分体循环发动机的制作方法

本公开涉及分体循环发动机领域。特别地，本公开的各方面涉及分体循环发动机内的温度控制领域。

背景技术

GB 2565050公开了一种分体循环发动机，其具有用于压缩工作流体的压缩缸和用于燃烧工作流体的燃烧缸。发动机将工作流体从压缩缸经由跨接通道供应到燃烧缸。发动机还包括控制器，该控制器布置成确定燃烧缸中的燃烧峰值温度并基于该燃烧峰值温度控制发动机的操作。例如，控制器可以通过控制以下各项中的至少一项来控制发动机的操作：冷却剂系统的操作、流体流入燃烧缸的进给阀打开和关闭的时机以及燃料注入燃烧缸在循环中的位置。控制器被配置为控制这样的操作以将峰值温度保持在阈值以下，例如在选定的温度范围内。

本公开的各方面寻求控制与发动机相关的其他温度和/或提供用于控制燃烧缸中燃烧峰值温度的不同系统和方法。

技术实现要素：

本公开的各方面在独立权利要求中陈述并且可选特征在从属权利要求中陈述。本发明的各方面可以彼此结合，并且一个方面的特征可以应用于其他方面。

在一个方面，本文公开了分体循环内燃发动机，其包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞，(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞，(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸经由跨接通道供应到所述燃烧缸的工作流体的热量，以及(iv)控制器，所述控制器被配置为基于(i)所述换热器的材料，和(ii)所述跨接通道中的所述工作流体中的至少一个的温度指示来控制所述发动机的操作。如下文更详细地描述，换热器的材料的温度指示可以例如从与换热器相关的操作条件推断(例如，基于离开燃烧缸的工作流体的温度指示和/或跨接通道中工作流体的温度指示)，或者可以从例如换热器本身或其一部分直接感测。

本公开的实施例可以防止与发动机操作相关的热致材料缺陷。例如，换热器的材料可能由于在发动机运行期间暴露于高温而遭受热蠕变。通过控制发动机的操作，可以控制换热器中的温度以减少对换热器造成的热致损坏量。

换热器的材料的温度可以是换热器的材料的峰值温度。峰值温度可能在排出工作流体从燃烧缸进入换热器的的入口处。基于温度指示控制发动机的操作可包括控制发动机的操作使得发动机或发动机的至少一部分(例如换热器)的温度处于选定范围内。控制器可以控制发动机的至少一个部件的操作，使得发动机的连续使用(所述部件的修正操作)将发动机的至少一部分的温度(例如换热器温度)驱动到选定范围。

基于(i)换热器的材料和(ii)跨接通道中的工作流体中的至少一个的温度指示来控制发动机的操作可以包括：如果温度指示超过上阈值，则控制所述发动机的操作以降低发动机的至少一部分(例如换热器的材料)的温度。通过控制发动机的操作以降低至少一些流过发动机部分(例如换热器)的流体的温度以降低来自燃烧缸的排出流体的温度和/或降低从压缩缸流过换热器到燃烧缸的工作流体的温度，控制器可以控制发动机的操作以降低发动机的至少一部分(例如换热器的材料)的温度。例如，这可以包括控制发动机的操作，使得排出流体在通过换热器处的温度低于上阈值。这可以减少出现换热器的材料的峰值温度超过损坏换热器的材料的相关阈值(或减少出现次数)。

上阈值可以基于损坏发动机的该部分的材料的相关温度来选择，例如损坏换热器的材料的相关温度。上阈值可以根据换热器的材料来选择。例如，上阈值可以是大约800摄氏度。材料可以是铬镍铁合金并且上阈值可以是800摄氏度。应当理解，阈值可以是压力的函数，例如换热器中工作流体的压力。损坏材料的相关温度可以是与材料的热致热蠕变问题相关的温度。

基于(i)所述换热器的材料，和(ii)所述跨接通道中的所述工作流体中的至少一个的温度指示来控制所述发动机的操作可以包括：如果温度指示低于下阈值，则控制所述发动机的操作以提高发动机的至少一部分(例如换热器的材料)的温度。例如，这可以提高换热器中工作流体的温度，例如流过换热器的任一流体。通过控制发动机的操作以提高至少一些流过发动机部分(例如换热器)的流体的温度以提高来自燃烧缸的排出流体的温度和/或提高从压缩缸流过换热器到燃烧缸的工作流体的温度，控制器可以控制发动机的操作以提高发动机的至少一部分(例如换热器的材料)的温度。例如，这可以包括控制发动机的操作，使得排出流体在通过换热器的点处的温度高于下阈值。这可以减少换热器(因此工作流体)的温度足够低以阻止流体的燃烧水平的时间长度。

换热器可包括：(i)用于流体从所述压缩缸行进到所述燃烧缸的第一通道，以及(ii)用于排出流体从所述燃烧缸的排出口行进的第二通道。换热器被布置成使得在使用中较热的排出流体可以在它们注入到燃烧缸中之前将热量传递给较冷的工作流体。第二通道布置成接收比第一通道更热的流体。换热器可以被布置成提供从第二通道到第一通道的热传递，例如从第二通道中的流体到第一通道中的流体。换热器的材料温度可以包括换热器中任何材料的峰值温度。它可以包括平均换热器温度和/或换热器较热侧(例如第二通道)的温度指示。它可以包括两个流体温度的平均值或两个流体温度之一的指示。温度(和任何阈值温度)可能与压力有关(例如，它们的值可能会根据当前压力而变化)。

发动机可包括涡轮，该涡轮布置成由从燃烧缸流到换热器的排出流体驱动。使用排出流体驱动涡轮可以降低排出流体的温度。进而，这可以降低流过换热器的排出流体的温度，从而可以降低换热器材料的温度。控制器可被配置为通过控制所述涡轮的操作以调节来自所述燃烧缸的排出流体的温度进而基于温度指示来控制所述发动机的操作。控制涡轮的操作可包括控制由涡轮赋予流过涡轮的排出流体的阻力程度。例如，被涡轮阻碍的流体流动路径的比例可以改变，和/或涡轮可以连接到可变齿轮系统。

