CN1077649C

CN1077649C - 接近绝热的低温发动机

Info

Publication number: CN1077649C
Application number: CN96192933A
Authority: CN
Inventors: 查尔斯L·小格雷
Original assignee: US Environmental Protection Agency
Current assignee: US Environmental Protection Agency
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: CN1191590A

Abstract

一种新型内燃机，包括一气缸、对气缸一端进行密闭的气缸盖和一以通常方式可滑动地安装在气缸内以作往复运动的活塞，该往复运动通过一传统曲轴转换为旋转运动。活塞顶面、气缸盖和气缸用作限定一系统室的壁，系统室带有一个成为其一壁囊，用于接受燃料和作为局部化燃烧的燃烧室。运转时最高气体温度以900-1100℃、最高气体压力以500-1000磅/平方英寸为合适。以提供45倍于氧的理想配比量引入空气。

Description

接近绝热的低温发动机

发明领域

本发明涉及一种具有很高燃料能量利用率的低温运行新型内燃发动机。

现有技术

汽车使用量的增长大大增加了大气中的各种污染物质，包括温室气体如二氧化碳，这些环境影响问题要求在改善汽车动力传动系燃料利用率的方法方面进行探索。

用于客车的传统内燃机(ICE)在市区行驶时的热效率平均约为159％，最高效率约为35％。即使在最高效率处。现有发动机还是通过发动机冷却系统和排气系统废弃了供应给它的热能的大约三分之二。当燃料在一发动机中燃烧时，就将其中所包含的化学能转换成热能。由于这种燃烧发生在一密闭容积中(发动机的燃烧室)，燃烧气体的温度增高(以及在一些情况下与反应物相比的燃烧气体克分子数增加)引起系统压力增加。由于燃烧室容积膨胀，例如活塞移动，即作了功。传统内燃机浪费了许多可利用的热能。首先，燃烧室通过液体或空气来冷却，从而减少了压力和作功的潜能。第二，由于膨胀比通常受到压缩比的限制，膨胀过程不允许充分膨胀或充分利用燃烧室中产生的压力。第三，大量热量存在于废气中。

本发明概况

因此，本发明的一个目的在于提供一种能大大提高燃料效能的内燃机。本发明的设计具有使燃料效率提高50-100％的潜力。

本发明的另一目的在于提供一种其机型本身就能使NOx排气污染物的形成大大减少的发动机。

本发明的又一目的在于提供一种通过降低燃烧系统的峰值气体温度来降低热损失的内燃机。

本发明的再一目的在于提供一种内燃机，其中，在一内燃烧室中设有一与气缸头与活塞之间剩余空间内的空气不足区域实际分开的空气聚集区域，该空气不足区域围绕内燃烧室形成一隔离“外环”，从而可在增加总的系统质量和进一步降低系统温度和热损失的同时得到良好的燃烧。

本发明的再一目的在于提供一种膨胀比大于压缩比的内燃机。

最后，本发明的一个目的在于在提供一种在接近绝热状态下运转的内燃机。

因此，为实现上述目的，本发明提供一种带有空气的超稀释燃料混合气以用于接近绝热运行。具体地说，本发明提供一种内燃机，包括：一气缸，一关闭气缸一端的气缸盖，以及一可移动地安装在气缸内以在上止点与下止点之间往复运动的活塞。活塞、气缸和气缸盖限定了一内腔。通过提供一位于气缸盖内或活塞顶部的接受燃料和空气以在其内进行局部化燃烧的囊，而将燃烧隔离在内腔的一个区域。通过一用于将活塞的往复运动转换为一旋转输出的传统方式的活塞杆，将活塞与一曲轴连接。气缸盖中装设有多个阀，用于将燃烧空气引入系统室并将燃烧生成物排出。气缸盖中安装有一传统的燃料喷射器，用于将燃料引入由燃烧囊限定的局部化燃烧腔。

