一种射流阀控制的预燃室点火内燃机的制作方法

本发明涉及到一种内燃机技术，尤其涉及一种由射流阀控制的预燃室点火内燃机。

背景技术：

预燃室点火能够明显缩短主燃烧室混合气燃烧持续期，且能够点燃超稀薄混合气，降低燃烧温度，减少nox的排放，提高燃烧效率，降低内燃机油耗，这是全球对其展开研究的主要原因。

预燃室点火包括主动预燃室和被动预燃室点火，是指首先点燃内燃机预燃室中的混合气，也称先导混合气，并将先导混合气燃烧产生的高温高压气体通过预燃室与主燃烧室间的通道，形成射流气体，通过喷孔喷入主燃烧室，引燃主燃烧室混合气，也称主混合气。其中，主动预燃室是指预燃室内的先导混合气由独立管道送入；被动预燃室是指预燃室内的先导混合气由主燃烧室活塞压入；

以上都是已知技术，并存在各种缺陷：

第一、无论是主动预燃室还是被动预燃室，预燃室与主燃烧室间的通讯通道允许射流气体通过，当先导混合气点燃以后，其产生的高温高压射流气体第一次通过所述通道，对通道进行加热，特别是对通道面向主燃烧室的喷孔进行加热；当主混合气被射流气体点燃，在主燃烧室内产生高温高压气体，所述气体压力此时高于预燃室压力，高温高压气体从主燃烧室反向流入预燃室，通过所述通道和喷孔，对其进行第二次加热；当活塞膨胀下行，主燃烧室压力下降，预燃室内的高温气体再一次通过所述通道和喷孔，到达主燃烧室，第三次对其加热，使所述通道和喷孔处于高热状态，高热状态的通道和喷孔将会使内燃机发生早燃，导致预燃室点火失败。同时，射流气体多次通过喷孔也会产生节流损失。

第二、由于预燃室与主燃烧室之间没有阀门隔离，导致预燃室点燃以后，其先导混合气立即向主燃烧室喷射，其初始喷射的射流气体温度并不高，而且由于先导混合气流失，其最终燃烧压力也不能达到足够高，因而需要较多质量的先导混合气，导致节流损失和热损失增加，也会使主混合气燃烧时刻发生或提前或延迟的波动，导致循环波动增加，效率下降。

第三、某些以前的专利，在预燃室上设置冷却装置，然而，所有的冷却装置都难以对喷孔处实施有效的冷却。

第四、预燃室火花塞需要采用特殊设计的预燃室火花塞。

第五、在低温冷启动条件下运行困难。没有阀门的主动或被动式预燃室的点火在某些情况下是非常困难的。比如，在低温启动内燃机时，预燃室空间很小，预燃室壁温度很低，这些常常使得预燃室混合气点燃以后，其火核生长缓慢，且容易淬熄。

美国专利10550757公开了一种阀门点火预燃室内燃机，其在喷口处设置一个单向阀门，当预燃室压力大于主燃烧室压力时，喷口处的阀门打开，射流气体喷入主燃烧室，而当主燃烧室混合气燃烧产生高温高压气体时，所述气体不能通过所述单向阀，因而不能对喷口进行第二次加热，有效避免早燃。这是一个很好的发明专利，然而，却具有以下缺陷：

第一、没有积碳清理功能。所述阀门具有上下两个密封面，当阀门开启时，其上密封面有气流通过，而下密封面自始至终都没有气流通过，因此，非常容易被积碳所污染，最终改变所述阀门的开启高度；

第二、所述导管的设计和安装不利于散热；

第三、所述导管上的密封面在安装和高温条件下容易产生加工和装配变形以及热变形，严重影响密封面的密封效果；、

第四、单纯依靠一种模式点火不能满足内燃机的各种运行状态。总之，这些都会影响阀门的使用和所述内燃机的稳定工作。

事实上，所有预燃室点火都是为了减小主混合气的燃烧持续期，在许多情况下，与火花塞点火的燃烧持续期相比，所述燃烧持续期要小很多，这显然提高了内燃机的热效率，然而，一旦提高内燃机负荷，立即将产生爆震倾向，爆震是一种不可接受的燃烧现象。

为了取得效率和爆震的权衡，人们想到的是在主混合气中增加egr率，这种方法能够延长主混合气的燃烧持续期，还能够产生低温燃烧，减少热损失，但大量egr率也使所述内燃机功率降低，并且所述内燃机使用这种方式只能运行在较小的负荷区域；

人们也设想过推迟点火时刻，使燃烧重心后移，减少爆震倾向，然而推迟点火至上止点以后，往往使火花塞点火的火核成长非常缓慢，不利于火焰的传播，最终导致效率降低，甚至熄火事件发生。因此，火花塞点火推迟燃烧重心用来增加运行负荷是有限的。预燃室点火显然能够推迟燃烧重心，由此也带来了抵抗爆震发生的能力，但是如果推迟较多，则需要增加射流的点火能量，这需要增加预燃室的容积。

技术实现要素：

本专利提供了的目的是试图使所述内燃机采取高压缩比设计，从而获得在中小负荷区域的高效率运行，必要时，采用较大的egr率，通过射流阀控制点火运行，而在较大负荷区域采用射流阀控制的点火模式，所述射流阀开启的时刻在所述先导混合气燃烧一定时间，使先导混合气热能基本上释放，并达到相当程度的高温和高压以后，在上止点后较迟的位置开启所述射流阀，使燃烧重心延迟，用以增强抵抗爆震的能力，使高效率和提高抗爆震能力方面得到均衡，从而所述内燃机能够显著提高效率。

本发明的技术方案是提供了一种射流阀控制的预燃室点火内燃机，其包括缸体、缸盖、气缸、活塞、连杆、曲轴、进排气门、以及进气系统、排气系统和egr系统，活塞在气缸中往复运动，其上的活塞销孔连接连杆一端，连杆另一端连接至曲轴的曲柄销，活塞的往复运动推动曲柄销绕曲轴中心旋转并对外输出动力；气缸内周墙壁、活塞的顶面以及缸盖的下端面之间的空腔形成主燃烧室，主燃烧室顶面靠近进气侧布置有至少一个进气门，其用于气缸的进气，靠近排气侧布置至少一个排气门，其用于排出气缸中的废气：

对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面的缸盖一侧，分别设置一个主火花塞、一个预燃室、一个预燃室火花塞、一个射流阀、一条从预燃室通向主燃烧室的射流通道、一个喷嘴和至少一个喷孔；

其中：

所述主火花塞被布置在缸盖中气缸中心附近或气缸外圆周一侧，所述主火花塞电极面向主燃烧室，其能够用于点燃主燃烧室混合气，即主混合气；所述预燃室直接开设在缸盖中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室安装在缸盖中；

所述预燃室火花塞被安装在所述预燃室的上端，预燃室火花塞电极面向预燃室，用于点燃预燃室混合气，即先导混合气；

所述射流阀被安装在所述射流通道之中，其具有开启和关闭射流通道的功能；

所述喷嘴被安装在射流通道末端，面向主燃烧室一侧的气缸中心附近；所述喷嘴上开设直径为0.1至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔，所述喷孔面向主燃烧室沿喷嘴圆周方向布置，喷孔的轴线与气缸的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体均匀地喷射至主燃烧室空间；

