CN110234854A - 火花点火式内燃机 - Google Patents

Abstract

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。

Description

火花点火式内燃机

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。

7.即使对于两冲程气缸也保持曲轴和活塞的常规润滑，并且还保持类似汽车中使用的四冲程发动机典型的类似发动机结构和尺寸。

为了将在两冲程呼吸循环中运行的气缸引入包含四冲程气缸的曲轴箱中，必须避免使用曲轴箱作为气泵并且需要会导致排气污染的油雾润滑的多气缸两冲程发动机的曲轴箱的复杂构造。根据本发明的梅里特发动机中的两冲程气缸的优选结构是使用涡轮增压器将空气输送到这种气缸中，并且还使用需要气缸盖中的排气阀的单流扫气方法。

当两冲程气缸产生不足以驱动涡轮增压器的排气能量时，汽车发动机经常进行起动和空转操作。为了克服这个缺点，根据本发明的发动机包括至少一个以四冲程循环运行的气缸和至少一个以两冲程循环运行的气缸。优选地，所有两冲程和四冲程的气缸共用相同的曲轴箱、相同的曲轴、相同的凸轮轴和相同的涡轮增压器，并且它们的物理形状(例如孔、冲程和阀门尺寸)优选地尽可能地近似相同。无节流运转确保流过整个发动机气缸的气体量保持几乎恒定，从而使涡轮增压器的高效运行延伸到较低功率输出。即使如此，单独的两冲程气缸也不会产生足以允许发动机起动或甚至发动机空转的排气能量。不依赖于涡轮增压器用于其进气的四冲程气缸可以进行无辅助起动和无辅助空转，并且因此为涡轮增压器提供可靠的排气能量，直到两冲程气缸能够接管为止。

通过使用涡轮增压器来泵送空气，本发明允许两冲程气缸使用通常与四冲程发动机一起使用的润滑系统。实际上，可以将典型的四冲程汽车发动机曲轴箱转换成根据本发明的发动机，同时保持相同的曲轴箱组件，所需的唯一修改是在作为两冲程运行的气缸中提供入口。

通过在典型的四冲程发动机的相同曲轴箱中以两冲程运行梅里特发动机，可以充分增加这种发动机的功率密度，以使发动机始终在100％(大约一半的最大MEP)以上的范围内以过量空气运行，高达800％过量(怠速时)。这种结构很有吸引力，因为它不仅可以在没有排放后处理的情况下考虑NOx排放，还可以在估计达到40％以上的发动机的最高效率水平下促进完全燃烧。现在需要这种发动机来减少甚至消除汽车中的有害城市污染。

发明内容本发明旨在提供一种改进的内燃发动机、改进的内燃发动机运转方法以及装配有这种发动机的机动车辆。

因此，本发明提供如权利要求1所述的火花点火式内燃机。

本发明的其他特征如从属权利要求中所限定。

在本发明中，所有作为两冲程运行的气缸使用本领域技术人员已知的单流扫气系统。

术语涡轮增压器用于描述通常与发动机一起使用的装置，其使用由发动机提供的排气能量来驱动旋转涡轮机，旋转涡轮机然后驱动叶轮，该叶轮设计成在将环境空气输送到发动机进气口之前吸入环境空气并增加其压力。

两冲程气缸和四冲程气缸都与相同的涡轮增压器连通以实现互利。通过与两冲程气缸一起运行，与仅包括四冲程气缸的类似尺寸的发动机相比，四冲程气缸减小了整体机械摩擦并增加了气缸组件的功率密度。通过与四冲程气缸一起运行，两冲程气缸在起动或空转时或在低功率输出下运行时受益于可靠的涡轮增压器操作。两冲程气缸的最重要的好处是使用与四冲程气缸相同的润滑系统。

可以选择各个气缸与涡轮增压器之间的连通程度以提供必要的能量平衡，并且将取决于所使用的每种类型的气缸数量。例如，如果有足够的能量用于对其进行压力充气，则以四冲程循环运行的气缸的入口阀可以连接到压缩机叶轮。为了增加根据本发明的发动机的优点，应该使两冲程气缸的数量最大化并且应该最小化四冲程气缸的数量，尽管最小的一个是必要的。四冲程气缸和两冲程气缸可以优选地具有相同的孔和冲程，共用相同的曲轴箱、相同的曲轴以及相同的凸轮轴。

