專利名稱：分開式四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)。更明確言之，本發(fā)明涉及一種四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，其具有一對偏置的活塞，其中，該對活塞中的一個活塞用于進(jìn)氣及壓縮沖程，而該對活塞中的另一活塞用于動力及排氣沖程，每個四沖程循環(huán)在曲柄軸的一個整周旋轉(zhuǎn)中完成。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)為任一群這樣的裝置其中，燃燒的反應(yīng)劑，例如氧化劑及燃料，及燃燒的產(chǎn)物用作發(fā)動機(jī)的工作流體。內(nèi)燃機(jī)的基本組成件在本領(lǐng)域中是眾所周知的，且包括發(fā)動機(jī)體(engine block)、氣缸蓋、氣缸、活塞、閥、曲柄軸以及凸輪軸。氣缸蓋、氣缸以及活塞頂端通常形成燃燒室，燃料及氧化劑(例如空氣)引入其中，并發(fā)生燃燒。此發(fā)動機(jī)從非反應(yīng)工作流體，例如氧化劑-燃料混合物的燃燒期間所釋放的熱中獲得其能量。此過程發(fā)生在發(fā)動機(jī)內(nèi)，且為該裝置的熱動力循環(huán)的一部份。在所有內(nèi)燃機(jī)中，由熱產(chǎn)生有用功，燃燒的氣體產(chǎn)物直接作用于發(fā)動機(jī)的移動表面上，諸如活塞的頂端或冠頂。一般言之，活塞的往復(fù)移動經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為曲柄軸的轉(zhuǎn)動。
內(nèi)燃(IC)機(jī)可分類為火花點(diǎn)火(SI)及壓縮點(diǎn)火(CI)。SI發(fā)動機(jī)，即普通汽油發(fā)動機(jī)使用火花點(diǎn)燃空氣-燃料混合物，而在CI發(fā)動機(jī)中，即普通柴油發(fā)動機(jī)中壓縮產(chǎn)生的熱點(diǎn)燃空氣-燃料混合物。
大部份通用內(nèi)燃機(jī)為四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)，其基本設(shè)計觀念100年來并無改變。這是因為作為地面運(yùn)輸工業(yè)中的原動機(jī)，它的性能杰出。在四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)中，從單個活塞的四個分開的活塞移動(沖程)中的燃燒過程重新獲得動力。為此目的，沖程定義為活塞從上死點(diǎn)位置完全移動至下死點(diǎn)位置，或反之亦然。故此，四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)在此定義為這樣一種發(fā)動機(jī)即它需要一個或更多個活塞的四個完整沖程用于每個動力沖程，即傳送動力至曲柄軸的每個沖程。
參考

圖1-4，現(xiàn)有技術(shù)的四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的示范實(shí)施例顯示于10。處于比較的目的，以下四幅圖1-4的說明中稱現(xiàn)有技術(shù)為“標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)”10。如此后將要更詳細(xì)地說明，此標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10為SI發(fā)動機(jī)，具有直徑為4英寸的活塞、4英寸的沖程以及8比1的壓縮比率。壓縮比率在此定義為在壓縮沖程前的預(yù)定質(zhì)量的空氣-燃料混合物的最大體積，除以在點(diǎn)火點(diǎn)的所述質(zhì)量的空氣-燃料混合物的體積。對于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)，壓縮比率大致為當(dāng)活塞16在下死點(diǎn)時氣缸14中的容積與活塞16在上死點(diǎn)時氣缸14中的容積的比率。
發(fā)動機(jī)10包含發(fā)動機(jī)體12，所述發(fā)動機(jī)體12具有氣缸14延伸通過其中。氣缸14的大小為能在其中接受往復(fù)移動的活塞16。氣缸蓋18連接于氣缸14的頂端，并且包括進(jìn)氣閥20和排氣閥22。氣缸蓋18、氣缸14以及活塞16的頂端(或冠頂24)形成燃燒室26。在進(jìn)氣沖程(圖1)，燃料空氣混合物經(jīng)進(jìn)氣通道28及進(jìn)氣閥20被引進(jìn)于燃燒室26中，混合物在其中由火花塞30點(diǎn)火。之后，燃燒的產(chǎn)物在排氣沖程中通過排氣閥22及排氣通道32排出(圖4)。連桿34在其頂部末端36處以可樞轉(zhuǎn)的方式連接至活塞16。曲柄軸38包括機(jī)械偏置部份，稱為曲軸曲拐40，所述曲軸曲拐40以可樞轉(zhuǎn)的方式連接至連桿34的底部末端42。連桿34至活塞16和曲軸曲拐40的機(jī)械連接(mechanical linkage)用于將活塞16的往復(fù)移動(如箭頭44所示)轉(zhuǎn)換為曲柄軸38的轉(zhuǎn)動(如箭頭46所示)。曲柄軸38機(jī)械連接(未顯示)至進(jìn)氣凸輪軸48和排氣凸輪軸50，所述兩個凸輪軸分別精確地控制進(jìn)氣閥20和排氣閥22的打開及關(guān)閉。
氣缸14具有中心線(活塞-氣缸軸線)52，它也是活塞16往復(fù)移動的中心線。曲柄軸38具有轉(zhuǎn)動中心(曲柄軸軸線)54。對于本說明書來說，在讀者視入紙平面中的情況下，曲柄軸38的轉(zhuǎn)動方向46為順時針方向。氣缸14的中心線52直接通過曲柄軸38的轉(zhuǎn)動中心54。
參考圖1，進(jìn)氣閥20打開，活塞16先在進(jìn)氣沖程中下降(如箭頭44的方向所示)。燃料(汽油蒸氣)及空氣的具有預(yù)定質(zhì)量的爆炸混合物在如此產(chǎn)生的部份真空的作用下被吸進(jìn)燃燒室26中?；钊^續(xù)下降，直至它到達(dá)它的下死點(diǎn)(BDC)為止，活塞在此點(diǎn)離氣缸蓋18最遠(yuǎn)。