预燃室点火内燃机运行时，所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于25％的主混合气进入气缸，并在气缸中被活塞压缩；

所述射流阀开启，在活塞上行并压缩主混合气时，将主混合气的一部分通过所述射流通道引入预燃室，形成所述先导混合气；

所述先导混合气在预燃室内形成滚流和/或涡流，同时关闭射流阀，使所述预燃室形成独立封闭空间；

在活塞上行接近上止点时，操作预燃室火花塞，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到高温高压状态；

在所述内燃机最佳正时时刻，开启所述射流阀，使高温高压射流气体通过喷孔喷入主燃烧室，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由所述射流阀控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞下行做功，随后将所述主混合气燃烧以后所产生的废气排出气缸，完成所述内燃机一个循环。

本发明还提供了一种射流阀控制的预燃室点火内燃机，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面的缸盖一侧，分别设置一个主火花塞、一个预燃室、一个预燃室火花塞、一个射流阀、一个单向进气阀，一条从预燃室通向主燃烧室的射流通道、一条从主燃烧室通向预燃室的被动进气通道，一个阀嘴和至少一个喷孔；

所述主火花塞被布置在缸盖中气缸中心附近或气缸外圆周一侧，所述主火花塞电极面向主燃烧室，其能够用于点燃主混合气，即主混合气；

所述预燃室直接开设在缸盖中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室安装在缸盖中；

所述预燃室火花塞被安装在所述预燃室的上端，预燃室火花塞电极面向预燃室，用于点燃预燃室混合气，即先导混合气；

所述射流阀被安装在所述射流通道之中，其具有开启和关闭射流通道的功能；

所述单向进气阀被安装在所述被动进气通道之中，其具有开启和关闭被动进气通道的功能；

所述阀嘴被安装在射流通道末端，面向主燃烧室一侧的气缸中心附近；所述阀嘴上开设直径为0.1至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔，所述喷孔面向主燃烧室沿阀嘴圆周方向布置，喷孔的轴线与气缸的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体均匀地喷射至主燃烧室空间；

预燃室点火内燃机运行时，所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于25％的主混合气进入气缸，并在气缸中被活塞压缩；

随着主混合气被压缩而压力增加，所述主燃烧室与预燃室的压差增大，导致所述单向进气阀开启，使主混合气的一部分通过所述被动进气通道引入预燃室，形成所述先导混合气；

所述先导混合气在预燃室内形成滚流和/或涡流；

同时，随着主混合气被压缩而压力增加，直至其气缸内由压力产生的对阀盘的推力大于预燃室的先导混合气压力产生的对所述阀盘的推力时，所述压差射流阀自动关闭，使所述预燃室形成独立封闭空间；

在活塞上行接近上止点时，操作预燃室火花塞，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到高温高压状态；

所述预燃室压力升高并达到某一个高于主燃烧室的压力值时，所述单向进气阀关闭；

在所述内燃机最佳正时时刻，在预燃室与主燃烧室的压力差作用下，开启所述射流阀，使高温高压射流气体通过喷孔喷入主燃烧室，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由预燃室火花塞的点火时刻控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞下行做功，随后将废气排出气缸，完成所述内燃机一个循环。

本发明还提供了一种射流阀控制的预燃室点火内燃机，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面的缸盖一侧，分别设置一个主火花塞、一个预燃室、一个预燃室火花塞、一个射流阀、一个进气阀、一条从预燃室通向主燃烧室的射流通道、一条从进气阀通向预燃室的主动进气通道、一个喷嘴和至少一个喷孔；

所述主火花塞被布置在缸盖中气缸中心附近或气缸外圆周一侧，所述主火花塞电极面向主燃烧室，其能够用于点燃主混合气，即主混合气；

所述预燃室直接开设在缸盖中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室安装在缸盖中；

所述预燃室火花塞被安装在所述预燃室的上端，预燃室火花塞电极面向预燃室，用于点燃预燃室混合气，即先导混合气；

所述预燃室进气阀被安装在预燃室附近，具有开启和关闭主动进气通道的功能；

所述射流阀被安装在所述射流通道之中，其具有开启和关闭射流通道的功能；

所述喷嘴被安装在射流通道末端，面向主燃烧室一侧的气缸中心附近；所述喷嘴上开设直径为0.1至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔，所述喷孔面向主燃烧室沿喷嘴圆周方向布置，喷孔的轴线与气缸的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体均匀地喷射至主燃烧室空间。

预燃室点火内燃机运行时，所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于75％的主混合气进入气缸，并在气缸中被活塞压缩；

所述预燃室进气阀开启，将先导混合气通过所述主动进气通道引入至所述预燃室内，所述先导混合气是在预燃室外部备制的混合气，其总是为不含egr的化学计量空燃比等于1而压力在1.5-2.5mpa之间的易于被火花塞点燃的冷却混合气；

所述先导混合气在预燃室内形成滚流和/或涡流，同时关闭预燃室进气阀和射流阀，使所述预燃室形成独立封闭空间；

在活塞上行接近上止点时，操作预燃室火花塞，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到高温高压状态；

在所述内燃机最佳正时时刻，开启所述射流阀，使高温高压射流气体通过喷孔喷入主燃烧室，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由所述射流阀控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞下行做功，随后将所述主混合气燃烧以后所产生的废气排出气缸，完成所述内燃机一个循环。

本发明还提供了一种射流阀控制的预燃室点火内燃机，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面的缸盖一侧，分别设置一个主火花塞、一个预燃室、一个预燃室火花塞、一个射流阀、一个进气阀，一条从预燃室通向主燃烧室的射流通道、一条从主燃烧室通向预燃室的主动进气通道，一个阀嘴和至少一个喷孔；

所述主火花塞被布置在缸盖中气缸中心附近或气缸外圆周一侧，所述主火花塞电极面向主燃烧室，其能够用于点燃主混合气，即主混合气；

所述预燃室直接开设在缸盖中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室安装在缸盖中；

所述预燃室火花塞被安装在所述预燃室的上端，预燃室火花塞电极面向预燃室，用于点燃预燃室混合气，即先导混合气；

所述射流阀被安装在所述射流通道之中，其具有开启和关闭射流通道的功能；

所述进气阀被安装在所述主动进气通道之中，其具有开启和关闭主动进气通道的功能；

所述阀嘴被安装在射流通道末端，面向主燃烧室一侧的气缸中心附近；所述阀嘴上开设直径为0.1至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔，所述喷孔面向主燃烧室沿阀嘴圆周方向布置，喷孔的轴线与气缸的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体均匀地喷射至主燃烧室空间；

预燃室点火内燃机运行时，所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于75％的主混合气进入气缸，并在气缸中被活塞压缩；

所述预燃室进气阀开启，将先导混合气通过所述主动进气通道引入至所述预燃室内，所述先导混合气是在预燃室外部备制的混合气，其总是为不含egr的化学计量空燃比等于1而压力在1.5与2.5mpa之间的易于被火花塞点燃的冷却混合气；

所述先导混合气在预燃室内形成滚流和/或涡流，并关闭预燃室进气阀；

同时，随着主混合气被压缩而压力增加，直至其气缸内由压力产生的对阀盘的推力大于预燃室的先导混合气压力产生的对所述阀盘的推力时，所述压差射流阀自动关闭，使所述预燃室形成独立封闭空间；

