技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及往復(fù)式內(nèi)燃機的高壓火花點火和分層設(shè)備，其中高度稀釋的充氣使用已知為“外部冷卻的EGR”裝置的裝置再循環(huán)預(yù)先冷卻的排氣。

背景技術(shù)：

往復(fù)式內(nèi)燃熱機的熱力學(xué)效率取決于多種因素，包括，第一，燃燒的持續(xù)時間和定相，該燃燒旨在提高被壓縮后再收集在燃燒室中的氣體的溫度；第二，與所述發(fā)動機內(nèi)壁接觸的所述氣體的損失；以及第三，所述氣體的膨脹率，所述膨脹允許所述氣體對所述發(fā)動機的活塞施加推力，以便將所述燃燒所釋放的熱能轉(zhuǎn)化成機械功。

然而，通過所述氣體在其膨脹時對所述活塞的推力所產(chǎn)生的正功在其可用于熱機的輸出軸之前，就部分地損失。這是由于通過所述發(fā)動機零件之間的機械摩擦，和通過驅(qū)動所述發(fā)動機的附件和輔助設(shè)備，在熱機的各種進氣導(dǎo)管和排氣回路中泵送和傳送所述氣體所產(chǎn)生的負功或阻力功所致。

因此，對于所消耗的給定量的燃料，往復(fù)式內(nèi)燃熱機的效率隨著由氣體壓縮-膨脹循環(huán)對所述發(fā)動機的活塞所做的正功的增加而提高，和隨著所述氣體進出所述發(fā)動機而產(chǎn)生的負功或阻力功和由所述發(fā)動機的機械裝置及其附件所產(chǎn)生的功的同時減少而提高。

為了盡可能有效地將燃燒釋放的熱轉(zhuǎn)化成機械功，可取的是在靠近所述發(fā)動機活塞的上止點，也就是說在等容下快速燃燒引入到熱機的氣缸內(nèi)的燃料空氣混合物。只要氣體溫度未達到高的致使所述氣體和發(fā)動機燃燒室的內(nèi)壁之間的熱交換變得過多的水平，上述仍然為真。只要由燃燒產(chǎn)生的氣壓梯度未導(dǎo)致過度噪音并且不是由爆燃造成的，其也仍然為真。

爆燃是在壓力和溫度的組合效應(yīng)下發(fā)生在一定時期后的自發(fā)氣體燃燒，并且產(chǎn)生非常大的壓力波，尤其是通過分離覆蓋在所述壁表面的絕緣空氣層，該壓力波還傾向于增加所述氣體和所述壁之間的熱交換。因此爆燃是不合需要的現(xiàn)象，降低了熱機的效率，也因熱力和機械過載而傾向于損害發(fā)動機的內(nèi)部構(gòu)件。

在往復(fù)式內(nèi)燃熱機的燃燒室中啟動燃燒的主要方法之中，能夠?qū)鸹c火、噴射前端的燃料自燃和壓縮點火進行區(qū)分，其中燃料自燃為柴油發(fā)動機的特性，而壓縮點火使用以縮寫詞CAI(用于受控自動點火)或HCCI(用于均化充量壓燃)為人熟知的方法。

受控點火發(fā)動機的燃燒速率主要取決于在被引入到所述發(fā)動機燃燒室的空氣燃料混合物中的空燃比和殘留燃燒氣體的內(nèi)容物，取決于為了燃燒所有所述混合物而必須被火焰覆蓋的距離，并且取決于所述混合物內(nèi)的微湍流，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c所述湍流大約成正比。

在狄賽爾循環(huán)中，燃燒速率主要由柴油燃料的噴射質(zhì)量和所述柴油燃料的十六烷值確定。在CAI或HCCI中，壓縮比、燃料空氣混合物的初始溫度和燃燒氣體的內(nèi)容物、所使用的燃料的特性和充氣的同質(zhì)性都是確定燃燒的啟動和速率的因素。不管啟動燃燒的方法，所述燃燒的速率確定能量釋放的速率，其通常表達成燃燒開始和結(jié)束之間的曲軸的旋轉(zhuǎn)度，遵循根據(jù)曲軸角位置示出燃燒的燃料的累積分數(shù)的曲線，一次一度。

不管往復(fù)式內(nèi)燃熱機的燃燒模式，實際上當熱氣和所述發(fā)動機內(nèi)壁之間的熱交換最少時，其效率總是較高。

應(yīng)當該指出的是，如果所述氣體和所述壁之間存在小的溫差，如果存在少量的或不存在增加以上所述功率交換的湍流對流，其中所述功率交換由簡單的熱傳導(dǎo)和輻射所致，以及如果所述氣體的單位體積質(zhì)量低，那么所述熱交換減少。

為減少熱氣和往復(fù)式內(nèi)燃熱機的內(nèi)壁之間的溫差，可提高所述壁的溫度，和/或可降低所述氣體的溫度。然而，這兩種布置在改善受控點火往復(fù)式內(nèi)燃熱機的效率中迅速達到其極限。

這是因為增加往復(fù)式內(nèi)燃熱機的燃燒室內(nèi)壁的溫度具有降低其填充能力的缺點：獲得與所述熱壁接觸的冷空氣或氣體混合物立即膨脹，從而降低所述發(fā)動機在進氣階段的體積效率，因此降低其整體效率。此外，通過這種方法過熱的冷空氣或氣體混合物使得發(fā)動機更易于爆燃，其必須通過提供較低的壓縮比/膨脹比，和/或提供延遲點火來彌補，盡管這兩種布置也降低了所述發(fā)動機的效率。為提高燃燒室內(nèi)壁的溫度，已進行過各種測試，如Toyota制造的具有陶瓷燃燒室和氣缸的所謂“絕熱”發(fā)動機的情況。該發(fā)動機就效率方面提供了非常有限的優(yōu)點，值得注意的是因為，畢竟，與其他發(fā)動機相比，過于高的壁溫往往增加了所述壁上的氣體的熱損失，而在其他發(fā)動機中，冷卻器壁對覆蓋了所有往復(fù)式內(nèi)燃熱機內(nèi)壁的隔熱空氣薄層的維護和功效更為有利。鑒于這些原因，“絕熱”發(fā)動機并未發(fā)展超越實驗階段。

作為提高燃燒室內(nèi)壁溫度的替代形式，能夠通過使用添加的空氣或可以或不可預(yù)先冷卻的排氣將氣體稀釋以降低其溫度，而這些排氣是由前一循環(huán)或多次循環(huán)獲得。通過使用未參與燃燒的氣體來稀釋被引入到往復(fù)式內(nèi)燃熱機燃燒室中的燃料空氣充氣，能夠增加所述充氣的總熱容，以便降低由所述燃燒釋放的給定能量的平均溫度。

此外，不管所使用的稀釋氣體，其有助于將燃燒釋放的熱轉(zhuǎn)化成機械功。然而，在受控火花點火發(fā)動機的情況下，燃料或氧過貧的混合物中的火焰?zhèn)鞑ヒ刺词遣豢赡艿摹Ｒ驗槿紵诜堑热菹掳l(fā)展至過分程度，這導(dǎo)致熱力學(xué)效率降低，以及高度不穩(wěn)定燃燒和點火失敗。

為稀釋被引入受控點火往復(fù)式內(nèi)燃熱機的氣缸中的充氣，而不會過分受到最后所提缺點的影響，存在將所述充氣分層的可替代途徑；也就是說，創(chuàng)建了以所述發(fā)動機點火點為中心的可燃的燃料空氣混合物的氣袋，其中所述氣袋被貧油混合物環(huán)繞，以所述貧混合物仍然大部分可燃的比例，用冷空氣和/或排氣使貧油混合物高度稀釋。

值得注意的是，由所述發(fā)動機燃燒室內(nèi)的氣體運動形成所述氣袋，所述運動特別是通過所述發(fā)動機進氣導(dǎo)管和所述室壁的幾何形狀，以及通過直接噴射到所述室內(nèi)的燃料射流的動力和形狀引起。

