CN101636558B - 分循环可变排量火花点火转子发动机 - Google Patents
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Abstract
一种分循环可变排量火花点火转子发动机，包括：至少一个第一旋转结构(C1)，其包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的多个重复性容积可变工作室(60、61、62)；以及至少一个第二旋转结构(C2)，其包括用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的多个重复性容积可变工作室(70、71、72)。划分密封装置(C1的73、74和C2的75、76)将连续工作室中每个周期性地分为容积膨胀前段和容积收缩后段。排放阀装置用于通过从压缩室排放捕获进气的部分而改变压缩室排量。第一相位改变机构设置成用于改变所述第一旋转结构(C1)和所述第二旋转结构(C2)之间的相位关系。第二相位改变机构改变排放阀装置和相应的压缩室之间的相位关系。第一旋转结构(C1)具有可变排量燃烧室，与第二旋转结构(C2)的可变排量压缩室操作地同步，使得在较宽的发动机运转范围内获得全负荷状的燃烧环境。
Description
技术领域
本发明涉及火花点火发动机，更具体地涉及分循环火花点火转子发动机。本发明尤其涉及分循环可变排量火花点火转子发动机。
背景技术
已知的是，当压缩相位末期的气缸压力和温度接近其最大容许极限时，火花点火(SI)内燃机(IC)通常具有最大的效率。在常规的火花点火发动机中，无论其是转子式的还是往复式的，都能够仅仅在进气歧管中的节气门全开，以允许在进气相位期间在发动机气缸中获得最大可能的空气或燃料-空气混合气并且在接下来的压缩相位期间所述进气被压缩至由发动机的设计决定的最小室容积时，达到上述状况。在节气门全开期间，进气歧管压力接近大气压或大约1巴。在通常覆盖整个驱动循环90％以上的典型驱动状况期间，进气歧管压力保持为大约0.5巴或更小，使得在驱动轴上产生极大的拖曳，这种现象通常称为“泵送损失”，这对发动机的效率将产生不利的影响。在压缩相位末期，节流进一步降低室压力和温度，并且增大了进气稀释。因此降低了燃烧速度，发动机经历不稳定燃烧，这导致效率降低和有害尾气排放增加。
通常，尽管汽车的额定峰值效率为大约33％，但是具有汽油发动机的中级车在水平路面上巡航时的效率仅为大约20％。也就是，在巡航期间，发动机的燃油消耗率(SFC)为大约400g/kWh，而在高负荷状况下，相同的发动机的SFC可以达到255g/kWh。参见P.Ledue，B.Dubar，A.Ranini和G.Monnier，“Downsizing of Gasoline Engine：anEfficient Way to Reduce CO2 Emissions”，Oil&Gas Science andTechnology-Rev.IFP，Vol.58(2003)，No.1，pp.117-118。当发动机运转状况离开巡航模式进入比如城市行驶状况时，效率进一步显著降低。考虑到这一点，如果发动机尺寸减小，在巡航或城市行驶状况期间以较高的特定负荷运转，那么就不能很好地加速或爬坡。
可以看到，正在进行中的研究工作大部分都在往复式发动机领域，指示出了改进SI发动机的热力学效率的未来趋势，这也可以延伸至转子发动机在相同参数条件下的实施和改进。因此，燃料有效转子发动机的引入需要快速回顾这些在往复式发动机领域中已经做出的工作的实施。
在过去十年中，已经引入了一些有趣的思想，比如可变排量技术、可变压缩比技术、可变气门技术、发动机小型化和增压、燃料的分层燃烧、受控制的自动点火、燃料的基于负荷的辛烷增强(LoadDependant Octane Enhancement of Fuel)，以便获得更好的SI发动机效率，并且这些方法的各种组合也在单个发动机上进行了试验。
