具有用于渡过涡轮迟滞的连接的压力罐的涡轮增压往复活塞式发动机及操作所述发动机的方法

摘要

本发明涉及具有燃烧室的涡轮增压的往复活塞式发动机，还涉及操作所述发动机的方法。燃烧室具有至少一个进气阀(10)、一个排气阀(13)和至少一个附加的充气阀(11)，用于压缩空气的额外的补给，以渡过涡轮迟滞。所有阀门(10、11、13)通过凸轮轴可操作地连接到曲轴，并且充气阀与曲轴的可操作的连接能够被禁用，结果至少一个充气阀(11)保持关闭。为了一个化学计量比或近似化学计量比的燃烧混合物，空气的正确计量可以附加的通过涡轮增压器(4)和节流阀(8)实现。通过充气阀(11)打开瞬间的变位，空气能够从圆柱形燃烧室被泵入到压缩空气罐(14)，而不是从后者中移除所述空气。另外，一个附加的压缩机(24)，由曲轴驱动，必要时，同样可以运送空气到压缩空气罐(14)内。

说明书

技术领域

本发明涉及改进的增压内燃机，其由四冲程循环操作并具有用于渡过 涡轮迟滞目的的压缩空气罐。

背景技术

往复活塞式发动机发明于100多年以前，并自那时以来不断发展，但 是其最大效率受热力学限制。如果往复活塞式机械不断地以其最大效率运 行，实际在今天的情况下，在世界范围内大约只有一半的燃料被燃烧。当 代往复活塞式发动机的低效利用的主要原因是发动机通常仅在部分负荷下 运行(城市交通，恒定速度...)，其中效率程度是低下的。由于汽车司机 要求车辆具有高的最大性能，其结果是高比例的部分负荷运行和由此相对 较高的油耗数字。

针对此问题的最简单和最便宜的解决方案的理念是使用具有较小立方 容量的往复活塞式发动机，因为它们在大多数驾驶条件下具有高的效率程 度。考虑到汽车司机期望最高的性能，所述小的往复活塞式发动机能够在 利用废气焓的涡轮增压器的帮助下增压；具有两倍大立方容量的往复活塞 式发动机的性能由此可以实现，而没有必要再在所述负载范围内在效率程 度上牺牲已得到的增益。

这个理念简单且价格低廉，也已部分用于汽车公司。然而，在这个理 念下，特别是如果应用于汽油发动机(在柴油发动机中这是标准情况)， 有一个为什么它很少使用的原因：被称为“涡轮迟滞”：当驾驶员要求增压 的往复活塞式发动机在低转速下加速时，在增压系统中的空气不足，从而 导致响应行为不佳。

这个问题通过将压缩空气罐连接到汽缸(等于燃烧室)可以渡过：如 果驾驶员要求很大的扭矩，除了已经通过进气阀引入的空气，额外的空气 能够通过打开充气阀(charging valve)被直接(！)引入到燃烧室。这额 外的空气使得为相应的冲程(往复活塞式发动机的四个冲程：吸入新鲜空气- 压缩-燃烧/膨胀-喷出燃烧过的气体)注入更多的燃料成为可能。因此，不仅 在燃烧瞬间产生更高的扭矩，而且还产生增加的废气焓流驱动涡轮机，因 而驱动涡轮增压器的压缩机。压缩机因此将更多的空气压缩到一个更高的 压力水平。往复活塞式发动机的进气侧的增加的压力，导致更多的空气在 进入过程中进入往复活塞式发动机，据此“空气不足的恶性循环”(发动机 首先生产小的扭矩；进而产生少的废气焓；因此，涡轮增压器没有充分驱 动；涡轮增压器的压缩机提供少的新鲜空气；因此，仅仅有限的空气量进 入燃烧室；仅仅有限的燃油量由此注入，结果是，只能产生很小的扭 矩；......)被中断。因此，来自压缩空气罐的额外引入的空气只有在很短 的一段时间是必要的。一旦涡轮增压器已达到高转速，那么涡轮增压器将 为最大扭矩的产生提供足够的空气。