參考圖2，進(jìn)氣閥20及排氣閥22均關(guān)閉，當(dāng)活塞16在壓縮沖程中上升時(如箭頭44的方向所示)，混合物受壓縮。在沖程終端接近上死點(diǎn)(TDC)，即活塞16最接近氣缸蓋18的點(diǎn)時，混合物的體積壓縮至原體積的8分之1(由于壓縮比率為8比1)。然后，混合物由來自火花塞30的電火花點(diǎn)火。
參考圖3，隨后是動力沖程，二個閥20及22仍關(guān)閉。由于燃燒氣體的膨脹壓在活塞16的冠頂24上，因此驅(qū)動活塞10向下(如箭頭44所示)朝向下死點(diǎn)(BDC)。當(dāng)活塞16在或接近TDC，即在它的點(diǎn)火位置時，由于火花塞30點(diǎn)火，因此由點(diǎn)燃的氣體施加在活塞16上的燃燒壓力(由箭頭56指示)在此點(diǎn)處為它的最大值。此壓力56通過連桿34傳送，并在曲柄軸38上產(chǎn)生切向力或扭矩(如箭頭58所指示)。
當(dāng)活塞16在其點(diǎn)火位置時，氣缸14的頂端與活塞16的冠頂24之間有明顯的間隙距離60。通常，該間隙距離在0.5至0.6英寸之間。對于所示的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10，該間隙距離大致為0.571英寸。當(dāng)活塞16在其點(diǎn)火位置時，點(diǎn)火條件為最佳，即最佳點(diǎn)火條件。作為比較，此發(fā)動機(jī)10的示范實(shí)施例的點(diǎn)火條件為1)直徑為4英寸的活塞，2)間隙容積為7.181立方英寸，3)在點(diǎn)火前的壓力約為每平方英寸270磅絕對值(psia)，4)點(diǎn)火后最大燃燒壓力約為1200psia，及5)在1400RPM的速度下操作。
此間隙距離60通常對應(yīng)8比1的壓縮比率。普通SI發(fā)動機(jī)具有在約6.0至8.5的范圍內(nèi)的固定壓縮比率時能實(shí)現(xiàn)最佳操作，而CI發(fā)動機(jī)的壓縮比率通常在約10至16的范圍內(nèi)?；钊?6的點(diǎn)火位置一般在TDC處或附近，并代表燃料-空氣混合物點(diǎn)火的最佳體積及壓力。如間隙距離60較小，則壓力會迅速增加。
參考圖4，在排氣沖程的期間，下降的活塞16迫使燃燒的廢棄產(chǎn)物通過打開的排氣(或排放)閥22。然后，該循環(huán)自行重覆。對于該現(xiàn)有技術(shù)的四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)10，需要每個活塞16的四個沖程，即進(jìn)氣、壓縮、動力及排氣，以及曲柄軸38的兩個整周旋轉(zhuǎn)，以完成一個循環(huán)，即提供一個動力沖程。
其問題在于，標(biāo)準(zhǔn)四沖程發(fā)動機(jī)10的整個熱動力效率僅約為三分之一(1/3)。即1/3的功傳遞至曲柄軸，1/3損失于廢熱上，及1/3損失于排氣上。
如圖3及5所示，導(dǎo)致這種低效率的主要理由之一為，峰值扭矩及峰值燃燒壓力本質(zhì)上異相鎖定。圖3示出當(dāng)活塞16處于TDC處或附近的點(diǎn)火位置時，活塞16在動力沖程開始時的位置。當(dāng)火花塞30點(diǎn)火時，點(diǎn)燃的燃料施加最大燃燒壓力56于活塞16上，然后通過連桿34傳遞至曲柄軸38的曲軸曲拐40。然而，在此位置中，連桿34及曲軸曲拐40幾乎均與氣缸14的中心線52對齊。故此，扭矩58幾乎垂直于力的方向56，且為它的最小值。曲柄軸38需依賴由連接的飛輪(未顯示)所產(chǎn)生的動量，以使它轉(zhuǎn)動通過此位置。
參考圖5，當(dāng)點(diǎn)燃的氣體在燃燒室26中膨脹時，活塞16下降，及燃燒壓力56降低。然而，當(dāng)曲軸曲拐40轉(zhuǎn)動通過中心線52及TDC時，所產(chǎn)生的切向力或扭矩58開始增加。當(dāng)曲軸曲拐40轉(zhuǎn)動通過中心線52約30度時，扭矩58到達(dá)最大值。超出此點(diǎn)的轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致壓力56下降甚多，以致扭矩58再次開始下降，直至壓力56及扭矩58在BDC處到達(dá)最小為止。故此，最大扭矩58的點(diǎn)及最大燃燒壓力56的點(diǎn)本質(zhì)上在相位上相差約30度而被鎖定。
參考圖6，進(jìn)一步解釋此概念。在此，標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機(jī)10的切向力或扭矩對從TDC轉(zhuǎn)動至BDC的角度的曲線顯示于62。而且，發(fā)動機(jī)10的燃燒壓力對從TDC轉(zhuǎn)動至BDC的角度的曲線顯示于64。曲線62及64的計算以標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機(jī)10為基礎(chǔ)，其中所述發(fā)動機(jī)10具有4英寸的沖程、直徑為4英寸的活塞以及在點(diǎn)火時約為1200PSIA的最大燃燒壓力。從曲線中可見，最大燃燒壓力點(diǎn)66發(fā)生在距TDC約0度處，及最大扭矩點(diǎn)68發(fā)生在當(dāng)壓力64已大幅減小后的約30度處。兩個曲線62及64在BDC處，或轉(zhuǎn)動通過TDC大致180度處接近其最小值。
增加四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)的熱動力效率的可選方法為增加發(fā)動機(jī)的壓縮比率。然而，汽車制造者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SI發(fā)動機(jī)通常在具有處于約6.0至8.5范圍內(nèi)的壓縮比率時操作達(dá)到最佳，而CI發(fā)動機(jī)則通常在約10至16的壓縮比率范圍內(nèi)操作達(dá)到最佳。這是由于當(dāng)SI或CI發(fā)動機(jī)的壓縮比率大幅增加超出以上范圍時，會產(chǎn)生若干其他問題，這些問題超過了所獲得的利益。例如，發(fā)動機(jī)需較重較大，以應(yīng)付有關(guān)較大的壓力。而且，開始發(fā)生過早點(diǎn)火的問題，尤其是在SI發(fā)動機(jī)。
