火花点火式内燃机制造技术

如在国际专利公开WO 2007/080366中描述的梅里特发动机类型的火花点火式内燃发动机，其包括多个气缸，使得至少一个气缸(102)在使用中在两冲程循环中运行并且使得至少一个气缸(104)在四冲程循环中运行，该发动机包括，对于每个气缸，燃烧室(6)，该燃烧室与相应的气缸分开但与其连通，在该气缸中，在运行中，燃烧被起动，发动机包括涡轮增压器(106)，其在使用中由四冲程气缸的排气提供动力，以向两冲程气缸提供进气。

Spark ignition internal combustion engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】火花点火式内燃机
本专利技术涉及火花点火式内燃机。
技术介绍
本专利技术是对国际专利公开WO2005/0523355和WO/2007/080366中描述的梅里特(Merritt)发动机燃烧系统的改进，其可应用于四冲程或两冲程发动机循环。本专利技术将梅里特发动机燃烧系统与相互依赖的气缸的混合组件组合在一个发动机中，一些在两冲程循环中运行而另一些在四冲程循环中运行。气缸能够共用相同的曲轴箱、相同的曲轴和相同的凸轮轴。使用两冲程气缸以减少机械摩擦并增加发动机的功率密度。所有气缸均采用高效的梅里特燃烧系统。梅里特发动机的主要特征是使用形状像涡流管的燃烧室，该燃烧室与气缸分离，以便更好地控制其内的气体运动。这种结构实现了全新的燃烧管理系统，不同于柴油机或奥托(Otto)(传统的汽油发动机)。通过避免在活塞上方燃烧燃料，对气体运动的控制非常有限，梅里特发动机在奥托发动机循环和使用火花点火运行的同时在整个操作范围内实现分层，因此无需节流阀。它使用挥发性燃料，例如汽油和醇，挥发性燃料在空气存在下燃烧超过提供氧气以完全燃烧所需的量。梅里特发动机实现了热效率的显着提高，从而减少了发动机排气中的二氧化碳排放。高热效率源于通过辐射大大减少燃烧气体火焰的热损失的能力，因为火焰气体与过量空气的快速混合降低了温度和辐射。由于奥托在任何操作条件下都不允许过量空气，因此燃烧过量空气使柴油发动机的效率优于奥托。如果需要x克的空气来燃烧y克的燃料而不在排气中留下游离的氧气，则具有2克空气同时燃烧y克燃料的发动机被称为以100％过量空气运行。梅里特发动机适用于汽车应用，因此需要满足规定的废气排放限制，并能够可靠起动和空转。当在超过100％的过量空气的部分负荷下运行时，梅里特发动机可以避免形成有害的氮氧化物，柴油和传统汽油发动机都难以应对该问题。梅里特发动机可以提供的唯一剩余的效率改进是机械摩擦的大幅减少。这是本专利技术的目的。这种减少在部分负荷下特别有利，其中摩擦损失开始不利地影响效率。实现这种减少摩擦的最佳方式是在两冲程呼吸循环中操作发动机。本专利技术进一步将梅里特发动机的热效率提高到热力学第二定律所施加的极限。当在典型的城市旅程中进行平均时，低摩擦与过量空气和非常快速燃烧的组合可以将根据本专利技术的发动机的效率提高到几乎两倍于现有奥托发动机的效率，为减轻全球变暖做出了重大贡献。专利技术概述本专利技术为内燃火花发动机提供了许多优点。这些是通过在一个发动机气缸组件中组合两冲程和四冲程气缸来实现的，其中所有气缸也使用梅里特发动机燃烧管理系统。这些优点可归纳如下：1.无节流运行导致汽油车在城市旅程中的CO2排放大幅减少，可能减半。这为实现全球变暖目标做出了贡献。2.通过减少在两冲程循环中运行的气缸的摩擦来进一步提高效率。3.重新安排效率分配。在功率输出的低端放置最高效率。(与奥托发动机的做法形成鲜明对比)。4.通过在两冲程循环中操作一些气缸来增加发动机组件的功率密度。5.使用增加的功率密度作为选择，以使足够过量空气运行发动机以保持低于NOx排放阈值，并且同时保持相同尺寸的典型四冲程发动机的功率密度。6.当选择使用过量空气运行以确保完全燃烧并因此确保除了CO2之外没有有害的废气排放，无需排放后处理。7.即使对于两冲程气缸也保持曲轴和活塞的常规润滑，并且还保持类似汽车中使用的四冲程发动机典型的类似发动机结构和尺寸。为了将在两冲程呼吸循环中运行的气缸引入包含四冲程气缸的曲轴箱中，必须避免使用曲轴箱作为气泵并且需要会导致排气污染的油雾润滑的多气缸两冲程发动机的曲轴箱的复杂构造。根据本专利技术的梅里特发动机中的两冲程气缸的优选结构是使用涡轮增压器将空气输送到这种气缸中，并且还使用需要气缸盖中的排气阀的单流扫气方法。当两冲程气缸产生不足以驱动涡轮增压器的排气能量时，汽车发动机经常进行起动和空转操作。