在许多专利和科学出版物中，将压缩罐连接到往复活塞式发动机的燃 烧室(在下面的文本中称为“气动混合”)的连接，目的是通过在压缩空气 罐中抽吸和存储空气(没有燃料的引入)，使回收在制动过程中产生、而 在传统汽车制动器中消散的能源成为可能。这种压缩空气能够在另一个瞬 间使用，在该瞬间，往复活塞式发动机完全由空气(没有燃料的引进)驱 动。气动启动因此也成为可能。然而，众多的检验显示(公布列表 www.hpe.ethz.ch)，这些优势都是次要的。在前段所述的理念节约燃油约 25％，而本段所述的优势整体上提高节能仅仅约32％。因此，本发明专注 于用于渡过涡轮迟滞的气动混合。

关于气动混合领域的现有技术，概述相关的现有专利，以时间从旧到 新排序：

US1013528是有关气动混合发动机的第一个专利。这里，往复活塞式 发动机被额外用作压缩空气膨胀发动机。该气动发动机启动和已描述的相 同。一旦两个汽缸燃烧、两个汽缸吸气，压缩空气罐就被充气；没有提供 通过利用制动期间释放的能量为罐充气。

同样，US3765180介绍了一种往复活塞式发动机，它能够作为一个内 燃机和一个气动马达运行。外部电动压缩机用来产生压缩空气。

US3963379部分基于US 1013528，但是在这里制动能量能用于产生压 缩空气(在两个冲程中抽吸)。该专利为所有进气阀、排气阀和充气阀提 供了轴向可调的凸轮轴曲线，使得作为内燃机、泵和气动马达的运行成为 可能。在这里，充气阀始终通过三个凸轮曲线之一动作：零凸轮保持阀门 关闭，双凸轮用于两冲程抽吸循环，单凸轮用于发动机启动，当膨胀或燃 烧冲程在燃烧循环中发生时，单凸轮打开充气阀。此外，所述往复活塞式 发动机在两个旋转方向上起作用。

US5529549是用于气动混合动力发动机的第一项专利，其中使用发动 机控制单元用于在传感器信号的基础上来致动阀门。此外，该专利(如第 一项专利)介绍了一种“增压”模式，对这种发动机(非增压)是可能的。 在这里，来自压力罐的空气专门用于填补发动机；没有使用来自周围(正 常的入口路径)的空气，并且燃料直接注入到燃烧室。因此相较于正常的 内燃机，更多的空气能够进入到汽缸，更多的燃料可以被注入。这种结构 提供可控阀门，其将入口通道连接到压缩空气、入口路径(从环境中)或 者甚至于不连接；因此存在一个容积，使用该容积交替由入口路径和高压 路径进入燃烧室。该发动机额外提供一种气动马达模式、一种正常燃烧模 式、一种泵模式和一种汽缸禁用模式(a cylinder deactivation mode)。没 有为该发动机提供为发动机补给的流体动力设备。

GB2402169介绍了一种往复活塞式发动机，除了燃烧模式，也使得泵 模式和气动马达模式(二冲程和四冲程模式)成为可能。对于气动马达模 式，描述了一种方法，其中膨胀的空气被压向入口，使得空气对于催化转 换器的运行不会引起任何问题。所有阀门以完全可变的方式(电液压 electrohydraulically)驱动，并且使得不同汽缸在不同模式运行成为可能。此 外，在科学出版物中描述了什么是所谓的“空气动力辅助(APA)模式”。 在吸气冲程期间，首先是所有空气通过进气阀引入，随后来自压缩罐的空 气在同一吸气冲程中被加入。

FR2865769A1介绍了一种往复活塞式发动机，使用涡轮增压器增压， 其中，气动混合用来弥补涡轮滞后。用于此目的的“增压”模式与 US5529549中的“增压”模式的区别在于：入口路径和压力罐路径在向燃烧 室的路径中不共同利用任何容积。此外，此处首先是空气排出进气阀，随 后空气排出压力罐。与GB2402169相反，此处，来自压力罐的空气不在吸 气冲程中被引入到压力罐，而是在汽缸压缩阶段。全可变气门控制系统用 于所有阀门；因此气动马达模式和泵模式在两冲程过程的每种情况下成为 可能。

如同FR2865769A1，WO2009/036992介绍了一种用涡轮增压器增压的 往复活塞式发动机，其中压缩空气罐在完全可变、优选是电液驱动充气阀 门的帮助下，直接连接到燃烧室。相比之下，入口和排气阀由在每个四冲 程循环中，总是通过具有相同的提升曲线的凸轮轴驱动。泵模式和气动马 达模式因此可以在四冲程过程中运行。此外，充气阀使类似于 FR2865769A1的“增压”模式成为可能，用于弥补涡轮迟滞。在进一步的实 施例中，除了压缩空气罐，废气压力罐用被使用。该废气罐被用于一个新 的燃烧循环，在该燃烧循环中，在膨胀结束时，燃烧过的气体被转移到废 气罐。该受压的废气可在四冲程过程中用于气动马达模式。