有許多外來的稍早些的發(fā)動機(jī)設(shè)計獲得了專利。然而，無一能提供較大的效率或其他明顯的優(yōu)點(diǎn)以取代以上示范的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10。一些這樣的早期專利包括美國專利Nos.848,029；939,376；1,111,841；1,248,250；1,301,141；1,392,359；1,856,048；1,969,815；2,091,410；2,091,411；2,091,412；2,091,413；2,269,948；3,895,614；英國專利No.299,602；英國專利No.721,025，及意大利專利No.505,576。
尤其是，Koenig的美國專利No.1,111,841公開了一種現(xiàn)有技術(shù)的分離活塞/氣缸設(shè)計，其中，進(jìn)氣及壓縮沖程在壓縮活塞12/氣缸11組合中完成，及動力及排氣沖程在發(fā)動機(jī)活塞7/氣缸8組合中完成。每個活塞7及12沿活塞氣缸軸線往復(fù)移動，此軸線與單個曲柄軸5相交(見其中的圖3)。熱室24連接壓縮及發(fā)動機(jī)氣缸的頭部，所述熱室24的一端對發(fā)動機(jī)氣缸開放，及另一端具有閥排放口19與壓縮氣缸相通。水冷熱交換器15置于壓縮氣缸11的頂端，以在空氣或空氣/燃料混合物被壓縮時對它們進(jìn)行冷卻。一組分離的熱板25置于熱室24內(nèi)，以便當(dāng)在先冷卻的壓縮氣體經(jīng)過時對它們進(jìn)行再加熱。
該專利中認(rèn)為，通過冷卻氣體使氣體較易壓縮，可增加發(fā)動機(jī)的效率。其后，氣體在熱室中再加熱，以將它的壓力增加至有效點(diǎn)火能夠發(fā)生的點(diǎn)。在排氣沖程時，熱排氣通過熱室被傳送回來，并排出排氣口26以盡力再加熱熱室。
不幸地是，在具有分離活塞設(shè)計的所有現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機(jī)中，氣體的轉(zhuǎn)移需要功，這樣會降低效率。而且，從熱室至Koenig發(fā)動機(jī)氣缸的附加膨脹也會減小壓縮比率。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10無需這樣的轉(zhuǎn)移過程及相關(guān)的額外功。而且，氣體的冷卻及再加熱，往復(fù)通過熱室并不提供足夠的優(yōu)點(diǎn)，以克服在氣體轉(zhuǎn)移過程中所產(chǎn)生的損失。故此，Koenig專利喪失有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10的效率及壓縮比率。
在此處，當(dāng)曲柄軸軸線及活塞-氣缸軸線不相交時，曲柄軸軸線限定為偏離活塞氣缸軸線。延長的曲柄軸軸線與沿垂直于活塞氣缸軸線所繪的線而取的延長的活塞-氣缸軸線之間的距離定義為偏置。通常，偏置的活塞通過熟知的連桿及曲軸曲拐連接至曲柄軸。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，偏置的活塞在操作上可通過若干其他機(jī)械連接連接至曲柄軸。例如，第一活塞可連接至第一曲柄軸，及第二活塞可連接至第二曲柄軸，及兩個曲柄軸在操作上可通過齒輪系統(tǒng)連接一起。可選的是，可使用樞軸杠桿臂或其他機(jī)械連接結(jié)合或取代連桿及曲軸曲拐，在操作上將偏置的活塞連接至曲柄軸。
有關(guān)內(nèi)燃機(jī)中活塞往復(fù)移動的一些技術(shù)在美國專利Nos.810,347；2,957,455；2,974,541；4,628,876；4,945,866；及5,146,884；日本專利文件60-256,642；蘇聯(lián)專利文件1551-880-A，及日本汽車工程協(xié)會(JSAE)會議記錄(日期1996，刊號966，129-132頁)中有描述，在所述內(nèi)燃機(jī)中，曲柄軸軸線偏置離開，或并不與活塞-氣缸軸線相交。依據(jù)這些出版物中所含的描述，由各種考慮事項促發(fā)各種發(fā)動機(jī)的幾何形狀，這些考慮事項包括動力及扭矩的提高及磨擦及振動的減小。而且，曲柄軸軸線偏置離開活塞軸線的直排發(fā)動機(jī)或直列式發(fā)動機(jī)用于20世紀(jì)早期的賽車用發(fā)動機(jī)中。
然而，所有所獲得的改善僅由增加動力沖程的扭矩角度產(chǎn)生。不幸的是，如以后將更詳細(xì)討論的一樣，偏置對動力沖程的利益愈大，隨之帶給壓縮沖程的不利會相應(yīng)增加。故此，偏置程度迅速成為自我限制，其中，為動力沖程帶來的扭矩、功率、磨擦及振動方面的利益并不會勝過給壓縮沖程帶來的相同功能方面的不利。而且，有關(guān)利用偏置最佳化壓縮沖程的利益并無說明或討論。
例如，Lee的美國專利No.6,058,901公開一種最近的屬現(xiàn)有技術(shù)的嘗試，試圖通過在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10式樣設(shè)計中使用偏置來增加效率。Lee相信，在四沖程循環(huán)的兩周轉(zhuǎn)的整個期間中，通過減小活塞環(huán)在側(cè)壁上的磨擦力，能提高效率(參見Lee，4列，10-16行)。Lee試圖通過提供偏置氣缸實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，其中，每一氣缸內(nèi)的燃燒時機(jī)受控，使得包含連接各個連桿和各個活塞的各個連接軸線以及連接各連桿和曲柄軸的各個曲拐的各個連接軸線的虛平面大致與各個氣缸軸線(活塞沿此軸線往復(fù)移動)重合時，產(chǎn)生最大燃燒壓力。
然而，雖在動力沖程期間，該偏置有利，但在壓縮沖程期間則不利。即，在壓縮沖程期間，當(dāng)活塞從下死點(diǎn)移行至上死點(diǎn)時，偏置的活塞-氣缸軸線在曲軸曲拐與連桿之間形成一角度，從而減小了施加于活塞上的扭矩。而且，由壓縮沖程上的不良扭矩角度所引起的側(cè)力實(shí)事上增加活塞環(huán)的磨損。故此，當(dāng)偏置增加時，需消耗較大量的功率，以壓縮氣體，以便完成壓縮沖程。故此，偏置量受壓縮側(cè)的其本身不利因素的嚴(yán)重限制。故此，并未使用、發(fā)表或教導(dǎo)現(xiàn)有技術(shù)中的大偏置，即這樣的偏置在此偏置中，在活塞可到達(dá)點(diǎn)火位置之前，曲柄軸需轉(zhuǎn)動通過活塞上死點(diǎn)位置至少20度。結(jié)果，通過Lee的發(fā)明不能實(shí)現(xiàn)相對大的偏置，而這個相對大的偏置是使尖峰扭矩與尖峰燃燒壓力大致對齊所需要。