在往复式活塞发动机中，通常通过断缸(cylinder deactivation)方法来获得发动机的可变排量，其中，在部分负荷运转期间，多气缸发动机中的少数几个气缸选择性地不活动，使得不提供动力，从而减小发动机的活动排量。因此，仅仅只有活动的气缸消耗燃料，并且处在特定负荷比所有气缸都运转的情况更高的条件下运转，从而发动机获得更高的燃料效率。不活动气缸的数量可选择为匹配发动机负荷，这通常称为“按需排量”。因为活动的和不活动的气缸两者的活塞通常都连接至共同的曲轴，所以不活动的活塞在相应的气缸中持续往复运动，导致不期望的摩擦。不活动的气缸的气门需要专门的控制，这导致进一步的复杂化。此外，气缸的不活动和再次活动是分步发生的，因此需要进一步的措施，以便使得分步的转换变得平滑。对于这种方法而言，应对可变排量发动机的不平衡冷却和振动是设计上其它待解决的问题。在多数情况下，气缸不活动是应用于在小负荷时效率特别低下的较大排量的发动机中。
现代的电子发动机控制系统构造成电子控制各种部件，比如节气门、点火定时器、进气-排气门等，以便使得可变排量IC发动机的转换分步变得平滑。美国专利6619267(Pao)中公开了一种电子节气门控制方法的例子，其描述了应对转换分步的进气流控制模式。美国专利6640543(Seal)中公开了一种用于往复式活塞发动机和转子IC发动机的可变排量系统，其包括涡轮增压器，以增大工作效率。
JP2001115865A(Arai Masahiro，Nagaishi Hatsuo)中公开了一种用于可变排量内燃机的控制系统，其描述了响应节气门位置确定有效流动横截面积。有效流动横截面积用来确定容积气流比。控制单元确定发动机气缸中某些气缸的不活动和再次活动以及循环中冲程的改变。控制单元响应被激活的气缸的数量和当前循环中相位的数量来改变预定的功能。WO 2006/042423A1(Pekau)中公开了一种可变排量转子发动机，其中转子发动机具有超环形气缸，一组活塞能够在该气缸内围绕驱动轴单向地和轴向地旋转。具有局部截断部分的旋转圆盘阀顺序地截断超环形气缸，以便在活塞靠近圆盘阀时实现压缩相位，在活塞远离圆盘阀时实现膨胀相位。旋转圆盘阀的截断部分同步地提供开口，使得在压缩末期活塞可以穿过圆盘阀区域。在活塞穿过时，所述圆盘阀关闭超环形气缸路径，以便在圆盘阀和刚刚穿过圆盘阀的活塞之间形成膨胀室。容积可变的燃烧室流体地(fluidly)连接至压缩室和膨胀室。沿着超环形气缸布置有多个能够选择性地操作的进气门和排气门。特定进气门的选择开度表明进气量，类似地，排气门的选择开度表明了膨胀极限。在这种发动机设计中，可以避免泵送损失，但是其难以避免在圆盘阀打开期间压缩空气直接进入排气室的基本损失。此外，从独立燃烧室至膨胀室的热气流可导致高的热损失、管道和相应气门的过热，并且控制似乎非常复杂。
与可变排量发动机技术类似，可变压缩比(VCR)技术也要求各种相关的改变，比如发动机尺寸减小、涡轮增压或增压、可变气门技术、燃料的基于负荷的辛烷增强等，以便满足日益迫切的排放标准和燃料效率要求。基本VCR思想是在部分负荷运转状况下当消耗全部进气排量的一部分时以较高的压缩比运行发动机，在大负荷运转状况下当消耗全部进气排量时以较低的压缩比运行发动机。由此在宽的负荷状况范围内可以改进在压缩末期产生的气缸压力和温度，因此可以获得更好的燃料效率。因为VCR技术不能单独地避免部分负荷泵送损失，所以其需要可变气门技术(VVT)的协助。VVT对SI发动机提供不节流(un-throttled)进气的好处，其中通过提前关闭进气门以停止过度进气或通过延时关闭进气门以将多余的进气排放回到进气歧管中来控制部分负荷下的进气量。然而，VCR技术自身的设计和制造相对复杂。参见“Benefits and Challenges of Variable CompressionRatio(VCR)”，Martyn Roberts，SAE Technical Paper No.2003-01-0398。
在SI发动机中的过膨胀循环对其热效率增加显著的好处。Atkinson循环和Miller循环效率是建立在所述过膨胀循环原理上，参见“Effect of over-expansion cycle in a spark-ignition engine usinglate-closing of intake valve and its thermeodynamic consideration ofthe machanism”，S.Shiga，Y.Hirooka，Y.Miyashita，S.Yagi，H.T.C.Machacon，T.Karasawa和H.Nakamura.，International Journal ofAutomotive Technology，Vol.2，No.1，pp.1-7(2001)。当与可变压缩比和可变气门技术一起应用时，过膨胀循环相对常规发动机循环而言可以产生实质的好处。但是引入难度太高，以至于不能引入到可适用的发动机中。
