具有选择性压缩减少的双燃料发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种双燃料发动机，更为具体的，本发明涉及一种具有选择性压缩减少的双燃料发动机。
【背景技术】
[0002]双燃料发动机在其技术领域是众所周知的，双燃料发动机燃烧两种不同类型燃料的混合物。一个示例性的双燃料发动机燃烧液体燃料(例如柴油燃料)和气体燃料(例如天然气)。通过燃烧两种不同类型的燃料，可以实现这两种燃料的优点(例如效率、能量、排放、花费等等)。例如，柴油燃料能量密度更高，因而对于每体积所消耗燃料产生更多数量的能量。但是，天然气更为丰富，因而比柴油燃料更便宜。另外，在一些应用中，天然气能更清洁地燃烧。
[0003]为了实现双燃料发动机工作的全部优点，需要小心以保证不同燃料的合适燃烧。那即是，柴油燃料在压缩比为约18:1时压缩点火，而天然气在更低的压缩比(例如约12:1)点火。相应地，当天然气被引入至具有高压缩比的柴油发动机时，可能发生天然气的预先点火(也称作爆震)。该预先点火会减少发动机的效率，增加噪音，和/或引起对发动机的损坏。
[0004]在日本专利2008/202545 (下文中的’ 545专利)中公开了一种示例性的双燃料发动机。该发动机包括进气阀驱动装置，该进气阀驱动装置驱动进气阀以打开和关闭燃烧室的端口。与扩散燃烧模式相比，在预混燃烧模式工作时进气阀驱动装置选择性的加快进气阀的关闭。这个加快的关闭调节发动机的压缩比以改善热效率或燃料的点火性能，因而阻止了在预混燃烧时提前点火的发生。
[0005]尽管’545专利中的进气阀驱动装置可以调节双燃料发动机的压缩比，但其不具备广泛适用性。具体地，因为压缩比调节通过进气阀的加快关闭实现，进气阀驱动装置在不具备进气阀的发动机中不能使用。也就是说，该进气阀驱动装置在两冲程发动机中不具备适用性。另外，通过调节进气阀工作，可以会引起在相关的进气风箱或歧管中压力、温度和/或燃料浓度的不希望的降低，而这会导致发动机工作不稳定。另外，仅仅加快阀的关闭不能提供控制足够的灵活性以控制所有情况的压缩比。
[0006]本发明的发动机解决上述的一个或多个问题和/或本领域的其他问题。
【发明内容】
[0007]在一方面，本发明涉及一种发动机系统。所述发动机系统可以包括至少部分限定气缸孔的发动机气缸体和设置在该气缸孔内的气缸套。所述发动机系统还可以包括在该气缸套中径向形成的至少一个进气口，可滑动地设置在气缸套内并且构造成打开和关闭所述至少一个进气口的活塞，构造成密封该气缸套的一端并形成燃烧室的气缸盖，和设置在所述气缸盖中的至少一个排气阀。所述发动机系统还包括构造成在打开和关闭位置之间周期性地移动所述至少一个排气阀的阀致动系统，和构造成选择性地打断所述至少一个排气阀的周期性(循环)运动以改变发动机系统的压缩比的可变正时装置。
[0008]在另一方面，本发明涉及一种发动机的工作(运行)方法。所述方法包括径向引入空气至燃烧室，向气缸套中选择性地注入气体燃料，向燃烧室中选择性地注入液体燃料。所述方法还可以包括在燃烧室内点燃气体和液体燃料的混合物以移动活塞和产生机械能。该方法还可以包括循环移动排气阀以从燃烧室中释放载荷，和基于气体燃料和液体燃料的混合物选择性地中断排气阀的循环移动以调节发动机的压缩比。
【附图说明】
[0009]图1和图2为示例性公开的发动机系统的剖视端面视图；
[0010]图3为与图1和2中的发动机系统相关的不例性公开的时间图表。
【具体实施方式】
[0011]图1示出了示例性内燃发动机10的部分。发动机10为两冲程双燃料(例如，压缩点火燃料、如柴油，和气体燃料、如天然气)发动机，所述发动机具有限定至少一个气缸孔14的发动机气缸体12。气缸套16可以放置在气缸孔14内，气缸盖18可以连接至发动机气缸体12以密封气缸孔14的端部。活塞20可滑动地设置在气缸套16内，活塞20同气缸套16和气缸盖18 —起可以限定燃烧室22。可以设想，发动机10可以包括任何数量的燃烧室22，所述燃烧室22可以以“直列”构型、“V形”构型、与活塞相对的构型或以其它任何合适的构型布置。
