动机的方法，使用最大位移用于那些高负荷要求，还有对低功率要求变换到更小的位移。这些可变功率力要求的方法已经实验过多次，但至今仍没有巨大的突破。
尽管有所创新，内燃机的模式仍然不变，在大多数情况下，仍然是基本的四冲程发动机。因而，过去和当前的技术是全部集中于运作效率和基本的四冲程内燃机的改善，其仍然严格按照“吸气——压缩——做功——排气”的程序循环。内燃机有4个基本的功能对应每个冲程；分为吸入，压缩，做功和排气。可能利用可选的冲程序列和操作模式的的发动机是需要的，会产生更高的操作经济性，更低的污染排放，减少附加成分和允许可用用途的可选应用。
凸轮轴限制内燃机的凸轮轴与机轴一般是永久同步的，从而在每一个循环过程中，它们才能在每一个特定的点上控制阀门。关于在凸轮轴限制方面的努力已经有许多形式。包括可变凸轮定时装置。可变凸轮定时允许在循环中的不同点上控制阀门，以使得它能够精确的符合该时刻内燃机的特殊的速度和负载要求。如果情况要求阀门更早的打开或者关闭，例如，为了实现更慢速的转矩时，控制逻辑命令螺线管改变水压凸轮调速装置内的油类流动，其稍微旋转凸轮轴。如果阀门可以稍后再打开的话，就会产生更高速的动力，这一装置就会视需要迟缓凸轮。然而，这一调速装置朝着凸轮轴上的汽缸前后运动，巩固了各个汽缸之间的依赖和限制。除去极少的例外，使用凸轮轴的发动机被限制应用于经典的四冲程内燃机循环。
设计具有很微小的形式上的不同的凸轮轴的可变位移装置的发动机有，增加了可以有效的减少或增加发动机动力的选项，通过分别卸下汽缸，装上动力线以遵循能量要求，并且减少浪费。需要的是使内燃机更加灵活的方法，从而实现对阀门状态的独立控制，以及每个汽缸单元的冲程次序。
涡轮增压器和增压器内燃机的涡轮增压和增压动力推进系统通过排出涡轮动力或者皮带驱动吹风机来压缩吸入的空气。它们压缩吸入的空气，使内部气压大于大气压力，从而提高燃料混合物中氧气的浓度，提高燃料的燃烧能力。涡轮增压器是一个额外的发动机，通常包括一对安装在普通轴上的涡轮。一个涡轮是驱动涡轮，设置在排气流动通道，另外一个是压缩机，装在进气流动通道内。
涡轮增压器运用发动机排出内燃机仓体内释放出的废气，移动通过排气涡轮，以旋转排气涡轮和进气涡轮从而压缩气体进入燃料气体混合物。这种压缩允许在活塞吸气冲程中，吸入到每个汽缸中的空气量的增加，同时保持预期的燃料/空气比率，以使发动机的动力输出产生了额外的增加。从本质上来说，涡轮增压器把排气装置的能量转化成了具有更高含氧浓度的压缩的吸入空气。
尽管这些方法能够提高内燃机的功率输出，涡轮增压器也有许多不足之处。从一些操作方面来讲，涡轮增压器不稳定。每分钟转数低的发动机释放出很少的排气流，以驱动涡轮，而支管高度真空的条件下则引起经过压缩机的侧面的气流的相反的压力差，其把转动的力量应用到与驱动涡轮反方向的压缩机的叶片上。因此，当排气流相对低的时候，气流产生的力量可能足以导致压缩机的反向转动，以弥补涡轮增压器的不运动。由于这些原因大多数涡轮增压器并不参与这一过程，直到每分钟转数超过三千多。另外，涡轮增压器是负荷跟踪的，这是因为必须首先消耗力量产生废气，以有利的转动压缩机。在低发动机每分钟转数下涡轮增压器功率低或者无功率输出，这样是无效率的，因此会因为这些不足产生短暂的停止-前进。当发动机的每分钟转数高时，需要额外的功率，涡轮就起到作用了。所需要的是压缩空气源，氧气充足，因为发动机动力需求不是依赖于发动机输出，而是依照需求独立的把压缩空气送到发动机汽缸内。
美国第6141965号专利“用于四循环内燃机的充气系统”，试图通过利用一个小的RPM低于2500的电动机来压缩空气以弥补涡轮增压器的一些不足之处，这是大多数涡轮增压器无效的区域，然后转换成原来传统的RPM高于2500涡轮增压器。这表示在更低的发动机RPM下，有对压缩空气的需要，但当前费用是一台另外的电动机，复杂输送管道连接和另外的控制系统方面的复杂性。所需要的是发动机压缩空气的来源具有特定的发动机速度独立的压缩空气密度，其具有最小的高的维护添加零件和不必要的系统的复杂性。
增压器使用作为容积式气泵的快速旋转发动机通过分离地压缩吸入空气产生高密度吸入空气。虽然这些提供在力量和扭矩的大增量，吹风机从发动机机轴排泄能量并且引起导致低燃料利用率的高曲轴摩擦损失。
涡轮助推器和增压器是单独的发动机元件添加物，增加了发动机的重量、不可靠性和费用。需要的是不会增加复杂部件，维修费用或增加比他们提供的好处更大的不均衡地费用到电动机上的方法。需要的是被充气的空气来源，可以在操纵员的需求下提供额外助力力量而不用管发动机的每分钟转数。
压缩制动交通工具代表性的应用了磨擦制动，以热能的形式排泄能量。同时制动应用并不是统一的。例如一台满载的卡车，从时速60英里完全刹住可能要提高刹车鼓的温度达到华氏600度。这是安全运行的极限。如果刹车不能很好的维持的话，或者装载物没有被正确的分布，那么一些刹车鼓可能会达到800-1000度，这是很危险的。所需的是一个制动系统可以增大磨擦制动系统，以减少制动使用周期时达到极限的危险。
为了补偿和减少制动的磨损，操作者减小交通工具的传动，提高发动机的每分钟转数，因此允许发动机通过吸入空气完成工作。尽管可以有效的减速，这种方法在吸入空气形式下浪费了许多有价值的能量，这些能量在动力模式下不能应用，并且这种方法在下方齿轮向上旋转时会加热。然而，当下这种不可变的四冲程发动机循环可以防止这种浪费的能量的任何进一步的实际使用。
许多大型的柴油机车和一些大的娱乐车配备了“Jake刹车”，又叫作压缩释放发动机制动系统。这一“Jake刹车”的基本的思想是用发动机提供额外的刹车动力。一个Jack刹车把发动机变成空气压缩机，以提供更巨大的刹车动力。当发动机进行压缩冲程时，在汽缸内压缩空气需要动力。
Jack刹车改善了排气管的定时，因此，当需要刹车的时候，排气阀打开，活塞达到压缩冲程的上止点。压缩空气中聚集的能量被释放出来，所以压缩冲程实际上提供发动机刹车动力。Jack刹车的主要优势在于，它比传统的刹车节省了磨损。这在很长的下坡路段的时候是尤其重要的，这时刹车的内衬及刹车板可以加热并超过800度。长期存在的缺点是用于刹车的所有的压缩空气会被抛弃，我们所需要的是在压缩制动模式下，可以存储并且可以再用被抛弃的压缩空气的方法。
吸气冲程许多交通工具发动机动力在停止和开始运行的过程中被浪费掉，还有那些不必要的道路和交通条件。在多数这种情况下，操作者调低档速以减慢交通工具。如果调低档速可以提供刹车，发动机吸入的空气可以用来减慢机器。因此四冲程发动机中的吸气冲程在产生真空的时候有刹车的物性。然而，发动机产生的吸入工作将会被迅速的抛弃。我们所需要的是可以利用浪费的吸气动力的方法。
再生制动一些统计显示，40％产生的发动机动力最终会在刹车中消失。所需要的是再生刹车系统，这样可以在有效刹车的同时存储和恢复制动能量。所需要的是可以产生、存储和积累能量以备以后再用的发动机运行模式。
一般地，消耗更多的能量，而且比今天的四冲程发动机能更快的刹车产生实时发动机刹车。再生飞轮方法包括像4171029中的概念——具有惯性存储的交通工具推进系统，但是通过在其效用价值上附加大量成本和复杂性并不经济实用。真正需要的是在摩擦刹车中，无需应用不可撤消的能量损失就能实质性地使机器减慢的发动机。真正需要的是实用且经济的方法，通过反向的将交通工具的动能转换成潜在能量，用来使交通工具减速。这种方法可能带来机器的减速，存储能量，而不是损失能量，并且可以重新利用能量。
交通工具的电池依赖大多数机器大量运用电池的存储能量来启动发动机。其他存储能量的方法可以用来启动发动机。交通工具动力通常来自于斜坡优势，并且无需启动机来实现的发动机周转能够用来启动大多数标准传输交通工具。依照这种方式，压缩空气可以像交替的存储能量源一样发挥作用，在正确的发动机周期配置下，压缩空气用来转动发动机机轴以启动发动机。由于目前从转化发动机机械能量到电能，并且返回给机械启动发动机能量中，所遇到的更少的能量转化损失，拥有这种能力的发动机可以更有效率。此外，当发动机启动时，启动发动机带来对汽车电池的最大的单一需求，没有它，更小的电池可以满足需求。一种启动内燃机的可替代的方法可以同进增加可靠性，并因此变得有价值。
混合动力交通工具出于对更高效发动机的需求，今天的交通工具市场正在经历着从典型的四冲程内燃机向混合动力内燃机的分歧。混合动力通过在刹车和运行时的加速和收回能量，运用电子发动机和电池组来改善燃料利用率，增加动力。混合动力发动机不会没有价钱，由于电子发动机和电池组增加交通工具的重量和费用，并一般会减少体积，因此减少发动机可用的动力。事实上，大多数混合动力汽车生产商仍然在赔本卖出混合动力汽车。所需要的是不会增加大型、重的电池组和电动发电动、发动机的重量和成本的混合动力机型。此外，还需要不会因为增效而要求混合机缩小，并且变成低功率的混和动力发动机。还有，还需要的是不会在机械能转为电能、及从电能回到机械能的过程中有转化损失的混合动力发动机。需要的是，混合动力发动机在把机械发动机能量或交通工具动能转化为可恢复的能量形式时，可以快速再生，以备发动机或外总应用，以此来增加从燃烧中产生的能量。正因为混合动力发动机在未来是一种提高发动机效率的选择，给当前的单一选择提供了一个可选项，即电动燃烧混合动力发动机。
氢动力发动机一些汽车工业专家宣称氢将会是用于动力交通工具的下一种燃料，而且一些汽车制造商已经生产出了氢动力模型车。产生了两种不同的技术，一种是氢燃料电池电动车，另一种方法是用氢来作燃料驱动内燃机。这里氢与氧一起燃料产生动力，因此涡轮增压和机械增压增加发动机动力，空闲发动机冲程浪费燃料。内燃机的革新将会直接应用于未来的氢燃料动力的内燃机。一款新型福特氢动力内燃机可以通过使用高压缩活塞，为了氢燃气特制的燃料注入器，圈轴插入点火系统，电子熄火器，新的发动机控制软件，使氢燃烧达到最优化。这种发动机需要增压，用来提供所需的将近15每平方英寸磅数的推进力，但是发动机据宣称可以比典型的汽油发动机高出25％的燃料利用率。大量的工作正在这一领域开展，对于提高内燃机的性能的要求在不断提高，要在减少发动机浪费及污染的同时，提高发动机的效用及效率。
空气动力发动机及空转交通工具数量及交通量的增加使得即使短途旅行的时间也大量增加，此外，当交通工具在等待停止信号、滑行、及迟延时，内燃机一般保持在空转模式中，这一空转模式浪费燃料，因为任何一种动力只是用来保持发动机机轴旋转以使飞轮旋转能量被保持。一个倾斜或者任何可以利用的压缩空气源可以在不进一步消耗燃料的情况下提供相同的功能。我们需要的是，在空转期间，而不用额外的燃料成本，可以保持发动机机轴旋转的方法。
目前，大多数发动机利用固定的机械凸轮来打开和关闭阀门。固定的机械凸轮不管外部环境及条件如何，只会强行执行一个刚性的阀门开闭定时次序。这样的话，当不需要动力时，如在低速或者停止运行条件下，发动机动力在汽缸冲程工作，吸入、压缩、燃烧及排出的过程中会浪费燃料。这种动力是作为小的浪费被抛出的，不会给产出带来有效成本。基于目前发动机设计，这是一种好的方法，我们所需要的是，把要被丢弃掉的那些小的单个数量的发动机产生的压缩空气加以利用的方法。
然而，对于大多数发动机来说是不实用的，美国专利5515675“将四冲程内燃机转化为二冲程空气动力发动机的装置”就阐述了运用压缩空气驱动发动机的尝试。专利5515675不是内燃机，而是通过消耗压缩空气，在其单个运行模式下来推动发动机活塞，转动机轴的一种空气动力发动机。首先，压缩空气源是在发动机汽缸外面的外部方法或装置。其次，阀门开关定时通过凸轮轴完成，从而可以充分的单独地限制气门的状态的控制，应用压缩空气产生凸轮轴动力。第三，它使用了带有转子的空气分布装置，其打开阀门把压缩空气供应给汽缸时，进一步排除了其它发动机模式的运行，从压缩空气中保留了发动机机轴动力。
在另一个运用压缩空气来驱动发动机的发明中，美国第3980152号专利“空气动力发动机”声称通过悬浮型空气压缩机(suspension type aircompressor)产生压缩空气驱动的发动机，其中的空气压缩机可操作地连接在交通工具车轮和底盘之间，利用因为道路的不平坦产生的轮子的垂直运动。当利用压缩空气驱动的发动机成为环境上值得赞美的观念时，空气动力的发动机没有实现实用的、独立设计或者没有采用作为混合动力发动机的内燃机。所需要的是可以通过压缩空气或者燃烧空气-燃料混合物产生动力的发动机，以此节省燃料、降低内燃机所产生的有害环境的气体。还需要的是，可以把目前的发动机丢弃的压缩空气加以利用，并且可以改道压缩空气产生其它可用途径的方法。
利用压缩空气的其它交通工具应用发动机系统本身需要利用压缩空气源来运行空气制动、空气悬挂、自动保持的气压轮胎、一致空气座，可再用安全气囊等。自动保持的气压轮胎系统需要压缩空气源来保持轮胎处于膨胀。需要找到方法生产压缩空气源用于压缩空气驱动的混和动力应用。此外，交通工具和交通工具动力设备已经有许多潜在的空气动力应用，其利用电子动力，例如，启动发动机，窗口开闭机制等，可以从容易的可用的压缩空气源获得好处的空气动力应用。
空气压缩机空气压缩机利用汽油或者电子发动机来压缩空气，来自汽车源的压缩空气的商业用途主要是在建筑物、街道承包商，该用途已经众所周知，而且正在被成长的建筑业更深入应用。通常，在工作地点需要昂贵的、独立的汽油或电子动力机械单元。动力及空气容量根据应用而变化。
今天，几乎所有的私人或者商用的工具都是靠电动或者气动的。这些气动工具需要压缩空气源。数百个卖主提供上千种不同设计和容量的空气压缩机，需要不同容量的压缩空气的气动工具、气动工具组件及其它便携式气动设备。根据一些压缩空气源，移动的或固定的预测，气动工具的市场份额正在上涨。
