本发明涉及一种内燃机。

一种分离式发动机就是一种直到压缩冲程的终点附近为止 刚好在点火之前燃料不与该发动机引入的空气团混合的发动机， 并且可划分为分离式发动机类的各种内燃机都是公知的，例如， 可从英国专利GB-A-2,155,546，GB-A-2,186,913， GB-A-2,218,153，GB-A-2,238,830，GB-A-2,246,394 及GB-A-2,261,028中得知。这些发动机在文献中都称之为梅 里特(Merritt)发动机。

柴油机也是一种分离式发动机，而火花点火式汽油机 (SIGE)压缩的是预燃燃料/空气混合物。

诸如柴油机及梅里特(Merritt)发动机这样的分离式发动机 的重要特征在于燃料受限制远离空气，直至刚好点火时刻之前为 止，并且在压缩冲程之终点附近将燃料迅速传递至燃烧室内。

梅里特(Merritt)发动机利用称之为梅里特燃烧配置系统 (MCC)，该系统代表一系列设计成在往复式内燃机中的促进燃烧 的方法。在这方面，该系统与其它常用的燃烧配置系统相似，如狄 塞尔(diesel)和奥托(otto)或火花点火式汽油机系统(SIGE)。 MCC可由上述提及的先前的专利说明书中所描述的各类装置来 操纵。MCC的特征在于：供给发动机的燃料的至少一部分在第二 小汽缸中分离，其中小气缸合有一些空气并带有一小活塞的小气 缸且燃料是在大活塞的压缩和/或吸气冲程期间引入到小气缸中 的。燃料直到在两活塞的压缩冲程的终点附近发生进入混合前都 保持与空气团分离。与刚刚在点火时刻前将液体燃料首先喷入空 气中的狄塞尔(diesel)分离式柴油机相比，这一结构允许燃料在 燃烧开始之前在一些空气中有适当的时间蒸发，在MCC系统中， 采用小气缸作为蒸发气缸而活塞作为燃料输送活塞。因此，该小 气缸可称为燃料配置气缸。气缸无节流地接收空气并没有燃料， 而大活塞用于压缩空气。

本文在此所用的下列术语具有下列的含义：

燃料比-F是指实际供入发动机的燃料量与当进气管没有 节流时充满大气缸和小气缸两者的工作容积所需的空气质量中 所含的氧气用完时所需的燃料量之比。

空气是指用于与气态或液态燃料一起燃烧的氧气与其它常 用的惰性气体的任何适当的混合物以及大致的纯氧气。它可合有 回流的废气，曲轴箱油气以及小比例的在回流的内燃机气体中所 合有的碳氢化合物。

STCI是指常用的火花点火的汽油机。

SIGE(火花触发压缩点火)是指部分蒸发的燃料与空气混合 由火花触发进行压缩点火的过程。

外死点中心位置是指活塞在其气缸内展露出最大容积那一 刻改变其运动方向时的活塞位置。

内死点中心位置是指活塞在其气缸内展露出最小容积那一 刻改变其运动方向时的活塞位置。

静止冲程是指发动机循环过程中小活塞保持静止时的期间。

BMEP是指大活塞上的制动平均有效压力。

本文所用的涉及到先有技术的下列术语具有以下含义：

进入混合是指带有梅里特(Merritt)发动机特征的燃料空气 混合物由小活塞影响从第二气缸至燃烧空间中的运动。

分离是指直到进入混合开始前送入小气缸的燃料在小气缸 内受限制的状态。

先有技术的描述

柴油机

在柴油机中，随着燃料的喷射及便于燃料和空气的混合，该 发动机可具有公知的三种结构配置并说明如下：

1.如图1所示的直接喷射或柴油机(diesel engine)(DI)。

2.如图2所示的非直接喷射式柴油机(IDI)。

3.如图3所示的中间喷射或堵塞活塞非直接喷射式柴油机 (叫做INI)

图1所示的DI柴油机具有一在活塞16的头部形成的一开 式燃烧室20。空气通过进气管25和对空气施加回旋运动的进气 阀24进入气缸12中。一燃料喷射器60喷射若干束液体燃料进 入该燃料室，在此，回旋空气在燃烧过程前及期间与燃料混合。

图2所示的IDI柴油机具有一个通过孔42与气缸12连通的 分离式半封闭的燃烧室20。该孔在压缩冲程期间将一回旋流施加 给进入该燃烧室的空气，并且燃料通过通常为一轴针式的燃料喷 射器60喷入该燃烧室，一般使用压力为大约100帕或更小燃料 线性压力。在膨胀冲程期间热燃气从孔42中高速喷出，从而帮助 未燃烧的燃料与包含在附加容积(尤其是在阀腔424中以及活塞 16上方的余隙容积内)空气进一步混合。

图3所示的INI柴油机已在英国专利GB-A-0,241,398， GB-A-0,361,202，GB-A-0,523,137，GB-A-2,088,952 及其它专利中作了说明。这种结构配置采用在活塞16上的一凸 台116。该凸台伸入燃烧室20内的一个扩大的孔内。该凸台包括 一个与图2中所示的非直喷式柴油机的孔42具有相同作用的较 小孔161。在该结构中，当活塞到达内死点中心位置附近时，该发 动机如IDI柴油机那样工作，并在所有其它的时间，该发动机如 DI柴油机那样工作。

梅里特发动机

梅里特发动机的基本型是一种如柴油机一样但具有极大区 别的分离式发动机。在发动机循环的主要部分内，少量的空气在 小的第二气缸内与基本上全部的燃料发生混合，从而允许燃料在 进入前有时间蒸发。向燃烧室进入是通过一较大的孔发生的，并 且燃烧加快而不存在启动延迟。

现在参照梅里特燃烧配置系统。这种系统可独立地用作纯粹 的梅里特燃烧配置系统以促进热效率(尤其是部分负荷)，或者它 能与SIGE燃烧配置系统混合使用。在后一种情况下，就会产生一 种将全负荷的高功率与部分负荷的高热效率相结合的发动机。它 也可与柴油燃烧配置系统混合使用，从而产生一种与常见柴油机 相比具有更低的废气排放量且增加功率密度的用柴油作燃料的 发动机。

梅里特燃烧系统在用于城市行驶的车辆中时与SIGE发动机 相比能大大地改善发动机热效率，并可使机动车辆产生更小的有 害排放。

公知的梅里特发动机的一个例子如附图4中所示，这是一个 由GB-A-2,246,394中复制的发动机的一部分的局部剖视图。 以下对该发动机将作简要说明，读者可参阅GB-A-2,246,394 获得更详细的说明。

图4中的梅里特发动机表示为这样的结构，即它允许采用火 花触发压缩点火(STCI)的混合式梅里特/SIGE发动机进行工作。

该发动机包括一个装设在大活塞16的头部36上的小活塞 18。小活塞18包括一柱234及一头部35。从图4将可看出，该柱 的外形是曲线的，该弯曲部分使从大气缸12进入燃烧空间20的 空气产生涡流并且该燃料/空气混合物的涡流接着进入(如燃料/ 空气混合物的运动)到燃烧空间20内混合。该燃烧空间由柱234 及小气缸14的壁14a之间的空间构成。该柱的形状和大小选择 得便于形成一适当大小及形状的燃烧容积。

应注意活塞18的头部35具有一棱边，其轴向厚度大大小于 活塞18和16的头部35和36之间的轴向距离。活塞头部35具有 一个圆柱的周缘棱边37，该棱边37稍稍与小气缸的壁14a隔开 一点距离，从而构成环状间隙128形式的阻止装置。如图中所示， 小气缸14的上端形成有一周向槽39，该槽构成一旁通通道，以利 于促进以下所述的进入。小气缸14的上端设置有一个第二进气 阀31和一节流阀32。设置一燃料喷射器34以便将液体燃料喷入 进气管33。节流阀32控制流过进气管33的空气量及由燃料喷射 器34供给的基本上独立的燃料量；一第二喷射器82用于SIGE 方式工作，并且一节流阀83也与按SIGE方式工作的火花塞52 一起工作。

在按梅里特的工作方式工作的发动机的进气冲程期间，空气 通过进气管25进入大气缸12。空气通过开启的阀31与来自喷射 器34的燃料一起也进入小气缸14。在压缩冲程的早期活塞18的 头部35的两侧的压差会受到节流阀32及阀31的关闭定时的影 响。这会相继影响小气缸14内的含量，在活塞18的内死点中心位 置附近，朝压缩冲程终点，进入燃烧空间20内进行混合的定时。 当在气缸14中的燃料/空气混合物遇到在压缩冲程期间由大活 塞16输送入燃烧空间20中更热的空气时，借助于压缩点火，进 入定时可相继控制蒸发的燃料的点火定时。

槽39的轴向长度比小活塞头部35的棱边37的厚度要大， 从而绕该头部形成一个用于燃料/空气混合物进入的扩大间隙。 槽39还在小气缸14中形成了一余隙容积，并且因在压缩冲程期， 在气缸14中提供额外容积，则该余隙容积影响进入的定时。

图4所示发动机还具有一个位于进气管25中的节流阀83 和一火花塞52；该进气管供给空气至大气缸12中。图4中末示出 排气阀与排气管，但它们存在于该发动机中，并与大气缸12连 通。活塞的实线位置表示外死点中心位置，而虚线位置表示该活 塞处于其内死点中心位置。

图4所示的开式燃烧空间配置提供有经火花塞52直接进入 该燃烧空间20的入口。该火花塞延伸通过小气缸14的壁14a。大 气缸12可设置一个诸如节流阀83之类的流动控制装置，从而减 小在按SIGE方式工作于部分负荷时的进气冲程期间进入大气缸 12的空气量。

当已经开始进入燃烧空间的一些燃料由火花点火后，燃烧空 间中的气体的压力的平均温度升高。这将导致即使在由火花点燃 的原始火焰不能传播到整个燃烧空间时，继续进入燃烧空间并与 其中的空气混合的剩余的蒸发燃料由压缩点火而点燃。这一点火 过程称之为火花触发压缩点火(STCI)。

采用STCI的一个重要优点在于：其定时可容易地满足于变 化的发动机工况的需要。当采用STCI时，要求在开始进入的过程 的定时的控制精度对发动机的工作不是很重要且并不很关键的。

为了实现STCI，发动机系统工作的几何压缩比在选取的具 体燃料的进入的早期时刻期间不足以引起压缩点火。另外，节流 阀83可用于调节压缩压力及温度的端点。例如，在气油情况下， 对于火花触发式压缩点火，压缩比可低到比如10∶1的值。然而， 如果对于一种燃料采用独立的压缩点火，则压缩比值可能要求至 18∶1。当燃料与空气在进入过程的早期阶段在燃烧空间中混合 时，第二个要求是将火花塞置于它可与燃料蒸气相遇的地方。该 火花塞在正确时刻产生一火花，从而启动STCI过程。