在活塞上行接近上止点时，操作预燃室火花塞，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到高温高压状态；

在所述内燃机最佳正时时刻，在预燃室与主燃烧室的压力差作用下，开启所述射流阀，使高温高压射流气体通过喷孔喷入主燃烧室，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由预燃室火花塞的点火时刻控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞下行做功，随后将废气排出气缸，完成所述内燃机一个循环。

进一步地，所述射流阀为一种电控射流阀，其能够是直动式结构阀门，也能够是先导式结构阀门，其具有驱动部、阀体孔、阀杆、阀针锥面、阀座锥面；

当射流阀为分体式结构时，所述阀体孔和阀座锥面直接开设于缸盖之中，利用缸盖中的冷却水套对所述射流阀进行冷却；

当射流阀为整体式结构时，所述阀体孔和阀座锥面采用导热率较高的材料制成，与所述阀杆和驱动部一同安装在缸盖之中；

所述阀杆可移动地安装于所述阀体孔中，并具有开启和关闭射流通道的两个位置；

所述阀针锥面和阀座锥面的锥角完成相等；

当射流阀关闭时，所述阀针锥面与阀座锥面紧密贴合，形成密封面，所述密封面完全切断了射流通道，使预燃室与主燃烧室之间的气体不能通讯；

当射流阀开启时，所述阀针锥面与阀座锥面分离，使预燃室与主燃烧室之间的气体能够通过所述分离的密封面和射流通道进行通讯。

进一步地，所述射流阀为一种压差射流阀，其具有压差阀座、压差阀盘、射流通道、阀嘴和喷孔；所述压差阀座直接开设在缸盖中，在主燃烧室顶面于气缸中心附近开设有圆柱形压差阀嘴安装孔，用于容纳所述阀嘴；所述阀嘴具有圆环锥面压差阀限位器、射流通道、喷孔和圆柱形压差阀嘴外周面；所述压差阀盘具有压差阀上圆环锥面和压差阀下圆环锥面，并在所述压差阀下圆环锥面上开设至少3个涡旋沟槽，所述压差阀盘被安装在所述压差阀限位器和压差阀座组成的空间之中，并能够在所述空间中上下自由移动和绕自身轴线自由旋转，所述压差阀盘外周圆与压差阀座和压差阀限位器之间存在一个狭窄通道；压差阀限位器、压差阀盘、压差阀座和射流通道的轴线全部重合；所述压差阀座的锥角与所述压差阀盘上圆环锥面的锥角相等，当所述压差阀盘向上移动时，所述压差阀盘上圆环锥面与所述压差阀座的圆环锥面相互紧密贴合，并形成压差阀密封面，所述压差阀密封面使来自于预燃室的射流气体不能通过所述压差阀密封面，由此，切断了射流通道，使预燃室的气体与主燃烧室的气体不能通讯；

当所述压差阀盘在气压差的推动下向下移动，所述压差阀盘下圆环锥面与所述压差阀限位器的圆环锥面相互贴合，并限定了所述压差阀盘的位置，同时，所述压差阀密封面被开启，所述射流气体能够通过所述开启的压差阀密封面、所述狭窄通道和所述涡旋沟槽到达射流通道，进一步到达主燃烧室，恢复了主燃烧室与预燃室的气体通讯；

当压差射流阀开启的一瞬间，所述射流气体从预燃室进入所述开启的压差阀密封面，并进入狭窄通道，进一步进入所述涡旋沟槽到达射流通道，再通过喷孔进入主燃烧室；在射流气体高速穿越所述涡旋沟槽时，所述射流气体将推动所述压差阀盘绕自身轴线旋转，所述压差阀盘的旋转和射流气体的冲刷能够清除密封面之间，即压差阀盘上圆环锥面和压差阀座之间，以及压差阀盘下圆环锥面和压差阀限位器之间存在的积碳，并使所述压差阀密封面均匀磨损；

在所述压差阀盘的底部，开设一个穹顶，射流通道为细长形圆柱通道，并且所述喷孔的流通面积大于所述狭窄通道的流通面积；当主混合气压力大于先导混合气压力时，主混合气的一部分气体将通过喷孔反向进入射流通道形成反向射流气体，所述反向射流气体到达压差阀盘底部的穹顶和所述涡旋沟槽的入口时，产生高速涡流，所述高速涡流阻止一部分反向射流气体通过所述狭窄通道进入预燃室，造成主燃烧室的压力p2的升高率大于预燃室的p1的压力升高率，最终关闭压差射流阀；

所述压差阀密封面的锥度β在60度和150度之间取值。

进一步地，所述进气阀为一种电控阀，其能够是直动式结构阀门，也能够是先导式结构阀门，用于从所述预燃室外部将已经备制好的预燃室混合气引入所述预燃室。

进一步地，所述单向进气阀为一种气体压差式单向阀；所述单向进气阀被安装在所述主燃烧室与所述预燃室之间的被动进气通道中，具有开启和关闭所述被动进气通道的功能；其具有圆锥型单向阀座、单向阀盘、被动进气通道；缸盖上设有单向阀限位器、所述单向阀盘具有单向阀上圆环锥面和单向阀下圆环锥面，并在所述单向阀上圆环锥面上开设至少3个涡旋沟槽，所述单向阀盘被安装在所述单向阀限位器和单向阀座组成的空间之中，并能够在所述空间中上下自由移动和绕自身轴线自由旋转；单向阀限位器、单向阀盘、单向阀座和被动进气通道的轴线全部重合；所述单向阀座的锥角与所述单向阀盘下圆环锥面的锥角相等；

当所述内燃机开始压缩冲程时，活塞上行，使所述主燃烧室的压力增加，当所述主燃烧室的气体压力推动单向阀盘向上移动，所述单向阀盘上圆环锥面与所述单向阀限位器的圆环锥面相互贴合，并限定了所述单向阀盘的位置，同时，所述单向阀密封面被开启，所述主燃烧室的气体能够通过所述开启的单向阀密封面、通过所述涡旋沟槽到达预燃室，形成对预燃室的先导混合气的充气过程；

当所述预燃室的气体被预燃室火花塞点燃，所述先导混合气温度和压力增加，增加的压力推动所述单向阀盘向下移动时，所述单向阀盘下圆环锥面与所述单向阀座的圆环锥面相互紧密贴合，并形成单向阀密封面，所述单向阀密封面切断了被动进气通道，使预燃室的气体与主燃烧室的气体不能通讯；

当单向进气阀开启的一瞬间，所述主燃烧室的气体进入所述涡旋沟槽到达所述预燃室，所述气体高速穿越所述涡旋沟槽时，所述气体将推动所述单向阀盘绕自身轴线旋转，所述单向阀盘的旋转和进气气体的冲刷能够清除单向阀密封面之间，即单向阀盘下圆环锥面和单向阀座之间，以及单向阀盘上圆环锥面和单向阀限位器之间存在的积碳，并且能够使所述单向阀密封面均匀磨损；所述单向阀密封面的锥度β在60度和150度之间取值。