這種被稱為“分層充氣”方法的方法，通常要求使用直接燃料噴射，并且導(dǎo)致點火點周圍的充氣富油、剩余區(qū)域的充氣貧油、以及自始自終充氣富氧，從而在現(xiàn)代發(fā)動機中引起各種問題，特別是根據(jù)污染排放條例。

這是因為以這種方式分層的所述充氣必須包含足夠的氧氣，以確保點火點周圍一部分充氣的燃燒的良好啟動，以及在包括貧油區(qū)域的點火點周圍的剩余部分必須包含足夠的氧氣，以確保貫穿整個發(fā)動機燃燒室體積的所述燃燒及其傳播的良好發(fā)展。

過量氧氣使通過三元催化劑降低氮氧化合物成為不可能，其中過量氧氣是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的分層充氣發(fā)動機的操作的特征，三元催化劑一般用于受控點火發(fā)動機的排氣的后處理。

為彌補這個既影響分層充氣發(fā)動機又影響用過量氧氣操作貧混合物的發(fā)動機的問題，必須使用在氧化介質(zhì)中對氮氧化合物進行后處理的系統(tǒng)，諸如NOx捕集器或SCR(選擇性催化還原)，但是所述系統(tǒng)特別昂貴并且對燃料的質(zhì)量和硫含量敏感，而且笨重。

應(yīng)該指出的是，與分層充氣有關(guān)的問題包括燃料的延遲的直接噴射，其中該燃料是形成以點火點為中心的富油氣袋所需的，所述延遲的噴射導(dǎo)致產(chǎn)生大量危害健康的微粒。

與分層充氣方法關(guān)聯(lián)的另一個問題是其操作范圍在低載荷下過于受限，因此限制其在降低當前使用的機動車輛的燃料消耗方面的功效，特別是那些相對于其重量具有小氣缸容量的發(fā)動機的車輛。

通過提供如在CAI和HCCI方法中提出的充氣的壓縮點火，而不是火花點火，可避免涉及在氧化介質(zhì)中對氮氧化合物進行后處理的后一問題。這些點火方法導(dǎo)致幾乎不產(chǎn)生氮氧化合物的低溫燃燒，因此在無需對所述氧化物進行后處理的情況下，能夠用過量氧氣和/或最初在前一循環(huán)或多次循環(huán)中產(chǎn)生的燃燒氣體使充氣得以高度稀釋。由于它并非通過火花啟動，所以CAI或HCCI燃燒避免了來自單個點火點的火焰?zhèn)鞑ニ鶑娂拥募s束，如同燃燒在多個點自發(fā)啟動。然而，CAI和HCCI對能夠使其操作的一個或多個參數(shù)的任何變化尤為敏感，該參數(shù)包括例如充氣的初始溫度、其經(jīng)受的有效壓縮比、包含在其中的燃料質(zhì)量，和燃燒氣體內(nèi)容物。因為CAI或HCCI燃燒極快，所以其還生成高壓梯度，因此產(chǎn)生令人不愉快的聲發(fā)射。

此外，如同分層充氣方法，CAI和HCCI僅在相對低的載荷下操作，因此限制其降低當前使用的機動車輛中的燃料消耗的功效，特別是那些相對于其重量具有小氣缸容量的發(fā)動機的車輛。

使用(代表排氣再循環(huán))本領(lǐng)域技術(shù)人員已熟知的EGR方法，對使用分層充氣或具有過量氧氣的均化貧混合物的替代將取代被引入充氣中的過量氧氣。使用EGR的問題是，如果未使用冷卻(內(nèi)部EGR)，那么它增加熱機爆燃的敏感性，其不利地影響了發(fā)動機的效率，然而，如果在熱交換器(外部冷卻的EGR)中預(yù)先冷卻所述EGR，那么火焰的啟動和傳播變得無序且不穩(wěn)定。在所有情況中，難以將EGR與分層結(jié)合，其中貧油區(qū)域?qū)⒆兊貌荒苋紵?/p>

如所提及的，在靠近所述發(fā)動機的活塞上止點，也就是說以等容，并且壁體處具有最低可能的熱損失，對引入到任何往復(fù)式內(nèi)燃熱機的氣缸中的燃料空氣混合物優(yōu)選地是迅速燃燒。

在受控點火發(fā)動機的情況中，所述充氣的快速燃燒與通過氣體稀釋充氣的目標相沖突，其中該氣體未參與充氣的燃燒，以減少所述發(fā)動機內(nèi)壁上的熱損失，因為該類型氣體往往降低了大量含所述充氣的火焰的傳播速度。

為恢復(fù)較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，可增加燃料空氣混合物的?nèi)部湍流，但是所述湍流不得過度增加對流交換，其使壁體處的熱損失擴大，因此抵消了所期望的充氣稀釋效果。

恢復(fù)所述傳播速度的另一個方法可以是以增加充氣的密度和熱函為目標，增加內(nèi)燃熱機的壓縮比，充氣的密度和熱函這兩個因素都對所述傳播速度有利。

然而，該方法難以用于具有固定壓縮比的發(fā)動機中，在該發(fā)動機中提供明顯的高壓縮比會限制在低發(fā)動機速度下的扭矩，因此增加了機動車輛的平均燃料消耗。

關(guān)于這點，帶有可變壓縮比的內(nèi)燃熱機具有決定性優(yōu)點，即當高度稀釋被引入其氣缸中的充氣時，允許其壓縮比以受控的方式增加，特別地，如果用部分充氣操作所述發(fā)動機，則當較高稀釋和/或較少稀釋充氣時允許所述比減少。

相應(yīng)地，所述可變壓縮發(fā)動機允許被排氣高度稀釋后的充氣的燃燒，其中排氣具有低循環(huán)變化系數(shù)，也就是說在從一個循環(huán)到另一個循環(huán)并且從一個氣缸到另一個氣缸的燃燒速率差異小。

然而，應(yīng)該指出的是，在所述發(fā)動機活塞的上止點處，高壓縮比不利于將充氣的宏觀運動轉(zhuǎn)化為微湍流，所述微湍流有利于燃料空氣混合物中的火焰的快速傳播。

為克服此問題，可提供被稱為“擠流”型的燃燒室，該燃燒室在活塞到達其上止點附近時產(chǎn)生高湍流。

然而，擠流室的問題是必須將活塞帶至非常接近氣缸蓋，其伴有在所述活塞和所述氣缸蓋之間碰撞的風險，同時僅在上止點附近提供所期望的擠流效果，也就是說，相對于充氣的火花啟動點火的時刻相對遲。

擠流室的另一個缺點是其強烈促進了氣體和燃燒室內(nèi)壁之間的熱交換。

鑒于以上情況，尤為有利的是能夠提供用外部冷卻的EGR進行高度稀釋的化學(xué)計量充氣的快速燃燒，以這種方式，即在無需任何過量渦輪的情況下，用三元催化劑可對污染產(chǎn)品進行后處理，其中所述渦輪抵消了壁體處熱損失的減少，這是通過所述EGR稀釋所述充氣的所期望的效果。同樣尤為有利的是在熱機的盡可能廣泛的操作范圍內(nèi)，布置高度稀釋的化學(xué)計量的充氣的燃燒。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明并且根據(jù)特定實施例，為滿足該目的，克服關(guān)于內(nèi)燃機的現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的各種上述問題，并且能夠以經(jīng)濟、清潔和節(jié)能的方式使用這些發(fā)動機，使得往復(fù)式內(nèi)燃機的高壓火花點火和分層設(shè)備帶有高度稀釋充氣的目的：

·創(chuàng)建具有低EGR含量的化學(xué)計量的燃料空氣混合物的氣袋，該氣袋形成所謂的小體積和質(zhì)量的“試點”充氣，其盡可能以點火點為中心，即使在高壓縮比下的操作中仍為局部湍流，產(chǎn)生于壓縮階段的最合適的時刻，然后通過火花塞電極之間的電弧放電點燃。

其具有以下目的：

·在往復(fù)式內(nèi)燃機的廣泛操作范圍內(nèi)，使用所述試點充氣的燃燒提供被稱為“主要”充氣的化學(xué)計量充氣的點火和燃燒，其中在進氣和/或壓縮階段提前準備該“主要的”充氣，且其通過與冷卻器相互作用的排氣放出設(shè)備所供給的外部冷卻的EGR進行高度稀釋。

