專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種內(nèi)燃機(jī)。
申請人發(fā)明的可分為分離式發(fā)動機(jī)的各種內(nèi)燃機(jī)已在如英國專利GB-A-2155546，GB-A-2186913，GB-A-2218153，GB-A-2218157，GB-A-2246394和GB-A-2261028中公開。這些發(fā)動機(jī)現(xiàn)在叫做梅里特發(fā)動機(jī)。
梅里特發(fā)動機(jī)包括至少一個第一和第二氣缸裝置，和分別位于該氣缸中可移動的第一和第二活塞，在每個裝置中，第一氣缸具有一個比第二氣缸中的掃氣容積，并具有一個空氣進(jìn)氣閥和/或一個與第一氣缸相連通的孔，一個排氣閥和/或一個與第一氣缸相連通的孔，一個向第二氣缸供給燃料的燃料源，當(dāng)活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)位置時確定燃燒空間的裝置，燃燒空間至少在部分膨脹沖程與兩個氣缸相連通，和用于制止進(jìn)入的制止裝置。
這里所指的“空氣”包括近乎純氧及任意一種氧與其他通常惰性氣體的相應(yīng)的混合物，用于與氣體或液體(汽化液體)燃料燃燒。它可以包含存在再循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)氣體中的再循環(huán)廢氣，曲軸箱氣體和少量的碳?xì)浠衔铩?br> 這里的“進(jìn)入”指的是在壓縮沖程終點(diǎn)或接近該終點(diǎn)之前，燃料/空氣混合物從第二氣缸向燃燒空間的運(yùn)動。
梅里特發(fā)動機(jī)是一種類似于柴油機(jī)的分離式發(fā)動機(jī)，其不同在于一些少量的空氣在較小的第二氣缸中與基本上所有的燃料一起被壓縮，而大部分空氣獨(dú)自在較大的第一氣缸中被壓縮。
分離式發(fā)動機(jī)如柴油機(jī)和梅里特發(fā)動機(jī)的一個重要特性是，在發(fā)動機(jī)的壓縮沖程的大部分時間內(nèi)燃料與大部分空氣分離。在靠近壓縮沖程終點(diǎn)的進(jìn)入時刻之前為止，梅里特發(fā)動機(jī)在吸氣沖程中利用較小的氣缸和活塞接收燃料，并使燃料與大部分空氣相分離。較小的氣缸可以稱作燃料處理氣缸。
分離式發(fā)動機(jī)特別適合于點(diǎn)燃燃料的壓燃過程，因?yàn)樵诖蟛糠謮嚎s沖程中燃料不與足夠的空氣混合，以便自然，甚至在高壓縮比時也是如此。在也是分離式發(fā)動機(jī)的柴油機(jī)中，點(diǎn)火定時是由向燃燒空間噴射燃料的定時決定。在到目前為止所公開的梅里特發(fā)動機(jī)中，通過控制進(jìn)入過程定時可有效地控制點(diǎn)火定時，換句話說就是，蒸發(fā)的燃料從燃料處理氣缸進(jìn)入燃燒空間的時刻。在高壓縮比的梅里特發(fā)動機(jī)中，一些燃料的點(diǎn)火可能發(fā)生在燃料進(jìn)入到燃燒空間并與其中的非常熱的空氣相遇的瞬間。
英國專利GB-A-2246394中記載了多種進(jìn)入定時、亦即點(diǎn)火定時可以控制的方法。特別是較小的氣缸具有一個通路裝置，以便在壓縮沖程早期將較小氣缸中的壓力控制到低于壓縮沖程初期的較大氣缸中的壓力值。因此在較小活塞到達(dá)或接近它的內(nèi)死點(diǎn)位置之前制止進(jìn)入。在英國專利GB-A-2246394中所記載的通路裝置，最好包括一個通向較小氣缸的第一孔。該孔可以包括有一個改變流通面積的閥門，或一個節(jié)流閥和一個第一閥門，例如一個可操作的提升閥，用于在發(fā)動機(jī)的每個循環(huán)期間控制通過第一孔的空氣和/或燃料的通路?？梢园ㄓ幸粋€液體燃料噴嘴的燃料源，最好位于第一閥門的上游。
分離式發(fā)動機(jī)例如柴油機(jī)和梅里特發(fā)動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它們能夠燃燒整體都是非常稀薄的燃料/空氣混合汽。具有在壓縮沖程預(yù)混燃料/空氣混合物的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，只能用接近理論配比的燃料/空氣混合汽，以使由火花點(diǎn)燃的火焰通過燃燒空間的整個燃料/空氣混合汽容積。整體均是非常稀的燃料/空氣混合汽能使整個膨脹過程溫度較低，從而改善了發(fā)動機(jī)的熱效率，并使廢氣中有害物質(zhì)NOx的含量減小，在部分負(fù)荷工況下尤其如此。當(dāng)平均溫度隨放熱量從混合汽為理想配比時燃燒的較高值下降時，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的熱效率因稀薄燃燒而升高。
提高往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)效率的主要特性是，燃燒迅速和低放熱量引起的氣體溫度降低。
在較高速度下汽車或高速柴油機(jī)不可能達(dá)到迅速燃燒，因?yàn)樵谌剂媳稽c(diǎn)燃之前，不可能提供使液體燃料全部汽化的足夠時間。另一方面，柴油機(jī)在部分負(fù)荷時均為稀薄燃燒，所以促成較低的燃?xì)鉁囟?。不僅在低的部分負(fù)荷溫度在所有工況下，梅里特發(fā)動機(jī)比柴油機(jī)更有可能實(shí)現(xiàn)迅速燃燒。在梅里特發(fā)動機(jī)中，在進(jìn)入到燃燒空間點(diǎn)火之前，在吸氣沖程和當(dāng)與主要空氣相分離的燃料具較多的時間以便燃料進(jìn)入燃料氣缸，在少量的空氣中汽化。
已知的梅里特發(fā)動機(jī)的一個實(shí)例如附

圖1所示，該圖為發(fā)動機(jī)局部橫剖面圖，它表示在GB-A-2246394中。下面對該發(fā)動機(jī)予以簡述。詳細(xì)說明參見英國專利GB-A-2246394。
該發(fā)動機(jī)包括一個安裝在較大活塞16冠部36上的較小活塞18?；钊?8包括一個支柱234和一個冠部35。從圖1中可以看出支柱234的外形是彎曲的，該曲線促使從較大氣缸12進(jìn)入到燃燒空間20的空氣，和隨后進(jìn)入到該燃燒空間20的燃料/空氣混合汽形成渦流。燃燒空間被限定在支柱234和較小氣缸14的壁14a之間。支柱的形狀和尺寸要能使構(gòu)成的燃燒容積具有適合的尺寸和形狀。
應(yīng)當(dāng)注意，活塞18的冠部35具有一個帶有軸向厚度的邊緣，該厚度基本上小于活塞18和16的冠部35和36之間的距離。冠部35具有一個圓柱形的邊緣37，該邊緣37稍微與較小氣缸壁面14a相離開，以構(gòu)成一個環(huán)狀間隙128形狀的制止裝置。如圖所示的較小氣缸14的頂端具有一個帶有旁通的圓周槽39，以促進(jìn)如下所述的進(jìn)入。較小氣缸14的頂端具有包括第二進(jìn)氣閥門31和節(jié)流閥32的通路裝置。燃料噴嘴34用于向進(jìn)口導(dǎo)管33輸送液體燃料。節(jié)流閥32控制流徑進(jìn)口導(dǎo)管33的空氣流量，并且它基本與由燃料噴嘴34輸送的燃料量無關(guān)。