不像只用一种点火方法的SIGE或柴油机那样，梅里特发动 机根据其设计和所用的燃料能用火花点火或压缩点火方法。

借助于在进入之前至少蒸发部分燃料，梅里特发动机可用上 述的火花点火。借助于在压缩冲程期间使燃料与大部分空气分 离，梅里特发动机可采用称之为压缩点火的点火过程。

作为一分离式发动机，梅里特发动机特别适合用压缩点火以 点燃合适的燃料。这是因为即使在采用高压缩比时，在大部分压 缩过程期间，燃料没有与足够的空气进入预混合(即过浓的混合 物)而自发地点火。在也为分离发动机的柴油机中，点火定时是由 喷入到燃烧空间中的燃料的起始定时决定的。在公知的梅里特发 动机中，点火定时的控制是由控制开始进入的过程的定时或由控 制火花启动STCI过程的定时而受影响的。在采用高压缩比和适 合的燃料的梅里特发动机中，燃料的点火可在没有火花的帮助下 在燃料蒸气开始进入燃烧空间并与其中的非常热的空气相遇的 寸刻发生的。诸如梅里特发动机这样的分离式发动机还可由位于 比如在诸如GB-A-2,155,546和GB-A-2,186,913这样的 早一些时候的梅里特发动机的专利说明书中所述的燃烧室的壁 上的催化剂(如铂)来点火。

点火方法的选择也允许包括汽油和柴油燃料的大范围的燃 料的选择。燃料的选择结合压缩比的选择可支配在梅里特发动机 中采用的点火方法，例如，当选择高压缩比时，柴油燃料或极低辛 烷值的汽油能由压缩点火来点火，而高辛烷值的汽油与低的压缩 比结合可由火花来点火。在梅里特发动机STCI过程中的火花点 火不需要等待所有燃料与空气的混合过程完成就可开始，因为它 只需点燃部分燃料。这样，当剩余燃料进入燃烧空间时借助于压 缩点火其就可触发该剩余燃料的后续点火。

从英国专利GB-A-2,246,394中可知道的梅里特发动机 技术采用与SIGE相结合的方法克服了满足当前的NOX质量排 放法规的要求的问题。借助于在燃烧室中增加火花塞以及附加的 喷射器或化油器及在进气支管中的节流阀，图4所示的梅里特发 动机可按如下工作，即或者(i)在较高的BMEP范围内，作为常规 的火花点火式，按化学当量比工作的并可适用于三元催化转化器 的汽油机；或(ii)在中等至低的BMEP范围内，作为一种带有可 忽略不计的NOX排放的纯梅里特发动机。

由于在燃烧室中已具有火花塞，因此该STCI方法对混合的 梅里特/STGE发动机来说是极具吸收力的。使发动机在SIGE和 梅里特工作方式之间切换可由发动机电子控制系统自动完成，所 以在高的BMEP或高发动机负荷时，发动机以SIGE方式工作， 而在中等至低的BMEP时，发动机以纯梅里特方式工作，  没有 NOX排放，但热效率大大改善。

以前的解释显示梅里特性发动机的燃烧配置系统为常用的 其它两种燃烧系统(柴油机和SIGE)之间提供了联系。像柴油机 一样，梅里特发动机是一种分离式发动机，但也像SIGE一样，它 允许燃料在进入燃烧室之前蒸发。像柴油机一样，它能用压缩点 火或像SIGE一样，它能用火花触发点火但结合或高或低的压缩 比值。因此它能用于汽油机或柴油机。最重要的是，它的工作热效 率可与柴油机一样高或更高，尤其是在部分负荷时是如此；但由 于梅里特发动机的燃烧过程迅速，因此它能比柴油机更接近 SIGE的功率密度。像柴油机一样，它可采用增压或其它压缩空气 供给装置而不需降低其几何压缩比。它是一种非节流式发动机， 但不像柴油机那样，它不需要高压燃料喷射系统，这是因为在压 缩冲程前在循环的低压部分期间，燃料进入梅里特发动机的小气 缸内并且随后燃烧过程开始。

SIGE的压缩冲程根据预混合的燃料/空气混合物工作，并且 其火花点火方法只能点燃接近化学当量比的燃料/空气混合物。 SIGE燃烧过程取决于由火花点燃的火焰传播到在燃烧空间中的 整个燃料/空气混合物体积。相比之下，该分离式发动机超过 SIGE的主要优点在于不管所涉及的燃料量如何，在燃料与空气 混合的过程期间使燃料燃烧的能力。因此，非常稀的整体燃料/空 气混合物能燃烧。这种以中等至低的BMEP范围燃烧非常稀的整 体燃料/空气混合物的能力促使在膨胀冲程期间形成较低的气体 温度。这就会相继导致改善发动机的热效率并降低废气中有害 NOX气体的排放量，尤其是在部分负荷情况下更是如此。应认识 到往复式内燃机的热效率随着燃料/空气比率变得越稀而上升。

增加往复式内燃机的热效率的两个主要方法是在膨胀冲程 的开始阶段促进非常快速的燃烧以及减小随后的放热阶段的平 均气体温度。当发动机在低于其在大活塞上的最大指示平均有效 压力工作时，可采用后一种方法。

分离式发动机不能与SIGE的较高的最大平均有效压力值相 比，这一压力最大值因是将气缸内可用的全部氧在燃烧过程中几 乎全部充分利用而产生的。分离式发动机不能利用存贮在缝隙内 及附加容积中的空气，但燃烧气化的燃料的梅里特发动机在这方 面可做得比燃烧集中在液滴上的燃料的柴油机更好。

最近的有关控制车辆排放的法规已导致采用三元催化转化 器。这就使部分燃烧的燃料的氧化过程完全并且还原了在燃烧过 程期间形成的有害的氮氧化物(NOX)。目前可获得的催化转化器 只有在发动机接纳化学当量比的燃料/空气混合物时才对减少 NOX有效，这是因为在废气中的任何多余的氧都会使该催化转 化器在减少NOX变得不很有效。采用SIGE的车辆目前都按在 法规中限定的NOX范围内的方式工作，而采用柴油发动机的车 辆由于这个原因而不能满足用于SIGE的NOX减少目标，并且 纯梅里特发动机在高的平均有效压力(MEP)范围内工作也可能 遇到相似的问题。然而，在中等至低的MEP范围内，梅里特发动 机能很具潜力地工作，而在燃烧过程期间产生可忽略不计的 NOX量。

当稀薄的燃烧的SIGE根据刚好的稀薄的化学当量比的燃料 /空气混合物工作时，当燃烧最热，比如燃料/空气比处于16∶1至 20∶1的范围时，该SIGE是产生最大量的NOX。如前所述，由于在 废气流中存在多余的氧，从而无法用三元催化转化器降低NOX含量。然而，当以更稀薄的范围工作，比如燃料/空气比大子20∶1 并在大约70％的发动机BMEP并更低时，因过剩空气的稀释可 能足以冷却燃气，从而制止在燃烧期间的NOX的形成。

如其它分离式发动机一样，柴油机，梅里特发动机需设置有 用于将燃料和空气刚好在燃烧过程之前及期间有效混合的装置。 梅里特发动机确实采用相似于以DI或IDI形式的柴油机的结构 配置可做到这一点。在梅里特发动机中，燃料在至少部分蒸发状 态在接近压缩冲程终点的进入过程中进入燃料室。柴油机中的等 效过程叫做燃料喷射。

本文在此所用的下列涉及本发明的术语具有以下含义：

工作容积比-E是指小气缸的第一工作容积与大气缸的工 作容积之比。

压缩容积与进入容积之比-CIVR

大气缸的CIVR是指两活塞之间大气缸内最大值的空间容 积与两活塞之间进入的开始处的空间容积之比。

小气缸的CIVR是指小气缸的第一容积的最大值与进入的 开始处的第一容积的值的比。

相对的压缩容积与进入容积的比是指大气缸的压缩容积与 进入容积的比与小气缸的压缩容积与进入容积的比的比。

进入是指受小活塞影响，燃料/空气混合物从第二气缸的第 一容积向燃烧空间中进入的运动，其发生在压缩冲程终点处或附 近。

分离是指供给第一容积的燃料限制在小气缸的第一容积内， 直至进入混合开始为止。

本发明的目的是提供一种改进的内燃机。

因此，本发明提供一种内燃机，其包括：

至少一对第一和第二气缸，所述第一气缸具有比所述第二气 缸更大的工作容积；

相应的第一和第二活塞往复地置于所述气缸内，其中所述第 二活塞具有一驱动杆，并且将所述第二气缸分成包括所述第二活 塞的所述驱动杆的一第一容积和所述两活塞之间的第二容积；

与所述第一气缸连通的空气进气装置；

与所述第一气缸连通的废气排放装置；

当所述活塞基本上处于内死点中心位置时，在所述活塞之间 构成一共同燃烧空间的装置，所述燃烧空间包括所述第二容积；

使燃气朝所述第一容积中的压缩冲程的终点时在所述第一 和第二容积之间流动的传送装置；

用于阻止燃料/空气混合物从所述第一容积至所述第二容积 运动直至接近所述第二活塞的压缩冲程终点为止的阻止装置；

用于将燃料供给所述第一容积的一第一燃料源；以及

用于驱动所述第二活塞的驱动装置，所述驱动装置包括：在 所述第一活塞的膨胀冲程的至少一部分期间，在内死点中心位置 处或附近用于保持所述第二活塞基本上静止的装置。

在本发明的所有形式中，显著的优点在于：根据这一原理，借 助于只改变缸头的设计并使曲轴箱及传动组件不受影响，从而使 柴油机和SIGE两者可相互转换。

当按SIGE方式使图4所示发动机结构工作时，小活塞16的 柱234要求有效的冷却，以保持其温度下降，从而阻止通过进气阀 24进入发动机的燃料/空气预混合物的过早点火。在SIGE方式 中，该冷却能由从活塞销将机油束喷入该柱的内凹腔而实现，但 按SIGE方式工作的过早点火的问题能由本发明发动机的结构来 解决。本发明的结构还具有其它的优点。例如，当如GB-2,246, 394所述的将梅里特发动机原理与柴油机结合时，去除柱234使 从柴油燃料喷射器喷入燃烧空间20的燃料喷雾更易于分布。