其具有以下效果：

·在環(huán)繞點火點的試點充氣內(nèi)和所述試點充氣和主充氣之間的接觸面處生成局部高湍流，以便促進寬火焰前鋒在三維空間的燃燒室中的迅速發(fā)展，同時在所述主充氣內(nèi)保留全局的中度湍流，以便限制所述主充氣的熱氣和所述室的內(nèi)壁之間的對流熱交換；

以及其具有以下結(jié)果：

·允許具有非常高的外部冷卻EGR含量的化學(xué)計量充氣燃燒；

·促進接近等容線的所述化學(xué)計量充氣的快速、規(guī)則的燃燒；

·受益于過量空氣中所使用的分層充氣的高能效，但是通過用外部冷卻的EGR進行高度稀釋的化學(xué)計量充氣分層的方式，以便允許使用簡單的三元催化轉(zhuǎn)換器對由燃燒產(chǎn)生的污染物進行后處理，因此避免使用昂貴、笨重的NOx捕集器或選擇性催化還原(SCR)設(shè)備；

·將操作載荷的范圍從最低載荷極大擴展到相對高或非常高的載荷，并且極大擴展對分層效率的積極影響；

·顯著減少所有機動車輛的燃料消耗，包括小功率車輛和熱電混合動力車輛，其中被稱為“尺寸減小”的諸如氣缸容量減小或氣缸失活的方法對發(fā)動機性能具有較小的或無積極影響，根據(jù)本發(fā)明，并非通過將發(fā)動機操作重新布置在提供最佳能效的發(fā)動機速度載荷范圍內(nèi)，而是通過在所述發(fā)動機的幾乎全部操作范圍內(nèi)增加能效，來實現(xiàn)所述消耗的減少；

·使高水平減小發(fā)動機尺寸對降低機動車輛的平均消耗的必要性降低，所述的高水平減小尺寸顯著增加了所述車輛的生產(chǎn)陳本，尤其是因為在這些情況中要求有高性能的增壓器系統(tǒng)；

·尤其是通過減少對發(fā)動機燃燒室的高表面/體積比的熱力學(xué)效率的不利影響，允許生產(chǎn)具有高能效的極低氣缸容量的發(fā)動機，其中高表面/體積比導(dǎo)致高的熱損失，根據(jù)本發(fā)明，由于用外部冷卻的EGR高度稀釋所述充氣，所以這可通過顯著降低所述發(fā)動機的平均充氣溫度來實現(xiàn)，所述稀釋自然降低了所述發(fā)動機的所述熱損失；

·能夠使發(fā)動機以高壓縮比操作以便增加熱力學(xué)效率，一方面，通過對主充氣爆燃的高阻抗，另一方面，通過對試點充氣爆燃的高阻抗使其成為可能，其中主充氣爆燃是因用外部冷卻的EGR高度稀釋所致，試點充氣爆燃是因其臨近點火點和其隨之發(fā)生的快速燃燒所致；

·由于將外部冷卻的EGR大規(guī)模引入發(fā)動機氣缸具有使所述發(fā)動機進氣壓力增加的效果，并因此對于給定操作點，發(fā)動機的蝶型閥打開較寬，自然減少了發(fā)動機的泵送損失，所述泵送損失的自然減少降低了使用用于可變升降進氣閥以減少所述損失的復(fù)雜且昂貴的設(shè)備的必要性；

·在壓縮階段避免汽油噴射延遲，這是在過量空氣中操作的分層充氣發(fā)動機的操作特性，從而避免了在燃燒期間大規(guī)模產(chǎn)生微粒，并且因此避免了對昂貴且笨重的粒子過濾器的使用，該過濾器用于對所述微粒進行后處理；

·能夠使用多點汽油噴射系統(tǒng)對充氣進行分層，其中多點汽油噴射作為通常用于對充氣分層的直接汽油噴射的替代，后者的噴射形式更為復(fù)雜昂貴；

·提供免于對燃燒室和進氣導(dǎo)管的內(nèi)部幾何形狀約束，和/或免于因根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用被分層充氣所強加的噴射器射流對位置和形狀的約束，所述約束起因于需要提供可燃氣袋，其中可燃氣袋大約以點火點為中心并且在燃燒室和進氣導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)致各種空氣動力學(xué)布置，主要根據(jù)術(shù)語“壁體引導(dǎo)”、“空氣引導(dǎo)”和“噴霧引導(dǎo)”已知，然而通過使用根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備事實上免除了這些約束，所述點火設(shè)備在所述室和所述導(dǎo)管的設(shè)計中提供了更大的自由；

·允許在低的單一氣缸容量的發(fā)動機中用外部冷卻的EGR對充氣分層，其中，首先，小缸徑與直接噴射的兼容性差甚至不兼容，其中直接噴射要求在噴射射流點和燃燒室壁體之間距離最小，其次，對于從使用過量氧氣操作的分層充氣的優(yōu)點中獲得的足夠好處而言，當前使用的平均充氣可能過高，其中在低載荷下操作過于受限，或者其中，再次，相對于預(yù)期的車輛的所述發(fā)動機類別，所述分層充氣和相關(guān)聯(lián)的后處理設(shè)備的總體生產(chǎn)成本過高；

·提供發(fā)動機的快速升溫，尤其是因為經(jīng)由通過所述發(fā)動機的冷卻水加熱的空氣/水熱交換器來冷卻再循環(huán)排氣，該快速升溫尤其使所述發(fā)動機的潤滑油粘度和關(guān)聯(lián)摩擦損失的減少成為可能，當機動車輛用于以所述發(fā)動機的冷起動開始的短途時，這可導(dǎo)致其較低的燃料消耗，因為所述車輛的乘客艙在冬季較快地升溫，所以所述快速升溫也具有改善所述車輛的乘客舒適的優(yōu)點；

·以有限的成本極大降低了所有機動車輛的汽油消耗和關(guān)聯(lián)的二氧化碳排放。

應(yīng)該指出的是，根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備也可用于通過過量氧氣操作的非化學(xué)計量的發(fā)動機中。

還應(yīng)該指出的是，根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備可應(yīng)用到任何具有固定或可變壓縮比和/或氣缸容量的往復(fù)式內(nèi)熱機，但是當將該設(shè)備用于具有至少一個可變壓縮比的發(fā)動機中時，其可提供更優(yōu)的操作，由于極高載荷下的卓越效率，并且由于即使在沒有外部冷卻的EGR的情況下，使用暫時性低壓縮比處理所述極高負載的獨特能力，所以這類發(fā)動機能夠從高水平減小尺寸中受益，并且也能夠在低載荷和中間載荷下從極高速率的外部冷卻EGR中受益，其中在低載荷和中間載荷下，通過暫時性高壓縮比能夠燃燒。但不排除任何其他應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的點火裝置尤為適合用于為機動車輛提供動力的往復(fù)式內(nèi)燃機。

根據(jù)本發(fā)明，用于內(nèi)燃機的高壓火花點火和分層設(shè)備包括：

·容納在內(nèi)燃機氣缸蓋中的至少一個分層閥，所述閥門通過至少一個彈簧與底座保持接觸，并且所述閥門關(guān)閉至少一個分層導(dǎo)管的第一端，所述第一端通向分層預(yù)燃室，而所述導(dǎo)管包括的第二端通向分層室，后者通過至少一個分層噴射導(dǎo)管連接到內(nèi)燃機的燃燒室，所述噴射導(dǎo)管通向所述燃燒室，該燃燒室靠近被固定在內(nèi)燃機氣缸蓋中的突出電極，所述電極被放置在所述發(fā)動機的燃燒室中；

·由內(nèi)燃機的ECU計算機控制的至少一個分層致動器，所述致動器負責提升分層閥離開其底座，保持其打開，并且將其返回到其底座；

·將分層預(yù)燃室連接到分層壓縮機出口的至少一個分層管線，分層壓縮機的進口直接或間接連接到大氣分層空氣供給導(dǎo)管，所述供給導(dǎo)管、所述壓縮機及其進口與出口、所述管線、所述預(yù)燃室和所述分層導(dǎo)管組合形成分層室的大氣供給回路，并且所述室本身形成所述回路的組成部分；