发明内容

本发明着眼于往复活塞式发动机的气动混合的最重要的优点，该优点 如上所述：由于通过将压缩空气直接引入燃烧室而渡过涡轮迟滞，因此在 涡轮增压器的帮助下，往复活塞式发动机在保留额定输出功率的情况下， 立体容积大幅减少。

由于与传统的往复活塞式发动机相比的复杂性并因此成本上升，阀门 致动系统的高可变性代表着汽车制造商的高障碍。这在EP 07018673.9中 通过为所有入口和排气阀使用传统的、非可变的凸轮轴而解决。本发明中 通过凸轮轴系统来避免其中仍然必要的完全可变充气阀门驱动，该凸轮轴 系统也被用于充气阀。

在本发明的第一实施例中(基本实施例，或实施例1)，充气阀通过 固定凸轮轴曲线方式驱动，但是凸轮轴之间的机械可操作地连接用于充气 阀，并且充气阀有一个用于快速禁用或致动的机构(致动机构)。

凸轮轴系统基础上的各种致动机构价格低廉并在车辆生产中使用。类 似EP07018673.9和FR2865769A1中的“增压”模式因此成为可能。这种廉 价的结构使得在增压发动机中渡过涡轮滞后成为可能。所有进一步实施例 都基于这种结构。

然而，渡过涡轮滞后需要采取特别措施，这是本发明的实质：通过为 充气阀的凸轮固定提升曲线，汽缸内的空气质量(air mass)可以不再由充 气阀控制器被充分固定。这里，对汽油发动机而言，汽缸内的空气质量与 能够产生的扭矩成正比，因为所述发动机总是需要一个近似的燃料/空气混 合物化学计量比，以便为尾气后处理使用三元催化转化器。然后，汽缸内 的空气质量因此必须通过一个电子或机电驱动的节流阀调节。发动机控制 单元(往复活塞式发动机的一部分)通过踏板位移传感器接收所需的扭 矩，从所需的扭矩，计算往复活塞式发动机瞬时状态所需的燃料数量。由 此计算燃料的化学计量燃烧所需的空气量。如果对于相关发动机循环，通 过进气阀提供的空气质量在往复活塞式发动机的瞬时状态是不可用的，那 么发动机控制单元自动发送用来致动相关充气阀的多个命令到一个或者多 个节流阀、并发送到相关的燃油喷射单元，其结果是在充气阀关闭之后， 获得相似的化学计量燃烧混合物。在端口注入的情况下，在进气阀打开期 间，非常丰富的混合物(也就是说，一个高的燃料过剩)引入汽缸，仅来 自压缩空气罐的额外的空气确保一个近似的化学计量比(或至少是可燃) 的混合物。

将使用附图所示的实施例，更详细的解释本发明，其中：

图1显示了本发明的往复活塞式发动机的整体概念；

图2显示了有关发动机控制单元的操作方法的图表，以及传感器和致 动器；

图3显示了进气阀、排气阀和充气阀的运动曲线的第一图表；

图4显示了进气阀、排气阀和充气阀的运动曲线的第二图表；

图5显示了进气阀、排气阀和充气阀的运动曲线的第三图表；

图6显示了进气阀、排气阀和充气阀的运动曲线的第四图表。

图1显示了本发明的往复活塞式发动机的整体概念。图2显示了具有 传感器和致动器的相关发动机控制单元。下文所述的实施例在充气阀的阀 门控制的复杂性上不相同。图3、图4、图5和图6显示了不同实施例的 充气阀的这种变化。