附图的简要说明

以下参照附图，借助于实例，对本发明作出更进一步的说明， 其中：

图1是公知形式的直接喷射式(DI)柴油机部分的局部剖视 图；

图2是公知形式的非直接喷射式(IDI)柴油机部分的局部剖 视图；

图3是公知形式的中间喷射式(INI)柴油机部分的局部剖视 图；

图4是公知的与SIGE结合式的梅里特发动机的局部剖视 图；

图5是本发明的梅里特发动机的一第一直接进入的实施例 的局部剖视图，表明其处在吸气冲程终点处；

图6是图5所示发动机在压缩冲程终点的剖视图；

图7a，7b，7c和7d表示图5和图6的发动机的工作的一个完 整的循环；

图8a表示在压缩冲程期间，图5和图6所示发动机的大活 塞和小活塞随曲柄转角移动的曲线图，表明进入过程的一种控制 方法；

图8b是图8a的细节图，表示在进入过程期间的控制；

图9是图5和图6所示发动机的小气缸和活塞刚好处于进 入过程前的细节图；

图10是在进入期间类似于图9的视图；

图11是本发明的梅里特发动机的一第二非直接进入的实施 例，表明其处在吸气冲程终点处相似于图5的视图；

图12是本发明的梅里特发动机的一第三中间进入的实施 例，表明其处在压缩冲程终点处相似于图5的视图；

图13a，13b，13c和13d是用于本发明的发动机的缸头的四 种形式的火焰板孔的平面图；

图14是相似于图9的视图，其表示用于非直接进入的实施 例的具有火花塞、低的槽及限制孔的改进结构；

图15是相似于图5的视图，表示本发明的发动机的一第四 直接进入的实施例，示明其处于结合火花点火稀薄燃烧喷火结构 的形式；

图16是相似于图5的视图，表示本发明的发动机的一第五 直接进入的实施例，示明其处于柴油结合喷火结构；

图17是相似于图5的视图，表示本发明的发动机的一第六 直接进入的实施例，示明其处于柴油结合喷火结构的并带有用于 小气缸的燃料喷射器；

图18a，18b，18c及18d是用于图17所示发动机相似于图7a 至7d的视图；

图19是相似于图5的视图，本发明的发动机的一第七直接 进入的实施例；示明其处于柴油结合结构，并带有一个用于小气 缸燃料喷射器；

图20a，20b，20c及20d是用于图19的发动机相似于图7a至 7d的视图；

图21是图11所示发动机在大活塞的排气冲程开始时的改 进形式的视图，它适合于用汽油燃料，采用SPCI形式；

图22是相似于图9表示燃料喷射器处于可能的位置的视 图；

图23是图5所示发动机的改进形式按SIGE结合方式工作 的视图；

图24a，24b，24c及24d是用于图23所示发动机相似于图7a 至7d的视图，该发动机以小活塞的延长进气冲程及直接进入工 作；

图25a，25b，25c及25d是用于图23所示发动机相似于图7a 至7d的视图，该发动机带有一静止的小活塞按单纯的SIGE方式 工作；和

图26是通过双凸轮机构的局部剖视图，在相当长的冲程距 离内用相当小的凸轮升程，该凸轮机构可用于使发动机的小活塞 运动。

附图的详细描述

相似于柴油机，梅里特发动机可制造成三种结构：

1.直接进入(DI)式梅里特发动机；

2.非直接进入(IDI)式梅里特发动机；

3.中间进入式或活塞阻止的非直接进入(INI)式梅里特发动 机。

在DI式梅里特发动机中，其示例之一示于图5和图6中，大 气缸12和燃烧空间20之间的孔最大并且可能是小气缸14的整 个缸孔。

在IDI式梅里特发动机中，其示例之一示于图11中，孔2161 可做得相对小些，以便于在大活塞的压缩冲程期间，在传递给燃 烧室的空气中产生一适当的涡流运动，以及在膨胀冲程的早期阶 段，以相似于IDI式柴油机的方法的方式，形成热燃气的强力喷 射。

在INI式梅里特发动机中，其示例之一示于图12中，大活塞 16设有一凸起116，该凸起116在压缩冲程的后期及膨胀冲程的 早期部分地堵塞该孔。

图5至图7的梅里特DI发动机具有一大气缸12和一个沿 大气缸轴向延伸的小气缸14。一小活塞18可在小气缸14中运动 并具有一头部35及一圆柱形驱动杆234。一大活塞16可在大气 缸12中运动，其具有一头部36并且借助于活塞环按常规方式密 封。两活塞由单独的机构来驱动。该单独的机构可由齿轮结合或 连轴器耦合而结合在一起，或由一适当的机构C控制一起工作。 例如，大活塞可由一曲轴连杆装置驱动，而小活塞可由一连接至 一凸轮轴600上的凸轮500驱动。两活塞的冲程长度可以不同。 最好是大活塞具有一更长的冲程。

小活塞18将第二气缸14分为一个在小活塞的头部35后面 的包含驱动杆234的第一容积15a和位于两活塞(见图7a)之间 的第二容积15b。应理解这些容积是随活塞18的运动而变化的。

小气缸内所合的工作容积是由气缸壁14a，小活塞18的头部 35的后表面及小活塞18的驱动杆234的表面限定而成的空间。 这在图5中可最清楚地看出，小气缸的工作容积是当小活塞处于 其外死点中心位置时的最大值。图6表示当大活塞和小活塞接近 各自的内死点中心位置时，在压缩终点附近的发动机。在此由壁 14a限定而成的空间变成了燃烧空间20。

小活塞18的头部35具有一轴向厚度大大小于活塞18的冲 程的棱边37。图示的头部35具有一个与小气缸的壁14a稍稍隔 开并形成一环形间隙12 8的圆柱形棱边37。如图所示，小气缸14 的上端形成有一最佳的周向槽39，该槽为加速以下所述的进入 提供了一旁通通道并且也允许在小气缸中存在余隙容积。

小活塞18的头部35在图5和图6中所示为简化的形状。它 可设计成各种形状，并且一些形状说明如下。

小活塞18在发动机的缸头的孔511中被导向并滑动。该孔 带有一绕杆234存在的小间隙，从而允许该杆自由地运动，但也为 过量的燃气泄漏提供了密封。一个或多个滑动密封环510串联地 设置与杆234上，从而进一步减少燃气的泄漏。小活塞18在按曲 轴转角的一半速度旋转的凸轮500的作用下运动。弹簧501帮助 活塞18保持与该凸轮接触。凸轮500与大活塞16的曲轴机构同 步，从而保证当活塞16在压缩冲程的终点(见图6)到达内死点中 心位置时，小活塞18也如图所示基本上到达其内死点中心位置。 在内死点中心位置时，小活塞18的头部35的下表面能密封在一 密封面515上，从而基本上防止通过孔511和杆234之间泄漏燃 气。

凸轮500的构型设计为小活塞提供一加长的吸气冲程。

小活塞的运动与大活塞的运动的区别不仅在于冲程的长度 方面。例如，小活塞的进气冲程可超过排气冲程以及大活塞的进 气冲程。此外，两活塞的各冲程的开始/或结束没有必要发生在精 确的相同时刻。

可以理解，驱动小活塞的机构与图示的凸轮轴是不同的。例 如，该机构可是凸轮控制的摇臂或如图26所示的由两个凸轮控 制的横梁。此外，该机构也可采用液压或气动制动系统，这些系统 由从大活塞的曲轴来的信号进行控制。如果这种控制出现故障， 则小活塞的非正常运动不会因不希望的碰触而损坏大活塞。

在大活塞的进气冲程和/或压缩冲程期间，液态形式的燃料 由诸如喷射器34之类的燃料进入阀而输入小气缸14中。因此， 燃料喷射器可设计成以相当低的压力输送燃料，并且具有在燃烧 期及大活塞的膨胀期间，当头部密封在面515上时，因小活塞的 头部35而提供的阻挡作用而挡住喷射器的优点。液态燃料可与 一部分空气进行雾化。

通过一个可由机械式电制动的小阀机构(图中未示出)还可 将气态燃料输入气缸14中并且将燃料与一部分空气混合输送。

作为燃料喷射器的一个替换方案，小活塞18的运动可用于 通过其杆23 4泵送燃料并通过头部35的下表面内或附近的孔将 燃料喷入气缸14内。在这种结构中(图中未示出)，喷射器34和 其燃料泵可接合在该小活塞的设计中一体考虑。

该大活塞具有一排气阀26及一带有一将基本上未经节流的 空气接纳入大气缸12中的进气阀24的进气管25。

燃料空间内可设有一个按STCI原理工作的火花塞52。在这 种情况下，由于浓的混合物(合蒸发的燃料)在压缩冲程的终点通 过槽39及间隙128进入而由发生在图6所示时刻之前一点的火 花首先点火，因此该发动机的压缩比可降低。点火后，早期燃烧使 燃烧空间20中的温度及压力上升，所以继续通过间隙128及槽 39进入的剩余燃料现在可由压缩点火而点燃。

图6所示的燃烧空间容积20最好包含在为气缸头内但伸入 到大气缸12中的气缸14的空间中，例如伸入虚线所示的大活塞 16的头部之中。另外，燃料容积20可由在大活塞16的头部36上 采用也由虚线所示的突起116来减小。

活塞16和18两者或之一可具有诸如116或117之类的突 起或凹腔，这些可帮助引导燃烧空间中的燃气运动并且还允许对 燃烧空间的容积作出调整，从而使发动机具有一理想的压缩比。 如果在小气缸14内选取的容积不足以提供在燃烧空间中所需的 余隙容积，对于给定的压缩比来说，所需的余隙容积，则进一步的 余隙容积可由大活塞的头部的凹腔117提供或由结合于阀座腔 的气缸头中的凹腔提供。

小气缸14的容积可或者小于或者大于燃烧空间20的容积。 一个纯梅里特发动机要求供给发动机的所有燃料输入小气缸14 中，并且这种结构可从用于小气缸的大工作容积或大工作容积比 E得到好处，一种混合型的梅里特发动机可采用更低的E值。例 如，小气缸可小到只接收供到发动机中的小部分燃料。剩余部分 的燃料或者如混合式梅里特/柴油机混合模式直接供给到燃烧空 间或者(如梅里特/SIGE混合模式)供给到大气缸的进气管25。小 气缸设有一个能大大提高主燃料充量可获得的点火能量的点火 放大器。这种应用能改善柴油机的燃烧过程或允许稀薄的燃料/ 空气预混合物在SIGE发动机中产生点火。

凸轮构型500使小活塞18在凸轮转角180°或曲柄转角 360°范围内从内死点中心位置朝外死点中心位置运动。这可为小 活塞提供一加长的进气冲程，其在大活塞16的排气冲程和进气 冲程期间同时发生。小活塞的压缩冲程能发生在凸轮的90°转角 内并且在凸轮的最后90°转角期间，小活塞停在其内死点中心位 置。