众所周知的常规转子IC发动机(最著名的“wankel发动机”)不会被看作是高效的发动机，因为其设计具有某些固有限制，即燃烧室的高的表面对容积比、燃烧室内的高的可燃混合气流(burningcharge flow)、不均匀的发动机加热等。差的气密能力和高的润滑剂污染是这种发动机的其它严重缺点。日本的马自达电机公司在过去几十年中持续进行严格的努力，以改进转子发动机的效率，由此使得在发动机的各种工作部件上都取得了极大的进步，比如增大的进气-排气口面积、引入顺序动态进气系统(S-DAIS)、用于减小排气与进气交叠的侧排气口、减少未燃烧的碳氢化合物的排放、改进气密性和燃烧密封润滑方法等。参见“Developed Technologies of the New RotaryEngine(Renesis)”，Masaki，Seiji，Ritsuharu，Suguru，Hiroshi-MazdaMotor Corp.，SAE Technical Paper No.2004-01-1790。
本发明的目的是提供一种分循环可变排量发动机，其排量和压缩比可变排量具有连续和宽的范围；该发动机的设计和制造相当简单，发动机易于控制并且可以在整个运转范围内保持接近全负荷状的燃烧环境(压力、温度、紊流等)。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新型的SI转子发动机系统，其借助在整个发动机运转状况下形成接近全负荷状的燃烧室状况而具有高的燃料效率。此外，在实施可变排量技术、可变气门技术(VVT)和可变压缩比发动机技术等时，该发动机系统没有前述方法的限制和复杂性。
在本发明的实施例中获得上述优点，该实施例包括第一旋转结构和第二旋转结构，所述第一旋转结构适于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位；所述第二旋转结构适于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位。第一相位改变构造连续地改变所述第一旋转结构和所述第二旋转结构之间的相位关系，以便随着被压缩和被第二旋转结构传送至所述第一旋转结构的燃烧室中的压缩空气的量来改变瞬时燃烧室容积，而由第二相位改变构造控制压缩空气的量，所述第二相位改变构造控制用于从第二旋转结构的相应压缩室中排放所选量的捕获进气的一组阀。
本发明的另一个重要的目的在于提供一种分循环SI转子发动机系统，其包括用于避免泵送损失的不节流进气系统。由于该不节流进气系统，所以进气室总是吸入全部排量的进气，因此考虑到瞬时负荷状况，不期望量的进气通过气体排放阀从压缩室中排放。在所述气体排放阀关闭时，开始对剩余的进气进行有效的压缩。然而，所述排放的气体量随着所述气体排放阀和相应压缩室之间的依据可变负荷的相位关系而变化。
本发明的另一个重要的目的在于新型的SI转子发动机系统，其中，在典型的驱动状况的实质部分期间，膨胀室的有效膨胀比基本上保持为大于压缩室的有效压缩比，同时压缩相位末期的室压力保持为非常接近全负荷状压力。
本发明的另一个重要的目的在于提供一种分循环可变排量火花点火转子发动机系统，其中，通过独立地控制第一相位改变构造和第二相位改变构造，有效压缩比能够在基本上宽泛的压缩比范围内变化。
本发明的另一个重要的目的在于提供一种分循环火花点火转子发动机系统，其中，第一旋转结构在其整个工作容积中仅仅经历热燃烧膨胀和排气相位，第二旋转结构在其整个工作容积中仅仅经历冷进气和压缩相位。因此，旋转结构中每个都彼此独立地均匀膨胀，这导致更好的密封性能和更少的内部铸造应力。
本发明的另一个重要的目的在于提供一种分循环火花点火转子发动机系统，其中，燃料喷射到气体传送通道中，在该传送通道中燃料汽化，并与压缩空气混合，然后被直接传送到燃烧室中。因此，极大地降低了表面潮湿和润滑剂污染的机会。
