專利名稱:一種內(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)。
內(nèi)燃機(jī)可分為分離式或非分離式兩種。所有這些發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮過程都先于與空氣相混合的燃料的點(diǎn)火和燃燒過程。
在非分離式發(fā)動(dòng)機(jī)中,壓縮沖程開始之前燃料與空氣相混合,如通常稱之為SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)的火花點(diǎn)火汽油機(jī)。在一些現(xiàn)在并不常用的分層進(jìn)氣的SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)中,燃料是在壓縮過程中點(diǎn)火之前輸入空氣中的。而點(diǎn)火是通過火花塞進(jìn)行的。在所有的非分離式發(fā)動(dòng)機(jī)中,最大壓縮壓力是受到限制的,因?yàn)轭A(yù)先混合的燃-空混合氣在點(diǎn)火發(fā)生之前,由于壓縮過程產(chǎn)生的高溫可能被點(diǎn)燃。
SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)要求空-燃混合氣近似按化學(xué)當(dāng)量比進(jìn)行修正。由于受較低的壓縮比和在部分負(fù)荷時(shí)對(duì)空氣實(shí)行節(jié)流的限制(這些都與燃燒系統(tǒng)有關(guān)),從而導(dǎo)致了SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率相對(duì)較低。它的主要優(yōu)點(diǎn)是燃燒過程迅速,從而由于預(yù)混合的燃空混合氣的迅速燃燒,故可產(chǎn)生較高之轉(zhuǎn)速及動(dòng)力性。
分離式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮所有的或絕大部分的不含燃料的空氣,并在接近壓縮沖程終點(diǎn)時(shí)向空氣中噴入燃料,并在該壓縮沖程終點(diǎn)開始點(diǎn)火。常見的分離式發(fā)動(dòng)機(jī)是柴油機(jī),在該發(fā)動(dòng)機(jī)中,在壓縮沖程終點(diǎn)附近,燃料以非常高之壓力噴入燃燒室。
分離式發(fā)動(dòng)機(jī)與SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)相比較具有較高的熱效率,特別是在部分負(fù)荷的情況下是如此。它的能提高熱效率的壓縮壓力不受予先點(diǎn)火的危險(xiǎn)的限制。故在部分負(fù)荷時(shí),不需要節(jié)流,從而可消除泵氣功損失,并可提高部分負(fù)荷貧混合氣燃燒的燃燒效率。
柴油機(jī)分離方法之缺點(diǎn)是在燃料迅速點(diǎn)火燃燒之前,為了噴射所需之燃燒并使之蒸發(fā),需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此,雖然柴油機(jī)之熱效率比SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)高,但不能象SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)那樣在同樣高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,在相同尺寸相同重量的情況下,產(chǎn)生之功率也比較小。本申請(qǐng)人發(fā)明的各種類型的分離式發(fā)動(dòng)機(jī)已為眾所周知,如GB-A-2155546,GB-A-2186913,GB-A-2218153及GB-A-2218157中所述發(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在在文獻(xiàn)中稱之為Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)。
Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一套含有第一氣缸和第二氣缸的裝置;分別在所述氣缸中可運(yùn)動(dòng)的第一和第二活塞;在每一套裝置中,第一氣缸比第二氣缸具有較大的排量,并具有一個(gè)與第一氣缸連通的空氣進(jìn)氣閥和/或通道,一個(gè)與第一氣缸連通的排氣閥和/或通道及一個(gè)用于向第二氣缸輸入燃燒的燃料源;當(dāng)活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)時(shí),形成燃燒室間的裝置;至少在膨脹沖程之早期與兩氣缸相連通的燃燒室及用于限制燃料/空氣混合氣從第二氣缸向燃燒空間中運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)燃的限制裝置。
如柴油機(jī)一樣,Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)也是一種分離式發(fā)動(dòng)機(jī),其不同之處在于少量空氣與所有燃料一起在較小的第二氣缸中壓縮,而大部分空氣單獨(dú)在較大的第一氣缸中壓縮。非常富的燃/空混合氣由于太富,在壓縮過程中,在第二氣缸內(nèi)不可能爆燃。眾所周知,少量的燃料也可以在第一氣缸中與空氣混合,由于太貧,其在壓縮過程中也不會(huì)發(fā)生爆燃。
附
圖1所示為一已知的Merritt發(fā)動(dòng)機(jī),該圖為內(nèi)燃機(jī)的局部橫剖面圖。以下對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)予以簡(jiǎn)敘,讀者欲知該發(fā)動(dòng)機(jī)之詳情請(qǐng)參看GB-A-2218153。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一個(gè)第一氣缸12和一個(gè)較小的第二氣缸14。第一活塞16通過活塞環(huán)16a被密封在第一氣缸12中,并可在其中運(yùn)動(dòng)。一個(gè)較小的第二活塞18從活塞16的頭部伸出,并可在氣缸14內(nèi)運(yùn)動(dòng)。可以看到,較大活塞16比較小活塞14具有較大的排量。兩個(gè)氣缸的軸線是平行的。盡管在圖中氣缸14位于與大氣缸同心,但它可以位于任何適當(dāng)?shù)奈恢?,即可與大氣缸12偏心布置。第一活塞16的沖程是這樣設(shè)置,即當(dāng)?shù)谝换钊幱谕馑傈c(diǎn)時(shí),第二活塞18仍伸入第二氣缸14中。雖然在GB-A-2218153中記載有兩個(gè)獨(dú)立的活塞和兩個(gè)獨(dú)立的曲軸,但活塞16和18可以共用一個(gè)公用的曲軸和連桿機(jī)構(gòu)。以燃燒室20的形式存在的燃燒空間位于第二活塞18的內(nèi)部,并通過通道28和29與第一氣缸14和第二氣缸12相連通。通道28包括有一個(gè)前述的限制裝置。將燃燒室20與第二氣缸14(其中含有以后要敘述的燃油)連通的通道28,在Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)中影響所謂的“預(yù)燃”,進(jìn)而影響點(diǎn)火定時(shí)。在Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)中,術(shù)語“預(yù)燃”是指燃/空混合氣從第二氣缸向燃燒空間的運(yùn)動(dòng)。
圖1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種四沖程Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)。在運(yùn)行中,絕大部分充氣空氣是從進(jìn)氣管25經(jīng)進(jìn)氣閥門24進(jìn)入第一氣缸。其中一些進(jìn)氣空氣在吸氣沖程經(jīng)通道28和29吸入到第二氣缸14中。所需之液體燃料通過噴油器21噴到第二氣缸14中。燃料輸入可以在吸氣沖程進(jìn)行,如需要也可以在壓縮沖程初期進(jìn)行。