本说明书中所用的“空气”系指包括空气和大气与循环排出气体的混合物。另外，本说明书中所用的“氧的理想配比量”系指包括大气和大气与循环排出气体的等效质量。

在采用这么一种尺寸的活塞头以能使活塞上的侧向力成为一个因素的实施例中，可在活塞顶部与曲轴之间设置引导装置，例如在下述第一实施例中的一副活塞和活塞气缸的组合。

可以通过装设热隔离形成一热屏障，将气缸分成两部分。通过这种热屏障，可在活塞裙部较低的某一位置提供油润滑，此时活塞在上止点处，从而通过热屏障将油环与燃烧室分离。

在某些较佳实施例中，活塞为具有跨设中空内部之热屏蔽的中空结构。

本发明并提供一种用于在一与活塞上表面、活塞气缸和气缸盖所限定的较大系统室相连通的局部化燃烧室内以接近绝热状态进行燃烧的方法。将空气与喷射燃料一起引入燃烧室用于局部化燃烧，而围绕燃烧室的系统室中的空气则用作使气缸与燃烧室热隔离。以通常方式通过一个或两个阀将燃烧生成物从燃烧室和系统室中排出。

在较佳实施例中，引入燃烧室中的空气量典型地为氧的理想配比量的4-5倍。燃烧系在一低于传统温度、即最高平均气温最好在900-1100℃范围内进行。在较佳实施例中，燃烧室中的最高压力典型地为500-1000磅/平方英寸。

附图简单说明

图1为“理想”气体的压缩比与温度的关系曲线；

图2为本发明中供给燃烧气体室的空气和经稀释的空气的温度与压缩比的关系曲线；

图3为本发明装置的第一实施例的局部剖面图；

图4为本发明装置的第一实施例的局部剖面图。

较佳实施例说明

通过一“热”发动机将包含在燃料内的化学能转换为机械功的最佳装置是使压力乘以系统容积变化最大化。在一实际结构中，是将燃料在空气中燃烧，提高燃烧气体的温度，并形成加大的压力、作用在一给定面积的表面上使其运动并作功。系统容积变化是通过提高系统的膨胀比加以提高的。通常如有可能，最大压力是通过使系统(燃烧生成物加氮)温度最大化得到的。对于一个给定系统来说，最大温度是通过使系统热损失最小化实现的。传统内燃机由于燃烧温度极高，除了传给周围环境的热损失大以外，其效率相对来说较高。但由于材料限制，在实用上太高的温度也是困难的。

为了使假设热发动机的热效率(即所用单位燃料能量的功率ω)：(1)对环境的热损失比率q必须最小化，(2)排气温度和压力(T₂，P₂)必须尽可能接近环境温度和压力(T₁，P₁)，以及(3)考虑到发动机所需功率，排出废气质量的比率m必须尽可能低。可将废气温度和压力的最小化看成两个分开的过程，同时使热损失最小化。

下述本发明实施例提供一种使热损失最小化的新型装置，在一些情况下，提供一种同时使废气压力最小化的新型装置。热损失最小化引起在一给定膨胀比之后较高的系统压力，因而膨胀得越多则得益越多。

向环境的热损失比率q由下式确定：

q＝K×A×ΔT

式中K＝总的热传递系数(单位时间内单位表面积和温度差传递的能量)，如BUT/ft²×°F×hr。

A＝热传递表面积

ΔT＝系统气体与周围环境之间的温度差

显然，通过将燃烧室与膨胀室隔离(或如在现行实践中所用的不冷却这些表面)降低热传递系数将减少热损失。然而所产生的增高的温度(超过2000℃)将超过传统燃烧室材料的最低强度温度范围(实际上为熔点)。例如，可加工金属合金的最高温度一般低于800℃。