进一步地，通过阀门控制先导混合气进入预燃室，并在封闭的预燃室内由预燃室火花塞点燃先导混合气，使先导混合气燃烧一段时间，其热能得到充分的释放并产生高温高压并具有足够活性自由基成分的气体，再通过控制射流阀的开启时刻，使所述高温高压射流气体喷入主燃烧室并引燃主混合气的点火模式成为阀门控制的射流点火模式，即vcji模式。

进一步地，在所述vcji模式中，先导混合气燃烧一段时间是指先导混合气的累计放热率达到或超过50％，一定的温度是指到达或超过2200k，一定的压力是指远超过主混合气压缩末压力。

进一步地，在所述的vcji模式中，所述高温高压射流气体包含有大量的正在燃烧的微小火核和自由基活性成分，在气体压差的作用下高速喷入主燃烧室空间，与主混合气进行快速混合，使大量微小火核同时点火，在活性成分和湍动能的协助下迅速完成火核的发展与传播并快速完成主混合气燃烧。

进一步地，在所述的vcji模式中，喷入主燃烧室的射流气体包含比0.1焦耳的火花塞点火能量高出10-500倍的点火能量，能够实现主混合气推迟点火，即在活塞下行膨胀过程中执行点火，推迟所述内燃机的燃烧重心，降低所述内燃机的有效压缩比，降低爆震危险。

进一步地，在执行所述vcji模式时，所述内燃机采用高压缩比设计，所述高压缩比是指在11：1直至18：1中取值。

进一步地，在采用所述的vcji模式时，所述预燃室容积为所述内燃机单缸排量的0.3％以下，直至0.1％。

进一步地，其具有火花点火模式，即si模式，当主燃烧室混合气egr率小于25％时，启动主燃烧室火花塞，点燃主燃烧室内的主混合气，预燃室火花塞对先导混合气的不再点火，或者点火时刻和射流阀开启时刻延后至主混合气燃烧完成以后。

进一步地，vcji模式和si模式能够同时在一个循环中进行，即vs模式；vs模式下，在主混合气被主火花塞点燃并燃烧一部分以后，再通过启动预燃室火花塞点火，使所述射流气体点燃并燃烧主燃烧室内剩余的主混合气；由于主混合气燃烧已经产生一定的压力，减小了先导混合气压力与主混合气的压力差，导致射流气体喷入主燃烧室的速度减慢，燃烧持续期延长，即所述vs模式能够调节主燃烧室的燃烧持续期。

进一步地，能够通过si燃烧百分比或者vcji燃烧百分比来描述所述vs模式：当si燃烧百分比为100％时，形成主燃烧室单纯的si模式，此时，主混合气燃烧持续期最长；当si燃烧百分比为0％时，形成主燃烧室单纯的vcji模式，此时，主混合气燃烧持续期最短；当执行vs模式时，主混合气燃烧持续期由si和vcji不同的燃烧百分比决定。

进一步地，si模式用于所述内燃机的冷启动和预热阶段；vcji模式用于大负荷区域；vs模式用于所述内燃机中等负荷区域，并能够用于si模式和vcji模式之间的切换。

进一步地，所述内燃机能够使用汽油包括含乙醇的汽油以及天然气。

进一步地，所述内燃机的先导混合气的燃料种类能够不同于主混合气的燃料种类。

进一步地，所述内燃机能够是单缸机、直列多缸机、v型或w型内燃机。

进一步地，所述内燃机能够是二冲程或四冲程内燃机

本专利的优势：

通过以上对装置和运行模式的描述，所述内燃机克服了以前技术的缺陷：

a.由于采用了射流阀，阻止在燃烧期间热气流多次对通道和喷孔加热，防止喷孔热点导致的内燃机早燃；

b.由于冷却的强化，有效冷却预燃室火花塞电极，延长其寿命；

c.由于采用射流阀，当射流阀关闭时，预燃室混合气的点火和燃烧不受主燃烧室混合气的压力、温度、浓度和气流运动的影响，使预燃室混合气的点火和燃烧稳定进行，减小燃烧循环波动；

d.由于预燃室混合气燃烧时，射流阀关闭，不会对主燃烧室造成早期的低温气体射流，因而减少对主混合气点火时刻的波动；

e.由于预燃室混合气在预燃室中接近燃烧完成，混合气热量几乎完成释放，因此，此时的预燃室混合气的能量非常高，且包含大量自由基活性成分，使稀薄主混合气的点燃变得非常容易，并且可以大大减少预燃室的容积，所述容积的减小，极大地减小了先导混合气的能量，进一步减小先导混合气对喷孔的加热而诱发早燃；

f.对于在预燃室点燃模式中某些工况条件下燃烧不稳定，甚至熄火事件发生，本专利直接采用si模式，避免了上述情况的发生；

g.最重要的是，由于采用了射流阀，使主燃烧室混合气点燃的时刻变得非常精准，这对内燃机效率、振动与噪音等均带来了正面的影响；

h.特别是vcji模式和vs模式，提供了推迟燃烧重心的手段，使所述内燃机能

够采用高压缩比设计和/或高egr率设计，并兼容现存的三元尾气处理设备。本发明的有益结果是：

第一、降低油耗：当内燃机工作在vs模式时，该模式提供了高的燃烧效率，特别是在内燃机中高负荷区域；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、运行区域广：本发明提供si模式，该模式可以进行有效的低温启动；

第三、排放降低：车用内燃机在vcji模式和/或vs模式下，其主燃烧室在大egr率条件下工作，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。

附图说明

图1是实施例1纵剖面图；

图2是实施例1电控射流阀关闭状态的横剖面图；

图3是实施例1电控射流阀开启状态的横剖面图；

图4是预燃室封闭情况下的先导混合气燃烧温度、压力和放热率曲线；

图5是实施例2纵剖面图；

图6是压差单向进气阀90进气示意图；

图7是压差射流阀20射流示意图；

图8是压差进气阀90受力示意图；

图9是压差射流阀20开启位置图；

图10是压差射流阀20关闭位置图；

图11是压差射流阀20涡旋沟槽示意图；

图12是压差射流阀20开启和关闭气流以及受力示意图；

图13是实施例3纵剖面图；

图14是实施例4纵剖面图。

其中：1—气缸；2—活塞；3—主燃烧室顶面；4—主燃烧室；5—缸盖；6—主火花塞；7—预燃室；8—预燃室火花塞；9—预燃室进气阀；10—电控射流阀；11—主动进气通道；12—射流通道；13—主火花塞电极；14—预燃室火花塞电极；15—喷嘴；16—喷孔；17—射流气体；18—水套；20—压差射流阀；25—阀嘴；90--单向进气阀；91--被动进气通道；100--驱动部；101—阀体孔；102—阀杆；103—阀针锥面；104—阀座锥面；105--密封面；203—阀盘；205—限位器；206—阀嘴安装孔；207—阀座；208—阀嘴外周面；211—阀盘上圆环锥面；212—阀盘下圆环锥面；213—压差阀密封面；215—涡旋沟槽；216—穹顶；217—反向射流气体；218—狭窄通道；219—高速涡流；903--单向阀盘；905--单向阀限位器；907--单向阀座；911--单向阀上圆环锥面；912--单向阀下圆环锥面；913--单向阀密封面；915--涡旋沟槽；egr—废气再循环。