與在壓縮沖程結(jié)束時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)噴射燃料的分離式柴油機(jī)相比,Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)允許向該發(fā)動(dòng)機(jī)輸入燃料時(shí)占更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。換句話說,燃料具有更長(zhǎng)的時(shí)間從液態(tài)蒸發(fā)到汽態(tài),但直到在燃燒室20中開始燃燒之前,燃料與起初在第一氣缸12中的大部分壓縮空氣的混合并不充分。
由于采用了這樣的氣缸布置方案,即不同排量的氣缸與一個(gè)共用的燃燒室連通,并且燃料位于小氣缸中,從而產(chǎn)生了一種稱為“氣體動(dòng)力分離”的過程,這些在本申請(qǐng)人以前的專利申請(qǐng)中已存在并已公知。氣體動(dòng)力分離不同于柴油機(jī)的機(jī)械式分離。在機(jī)械式分離中,在燃料噴出之前,機(jī)械閥門裝置(典型地說即為噴油器的針閥)一直是關(guān)閉的。但在Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的氣體動(dòng)力分離過程中,位于較大的第一氣缸和燃燒室中的空氣,在壓縮沖程的大部分過程中流到較小的第二氣缸中,這是公知的。如圖1所示,這就形成了流徑與燃燒室20和第二氣缸18連通的通道28的空氣流動(dòng)。而在氣缸18中含有全部或大部分燃料,從而停止了向燃燒室的燃料輸入。在壓縮沖程終點(diǎn)附近,由于第二氣缸14的壓力大于燃燒室20中的壓力,從而氣流反向流動(dòng),即由噴油器21噴入的燃料在較小氣缸14中蒸發(fā),然后與一小部分空氣一起進(jìn)入燃燒室20中。
本發(fā)明之目的在于提供一種改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面內(nèi)容所提供的內(nèi)燃機(jī)包括有至少一套帶第一氣缸和第二氣缸的裝置,第一氣缸比第二氣缸具有大的排量;
分別在所述氣缸中可運(yùn)動(dòng)的第一活塞和第二活塞;
與第一氣缸連通的進(jìn)氣裝置;
與第一氣缸連通的排氣裝置;
用于向第二氣缸提供燃料的第一燃料源;
當(dāng)活塞基本上處于內(nèi)死點(diǎn)時(shí),構(gòu)成燃燒空間的裝置,在膨脹過程中,該燃燒空間與兩個(gè)氣缸連通;
在第二活塞到達(dá)或接近它的內(nèi)死點(diǎn)位置之前,限制混合氣進(jìn)入燃燒空間預(yù)燃的限制裝置;
所述第二活塞具有一個(gè)與第一活塞相隔開的,但又與其相連接的頭部,該頭部具有一個(gè)在軸向比第一活塞頭部與第二活塞頭部軸向間的距離要相對(duì)小的邊緣,并在所述活塞頭部和所述第二氣缸的側(cè)壁之間形成所述燃燒空間。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例具有與第二氣缸相連的通道裝置,以便在壓縮沖程的初期將第二氣中的壓力控制在低于第一氣缸中的壓力值上。從而在第二活塞到達(dá)或接近內(nèi)死點(diǎn)位置前限制預(yù)燃。應(yīng)該記住壓縮沖程終點(diǎn)的第二氣缸中的壓力影響預(yù)燃定時(shí),而通過控制預(yù)燃定時(shí)可以提供最佳的點(diǎn)火定時(shí)。預(yù)燃可安排在接近壓縮沖程的終點(diǎn)時(shí)發(fā)生,如在內(nèi)死點(diǎn)前25°范圍內(nèi)。
通道裝置最好包括一個(gè)與第二氣缸連通的第一通道裝置和一個(gè)用于控制該第一通道裝置的第一閥門裝置。該第一閥門裝置最好在吸氣沖程開始時(shí)被打開,在壓縮沖程早期能關(guān)閉。關(guān)閉時(shí)間對(duì)預(yù)燃定時(shí)有直接的影響。最好閥門裝置包括有一個(gè)由機(jī)械或電操縱的提升閥。采用提升閥門可以容易地使用現(xiàn)有之閥門,并可使用電操縱之閥門,特別是精確地控制閥門開啟的持續(xù)期和關(guān)閉時(shí)間可控制混合氣的進(jìn)入。
該通道裝置還包括一個(gè)可變流通面積的第一閥門裝置,例如一個(gè)最好位于所述第一閥門裝置上游的蝶形閥和節(jié)流閥。由于采用了上述可改變流通面積的閥門裝置,故通過閥門裝置的空氣流可精確地控制,從而加強(qiáng)了對(duì)預(yù)燃定時(shí)的控制。
燃料源可采用液體燃料噴油器,它最好位于第一閥門裝置的上游。為對(duì)燃料源來的燃料的開始噴射和噴射持續(xù)期進(jìn)行定時(shí),應(yīng)該裝備相應(yīng)的裝置,從而在閥門裝置打開或關(guān)閉期間內(nèi)將燃料噴入。該通道裝置可以由例如發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)的控制裝置進(jìn)行控制。
在圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)中,燃燒室20形成于第二活塞內(nèi)部,這種方案在許多方面是可接受的,但這種燃燒室存在一些制造上的困難,不過這些困難可以通過一個(gè)只是將部分燃燒室形成于第二活塞18內(nèi)部的方案克服。在上述方案中,第二活塞可能有一個(gè)與第一活塞頭隔開并與其連接的頭部,該頭部在軸向具有一個(gè)比第二活塞頭部至第一活塞頭部之間的距離小的邊緣。在軸向,第二活塞頭部最好總是位于第二氣缸中。換句話說,有可能在兩個(gè)活塞頭部之間形成燃燒空間,從而可避免完全在較小活塞內(nèi)部形成燃燒空間的必要性。
第二氣缸的構(gòu)成要求便于提供一個(gè)突然或逐漸的預(yù)燃特性。例如第二氣缸可以這樣構(gòu)成,即,當(dāng)?shù)诙钊挥诨蚪咏蚧旧衔挥谒膬?nèi)死點(diǎn)時(shí),在它的遠(yuǎn)離第一氣缸的一端具有一個(gè)在該第二活塞頭部邊緣的周圍形成的旁路裝置。換句話說,第二活塞頭部的周圍邊緣在活塞沖程的絕大部分期間內(nèi),與第二氣缸的壁處于密封狀態(tài)。然后,一旦第二活塞頭部的邊緣位于接近旁路的位置時(shí),第二活塞頭部周圍邊緣與第二氣缸壁之間的間隙顯著增加,從而混合氣經(jīng)旁路迅速進(jìn)入。旁路的軸向長(zhǎng)度大于第二活塞頭部邊緣的厚度。最好旁路是在第二氣缸壁內(nèi)形成的槽的形式,該槽可以沿第二氣缸的整個(gè)或部分圓周延伸。
設(shè)置該槽是極為有利的,它為第二氣缸內(nèi)的汽化燃料和空氣提供了一個(gè)余隙容積,它延遲了預(yù)燃,同時(shí)也提供一個(gè)火焰通道,使來自燃燒空間的火焰在預(yù)燃后達(dá)到第二活塞頭部上方的任何燃料。該槽之設(shè)置還可以幫助位于第二活塞頭部上面的殘余廢氣在排氣沖程終端排出。
根據(jù)突然或逐漸預(yù)燃之需要,旁路可由第二氣缸腔的突然或逐漸擴(kuò)大所構(gòu)成。
帶薄的活塞頭邊緣的第二活塞與引起預(yù)燃的旁路裝置結(jié)合使用可以使活塞邊緣與所用的第二氣缸側(cè)壁之間的間隙明顯減小。實(shí)際上間隙可以完全取消,并可用一個(gè)連接在第二活塞頭部邊緣上的可滑動(dòng)的密封裝置,如活塞環(huán)所取代。但密封裝置并不要求完全密封,允許存在非常小的間隙。在上述方案中,為了使空氣進(jìn)入到第二氣缸中,有必要使用通道裝置,并且該通道裝置也可以用于從第二氣缸中排出廢氣。
由于具有帶小邊緣的第二活塞頭部,從而可通過旁路裝置觸發(fā)預(yù)燃開始。該旁路裝置與小活塞頭部的薄邊緣相互作用以構(gòu)成旁路,并使第二活塞在接近它的內(nèi)孔點(diǎn)時(shí),讓第二活塞上方第二氣缸中的氣體流過活塞頭邊緣。上述方案可允許使用兩種不同形式的限制裝置,以促進(jìn)在預(yù)燃之前第二活塞頭部上面的第二氣缸中的燃?xì)馀c在它下面的燃燒空間中的空氣之間的分離。