为了增加输送到涡轮机的能量，可以对至少一个气缸进行编程，以通过增加其中燃烧的燃料量或通过将该气缸的排气阀打开的定时提前或两种方法的组合来增加其输送到涡轮增压器涡轮机的排气能量。

定义

2S或4S气缸将用于识别两冲程气缸或四冲程气缸。

奥托发动机描述了传统的节流火花点火往复式发动机。

本领域技术人员经常使用以下术语，但这里将定义以确保清楚地理解下面的描述；

术语扫气代表这样一种过程，其中没有燃料的新鲜空气通过入口进入2S气缸并置换残余气体，迫使其通过排气阀离开气缸。完全扫气取代所有残余气体，不完全扫气仅取代一部分残余气体。

术语“单流扫气”描述了这样一种取代过程，当在膨胀冲程位置的末端时，它通过活塞顶部周围和上方的入口允许新鲜空气进入，并允许残余气体通过位于气缸相对端的气缸盖中的排气阀逸出。

术语“增压”代表这样一种扫气过程，当排气阀关闭时气缸压力达到大气压值以上时结束扫气过程。

术语“吹放(Blow Down)”用于描述在膨胀冲程后期排气阀打开后不久，来自2S和4S气缸的加压残余气体的逸出。

MEP代表指示的平均有效压力

术语VVT描述了可变气门正时装置，其允许在发动机运转时改变打开气门的时间和/或持续时间。

术语“产气气缸”或“气体产生气缸”将用于描述任何气缸，2S或4S，其运行使得燃烧的燃料量与相对较早的排气阀打开正时相结合为涡轮机提供增加的能量以实现适当的扫气，即使这是以减少从所述气缸输出的工作能量的代价进行的。

术语NOx阈值描述了梅里特发动机开始在其排气中产生高于排放法规允许水平的氮氧化物气体的MEP。在典型的梅里特发动机中，这发生在MEP的较高端，例如高于6巴。

术语“过量空气”描述了燃料和空气的气体混合物中的空气，其含有的氧气比将混合物中所含的燃料完全燃烧成CO2和蒸汽所需的氧气多。当低于最大MEP运行时，在非节流发动机(例如柴油发动机和梅里特发动机)中可获得过量空气。

本发明的目的。

1.实现无节流运行，导致汽油车在城市旅程中的CO2排放大幅减少，可能减半，以作为满足全球变暖目标的贡献。

2.通过减少2S气缸的摩擦来实现更高的制动热效率。

3.在大多数城市旅程中将最高效率范围定位在汽车所使用的MEP下端，从而扭转奥托发动机的行为。

4.通过将一些气缸作为2S气缸运行来增加发动机组件的功率密度。

5.提供一种选择，使用这种增加的功率密度来以过量空气运转发动机，使保持低于NOx阈值，具有与相同尺寸的4S奥托发动机相似的功率密度，而无需后处理。

6.在选择使用过量空气运行时确保完全燃烧，从而确保除CO 2外没有有害的废气排放。

7.保留与典型4S奥托发动机一起使用的曲轴和活塞的常规润滑，并保留与4S奥托发动机典型的类似发动机结构和尺寸。

发明描述。

对于2S气缸，驱动涡轮增压器所需的大部分能量仅在吹放过程中可用，该吹放过程在排气阀在膨胀冲程结束时打开时发生。相比之下，即使在吹放过程完成后，4S气缸也会使用活塞将所有后燃气体排出气缸。如果涡轮增压器仅依靠2S气缸来驱动涡轮增压器，则在低MEP操作下，在废气中可能没有足够的能量用于完全的单流扫气过程。

本发明使得梅里特发动机在安装到车辆上时能够利用2S和4S气缸两者驱动同一曲轴并使用相同的凸轮轴来运转。它使4S气缸能够在2S气缸无法自行利用足够的排气能量驱动涡轮机时在运行期间确保2S气缸的可靠扫气操作。优选地，为了赋予最大的优点，应当最大化给定曲轴箱中的2S气缸的数量，例如可以在4S发动机中使用三个这样的气缸。2S气缸有效地将每个工作冲程的机械摩擦损失减半，并通过每次曲轴旋转“点火”来增加发动机的功率密度。