最好是减少热传递表面积，但根据燃烧室和膨胀室所需容积，这种减少是受到限制的。表面与容积比的最小化在方向上是有利的。然而，本发明实际上并不减少面积，而是增加容积(从而增加热传递面积)，例如，对于与传统发动机相比的一给定功率等级，容积的系数为5(5X)而面积的系数为3(3X)。

在本发明中是减少系统气体的最高温度(以及平均温度)以减少温度梯度或热损失的“驱动力”。在这一点上，本发明与追求最高温度最大化以实现以下目标的传统做法相反：(1)减少热损失(即接近一绝热发动机)，因为通常的结论是减少热损失必然引起温度增高，以及(2)实现高的热效率，因为通常的结论是高温意味着高效率。

众所周知，传统的热发动机吸收大量热量达到某个最高温度T_max，并以某个低个较低温度T_low排出“废弃”热量，因此只能将一部分所吸收的热量转换为功。这甚至适用于一在“理想状态”下运转的“理想发动机”(由一定过程所限定的)。卡诺循环常用于表示即使采用“理想发动机”，也只有一部分被吸收热量能被转换为功，以及该部分取决于运转温度T_max和T_low，而且与该循环相比，总的来说与运转的发动机的性质无关。卡诺循环产生的最大的功可从在一温度处吸收并在另一较低温度处给出的热量导出。在一卡诺循环中作的功等于在一较高温度处吸收的总热量减去在较低温度处向环境释放的热量。热力学效率即为这个功除以吸收的全部热量。对于一理想气体的卡诺循环的热力学效率等于T_max减去T_low除以T_max。重要的是强调它是理想气体，产生循环效率与T_max直接相关的“理想发动机”的卡诺循环分析的闭合系统性质。虽然“没有任何发动机的效率能与卡诺发动机相比”这句话是对的，但是还没有一种卡诺发动机具有实际上在2000℃运转的T_max。因此在实践中总是要尽力提高系统气体的最高温度以提高热效率，这是不足为奇的，而且如较高温度在一非理想(即实际)系统中并不引起较高百分比的热损失的话，则是所希望的。应注意在下述本发明的实施例中，卡诺循环提供了四个无热损失的循环阶段的三个，包括提供等温膨胀(即热量输入)的起始膨胀阶段。只有起始压缩阶段将热量释放到环境中去。如前所述，现有的或传统的发动机通过在燃烧和膨胀过程中的热损失丧失了其大部分热效率，而卡诺循环则两种热损失都不允许有。

因此，本发明提供一种通过降低最高燃烧温度来减少热损失并提高效率的新途径。降低最高温度(1)通过减少温度驱动力(最高气体温度与气缸温度之间的温度差)直接减少热损失，以及(2)通过允许使用能隔热的材料和发动机结构间接减少热损失，以实现接近绝热设计。本发明中的最高气体温度以在900-1100℃范围内最为有利。

假定一绝热系统由已知气体组成，因吸收一定量的热量(如燃料燃烧能量)产生的温升与每种气体的克分子及其克分子热容量直接有关。因此，在本发明方法中降低最高温度需要增加用于吸收一定量的热量的气体的质量。对于通过增加用于吸收一定量的热量的系统的质量和/或采用低压缩比来降低最高温度的方法，机械实施例的概念是必须在热量析出点处具有一大容积(即大燃烧室)以提供一以高压缩比和很少或没有充量稀释运转的传统发动机的当量功率输出。因此，在本发明中，燃料充填的“过稀释”是通过将空气引人燃烧室(以及任选的废气)，以传统方式通过一传统的进气歧管，最好以一给定值λ＝4－5，其中λ表示包含氧气的理想配比量的空气量。因此，本发明的ICE将采用具有2-3倍于同样功率的传统ICE的活塞直径的活塞，而且燃烧室(活塞在下止点处)将具有4-6倍于传统ICE的容量。

最高温度也直接受到起始系统温度的影响。因此，不加热(或冷却)新鲜充量(例如空气和燃料的质量)也将使最高温度最小化。最高温度也直接受到新鲜充量的压缩比的影响，压缩比越大，由于新鲜充量作了功，故最高温度越高。