实施例1(图3)：空气路径运行如下：空气被从环境(1)吸入并由 空气过滤器(2)清洁。涡轮增压器(4)的流体动力学压缩机将空气压缩 并运送到空气路径(5)中的下一容积。如果容积(5)和压缩机(3)前 的压力比太大(通过考虑到流过压缩机的空气质量计算)，旁通阀(6) 用来引导确定的空气质量流回容积(3)，所述旁通阀机械地运行(作为 压力差的一个函数)，或者最好电子地通过发动机控制单元(17)驱动。 被压缩机压缩的空气由充气空气冷却器(空气/水或空气/空气)冷却，以 提高压缩空气的密度。该冷却的空气由电子或机电驱动的节流阀(8)节 流，其结果是在接下来的入口容积(9)中的压力在常规上低于或等于节 流阀前的容积中的压力。这部分的空气路径能分为多个并行路径，可能是 多个涡轮增压器、节流阀和入口容积。进气阀(10)通过凸轮轴驱动，结 果曲轴(25)的每两转，所有的进气阀正好为一个打开和关闭操作。在每 种情况下，进气阀主要在活塞运动期间打开，从而增加容量。往复活塞式 发动机带有用于计量燃料的注入的设备，最好是每个汽缸采用一个这种类 型的设备。这些设备或者位于入口通道，或者以其可以将燃料直接注入到 燃烧室(未显示)的方式放置在汽缸顶部。如果往复活塞式发动机使用汽 油为燃料，每个燃烧室都有点火火花产生单元(12)。所有排气阀(13) 同样通过凸轮轴驱动，精确地说是，曲轴每旋转两周，每个排气阀在每种 情况下被驱动一次。排气阀将多个燃烧室连接到出口容积(15)，出口容 积(15)依次连接到涡轮增压器(4)的涡轮，结果是，通过涡轮的焓流 驱动位于轴上、具有涡轮增压器的压缩机的涡轮。涡轮增压器能够有一个 可变的涡轮几何形状(未显示)或已知的旁通阀(16)，一旦所述旁通阀 (16)被相应的机械地或机电地驱动，它能够引导气体通过该涡轮。流过 涡轮和旁通阀的气体，在其流出进入到环境(19)之前，被引导穿过催化 转换器(18)(汽油发动机：三元催化转换器)。如同进气路径，废气路 径能够被划分为多个并行的出口容积和涡轮增压器。在制动阶段或者如果 发动机控制单元(17)的要求下，压缩机(24)能够通过电子切换离合器 (22)连接到曲轴(25)。这里，压缩机通过过滤器(23)吸入周围空气 并运送压缩空气到压缩空气罐(14)。压缩空气能够通过冷却装置(27) 冷却。阀门(28)防止来自压缩空气罐(14)的空气回流，压缩空气罐 (14)通过充气阀(11)直接连接到燃烧室。在这些实施例中，充气阀通 过凸轮轴驱动，该凸轮轴以曲轴旋转速度一半的方式机械的连接到曲轴。 所述凸轮轴的凸轮以这样的方式驱动充气阀：当相应的进气阀刚刚关闭或 几乎关闭时，大约在压缩开始时，充气阀打开。在每种情况下，充气阀在 相应的压缩操作期间关闭。凸轮轴与充气阀的机械连接能够被迅速地禁 用，也就是说，大约在曲轴的10转之内；致动和禁用操作由发动机控制 单元(17)启动。

实施例2(图4)：本实施例与实施例1仅在充气阀致动上有所变 化。这里，充气阀和驱动充气阀的凸轮轴的机械连接，不仅可以被禁用， 而且充气阀的提升曲线可以以这样的方式改变：充气阀的最大行程和行程 时间(与曲柄的相角差有关)可以改变。这能够通过兼容技术的大规模生 产实现，例如BMW公司的电子管控制。充气阀的打开瞬间最好保持不 变。本实施例允许在燃烧开始前，位于燃烧室内的空气质量的更精确的控 制。

实施例3(图5)：本实施例与实施例1不同之处在于充气阀控制的 变化和外部压缩机(24)及其所需组件(23)、(27)、(28)和(22) 的省略。这里，相较于实施例1，充气阀和驱动充气阀的凸轮轴的机械连 接，不仅可以被禁用，而且充气阀的提升曲线可以以这样的方式相位切 换：临近压缩循环末尾时，多个充气阀打开。如果发动机控制单元记录了 驾驶员的制动请求(例如，按下刹车踏板)，就将这样做。在这种情况 下，燃料喷射被禁用并且节流阀完全打开。空气因此能够被泵入到连接的 压缩空气罐。用于凸轮轴基础上的阀门控制装置的相位切换系统经常可以 在汽车生产中发现(例如，来自BMW公司的VANOS系统)。