在發(fā)動機(jī)的吸氣沖程，空氣通過進(jìn)氣導(dǎo)管25進(jìn)入大氣缸12。空氣還通過打開的閥門31與來自噴嘴34的燃料一起進(jìn)入小氣缸14。在壓縮沖程初期，通過活塞18的冠部35的壓力差受到節(jié)流閥32和閥門31關(guān)閉的定時影響。而這將對進(jìn)入到燃燒空間20的小氣缸14工質(zhì)的進(jìn)入定時有影響，該空間20位于將近壓縮沖程終點(diǎn)的活塞18的死點(diǎn)位置附近。當(dāng)氣缸14中的燃料/空氣混合汽與在壓縮沖程中被大活塞16輸送到燃燒空間20中的熱空氣相遇時，進(jìn)入進(jìn)而控制由壓縮點(diǎn)火的汽化燃料的點(diǎn)火定時。
槽39具有一個比小活塞冠部35的厚度大的軸向長度，以便為燃料/空氣混合汽通過旁通槽39圍繞該冠部進(jìn)入提供一個擴(kuò)大的間隙。槽39在小的氣缸14中也提供了一個余隙容積，在壓縮沖程，該余隙容積通過所提供的附加容積，有效地延遲進(jìn)入定時。
圖1所示的發(fā)動機(jī)也具有一個位于向大氣缸12輸送空氣的進(jìn)氣導(dǎo)管25內(nèi)部的節(jié)流閥23，和一個火花塞52。排氣閥和排氣口在圖1中沒有表示出，但在與大氣缸12相連通的發(fā)動機(jī)中仍然存在。實(shí)線所示的位置表示活塞的外死點(diǎn)位置，虛線表示活塞的內(nèi)死點(diǎn)的位置。
“開式”燃燒空間的結(jié)構(gòu)，允許通路通過火花塞52直接近入到燃燒空間20。火花塞通過小氣缸14的壁面14a而延伸。如果需要，大氣缸12可以具有一個流量控制裝置23和節(jié)流閥，以便在部分負(fù)荷吸氣沖程期間減小進(jìn)入到大氣缸12中的空氣。對于部分負(fù)荷時所需的給定燃料量，這種控制提高了小氣缸14中的燃料/空氣比，結(jié)果避免了當(dāng)小氣缸14內(nèi)部的混合汽的燃料/空氣比接近燃燒極限時，由于壓縮而自燃。由于上述的流量減少，并且在進(jìn)入之后燃料/空氣混合汽可以最后借助火花塞52的幫助，因此壓縮的壓力和溫度的峰值也可以減小。例如，當(dāng)小氣缸14中的燃料/空氣混合汽為理想配比即化學(xué)計(jì)量值時，發(fā)動機(jī)即可怠速轉(zhuǎn)動。節(jié)流過程可以把壓縮的壓力減小到足夠的低，以避免自行壓縮點(diǎn)火，然后電火花塞可以被用于點(diǎn)燃在吸入之后進(jìn)入到燃燒空間的理論配比的混合汽。
在已知的圖1中的梅里特發(fā)動機(jī)使用火花塞的目的是，使發(fā)動機(jī)能夠應(yīng)會臨界狀態(tài)如怠速和起動狀態(tài)。特別是在低負(fù)荷狀態(tài)，小氣缸中的燃料/空氣比可接近到能夠壓縮點(diǎn)火的化學(xué)計(jì)量值。為避免這些問題，節(jié)流閥23通過減少進(jìn)入到發(fā)動機(jī)的空氣量，可減少氣缸中最后的燃?xì)獾膲嚎s壓力和溫度。由于發(fā)動機(jī)上述壓縮溫度的降低，發(fā)動機(jī)不可能單獨(dú)依靠壓縮點(diǎn)火，火花塞52便被用于部分負(fù)荷時的輔助點(diǎn)火。
本發(fā)明試圖提供一種改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)及其操作方法。
本發(fā)明所述的內(nèi)燃機(jī)包括有至少一套第一和第二氣缸組，第一氣缸具有一個比第二氣缸大的掃氣容積;
能夠分別在所述的氣缸中移動的第一和第二活塞;
與第一氣缸相連通的空氣進(jìn)口裝置;
與第一氣缸相連通的排氣裝置;
一個用于向第二氣缸提供燃料的第一燃料源;
活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)位置時確定燃燒空間的第一裝置，在膨脹沖程，燃燒空間與兩個氣缸相連通;
與所述的燃燒空間相連通的點(diǎn)火裝置;
在第二活塞壓縮沖程在該活塞到達(dá)預(yù)選點(diǎn)之前用于制止進(jìn)入的制止裝置;
用于控制點(diǎn)火裝置的控制裝置;
用于保證在燃燒空間接近壓縮沖程終點(diǎn)所達(dá)到的壓力和溫度，不足以使所用燃料自行壓燃的第二裝置。
本發(fā)明也提供一種用于操作一種內(nèi)燃機(jī)的方法，該發(fā)動機(jī)包括有至少一套第一和第二氣缸組，第一氣缸具有一個比第二氣缸大的掃氣容積;
可以分別在所述氣缸中移動的第一和第二活塞;
與第一氣缸相連通的空氣進(jìn)口裝置;
與第一氣缸相連通的排氣裝置;
用于向第二氣缸提供燃料的第一燃料源;
活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)位置時確定燃燒空間的第一裝置，在膨脹沖程燃燒空間與兩個氣缸相連通;
用于保證在燃燒空間內(nèi)的接近壓縮沖程終點(diǎn)所達(dá)到的壓力和溫度不足以使所用的燃料自行壓燃的第二裝置;
與燃燒空間相連通的點(diǎn)火裝置;
用于在第二活塞壓縮沖程該活塞達(dá)到預(yù)選點(diǎn)之前制止進(jìn)入的制止裝置;
用于控制點(diǎn)火裝置的控制裝置;其方法包括在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣和/或壓縮沖程，向第二氣缸引入第一預(yù)選的燃料量;
在進(jìn)入開始之后、完成之前，向燃燒空間釋放點(diǎn)火能量，用于點(diǎn)烯進(jìn)入的燃料部分，因而提高了燃燒空間的溫度和壓力，使其余的吸入燃料通過壓縮足以點(diǎn)燃。
在本發(fā)明所述的梅里特發(fā)動機(jī)中的一種操作和控制點(diǎn)火定時的改進(jìn)方法是，開始火花點(diǎn)火過程，然后使過程延續(xù)到壓縮點(diǎn)火，即火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火(STCI)。
本發(fā)明在所有的運(yùn)行狀況下都是依靠火花點(diǎn)火而起動燃燒。為這個目的，發(fā)動機(jī)的幾何壓縮比被選擇足夠低，以避免所使用的燃料自行壓縮點(diǎn)火。然而，在一般的已知的方法中，火花點(diǎn)火要求燃料/空氣混合汽非常均勻，以便使火焰前峰通過混合汽擴(kuò)散，這在一般的火花點(diǎn)火的氣體發(fā)動機(jī)(SIGE)中可以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所述的火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火是一種不同的過程?；鸹c(diǎn)火是兩階段點(diǎn)火過程的第一步，這兩個階段是火花點(diǎn)火和壓縮點(diǎn)火。在第一階段，火花點(diǎn)火只是在燃燒空間中的進(jìn)入燃料與空氣之間的邊界引發(fā)一個局部火焰。該火焰可能是短命的，并不可能向當(dāng)時并不存在的預(yù)混的燃料/空氣混合汽擴(kuò)散。火花點(diǎn)火發(fā)生在進(jìn)入過程完成之前，也就是發(fā)生在所有燃料有時間從小氣缸經(jīng)過小活塞冠部傳送到燃燒空間，并與所有的存在燃燒空間的為它的燃燒所需的空氣相混合之前?；鸹c(diǎn)火階段類似于用火花點(diǎn)燃一個來自一個射流的氣體燃料射流的過程，該氣體燃料與射流周圍的空氣相混合。在火花點(diǎn)火過程開始之后，火焰使燃燒空間中的燃?xì)獾膲毫蜏囟壬撸阋允乖谛』钊淖饔孟逻M(jìn)入到燃燒空間的并與較多空氣相混合的其余汽化燃料壓縮燃燒。這個過程稱作火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火(STCI)。為完成燃料，汽化燃料與更多的所需空氣相混合和燃燒的過程，是在火花點(diǎn)火時刻之外進(jìn)行的。在通用的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(SIGE)中，燃料與空氣之間的混合過程幾乎總在火花出現(xiàn)之前完成的。
