專(zhuān)利名稱(chēng)：供曲軸箱使用之汽油供送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于內(nèi)燃機(jī)，尤其有關(guān)于二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其有關(guān)于燃料在進(jìn)入燃燒箱前之曲軸箱燃料供送。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)的不同用途令發(fā)動(dòng)機(jī)的耐用性漸漸變得重要，尤其當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要被長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用。例如，用于無(wú)人駕駛偵察機(jī)上的內(nèi)燃機(jī)常常要不斷地運(yùn)作達(dá)二十四小時(shí)之長(zhǎng)。這類(lèi)用途增加了有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)耐用性的問(wèn)題。理想中發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)可有效地運(yùn)用不同燃料，包括，氣油，柴油，及重質(zhì)燃料。再者，二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)的效率應(yīng)被改良，以取得更佳的燃料效益及減少排放。
以往亦有很多方法被運(yùn)用，以達(dá)到上述之結(jié)果。如用作披露用之例子，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,852,542及5,820,976所示，在燃燒箱的外層上加上隔熱陶瓷層利能改善發(fā)動(dòng)機(jī)之燃燒。雖然此方法能透過(guò)容許發(fā)動(dòng)機(jī)以較高之溫度運(yùn)作，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)之燃燒，但卻令發(fā)動(dòng)機(jī)的組件更快損壞。再者，此方法增加了空氣輸入時(shí)的溫度，從而改變了應(yīng)有的空氣-燃料比率及容積效率。雖然此問(wèn)題可透過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)加上一個(gè)渦輪增壓器或一燃料注入系統(tǒng)，但這類(lèi)方法會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的大小，重量及成本。又，渦輪增壓器普遍會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞，因?yàn)闇u輪增壓器需要發(fā)動(dòng)機(jī)以更高的溫度及壓力運(yùn)行。因此，在燃燒箱外加上隔熱的能力并不適用于需無(wú)間斷長(zhǎng)時(shí)間操作的發(fā)動(dòng)機(jī)。再者，在發(fā)動(dòng)機(jī)加上一般的渦輪增壓器或燃料注入系統(tǒng)會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，大小以及成本到一個(gè)不可接受的程度。
減少發(fā)動(dòng)機(jī)有毒氣體的排放亦有需要改善。雖然二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)一般來(lái)說(shuō)比四種程式發(fā)動(dòng)機(jī)有效，但除非燃料是被注入或加入渦輪增壓器，否則二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體處理以及換氣特征卻比較差劣，其原因是二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)的自然進(jìn)氣及排氣口之間的時(shí)間特征。當(dāng)供送之汽油被引進(jìn)燃燒箱時(shí)，排氣口仍有一小部份打開(kāi)。因?yàn)槎N程式發(fā)動(dòng)機(jī)供送的汽油并沒(méi)有完全的混和，以至供送的汽油不會(huì)立刻燃燒。此燃燒延誤加上排氣口的部份開(kāi)口，容許一些供送汽油通過(guò)，令供送汽油由排氣口流失。在一些情況，由排氣口流失未經(jīng)燃燒的供送汽油可達(dá)原來(lái)供送汽油的百分之六十。此舉不單止污染環(huán)境，也浪費(fèi)燃料。有見(jiàn)及此，有很多制造商，如戶(hù)外電動(dòng)工具的制造商，用四種程式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)替換二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)，以制造一些比較有利環(huán)境的產(chǎn)品。