涡轮可连接到压缩机上，所述压缩机布置成压缩待供应到所述压缩缸的流入流体。压缩机可以是涡轮增压器。压缩机可以增加供应到压缩缸的工作流体的压力和密度，从而有更多质量的工作流体流过发动机。使用压缩机可增加功率输出和提高发动机的工作温度。由于工作温度升高，因此可以提高换热器中的温度。然而，涡轮可能具有冷却效果，因为排出流体的热能在到达换热器之前由于排出流体与涡轮的相互作用而减少。涡轮可以连接到其他装置，例如发电机、涡轮发电机，从排出流体的流动中获取电力。这种收获的电力可以例如被存储在电存储装置中和/或提供给电子增压器。

发动机可包括涡轮旁通通道，该涡轮旁通通道被布置成使得来自所述燃烧缸的至少一些排出流体能够在不驱动所述涡轮的情况下流至所述换热器。可提供涡轮旁通阀以控制可流经涡轮旁通通道的流体体积——在实际可能的情况下，它可在没有流体可流过涡轮旁通通道的第一位置和尽可能多的流体可流过涡轮旁通通道的第二位置之间移动。控制器可被配置为通过控制所述涡轮旁通通道的使用进而基于温度指示来控制所述发动机的操作。例如，在温度指示高于上阈值的情况下，控制器可以限制可流过旁通通道的流体体积，以便更多的流体必须流过涡轮(例如，将其冷却)。在温度指示低于下阈值的情况下，控制器可以增加可流过旁通通道的流体体积，以便更少的流体必须流过涡轮(例如，使得排出流体到达换热器时温度更高——将其加热)。控制器可以控制涡轮旁通通道的使用，使得换热器的温度在选定范围内。涡轮旁通通道可包括涡轮废气门。在一些实施例中，涡轮可以包括可变几何涡轮，例如包括可变间距的导向叶片。在一些实施例中，控制器可以被配置为控制导向叶片的间距，从而例如控制发动机的温度。

发动机可包括换热器旁通通道，所述换热器旁通通道布置成使得至少一些流体能够避免流过所述换热器。换热器旁通通道可以包括以下中的至少一种：(i)用于工作流体从压缩缸流到燃烧缸的通道，使得其流过换热器的行程较少(例如没有)，和/或(ii)用于排出流体从燃烧缸流到排出口的通道，使得其流过换热器的行程较少(例如没有)。例如，换热器旁通通道可以是换热器任一侧的旁路(例如从而绕过第一通道或第二通道)。换热器旁通通道可以布置成使来自燃烧缸的至少一些排出流体能够避免流过换热器。

控制器可以被配置为通过控制所述换热器旁通通道的使用进而基于温度指示来控制所述发动机的操作。控制器可以通过控制哪些流体和/或多少流体可以流过换热器来控制换热器中的温度。在温度指示过高的情况下，控制器可以控制发动机的操作，从而降低流过换热器的流体的平均温度。例如，可以控制换热器旁通通道，使得更大比例的热排出流体被转移离开换热器(与温度指示较低的情况相比)。在温度指示过低的情况下，控制器可以控制发动机的操作，从而增加流过换热器的流体的平均温度。例如，可以控制换热器旁通通道，使得更大比例的热排放流体流经换热器。对于与换热器的第一通道相关的换热器旁通通道也同样如此，只是在这一侧的流体比另一侧的流体更冷的情况下，对换热器旁通通道的使用的控制可能与第二通道所述相反。

控制器可以被配置为通过控制以下中的至少一个进而基于温度指示来控制所述发动机的操作：(i)所述燃烧缸的进给阀和/或排出阀的打开和关闭时间，和(ii)燃料供应到所述燃烧缸的时机。例如，在温度指示低于阈值的情况下，控制器可以控制操作从而实现以下至少一项：(i)进给阀更早打开，(ii)排出阀更早打开，以及(iii)燃料更早地供给燃烧缸。例如，在温度指示大于阈值的情况下，控制器可以控制操作从而实现以下至少一项：(i)进给阀更晚打开，(ii)排出阀更晚打开，以及(iii)燃料更晚地供给燃烧缸。更早打开排出阀可使较热的(例如，最近燃烧和/或燃烧得较少的)流体能够流过换热器。反过来，这可以加热换热器，并因此加热流向燃烧缸的工作流体，这可以使工作流体以更好的速度流入汽缸并提供更暖的预燃烧温度。因此，可能会发生更完全的燃烧，从而提高排出温度，进而提高换热器温度。

发动机可以包括用于冷却和/或压缩待供应到所述压缩缸的流入流体的中间冷却器。在这种情况下，可以从冷却的流体中冷凝诸如水的液体。发动机可以包括布置成使得从所述中间冷却器获得的液体(例如冷凝的液体)能够作为冷却剂供应到所述压缩缸的流体通道。注入冷却剂可以降低压缩缸和燃烧缸中的工作流体的温度，这可以降低排出温度，因此换热器的两侧可以容纳较低温度的流体，从而降低换热器中的温度。

控制器可以被配置为通过控制以下中的至少一个的操作进而基于温度指示来控制所述发动机的操作：(i)用于压缩待供应到所述压缩缸的流入流体的压缩机，例如所述压缩机是涡轮增压器；(ii)用于冷却待供应到所述压缩缸的流入流体中间冷却器；(iii)配置为调节供应到所述燃烧缸的所述工作流体的温度的冷却剂系统；(iv)所述燃烧缸的进给阀；(v)所述燃烧缸的排出阀；(vi)所述燃烧缸的燃料注入时机；(vii)配置为由从所述燃烧缸流到所述换热器的排出流体驱动的涡轮(例如通过控制可变几何涡轮的导向叶片间距)；(viii)涡轮旁通通道；(ix)换热器旁通通道；和(x)所述压缩缸的入口和/或出口；(xi)热机，例如热电发电机和/或有机朗肯循环。上述每一种装置都可用于提高和/或降低换热器的材料的温度。