利用火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火的一個主要優(yōu)點(diǎn)是，在遇到變化的發(fā)動機(jī)狀況時，可以很容易地定時。當(dāng)利用火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火時，在吸入過程的定時期間內(nèi)所要求的控制精度，對發(fā)動機(jī)的運(yùn)行并不十分重要和關(guān)鍵。
為了實(shí)現(xiàn)火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火，發(fā)動機(jī)可以采用在進(jìn)入早期能夠通過壓縮，使其原本在特定燃料不足以點(diǎn)燃的壓縮比下運(yùn)行。另一方面，可以采用節(jié)流閥23，以調(diào)節(jié)壓縮壓力和溫度和終端。例如在使用汽油的情況下，對于火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火，壓縮比可以假定低于12∶1，而對于單獨(dú)采用上述燃料的壓縮點(diǎn)火，可能需要的壓縮比為18∶1。第二個要求是火花塞應(yīng)安裝在進(jìn)入過程初期燃料與燃燒空間中的空氣混合時滿足燃料汽化的地方?；鸹ㄈ跍?zhǔn)確的時間提供一個火花，以起動壓縮點(diǎn)火過程。
在點(diǎn)燃一些已經(jīng)開始進(jìn)入到燃燒空間的燃料之后，燃燒空間中的燃?xì)獾膲毫推骄鶞囟壬?。即使被火花點(diǎn)燃的初始火焰不能掃過整個燃燒空間，這也導(dǎo)至繼續(xù)進(jìn)入到燃燒空間并與那里的空氣相混合的汽化燃料的其余部分被壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃。
本發(fā)明所述的第二種內(nèi)燃機(jī)包括有至少一套第一和第二氣缸組，第一氣缸具有一個比第二氣缸大的掃氣容積;
可以在所述氣缸中分別移動的第一和第二活塞;
與第一氣缸相連通的空氣進(jìn)口裝置;
與第一氣缸相連通的排氣裝置;
用于向第二氣缸提供燃料的第一燃料源;
活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)位置時確定燃燒空間的裝置，在膨脹沖程燃燒空間與兩個氣缸相連通;
用于保證在所述燃燒空間接近壓縮沖程終端所達(dá)到的壓力和溫度，不足以使所使用的燃料自行壓縮點(diǎn)火的裝置;
與所述的燃燒空間相連通的火花點(diǎn)火裝置;
在第二活塞壓縮沖程該活塞到達(dá)預(yù)選點(diǎn)之前用于制止進(jìn)入的制止裝置;
用于控制點(diǎn)火裝置的控制裝置。
和兩個活塞的掃氣容積大小有關(guān)的燃燒空間值的大小提供一種確定壓縮比的方法，并強(qiáng)烈影響恰好在點(diǎn)火發(fā)生之前接近壓縮沖程終點(diǎn)的燃?xì)鈮毫蜏囟?。在操作點(diǎn)火裝置使點(diǎn)火過程開始之前，壓力和溫度的狀態(tài)必須不足以引起燃料的自行壓縮點(diǎn)火。
點(diǎn)火裝置的最佳形式是火花塞以標(biāo)準(zhǔn)的方法通電，通過控制裝置例如作為點(diǎn)火控制裝置函數(shù)的一個發(fā)動機(jī)處理系統(tǒng)M定時。在進(jìn)入過程開始之后以渦流運(yùn)動的方式被驅(qū)動到燃燒空間的空氣開始與燃料蒸汽相混合時，火花必須點(diǎn)燃在進(jìn)入過程初期的燃料的空氣的濃混合汽。在壓力的作用下，燃料氣體射流向空氣中輸送燃料并被火花點(diǎn)燃時，上述的點(diǎn)火過程也會發(fā)生。如果在進(jìn)入過程中在更多的空氣與燃料蒸汽和空氣的主要是濃混合汽相混合的情況下該濃混合汽沒被點(diǎn)燃，則火花點(diǎn)火過程不可能成功。一旦火花點(diǎn)火發(fā)生，直到所有的進(jìn)入燃燒空間的燃料燃燒為止，由火花點(diǎn)燃的火焰不需要維持，因?yàn)殡S著火花點(diǎn)火而升高的壓力和溫度保證當(dāng)燃料氣體通過小氣缸冠部進(jìn)入到燃燒空間時，更多的燃料氣體以后會被壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃。
小的氣缸可以具有突變或逐漸的進(jìn)入特性。例如小氣缸可以這樣構(gòu)成，當(dāng)小活塞冠部接近它的內(nèi)死點(diǎn)位置時，在小氣缸的遠(yuǎn)離大氣缸的端部具有用于在小活塞冠部邊緣的周圍確定旁通的裝置。用這種方法，在活塞的大多數(shù)沖程期間，小活塞冠部的周圍邊緣可以緊密地位于小氣缸壁面上。然而一旦小活塞冠部接近旁通位置時，小活塞冠部的圓周邊緣與小活塞壁面之間的間隙將有效地增大通過旁通的快速進(jìn)入的能力。該旁通最好具有一個小活塞冠部邊緣的厚度大的軸向長度。通常旁通可以加工成位于小氣缸壁面上的一個槽，該槽可以在小氣缸的整個或部分圓周上延伸。
旁通裝置是非常有用的，因?yàn)樗鼮檠舆t進(jìn)入的小氣缸中的汽化燃料和空氣提供一個余隙容積，也為從燃燒空間到達(dá)進(jìn)入之后在活塞冠部之上的剩余的任一燃料的火焰提供一個通道。該槽也可以幫助排出在排氣沖程終端逸出的、位于小活塞之上的剩余排氣。
旁通的一個重要的作用在于，在小氣缸的頂端提供了一個余隙容積。小氣缸的幾何壓縮比為它的掃氣容積加上余隙容積之后與它的余隙容積之比。如果表面不平和其他余隙容積忽略不計(jì)，類似的大氣缸的幾何壓縮比為它的掃氣容積加上燃燒空間容積之后與它的燃燒空間容積之比。兩個壓縮比的有關(guān)數(shù)值將對進(jìn)入定時產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。因?yàn)椴捎没鸹ㄓ|發(fā)壓縮點(diǎn)火要求較低的幾何壓縮比，因此要求有較大的燃燒空間，為了小氣缸具有較低的幾何壓縮比，位于旁通中容積也必須加大，否則進(jìn)入可能太早發(fā)生。小活塞冠部之上的表面不平間隙最好保持較小，以便盡量減小在壓縮沖程終端時該冠部之上所得到的燃料量。增大旁通的尺寸，可以為用于觸發(fā)火花觸壓縮點(diǎn)火過程的火花塞提供一個適當(dāng)?shù)奈恢?。另外的合適位置可以稍微低于根據(jù)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的旁通。用于制止過早進(jìn)入的制止裝置是一個適當(dāng)設(shè)計(jì)的，位于小活塞冠部邊緣與小氣缸壁面之間的間隙。上述的間隙裝置必須能夠控制小活塞冠部之上的小氣缸中的燃?xì)鈮毫?，以保持位于小活塞冠部另一端的燃燒空間中的空氣具有較低的壓力，直到進(jìn)入時刻為止。上述控制可以通過上述的通路裝置有效進(jìn)行。由于點(diǎn)火是等待火花的出現(xiàn)，因此進(jìn)入的精確定時在火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火的梅里特發(fā)動機(jī)中，比在只依靠壓縮點(diǎn)火的梅里特發(fā)動機(jī)中顯得不重要，因?yàn)樵诤笳咧悬c(diǎn)火定時是由進(jìn)入定時決定的。