[0012]活塞20可以构造为在气缸套16内在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间往复移动。具体地，活塞20可以枢接至曲轴24，该曲轴24可转动地放置在发动机气缸体12内，这样，在气缸套16内的每一活塞20的滑动运动导致曲轴24的转动。类似地，曲轴24的转动可以导致活塞20的滑动运动。当曲轴24转过约180°时，活塞20可以移动通过两个完整冲程(例如，从TDC至BDC再至TDC)。发动机10 (为两冲程发动机)在这段时间可能会经历完整的燃烧循环，该循环包括做功/排气/进气冲程(TDC至BDC)和进气/压缩冲程(BDC至TDC)。
[0013]在进气冲程的最后阶段，可以汲取空气和/或迫使空气通过位于气缸套16的环形表面26中的一个或多个进气端口 25进入燃烧室22。具体而言，当活塞20在气缸套16中向下运动时，最终会到达进气端口 25不再被活塞20所阻挡而代替为与燃烧室22流体连接的位置。当进气端口 25和燃烧室22流体连接并且进气端口 25处的气压大于燃烧室22中的气压时，空气会经过进气端口 25进入至燃烧室22。
[0014]气体燃料(例如天然气)可以在空气进入燃烧室22前、进入期间和/或进入后与空气混合。在公开实施例中，单个径向燃料注入器27显示为与一个进气端口 25相关联(也就是说通过相应的端口 25注入气体燃料)。然而可以设想，可使用任何数目的注入器27，该注入器27可放置在空气进气端口 25中或位于发动机10内的任何希望位置。来自注入器27的气体燃料可以同来自进气端口 25的空气相混合以在燃烧室22内形成燃料/空气混合物。
[0015]在如上所述的压缩冲程开始期间，当活塞开始它的向上冲程以混合任何残留气体和在燃烧室22内的空气和燃料时，空气仍然可以通过进气端口 25进入燃烧室22。最终，进气端口 25可以被活塞20所阻挡，活塞20进一步的向上运动会压缩该混合物。由于在燃烧室22内的混合物被压缩，混合物会增加压力和温度。在接近活塞向上冲程的端部的位置，液态燃料注射器28可以轴向注入一定数量的高压液态燃料(例如柴油燃料、二甲醚燃料、重油或者其它压燃燃料)。该注入可能引起已在燃烧室22内的空气/燃料混合物的燃烧，从而导致化学能量的突然释放。该释放可以导致燃烧室22内的压力和温度的进一步且显著的增加。
[0016]在活塞20到达TDC后，由燃烧所引起的增加的压力会迫使活塞20向下，从而，传递能量给曲轴24。在活塞20的回程(也即是在接着发生的排气冲程的向上移动中)，位于气缸盖18中的一个或多个排气阀30可以打开以允许燃烧室22内的加压废气通过相应的排气端口 34排放至相关的排气歧管32。具体地，当活塞20在气缸套16内向上移动时，活塞最终会到达排气阀30移动至通过排气端口 34流体联通燃烧室22的位置。当燃烧室22和排气端口 34流体连通并且燃烧室22内的压力大于排气端口 34处的压力时，废气将从燃烧室22通过排气端口 34进入排气歧管32。
[0017]在公开的实施例中，排气阀30的移动可以循环控制，例如通过与曲轴24机械连接的凸轮36进行控制。具体地，曲轴24可以通过齿轮轮系、带、或链(未示出)可转动地连接至凸轮36，凸轮36则可以通过致动组件38连接至排气阀30。在图1和2中示出的示例性致动组件中，推杆40在一端处连接至滚子42，该滚子42坐(骑)放在凸轮36的凸角44上，该推杆在相反的一端连接至摇臂46。摇臂46可以构造成当经由推杆40通过凸轮36的运动被提升时围绕点48枢转，以及通过桥接部50推下至排气阀30上。这样，曲轴24的旋转运动可以转换至与活塞20运动相关的特定时刻的排气阀30的循环升降运动。可以设想，致动组件38可以具有希望的其他构造。
[0018]如下面将更详细描述的，相对于曲轴24和活塞20的运动选择性的改变排气阀30的打开时间(时机，正时，定时)可能是有利的。具体地，排气阀30打开和关闭的时间可以决定随后通过活塞20的向上运动在燃烧室22内产生的压力和温度。在一些应用中，压力和/或温度可能足够大以引起在燃烧室22中空气/燃料混合物提前点火。提前点火会导致低效、噪音，和/或对发动机10的损坏。相应地，在一些应用中，可以使用可变正时装置(VTD) 52来选择性地减少活塞20的压缩比，以便抑制提前点火。
[0019]在所公开的实施例中，VTD52为配置成改变摇臂46工作的空动机构。具体地，摇臂46可以包括两个相对的臂54、56，这些臂在铰接点48彼此销接。臂54可以接合推杆40，而臂56接合桥