当气动应用增长时，一个市场正在持续增长，提供对不同的动力、大小、容量的空气压缩机的需求。空气压缩机在可靠性和效用方面不断向前推进。然而，它们需要以单独的单元出租或购买。这些压缩空气源建立在工作量的大小及时间长短上。有数千种气动工具供家用、商用和娱乐用途。从小到5立方英尺容量的手动颜料喷雾器到110立方英尺容量的气捶，工具的容量和需求不同，决定了需要的空气压缩源的大小。正因为它们的使用和需求的变化，和依赖于工作，必须制定计划和投资来经济地利用空气压缩机。
对气动工具的私人使用和应用在近几年内有所上升，今天，家庭修理和维护可能需要租赁或购买空气压缩机，用于例如，喷砂处理或给房间喷漆的用途。车库和家用工具都是气动设备的首要候选使用者。
目前，这些气动设备需要一个独立的空气压缩机和空气存储罐，其一般包括电动发动机驱动的往复活塞，用来压缩空气并把压缩空气存储到罐内。因为基本的四冲程内燃机可以产生真空，压缩空气，做功并且排气，现在需要的是一个发动机，它可以通过动态的重新装配，以使发动机汽缸以可再用的形式和按需要产生动力，压缩空气，和真空。所需要的发动机可以产生并存储压缩空气用于后面的发动机再用或者用于外部应用，这时已有压缩空气源是可用的，而不用额外再做什么，也不用额外的设备及外备压缩空气源的耗费。
抽气泵抽气泵和虹吸管应用通常需要把特定的设备放入虹吸管内，或者收集残片。工作区需要干净，而真空是一种收集残片的工作副产品的好的机制。抽气泵有多种用途，来清理溢出量，或者虹吸管喷出量。这些都需要独立的装置，例如可以获得的发动机，用来收集分散的物质，或者从一个地方流到另一个地方的液体。因为四冲程发动机的其中一个冲程(通常叫做吸气冲程)是用来吸入，那么现在要的就是，在需要的时候将四冲程发动机转化为吸气装置的方法。
发动机效用已经做了很多来改善内燃机，但是还有一个未使用的效用。需要的是，将效用发动机与效用交通工具相类比。内燃机可以离开平常的动力模式，并提供多于只是做功需要的效用，例如，需要用于外部应用的压缩空气或真空。因为目前的内燃机都有四个冲程，那么我们就要找到可以以交替的方式充分利用这四个冲程来提高内燃机的可用性。
发明内容
带有电子控制的发动机部件的内燃机被编程为操作单独的发动机汽缸，其具有提供交替的发动机操作模式的组件状态和冲程序列。通过这样做，一台动态的可重新配置的发动机就可以提供如下目前外部设备完成的功能，追求发动机动力产生的附件或者能量浪费的发动机功能。通过动态的重新配置一台多冲程内燃机，就有可能产生压缩空气用来提高发动机动力和效率，用于多种多样的交通工具气动应用，也给用于要求压缩空气的外部应用。
目前的发明揭露了一台动力可重新配置多冲程内燃机，由以下部分组成电子的可编程的电脑控制系统，用来使内燃机的四个精典冲程脱钩，并且独立的管理发动机汽缸组件，包括的发动机组件诸如，电子可控的阀，燃料注入，空气燃料混和物点火，允许发动机汽缸单元组件状态通过电子方法独立转变，以改变冲程序列，提供交替发动机运行模式。一些交替的发动机模式通过增加的压缩空气储存罐接收汽缸单元压缩空气，或者把压缩空气转移到汽缸单元中。汽缸单元与压缩空气储存罐的隔离是通过电子可控阀来保持的，它计量进入汽缸和从汽缸出去的压缩空气。传感器输入和需求参数致使控制逻辑通过控制单个汽缸组件状态来控制发动机冲程。对单个组件状态的动态重新配置提供了运行的交替发动机模式，如再生发动机能量模式，增强功率模式，混合模式，它可以给其它的四冲程动力内燃机增加效用和效率。
附图的简要描述结合附图从下面的详细描述中可以更加明显的看到当前这一发明以上那些还有其他的特色和优势。
图片1是发动机的剪切图片，说明根据本发明实施例的一台动力可重新配置内燃机的发动机汽缸单元。
图片2是根据本发明实施例的动力可重新配置内燃机发动机的一个高级发动机系统图。
图片3展示的是根据本发明实施例的高级的动力可重新配置内燃机的控制模块图。
图片4是根据本发明实施例的说明动力模式的定时图。
图片5是根据本发明实施例的说明压缩制动模式的定时图。
图片6是根据本发明实施例的说明增强功率模式的定时图。根图片7是根据本发明实施例的说明压缩启动模式和压缩空转模式的定时图。
图片8是根据本发明实施例的说明再生压缩制动模式的定时图。
图片9是根据本发明真空生成实施例的说明动力可重新配置内燃机汽缸单元的发动机模块剪切图。
图片10是根据本发明实施例的说明真空模式的定时图。
图片11是根据本发明三个阀门实施例的说明动力可重新配置内燃机发动机汽缸单元的发动机模块剪切图。
图片12是根据本发明三个阀门实施例的说明压缩空气产生模式的定时图。
图片13是根据本发明实施例的具有动力可重新配置内燃机发动机和用于控制动力可重新配置内燃机的发动机控制系统的交通工具示意图。
图片14是根据根据本发明实施例的用于控制连接到交通工具的操作的动力可重新配置内燃机的方法的高级流程图。
优选实施例的描述通过脱钩并改变汽缸组件状态和冲程序列，除了应用功率到机轴上，一个多冲程内燃机创造出来执行任何可用的功能。随着内燃机中电脑处理器，电子燃料注入，电子点火，和电子吸气及排气阀的启动的组合出现，电子的和独立的控制内燃机发动机的燃料注入、点火定时、空气吸入、废气排出、和空气-燃料混合物独立地和可变地实时注入各个汽缸是可能的。因此，通过电脑程序控制这些组件，发明的一个方面在于动态的重新配置了内燃机的循环，为了创造交替的模式，例如，再生制动，功率增强，压缩空气发动机启动，发动机燃料-较少空转和通常的空气压缩或者吸入用以内部或外部的应用。这些不同的发动机模式利用压缩空气存储罐可操作与内燃机联结，以提供发动机生产出来的压缩空气存储。这些压缩空气可以再次引入到发动机中供模式使用，例如发动机功率增强，发动机空转，发动机启动或者用于目前需要独立、可移动的空气压缩机的外部压缩空气应用。
目前发明的一个方面通过决定发动机汽缸单元数量的程序逻辑提供给交通工具发动机再生制动，并通过各种信号通知，例如，速度，制动速率，下行斜角，交通工具重量等等，从而在空气压缩模式下运行来使交通工具减速，同时存储压缩空气以供交替使用。从压缩制动产生的压缩空气稍后可能会再次引入到发动机汽缸内，用于满足增加的功率需求，例如用于下行负载或者用于更快的加速。这是通过重新配置内燃机来完成的，以微处理器速度，实际上是实时的，从做功循环到压缩循环。这一过程允许发动机功率需求和负载功能动态的转变，以通过重新配置发动机运行来充分利用交通工具环境动力，惯性能量条件和发动机负载需求。
从本质上来说，发明的一个方面在于为选择的运行模式提供了启动、转换和控制单个汽缸单元的可以编程的计算机方法，其中一个模式包括可设定的汽缸单元组件状态，冲程序列及电脑编程的工作循环。这些运行模式从下面将进一步讨论的模式中选择标记功率模式、压缩启动模式、再生压缩制动模式、增强功率模式、真空模式、压缩空转模式、压缩空气产生模式、压缩制动模式和这些模式的组合。
动力可重新配置内燃机发动机要素图片1中是局部的发动机模式剪切图片，说明了根据本发明的动态可重新配置内燃机的汽缸单元。汽缸106，汽缸环108，活塞104，汽缸可扩张容积105，排气阀117和进气阀111，109，燃料注入器115，燃料混合物点火器113，压缩空气流入电子控制阀103和驱动器101，汽缸压缩空气流出止回阀107，空气吸入191，排气支管193，压缩空气储存罐102，电子驱动装置110，119，在优选实施例中组成汽缸活塞压缩动力单元(CPCPU)。这些组件都是在电脑控制系统下独立运行的。具体来讲，一个CPCPU由以下控制电子燃料注入，用于点燃燃料空气混合物的电子装置，控制出气阀和进气阀的电子装置，以及用于压缩空气从汽缸到压缩空气存储罐的流体传输通道，反之亦然。在
图1中没有显示，在图2和3在显示的，是内部外部的传感器，它们在电子控制之下，在可编程逻辑和处理器控制下接收和发送信号到汽缸组件。
本发明的其它实现利用活塞-汽缸配置，例如在一个旋转的发动机中，汽缸与一个一致的容积相交换，它的功能在于在气体膨胀时，以相类似的方式来转动机轴。目前的发明可以用于嵌入的(in line)、相反的、V字形的，或者放射状结构的CPCPU。当前的发明也不排除的是无火花点火发动机的配置，如柴油发动机，甚至在压缩空气与燃料混合物不需要电子点火用于燃料混和物点火时也同样适用。
无凸轮电子控制的进口阀门和排气阀门发明的一个方面是在电子控制系统之下，利用无凸轮电子控制的进口阀门和排气阀门。无凸轮阀门只是最近才利用到商业用途。阀门运动可以以两种方式电子地完成，螺线管驱动或者快速电动液压。在动态可重新配置内燃机的一个优选实施例中，进口111和排气阀117分别利用螺线管驱动110和119，在另一个实施例中，在电子控制的数字阀控制下的快速电动液压驱动器用来提供机械动力给阀门驱动。发动机进口和出口阀门和相关的电子驱动器是CPCPU特定组件，它的开关状态是由电脑控制系统来控制的。
燃料空气混合物点火在本发明的一个方面，燃料-空气混合物点火方法取决于四冲程内燃机的类型。在一个汽油发动机实施例CPCPU中，燃料混合物点火器113收到信号，在做功模式下，点燃燃料-空气混合物，通常接近做功冲程的上止点(TDC)。在这一发明的实施例中，固定状态的电子点火系统与电子传感器信号结合使用，并反馈信号给中央点火模块，以产生精确持续时间的火花，并根据发动机模式和需要的相关的定时反馈时间给特定的CPCPU。这些都是本领域技术人员已知的，提供由电脑控制引入火花，以点燃空气燃料混合物的装置。
正如在柴油机中一样，一台柴油动力可重新配置内燃机的发动机可以产生更高的压缩，因此生成更热的压缩空气用于燃料混合。由于高压作用，把燃料注入柴油机CPCPU可以自然地点燃空气燃料混合物。因此不需要火花来点燃燃料-空气混合物，依靠燃料注入时间来启动做功冲程可以用来替代柴油机DRIC的实施例。因为一台柴油机DRIC实施例在增强模式从CAS 102中引入了压缩空气，通过进气阀111，经过阀门进入CPCPU的燃烧室，压缩冲程将会对空气混合物增加热和压力，这比典型的柴油机循环还要强，因此，形成更密集的空气，可以燃烧额外的燃料，以产生额外的动力。一台柴油机发动机实施例可以被编程进入增强功率模式，这与汽油发动机实施例的增强功率模式相似，但是没必要通过电子点火，依赖于燃料注入定时，其用于从压缩空气自燃来点燃空气燃料。这种机制提供在柴油机DRIC发动机中的点火装置组件。
电子可控制的压缩空气进气阀门(ECCAIV)ECCAIV103是一个电磁阀，它在电子处理器的控制之下，操纵着从进气阀111进入汽缸容积105的空气的数量和密度，这与选定的工作循环和模式相一致。ECCAIV103在功率增强模式为更大的但是按化学计量组成的燃烧提供量好的压缩空气，但同时也按照需要在其他发动机模式提供需要的压缩空气。在其他的实施例中，已知浓度的所需量的空气传输将会在处理器输入信号的基础之上来测定，如发动机RPM和目前功率需求，还有电脑存储要素，如用于特定发动机的平均有效压力，压缩比，机械效率，热效率，扭矩要求，发动机运行模式等等。本质上，每一个CPCPU通过电子可控制阀门与存储的压缩空气罐隔离，电子可控制阀门能够测量从CAS存储罐进入到汽缸内的压缩空气。这些ECCAIV也是CPCPU特定的组件，它们的开关状态是可以通过电脑控制系统实现编程控制的。
电子燃料注入Electronic Fuel Injection处理器控制的燃料注入系统是目前设计并被本领域技术人员运用来引导将注入发动机汽缸内的计算的燃料数量。在本发明的一个方面，根据输入传感器信息，发动机模式，选定的CPCPU，冲程及工作循环逻辑信息，电脑控制系统指导燃料注入器115，把量定的燃料的数量及时的注入，并保持持续时间，这是根据部分地基于燃料注入器的特征参数、机轴位置、发动机速度的模式工作循环。尽管有发动机运行条件，空气燃料比的要求优先于喷射控制，按化学计量组成的空气燃料比率被认为是在理想状态下用来实现最优燃料效率和最优喷射控制的最好的比率，并且它被编程到燃料注入控制逻辑中。在本发明的实施例中，处理器控制着从周围及压缩空气源中吸入的空气容积，以及进入汽缸的燃料数量是根据功率要求被保持的，而不单单依靠用于燃料-空气混和物的周围空气浓度。发明的一个方面是提供了最适宜的空气燃料比，它并不受控制于从周围或者从涡轮发动机中得到的空气浓度的限制，因为压缩空气可以在既定的数量和压力之下引入。从电子可控制的压缩空气进气阀ECCAIC103中测量出的压缩空气量可以与从燃料注入器中测量出的燃料相结合，用于在精确的按化学计量组成的比率之下的选定的CPCPU功率。因为压缩空气源的压力从传感器数据中已知，而且ECCAIV103也是可知的，因此压缩空气和其氧气的浓度是可以测定的，也就可以测量出准确数量的空气进入汽缸内。从本质上讲，编程的电脑逻辑控制了燃料注入器115的组件状态与ECCAIC103的组件状态一致，允许可知压力的压缩空气通过ECCAIC103流入，并且测量好电子燃料注入器115的燃料注入量，这是基于注入器特征，发动机特性及数字化的stoiciometry表格，用于stoiciometric或者其它空气燃料混合物的燃烧。这些是本领域技术人员已知的。
进气止回阀进气止回阀109提供了在CPCPU接收周围空气或者压缩空气的转换的方法。在另一种DRIC发动机实施例中，这种方法可以采取另外的电子驱动汽缸阀门的方式。在图1的实施例描述中，止回阀109提供阻止压缩空气回流的方法。它也允许在正常功率模式下，空气从进气支管191流到汽缸容积105在本发明的该实施例中，进气空气流是由局部压缩条件控制的，允许周围空气从进气支管到CPCPU的单向汽缸边界(bound)流动。在另外一个实施例中，进气止回阀109可以通过电子驱动控制，用于更优化的流动特性或者另一种发动机设计压缩空气存储止回阀(CASCV)在本发明的一个实施例中，在活塞104的压缩冲程后，在选定的模式运行下，CASCV107允许压缩空气通过进气阀111端口流入CAS通风系统102，用于压缩空气的存储。在另一个实施例中，压缩空气到汽缸的流程可以有更直接的方法，直接通过额外的电子驱动的汽缸阀门到汽缸内。在又一个实施例中，ECCAIV103和CASCV107可以合并成一个多路阀门。本质上说，压缩空气存储罐由一个或多个汽缸单元来充气，经由进气阀111和CAS止回阀107组件的打开状态。根据电脑编程的特定CPCPU运行模式，CASCV允许压缩空气从汽缸到压缩空气储存罐的单向流动。CASCV是CPCPU的特定的组件，它的运行状态在这一实施例中，是由局部压缩条件控制的，它允许压缩空气从CPCPU到CAS的单向流动。