如上所述,第一種形式的限制裝置是第二活塞頭部邊緣與第二氣缸壁之間合理設(shè)置的間隙。由于設(shè)置了上述間隙,從而必須采取措施控制第二活塞頭部上方的第二氣缸中氣體的壓力低于第二活塞頭部另一側(cè)的燃燒空間中的空氣壓力,直至預(yù)燃開始。這種控制可由上述的通道裝置實(shí)現(xiàn)。
限制裝置的第二種形式是如上所述的位于第二活塞頭部邊緣與第二氣缸壁之間的滑動(dòng)密封裝置。在這種情況下,在第二氣缸頭部的兩側(cè)形成一壓力差以便加速分離過程已變得不太重要了。當(dāng)?shù)诙钊^部的密封邊緣由旁路打開時(shí),預(yù)燃仍是可能的。
第一種形式的限制裝置可用簡(jiǎn)單的形式構(gòu)成。即第二活塞頭部邊緣可以在徑向與鄰近的氣缸壁隔開,以形成間隙,該間隙構(gòu)成了限制裝置。換句話說,在第二活塞邊緣的周圍構(gòu)成限制裝置是特別容易的,并且在這方面本發(fā)明具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中,該間隙為一個(gè)在所述第二活塞頭部邊緣與鄰近的第二氣缸壁之間的連續(xù)的環(huán)形間隙。在另一個(gè)實(shí)施例中,該間隙由一個(gè)或多個(gè)位于第二活塞頭部上的徑向凸出部分隔斷。其中一個(gè)或多個(gè)這樣的凸出部分最好能在鄰近的第二氣缸壁上滑動(dòng),以便第二活塞形成側(cè)邊對(duì)側(cè)邊的支承。另外,該間隙可由兩個(gè)或多個(gè)位于第二氣缸壁上的軸向延伸的徑向凸出部分隔斷,從而在活塞頭部運(yùn)動(dòng)將對(duì)其進(jìn)行滑動(dòng)支承。
活塞之結(jié)構(gòu)可以是各種形式。
例如,第二活塞頭部可以通過至少一個(gè)支柱,例如單個(gè)中心支柱,與第一活塞頭部隔開。
支柱之外形可以構(gòu)成燃燒空間的曲線形壁面。該曲線形壁面的形狀要求能增加在壓縮沖程期間進(jìn)入的空氣的渦流,從而當(dāng)燃/空混合氣進(jìn)入燃燒室預(yù)燃時(shí),能加速上述空氣與汽化的燃/空混合氣的混合,這是特別有利的。
如果需要,作為替換方案,第二活塞可以有一個(gè)在第二活塞頭部和第一活塞頭部之間延伸的圓柱形的裙部,該裙部具有一組尺寸較大的孔,該孔使第二活塞頭部的各相關(guān)部分具有相對(duì)薄的頭部邊緣。
在膨脹沖程期間,燃燒空間完全與第一氣缸連通之前,燃/空混合氣最好是在燃燒空間中盡可能進(jìn)行充分燃燒。為了幫助取得這種效果,第一活塞頭部可具有一凸出部分或一個(gè)塞形部分,它與第二氣缸上的工作間隙相配合,從而當(dāng)活塞達(dá)到或基本達(dá)到內(nèi)死點(diǎn)位置時(shí),幾乎完全使燃燒空間與第一氣缸隔開。因第二活塞不必與裝于其中的活塞環(huán)密封配合,故它不必一定是圓柱形的。因此,基底可以是所選擇的第二氣缸橫截面形狀的相應(yīng)形狀的。
當(dāng)設(shè)有上述的凸出部分時(shí),那么應(yīng)該設(shè)置一個(gè)通道,以使第二活塞頭部上面的空間和第一氣缸連接起來,從而當(dāng)活塞接近內(nèi)死點(diǎn)位置時(shí),使空氣從第一氣缸輸入第二氣缸,以幫助預(yù)燃。
在預(yù)燃之后,燃料最對(duì)能通過與燃燒空間中的高溫壓縮空氣接觸而點(diǎn)火。
如果需要,燃料的點(diǎn)燃也可以通過火花塞,催化劑或其他與燃燒空間相連通的或相關(guān)連的點(diǎn)火裝置幫助點(diǎn)火。如果采用催化劑點(diǎn)火裝置,它可以放置在燃燒空間內(nèi),例如在第二活壁頭部的下面,但不能放置在第二氣缸壁上。
在第二氣缸最接近第一氣缸的端部設(shè)置一個(gè)第二旁路裝置,例如類似于上述第一旁路裝置中的槽。第二活塞頭部位于其外死點(diǎn)位置時(shí),第二旁路裝置允許燃?xì)鈴呐月吠ㄟ^第二活塞頭,這對(duì)在掃氣階段,在排氣過程開始時(shí),平衡第二活塞頭部?jī)蓚?cè)的壓力是有利的。
在第二活塞頭部具有一個(gè)薄的周圍邊緣,該邊緣帶有一個(gè)由第一活塞頭部和第二活塞頭部的下表面之間確定形成的燃燒空間,具有這樣的活塞的優(yōu)點(diǎn)之一是允許將氣體分離原理與人們熟悉的柴油機(jī)和SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī))的燃燒系統(tǒng)結(jié)合起來,從而,當(dāng)按本發(fā)明制造的Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)混合運(yùn)行時(shí),可給人們熟知的這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)都帶來好處。
上述的柴油機(jī)混合系統(tǒng)允許一部分燃料按Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)原理進(jìn)行汽化,分離,然后點(diǎn)火,從而產(chǎn)生火焰,以幫助噴入柴油機(jī)中的剩余燃油汽化與燃燒。
節(jié)流裝置可以位于與所述第一氣缸相連通的空氣進(jìn)氣裝置的上游,從而可在發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)限制輸入第一氣缸的空氣量。
在混合型SIGE發(fā)動(dòng)機(jī)的方案中,火花塞可以安裝在第二氣缸壁上,因此,當(dāng)?shù)诙钊念^部處于或接近它的內(nèi)孔點(diǎn)位置時(shí),火花塞可幫助第二活塞頭部后面的燃燒空間內(nèi)的燃/空混合氣點(diǎn)燃。
在第一種運(yùn)動(dòng)模式中,所述進(jìn)氣閥安裝在第一氣缸上,而節(jié)流閥控制其中之可點(diǎn)燃的燃空混合氣量。因而,由于所述的燃料源和空氣停止向第二氣缸供應(yīng),當(dāng)活塞位于內(nèi)孔點(diǎn)位置時(shí),進(jìn)氣閥門使空/燃混合氣進(jìn)入第一氣缸,通過火花塞點(diǎn)燃。而在第二種運(yùn)動(dòng)模式中,進(jìn)氣閥門基本上只使空氣進(jìn)入第一氣缸,燃料源和空氣供應(yīng)裝置將燃料和空氣輸入到按Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)模式工作的第二氣缸中。
如果來自第一燃料源的燃料通過與第二氣缸相連接的以前所述的通道裝置輸入,則發(fā)動(dòng)機(jī)可按兩沖程循環(huán)運(yùn)行。在上述方案的一個(gè)例子中,所述的空氣進(jìn)氣裝置用于輸入高于大氣壓,并基本上只輸入到第一氣缸的空氣。所述的排氣裝置是為第一氣缸而設(shè)的。第二活塞裝在第一活塞上??諝庖彩且愿哂诖髿鈮褐畨毫?jīng)所述的通道裝置與來自第一燃料源的燃料一起輸入到第二氣缸中。如果需要,空氣可以以同一氣源,如發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱輸?shù)絻蓚€(gè)氣缸中。
Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)的分離原理特別適應(yīng)于兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī),它可將在四沖程循環(huán)中控制分離的任何特征與另外的節(jié)流閥結(jié)合起來或不需與另外的節(jié)流閥相結(jié)合,這些特征比如是第一旁路槽和第二旁路槽,第二活塞的薄邊緣的頭部,用于在內(nèi)死點(diǎn)封閉燃燒空間的凸出部分及帶有一個(gè)閥門的為第二氣缸而設(shè)的通道裝置。在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中(a)由于不需要在第一活塞上方留出任何讓閥空間,故第二活塞可容易地與第一活塞同心安裝;
(b)由于燃燒空間是開式的,在兩沖程掃氣期間,第二活塞頭部下面的廢氣的排出是很容易實(shí)現(xiàn)的。
(c)由于燃料由第二活塞頭部與排氣道隔開,故輸入第二氣缸的燃料在膨脹沖程終點(diǎn)在換氣階段是不容易排入到排氣道中去的。