本发明提供一种分循环可变排量火花点火转子发动机，包括：至少一个第一旋转结构，其包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的多个重复性容积可变工作室；至少一个第二旋转结构，其包括用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的多个重复性容积可变工作室；周期性密封装置，其用于将连续工作室中每个周期性地分为容积膨胀前段和容积收缩后段；用于将压缩气体从所述第二旋转结构顺序地传送至所述第一旋转结构的装置；用于借助在压缩相位期间排放捕获的进气的可变部分来改变有效发动机排量的装置；用于改变所述第一旋转结构和所述第二旋转结构之间的相位关系的装置。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的示意图，其中，在轴向视图中示出了第一和第二旋转结构，在侧视图中示出了与第一和第二旋转结构相互作用的相位改变构造；
图2为相位改变构造的放大侧视图；
图3为图2的相位改变构造的侧视图；
图4为发动机在全负荷运转状况期间的示意图；
图5为发动机在低负荷运转状况期间的示意图；
图6为本发明的实施例的示意图，其中，发动机控制微处理器用来基于驾驶踏板的位置控制相位改变构造；
图7为本发明的实施例的示意图，其中，示出了优选的燃料控制模式；
图8为本发明的实施例的示意图，其中，示出了优选的点火控制模式；
图9为本发明的最优选的可选实施例的示意图，其具有多燃料兼容性。
具体实施方式
首先参考图1，分循环转子发动机包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的第一旋转结构C1和用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的第二旋转结构C2(均为轴向视图)。第一相位改变机构100操作地改变所述第一旋转结构C1和所述第二旋转结构C2之间的相位关系。第一旋转结构C1包括具有内室的转子壳体20，该内室由外旋轮线形周壁23限定，由两个(仅示出了一个)相对的相似侧壁24封闭。周壁23优选地为双凸角外旋轮线形，其中凸角借助凸角连接部彼此连接，该凸角连接部限定所述周壁的短轴区域。在内室中，转子40能够绕着凸角11旋转，凸角11与中心轴1偏心地结合成一体，中心轴1能够绕着其自身的轴线旋转并且同轴地支撑在转子壳体20上。在转子40的两侧上，内齿圈39(仅示出一个)同轴地限制并且以啮合的关系与固定的外齿圈38(仅示出一个)接合，该外齿圈38同轴地限制在两个侧壁上。第二旋转结构C2包括转子壳体30、外旋轮线形周壁33、两个侧壁34(仅示出一个)、转子50、内齿圈49、外齿圈48和具有偏心凸角22的中心轴2，其以与第一旋转结构C1类似的方式布置。两个转子40和50具有用于支撑顶点密封构造41的多个顶点部分，该顶点密封构造41用于维持顶点部分和相应的周壁之间的密封关系。顶点密封构造41优选地为旋转密封构造，用于保持密封元件41a和41b与相应的周壁垂直密封接触。侧密封件64(仅示出一个)在转子40和50的两侧上的各对相邻的顶点密封构造之间延伸。转子40的工作面42、43、44在各对相邻的顶点密封构造41之间延伸。在转子40的工作面42、43、44的前段上设置有用来改进用于燃烧的室的尺寸和形状的凹部45、46、47。在周壁23、侧壁24和相应的转子工作面42、43和44之间分别存在重复性容积可变工作室60、61、62。在周期性地操作中，划分密封元件73、74由第一旋转结构C1的周壁23承载在短轴区域附近，划分密封元件75、76由第二旋转结构C2的周壁33承载在短轴区域附近，用于在中心轴旋转大约100度的预定周期(下文中将称为曲柄角度或CAD)内将相应壳体的工作室中的每个连续地划分为容积放大前段和容积收缩后段，在该预定周期内，相应的工作室经历其最小室容积(通常称为上止点或TDC)，其中优选地在上止点之前(BTDC)至少50CAD处开始工作室的划分。第一旋转结构C1的被划分的工作室的前段用作有效燃烧室。由此出现两个燃烧室区域，在中心轴的一次旋转中发生两次连续燃烧事件。火花塞16、17和18、19相应地安装在所述燃烧室区域的近端。在划分工作室的周期期间，有效燃烧室容积连续地膨胀，经历最小燃烧室容积和最大燃烧室容积。第一旋转结构C1的密封元件73、74和第二旋转结构C2的密封元件75、76优选地由凸轮装置(未示出)操作。转子50的转子工作面52、53和54分别邻接工作室70、71和被划分的工作室72的前段72a和后段72b。第二旋转结构C2的止回阀82和84交替地允许压缩空气单向地流动至相应的气体通道(由假想线80和81示意性地示出)，同时相应的出口控制阀构造83和85允许压缩空气从所述气体通道80、81单向地流动至相应的第一旋转结构C1的燃烧室。出口控制阀构造83和85的打开的开始设置成与相应的工作室的划分的开始相一致。