图7a至7d示意性地示出图5至图7所示发动机按纯梅里 特方式以四冲程工作的情况。图7a至7d表示大活塞16的进气， 压缩、膨胀及排气冲程。图7d和7d表示小活塞18的进气冲程，图 7b表示两活塞的压缩冲程的开始，而图7c表示小活塞静止或停 止期间。

图7a至7d所示的定时布置允许：当大活塞16通过从其外 死点中心位置(见图7d)移离开始其排气冲程时，小活塞18从其 内死点中心位置移离开始其进气冲程。按这个方式，小活塞18的 速度比大活塞16的速度慢，所以小活塞在大活塞16到达排气冲 程(见图7a)的终点位置的内死点中心位置时只到达其进气冲程 大约一半的距离。然后，小活塞18继续其远离内死点中心位置的 进气冲程，而大活塞16也在其进气冲程期间远离其内死点中心 位置。进气冲程之后，大活塞16和小活塞18都在大约同时开始 其压缩冲程(图7b)。最后，小活塞18在其内死点中心位置保持静 止而大活塞16继续其膨胀冲程(见图7c)。在这种结构中，小活塞 的进气冲程的第一部分发生在大活塞的排气冲程期间，而第二部 分发生在大活塞的进气冲程期间。

这种结构的一个重大优点在于：在升程期间可给凸轮轴一个 长的角弧度，它可长达180°凸轮转角。这就允许使用相对大的凸 轮升程而不存在过大的机械应力。加长小活塞18的进气冲程的 主要优点在于：允许燃料有额外的时间在小气缸的第二部分容积 中蒸发。

喷射器34在小活塞18(见图7d)进气冲程起始处开始输送 燃料并且该输送可持续至它的整个进气冲程，甚至持续至其压缩 冲程。最好，燃料喷射尽早发生在小活塞的进气冲程起始处，从而 使液体燃料在小气缸14内的蒸发时间达到最大。在小活塞的进 气冲程的早期，大气缸12中的排出燃气通过小活塞的头部周围 的间隙128进入第一容积15a。该热燃气帮助由喷射器34喷入的 燃料进行蒸发。

小气缸14不带进气阀或排气阀，并且在小活塞18的进气冲 程的后期，大气缸内的新鲜空气流过间隙128，以与小气缸中的含 量混合。当该活塞到达其外死点中心位置处的进气冲程的终点 时，可用一较佳的较低的槽391(见图14)通过借助于加大小活塞 的头部35周围的圆周间隙来增加传送入小气缸内的空气量。在 一个适合于一直接进入或一非直接进入的实施例中的较佳结构 中，小活塞的头部35在其进气冲程的终点处可从小气缸14的缸 孔中退出，从而帮助来自大气缸的空气进一步进入小气缸。

间隙128的尺寸可有意设计成这样，即在小气缸的进气冲程 期间，将小气缸内的压力限制到低于大气缸内的压力的值。该间 隙设计成与发动机转速范围，所用的燃料，工作容积比E及其它 参数相匹配。当采用上槽39时，该间隙是非常小的滑动间隙，甚 至接近于几乎相接触，从而防止发生进入，直到活塞18的棱边到 达槽39为止。槽39可以省略，但在这种情况下，间隙128必须大 到足以使在进入期间燃料流过该间隙而进入燃烧空间20。

由于气缸14的第一容积15a的大小，在进气冲程期间增加， 因此从气缸12中传送入气缸14的第一容积中的燃气因燃料的蒸 发而受气缸14中的压力的增加的影响。

一旦气缸14中的第一容积在压缩冲程(见图7b)期间开始减 小时，则直到小活塞18的压缩冲程的终点附近前都保持分离。

当分离最终结束时，在小气缸14的第一容积15a内的燃料/ 空气混合物被迫进入燃烧空间20，进行进入过程。该混合物含有 蒸发的燃料，一部分空气及一部分排出燃气和一部分可能成为液 态的燃料，但没有足够的氧去加速由压缩点火而引起的燃烧。

在该进入过程期间，小活塞头部的下侧迅速朝小气缸14的 端面运动。这一点在图9和图10中表示更清楚。图9表示小活塞 按一优选的形式处于刚刚开始进入过程的压缩冲程的终点附近 的情况。在该点，分离仍占优势，并且空气如图所示正通过间隙 128从燃烧空间20向第一容积15a中运动。

在图10中，活塞头部35的棱边37具有敞开的槽39，并且由 突然从小气缸14中失去的余隙容积及同时扩大的间隙128，从而 使第一容积中的含量按图中箭头所示进入燃料空间20。凸轮500 的构型能设计成使小活塞18以某一速度抵达其座515上。以这种 方式，带有可观的压力的燃气被迫进入。该进入的燃料/空气混合 物由槽的形状以特定的方式导入到燃料空间中，并且应理解，该 形状可能存在一些变化。一种变化示于图22中，该槽和小活塞头 部35两者的构形都设置成如图22的箭头所示的进入的燃料/空 气混合物提供一扩散的通道。

进入该燃烧空间的燃料与另外的氧混合并且由压缩点火或 由用火花塞52的火花点火而点燃。然而，直到进入的过程完成并 且小活塞落座于图22中所示的座515上之前，所有的燃料都不 能完全燃烧。

在压缩冲程期间或进入期间，从杆密封510中产生的任何泄 漏都能收集于小支管5100中，从此处，它可通过一通道5101输 送至大气缸12的进气管25中。

在大活塞16的膨胀冲程期间，小活塞停止，从而防止该杆密 封510和燃料喷射器34不受高压高温条件的影响。该小活塞的 头部35在燃烧期间被加热，这有助于下一个发动机循环内燃料 的蒸发。

在大部分燃烧期间及膨胀冲程期间停住小活塞，使燃烧空间 20与小活塞的头部35无关。这可加速改善燃烧过程。

大活塞16的排气相位(见图7d)与小活塞18的进气冲程的 开始一致，并且燃料喷入第一容积能在这一冲程期间开始。

小活塞18在其内死点中心位置和外死点中心位置之间的运 动的开始与结束可以在或可以不在定时方面与大活塞16在其内 死点中心位置和外死点中心位置之间的运动的开始与结束完全 一致。当小活塞18接近其内死点中心位置或刚开始敞开槽39(如 果存在的话)以促进当大活塞16接近其内死点中心位置时的最 佳曲柄位置处的点火时刻时，确定进入的定时时间是所希望的。 点火可因火花塞52中产生的火花而开始或因压缩点火(如果所 用的燃料和发动机的压缩比结合起来选择以允许压缩点火的话) 而开始。

小活塞18的行程小于大活塞16的行程，最好是大大小于大 活塞的行程。

第二种合适的定时结构采用图25的凸轮506。大活塞和小活 塞两者的进气冲程都在大致相同的曲柄转角位置处开始，而两活 塞的压缩冲程也在大致相同的曲柄位置处结束。因此，大活塞14 继续其膨胀冲程，接着进行排气冲程，而小活塞18在该两冲程期 间保持静止，停止于达到压缩冲程终点处的内死点位置。还可能 存在用于活塞运动的其它定时结构。

两活塞(如图7所示)的运动没有必要完全同步。最好在大活 塞16的大部分膨胀冲程期间，小活塞保持落座于其密封面上。然 后，在大活塞16的膨胀冲程的终止附近或是在大活塞的排气冲 程的开始及期间，小活塞开始其进气冲程。此外，也可以在大活塞 16的排气冲程期间的任何时刻开始小活塞的进气冲程。如果小活 塞在大活塞的排气期间开始其进气冲程，那么它会将一些热的燃 烧气体产物引入小气缸14的第一容积内。当在进气冲程期间将 燃料喷入该容积时，热燃气就会帮助燃料蒸发。

在图11，14及21所示的梅里特式非直接进入式的结构中， 燃烧空间20用一限制件或带有孔2161的板216部分地与大气缸 12隔开。该孔允许燃气在燃烧空间20和大气缸12之间运动并具 有几个功能。它可在大活塞16的压缩冲程期间使从大气缸12中 向燃烧空间20中运动的空气产生涡流运动；它还可在燃烧的早 期阶段使热燃气从燃烧空间中以高速射流的形式喷出。该射流可 导向朝着气缸12中的阀坑喷，该阀坑中合有可用以参加燃烧过 程的末用的或附加的空气。根据所用的燃料及压缩比，孔2161的 大小可按设计者的选择改变。非直接进入式结构或用在梅里特发 动机中，该梅里特发动机采用汽油或柴油或其它任何形式的燃料 并利用压缩点火或STCI方式。非直接进入式梅里特发动机的一 个明显优点在于：减小发动机火焰板上用于孔2161的空间需要。 这就导致了在图11和图13a中可看到的与阀空间更小的干涉。 燃烧空间的容积可包含在板216和小活塞头部35之间或它可部 分地伸入大气缸中，例如，如图11所示在大活塞16的凹腔117。

在图12所示的梅里特式中间进入式发动机的结构中，对着 气缸12敞开的燃烧空间20的区域临时由一固体止挡件116阻 塞住。这一止挡件合有一个或多个与图11中所示的孔2161具有 相同功能的孔1161。该孔能将空气沿其切向和/或轴向速度分量 方向从气缸12中导入到燃烧空间20中。这就加速了在压缩冲程 的后期输送至燃烧空间20中的空气的回旋运动。

该固体止挡件可以是诸如在活塞16上形成的一突起的塞子 116。塞子116相对包含燃烧空间20的小气缸14的壁具有较宽松 的间隙，以避免在活塞的运动期间发生接触。塞子116高出大活 塞16的头部的有效高度H可相当小，例如在大活塞16的行程的 10％至20％的范围内。这是因为气缸12中的大比例的空气质量 (例如50％至70％)是在大活塞朝压缩冲程终点的最后10％至 20％的运动期间通过该塞子而输入燃烧空间20中的。此外，该空 气随着其处于高压状态而具有增加的密度。

由图12可看出，塞子116和活塞18具有部分球形表面，这 可帮助加速在该燃烧室20中的空气的涡流运动。

图13a至13d是发动机火焰板的四种可能形式的平面图。该 火焰板包含阀头座24和26及图中所示的用于使大气缸12和小 气缸14之间保持开通的可能形状。图13a至13d的结构允许每 个气缸具有4个阀。在一直接进入式发动机中，在位于中心的并 全开的小气缸14周围设置有两个进气阀24和两个排气阀26。该 小气缸14的横截面部分可为圆形或者它可是任何诸如图13c所 示的形状，以便充分利用火焰板上可获得的面积。小活塞18的杆 234的有效导向确保活塞的头部35可是任何形式的横截面，而下 存在它与小气缸的壁14a碰触的危险。该四阀是对称布置的并具 有良好的气流特性。图13a表示在非直接进入式发动机中的一两 气阀结构。在此，燃烧空间通过孔2161(图11中也可看出)与大气 缸12连通。