下面將通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明予以詳細(xì)說明圖2為本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)第一實(shí)施例的剖面圖;
圖2A表示相對于氣體運(yùn)動，火花塞一個可能位置的圖2的局部放大圖;
圖2B為圖2A的一種變型;
圖3表示圖2所示發(fā)動機(jī)的局部形狀;
圖4至圖9和圖14為可以完成小氣缸通氣的各種發(fā)動機(jī)方案圖;
圖10至13表示了本發(fā)明的發(fā)動機(jī)另外實(shí)施例;
圖15表示圖5所示實(shí)施例中在外死點(diǎn)位置的活塞。
本發(fā)明所述的點(diǎn)火方法要求在發(fā)動機(jī)的大部分或全部的運(yùn)行模式中，在它的全轉(zhuǎn)速和部分負(fù)荷的情況下采用火花點(diǎn)火。
參照附圖2，發(fā)動機(jī)的幾何壓縮比可以降低在此點(diǎn)所采用的燃料將不可能壓縮點(diǎn)火的程度，例如對于高辛烷值的汽油要低于12∶1，而對于中等范圍辛烷值的汽油要低于10∶1。這種設(shè)計(jì)特點(diǎn)保證從小氣缸14向燃燒空間20傳送或進(jìn)入的預(yù)先汽化的燃料，不可能根據(jù)與燃燒空間中的空氣相接觸而自行點(diǎn)火，而需要通過外部控制的火花塞52所產(chǎn)生的火花點(diǎn)火。在火花塞點(diǎn)燃在一些空氣中的濃的預(yù)先汽化的燃料時，燃料與更多的空氣混合，在上述情況，火花點(diǎn)火可以可靠地發(fā)生。
火花點(diǎn)火只影響火花點(diǎn)火發(fā)生通過小活塞冠部35進(jìn)入的燃料與火花引發(fā)的燃燒有關(guān)的壓力和溫度升高，使通過活塞冠部35進(jìn)入的燃料的剩余部分通過壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃。
這個運(yùn)行方法的主要優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火控制非常簡單即可向火花塞通電。精確的點(diǎn)火時間并不關(guān)鍵，進(jìn)入可以比沒有花火幫助的純壓縮點(diǎn)火的梅里特發(fā)動機(jī)較早地開始。
壓縮比的下降只稍微減少了發(fā)動機(jī)的理論熱效率。為減少這種效應(yīng)，可以加大燃燒空間的尺寸，以減小其他處的附加容積的相對效應(yīng)，并使燃燒期間具有好的燃?xì)膺\(yùn)動。
圖2基本上再現(xiàn)了圖1，以表示火花塞52位置的重要性。圖中給出了兩種可能的位置。在圖2A中，火花塞被安裝在位于旁通空腔39內(nèi)部的一個關(guān)鍵部位，在該部位燃料蒸汽與小活塞冠部下面的環(huán)流空氣相混合?？諝饬鞯姆较蛟趫D中用粗箭頭表示，燃料流的方向用細(xì)箭頭表示。在圖2B中所示的火花塞，恰好被放置旁通空腔39的下面。在這種情況火花點(diǎn)火可以有利地被定時，一旦小活塞冠部敞開空腔39就發(fā)生。
可以了解到，在英國專利GB-A-2246394中所述發(fā)動機(jī)的許多結(jié)構(gòu)特征適用于本發(fā)明。所述需要的共同特點(diǎn)具體地說是與同樣的支柱有關(guān)的小活塞的結(jié)構(gòu)，如位于小氣缸14下端的第二旁通槽135裝置，位于或緊靠在大活塞冠部36上的小活塞底座84，和用于促使進(jìn)入到燃燒空間20的空氣產(chǎn)生渦流的方法。英國專利GB-A-2246394附圖15和16所示的二沖程發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，特別適合于本發(fā)明的點(diǎn)火方法。
英國專利GB-A-2246394中對于混合發(fā)動機(jī)的說明，適用于本發(fā)明。GB-A-2246394中附圖6和7所示柴油混合發(fā)動機(jī)，可以通過本發(fā)明所述的火花點(diǎn)火輔助點(diǎn)火，將參照本發(fā)明的附圖10至12在以后予以說明。
圖3所示為一種發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，該發(fā)動機(jī)除了節(jié)流閥23′具有一個較小的葉片只提供臨界控制外，其結(jié)構(gòu)與圖1所示的發(fā)動機(jī)相同。當(dāng)本發(fā)明以四沖程方式運(yùn)行時，在正常情況下不采用節(jié)流，空氣通過空氣進(jìn)口25可以有效地被吸入。燃料通過燃料噴嘴34被噴入到燃料進(jìn)口通道33。在閥門31敞開之前，燃料可以在任一時刻噴射，因?yàn)樗豢赡苓M(jìn)入到小氣缸14內(nèi)。在吸入沖程，閥31敞開以便使燃料和空氣進(jìn)入小氣缸14。在壓縮沖程，小氣缸14中的壓力比大氣缸中的壓力升高得慢，部分原因是由于具有由為了提供這種效果而設(shè)計(jì)的槽39的余隙容積。
接近壓縮沖程終點(diǎn)之前，進(jìn)入發(fā)生，一些燃料通過間隙128進(jìn)入到燃燒空間。在進(jìn)入開始之后，最好在活塞到達(dá)內(nèi)死點(diǎn)位置之前火花塞通電。燃料/空氣混合汽的初始燃燒提高了燃燒空間的壓力和溫度，足以使通過間隙128進(jìn)入的其余燃料/空氣混合汽，通過壓縮自行點(diǎn)火。甚至在由火花所引起初始火焰沒有到達(dá)該燃料之前，這種情況也會發(fā)生。
在膨脹沖程終端，大氣缸12的排氣閥(未示出)打開，以使燃燒產(chǎn)物排出。獨(dú)立的排氣孔在小氣缸14中可有可無。
在吸氣沖程中節(jié)流閥23′略微減少了空氣的進(jìn)入，即進(jìn)行微調(diào)，以避免在進(jìn)入之后、火花產(chǎn)生之前，燃料壓縮點(diǎn)火的可能性。這可能發(fā)生在貧油或熱天時。
節(jié)流閥32也可以是有選擇的，并可以用于輔助控制進(jìn)入定時，盡管在火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火(STCI)情況下這種控制通常是不需要的。
有許多用于切斷小氣缸控制的方案，下面將參照圖4至9予以說明。
圖4為本發(fā)明的一個最佳橫剖面圖，該圖的小氣缸14具有二個用以換氣的閥門。小氣缸具有獨(dú)立工作的一個進(jìn)氣閥31和一個排氣閥150。根據(jù)上述參照圖3的描述，燃料可在任一時刻噴入到進(jìn)口導(dǎo)管33。排氣導(dǎo)管151最好連接到用于向大氣缸12供給空氣的主空氣進(jìn)氣管25上。這可能收集未燃燒的燃料，減少排放污染以及提供與發(fā)動機(jī)負(fù)荷或比例的再循環(huán)的廢氣。
圖6為一個類似于圖4的小氣缸14只具有一個用以換氣的進(jìn)氣閥31的視圖。燃料噴嘴34通過閥門31與燃燒壓力和溫度相隔開。排氣通過間隙128、大氣缸12和排氣管27排出。
圖7為另一種利用一個能起到小氣缸14的進(jìn)氣和排氣作用的單一閥門31，以控制小氣缸14的換氣。當(dāng)發(fā)動機(jī)在四沖程序列情況下運(yùn)行時，在一個發(fā)動機(jī)循環(huán)過程中通過兩次開放閥門，一次是在排氣沖程，一次是在進(jìn)氣沖程，幫助燃?xì)廨斔偷叫飧?4并從其中輸出。