将需要4S气缸来应对车辆发动机经常出现的起动和空转状态。梅里特发动机内置的4S气缸负责自己的感应和排气呼吸过程。梅里特发动机中的所有气缸都可以在部分负载下无节流运行，允许尽可能多的空气流过连接到其气缸排气口的涡轮机。通过4S活塞在其排气冲程期间输送的工作能量也增加了涡轮机的能量供应。

根据本发明的发动机必须使其至少一个气缸作为4S运行，但数量取决于与发动机中使用的气缸总数相关的能量平衡。例如，八缸发动机可能需要两个。为了避免使用多于一个气缸作为4S，根据本发明的发动机可以从任何一个气缸4S或2S提供额外的排气能量。这可以通过过早地打开排气阀和/或通过增加输送到这些气缸的燃料量来在产气气缸中实现。

根据本发明的发动机中的所有气缸必须各自具有至少一个排气阀。2S气缸将在单流扫气系统中与位于气缸下端附近的进气口一起使用。4S气缸还必须有一个位于气缸盖内的进气阀。

产气气缸可以受益于可变气门正时或VVT的使用，这使得它能够改变排气阀的开启时间以适应发动机速度。可替代地，可以使用其他阀致动机构来获益。发动机控制器需要能够控制输送到服务于每个产气气缸和每个4S气缸的燃料喷射器的燃料量，而不依赖于服务于其他2S气缸的燃料喷射器。

来自两种类型的气缸的排气可以输送到单个涡轮机，但是可能需要小心以避免由气缸输送的排气脉冲的有害干扰。诸如簧片阀或旋转分配阀之类的阀可用于避免排气从一个气缸反向流动到另一个气缸。

优选地，4S气缸的尺寸与所有其他气缸相同，并且使用与发动机中的所有其他气缸相同或相似的燃烧室几何形状，但是4S气缸将使用两个呼吸阀，即进气阀和排气阀。如果使用凸轮轴来致动阀门，则2S气缸的单个排气阀和4S气缸的两个气门可由以半发动机转速运转的同一凸轮轴致动，而凸轮轴每旋转一圈，2S气缸的凸轮凸角将提供两个阀门开口，相隔180度。带有两个阀门的4S气缸可能需要使用摇臂。

向4S和产气气缸供应燃料的正时和量可以与输送到其他气缸的燃料供应不同，并且发动机控制器需要相应地进行编程。

即使在扫气过程不完全以及在火花点火时某些残余气体残留在燃烧室中，梅里特发动机也能在部分负荷下令人满意地运转。这为发动机的运转提供了另一种灵活性。

当发动机在低MEP下以低加油速率运转时，再循环残余气体中剩余的未使用氧气量可能很大。

由于梅里特发动机可以无节流运转，因此无论使用多少燃料，每个发动机循环都需要相同数量的扫气空气。

因为所有燃料都被输送到燃烧室中并在燃烧室中燃烧，燃烧室位于气缸外部，如果一些扫气空气通过打开的排气阀逸出，则不会损失燃料。

诸如乙醇之类的醇特别适合在梅里特系统中单独使用或与汽油混合使用，因为它在压缩冲程期间注入热空气射流中并且不会润湿发动机气缸内部。

4S气缸不需要辅助来吸入自己的空气，当2S气缸被拒绝燃料时，可用于起动发动机并使发动机空转。当发动机速度增加时，当涡轮增压器可以在不使用产气气缸的情况下提供有效的扫气时，2S气缸将被提供燃料直到达到速度和MEP。

排气阀必须在当活塞接近其膨胀冲程位置的末端时活塞开始露出进气口之前打开，因此与曲轴半径的两倍的几何膨胀冲程相比，缩短了膨胀冲程的有效长度。然而，膨胀冲程的最后部分比第一部分产生的功少得多。吹放过程还利用了所谓的阿特金森能量，这种能量通常会在非涡轮增压发动机中浪费。该能量是当吹放气体从气缸逸出后膨胀到大气压时吹放气体所具有的能量，因为往复式发动机的膨胀冲程长度不足以将气体膨胀到大气压。通过使用涡轮增压器提取一些能量可以提高发动机的效率。在较高的MEP值下，如果进行合适的VVT供应，则吹放能量可以达到足以促进至少4S气缸甚至2S气缸的压力充气的水平。

在较高的MEP下，当在排气中产生过量的NOx时，梅里特发动机恢复到化学计量燃烧操作，以便从其排气中除去所有游离氧，以使催化转化器能够除去有害的NOx。这通过在较高MEP下的部分节流来完成，如国际专利公开号：WO2017/085440A1中所述，其描述了关于梅里特发动机的另一个发明。