在一个方面，本文提供了基于分体循环发动机中的换热器的材料的温度指示来控制发动机的操作的相应方法。该方法用于控制分体循环内燃发动机，所述分体循环内燃发动机包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞，(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞，以及(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量。该方法包括：获得所述换热器的材料的温度指示；和基于温度指示控制所述发动机的操作。应当理解，以上参照装置描述的可选特征。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机，其包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞并具有用于排出流体从所述燃烧缸排出的排出阀；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)控制器，所述控制器被配置为基于以下至少一个指示来控制所述排出阀的操作：(i)与所述换热器相关的温度，和(ii)与所述燃烧缸相关的温度。

本公开的实施例可以通过控制燃烧缸的排出阀的打开和关闭时间来调节发动机温度。例如，更早打开排出阀可能会放出较热的气体(尚未完全膨胀并且刚刚燃烧)。因此，这些较热的排气可以更多地加热换热器，这又可以对从压缩缸供应到燃烧缸的工作流体提供更大程度的加热。由于工作流体的压力增加，加热该工作流体可以使流体以更快的速度进入燃烧缸，从而更好地与燃烧缸中的燃料混合。然而，在一些实施例中，工作流体的流动可能被阻塞，并且在这样的实施例中，加热工作流体可能不会改变流体进入燃烧缸的速度。如果燃烧缸中的工作流体预燃烧高于温度阈值，则它还可以提供更完全的燃烧。当发动机运行温度较低时，例如在发动机启动期间，此类实施例可找到特定应用。

与换热器相关的温度可以是换热器的材料的温度(例如材料峰值温度)。与换热器相关的温度可以是流经换热器的流体中的至少一种的流体温度。与燃烧缸相关的温度可以是进入燃烧缸的工作流体的温度。与燃烧缸相关的温度可以是燃烧缸中的燃烧温度，例如燃烧缸内燃烧的峰值温度。控制器被配置为控制发动机的操作，使得如果温度指示在选定范围之外，则操作发动机以将相关温度驱动到选定范围内。

基于温度指示来控制所述排出阀的操作包括：在温度指示低于最小阈值的情况下，控制所述排出阀的操作以在循环中打开，其中该打开的时间早于在温度指示高于最小阈值的情况下所述排出阀打开的时间。更早打开排出阀可以包括：在活塞在其循环期间从上止点行进较短距离之后打开排出阀。最小阈值可以基于发动机的操作条件来选择，例如它可以是与燃烧缸中燃烧完全的燃料阈值百分量的相关值。排出阀打开的位置/时机可以基于温度指示来选择，例如由控制器根据接收到的指示确定阀门在循环中的打开时机。可以有多个温度指示的阈值，打开时机可以基于温度指示低于哪些阈值来选择。

燃烧缸可具有用于控制工作流体流入燃烧缸的进给阀。在控制器控制排出阀更早打开的情况下，所述控制器被配置为还控制所述进给阀的操作以在循环中打开，其中该打开的时间早于在温度指示高于最小阈值的情况下所述进给阀打开的时间。进给阀可以更早打开与排出阀更早打开的量相对应，例如，它可能是相同的量。

在一个方面，本文提供了控制分体循环内燃发动机的方法，所述分体循环内燃发动机包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞，(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞并具有用于排出流体从所述燃烧缸排出的排出阀，(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量。该方法包括：获得以下至少一个指示：(i)与所述换热器相关的温度，和(ii)与所述燃烧缸相关的温度；基于温度指示控制所述排出阀的操作。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机，其包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)换热器旁通通道，所述换热器旁通通道可选择性地操作以使至少一些流体能够避免流过所述换热器。

本公开的实施例可以通过控制流体流过换热器来调节发动机的温度。通过使较热的排出流体与流向燃烧缸的较冷的工作流体接触，从而可以在两者之间进行热交换。这种热交换可以通过流过换热器的流体量来控制，因此换热器旁通通道可以控制该量，从而调节发动机的温度。

发动机可以包括控制器，该控制器被配置为基于以下至少一项的指示来控制换热器旁通通道的操作：(i)与换热器相关的温度，以及(ii)与燃烧缸相关的温度。换热器旁通通道、其操作和/或温度指示可以以本文已经公开的方式布置/操作。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机，其包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)涡轮，所述涡轮布置成由从所述燃烧缸流至所述换热器的排出流体驱动；(v)涡轮旁通通道，所述涡轮旁通通道可选择性地操作以使至少一些排出流体能够在不驱动所述涡轮的情况下流至所述换热器。

本公开的实施例可以通过排出气体从燃烧缸流到换热器来利用能量(例如驱动发电机或压缩机)。这可以使发动机能够利用额外的能量。而且，涡轮可以降低排出流体的温度，这可以减少在换热器中交换的热量。在某些情况下，可能需要增加/最大化在换热器中交换的热量，因此涡轮旁通通道可以被排出流体使用，从而在流向换热器时损失更少的热量。这可以基于利用涡轮旁通通道的流体量来调节发动机温度，例如通过控制流过涡轮旁通通道的流体量。

发动机可包括控制器，该控制器被配置为基于以下至少一个指示来控制涡轮旁通通道的操作：(i)与换热器相关的温度，和(ii)与燃烧缸相关的温度。涡轮、涡轮旁通通道、其操作和/或温度指示可以以本文已经公开的方式布置/操作。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机的操作方法，所述分体循环内燃发动机包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)换热器旁通通道，所述换热器旁通通道可选择性地操作以使至少一些流体能够避免流过所述换热器。该方法包括：获得以下至少一个指示：(i)与燃烧缸相关的温度，和(ii)与换热器相关的温度；和基于温度指示控制旁通通道的使用。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机的操作方法，所述分体循环内燃发动机包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)涡轮，所述涡轮布置成由从所述燃烧缸流至所述换热器的排出流体驱动；(v)涡轮旁通通道，所述涡轮旁通通道可选择性地操作以使至少一些排出流体能够在不驱动所述涡轮的情况下流至所述换热器。该方法包括：获得以下至少一个指示：(i)与燃烧缸相关的温度，和(ii)与换热器相关的温度；和基于温度指示控制所述旁通通道的使用。