因此，最理想的是能有一種產(chǎn)生比較多馬力，消耗較少燃料，較輕，成本比較低，以及排放特征有改善的發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一個(gè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)噴嘴式擴(kuò)散器，供燃燒供送至曲軸箱；該噴嘴式擴(kuò)散器有一輸入未端，一輸出未端，以及一個(gè)喉，該喉在該輸入未端及該輸出未端之間，該喉有一喉截面積，該喉截面積比輸入未端截面積及輸出未端截面積小，而一進(jìn)氣口的內(nèi)表層在該喉逐漸變??；該噴嘴式擴(kuò)散器可被放置在曲軸箱之內(nèi)，改變汽油供送之速度，壓力以及溫度。改善汽油和空氣的混合以得到一比較均勻混合的汽油供送及供率改善，會(huì)增加燃料效益及減少發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。


圖1為一有三個(gè)附加出口孔噴嘴式擴(kuò)散器的側(cè)視圖。
圖2為一可插入如圖1所示噴嘴式擴(kuò)散器的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的透示圖。
圖3為如圖2所示之曲軸，顯示平衡重上的油汽出口孔。
圖4為一顯示噴嘴內(nèi)層尺寸大小對(duì)于供送汽油通過(guò)該噴嘴速度，壓力，以及溫度的圖。
圖5為一顯示噴嘴式擴(kuò)散器內(nèi)層尺寸大小對(duì)于供送汽油通過(guò)該噴嘴速度，壓力，以及溫度的圖。
圖6顯示一噴嘴式擴(kuò)散器的相對(duì)尺寸。
圖7顯示一擴(kuò)散器的相對(duì)尺寸。
圖8顯示一噴嘴的相對(duì)尺寸。
圖9為如圖2所示曲軸之端視圖。
圖10為兩個(gè)活塞之側(cè)視圖，其中一活塞之連接桿有一孔徑。
圖11為一連著沒(méi)有孔徑的連接桿的發(fā)動(dòng)機(jī)之端視圖。
圖12為一連著有孔徑的連接桿的發(fā)動(dòng)機(jī)之端視圖，顯示汽油怎樣通過(guò)該連接桿的孔徑離開(kāi)該噴嘴式擴(kuò)散器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可用于有進(jìn)氣口連接曲軸箱至汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)上，如二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)。供送燃料通過(guò)一噴嘴式擴(kuò)散器到達(dá)一曲軸箱。噴嘴式擴(kuò)散器是一汽油入口，該汽油入口有一輸入未端，一輸出未端，以及一個(gè)喉，該喉在該輸入未端及該輸出未端之間，該喉有一喉截面積，該喉截面積比輸入未端截面積及輸出未端截面積小，而一進(jìn)氣口的內(nèi)表層在該喉逐漸變小。
參看圖1，噴嘴式擴(kuò)散器101的外形可以是圓筒狀，有一輸入未端103，及一輸出未端104。該噴嘴式擴(kuò)散器101還可選擇性地包括一個(gè)或以上的徑向延伸出口孔102。該噴嘴式擴(kuò)散器101可放放置在二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)汽油進(jìn)入曲軸箱的地方。在這實(shí)施例，該供送汽油可透過(guò)一曲軸軸向腔進(jìn)入該曲軸箱。
參看圖2，曲軸202可包括一汽油輸入范圍201。該噴嘴式擴(kuò)散器101可利用磨擦力安放或鎖在曲軸202之一鏜孔，以令該輸入未端103鄰接該汽油輸入范圍201，該輸出未端104擦到平衡重203的表面。
參看圖3，平衡重203上可有一個(gè)或以上的汽油出口孔204，該出口孔204與噴嘴式擴(kuò)散器101的出口孔102接合。此組合容許汽油透過(guò)輸出未端104以及出口孔204離開(kāi)噴嘴式擴(kuò)散器101。
圖4顯示噴嘴式擴(kuò)散器101噴嘴的尺寸，所有的尺寸都是以厘米去量度。顯然而見(jiàn)，當(dāng)汽油輸入的速度的馬赫數(shù)是小于1時(shí)，當(dāng)空氣通過(guò)該噴嘴，空氣的速度會(huì)增加，而溫度及壓力則會(huì)下降。
參看圖6，噴嘴式擴(kuò)散器101可以跟隨其他尺寸，其對(duì)空氣速度，溫度及壓力的影響(當(dāng)汽油輸入的速度的馬赫數(shù)是小于1時(shí))，則如上述一樣。
圖6，7及8顯示不同尺寸及角度被運(yùn)用在設(shè)計(jì)一個(gè)噴嘴式擴(kuò)散器給一發(fā)動(dòng)機(jī)。噴嘴式擴(kuò)散器的噴嘴部份的基本作用為增加速度以及減低供送汽油的壓力和溫度。
速度的增加來(lái)自截面積的改變。當(dāng)空氣由較大的地方流向較細(xì)的地方時(shí)，空氣流動(dòng)的氣動(dòng)參數(shù)會(huì)改變，及輸入供送的速度會(huì)上升。
空氣的速度可用連續(xù)性方程來(lái)計(jì)算dρρ=dGG-dFF-dCC]]>當(dāng)中*ρ-空氣的密度*G-氣流*F-截面面積*C-氣流速度氣壓可用下列方程來(lái)計(jì)算dP=R(ρdT+Tdρ)=ρR[dT+Tdρρ]]]>dP=ρR(dT+T[dGG-dFF-dCC]]]>伯努利方程對(duì)數(shù) dρρ=dl-CdC-dlf]]>