可變壓縮比率(VCR)發(fā)動機(jī)為一種現(xiàn)有技術(shù)CI發(fā)動機(jī)，其設(shè)計為利用變化發(fā)動機(jī)的壓縮比率，以增加效率。這種類型的例子公開在Sobotowski的美國專利No.4,955,328。Sobotowski描述了一種發(fā)動機(jī)，其中，通過改變氣缸中的二個活塞之間的相位關(guān)系來改變壓縮比率，其中所述氣缸通過使空氣沿兩個方向流動的傳送口來互連。
然而，改變相位關(guān)系來變化壓縮比率對發(fā)動機(jī)產(chǎn)生設(shè)計需求，這樣大為增加其復(fù)雜性，且降低其可用性。例如，該對活塞的每個活塞需往復(fù)移動通過完整四沖程循環(huán)的所有四個沖程，且需由一對曲柄軸驅(qū)動，其中所述曲柄軸在每個四沖程循環(huán)轉(zhuǎn)動通過二個整周轉(zhuǎn)。而且，該對曲柄軸的連桿組非常復(fù)雜及笨重。由于涉及較高的壓縮比率，發(fā)動機(jī)限于對CI發(fā)動機(jī)的設(shè)計。
也設(shè)計有多種其他的較最近的特殊現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動機(jī)，嘗試增加發(fā)動機(jī)效率。一種這樣的發(fā)動機(jī)公開在Brackett的美國專利No.5,546,897中，題為“具有沖程特殊化的氣缸的內(nèi)燃機(jī)”。在Brackett的發(fā)明中，發(fā)動機(jī)分為工作部份及壓縮部份。壓縮部份移送充入的空氣至工作部份，工作部分使用止轉(zhuǎn)棒軛或共軛驅(qū)動動作傳送器設(shè)計，以提高效率。該特殊化發(fā)動機(jī)可描述為水平相對發(fā)動機(jī)，其中，一對相對活塞沿相反方向在一個氣缸體內(nèi)往復(fù)移動。
然而，該壓縮機(jī)基本上設(shè)計為增壓器，它移送增壓的氣體至工作部份。工作部份中的每一活塞需往復(fù)移動通過進(jìn)氣、壓縮、動力及排氣的所有四個沖程，因為有關(guān)的每個曲柄軸需在每個四沖程循環(huán)中完成二整周轉(zhuǎn)。而且，該設(shè)計復(fù)雜、昂貴，且限于非常特殊化的CI發(fā)動機(jī)。
另一特殊化的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計公開在Clarke的美國專利No.5,623,894，題為“雙壓縮及雙膨脹發(fā)動機(jī)”。Clarke基本上公開一種特殊化的二沖程發(fā)動機(jī)，在此，相對的活塞置于單個氣缸中，以執(zhí)行動力沖程及壓縮沖程。單個氣缸及相對活塞的冠頂界定燃燒室，該燃燒室位于往復(fù)移動內(nèi)殼中。通過特殊化的錐形活塞及往復(fù)移動的內(nèi)殼執(zhí)行燃燒室的進(jìn)氣及排氣。
然而，該發(fā)動機(jī)為高度特殊化的二沖程系統(tǒng)，其中，相對活塞在同一氣缸中各執(zhí)行一壓縮沖程及一動力沖程。而且，該設(shè)計非常復(fù)雜，需要雙曲柄軸、四個活塞及往復(fù)移動內(nèi)殼，以完成一個整周轉(zhuǎn)二沖程循環(huán)。而且，該發(fā)動機(jī)限于大型CI發(fā)動機(jī)應(yīng)用。
故此，需要一種改良的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其能通過使在動力沖程期間所產(chǎn)生的扭矩及力曲線更緊密地對齊來提高效率，而不會使壓縮比率增加超出正常可接受的設(shè)計限度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及替代，所述四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)具有一對活塞，其中，該對之一活塞用于進(jìn)氣及壓縮沖程，及該對之另一活塞用于動力及排氣沖程，每個四沖程循環(huán)在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)中完成。通過使在動力沖程期間所產(chǎn)生的扭矩及力曲線更緊密地對齊來提高發(fā)動機(jī)效率，而無需增加壓縮比率。
通過提供一種四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例中的這些及其他優(yōu)點(diǎn)。所述發(fā)動機(jī)，包含曲柄軸，該曲柄軸繞該發(fā)動機(jī)的曲柄軸軸線轉(zhuǎn)動；動力活塞，該動力活塞以可滑動的方式置于第一氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)期間，動力活塞往復(fù)移動通過四沖程循環(huán)中的動力沖程及排氣沖程；壓縮活塞，該壓縮活塞以可滑動的方式置于第二氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的該同一整周轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)移動通過該同一四沖程循環(huán)中的進(jìn)氣沖程及壓縮沖程；以及氣體通道，該氣體通道使第一及第二氣缸互連，氣體通道包含進(jìn)氣閥及排氣閥，并且在兩者之間界定壓力室，所述排氣閥允許被壓縮的氣體從壓力室單向流動至第一氣缸；其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在0度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種發(fā)動機(jī)，包含曲柄軸，該曲柄軸繞發(fā)動機(jī)的曲柄軸軸線轉(zhuǎn)動；動力活塞，該動力活塞以可滑動的方式置于第一氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)期間，動力活塞往復(fù)移動通過四沖程循環(huán)中的動力沖程及排氣沖程；壓縮活塞，該壓縮活塞以可滑動的方式置于第二氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的該同一整周轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)移動通過該同一四沖程循環(huán)中的進(jìn)氣沖程及壓縮沖程；及氣體通道，該氣體通道使第一及第二氣缸互連，氣體通道包含進(jìn)氣閥及排氣閥，并在兩者之間界定壓力室，所述進(jìn)氣閥允許被壓縮的氣體從第二氣缸單向流動至壓力室，所述排氣閥允許被壓縮的氣體從壓力室單向流動至第一氣缸；其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在5度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