与传统ICE中的最高气体压力1500-2000磅/平方英寸相比，本发明的ICE系以500-1000磅/平方英寸的最高气体压力运转。

图1表示温度对于压缩比(容积减少率，CR)和起始温度的反应，它是“理想气体”绝热和可逆变化过程时的容积变化，但采用在恒定压力处热容量(即在恒定压力处温度热含量的变化率)与恒定容积处热容量(即在恒定容积处温度内部能量的变化率)的比率Cp/Cv为1.40以模拟氮气。表示最终温度T₂与起始温度T₁关系的通式为：T₂＝T₁/CR(1/CR)^Cp/Cv

对于一给定吸热量、降低最高温度的增加系统质量的方法将以燃烧甲醇来说明。在25℃处燃烧一克分子的液体甲醇产生约173670卡的热能。一克分子甲醇在“简化空气”中的理想配比燃烧由下式表示：

调节物理状态并假定一容积固定的绝热系统，可提供约151740卡以将气态“燃烧生成物”从25℃(假定在该温度处燃烧)加热到一较高温度。则最高温度可通过下述计算估算：[Cv(CO₂)＋2Cv(H₂O)＋6Cv(N₂)]ΔT＝151740

式中Cv为温度范围以上以每℃、每克分子的卡数表示的平均热容量。采用近似热容量即为：[11.05＋2(7.86)＋6(5.5)]ΔT＝151740

则AT＝2539℃

在相同温度处用“再循环”排出生成物将起始充气稀释到50％，则ΔT=1269℃，而如稀释到75％，则ΔT＝635℃。

图2表示在前述假设下对于压缩比、起始充气温度和增加的系统质量的相对温度反应。因此，本发明方法的具体实施例将采用各种组合：(1)对于一给定吸热量增加系统质量(通常采用各种废气和过量空气的组合)，(2)使压缩比最小化，以及(3)使起始系统温度最小化。

本发明的另一方面是考虑到最高燃烧室壁温度可高达800℃或更高的情况下为活塞环提供润滑的装置。由于传统润滑剂只能在250℃以下运转，这就尤其重要。即使75％的稀释(例如50％的“再循环”废气，25％的过量空气和25％的理想配比空气/燃料混合物)，0℃的起始充气温度和8∶1的压缩比，将产生1300°K(1027℃)的绝热最高燃烧温度(见图2)。然而，气缸壁最高温度也可通过燃烧室设计、燃烧定时和其他装置加以最小化。

图3所示为采用一四冲程循环的本发明的一实施例。如图所示，内燃机(ICE)10包括一被分成上部21和下部22的气缸20。活塞24可滑动地安装在气缸20内，用于在上止点与下止点之间往复运动。气缸20的上端通过一气缸盖26加以密闭，而气缸盖26与活塞24和上气缸部21一起限定了一系统室28。气缸盖包含一空气吸入阀66和一以传统方式运转的排气阀67。

一由绝热材料制成的垫片30用于在上气缸部21与下气缸部22之间形成一热屏障。隔热垫片可合适地采用一带填料或不带填料的非金属陶瓷纤维的编织品。市售的适合的垫片材料有3M公司的“INTERAM”(商标名)。