在本發(fā)明的另一方案中,第一活塞可以由第一曲柄帶動(dòng),第二活塞由第二曲柄帶動(dòng),兩個(gè)曲柄可以機(jī)械地同相或輕微地異相可轉(zhuǎn)動(dòng)地連在一起。限制裝置可由一個(gè)連接第一氣缸和第二氣缸的通道形成,第一活塞頭部可包括一鄰近通道的凹坑,該凹坑形成了燃燒空間。燃料源之布置最好是將燃料噴射到第二氣缸中。在這種方案的一個(gè)實(shí)施例中,其它的燃料源,如柴油噴油器可設(shè)置于第一氣缸中,從而可將燃料噴入到燃燒空間中。在另一個(gè)實(shí)施例中,火花塞可以與第一氣缸相連,從而可幫助燃燒空間中燃料的點(diǎn)燃。
現(xiàn)在參照附圖,對(duì)本發(fā)明之內(nèi)燃機(jī)予以說明圖2為本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)之局部剖面示意圖;
圖3為本發(fā)明所述的另一種內(nèi)燃機(jī)的剖面示意圖,其中第一活塞頭部和第二活塞頭部是通過第二活塞的中心支柱裝置連接在一起的;
圖3A為圖3所示的氣體運(yùn)動(dòng)部分的放大圖;
圖3B為圖3A的變型圖;
圖4為通過類似于圖3所示的實(shí)際形式的發(fā)動(dòng)機(jī)的局部剖面圖;
圖5為類似于圖4的剖面圖,但另外還示出了用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和怠速的火花塞和節(jié)流閥;
圖6為類似于圖4的剖面圖,其示出了本發(fā)明所述的第一種形式的柴油混合發(fā)動(dòng)機(jī);
圖7為本發(fā)明所述的另一種柴油混合發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面圖;
圖8為類似圖4之剖面圖,但示出了本發(fā)明所述的火花點(diǎn)火混合發(fā)動(dòng)機(jī);
圖8A為圖8所示發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面示意圖;
圖9為本發(fā)明所述的位于第一活塞上的凸出部分和通過第二活塞的通道的剖面示意圖;
圖9A為圖9所示活塞的另一種形式的剖面示意圖;
圖10為位于氣缸內(nèi)的改進(jìn)的小活塞的局部視圖;
圖10A為圖10所示方案的另一種改進(jìn)的第二氣缸的橫剖面圖;
圖11為從圖10中箭頭XI方向所現(xiàn)的活塞的平面視圖;
圖12為第二活塞的進(jìn)一步變形;
圖13為圖12中活塞沿圖12中ⅩⅢ-ⅩⅢ線的剖面圖;
圖14為第二活塞另一種變形結(jié)構(gòu);
圖15為本發(fā)明之兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)剖面示意圖;
圖15A為圖15所示發(fā)動(dòng)機(jī)的局部放大視圖;
圖16為類似圖15中所示的實(shí)際形式的發(fā)動(dòng)機(jī);
圖17為本發(fā)明所述的內(nèi)燃機(jī)型的局部剖面示意圖;
圖18為本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)的改型的局部剖面示意圖;
圖18A和18B為圖18所示發(fā)動(dòng)機(jī)的局部放大視圖;
圖19為本發(fā)明所述的可按柴油混合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的另一種發(fā)動(dòng)機(jī),其中第一活塞和第二活塞由機(jī)械式連接到各自活塞上的作同步或異步轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸帶動(dòng)運(yùn)行;
圖2為類似圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī),其中,第二活塞18第一活塞16的頭部伸出,燃燒室20形成于活塞18的內(nèi)部,燃燒室通過通道28與第二氣缸14連通,通過通道29與第一氣缸12連通。進(jìn)氣閥24和排氣閥26如圖所示安置在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè),第二活塞偏心地設(shè)置在第一活塞16上。
按照本發(fā)明,一般用30表示的通道裝置包括第二進(jìn)氣閥31和節(jié)流閥32(可變流通面積的閥門)。閥31布置得便于接受從帶有液體燃料噴油器34的進(jìn)氣管33中來的空氣。在進(jìn)氣沖程期間,進(jìn)氣閥24基本上只允許空氣進(jìn)入第一氣缸12中。在第二進(jìn)氣閥31打開期間,或當(dāng)它關(guān)閉時(shí)或在打開與關(guān)閉這兩段時(shí)期內(nèi),來自噴油器34的燃料輸入進(jìn)氣管33。在進(jìn)氣沖程開始時(shí),第二閥門31打開,噴射之燃料及空氣輸入第二氣缸,以確保壓縮沖程初始時(shí)大的第一氣缸12中之瞬態(tài)壓力大于或等于較小的第二氣缸14中的壓力。在閥門24關(guān)閉后關(guān)閉閥31和/或部分關(guān)閉節(jié)流閥32,可以加速上述效果。
噴油器34安裝在閥31的上游,以保護(hù)噴油器不受燃燒壓力和溫度之危害,這樣是有利的。
在壓縮沖程過程中,來自較大氣缸12的空氣被壓縮,由于壓力差,一些空氣進(jìn)入燃燒室20中。在進(jìn)氣和壓縮沖程過程中,隨著較小活塞接近其內(nèi)死點(diǎn),經(jīng)閥31輸入到較小氣缸14的空氣中的燃料汽化。通過第二進(jìn)氣閥31輸入的燃料/空氣混合氣超過了富燃極限,從而只靠活塞18上面小氣缸14中的壓縮溫度是不能自行點(diǎn)火的。汽化燃料和空氣的壓力最終變得比燃燒室中的空氣壓力高,從而燃/空混合氣通過限制通道28進(jìn)入燃燒室20中,在這里混合氣是由燃燒室中的高溫空氣點(diǎn)燃的。在活塞頭部上面第二氣缸中的汽化燃料的冷卻效應(yīng)和在壓縮過程中所產(chǎn)生的較低壓力,將使燃/空混合氣的溫度保持在低于從較大氣缸12進(jìn)入到燃燒室20中的空氣的溫度。活塞越過內(nèi)死點(diǎn)后,在膨脹沖程中,燃?xì)鈴娜紵?0經(jīng)過通道29進(jìn)入到較大氣缸12,在膨脹過程初期,第二氣缸壁的下部邊緣與通道29的出口孔29a脫離開時(shí),出口孔29a的面積開始有效地增加。
如果需要,在燃燒室20的壁上可以具有一薄鉑層或其他催化劑,它們將加速點(diǎn)燃進(jìn)入燃燒室20的混合氣。在排氣沖程過程中,廢氣從較大氣缸12經(jīng)排氣閥門26和排氣管27排出。
通過控制通道裝置30,較小氣缸14中的壓力可以精確地控制,從而提供預(yù)燃之最佳定時(shí),進(jìn)而控制點(diǎn)火定時(shí),從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在全速或全負(fù)荷范圍內(nèi)具有最佳的運(yùn)行特性。節(jié)流閥32和噴油器34之動(dòng)作可以由發(fā)動(dòng)機(jī)之操縱系統(tǒng)M進(jìn)行控制。如果閥31不帶改變其升程和/或運(yùn)行曲柄弧度的裝置,例如帶動(dòng)閥門的凸輪,則節(jié)流閥32是必需的。如果經(jīng)閥31輸入的空氣流量可直接經(jīng)閥31本身進(jìn)行控制,比如采用電磁閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),則節(jié)流閥32也可以不需要。
如上所述,由于小活塞18中的燃燒室20可能帶來一些制造上之困難?,F(xiàn)參看圖3,其示出了本發(fā)明具有另一種活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)。這種活塞使燃燒室加工比較容易,并還有一些其它優(yōu)點(diǎn)。在圖3中,大小活塞,進(jìn)排氣閥,通道裝置和其它的與圖2中所示的相應(yīng)部件具有相同的標(biāo)號(hào)。