这一实施例描述了一个与交通工具运行相联系的，动态地可重新配置的多冲程内燃机，其由一个或多个汽缸单元组成，每一个汽缸伴有活塞扩张和收缩汽缸容积。每一个汽缸单元有一进气口，和关联的电子可控制的进气阀门组件，所述进气阀门组件状态是在电脑处理器控制之下的。每一个汽缸单元有一个排气口，和关联的电子可控制的排气阀门组件，也是在电脑处理器控制之下的。每一个汽缸单元有一个电子燃料注入器组件，燃料注入器组件状态在电脑控制之下。每一个汽缸单元有切换装置，或者用于排出压缩汽缸内压缩空气以备交替使用，或者用于燃烧压缩空气-燃料混合物用于做功冲程，所述切换装置在电脑处理器控制之下。一个电脑控制系统包括一个或多个电脑处理器执行程序逻辑，其根据定义汽缸单元组件状态的模式，执行程序环境逻辑以响应传感器信号，用于根据可编程的选择操作模式改变汽缸单元组件状态，从而内燃机汽缸单元组件状态在控制之下提供给发动机可变的汽缸单元冲程次序，产生机轴动力或者压缩空气以备更替使用。
压缩空气是一种潜在的能量源，压缩空气提供与周围空气的压力不同的压力，其可以做有用功。这里定义压缩空气交替使用为目前还没有用于机动车的那些压缩空气用途，如压缩空气生产，再生压缩空气制动，压缩空气发动机启动，压缩空气发动机空转，压缩空气功率增强和用于内部压缩空气应用。
4-CPCPU DRIC发动机实施例图2是根据本发明的4CPCPU DRIC发动机的高级图表。一个四冲程，吸气——压缩——做功——排气，当通常设置的情况下，内燃机工作有四个基本冲程，将会带来至少四种效果，吸气，压缩，做功，排气。通过使一些CPCPU的四个冲程做过循环脱钩，同时重新配置其它CPCPU的汽缸阀门组件状态，包括燃料注入的中止，点火，内燃机发动机可以产生压缩空气或者真空用于其他应用。压缩空气存储201提供一个罐体用于发动机生产的压缩空气。CAS有一个控制阀290来调节外部发动机压缩空气效用，并且通过一个充气压力通风系统202与发动机相联通。
在图2所示的本发明实施例中，汽缸从周围空气支管291收到进气。在做功模式下，汽缸在可以通过编程逻辑控制的点火次序下工作。这与目前受机械设计限制的不可改变的点火次序是显著差别的。
在DRIC实体中，CPCPU是独立运行的，但是在既定的运行模式下，却是大体上相似地独立地。在利用所有的CPCPU速做功模式时，吸入空气通过进气止回阀209、229、249、269到达进气阀211、231、251，271，这些是通过驱动器210、230、250和270独立的处理器控制的。吸入周围空气与从处理器独立控制的注入器215、235、275进入的燃料混合起来。这一做功冲程与压缩空气燃料混合物被点燃同时起动，而后者是通过处理器控制点火，根据电脑控制的生火次序通过火花点火器213、233、253和273独立点火。这一过程驱动活塞继续向机轴施加转动能量以做功。排气阀217、237、257、277是分别通过驱动器219、239、259和279由独立的处理器控制的，排气阀打开排出废气到排气支管293。
在功率增强模式下，CPCPU通过进气止回阀209、229、249和269被独立的隔离以接受支管周围的空气291。CPCPU独立地处理器控制的驱动器205、225、245和265各自打开和关闭ECCAIV203、223、243、263从CAS201内经由压缩空气压力通风系统202提供压缩空气到汽缸217、234、254、274。
在产生压缩空气用于存储的发动机模式中，选定的CPCPU被独立地控制以产生压缩空气。一个选定的用于压缩空气的CPCPU有燃料注入器，火花点燃组件状态可设定到关闭，并且排气阀关闭工作循环持续时间。进气阀打开，并且在吸气冲程中吸入周围空气到汽缸。CPCPU进气阀在压缩冲程关闭，其后压缩空气通过CAS止回阀排出，及通过压缩空气压力通风系统202用于制冷295。
压缩空气存储(CAS)CAS201提供了以压缩空气的形式存储能量的方法，它同时作为用于压缩空气的外部应用的蓄能器。压缩空气压力通风系统(CAP)202通过以下沟通压缩空气，从CAS201，经由ECCAIV203、223、243、和263；经过进气阀门211、231、251、271，各自进入汽缸217、234、254、和274。ECCAIV203、223、242、和263，还有所有的进气阀门驱动器210、230、250、270是由电脑处理器控制的。
CAS201可以是一个传统的高压罐，或者是非传统的高压容器。传统的高压罐已经变得更轻了，而且用合成材料并没有牺牲强度。用于交通工具的非传统的CAS在这种容积下通常不会作考虑用高压空气容器，如中空结构、高压轮胎、壁容积、交通工具座等等。一系列的容器彼此相联通以实现更大容量但是通过阀门相互隔离，可以有效的更快的提供最大压力累积，而不用牺牲可用的总存储量。交通工具轮胎可以根据力度和厚度生产出来用作CAS存储器。压缩空气交通工具车厢和交通工具结构组件用于CAS也可以从内部压缩空气中受益，通过给这些部件增加强度和硬度。
在另一种实现中，压缩空气可以在CPCPU压缩空气分布支管中有一个短暂的存储期，这里压缩空气在一个CPCPU中产生可以传送到另一个CPCPU，因此用充足的空气“涡轮增压”另一个汽缸，而不用涡轮增压器。这种压缩空气分布和支管可以是一个相联通的带阀门的迷宫，或者一个分布器直接引导瞬时的压缩空气以合适的次数在空气源和CPCPU接收器之间传送。
压缩空气压力通风系统(CAP)中间冷却环路与物理学的规律相符，压缩空气也可以提高它的温度。在本发明的一个实施例中，加热的压缩空气在一定的发动机温度下是有用的，但是不能用于其它的实施例中。图2所示的实施例应用压缩空气压力通风系统上的冷却液体环路295，来保持CAS温度在预先设定的参数内。压缩和相继的冷却空气，依赖于空气湿度，产生水汽凝固。多余的水凝固被引渡到水池296中，并且用排水阀297排出299。
压缩空气存储止回阀(CASCV)CASCV 207、227、247和267在本发明的一个实施例中是典型的止回阀，它们保证了压缩空气沿着一条路单向流动，从CPCPU汽缸214、234、254和174到达CAS 201。
发动机控制器目前典型汽车和卡车用多个处理器，一些交通工具有几千行的软件代码。有许多发动机电脑编程环境，本领域技术人员使用其编程本发明的各方面发动机控制系统，数字化逻辑中的stoiciometry表格，模式工作循环程序逻辑和很多种其它程序逻辑。发动机控制系统由输入传感器、电子控制模块处理那些输入信号，存储逻辑，之后信号机械的驱动器将输出信号转化为物理动作。控制模块，在这里以电脑或控制器提及，可以由以下组件组成多个CPU、控制器、微控制器、处理器、微处理器、存储器和/或其他电子硬件。
图3显示用于本发明实施例的发动机控制模块399用于交通工具上的DRIC发动机和来自装置及传感器上相关的输入输出。如图3所示，发动机控制模块399包括一个电脑或中央处理器单元(CPU)395与电脑的可读存储装置389、391、393相联，经由内存管理单元(MMU)396。MMU396从CPU395中和到CPU395传送数据(包括执行代码指令)，电脑可读存储装置包括，例如只读存储器(ROM)391，随机存储器(RAM)393，不失效记忆体(KAM)389，和其它易失性非易失性数据存储要求的存储设备，还有任何适当配置的数据总线387、386。电脑可读的存储设备可以用任何可知的存储设备实现，如可编程的只读存储器(PROM‘S)，电子编程的只读存储器(EPROM’S)，电子可擦除的只读存储器(EEPROM’S)，闪存，或者其他电子的，电磁的，光学的或者可存储数据的存储设备的混合体，其中的数据包括可执行的命令，被CPU395用于控制内燃机和/或含有内燃机的机动车。
输入输出(I/O)接口397用来提供与多种传感器，驱动器和控制线路的通信，包括但不仅限于在图3中显示的输入。这些输入包括设备和传感器信号，例如CAS罐压301、汽缸爆震302，发动机冷却剂温度303，机轴位置304，点火系统315，传送齿轮306，交通工具速度307，交通工具倾度308，进气温度传感器309，发动机速度传感器313，做功踏板位置311，制动踏板位置312，和空气压缩独立(standalone)300。输入信号是用作实时变量与可编程的工作循环和模块逻辑相联，以控制CPCPU组件与汽缸单元活塞位置一致，用来创造可变的冲程序列。
发动机控制器模块399从多个传感器收到信号，例如上面讨论过的传感器，并控制CPCPU组件的运行，其通过输出控制以下组件的状态燃料注入器315、335、355、375；进气阀310、330、350、370；排气阀319、339、359、379；火花塞313、333、353、373；ECCA进气阀305、324、345、365，类似于图2中实施例的CPCPU组件。这些输出包括Spark_4373，Fuel_4 375，Spark_3 353，Fuel_3 355，Spark_2 333，Fuel_2 335，Spark_1313，Fuel_1 315，EV4 379，IV4 370，EV3 359，IV3 350，EV2 339，IV2 330，EV1 319，IV1 310，ECCAIV 305，ECCAIV2 324，ECCAIV3 345，ECCAIV4365。
这里Spark_n代表用于汽缸n的到子模块点火的控制线，Fuel_代表在汽缸n中到驱动器装置燃料注入器的控制线，EVn代表在汽缸n内的到驱动器装置无凸轮的排气阀的控制线，IVn代表汽缸n中到到驱动器装置无凸轮的进气阀的控制线，ECCAICn代表到为汽缸n提供压缩空气的电子控制压缩空气进气阀的控制线。
CPCPU组件状态的控制和运行根据模式需求，传感器输入和发动机参数而变化。尽管本发明的CPCPU实施例被描述成组件具有开/关或开启/关闭的布尔状态，这是用来阐述一个简单的操作循环。从实际来看，这可能是一个近似值，而且移动发动机组件的物理实现，尽管是电子控制和驱动的，是组件具有状态转换特性和影响工作循环定时的特征和响应剖面图(profile)。根据发动机参数，最适宜的运行结果可能需要在达到上止点(TDC)之前，或者在达到上止点之后，启动组件状态转换。这也能应用到下止点(BDC)冲程开始。阀门和其它机械组件有其特有的开关剖面图。从执行命令到完成机械状态的转换的反应时间必须在本发明的任何实际的应用中指出，因此，组开/关工作循环和定时曲线可以显示为大体与说明简单的基本操作模式不同，这在执行时就会显示出来。传感器和装置提供交通工具运行参数的信息，这会影响交通工具的运行，发动机及发动机的运行模式。术语“交通工具运行参数”在这里广泛的指任何交通工具运行参数，包括但不限于发动机运行参数，其被感测到，计算到，产生，涉及或者以其他方式提供。
发动机控制器399是电脑控制系统的一个部分。它包括嵌入电脑可用介质中的电脑可读程序代码。可读程序是和嵌入在多种模块和子模块组件硬件中的可执行的代码和可编程的逻辑。编程和固件嵌入过程是本领域普通技术人员所熟知的。这一可编程的部分可以存储发动机模式信息和控制发动机从一种模式到另一种模式的转换，或者是命令发动机在混合模式下运行。伪代码形式的简单的电脑程序逻辑例子在下面示出，用于一般交通工具操作的发动机模式转换。
在目前的实施例环境中，当发动机在做功模式下运行时，交通工具速度307超过时速30英里，发动机速度313超过每分1000转，而且从制动踏板位置312的制动要求速度比超过X制动踏板位置。这些变量与交通工具参数的组合将发出希望停止或者减速的信号。这个典型的大多操作者每天遇到的驾驶环境提供将交通工具的动能转化为压缩空气势能的机会，而在交通工具减速时不会浪费燃料。在另一中环境中，发动机将会重新配置为通过改变发动机组件状态来压缩空气，与模式的改变相符，从而完成减速需求。利用在图3中的传感器输入变量，在逻辑中的发动机参数，发动机控制系统伪代码片断可能是IF((Power_Mode)AND(Vehicle_Speed>S1)AND(Engine_Speed>E1)AND(Power-Pedal_Position>B1))THEN{IF(CAS_Tank_Pressure>P1)AND(Brake Pedal Position>B2)Transition_to(Compression_Brake_Mode)ELSE{Transition_to(Re-Generative_Compression_Brake_Mode);
}}S1，E1，B1，P1，B2是设定的交通工具运行参数常数，分别用于交通工具速度、发动机速度，刹车需求，CAS罐压力和刹车极限值。Transition_to(MODE)是通过输入参数，来改变CPCPU从目前的模式到指定模式的函数。转换将会保证活塞冲程与组件状态改变相符，这样变化不会产生彼此交叉的目的，而是与从机轴位置检测到的汽缸单元活塞位置同步。因此，一旦确定发生汽缸单元活塞位置在上止点，根据目标模式定义的冲程序列设定汽缸单元组件状态。在这个环境中，目标模式可以是Compression_Brake_Mode()，Re-Generative_Compression_Brake_Mode()，在下面的讨论中会进一步描述。