活塞24具有一顶面部即板32和一由顶部32垂下的裙部34。活塞24的顶面板32在中央具有一半球囊36，该囊36从一位于中央的燃料喷射器38接受燃料，从而限定了一局部燃烧区域。活塞的顶板32和裙部34限定与传统ICE活塞相比质量较小的中空内部。一圆顶件40装设在活塞24的中空内部并与囊36的金属片底部固定以为活塞的顶板32提供结构加强。活塞顶板32、裙部34、囊36和圆顶件40均由具有所需结构强度的适当的耐热材料如钛钢制成。圆顶件40也用作将热量反射回活塞顶板32用的热量反射屏罩。两个附加的热屏蔽41和42也将活塞内部隔开并用作将热量反射回顶板32。与圆顶件40一样，热屏蔽41和42也可由钛钢片或膜制成。如前所述，本发明考虑以大大低于传统ICE的最大气体压力运转。压力的降低允许减少活塞质量，但压力降低会使功减少，除非活塞面积增大。因此，本发明中的活塞将具有比同等功率能力的传统内燃机的活塞大得多的直径。例如，为了产生具有70-80mm直径孔的传统小内燃机同等的功率输出，本发明的活塞应具有大约150-250mm的直径。

活塞245的裙部34带有多个油环，如图中44、45所示。这些油环位于裙部端部远离顶板32处，活塞长度和油环的位置设置成使活塞的顶板32和油环44、45在由垫片30和活塞24在上止点处限定的热屏蔽的两侧。油环44、45润滑的整体性(传统方式中从曲柄箱加以润滑)可通过以传统方式使冷却液通过被外壳46和下气缸22限定的空间而进一步加强。

如图3所示，活塞34被安装在活塞杆52的一端，活塞杆52的另一端与一可往复运动地安装在引导气缸50中的引导活塞48连接。导向活塞48通过一活塞杆54与一曲轴56连接，由此将活塞24和48的往复运动以传统方式转换为旋转输出。导向气缸50和活塞48的组合设计成防止侧向力作用在活塞24上。其他导向机构可适当用于同样目的，例如滑块、滚拄轴承或一菱形驱动机构(菱形驱动机构也代替曲轴)。然而在各种布局中还可将导向机构整个省去。例如将本发明用于一两冲程循环，以目前设想可不需要图3所示实施例中用48和50表示的导向件。

如前所述，可以通过使发动机冷却液循环以传统方式穿过空间60而对下气缸22进行冷却。上气缸21也配置有一在其间限定一空间64的外壳58。可通过空间64内的空气或在空间64内设置适当的隔热材料进行隔热。空间62与活塞24的底部相连而在该空间中的空气也用于对活塞进行冷却。

半球囊36形成为活塞顶板或表面32中的凹陷并与隔热材料制成的插入件69对齐。插入件69可适当地由一陶瓷材料制成。

运转时，在进气冲程期间，空气和废气稀释的混合气通过进气阀66被引入系统室28，当时活塞24从其上冲程位置(上止点)移动到其下冲程位置(下止点)。当活塞24到达其下冲程位置时，进气阀66关闭。当活塞向其上冲程位置移动时即产生压缩。燃料通过燃料喷射器38进行喷射并通过压缩温度或通过一火花塞、预热室或其他装置(未示)加以点火。系统增加的压力膨胀并产生轴功率而使活塞向其下冲程位置移动。当活塞移动到其下一个上冲程位置时，排气阀67打开以允许膨胀的气体排出。然后重复循环。

如前所述，最高燃烧温度主要是通过用废气和/或过量空气进行系统稀释加以控制。然而，即使空间64中的隔离将大大减少热损失，仍有许多热能通过上气缸21的的壁损失掉。因此，进一步使系统室壁温度最小化是有利的，并可通过使燃烧局部化在在靠近活塞顶板32中心的囊36内，故囊36(有效的是燃烧室)与气缸21的的壁之间的废气和空气的圆环70起隔热作用。进一步的好处是通过在活塞内将燃烧室定位于一紧凑的立柱中而得到的(或者定位于一在两个阀之间靠近气缸盖26中心的凹腔)。这允许将一高温隔离插入件69安装在活塞中。活塞插入件69减少了直接向活塞的热传递，其在活塞中的位置通过对壁与最高温度气体进行屏蔽而减少了向冷却系统室的热传递。