在圖3中,較小活塞18與較大活塞16同心(但同心并不是必要的,活塞18和16可偏心放置)?;钊?8包括一個(gè)支柱234和一個(gè)凸出部分或基底84,通過該基底84,活塞18的頭部連接到活塞16上,或與活塞成一整體。連接可以是非剛性的,即柔性的或彈性的,如用球形轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)連接。雖然所示的頭部35和36是平的,但它們中的一個(gè)或兩個(gè)均可是曲面的,例如可以是與氣缸頂部表面相匹配的拱形或截錐形。從圖3中可看出,支柱234的外形是曲線形的。這種曲線形加強(qiáng)了從大氣缸12進(jìn)入燃燒空間20中的空氣的渦流及隨后進(jìn)入燃燒空間20的燃/空混合氣的渦流。燃燒空間20位于支柱234和通常用14a表示的小氣缸14的壁之間。支柱之形狀和尺寸可以選擇,以得到一個(gè)具有適當(dāng)大小和形狀的燃燒容積。
應(yīng)該注意到活塞18的頭部具有一個(gè)軸向厚度為t的邊緣,t值大大小于活塞18和16的頭部35和36之間的軸向距離。頭部35有一個(gè)圓柱形或其他形狀的圓周邊緣37,它稍微離開第二氣缸壁14a,從而形成一環(huán)狀間隙128形的限制裝置,它起圖2中的限制通道28的作用,并構(gòu)成了前述的整個(gè)或部分限制裝置。如圖所示,小氣缸14的頂部形成了任意的圓周槽39,它提供了一個(gè)旁路,以便加速如下所述之預(yù)燃。小氣缸14的頂端具有一個(gè)通常用30表示的通道裝置,它包括第二進(jìn)氣閥31和節(jié)流閥32。與圖2一樣,設(shè)置噴油器34是為了將液態(tài)燃料輸入到進(jìn)氣管33中,節(jié)流閥32控制通過進(jìn)氣管33的空氣流量,但基本上不影響燃料噴射器34噴入的燃料量。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程期間,空氣通過進(jìn)氣管25進(jìn)入大氣缸12中??諝庖才c來自噴油器34的燃料一起,經(jīng)過打開的閥門31進(jìn)入小氣缸14中。節(jié)流閥門32控制進(jìn)入到小氣缸14的空氣流量,并可確保在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程過程中,經(jīng)過進(jìn)氣閥門31進(jìn)入到小氣缸14中的空氣燃料混合氣的壓力通常低于大氣缸12中的壓力。在壓縮沖程初期(在小于或等于最初一半的期間),在進(jìn)氣閥關(guān)閉之后,閥31的關(guān)閉定時(shí)也可以保證當(dāng)閥31關(guān)閉時(shí)第二氣缸14中的壓力低于第一氣缸12中的壓力。在壓縮沖程期間,活塞18頭部?jī)蓚?cè)的壓力差,如圖2所示,在壓縮沖程終點(diǎn)接近活塞18內(nèi)死點(diǎn)位置,對(duì)將小氣缸14中的容量充入到燃燒空間20中進(jìn)行預(yù)燃的定時(shí)有影響,因此,當(dāng)氣缸14中的燃/空混合氣遇到在壓縮沖程期間由大活塞16輸入的相對(duì)較熱的空氣時(shí),可以由例如壓縮點(diǎn)火來控制蒸發(fā)之燃油的著火正時(shí)。
可由發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)M完成的節(jié)流閥32的位置的調(diào)節(jié)和/或閥門31的關(guān)閉調(diào)節(jié)可以用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)和全燃料量范圍內(nèi)的點(diǎn)火定時(shí)。燃料量通常由控制器根據(jù)功率輸出而確定,如一般的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,而不需要由節(jié)流閥32的位置來直接控制。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和壓縮沖程期間,經(jīng)過第二進(jìn)氣閥31進(jìn)入到第二氣缸的燃料,在小氣缸14中汽化。在接近內(nèi)死點(diǎn)的位置,隨著壓縮沖程終點(diǎn)靠近,活塞頭35的周圍邊緣37達(dá)到如圖所示的與旁路39鄰接的虛線位置。該旁路39有效地增大了限制裝置的尺寸,氣態(tài)的空/燃混合氣沿邊緣37周圍急速流過旁路39,并流入燃燒空間20。隨著壓縮沖程終點(diǎn)之臨近,基底84進(jìn)入第二氣缸14中,從而部分地將燃燒空間20與第一氣缸12隔開。燃燒空間中的空氣被壓縮并處于足夠高的溫度,以使進(jìn)入到燃燒空間的燃/空混合氣自發(fā)點(diǎn)火,然后燃燒空間中的燃?xì)馀蛎?,迫使活?6和18朝下運(yùn)動(dòng),從而開始膨脹沖程,預(yù)燃過程在小活塞18達(dá)到其內(nèi)孔點(diǎn)時(shí)基本上完成。由于燃燒可能在內(nèi)孔點(diǎn)前開始,這就會(huì)引起大活塞12的頭部36上過早的和所不希望的壓力增加。基底84的使用可以幫助將大活塞頭部36上的壓力增加推遲到內(nèi)孔點(diǎn)位置通過以后。基底84之詳細(xì)情況以后敘述。如圖3a所示,槽39的軸向長(zhǎng)度L大于第二活塞頭部35的厚度t,從而為燃/空混合氣沿頭部四周通過旁路槽39進(jìn)入燃燒空間提供了一個(gè)加大的間隙。
槽39的橫截面形狀可以與圖3和圖3A所示不同。如圖3B所示,槽可以有一倒錐形下壁39b,當(dāng)活塞18逐漸接近其內(nèi)死點(diǎn)時(shí),該下壁39b提供了一個(gè)逐漸增大而不是突然增加的間隙。圖3B示出了一個(gè)任意形狀的活塞環(huán)38(詳細(xì)敘述參看圖18和圖18B),直到它到達(dá)槽39之前,它可有效地對(duì)活塞頭35和氣缸壁14a之間進(jìn)行密封。
槽39還在第二氣缸14中形成了一個(gè)余隙容積,這個(gè)容積不會(huì)由于活塞18在第二氣缸中的運(yùn)動(dòng)而減少。在壓縮沖程期間,由于該余隙容積在氣缸12中為燃/空混合氣提供了一個(gè)附加容積,從而有效地推遲了預(yù)燃之時(shí)間,但預(yù)燃時(shí),該余隙容積與燃燒空間20是連通的。槽39的另一個(gè)作用是允許火焰及因火焰在燃燒空間中引起的壓力升高,即使在使用任意形狀之活塞環(huán)38時(shí),也可傳遞至第二活塞頭35上方的空間中。換句話說,火焰可以燒掉經(jīng)預(yù)熱后仍留在第二活塞頭部35上面的任何燃料。當(dāng)?shù)诙钊^部35移動(dòng)到旁路區(qū)域時(shí),為了使它定位,槽39可以由連續(xù)的氣缸腔壁14a形成的眾面積39a(見圖16)隔開。
與圖2所示的燃燒室20相比,這里的燃燒室20是一個(gè)“開式”的燃燒空間;與圖2所示的相對(duì)封閉式燃燒室比較,在該開式燃燒空間中燃燒過的氣體從燃燒空間向第一氣缸12流動(dòng)限制較小。
在排氣沖程,由于第二活塞向上推移,聚集在第二活塞頭部35上面的廢氣通過間隙128輸入到燃燒空間20和第一氣缸12中,這時(shí),設(shè)置的旁路39在排氣沖程終端將幫助這些廢氣加速排出。
如果采用活塞環(huán)38,且間隙128很小或沒有時(shí),閥門31也可用來在排氣沖程期間從氣缸14中排出廢氣。這就要求在一個(gè)循環(huán)中閥31開啟兩次,一次在進(jìn)氣沖程期間,另一次在排氣沖程期間。氣缸14中排出的廢氣可能包含未燃的燃料,它可在下一個(gè)進(jìn)氣沖程期間與新的燃料再一次進(jìn)入氣缸14中。換句話說,未燃之燃料可以留在發(fā)動(dòng)機(jī)中。另外,如圖18所示,第二排氣閥150可以與活塞環(huán)38一起使用。在圖18所示的實(shí)施例中,雖然沒有示出,但排氣管道151也可以連接到進(jìn)氣管33上。
如圖所示,當(dāng)小氣缸14在它的頂端設(shè)有旁路槽39時(shí),可以看到,間隙128的大小可以這樣選擇,即使預(yù)燃?xì)膺M(jìn)入燃燒空間,使間隙128單獨(dú)(即不包括旁路)構(gòu)成完整的限制裝置的通道。在這種情況,間隙128應(yīng)仔細(xì)選擇,以保證在壓縮沖程的大部分期間內(nèi),在頭部35的頂面和燃燒空間20之間產(chǎn)生足夠的分離。