在排氣沖程期間開放閥門31，可以使活塞冠部35之上的排氣很容易逸出。進(jìn)氣、排氣導(dǎo)管的33連接到圖4所示的大氣缸12的空氣進(jìn)口導(dǎo)管25。在吸入沖程燃料噴嘴34輸送在閥門31附近的燃料，以避免在排氣沖程中燃料流入到大氣缸。
圖5為本發(fā)明的另一種橫剖面圖，該圖表示出具有一個閥門的小氣缸的排氣。小氣缸具有一個排氣閥150，和一個早在吸入沖程開始就直接向小氣缸14輸送燃料的燃料噴嘴34。在排氣沖程從小氣缸排出的氣體可以便利地射向向大氣缸12輸送空氣的進(jìn)氣導(dǎo)管25(參照圖4所述)。
在吸入沖程，空氣通過小活塞冠部周圍的環(huán)狀間隙128進(jìn)入到小氣缸14。如果小活塞冠部的面積是大活塞冠部面積的10%，由此所引起的泵氣損失很小，可能小于0.1巴。
圖8為類似于圖4和圖5所示的本發(fā)明的另一種方案圖，該圖表示出了沒有閥門的小氣缸的通氣。因?yàn)樾飧?4本身沒有進(jìn)氣或排氣閥，它通過大氣缸12的主進(jìn)氣管25和排氣管27接收空氣和排放燃?xì)?，該燃?xì)獯┻^小氣缸活塞冠部周圍間隙128，在兩個氣缸之間通過。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但存在一些附加的泵氣損失并有可能排放一些碳?xì)浠衔锖鸵谎趸肌?br> 圖9為附加有一個密封容器1000的圖7所示發(fā)動機(jī)的更詳細(xì)的視圖，容器1000通過閥門1010與進(jìn)氣導(dǎo)管25相連通。作為分離式發(fā)動機(jī)的梅里特發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)特性，通過經(jīng)閥門31在容器1000中容納被輸送的排氣而得到改進(jìn)。這種選擇可使在排氣沖程終端在容器內(nèi)部具有一適合壓力升高。該容積可以是固定的也可能是變化的，例如通過可以在一個管道移動的活塞(未表示出)。如圖所示，該容積可以包含在一個管道中，或它可以是連接到閥門31孔上的導(dǎo)管容積，但該導(dǎo)管的另一端應(yīng)密封。節(jié)流閥32在控制閥門31孔的流入和流出方面是有用的，但這不是必須的。
當(dāng)閥門31關(guān)閉時，收集在容積1000中的熱排氣的壓力稍微高于大氣壓力。它們也包含一些殘留在小活塞冠部35之上的未燃燒的燃料。燃料噴嘴34向被收集的燃?xì)馀欧湃剂?。燃料噴嘴可以位于所示的位置，即如果這個位置幫助燃料更有效地汽化，燃料噴嘴可以直接向球狀物1000直接排放。燃料噴射定時可以選擇，以利于燃料的更好汽化，因?yàn)樗梢栽谘h(huán)的任一過程中發(fā)生。
在吸入沖程，當(dāng)閥門31再次打于時，在球狀物1000或密封導(dǎo)管中的稍微被壓縮的燃?xì)?，攜帶與它們在一起的燃料蒸汽突然沖入氣缸14。上述循環(huán)的燃燒產(chǎn)物促進(jìn)燃料汽化，并且也制止氧化氮的形成，增進(jìn)了被公認(rèn)為控制NOx排放物的方法的“排氣再循環(huán)”。
球狀物1000中的壓力取決于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在低轉(zhuǎn)速時，為了保證在排氣過程之后出現(xiàn)好的吸入過程，其壓力可能不足。為了克服這種情況，球狀物1000通過閥門1010被連接到進(jìn)氣導(dǎo)管25上，在低轉(zhuǎn)數(shù)或球狀物中的峰值壓力低于所希望值對閥門1010被打開。當(dāng)閥門1010打開時為了再循環(huán)，排氣被輸送到通向大氣缸12的進(jìn)氣導(dǎo)管25，進(jìn)入的空氣從進(jìn)氣歧管吸出輸送到大氣缸。
閥門1010可以由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)控制，或者它在球狀物1000中的壓力直接影響下自動運(yùn)行。
圖14所示為另一種保證可靠地向小氣缸14輸送空氣的方法。在吸入沖程，這里的一個小風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)1002在壓力之下，向小氣缸輸送空氣。當(dāng)需要時，通過發(fā)動機(jī)的管理系統(tǒng)風(fēng)扇可以接通。如果需要，風(fēng)扇可以通過安裝的閥門1001與球狀物1000相配合運(yùn)行，在球狀物工作時閥門1001關(guān)閉，在需要風(fēng)扇時閥門1001打開并開始工作。
將會了解到，當(dāng)燃料噴嘴34位于閥門31后而時，小氣缸的吸入過程是很重要的。這種方案使燃料噴嘴不受燃燒壓力和溫度的影響。
如圖5和圖10、12所示的柴油機(jī)混合方案情況，如果燃料噴嘴31被放置直接將燃料輸送到小氣缸，那么小氣缸的吸入過程并不重要。因此，在圖5中可以看出該吸入過程是內(nèi)部的，即空氣從大氣缸進(jìn)入到小氣缸，在大氣缸空氣通過進(jìn)氣閥24進(jìn)入。
圖10為類似于圖4至圖8的本發(fā)明另一最佳形式視圖，為一種柴油混合型。圖10發(fā)動機(jī)具有兩個燃料噴嘴34和60，在燃燒中使用火花塞52以增進(jìn)火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火(STCI)。小氣缸的通氣可以以圖4至圖8所述的同樣方式實(shí)現(xiàn)采用一個閥門作為進(jìn)氣閥和排氣閥，采用一個閥門只作為排氣閥，或采用兩個獨(dú)立的閥門分別作為與小氣缸直接連通的進(jìn)氣閥和排氣閥，或者不采用閥門。
燃料噴嘴34在吸入沖程向小氣缸噴入少量的燃料，這些燃料在進(jìn)入到燃燒空間之前汽化，結(jié)果它可以用火花點(diǎn)燃。這些燃料的點(diǎn)燃增高燃燒空間中的壓力和溫度，使主要在接近壓縮沖程終點(diǎn)由燃料噴嘴60噴入的燃料由壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃。這樣，用于點(diǎn)燃燃料的壓縮比可以降低。
當(dāng)噴嘴60供給柴油而噴嘴34供給另外的易揮發(fā)性燃料如汽油時，梅里特/柴油混合型的運(yùn)行可以進(jìn)一步改善，發(fā)動機(jī)的壓縮比可以進(jìn)一步降低，例如可降到12∶1和13∶1，而不是一般柴油機(jī)在正常情況所要求的24∶1和18∶1。
圖11為類似于圖10的視圖，該圖表示出了用于向進(jìn)氣導(dǎo)管33噴射燃料的噴嘴34。當(dāng)接近壓縮沖程終點(diǎn)噴油器60噴射柴油時，在吸入沖程中易揮發(fā)性燃料(例如汽油)通過噴嘴34被噴入到小氣缸14中。隨著進(jìn)入，燃料被火花點(diǎn)燃，然后柴油通過熱的燃?xì)庖詨嚎s點(diǎn)火方式點(diǎn)燃。
圖11所示發(fā)動機(jī)也可以采用任一種與圖10所示發(fā)動機(jī)有關(guān)的閥門通氣方案。
圖12為另一種類似圖10和11的視圖，表示出了本發(fā)明梅里特/柴油混合型的另一種最佳形式，它可以采用與圖10所示相關(guān)的任一種閥門通氣方案。在運(yùn)行中，在吸入沖程柴油噴嘴34首先向小氣缸14噴射，在接近壓縮沖程終點(diǎn)時，然后噴射更多的燃料。燃料噴嘴34供給柴油，如與圖10有關(guān)的所述，發(fā)動機(jī)的壓縮比可以降低。