具体实施方式

以下将结合附图1至图3对本发明的实施例1进行详细说明。

研究发现，如果先导混合气在独立空间内完成燃烧，直到达到足够高的温度、压力和自由基活性成分以后才发生射流喷射，显示会促进主混合气的燃烧。足够高温度的废气拥有大量的高温火核，足够多的自由基活性成分，改善主混合气的易燃性，加速火核成长，足够高压力显著提高射流速度，增加主混合气的湍动能，加速火焰扩散。这种方式比较以前的技术，能够进一步缩短主混合气燃烧持续期，也能够在大负荷时进一步推迟燃烧重心而避免爆震，因而能够进一步提高所述内燃机的压缩比，因此，以下实施例提供了一种射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式。

实施例1:

一种射流阀控制的预燃室点火内燃机，其具有缸体、缸盖、气缸、活塞、连杆、曲轴、进排气门、进气系统、排气系统和egr系统。活塞在气缸中往复运动，其上的活塞销孔连接连杆一端，连杆另一端连接至曲轴的曲柄销，活塞的往复运动推动曲柄销绕曲轴中心旋转并对外输出动力。

图1所示，气缸1内周墙壁、活塞2的顶面以及缸盖5的下端面之间的空腔形成主燃烧室4，主燃烧室顶面3靠近进气侧布置有至少一个进气门，其用于气缸1的进气，靠近排气侧布置至少一个排气门，其用于排出气缸1中的废气。

所述内燃机的特征在于：对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面3的缸盖5一侧，分别设置一个主火花塞6、一个预燃室7、一个预燃室火花塞8、一个射流阀10、一条从预燃室7通向主燃烧室4的射流通道12、一个喷嘴15和至少一个喷孔16。其中：

所述主火花塞6被布置在缸盖5中气缸1中心附近或气缸1外圆周一侧，优选布置在气缸1外圆周一侧，所述主火花塞电极13面向主燃烧室4，其能够用于点燃主燃烧室混合气，也称为主混合气；

所述预燃室7直接开设在缸盖5中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室7安装在缸盖5中；

所述预燃室火花塞8被安装在所述预燃室7的上端，预燃室火花塞电极14面向预燃室7，用于点燃预燃室混合气，也称为先导混合气；

所述射流阀10被安装在所述射流通道12之中，其具有开启和关闭射流通道12的功能；

所述喷嘴15被安装在射流通道12末端，面向主燃烧室4一侧的气缸中心附近；所述喷嘴15上开设直径为0.10至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔16，所述喷孔16面向主燃烧室4沿喷嘴15圆周方向布置，喷孔16的轴线与气缸1的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体17均匀地喷射至主燃烧室4空间。

由于缸盖中具有冷却水套18，因而能够对所述预燃室7、预燃室火花塞8、射流通道以及射流阀进行有效地冷却。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，其运行逻辑之特征在于：

所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于25％的主混合气进入气缸1，并在气缸1中被活塞2压缩。所述egr率是指所述内燃机在上一个循环中滞留在气缸1内的残余废气与通过egr阀从外部引入的冷却的废气的总和形成的总egr率(以下同)，在所述egr率小于25％时，其先导混合气能够被火花塞点燃；

所述射流阀10开启，在活塞上行并压缩主混合气时，将主混合气的一部分通过所述射流通道12引入预燃室7，形成所述先导混合气；此时，射流阀10充当了先导混合气的进气阀功能。随着活塞2上行，主混合气压力逐渐上升，其最高压力发生在活塞2处于上止点位置，如果此时所述射流阀10不关闭，所述先导混合气压力将与主混合气压力相同，而如果提早关闭所述射流阀10，所述先导混合气的压力将小于主混合气压力，形成先导混合气与主混合气一定的压差，所述压差能够通过提前关闭所述射流阀10的时刻进行调整；

所述先导混合气在预燃室7内形成滚流和/或涡流，同时关闭射流阀10，使所述预燃室7形成独立封闭空间；

在活塞2上行接近上止点时，操作预燃室火花塞8，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到一定高温和一定高压；

在所述内燃机最佳正时时刻，开启所述射流阀10，使高温高压射流气体17通过喷孔16喷入主燃烧室4，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由所述射流阀10控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞2下行做功，随后将所述主混合气燃烧以后所产生的废气排出气缸1，完成所述内燃机一个循环。

大多数时候，我们希望先导混合气压力小于主混合气压力，以便在先导混合气燃烧一段时间以后，其压力迅速超过主混合气，以便在合适的时刻开启射流阀10；比如，主混合气压缩末(在上止点)压力为4mpa，大约在活塞2上行至上止点前40度曲轴转角时，所述主混合气压力为2mpa，如果此时关闭射流阀10，则先导混合气压力为2mpa，先导混合气燃烧以后，其压力将达到8mpa左右，温度将达到2500k，所述先导混合气高温高压状态能够在上止点附近保持大约7.5度曲轴转角(参见图4)，选择所述内燃机最佳点火时刻，在此7.5度曲轴转角的任意时刻开启所述射流阀10进行射流，即可达到最佳运行结果。

图2和图3所示，所述射流阀10为一种电控射流阀，其能够是直动式结构阀门，也能够是先导式结构阀门，其具有驱动部100、阀体孔101、阀杆102、阀针锥面103、阀座锥面104；

优先地，所述射流阀10为分体式结构，其中：所述阀体孔101和阀座锥面104直接开设于缸盖5之中，利用缸盖5中的冷却水套18对所述射流阀10进行冷却；

所述射流阀10也能够是整体式结构，其中：所述阀体孔101和阀座锥面104采用导热率较高的材料制成，与所述阀杆102和驱动部100一同安装在缸盖5之中；

所述阀杆102可移动地安装于所述阀体孔101中，并具有开启和关闭射流通道12的两个位置。

所述阀针锥面103和阀座锥面104的锥角完成相等。

当射流阀10关闭时，所述阀针锥面103与阀座锥面104紧密贴合，形成密封面105，所述密封面105完全切断了射流通道12，使预燃室7与主燃烧室4之间的气体不能通讯；

当射流阀10开启时，所述阀针锥面103与阀座锥面104分离，使预燃室7与主燃烧室4之间的气体能够通过所述分离的密封面105和射流通道12进行通讯；

为了保证阀针锥面103与阀座锥面104的正确定位，采用同一刀具对所述阀体孔101和阀座锥面104进行加工。

通过阀门控制先导混合气进入预燃室7，并在封闭的预燃室7内由预燃室火花塞8点燃先导混合气，使先导混合气燃烧一段时间，其热能得到充分的释放并产生一定高温、一定高压并具有足够活性自由基成分的气体，再通过控制射流阀10的开启时刻，使所述高温高压射流气体17喷入主燃烧室4并引燃主混合气的点火模式成为阀门控制的射流点火模式，简称vcji模式。

进一步地，在所述vcji模式中，先导混合气燃烧一段时间是指先导混合气的累计放热率达到或超过50％，一定的温度是指到达或超过2200k，一定的压力是指远超过主混合气压缩末压力。

图4显示先导混合气在预燃室7内的燃烧而没有发生射流时的气体状态参数变化情况，从图4中观察到，当曲轴转角处于-7.5°至0°之间，其先导混合气的温度已经达到2100k以上，其所述的一定的压力达到了6.2mpa以上，而累计放热率则超过70％。因此，在-7.5°至0°之间均能够设定为射流阀10的开启时刻，至于最佳开启时刻则根据所述内燃机的负荷进行确定。