·由內(nèi)燃機的ECU計算機控制的至少一個分層燃料噴射器，所述噴射器能夠在分層室的大氣供給回路內(nèi)的所述回路任何點處，或在分層噴射導(dǎo)管內(nèi)，或在所述回路和所述導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生燃料射流；

·由內(nèi)燃機的ECU計算機控制的至少一個再循環(huán)預(yù)先冷卻排氣裝置，其被稱為“外部冷卻的EGR”裝置，所述裝置能夠從所述發(fā)動機的排氣導(dǎo)管中放出排氣，并且在通過至少一種冷卻器預(yù)先冷卻所述氣體后，再將所述氣體再引入所述發(fā)動機的進氣側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層閥底座，其具有朝分層預(yù)燃室外部取向的正面，使得分層致動器只有通過移動所述閥門遠離所述預(yù)燃室才可提升所述底座的所述閥門。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層閥底座，其具有朝向分層預(yù)燃室內(nèi)部取向的底座，使得分層致動器只有通過移動所述閥門接近所述預(yù)燃室才可提升所述底座的所述閥門。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層致動器，其由固定到內(nèi)燃機氣缸蓋的至少一個導(dǎo)線的線圈組成，所述線圈在電流流過所述線圈時吸引磁芯或葉片，使得所述一個芯或葉片縱向平移分層閥，其中芯或葉片通過線圈推拉裝置連接分層閥。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層致動器，其由至少一個壓電層疊層組成，當所述層經(jīng)受電流通過時，厚度發(fā)生變化，使得所述堆疊縱向平移分層閥，其中該堆疊通過堆疊推拉裝置連接分層閥。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括壓電層疊層，其通過至少一個杠桿連接到分層閥，該杠桿將所述疊層給予的位移倍增到所述閥門。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層致動器，其由包括氣動分層接收室和氣動分層接收活塞的氣動分層致動氣缸組成，所述活塞固定到分層閥或者通過氣動活塞推拉裝置連接至其中，而所述分層室可經(jīng)安放通過至少一個電磁閥與高壓空氣儲備室或空氣連通，或者與低壓空氣儲備室連通。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層致動器，其由包括液壓分層接收室和液壓分層接收活塞的液壓分層致動氣缸組成，所述活塞固定到分層閥或者通過液壓活塞推拉裝置連接至后者。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括液壓分層接收室，該液壓分層接收室通過至少一個高壓電磁閥和/或至少一個低壓電磁閥，可連接到高壓液壓控制儲液室或連接到低壓液壓控制儲液室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括通過液壓控制泵加壓的高壓液壓控制儲液室，所述泵傳送從低壓液壓控制儲液室放出的液壓液體，使得該液體可被傳送至所述高壓液壓控制儲液室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層燃料噴射器，其被連接到加壓可燃氣體的儲備室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括含均化循環(huán)器的用于分層室的大氣供給回路，所述循環(huán)器被安放在所述回路的任何點，并且通過使所述空氣或所述混合物循環(huán)通過所述回路而聚集所述回路中包含的大氣或氣體混合物。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于分層室的大氣供給回路，其包括用于加熱供給回路的氣對氣熱交換器，該交換器通過從內(nèi)燃機的排氣中提取熱，加熱所述回路中包含的大氣或氣體混合物，所述空氣或氣體混合物和所述排氣在未互相混合的情況下同時通過所述交換器。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于分層室的大氣供給回路，其包括用于加熱供給回路的至少一個電阻，該電阻加熱所述回路中包含的大氣或氣體混合物。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層室的大氣供給回路的內(nèi)表面，其完全或部分被絕熱材料覆蓋。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于分層室的大氣供給回路，其包括用于冷卻供給回路的空氣對冷卻水熱交換器，該交換器通過將所述大氣或氣體混合物中的熱讓與到內(nèi)燃機的冷卻回路所包含的導(dǎo)熱液體，冷卻所述回路所包含的大氣或氣體混合物。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層室，其包括相切的至少一個進口和/或至少一個出口。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于分層室的大氣供給回路，其包括至少一個攪拌室，該攪拌室將湍動給予在所述回路中移動的氣體混合物，或者使所述氣體混合物經(jīng)受快速壓力變化。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括含至少一個排出閥的分層管線，該排出閥在所述管線中占優(yōu)勢的特定壓力下打開。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括含至少一個排出電磁閥的分層管線和/或分層壓縮機的出口和/或分層預(yù)燃室，其中排出電磁閥的出口通向內(nèi)燃機的進氣側(cè)，或通向容器罐，或通向儲備室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括連接到蓄壓器的分層壓縮機的出口，其中蓄壓器儲存由所述壓縮機預(yù)先加壓的大氣或氣體混合物，所述蓄壓器也直接或間接與分層管線和分層預(yù)燃室連通，以便使所述管線和所述預(yù)燃室保持在壓力之下。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于再循環(huán)預(yù)先冷卻的排氣的裝置，其稱為“外部冷卻的EGR”裝置，該裝置由安置在內(nèi)燃機排氣歧管上的至少一個比例式提升EGR放液閥，或者至少一個比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液瓣閥，或者至少一個比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液套閥組成，所述閥門或所述瓣閥或所述套閥能夠?qū)⑺銎绻馨卜懦膳c外部EGR供給導(dǎo)管連通，朝著通向所述歧管端的該導(dǎo)管對立端通向內(nèi)燃機的進氣增壓室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括放置在排氣歧管上的比例式提升EGR放液閥，或比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液瓣閥，或比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液套閥，其與所述歧管的至少一個出口所包括的至少一個比例式提升排氣回壓閥，或比例式旋轉(zhuǎn)排氣回壓瓣閥，或比例式旋轉(zhuǎn)排氣回壓套閥協(xié)作。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層EGR冷卻器，其為外部EGR供給導(dǎo)管中的高溫空氣對水交換器，其冷卻了從內(nèi)燃機的排氣導(dǎo)管中放出的排氣，所述排氣將其一些熱讓與所述內(nèi)燃機的冷卻回路所包含的導(dǎo)熱液體。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層EGR冷卻器，其為外部EGR供給導(dǎo)管中的低溫空氣對水交換器，其冷卻了從內(nèi)燃機的排氣導(dǎo)管中放出的排氣，所述排氣將其一些熱讓與獨立冷水回路所包含的導(dǎo)熱液體，其中所述內(nèi)燃機包括獨立冷水回路。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層室，其由形成于圓柱孔內(nèi)的環(huán)形腔組成，其中火花塞所包括的圓柱形密封尖端嵌入到該圓柱孔內(nèi)，所述孔通向內(nèi)燃機的燃燒室。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層噴射導(dǎo)管，該導(dǎo)管由至少一個分層噴射通道組成，所述噴射通道的第一端與分層室連通，其第二端在火花塞所包括的圓柱形密封尖端的內(nèi)部和中心絕緣錐體之間打開。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層噴射導(dǎo)管，其由至少一個分層噴射毛細管組成，該毛細管形成于火花塞所包括的中心電極內(nèi)部，使得所述毛細管的第一端與分層室連通，所述毛細管的第二端在所述中心電極的端部處打開。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層噴射導(dǎo)管，其由至少一個外圍分層噴嘴組成，該噴嘴的第一端與分層室連通，其第二端在火花塞的外圍打開，所述第二端大致指向所述火花塞所包括的電極。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括至少組合并入到至少一個盒座內(nèi)的至少分層閥、底座、彈簧、或分層導(dǎo)管的全部或部分、分層預(yù)燃室和分層致動器，所述盒座被固定在或擰入內(nèi)燃機的氣缸蓋內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括分層管線和/或分層壓縮機的出口和/或分層預(yù)燃室，其包括空氣燃料混合物的至少一個閥門或噴射器，使得能夠保持污染物后處理催化轉(zhuǎn)換器溫度，所述類型的閥門或噴射器能夠?qū)⒖諝馊剂匣旌衔飶乃龉芫€或從所述出口或從所述預(yù)燃室傳送至內(nèi)燃機的排氣導(dǎo)管，其中通過所述導(dǎo)管的任何點處的所述類型的閥門或噴射器將所述混合物引入所述導(dǎo)管中，其中所述導(dǎo)管被放置在所述發(fā)動機的排氣閥和所述發(fā)動機的催化轉(zhuǎn)換器之間。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備包括用于將催化轉(zhuǎn)換器保持在一定溫度的空氣燃料混合物的閥門或噴射器，其被連接到內(nèi)燃機的排氣導(dǎo)管，按照催化轉(zhuǎn)換器溫度維持空氣燃料混合物導(dǎo)管。