當(dāng)中*l-功*lf-摩擦功能量方程式為dq+dl＝CpdT+CdCCp=kk-1R]]>氣溫可用下列方程來(lái)計(jì)算K-1Kdq+K-1Kdl-K-1KCdC]]>當(dāng)中*R-氣體常數(shù)*K-系數(shù)，K＝1.4利用上列方程式可求出速度為dCC(M2-1)=dFF-dGG-k-1a2dq+1a2dl+ka2dlr]]>當(dāng)中*a2＝K.RT*q-熱容*M-馬赫數(shù)在幾何環(huán)境的影響下，速度可以下列方程式求出dCC(M2-1)=dFF]]>
噴嘴式擴(kuò)散器有兩個(gè)作用，第一，它增加供送汽油的湍流以令汽油在進(jìn)入燃燒箱前與空氣之間有更佳的混合。第二，它增加汽油的速度及壓縮，令供送汽油在進(jìn)入燃燒箱前有渦輪增壓或氣缸升壓的效果。燃燒令發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓強(qiáng)增加，從而增加馬力，及令重質(zhì)燃料燃燒時(shí)使用微量點(diǎn)燃輔助。
在如圖9所示的實(shí)施例中，該噴嘴式擴(kuò)散器的位置可引導(dǎo)汽油逆著在曲軸箱內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)購(gòu)件的活動(dòng)，如連接桿。在連接桿302上加上一孔徑301，可加強(qiáng)供送汽油與曲軸箱之間(以及燃燒箱)的聯(lián)系，以及改善汽油與空氣之間的混合。比較圖11及圖12便可得知此組合見(jiàn)到所作出之改善。圖11及圖12亦顯示發(fā)動(dòng)機(jī)購(gòu)件的相對(duì)位置，連接桿302及平衡重203都在曲軸箱304之內(nèi)，而曲軸箱304被曲軸箱殼體所包圍著。跟一般二種程式發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，該供送汽油跟燃燒箱有著除止倒流的連系，而該活塞306在該燃燒箱內(nèi)上下移動(dòng)。
在另一實(shí)施例中，曲軸202之平衡重203有多個(gè)徑向孔徑204由曲軸之軸延伸至平衡重203的最外部分。
在另一實(shí)施例中，一個(gè)一般的二種程式型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)被改良，如一個(gè)由美國(guó)加州Magnum Service of Fountain Valley得來(lái)的Magnum0.40XL不是環(huán)狀發(fā)動(dòng)機(jī)。從該發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試顯示該利用本發(fā)明噴嘴式擴(kuò)散器之發(fā)動(dòng)機(jī)有重大的性能改善。如，在改良前，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作消耗0.540lb/hr的能源及產(chǎn)生0.349馬力。在改良至利明本發(fā)明之噴嘴式擴(kuò)散器后，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作唯持在0.540lb/hr卻產(chǎn)生0.461馬力。在相同的燃料消耗率下，馬力的增加高達(dá)32％。
測(cè)試又顯示若在曲軸內(nèi)只使用噴嘴(參看圖4)而不用擴(kuò)散器，所產(chǎn)生之馬力大約增加17.1％。(基本發(fā)動(dòng)機(jī)＝0.349馬力對(duì)改良后的發(fā)電機(jī)＝0.410馬力)。能源消耗則少15％。至于在曲軸內(nèi)使用整個(gè)噴嘴擴(kuò)散器(參看圖5)，馬力會(huì)增加至0.426馬力或增加21.7％。能源消耗則隨著離開(kāi)該噴嘴之喉之喉徑大小而改變。其改變?yōu)?5至20％更佳能源效益。
當(dāng)上述經(jīng)過(guò)改良的發(fā)動(dòng)機(jī)再經(jīng)過(guò)改良至包括該連接桿上的孔徑，能源消耗亦再有改善。該組合之能源效益可改善到28-30％。
在平衡重上包括多個(gè)到達(dá)擴(kuò)散器的孔能隱定發(fā)動(dòng)機(jī)之性能。在加上該孔之前，當(dāng)有風(fēng)吹過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有波動(dòng)。但在加上該孔之后，該發(fā)動(dòng)機(jī)之運(yùn)作更順暢及隱定。若為著避免令降低連接桿的強(qiáng)度302而不設(shè)之孔徑301，最佳化平衡重上的孔會(huì)令發(fā)動(dòng)機(jī)之性能再改善3-5％。
噴嘴與擴(kuò)散器之間的大小比例看來(lái)會(huì)判定發(fā)動(dòng)機(jī)馬力的增加程度。在噴嘴與擴(kuò)散器之間的喉的喉徑容許燃料供應(yīng)率。喉徑越小，燃料供應(yīng)率亦越低，換句話說(shuō)是有更佳的能源效益。但若喉徑小至某個(gè)程度，馬力便會(huì)減少。