图4示出了采用一两冲程循环的本发明的一第二实施例。在运转中，靠近活塞100的上冲程位置处(在作为活塞从其下冲程位置至上冲程位置运动出现的排气/压缩冲程之后)，当空气阀102打开时，通过该空气阀102将压力空气(可由各种装置包括一发动机驱动活塞压缩机供给)喷射到燃烧室110中。空气经供气管道106流入燃烧室110中。在供给足够的空气后空气阀102关闭，活塞100仍靠近其上冲程位置处。然后通过燃料喷射器108在燃烧室110内将燃料喷射到空气中，并通过压缩温度或通过一火花塞、预热室或其他装置(未示)加以点火。另外也可采用一安装在空气管道106中的燃料喷射器109。系统增加的压力膨胀并产生轴功率而使活塞向其下冲程位置移动。当活塞开始其从下冲程位置向上冲程位置的运动时，排气阀112和113打开(可采用一个或多个排气阀)。已膨胀的系统气体经排气阀112和113排出，直至排气阀关闭，例如靠近活塞朝其上冲程位置行程的中点。然后当活塞100完成其到上冲程位置的行程时(即排气/压缩行程)对剩下的系统气体进行压缩。然后重复循环。

如前所述，最高燃烧温度主要是通过用废气(经过混合)和/或过量空气进行系统稀释再次加以控制。然而，本实施例是将原先要消耗掉的容纳在系统室104的剩余容积内由前一循环剩下的系统气体，在燃烧室110内提供一空气浓缩。空气混合物与剩下的被消耗的系统气体的这种分离(分层)能使整个系统的稀释大得多并因此而降低温度，而在空气浓缩混合物内仍能良好燃烧。

第二实施例也可包含第一实施例的若干特征，包括：系统室隔离装置114，一位于中心或靠近中心的紧凑的燃烧室(例如在活塞内的110)，以及高温燃烧室隔离插入件120。

由于第二实施例允许整个系统的稀释高得多，特别是主要由剩下的消耗系统气体组成的气体的外环、系统室壁101和103可维持在较低温度，故能采用高温液体润滑液对活塞环116和117进行润滑。如果在无液体润滑的情况下达到足够的耐用度，则也可采用某些活塞环和系统室壁材料。在本实施例中，大大减少了活塞100上的侧向力，故可省去导向机构(第一实施例中的48、50)。

第二实施例与第一实施例相比提供了更高的给定功率，但需要一分开加压的供气系统。

第二实施例通过调节剩下的消耗系统气体的数量和喷射空气的数量而使膨胀比大于压缩比。该特点在膨胀结束时提供一较低的系统压力和温度(如前所述，因而改善了热效率)。一对于剩下的消耗系统气体的较低的温度也降低了系统室壁的温度。

本发明的其他实施例可从上述的两个具体实施例合乎逻辑地推出。例如，所述的第一实施例可通过将活塞环靠近活塞顶部(如第二实施例所述)保留一更传统的活塞设计而仍结合空气隔离和径向热屏蔽。然而，活塞顶部的环将需要进行干润滑或系统室壁将需要加以充分冷却以允许使用高温液体润滑液。需要对可使结构更简单、成本更低廉但热损失增加的折衷方案进行成本效益分析，即确定成本节省是否大于效率损失。

本发明可在不脱离其精神或基本特征的情况下以其他具体形式加以实施。因此，前述实施例应被认为是示意性的而并非限制性的，本发明的范围系由权利要求书而不是前面的具体描述来确定，因此，在权利要求含义及范围内的所有变化均应涵盖在本发明范围中。