可以看出,在圖3的實(shí)施例中,沒有圖2中的固定通道29,它被一個(gè)第一活塞16的頭部36與第二氣缸14下端的邊緣14b之間的環(huán)狀氣體逸出面積129有效地代替。當(dāng)活塞在膨脹沖程中下降時(shí),環(huán)形逸出面積129迅速增加,使燃?xì)饣旧蠠o阻礙地燃燒空間20向第一氣缸12輸送。
由于壓縮沖程期間空氣中燃料汽化的作用和通過支柱234的傳熱作用,頭部35由進(jìn)入的燃料和經(jīng)第二進(jìn)氣閥31進(jìn)入的空氣冷卻。
如圖15和15A所示,在第二氣缸14的下端設(shè)置一個(gè)旁路槽135,這對(duì)排氣過程有好處。槽135允許在第二氣缸14中有一個(gè)排氣過程的放氣階段,將廢氣放入第一氣缸12,然后從排氣閥26排出。在排氣過程的放氣階段之后,如使用活塞環(huán)38,則廢氣可以在大部分排氣沖程期間內(nèi),聚集在活塞頭部35的上面,直至接近排氣沖程終端通過旁路39排出,或者如前所述,可以允許廢氣經(jīng)過在排氣沖程期間內(nèi)打開的閥31從氣缸14中排出。在這種情況下,在排氣結(jié)束后,噴油器開始噴射燃料。如果不用活塞環(huán)38而用間隙128代替,則在排氣沖程的大部分時(shí)間內(nèi),廢氣可從活塞頭部35的上面輸入排氣管27中。
在閥門31作為進(jìn)氣閥和排氣閥使用的方案中,其優(yōu)點(diǎn)是在排氣終點(diǎn)氣缸14中的任何沒有燃燒的燃料都不需離開發(fā)動(dòng)機(jī),從而減少了排氣污染。
現(xiàn)參看圖4,其中示出了圖3所示發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳實(shí)用方案。在圖4中,與圖3中所示部分相對(duì)應(yīng)的部分具有相同的標(biāo)號(hào),故不予詳述。
參看圖4,發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體40由冷卻內(nèi)腔41構(gòu)成,并形成較大的第一氣缸12和較小的第二氣缸14。主進(jìn)氣管25通過由位于凸輪輪軸43上的凸輪42操縱的進(jìn)氣閥24打開和關(guān)閉。閥門24可滑動(dòng)地安裝在一種常用型導(dǎo)管44中,并在閥的頂部有一鎖塊45,以幫助將圖中虛線所示的閥門彈簧46進(jìn)行定位。
第二進(jìn)氣閥31通過搖臂48,由位于凸輪軸43的凸輪47進(jìn)行操縱。第二閥門31也可以包括有一個(gè)鎖塊裝置49,以幫助將圖中虛線所示的閥門彈簧50定位。較小活塞18有一個(gè)曲線形外形支柱,該曲線形外表面向外張開,并終止于在活塞頭部正下方的彎曲的上端部。排氣閥26和排氣通道27在圖4中沒有表示出來,但其設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)中并與較大的氣缸12連通。圖4所示發(fā)動(dòng)機(jī)之運(yùn)行與圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)相同。在圖4中活塞的最大行程位置表明用虛線所表示的活塞的外死點(diǎn)的位置和接近內(nèi)死點(diǎn)的位置。
采用“開式”燃燒空間方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許用火花塞或熱線點(diǎn)火塞直接放入燃燒空間20點(diǎn)火。在這方面,請(qǐng)參看圖5。圖5中除了上述的從第二氣缸14的壁14a伸入氣缸的火花塞52之外,圖5和圖4完全相同?;鸹ㄈ梢杂糜谔貏e是冷起動(dòng)和怠速時(shí)激化點(diǎn)火。
如果需要,大氣缸12可以具有一個(gè)流量控制裝置23,例如一個(gè)節(jié)流閥門或一個(gè)固定面積的開/關(guān)限制器,以便在部分負(fù)荷進(jìn)氣沖程期間,減少進(jìn)入到較大活塞12中的空氣量。類似的減少進(jìn)入到第二氣缸14中的空氣量也是必要的。為了保持氣缸之間的壓力差,以促進(jìn)分離,可以利用節(jié)流閥32,如圖18中虛線所示將進(jìn)氣管33和25連接起來,也可以達(dá)到這種效果。對(duì)在部分負(fù)荷供應(yīng)的給定燃料量來說,這種進(jìn)氣節(jié)流將增加小氣缸14中的燃/空混合氣比,從而可避免當(dāng)小氣缸中的燃/空混合氣比接近著火極限時(shí),由于壓縮,小氣缸14中的燃/空混合氣自發(fā)地點(diǎn)火。由于進(jìn)入之流量減少,最大之壓縮壓力和溫度也將下降,故燃/空混合氣進(jìn)入燃燒空間后,最終需要用火花塞52幫助點(diǎn)火。例如,當(dāng)小氣缸14中的燃/空混合氣通過化學(xué)當(dāng)量比修正,即修正到化學(xué)當(dāng)量比左右時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可怠速運(yùn)行。節(jié)流過程可以使壓縮壓力降到足夠低,以防止自發(fā)壓縮點(diǎn)火,然后可以利用火花塞在預(yù)燃之后將進(jìn)入燃燒空間20的經(jīng)過化學(xué)當(dāng)量比修正的混合氣點(diǎn)燃。
從圖5中可以看出,在火花塞52靠近氣缸端部形成一個(gè)凹腔52a。為避免燃?xì)饨?jīng)起有害旁路作用的凹腔52a流過第二活塞頭部39,火花塞52最好是位于小氣缸14中。換句話說,即盡管減小凹腔52a的容積,例如可利用適當(dāng)形式的火花塞。
利用“開式”燃燒室方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使本發(fā)明所述的混合發(fā)動(dòng)機(jī)可制造成為吸入Merritt發(fā)動(dòng)機(jī)分離系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
第一臺(tái)這種混合發(fā)動(dòng)機(jī)的方案如圖6所示,其中與圖4所示部分相對(duì)應(yīng)的部分具有相同的標(biāo)號(hào)。在圖6中,該發(fā)動(dòng)機(jī)帶有噴油器60形式的第二燃料源,而第一燃料源(噴油器34)如前述用于將燃料輸送到進(jìn)氣道33中。與圖4和圖6比較,應(yīng)該注意到噴油器34移到發(fā)動(dòng)機(jī)的通道33和搖臂蓋62之間的位置。
在進(jìn)氣沖程期間,閥門24和31打開,以使基本上沒有節(jié)流的空氣進(jìn)入大氣缸12沖;經(jīng)進(jìn)氣閥門31使燃料和空氣進(jìn)入小氣缸14中。但在圖4中,噴油器34基本上提供了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需的全部燃料,而在圖6所示的方案中,噴油器34只提供所需燃料的一部分。當(dāng)活塞18接近它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),如圖6的點(diǎn)劃線所示,頂部35運(yùn)動(dòng)遲于噴油器60的出口在該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),在柴油機(jī)模式中,噴油器60直接把燃油噴到頂部35正下方的燃燒室20中去。
