[发明专利]一种具有多种点火模式的内燃机

说明书

本发明提供了一种具有多种点火模式的内燃机，包括曲轴和辅助曲轴、连杆和辅助连杆、活塞和辅助活塞以及气缸和辅助气缸，所述的活塞顶部具有圆柱形凹坑，用于接受相应形状的辅助活塞，在内燃机运行时，根据曲轴和辅助曲轴之间的相位差β值的不同，所述辅助活塞可以插入或者不插入所述活塞的顶部凹坑之中；当所述相位差β值很小时，所述辅助活塞插入所述活塞顶部凹坑之中，并将燃烧室分割成为第一燃烧室和第二燃烧室两个燃烧室；所述内燃机通过压缩比、过量空气系数、进气量和EGR的改变，可以方便地在压燃引燃模式和点燃模式之间切换，以适用于多种内燃机负荷。

技术领域

本发明涉及到一种内燃机技术，尤其涉及一种多种点火模式以及在它们之间进行模式切换的内燃机。

背景技术

均质充量压燃内燃机(HCCI)具有高热功转换效率、低排放的特点，其缺点是其运行负荷区间较小，并且着火时刻不能精准控制。当增加负荷时，缸内压升率和最大压力过高，限制了HCCI的实际应用。部分预混压燃(PPC)可以扩展内燃机的运行负荷，但缸内压升率和最大压力仍然较高。

美国专利US6,557,520B2公开了一种压燃内燃机，通过在缸盖上设置的圆柱形凸台和在活塞顶部设置的相应形状的凹坑，当活塞上行至其顶部与缸盖圆柱凸台相遇时，形成两个燃烧室，即活塞凹坑与缸盖凸台之间的第一燃烧室，以及缸盖凸台径向以外底面、活塞顶面和气缸之间的第二燃烧室，其中第一燃烧室压缩比显著高于第二燃烧室压缩比，使得充量首先在第一燃烧室被压燃，并经过通讯通道向第二燃烧室扩展，直至气缸充量全部燃烧。显然，第一燃烧室的压燃事件是在活塞处于上止点前发生的，当燃烧扩展到第二燃烧室的时候，活塞已经处于从上止点向下运动的位置，活塞的下行导致第二燃烧室内压缩比下降。这种燃烧方式推迟了第二燃烧室的燃烧起始点，降低了缸内压升率和最高压力，扩展了HCCI的负荷运行区间。

美国专利US10,125,666B2公开的内容，则是在活塞顶部设置一个圆柱形凸台，并在缸盖上设置一个与所述凸台形状一致的凹坑用于接受该活塞顶部的凸台，同样，也可以形成两个燃烧室，与美国专利US6,557,520B2的工作原理相同。

以上两个专利具有重大创新性，对于HCCI运行负荷的扩展具有重大意义。压燃和引燃的时刻也得到适当的控制，虽然第一燃烧室的压燃是处于活塞上行阶段，但第一燃烧室中包含的充量较少，对内燃机的压升率影响较小，而第二燃烧室的引燃则是发生在活塞上止点以后，这就延迟了第二燃烧室的燃烧时刻，降低了压升率和最大缸内压力。然而，随着负荷的提高，缸内压升率和最大压力仍然过高。

在以上专利的描述中，其内燃机运行时，在压缩上止点附近，始终只能提供分割的两个燃烧室，即第一燃烧室和第二燃烧室，并且火花塞安装在第一燃烧室，因此，通过火花点火的方式只是对第一燃烧室有效，而无法在第二燃烧室中提供火花点燃的条件，由于第一燃烧室容积较小，不能提供大负荷，因此，当希望得到大负荷区间工作时，这种内燃机是无能为力的。

另一个中国专利，申请号为200980159833.X，“发动机控制方法”，公布了带有辅助活塞的可以从火花点火切换至压缩点火模式，由于其没有提供第一燃烧室和第二燃烧室而只有一个统一的燃烧室，其模式切换前后的充量条件将发生重大变化，比如，火花点火方式，要求充量温度不能过高，残余废气(EGR)不能太多，且过量空气系数λ在1附近，而压缩点火方式则要求非常高的充量温度，该专利的方式是增加残余废气数量，并且过量空气系数λ也通常较大，如果第一个内燃机循环是火花点火，而接下来的第二个循环是压缩点火，那么在同一个气缸中必须在一个内燃机循环中改变上述充量条件，大家知道，一个内燃机循环通常只有20-60毫秒，这个时间对于这种惯性较大的进气充量和EGR而言是完全不够的，或者说，这种模式的切换方式是不能达到实用要求的。

汽油压燃内燃机需要一个足够高的压缩比才可以有效压燃，然而普通内燃机很难达到如此高的压缩比。上述两个美国专利通过提供两个燃烧室，两个压缩比，并使第一燃烧室的压缩比足够高，达到有效压燃的条件，但是无法满足在第二燃烧室火花点燃的条件，也就是说，内燃机第二燃烧室不能以火花点燃模式工作，因而，其内燃机的负荷不能提高。