附圖說明

參考附圖，通過非限制性實例提供的以下描述，將幫助理解本發(fā)明、其特征及優(yōu)點，本文可提供：

圖1為根據(jù)本發(fā)明安裝在往復(fù)式內(nèi)燃機上的高壓火花點火和分層設(shè)備示意圖。

圖2和圖3為根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的截面示意圖，其中分層閥分別處于關(guān)閉位置，再然后處于打開位置，通過由導(dǎo)線線圈組成的分層致動器能夠使所述閥門提升離開其底座，所述導(dǎo)線線圈通過線圈推拉裝置能夠吸引被連接到所述閥門的磁芯。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的截面示意圖，其中通過由壓電層疊層組成的分層致動器可使分層閥提升離開其底座，其中壓電層疊層通過疊層推拉裝置連接到所述閥門。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的截面示意圖，其中通過由液壓分層致動氣缸組成的分層致動器可使該設(shè)備的分層閥提升離開其底座，該氣缸的液壓分層接收活塞通過液壓活塞推拉裝置連接到所述閥門。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的各種部件的第一變體布置，所述設(shè)備被應(yīng)用到具有由渦輪增壓器增壓的并列四氣缸的往復(fù)式內(nèi)燃機中，所述變體尤其包括均化循環(huán)器、比例式提升EGR放液閥和比例式提升排氣回壓閥。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的各種部件的第二變體布置，所述設(shè)備被應(yīng)用到具有由渦輪增壓器增壓的并列四氣缸的往復(fù)式內(nèi)燃機中，所述變體尤其包括儲存由分層壓縮機加壓的大氣或氣體混合物的蓄壓器、連接到加壓可燃氣體儲備室的分層燃料噴射器、比例式提升EGR放液閥和比例式提升排氣回壓瓣閥。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備的各種部件的第三變體布置，所述設(shè)備被應(yīng)用到具有由渦輪增壓器增壓的并列四氣缸的往復(fù)式內(nèi)燃機中，所述變體尤其包括用于加熱大氣供給回路的氣對氣熱交換器、比例式提升EGR放液套閥和比例式提升排氣回壓閥套閥。

具體實施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括高壓火花點火和分層設(shè)備2的內(nèi)燃機1。

內(nèi)燃機1包括發(fā)動機組或曲軸箱3，其包含由氣缸蓋8封閉的至少一個燃燒氣缸4，并且燃燒活塞5在該氣缸中移動。

燃燒活塞5被鉸接安裝在連接到曲軸7的連桿6上，當所述活塞5在燃燒氣缸4內(nèi)移動時，所述連桿6將所述燃燒活塞5的運動傳送至所述曲軸7。

內(nèi)燃機1的氣缸蓋8包括燃燒室9，一方面，存在可或不可被進氣閥13封閉的進氣導(dǎo)管11通向其中，并且該進氣導(dǎo)管與進氣增壓室19連通，另一方面，存在可或不可被排氣閥12封閉的排氣導(dǎo)管10通向其中，并且該排氣導(dǎo)管與排氣歧管18以及與用于污染物后處理的催化轉(zhuǎn)換器75連通。

內(nèi)燃機1還包括冷卻導(dǎo)管17和計算機ECU。

圖1至圖8示出根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備2。

高壓火花點火和分層設(shè)備2包括至少一個容納在內(nèi)燃機氣缸蓋8中的分層閥20。

所述閥門通過至少一個彈簧22與底座21保持接觸，所述閥門關(guān)閉通向分層室79的至少一個分層導(dǎo)管23的第一端，而所述導(dǎo)管所包括的第二端通向分層室24。

分層室24通過至少一個分層噴射導(dǎo)管39連接到內(nèi)燃機1的燃燒室9，所述噴射導(dǎo)管39通向所述燃燒室9，其中該燃燒室靠近被固定到內(nèi)燃機1的氣缸蓋8上的火花塞25的突出電極26，所述電極被放置在所述發(fā)動機1的燃燒室9中。

根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備2的一個特定實施例，所述火花塞25可與那些適于諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的受控點火內(nèi)燃機相同或相似。

應(yīng)該指出的是，彈簧22可直接或間接通過分層閥20上的固體或液體動作，然而它可以是任何材料的機械，可以彎曲、扭轉(zhuǎn)或拉伸操作，并且可以是，例如“貝氏”彈簧墊圈、螺旋形彈簧或片簧、波形彈簧墊圈或具有任何其他幾何形狀，并且可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何類型的彈簧墊圈。

在特定實施例中，使用氣體的可壓縮性能，所述彈簧22也可是氣動的，或者使用液體的可壓縮性能，該彈簧也可是液壓的。

應(yīng)該指出的是高壓火花點火和分層設(shè)備2包括由內(nèi)燃機1的計算機ECU控制的至少一個分層致動器27，所述致動器負責提升分層閥20離開其底座21、保持其打開并且將其返回到其底座。

高壓火花點火和分層設(shè)備2還包括將分層預(yù)燃室79連接到分層壓縮機29的出口的至少一個分層管線28，其中分層壓縮機29的進口直接或間接連接到分層大氣供給回路30(譯者注：原文似有誤，“導(dǎo)管”應(yīng)改為“回路”)。

所述供給導(dǎo)管、所述壓縮機和其中的進口與出口、所述管線、所述預(yù)燃室和分層導(dǎo)管23組合形成分層室24的大氣供給回路31，和所述室本身形成所述回路的組成部分。

應(yīng)該指出的是，分層壓縮機29可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何類型的壓縮機，所述壓縮機具有固定的氣缸容量或可變的氣缸容量，具有活塞、輪葉、有或沒有潤滑的螺絲，可以是單級壓縮機、雙級壓縮機或多級壓縮機，或者可或不可具有中間冷卻。

根據(jù)體現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的高壓火花點火和分層設(shè)備2的所選方式，所述分層壓縮機29尤其可直接或間接固定至內(nèi)燃機1，并且經(jīng)由至少一個小齒輪，或經(jīng)由至少一個鏈條，或經(jīng)由至少一條傳送帶，或經(jīng)由具有固定或可變傳動比的變速器，通過所述發(fā)動機所包括的曲軸7機械驅(qū)動，或者經(jīng)由交流發(fā)電機通過所述曲軸電力驅(qū)動，該交流發(fā)電機可產(chǎn)生驅(qū)動所述壓縮機的電動機所要求的電流，在這種情況下，由所述交流發(fā)電機所產(chǎn)生的電能可或不可被提前儲存在電池中。

高壓火花點火和分層設(shè)備2還包括由內(nèi)燃機1的ECU計算機控制的至少一個分層燃料噴射器33，所述噴射器能夠在分層室24的大氣供給回路31內(nèi)或分層噴射導(dǎo)管39內(nèi)，或所述回路和所述導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生燃料射流，其中分層室24處于所述回路中的任何點處。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個特定實施例，所述分層燃料噴射器33可噴射液態(tài)或氣態(tài)燃料，并且可以是電磁類型或壓電類型的單級噴射器或多級噴射器，或者通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何類型的單級噴射器或多級噴射器。

如圖6、7和8所示，高壓火花點火和分層設(shè)備2至少包括用于再循環(huán)預(yù)先冷卻的排氣40的裝置，其稱為“外部冷卻的EGR”裝置，由ECU計算機控制，這些預(yù)先冷卻的排氣再循環(huán)裝置40能夠從內(nèi)燃機1的排氣導(dǎo)管10中放出排氣，再然后在所述氣體通過至少一個冷卻器41冷卻后，將所述氣體再次引入到所述發(fā)動機的進氣側(cè)。