达到一个足够低发动机速度313，和有效的零功率踏板位置311，允许控制器逻辑在简单的模型中决定新的功率需求。在更复杂的实施例中，功率需求应该有更多的信号输入，例如倾斜角、交通工具速度和做功踏板位置改变的速率。输出逻辑会发信号给发动机重新配置到压缩空气空闲模式，因此单个汽缸单元会根据空闲模式冲程序列设定他们的组件状态，与他们各自的活塞位置一致。这一简单的实施例的发动机控制系统逻辑伪代码将会是IF((Engine_Speed<E2)AND(Power Pedal Position<D2))THEN{Transition_to(Compressed_Air_Idle_Mode)())}E2和D2是可设定的Engine_Speed和Power Pedal Position临界逻辑参数常数。
独立的空气压缩300模式信号将使发动机处于混合的做功和空气压缩模式(如果压缩空气存储(CAS)罐压力301低于目前的空气存储压力)，以抽出CAS气压用于交替应用。在这一环境中，CPCPU1和2和关联的组件会收到命令，保持发动机机轴旋转，并且CPCPU3，4会从控制模块399收到命令，在空气压缩模式下运行，对CAS再增压。一个充足的高CAS罐气压301会发信号中止压缩模式，直到CAS罐气压降到选择的预先设定值之下，接着再开始空气压缩模式。这种环境下的伪代码片断是WHILE((Standalone_Air_Compression)AND(P3<
CAS_Tank_Pressure<P4)){Transition_to(Compression_Brake_Mode)}P3和P4是可设定的压力参数，Standalone_Air_Compression 300和CAS_Tank_Pressure 301是图3中的传感器输入。
因此上面的环境阐述了本发明的一个方面，其提供了这种装置通过交通工具运行参数将外部事件或者环境编程到发动机控制器响应逻辑，可选方案的适合的装置通过改变发动机运行模式动态地改变发动机配置以管理具有可重新配置的发动机组件状态呵冲程序列的外部环境。
在另外一个实施例中，几个输入信号通过电脑处理器处理后，被用于最佳的控制相对于活塞上止点的到汽缸的点火延迟。本发明的方面会增加这种输入信号信息，例如CPCPU数量、模式、冲程循环、活塞位置、到处理过程。本发明的一个方面提供了用于电脑编程可变的发动机汽缸单元点火序列的装置，这里，火花点火器作为特定的CPCPU的组件，它的开关由电脑控制。
建立可编程的装置所必须的发动机组件状态在下面每个独立的发动机模式下示出，其中可编程的装置控制模式和其相关的组件状态呵定时与活塞冲程一致。。
可重新配置的运行模式在本发明的一个方面，在电子控制之下带有特定发动机组件的内燃机，被重新配置为在模式下或结合的模式下运行的，而不是单独来产生功率转动机轴。除了功率运行模式，DRIC可以设计成在压缩空气生产模式、增强功率模式、压缩制动模式、压缩启动模式、压缩空转模式和这些模式的混合下运行。这不仅提高了内燃机的多样性，也带来了高效率、低排放和其他好处。
除了提供压缩空气或者真空给外部应用，可重新配置的发动机模式导致了在高燃料利用率的条件下产生的能量增加。能够确定任何空气燃料比的更精确的空气燃料混合物控制可以通过更加完全的按化学计量组成的燃烧获得，因为分子、空气密度、还有分母，燃料量，都是在程序处理器控制之下可以调控的。因此会得到更加具备反应性的发动机负荷跟踪方式。此外，精确的燃料空气混合物通过发动机引入，产生压缩空气在可控制的空气密度下，而不是由不精确的周围空气或不规则的机械产生的涡轮增压器的压缩空气密度产生，这可以通过本发明的一个方面的可编程逻辑实现。为发动机提供动力而不消耗燃料，这是通过在合适的活塞位置重新引入发动机产生的压缩空气，如在压气驱动的活塞发动机中，其能保持发动机转数，如交通工具空转所需要的。。
交替发动机模式依照以上被简要谈论的，发明的一方面提供交替发动机方式。交替发动机方式与组件工作循环定时图一道被谈论。图4至图8简单描述了每个相关发动机组件的打开-闭合，开-关位置、脉冲持续时间和工作循环。这些脉冲持续时间和工作循环可以大体在模式的循环中变化以实现优化或遵照约束。。在空转模式中，发动机的空转RPM将在不同的环境状况对每辆交通工具不同，得到和保持稳定的预先设定的空转的速率将由处理器通过调整CPCPU组件状态控制，以应用必须的组件位置，以达到预先设定的空转RPM。同时，在一个实施例中Inlet_Check_Valve 109和CAS_Check——Valve 107的电脑操作和控制不是必须的，其中使用舌形阀或止回阀，其作为局部压力状态的作用自动地改变状态，如在该实施例中和关联的操作模式中。
本发明的实施例包括了通过传感器和输入将信息传递给处理器，其被编程来确定组件的最优打开，闭合，开和关的状态，这些组件构成了一个发动机。所有优化的演算、变量和系数在这里并不考虑，因为这些是发动机设计的一个具体方面，我们这里只提出一种简单的实施例的操作方式。所以，组件状态、持续期间和剖面图对于每个发动机将会有各种变化，因为各个发动机根据它的物理特性不同，因此本发明不被这里提出的模式和状态限制。
动力模式图4是说明根据本发明的实施例的动力模式的定时图。图4显示状态位置400和对应于CPCPU活塞404冲程数字401，排气阀门417，火花413，进气阀门411，进气止回阀409，燃料喷射415，ECCA进气阀门403，CAS止回阀407的工作循环，作为根据本发明的一个模式的4冲程循环发动机期间的定时。
在内燃机里，热量气体膨胀的能量是由燃料被烧产生，并且被转换成机械能。一个易燃的燃料和空气的混合物和空气在汽缸中被点燃，其使气体膨胀并且推动活塞给曲轴施加扭矩。改变气缸中内部物质需要的能量来自于飞轮，这个飞轮是储存了由活塞传递过来的机械能量。发动机产生的额外的能量在机轴尾部被运用，提供能量给CPCPU使用，或者是满足发动机的负载。
在多冲程发动机的本发明实施例中，第一冲程401 1-2，进气冲程，活塞404从它有效的最小的汽缸容量位置，上止点(TDC)开始运动，到其有效的最大的汽缸容量位置，下止点(BDC)，通过来自曲轴的旋转力。在这个冲程期间，排气阀门417组件当汽缸与排气支管临时地被隔绝时，是处于闭合的状态。进气阀门411和进气止回阀409组件是在开放状态以便周围空气可能被引入汽缸。燃料喷射器415注射与从进气阀门411引入的空气混合的燃料400。ECCA进气阀门403和压缩空气存贮(CAS)止回阀407是都在闭合的状态。
第二个冲程401 2，是个压缩冲程。当所有汽缸阀门417 411 409 403407是闭合的，活塞404压缩燃料空气混合物从BTC到TDC移动。
第三个冲程401 3是做功冲程。当所有汽缸阀门411 417 409 403 407是闭合的，火花413点燃压缩的空气燃料混合物并且燃烧气体的压力强迫活塞404膨胀汽缸容量和这样做对曲轴给予旋转的能量。
第四个冲程401 4是排气冲程。当所有其它阀门411 409 403 407保持闭合，排气阀门417被打开，活塞404推挤燃尽的气体通过排气阀门417清除汽缸和完成循环。
以上，各CPCPU具有由CPCPU识别的关联的组件，CPCPU的数字n作为CPCPU_n。在伪代码片断如下，CPCPU_n同ECCAIVn，IVn，EVn，Spark_n，Fuel_n，CASCVn联系在一起，ICVn，对应于电子控制压缩空气进气阀门，进气阀门，排气阀门，火花，燃料，CAS止回阀，进气止回阀，分别用于第n个CPCPU。函数Schedule_at()是程序逻辑，被实时执行和依靠实时传感器数据并且被预先设定的变量、常数和可编程序的逻辑来根据可用的模式工作循环和在预定的时间确定调整哪个CPCPU组件状态。在最基本的方式下，PISTON_TOP_OF_STROKE_1st将是CPCPU_N的活塞在上止点的时间，根据一个已知的曲轴位置确定一个单独CPCPU活塞当它将到达上止点的位置。元件状态持续时间将由发动机速度(RPM)，来自传感器的实时输入参量，和组件特有的特征决定，其确定常数和工作循环持续时间。例如，进气阀门411的工作循环被描述为在全部冲程期间相对垂直地上升下降。这是一个简单的理想的描述，被做为示范性的目的，因为当前的阀门特征一般要求阀门是在下止点被打开和其它阀门的打开相重叠。此外，冲程时间或循环持续时间是由发动机速度和其它因素决定，被用来计算组件的状态持续时间。在做功模式下一个简单的理想的伪代码片断为Power_Mode(CPCPU_N){Schedule_at(PISTON_TOP_OF_STROKE_1st,CPCPU_N){Dispatch_Exhaust_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Inlet_Valve_Open(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_Fuel_Injection_On(CPCPU_N,DT3);
Dispatch_ECCAIV_Close(CPCPU_N);
}Schedule_at(PISTON_BOTTOM_OF_STROKE_2nd,CPCPU_N){Dispach_Inlet_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Fuel_Injection_OFF(CPCPU_N);
}Schedule_at(PISTON_TOP_OF_STROKE_3rd,CPCPU_N){Dispatch_Spark_Ingnition(CPCPU_N);
}Schedule_at(PISTON_BOTTOM_OF_STROKE_4th,CPCPU_N){
Dispatch_Exhaust_Valve_Open(CPCPU_N,DT1);
}}Where DTx are the pulse width times roughly calculatedDT1=(Stoke/Rev)×(Fraction of EV stroke dutycycle)×(60)/(Engine_Speed)DT2=(Stoke/Rev)×(Fraction of IV stroke dutycycle)×(60)/(Engine_Speed)DT3=(Stoke/Rev)×(Const1)×(function(CAS_Pressure))/Engine_Speed)Const1=ECCAIV property constantStroke/Rev=stroke period per crankshaft revolutionEngine_Speed=engine RPM input在做功模式下，本发明的一个方面提供了汽缸单元组件状态的编程计算机控制驱动，这个驱动依从被编程的做功模式工作循环，响应发动机功率需求，发动机RMP，并且汽缸单元活塞位置，通过进气、压缩、做功和排气冲程提供曲轴需要的功率。组件状态持续时间DT1，DT2，DT3由控制器演算实时的确定，其来自基于交通工具操作参数的公式，操作参数譬如发动机速度和CAS压力，并且依照工作循环特征。喷射器处于打开状态的持续期间，DT3，具有附加的期间，其模拟特定喷射器设备的流动特征，并且在该实施例中只是大致基于压力但通常具有许多工程学特征参数被考虑到在优选的持续时间的演算中。这里，DT3演算是代表性的ECCAIV打开状态持续时间演算，并且被用在这里说明在发明的方面的预期的计算类型。进一步，一般来说，这些类型简单的公式和演算方法被用在其它运作方式，因而被运用在其他操作模式中，计算组件打开或闭合的持续时间并且在时间上与相关活塞冲程序列关联。
在功率生成模式下，发动机点火次序被程序逻辑预定的汽缸单元冲程序列改变，这是通过设定选则汽缸单元组件状态，这样汽缸单元冲程序列独立于其他汽缸单元通过进气-压缩-做功-排气同时保持汽缸单元容积膨胀与相容的曲轴位置一致。点火次序也可以被改变，为了实现各种各样的方法和目的譬如混合模式操作，在模式之间转变CPCPU，故障减轻、发动机振动和其它目的。
压缩空气储存箱满载的压缩制动模式图5是说明根据本发明实施例的压缩空气储存箱满载的压缩制动模式的定时图。图5显示CPCPU活塞504，排气阀门517，火花513，进气阀门511，进气止回阀509，燃料喷射器515，ECCA进气阀门503，CAS止回阀507的状态位置500和工作循环，其是根据本发明的一个方面在二个冲程周期501期间定时的作用。
在制动模式下，有发动机直接扭转功率传输的方向的需要，从活塞到曲轴变换到从曲轴到活塞。例如．发动机消耗交通工具或发动机飞轮的动能以提供发动机工作或当活塞对压缩空气做功时从曲轴取得能量。由于做功和排气冲程不被使用在这个模式里，压缩和进气冲程都需要在该模式中。此外，如果CAS箱是满的，压缩空气通过排气支管放气。
从进气冲程开始，当活塞504在它的冲程TDC 501-1的TDC，朝向汽缸容量扩展501-2，排气阀517状态是闭合的，火花513不被释放，进气阀门511和进气止回阀509充分地被打开，为引入周围的空气进入汽缸。在进气冲程期间501-1，燃料喷射器515被关闭，ECCA进气阀门503和CAS止回阀507是闭合的。在压缩冲程501-2，火花513，燃料喷射器515保持关闭，ECCA进气阀门503和CAS止回507保留闭合，进气阀门(IV)511和进气止回阀509是闭合的，虽然进气止回阀509可能保留打开在这个模式中。对于压缩冲程的末端501-2，排气阀门(EV)517被打开持续工作循环的一小段时间，以将压缩空气排放到排气支管。在本发明的另一个实施例中，调控CPCPU进气支管之间的流通，可能指挥压缩空气从CPCPU压缩冲程到另一个CPCPU压缩冲程以同时倍增压缩空气压力，造成更加巨大的发动机停止功率。
一个用于发动机组件为单独的CPCPU N建立压缩模式的可编程逻辑控制简单的示例性伪代码片断如下Compression_Brake_Mode(CPCPU_N){Schedule_at(PISTON_TOP_OF_STROKE_1st,CPCPU_N){Dispatch_Exhaust_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Inlet_Valve_Open(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_Fuel_Injection_OFF(CPCPU_N);