在一个方面，本文提供了分体循环内燃发动机，其包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞；(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞；(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量；(iv)涡轮，所述涡轮布置成由从所述燃烧缸流至所述换热器的排出流体驱动；(v)控制器，所述控制器被配置为基于以下至少一个指示来控制所述涡轮的操作：(i)与所述燃烧缸相关的温度，和(ii)与所述换热器相关的温度。

本公开的实施例可以通过排出气体从燃烧缸流到换热器来利用能量(例如驱动发电机或压缩机)。这可以使发动机能够利用额外的能量。而且，涡轮可以降低排出流体的温度，这可以减少在换热器中交换的热量。控制器可以控制涡轮的操作以调节发动机的温度。涡轮、其操作和/或温度指示可以以本文已经公开的方式布置/操作。

在一方面，本文提供了控制分体循环内燃发动机的方法，所述分体循环内燃发动机包括：(i)压缩缸，所述压缩缸容纳压缩活塞，(ii)燃烧缸，所述燃烧缸容纳燃烧活塞，(iii)换热器，所述换热器布置成交换来自所述燃烧缸的排出流体和来自所述压缩缸供应到所述燃烧缸的工作流体的热量，以及(iv)涡轮，所述涡轮布置成由从所述燃烧缸流至所述换热器的排出流体驱动。该方法包括：获得以下至少一项的指示获得以下至少一个指示：(i)与所述燃烧缸相关的温度，和(ii)与所述换热器相关的温度；基于温度指示控制所述涡轮的操作。

本公开的方面可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括被配置为对处理器进行编程以执行本文公开的任何方法的程序指令。

附图

现在将参考附图仅通过实施例的方式描述一些实施例，其中：

图1示出了示例性分体循环内燃发动机的示意图。

图2示出了流程图，该流程图图示了分体循环内燃发动机的示例性操作方法。

在附图中，相同的附图标记用于指示相同的元件。

具体实施方式

本公开的实施例涉及用于控制分体循环内燃发动机的温度的系统和方法。可以基于至少一个获得的发动机的温度指示来控制发动机的操作。

发动机的相关温度可以是发动机的部件(例如发动机的跨接通道中的换热器)的材料的温度。换热器的最热部分例如可以是从燃烧缸进入换热器的排出工作流体的入口点。在一些实施例中，换热器可具有扩散器以扩散进入换热器的工作流体。扩散器可以连接到换热器从燃烧缸接收排出工作流体的点；即，换热器可以具有排出工作流体入口并且扩散器可以连接到该排出工作流体入口。这些组件达到高材料温度可能会显着影响其使用寿命。本公开提供的系统和方法可控制发动机的操作，使得部件温度可以保持在选定阈值以下。这应该有助于延长发动机的使用寿命。

发动机的相关温度可以是与换热器相关的温度和/或与燃烧缸相关的温度之一。本公开提供的系统和方法可控制发动机的操作以调节这些温度。由于发动机的某些温度太低，发动机的操作可能会受到阻碍。例如，如果燃烧前燃烧缸中工作流体的温度太低，可能导致低效燃烧。如果发动机的某些温度太高，也可能危害发动机的操作。例如，如果燃烧的峰值温度太高，可能导致不希望的污染物如NOx的输出。可以控制发动机的操作以提供这两个区域之间的范围内的温度。

图1示出了内燃发动机100的示意图。图1中示出用于调节发动机100的温度的多个示例性系统。应当理解，所示的组合不被认为是限制性的。相反，为了简洁起见，本文将组件一起显示和描述。然而，应当理解，可以设想用于调节温度的部件的任何组合。

在基本层面上，发动机100包括压缩缸10和燃烧缸20。两者通过跨接通道30连接，跨接通道30包括换热器，形式为换热器35。

压缩缸10容纳压缩活塞12，该压缩活塞12通过连杆52连接到曲轴70的一部分上的相应曲柄。压缩缸10包括用于接收供应到发动机100的流体的入口8，以及连接到跨接通道30的出口端口9。端口可以包括阀，例如单向阀，例如使得已经通过出口9流出进入跨接通道30的流体不能回流到压缩缸10中。

跨接通道30提供了从压缩缸10到燃烧缸20的流体流动路径。该通道穿过换热器35，该换热器具有两个流体通道：第一通道36(也称为换热器35的“冷侧”)和第二通道37(也称为换热器35的“热侧”)。跨接通道30穿过第一通道36。第二通道37用于从燃烧缸20排出流体95。换热器35的两个通道布置成使得热量可以从第二通道37传递到第一通道36。这可以使来自燃烧缸20的排出流体95能够穿过第二通道37并将热量传递给从压缩缸10行进到燃烧缸20的压缩工作流体，从而在燃烧之前加热该压缩流体。换热器35可由耐热材料制成，例如铬镍铁合金，以改进抗蠕变性。换热器35可以被布置成使得较热的部件(例如第二通道37的部件)能够弯曲，例如响应于感应的热量。这可以帮助减少换热器35上的热应力。换热器35可以储存能储存热量的相变材料。然而，应当理解，在一些实施例中，相变材料可以放置在换热器35之前的排气侧——例如在燃烧缸30和换热器35之间传输工作流体的通道中。如上所述，还应理解，在一些实施例中，换热器35可具有扩散器以扩散进入换热器35的排气工作流体95。扩散器可连接到换热器从燃烧缸20接收排气工作流体95的点；即，换热器35可以具有排出工作流体入口并且扩散器可以连接到该排出工作流体入口。