當(dāng)活塞18接近它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),在頂部35上的蒸發(fā)燃油和空氣的混合物通過由活塞邊緣37和較小汽缸的壁14a之間所確定的間隙128進(jìn)入燃燒室,此時(shí)通過已擴(kuò)大的旁通槽39。即使間隙128很小或沒有。只要槽39存在,這種進(jìn)入就是可能的。在壓縮行程中,從較大汽缸12來的空氣已進(jìn)入了燃燒室并將在溫度足夠時(shí)以點(diǎn)燃已進(jìn)入的燃油和空氣的混合物。噴射器60定時(shí)釋放帶有壓力的燃油充入燃燒室20,以便在已進(jìn)入的正在預(yù)燃的混合物情況下極迅速地點(diǎn)燃。這樣,該發(fā)動(dòng)機(jī)不僅利用了典型柴油機(jī)以噴油器60的燃油分離方法而且也利用這里所述的梅里特(Merritt)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油分離方法。這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和梅里特(Merritt)發(fā)動(dòng)機(jī)原理的組合將能實(shí)現(xiàn)一種柴油機(jī)在高供油率而排煙很少的情況下(即使有點(diǎn))還行,也可以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在低壓縮比和較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。這種組合同沒有梅里特(Merritt)發(fā)動(dòng)機(jī)幫助下的柴油機(jī)相比大大增加了燃燒的速度。
由噴油器34和60所供給的燃油和持續(xù)的時(shí)間將通過一個(gè)裝置如一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)來控制,以便提供在噴油器34和60之間準(zhǔn)確的噴油比例,來達(dá)到使排放氣中煙氣有害物質(zhì)降到最低程度為條件的給定的運(yùn)轉(zhuǎn)要求。
在圖6和前述的各圖中,其中噴油器34位于閥門31的上游,輸送到噴油器34的油管壓力可以相對(duì)低一些,例如在10巴以下,而噴油器60是典型的柴油機(jī)噴油器,為了克服燃燒壓力需要的燃油管壓力值大的多。
第二種型式的柴油混合發(fā)動(dòng)機(jī)表示在圖7中。
圖4和圖7中的序號(hào)用相同的標(biāo)號(hào)表示,在此將不再詳述。圖7中去掉了噴油器34,而在圖6中噴油器60的位置上裝上一個(gè)單獨(dú)的控制噴油器70以控制所需的全部油量。這個(gè)噴油器70是一種高壓型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器能以兩個(gè)或多個(gè)不同的沖量排放燃油,比如,一個(gè)用電磁線圈控制的柴油機(jī)噴油器。該沖量可以有不同的持續(xù)時(shí)間并且在每一個(gè)沖量中噴油器可在不同的流量下排放。一個(gè)能連續(xù)供油的噴油器開始用一低流量排放,進(jìn)行當(dāng)中以較高流量排放是合適的。在進(jìn)氣行程,空氣通過進(jìn)氣閥24進(jìn)入大氣缸12中,第二個(gè)進(jìn)氣閥31打開僅吸入大量的空氣,用噴油器70把一定比例的燃油量噴入小氣缸14中活塞頂部35上面。到了活塞18靠近它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),如點(diǎn)劃線所示,燃油和空氣混合物中的燃油在頂部35上面蒸發(fā)并最后進(jìn)入燃燒室20,于是它由被壓縮的熱空氣點(diǎn)燃。然后,噴油器70在第二個(gè)工作時(shí)間產(chǎn)生沖量,排放剩余的燃油進(jìn)入正在燃燒混合物的燃燒室中,于是燃油急速燃燒,如圖6所示的方案。如果需要,在壓縮行程期間代替進(jìn)氣行程或在進(jìn)氣和壓縮兩行程中,噴油器70的第一次沖量中將燃油噴入活塞頂部35上面的空間。
可以想象到,一個(gè)連續(xù)和較長(zhǎng)時(shí)間的噴射是會(huì)有效的,而不是每個(gè)循環(huán)噴射兩次,因?yàn)樾』钊捻敳?5穿過噴油器,排放的燃油量也能增加,使得更多的燃油直接排入燃燒室。而后,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)則具有如前所述的同樣優(yōu)點(diǎn)。
如圖6和圖7所示的柴油機(jī)/梅里特(Merritt)混合型,人們將會(huì)懂得兩個(gè)燃燒系統(tǒng)在同時(shí)運(yùn)行。在一個(gè)第三混合方案中,梅里特(Merritt)分離系統(tǒng)能同火花塞點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)原理相結(jié)合,其中燃油和空氣至少在壓縮行程中預(yù)混合,利用火花塞點(diǎn)火以產(chǎn)生動(dòng)力。在這種混合方案中,它的一個(gè)例子表示在圖8中,兩種燃燒方式相繼運(yùn)行。
在圖8和圖8A中,各部分的標(biāo)號(hào)與圖4、圖5中相應(yīng)部分的標(biāo)號(hào)相同,這里不再詳述。圖8中的內(nèi)燃機(jī)與圖5所示的在結(jié)構(gòu)形式上相同,只是外加了一個(gè)燃油/空氣操作系統(tǒng)80,它是典型的火花塞點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)。該系統(tǒng)80包括一個(gè)油分配器,在這里它是一個(gè)低壓噴油器82(但它可能有一個(gè)燃油/空氣配量裝置如一個(gè)化油器)和一個(gè)節(jié)流閥83。這個(gè)系統(tǒng)提供了燃油/空氣成比例的封閉控制以簡(jiǎn)化火花塞點(diǎn)火。
工作中,在具有燃油噴射器34的電火花點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí),內(nèi)燃機(jī)被開動(dòng)并加熱,這是在系統(tǒng)80被斷路的情況下和在進(jìn)口導(dǎo)管33中的節(jié)流閥32被關(guān)閉的情況下進(jìn)行的。在進(jìn)氣行程,燃油/空氣混合物通過進(jìn)氣閥24進(jìn)入大氣缸12。在壓縮行程期間,混合物被壓入燃燒室20,在那里被火花塞52的電火花點(diǎn)燃,點(diǎn)火定時(shí)發(fā)生在內(nèi)止點(diǎn)附近如點(diǎn)劃線所示。通過打開節(jié)流閥83和增加燃油的供給,動(dòng)力即可增加。然而節(jié)流閥開度有一個(gè)限度,燃油/空氣供給也有一個(gè)限度,這個(gè)限度以內(nèi)燃機(jī)的壓縮比能使它進(jìn)入大氣缸12為準(zhǔn),其中,梅里特(Merritt)型(發(fā)動(dòng)機(jī))應(yīng)當(dāng)足夠地高以允許壓縮點(diǎn)火,而對(duì)電火花點(diǎn)火型在運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)當(dāng)避免在氣缸中壓縮點(diǎn)火。
一旦發(fā)動(dòng)機(jī)被加熱,噴油器82應(yīng)關(guān)閉,節(jié)流閥83打開,噴油器34打開,節(jié)流閥32正常運(yùn)行,從而內(nèi)燃機(jī)將按圖4所描述的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。開關(guān)轉(zhuǎn)換可通過第二進(jìn)氣閥31增加電火花點(diǎn)燃混合物的吸入量逐漸地完成。同時(shí)在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)操作系統(tǒng)控制下,通過進(jìn)氣閥24減少吸入混合物的量。
除去對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和加熱是有用的而外,圖8和圖8a混合方案也能提供具有選擇方式的內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)要求節(jié)省部分負(fù)荷時(shí)或當(dāng)想用不同的燃料運(yùn)行時(shí)例如用酒精時(shí),梅里特(Merritt)運(yùn)轉(zhuǎn)方式將具有特殊的優(yōu)點(diǎn),它提供了噴油器34,梅里特(Merritt)型對(duì)于燃油的改變和特別的辛烷值敏感減少。