Claims

1.一种内燃机，包括：

一气缸；

一密闭所述气缸一端的气缸盖；

一可滑动地安装在所述气缸内、用于在上止点与下止点之间往复运动的活塞，

一用于将所述活塞的往复运动转换为旋转输出的装置；

一在所述气缸盖中用于将空气引入系统室及用于将燃烧生成物从所述系统室排出的阀装置；

一用于将燃料喷射到所述囊内的燃料喷射装置，

其特征在于，还包括：

一围绕所述气缸的第一部、用于防止热量从所述系统室损失的气缸隔热装置；

一位于所述系统室壁中、用于接受燃料并用作局部化燃烧用燃烧室的囊；

至少与所述囊共同扩张的、用于防止热量从所述系统室损失的活塞隔热装置；以及，

所述活塞具有一面对所述气缸盖的顶面以及一从所述顶面垂下并限定一中空活塞内部的圆柱形裙部，所述活塞顶面、所述气缸盖和所述气缸的所述第一部作为限定一系统室的壁。

2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述囊位于所述活塞的顶面。

3.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述囊的横截面为半球状。

4.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述气缸的所述第一部被轴向隔开并通过一隔热屏障与一所述气缸的第二部分开。

5.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，还包括设于所述活塞的凹槽所述裙部中的油环，所述油环被弹簧向外偏置与所述气缸密封接合，所述顶面与最靠近所述顶面的油环之间的距离大于所述隔热屏障与上止点之间的距离。

6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，还包括至少一个由所述裙部支承并跨设所述中空内部以将热量从所述燃烧室向所述顶面反射的热屏蔽，所述至少一个热屏蔽位于所述顶面与所述油环之间。

7.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述一个热屏蔽为一平的金属片。

8.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括至少一个由所述裙部支承并跨设所述中空内部以将热量从所述燃烧室向所述顶面反射的热屏蔽膜片。

9.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述一个热屏蔽膜片为一平的金属片。

10.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括所述活塞的一拱形内部，所述拱形由所述裙部加以支承并延伸到一与所述囊的底部固定的顶点以对所述顶面进行支承并将热量从所述燃烧室向所述顶面进行反射。

11.一种用于在一燃烧室内在接近绝热状态进行燃烧的方法，所述燃烧室由一气缸、密闭气缸的一端并其中具有一排气阀和一空气进气阀的一气缸盖、以及一可滑动地安装在气缸内用于在其中往复运动的活塞所构成，所述方法包括：

将一定数量的空气经所述空气进气阀引入燃烧室，提供一由所述局部化燃烧产生的最高平均温度900-1100℃；

在一所述燃烧室内将燃料喷射到一限制区域用于在所述限制区域内进行局部化燃烧，空气在燃烧室内围绕所述限制区域用于将所述气缸与所述局部化燃烧进行热隔离；以及，

通过所述排气阀将所述局部化燃烧的生成物从所述燃烧室排出。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述限制区域由一在所述活塞顶面中的囊加以限定。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述囊的横截面为半球状。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述空气以提供4-5倍于氧的理想配比量的数量引入燃烧室。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，由所述局部化燃烧产生的最高平均温度900-1100℃。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在燃烧室内的最高压力为500-1000磅/平方英寸。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在燃烧室内的最高压力为500-1000磅/平方英寸。

18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将空气喷射到所述囊中以为所述局部化燃烧提供一空气浓缩混合物。

19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，

在活塞从下止点运动到一大约为下止点与上止点之间距离一半的中点的过程中通过所述排气阀排气；

当所述排气阀到达所述中点时，所述排气阀关闭，所述空气进气阀打开，空气从一分开的压力装置通过打开的空气进气阀进入所述室中；

活塞进一步向上止点运动，对空气和剩下的消耗气体进行压缩，同时通过所述空气进气阀关闭，喷射燃料而产生燃烧；以及，

活塞在膨胀过程中从上止点向下止点的运动提供一大于压缩比的膨胀比，其增加取决于引入空气的压力。

20.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，还包括用于冷却所述气缸的所述第二部分的冷却装置。

21.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述气缸隔热装置包括一与所述气缸隔开以在其间限定一气隙的外壳。

22.如权利要求21所述的内燃机，其特征在于，所述气隙包含一隔热材料。