燃烧缸20容纳燃烧活塞22，该燃烧活塞通过连杆54连接到曲轴70的一部分上的相应曲柄。燃烧缸20包括进给阀18，其连接到跨接通道30。进给阀18可操作以控制流体是否可以从跨接通道30流入燃烧缸20。燃烧缸20还包括排出阀19以将排气从燃烧缸20传送到排出口。燃烧缸20包括燃料供应器，其示为燃料注入器82，用于将燃料注入到燃烧缸20中。燃料注入器82连接到燃料储存器80以提供流体从储存器80进入燃烧缸20的流动路径。

在基本层面上，发动机100的操作如下。流入流体1(例如，从环境中获取的)可以经由入口8供应到压缩缸10。控制入口8以便将选定体积的流入流体1提供到压缩缸10。在压缩缸10中，该流体通过压缩活塞12的运动被压缩，然后通过出口9从压缩缸10排出到跨接通道30。然后流体流过换热器35的第一通道36，在换热器中被来自燃烧缸20穿过第二通道37的排出流体95加热。控制燃烧缸20的进给阀18以允许热的压缩流体流入燃烧缸20。来自燃料储存器80的燃料通过注入器82被注入燃烧缸20，与供应到燃烧缸20的加热工作流体混合。混合物燃烧并驱动燃烧活塞22的运动，然后控制排出阀19以将燃烧的流体从燃烧缸20排出。热的排出流体95然后通过涡轮111(如下文更详细地讨论，如果存在的话)并穿过换热器35的第二通道37，加热换热器35的第一通道36中的流体，然后作为排出的流体2从发动机100排出。

随着发动机100的使用，发动机100的温度将发生变化。温度的变化可能导致发动机100的性能特性的差异。典型地，发动机100将在相对冷的温度下启动(例如，部件和流体处于环境温度)。该温度将随着使用而升高，并且发动机100的温度在部分负载下(例如，最大负载的50％或更少)可能处于它们的峰值，其中换热器35可以以较低的工作流体流量最有效地运行。然而，在一些实施例中，发动机100的温度可能在重度使用下(例如最大负载的50％或更多，例如最大负载的80％或更多)达到它们的峰值。

至于监测温度，与换热器35和燃烧缸20相关的温度可能特别有用。可以确定发动机100的温度太高。如果换热器35中的温度变得太高，则换热器35的材料可能受损。例如，将换热器35的材料暴露于过多的热量，它可能会经历蠕变相关的问题，这会损害其性能并且最终导致换热器35需要修理或更换。同样地，如果燃烧缸20中的燃烧峰值温度太高，则可能会形成不希望的污染物NOx。

可以确定发动机100的温度太低。如果发动机100的温度太低，会抑制最佳燃烧并导致注入的燃料燃烧不完全。这可以基于换热器35的温度和/或换热器35中的工作流体的温度来识别(因为工作流体在进入燃烧缸20之前的低温将导致燃烧缸20的温度较低)。可以基于燃烧缸20中的燃烧温度来识别(因为燃烧不完全将导致温度较低)。

发动机100包括配置成监测至少一个发动机温度指示的控制器(未示出)。发动机温度可以是与换热器35相关的温度，例如换热器35的材料温度和/或换热器35中(例如在第一和/或第二通道37中)的工作流体的温度。发动机温度可以是与燃烧缸20相关的温度，例如燃烧温度(例如燃烧的峰值温度)，或燃烧缸20中的工作流体的温度(例如在燃烧之前)。基于获得的相关温度指示(例如这些温度中的任何一个)，控制器可以控制发动机100的操作。例如，获得的温度指示发动机100的操作温度低于下阈值(例如太冷)，在这种情况下控制器可以控制发动机100的操作以升高发动机100的温度。如果获得的温度指示发动机100的操作温度高于上阈值(例如太热)，在这种情况下控制器可以控制发动机100的操作以降低发动机100的温度。

控制器可以例如基于温度指示确定是否控制发动机100的操作以升高/降低相关部件的温度，或者继续当前操作。在需要降低或升高温度的情况下，控制器可以相应地采用以下任何方式操作(单独地或与其他方式组合)。

发动机100可以包括压缩机112。压缩机112被布置成接收被供应到压缩缸10的流入流体1。压缩机112可以是涡轮增压器或机械增压器的形式。压缩机112被配置为在流入流体1被供应到压缩缸10之前压缩流入流体1。压缩机112可以提供更多压缩的并且因此更密集的流体。继而，可以实现穿过发动机100的更大质量流，导致流体以更大速度流入燃烧缸20和/或燃烧缸20中的燃烧温度更高。因此致动压缩机112的效果可以是升高发动机100的温度。使用压缩机112可以升高与燃烧缸20和/或换热器35相关的温度。

因此，控制器可增加或启动压缩机112的操作以升高发动机100的温度。例如，响应于发动机100的温度将升高的指示，控制器可控制压缩机112的操作以提高发动机100的温度。控制压缩机112的操作可以包括给压缩机112通电以压缩穿过它的流体。它可以包括控制穿过压缩机112的流体的比例和/或控制由压缩机112施加的压缩程度。因此，压缩机112可以在不提供压缩工作流体的第一状态和提供工作流体最大压缩的第二状态之间操作。压缩机112可在这两种状态之间操作，以一定程度(例如可变程度)地压缩工作流体。控制器可以减少或停止压缩机112的操作以降低发动机100的温度。因此，通过控制压缩机112的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

发动机100可以包括中间冷却器120。中间冷却器120被布置成接收待供应到压缩缸10的流入流体1。中间冷却器120可以被布置成在流体穿过到燃烧缸之前接收来自压缩机112的流体。中间冷却器120可以冷却待供应到压缩缸10的流体，例如从压缩机112接收。这可以是流体的恒压冷却。中间冷却器120可以是空气-空气中间冷却器或空气-水中间冷却器。

