[发明专利]可变冲程预混合冲量压缩点火发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及具有可变活塞冲程的四循环、四缸、自由活塞、预混合充量压缩点火、内燃往复式活塞发动机，其提供了增强的效率、较低的排放以及多种燃料运行。应用包括但不限于与汽车、引擎驱动泵、引擎驱动压缩机、小飞机、海上交通工具以及动力工具一起使用。

背景技术

预混合充量压缩点火(PCCI)发动机以及相关的均匀充量压缩点火(HCCI)内燃往复式发动机的发展已经在企业、大学和美国国家实验室以及很多外国机构中进行了很多年。它们是：

企业：

卡特彼勒公司(Caterpillar Inc.)；

康明斯公司(Cummins Inc.)；

通用汽车公司(General Motors Corporation)；

瓦克夏发动机公司(Waukesha Engine)；

大学：

赫尔辛基理工大学，芬兰，赫尔辛基；

北海道大学，日本，札幌；

隆德理工学院，瑞典，隆德；

麻省理工学院，马萨诸塞州，波士顿；

挪威科技大学，挪威，特隆赫姆；

加利福尼亚大学，加利福尼亚州，伯克利城(Berkley)；

密歇根大学，密歇根州，安娜堡(Ann Arbor)；

明尼苏达大学，明尼苏达州，明尼阿波利斯；

威斯康星大学，威斯康星州，麦迪逊；

实验室：

阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)；

劳伦斯利物莫国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)

国家能源技术实验室(National Energy Technology Laboratory)；

橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)；

桑地亚国家实验室(Sandia National Laboratories)。

PCCI/HCCI发动机提供了较高效率、较低排放以及多种燃料运行的潜能。该技术可从瓦特升级至兆瓦特。PCCI/HCCI发动机的双循环和四循环版都得到了发展。该领域中的显著成果包括：产生美国专利申请2004/00103860的康明斯公司的四循环PCCI发动机；与美国专利6,199,519B1一致的桑地亚国家实验室的Van Blarigan的双循环、自由活塞、HCCI“热力燃料电池(Thermodynamic Fuel Cell)”；以及在美国专利6,463,895B2中公开的卡特彼勒公司的利用液压输出的双循环自由活塞发动机。然而，这些努力还没有产生切实可行的PCCI/HCCI发动机。在由例如康明斯的传统发动机衍生的四循环PCCI/HCCI发动机中，活塞的固定冲程导致了限制充量燃烧的固定压缩比。因此，至今，该PCCI/HCCI四循环发动机的运行主要是基于对现有四循环发动机的修改，着重于对充量参数的控制。这些修改关注于对适当确定充量点火所需要的单个汽缸充量构成和温度的复杂控制，以便在汽缸之间获得可接受的燃烧均匀性。随之产生的四缸发动机非常复杂，并且对于环境条件和燃料质量极其敏感。敏感性使得之前提及的康明斯公司美国专利申请关注于利用双燃料来改进充量的自动点火性质。尽管有这些当前的困难，由一个产品和技术发展公司TAXI和一个工业预测公司Global Insight研究的题为“The Future of Heavy-DutyPowertrains”预测“到2020年HCCI发动机将为接近40％的重型车辆提供动力——开始，HCCI将仅仅能够向低速运行的轻型负载提供动力，所以当对发动机提出更多要求时，早期发动机还可以包括传统的柴油机内的燃料燃烧以提供更多的动力。”，该项研究还预言“一种完整模式HCCI发动机将最终取代开始的混合模式的HCCI/柴油机技术”(″a full modeHCCI engine will eventually supersede the initial mixed mode HCCI/dieseltechnology″)。”