附图说明

本文通过四个附图示意图进一步描述本发明。这些不是按比例绘制的，仅用于说明目的。

图1是一个典型的2S气缸(102)的示意图，该气缸包括根据本发明的多气缸发动机的一部分，该气缸使用涡轮增压器(106)将扫气空气输送到气缸。

图2A和2B是根据本发明的三缸梅里特发动机的气缸盖的可能设计彼此成90°的示意图，其中三个气缸中的一个在4S循环上运行而另外两个在2S循环上运行。在一个典型实施例中，图3的视图示出了位于平面图上方的侧视图。

图3与图1类似，但也显示了一系列附加装置，可根据发动机的规格用于辅助2S气缸扫气。

图4是示出涡轮增压器与图2的2S和4S气缸之间的气体交换的图。

发明详述

重要的是要指出，所有以前已知的梅里特发动机与传统的奥托发动机的区别仅在于具有不同的气缸盖和燃烧室结构。然而，本发明还要求在所有2S气缸的下端处的曲轴箱中设置入口3。

在本发明的发动机中，如图1至图4所示，发动机包括多个气缸的组合，其中至少一个气缸(102)被编程为在两冲程循环上运行，并且至少一个气缸被编程为在四冲程循环上运行；

气缸盖，在一端封闭每个气缸；

排气阀装置(5)，位于四冲程和两冲程的所有气缸上方的气缸盖中，通向排气管或排气歧管；

位于每个气缸内的活塞(1)，用于在其中往复运动；

用于两冲程气缸的进气口，当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时允许空气流入气缸；

用于四冲程气缸的进气阀，位于气缸盖内并与这些气缸连通；

用于启动位于所有气缸的气缸盖中的所有阀门的装置，例如凸轮轴或旋转阀；

涡轮增压器，其压缩机叶轮(13)与空气入口装置连通；

气缸盖内的燃烧室(6)，具有相对于气缸的近端和远端，所述燃烧室与气缸(2)间隔开但在其近端与其连通；

传递孔(7)在其近端与气缸(2)和燃烧室(6)连通，定位成在活塞的压缩冲程期间以切向速度分量将空气射流输送到燃烧室中；

用于促进朝向远端的轴向速度分量，以促进在燃烧室内产生的旋转空气运动；

燃烧喷射器(8)，与燃烧室(6)连通，设置成将液体燃料喷雾输送到燃烧室中；

至少一个火花点火器(9)，位于燃烧室远端的区域内；

控制器，至少控制燃料喷射过程、点火过程以及进气和排气过程；

其中，在四冲程循环中运行的发动机的至少一个气缸向涡轮增压器涡轮叶轮(10)供应排气，涡轮增压器涡轮叶轮(10)的压缩机叶轮(13)将空气供应到同一发动机的至少一个两冲程气缸的进气装置。

在图1中，活塞(1)显示在膨胀冲程的末端。进气口(3)仅设置用于2S气缸并且位于气缸(102)的下端，并且当活塞到达其最外位置时完全暴露，如图所示。示出了入口端口通过圆周歧管(4)连接在一起。在多缸发动机中，所有进气歧管组合并与来自压缩机13的出口连接。曲轴(19)使用传统的润滑和滑动轴承，因为曲轴箱(18)不用作空气泵。单个排气阀(5)显示在气缸盖中，与传递孔(7)相邻，通向单独的燃烧室(6)。在压缩冲程的早期阶段，排气阀(5)应该在进气口(3)被活塞关闭时很快关闭或同时关闭。

单独的燃烧室(6)包含燃料喷射器(8)，在一个实施例中，燃料喷射器(8)瞄准火花点火器(9)的方向，例如位于圆柱形腔室的远端的火花塞。涡轮增压器单元106具有涡轮叶轮(10)，其通过轴连接到压缩机叶轮(13)。发动机需要相对低压的空气而没有燃料到达端口(3)以实现单向扫气，并且在设计用于较低MEP的发动机中，叶轮(13)可被设计为风扇以提供适度的压力升高而不是离心式压缩机叶轮，因为这将需要来自涡轮机的更少能量。在一个实施例中，转子轴可以附接到飞轮(14)，以在需要时增加其转动惯性矩。如果发动机意图在超过NOx阈值的较高MEP值下运转，则排气管道(11)可以连接到未示出的催化转化器。压缩机叶轮的空气入口示出为(12)，压缩机的出口与所有2S气缸的所有入口连接。涡轮机(10)的入口连接到2S和4S气缸的所有发动机气缸的所有排气阀出口。