中间冷却器120的操作可以降低工作流体的温度而不(显着地)降低压力。因此，可以降低发动机100的操作温度，因为待压缩(然后燃烧)的流体处于较低的初始温度并因此最终处于较低的最终温度。此外，这可能导致换热器35中流体的热质量增加，由于来自排出流体95的热交换，这也将经历较慢/不太明显的热量上升。控制器可以被配置为控制热量上升的程度，中间冷却器120用于冷却工作流体。例如，这可以包括控制冷却装置的温度或工作流体在进入压缩缸10之前暴露于冷却装置的温度。例如，响应于来自控制器的命令信号来控制用于冷却工作流体的任何流体的温度和/或者工作流体所采用的流动路径。为了增加发动机100的相关温度，控制器可以控制发动机100的操作以降低或停止中间冷却器120的操作。为了降低发动机100的相关温度，控制器可以控制发动机100的操作以增加或开始中间冷却器120的操作。因此，通过控制中间冷却器120的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

发动机100可包括冷却剂系统。冷却剂系统可包括经由冷却剂注入器14连接到压缩缸10的液体冷却剂储存器40。该布置限定了储存器40中的冷却剂流入压缩缸10的液体流动路径。冷却剂可包括任何合适的流体，例如水和/或低温流体，例如已经通过冷藏过程冷凝成其液相的流体。冷却剂系统还可以包括用于将冷却剂注入到跨接通道30中的注入器14，其在图1中未示出。冷却剂系统构造成将冷却剂注入到压缩缸10中。可以操作冷却剂系统以调节压缩缸10中的工作流体的温度。可以操作冷却剂系统以控制注入冷却剂系统的流体的体积。发动机100可包括将中间冷却器120与冷却剂系统(例如冷却剂储存器40)连接的流体通道121。这可以使得由中间冷却器120中的流入流体1的冷却产生的任何冷凝液体能够被输送到冷却剂储存器40中，使其可以用作冷却剂待注入到压缩缸10中以冷却工作流体。

冷却剂系统的操作可包括控制注入压缩缸10的流体体积。随着更多或更冷的流体被注入压缩缸10，流体在加热和蒸发时吸收热量，从而整体降低压缩缸10中的温度。通过控制冷却剂系统将较少的流体或较热的流体注入到压缩缸10中，控制器可以控制发动机100的操作以提高发动机温度。通过控制冷却剂系统将更多的流体或较冷的流体注入到压缩缸10中，控制器可以控制发动机100的操作以降低发动机温度。因此，通过控制冷却剂系统的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

可以控制燃烧缸20的进给阀18以调节发动机100的相关温度。一旦打开，工作流体可从跨接通道30流入燃烧缸20。进给阀18可在第一和第二位置之间移动以控制工作流体是否可以流入跨接通道30，以及可以流入多少。进给阀18可以在活塞的循环期间在选定位置打开和关闭。选定位置可以是固定的，也可以是可变的。它们也可以由控制器选择。

进给阀18打开时，工作流体流入燃烧缸20。取决于打开的时间，燃烧缸20中的工作流体可在燃烧活塞22朝向上止点行进时受到进一步压缩。这种压缩会增加工作流体的热量，因此可能会升高发动机100的相关温度。通过更晚打开进给阀18，发动机100的燃烧时间也会延迟，因此这可能导致燃烧不完全，从而降低温度。然而，如果进一步延迟打开进给阀18，则温度可能由于不完全膨胀而再次升高。通过控制燃烧缸20的进给阀18在活塞循环期间更晚打开，控制器可以控制发动机100的操作以降低相关温度。通过控制燃烧缸20的进给阀18在活塞循环期间更早打开，控制器可以控制发动机100的操作以增加相关温度。因此，通过控制燃烧缸20的进给阀18的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

可以控制燃料注入器82以调节发动机100的相关温度。可由控制器控制燃料注入器82将燃料注入到燃烧缸20中的时机。控制器可以控制注入到燃烧缸20中的燃料量，例如注入器82将燃料注入到燃烧缸20中的持续时间。控制器可以被配置为控制燃料注入器82的操作以调节发动机100的相关温度。

在致动时，燃料注入器82将燃料注入到燃烧缸20中，在其中与燃烧缸20中的工作流体混合并燃烧，从而驱动燃烧活塞22。为了升高相关温度，控制器可以控制发动机100的操作使得燃料注入器82在活塞循环期间的较晚阶段将燃料注入到燃烧缸20中。这可能导致燃烧较晚且较慢，降低膨胀时间，并导致较多的焓转化以在燃烧活塞22上做功，并且排气中的焓增加导致来自燃烧缸20的排气温度较高。为了降低相关温度，控制器可以控制发动机100的操作使得燃料注入器82在活塞循环期间的较早阶段将燃料注入到燃烧缸20中。这可能导致燃烧更早和更快，增加膨胀时间，并导致更多的焓转化以在燃烧活塞22上做功，并且排气中的焓减少导致来自燃烧缸20的排气温度更低。因此，通过控制燃料注入器82的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

可以控制燃烧缸20的排出阀19以调节发动机100的相关温度。可以选择排出阀19打开的时机以控制燃烧缸20中发生的燃烧量和/或提供给换热器35的排出流体95的温度。排出阀19打开时，燃烧缸20中的流体可以朝向换热器35排出。控制器可以被配置为控制排出阀19打开的时机。

在操作中，当燃烧缸20中的工作流体燃烧时，它膨胀驱动燃烧活塞22朝向下止点位置。为了升高相关温度，控制器可以控制发动机100的操作使得排出阀19在活塞循环期间更早打开。这可以使热的、刚刚燃烧的和尚未完全膨胀的工作流体能够被传送到换热器35。为了降低相关温度，控制器可以控制发动机100的操作使得排出阀19在活塞循环期间更晚打开。这可为燃烧的流体在燃烧缸20中膨胀提供更多时间，从而冷却，使得提供给换热器35的流体更冷。因此，通过控制排出阀19的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