在所述的vcji模式中，所述高温高压射流气体17包含有大量的正在燃烧的微小火核和自由基活性成分，在气体压差的作用下高速喷入主燃烧室4空间，与主混合气进行快速混合，使大量微小火核同时点火，在活性成分和湍动能的协助下迅速完成火核的发展与传播并快速完成主混合气燃烧。因此，所述vcji模式是一种燃烧持续期非常短的燃烧模式，所述模式的热效率非常高。

在所述的vcji模式中，喷入主燃烧室4的射流气体17包含数焦耳至数十焦耳的点火能量，比常规的0.1焦耳的火花塞点火能量高出数十乃至数百倍，根据不同排量内燃机的设计，射流气体的能量甚至能够达到数千倍常规点火能量。因此，能够实现主混合气推迟点火，即在活塞下行膨胀过程中执行点火，推迟所述内燃机的燃烧重心，降低所述内燃机的有效压缩比，降低爆震危险。

在执行所述vcji模式时，所述内燃机采用高压缩比设计，使所述内燃机在较宽负荷范围内的效率得到提升。所述高压缩比是指在11：1直至18：1中取值，优选地在14：1至16：1中取值。

在采用所述的vcji模式时，与其它类型的主动或被动预燃室比，所述预燃室的容积能够大大减小，所述预燃室7容积为所述内燃机单缸排量的0.3％以下，直至0.1％。以1.5t增压型直列4缸内燃机为例，单缸容积为375cc，所述最大预燃室容积为1.125cc，最小为0.375cc，优选0.6cc至0.8cc。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，其具有火花点火模式，简称si模式。当主燃烧室4混合气egr率小于25％时，启动主燃烧室火花塞6，点燃主燃烧室4内的主混合气，预燃室火花塞8对先导混合气的不再点火，或者点火时刻和射流阀10开启时刻延后至主混合气燃烧完成以后。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，vcji模式和si模式能够同时在一个循环中进行，简称vs模式，即：在主混合气被主火花塞6点燃并燃烧(si)一部分以后，再通过启动预燃室火花塞8点火，使所述射流气体点燃并燃烧(vcji)主燃烧室4内剩余的主混合气。由于主混合气si燃烧已经产生一定的压力，减小了先导混合气压力与主混合气的压力差，导致射流气体17喷入主燃烧室4的速度减慢，燃烧持续期延长，即：所述vs模式能够调节主燃烧室4的燃烧持续期。

所述vs模式，能够通过si燃烧百分比或者vcji燃烧百分比来描述所述vs模式：当si燃烧百分比为100％时，形成主燃烧室4单纯的si模式，此时，主混合气燃烧持续期最长；当si燃烧百分比为0％时，形成主燃烧室4单纯的vcji模式，此时，主混合气燃烧持续期最短；当执行vs模式时，主混合气燃烧持续期由si和vcji不同的燃烧百分比决定。

所述si模式主要用于所述内燃机的冷启动和预热阶段；所述vcji模式主要用于大负荷区域；所述vs模式主要用于所述内燃机中等负荷区域，并能够用于si模式和vcji模式之间的切换。

所述内燃机的主混合气能够使用egr率，所述egr率能够在0％至25％之间取值。

实施例2：

图5所示，一种射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面3的缸盖5一侧，分别设置一个主火花塞6、一个预燃室7、一个预燃室火花塞8、一个射流阀20、一个单向进气阀90，一条从预燃室7通向主燃烧室4的射流通道12、一条从主燃烧室4通向预燃室7的被动进气通道91，一个阀嘴25和至少一个喷孔16。其中：

所述主火花塞6被布置在缸盖5中气缸1中心附近或气缸1外圆周一侧，优选布置在气缸1外圆周一侧，所述主火花塞电极13面向主燃烧室4，其能够用于点燃主混合气；

所述预燃室7直接开设在缸盖5中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室7安装在缸盖5中；

所述预燃室火花塞8被安装在所述预燃室7的上端，预燃室火花塞电极14面向预燃室7，用于点燃先导混合气；

所述射流阀20被安装在所述射流通道12之中，其具有开启和关闭射流通道12的功能；

所述单向进气阀90被安装在所述被动进气通道91之中，其具有开启和关闭被动进气通道91的功能；

所述阀嘴25被安装在射流通道12末端，面向主燃烧室4一侧的气缸中心附近；所述阀嘴25上开设直径为0.10至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔16，所述喷孔16面向主燃烧室4沿阀嘴25圆周方向布置，喷孔16的轴线与气缸1的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体17均匀地喷射至主燃烧室4空间。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，其运行逻辑之特征在于：

所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于25％的主混合气进入气缸1，并在气缸1中被活塞2压缩；

随着主混合气被压缩而压力增加，所述主燃烧室4与预燃室7的压差增大，导致所述单向进气阀90开启，使主混合气的一部分通过所述被动进气通道91引入预燃室7，形成所述先导混合气；

所述先导混合气在预燃室7内形成滚流和/或涡流；

同时，随着主混合气被压缩而压力增加，直至其气缸1内由压力产生的对所述阀盘203的推力大于预燃室7的先导混合气压力产生的对所述阀盘203的推力时，所述压差射流阀20自动关闭，使所述预燃室7形成独立封闭空间；

在活塞2上行接近上止点时，操作预燃室火花塞8，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到一定高温和一定高压；

所述预燃室压力升高并达到某一个高于主燃烧室4的压力值时，所述单向进气阀90关闭；

在所述内燃机最佳正时时刻，在预燃室7与主燃烧室4的压力差作用下，开启所述射流阀20，使高温高压射流气体17通过喷孔16喷入主燃烧室4，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由预燃室火花塞8的点火时刻控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞2下行做功，随后将废气排出气缸1，完成所述内燃机一个循环。

图6和图7所示，所述单向进气阀90为一种气体压差式单向阀。所述单向进气阀90被安装在所述主燃烧室4与所述预燃室7之间的被动进气通道91中，具有开启和关闭所述被动进气通道91的功能。其具有圆锥型单向阀座907、单向阀盘903、被动进气通道91；缸盖上设有单向阀限位器905、所述单向阀盘903具有单向阀上圆环锥面911和单向阀下圆环锥面912，并在所述单向阀上圆环锥面911上开设至少3个涡旋沟槽915，所述单向阀盘903被安装在所述单向阀限位器905和单向阀座907组成的空间之中，并能够在所述空间中上下自由移动和绕自身轴线自由旋转；单向阀限位器905、单向阀盘903、单向阀座907和被动进气通道91的轴线全部重合；所述单向阀座907的锥角与所述单向阀盘下圆环锥面912的锥角相等；

因此，当所述内燃机开始压缩冲程时，活塞2上行，使所述主燃烧室4的压力增加，当所述主燃烧室4的气体压力推动单向阀盘903向上移动，所述单向阀盘上圆环锥面911与所述单向阀限位器905的圆环锥面相互贴合，并限定了所述单向阀盘903的位置，同时，所述单向阀密封面913被开启，所述主燃烧室4的气体能够通过所述开启的单向阀密封面913、通过所述涡旋沟槽915到达预燃室7，形成对预燃室7的先导混合气的充气过程；