未示出在相同发动机缸体中在4S循环上运行的气缸，但是将非常类似于图1中所示的布置，仅缺少入口3，它们不需要钻入气缸中。对于两种类型的气缸，曲柄半径和气缸孔最好是相同的。燃烧室(6)将非常相似，对于2S气缸可能略小，但优选地具有相同的几何形状。4S气缸将具有位于排气阀(5)旁边的气缸盖中的入口阀21。4S气缸的进气阀未连接到压缩机(13)出口，以使最大量的空气能够输送到2S气缸。

其他布置是可能的，允许从压缩机供应4S入口，但是如果需要这样，则可以增加对产气气缸的排气能量增强的需求。例如，发动机可包括三个气缸，一个气缸为4S，而另一个气缸为气体产生2S，其设有VVT凸轮。

在使用中，发动机使用起动马达起动，并且在起动/空转状态下，燃料仅供应到4S气缸以使能空转。事实证明，梅里特4S发动机能够以每分钟100转的速度慢速怠速运转。为了减少更多的燃料供应给4S气缸，其VVT推进排气阀的开度，以增加涡轮增压器的输出空气压力。在转换点，燃料被供应到2S气体产生气缸中的一个，其排气阀也使用VVT推进。然后通过向剩余的2S气缸供应燃料来增加功率输出。随着发动机转速的增加，VVT操作停止，所有气缸的MEP尽可能保持相同。

通过监测提供给4S气缸的燃料量，简单地确定从起动/空转状态到驱动状态的转换点。

在驱动状态下，燃料供应给所有气缸，包括2S和4S。

本发明的一个特征是四冲程气缸不能与两冲程气缸互换。然而，每两个曲轴转数可以为两冲程气缸供应一次燃料，从而每四个活塞冲程执行一个工作冲程。

在该图示中，当使用约100％过量空气进行燃烧时，发动机控制器将输送到所有气缸的最大燃料量限制为约6巴的MEP值。这确保了排气不含NOx，效率非常高，燃烧完成，并且没有从汽车排气中排出有害物质，如一氧化碳、烟灰或未燃烧的燃料。以这种方式控制的汽车不需要使用催化转化器。

在一些国家，在开放国家的高速公路上以较高的速度行驶时，可允许排放NOx。在这些国家中，控制器可以检测发动机速度和档位，并允许燃料输送朝向最大MEP增加。

可以使用简化的数值示例来说明这一点。如果四缸发动机的总扫气量是2升，因为1.5升作为2S运行，发动机可以提供3.5升4S发动机的等效输出。如果4S发动机每升输送40kW，这种组合现在能够在最大MEP下提供140kW，在NOx阈值以下提供70kW，并且具有100％过量空气。在标准城市旅程中，具有接近相同尺寸的4S发动机提供80kW，平均效率为24％，其需要来自燃料的80/0.24＝333kW的能量，而根据本发明的发动机需要70/0.45＝155kW，预计效率为45％，超过使用的燃料量和排放的CO2的一半。

因此，根据本发明的发动机可以输送70kW而不是80kW，而不需要催化转换器来去除NOx，在城市旅程中使用少于一半量的汽油并且在汽车发动机盖下占据类似的空间。

有利地，本发明的发动机不需要如两冲程发动机通常所需的用于润滑的燃料添加剂。

有利地，两冲程气缸不具有入口阀，这简化了结构。

图3显示了可以在需要时使用的其他工具，以帮助有效地对2S气缸进行扫气。增压室(20)可提供空气容量以平稳压力波动。如果需要使用催化转化器以在高MEP下从排气中除去NOx，则可能需要节流阀(15)。用于实现此目的的方法在国际专利公开号：WO2017/085440A1中描述。当排气阀(5)打开时，可能需要诸如簧片阀的止回阀(16)来阻止排气流出入口(3)。可能需要由阀(17)操作的辅助空气入口管，以通过在一些发动机应用中(例如在混合动力电动车中)使用辅助空气泵提供额外的入口空气流(图4中的箭头I’所示)来辅助起动。项目(14,15,16,17和20)对于发动机的运转不是必需的，但可以在某些发动机应用中提供优势。

图3还示出了燃料喷射器8的替代位置和取向。为了使发动机起动，4S气缸104的燃料喷射器8位于燃烧室6的近端并且定向成在燃烧室6的远端向火花塞9输送燃料喷雾，如附图标记8A所示。该位置和取向使得气缸104能够起动发动机并以低速空转。这也是2S气缸中喷射器的可能位置和取向。

然而，对于2S气缸，喷射器可以交替地定位和取向，以将燃料输送到从传递孔7出来的空气射流中，如附图标记8B所示。在图3中，燃料喷射器8B指向传递孔，并将燃料输送到传递孔7中，与从传递孔7出来的空气射流大致一致。

操作未示出的排气阀(5)的凸轮轴将具有两个相隔180度的凸角，并且以半发动机速度旋转，以便也适应未示出的一个或多个四冲程气缸。选定的凸轮凸角可以配备VVT装置，以便在需要的情况下且当需要时激活气缸作为气体发生器。

图2示出了根据本发明的用于三缸梅里特发动机的气缸盖108的实施例，其中一个气缸104在4S循环上操作并且示出具有两个阀，排气阀(5)和进气阀(21)，其余的气缸102在2S循环中运行，并且仅示出一个阀(5)。盖下方的气缸以虚线显示。每个燃烧室(6)显示为插入盖的管子，燃料喷射器(8)和火花塞(9)位于插入管子两端的圆柱形塞子中。传递孔(7)显示为切向地进入燃烧室。诸如螺栓或螺柱的紧固件22将气缸盖108固定到气缸体(未示出)。该正视图示出了设计的简单性，其中阀和燃烧室腔(6)并排设置。实际的阀门和凸轮轴装置未示出，因为它们是许多四冲程发动机的典型并且是本领域技术人员公知的。

图4示出了图2的气缸如何与涡轮增压器106连通。如箭头E所示，所有三个气缸将它们的排气供给到涡轮机(10)的入口，其通过管道11离开涡轮机10。入口空气是通过空气入口12吸入压缩机/叶轮13，压缩机/叶轮13仅向两个2S气缸入口输送空气，如箭头I₂所示。如箭头I₄所示，4S气缸进气口未与其连接。其他布置也可以连接两者并且可能使用气体产生气缸来增加输入到涡轮增压器的能量，但是所示的布置从压缩机给予2S气缸最大空气输出量。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种其他修改。例如，发动机可以包括两冲程气缸和四冲程气缸的任何合适数量的组合，只要每个都有一个。在一个实施例中，发动机可包括安装在汽车中的四缸发动机，其中一个气缸，前气缸是4S，而另外三个气缸是2S。

在一个实施例中，在四冲程循环中运行的所述或一个或每个气缸的入口阀也可以从涡轮增压器压缩机(13)接收空气。

在一个实施例中，本发明的发动机可包括两个单独的曲轴箱，一个曲轴箱包括在四冲程循环上运行的气缸，另一个曲轴箱包括在两冲程循环上运行的气缸。

Claims (18)

1.火花点火式内燃机，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上运行，并且使得至少一个气缸(104)在四冲程循环上运行；

所述发动机包括，对于每个气缸：

·气缸盖内的燃烧室(6)，所述燃烧室与其相应的气缸(102)间隔开；

·传递孔(7)，提供相应的气缸(102)与所述燃烧室(6)之间的连通；

·燃料喷射器(8)，设置成在使用中将液体燃料喷雾输送到所述燃烧室中；

·位于所述燃烧室内的火花点火器(9)；

所述发动机包括：

·气缸盖，用于在一端封闭每个所述气缸；

·位于所述气缸盖内的每个气缸的排气阀(5)，通向排气管或排气歧管；

·位于每个气缸中的活塞(1)，用于在其中往复运动；

所述发动机限定一个或多个用于所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的进气口，当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时，允许空气流入所述气缸；

所述发动机包括：

·用于位于所述气缸盖内并与这些气缸连通的所述四冲程气缸或每个四冲程气缸的进气阀；

·用于激活位于所有气缸的气缸盖中的所有阀门的装置，例如凸轮轴或旋转阀；

·涡轮增压器，包括与两冲程气缸的进气口连通的压缩机叶轮(13)以及与所述四冲程气缸的排气阀连通的涡轮机(10)；

其中，在四冲程循环中运行的发动机的至少一个气缸将废气供应到涡轮增压器涡轮叶轮(10)，所述涡轮增压器涡轮叶轮(10)的压缩机叶轮(13)将空气供应到所述两冲程气缸或每个两冲程气缸的空气入口。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中，在所述两冲程循环(102)上运行的一个或所述或每个气缸的排气阀还将废气供应到涡轮增压器涡轮机(10)。

3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述发动机包括控制器，以至少控制所述燃料喷射过程、所述点火过程以及所述进气和排气过程。

4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的发动机，其中，所述控制器在起动/空转状态与驱动状态之间移动所述发动机，在起动/空转状态下，仅向所述或每个四冲程气缸提供燃料并且仅通过来自四冲程气缸的废气驱动涡轮增压器涡轮叶轮，在驱动状态下，燃料被提供给所有气缸并且涡轮增压器涡轮叶轮由来自所有气缸的废气驱动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，在所述四冲程循环中运行的所述气缸或一个或每个所述气缸的进气阀还接收来自所述涡轮增压器压缩机(13)的空气。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述四冲程气缸和两冲程气缸共用相同的曲轴(19)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述四冲程气缸和两冲程气缸共用相同的凸轮轴。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机，其包括两个单独的曲轴箱，一个曲轴箱包括在四冲程循环上运行的气缸，另一个曲轴箱包括在两冲程循环上运行的气缸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，至少一个气缸布置成运行以通过增加其中燃烧的燃料量或通过将该气缸的排气阀(5)的打开的正时提前或两种方法的组合来增加其输送到涡轮增压器涡轮机(10)的排气能量。

10.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述排气阀驱动机构能够在所述发动机运转时执行可变气门正时。

11.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述或每个两冲程气缸不具有入口阀。

12.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，用于所述或每个两冲程气缸的所述一个或多个进气口被定位成当被相应的活塞露出时允许空气进入相应的气缸并且当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时完全暴露打开。

13.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，每个燃烧室(6)具有相对于所述气缸的近端和远端，并且所述传递孔(7)定位成在活塞的压缩冲程期间将空气射流以切向速度分量输送到所述燃烧室中。

14.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述两冲程气缸中的一个或多个仅每两个曲轴转数接收一次燃料。

15.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述气缸或每个气缸的所述燃料喷射器或每个燃料喷射器指向所述点火器。

16.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述或每个四冲程气缸的所述燃料喷射器或每个燃料喷射器指向所述点火器，并且所述或每个两冲程气缸的所述燃料喷射器或每个燃料喷射器指向所述传递孔口。

17.提供旋转能量的方法，该方法包括提供包括多个气缸的火花点火式内燃机，使得至少一个气缸(102)在使用中在两冲程循环上运行并且使得至少一个气缸(104)在四冲程循环上运行；

所述发动机包括，对于每个气缸：

·气缸盖内的燃烧室(6)，所述燃烧室与其相应的气缸(102)间隔开；

·传递孔(7)，提供相应的气缸(102)与所述燃烧室(6)之间的连通；

·燃料喷射器(8)，设置成在使用中将液体燃料喷雾输送到所述燃烧室中；

·位于所述燃烧室内的火花点火器(9)；

所述发动机包括：

·气缸盖，用于在一端封闭每一个所述气缸；

·位于所述气缸盖内的每个气缸的排气阀(5)，通向排气管或排气歧管；

·位于每个气缸中的活塞(1)，用于在其中往复运动；

所述发动机限定一个或多个用于所述或每个两冲程气缸的进气口，当相应的活塞到达其膨胀冲程的末端时，允许空气流入所述气缸；

所述发动机包括：

·用于位于气缸盖内并与这些气缸连通的所述或每个四冲程气缸的进气阀；

·用于激活位于所有气缸的气缸盖中的所有阀门的装置，例如凸轮轴或旋转阀；

·涡轮增压器，所述涡轮增压器的压缩机叶轮(13)与两冲程气缸的进气口连通，并且其涡轮机(10)与四冲程气缸的排气阀连通；

其中，在四冲程循环中运行的发动机的至少一个气缸将废气供应到涡轮增压器涡轮叶轮(10)，所述涡轮增压器涡轮叶轮(10)的压缩机叶轮(13)将空气供应到所述或每个两冲程气缸的空气入口。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述发动机包括权利要求1至16中任一项所限定的任何特征。