发动机100可包括涡轮111。涡轮111布置成由来自燃烧缸20的排出流体95驱动。涡轮111布置在排出阀19和换热器35之间。排出流体95从燃烧缸20流出到换热器35可以驱动涡轮111的旋转。涡轮111可以被布置成基于驱动它的移动的排出流体95来产生功。例如，涡轮111可以通过连接装置113连接到压缩机112，以传递涡轮111的旋转运动进而驱动压缩机112的压缩运动。连接装置113可以是杆或轴。涡轮111可以连接到其他装置，例如涡轮发电机，用于从热的排出流体95的流中收集能量。在一些实施例中，收集的能量可以暂时存储然后再转换成另一种形式的能量。附加地或替代地，可以通过热机例如有机朗肯循环和/或热电发电机从热的排出流体95的流中收集能量。可以操作涡轮111以在不同程度的阻力下被驱动，例如它可以是齿轮传动的和/或如果使用可变几何涡轮，则可以调整涡轮叶片的间距。控制器可以被配置为控制与涡轮111相关的阻力程度，以在与涡轮111相互作用时控制排出流体95的能量损失量。例如，涡轮111可以是齿轮传动的和/或可以改变从排出阀19到换热器35的流体流动路径被涡轮111阻塞的比例。

在操作中，当排出流体95流过涡轮111时，它驱动涡轮111的运动，这又导致排出流体95的能量(温度)降低。为了降低相关温度，控制器可以控制发动机100的操作，使得涡轮111从工作流体中提取更多的能量。例如，控制器可以控制涡轮111的操作，使得需要更大比例的排出流体95来驱动涡轮111，从而降低排出流体95的温度。为了升高相关温度，控制器可以控制发动机100的操作，使得涡轮111从工作流体中提取更少的能量。例如，控制器可以控制涡轮111的操作，使得需要较少的排出流体95来驱动涡轮111，从而减少温度的降低。因此，通过控制涡轮111的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

发动机100可包括涡轮旁通通道141。可由涡轮旁通阀142调节从燃烧缸20流出的排出流体95进入涡轮旁通通道141。可由控制器控制涡轮旁通阀142的操作。涡轮旁通阀142可以在没有流体可以流过涡轮旁通通道141的第一状态和尽可能多的流体可以流过涡轮旁通通道141的第二状态之间操作。涡轮旁通阀142可以处于第一状态和第二状态之间的状态以控制流过涡轮旁通通道141的流体量。涡轮旁通通道141布置成使得至少一些排出流体95能够避免流过，并且因此驱动涡轮111。这可以使一些排出流体95能够从排出阀19流到换热器35而不驱动涡轮111。

在操作中，当排出流体95流过并驱动涡轮111时，它可以冷却并且因此换热器35中的流体可以不太热。如果一些排出流体95反而流过涡轮旁通通道141，则该流体将不会驱动涡轮111，因此当它到达换热器35时会变得更热。为了降低相关温度，控制器可以控制发动机100的操作，使得更大量的排出流体95流过并驱动涡轮111(例如，更少量流体流过涡轮旁通通道141)。这可能具有改善能量减少的效果，从而在该流体中减少热量。例如，控制器可以控制涡轮旁通阀142以实现这种改变。为了增加相关温度，控制器可以控制发动机100的操作，使得更少量的排出流体95流过并驱动涡轮111(例如，控制器可以通过增加流过涡轮旁通通道141的排出流体95的量来提高相关温度)。这可导致更热的排出流体95被输送至换热器35，进而加热发动机100的相关部件。因此，通过控制涡轮旁通通道141的操作，控制器可调节发动机100的温度。

发动机100可以包括换热器旁通通道131。可以由换热器旁通阀132调节从燃烧缸20流出的排出流体95进入换热器旁通通道131。可以由控制器控制换热器旁通通道132的操作。换热器旁通通道132可以在没有流体可以流过换热器旁通通道131的第一状态和尽可能多的流体可以流过换热器旁通通道131的第二状态之间操作。换热器旁通通道132可以处于第一状态和第二状态之间的状态以控制流过换热器旁通通道131的流体量。换热器旁通通道131布置成使得至少一些排出流体95避免流过换热器35(例如流过换热器35的第二通道37)。这可以使一些排出流体95绕过至少一些换热器35。

在操作中，当排出流体95流过换热器35(例如流过第二通道37)时，它可以与流过换热器35到燃烧缸20的工作流体进行热交换。排出流体95通常更热，因此传递热量以加热工作流体将具有加热发动机100的相关部件的效果。为了降低相关温度，控制器可以控制发动机100的操作使得更大量的排出流体95流过换热器旁通通道131(例如减少流过换热器35的排出流体95的量)。例如，控制器可以控制换热器旁通通道131以实现这种改变。这可减少热传递量并降低保留在发动机100内的产生热量。为了升高相关温度，控制器可控制发动机100的操作，从而减少流过换热器旁通通道131的排出流体95的量(例如增加流过换热器旁通通道131的排出流体95的量。这可能导致在换热器35中交换更多的热量，从而使发动机100升温。因此，通过控制换热器旁通通道131的操作，控制器可以调节发动机100的温度。

压缩缸10的入口和/或出口也可以被控制以控制发动机100的相关部件的温度。应当理解，通过改变这些端口的打开时机，压缩缸中的工作流体10可经受不同的压缩量和/或在换热器35中不同的加热时间(包括加热的不同热质量)。因此控制器可以控制这些端口的打开和关闭以调节发动机100的温度。

