[发明专利]燃烧发动机的消音设备和方法

说明书

对相关申请的交互引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请涉及/要求2010年10月8日递交的美国临时申请案61/391,530，专利名称为“Control of Internal Combustion Engine Combustion Conditions and Exhaust Emissions”的优先权，本发明涉及共同未决的和共同拥有的国际专利申请PCT/US2011/027775，专利名称为“Multi-Mode High Efficiency Internal Combustion Engine”，同时涉及共同未决的和共同拥有的国际专利申请PCT/US2011/055457，专利名称为“Single Piston Sleeve Valve with Optional Variable Compression Ratio Capability”。在本自然段中所列的每一发明的公开内容和附图以参考方式被整体合并于此。

技术领域

本文描述的主题一般涉及内燃机，尤其涉及可在效率和/或污染物排放率方面提供改进的的操作模式、燃烧条件和排放控制方法。

背景技术

内燃机通常用于为机动车辆以及其他应用中提供动力，例如割草机和其他农业和环境美化设备、发电机、泵马达、船、飞机，等等。这种发动机目前可用的操作模式、物理特性等等提供燃油率、输出功率和污染物排放特性，鉴于日益增加对于资源稀缺和环境退化的担忧，这些特性是不利的。内燃机可以包括，但不限于传统的火花点火式发动机、直接或间接喷射柴油发动机和均质充气压缩点火(HCCI)发动机。

内燃机中的燃料转化为机械能的转换通过一系列的小爆炸或燃烧发生。内燃机的类型可以因这些小爆炸或燃烧发生的方式而不同。在火花点火式发动机中，燃料与空气混合被送入燃烧室中，在燃烧室中燃料与空气的混合被活塞的运动压缩并由来自火花塞或其它控制的点火源的火花点燃。在柴油发动机中，燃烧室中的进气首先被压缩，然后喷射燃料并由空气的加热进行点燃，空气的加热的发生是由于空气的压缩。在HCCI发动机中，充分混合的燃料和氧化剂(一般是空气)注入燃烧室并被压缩至自动点火的点。

在某些情况下，通过增加发动机的压缩比，可以提高较低发动机负载的效率。压缩比是在点火前的空气-燃料混合物被压缩的程度的量度，并且被定义为发动机燃烧室的膨胀体积除以发动机燃烧室的压缩体积。相比于以较低压缩比运转的相同的发动机，在标准的奥托循环发动机中的高压缩比通常会导致活塞在动力冲程中执行较长的膨胀，以及随之而来做更多的功。使用汽油辛烷值为87的汽油动力汽车的压缩比范围通常在约8.5∶1到10∶1之间。

由发动机实现的最大压缩比可以由空气-燃料混合物在高温下不受控制的预先(即，在预期定时之前)点火进行限制，通常被称为发动机爆震问题。当混合物在足够长的一段时间暴露于高温时，爆震可能会作为燃料进入易燃分子片段的分离的结果而发生。高温暴露可能会导致这些片段启动在正常燃烧包络区域之外的不受控制的爆炸。例如，自动点火通常会发生在活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)位置之前，所以在某些情况下，爆震可以发生在活塞通过TDC并开始膨胀冲程之前。当末端气体被加热和被已燃烧的混合物压缩时，自动点火也可以发生在膨胀冲程上，以使得小量的燃烧混合物点燃正常燃烧包络区域的外部。发动机爆震会导致燃烧室里面的声音和潜在的破坏性压力波。爆震是与更普通的自动点火问题有关的特殊问题。在本文中，自动点火是指在火花点火式发动机中的例子，在火花式点火发动机中，点火的发生不取决于火花何时被点燃，因为均质点火或由表面点火启动的燃烧先于火花事件。在柴油或HCCI发动机中，其中每个都依赖于自动点火启动每个发动机循环中的发动机燃烧，先期点火由于燃料空气-燃料混合物的过度热预激活可能不希望在活塞被适当定位至最有效的转化释放的能量为有用的机械功的位置之前提供类似燃料燃烧太快或点燃的效果。