英國專利GB-A-2246394附圖8所示的火花點(diǎn)火混合型發(fā)動系統(tǒng)完全適用本發(fā)明，但運(yùn)行方法不同。實(shí)際上，圖13再現(xiàn)了GB-A-2246394的附圖8。當(dāng)發(fā)動機(jī)的壓縮比低于可以引發(fā)自行壓縮點(diǎn)火數(shù)值時，圖13所發(fā)動機(jī)可以用通過兩個進(jìn)氣閥24或31之一，或通過兩個進(jìn)氣閥提供的理想配比的燃料/空氣混合汽運(yùn)行。
當(dāng)噴嘴82不工作而節(jié)流閥83全部打開時，圖13所示的梅里特型發(fā)動機(jī)可以通過噴嘴34所提供的燃料起動并怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)采用火花塞52以促進(jìn)火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火(STCI)時，梅里特型發(fā)動機(jī)的部分負(fù)荷運(yùn)行可以繼續(xù)，與今天的一般火花發(fā)動機(jī)相比較，梅里特型發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷和怠速時其有較高的熱效率。
在部分負(fù)荷，當(dāng)梅里特型發(fā)動機(jī)以比產(chǎn)生氧化氮的最低限變更稀薄的燃料/空氣比運(yùn)行時，甚至通過任一種用于處理排氣流中自由氧的三元催化轉(zhuǎn)換器，該發(fā)動機(jī)的排放物也在法定的范圍內(nèi)，在這些情況下不存在NOx。
具有理想配比的燃料/空氣混合汽和三元催化轉(zhuǎn)換器的火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)的運(yùn)行主要優(yōu)點(diǎn)是得到了一個比以梅里特模式運(yùn)行可能得到的更高的滯止平均有效壓力(BMEP)，特別是當(dāng)后者在部分負(fù)荷低于NOx燃料/空氣比最低限度情況運(yùn)行時。在車輛中，當(dāng)火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)(SIGE)自動選擇以處理所有負(fù)荷狀態(tài)時，梅里特型發(fā)動機(jī)可以用于市區(qū)和高速公路。
在接近發(fā)動機(jī)全負(fù)荷狀態(tài)需要最大量的空氣時，即當(dāng)位于兩個氣缸14和16中的所有空氣需要燃燒最大量的燃料時，從梅里特發(fā)動機(jī)型向一般的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)型(SIGE)轉(zhuǎn)換可能是有利的。當(dāng)噴嘴34處于未通電狀態(tài)或以減少的燃料量運(yùn)行時，噴嘴82由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通電。通過進(jìn)氣閥24進(jìn)入的預(yù)混的燃料/空氣混合汽可以是理想配比，使本發(fā)明的可以連續(xù)運(yùn)行的火花塞52在發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的控制下，迅速點(diǎn)燃混合汽。
在火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)中從全負(fù)荷向部分負(fù)荷過渡，可以通過節(jié)流閥從全負(fù)荷逐步減小來實(shí)現(xiàn)，直到燃料供給完全由噴嘴34承擔(dān)，此時節(jié)流閥83可以完全打開。
在部分負(fù)荷和怠速時，保持梅里特發(fā)動機(jī)高熱效率潛力，在全負(fù)荷情況下，混合運(yùn)行方法具有在本發(fā)明梅里特發(fā)動機(jī)型中使用火花點(diǎn)火方法的優(yōu)點(diǎn)，允許全部空氣使用，因此增大了功率輸出的能力。
圖13所示發(fā)動機(jī)的運(yùn)行與GB-A-2246394中所述的不同在于，在梅里特型和火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)(SIGE)型中，火花塞52已經(jīng)用于初期點(diǎn)火。
在火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)(SIGE)型中運(yùn)行的主要目的在于，允許比使用分離式的利用更多的空氣。這導(dǎo)致較大的平均有效壓力(MEP)和較大的功率輸出。在高發(fā)動機(jī)熱效率情況下運(yùn)行時，分離型適合于部分負(fù)荷或在部分負(fù)荷平均有效壓力(MEP)發(fā)動機(jī)運(yùn)行。正常的火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)(SIGE)是在部分負(fù)荷平均有效壓力(MEP)熱效率減少非常多的情況下運(yùn)行。同時，SIGE型允許相同的梅里特發(fā)動機(jī)達(dá)到全負(fù)荷平均有效壓力，比得上處于火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)最有效運(yùn)行狀況下的正常的火花發(fā)動機(jī)。在這種方法中，根據(jù)火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火原理運(yùn)行的梅里特發(fā)動的變型，提供了一種比現(xiàn)有的火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)或柴油機(jī)現(xiàn)在可以達(dá)到的熱效率更高、運(yùn)行負(fù)荷情況更寬的發(fā)動機(jī)。
圖14為類似于圖13所示的視圖，圖中所示的梅里特(分離式)型發(fā)動機(jī)的運(yùn)行，通過采用如圖9所述的球狀物1000，閥門1001和風(fēng)扇1002輔助完成。
火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)型的運(yùn)行要求是，將輔助活塞體234的溫度保持到足夠低、以避免非分離型或火花點(diǎn)火氣體發(fā)動機(jī)型中的冠部35下面被輸送的可燃的燃料-空氣混合汽預(yù)先點(diǎn)燃。這要求例如用油的射流通過活塞銷噴射到活塞的底部，來冷卻小活塞體234。如果這種冷卻是必須的，那么在分離型期間，冠部35的溫度不能足以使所有的輸送到小氣缸中的燃料汽化。結(jié)果，球狀物1000中所收集的排氣，提供了一種附加燃料汽化的補(bǔ)償方法。