附圖簡述圖1為有代表性的現(xiàn)有技術(shù)中的四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣沖程期間的示意性概要圖；圖2為圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)在壓縮沖程期間的示意性概要圖；圖3為圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)在動力沖程期間的示意性概要圖；圖4為圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)在排氣沖程期間的示意性概要圖；圖5為圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)在活塞處于最大扭矩位置時的示意性概要圖；圖6為圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)的扭矩及燃燒壓力的圖解表示；圖7為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)在排氣及進(jìn)氣沖程期間的示意性概要圖；圖8為圖7的發(fā)動機(jī)在動力沖程之初其第一活塞已剛剛到達(dá)上死點(diǎn)(TDC)時的示意性概要圖；圖9為圖7的發(fā)動機(jī)在其第一活塞已到達(dá)它的點(diǎn)火位置時的示意性概要圖；圖10為代表圖7的發(fā)動機(jī)的扭矩及燃燒壓力的圖解表示；及圖11為根據(jù)本發(fā)明的具有不相等的曲軸曲拐及活塞直徑的發(fā)動機(jī)的可選實(shí)施例的示意性概要圖。
具體實(shí)施例參考圖7，根據(jù)本發(fā)明的四沖程內(nèi)燃機(jī)的示范實(shí)施例在全文中顯示于100。發(fā)動機(jī)100包含發(fā)動機(jī)體102，發(fā)動機(jī)體102具有延伸通過它的第一氣缸104及第二氣缸106。安裝曲柄軸108，用于繞曲柄軸軸線110(垂直于紙平面延伸)轉(zhuǎn)動。
發(fā)動機(jī)體102為發(fā)動機(jī)100的主結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并從曲柄軸108向上延伸與氣缸蓋112連接。發(fā)動機(jī)體102用作發(fā)動機(jī)100的結(jié)構(gòu)框架，且通常帶有安裝墊，發(fā)動機(jī)被該安裝墊支持在底盤(未顯示)中。發(fā)動機(jī)體102大體為鑄件，其具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)加工表面及螺紋孔，用以連接發(fā)動機(jī)100的氣缸蓋112及其他部件。
氣缸104及106為延伸穿過發(fā)動機(jī)體102上部的開口，并且通常橫截面具有大致的圓形。氣缸界定在其中作為室，發(fā)動機(jī)的活塞在其中往復(fù)移動，并且氣缸的橫截面無需為大體的圓形，例如，它們可具有大體橢圓形或半月形。
氣缸104及106的內(nèi)壁鉆孔及拋光，以形成光滑的、精確的支承表面，它們的大小為分別能接收第一動力活塞114及第二壓縮活塞116。動力活塞114沿第一活塞-氣缸軸線113往復(fù)移動，及壓縮活塞116沿第二活塞-氣缸軸線115往復(fù)移動。第一及第二氣缸104及106置于發(fā)動機(jī)100中，以便第一及第二活塞-氣缸軸線113及115經(jīng)過曲柄軸軸線110的相對側(cè)，而不與曲柄軸軸線110相交。
活塞114及116通常為由鋼或鋁合金制成的杯狀圓柱形鑄件。動力及壓縮活塞114及116的上封閉端，即頂端分別為第一及第二冠頂118及120。活塞114，116的外表面經(jīng)過機(jī)加工，以緊密地配合氣缸內(nèi)徑，且通常開有槽，用以接受活塞環(huán)(未顯示)，其中所述活塞環(huán)密封活塞與氣缸壁間的空隙。
第一及第二連桿122及124各包含角形彎曲121及123。連桿122及124在其頂部末端126及128以可樞轉(zhuǎn)的方式分別連接至動力及壓縮活塞114及116。曲柄軸108包含一對機(jī)械偏置部份，稱為第一及第二曲拐130及132，它們以可樞轉(zhuǎn)的方式分別連接至第一及第二連桿122及124的底部相對末端134及136。連桿122及124至活塞114，116及曲軸曲拐130，132的機(jī)械連接用以將活塞的往復(fù)移動(對于動力活塞114如方向箭頭138所示，對于壓縮活塞116如方向箭頭140所示)轉(zhuǎn)換為曲柄軸108的轉(zhuǎn)動(如方向箭頭142所示)。第一活塞氣缸軸線113偏置，以便將它置于虛半平面中，第一曲軸曲拐130從它的上死點(diǎn)位置轉(zhuǎn)動通過所述虛半平面而至它的下死點(diǎn)位置。第二活塞氣缸軸線115偏置于相對的虛半平面中。
雖此實(shí)施例示出分別通過連桿122及124直接連接至曲柄軸108的第一及第二活塞114及116，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可使用其他的在操作上能將活塞114及116連接至曲柄軸108的裝置。例如，可使用第二曲柄軸，以將活塞114及116機(jī)械連接至第一曲柄軸108。
氣缸蓋112包括氣體通道144，所述氣體通道144使第一及第二氣缸104及106互連。氣體通道包含入口止回閥146，所述入口止回閥146置于氣體通道144的接近第二氣缸106的末端。出口提升閥150置于氣體通道144的接近第一氣缸104頂端的相對末端。入口止回閥146及出口提升閥150界定壓力室148于其間。進(jìn)氣閥146使壓縮氣體可從第二氣缸106單向流至壓力室148。排氣閥150使壓縮氣體可從壓力室148單向流至第一氣缸104。雖然止回及提升式閥門分別被描述為進(jìn)氣及排氣閥146及150，但適于應(yīng)用的任何閥設(shè)計可用以取代它們，例如，進(jìn)氣閥146也可為提升式的。