发动机具有节流减小进气系统，因此进气室总是在进气相位期间消耗进气的全部排量。因此，考虑到瞬时负荷状况，在压缩相位的早期阶段不期望量的捕获进气通过打开气体排放阀77、78而被排放，排放阀77、78优选地为旋转阀，其每个都在每一次旋转中具有180CAD的打开持续时间。在气体排放阀关闭时开始进气的有效压缩。
相位改变构造包括第一相位改变机构100和第二相位改变机构101以及用于同步地驱动两个相位改变机构100和101的马达10。第一相位改变机构100连续地改变第一旋转结构C1和第二旋转结构C2之间的相位关系。第二相位改变机构101改变气体排放阀77、78和相应的第二旋转结构C2的工作室之间的相位关系，用于控制被排放的捕获进气的量。因此，通过第一相位改变机构100和第二相位改变机构101之间的同步一致，瞬时燃烧室容积与由相应的压缩室传送的压缩气体的量匹配，使得在整个基本上宽泛的运转状况下能够获得接近全负荷状燃烧室压力。
参考图2和3，第一相位改变机构100包括同轴地分别安装在中心轴1和中心轴2的相对的端部上的第一锥齿轮3和第二锥齿轮4。中间锥齿轮5a、5b将所述第一锥齿轮3和所述第二锥齿轮4相互连接，用于将运动从中心轴1传递至中心轴2。中间锥齿轮5a、5b的轴线与中心轴的轴线相交。中间锥齿轮5a、5b能够绕着同轴的轴6a、6b旋转，轴6a、6b从轮毂6径向地延伸，轮毂6在中心轴1上同轴地形成轴颈。轴中的一个6b延伸将蜗轮7操作地连接至蜗杆9。蜗杆9轴向地与轮毂6的轴线交叉对准。蜗杆9连接至马达10，马达10能够沿着所要求的任一方向旋转。随着马达10的旋转，轮毂6和中间锥齿轮5a、5b一起改变它们绕中心轴轴线的位置，并且引起中心轴1和2之间的相对相位改变，改变的角度为轮毂6自身角度变化的两倍。第二相位改变机构101包括输入轴1a、排放正时轴2a、分别安装在所述输入轴1a和所述排放正时轴2a的相对端部上的第一锥齿轮13和第二雄齿轮14。中间锥齿轮15a、15b将所述锥齿轮13和14相互连接。蜗轮8以啮合的关系与所述蜗杆9连接，用于绕着轴1a和2a的共同轴线移动所述中间锥齿轮15a、15b，因为蜗轮8的节距圆半径为第一相位改变机构100的蜗轮7的节距圆半径的一半，因此导致为第一相位改变机构100两倍的角度变化。输入轴1a优选地由中心轴1通过运动传递联接件(在图2中由箭头102示意性地示出)等角速度地驱动。
尽管附图中示出的所有锥齿轮为直齿齿轮(strait tooth gear)，但是在实施本发明时可以优选螺旋锥齿轮。
参考图4，该图示出了全负荷发动机运转状况；其中马达10驱动蜗杆9，使蜗轮7从图3所示的之前位置顺时针转动15度，同时蜗轮8逆时针转动30度。从而中心轴2相对于中心轴1延迟30度。因此排放正时轴2a相对于输入轴1a提前60度。气体排放阀77和78操作地连接至排放正时轴2a，因此相对于它们各自的工作室提前90CAD(中心轴1和2之间的相位变化方向与输入轴1a和排放正时轴2a的相位变化方向相反，导致在这个例子中，中心轴2和排放正时轴2a之间总的相位变化为30CAD+60CAD＝90CAD曲柄角度)，由此使相应的工作室的进气相位保持最终的180曲柄角度(CAD)，并且在压缩相位期间保持关闭。由此全部量的进气被有效地压缩并且被传递至连续的气体通道80、81。工作室72的划分的后段72b示出了接近压缩相位的最终阶段，同时通过替换等量的被传递至相应燃烧室的压缩气体，压缩气体大部分被传递至相应的气体通道81，该相应燃烧室由工作室60的前段60a加上凹部45限定。出口控制阀83、85和划分密封构造73、74优选地由中心轴1驱动，划分密封构造75、76由中心轴2驱动，在相应的中心轴的一次完整转动中获得一次完整的循环。