圖15為圖5所示方案另一種視圖，該圖表示出了在小氣缸14外死點(diǎn)位置，從它的孔中到引出的小活塞。小氣缸14的通氣方案可以采用前述的任一種形式。在圖15中，小氣缸14具有一個排氣閥。沒有進(jìn)氣閥對小氣缸是有利的，因?yàn)椴糠终婵帐切枰?，以便?dāng)活塞處于外死點(diǎn)位置時，用于將空氣從較小氣缸中吸出，也可以防止過剩的燃料溢到大氣缸12中。為了防止吸入沖程通氣時在大氣缸12中出現(xiàn)過剩的壓力，小氣缸的排氣導(dǎo)管151和排氣閥150裝置是必需的。排氣導(dǎo)管151與大氣缸12的進(jìn)氣導(dǎo)管25相連通，以便再循環(huán)任一種沒有燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?。圖15中所示沒有進(jìn)氣閥，燃料噴嘴34直接與小氣缸14相連通，但另外的通氣方案可以不同。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)包括有至少一套第一和第二氣缸(12，14)組，第一氣缸(12)具有一個比第二氣缸(12)大的掃氣容積；可以分別在所述氣缸中移動的第一和第二活塞(16，18)；與第一氣缸(12)相連通的空氣進(jìn)氣裝置(24，25)；與第一氣缸(12)相連通的排氣裝置(26，27)；用于向第二氣缸(14)供給燃料的第一燃料源(34)；活塞(16，18)基本處于內(nèi)死點(diǎn)位置時確定燃燒空間(20)的裝置，在膨脹沖程，燃燒空間(20)與兩個氣缸相連通；與所述燃燒空間相連通的點(diǎn)火裝置(52)；在第二活塞(18)的壓縮沖程，該活塞(18)到達(dá)一個預(yù)定點(diǎn)之前用于制止進(jìn)入的制止裝置(39，128)；用于控制點(diǎn)火裝置(152)的控制裝置(M)；用于保證靠近壓縮沖程終點(diǎn)所述燃燒空間中的壓力和溫度不足以使到使用的燃料自發(fā)壓燃的裝置(23′，83)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第二活塞(18)具有一處被隔開的、但連接到第一活塞(16)的冠部(36)的冠部(35)，該冠部(35)具有一個與第一活塞冠部(36)和第二活塞冠部(35)軸向之間的距離相比較，軸向長度較小的邊緣(34)，因此在所述活塞冠部與第二氣缸壁面(14a)之間構(gòu)成了燃燒空間(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機(jī)，其特征是點(diǎn)火裝置為火花觸發(fā)壓縮點(diǎn)火裝置(52)。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)動機(jī)，其特征是用于保證靠近壓縮沖程終點(diǎn)燃燒空間中所達(dá)到的壓力和溫度不足以使所使用的燃料自發(fā)壓縮點(diǎn)火的裝置，包括有其壓縮比值為在氣缸(16，18)內(nèi)部在活塞外、內(nèi)死點(diǎn)位置被燃?xì)庹加械目衫玫娜莘e比值的發(fā)動機(jī)幾何壓縮比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其特征是用于保證靠近壓縮沖程終點(diǎn)所述燃燒空間中達(dá)到的壓力和溫度不足以使所使用的燃料自發(fā)壓縮點(diǎn)火的裝置，還包括有用于節(jié)流經(jīng)空氣進(jìn)氣裝置(24，25)被第一氣缸(12)吸入的空氣的裝置(23′，83)，以將所述氣缸(12，14)中的燃?xì)鈮毫蜏囟染S持到不足以使所使用的燃料在火點(diǎn)裝置點(diǎn)火之前自發(fā)壓縮點(diǎn)火的水平。
6.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)動機(jī)，包括有與第二氣缸(14)相連接的、用于在吸入期間使燃料和空氣進(jìn)入到第二氣缸(14)的通路裝置，該通路裝置包括有一個與第二氣缸相通第一孔裝置(33)和一個用于控制所述孔裝置的第一閥門裝置(31)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述的第一燃料源(34)是一個被第一閥門裝置(31)所遮蔽的低壓燃料噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述的第一孔裝置(33)作為第二氣缸(14)的進(jìn)氣和排氣口使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述的通路裝置還包括有一個構(gòu)成了第二氣缸(14)的一個排氣孔裝置的第二孔裝置(151)，和一個用于控制所述第二孔裝置的第二閥門裝置(150)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的發(fā)動機(jī)，包括有與第二氣缸(14)相連接，用于從該氣缸中排出廢氣的排氣裝置，該排氣裝置包括有與第二氣缸相通的排氣孔裝置(151)，和用于控制該排氣孔裝置的排氣閥門裝置(150)，其特征是第一燃料源是一個用于向第二氣缸(14)直接噴射燃料的燃料噴嘴(34)。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述排氣孔裝置(151)與空氣進(jìn)氣裝置(24，25)相連通，以便排氣再循環(huán)。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第一氣缸(12)的空氣進(jìn)氣裝置(24，25)和排氣裝置(26，27)，分別用作第二氣缸(14)的唯一的進(jìn)氣和排氣裝置，第一燃料源是一個用于直接向第二氣缸(14)輸送燃料的燃料噴嘴(34)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第一孔裝置(33)與一個密封容積(1000)相連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述密封容積是可變的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述的密封容積(1000)通過閥門(1010)與空氣進(jìn)氣裝置(24，25)相連通，以便控制該容積中的燃?xì)鈮毫Α?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的發(fā)動機(jī)，其特征是所述密封容積(1000)通過閥門(1001)和風(fēng)扇(1002)與大氣相連通，以便控制該容積中的燃?xì)鈮毫Α?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求2或引用了權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至16之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是安裝有以一個高壓液體燃料噴嘴形式出現(xiàn)的一個第二燃料源(60)，這樣當(dāng)?shù)诙钊?18)的冠部(35)處于或接近它的內(nèi)死點(diǎn)位置時，除了通過第一燃料源(34)向第二氣缸供給燃料外，第二燃料源(60)可以在壓力作用下向燃燒空間(20)輸送一定量的燃料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)動機(jī)，包括有一裝置(M)，該裝置用于當(dāng)起動和結(jié)束時第二活塞處于與內(nèi)死點(diǎn)位置相隔開的預(yù)定位置后控制第一燃料源(34)，以便向冠部(35)上部的空間輸送一定比例的被輸往第二氣缸(14)的總的燃料量，該裝置也用于控制第二燃料源(60)，以便活塞(16，18)基本上位于或接近內(nèi)死點(diǎn)位置時，進(jìn)一步向燃燒空間輸送一定比例的總?cè)剂狭俊?br> 19.