氣缸蓋112還包含提升式的進(jìn)氣閥152，該進(jìn)氣閥152置于第二氣缸106的頂部之上，及提升式的排氣閥154置于第一氣缸104的頂部之上。提升閥150，152及154通常具有金屬軸156，金屬軸156的一端帶有碟形件158，用以阻斷閥開口。提升閥150，152及154的軸156的另一端分別機(jī)械連接至凸輪軸160，162及164。凸輪軸160，162及164通常為圓形桿，具有大體橢圓形的凸部，位于發(fā)動機(jī)體102內(nèi)或氣缸蓋112中。
凸輪軸160，162及164通常通過齒輪、帶或鏈節(jié)(未顯示)機(jī)械連接至曲柄軸108。當(dāng)曲柄軸108迫使凸輪軸160，162及164轉(zhuǎn)動時，凸輪軸160，162及164上的凸部使閥150，152及154在發(fā)動機(jī)循環(huán)的精確時刻打開及關(guān)閉。
壓縮活塞116的冠頂120、第二氣缸106的壁及氣缸蓋112形成第二氣缸106的壓縮室166。動力活塞114的冠頂118、第一氣缸104的壁及氣缸蓋112形成第一氣缸104的單獨(dú)的燃燒室168?；鸹ㄈ?70置于氣缸蓋112中且在第一氣缸104的上方，并且由控制裝置(未顯示)控制，所述控制裝置在精確的時間點(diǎn)燃燃燒室168中的壓縮空氣氣體混合物。雖此實(shí)施例描述了火花點(diǎn)火(SI)發(fā)動機(jī)，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明了，壓縮點(diǎn)火(CI)發(fā)動機(jī)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在操作期間中，動力活塞114領(lǐng)先壓縮活塞116一相移角度172，該相移角度由這樣的轉(zhuǎn)動程度定義即在動力活塞114已到達(dá)其上死點(diǎn)位置之后，為了使壓縮活塞116到達(dá)其上死點(diǎn)位置，曲柄軸108需轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動角度。優(yōu)選的是，該相移在30至60度之間。對于該特定優(yōu)選實(shí)施例，該相移大致固定在50度。
圖7示出動力活塞114已到達(dá)它的下死點(diǎn)(BDC)，且剛開始上升(如箭頭138所示)進(jìn)入它的排氣沖程。壓縮活塞116較動力活塞114落后50度，并下降(箭頭140)經(jīng)過進(jìn)氣沖程。進(jìn)氣閥156打開，使燃料及空氣的爆炸性混合物被抽吸進(jìn)壓縮室166中。排氣閥154也打開，活塞114迫使燃燒的廢氣產(chǎn)物排出燃燒室168。
氣體通道144的止回閥146及提升閥150關(guān)閉，以防止可點(diǎn)燃燃料及廢燃燒產(chǎn)物在兩個室166及168之間傳送。而且，在排氣及進(jìn)氣沖程期間，入口止回閥146及出口提升閥150密封壓力室148，以大致維持從在先壓縮及動力沖程陷于其中的任何氣體的壓力。
參考圖8，動力活塞114已到達(dá)其上死點(diǎn)(TDC)位置，并將要下降進(jìn)入其動力沖程(如箭頭138所示)，同時壓縮活塞116上升通過其壓縮沖程(如箭頭140所示)。在此時刻，入口止回閥146、排氣閥150、進(jìn)氣閥152及排氣閥154全關(guān)閉。
在TDC處，活塞114在活塞114的冠頂118與氣缸104的頂端之間有間隙距離178。與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10(最好參考圖3)的間隙距離60相比較，該間隙距離178非常小。這是因為發(fā)動機(jī)100中的動力沖程接在低壓排氣沖程之后，而標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10中的動力沖程則接在高壓壓縮沖程之后。故此，與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10明顯不同，由于冠頂118與氣缸104的頂端之間無陷留的高壓氣體，因此減小間隙距離178對發(fā)動機(jī)100并無不利。而且，通過減小間隙距離178，實(shí)現(xiàn)幾乎所有廢氣產(chǎn)物的更徹底的排出。
為大致使最大扭矩點(diǎn)與最大燃燒壓力對齊，當(dāng)動力活塞114在其最佳點(diǎn)火位置時，曲柄軸108需轉(zhuǎn)動通過其上死點(diǎn)位置約40度。而且，類似的考慮事項適用于壓縮活塞116，以便在壓縮沖程期間，減少由曲柄軸108消耗的扭矩量及功率。這兩個考慮事項需要活塞-氣缸軸線上的偏置應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何在先現(xiàn)有技術(shù)中的偏置，即是這樣的偏置在活塞能達(dá)到點(diǎn)火位置之前，曲柄軸必需在通過活塞上死點(diǎn)位置后轉(zhuǎn)動至少20度。這些偏置事實(shí)上如此大，以致在一沖程期間，連接活塞114及116的直連桿會干涉氣缸104及106的下末端。
故此，連桿122中的彎曲121應(yīng)置于其末端之間，并且具有這樣的彎曲幅度即連桿122不受阻礙通過氣缸104的底末端174，同時動力活塞114往復(fù)移動通過整個沖程。而且，連桿124中的彎曲123需置于其末端之間，并且具有這樣的彎曲幅度即連桿124不受阻礙通過氣缸106的底末端176，同時壓縮活塞116往復(fù)移動通過整個沖程。
參考圖9，曲柄軸108已越過動力活塞114的TDC位置轉(zhuǎn)動了附加的40度(如箭頭180所示)，到達(dá)其點(diǎn)火位置，壓縮活塞116剛完成其壓縮沖程。在此40度轉(zhuǎn)動期間，第二氣缸106內(nèi)的壓縮氣體達(dá)到迫使止回閥146打開的臨界壓力，同時凸輪162也定時打開排氣閥150。故此，當(dāng)動力活塞114下降及壓縮活塞116上升時，大致相等質(zhì)量的壓縮氣體從第二氣缸106的壓縮室166轉(zhuǎn)移至第一氣缸104的燃燒室168。當(dāng)動力活塞114到達(dá)其點(diǎn)火位置時，止回閥146及排氣閥150關(guān)閉，以防止通過壓力室148的任何進(jìn)一步的氣體轉(zhuǎn)移。故此，在氣體轉(zhuǎn)移發(fā)生前后，壓力室148內(nèi)的氣體的質(zhì)量及壓力保持相對的恒定。換言之，對于整個四沖程循環(huán)，壓力室148內(nèi)的氣體壓力維持至少(或以上)預(yù)定的點(diǎn)火條件壓力，例如約270psia。