Dispatch_ECCAIV_Close(CPCPU_N);
}Schedule_at(PISTON_BOTTOM_OF_STROKE_2nd,CPCPU_N){Dispatch_Inlet_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Exhaust_Valve_Open_Period(CPCPU_N,DT3,DT4);
}}DT2=(Stoke/Rev)×(Fraction of IV stroke duty cycle)×(60)/(Engine_Speed)DT3=(Stoke/Rev)×(Fraction of compression stroke duty cycle closed)×(60)/(Engine_Speed)DT4=(Stoke/Rev)×(Fraction of compression stroke duty cycle opened)×(60)/(Engine_Speed)Stroke/Rev=stroke period per crankshaft revolutionEngine_Speed=instantaneous engine speed FIG.3,310
增强功率模式在增强功率模式下，不同于涡轮增压的空气，发动机是被供应富含氧气的压缩空气而不是周围的空气，以便更多燃料可能被燃烧，以实现更高效的平均活塞压力和因此更强的做功冲程。图6是说明根据本发明实施例的增强功率模式的定时图。图6显示CPCPU活塞604，排气阀门617，火花613，进气阀门611，进气止回阀609，燃料喷射器615，ECCA进气阀门603，CAS止回阀607的状态位置600和工作循环，其为根据本发明的一个方面的4冲程循环发动机期间的定时602的作用。
当活塞604在上止点TDC 601-1时开始这个周期，朝向汽缸容量扩展601-2，排气阀门617是闭合的，火花613不被供给，进气阀门611是开放的，并且进气止回阀609是开放到周围空气。ECCA进气阀门603被打开，根据CAS压力和与燃料量一起燃烧所需要氧气保持一段持续时间，在进气冲程的末端601-1和压缩冲程起点601-2。燃料喷射器615被测量与周围和压缩空气的组合成比例。CAS止回阀607在整个该模式中是闭合的，因为压缩空气从CAS流动从CAS流入汽缸。压缩冲程601-2使活塞604上升，排气阀门617保持闭合，进气阀门611被关闭和ECCA进气阀门603保持部分打开进入压缩冲程601-2。压缩冲程的末端601-2和做功冲程的起点601-3发信号给火花613启动做功冲程，此时转移能量到曲轴。接着的排气冲程601-4排气阀门617打开，其将排出的废气排放到排气支管。
根本上，增强功率模式提供汽缸单元组件状态的编程的计算机控制驱动，依从被编程的增强功率模式工作循环，响应发动机功率需求和发动机速度，并且汽缸单元活塞位置通过压缩空气进气、压缩、做功和排气冲程，从而根据电脑编程的燃料-混合物比，汽缸单元从压缩空气存储罐接受测量的压缩空气，测量成比例的更大的燃料量，导致更高的汽缸能量燃烧用于增加的功率。
测量从CAS罐到汽缸单元的压缩空气会要求确定ECCAIV向上压力，CAS，计算ECCAIV打开状态持续时间，和在需要的时间打开ECCAIV组件持续计算的时间。时间要求至少部分地根据瞬时曲轴位置，从相对TDC的已知的汽缸单元活塞位置开始，和与被分配的模式冲程序列符合。确定ECCAIV组件打开状态持续时间，这是根据设备流动特征参量、设备反应剖面图、向上的CAS压力和其它因素。这些因素是具体设备，一般将有许多工程学特征参数被考虑到在优选的测量持续时间的演算中。一个简单的模型会包括发动机速度、模式冲程工作片断(duty fraction)和流动特征，这是根据当在做功模式DT3以上大致计算的压缩空气压力，CAS，其用于喷射器组件，但具有ECCAIV设备参数。一个特殊ECCAIV组件的流动特征是本领域技术人员所熟知的。
在另一个实施例中，stoiciometric燃料数量是根据计算机编程的燃料混合物数据测量的，在汽缸中造成更高的汽缸能量燃烧和提供增加的更大的有效的活塞压力，用于具有优化污染排放的增强功率冲程。
压缩启动模式和压缩空转模式图7是说明根据本发明的实施例的压缩启动模式和压缩空转的模式的定时图。图7显示CPCPU活塞704，排气阀门717，火花713，进气阀门711，进气止回阀709，燃料喷射器715，ECCA进气阀门703，CAS止回阀707的组分状态700和工作循环，其是根据本发明的一个方面在发动机启动和发动机空转期间定时702的作用。
在发动机启动模式下，发动机机轴从最初的静态位置开始转动。这就要求活塞、机轴和飞轮需要克服其静态的惯性，实现动态的转动。发动机机轴的位置从传感器可以得知，在每一个汽缸-活塞压缩器—做功单元(CPCPU)中的每一个活塞的单独位置可以获知。在压缩启动模式下，控制逻辑将会决定哪一个CPCPU处于自机轴角的适当的活塞位置，并且将会基于活塞在其逻辑工作循环的位置应用图7所示的工作循环。当CPCPU活塞达到上止点，CPCPU组件将会参与到把压缩空气用于活塞，以迫使它们对机轴施以扭矩。CPCPU并不参与到对各自的活塞加以气压，引起最小的阻力阻件状态。活塞在那些无用的位置的CPCPU，会打开它的排气阀门717和关闭进气阀门711，反之亦然，因此在此时没有CAS能量会流失，活塞在压缩冲程中压缩做功。
在最小的汽缸容积701-1从活塞704向上升到700，，CPCPU开始压缩启动循环。在这一模式下火花713不会启动。进气阀门711和ECCA进气阀门703会打开，提供压缩空气，推动活塞704以产生机轴转动。排气阀门717关闭700，所以压缩空气将会逆活塞而做功，不会排气。在这一模式进行时，进气止回阀709和CAS止回阀707同时关闭。这时没有燃料注入715，因为目的在于转动机轴产生充足的RPM，以转换发动机到做功模式下，而不用使用电池来带动起动器发动机。从下止点开始的第二个冲程701-2，这时排气阀门712将会打开排出汽缸内未被压缩的空气，不用逆活塞做功。
压缩启动模式通过开始发动机级轴旋转启动发动机，向汽缸单元活塞施加压缩空气压力，其中活塞处于正向做功到机轴的位置，是通过运行压缩空气进入容积膨胀的汽缸单元，其根据定义汽缸单元组件状态的启动模式逻辑和响应发动机启动信号，机轴RPM和机轴位置的电脑处理器程序逻辑执行。
在压缩空转模式下，要求是发动机机轴要继续转动，在热待机状态下，以保持稳定的发动机运转惯性，因此当发动机功率需要时，不必克服大的发动机启动惯性，而只是加速的摩擦力。目前，空转通常是通过在低发动机每分钟转数的情况下，通过燃烧燃料来完成的。本发明的一个方面是，它运用了存储的压缩空气来推进活塞在空转模式下节省做功冲程的燃料来保持空转。因此，在空转模式下，一个发动机控制器保持机轴的速度与所需的惯性相符，以提供持续的转动，这一过程通过抑制燃料注入与火花但是可操作地把压缩空气引入到CPCPU内产生，CPCPU使活塞位置与机轴的转动相协调。因此，在任何的机轴位置下，一些CPCPU会合理的布置活塞，并且一些CPCPU将会布置于空气压缩状态。因为机轴的位置已知，并且与每一个CPCPU布置相关联，精确的个体CPCPU布置已知，并且控制器可以可操作地的推进压缩空气到汽缸内，这将会使机轴在预定的速度下转动。预定的速度可以通过从传感器转动率的反馈来保持，以控制引入单个协同的CPCPU内的压缩空气量。
用于处理器控制的发动机组件建立一个压缩空气空转模式的以伪代码形式的可编程逻辑的简单的示例性片断如下，这里直接的压缩空气可以用于转动机轴，而不用燃料直接用于于单个CPCPU nCompressed_Air_Idle_Mode(CPCPU_N){Schedule_at(PISTON_TOP_OF_STROKE_1st,CPCPU_N){Dispatch_Exhaust_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Inlet_Valve_Open(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_Fuel_Injection_OFF(CPCPU_N);
Dispatch_ECCAIV_Open(CPCPU_N);}Schedule_at(PISTON_BOTTOM_OF_STROKE_2nd,CPCPU_N){Dispatch_Exhaust_Valve_Open(CPCPU_N);
Dispatch_Inlet_Valve_Close(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_ECCAIV_Close(CPCPU_N);}}DT2=(Stoke/Rev)×(Fraction of IV stroke dutycycle)×(60)/(Engine_Speed)IV=Inlet ValveStroke/Rev=stroke period per crankshaft revolutionEngine_Speed=instantaneous engine RPMFraction of IV duty cycle=optimized portion of stroke needed for statechange to accomplish transfer of compressed air
压缩空气空转模式通过应用存储的压缩空气的气压作用于汽缸单元活塞来保持发动机机轴的转动，其中活塞处于对机轴做正功的位置，所述压缩空气应用响应机轴转动定时，在预定的发动机速度下，通过汽缸单元组件状态的编程电脑控制与模式序列冲程一致。
再生压缩制动模式图片8是描述了根据本发明实施例的再生压缩制动模式的定时图，压缩空气存储罐不完全满时的压缩制动。图片8展示了CPCPU活塞804，排气阀门817，火花813，进气阀门811，进气止回阀809，燃料注入器815，ECCA进气阀门803，CAS止回阀807的元件状态位置800和工作循环，其是根据本发明的一个方面的多冲程发动机中定时802的作用。
在压缩制动w/CAS箱满时，传感器发出一个直接信号，要求发动机颠倒功率传输的方向，从到机轴的功率转到来自机轴的功率。当活塞确定做功压缩空气时，功率是从机轴中获得的。区别在于压缩空气存储于CAS中以备稍后使用。因为做功冲程和排气冲程在这一模式下并不需要，压缩和进气冲程都被需要的。因此，排气阀门817关闭持续本实施例工作循环的大多数时间，除了如下所述，整个模式下没有产生任何火花813，燃料注入815也在整个模式中被关闭。在一个实施例中，通道中到压缩空气储存装置的压缩空气阻止进气止回阀809打开，排气阀817在很短的脉冲下循环，排出任何输送的压缩空气，其可能使进气止回阀809的残余背压阻止进气止回阀809的状态转换。
在再生压缩制动模式的实施例中，汽缸单元冲程状态转换装置或者用来排出汽缸容积内缩小的压缩空气以备交替使用，它通过对压缩空气排出801-3设定CPCPU元件状态来来实现，或者用于燃烧压缩的空气-燃料混合物供给做功冲程CPCPU的元件状态，这一状态根据上面的做功运行和增强功率601-3模式所示的401-3设定。在再生压缩制动模式下，转换装置是与汽缸单元组件协同工作而实现的，在电脑处理器控制之下排出压缩空气到CAS作为交替使用。
为转移压缩空气到CAS，ECCA进气阀门803在整个模式下也会保持关闭，压缩空气同时被存储起来。进气阀门811在整个循环保持打开。因为CAS罐在这一模式下并不是满的，压缩空气流入CAS，途经CAS止回阀807。当活塞804在其循环位置801-1的上止点时，开始循环朝着汽缸容积膨胀，进气阀811和进气止回阀809完全打开，用来把周围的空气吸入汽缸。同时在进气冲程中，ECVC进气阀门803和CAS止回阀807关闭，因为周围的大气压低于CAS中的气压。紧接着压缩冲程801-2后，CAS止回阀807保持关闭，进气阀811和进气止回阀809同时保持关闭。在本发明的一些实施例中，在CPCPU之间的受调节的空气流可以操纵压缩空气从一个CPCPU的压缩冲程到进气冲程的最后，同时，另一个CPCPU的压缩冲程的开始到进一步压缩已经压缩过的空气，同时提供更为巨大的发动机停止功率，伴随活塞相对更大的气压做功。
尽管在这一再生压缩制动模式的实施例中的交替使用是用作压缩空气生产传递给CAS，在另一个实施例中，压缩空气的分配用于其它汽缸单元，通过直接通道，绕过CAS或者绕过CAS，直接用于外部应用。
用于处理器控制的发动机组件建立一个压缩制动模式的以伪代码形式的可编程逻辑的简单的示例性片断如下，这里CAS没有充满，压缩空气被存储用于单独的CPCPU NRe-generative Compression_Brake_Mode(CPCPU_N){Schedule_at(PISTON_TOP_OF_STROKE_1st,CPCPU_N){Dispatch_Exhaust_Valve_Close(CPCPU_N);
Dispatch_Inlet_Valve_Open(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_Fuel_Injection_OFF(CPCPU_N);
Dispatch_ECCAIV_Close(CPCPU_N);}Schedule_at(PISTON_BOTTOM_OF_STROKE_2nd,CPCPU_N){