在某些實施例中，高壓火花點火和分層設(shè)備2包括分層閥20，其底座21具有朝向分層預(yù)燃室79外部取向的正面，使得分層致動器27只有通過移動所述閥遠離所述預(yù)燃室，才可提升所述底座的所述閥(圖2至圖5)。

根據(jù)另一個實施例，高壓火花點火和分層設(shè)備2包括分層閥20，其底座21具有朝向分層預(yù)燃室79內(nèi)部取向的正面，使得分層致動器27只有通過移動所述閥朝向所述預(yù)燃室，才可提升所述底座的所述閥。

如圖2和圖3所示，分層致動器27可由固定到內(nèi)燃機1氣缸蓋8的導(dǎo)線50的至少一個線圈組成，所述線圈在電流流過所述線圈時吸引磁芯或葉片51，使得所述一個芯或葉片縱向平移分層閥20，其中芯或葉片通過線圈推拉裝置42連接至分層閥20。

圖4示出分層致動器27可由壓電層52的至少一個疊層組成，當所述層經(jīng)受電流通過時，其厚度發(fā)生變化，使得所述疊層縱向平移分層閥20，其中疊層通過疊層推拉裝置80連接至分層閥20。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的變體，壓電層52的疊層可經(jīng)由至少一個杠桿(未示出)連接到分層閥20，其中所述杠桿將所述疊層給予的位移倍增到所述閥門。

例如，所述杠桿可由墊圈組成，墊圈本身由一些列接合成圓形的小杠桿構(gòu)成，一方面，每個小杠桿直接或經(jīng)由疊層推拉裝置80靠在壓電層52的疊層的頂部，另一方面，靠在分層閥20上。

根據(jù)另一個實施例，高壓火花點火和分層設(shè)備2，分層致動器27可由包括分層氣動接收室和分層氣動接收活塞的分層氣動致動氣缸(未示出)組成，所述活塞被固定到分層閥20或者通過氣動活塞推拉裝置連接至其中，而所述氣動室可經(jīng)安放通過至少一個電磁閥與高壓空氣儲備室或空氣或低壓空氣儲備室連通。

根據(jù)圖5中描繪的另一個變體，高壓火花點火和分層設(shè)備2可包括分層致動器27，其由分層液壓致動氣缸36組成并且包括分層液壓接收室37和分層液壓接收活塞38，所述活塞被固定到分層閥20或者通過液壓活塞推拉裝置53連接到其中。

所述液壓分層接收活塞38可包括密封與其相互作用的氣缸的密封件，并且液壓分層接收室37通過至少一個高壓電磁閥和/或至少一個低壓電磁閥，可連接到高壓液壓控制儲液室或低壓液壓控制儲液室。

高壓火花點火和分層設(shè)備2可包括未示出的通過液壓控制泵加壓的高壓液壓控制儲液室，所述泵將從低壓液壓控制儲液室放出的液壓液體傳送至所述高壓液壓控制儲液室。

根據(jù)一個特定實施例，高壓火花點火和分層設(shè)備2包括分層燃料噴射器33，該噴射器可連接到加壓可燃氣體的儲備室55(圖7)，能夠通過所述噴射器33噴射所述氣體，并且所述氣體能夠是壓縮的天然氣或可被往復(fù)式內(nèi)燃機使用的任何其他可燃氣體。

分層室24的大氣供給回路31可包括安放在所述回路任何點處的均化循環(huán)器56，并且通過使所述空氣或所述混合物循環(huán)通過所述回路，而攪動所述回路中包含的大氣或氣體混合物。

圖6和圖8示出分層室24的大氣供給回路31，其包括用于加熱所述回路31的氣對氣熱交換器57，該交換器通過從內(nèi)燃機1的排氣中提取熱而加熱所述回路31中包含的大氣或氣體混合物，所述空氣或氣體混合物和所述排氣在未互相混合的情況下同時通過所述交換器57。

根據(jù)高壓火花點火和分層設(shè)備2的一個特定實施例，分層室24的大氣供給回路31包括用于加熱供給回路的至少一個電阻(未示出)，該電阻加熱所述回路中包含的大氣或氣體混合物。

應(yīng)該指出的是分層室24的大氣供給回路31的內(nèi)表面可完全或部分被絕熱材料覆蓋，該材料可以是陶瓷、空氣，或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他絕熱裝置。

例如，所述內(nèi)表面還可被諸如聚四氟乙烯的無粘性材料覆蓋，或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他涂層覆蓋，并且能夠避免來源于燃料聚合的任何產(chǎn)品粘附到所述表面，其中所述燃料在所述供給回路31中循環(huán)。

圖7示出分層室24的大氣供給回路31，其包括用于冷卻供給回路58的空氣對冷卻水熱交換器，該交換器通過將所述大氣或氣體混合物中的熱讓與到內(nèi)燃機的冷卻回路17所包含的導(dǎo)熱液體，冷卻所述回路所包含的大氣或氣體混合物。

根據(jù)未示出的一個實施例，分層室24包括相切的至少一個進口和/或至少一個出口，使得當所述空氣或混合物被引入所述室時，所述進口和/或出口能將渦流運動給予來自分層管線28的大氣或氣體混合物。

分層室24的大氣供給回路31還可包括未示出的至少一個攪拌室，該攪拌室將湍動給予在所述回路中移動的氣體混合物，或者使所述氣體混合物經(jīng)受快速壓力變化，例如所述攪拌室能夠形成文丘里效應(yīng)，以便一方面促使所述混合物中包含的燃料的蒸發(fā)，另一方面促使所述混合物的聚集。

根據(jù)一個特定實施例，高壓火花點火和分層設(shè)備2包括可包括至少一個排出閥59的分層管線28，該排出閥在所述管線中占優(yōu)勢的特定壓力下打開，根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例，來自所述排出閥59的出口能夠通向進氣增壓室19或內(nèi)燃機1的排氣回路10，或通向空氣(圖8)。

分層管線28和/或分層壓縮機29的出口和/或分層預(yù)燃室79還可包括至少一個排出電磁閥，其出口通向內(nèi)燃機的進氣側(cè)，或通向未示出的容器罐，或通向未示出的儲備室。

應(yīng)該指出的是，當內(nèi)燃機1停止時，所述電磁閥可經(jīng)致動打開，這樣所述容器罐或所述儲備室儲存了所述分層管線28和/或分層壓縮機29的所述出口和/或所述分層預(yù)燃室79中所包含的大部分烴蒸汽，然后所述蒸汽在隨后重啟所述發(fā)動機時燃燒，或者以這樣的方式，即當蒸汽通過所述電磁閥被排到所述發(fā)動機的進氣側(cè)時，所述發(fā)動機立即燃燒所述蒸汽。

圖7示出分層壓縮機29的出口可連接到蓄壓器60，該蓄壓器儲存由所述壓縮機預(yù)先加壓的大氣或氣體混合物，所述蓄壓器也直接或間接與分層管線28和分層預(yù)燃室79連通，以便使所述管線和所述預(yù)燃室保持在壓力之下。

例如，所述蓄壓器60尤其用于在以下情況中穩(wěn)定在這些構(gòu)件中建立的壓力，即分層壓縮機29包括以低速旋轉(zhuǎn)的單活塞，該配置在所述構(gòu)件中生成高振幅壓力波。

高壓火花點火和分層設(shè)備2包括用于再循環(huán)預(yù)先冷卻的排氣的裝置40，其稱為“外部冷卻的EGR”裝置，該裝置由安置在內(nèi)燃機1排氣歧管18上的至少一個比例式提升EGR放液閥63(圖6)，或至少一個比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液瓣閥64(圖7)，或至少一個比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液套閥65(圖8)組成，所述閥門或所述瓣閥或所述套閥能夠?qū)⑺銎绻馨卜懦膳c外部EGR供給導(dǎo)管66連通，朝著通向所述歧管端的該導(dǎo)管對立端通向內(nèi)燃機的進氣增壓室19。