根據(jù)權(quán)利要求1至510和12之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第一燃料源(34)是一個位于第二氣缸(14)側(cè)壁(14a)中的、用于直接向第二活塞(18)的冠部(35)之上和之下的第二氣缸輸送燃料的高壓燃料噴射器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第二燃料源(82)和節(jié)流閥(83)位于第一氣缸(12)的空氣進(jìn)氣裝置(25)的內(nèi)部，用于提供火花點(diǎn)火燃料/空氣混合汽，以便使該發(fā)動機(jī)能以一般火花點(diǎn)火的模式運(yùn)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求2或引用了權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至20之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第二活塞冠部(35)的邊緣(37)徑向地與相鄰的第二氣缸(14)的壁面(14a)相隔開以致構(gòu)成一間隙(128)，此間隙形成了所述的制止裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求2或引用了權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至21之一所述的發(fā)動機(jī)，其特征是第二氣缸(14)在它的遠(yuǎn)離第一氣缸(12)的端部，具有一個當(dāng)?shù)诙钊?18)處于或接近它的內(nèi)死點(diǎn)位置時，圍繞第二活塞冠部(35)的邊緣(37)形成一個旁通(39)的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的發(fā)動機(jī)，其特征是旁通裝置(39)是一個在第二氣缸(14)壁面(14a)上構(gòu)成的槽，該槽延伸至少超過第二氣缸圓周部分。
24.一種內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行方法，其中該發(fā)動機(jī)包括有至少一套第一和第二氣缸(12，14)組，第一氣缸(12)具有一個比第二氣缸大的掃氣容積;在所述氣缸中可以分別移動的第一和第二活塞(16，18);與第一氣缸(12)相連通的空氣進(jìn)氣裝置(24，25);與第一氣缸(12)相連通的排氣裝置(26，27);用于向第二氣缸(14)供給燃料的第一燃料源(34);當(dāng)活塞(16，18)基本位于內(nèi)死點(diǎn)位置時形成燃燒空間(20)的裝置;與所述燃燒空間相連通的點(diǎn)火裝置(52);在第二活塞(18)的壓縮沖程該活塞(18)達(dá)到預(yù)選點(diǎn)之前用于制止進(jìn)入的制止裝置(39，128);用于控制點(diǎn)火裝置(52)的控制裝置(M);用于保證接近壓縮沖程終點(diǎn)所述燃燒空間中所達(dá)到的壓力和溫度，不足以使所使用的燃料產(chǎn)生自發(fā)壓縮點(diǎn)火的裝置;其特征是該方法包括在發(fā)動機(jī)的吸入和/或壓縮沖程向第二氣缸(14)引入第一次預(yù)選數(shù)量的燃料;在進(jìn)入開始之后和在進(jìn)入完成之前向燃燒空間(20)釋放點(diǎn)火能量，點(diǎn)燃進(jìn)入的燃料部分，因此增大燃燒空間(20)中的壓力和溫度，足以使通過壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃燃料的剩余部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征是第二活塞(18)具有一個與第一活塞(16)冠部(36)相隔離的并連接到該冠部(36)上的冠部(35)，冠部(35)具有一個與第一活塞冠部(36)和第二活塞冠部(35)軸向之間距離相比其軸向距離較小的邊緣(34)，因此在活塞冠部和第二氣缸側(cè)壁(14a)之間形成了燃燒空間(20)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，還包括有
接近壓縮沖程終點(diǎn)在高壓力作用下，向燃燒空間(20)噴入第二次預(yù)選數(shù)量的液體燃料，以便通過壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征是在吸入沖程，第一次預(yù)選數(shù)量的燃料被噴入到第二氣缸(14)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征是在吸入沖程第一次預(yù)選數(shù)量的燃料，通過進(jìn)氣閥門(31)被引入到與第二氣缸(14)相連通的進(jìn)氣導(dǎo)管(33)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26、27所述的方法，其特征是第二次燃料是柴油，第一次燃料是除了柴油以外的易揮發(fā)性燃料。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述方法，其特征是第一次燃料是汽油。
31.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述方法，其特征是還包括有，當(dāng)控制吸入到第一氣缸(12)中的空氣量時，向第一氣缸(12)中更多地引入預(yù)選的燃料量，以便在第一氣缸(12)中提供一個預(yù)選的燃料/空氣比的混合汽，因此用第一次預(yù)選數(shù)量的燃料，基本提供了理想配比總的燃料/空氣比。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征是預(yù)選的燃料/空氣比基本上是理想配比的。
33.根據(jù)權(quán)利要求24至32之一所述的方法，其特征是節(jié)流吸入到第一氣缸(12)中的空氣，以便控制壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力，使它在向燃燒空間(20)釋放點(diǎn)火能量之前，達(dá)到不足以產(chǎn)生壓縮點(diǎn)火的水平。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)包括至少第一、二氣缸前者比后者掃氣容積大；分別在所述氣缸中移動的第一、二活塞；與第一氣缸連通的進(jìn)氣裝置；與第一氣缸連通的排氣裝置；向第二氣缸供燃料的第一燃料源；活塞處于內(nèi)死點(diǎn)時確定燃燒空間的裝置，在膨脹沖程，燃燒空間與兩氣缸連通；與所述燃燒空間連通的點(diǎn)火裝置；在第二活塞到達(dá)壓縮沖程一預(yù)定點(diǎn)之前用于制止進(jìn)入的制止裝置；控制點(diǎn)火裝置的控制裝置；保證靠近壓縮沖程終點(diǎn)燃燒空間中的壓力和溫度不足使燃料自燃的裝置。
文檔編號F02B75/02GK1095448SQ93109869
公開日1994年11月23日 申請日期1993年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月2日
發(fā)明者丹·梅里特 申請人:考文垂大學(xué), 丹·梅里特