当所述预燃室7的气体被预燃室火花塞8点燃，所述先导混合气温度和压力增加，增加的压力推动所述单向阀盘903向下移动时，所述单向阀盘下圆环锥面912与所述单向阀座907的圆环锥面相互紧密贴合，并形成单向阀密封面913，所述单向阀密封面913切断了被动进气通道91，使预燃室7的气体与主燃烧室4的气体不能通讯；

当单向进气阀90开启的一瞬间，所述主燃烧室4的气体进入所述涡旋沟槽915到达所述预燃室7，所述气体高速穿越所述涡旋沟槽915时，所述气体将推动所述单向阀盘903绕自身轴线旋转，所述单向阀盘903的旋转和进气气体的冲刷能够清除单向阀密封面913之间，即单向阀盘下圆环锥面912和单向阀座907之间，以及单向阀盘上圆环锥面911和单向阀限位器905之间可能存在的积碳，并且能够使所述单向阀密封面913均匀磨损。

图8所示，在所述单向阀盘903关闭时，其暴露在预燃室7的气体压力p3下的面积为a3＝πd3²/4，预燃室7的气体提供给单向阀盘903的推力为f3＝p3*a3＝p3*(πd3²/4)；而所述单向阀盘903暴露在主燃烧室4的气体压力p4下的面积为a4＝πd4²/4，主燃烧室4的气体提供给单向阀盘903的推力为f4＝p4*a4＝p4*(πd4²/4)。

所述单向进气阀90开启的条件为f4大于f3，即：

p4>ξp3…………公式(3)

在所述单向阀盘903开启时，其暴露在预燃室7的气体压力p3下的面积为a3＝πd3²/4，预燃室7的气体提供给单向阀盘903的推力为f3＝p3*a3＝p3*(πd3²/4)；而所述单向阀盘903暴露在主燃烧室4的气体压力p4下的面积也为a4＝a3＝πd3²/4，主燃烧室4的气体提供给单向阀盘903的推力为f4＝p4*a3＝p4*(πd3²/4)。

所述单向进气阀90关闭的条件为f3大于f4，即：

p3>p4…………公式(4)

所述公式(3)和公式(4)是所述单向进气阀90开启和关闭的判断依据。其中，ξ＝(d3²/d4²)，是单向阀密封面913的结构参数。

所述单向阀密封面913的锥度β在60度和150度之间取值，优选锥角β＝90°

如图9、图10和图11所示，所述射流阀20为一种压差射流阀，其具有压差阀座207、压差阀盘203、射流通道12、压差阀嘴25和喷孔16；所述压差阀座207直接开设在缸盖5中，在主燃烧室顶面3于气缸1中心附近开设有圆柱形压差阀嘴安装孔206，用于容纳所述压差阀嘴25；所述压差阀嘴25具有圆环锥面压差阀限位器205、射流通道12、喷孔16和圆柱形压差阀嘴外周面208；所述压差阀盘203具有压差阀上圆环锥面211和压差阀下圆环锥面212，并在所述压差阀下圆环锥面212上开设至少3个涡旋沟槽215，所述压差阀盘203被安装在所述压差阀限位器205和压差阀座207组成的空间之中，并能够在所述空间中上下自由移动和绕自身轴线自由旋转。

图12所示，所述压差阀盘203外周圆与压差阀座207和压差阀限位器205之间存在一个狭窄通道218；压差阀限位器205、压差阀盘203、压差阀阀座207和射流通道12的轴线全部重合；所述压差阀座207的锥角与所述压差阀盘上圆环锥面211的锥角相等，因此，当所述压差阀盘203向上移动时，所述压差阀盘上圆环锥面211与所述压差阀座207的圆环锥面相互紧密贴合，并形成压差阀密封面213，所述压差阀密封面213使来自于预燃室7的射流气体17不能通过所述压差阀密封面213，由此，切断了射流通道12，使预燃室7的气体与主燃烧室4的气体不能通讯；

当所述压差阀盘203在气压差的推动下向下移动，所述压差阀盘下圆环锥面212与所述压差阀限位器205的圆环锥面相互贴合，并限定了所述压差阀盘203的位置，同时，所述压差阀密封面213被开启，所述射流气体17能够通过所述开启的压差阀密封面213、所述狭窄通道218和所述涡旋沟槽215到达射流通道12，进一步到达主燃烧室4，恢复了主燃烧室4与预燃室7的气体通讯；

当压差射流阀20开启的一瞬间，所述射流气体17从预燃室7进入所述开启的压差阀密封面213，并进入狭窄通道218，进一步进入所述涡旋沟槽215到达射流通道12，进一步通过喷孔16进入主燃烧室4；在射流气体17高速穿越所述涡旋沟槽215时，所述射流气体17将推动所述压差阀盘203绕自身轴线旋转，所述压差阀盘203的旋转和射流气体17的冲刷能够清除密封面213之间，即压差阀盘上圆环锥面211和压差阀座207之间，以及压差阀盘下圆环锥面212和压差阀限位器205之间可能存在的积碳，并且能够使所述压差阀密封面213均匀磨损。

图12a所示，在所述压差阀盘203关闭时，其暴露在预燃室7的气体压力p1下的面积为a1＝πd1²/4，预燃室7的气体提供给压差阀盘203的推力为f1＝p1*a1＝p1*πd1²/4；所述压差阀盘203暴露在主燃烧室4的气体压力p2下的面积为a2＝πd2²/4，主燃烧室4的气体提供给压差阀盘203的推力为f2＝p2*a2＝p2*πd2²/4。

所述压差射流阀20开启的条件为f1大于f2，即：

p1*>ψp2…………公式(1)

在所述压差阀盘203开启时，其暴露在预燃室7的气体压力p1下的面积为a1＝πd2²/4，预燃室7的气体提供给压差阀盘203的推力为f1＝p1*a1＝p1*πd2²/4；所述压差阀盘203暴露在主燃烧室4的气体压力p2下的面积为a2＝πd2²/4，主燃烧室4的气体提供给压差阀盘203的推力为f2＝p2*a2＝p2*πd2²/4。

所述压差射流阀20关闭的条件为f1小于f2，即：

p1<p2…………公式(2)

所述公式(1)和公式(2)是所述压差射流阀(20)开启和关闭的判断依据。其中，ψ＝(d2²/d1²)，是压差阀密封面213的结构参数。

图12b所示，在所述压差阀盘203的底部，开设一个穹顶216，射流通道12为细长形圆柱通道，并且所述喷孔16的流通面积大于所述狭窄通道218的流通面积；当主混合气压力大于先导混合气压力时，主混合气的一部分气体将通过喷孔16反向进入射流通道12形成反向射流气体217，所述反向射流气体217到达压差阀盘203底部的穹顶216和所述涡旋沟槽215的入口时，产生高速涡流219，所述高速涡流219阻止一部分反向射流气体217通过所述狭窄通道218进入预燃室7，造成主燃烧室4的压力p2的升高率大于预燃室7的p1的压力升高率，最终关闭压差射流阀20。

图10，所述压差阀密封面213的锥度β在60度和150度之间取值，优选锥角β＝90°。

图9，为了减小压差阀座207的加工装配变形和热变形，所述压差阀座207直接开设在缸盖5中，利用缸盖5中的水套对压差阀座207直接冷却，并采用同一刀具对压差阀嘴安装孔206、压差阀座207圆环锥面进行加工，保证压差阀盘203在密封面定位准确；