在動力活塞114已從TDC下降至其點(diǎn)火位置時，間隙距離178已擴(kuò)大至大致等于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10的間隙距離60(最好參考圖3)，即0.571。而且，點(diǎn)火條件大致與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10的點(diǎn)火條件相同，該條件大體為1)直徑為4英寸的活塞，2)7.181立方英寸的間隙容積，3)在點(diǎn)火前的壓力約為每平方英寸270磅絕對值(psia)，及4)點(diǎn)火后的最大燃燒壓力約為1200psia。而且，曲柄軸108的第一曲拐130的角度處于它的最大扭矩位置，即越過TDC約40度。故此，火花塞170定時點(diǎn)火，以便當(dāng)動力活塞114大致到達(dá)其最大扭矩位置時，發(fā)生最大燃燒壓力。
在曲柄軸108的下一個10度轉(zhuǎn)動142期間，壓縮活塞116將通過至它的TDC位置，且其后開始另一進(jìn)氣沖程，以再次開始循環(huán)。相對于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10，壓縮活塞116具有非常小的間隙距離182。這是有可能的，因為當(dāng)?shù)诙飧?06的壓縮室166中的氣體壓力到達(dá)壓力室148中的壓力時，迫使止回閥146打開，氣體可流過。故此，當(dāng)動力活塞116到達(dá)其TDC位置時，非常少的高壓氣體陷留于動力活塞116的頂端處。
發(fā)動機(jī)100的壓縮比率可以是在SI或CI發(fā)動機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的任何值，但在此示范實(shí)施例中，壓縮比率大致在6至8.5的范圍內(nèi)。如前定義，壓縮比率為壓縮沖程前預(yù)定質(zhì)量的空氣-燃料混合物的最大體積，除以點(diǎn)火時刻所述質(zhì)量的空氣-燃料混合物的體積。對于發(fā)動機(jī)100，壓縮比率大致為當(dāng)壓縮活塞116從BDC移行至TDC時第二氣缸106中的位移容積與當(dāng)動力活塞114在其點(diǎn)火位置時第一氣缸104中的容積的比率。
與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10(在此，壓縮沖程及動力沖程總是由相同的活塞依次執(zhí)行)明顯不同，動力沖程僅由動力活塞114執(zhí)行，及壓縮沖程僅由壓縮活塞116執(zhí)行。故此，動力活塞114可偏置，以使最大燃燒壓力與施加在曲柄軸108上的最大扭矩對齊，而不遭受由于不對齊壓縮沖程所引起的不利。反之，壓縮活塞116可偏置，以使最大壓縮壓力與由曲柄軸108所施加的最大扭矩對齊，而不遭受由于不對齊動力沖程所引起的不利。
參考圖10，可進(jìn)一步圖解此概念。在此，對于發(fā)動機(jī)100，切向力或扭矩對動力活塞114從TDC轉(zhuǎn)動的角度的曲線用184示出。而且，對于發(fā)動機(jī)100，燃燒壓力對動力活塞114從TDC轉(zhuǎn)動的角度的曲線用186示出。對曲線184及186的計算是基于點(diǎn)火條件大致等于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火條件的發(fā)動機(jī)100。即是1)直徑為4英寸的活塞，2)7.181立方英寸的間隙容積，3)在點(diǎn)火前的壓力約為每平方英寸約270磅絕對值(psia)，4)點(diǎn)火后最大燃燒壓力約為1200psia，及5)曲柄軸108及38的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)大致相等。與圖6中標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機(jī)10的曲線明顯不同，最大燃燒壓力點(diǎn)188大致與最大扭矩點(diǎn)190對齊。燃燒壓力186與扭矩184的對齊使效率顯著增加。
而且，壓縮活塞116的偏置也可最佳化，以使從曲柄軸108傳至壓縮活塞116的最大扭矩與氣體的最大壓縮壓力對齊。壓縮活塞116的偏置減少為完成壓縮沖程所施加的功率量，并使發(fā)動機(jī)100的整個效率相對于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)10進(jìn)一步增加。通過聯(lián)合的動力及壓縮活塞114及116的偏置，發(fā)動機(jī)100的整個理論效率相對于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)可以增加約百分之20至40。
參考圖11，具有不相等的曲拐及不相等的活塞直徑的分開式四沖程發(fā)動機(jī)的可選實(shí)施例在全文中用200表示。由于壓縮及動力沖程由單獨(dú)的活塞114，116執(zhí)行，因此可實(shí)現(xiàn)各種改進(jìn)，以最佳化每一沖程的效率，而不會有在由單個活塞執(zhí)行沖程時所遭遇的相關(guān)不利。例如，壓縮活塞直徑204可大于動力活塞直徑202，以進(jìn)一步增加壓縮效率。而且，動力活塞114的第一曲拐130的半徑206可大于壓縮活塞116的第二曲拐132的半徑208，以進(jìn)一步提高施加于曲柄軸108上的總扭矩。