为了克服这个缺点，根据本专利技术的发动机包括至少一个以四冲程循环运行的气缸和至少一个以两冲程循环运行的气缸。优选地，所有两冲程和四冲程的气缸共用相同的曲轴箱、相同的曲轴、相同的凸轮轴和相同的涡轮增压器，并且它们的物理形状(例如孔、冲程和阀门尺寸)优选地尽可能地近似相同。无节流运转确保流过整个发动机气缸的气体量保持几乎恒定，从而使涡轮增压器的高效运行延伸到较低功率输出。即使如此，单独的两冲程气缸也不会产生足以允许发动机起动或甚至发动机空转的排气能量。不依赖于涡轮增压器用于其进气的四冲程气缸可以进行无辅助起动和无辅助空转，并且因此为涡轮增压器提供可靠的排气能量，直到两冲程气缸能够接管为止。通过使用涡轮增压器来泵送空气，本专利技术允许两冲程气缸使用通常与四冲程发动机一起使用的润滑系统。实际上，可以将典型的四冲程汽车发动机曲轴箱转换成根据本专利技术的发动机，同时保持相同的曲轴箱组件，所需的唯一修改是在作为两冲程运行的气缸中提供入口。通过在典型的四冲程发动机的相同曲轴箱中以两冲程运行梅里特发动机，可以充分增加这种发动机的功率密度，以使发动机始终在100％(大约一半的最大MEP)以上的范围内以过量空气运行，高达800％过量(怠速时)。这种结构很有吸引力，因为它不仅可以在没有排放后处理的情况下考虑NOx排放，还可以在估计达到40％以上的发动机的最高效率水平下促进完全燃烧。现在需要这种发动机来减少甚至消除汽车中的有害城市污染。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种改进的内燃发动机、改进的内燃发动机运转方法以及装配有这种发动机的机动车辆。因此，本专利技术提供如权利要求1所述的火花点火式内燃机。本专利技术的其他特征如从属权利要求中所限定。在本专利技术中，所有作为两冲程运行的气缸使用本领域技术人员已知的单流扫气系统。术语涡轮增压器用于描述通常与发动机一起使用的装置，其使用由发动机提供的排气能量来驱动旋转涡轮机，旋转涡轮机然后驱动叶轮，该叶轮设计成在将环境空气输送到发动机进气口之前吸入环境空气并增加其压力。两冲程气缸和四冲程气缸都与相同的涡轮增压器连通以实现互利。通过与两冲程气缸一起运行，与仅包括四冲程气缸的类似尺寸的发动机相比，四冲程气缸减小了整体机械摩擦并增加了气缸组件的功率密度。通过与四冲程气缸一起运行，两冲程气缸在起动或空转时或在低功率输出下运行时受益于可靠的涡轮增压器操作。两冲程气缸的最重要的好处是使用与四冲程气缸相同的润滑系统。可以选择各个气缸与涡轮增压器之间的连通程度以提供必要的能量平衡，并且将取决于所使用的每种类型的气缸数量。例如，如果有足够的能量用于对其进行压力充气，则以四冲程循环运行的气缸的入口阀可以连接到压缩机叶轮。为了增加根据本专利技术的发动机的优点，应该使两冲程气缸的数量最大化并且应该最小化四冲程气缸的数量，尽管最小的一个是必要的。四冲程气缸和两冲程气缸可以优选地具有相同的孔和冲程，共用相同的曲轴箱、相同的曲轴以及相同的凸轮轴。为了增加输送到涡轮机的能量，可以对至少一个气缸进行编程，以通过增加其中燃烧的燃料量或通过将该气缸的排气阀打开的定时提前或两种方法的组合来增加其输送到涡轮增压器涡轮机的排气能量。定义2S或4S气缸将用于识别两冲程气缸或四冲程气缸。奥托发动机描述了传统的节流火花点火往复式发动机。本领域技术人员经常使用以下术语，但这里将定义以确保清楚地理解下面的描述；术语扫气代表这样一种过程，其中没有燃料的新鲜空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.火花点火式内燃机，包括多个气缸，使得至少一个气缸(102)在使用中在两冲程循环上运行，并且使得至少一个气缸(104)在四冲程循环上运行；所述发动机包括，对于每个气缸：·气缸盖内的燃烧室(6)，所述燃烧室与其相应的气缸(102)间隔开；·传递孔(7)，提供相应的气缸(102)与所述燃烧室(6)之间的连通；·燃料喷射器(8)，设置成在使用中将液体燃料喷雾输送到所述燃烧室中；·位于所述燃烧室内的火花点火器(9)；所述发动机包括：·气缸盖，用于在一端封闭每个所述气缸；·位于所述气缸盖内的每个气缸的排气阀(5)，通向排气管或排气歧管；·位于每个气缸中的活塞(1)，用于在其中往复运动；所述发动机限定一个或多个用于所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的进气口，当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时，允许空气流入所述气缸；所述发动机包括：·用于位于所述气缸盖内并与这些气缸连通的所述四冲程气缸或每个四冲程气缸的进气阀；·用于激活位于所有气缸的气缸盖中的所有阀门的装置，例如凸轮轴或旋转阀；·涡轮增压器，包括与两冲程气缸的进气口连通的压缩机叶轮(13)以及与所述四冲程气缸的排气阀连通的涡轮机(10)；其中，在四冲程循环中运行的发动机的至少一个气缸将废气供应到涡轮增压器涡轮叶轮(10)，所述涡轮增压器涡轮叶轮(10)的压缩机叶轮(13)将空气供应到所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的空气入口。