图13b表示进气阀24和排气阀26的阀坑424及在非直接 进入式发动机的燃烧空间20的端视图。在气缸头上开设有浅的 通道360或作为替换方案，该通道可开设在大活塞头部，从而将 燃气引导到孔2161并从孔2161导出。箭头369表示在压缩冲程 后期挤入燃烧空间中的空气的旋转方向，而箭头367和368表示 当燃气从通道360中涌入阀坑时的旋转方向。按这一方式，位于 阀坑这样的附加容积中的氧可按采用Ricardo慧星式结构的IDI 柴油机相同的工作方式卷入燃烧过程。

梅里特发动机的分离过程

在本发明的发动机中，分离是一种保持在小气缸14的第一 容积15a中的燃料/空气混合物与接纳入大气缸12的空气分离 的过程。该过程取决于：在小气缸18的进气冲程及大部分压缩冲 程期间，第一容积中的压力低于或等于第二容积15b中的压力。 该分离可利用以下几个特征中的一个或多个而实现。

1.小活塞的头部与小气缸的壁之间的间隙128，当该间隙大 到足以使燃气在选定的条件下流过间隙时候。

2.小活塞的头部与小气缸的壁之间的间隙128，当该间隙太 小以致燃气不能通过该间隙时候。

3.上槽39，其容积给出了小气缸的余隙容积。

4.相对的压缩容积与进入容积之比。

5.小活塞18相对大活塞12的曲柄转角移动关系，尤其是在 压缩冲程期间。这一关系决定了两活塞的大部分压缩冲程期间， 小气缸14和大气缸12中容积减小的速率。

在选择的结合或单独地使用上述特征(这取决于发动机的设 计)都会阻止进入的发生，直到接近小活塞18的压缩冲程的终点 为止。例如，利用特征也需要同时用特征3。然而，用特征1要求小 活塞滞后大活塞(特征5)更多。

例如，图9中采用特征2和3，其表示燃气通过间隙128传送 过小活塞18的头部35。在小活塞的进气冲程期间，随着气缸14 的第一容积15a的增加，燃料由例如喷射器34喷入第一容积。当 燃料蒸发时，它在第一容积中产生另外的分压力，并且如果该压 力保持低于大气缸12内的压力，则在大活塞的排气冲程期间，大 气缸内的部分燃气运动通过间隙128与燃料混合。由间隙的大小 而施加的限制作用能促进压降的形成，该压降使第一容积15a内 的压力低于大气缸内的压力，这种效果可随发动机转速而增加。

为了保证在小活塞的进气冲程期间完全进行分离，输送给小 气缸14中的第一容积15a的燃料量需要与小气缸的工作容积匹 配，从而保证第一容积内的总压力总低于在大气缸进气冲程期间 大气缸内的压力。挥发性更强的燃料(如汽油)与在进入过程开始 前不会全部在小气缸内蒸发的挥发性较小的燃料相比，可需要更 大工作容积的小气缸14。挥发性较小的燃料也可用于梅里特发动 机中，原因在于该进入过程能产生强有力的燃气喷射(如图10所 示)，并且这些燃气能夹带一些未蒸发的细液滴形燃料，这些细液 滴形燃料可在燃烧空间中迅速燃烧。例如，一纯梅里特发动机能 使用由一低压喷射器34喷入小气缸14的第一容积内的柴油，并 且可以在所有的燃料量(尤其是在全负荷时)还没有完全蒸发时 工作。在这种情况下，只有部分燃料在小活塞的进气冲程和压缩 冲程期间蒸发，而剩余的液体燃料是在进入的过程期间随热燃气 喷射时而雾化。

包含在槽39内的容积也为小气缸14提供了余隙容积，直至 活塞头部35接近压缩冲程的终点到达该槽为止。小气缸的(例如 在上槽39中的)该余隙容积可选择得以保证，在活塞18的压缩 冲程期间，活塞18的每个按顺序进行的运动步骤期间的容积比 (也即压力比)，对小气缸14来说，比大气缸12的内相同移动时 间间隔内的容积比要小。按这一方式，在小气缸14的第一容积内 的压力上升小于大气缸12内的压力上升，即使是两气缸开始压 缩时具有相同的压力也是如此。因此，按这种方式，直到小活塞到 达槽39为止，在两活塞的压缩冲程期间都可保持分离。然后，发 生在间隙128突然扩大的时刻而引起的该余隙容积的突然消失 使该进入过程开始。

特征5可参照图8a和8b加以解释。两活塞16，18当它们沿 其压缩冲程从外死点中心位置(ODC)向内死点中心位置(IDC) 运动时，其位置相对于发动机的曲柄转角从180°至360°示于图 表中。每个活塞的位置表示于活塞行程长度的百分数。曲线6000 表示用于大活塞的曲柄机构的典型正弦运动，并且6001和6002 是表示由带凸轮轴的凸轮构型作用于小活塞上的该种运动的两 个例子，该凸轮轴相对曲轴以两个相位角设置。曲线上的点6003 和6004表示进入过程的开始，此特小活塞的头部的棱边37开始 打开上槽39。

曲线6001(6002)可使得滞后于曲线6000，所以，在大部分曲 柄转角位置，在点6003(6004)处的进入过程前，大活塞16比小活 塞18向前运动更多，因此而在大气缸12内产生的压力上升大于 在小气缸14的第一容积15a中产生的压力上升。应当注意，图8a 和8b所示的运动表示在压缩冲程期间大活塞使大气缸内的容积 减小的比例比小活塞使小气缸的第一容积的容积减小的比例更 快。点6003(6004)表示沿小活塞的剩余冲程长度发生进入的点。 小活塞18相对滞后于大活塞16可由凸轮500(见图5)的构型达 到和/或由使制动小活塞的凸轮的角度位置相对制动大活塞的曲 轴而运动来获得。

梅里特发动机内的进入过程

进入过程接着分离过程并且是越过小活塞18的头部35的 棱边37将小气缸14的第一容积15a中内合物输送入燃烧空间 20中。这个过程发生在小活塞18的压缩冲程的终点附近，并借助 于图10作出解释。此时小气缸14的第一容积15a的内合物包含 或者全部蒸发或是部分蒸发的燃料，和一些量的某些空气及可能 存在的某些气态燃烧产物。这种混合物中，燃料非常浓而氧极缺 乏，因此即使在压缩的终点也不易于燃烧。但当它输送给燃烧空 间20时，此处合有大部分进气空气，当找到氧并点火后，燃料就 可容易地燃烧。

当小活塞18的头部35的棱边37到达槽39的边缘时，分离 过程打破。然后，包含在小气缸的第一容积15a中的燃气由活塞 18的进一步运动而移入燃烧空间20中。浓燃气由槽作用而偏转， 沿径向向外方向运动并与在燃烧空间内绕气缸壁旋转的空气混 合。当活塞18最终落座于座515上时，燃料已被喷入燃烧空间20 中，其中包含在分离期间没有蒸发的任何液态燃料。

小活塞的头部35的棱边的厚度T(见图10)影响进入开始处 活塞18的位置。厚度T越大，进入开始越晚。

进入开始的定时根据发动机的设计，特别是根据所用的点火 方法而改变。如果用压缩点火，进入的定时决定了燃烧的开始，但 燃烧过程直到小活塞到达其座并将所有燃料输送至存在氧的燃 烧空间中后才结束。如果采用STCI方式，进入可早一点发生在火 花点火发生之前。因此进入混合的精确定时此将不很严格，因为 此时燃烧的开始是由火花的定时控制的。该火花必须产生在进入 过程开始之后。

由于燃料需要与燃烧空间内的氧混合以支持燃烧过程，  因 此，进入过程的开始的定时应稍超前于点火的定时。由于进入过 程需要时间，因此有必要相对大活塞的位置使进入过程的定时保 持与燃烧过程的理想定时同步。较好的一个解决方案是使进入过 程较晚发生而持续期较短。

参照的分离过程描述早先的图8a和8b表示出进入过程的 定时和持续期是如何被控制的。曲线6001和6002表示小活塞18 的两种可能的运动，该运动是用一个凸轮构型并通过改变凸轮轴 (其制动小活塞)和曲轴(其制动大活塞)之间的相位角而获得的。 点6003和6004表示进入过程的开始，该过程可在物理上由小活 塞到达上槽的开始处(如图10所示)来决定。该两点表示在相距 冲程的终端X距离的同一条线上，该距离X表示槽39的开始的 位置。

在图8a中，双箭头6005表示改变凸轮轴和曲轴之间的相位 对进入过程的开始的影响。因此，对于曲线6001和6002，进入分 别在曲柄转角θ1和θ2处开始。增加曲线6000和曲线6001之 间滞后角得到曲线6002，曲线6002表示：与曲线6001相比，在每 个曲柄转角位置，小活塞进一步滞后于大活塞一段距离。该活塞 的滞后距离是一种在其中控制分离开始的方法，因为它控制在压 缩冲程期间两活塞16，18的连续容积比。可以看出：该滞后也影 响小活塞18的位置，在该位置，进入过程开始(表示在θ1点或 θ2点)。该滞后也使进入过程的终点延迟。

图8b表示图8a的放大部分，示出了在进入过程持续期内的 控制情况。曲线6002上的进入期间由曲轴转角θ2至θC2的运 动来表示。从位置6001至6002增加小活塞18的滞后使进入过程 的开始(从θ1至θ2)和结束(从IDC至θC2)都延迟。在θC2 处的结束表示于图中，已经运动至大活塞16的膨胀冲程的开始 阶段，并且这是延迟进入过程的开始的意外结果。为了克服这一 缺点，凸轮500的构型可以允许当小活塞到达θ2处的进入的开 始点后，凸轮突然与小活塞脱离啮合。这种结构的一种可能的凸 轮构型示于图21中。使用该凸轮构型，虚线曲线6004至θC2a 或6004至θC2b表示进入过程期间小活塞18的位置。在小活塞 到达点6004之前，小活塞的运动由凸轮构型来控制。6004点之 后，也即进入过程开始后，小活塞18因在该位置燃气压力作用于 小活塞及弹簧501的压力的作用之结果而自由加速至可获得的 最高速度。该自由运动是与时间相关的，因此该进入过程的结束 发生在与低发动机转速(在θC2a处)相比具有更高的发动机转 速的后一曲柄转角处。如整个进入过程能迅速进行，例如在高发 动机转速时在11度曲柄转角内，这将不是一个缺点。例如，在 600rpm的空转时，该进入过程可持续2度的曲柄转角(从内死点 中心位置之前大活塞16的10度的曲柄转角至内死点中心位置 前8度的曲柄转角)。在6000rpm时，该进入过程可持续11度的 曲柄转角(从大活塞内死点中心位置前10度的曲柄转角开始并 在大活塞内死点中心位置后1度的曲柄转角处结束)。