实施例4(图6)：本实施例与实施例1的不同之处在于充气阀致动 的变化和外部压缩机(24)及其所需组件(23)、(27)、(28)和 (22)的省略。这里，相较于实施例1，充气阀和驱动充气阀的凸轮轴的 机械连接，不仅可以被禁用，而且充气阀的提升力曲线也可以相位切换， 结果充气阀临近压缩冲程末尾时打开，并且充气阀的提升曲线可以以这样 的方式改变：充气阀的最大行程和行程时间(与曲柄的相角差有关)可以 改变。这可以通过系列产品兼容技术的结合实现，例如来自BMW公司的 电子管控制和VANOS系统。本实施例允许燃烧开始前位于燃烧室内(“增 压”模式)的空气质量的更精确的控制和泵模式的更精确的控制，在泵模 式中，燃料的注入是禁用的。

关于实施例的论述：除了正常的内燃机模式，实施例1和2允许“增 压”模式，而车辆制动过程中释放的能量的回收能够通过外部压缩机产 生。实施例3和4不需要额外的压缩机(这里是选择性提供的)，因为， 除了“增压”模式，它们还可以在四冲程基础上产生泵模式。对于“增压”模 式，热空气不被注入是重要的，而是尽可能冷的空气。这可以由这个事实 做到，罐由金属制造，并设计为热量传递到周围空气(大的表面积)是令 人满意的；此外，从外部压缩机出现的空气也能够被冷却(类似于入口部 分的空气冷却器)。应额外确保充气阀(和充气阀前的容积)不被加热到 太明显的程度。因此，对于所有实施例，将充气阀合并到发动机冷却系统 (环绕容积的水冷却和/或充气阀的进给通道)，或者将充气阀布置在两个 进气阀之间是可能的。

没有气动马达模式，本发明是不完整的。气动马达模式会增加可变阀 门控制装置上的要求，以这样的方式：以对所有阀门的以凸轮轴为基础的 解决方案不再被引入。此外，如果进气阀和排气阀不能以可变的方式驱 动，那么气动马达模式的使用代表了一个缺点，因为在气动马达模式的使 用中发生排气部分空气过剩，能损害三元催化转化器的机能上的性能。

由于往复活塞式发动机的气动启动可以省略，另一种解决方案可能是 合适的：能够连接到曲轴的电启动发电机(20)，已经安装在一些车辆的 系列产品中。所述启动发电机取代小的传统的启动器，并且能够将往复活 塞式发动机迅速地从静止加速到适合燃烧的旋转速度，代替了往复活塞式 发动机的空载运行，一旦车辆处于停顿状态，该发动机可以关闭。这种类 型的电启动发电机连接到车辆电池(21)。该电启动发电机还可能在驱动 期间向驱动系统输出一个额外的正向扭矩，以协助发动机。首先，这可以 用来渡过涡轮迟滞，操作更顺畅(也就是说，在充气阀致动或禁用时减少 扭矩跳动)。该电启动发电机能够额外的将驱动系统的动能转换成电能 (在曲轴的负扭矩)。这使得车辆制动过程中释放的能量的进一步回收成 为可能。在实施例3和4的情况下，可能不是在制动过程中释放的所有可 用的能量都能够在四冲程基础上的泵模式的帮助下回收；这里增加的电动 回收是令人满意的。在车辆中，电力地储存的能量优先用于运行车辆中的 耗电部件。此外，在电池电量不足的情况下，通过往复活塞式发动机向曲 轴输出一个正向扭矩，电池能够被重新充电，结果过剩的扭矩可用于产生 电能。

“增压”模式在技术规范的方面是非常复杂，并要求上述传感器/发动机 控制单元/执行器构造。此外，只有当发动机控制单元能够在储气罐压力传 感器信号的帮助下，计算在当前的发动机循环充气阀打开期间，储罐的压 力始终大于汽缸压力，它才被致动，可燃的燃料/空气混合物向压缩空气罐 的转移因而能够被阻止。这种检查能够通过使用，例如，汽缸压力传感 器，而发生。在渡过涡轮迟滞期间，涡轮增压器缓冲，节流阀前的压力增 加，结果节流阀必须以这样的方式来调节容积(5)和入口容积(9)的压 力差：在空气被从压力罐吹入后，所需的空气质量位于那里，所需的空气 质量能够几乎完全燃烧燃料(在近似化学计量比的情况下)，以产生驾驶 员所需的扭矩。一旦节流阀前的压力高到足以用充足的空气填满汽缸，节 流阀就被打开并且充气阀被再次禁用。在渡过涡轮迟滞期间，相对较低的 空气质量流量(因为毕竟所需空气部分来自于压力罐)，穿过压缩机能发 生高的压力比。因此，旁通阀必须以这样的方式调节：压缩机不超过喘振 线。