Dispatch_Inlet_Valve_Open(CPCPU_N,DT2);
Dispatch_Exhaust_Valve_Period(CPCPU_N,T1);}}DT2=(Stoke/Rev)×(Fraction of IV duty cycle)×(60)/(Engine_Speed)T1=(Stoke/Rev)×(1-(Fraction of IV duty cycle))×(60)/(Engine_Speed)电脑操作和控制Inlet_Check_Valve和CAS_Check_Valve在设计中并不是必需的，在这一实施例中它运用了舌形阀或者止回阀来自动改变状态，作为局部压力条件的作用。因此，ECCAIV会保持关闭，并且CAS_Check_Valve允许汽缸内压缩空气流入到CAS中。
Stroke/Rev＝每次机轴的旋转内冲程周期Engin_Speed＝＝发动机即时RPM310，图3IV工作循环的部分＝冲程持续时间的优化部分，用于完成压缩空气的转移的状态改变从本质上来说，再生制动压缩模式运行提供了汽缸单元组件状态的编程的电脑控制驱动，与编程的再生制动压缩模式工作循环相一致，响应制动需求，发动机速度和汽缸单元活塞位置，通过在压缩空气储存罐内接收、压缩和存储空气，从机轴提取做功用于后面的发动机或压缩空气使用。
真空模式替代进气冲程吸入空气用于压缩和做功，本发明的一个实施例重新配置发动机为一个真空泵，它可以产生真空，按需求提供比周围气压更低的真空，用于吸入或者虹吸管的应用。
真空可以是一个能量存储机制，压力差可以做有用功。要求真空的应用，如外部吸入泵，用于牵引流动的压力差，或用于为发动机制动产生真空，都提供对于真空的可选应用。
图9是，用来阐明根据本发明的另一个实施例的动态地可重新配置内燃机汽缸单元的一个方面的部分发动机模块的剪切图。带有汽缸盖908的汽缸906和可扩张的汽缸容积907，活塞904，无凸轮电子可控制的排气阀门917，驱动器919，无凸轮电子可控制的进气阀911和驱动器910，进气止回阀909，电子可控制的燃料喷射器915，无凸轮电子可控制的真空阀921和驱动器920，将真空导入进气支管922的真空止回阀923，电子可控制的燃料混合物点火器913，压缩空气流入电子控制的阀门903，压缩空气汽缸内压缩空气流出止回阀907，到液体空腔的连接及到空气进气的路径991，排气支管933或者压缩空气储存罐902，在这一实施例中组成汽缸-活塞压缩-做功单元(CPCPU)。第三个汽缸阀，真空阀921用于实现另一个CPCPU的功能，真空的产生用于交替使用。在以上的实施例中，尽管那些CPCPU相协调运行，但是它们是在电脑控制系统独立控制下的。
在真空模式下，控制系统输出命令到电子控制的CPCPU组件用于下面的真空模式。通过电子控制真空阀驱动器920，适合真空要求，在汽缸-活塞膨胀容积907执行真空阀921的状态。在整个编程的工作循环，进气阀门911保持关闭。进气阀门911关闭，排气阀门917关闭时，活塞904运行以扩张容积，产生真空，其当打开真空阀921时将通过真空止回阀923连通真空到到吸气支管922。因此，当机轴工作，以扩张CPCPU容积产生真空时，功率产生。此外，真空模式在发动机制动下也是可用的，如果压缩空气存储是满的，并且额外的发动机制动功率需要的话，这样机器惯性就会转动机轴，提供真空工作来减慢机器。
图10是说明用于本发明的实施例的定时图，其在上面图9中描述。图10展示了CPCPU的组件状态位置1000和冲程循环1001，它开始于活塞1004，排气阀门1017，火花1013，进气阀门1011，进气止回阀1009，燃料喷射器1015，ECCA进气阀103，CAS止回阀1007和真空阀1021，其是根据本发明的一个方面的二冲程循环期间定时1002的作用。
不改变真空模式下CPCPU组件状态，火花1013关闭，燃料喷射器1015关闭。进气阀门1011，进气止回阀1009，ECCAIV1003和CASCV1007各自的组件状态在这一模式下关闭。在第一个冲程1001-1中，活塞从上止点启动，到汽缸的阀门1017、1011、1021关闭，并且活塞1004被机轴拉动，以扩张汽缸活塞做功容积，产生真空。第二个冲程1001-2在下止点开始，并且继续减少产生的汽缸真空容积，此时真空阀1021通过驱动器922保持打开。真空与真空支管相通，并且在上止点时循环完成。CPCPU在真空模式下运行，这是在编程的电脑控制驱动汽缸单元组件状态下完成，并与编程的真空模式工作循环一致，其响应发动机吸入压头的要求、发动机RPM和汽缸单元活塞位置。
但是本发明的另一个具有真空模式的实施例，是可以与两个汽缸电子阀组件配置的，进气和排气阀门带有它们相关的驱动器，和额外的进气止回阀的阀门上流，可以从根本上起到在汽缸与真空支管间流通真空的作用，类似域汽缸压缩空气与CAS，独立的，并且在可以操作的时间内。
三阀门实施例本发明的一个方面给每一个汽缸单元提供一个冲程状态转换装置，用于或者排出压缩汽缸容积内的压缩空气以交替使用，或者为做功冲程燃烧保留的压缩空气-燃料混合物。在图11中描述的本发明的实施例使用了三个电子可控制的汽缸阀门，还有在电子控制之下的相关的汽缸单元元件，以提供装置来执行这次转换。这里第三个电子控制的汽缸阀门，辅助阀门(facilitation valve)，与进气和排气阀门相一致，调节进入或者从汽缸容积出来的压缩空气。这个辅助阀门起到了图1实施例中CAS止回阀和ECCA进气阀的作用，提供用于电子控制汽缸单元元件状态设置的装置，以建立冲程序列，产生交替的发动机运行模式。
图11是根据本发明的三阀门实施例的动态可重新配置的内燃机汽缸单元的实施例的发动机剪切图。在图11中所显示的元件是处理器控制的电子点火器1113，电子可控的燃料喷射器1115，这在汽缸单元内部包含，但是并不设计出来，因为大多数汽油发动机使用端口喷射器(facilitationvalve)，柴油发动机直接在汽缸内使用或者使用预燃室喷射器。其它的CPCPU组件包括无凸轮轴电子可控的空气进入阀门1111和关联的驱动器1110，周围空气进气口1191，伴有可变的汽缸容积1105的汽缸1106，汽缸盖1107，无凸轮轴电子可控的排气阀1117和附加的驱动器1119用来调节在汽缸1106和排气口1193之间废气的排出、活塞1104，活塞环1108。所有这些附加一个无凸轮轴的电子可控调节阀1121和附加的启动器1120，控制压缩空气流入或流出压缩动力单元(CPCPU)，这在前一个实施例中单独在电脑控制系统下运行。
在图1中，两阀门汽缸的实施例运用一个相关的CAS止回阀用于压缩空气流出，还有一个电子可控的压缩空气进气阀(ECCAIV)用于测量进入汽缸的空气，图11的实施例产生了一个基本类似功能，电子控制的辅助阀组件在电脑处理器控制下具备多状态。辅助阀打开状态定时和持续时间允许测量进出压缩空气源和汽缸的压缩空气，它有助于发动机交替使用。辅助阀门1121保持打开的时刻和持续时间取决于压缩空气流动的方向。它可以是一个压缩空气源的压力的函数，并且由电脑逻辑决定，允许在程序时间内测量从压缩空气源，经过压缩空气管道1123，引入汽缸容积的压缩空气量。汽缸组件状态是在电脑控制之下的，并且用定义的操作模式编程，提供从一个冲程向下一个编程的冲程转换的装置。由于辅助阀1121，控制程序逻辑接收外部信号，例如，机轴位置，发动机RPM和在特定时间内实时输入需求，及每一个组件状态和状态转换的的持续时间。
图片12是一个简单的定时图，它阐明了根据本发明汽缸单元实施例中三个阀门的压缩空气生产模式。图12列出了CPCPU的组件状态位置1200和冲程位置1201，活塞1204，排气阀门1217，火花1213，进气阀门1211，燃料喷射器1215，辅助阀1207，其是根据本发明的一个方面在二冲程循环期间定时1202的作用。
电脑控制系统输出命令到压缩空气生产模式下的电子可控制的元件状态如下所示火花1213和燃料喷射器1215是关闭的，排气阀门1217关闭。在第一个冲程1201-1中，活塞1204从上止点开始，进气阀门1211打开，活塞1204被机轴拉动，以扩张汽缸容积，吸入周围空气。第二个冲程1201-2从下止点开始，进气阀门1211关闭，活塞1204压缩汽缸容积，因此压缩空气。在这一压缩冲程下，辅助阀打开和关闭，接近冲程末尾，排除压缩空气进入压缩空气通道1123用于其交替使用。
与前面一个实施例相同，在这一个实施例中，CPCPU组件状态通过传感器输入和基于需求的发动机模式和模式工作循环的编程逻辑设定，以满足交通工具信号需求，如压缩空气需求或压缩空气制动。传感器输入例如，当每一汽缸单元在活塞上止点时通知控制系统机轴位置，这是一个开始多个冲程序列的正常的时间。然而，冲程启动时间并不受限于上止点，而且可以在上止点之前或者之后开始。在发动机RPM的改变，传感器发信号给控制系统一些汽缸单元内的模式改变，是否足以满足做功或者制动的需要的变化。例如，当条件分别触发对压缩空气生产和智能模式启动需求时，或者交通工具倾斜或者发动机爆炸信号通知发动机控制逻辑。电脑控制系统包括定时或者工作循环逻辑，它可编程地定义哪个汽缸组件状态必须出现，还有在何时它们必须设定以建立起要求的冲程序列用于压缩空气生产。
尽管这一实施例中的用于生产压缩空气的交替使用可以由交通工具制动信号引起，但是压缩空气可以生产出来用于交替的外部应用，甚至在机器停止时，来自空气压缩独立(Standalone)模式信号。机轴提供能量来压缩空气，并且能量可以在做功模式下或者在增强功率模式下产生于CPCPU。在一个没有CAS的实施例中，压缩空气分布直接用于外部应用。
图片13是根据本发明具有DRIC发动机和用于控制DRIC发动机的发动机控制系统的交通工具。如本领域普通技术人员所知，本发明不依赖于特定描述的发动机构造，并且可以用于具备不同发动机构造和其他交通工具参数的多种不同的内燃机。例如这种发动机可以构造或者设计带有一个或者多个汽缸，例如用于产生动力的柴油机发动机或者汽油机，或者用于存储或再生交通工具惯性的DRIC发动机。同样地，本发明也不受限于任何特殊类型的装置或者改变内燃机的操作冲程序列或者改变内燃机的汽缸点火次序的方法。
再次参考图13，发动机包括多个汽缸(只有一个被示出)，每一个汽缸1306有一个燃烧室1307，一个往复活塞1304，电子的压缩空气阀门驱动器1303，电子的进气阀门驱动器1311，电子的辅助阀门驱动器1320和电子的排气阀门驱动器1319，压缩空气压力通风系统1373，周围空气进气口1371，真空压力通风系统1375和汽缸排放1377。活塞1304与连杆1352相连结，连杆又与机轴1350的曲柄针1354相联。燃料经由一个燃料喷射器1315注入到燃料室1307，并且传输，经过一个电子驱动线路1316测量，其是在发动机控制器1399的控制下(或者相等价物)。周围空气1371被额定地吸引，经过设置在进气支管中的控制的进气止回阀1309。通过火花塞1313和点火系统1314提供点燃火花以点燃燃料空气的混合物，这是根据来自电子控制器1399的火花提前(或滞后)信号，但并不受限于发动机爆炸信号1302。燃料混合物点燃可以通过注入燃料的自发的燃烧来获得，这里交通工具发动机是柴油机，并且燃烧时间是通过燃料注入时间提先预计出来的。
在图片13中所示的，发动机控制器1399名义上包括一个微处理器或中央处理单元(CPU)1395，与电脑可读存储装置1393、1391和1389相联，经过存储管理单元1396(MMU)。MMU1396向CPU1395传输数据或从传输出数据(包括可执行的代码指令)，并且电脑可读存储介质可能包括，例如只读存储(ROM)1391，随机存储器(RAM)1393，不失效记忆体(KAM)1389和其他易失性或非易失性数据存储所需要的存储设备。电脑可读存储装置可以利用任何可知的存储装置实现，例如，可编程的只读存储(PROM‘S)，电子可编程只读存储(EPROM’S)，电子可擦除的PROM(EEPROM‘S)，闪存，或任何其他的电子的、磁性的、光的、无线的或能够存储数据的存储装置的组合，其中的数据包括可执行代码，由CPU1395使用来控制DRIC发动机，并在一定程度上控制包括DRIC发动机的主机。输入/输出(I/O)接口1387被提供用来连结多个传感器，驱动器和控制线路，包括但并不仅限于在图13中显示的装置。输入装置包括一个发动机速度传感器1310，机轴位置1318，汽缸爆炸传感器1302，发动机冷冻剂温度1303，功率踏板位置传感器1311，制动板位置传感器1312和CAS压力。
输出命令和控制包括电子燃料控制驱动器1316，点火系统1314，电子压缩空气阀驱动器1303，电子进气阀驱动器1311，电子辅助阀驱动器1320和电子排气阀驱动器1319。这些输出在一个汽缸单元显示，但是会用于发动机内的每一个汽缸单元，且用于控制汽缸组件状态与相联的活塞一致，以从编程的运行模式中产生冲程序列。
显示的传感器提供关于事件，条件和交通工具运行参数1379的信息，这会影响来自多个发动机模式的发动机模式启用的调度。术语“交通工具运行参数”这里广泛的指任何机器运行参数，包括发动机运行参数，其被检测，计算，产生的，推断的或者通过其他途径提供。没有列出本发明实施里中的其他的交通工具传感器并不被排除用于这个发明中。运行模式包括发动机组件状态配置，其确定冲程，和一致的冲程序列。控制器1399从交通工具运行参数收到信号，处理存储的逻辑，其使用参数及时安排发动机运行模式和实时经过发动机汽缸单元。