在小活塞18在点6004处的自由加速运动的开始之前，小活 塞将以在6000rpm的发动机转速处以在600rpm的发动机转速处 更快的速度运动，并且这可以帮助缩短在高的发动机转速处的进 入过程。

在进入过程的终点，当活塞18的头部与其座515接触时，小 活塞开始静止不动。该冲击作用通过迅速从小气缸14的第一容 积(15a)排出的燃气进行缓冲。该进入的燃气(见图10中箭头 5111)的最终的高速度帮助燃料与空气在燃烧空间20中进行混 合。

上述的结构促进了持续期很短的后期进入过程。这一过程非 常适合用于纯梅里特方式工作的火花触发点火中，此时所有的燃 料都输入小气缸14中。在这种结构中，一旦进入开始就可发生点 火，因此在所有发动机转速时燃烧期间可以很短，因此促进了非 常高的热效率。

一种替换结构是为了在所有时间，在凸轮构型的影响下，加 速给定的曲柄转角持续期内的进入过程。这一点可由将曲线6001 与内死点中心位置处(360°曲柄转角位置)的进入终点连接起来 而表示清楚。在这种情况时，点火定时需延迟，直至在点θ1处的 进入过程开始后为止，并且如果有意避免使用压缩点火，在这一 点可由定时火花点火而获得。当点火发生后，仍在进行进入过程 的富合燃料混合物能燃烧并可点燃早先已进入的燃料。该早先的 燃料与燃烧室20内的空气混合之后已形成了较稀薄的燃料混合 物。如果已存在于燃烧空间20中的这种稀薄燃料/空气混合物不 能按这种方式(例如当发动机空转并使用少量燃料时)点火，则通 到大气缸的进气管25可采用部分节流。这种就会减少在点火时 燃烧空间20内的空气量，因此使点火的定时时燃烧空间20内的 燃料/空气混合物变浓。这种可选择的节流阀83示于图2 3中，但 奉劝这将为该目的而使节流阀的使用达到最小化，因节流并能降 低发动机的热效率。作为替换或另外的方案，在进入期间，从小气 缸14的第一容积15a喷出的浓的燃料/空气混合物可发生分层， 从而保持在燃烧室20中可由火花点火。

当采用梅里特/柴油混合式工作的梅里特发动机并采用压缩 点火时，示于图8b的在点θ2处的燃料/空气混合物的进入过程 将触发按梅里特方式进入小气缸的少量燃料点火。这就加速了燃 料主充量的燃烧喷火点火，这些主燃料单独进入燃烧室并及时地 促进了相对于曲柄转角位置的最佳燃烧期间。在这种发动机中， 只有少量的燃烧燃料的压缩点火发生在主燃料喷射过程之前，不 会引起压缩冲程的终点处负功的显著增加。

梅里特发动机内的点火过程

梅里特发动机是一种将气态燃料输入燃烧室的分离式发动 机。因此，除可用压缩点火或STCI方式使燃烧过程开始外，梅里 特发动机还可用连续点火装置，如灼热塞或涂敷于燃烧室20的 壁面上的催化剂层，如铂。如果梅里特发动机与SIGE燃烧系统结 合，则不能用连续点火装置。

为了利用压缩点火，梅里特发动机如柴油机一样，需要使适 当的燃料与压缩比匹配，使压缩比高到足够使该燃料压缩点火。 如果用柴油，设计作为直接进入式发动机的纯梅里特发动机可采   用的压缩比例如为14∶1至16∶1。需要点燃梅里特发动机中预先 蒸发的柴油燃料的压缩比可低于用于柴油机中的压缩比，在柴油 机中，液体燃料只有在一些燃料在蒸发的过程期间接收来自热空 气的热量后被点燃。设计作为非直接进入式发动机的梅里特发动 机需要更高的压缩比，例如18∶1至20∶1。这再一次表明该值比典 型的IDI柴油机所要求的值低。

由于燃料在点火之前在小气缸14的第一容积15a内预先蒸 发，因此在梅里特发动机中可采用STCI方式。如果采用STCI方 式，可避免独立的过早的压缩点火。因此，发动机的压缩比需与所 用之燃料匹配，以避免独立的压缩点火，例如，使用高辛烷值的汽 油，则压缩比例如为10∶1是较合适的。

STCI过程要求在点火塞52的电极处具有可点火的混合物。 因此，将火花塞置于适当的位置以便在该位置燃料和空气两者都 能带至电极附近是很重要的。

一种合适的结构示于图14中，此处火花塞电极置于小气缸 的壁14a的凹坑1152中。该凹坑如图所示，位于槽39稍稍下一点 并且开入槽39中，从而允许浓气化燃料到达火花塞电极处。绕燃 烧空间20的壁的空气涡流由凹坑的下部1153引至火花塞电极。 最终的混合物可允许火花产生一火焰，然后该火花绕槽39进行 运动。如果对该发动机给定一个适当选取的压缩比，则一旦一些 燃料发生点火，随之而产生的压力和温度上升足以使另外的从小 气缸的第一容积15a内向燃烧空间20中喷入的气态燃料触发进 行压缩点火。该STCI过程如SIGE所用的一样与通常的火花点 火是下同的，此时，化学当量比的燃料/空气混合物由火花点燃， 该火花产生一个能传播过整个混合物的火焰前锋。在梅里特发动 机中，如柴油机一样，燃料和空气的混合发生在燃烧过程期间，并 且直到所有的燃料输送到燃烧空间后才完成。

由于需要点火后燃料才进入燃烧空间，因此纯梅里特发动机 的燃烧空间能以比典型的SIGE发动机的燃烧室的温度更高的温 度工作。

梅里特混合式发动机中火焰的点火能力

用于本发明的梅里特发动机的分离过程能用于提供一高能 点火源，它用来点燃从燃料源供给到燃烧空间20的燃料而不点 燃供至小气缸的第一容积15a的燃料。

这种应用的两个实例示于图15和图16中。

图15的结构适合用于均匀的燃料/空气混合物，该混合物正 常是可由火花塞点火的。

在图15中，通过喷射器82的一第二燃油供给将燃料直接供 至大气缸12。小气缸18具有一小的工作容积比E，其正好足够蒸 发少量的燃料，例如化学当量比燃料量的10％(燃料比 F＝10％)。发动机每循环通过喷射器34供给的燃料量可为常数 或者它可根据点火过程所需的能量来变化。该燃料如图所示由低 压喷射器34输送，但可采用其它的低压计量装置。例如，小活塞 杆的运动可用来泵送循环一次一定量的燃料。该燃料可以是如由 喷射器82输送的燃料相同的燃料，或者它可是挥发性的燃料或汽 油。

小气缸设有一火花塞52，以使进入燃烧空间20的燃料/空气 混合物点火。燃烧空间20的如图所示与大的楔形燃烧室220连 通，该燃烧室是设计为了满足大活塞12的需要的。在小气缸的第 一容积15a中的燃料/空气混合物可是易于由火花点火的。例如 它可是化学当量比的。

第二低压喷射器82将燃料喷入向火气缸12供给空气的进 气管25。节流阀83可用来控制这种发动机的功率输出。通过喷射 器82供给的燃料量可小于在进气和压缩冲程期间，在大气缸12 中形成化学当量比的混合物所需的燃料量。因此，大气缸12可作 为一稀薄燃烧的发动机工作而火花塞52可能不能提供足够的能 量独立地在压缩冲程的终点点燃该稀薄的混合物。然而，从小气 缸的第一容积15a中进入的燃料/空气混合物更易于由火花塞5 2点火，随着该点火后，产生的火焰就能点燃由大活塞16输送至 燃烧室220中的稀薄混合物。在这种结构中，该发动机仅利用喷 射器34提供的燃料而喷射器82关闭就可进行空转。在更低的部 分负荷时，节流阀83需要调节稀薄混合物的强度，以便由从小气 缸来的火陷进行点火。此外，为了产生足够强度的稀薄混合物以 利于由火焰点火，可由喷射器34向小气缸内提供额外的燃料，直 至喷射器82起动为止。

点火的燃料可是汽油或汽态燃料，如氢或自蒸发液体燃料， 如丙烷或丁烷。

图15所示结构也适合用于供给到大气缸12的近似均匀燃 料/空气混合物。小气缸14做得尽量小，并带有一个尽可能小的 产生一等离子区的火花塞，从而点燃燃烧空间20中的燃料/空气 混合物而不是采用常规的火花塞直接点燃。该小气缸，活塞及火 花塞组件甚至可用螺纹拧入常规的SIGE发动机的缸头中，而不 是拧入常规的火花塞。在这种结构中，小活塞18可是由电制动 的。

图15所示结构还具有为小活塞的运动而设计的倾斜轴线。 这种机械结构可提供便于布置进、排气阀24和26及小活塞18 的制动机构的优点。

图16示出采用混合点火方式的梅里特发动机的另一种结 构。该图示的结构适合用于通常可由压缩点火的燃料，如柴油。一 球形燃烧室220部分形成于缸头内，部分形成于大活塞16的头 部，该燃烧室符合大气缸12的要求并且是作为各种可能的燃烧 室结构中的一个实例而示于图中。小气缸中的第一容积由喷射器 34(它可是一低压喷射器)提供燃料。该部分燃料用于使由一第二 高压喷射器60喷入燃烧空间的另外燃料着火。这种结构是一种 梅里特发动机的典型柴油混合式结构，其中喷射器60是一典型 的高压柴油喷射器，而喷射器34可是将少量的柴油或其它的更 具有挥发性的燃料或气态燃料输入小气缸的低压喷射器。在这种 结构中，由喷射器34输送的分离燃料如图所示由压缩点火来点 燃，而不用火花塞。然而，也可能用通过喷射器34喷入的诸如汽 油一样的挥发性燃料并采用参照图15所述的STCI过程借助于 火花点火而使柴油发动机进行火焰点火。这种梅里特/柴油混合 式发动机的优点之一是：减小(或者甚至消除)点火滞延期(柴油 机的典型特点)，即使之减到通常柴油机敲缸的噪音之点能消失。 另一个优点是降低柴油机的烟度及粒子排放，并加速燃烧过程， 从而增加柴油机的功率密度。