放置在排氣歧管18上的至比例式提升EGR放液閥63，或比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液瓣閥64，或比例式旋轉(zhuǎn)EGR放液套閥65與所述歧管的至少一個出口所包括的至少一個比例式提升排氣回壓閥67(圖6)，或比例式旋轉(zhuǎn)排氣回壓瓣閥68(圖7)，或比例式旋轉(zhuǎn)排氣回壓套閥69(圖8)協(xié)作。

圖6至圖8示出分層EGR冷卻器41，其為在外部EGR供給導(dǎo)管中的高溫空氣對水交換器，該交換器冷卻了從內(nèi)燃機1的排氣導(dǎo)管10中放出的排氣，所述排氣將其一些熱讓與所述內(nèi)燃機的冷卻回路17所包含的導(dǎo)熱液體。

圖6至圖8也示出分層冷卻器41，其為在外部EGR供給導(dǎo)管中的低溫空氣對水交換器，該交換器冷卻了從內(nèi)燃機1的排氣導(dǎo)管10中放出的排氣，所述排氣將其一些熱讓與所述內(nèi)燃機包括的獨立冷水回路所包含的導(dǎo)熱液體。應(yīng)該指出的是，所述冷水回路可以是所述發(fā)動機所包括的充氣冷卻器，此類回路對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。

圖3至圖5示出分層室24由形成于圓柱孔46中的環(huán)形腔45組成，其中火花塞25所包括的圓柱形密封尖端44嵌入到該圓柱孔中，所述孔46通向內(nèi)燃機1的燃燒室9。

如圖2和圖3所示，分層噴射導(dǎo)管39可由至少一個分層噴射管道15組成，該噴射管道的第一端與分層室24連通，第二端在火花塞25所包括的圓柱形密封尖端44的內(nèi)部和中心絕緣錐體43之間打開。

然而，圖4示出分層噴射導(dǎo)管39由至少一個分層噴射毛細管16組成，該毛細管形成于火花塞25所包括的中心電極47內(nèi)部，使得所述毛細管的第一端與分層室24連通，且所述毛細管的第二端在所述中心電極47的端部處打開。

圖5示出高壓火花點火和分層設(shè)備2包括分層噴射導(dǎo)管39，其由至少一個外圍分層噴嘴48組成，該噴嘴的第一端與分層室24連通，且其第二端在火花塞25的外圍打開，所述第二端大致指向所述火花塞所包括的電極26。

應(yīng)該指出的是，至少分層閥、底座21、彈簧22、分層導(dǎo)管23的全部或部分、分層預(yù)燃室79和分層致動器27可組合并入到至少一個盒座內(nèi)，所述盒座固定至或擰入內(nèi)燃機1的氣缸蓋8內(nèi)。

圖8示出分層管線28和/或分層壓縮機29的出口和/或分層預(yù)燃室79可包括空氣燃料混合物的至少一個閥門或噴射器76，從而能夠保持所述污染物后處理催化轉(zhuǎn)換器75的溫度。

所述閥門或噴射器76可將空氣燃料混合物從所述管線28或從所述出口或從所述預(yù)燃室79傳送至內(nèi)燃機1的排氣導(dǎo)管10，通過位于所述導(dǎo)管的任何點處的所述類型的閥門或噴射器76將所述混合物引入到所述導(dǎo)管10中，其中所述導(dǎo)管被放置在所述發(fā)動機的排氣閥12和所述發(fā)動機1的所述催化轉(zhuǎn)換器75之間。

因此并且如果必要，一旦用于后處理污染物的所述催化轉(zhuǎn)換器75達到操作溫度時，其中在所述溫度下催化轉(zhuǎn)換器可在至少充分的效率下操作，所述混合物可被引入到所述排氣導(dǎo)管10內(nèi)，以便確保所述混合物以這樣的方式在所述催化轉(zhuǎn)換器75中燃燒，即后者保持在足夠的溫度下以使其將高污染物維持在非污染物氣體轉(zhuǎn)化效率。

在這種情況下，可將閥門或噴射器76連接到內(nèi)燃機1的排氣導(dǎo)管10，其中所述閥門或噴射器用于引入空氣燃料混合物以將催化轉(zhuǎn)換器保持在一定的溫度，按照催化轉(zhuǎn)換器溫度維持空氣燃料混合物導(dǎo)管77，所述混合導(dǎo)管77還能夠包括防止所述導(dǎo)管77達到過高溫度的絕熱管或凸緣78。

本發(fā)明的操作

根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備至少在以下模式中操作：

·只有化學(xué)計量的試點充氣的燃燒，實際上，主充氣不包含氧氣或燃料，但是僅包含外部冷卻的EGR和/或內(nèi)部熱的EGR。

·化學(xué)計量的試點充氣的燃燒，然后其點燃使用外部冷卻的EGR和/或內(nèi)部熱的EGR被高度稀釋的化學(xué)計量的主充氣。

·化學(xué)計量的試點充氣的燃燒，然后其點燃未被稀釋或僅被外部冷卻的EGR和/或內(nèi)部熱的EGR稍微稀釋的主充氣。

·只有化學(xué)計量的試點充氣的燃燒，其用外部冷卻的EGR和/或內(nèi)部熱的EGR進行高度稀釋、未被稀釋、或只被稍微稀釋。

在特定的實施例和用途中，例如，當根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備用于如圖6至圖8所示的四缸往復(fù)式內(nèi)燃熱機中時，其操作如下：

分層管線28的加壓階段：通過多點噴射，發(fā)動機1以與現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機一樣的方式起動，根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備2并不用于該階段，除關(guān)于設(shè)備中包括的火花塞25之外。

根據(jù)該實例，分層壓縮機29由發(fā)動機的曲軸7直接驅(qū)動，其與所述曲軸同時開始操作，并且抽吸其擁有的空氣，該空氣從所述發(fā)動機的空氣過濾器外罩70的出口放出。

在該特定實施例中，噴射器33將燃料噴進所述分層壓縮機29的進口，以這樣的比例，即化學(xué)計量的燃料空氣混合物在所述壓縮機的出口處被直接輸送到分層管線28。

與分層壓縮機29的動作同時，均化循環(huán)器56使化學(xué)計量的燃料空氣混合物隨后流動通過分層管線28、通過各種分層預(yù)燃室79，該預(yù)燃室并入如本發(fā)明詳細說明的內(nèi)燃機1的每個燃燒氣缸4內(nèi)，然后通過均化返回導(dǎo)管71，以便返回至所述循環(huán)器，并且在所述管線28被加壓，并且內(nèi)燃機保持操作的條件下，混合物在相同回路中再次開始。

由均化循環(huán)器56產(chǎn)生的攪拌用來減少化學(xué)計量燃料空氣混合物中所包含的汽油冷凝在分層管線28和分層室24的內(nèi)壁上，所述混合物在壓力之下，并且因此不利于維持汽油的汽態(tài)。

該攪拌也用來迫使化學(xué)計量的燃料空氣混合物保持均化并且保持在接近所述壁體溫度的溫度，所述溫度低于所述混合物的自發(fā)點火點，并且尤其是通過再次稀釋任何汽油殘留物來清潔所述壁，該殘留物因先前使用根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備而附著于所述壁體。

在分層壓縮機29的動作之下，在所述室所包含的充氣點火之前，當燃燒室的活塞到達壓縮機沖程的末端時，分層管線28的壓力立即提高到大于內(nèi)燃機1的燃燒室9中所建立的壓力的水平。當已對所述管線加壓時，根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備準備為所述發(fā)動機的充氣分層，其發(fā)生如下：

最初分層階段：

通過火花塞25，在所述發(fā)動機燃燒室9所包含的主要化學(xué)計量充氣的火花點火啟動之前，發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)幾度，將電流送至電子分層致動器27的線圈50的終端(圖3)。

然后，所述致動器的磁芯51被所述線圈吸引并且朝著后者移動，從而拉動將線圈連接到分層閥的線圈推拉裝置42，以便提升所述閥門離開其底座21，并且使得分層管線28并且更具體地分層預(yù)燃室79所包含的加壓增碳混合物的一小部分分別經(jīng)分層室24和分層噴射導(dǎo)管39朝向發(fā)動機1的燃燒室9逸出。