图片14是根据本发明的用于控制连接到交通工具的操作的DRIC发动机的方法的高级流程图，其是一个简单的实时连续的发动机控制程序逻辑。在该实施例中，执行从开始1401开始，当收到交通工具参数点火系统信号，控制器逻辑继续到确定CAS与电池状态1403。决定状态包括检测并读取CAS_Tank_pressure传感器数据，以确定CAS中是否有充足的压力用于压缩启动模式的开始。如果在不足的压力下，控制器就发送信号给电池来启动发动机。如果发动机启动的逻辑1405是错的，那么控制执行分支到压缩启动模式1407，这里根据压缩空气启动模式，发动机因为来自CAS的压缩空气启动。程序逻辑将会询问交通工具参数如压缩空气独立模式信号是否收到，如果是肯定的，那么将会进入分支压缩空气生产模式1411，把发动机放入一个可以提供压缩空气给CAS存储罐用于外部需要压缩空气的外部应用的模式，而不用交通工具另外再运行。一个CAS容器低压信号将会开始压缩空气生产模式1411，再次充满CAS。单独的压缩空气生产模式会需要发动机做功模式在一些汽缸单元内是充足的，以压缩空气在另外的汽缸单元内，如那些模式所定义的。
如果发动机启动1405是真的，如从正的交通工具参数点火信号和发动机速度传感器检测的，执行流程继续进行到确定交通工具功率要求1413。在一个简单的基本模型中，功率需求是由踏板位置信号的接收决定的。在更为复杂的实施例中，参数如发动机速度、机轴位置、可用的压缩空气CAS罐压力或者发动机及其它交通工具参数也可以用来确立有多个发动机汽缸单元需要启动做功模式1419，除非需要来自增强功率模式1417的更大的功率。更高更快的踏板功率位置速度，更大的交通工具包括角度，低发动机速度和其他因素，其根据编程的逻辑将会指示做功或增强功率模式中的更多的汽缸单元。
程序逻辑将会继续进行确定交通工具制动需求1423。确定交通工具制动需求1423可以沿两个路径分叉，串行或并行运用发动机压缩制动和摩擦制动连续的或者是平行的。当首先是发动机压缩制动，然后是摩擦制动，将会是更多能量再生的方法，对摩擦制动组件产生更少的磨损，这个不是最简简单的方法，因为发动机摩擦制动已经变得更加复杂，一些用带有传感器的电脑控制将会增加连续应用的复杂性。因此当前发明的一个基本的运行模式将会运用发动机压缩制动与摩擦制动同时进行。制动的开始来自于多种信号或装置。从传感器或装置来的信号将会提供可用信息用于决定机器制动需求，但不受限于此；制动踏板位置每次改变，制动线路流体压力每次改变，来自加速计的减速度，飞轮转动传感器信号、制动温度每次改变，交通工具倾斜传感器信号、制动温度传感器和历史制动数据存储于KAM、RAM、ROM等。收到制动信号将会对CAS罐压力1425执行问询。如果CAS不满，程序将会配置发动机到再生压缩制动模式1429，否则就会到压缩制动模式1427，随后回到主环路中。
程序逻辑将会继续确定机器是否应该处于热待机状态1433。在一个简单的基本模式下，这是由踏板位置信号来确立的。更为复杂的逻辑可以在机器参数中实现作来发动机冷冻剂温度，机器速度，发动机速度等。如果热待机状态需要，并且有可用的CAS_Tank_Pressure，那么发动机空转1435询问将会确定，并且程序将在压缩空气空转模式1437下执行。这将允许发动机通过压缩空气运行，保存燃料，并冷却发动机。如果充足的压缩空气不可用，CAS_Tank_Pressure低于必要水平，一个低的RPM功率模式1439将会产生。执行将会从分支中回归到询问是否发动机停止信号1441已经收到了。接收到一个发动机的停止信号将会分支程序逻辑停止1443发动机，缺省的将继续系统执行用于进一步的引起转变，在1405。混合模式操作，CPCPU模式转变及负载平衡因为功率是在做功模式的一个冲程中产生，一个单个的CPCPU多冲程发动机有一个低程度的一致性，并且机轴的转动在一个完整的模式循环中受到相当大的加速度和减速度。因为这样，多个汽缸发动机是有用的，因为它们产生了更平滑的运行发动机。
在发明的一个方面，CPCPU点火次序是设计用来减少震动和发动机摇摆，因此改善发动机的磨损、操作的平衡及平滑。然而，点火次序可以根据CPCPU运行模式改变，满足必需的编程环境要求。因此在目前发明的实施例中，做功冲程可以在单个的CPCPU中沿着机轴安排成均匀的错列，因此做功冲程并不必是相继的而是同时的，还有考虑到模式运行、发动机震动和其它机器参数。因此，在发明的一个实施例中，在多个模式下运行，在一些CPCPU中的做功模式和其它CPCPU的压缩模式下，压缩模式CPCPU有选择的散布在做功模式CPCPU之间，这里做功冲程最好与其它冲程一起，并沿着连续的路径布置，并且发动机运行模式更有可能抑制机轴的振动，或者转变机轴的振动频率来减少发动机的磨损频率。平衡模式序列和CPCPU点火次序是发动机特定的参数，这里指出来作为从混合模式中获得的额外收益。
在基本的机轴-活塞连杠-活塞-汽缸位置约束的机械连贯性下，目前的发明实施例电脑控制系统可以实时地在运行模式中转变单个的CPCPU。因为DRIC是在处理器控制之下的，在电脑控制之下的电子传感器，处理器响应时间和电子可控的CPCPU元件的大小的量级(毫微秒)小于机械控制的组件(毫秒)能够实现的量级。电子开关反应时间次数控制机械组件状态缩短了差距，但是电子开关比机械开关保留了一个充足的空隙，可以允许灵活性和所需的速度以产生动力重新配置。一个特殊CPCPU的开关模式会与发动机RPM相关同时发生。尽管用于特殊CPCPU的开关模式可能更有效的完成任务，当活塞位置接近冲程上止点时，CPCPU模式转变可以在发动机机轴转角或位置的任何一个部分启动。模式的启动依赖于电脑系统反应时间和机械元件反应时滞。这些已知的特性和发动机参数可以预期到，并且可编程实现控制逻辑来纠正和预测组件状态定时，达到最优的效果。一个CPCPU可以持续运行或者停止，实现之前的模式，在一相新的程序命令模式运行的预期之下，基于前述的因素，这与可编程逻辑一致。一个简单的CPCPU转变次序可能包括停止燃料注入、停止点火、打开排气阀和等待活塞在启动一个新的冲程前达到冲程最高点。作为选择的，一个来自模式可以在机轴循环下完成，一个到达模式可以通过编程从CPCPU的上止点开始，或者从一些合适的机轴转角开始，这里CPCPU活塞最靠近冲程的顶部，但是最理想的还是在上止点之前或之后开始。
将发动机CPCPU当做做功、真空或空气压缩单元，发动机CPCPU可以同时在不同的模式下运行，与其它CPCPU相符。在发动机定时可知的交通工具运行状态下，功率要求或者空气压缩需求被接收，传感器信息输入，处理器编程决定每个CPCPU将最优运行多少模式和哪些模式，这是基于编程的模式工作循环，输入模式确定逻辑和发动机参数实时决定的。在一个实施例中，当压缩空气存储罐满、且做功需求低时，控制系统将会安排一些CPCPU进入做功模式，其它CPCPU空闲，因此来节省燃料。然而，实时状态和交通工具情况将会改变，此时另一个需要的模式，与传感到的数据相符，这些数据来自交通工具运行参数和与那些输入相符的编程逻辑。例如，如果发动机在做功模式配置下，并且大的制动速率需求信号提升了，发动机控制器将会决定需要的压缩制动功率，通常在基本的运行模式下，这些需求会与制动踏板位置下降速率成比例。然后，带有可选的CPCPU的模式合并压缩制动将会被执行来占用一些或者所有的CPCPU，用于更多的机器停止功率。在更为复杂的实施例中，制动需求反映逻辑包括编程的CPCPU模式转变，以使CPCPU与延迟接合，使交通工具运行特征尽可能的平滑。
在发动机CPCPU之间同步定时的简单方法可以通过利用一个可知的机轴位置完成，它产生于机轴位置传感器，利用单个CPCPU活塞位置与机轴转角的关系。机轴位置传感器目前应用于确定这些事项，如，点火次序、上死点之前的度数、何时汽缸位于TDC时、火花定时、燃料注入定时和其它多种电脑输入需求。机轴位置传感器是已经可用的，如电子方法保持精确的机轴转角用于CPCPPU定时，转变和模式循环依据，这是本领域技术人员所熟知的。
发明的一个实施中，发动机CPCPU可以在不同的模式下工作，这是根据输入传感器数据的最优的可编程的方式，编程模式运行环境及用于特定的模式的编程的工作循环。此外，在CPCPU从一个模式转到另一个模式时，在新的模式之前，可以完成前面的模式，其由机轴转角发出信号。例如，在一个四CPCPU的发动机中，最佳的选择是在做功模式下运行CPCPU 1和3，汽缸2和4在空气压缩模式下，而不是在做功模式下运行汽缸1和2，并且在3和4中空气压缩。然而，如果一种模式比另一个保持更大的机轴振动时，这些可能会改变。许多因素，如发动机热特性、材料压力分布、发动机振动、相同组件磨损、发动机功率需求、模式转换需求和其他的发动机参数也可以在一个最优的混合模式配置下在运行不同的CPCPU中考虑。
在混合模式运行时，一个或多个选定的发动机汽缸单元是在电脑程序控制之下的，并且运行模式不同于但是与一个或多个可选的发动机汽缸单元相一致，同时保持机轴定时与汽缸活塞位置冲程连续性相符时，这是通过电子设定汽缸单元组件状态与编程的电脑逻辑相符，以响应传感器输入信号和编程工作循环模式和机轴角度，其用于选定的当前运行。
尽管再生压缩制动模式可以从交通工具制动产生压缩空气，分布给CAS用于交替使用，压缩空气可以从一个静止的交通工具产生用于交替的外部应用。DRIC发动机机轴做功压缩空气，而且这一功率会同时从CPCPU中产生，在混合模式的做功模式或增强功率模式下。在发明一个实施例中，在发动机控制系统的空气-压缩-独立-模式下，在其他的CPCPU中DRIC发动机将会在混合模式下运行，从一些CPCPU中提供功率来压缩空气，用于交替的外部应用，满足CAS的需求。在没有CAS的实施例中，压缩空气的分布直接从外部应用中产生。
此外，一个三阀门的汽缸实施例是可以扩展到包括更多的汽缸阀，如真空阀，它直接来自上面的真空实施例，以辅助相同汽缸单元中的真空开关装置。这些功能可以由汽缸外部阀门完成，它是在电脑控制下，汽缸相关组件会沿完成其关联模式所需要的路径引导压缩空气或真空。
智能内燃机发明的一个方面用于“更智能”的发动机，它们不受限于固定的冲程循环设计，并且因此允许可编程的机械选择动态地实现。因此DRIC的实施例控制系统提供了方法，通过该方法，内燃机可以更加智能地实现比不可变的冲程序列所实现的更多的能力。用于智能发动机响应的环境是可编程的，并且与交替发动机运行模式结合，并且通过电脑控制单独的CPCPU组件状态和冲程序列实现，其也允许操作包括一定的组件故障。
除了上面描述过的模式和环境，许多环境包括性能缓和的自动损失，主要的组件模式故障和在后面提出的冷冻剂失去的情况，其将在下面讨论。
自动性能缓和及控制当特定的汽缸因为下面的原因停止工作燃料注入故障、错误的配线、电子组件失效、粗糙的火塞等，目前发动机功率输出将会遭受这种情况，单个组件故障导致发动机性能迟缓或者更糟，引起常规模式故障，这排除了任何发动机应用，直到故障得到修复。DRIC发动机提供做功、排气、压缩和真空功能，这是在发动机实时配置需求之下。因为DRIC发动机提供单独汽缸运行模式能力，故障发动机可以重新配置，变更汽缸功能，不会受到故障元件的影响，通过允许受影响的汽缸单元继续在另一个模式下运行，来减轻组件的故障，其中的另一个模式不受故障元件的影响。
例如，在CPCPU 3中的燃料注入或火花塞故障将会发送燃料缺乏信号给CPCPU，这就会引起发动机控制系统标记CPCPU 3只用于空气压缩或真空模式。产生于坏的CPCPU的压缩空气会仍然可用于保持或提高整个发动机的性能。因此，当出现故障时，一个错误消息会传递给操作台，DRIC发动机通过它的适应的控制系统可以通过重新配置发动机模式绕过这些损坏。汽缸功率取决于多种因素，一个主要的因素是通过空气燃料混合物的燃烧产生的平均有效压力。由于发动机空间参数和变量可以存储在发动机控制系统内，并且编程处理器计算必需的有效压力和额外的燃料需求以用于提高来自失去的单元的功率，一个处理器可以被编程来为CPCPU计算新的理论功率输出，这是基于从发动机接收的信号，其显示存在当前的环境。在这一环境下，假定是一个8汽缸发动机，目前只有7个汽缸做功，并且汽缸注入器故障，预计功率损失为13％。发动机传感器发出信号和编程逻辑将会执行来引起DRIC控制系统标记CPCPU 3，只用于压缩空气模式，压缩空气将会被分布以逐渐增加空气燃料混合物到保持的做功模式的CPCPU，以提高它们各自的功率2.7％(13％/7)。因此，没有来自故障CPCPU的敲击信号或其他传感器信号会引起控制系统自动地增加到保持的CPCPU的燃料大约为2.7％(或者stoiciometric比例)，以平缓降低发动机功率的故障。控制系统会引导将被测量的额外的压缩空气通过做功模式汽缸相关的ECCAIV，增加空气到stoiciometric比例，因此在CPCPU中的组件故障不会提高污染泄露，会保持相同的功率水平。做为选择的，故障汽缸单元会仍然在压缩空气模式作用，或者其他无燃料做功模式。当然，一些组件是完全的使CPCPU衰弱，并且可能一个设计好的可用性在关键路径元件可用性会导致更可靠的内燃机。
在普通模式故障减轻下的智能发动机控制相当百分比的交通工具，从多种原因来看，经过一次发动机冷冻剂的损失，并且用外部冷冻剂不能快速冷却发动机。取决于泄露的严重性和冷冻的损失率，剩余的发动机热量和来自燃料燃烧产生的附加的发动机热量，发动机温度可以提高充足水平来挤裂发动机盖，阻塞或更严重。在这种的情形下，带有冷却的压缩空气贮罐，会在小型的发动机控制系统下引导DRIC发动机转到压缩空气空转模式，这样会用压缩空气冷却汽缸和汽缸盖，吸收剩余的发动机热量进一步用于扩张压缩空气，用于额外的有效的活塞压力，在压缩空气模式下，提供持续的机器运动，同时允许发动机直接从其温度最高点冷却。在发明的一个实施中，这将会通过停止到CPCPU的燃料和火花来完成，脱离做功模式，进入压缩空气空转模式，并且可操作的打开和关闭进气阀和排气阀，把压缩空气用于机器朝着修理位置和冷冻剂推进，同时减少发动机的峰值温度。取决于发动机温度的升高，交替做功模式和压缩模式在混合模式下可以执行。
尽管汽油和柴油燃料在一些发明实施例中提到了，这个发明同样可用于氢和其它可燃烧燃料的发动机。当这一发明与提到的特殊的实体一起被描述和阐明时，它对那些本领域技术人员来说是显而易见的，发明的范围不限于公开的实施例，而是，相反的，其旨在包括本领域技术人员能够进行的许多其他的修改，改变，变换和等效排列，而不会脱离发明的范围和精神。