参考图5，其示出了低负荷发动机运转状况；其中蜗轮7被驱动而逆时针转动30度，同时蜗轮8从图4所示的全负荷运转状况下的之前位置顺时针转动60度。第二旋转结构C2的转子50相对于第一旋转结构C1的转子40提前60CAD，排放正时轴2a以及由此气体排放阀77、78相对于其之前所示的位置(图4)延迟120度。因此在压缩相位的早期180CAD期间，所述气体排放阀77、78的整个180度的打开周期现在变为连接至它们各自的工作室(在这个例子中为70、71)。全部量的进气的接近三分之二通过气体排放阀77和78排放，剩余的进气被压缩并通过进口止回阀82和84被传递至相应的气体通道80、81。出口控制阀83和85的打开与划分密封构造73和74的活动相一致。工作室72的划分的后段72b示出了接近压缩相位的最终阶段，同时相应燃烧室的容积(划分的工作室60的前段60a的容积加上凹部45的容积)也接近图4所示的全负荷状况下的容积的三分之一(图4和5示出了初始燃烧时的燃烧室的状态)，因此，在低负荷驱动状况期间能够获得接近全负荷状的燃烧室压力。
在上述全负荷和低负荷发动机运转状况之间的中间负荷状况期间，气体排放阀77和78以根据发动机负荷状况变化的可变时间比经历进气和压缩相位。也就是，当发动机在更接近低负荷状况的负荷状况下运行时，在压缩相位期间花费打开周期的大部分，而在更接近全负荷状况的负荷状况下运行时，在进气相位期间花费气门打开周期的大部分。排放的进气通过再循环管道再循环至连续的进气室。排放阀在进气相位期间打开时提供对进气室的额外的进气孔。
在第一旋转结构C1的划分密封构造73(部分地示出)开启的周期期间，转子40的相应的工作面42的前段最先经历压缩气体压力，随后经历燃烧压力，这在所述转子40上施加基本切向的力。尽管中心轴1仍然转动30度而达到TDC(如图所示)，但是燃烧室部分60a的容积显著地(interestingly)膨胀，由此进行膨胀做功。由相位齿轮38、39枢转的转子40对中心轴1施加纯粹的切向力。相反，在常规的转子发动机(Wankel发动机)或往复式发动机中，30度BTDC处的工作室表示压缩室；因此不可能做功。
参考图6，根据本发明的优选实施例，转子10由发动机控制微处理器111控制，该发动机控制微处理器111利用与驾驶踏板110的位置有关的信息来控制所述马达10。发动机控制微处理器还利用来自检测相位改变机构100的瞬时状态的位置检测器94以及驾驶踏板位置检测器95的信息，并且根据预定的相互关系来处理这些信息，以便确定马达10的瞬时扭矩需求。
参考图7，气体通道80、81设置有高压燃料喷射器86、87(通常采用用于汽油直喷(GDI)类型的喷射器)。发动机控制微处理器111借助闭环控制和开环控制的组合来控制燃料喷射器86、87，以维持经过计量的空燃比，所述闭环控制利用来自质量气流检测器88和废气氧检测器92的信息，所述开环控制利用相位改变机构100的状态、发动机速度和周围环境空气压力之间的预定相互关系。从第二旋转结构C2的压缩室排放的未利用的进气通过再循环管道90、91再循环至进气歧管89，这是非常期望的，以便保持质量气流检测器88的可靠性。发动机控制微处理器111还利用与燃料管路压力有关的信息，以便精确地控制燃料喷射的持续时间。
参考图8，发动机控制微处理器111利用来自连接至中心轴2的中心轴位置检测器96的信息指示火花塞对16、17和18、19的点火时间。发动机控制微处理器111还利用来自检测第一相位改变机构100的状态的位置检测器94的信息，以便确定一次要点火的火花塞的数量。
图9示出了本发明极为优选的可选实施例，其中第一相位改变机构100和第二相位改变机构101分别由单独的马达10和12驱动。因此，不受第一相位改变机构100的同步关系的约束，第二相位改变机构101能够在宽泛的范围内改变排量和压缩比两者。由此，发动机可以容易地和优化地转换宽泛的可火花塞点火的燃料的种类。第二旋转结构C2的气体排放阀77和78被校正和重新定位，以便增大气体排放排量，由此增强发动机的排量可变性。发动机控制微处理器111利用来自爆震检测器97的信息增加压缩比。
尽管对于本发明的上述实施例而言高压燃料喷射器86、87是最优选的，但是还可以优选地包括低压喷射器，其用于在进气相位期间将燃料喷射到第二旋转结构C2的进气室中。对于本发明的上述实施例而言端口燃料喷射器也是可以接受的。