纯的及混合式的梅里特发动机

1.纯的梅里特发动机方式

当按纯的梅里特发动机方式工作，例如在最大的BMEP处燃 料比F的范围为10％(用于空转)至80％时，进入大气缸12的空 气没有节流也没有一些燃料。由于大气缸中的一些空气不能在燃 烧过程期间与燃料混合。因此该纯梅里特方式不能完全燃烧燃料 比F＝100％的燃料。此外，例如燃料比F为80％至90％的燃料的 燃烧会在废气中形成不希望的氮氧化物而在废气中还会存在一 些氧气。这将使通常用于处理废气的三元催化转化器变得失效。 低的燃料比，例如80％，则存在20％的过量空气，这足可以降低 燃气的温度，从而避免氧化氮的生成。

在纯梅里特方式中，使小气缸的工作容积比E最大，从而与 最高量的燃料匹配。在图5所示的直接进入式实施例中，小活塞 18的头部的直径因在火焰板上需要为进排气阀24和26提供足 够的面积而受到限制，但头部35的形状可以是如图13C所示是 非圆的。小气缸的第一工作容积15a也可通过增加小活塞18的行 程而增加，该小活塞是由驱动机构控制。图5所示的简单的顶置 凸轮可提供大到例如20mm的冲程距离。一常规的凸轮制动摇臂 机构(未示出)可将该运动放大至例如30mm的行程。图26所示 的双凸轮，横梁结构可使凸轮升程放大相当多，例如紧凑结构中 的5倍。在图26中，两凸轮500，例如由齿轮(未示出)连接在一 起，使一横梁519摇摆，该横梁由弹簧501保持与凸轮接触。横梁 519的端部由销236连接到小活塞18的杆234上，并由凸缘235 进行侧向推拉。

图7表示小活塞18的进气冲程的加长期，该小活塞的行程 可长达360度曲柄转角或180度凸轮角。这种长持续期的凸轮升 程是由凸轮500的构型提供的。按凸轮和凸轮从动件之间的应力 情况，对于给定的冲程距离来说，与图25所示的凸轮构型506相 比，该种长持续期的凸轮500是不很需要的。

当采用图11所示的非直接进入式实施例时，小气缸的容积 比E作为替换方案可通过加大小气缸的缸径而加大。在该实施例 中，进排气阀和孔2161之间的干扰小得多，该孔2161可设置在 与大气缸的缺孔紧相邻的火焰板的环边缘附近。因此，小活塞的 直径可增加而对给定的工作容积来说，则小活塞的行程就要减 小。

表I综合了以四冲程纯梅里特方式工作的发动机的情况(仅 作为示例)。其中的E值和燃料比F只是为了使说明清楚而给出 的。

                     表I

典型地用于城镇行驶的高燃料经济性的载客汽车中的纯梅 里特式发动机模式-即图21所示的非直接进入式实施例。

工作容积比E＝12％至5％

燃料＝汽油(挥发性)

压缩比＝10∶1，短的进入过程

火花触发压缩点火(STCI)

发动机的总   小气缸的F(％)    大气缸的F(％)

燃料比F(％)                     (未节流)

10               10                 0

50               50                 0

80(最大)         80                 0

对工作容积比E＝11％的典型发动机可使用以下数值：

工作容积(大气缸)＝500CC

工作容积(小气缸)＝60CC

所需燃烧室容积＝60CC

2.梅里特/柴油混合式

图17表示与一柴油机结合的梅里特发动机的混合式结构， 而图18表示这种发动机的依次工作的四个冲程。在这一结构中 使用了两个喷射器。喷射器34是为梅里特方式进行低压燃料供 给而喷射器60是为柴油机方式的高压燃料喷射器。喷射器34在 小气缸的进气冲程期间将燃料供给小气缸的第一容积15a。这一 过程在大气缸的排气冲程期间开始。只有少量的燃料，例如燃料 比F＝10％，按梅里特方式供给，并且数量可保持不变或根据特定 设计的燃烧室的燃烧特性按负荷和速度的变化而变化。第二喷射 器60(典型的柴油喷射器)定位于使供给的剩余部分的柴油均匀 地分布于燃烧室20内的位置。图22表示两喷射器34和60的适 当位置。

图17所示的发动机是由压缩点火而点燃。

借助于图18a至18d对这种发动机的工作过程的四个冲程 说明如下：

图18d表示大活塞16的排气冲程及小活塞18的进气冲程 的开始。少量的柴油燃料由一低压喷射器34喷入小气缸14的第 一容积15a内。在进气冲程的早期，少量的废气通过间隙128也 进入小气缸。

在大活塞的进气冲程期间(见图18a)，小活塞继续其进气冲 程。在两活塞的压缩冲程的终点附近(见图18b)，小气缸内的蒸发 的燃料进入燃烧室20中，在此该混合物借助于与热空气接触按 公知的压缩点火过程来点燃。此时，第二喷射器60(其为典型的柴 油喷射器)如图18b所示喷出燃料。该燃料在点燃的火焰的影响 下或者在按梅里特方式点燃的燃料产生的温度升高的影响下非 常迅速地点火。在图18c所示的膨胀冲程期间，小活塞18保持静 止于其内死点中心位置处并且不阻碍燃烧空间20中的燃烧过 程。

该梅里特/柴油混合方式是一种喷火结构，此时第二气缸用 于为供给的主柴油燃料提供一种迅速且有力的点火源，正如前面 参见图16所示。

一个用于梅里特/柴油混合式的第二种结构示于图19中，而 如四冲程发动机那样的工作过程示于图20中。在这一结构中，单 一的喷射器6034(其为高压喷射器)完成两个输送燃料的作用，即 在小活塞18的进气冲程期间(见图20d)输送少量的燃料，例如 F＝10％，及在图20b所示的进入期间和/或在进入过程发生之 后，在大活塞16的内死点中心位置附近输送其余的大量的柴油。 这种喷射器6034的位置是这样的，即它能将第一数量的燃料在 小活塞的进气冲程期间输入小气缸14的第一容积15a而将第二 数量的燃料在大约500度曲柄转角后，在大活塞16的压缩冲程 的终点附近直接输送入燃烧室20中。这种每循环进行的两次燃 料输送可隔开大约220至500度曲柄转角并可采用电控制。这种 电控制的柴油喷射系统近来已引入用于柴油机上。喷射器6034 的一种适当位置在图22中作了更进一步说明。

图20c表示在小活塞18静止于其内死点中心位置时大活塞 16的膨胀冲程。

对于图18和图20的梅里特/柴油混合式结构，  同时采用两 种燃烧系统是比较满意的。

表II和III综合了梅里特/柴油机混合式的工作情况(只作为 示例)。表中所取的燃料比F只是为了使说明清楚。

                    表II

典型地用于载容汽车中的并采用如图19和图20所示的一 个双脉冲高压燃料喷射器的梅里特/柴油混合式发动机-即直接 进入式实施例。

工作容积比E＝5％；燃料＝柴油

压缩比＝16∶1；独立的压缩点火

发动机的总    小气缸的F(％)   大气缸的F(％)

燃料比F(％)                     (末节流)

10                10               0

20                10               10

50                10               40

100               10               90

对工作容积比E＝5％，可采用以下数值：

工作容积(大气缸)＝500CC

工作容积(小气缸)＝25CC

(小气缸内)附加燃烧室容积＝8CC

                   表III

典型地用在载重货车中的梅里特/柴油混合式发动机-即如 图17所示采用带有一个用于柴油方式的高压燃料喷射器60和 一个用于梅里特方式的低压燃料喷射器34的双喷油方式。

工作容积比E＝3％；  燃料＝大气缸为柴油而小气缸为汽油 (或丙烷)；压缩比＝14∶1；

  采用火花触发压缩点火(图17中末示出)

  发动机的总    小气缸的F(％)    大气缸的F(％)

  燃料比F(％)                      (末节流)

  6                 6                 0

  20                6                 14

  50                6                 44

  100               6                 94

对工作容积比E＝3％，下列值可采用：

工作容积(大气缸)＝2000CC

工作容积(小气缸)＝60CC

(在大活塞头部内-末示出)附加燃烧室容积＝94CC

应当注意利用柴油进行压缩点火的纯梅里特发动机不是柴 油机。这种梅里特发动机(如图11都示的非直接进入式实施例及 图12所示的中间进入式实施例)只用一种燃料供给，该燃料供给 与小气缸的第一容积15a连通并在小活塞18的进气冲程期间以

低压供给燃料。纯梅里特发动机作为压缩点火发动机可以采 用柴油，否则当以纯梅里特方式工作时就不是一种柴油混合式发 动机。例如，非直接进入方式的梅里特发动机，图14所示的小气 缸可用柴油，并可能结合火花辅助点火或结合STCI方式。然而， 由于在小活塞的进气冲程期间，所有燃料都通过喷射器34输入 该发动机，因此该发动机仍为纯梅里特发动机而不是柴油混合 式。

3.梅里特/SIGE混合式发动机结构

这些结构允许纯梅里特发动机在相同在发动机结构中相继 以SIGE或火花点火汽油机方式工作。这种结构示于图23中。

图23表示在典型的SIGE发动机的结构中位于大气缸12的 进气管内的另外的低压喷射器82和节流阀83。火花塞52位于燃 烧空间20中并用于双重目的。它点燃按梅里特方式以STCI点火 过程进入的燃料，或者作为替代方案，它点燃按纯SIGE方式预混 合的化学当量比的燃料/空气混合物。

与汽油型发动机混合的结构具有的优点允许在更高的燃料 比F的范围内，例如80％至100％内，采用化学当量比的空气/燃 料混合物进行工作。因此，废气中的所有氧都消耗了，从而可利用 一个三元催化转化器。在80％至100％范围内的F值引起发动机 废气中大部分的NOX的形成。

梅里特/SIGE混合方式可被解释为设计成也可以按SIGE 方式的梅里特发动机。在这种发动机中，小气缸14制成大到足够 接纳绝大部分燃料量，例如上至全负荷时(大到上至80％的F值) 发动机最大燃料进量的80％。一般说来，小气缸14越大，其中能 接纳的燃料比例就越大并且在进入前蒸发的燃料比例也就越大。 尽管两气缸的相对尺寸是发动机设计者们选择的，但小气缸14 的工作容积比E可以是例如大气缸12的工作容积的大约10％。 小气缸可包含整个燃烧空间20并且可制成直接进入式实施例， 非直接进入式实施例或中间进入式实施例中所述的各种结构。采 用火花塞52的火花辅助点火(STCI)用于点燃诸如汽油之类的燃 料，并且发动机按梅里特方式工作并使用范围为8∶1至12∶1的 中等压缩比。该火花点燃从小气缸14的第一容积15a进入燃烧 空间20的少量燃料。该初始火焰使燃烧空间20中的温度和压力 升高，从而在进入过程继续而燃料与燃烧所需的空气混合时压缩 点燃剩余部分的燃料。特别注意到在该结构中，点火过程的精确 定时可由进入混合过程的定时及火花的定时影向。