权利要求
1.一种动态地重新配置的内燃机，其连接到交通工具的操作，其包括一个或多个汽缸单元，每个具有扩大和缩小的汽缸容积以及关联的冲程序列；每一个汽缸单元有进气口，和电子地可控的进气阀组件，所述进气阀组件在电脑控制下具备多种状态；每一个汽缸单元有排气口，和电子地可控的排气阀组件，所述排气阀组件在电脑控制下具备多种状态；每一个汽缸单元有电子的燃料喷射器组件，其在在电脑控制下具备多种状态；每一个汽缸单元有空气-燃料混和物点火装置，其用于在所述汽缸容积内点燃空气-燃料混合物，所述点火装置处于电脑的控制下；每一个汽缸单元有开关，所述开关用于选择第一冲程序列，以为动力冲程燃烧压缩的空气-燃料混合物；以及所述开关用于选择第二冲程序列，以为交替使用排出压缩的空气，所述开关装置处于电脑的控制下。电脑可用的介质；以及电脑控制系统，其包括嵌入在所述电脑可用的介质中的电脑可读的程序逻辑，其用于控制选择部件状态的步骤，以提供可改变的汽缸单元冲程序列。
2.如权利要求1所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括可编程的计算机装置，所述计算机装置用于起动、转换和控制单个汽缸单元，用来选择操作模式，其中模式包括与关联的汽缸单元组件状态一致的活塞冲程序列，所述模式从下述模式中选取，但不是受制于此动力模式、增强功率模式、再生的压缩制动模式，压缩制动模式，压缩空气启动模式和压缩空气空闲模式。
3.如权利要求1所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括程序逻辑电脑可改变的发动机汽缸单元的点火次序。
4.如权利要求1所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括汽缸单元动力模式，其中程序逻辑的执行根据定义与所述汽缸单元的活塞位置一致而顺序设定的状态的程序设计，控制汽缸单元组件的状态，以产生吸气，压缩，动力和排气冲程序列。
5.如权利要求1所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括压缩空气存储器，其由具有关联的阀门组件的一个或多个汽缸单元充气，以允许压缩空气从汽缸单元流入所述压缩空气存储器，相关联的阀门组件具有在电脑控制下的多种状态，用以测量从所述压缩空气存储器到汽缸单元的压缩空气。
6.如权利要求5所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括电子地可控的压缩空气注入量和电子地可控的燃料注入量，以用于汽缸单元内电脑可编程地可选择的空气-燃料合成物。
7.如权利要求5所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括发动机压缩空气启动模式，其用于通过根据压缩空气启动模式逻辑和电脑程序逻辑执行，允许空气进入容积扩大的汽缸单元启动发动机机轴旋转，以响应发动机速度和机轴位置。
8.如权利要求5述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括发动机再生压缩制动模式，其中电脑控制汽缸单元组件状态，以程序设计所述汽缸单元以吸入空气，使用从交通工具的惯性得到的机轴到活塞的动力压缩空气，并将其存储于压缩空气存储器中用于交替使用。
9.如权利要求5所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括发动机增强功率模式，其中电脑控制汽缸单元组件状态，以在用于动力冲程的可编程空气-燃料混和物水平，测量压缩的空气量，和测量进入汽缸单元的燃料量。
10.如权利要求5所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括发动机压缩空气空闲模式，其用于保持发动机机轴的转动，这一过程通过根据压缩空气空闲模式逻辑和电脑程序逻辑执行允许压缩空气进入容积扩大的汽缸单元，以响应发动机速度和机轴位置。
11.如权利要求5所述的动态地重新配置的内燃机，其进一步包括混合模式操作，其中一个或更多汽缸单元的操作模式不同于但一致于一个或更多供替换的汽缸单元，这是通过根据响应于发动机速度和机轴位置的编程的模式逻辑，电子地控制汽缸单元组件状态实现的。
12.一种动态地可重新配置的内燃机，其连接到交通工具的操作，其包括一个或多个汽缸单元，所述汽缸单元具有扩大的和缩小的汽缸容积和关联的冲程序列；每一个汽缸单元有进气口，和电子地受控的进气阀组件，所述进气阀组件在电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有排气口和电子地受控的排气阀组件，所述排气阀组件在电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有电子燃料喷射组件，其在电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有空气-燃料混合物点火装置，其用于点燃所述汽缸容积内的空气-燃料混合物，所述点火装置受电脑控制；每一个汽缸单元有开关，所述开关用于选择第一冲程序列，以为动力冲程燃耗压缩的空气-燃料混合物，以及所述开关用于选择第二冲程序列，以为交替使用排出压缩空气，所述开关装置受电脑控制；压缩空气储存器，其由具有关联的阀门组件的一个或更多汽缸单元充气，以使压缩空气从汽缸单元流入压缩空气存储器，关联的阀门组件在电脑控制下具有多种状态，以测量从所述压缩空气存储器进入汽缸单元的空气量；电脑可用的介质；以及电脑控制系统，其包括嵌入在所述电脑可用的介质中的电脑可读的程序设计，以控制选择部件状态的步骤，以提供可改变的汽缸单元的冲程序列。
13.一种动态地可重新配置的内燃机，其连接到交通工具的操作，其包括一个或多个汽缸单元，每一个都具有扩大的和缩小的的汽缸容积和关联的冲程序列；每一个汽缸单元有进气口，和电子地受控的进气阀组件，所述进气阀组件在电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有排气口，和电子地受控的排气阀组件，所述排气阀组件在电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有电子的燃料喷射组件，其电脑控制下具有多种状态；每一个汽缸单元有空气-燃料混合物点火装置，其用于点燃所述汽缸容积内的空气-燃料混合物，所述点火装置受电脑控制；每一个汽缸单元有开关，所述开关用于选择第一冲程序列，以把空气吸入汽缸中，以及所述开关用于选择第二冲程序列，以使汽缸内真空，所述开关受电脑控制；电脑可用的介质；以及电脑控制系统，其包括嵌入在所述电脑可用的介质中的电脑可读的程序设计，用于控制提供汽缸单元冲程序列的步骤，其用于在第一个冲程序列中产生机轴动力或者在第二个冲程序列中产生用于交替使用的真空。
14.一种可操作在能量-生成模式和空气-压缩模式的内燃机，其包括汽缸，其具有往复的活塞，以定义扩大和缩小的汽缸容积；连接到所述汽缸的进气口和阀门，用于向所述汽缸容积提供空气；连接到所述汽缸的排气口和阀门，用于从所述汽缸容积排出气体；连接到所述汽缸的燃料注射器，其用于将燃料注射到所述汽缸容积；连接到所述汽缸的点火装置，其用于点火所述汽缸容积内的空气-燃料混和物；连接到所述汽缸的压缩空气喷口和阀门，其用于从所述汽缸容积排出压缩的空气；连接到所述阀门的装置，其用于在能量-生成模式下选择地开启所述进气和排气阀门，并闭合所述压缩空气阀门，以及用于在空气-压缩模式下选择地开启所述进气和压缩空气阀门，并闭合所述排气阀门。
15.一种动态地重新配置内燃机的方法，所述内燃机与交通工具的操作关联，所述内燃机是以多种模式可操作的，所述方法包括电子地控制一个或多个汽缸单元关联的阀门，燃料注射器，以及燃料点火组件的状态；电子地同步汽缸单元活塞位置与汽缸单元关联的组件状态，以产生选择的汽缸单元冲程；将定义多种模式的冲程序列具体化为电脑可用的介质中电脑可读的程序逻辑；具体化电脑可用的介质中电脑可读的程序逻辑以部分地根据传感的信号和交通工具操作参数确定发动机操作要求；部分地根据所述确定的发动机操作要求和程序逻辑选择汽缸单元操作模式；以及根据所述电脑编程的选择的操作模式，部分地根据所述选择的汽缸单元冲程配置汽缸单元组件状态。
16.如权利要求15所述的方法，其中确定所述发动机操作模式包含以下步骤确定所述交通工具发动机是否正在运行，如果不是，那么在有充足的可用压缩空气资源的前提下，选择压缩启动模式，并且可选地执行电池发动机启动；从实时交通工具操作参数确定所述发动机功率需求量，并选择发动机动力模式，或者可选地，如果发动机功率需求量大小超过给定的阈值并且有足够的可用的压缩空气源以提供所述要求的发动机功率，则选择增强功率模式；从实时发动机操作参数确定所述交通工具制动需求量，并且如果有可用的压缩空气存储容量，则选择再生压缩制动模式，或者可选地，选择压缩制动模式，以提供所述要求的发动机制动功率；确定所述交通工具是否被要求处于热备份状态，并且如果有充足可用的压缩空气源，选择压缩空气空闲模式，或者可选地，选择动力模式以提供发动机空转；以及通过所述包括的步骤系统地、持续地循环，直到收到发动机停止信号。
17.如权利要求15所述的方法，其进一步从多种模式中选择是否需要所述发动机压缩空气生成模式，其包括步骤确定机器是否处于运转状态，如果不是的话，则如果有充足的可用的压缩空气选择压缩启动模式，而且可选地选择电池供电启动；确定所述发动机是否必需提供压缩空气源用于独立应用，并且选择压缩空气生成模式直到收到独立应用运行停止信号。
18.如权利要求15所述的方法，其中用于指定的汽缸单元的动力模式操作包含以下步骤确定需要的发动机速度；确定发动机机轴的位置；从可编程的逻辑中确定用于所述动力模式的冲程序列的汽缸单元组件状态的定时及持续时间；从发动机参数中确定用于所述冲程序列的所述汽缸单元进气阀开放时间及持续时间；从发动机参数中确定用于所述冲程序列的所述汽缸单元排气阀开放时间及持续时间；确定用于所述发动机速度要求的所述汽缸单元燃料注入时间及持续时间；根据动力冲程定时及发动机速度的要求，确定所述汽缸单元燃料混合物点火时间及成分；以及根据确定的用于所述进气，压缩，动力以及排气冲程序列的组件状态的定时和持续时间，向汽缸单元组件发送输出信号。
19.如权利要求15所述的方法，其中压缩空气存储器允许但是并不仅限于编程的操作模式的运行，例如再生压缩制动模式、压缩空气启动模式、压缩空气空闲模式、增强功率模式和压缩空气生成模式，其包括以下步骤配置一个或多个汽缸单元，以根据编程的冲程序列设定组件状态，以将压缩空气从汽缸单元排出到压缩空气存储器；以及配置一个或多个汽缸单元，以根据编程的冲程序列设定组件状态，以从压缩空气存储器内接收测量的压缩空气；从而排出和接收压缩空气的编程的发动机操作模式，具有各自的压缩空气的存储和供给。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述发动机汽缸单元可编程地可改变的点火次序包括步骤确定功率需求量；部分地根据交通工具操作参数，确定为动力模式和增强功率模式选择的所述汽缸单元；以及通过执行编程的逻辑配置汽缸单元的操作，其中所述编程的逻辑关于选择的冲程序列定义动力模式和增强功率模式汽缸单元组件状态；其中，根据编程逻辑和交通工具参数输入，独立地控制为动力模式和增强功率模式编程的所述发动机汽缸单元的所述点火次序。
21.一种用于控制连接到交通工具的操作的动态地重新配置的内燃机的方法，其包括确定所述交通工具发动机是否处于运行状态，并且如果不是，则如果存在足够的可用的压缩空气源，则选择压缩启动模式，或者可选地执行电池发动机启动；从实时交通工具操作参数确定所述交通工具功率需求量并选择发动机动力模式，或者可选地，如果所述交通工具功率需求量的大小超过给定的阈值并且存在足够的可用的压缩空气源以提供所述需要的发动机功率，则选择增强功率模式；从实时交通工具操作参数确定所述交通工具制动要求，如果存在可用的压缩空气存储容量选择再生压缩制动模式操作，或者可选地，选择压缩制动模式以提供所述需要的发动机制动功率；确定所述交通工具是否被要求处于热备份状态，并且如果存在足够的可用的压缩空气源则选择压缩空气空闲模式，或者可选地，选择动力模式以提供发动机空闲；以及通过所述的上述步骤系统地连续地循环，直到接收发动机停止信号。
全文摘要
动态重新配置多冲程内燃机，包括可编程的电脑处理器，用来控制发动机组成部分拆分四个经典内燃机冲程，并且电子控制发动机汽缸组件，诸如电子可控管、燃料注射和空气——燃料混合点燃，允许额外的发动机汽缸单元组件状态，并且汽缸冲程因此可以独自改变或者可以通过电脑控制重新排序，以提供交替的发动机运行模式。一些交替的发动机模式可以通过增加压缩空气存储量来获得汽缸产生的压缩空气，或者在其它模式下，把压缩空气转换到汽缸单元内，来提高发动机动力、功率和效用。传感器输入和随选需求使得控制逻辑通过单个的发动机组件状态来控制发动机冲程。单个组件状态的动态重新配置提供再生发动机能量模式，推进动力模式和混合模式，这些模式利用再生的存储有能量的压缩空气来改变汽缸正式序列，并且改变发动机运行模式，这样可以给另外的多冲程内燃机动力产生的固定的序列增加效用和功率。
文档编号F02D13/04GK1934573SQ200580008992
公开日2007年3月21日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月17日
发明者肯尼思·C·米勒, 沃特·弗罗洛夫 申请人:肯尼思·C·米勒, 沃特·弗罗洛夫