[发明专利]火花点火式内燃机

说明书

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。

技术领域

本发明涉及火花点火式内燃机。

背景技术

本发明是对国际专利公开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。本发明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。这是本发明的目的。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。本发明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发明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。

发明概述

本发明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。