该混合式发动机将可按梅里特方式工作，燃料比的范围例如 为F＝0％至80％。

当以燃料比F大于例如80％工作时，纯梅里特方式的梅里特 发动机变成一常规的火花点火汽油发动机。这一点可通过中断通 过喷射器34供给小气缸14的燃料供应而对图23所示的进气支 管喷射器82开始供给燃料而取得。该喷射器将基本上是化学当 量比的燃料混合物供给到大气缸12的进气管25。至此，处于范围 F＝80％至100％内的燃料比用节流阀83控制保持于化学当量 比，该节流阀83在按梅里特方式工作时完全打开，但在此在燃料 比F＝8％处部分关闭而在燃料比F＝100％处完全打开。

在纯SIGE方式中，喷射器82和节流阀83给发动机提供化 学当量比的燃料/空气混合物，而在纯梅里特方式中，喷射器82 不工作但喷射器34工作。通过喷射器34和82同时使所需的化 学单量比燃料量混合在实际应用中也是可能的。

图24表示梅里特/SIGE混合式发动机按其纯的SIGE方式 工作的四冲程工作过程。在大活塞16(见图24a)的进气冲程期 间，燃料经喷射器82输入进气支管。在压缩冲程的终点(见图 24b)火花塞52点燃化学单量比的混合物。小活塞18在膨胀冲程 期间(见图24c)保持静止，从而不与燃烧过程干涉。在排气冲程期 间(见图24d)，喷射器34可以不工作或者作为替换方案，如果喷 射器82被迫输送稍稍减少一点的燃料量，则喷射器34可输送少 量的燃料(如图所示)。将一些燃料输给小气缸14可帮助冷却小 活塞的头部，从而避免过早点火的问题。

表IV综合了梅里特/SIGE混合式发动机的工作情况(仅作为 示例)。表中所取的燃料比F的值只是为了使说明清楚。

               表IV

典型地用于高功率载客汽车

工作容积比E＝10％；燃料＝汽油；

压缩比＝8∶1；梅里特方式-火花触发压缩点火；SIGE方 式-正常的火花点火；如图23和图24所示

发动机的总     小气缸的F(％)     大气缸的F(％)

燃料比F(％)

    10               10            0(未节流)

    20               20            0(未节流)

    50               50            0(未节流)

    80               0             80(节流)

    100              0             100(未节流)

对工作容积比E＝10％，可使用下列值：

工作容积(大气缸)＝400CC

工作容积(小气缸)＝40CC

(在小气缸内)附加燃烧室容积＝17CC

也应注意采用汽油燃料并用火花触化点火的纯梅里特发动 机不是一个SIGE发动机。这种如图5所示直接进入式实施例及 图21中所示非直接进入式实施例所述的纯梅里特发动机只能用 一种燃烧供给装置34，它与小活塞的第一容积15a连通，并在小 活塞的进气冲程期间输送燃料。纯梅里特发动机可用汽油工作并 采用火花点火，否则当按纯梅里特方式工作时它不是SI GE混合 式的发动机。

由于带有图24和图25所示的梅里特/SIGE混合式结构，因 此该两个燃烧系统相继进行工作。

4.梅里特/稀薄燃烧SIGE混合式发动机

图15示出了该种方式的工作情况。在该方式中，小气缸14 可是小容积比E。该梅里特/混合式的目的是帮助通过进气阀24 进入大气缸的稀薄混合物点火。在该种混合方式中，梅里特方式

与SIGE方式同时工作。

工作容积比例如可在E＝2％至5％的范围内，而按纯梅里特 方式工作的燃料比F可以为例如大约10％。因此，该发动机可按 纯梅里特方式空转运行，而当功率要求增加时由喷射器82将一 部分汽油供入大气缸的它空气进气管25。

在低的部分负荷BMEP值时，由喷射器82提供的极稀薄的 混合物即使在梅里特方式的帮助下可能不点火。在这种情况下， 节流阀83可用于使进入进气阀24的混合物变浓直至可进行点 火为止。这种条件仅作为示例而说明在下表V中，其F值为20％ 至50％。

                  表V

稀薄燃烧汽油机，由梅里特方式喷火点火，

工作容积比E＝4％；燃料＝汽油；

压缩比＝9∶1；如图15所示的梅里特方式-火花触发压缩点 火

发动机的总    小气缸的F(％)     大气缸的F(％)

燃料比F(％)

   10               10            0(未节流)

   20               10            10(节流)

   50               10            40(节流)

   80               10            70(未节流)

   100              0             100(末节流)

对于工作容积比E＝4％，可采用下列值：

工作容积(大气缸)＝500CC

工作容积(小气缸)＝20CC

(在大活塞头部内)附加燃烧室容积＝40CC    

等离子点火

再参照图15，这种结构适合于进一步应于本发明中。小气缸 可用作一强力的火花触发等离子点火源，既用于以化学单量比工 作的SIGE发动机也用于以低压缩比工作的柴油机。在这种结构 中，小气缸可具有甚至更小的足够使适量的最小量的燃料蒸发的 容积比E。喷射器34可输送极少量的挥发性燃料或者(作为替代 方案)气态燃料。该气态燃料可由一个由电或气动装置制动的小 阀在小活塞的进气冲程期间进行分配。氢，丙烷或丁烷例如可以 是适合小至1％或更小的小气缸工作容积比。如图15所示的作为 梅里特/稀薄燃烧SIGE混合式或如图16所示的作为梅里特/柴 油混合式发动机的工作与以上所述过程的保持相同，但气缸14 的大小减小的目的在于：与独立的火花塞点火相比提供最简单的 加强点火能量的方法。带有火花塞并供给例如氢气的系统称之为 等离子喷射点火器。该梅里特分离过程允许例如液态丁烷在进气 冲程期间以低压输入小气缸，并在此保持分离直至它在进入过程 后由火花塞点燃为止。该最终的等离子喷射将使SIGE发动机的 预混合的燃料/空气混合物点燃，或者作为替换方案将大大改进 柴油机的点火和燃烧过程。汽油或其它适当的燃料也能用于产生 等离子。

微型化的小气缸14将需要一个用于活塞18的小驱动机构， 这种机构可是电控的或气动操纵的。

该完整的小气缸和小活塞组件可制成由螺纹连接于气缸缸 头内的结构，从而取代SIGE发动机中的独立点火火花塞或帮助 柴油机点火。

图22表示供给小气缸14或燃烧室20的燃料喷射器的一些 可能位置。

表VI和VII(只作为示例)表示采用等离子喷火点火的梅里特 方式的，图15和图16的发动机按柴油及化学单量比汽油方式工 作的情况。

                 表VI

等离子点火-典型地用于船用直喷式柴油机

工作容积比E＝0.5％；喷火点火燃料＝汽油；

压缩比＝16∶1；点火方式-STCI

发动机的总     小气缸的F(％)     大气缸的F(％)

燃料比F(％)

   10               0.5              9.5

   20               0.5              19.5

   50               0.5              49.5

   80               0.5              79.5

   100              0.5              99.5

对工作容积比E＝0.5％，可采用下列值：

工作容积(大活塞)＝5000CC

工作容积(小活塞)＝25CC

(设置于大活塞头部内)附加燃烧室容积＝305CC；小活塞是 电控的。

                 表VII 等离子点火-典型地用于带有化学单量比汽油机的轻载货车。 工作容积比E＝1％；喷火点火燃料＝汽油； 压缩比＝10∶1：点火方式-STCI

发动机的总     小气缸的F(％)     大气缸的F(％)

燃料比F(％)

    10               1                9

    20               1                19

    50               1                49

    80               1                79

    100              1                99

对工作容积比E＝1％，可采用下列值：

工作容积(大活塞)＝1000CC

工作容积(小活塞)＝10CC

附加燃烧室容积＝100CC

小活塞是电控的

与小气缸连通的喷射器的位置取决于梅里特发动机的结构及其所预 计应用的场合，图22示出了各种位置。

喷射器34定位成以梅里特方式使低压喷射器供给燃料，该位置具有 的优点是：在膨胀期间及大部分燃烧过程期间；该喷射器是由小活塞的头 部挡住的。

喷射器的位置6034或者是适合于纯梅里特方式的或者是适合于图 19和图20所示的柴油混合式结构中的电控柴油喷射器。

如果该位置用于梅里特方式，尽管该燃料喷射器需要只以低

压输送诸如汽油之类的燃料，但它必需能承受燃烧压力和燃 烧温度。朝外开启的轴针式喷射器适合于这种应用，并且它们能 与脉冲式喷射泵或由电控工作。如果该位置用于柴油混合方式 中，则喷射器必需能在发动机一个循环期间以高压输送两次燃 料。

喷射器60的位置允许将燃料均匀地喷在燃烧室20的整个 容积内，并且最适合按梅里特/柴油混合式发动机工作的高压柴 油喷射器，其用如图17和图18所示的两个喷射器。

图25表示采用与到目前为止由图所示的加长凸轮构型500 相比不同的凸轮构型506的梅里特/SIGE混合式结构。凸轮构型 506使小活塞与大活塞在进气冲程(见图25a)和压缩冲程(见图 25b)内基本上保持同步运动。在大活塞16的膨胀冲程(见图25d) 和排气冲程(见图25d)期间，凸轮允许小活塞保持静止于其内死 点中心位置。这样的凸轮构型可用在包括混合型的所有型梅里特 发动机中。允许小活塞的进气冲程在大活塞的排气冲程期间(如 图25d所示)开始而在大活塞的进气冲程的终点前(如图25a所 示)结束也是可能的。

与凸轮构型500相比，凸轮构型506使小活塞在其进气冲程 期间具有更高的速度，因此，由于这一原因，凸轮构型506可能更 适用于更大的，速度更慢的或者小容积比E的发动机。

图25也表示一种适合用于梅里特/SIGE混合发动机的任选 结构。此时当该发动机按纯SIGE方式工作时，小活塞18的驱动 及制动运动脱离连接，并且当该发动机需要按梅里特方式工作 时，该运动又再连接上。因此，图25所示的工作循环是典型的四 冲程工作的SIGE循环。这种脱离连接能与任何适当的凸轮构型 一起使用或者与任何被选取使小活塞运动并且也能与用于梅里 特/柴油混合式发动机的驱动机构(例如电动的，机械式的或气动 的)一起使用。