本实施例2采用的射流阀20与单向进气阀90安装在同一个阀嘴25上，事实上，也可以分别安装，只是所述射流阀20的射流通道12和所述进气单向阀90的被动进气通道91两者都与所述预燃室7联通，其相隔距离较近，因此，优选地，采用两个阀门的阀座25一体化设计。

事实上，进气单向阀90和射流阀20都是单向阀，使得气流的运动总是单一方向，不会发生以前的那种预燃室通道反复流过热气流而产生热点，形成容易早燃的特点。

实施例2与实施例1一样，具有vcji模式，si模式和vs模式，并具有基本相同的运行特点，因此，不再赘述。

实施例3

图13所示，一种射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面3的缸盖5一侧，分别设置一个主火花塞6、一个预燃室7、一个预燃室火花塞8、一个射流阀10、一个进气阀9、一条从预燃室7通向主燃烧室4的射流通道12、一条从进气阀9通向预燃室7的主动进气通道11、一个喷嘴15和至少一个喷孔16。

其中：

所述主火花塞6被布置在缸盖5中气缸1中心附近或气缸1外圆周一侧，优选布置在气缸1外圆周一侧，所述主火花塞电极13面向主燃烧室4，其能够用于点燃主混合气；

所述预燃室7直接开设在缸盖5中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室7安装在缸盖5中；

所述预燃室火花塞8被安装在所述预燃室7的上端，预燃室火花塞电极14面向预燃室7，用于点燃先导混合气；

所述预燃室进气阀9被安装在预燃室7附近，具有开启和关闭主动进气通道11的功能；

图2所示，所述射流阀10被安装在所述射流通道12之中，其具有开启和关闭射流通道12的功能；

所述喷嘴15被安装在射流通道12末端，面向主燃烧室4一侧的气缸中心附近；所述喷嘴15上开设直径为0.10至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔16，所述喷孔16面向主燃烧室4沿喷嘴15圆周方向布置，喷孔16的轴线与气缸1的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体17均匀地喷射至主燃烧室4空间。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，其运行逻辑之特征在于：

所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于75％的主混合气进入气缸1，并在气缸1中被活塞2压缩；

所述预燃室进气阀9开启，将先导混合气通过所述主动进气通道11引入至所述预燃室7内，所述先导混合气是在预燃室7外部备制的混合气，其总是为不含egr的化学计量空燃比等于1而压力在1.5与2.5mpa之间的易于被火花塞点燃的冷却混合气；

所述先导混合气在预燃室7内形成滚流和/或涡流，同时关闭预燃室进气阀9和射流阀10，使所述预燃室7形成独立封闭空间；

在活塞2上行接近上止点时，操作预燃室火花塞8，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到一定高温和一定高压；

在所述内燃机最佳正时时刻，开启所述射流阀10，使高温高压射流气体17通过喷孔16喷入主燃烧室4，并引燃主混合气；

所述最佳正时时刻由所述射流阀10控制；主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞2下行做功，随后将所述主混合气燃烧以后所产生的废气排出气缸1，完成所述内燃机一个循环。

所述进气阀9为一种电控阀，其能够是直动式结构阀门，也能够是先导式结构阀门。用于从所述预燃室7外部将已经备制好的预燃室混合气引入所述预燃室7。

实施例3与实施例1一样，具有vcji模式，si模式和vs模式，并具有基本相同的运行特点，因此，不再赘述。

实施例4

图14所示，一种射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，对于所述内燃机的每一个气缸，在所述主燃烧室顶面3的缸盖5一侧，分别设置一个主火花塞6、一个预燃室7、一个预燃室火花塞8、一个射流阀20、一个进气阀9，一条从预燃室7通向主燃烧室4的射流通道12、一条从主燃烧室4通向预燃室7的主动进气通道11，一个阀嘴25和至少一个喷孔16。其中：

所述主火花塞6被布置在缸盖5中气缸1中心附近或气缸1外圆周一侧，优选布置在气缸1外圆周一侧，所述主火花塞电极13面向主燃烧室4，其能够用于点燃主混合气；

所述预燃室7直接开设在缸盖5中，或者使用其它导热系数较大的金属材料制作成预燃室7安装在缸盖5中；

所述预燃室火花塞8被安装在所述预燃室7的上端，预燃室火花塞电极14面向预燃室7，用于点燃先导混合气；

所述射流阀20被安装在所述射流通道12之中，其具有开启和关闭射流通道12的功能；

所述进气阀9被安装在所述主动进气通道11之中，其具有开启和关闭主动进气通道11的功能；

所述阀嘴25被安装在射流通道12末端，面向主燃烧室4一侧的气缸中心附近；所述阀嘴25上开设直径为0.10至0.7mm相等或大小不等的3至8个喷孔16，所述喷孔16面向主燃烧室4沿阀嘴25圆周方向布置，喷孔16的轴线与气缸1的轴线具有夹角φ，所述夹角φ处于0°至80°之间，使射流气体17均匀地喷射至主燃烧室4空间。

所述射流阀控制的预燃室点火内燃机及其运行模式，其运行逻辑之特征在于：

所述内燃机进气系统和egr系统引导egr率小于75％的主混合气进入气缸1，并在气缸1中被活塞2压缩；

所述预燃室进气阀9开启，将先导混合气通过所述主动进气通道11引入至所述预燃室7内，所述先导混合气是在预燃室7外部备制的混合气，其总是为不含egr的化学计量空燃比等于1而压力在1.5与2.5mpa之间的易于被火花塞点燃的冷却混合气；

所述先导混合气在预燃室7内形成滚流和/或涡流，并关闭预燃室进气阀9；同时，随着主混合气被压缩而压力增加，直至其气缸1内由压力产生的对所述阀盘203的推力大于预燃室7的先导混合气压力产生的对所述阀盘203的推力时，所述压差射流阀20自动关闭，使所述预燃室7形成独立封闭空间；

在活塞2上行接近上止点时，操作预燃室火花塞8，使其点燃先导混合气，并使先导混合气燃烧一段时间，使所述先导混合气的热能得到充分释放，并达到一定高温和一定高压；

在所述内燃机最佳正时时刻，在预燃室7与主燃烧室4的压力差作用下，开启所述射流阀20，使高温高压射流气体17通过喷孔16喷入主燃烧室4，并引燃主混合气；所述最佳正时时刻由预燃室火花塞8的点火时刻控制；

主混合气燃烧，产生压力，并推动活塞2下行做功，随后将废气排出气缸1，完成所述内燃机一个循环。

实施例4与实施例2一样，具有vcji模式，si模式和vs模式，并具有基本相同的运行特点，因此，不再赘述。

其它实施例：

比如：所述内燃机能够使用汽油包括含乙醇的汽油以及天然气；或者，所述内燃机的先导混合气的燃料种类能够不同于主混合气的燃料种类；或者，所述内燃机能够是单缸机、直列多缸机、v型或w型内燃机；或者，所述内燃机能够是二冲程或四冲程内燃机。

这些实施例，均具有vcji模式，si模式和vs模式，不再赘述。

以上所述所有实施例中所列出的参数，只提供参考，不作为对本专利权利要求的限制。