本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的具体形式和结构做出各种变更和改变。本文所公开的实施例仅仅只是本发明可以采用的和优选实施的各种变更的示例。然而，不希望将本发明限制为这里所示和所述的确切结构和特征，而是希望包括本发明所公开的和宣称的范围和精神内的所有合适的情况。
Claims (7)
1.一种分循环可变排量火花点火转子发动机，包括：
至少一个第一旋转结构(C1)，其包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的多个重复性容积可变工作室；
至少一个第二旋转结构(C2)，其包括用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的多个重复性容积可变工作室；
周期性密封装置(C1的73、74和C2的75、76)，其用于将每个工作室周期性地分为容积膨胀前段和容积收缩后段；
用于将压缩气体从所述第二旋转结构(C2)顺序地传送至所述第一旋转结构(C1)的装置；其中所述用于顺序地传送压缩气体的装置包括通道装置(80、81)，所述通道装置(80、81)包括进口止回阀(82、84)和出口控制阀(83、85)，所述进口止回阀(82、84)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第二旋转结构的压缩室的一端，所述出口控制阀(83、85)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第一旋转结构的相应燃烧-膨胀室的另一端；
用于通过在压缩相位期间排放所捕获的进气的可变部分来改变有效发动机排量的装置；其中所述用于改变有效发动机排量的装置包括排放阀装置(77、78)和阀控制装置，所述排放阀装置(77、78)用于将所述进气从压缩室排出，所述阀控制装置用于改变所述排放阀装置和相应压缩室之间的相位关系；
用于改变所述第一旋转结构(C1)和所述第二旋转结构(C2)之间的相位关系的装置(100)。
2.一种分循环可变排量火花点火转子发动机，所述发动机通过四相位发动机循环，即进气、压缩、燃烧-膨胀和排气相位，进行运转，所述发动机包括：
至少一个第一旋转结构(C1)，其包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的多个重复性容积可变工作室；
至少一个第二旋转结构(C2)，其包括用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的多个重复性容积可变工作室；
用于将每个工作室在预定的周期内周期性地分为容积膨胀前段和容积收缩后段的装置(C1的73、74和C2的75、76)；
用于将压缩气体从所述第二旋转结构的压缩室顺序地传送至所述第一旋转结构的相应燃烧-膨胀室的装置；其中所述用于顺序地传送压缩气体的装置包括通道装置(80、81)，所述通道装置(80、81)包括进口止回阀(82、84)和出口控制阀(83、85)，所述进口止回阀(82、84)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第二旋转结构的压缩室的一端，所述出口控制阀(83、85)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第一旋转结构的相应燃烧-膨胀室的另一端；
用于将燃料喷射到所述通道装置中的装置(86、87)；
用于通过从所述压缩室排放所捕获的进气的可变部分来改变有效发动机排量的装置；其中所述用于改变有效发动机排量的装置包括排放阀装置(77、78)和阀控制装置，所述排放阀装置(77、78)用于将所述进气从压缩室排出，所述阀控制装置用于改变所述排放阀装置和相应压缩室之间的相位关系；
用于改变所述第一旋转结构和所述第二旋转结构之间的相位关系的相位改变装置；其中所述相位改变装置包括第一相位改变机构(100)和用于驱动所述第一相位改变机构(100)的第一驱动装置(10)，所述阀控制装置包括第二相位改变机构(101)和用于驱动所述第二相位改变机构(101)的第二驱动装置(12)；
发动机控制单元(111)，其包括微处理器，所述微处理器利用与驾驶踏板(110)的位置有关的信息控制所述第一驱动装置(10)和所述第二驱动装置(12)。