原则上，描述的本发明对柴油发动机也是一个改进。在这里，要渡过 的涡轮滞后没有那么大，但仍然可以提高车辆的行驶性能。在柴油发动机 中，空气质量的重要性位于第二位；柴油发动机总是在稀薄燃料混合物 (a lean mixture)下运行。然而，在驾驶员要求增加的扭矩之后，吹入额 外的压缩空气可能直接使得烟尘的减少产生和更高可能的注入质量成为可 能。柴油发动机在汽缸顶部没有任何点火火花产生单元；它们是压燃式发 动机。否则，本发明的描述同样适用于柴油发动机。

在一个实施例中，本发明涉及具有多个汽缸(圆柱形燃烧室)的往复 活塞式发动机，机械的连接到一个共同的曲轴(25)的活塞，具有：

a.在每种情况下，每个汽缸至少有一个进气阀(10)，

b.在每种情况下，每个汽缸至少有一个排气阀(13)，

c.一个(可选择为分离的)进口容积(9)，能够通过相应的进气 阀(10)的开口连接到相应的汽缸容积，

d.一个(可选择为分离的)出口容积(15)，能够通过相应的排气 阀(15)的开口连接到相应的汽缸容积，

e.至少一个凸轮轴，以这样的方式机械地连接曲轴和进气、排气阀 (10、13)：在每种情况下，相关汽缸的每两个往复循环中，进气和排气 阀打开和关闭，

f.用于计量注入汽缸的燃料的设备，

g.每个汽缸具有的一个点火火花产生单元，

h.至少一个流体动力设备(涡轮增压器4)，用于增加进口容积 (9)之前的容积(5)中的压力，由往复活塞式发动机的废气焓驱动，

i.用于冷却压缩空气(7)的装置，

j.至少一个电子或机电控制的节流阀(8)，能够比较流体先前通 过的容积(5)中的压力，减少进口容积(9)中的压力，

其特征在于：至少一个汽缸还另外包括至少一个充气阀(11)，该充 气阀将相关汽缸连接到一个(可选择为分离的)压缩空气罐(14)，该充 气阀也同样连接到与曲轴机械连接的凸轮轴，以这样的方式：在相关汽缸 的两个往复循环期间，当该汽缸的进气阀在关闭操作过程中或已经关闭 时，充气阀打开，在相关活塞完成减少汽缸容积的运动之前，充气阀再次 关闭，充气阀能够将它到曲轴的机械连接由一个机构禁用，结果是在两个 或更多个往复循环期间保持关闭。

往复活塞式发动机能够被可操作的连接到发动机控制单元(17)，通 过输入的变量

·所需扭矩，

·压缩空气罐(14)中的空气压力，

·位于节流阀(8)前的容积(5)中的空气压力，和

·机械地连接到曲轴的阀门的预期打开时间，打开时间是确定的，例 如，由曲轴位置传感器确定，

或者从上面变量导出的变量，计算

·节流阀(8)需要打开多大，

·充气阀是否要被致动，和

·要注入多少燃料，

结果，产生一个化学计量比或近似化学计量比的相应质量的燃料/空气 混合物，该混合物燃烧时产生的所需的扭矩并且其相应的驱动

·节流阀(8)，

·充气阀与曲轴的相应的机械的、禁用的连接，和

·用于计量燃料注入汽缸的设备。

此外，往复活塞式发动机在流体动力设备(涡轮增压器4的压缩 机)，能够具有优选是电子控制的旁通阀(6)，结果，压缩空气能够在 所述流体动力设备(3)前的进口容积(9)前的容积(5)的压力过高的 情况下流回。

往复活塞式发动机能够额外地具有压缩机(24)，其

a.能够通过一个非致动离合器(22)连接到曲轴，

b.在一个出口与压缩空气罐(14)连接。

往复活塞式发动机能够具有一个切换阀(28)将压缩空气罐(14)连 接到压缩机(24)。

往复活塞式发动机能够有一个冷却装置(27)用于冷却由压缩机 (24)压缩的空气。

往复活塞式发动机能够有具有可变提升曲线的充气阀(11)，以这样 的方式通过凸轮轴的相位切换使得升力曲线可变成为可能：根据变化的设 定，充气阀或者在接近于相应汽缸的下死点时打开，结果，在充气阀打开 期间，相应汽缸中的气压低于压缩空气罐中的气压；或者在接近于相应汽 缸的上死点时处于关闭操作，结果，在充气阀打开期间，相应汽缸中的气 压高于压缩空气罐中的气压。