另外一組利用一個(gè)由日本OS Engine MFG.Co.Ltd.Of Osaka得來(lái)的OS Max 0.50in.3 SX發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)果如下

燃料供率的單位為lbs/hr.，**BSFC是制動(dòng)器的比燃料消耗量或“燃料供率÷馬力”，單位為lbs/HP-hr。
發(fā)動(dòng)機(jī)亦可利用硝基甲烷，醇及汽油運(yùn)作，所以可實(shí)現(xiàn)一個(gè)多燃料化二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在使用不同燃料時(shí)需要最佳化，以取得最佳的性能。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)該明白，圖式中所顯示的以及上面所描述的本創(chuàng)作的實(shí)施例僅為示例而非出于限制。如，噴嘴式擴(kuò)散器的截面積并不需要為圓形，又如，噴嘴式擴(kuò)散器的位置可令供送氣油被送到曲軸箱的其他部份。
下例的參考以及其他出現(xiàn)在本說(shuō)明書(shū)中的參考是供補(bǔ)充，解釋?zhuān)峁┍尘?，教學(xué)方法或被利用之技術(shù)法美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,362,122/4,860,699/5,261,359/5,967,103/6,216,649/6,267,088已公告的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?002/26,912A。
現(xiàn)在可以看到，本創(chuàng)作的目的均已完全有效地得以實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到顯示本創(chuàng)作的功能性以及結(jié)構(gòu)性原理的目的。已經(jīng)顯示并描述了本創(chuàng)作的實(shí)施例，而且所有變化均未背離本創(chuàng)作的原理。所以，本創(chuàng)作應(yīng)該包括所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)所涵蓋的所有變體。
權(quán)利要求
1.一活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于包括有一曲軸箱；一燃燒箱；一噴嘴式擴(kuò)散器供汽油給該曲軸箱，該噴嘴式擴(kuò)散器特征在于包括有，一輸入未端及一輸出未端，一喉供在該輸入未端及該輸出未端之間，該喉有一喉截面積，而該喉截面積小于一輸入未端截面積及一輸出未端截面積，而一進(jìn)氣口之內(nèi)表層在該喉內(nèi)逐漸變??；及該曲軸箱跟該燃燒箱有著除止倒流的連系。
2.如權(quán)利要求1所述之活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一曲軸包括該噴嘴式擴(kuò)散器。
3.如權(quán)利要求2所述之活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一活塞平衡重，連接著該曲軸；最少一個(gè)汽油出口處由該噴嘴式擴(kuò)散器之該輸出未端延伸至該平衡重。
4.如權(quán)利要求3所述之活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一活塞連接桿，該連接桿有一孔徑，汽油便是通過(guò)該孔徑離開(kāi)該噴嘴式擴(kuò)散器之該輸出未端。
5.如權(quán)利要求2所述之活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一活塞連接桿，該連接桿有一孔徑，汽油便是通過(guò)該孔徑離開(kāi)該噴嘴式擴(kuò)散器之該輸出未端。
全文摘要
本發(fā)明揭露一活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一噴嘴式擴(kuò)散器供汽油給該曲軸箱。該噴嘴式擴(kuò)散器有一輸入末端及一輸出末端，一喉供在該輸入末端及該輸出末端之間，該喉有一喉截面積，而該喉截面積小于一輸入末端截面積及一輸出末端截面積，而一進(jìn)氣口之內(nèi)表層在該喉內(nèi)逐漸變小。該噴嘴式擴(kuò)散器可被安于在一曲軸內(nèi)，從而改變汽油供送之速度，壓力及溫度。改善燃料與空氣之間混和而形成的較均勻混合的供送汽油令馬力和能源效益增加，以及降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。
文檔編號(hào)F02B33/28GK1499059SQ20031010367
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者菲利普·F·薩亞德, 萊爾·卡木, 萊·卡木, 卡木, 木, 菲利普 F 薩亞德 申請(qǐng)人:亞大巴迪公司