[发明专利]燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞型火花点燃的内燃机，且确切地说涉及一种具有在上止点后开始点燃的燃烧循环的发动机。

背景技术

燃机在过去200年来已经得到了广泛发展，但总的基本原理仍然是相同的，其中奥图(Otto)型发动机是最常见的内燃机类型之一。奥图类型的发动机具有一个活塞，其压缩汽缸内的空气/燃料混合物，且当空气/燃料混合物压缩成大多处于上止点(汽缸内的活塞的转向点，top dead center，TDC)时，电火花会点燃混合物，且爆炸会提高汽缸内的压力，并驱动活塞从TDC向下，并施加可在驱动一个过程或连接到发动机的物体(例如车辆的驱动轮)时利用的力。点燃循环定时通常与曲柄轴相对于上止点的以度计的角度位置有关，其中0°是上止点位置，180°是活塞位于尽可能远离TDC的位置的时候。

如今市场上关于点燃定时循环的最普遍的解决方案是在活塞处于TDC之前开始，以便减少燃料因TDC处可能存在的高度压缩而自燃的风险，并且实现最大制动扭矩(MBT)。这些发动机通常具有相对于曲柄轴角度的可变点燃位置，其中在高发动机转速下点燃位置是在TDC之前25°，且在较低的发动机转速下朝TDC靠近。这需要复杂的点燃控制。

为了减少对发动机中力传递组件的磨损，多汽缸发动机需要相对于不同汽缸具有特定的点燃次序；例如，六汽缸发动机的定时次序通常为1、5、3、6、2和4汽缸，这意味着汽缸1首先点燃，汽缸1之后是汽缸5，汽缸5之后是汽缸3，依此类推，直到已完成完整的循环为止。这种发动机设计解决方案又可能导致发动机的设计更复杂且制造成本更高。

通常燃机以10∶1以下的压缩比运行，以便减少燃烧室内的空气/燃料混合物自燃的风险。但是，经验法则是，压缩比越高，发动机效率就越高。因此，存在找到合适的压缩比的平衡。

结合排气测量获得一种所谓的λ值。λ值是对燃烧过程的效率的量度，且受到初始的空气/燃料比率的控制，并且，取决于发动机以何种方式运行，通过测量获得不同的值，而1的值是λ的优化理论值，其中氧气与燃料的量相等。

由于发动机正常操作时点燃点较早，所以有些零件受到大量磨损，这可能会缩短发动机的使用寿命。有利的是具有TDC之后的较晚点燃点，以便减少对这些发动机零件的磨损。但是，这会被较高压缩比和较高排气温度而导致的自燃的问题所抵消。

US 5,487,362揭示了一种依靠气体运行的改装的柴油机，其利用TDC后(after theTDC，ATDC)的大约4°的较晚点燃点。所提供的这种解决方案具有以下形式的一些缺点：由于高度压缩而导致空气/燃料混合物自燃的风险、由于自燃和/或燃烧期间存在的高温而对汽缸造成的损害。这种解决方案中的发动机也只能用气体(LPG，液体丙烷)作为燃料来运行。

发明内容

本发明的目的是补救上述一些问题，并提供一种依靠许多类型的燃料运行且具有关于不同燃料改装发动机所需的细微变化的高效发动机。

通过这样一种发动机来提供这个效果：其具有燃烧室的细心设计，以便减少自燃的风险，并减少温度和高度压缩的影响。

在本发明的第一方面中，提供一种以可燃燃料与空气的混合物运转的活塞型内燃机，其包括：

至少一个燃烧室和一个活塞，所述活塞以可移动方式设置在燃烧室中，以便提供在15∶1到25∶1的范围内的最大压缩比；

入口，其设置在燃烧室中，用于将某一量的燃料空气混合物接纳到燃烧室中；以及

点燃装置，其通过设置在燃烧室中的超过25kV的电压提供火花，用于在曲柄角度位置处于活塞在燃烧室中的上止点之后(ATDC)0度到15度范围内时点燃接纳在燃烧室中的燃料空气混合物；

其中燃烧室和活塞经设置以减少过热点的风险，且发动机经配置以具有90％的燃料在15°到40°的曲柄角度位置范围内燃烧的燃烧速率。

压缩比优选在17∶1到20∶1之间的范围内，且甚至更优选在17.5∶1到18.5∶1之间的范围内。

曲柄角度优选在上止点之后(ATDC)0°到5°之间的范围内，且最优选在2°。

大体上燃烧室内的所有组件边缘都以至少0.5mm的半径圆滑。边缘的半径大约为2mm。

点燃装置包括火花塞，火花塞又包括在燃烧室中的火花塞入口与火花塞上的火花产生单元之间大体上平滑的表面。

活塞上的边缘以至少0.5mm的半径圆滑。