在往复活塞式发动机的实施例中，充气阀(11)的提升曲线的周期和 最大升力是可变的，结果汽缸和储罐之间的转移的空气的量可以设定。

在往复活塞式发动机的实施例中，每个具有充气阀(11)的汽缸都有 至少两个进气阀(10)，充气阀能够以这样的方式定位在进气阀之间：流 过排气阀(13)的气体对充气阀(11)之前的空气的热影响被减少。

在往复活塞式发动机的实施例中，点火火花产生单元(12)能够被移 除，燃料能够仅在靠近上死点处被注入，控制器不设置所需空气和燃料量 到一个大约1的λ(lambda)值，而是到一个大于1.1的λ值。

在实施例中，本发明包括一种用于操作往复活塞式发动机的方法，该 方法至少在一个汽缸中贯穿以下循环：

a.在增加汽缸容积的第一活塞运动期间，吸入新鲜空气或燃料/空气 混合物，

b.在减少汽缸容积的第一活塞运动期间，压缩汽缸中的气体，

c.在所述减少汽缸容积的第一活塞运动之后，接近上死点处点燃燃 料/空气混合物，

d.汽缸的膨胀和做功阶段，其中所述汽缸中的气体燃烧(增加汽缸 容积的第二活塞运动)，

e.在减少汽缸容积的第二活塞运动期间，喷出燃烧过的气体，

并且，在接近减少汽缸容积的第一活塞运动开始时，充气阀(11)被 打开，从压缩空气罐(14)吹出的额外的压缩空气进入到汽缸，节流阀 (8)和用于计量燃料注入的装置被在先致动，以这样的方式：在混合物 接近上死点被点燃之前，也就是说，临近减少汽缸容积的第一活塞运动的 末尾，一个近似化学计量比的燃烧混合物产生。

在操作往复活塞式发动机的方法中，燃料/空气混合物的点火能够通过 在减少汽缸容积的第一活塞运动(b)之后，在接近上死点(c)燃料注入后 的自动点火实现，计量空气和燃料使得一稀薄燃料/空气比(λ＞1.1)产 生。

在操作往复活塞式发动机的方法中，仅新鲜空气，不含燃料，在增加 汽缸容积的第一活塞运动期间能够被吸入到汽缸中，充气阀(11)能够在 接近增加汽缸容积的后续活塞运动的末尾被打开，当汽缸压力在充气阀的 多数打开期间大于压缩空气罐的压力时，结果压缩空气罐由空气充气。

在操作往复活塞式发动机的方法中，当燃料在汽缸中燃烧时，离合器 (22)能够在压缩机(24)和曲轴(25)之间产生连接。

在操作往复活塞式发动机的方法中，当没有燃料在汽缸中燃烧时，离 合器(22)能够在压缩机(24)和曲轴(25)之间产生连接，并且压缩机 (24)对曲轴(25)产生一扭矩，该扭矩与曲轴(25)的运动相反，结果 曲轴(25)被制动。

符号清单

1.吸入部分、新鲜空气

2.空气过滤器(可选地)

3.压缩机的上游容积

4.涡轮增压器

5.压缩机的下游容积

6.旁通阀，可致动的，也能够分流空气冷却器的下游

7.空气冷却器(空气/空气或空气/水)

8.节流阀(电子致动)

9.进口容积

10.进气阀

11.充气阀

12.点火火花产生单元

13.排气阀

14.压缩空气罐

15.出口容积

16.涡轮调节装置(旁通阀)

17.发动机控制单元

18.三元催化转换器

19.排气尾管

20.电启动发电机

21.电池，也能够供给其他机载电子系统

22.用于外部压缩机的离合器

23.用于吹入的压缩空气的空气净化器(可选地)

24.外部机械式压缩机

25.曲轴，用于传输

26.飞轮

27.压缩空气冷却器(空气/空气或空气/水)

28.阀(用于阻止来自压缩空气罐的气流回流)

29.汽缸＝燃烧室