3.一种分循环可变排量火花点火转子发动机，所述发动机通过四相位发动机循环，即进气、压缩、燃烧-膨胀和排气相位，进行运转，所述发动机包括：
至少一个第一旋转结构(C1)，其包括用于执行四相位发动机循环中的燃烧-膨胀和排气相位的多个重复性容积可变工作室；
至少一个第二旋转结构(C2)，其包括用于执行四相位发动机循环中的进气和压缩相位的多个重复性容积可变工作室；其中所述第一旋转结构和所述第二旋转结构中的每个都包括具有内室的转子壳体(20、30)，多边形的转子(40、50)在所述内室内运转，以执行预定的工作相位；所述转子(40、50)中的每个都具有两个侧面和多个顶点部分；所述转子的工作面(转子40的42、43、44和转子50的52、53、54)在每对相邻的顶点部分之间延伸；每个转子都能够绕着各自的凸角(11、22)旋转，所述凸角(11、22)与相应的中心轴(1、2)偏心地结合成一体；所述中心轴(1、2)能够绕着其自身的轴线旋转并且同轴地装配在相应的转子壳体(20、30)上；在所述转子(40、50)的两个侧面上同轴地限制有内齿圈(39、49)，以使所述内齿圈(39、49)以啮合的关系与相应的外齿圈(38、48)操作地接合，所述外齿圈(38、48)同轴地限制在相应的转子壳体的相对侧壁(24、34)上；每个工作室都围绕有密封格，所述密封格包括由所述转子的顶点部分承载的顶点密封构造(41)和由所述转子的两个侧面承载的侧密封构造(64)；
用于在预定周期内周期性地划分每个工作室的划分密封装置(C1的73、74和C2的75、76)；
用于将压缩气体从所述第二旋转结构(C2)的压缩室顺序地传送至所述第一旋转结构(C1)的相应燃烧-膨胀室的气体传送装置；其中所述气体传送装置包括通道装置(80、81)，所述通道装置(80、81)包括进口止回阀(82、84)和出口控制阀(83、85)，所述进口止回阀(82、84)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第二旋转结构(C2)的所述压缩室的一端，所述出口控制阀(83、85)位于所述通道装置(80、81)上连接所述第一旋转结构(C1)的相应燃烧-膨胀室的另一端；
用于将燃料喷射到所述通道装置(80、81)中的燃料喷射装置(86、87)；
用于在所述第一旋转结构(C1)的被划分的工作室的前段内开始点火的点火装置(16、17和18、19)；
用于排放来自所述压缩室的所捕获的进气的可变部分的气体排放阀装置(77、78)；
用于控制所述气体排放阀装置(77、78)的阀控制装置(101)；
用于改变所述第一旋转结构和所述第二旋转结构之间的相位关系的相位改变装置；其中所述相位改变装置包括第一相位改变机构(100)和用于驱动所述第一相位改变机构(100)的第一驱动装置(10)；其中所述阀控制装置包括第二相位改变机构(101)和用于驱动所述第二相位改变机构(101)的第二驱动装置(12)；
发动机控制单元(111)，其包括微处理器，所述微处理器控制所述第一驱动装置(10)和所述第二驱动装置(12)；所述微处理器利用与驾驶踏板(110)的位置有关的信息控制所述第一驱动装置(10)和所述第二驱动装置(12)；并且所述微处理器还控制用于燃料喷射的所述燃料喷射装置(86、87)和用于开始点火的点火装置。
4.根据权利要求3所述的分循环可变排量火花点火转子发动机，其中所述顶点密封构造包括旋转顶点密封构造(41)。
5.根据权利要求3所述的分循环可变排量火花点火转子发动机，其中在所述第一旋转结构(C1)的转子(40)的每个工作面(42、43、44)的前段上都设置有凹部(45、46、47)。
6.根据权利要求3所述的分循环可变排量火花点火转子发动机，其中从所述压缩室排放的所捕获的进气的部分通过再循环管道(90、91)再循环至进气室。
7.根据权利要求3所述的分循环可变排量火花点火转子发动机，其中用于控制所述燃料喷射装置(86、87)的所述微处理器使用闭环控制和开环控制的组合，所述闭环控制使用来自质量气流检测器(88)和废气氧检测器(92)的信息，所述开环控制使用所述第一相位改变机构(100)和所述第二相位改变机构(101)的状态、发动机速度和周围环境空气压力之间的预定相互关系。
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