现在将参照图2的流程图来描述分体循环发动机的操作方法200，例如图1中所示的方法。应当理解，上述控制器可以被配置为执行分体循环发动机的操作方法200。

在步骤210，获得温度指示。这可以包括获得温度指示的任何合适的方式。例如，温度指示可以从用于测量温度的传感器接收和/或从测量另一个热力学变量但是可以从中推断出温度指示的传感器接收。发动机100可以包括至少一个能够提供发动机100的相关部件的温度指示的传感器。发动机100可以包括GB 2565050中描述的类型的至少一个传感器的布置，并且该方法可以包括以GB 2565050中描述的类型的方式获得(例如，从传感器接收测量值并由此确定温度)。在一些实施例中，传感器可以位于换热器35的最热部分上。峰值温度可以在换热器中在从燃烧缸20进入换热器35的排出工作流体的入口处。在一些实施例中，换热器35可以具有扩散器以扩散换热器35中的工作流体。扩散器可以连接到换热器35从燃烧缸20接收排出工作流体的点；即，换热器35可以具有排出工作流体入口并且扩散器可以连接到该排出工作流体入口。用于测量换热器35的温度的传感器可以连接到扩散器和/或排出工作流体入口。

获得的温度可以是换热器35的材料或跨接通道30的材料的温度指示。在一些实施例中，获得的温度可以基于换热器35和/或跨接通道30的温度的至少一个表面测量值获得。获得的温度可以基于对换热器35和/或跨接通道30内的流体温度的至少一个测量值而获得。方法200可以包括基于测量温度(或其他合适的热力学变量)确定温度，例如确定峰值温度。例如，可以使用映射将测量值映射到相关温度。例如，换热器35和/或跨接通道30的第一位置的温度的测量值可以映射到换热器35和/或跨接通道30中的材料的相关峰值温度。因此该方法可以包括获得发动机100的相关温度指示。

在步骤220，将获得的温度指示与下阈值进行比较。如果该温度低于下阈值，并因此超出发动机100温度的选定操作范围，则该方法进行到步骤240。如果该温度高于下阈值，则该方法进行到步骤230以确定温度是否在发动机100的温度的选定操作范围内。

在步骤230，将获得的温度指示与上阈值进行比较。如果温度低于上阈值，则确定温度当前在发动机100的选定操作范围内。在这种情况下，该方法进行到步骤210，重复该方法。该方法可以定期重复，例如每5秒进行重复。因此，该方法可以提供用于调节发动机100的相关温度的连续反馈系统，以使温度保持在选定操作范围内。如果该温度高于上阈值，并因此超出发动机100温度的选定操作范围，则该方法进行到步骤240。

在步骤240，控制发动机100的操作以调节温度。在该步骤中，控制操作的目的是将相关温度驱动到选定操作范围内，这可以由上述控制器执行。如果温度低于此范围，控制器将控制发动机100的操作以加热发动机100或发动机100的至少一部分；如果温度高于此范围，控制器将控制发动机100的操作以冷却发动机100或发动机100的至少一部分。

控制器可以选择合适的装置或装置的组合，用于升高/降低发动机100或发动机100的至少一部分的温度。应当理解，确切的选择可以是选择控制发动机100的一个或多个部件的操作。该选择可以基于任何给定发动机100中可用的部件。控制器可以包括指示由任何给定部件的操作改变导致的预期变化的数据。因此，控制器可以基于该数据选择组件以控制温度。在一些实施例中，某些部件可以具有最大输出，并且可以使用一些部件来控制温度变化，优选达到它们的最大输出。例如，可以操作冷却剂系统至工作流体的蒸发极限(例如以避免需要过滤/去除发动机100中的冷凝液体)。

因此，控制器可以控制发动机100的相关部件的操作，目的是将相关温度驱动到选定范围。然后该方法返回到步骤210以对相关温度进行更多监测，从而提供用于调节发动机100的相关温度的受控反馈回路。当相关温度在选定范围内时，为了控制发动机100的操作，控制器可以继续采用与以前相同的操作条件操作，或者可以基于获得的温度指示以及在较宽的操作温度范围内选择与改进发动机100的操作相关的更窄范围，进而改进发动机条件。

从上面的讨论中可以理解，图中所示的实施例仅仅是示例性的，并且包括可以如本文所述和权利要求中陈述的一般特征、去除或替换的特征。参考附图可以理解示意性功能框图用于指示本文描述的系统和设备的功能。此外，处理功能也可由电子设备支持的设备提供。然而，应当理解，功能不需要以这种方式划分，并且不应被理解为暗示除了下面描述和要求保护的硬件结构之外的任何特定硬件结构。附图中所示的一个或多个元件的功能可以进一步细分和/或分布在本公开的整个装置中。在一些实施例中，附图中所示的一个或多个元件的功能可以集成到单个功能单元中。

通过本公开的上下文本领域技术人员将理解，本文描述的每个示例可以以多种不同的方式实施。本公开的任何方面的任何特征可以与本公开的任何其他方面组合。例如，方法可以与装置结合，并且参考装置的特定元件的操作描述的特征可以在不使用那些特定类型的装置的方法中提供。此外，每个实施例的每个特征旨在与其结合描述的特征分离，除非明确声明某些其他特征对其操作是必不可少的。这些可分离特征中的每一个可以与描述它的实施例的任何其他特征组合，或者与本文描述的任何其他实施例的任何其他特征组合。此外，在不脱离本发明的情况下，也可以采用上面没有描述的等同物和修改。

本文描述的方法的某些特征可以在硬件中实现，并且装置的一个或多个功能可以在方法步骤中实现。还应当理解，在本公开的上下文中描述的方法不需要按照它们描述的顺序来执行，也不一定按照它们在附图中描绘的顺序来执行。因此，参考产品或设备描述的本公开的方面也旨在实现为方法，反之亦然。本文描述的方法可以以计算机程序、或以硬件或其任何组合来实施。计算机程序包括软件、中间件、固件及其任意组合。这样的程序可以作为信号或网络消息提供并且可以记录在计算机可读介质上，例如可以以非暂时性形式存储计算机程序的有形计算机可读介质。硬件包括计算机、手持设备、可编程处理器、通用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和逻辑门阵列。特别地，应当理解，上述控制器可以以诸如计算机、手持设备、可编程处理器、通用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和逻辑门阵列的形式实现。

在本公开的其他示例和变体对于本领域技术人员来说是显而易见的。