當經(jīng)由分層噴射導(dǎo)管39逸出時，所述混合物以高速進入火花塞25的圓柱形密封尖端44和所述火花塞的中心絕熱錐體之間的空間。這樣做，所述混合物通過湍流運動攪拌同時保持限制在以火花塞25的電極26為中心的小體積中，因此，所述混合物構(gòu)成化學(xué)計量的試點充氣(圖3)。

一旦所期望數(shù)量的混合物從分層管線28將傳送至燃燒室9以形成試點充氣，便通過內(nèi)燃機1的ECU停止向分層致動器27的線圈50供給電流，所述致動器的磁芯返回至其初始位置，其由分層閥20的彈簧22推回，同時彈簧22返回其底座，即閉合位置。

然后，將試點充氣點火，高壓電流被應(yīng)用到火花塞25的終端，以便在所述火花塞的電極26之間形成電弧。由于試點充氣為化學(xué)計量并且具有強烈的湍流運動，所以它迅速著火，再然后形成大體上球形熱體積，該體積在熱的作用下立即擴展形成大體上截球形的火焰前鋒，其具有與主充氣接觸的大的表面積，因為火焰仍然必須覆蓋以燃燒全部主充氣的距離短，所以主充氣也迅速著火。當建立了這種通過試點充氣和主充氣燃燒的模式時，被稱為“外部冷卻的EGR”裝置的預(yù)先冷卻的排氣再循環(huán)裝置40，開始如下操作：

用外部冷卻的EGR稀釋階段：

為再循環(huán)排氣，根據(jù)本發(fā)明和本示例性實施例的預(yù)先冷卻的排氣再循環(huán)裝置40可包括放置在排氣歧管18上的比例式提升EGR放液閥63，其將內(nèi)燃機1的氣缸A和氣缸B的排氣出口彼此連接起來并且并入到所述發(fā)動機，所述放液閥63與放置在所述歧管18出口處的比例式提升排氣回壓閥相互作用。

當EGR放液閥63完全打開并且所述排氣回壓閥67完全關(guān)閉時，來自氣缸A和氣缸B的所有排氣經(jīng)放液閥63和外部EGR供給導(dǎo)管66再次被引入內(nèi)燃機1的進氣增壓室19，外部EGR供給導(dǎo)管66包括熱空氣類型的外部EGR空氣對水冷卻器72，即水在其中是用來冷卻所述發(fā)動機本身的冷卻器，流入其中的所述氣體經(jīng)受第一次降溫，之后氣體流入進氣增壓室19中所包含的冷水類型的空氣對水冷卻器73，以經(jīng)受第二次降溫，當發(fā)動機通過其渦輪壓縮機74增壓時，后者冷卻器也用來冷卻所述發(fā)動機的增壓空氣(圖6)。

用這種配置和這種設(shè)置，在發(fā)動機1的進口處所接納的空氣大約包含百分之五十的EGR并且溫度僅比周圍空氣的溫度高幾度。

從這種配置中可容易地推理出，通過改變被并入到氣缸A和氣缸B排氣出口的排氣歧管18中的EGR放液閥63和排氣回壓閥67各自的提升，發(fā)動機可以在零和百分之五十之間的外部冷卻的EGR操作，根據(jù)關(guān)于所述發(fā)動機燃燒的較好能效和穩(wěn)定極限的準則，一直由發(fā)動機操作計算機ECU設(shè)置發(fā)動機適當?shù)腅GR水平。

應(yīng)該指出的是，當發(fā)動機1的渦輪壓縮機74用來對發(fā)動機1增壓時，EGR放液閥63和排氣回壓閥67以這樣的方式設(shè)置，即足夠能量保留在排氣中允許渦輪壓縮機渦輪在期望條件下驅(qū)動被并入所述渦輪壓縮機的離心式壓縮機。

當發(fā)動機具有可變壓縮比時，降低EGR水平以便優(yōu)先考慮可用于所述渦輪的能量的要求，對發(fā)動機最終效率的負面影響較小，因為在這種情況下，所述發(fā)動機在滿載荷下幾乎不要求外部冷卻的EGR，以便克服爆燃和/或輸送高能效。

應(yīng)該指出的是，當發(fā)動機1用高水平的外部冷卻的EGR操作時，在良好條件下，能夠通過所述設(shè)備燃燒，而在缺乏根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備2時通常難以啟動或甚至不可能啟動該燃燒。

這是因為通過外部冷卻的EGR高度稀釋的化學(xué)計量主充氣的燃燒啟動由火焰前鋒提供，其中火焰前鋒具有在試點充氣外圍上發(fā)展并且與所述主充氣接觸的大的表面積。

因此，首先，由于試點充氣的燃燒產(chǎn)生的壓縮，所述壓縮增加了還未燃燒的所述主充氣的熱函；其次，由于暴露在火焰中的大的表面；再次，由于小的距離仍被所述火焰覆蓋以便使所有充氣燃燒，所以所述主充氣迅速燃燒。

由于通過外部冷卻的EGR高度稀釋充氣，所以其在燃燒期間的平均溫度相當?shù)?，從而使發(fā)動機對爆燃的敏感性和壁體處的熱損失同時降低。然后，根據(jù)最大效率準則，在最佳時刻能夠啟動充氣的燃燒并且增加可以是固定或可變的發(fā)動機壓縮比，以便增加氣體膨脹的熱力學(xué)效率。

應(yīng)該指出的是，在發(fā)動機具有可變壓縮比的情況下，充氣的平均外部冷卻的EGR的含量可有利地隨壓縮比同時增加，該增加同時利于具有高水平外部冷卻的EGR的燃燒的穩(wěn)定性，并且利于氣體膨脹的熱力學(xué)效率。

應(yīng)該指出的是，在完成分層管線28加壓階段時，分層階段和隨后用外部冷卻的EGR稀釋充氣可適時延遲，以便因所述管線內(nèi)壁溫度的上升以及由均化循環(huán)器56所提供的攪拌，而允許將在最后使用內(nèi)燃機1時儲存在所述管線中的燃料返回至氣態(tài)。

該延遲還能夠暫時保留包含在發(fā)動機排氣中的能量，以便在使用外部冷卻的EGR對所述發(fā)動機的充氣進行稀釋之前，加熱所述發(fā)動機的三元催化轉(zhuǎn)換器。

應(yīng)該指出的是，根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備2能夠在兩種不同模式中的單次發(fā)動機循環(huán)中啟動燃燒，第一模式受控于火花點火并且用于試點充氣，而第二模式為根據(jù)CAI和HCCI，通過壓縮啟動的點火，并且用于主充氣。

根據(jù)使用根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備2的方法，外部冷卻的EGR可全部或部分被內(nèi)部熱EGR取代，使得可為主充氣提供通過CAI或HCCI正確啟動燃燒所需的溫度、壓力和成分的條件。

應(yīng)該指出的是，如果在相同發(fā)動機循環(huán)中的所述兩個不同模式下的燃燒用于可變壓縮比發(fā)動機中，則更易于控制。

在使用根據(jù)本發(fā)明的點火設(shè)備2的特定模式中，除可變壓縮比外或代替可變壓縮比，內(nèi)燃機可有利地具有用于控制其進氣閥13和/或其排氣閥12打開和/或關(guān)閉和/或提升的設(shè)備。

尤其該特定實施例可用于在所述發(fā)動機1的燃燒活塞5的進氣沖程期間提前關(guān)閉進氣閥13，以便減少其在低載荷下的剩余泵送損失。

例如，最后提到的方法可用來提供所述發(fā)動機1極高的體積比，在該發(fā)動機1中，極高的氣體膨脹率有利于高的熱力學(xué)效率。

應(yīng)該清楚，以上描述僅以實例的方式提供，并非以任何方式限制本發(fā)明的保護范圍，如果本文所述的實施例的細節(jié)被任何其他的等效取代，則并未背離本發(fā)明的保護范圍。