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.04 GB 1616876.7;2016.11.09 GB 1618891.4;201.火花点火式内燃机，包括多个气缸，使得至少一个气缸(102)在使用中在两冲程循环上运行，并且使得至少一个气缸(104)在四冲程循环上运行；所述发动机包括，对于每个气缸：·气缸盖内的燃烧室(6)，所述燃烧室与其相应的气缸(102)间隔开；·传递孔(7)，提供相应的气缸(102)与所述燃烧室(6)之间的连通；·燃料喷射器(8)，设置成在使用中将液体燃料喷雾输送到所述燃烧室中；·位于所述燃烧室内的火花点火器(9)；所述发动机包括：·气缸盖，用于在一端封闭每个所述气缸；·位于所述气缸盖内的每个气缸的排气阀(5)，通向排气管或排气歧管；·位于每个气缸中的活塞(1)，用于在其中往复运动；所述发动机限定一个或多个用于所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的进气口，当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时，允许空气流入所述气缸；所述发动机包括：·用于位于所述气缸盖内并与这些气缸连通的所述四冲程气缸或每个四冲程气缸的进气阀；·用于激活位于所有气缸的气缸盖中的所有阀门的装置，例如凸轮轴或旋转阀；·涡轮增压器，包括与两冲程气缸的进气口连通的压缩机叶轮(13)以及与所述四冲程气缸的排气阀连通的涡轮机(10)；其中，在四冲程循环中运行的发动机的至少一个气缸将废气供应到涡轮增压器涡轮叶轮(10)，所述涡轮增压器涡轮叶轮(10)的压缩机叶轮(13)将空气供应到所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的空气入口。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，在所述两冲程循环(102)上运行的一个或所述或每个气缸的排气阀还将废气供应到涡轮增压器涡轮机(10)。3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述发动机包括控制器，以至少控制所述燃料喷射过程、所述点火过程以及所述进气和排气过程。4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的发动机，其中，所述控制器在起动/空转状态与驱动状态之间移动所述发动机，在起动/空转状态下，仅向所述或每个四冲程气缸提供燃料并且仅通过来自四冲程气缸的废气驱动涡轮增压器涡轮叶轮，在驱动状态下，燃料被提供给所有气缸并且涡轮增压器涡轮叶轮由来自所有气缸的废气驱动。5.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，在所述四冲程循环中运行的所述气缸或一个或每个所述气缸的进气阀还接收来自所述涡轮增压器压缩机(13)的空气。6.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述四冲程气缸和两冲程气缸共用相同的曲轴(19)。7.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述四冲程气缸和两冲程气缸共用相同的凸轮轴。8.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机，其包括两个单独的曲轴箱，一个曲轴箱包括在四冲程循环上运行的气缸，另一个曲轴箱包括在两冲程循环上运行的气缸。9.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·梅里特，
申请(专利权)人：莫托丹有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB