CN111997738A - 一种具有火花控制的压燃式内燃机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道(26)，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；其中一个技术方案包括一个相位器，所述相位器能够改变内燃机压缩比ε，同时改变两个燃烧室的容积百分比；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式。

Description

一种具有火花控制的压燃式内燃机及其控制方法
技术领域
本发明涉及到一种内燃机技术，尤其涉及一种具有火花控制的可变压缩比ε压燃式内燃机及其控制方法。
背景技术
点燃式汽油机经过化油器、进气管汽油喷射、缸内直喷和分层稀薄气体燃烧技术的发展，其热效率仍然低于柴油机。点燃式汽油机指示热效率不高主要是由于其燃烧方式造成的。从燃烧机理来说，传统的汽油机是均质混合的火花点火，为了使混合气能够被点燃，火焰能够传播，混合气的空燃比必需控制在一定范围，同时，为了避免火焰前锋面前面的未燃混合气突然发生大规模自燃，产生爆震，汽油机的压缩比ε受到限制。这两个限制都影响了热效率。
均质压燃(HCCI)能使汽油机的指示热效率达到甚至超过柴油机水平。由于采用了压燃，混合气的空燃比不再受到混合气点燃和火焰传播的限制，其压缩比ε也不再受到爆震的限制。与此同时，由于能够在稀薄混合气中进行燃烧，NOx 的生成受到抑制，减轻了排气后处理的困难。
从表面上看，均质压燃汽油机是点燃式汽油机和压燃式柴油机的结合：采用预混的均匀混合气，混合气自燃。实际上，均质压燃汽油机与点燃式汽油机和压燃式柴油机的燃烧过程都不相同：点燃式汽油机和压燃式柴油机的燃烧都是扩散燃烧过程，而理想的均质压燃汽油机燃烧过程是一种“非扩散”的，在整个燃烧室内各处同时瞬间发生的均匀燃烧过程。这种燃烧过程的燃烧持续期非常短，在燃烧室内同时产生巨大的压力，而不是随着火焰通过火花点火内燃机的燃烧室而逐渐增加压力。在混合气压缩点火(HCCI)内燃机中，这种立即增加的压力特别高，非常容易导致内燃机的损坏。特别是由于采用压燃，其燃烧时刻常常发生在活塞的上行过程中，并且其混合气燃烧时刻也很难精准控制，因此，目前只能使均质压燃汽油机使用在非常小的负荷区域。一般认为，推迟着火时刻，使着火时刻发生在活塞下行过程(膨胀阶段)，将有助于避免压力波动，从而扩大均质压燃汽油机的工作负荷区域。
HCCI内燃机由于压缩点燃时刻的混合气温度必需达到一个很高的阈值，这使得HCCI内燃机在冷启动时因为混合气温度很低无法直接压燃，是HCCI内燃机的另一个困难。
为了使均质压燃技术得到实际应用，改进均质压燃技术，人们研究了很多不同的压燃过程，并提出了诸于均质压缩点火(HCl)、均质压缩点火(HCSI)、汽油均质混合气柴油引燃(HCII)、柴油/分层混合气压缩点火(SCCI)、气体直接压缩点火(GDCI)，火花控制的压缩点火(SPCCI)，柴油和其他燃料，以及混合燃料、化油器和/或喷射燃料，作为不同类型的燃料和燃料混合物压缩点火、火花辅助点火、燃料辅助点火等。
美国专利US6,557,520B2公开了一种压燃式内燃机，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，当活塞上行至与缸盖圆柱凸台相遇时，形成两个分割的燃烧室，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环形的第二燃烧室，其中第一燃烧室压缩比ε高于第二燃烧室压缩比ε，使得混合气首先在第一燃烧室被压燃或被火花塞点燃，其第一燃烧室燃烧后的高温高压气体经过活塞凹坑与缸盖凸台之间的“缝隙”形成的气流通道喷入第二燃烧室，并加热第二燃烧室混合气，当第二燃烧室混合气温度被加热至自燃温度时，其混合气几乎同时自燃。显然，第一燃烧室的压燃或火花塞点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ε下降。这种燃烧方式推迟了第二燃烧室的燃烧起始点，降低了缸内压力升高率和最高压力，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，也能够形成两个燃烧室，与美国专利US6,557,520B2的工作原理相似。
以上两个专利是将气缸分成两个燃烧室，一个很小的第一燃烧室和一个大的第二燃烧室，第一燃烧室压缩点火或者火花塞点火，使第一燃烧室燃烧产生的热量传入第二燃烧室，加热第二燃烧室混合气直至其达到自燃温度而自燃。这种点火和燃烧模式极大地延迟了第二燃烧室(也是主要燃烧室)的着火时刻，其着火时刻是在活塞离开上止点下行至其后15°-25°的位置，此时，第二燃烧室压缩比ε已经大大降低，且活塞处于下降过程中，其活塞的下降速度也大大增加，有效控制了缸内的压力升高率和最大缸内压力。
能够看出，所述两个专利具有重大创新性。其创新性首先表现在第二燃烧室采用了火花控制引燃模式，提升了燃烧效率；其次表现在第二燃烧室均质引燃时刻发生在活塞离开上止点下行至其后15°-25°的位置，扩展了火花控制引燃模式的负荷区间。
在以上专利的描述中，其内燃机运行时，通过第一燃烧室火花塞点燃或压燃并在第一燃烧室产生高温高压气体，所述高温高压气体通过活塞凹坑与凸台或活塞凸台与缸盖上凹坑之间的“缝隙”(以下简称缝隙)进入第二燃烧室，使第二燃烧室内的混合气得以加热直至达到能够被均质压燃的温度，引导第二燃烧室的燃烧。这个“点燃(或压燃)+均质压燃过程”被下述的因素所干扰，导致控制的困难和失效：
第一、上述缝隙的存在，使得在第一燃烧室混合气被活塞上行压缩时，其第一燃烧室内的气体压力大于第二燃烧室气体压力，使第一燃烧室内的混合气沿着所述缝隙向第二燃烧室逃逸，滞留在第一燃烧室内混合气的质量(以下简称滞留量)，决定了第一燃烧室燃烧以后所产生热能的多少，而从第一燃烧室通过所述缝隙转移至第二燃烧室的能量，决定了第二燃烧室混合气被加热的程度。如果较多的热量转移至第二燃烧室，第二燃烧室混合气将会较早时刻到达均质引燃第二燃烧室混合气的自燃温度，从而提早均质引燃第二燃烧室混合气，这将会导致第二燃烧室较大的压力升高率和气缸最大压力；如果较少的热量转移至第二燃烧室，第二燃烧室混合气将不会达到自燃温度，从而导致均质引燃第二燃烧室混合气失败，特别是内燃机处于低速小负荷时，情况更加严重。因此，该缝隙的大小直接决定了第二燃烧室的燃烧开始时刻。
加工精度则决定了所述缝隙的大小，影响所述滞留量。从目前的加工制造水平，难以保证所需的精度，大批量生产难以实现。这不仅会使生产出来的不同的内燃机具有不同的引燃时刻，也会使同一台内燃机的各气缸之间产生不同的引燃时刻，严重影响各缸均匀性。内燃机转速也直接影响所述滞留量。当内燃机转速较低时，所述滞留量将迅速减小，无法有效均质引燃第二燃烧室混合气。
第二、活塞凹坑或缸盖凹坑(第一燃烧室)内残余废气不能被有效清除，难以控制第一燃烧室点燃条件。虽然上述专利在第一燃烧室内增加了进气门，对第一燃烧室内的残余废气进行扫气清除，由于第一燃烧室内需要安装喷油器、火花塞等，空间十分拥挤，安排布置上述进气门非常困难。
第三、为使HCCI高效燃烧，大多数运行工况是在第二燃烧室混合气稀薄的条件下进行，此时第二燃烧室混合气的过量空气系数λλ远大于1，而第一燃烧室被点燃的条件则是其过量空气系数λλ等于1左右，因此，必须对第一燃烧室的混合气补充喷油。通常，在内燃机排气管中安装氧传感器用以检测排气中的氧气含量，判断气缸燃烧时的过量空气系数λ的大小。由于上述专利的第一燃烧室和第二燃烧室处于同一气缸，其排气中的氧气含量包含了第一和第二燃烧室的含量，无法精确判断第一燃烧室的过量空气系数λλ，进而无法准确控制第一燃烧室的喷油量，使得第一燃烧室点火出现困难。
第四、如果第一燃烧室采取压燃方式，虽然这种方式对过量空气系数λ并不严格要求，但λ值的大小对第一燃烧室的压燃时刻具有较大影响，将产生不同的压燃时刻，进而导致第二燃烧室的着火时刻发生变化，不能精准控制第二燃烧室的着火时刻，是非常危险的，常导致内燃机的损坏。
此外，专利US5592904A、US20160333770A1、CN104141526A和 DE102013000986A1等均描述了带有辅助活塞结构的内燃机，专利 DE102018132419A1和DE102015221286A1等均描述了带有预燃室结构的内燃机，这些专利虽然看起来其结构有所相似，但都不是火花控制压燃的点火与燃烧模式。
在其他许多采用分层稀薄燃烧技术的内燃机中，由于混合气为“稀薄”状态 (即过量空气系数λ远大于1)，或者其混合气中EGR率过高，气燃比远大于14.7： 1，其不能被火花塞点燃，因此，通常在燃烧室的火花塞附近设置一个很小容积的半封闭的预燃室，当活塞运行至接近上止点时，再向预燃室内补充喷油或喷入混合气，将预燃室内的混合气加浓，便于火花塞将预燃室内混合气点燃，或者通过进气涡流的控制，造成在火花塞附近较容易点燃的混合气条件。在这些内燃机中所遇到的困难是：1)预燃室内的残余废气无法排除，导致新鲜混合气无法进入预燃室，影响下一个循环；2)预燃室内的积碳无法清除；3)火花塞附近的混合气着火不稳定。
发明内容
本发明的目的是提出一种在内燃机全部负荷区间的高循环效率和高功率的内燃机，该内燃机提出了一种新的点火与燃烧模式—火花控制压燃模式，所述模式的效率近似于HCCI内燃机，但又能够解决传统HCCI内燃机无法在高功率区间运行、和/或点燃(SI)和压燃(HCCI)两种模式内燃机的模式切换困难、和/ 或传统HCCI内燃机小负荷时其HC和CO排放较高以及冷启动困难等问题，使高效燃烧技术能够得到商业应用。
本发明的技术方案是提供了本发明提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸、与主气缸数量相等的辅助气缸、主活塞、辅助活塞、主连杆、辅助连杆、主燃烧室、辅助燃烧室、气流通道、喷孔、主火花塞、辅助火花塞、主喷油器、辅助喷油器、主曲轴、辅助曲轴、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统和外部EGR系统；
主活塞安装在主气缸中，通过主连杆与主曲轴相连，主曲轴绕主曲轴中心旋转运动；
辅助活塞安装在辅助气缸中，通过辅助连杆与辅助曲轴相连，辅助曲轴绕辅助曲轴中心旋转运动；
主曲轴和辅助曲轴同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸被设置在主气缸附近，或安置在与主气缸同一个缸盖中，或安置在与主气缸同一个缸体中；
所述辅助气缸轴线与主气缸轴线平行或不平行；
所述主曲轴被安装在内燃机缸体中，辅助曲轴被安装在与主气缸同一个缸体中或安装在与主气缸同一个缸盖中；
所述主气缸进排气系统为主气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道内或主燃烧室内安装有主喷油器，内燃机辅助气缸进气道内或辅助燃烧室内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸，以此来改变进入主气缸的混合气成分和温度；
主燃烧室和辅助燃烧室之间设置至少一个气流通道，气流通道靠近主燃烧室一侧设置有至少一个喷孔，所述喷孔布置在主燃烧室缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，其多个喷孔则呈圆锥形布置，其喷孔方向均匀分布指向主燃烧室空间；
主燃烧室内安装有主火花塞，辅助燃烧室内安装有辅助火花塞，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式：
首先，由辅助火花塞点燃辅助燃烧室内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞做功，完成火花点火燃烧，即 SI燃烧；其次，辅助燃烧室燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道，形成高温高速的射流气体，并穿过所述喷孔，喷射进入主燃烧室；所述喷孔导致流经第一喷孔的气流速度提升，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述喷孔时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体，所述无火焰的射流气体迅速与停留在主燃烧室内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室内混合气各处同时自燃着火，完成压缩点火燃烧，即CI燃烧，并推动主活塞做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程- 主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式：
即由辅助火花塞点燃并燃烧辅助燃烧室内的混合气，推动辅助活塞做功，完成辅助气缸SI燃烧，同时由主火花塞点燃并燃烧主燃烧室内的混合气，推动主活塞做功，完成主气缸SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
本发明还提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道，在气流通道靠近主燃烧室一侧连接一个射流阀，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸、与主气缸数量相等的辅助气缸、主活塞、辅助活塞、主连杆、辅助连杆、主燃烧室、辅助燃烧室、气流通道、射流阀、主火花塞、辅助火花塞、主喷油器、辅助喷油器、主曲轴、辅助曲轴、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统和外部EGR系统；
主活塞安装在主气缸中，通过主连杆与主曲轴相连，主曲轴绕主曲轴中心旋转运动；
辅助活塞安装在辅助气缸中，通过辅助连杆与辅助曲轴相连，辅助曲轴绕辅助曲轴中心旋转运动；
主曲轴和辅助曲轴同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸被设置在主气缸附近，或安置在与主气缸同一个缸盖中，或安置在与主气缸同一个缸体中；
所述辅助气缸轴线与主气缸轴线平行或不平行；
所述主曲轴被安装在内燃机缸体中，辅助曲轴被安装在与主气缸同一个缸体中或安装在与主气缸同一个缸盖中；
所述主气缸进排气系统为主气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道内或主燃烧室内安装有主喷油器，内燃机辅助气缸进气道内或辅助燃烧室内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸，以此来改变进入主气缸的混合气成分和温度；
所述的射流阀是一个单向阀，仅允许气流从辅助气缸流向主气缸，射流阀的阀口布置在主燃烧室缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，阀口呈圆锥形布置，气体射流方向均匀分布指向主燃烧室空间；
所述射流阀在达到设定的阈值时开启和关闭，所述设定的阈值指辅助燃烧室内混合气压力与主燃烧室内混合气的压力之间的压力差，此时，射流阀为压差开启和关闭的单向阀；或者所述设定的阈值指主曲轴的某一旋转转角，此时，射流阀为凸轮机构开启和关闭的单向阀，或者为电磁力开启和关闭的单向阀；
所述主气缸的压缩比在8：1-15：1，所述辅助气缸的压缩比在10：1-18：1 之间；
主燃烧室内安装有主火花塞，辅助燃烧室内安装有辅助火花塞，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式：
首先，由辅助火花塞点燃辅助燃烧室内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞做功，完成SI燃烧；其次，辅助燃烧室燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道和射流阀，形成高温高速的射流气体，并穿过所述阀口，喷射进入主燃烧室；经过所述阀口提升所述射流气体的气流速度，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述阀口时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体，所述无火焰的射流气体迅速与停留在主燃烧室内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室内混合气各处同时自燃着火，完成CI燃烧，并推动主活塞做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程- 主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式：
即由辅助火花塞点燃并燃烧辅助燃烧室内的混合气，推动辅助活塞做功，完成辅助气缸SI燃烧，同时由主火花塞点燃并燃烧主燃烧室内的混合气，推动主活塞做功，完成主气缸SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
本发明还提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有可变压缩比ε功能，并具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机带有一个相位器，所述相位器能够改变内燃机压缩比ε，同时改变两个燃烧室的容积百分比；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸、与主气缸数量相等的辅助气缸、主活塞、辅助活塞、主连杆、辅助连杆、主燃烧室、辅助燃烧室、气流通道、喷孔、主火花塞、辅助火花塞、主喷油器、辅助喷油器、主曲轴、辅助曲轴、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统、外部EGR系统和相位器；
主活塞安装在主气缸中，通过主连杆与主曲轴相连，主曲轴绕主曲轴中心旋转运动；
辅助活塞安装在辅助气缸中，通过辅助连杆与辅助曲轴相连，辅助曲轴绕辅助曲轴中心旋转运动；
主曲轴和辅助曲轴同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸被设置在主气缸附近，或安置在与主气缸同一个缸盖中，或安置在与主气缸同一个缸体中；
所述辅助气缸轴线与主气缸轴线平行或不平行；
所述主曲轴被安装在内燃机缸体中，辅助曲轴被安装在与主气缸同一个缸体中或安装在与主气缸同一个缸盖中；
所述主气缸进排气系统为主气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道内或主燃烧室内安装有主喷油器，内燃机辅助气缸进气道内或辅助燃烧室内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸，以此来改变进入主气缸的混合气成分和温度；
主燃烧室和辅助燃烧室之间设置至少一个气流通道，气流通道靠近主燃烧室一侧设置有至少一个喷孔，所述喷孔布置在主燃烧室缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，其多个喷孔呈圆锥形布置，其喷孔方向均匀分布指向主燃烧室空间；
主燃烧室内安装有主火花塞，辅助燃烧室内安装有辅助火花塞，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式，其由两个部分构成。首先，由辅助火花塞点燃辅助燃烧室内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞做功，完成SI燃烧；其次，辅助燃烧室燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道，形成高温高速的射流气体，并穿过所述喷孔，喷射进入主燃烧室；所述喷孔导致流经第一喷孔的气流速度提升，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述喷孔时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体，所述无火焰的射流气体迅速与停留在主燃烧室内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室内混合气各处同时自燃着火，完成CI燃烧，并推动主活塞做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；
所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程- 辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程-主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式；
即由辅助火花塞点燃并燃烧辅助燃烧室内的混合气，推动辅助活塞做功，完成辅助气缸SI燃烧，同时由主火花塞点燃并燃烧主燃烧室内的混合气，推动主活塞做功，完成主气缸SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
进一步地，在执行火花控制的压燃模式时，辅助燃烧室内的混合气总是首先被辅助火花塞点燃并执行SI燃烧，其混合气被火花塞点燃的条件是，其过量空气系数λ大约等于1，其EGR率小于等于30％；而主燃烧室内的混合气总是被从喷孔喷入的射流气体诱发压燃并执行CI燃烧，其混合气被压燃的条件是，其温度达到或超过压燃阈值1050K，其过量空气系数λ大约等于1，其EGR率在0％至 75％。
进一步地，所述内燃机燃烧室总容积等于辅助燃烧室容积、主燃烧室容积和气体通道容积之和；主燃烧室的容积除以燃烧室总容积等于主燃烧室的容积百分比。
进一步地，所述主燃烧室容积百分比设定为65％至85％之间的某一个值。
进一步地，所述相位器安装在辅助曲轴一端，所述相位器用于调节主曲轴和辅助曲轴的旋转相位差β角；所述相位差β角是指当主活塞到达上止点时，其辅助活塞处于其自身上止点之前或之后的β角；所述相位差β角可在0°至+/-60°范围内连续变化；所述相位差β角变化能够使所述内燃机的压缩比ε连续变化，所述压缩比ε的变化范围为从8：1至18：1；所述相位差β角变化能够使所述主燃烧室容积百分比连续变化，所述容积百分比的变化范围为45％至85％。
进一步地，所述内燃机在执行火花控制的压燃模式时，所述主燃烧室的混合气浓度能够大大低于辅助燃烧室的混合气浓度，进行稀薄燃烧；所述的稀薄燃烧实现方式是，通过在主燃烧室的混合气中增加EGR率，直至其EGR率达到75％。
进一步地，辅助气缸进气道与主气缸进气道在主气缸进气歧管的节气门前端或后端联通；辅助排气道与主气缸排气道在增压器涡轮机前端或后端联通。
进一步地，所述辅助气缸排气歧管中具有单独安装的氧传感器。
进一步地，所述内燃机在采用火花控制压燃模式时，由于所述主燃烧室内混合气被辅助燃烧室产生的高温高压气体诱发压燃，所以所述辅助燃烧室内混合气被辅助火花塞点燃和主燃烧室内混合气被压燃之间存在一个时间延迟，所述时间延迟被称之为“压燃延迟角ΔΦ”，所述主燃烧室内混合气被“压燃时刻ΦC”由辅助燃烧室内混合气被“点燃时刻ΦS”和“压燃延迟角ΔΦ”二者共同进行控制，其中，“压燃时刻ΦC”＝“点燃时刻ΦS”+“压燃延迟角ΔΦ”，即压燃正时由点火正时和压燃延迟角ΔΦ共同控制。
进一步地，所述内燃机在冷启动工况、小负荷工况以及大负荷工况时，主燃烧室和辅助燃烧室内的混合气均符合火花塞点燃的条件，并由主火花塞点燃主燃烧室内的混合气，同时由辅助火花塞点燃辅助燃烧室内的混合气，执行所述的双火花点火模式。
进一步地，所述内燃机在中等负荷工况时，所述内燃机执行火花控制的压燃模式。
进一步地，当所述内燃机从冷启动和小负荷工况向中等负荷工况过渡，或者从大负荷工况向中等负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从双火花点火模式切换至火花控制的压燃模式，其过程是：增加主气缸的EGR率，使其足够大，直至主火花塞不再能够点燃主燃烧室内的混合气，而来自于辅助燃烧室被点燃的高温高压气体，喷射进入主燃烧室，并诱发主燃烧室内的混合气压燃，进入火花控制的压燃模式。这个切换是根据进入主气缸的混合气浓度的不同自动进行切换的。
进一步地，当所述内燃机从中等负荷工况向小负荷工况过渡，或者从中等负荷工况向大负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从火花控制的压燃模式切换至双火花点火模式，其过程是：减少主气缸EGR率，使其足够小，直至能够被始终保持工作状态的主火花塞点燃主燃烧室内的混合气为止，进入双火花点火模式。这个切换是根据进入主气缸的混合气浓度的不同自动进行切换的。
进一步地，所述相位器是一个三级行星轮减速机构，其具有三个功能，其一是调节主曲轴与辅助曲轴之间的旋转相位差β角的大小；其二是限定相位差β角的最大与最小值；其三是耦合主曲轴与辅助曲轴之间的旋转运动，将相位器当成一个连接轴使用。
进一步地，相位器包括：第三行星轮架、紧固螺栓、定位销、第三行星轮、第三行星轮销轴、第二齿圈、第三太阳轮、第二行星轮架、第二行星轮、第二行星轮销轴、第二太阳轮、第一行星轮架、第一行星轮、第一行星轮销轴、第一齿圈、第一太阳轮、电机轴、电机；
相位差β角大小的调节：
启动电机，使电机轴旋转，并带动与电机轴同轴固定安装的第一太阳轮旋转；进一步，驱动第一行星轮绕第一行星轮销轴旋转，由于第一行星轮与第一齿圈的啮合关系，导致第一行星轮架做同轴同方向的减速旋转运动，完成第一级减速；进一步，第一行星轮架的旋转带动与其同轴固定的第二太阳轮旋转，并驱动第二行星轮绕第二行星轮销轴旋转，由于第二行星轮与第二齿圈的啮合关系，导致第二行星轮架做同轴同方向的减速旋转运动，完成第二级减速；进一步，第二行星轮架的旋转带动与其同轴固定的第三太阳轮旋转，并驱动第三行星轮绕第三行星轮销轴旋转，由于第三行星轮与第二齿圈的啮合关系，导致第三行星轮架做同轴同方向的减速旋转运动，完成第三级减速；所述第三行星轮架通过紧固螺栓与辅助曲轴同轴固定，并通过定位销将辅助曲轴与第三行星轮架在旋转方向上定位，因此，辅助曲轴被当成相位器的输出轴，而电机轴则作为相位器的输入轴。电机轴通过三级太阳轮/行星轮减速机构，使之输出同向旋转的低速大扭矩的辅助曲轴的旋转运动，由此改变了辅助曲轴的旋转相位，该相位就是所述的相位差β角；
相位差β角最大值和最小值的限制：
所述第三行星轮架上固定安装有行星架限位凸台，行星架限位凸台具有第一边缘和第二边缘；第二齿圈内固定安装有齿圈凸台，齿圈凸台具有第三边缘和第四边缘；当相位器调节相位差β角时，第三行星轮架与第二齿圈发生相对旋转运动；当第一边缘与第三边缘相遇时，第二齿圈与第三行星轮架等速旋转，相位差β角不再发生变化，此时，相位差β角为最大；同理，当第二边缘与第四边缘相遇时，相位差β角也不再发生变化，此时，相位差β角为最小；由此，行星架限位凸台和齿圈凸台起到了相位差β角最大与最小相位限制的作用；
相位器作为连接轴使用：
所述相位器作为连接轴使用的唯一条件是电机轴与辅助曲轴以相同转速运行，此时，第三行星轮架与第二齿圈之间没有相对旋转运动。
进一步地，主曲轴和辅助曲轴通过第一链轮、链条与第二链轮连接，或通过齿轮连接，使辅助曲轴的运动与主曲轴的运动进行耦合。
进一步地，所述内燃机为单缸内燃机或多缸直列式内燃机、V型、W型内燃机或对置式内燃机。
进一步地，所述内燃机能够使用汽油、天然气和燃料乙醇燃料。
本发明的有益结果是：
第一、降低油耗：当内燃机工作在火花控制的压燃模式时，该模式提供了高的燃烧效率，特别是在内燃机中等负荷区域；对于改善车辆的经济性和降低二氧化碳排放具有十分重要的意义；
第二、动力性能改善：与普通的HCCI内燃机只能工作在小负荷区域不同，本发明能够提供与普通点燃内燃机一样的扭矩和功率。
第三、排放降低：车用内燃机在火花控制的压燃模式下，其燃烧室均质压燃属于低温燃烧，其温度不具备产生NOx的高温条件，其NOx排放水平比传统点燃式内燃机低很多。而当传统HCCI燃烧方式在很小负荷时产生较高的HC和CO排放时，本发明能够提供“点燃”模式，促使其排放降低；
第四、成本低廉：该解决方案所需的只是一套辅助曲轴、辅助连杆、辅助活塞以及可能的相位差调节装置--相位器，成本的增加与带来的油耗降低的收益相比具有很高的性价比，与混合动力系统对比，其成本不处于同一水平上，并且内燃机ECU硬件也不需要特殊开发，给产品改进带来方便；
第五、机构调节灵活而可靠：增加的所谓辅助曲轴等零部件在加工过程中与现有技术相容，没有特殊的材料、工艺、技术等的要求，在开发和投产的过程中不会遇到特殊困难。
附图说明
图1是本发明主、辅气缸中心剖面图；
图2是本发明主、辅气缸气门中心剖面图；
图3是喷孔位置示意图；
图4是点燃时刻、压燃延迟角以及压燃时刻示意图；
图5是主、辅曲轴传动示意图；
图6是射流阀位置示意图；
图7是相位器位置安装示意图；
图8是相位器纵剖面图；
图9是相位器横剖面图；
其中：1—主气缸；2—辅助气缸；3—主活塞；4—辅助活塞；5—主连杆；6—辅助连杆；7—主燃烧室；8—辅助燃烧室；9—主火花塞；10—辅助火花塞；11—主喷油器；12—主曲轴；13—辅助曲轴；14—主气缸轴线；15—主曲轴中心；16-- 辅助气缸轴线；17--辅助曲轴中心；18—射流阀；19—缸盖；20—缸体；21—第一链轮；22—链条；23—第二链轮；24—主气缸进气道；25--辅助气缸进气道； 26—气流通道；27—射流气体；28—进气凸轮轴；30—进气门；31—排气凸轮轴； 33—排气门；34—主气缸排气道；35—辅助进气凸轮；36—辅助进气门挺柱；37—辅助进气门；38—排气凸轮；39—辅助排气道；40—喷孔；41—阀口；43—氧传感器；60—相位器；63—定位销；64—第三行星轮架；65—第三太阳轮； 66—第三行星轮销轴；67—行星架限位凸台；68—第三行星轮；70—紧固螺栓； 71—第二齿圈；72—第二行星轮销轴；73—第二行星轮架；74—第二行星轮；75—第二太阳轮；76--第一齿圈；77--第一行星轮架；78--第一行星轮；79--第一行星轮销轴；80--第一太阳轮；81--电机轴；82--电机；83--第一边缘；84--第三边缘；85--齿圈凸台；86--第二边缘；87--第四边缘；ΔΦ—压燃延迟角；ΦS—点燃时刻；ΦI—压燃时刻；β—辅助曲轴与主曲轴旋转相位差；λ—过量空气系数λ；EGR—废气再循环；ε—压缩比；
具体实施方式
以下将结合附图1至图5对本发明的实施例1进行详细说明。
实施例1:
图1、图2所示，该实施例1提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道26，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成 5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，
内燃机包括至少一个主气缸1、与主气缸1数量相等的辅助气缸2、主活塞 3、辅助活塞4、主连杆5、辅助连杆6、主燃烧室7、辅助燃烧室8、气流通道 26、喷孔40、主火花塞9、辅助火花塞10、主喷油器11、辅助喷油器、主曲轴 12、辅助曲轴13、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统和外部EGR系统；
主活塞3安装在主气缸1中，沿主气缸轴线14往复运动，并通过主连杆5 与主曲轴12相连，主曲轴12绕主曲轴中心15旋转运动；
辅助活塞4安装在辅助气缸2中，沿辅助气缸轴线16往复运动，并通过辅助连杆6与辅助曲轴13相连，辅助曲轴13绕辅助曲轴中心17旋转运动；
主曲轴12和辅助曲轴13同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸2被设置在主气缸1附近，或安置在与主气缸1同一个缸盖19中，或安置在与主气缸1同一个缸体20中；优选地，所述辅助气缸2被安置在与主气缸1同一个缸体20中；
所述辅助气缸轴线16与主气缸轴线14平行或不平行；优选地，所述辅助气缸轴线16与主气缸轴线14平行；
所述主曲轴12被安装在内燃机缸体20中，辅助曲轴13被安装在与主气缸 1同一个缸体20中或安装在与主气缸1同一个缸盖19中；优选地，所述主曲轴 12与辅助曲轴13被安装在同一个缸体20中；
所述主气缸进排气系统为主气缸1提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸2提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
见图2，所述主气缸进排气系统包括进气凸轮轴28、进气门摇臂未显示、进气门30、主气缸进气道24、排气凸轮轴31、排气门摇臂未显示、排气门33、排气道34；
进气凸轮轴28旋转推动进气门摇臂和进气门30，打开进气门30，使混合气从气缸进气道24进入主气缸1；其排气凸轮轴31旋转推动排气门摇臂和排气门 33，打开排气门33，使燃烧后的废气从排气道34排出主气缸1；
所述辅助气缸进排气系统包括辅助进气凸轮35、辅助进气门挺柱36、辅助进气门37、辅助气缸进气道25、排气凸轮38、排气门挺柱、辅助排气门、辅助排气道39；
辅助进气凸轮35旋转推动辅助进气门挺柱36和辅助进气门37，打开辅助进气门37，使混合气从辅助气缸进气道25进入辅助气缸2；其排气凸轮38旋转推动排气门挺柱和辅助排气门，打开辅助排气门，使燃烧后的废气从辅助排气道 39排出辅助气缸2；
辅助进气门37和辅助排气门的开启和关闭正时与主气缸1的进气门30和排气门33的正时相适应；
所述辅助气缸进气道25与主气缸进气道24在主气缸进气歧管的节气门前端或后端联通；辅助排气道39与主气缸排气道34在增压器涡轮机前端或后端联通。
所述辅助气缸排气歧管中具有单独安装的氧传感器43。
优选地，本实施例1采用所述辅助气缸进气道25与主气缸进气道24在主气缸进气歧管的节气门前端联通，辅助气缸2的进气不通过增压器增压，这是为了在主气缸1内混合气使用大比例EGR率提高循环效率的同时，保证辅助气缸2 的混合气比较容易被辅助火花塞10点火的目的；
一般而言，氧传感器用于对排放气体含氧量的分析，并控制燃烧效率和排放；由于两个燃烧室的混合气分别燃烧和分别排放，在本实施例1中增加一个用于检测辅助气缸2的燃烧情况的独立氧传感器43。
内燃机主气缸进气道24内安装有主喷油器11，内燃机辅助气缸进气道25 内或辅助燃烧室8内安装有辅助喷油器；
所述内部和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸1，以此来改变进入主气缸1的混合气成分和温度；
主燃烧室7和辅助燃烧室8之间设置至少一个气流通道26，气流通道26靠近主燃烧室7一侧设置有至少一个喷孔40，所述喷孔40布置在主燃烧室7缸盖一侧的中心部位，其多个喷孔40呈圆锥形布置，其喷孔方向均匀分布指向主燃烧室7空间，这种布置有利于射流气体27快速与主燃烧室7内的混合气均匀混合；
主燃烧室7内安装有主火花塞9，辅助燃烧室8内安装有辅助火花塞10，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式，其由两个部分构成。首先，由辅助火花塞10点燃辅助燃烧室8内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞4做功，完成SI燃烧；其次，辅助燃烧室8燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道26，形成高温高速的射流气体27，并穿过所述喷孔40，喷射进入主燃烧室7；所述喷孔40 包括喷孔流通面积、喷孔长度、喷孔数量和喷孔形状等结构因素导致流经第一喷孔的气流速度提升，以至于将所述带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述喷孔40时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体27，所述无火焰的射流气体27 迅速与停留在主燃烧室7内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室7内混合气各处同时自燃着火，完成CI燃烧，并推动主活塞3做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
当主燃烧室7内的混合气含油成分非常稀薄时，所述射流气体27中的火焰是否被淬熄并不重要，因为即使所述射流气体27中含有火焰，也无法点燃主燃烧室7内的混合气；但当随着内燃机负荷逐渐增加，主燃烧室7内混合气越来越浓，所述射流气体27中含有的火焰能够点燃主燃烧室7内混合气时，主燃烧室 7内的混合气将被立即点燃，而不能形成压燃模式，此时，所述内燃机的效率下降。因此，在本实施例1中，所述射流气体27中的火焰被淬熄事件是很重要的；
以上SI燃烧和CI燃烧共同组成所述内燃机的工作循环，或者说，在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；
所述火花控制的压燃模式的工作循环改变了以往奥托4冲程循环模式，形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程-主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式。即由辅助火花塞10点燃并燃烧辅助燃烧室8内的混合气，推动辅助活塞4做功，完成辅助气缸2SI燃烧，同时由主火花塞9点燃并燃烧主燃烧室7内的混合气，推动主活塞3做功，完成主气缸1SI燃烧，形成在两个燃烧室内各自的4冲程循环；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
所述内燃机在执行火花控制的压燃模式时，辅助燃烧室8内的混合气总是首先被辅助火花塞10点燃并执行SI燃烧，其混合气被火花塞点燃的条件是，其过量空气系数λ大约等于1，其EGR率小于等于30％；而主燃烧室7内的混合气总是被从喷孔40喷入的射流气体27诱发压燃并执行CI燃烧，其混合气被压燃的条件是，其温度达到或超过压燃阈值1050K，其过量空气系数λ大约等于1，其 EGR率在0％至75％。
所述内燃机燃烧室总容积等于辅助燃烧室8容积、主燃烧室7容积和气体通道26容积之和；主燃烧室7的容积除以燃烧室总容积等于主燃烧室7的容积百分比。
所述主燃烧室7容积百分比设定为65％至85％之间的某一个值。
所述内燃机燃烧室混合气总放热量等于辅助燃烧室8混合气放热量、主燃烧室7混合气放热量和气体通道26混合气放热量之和；主燃烧室7的混合气放热量除以燃烧室总放热量等于主燃烧室7混合气的放热量百分比；
尽管主燃烧室7容积百分比没有改变，但在其混合气浓度发生改变时，主燃烧室7混合气的放热量百分比也随之改变。当主燃烧室7内混合气变得越来越稀薄时，其放热量百分比也会越来越小，由于在火花控制压燃模式中，主燃烧室7 内混合气总是被压燃，因此，所述内燃机的压燃燃烧百分比也会越来越小。这种情况特别适合于所述内燃机的中小负荷工况；因此，所述内燃机在执行火花控制的压燃模式时，所述主燃烧室7的混合气浓度能够大大低于辅助燃烧室8的混合气浓度，进行稀薄燃烧。所述的稀薄燃烧实现方式是，通过在主燃烧室7的混合气中增加EGR率，直至其EGR率达到75％。
所述的内燃机在主燃烧室7内混合气的浓度达到非常稀薄的程度时，节气门开度很大，直至全开，能够有效地减少泵气损失。
所述内燃机在采用火花控制压燃模式时，由于所述主燃烧室7内混合气被辅助燃烧室8产生的高温高压气体诱发压燃，所以所述辅助燃烧室8内混合气被辅助火花塞10点燃和主燃烧室7内混合气被压燃之间存在一个时间延迟，所述时间延迟被称之为“压燃延迟角ΔΦ”，所述主燃烧室7内混合气被“压燃时刻ΦC”由辅助燃烧室8内混合气被“点燃时刻ΦS”和“压燃延迟角ΔΦ”二者共同进行控制，其中，“压燃时刻ΦC”＝“点燃时刻ΦS”+“压燃延迟角ΔΦ”，即压燃正时由点火正时和压燃延迟角ΔΦ共同控制。
图4显示了“压燃时刻ΦC”、“点燃时刻ΦS”和“压燃延迟角ΔΦ”之间的关系。
所述的“压燃延迟角ΔΦ”的大小和波动范围，决定于许多因素，在所述气流通道26和喷孔40等的设计参数包括喷孔流通面积的大小、喷孔喷射夹角、喷孔长度和喷孔形状等决定以后，进入主气缸1的气体温度是关键因素。所述内燃机通过缸内EGR率的调整进行进气温度的控制。
传统HCCI压燃内燃机的最大困难之一，便是无法准确控制压燃时刻；由于火花塞点火时刻非常精准，所以本发明的实施例1是通过精准的火花塞点火时刻来控制压燃时刻，同时辅助以进气温度通过缸内EGR率的调节来加以更加准确的控制。
同时，为了准确控制压燃时刻，主火花塞在预定的“压燃时刻ΦC”进行一次点火，这次点火具有加持压燃的作用，在压燃出现尚未出现的瞬间，通过主火花塞的加持点火，可以诱发即将压燃而尚未压燃的混合气的燃烧，得到更加精准的压燃时刻。
所述“压燃时刻ΦI”是在主活塞3通过上止点TDC以后的5°-25°之间，所述内燃机负荷越小，“压燃时刻ΦI”越接近于5°；负荷越大，“压燃时刻ΦI”越接近于25°。
所述内燃机在冷启动工况、小负荷工况以及大负荷工况时，主燃烧室7和辅助燃烧室8内的混合气均符合火花塞点燃的条件，并由主火花塞9点燃主燃烧室 7内的混合气，同时由辅助火花塞10点燃辅助燃烧室8内的混合气，执行所述的双火花点火模式。
所述内燃机在中等负荷工况时，所述内燃机执行火花控制的压燃模式。
当所述内燃机从冷启动和小负荷工况向中等负荷工况过渡，或者从大负荷工况向中等负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从双火花点火模式切换至火花控制的压燃模式，其过程是：增加主气缸1的EGR率，使其足够大，直至主火花塞9不再能够点燃主燃烧室7内的混合气，而来自于辅助燃烧室8被点燃的高温高压气体，喷射进入主燃烧室7，并诱发主燃烧室7内的混合气压燃，进入火花控制的压燃模式。这个切换是根据进入主气缸1的混合气浓度的不同自动进行切换的。为了保持所述内燃机输出扭矩不变，促使切换过程平稳进行，在切换过程中的喷油量保持不变。
当所述内燃机从中等负荷工况向小负荷工况过渡，或者从中等负荷工况向大负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从火花控制的压燃模式切换至双火花点火模式，其过程是：减少主气缸1EGR率，使其足够小，直至能够被始终保持工作状态的主火花塞9点燃主燃烧室7内的混合气为止，进入双火花点火模式。这个切换是根据进入主气缸1的混合气浓度的不同自动进行切换的。为了保持所述内燃机输出扭矩不变，促使切换过程平稳进行，在切换过程中的喷油量保持不变。
见图5，所述主曲轴12和辅助曲轴13通过第一链轮21、链条22与第二链轮23连接，或通过齿轮连接，使辅助曲轴13的运动与主曲轴12的运动进行耦合。
实施例1所述的内燃机点火模式适应区域为：
在冷启动和暖机时，采用双点燃模式，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；
进入小负荷区域时，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取高比例缸内EGR率，使主燃烧室7内混合气达到极其稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入中负荷区域时，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取中比例缸内EGR率，使主燃烧室7内混合气达到稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入大负荷区域时，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取低比例缸内EGR率，使主燃烧室7内混合气达到较浓状态，执行双火花点火模式；
实施例2:
见图3，本发明的实施例2是在实施例1的基础上，将主喷油器11安装在主燃烧室7之内，而不再安装在主气缸进气道24之内。
实施例2相对于实施例1，主喷油器位置变了，喷孔变了，但喷孔变化的方案写在了实施例1中。
实施例3:
见图1，本发明的实施例3是在实施例1的基础上，将所述的喷孔40安装与主燃烧室7缸盖一侧靠近进气门或排气门一侧，其多个喷孔的方向均匀分布指向主燃烧室7空间；
实施例4:
见图1，本发明的实施例4是在实施例1的基础上，将所述辅助气缸进气道 25与主气缸进气道24在主气缸进气歧管的节气门后端联通，这样主气缸1和辅助气缸2在完全相同的进气压力下进行换气，流入主燃烧室7和辅助燃烧室8 的混合气质量比例在所述内燃机处于不同负荷时，可以保持不变，减小所述内燃机负荷控制的困难；
实施例5：
见图6，本实施例是在实施例1的基础上，在主燃烧室7和辅助燃烧室8之间设置的气流通道26靠近主燃烧室7一侧增加一个射流阀18，所述的射流阀18 是一个单向阀，仅允许气流从辅助燃烧室8流向主燃烧室7，所述射流阀的阀口 41布置在主燃烧室7靠缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，其阀口41呈圆锥形布置，其气体射流方向均匀分布指向主燃烧室7空间；
所述射流阀18在达到设定的阈值时开启和关闭，所述设定的阈值指辅助燃烧室8内混合气压力与主燃烧室7内混合气的压力之间的压力差。此时，射流阀 18为压差开启和关闭的单向阀；或者所述设定的阈值指主曲轴12的某一旋转转角。此时，射流阀18为凸轮未显示开启和关闭的单向阀；
所述射流阀18的设置，可以使主气缸1和辅助气缸2在进排气换气过程中，以及压缩冲程末期辅助燃烧室8内混合气尚未燃烧时，主气缸1和辅助气缸2 之间没有任何的气体交流，就像两个互不干涉的气缸，各自独立运行，直到辅助燃烧室8内的混合气被辅助火花塞10点燃，燃烧的混合气迅速膨胀，产生高温高压，当辅助燃烧室8内的混合气与主燃烧室7内混合气之间的压力差大于设定的阈值时，所述射流阀18迅速打开，在辅助燃烧室2内的高温高压混合气立即在压差的推动下，通过气流通道26和射流阀18的阀口41向主燃烧室1喷射，主燃烧室1内混合气与喷入的高温高压气体迅速混合，其压力逐渐升高，直至其辅助燃烧室2内混合气与主燃烧室1内混合气之间的压力差小于或等于射流阀 18设定的阈值时，射流阀18立即关闭。当主燃烧室7内混合气被高温压燃以后，主燃烧室7内的压力将大于辅助燃烧室8内的压力，所述的射流阀18是一个单向阀，其阻挡主燃烧室7内的气体流入辅助燃烧室8。
此时，所述射流阀18为一种非平衡的依靠气压差开启与关闭的单向阀；
如果所述的射流阀18是一种依靠凸轮机构(图中未显示)或者依靠电磁力开启和关闭的单向阀，那么所述射流阀18仅在辅助燃烧室8内混合气被点燃以后的一个预设的曲轴转角内被凸轮机构或者电磁力开启，当高温高压气体喷入主燃烧室7，并将主混合气压燃以后，在凸轮机构或电磁力的推动下，关闭所述射流阀18；
从上述得知，射流阀18的作用是：
(1)射流阀18使主气缸1和辅助气缸2的换气和压缩过程相互独立，没有相互干扰；
(2)由于射流阀开启阈值存在，可以使主气缸1和辅助气缸2采取不同的压缩比，比如，主气缸1的压缩比设定为8：1至15：1之间，而辅助气缸2的压缩比则设定为10：1至18：1之间；
(3)由于点燃时刻(CA10)的循环波动会扩大地传递到后续的燃烧过程，使压力峰值(CA50)的循环波动进一步扩大，因此，控制辅助燃烧室8 内混合气的点燃时刻(CA10)显得非常重要。提高辅助气缸2的压缩比，加速辅助火花塞10对辅助燃烧室8内混合气点燃和燃烧速度，并由此减小点燃时刻(CA10)的循环波动，是非常必要的方法；
(4)使辅助燃烧室8内的混合气达到更高的温度和压力以后才开始向主燃烧室7喷射，这样喷入的气体温度更高，且由于压力更大而喷射时间缩短，提高了主燃烧室7内混合气的压燃时刻准确性，减小压燃时刻的离散度；
实施例6:
以下将结合附图7至图9对本发明的实施例6进行详细说明。
本发明的实施例6提供了一种具有火花控制的压燃式内燃机，与前述实施例 1基本相同，不同之处是在系统中增加了一个相位器60，所述相位器能够改变内燃机压缩比ε，同时改变两个燃烧室的容积百分比；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4 冲程工作循环两种循环模式；
见图7，所述相位器60安装在辅助曲轴13一端，所述相位器60用于调节主曲轴12和辅助曲轴13的旋转相位差β角；所述相位差β角是指当主活塞3 到达上止点时，其辅助活塞4处于其自身上止点之前或之后的β角；所述相位差β角可在0°至+/-60°范围内连续变化。在图3中，相位差β角显示为0°。在图7中，相位差β角显示为60°。所述相位差β角变化能够使所述内燃机的压缩比ε连续变化，所述压缩比ε的变化范围为从8：1至18：1；所述相位差β角变化能够使所述主燃烧室7容积百分比连续变化，所述主燃烧室7容积百分比的变化范围为45％至85％。
所述内燃机的压燃正时由点火正时和压燃延迟角ΔΦ共同控制：其中，通过缸内EGR率的调整进行进气温度的控制以外，还能够通过压缩比ε的变化进行缸内压缩末温度的控制，进一步提高压燃延迟角ΔΦ的控制精度。
众所周知，压缩比ε与混合气压缩末温度呈正相关性，压缩比ε越高则混合气压缩末温度越高，且不像进气量的变化那样因惯性原因而变化缓慢，因此对混合气温度的控制具有简单、直接、快速反应的特点，结合火花塞点火正时的精准性与压缩比ε改变对混合气温度调节的灵敏性，能够使压燃时刻ΦC的控制更加精准。
见图8，所述相位器60是一个三级行星轮减速机构，其具有三个功能，其一是调节主曲轴12与辅助曲轴13之间的旋转相位差β角的大小；其二是限定相位差β角的最大与最小值；其三是耦合主曲轴12与辅助曲轴13之间的旋转运动，将相位器60当成一个连接轴使用。
相位器60包括：第三行星轮架64、紧固螺栓70、定位销63、第三行星轮 68、第三行星轮销轴66、第二齿圈71、第三太阳轮65、第二行星轮架73、第二行星轮74、第二行星轮销轴72、第二太阳轮75、第一行星轮架77、第一行星轮 78、第一行星轮销轴79、第一齿圈76、第一太阳轮80、电机轴81、电机82；
相位差β角大小的调节：
启动电机82，使电机轴81旋转，并带动与电机轴81同轴固定安装的第一太阳轮80旋转；进一步，驱动第一行星轮78绕第一行星轮销轴79旋转，由于第一行星轮78与第一齿圈76的啮合关系，导致第一行星轮架77做同轴同方向的减速旋转运动，完成第一级减速；进一步，第一行星轮架77的旋转带动与其同轴固定的第二太阳轮75旋转，并驱动第二行星轮74绕第二行星轮销轴72旋转，由于第二行星轮74与第二齿圈71的啮合关系，导致第二行星轮架73做同轴同方向的减速旋转运动，完成第二级减速；进一步，第二行星轮架73的旋转带动与其同轴固定的第三太阳轮65旋转，并驱动第三行星轮68绕第三行星轮销轴66旋转，由于第三行星轮68与第二齿圈71的啮合关系，导致第三行星轮架 64做同轴同方向的减速旋转运动，完成第三级减速；所述第三行星轮架64通过紧固螺栓70与辅助曲轴13同轴固定，并通过定位销63将辅助曲轴13与第三行星轮架64在旋转方向上定位，因此，辅助曲轴13被当成相位器60的输出轴，而电机轴81则作为相位器的输入轴。简言之，电机轴81通过三级太阳轮/行星轮减速机构，使之输出同向旋转的低速大扭矩的辅助曲轴13的旋转运动，由此改变了辅助曲轴13的旋转相位，该相位就是所述的相位差β角；特别说明的是，根据太阳轮/行星轮减速原理，当辅助曲轴13旋转，而电机轴81以同一转速旋转时，所述减速器不再具有减速功能，就像一个连接轴一样，不再具有改变相位差β角的作用。换句话说，只要电机轴81与辅助曲轴13转速一致，相位差β角就不再变化。
相位差β角最大值和最小值的限制：
见图9，所述第三行星轮架64上固定安装有行星架限位凸台67，行星架限位凸台67具有第一边缘83和第二边缘86；第二齿圈71内固定安装有齿圈凸台 85，齿圈凸台85具有第三边缘84和第四边缘87；当相位器60调节相位差β角时，第三行星轮架64与第二齿圈71发生相对旋转运动；当第一边缘83与第三边缘84相遇时，第二齿圈71与第三行星轮架64等速旋转，相位差β角不再发生变化，此时，相位差β角为最大；同理，当第二边缘86与第四边缘87相遇时，相位差β角也不再发生变化，此时，相位差β角为最小；由此，行星架限位凸台 67和齿圈凸台85起到了相位差β角最大与最小相位限制的作用；
相位器60作为连接轴使用：
所述相位器60作为连接轴使用的唯一条件是电机轴81与辅助曲轴13以相同转速运行，此时，第三行星轮架64与第二齿圈71之间没有相对旋转运动。
实施例6所述的内燃机点火模式适应区域为：
在冷启动和暖机时，采用低压缩比ε，双点燃模式，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气λ大约等于1，EGR率小于 30％；
进入小负荷区域时，采用高压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取高比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到极其稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入中负荷区域时，采用中压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取中比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入大负荷区域时，采用低压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取低比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到较浓状态，双火花点燃模式；
实施例7:
实施例7是在实施例6和实施例1的基础上，采用低压缩比ε设计的产物。由于最低压缩比ε设计得较低，比如8.5：1至9.5：1，当所述内燃机处于大负荷区域运行时，不再需要采用双火花点燃模式，而是仍然使用火花控制的压燃模式，实施例7所述的内燃机点火模式适应区域为：
在冷启动和暖机时，采用低压缩比ε，双点燃模式，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气λ大约等于1，EGR率小于 30％；
进入小负荷区域时，采用高压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取高比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到极其稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入中负荷区域时，采用中压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取中比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到稀薄状态，执行火花控制的压燃模式；
进入大负荷区域时，采用低压缩比ε，此时辅助燃烧室8混合气λ大约等于 1，EGR率小于30％；主燃烧室7混合气采取低比例缸内EGR率，使主燃烧室7 内混合气达到较浓状态，执行火花控制的压燃模式；
与实施例6比较，实施例7在所述内燃机大负荷时不再采用双火花点燃模式，仍然执行火花控制压燃模式，因此，不再需要进行中大负荷区间的模式相互切换。且此时所述内燃机的运行效率更高。
本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (20)

1.一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道(26)，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸(1)、与主气缸(1)数量相等的辅助气缸(2)、主活塞(3)、辅助活塞(4)、主连杆(5)、辅助连杆(6)、主燃烧室(7)、辅助燃烧室(8)、气流通道(26)、喷孔(40)、主火花塞(9)、辅助火花塞(10)、主喷油器(11)、辅助喷油器、主曲轴(12)、辅助曲轴(13)、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统和外部EGR系统；
主活塞(3)安装在主气缸(1)中，通过主连杆(5)与主曲轴(12)相连，主曲轴(12)绕主曲轴中心(15)旋转运动；
辅助活塞(4)安装在辅助气缸(2)中，通过辅助连杆(6)与辅助曲轴(13)相连，辅助曲轴(13)绕辅助曲轴中心(17)旋转运动；
主曲轴(12)和辅助曲轴(13)同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸(2)被设置在主气缸(1)附近，或安置在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中，或安置在与主气缸(1)同一个缸体(20)中；
所述辅助气缸轴线(16)与主气缸轴线(14)平行或不平行；
所述主曲轴(12)被安装在内燃机缸体(20)中，辅助曲轴(13)被安装在与主气缸(1)同一个缸体(20)中或安装在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中；
所述主气缸进排气系统为主气缸(1)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸(2)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道(24)内或主燃烧室(7)内安装有主喷油器(11)，内燃机辅助气缸进气道(25)内或辅助燃烧室(8)内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸(1)，以此来改变进入主气缸(1)的混合气成分和温度；
主燃烧室(7)和辅助燃烧室(8)之间设置至少一个气流通道(26)，气流通道(26)靠近主燃烧室(7)一侧设置有至少一个喷孔(40)，所述喷孔(40)布置在主燃烧室(7)缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，其多个喷孔(40)则呈圆锥形布置，其喷孔方向均匀分布指向主燃烧室(7)空间；
主燃烧室(7)内安装有主火花塞(9)，辅助燃烧室(8)内安装有辅助火花塞(10)，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式：
首先，由辅助火花塞(10)点燃辅助燃烧室(8)内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞(4)做功，完成火花点火燃烧，即SI燃烧；其次，辅助燃烧室(8)燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道(26)，形成高温高速的射流气体(27)，并穿过所述喷孔(40)，喷射进入主燃烧室(7)；所述喷孔(40)导致流经第一喷孔的气流速度提升，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述喷孔(40)时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体(27)，所述无火焰的射流气体(27)迅速与停留在主燃烧室(7)内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室(7)内混合气各处同时自燃着火，完成压缩点火燃烧，即CI燃烧，并推动主活塞(3)做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程-主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式：
即由辅助火花塞(10)点燃并燃烧辅助燃烧室(8)内的混合气，推动辅助活塞(4)做功，完成辅助气缸(2)SI燃烧，同时由主火花塞(9)点燃并燃烧主燃烧室(7)内的混合气，推动主活塞(3)做功，完成主气缸(1)SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
2.一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道(26)，在气流通道(26)靠近主燃烧室(7)一侧连接一个射流阀(18)，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸(1)、与主气缸(1)数量相等的辅助气缸(2)、主活塞(3)、辅助活塞(4)、主连杆(5)、辅助连杆(6)、主燃烧室(7)、辅助燃烧室(8)、气流通道(26)、射流阀(18)、主火花塞(9)、辅助火花塞(10)、主喷油器(11)、辅助喷油器、主曲轴(12)、辅助曲轴(13)、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统和外部EGR系统；
主活塞(3)安装在主气缸(1)中，通过主连杆(5)与主曲轴(12)相连，主曲轴(12)绕主曲轴中心(15)旋转运动；
辅助活塞(4)安装在辅助气缸(2)中，通过辅助连杆(6)与辅助曲轴(13)相连，辅助曲轴(13)绕辅助曲轴中心(17)旋转运动；
主曲轴(12)和辅助曲轴(13)同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸(2)被设置在主气缸(1)附近，或安置在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中，或安置在与主气缸(1)同一个缸体(20)中；
所述辅助气缸轴线(16)与主气缸轴线(14)平行或不平行；
所述主曲轴(12)被安装在内燃机缸体(20)中，辅助曲轴(13)被安装在与主气缸(1)同一个缸体(20)中或安装在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中；
所述主气缸进排气系统为主气缸(1)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸(2)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道(24)内或主燃烧室(7)内安装有主喷油器(11)，内燃机辅助气缸进气道(25)内或辅助燃烧室(8)内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸(1)，以此来改变进入主气缸(1)的混合气成分和温度；
所述的射流阀(18)是一个单向阀，仅允许气流从辅助气缸(2)流向主气缸(1)，射流阀的阀口(41)布置在主燃烧室(7)缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，阀口(41)呈圆锥形布置，气体射流方向均匀分布指向主燃烧室(7)空间；
所述射流阀(18)在达到设定的阈值时开启和关闭，所述设定的阈值指辅助燃烧室(8)内混合气压力与主燃烧室(7)内混合气的压力之间的压力差，此时，射流阀(18)为压差开启和关闭的单向阀；或者所述设定的阈值指主曲轴(12)的某一旋转转角，此时，射流阀(18)为凸轮机构开启和关闭的单向阀，或者为电磁力开启和关闭的单向阀；
所述主气缸(1)的压缩比在8：1-15：1，所述辅助气缸(2)的压缩比在10：1-18：1之间；
主燃烧室(7)内安装有主火花塞(9)，辅助燃烧室(8)内安装有辅助火花塞(10)，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式：
首先，由辅助火花塞(10)点燃辅助燃烧室(8)内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞(4)做功，完成SI燃烧；其次，辅助燃烧室(8)燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道(26)和射流阀(18)，形成高温高速的射流气体(27)，并穿过所述阀口(41)，喷射进入主燃烧室(7)；经过所述阀口(41)提升所述射流气体(27)的气流速度，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述阀口(41)时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体(27)，所述无火焰的射流气体(27)迅速与停留在主燃烧室(7)内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室(7)内混合气各处同时自燃着火，完成CI燃烧，并推动主活塞(3)做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程-主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式：
即由辅助火花塞(10)点燃并燃烧辅助燃烧室(8)内的混合气，推动辅助活塞(4)做功，完成辅助气缸(2)SI燃烧，同时由主火花塞(9)点燃并燃烧主燃烧室(7)内的混合气，推动主活塞(3)做功，完成主气缸(1)SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
3.一种具有火花控制的压燃式内燃机，其具有可变压缩比ε功能，并具有物理上相对分离的两个燃烧室，两个燃烧室之间具有气流通道(26)，两个燃烧室内的混合气的组分和温度通过各自的进排气系统和喷油策略进行控制；所述内燃机带有一个相位器，所述相位器能够改变内燃机压缩比ε，同时改变两个燃烧室的容积百分比；所述内燃机具有两种点火与燃烧模式，并可在两种点火与燃烧模式中进行切换，形成5冲程工作循环和4冲程工作循环两种循环模式，其特征在于：
内燃机包括至少一个主气缸(1)、与主气缸(1)数量相等的辅助气缸(2)、主活塞(3)、辅助活塞(4)、主连杆(5)、辅助连杆(6)、主燃烧室(7)、辅助燃烧室(8)、气流通道(26)、喷孔(40)、主火花塞(9)、辅助火花塞(10)、主喷油器(11)、辅助喷油器、主曲轴(12)、辅助曲轴(13)、主气缸进排气系统、辅助气缸进排气系统、内部EGR系统、外部EGR系统和相位器(60)；
主活塞(3)安装在主气缸(1)中，通过主连杆(5)与主曲轴(12)相连，主曲轴(12)绕主曲轴中心(15)旋转运动；
辅助活塞(4)安装在辅助气缸(2)中，通过辅助连杆(6)与辅助曲轴(13)相连，辅助曲轴(13)绕辅助曲轴中心(17)旋转运动；
主曲轴(12)和辅助曲轴(13)同步旋转，它们的转速比为1：1；
所述辅助气缸(2)被设置在主气缸(1)附近，或安置在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中，或安置在与主气缸(1)同一个缸体(20)中；
所述辅助气缸轴线(16)与主气缸轴线(14)平行或不平行；
所述主曲轴(12)被安装在内燃机缸体(20)中，辅助曲轴(13)被安装在与主气缸(1)同一个缸体(20)中或安装在与主气缸(1)同一个缸盖(19)中；
所述主气缸进排气系统为主气缸(1)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
所述辅助气缸进排气系统为辅助气缸(2)提供新鲜空气和排除燃烧后的废气；
内燃机主气缸进气道(24)内或主燃烧室(7)内安装有主喷油器(11)，内燃机辅助气缸进气道(25)内或辅助燃烧室(8)内安装有辅助喷油器；
所述内部EGR系统和外部EGR系统是将已经燃烧需要排放至大气的气体中的一部分再一次引入主气缸(1)，以此来改变进入主气缸(1)的混合气成分和温度；
主燃烧室(7)和辅助燃烧室(8)之间设置至少一个气流通道(26)，气流通道(26)靠近主燃烧室(7)一侧设置有至少一个喷孔(40)，所述喷孔(40)布置在主燃烧室(7)缸盖一侧的中心部位，或偏向进气门一侧或偏向排气门一侧，其多个喷孔(40)呈圆锥形布置，其喷孔方向均匀分布指向主燃烧室(7)空间；
主燃烧室(7)内安装有主火花塞(9)，辅助燃烧室(8)内安装有辅助火花塞(10)，形成在物理上两个相对分离的燃烧室，所述内燃机具有以下两种点火与燃烧模式：
第一种点火与燃烧模式被称之为火花控制的压燃模式，其由两个部分构成；首先，由辅助火花塞(10)点燃辅助燃烧室(8)内的混合气，通过火焰传播燃烧后产生的高温高压气体在高压作用下，推动所述辅助活塞(4)做功，完成SI燃烧；其次，辅助燃烧室(8)燃烧所产生的高温高压气体通过所述的气流通道(26)，形成高温高速的射流气体(27)，并穿过所述喷孔(40)，喷射进入主燃烧室(7)；所述喷孔(40)导致流经第一喷孔的气流速度提升，以至于将带有火焰的高温高压气体中的火焰在通过所述喷孔(40)时完全被淬熄，并形成无火焰的射流气体(27)，所述无火焰的射流气体(27)迅速与停留在主燃烧室(7)内的混合气混合并加热其混合气，直至其混合气达到自燃温度后，在主燃烧室(7)内混合气各处同时自燃着火，完成CI燃烧，并推动主活塞(3)做功，所述自燃没有明显的火焰传播；
以上在一个循环中既包含SI燃烧也包含CI燃烧；
所述火花控制的压燃模式形成了5冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-辅助燃烧室点燃燃烧膨胀冲程-主燃烧室压燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
第二种点火与燃烧模式被称之为双火花点火模式；
即由辅助火花塞(10)点燃并燃烧辅助燃烧室(8)内的混合气，推动辅助活塞(4)做功，完成辅助气缸(2)SI燃烧，同时由主火花塞(9)点燃并燃烧主燃烧室(7)内的混合气，推动主活塞(3)做功，完成主气缸(1)SI燃烧；
所述双火花点火模式在两个燃烧室内形成了各自的4冲程循环模式，即吸气冲程-压缩冲程-点燃燃烧膨胀冲程-排气冲程；
所述火花控制的压燃模式和双火花点火模式分别应用于所述内燃机的不同工况，并在以上两种模式中能够进行工作模式的切换。
4.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：在执行火花控制的压燃模式时，辅助燃烧室(8)内的混合气总是首先被辅助火花塞(10)点燃并执行SI燃烧，其混合气被火花塞点燃的条件是，其过量空气系数λ大约等于1，其EGR率小于等于30％；而主燃烧室(7)内的混合气总是被从喷孔(40)喷入的射流气体(27)诱发压燃并执行CI燃烧，其混合气被压燃的条件是，其温度达到或超过压燃阈值1050K，其过量空气系数λ大约等于1，其EGR率在0％至75％。
5.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机燃烧室总容积等于辅助燃烧室(8)容积、主燃烧室(7)容积和气体通道(26)容积之和；主燃烧室(7)的容积除以燃烧室总容积等于主燃烧室(7)的容积百分比。
6.根据权利要求1和2所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述主燃烧室(7)容积百分比设定为65％至85％之间的某一个值。
7.根据权利要求3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述相位器(60)安装在辅助曲轴(13)一端，所述相位器(60)用于调节主曲轴(12)和辅助曲轴(13)的旋转相位差β角；所述相位差β角是指当主活塞(3)到达上止点时，其辅助活塞(4)处于其自身上止点之前或之后的β角；所述相位差β角可在0°至+/-60°范围内连续变化；所述相位差β角变化能够使所述内燃机的压缩比ε连续变化，所述压缩比ε的变化范围为从8：1至18：1；所述相位差β角变化能够使所述主燃烧室(7)容积百分比连续变化，所述容积百分比的变化范围为45％至85％。
8.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机在执行火花控制的压燃模式时，所述主燃烧室(7)的混合气浓度能够大大低于辅助燃烧室(8)的混合气浓度，进行稀薄燃烧；所述的稀薄燃烧实现方式是，通过在主燃烧室(7)的混合气中增加EGR率，直至其EGR率达到75％。
9.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：辅助气缸进气道(25)与主气缸进气道(24)在主气缸进气歧管的节气门前端或后端联通；辅助排气道(39)与主气缸排气道(34)在增压器涡轮机前端或后端联通。
10.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述辅助气缸排气歧管中具有单独安装的氧传感器(43)。
11.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机在采用火花控制压燃模式时，由于所述主燃烧室(7)内混合气被辅助燃烧室(8)产生的高温高压气体诱发压燃，所以所述辅助燃烧室(8)内混合气被辅助火花塞(10)点燃和主燃烧室(7)内混合气被压燃之间存在一个时间延迟，所述时间延迟被称之为“压燃延迟角ΔΦ”，所述主燃烧室(7)内混合气被“压燃时刻ΦC”由辅助燃烧室(8)内混合气被“点燃时刻ΦS”和“压燃延迟角ΔΦ”二者共同进行控制，其中，“压燃时刻ΦC”＝“点燃时刻ΦS”+“压燃延迟角ΔΦ”，即压燃正时由点火正时和压燃延迟角ΔΦ共同控制。
12.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机在冷启动工况、小负荷工况以及大负荷工况时，主燃烧室(7)和辅助燃烧室(8)内的混合气均符合火花塞点燃的条件，并由主火花塞(9)点燃主燃烧室(7)内的混合气，同时由辅助火花塞(10)点燃辅助燃烧室(8)内的混合气，执行所述的双火花点火模式。
13.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机在中等负荷工况时，所述内燃机执行火花控制的压燃模式。
14.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：当所述内燃机从冷启动和小负荷工况向中等负荷工况过渡，或者从大负荷工况向中等负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从双火花点火模式切换至火花控制的压燃模式，其过程是：增加主气缸(1)的EGR率，使其足够大，直至主火花塞(9)不再能够点燃主燃烧室(7)内的混合气，而来自于辅助燃烧室(8)被点燃的高温高压气体，喷射进入主燃烧室(7)，并诱发主燃烧室(7)内的混合气压燃，进入火花控制的压燃模式。这个切换是根据进入主气缸(1)的混合气浓度的不同自动进行切换的。
15.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：当所述内燃机从中等负荷工况向小负荷工况过渡，或者从中等负荷工况向大负荷工况过渡时，需要进行燃烧模式的切换，即从火花控制的压燃模式切换至双火花点火模式，其过程是：减少主气缸(1)EGR率，使其足够小，直至能够被始终保持工作状态的主火花塞(9)点燃主燃烧室(7)内的混合气为止，进入双火花点火模式。这个切换是根据进入主气缸(1)的混合气浓度的不同自动进行切换的。
16.根据权利要求3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述相位器(60)是一个三级行星轮减速机构，其具有三个功能，其一是调节主曲轴(12)与辅助曲轴(13)之间的旋转相位差β角的大小；其二是限定相位差β角的最大与最小值；其三是耦合主曲轴(12)与辅助曲轴(13)之间的旋转运动，将相位器(60)当成一个连接轴使用。
17.根据权利要求3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：相位器(60)包括：第三行星轮架(64)、紧固螺栓(70)、定位销(63)、第三行星轮(68)、第三行星轮销轴(66)、第二齿圈(71)、第三太阳轮(65)、第二行星轮架(73)、第二行星轮(74)、第二行星轮销轴(72)、第二太阳轮(75)、第一行星轮架(77)、第一行星轮(78)、第一行星轮销轴(79)、第一齿圈(76)、第一太阳轮(80)、电机轴(81)、电机(82)；
相位差β角大小的调节：
启动电机(82)，使电机轴(81)旋转，并带动与电机轴(81)同轴固定安装的第一太阳轮(80)旋转；进一步，驱动第一行星轮(78)绕第一行星轮销轴(79)旋转，由于第一行星轮(78)与第一齿圈(76)的啮合关系，导致第一行星轮架(77)做同轴同方向的减速旋转运动，完成第一级减速；进一步，第一行星轮架(77)的旋转带动与其同轴固定的第二太阳轮(75)旋转，并驱动第二行星轮(74)绕第二行星轮销轴(72)旋转，由于第二行星轮(74)与第二齿圈(71)的啮合关系，导致第二行星轮架(73)做同轴同方向的减速旋转运动，完成第二级减速；进一步，第二行星轮架(73)的旋转带动与其同轴固定的第三太阳轮(65)旋转，并驱动第三行星轮(68)绕第三行星轮销轴(66)旋转，由于第三行星轮(68)与第二齿圈(71)的啮合关系，导致第三行星轮架(64)做同轴同方向的减速旋转运动，完成第三级减速；所述第三行星轮架(64)通过紧固螺栓(70)与辅助曲轴(13)同轴固定，并通过定位销(63)将辅助曲轴(13)与第三行星轮架(64)在旋转方向上定位，因此，辅助曲轴(13)被当成相位器(60)的输出轴，而电机轴(81)则作为相位器的输入轴。电机轴(81)通过三级太阳轮/行星轮减速机构，使之输出同向旋转的低速大扭矩的辅助曲轴(13)的旋转运动，由此改变了辅助曲轴(13)的旋转相位，该相位就是所述的相位差β角；
相位差β角最大值和最小值的限制：
所述第三行星轮架(64)上固定安装有行星架限位凸台(67)，行星架限位凸台(67)具有第一边缘(83)和第二边缘(86)；第二齿圈(71)内固定安装有齿圈凸台(85)，齿圈凸台(85)具有第三边缘(84)和第四边缘(87)；当相位器(60)调节相位差β角时，第三行星轮架(64)与第二齿圈(71)发生相对旋转运动；当第一边缘(83)与第三边缘(84)相遇时，第二齿圈(71)与第三行星轮架(64)等速旋转，相位差β角不再发生变化，此时，相位差β角为最大；同理，当第二边缘(86)与第四边缘(87)相遇时，相位差β角也不再发生变化，此时，相位差β角为最小；由此，行星架限位凸台(67)和齿圈凸台(85)起到了相位差β角最大与最小相位限制的作用；
相位器(60)作为连接轴使用：
所述相位器(60)作为连接轴使用的唯一条件是电机轴(81)与辅助曲轴(13)以相同转速运行，此时，第三行星轮架(64)与第二齿圈(71)之间没有相对旋转运动。
18.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：主曲轴(12)和辅助曲轴(13)通过第一链轮(21)、链条(22)与第二链轮(23)连接，或通过齿轮连接，使辅助曲轴(13)的运动与主曲轴(12)的运动进行耦合。
19.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机为单缸内燃机或多缸直列式内燃机、V型、W型内燃机或对置式内燃机。
20.根据权利要求1、2和3所述的具有火花控制的压燃式内燃机，其特征在于：所述内燃机能够使用汽油、天然气和燃料乙醇等燃料。
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