雖然已示出及描述了優(yōu)選實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可作各種修改及更換。故此，將明了本發(fā)明通過例解進(jìn)行描述，但不局限于此。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機(jī)，包含曲柄軸，該曲柄軸繞該發(fā)動機(jī)的曲柄軸軸線轉(zhuǎn)動；動力活塞，該動力活塞以可滑動的方式置于第一氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)期間，動力活塞往復(fù)移動通過四沖程循環(huán)中的動力沖程及排氣沖程；壓縮活塞，該壓縮活塞以可滑動的方式置于第二氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的該同一整周轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)移動通過該同一四沖程循環(huán)中的進(jìn)氣沖程及壓縮沖程；以及氣體通道，該氣體通道使第一及第二氣缸互連，氣體通道包含進(jìn)氣閥及排氣閥，并且在兩者之間界定壓力室，所述排氣閥允許被壓縮的氣體從壓力室單向流動至第一氣缸；其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在0度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中，在整個四沖程循環(huán)期間，所述氣體通道的進(jìn)氣閥及排氣閥使壓力室中的氣體壓力至少維持在預(yù)定的點(diǎn)火條件氣體壓力下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述進(jìn)氣閥允許被壓縮的氣體從第二氣缸單向流動至壓力室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述動力活塞領(lǐng)先壓縮活塞一大于零度的相移角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或大于20度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于39度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于29度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于39度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于29度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在5度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
11.一種發(fā)動機(jī)，包含曲柄軸，該曲柄軸繞發(fā)動機(jī)的曲柄軸軸線轉(zhuǎn)動；動力活塞，該動力活塞以可滑動的方式置于第一氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)期間，動力活塞往復(fù)移動通過四沖程循環(huán)中的動力沖程及排氣沖程；壓縮活塞，該壓縮活塞以可滑動的方式置于第二氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的該同一整周轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)移動通過該同一四沖程循環(huán)中的進(jìn)氣沖程及壓縮沖程；及氣體通道，該氣體通道使第一及第二氣缸互連，氣體通道包含進(jìn)氣閥及排氣閥，并在兩者之間界定壓力室，所述進(jìn)氣閥允許被壓縮的氣體從第二氣缸單向流動至壓力室，所述排氣閥允許被壓縮的氣體從壓力室單向流動至第一氣缸；其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在5度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述動力活塞領(lǐng)先壓縮活塞一大于零度的相移角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或大于20度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于39度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于29度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于39度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述相移角度大致等于或小于29度。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其中，在整個四沖程循環(huán)期間，所述氣體通道的進(jìn)氣閥及排氣閥使壓力室中的氣體壓力至少維持在預(yù)定的點(diǎn)火條件氣體壓力下。
全文摘要
一種發(fā)動機(jī)包含曲柄軸，該曲柄軸繞該發(fā)動機(jī)的曲柄軸軸線轉(zhuǎn)動；動力活塞，其以可滑動的方式置于第一氣缸內(nèi)，并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的一個整周轉(zhuǎn)期間，動力活塞往復(fù)移動通過四沖程循環(huán)中的動力沖程及排氣沖程；壓縮活塞，其以可滑動的方式置于第二氣缸內(nèi)并在操作上連接至曲柄軸，以便在曲柄軸的該同一整周轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)移動通過該同一四沖程循環(huán)中的進(jìn)氣沖程及壓縮沖程；以及氣體通道，其使第一及第二氣缸互連，且包含進(jìn)氣閥及排氣閥，并在兩者之間界定壓力室，排氣閥允許被壓縮的氣體從壓力室單向流動至第一氣缸；其中，在動力活塞已經(jīng)到達(dá)它的上死點(diǎn)位置之后，當(dāng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)在0度至40度之間時在第一氣缸中開始燃燒。
文檔編號F02B75/32GK1724855SQ20051009263
公開日2006年1月25日 申請日期2002年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
發(fā)明者卡米羅·J·史古德利 申請人:史古德利集團(tuán)有限責(zé)任公司