點(diǎn)火以后,在大氣缸12中的初期壓力滯后增加,在進(jìn)入預(yù)燃期時(shí),基座84進(jìn)入小氣缸14并保持直到膨脹行程初期為至。這樣,自燃燒室流入大汽缸12的外流氣體受到限制直到活塞的膨脹行程開始為止并且基座14清除了第二氣缸14。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到,一旦基座84進(jìn)入小氣缸14,應(yīng)在基座84側(cè)面與氣缸14的壁14a之間留有一定的間隙,以允許留在大氣缸12中的空氣轉(zhuǎn)移到燃燒室去。該間隙應(yīng)由帶有錐形棱84a的基座離開壁14a來形成,如圖9所示或者在平行于基座84的表面與壁14a之間形成足夠的間隙。
一個(gè)錐形實(shí)施例所用的錐形是沿軸向變化的,例如在軸向是曲線。用85標(biāo)號(hào)表示的間隙的尺寸是兼顧轉(zhuǎn)移到大活塞滯后壓力的作用直到膨脹行程開始為止和在壓縮行程末端期間允許進(jìn)入燃燒室20空氣有效的運(yùn)動(dòng)在兩者之間。
如圖9所示,基座84可有一個(gè)或幾個(gè)槽86,該槽來自或接近大活塞16的頂部36向上旋轉(zhuǎn)并進(jìn)入基座84的頂部。該槽84可以傾斜的,例如如圖所示的螺旋線的,也可以是具有切向分量形的以促進(jìn)氣體通過該槽產(chǎn)生旋渦氣體流動(dòng),這有助于燃燒效果。
當(dāng)利用一個(gè)增高部分例如基座84時(shí),一個(gè)連接于第二活塞頂部35與第一氣缸之間的通道87可以形成當(dāng)基座84開始自第一氣缸關(guān)閉燃燒室時(shí)該通道能夠轉(zhuǎn)移來自第一氣缸的空氣到第二氣缸中。它可以幫助進(jìn)入并且迫使更多的來自活塞頂部35上面的燃?xì)饣旌衔锱湃肴紵?0里去的作用。通道87可從它的頂部穿過第二活塞,通到或者靠近第一活塞頂部36基座84的側(cè)壁,或者如圖9A所示的88在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)穿過。通道的容積比起燃燒室來很小。通道87、88的任何一種或多種型式以及槽86都可用來當(dāng)基座84阻礙空氣流入燃燒室時(shí),都可以協(xié)助活塞1.6上部的空氣排出。
在圖3至圖8所示的基座84,在這種情況下可以想到延時(shí)點(diǎn)火就推遲了壓力在氣缸12的建立,基座84的使用就不是必需的。
圖9A顯示了在活塞頂部36上形成的基座84的一種改進(jìn)型,用來獲得同樣的、如圖9所示的目的并結(jié)合了圖9中基座的各種特征,如錐形的、槽形的等等。
在圖10和圖11中的小活塞18有四個(gè)從頂部徑向伸出的凸出部,提供了側(cè)面支承用來與氣缸14的14a滑動(dòng)接觸。間隔128應(yīng)當(dāng)是斷續(xù)的,象凸出部90按照所確定的尺寸一樣大小。當(dāng)凸出部實(shí)際上作無潤滑軸承元件用在活塞頂部時(shí),應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)耐高溫材料制造。
在圖10A中第二氣缸14的內(nèi)壁14a徑向向內(nèi)直接形成軸向延伸的凸出部900,在圖10和圖11中凸出部90的位置它也形成用于活塞頂部的支撐。這樣,凸出部有效地截?cái)嗔碎g隔128。該凸出部也可以傾斜于氣缸軸線,但它應(yīng)有其軸向部分。
在圖3到圖11中,小活塞大體上是蘑菇狀,在它的上端有一個(gè)帶頂?shù)闹行闹鶢钗?。圖12和13表示了一種替換結(jié)構(gòu),它的頂部由幾個(gè)在圓周排列并留有間隔的柱狀物100來支撐。該柱狀物從大活塞16的頂部36向上延伸。如果需要,活塞18還可包括一個(gè)用點(diǎn)劃線表示的基座84。這種方案不僅提供了一個(gè)實(shí)際上打開的燃燒室20,而且使薄邊緣37脫離頂部35的基本部份,以便形成限制間隔128如圖13所示,或者如圖18A和18B提供一個(gè)密封件38。
在壓縮行程中,為促使進(jìn)入燃燒室20的氣體打旋渦,在位于頂部35的正下方設(shè)一個(gè)曲線凸?fàn)铙w101,例如在基座84上如點(diǎn)劃線所示的形狀,該凸?fàn)罴梢园ㄈ~片來促使旋轉(zhuǎn)氣流圍繞著活塞的軸線。
圖14表示用于小活塞的另一種結(jié)構(gòu),該活塞的裙部110連接著頂部35和36,該裙部由一組大體上是窗口111組成,該窗口的寬度最好是變化的,例如是一個(gè)倒置三角形,可以把頂部35的薄邊緣37的圓周長(zhǎng)度增加最大限度,象圖12所示的那樣,一個(gè)凸?fàn)罴?01和一個(gè)基座84都可以配置上。
在上述的實(shí)施例中,內(nèi)燃機(jī)都是以四沖程循環(huán)運(yùn)行的。圖15表示了本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的一種形式它能以兩沖程循環(huán)工作。
在圖15中,進(jìn)氣閥和排氣閥分別由各自的進(jìn)、排氣口124和126所代替,并且有一個(gè)火花塞或熱線點(diǎn)火塞裝在小氣缸14的內(nèi)壁14a上,用來起動(dòng)/或空運(yùn)轉(zhuǎn)。該內(nèi)燃機(jī)配有一個(gè)通道裝置30,它包括帶有或不帶節(jié)流閥32的一進(jìn)氣閥31。該進(jìn)氣閥由一個(gè)凸輪操縱或由電磁系統(tǒng)操作。一個(gè)燃油源例如低壓噴油器34位于閥31的上游并且當(dāng)閥31打開或關(guān)閉時(shí)把燃油噴入進(jìn)氣管33中。
小活塞18是蘑茹狀的,不過,圖12、圖13或圖14也是一種形式。
運(yùn)行中,空氣從一個(gè)合適來源132如曲軸箱或外部的泵以高于大氣壓力送入進(jìn)氣管33和133。如果需要,進(jìn)氣管33可以供應(yīng)來自分離氣源的空氣。當(dāng)進(jìn)氣口124(連接于管33上)被活塞頂部36打開時(shí),如圖點(diǎn)劃線所示位置,帶壓力的空氣進(jìn)入大氣缸12的同時(shí)從前一循環(huán)中排泄的氣體通過排氣口126排出。同時(shí),閥31打開允許空氣從進(jìn)氣管33進(jìn)入小氣缸14頂部35上面。有些空氣將通過頂部35周圍的抑制間隙128置換前一循環(huán)的排泄氣體。當(dāng)頂部35處在外止點(diǎn)位置時(shí),如圖中點(diǎn)劃線所示,一個(gè)或幾個(gè)切斷裝置135在小氣缸14的內(nèi)壁14a的下端形成,它繞過第二活塞頂部25。該切斷裝置135協(xié)助來自小氣缸14的運(yùn)動(dòng)的排出燃?xì)膺M(jìn)入大氣缸12并且允許利用活塞密封件38同時(shí)也在排泄過程開始時(shí)進(jìn)行排污。
切斷裝置135最好是間斷地圍繞在內(nèi)壁14a的周圍,以保證活塞頂部配準(zhǔn)在小氣缸14的外止點(diǎn)正中位置上,這樣的裝置表示在圖16中,中斷段135a在切斷裝置之間,如圖所示。中斷段135a使第二氣缸壁14a連續(xù)。
切斷裝置135具有一軸向長(zhǎng)度“X”(見圖15a)它比基座84的軸向厚度“Y”小,可是比小活塞18頂部35的邊緣大。
當(dāng)閥門31剛一打開,帶有空氣的燃油就進(jìn)入小氣缸14,換句話說,燃油開始供給可能延續(xù)直到活塞18從它的外止點(diǎn)正中位置上升到蓋住切斷裝置135為止,但又在排氣孔126被大活塞蓋住之前。閥門31的關(guān)閉最好推遲到在氣缸中的壓力、在排氣口126被關(guān)閉后、在壓縮行程最初期開始上升。這樣,梅里特(Merritt)分離原理利用間隙128是有幫助的。如果閥門31是用電磁操作的,那么,改變它的關(guān)閉時(shí)間可以用來控制進(jìn)入量,以代替節(jié)流閥32。到了壓縮行程的末端,油、氣混合物的進(jìn)入是通過抑制間隔128進(jìn)行的,如果提供了旁通槽39,也可以通過它進(jìn)行。如果象圖18中用了抑制密封環(huán)38,甚至也可以通過它來進(jìn)行。當(dāng)頂部35接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),如圖所示的點(diǎn)劃線位置,通過接觸燃燒室20中的熱空氣,不管有沒有火花塞的幫助,它都與頂部正下方的燃燒室直接連通,隨即點(diǎn)火。在膨脹過程結(jié)束時(shí),排出的燃?xì)鈴呐懦隹?26排出,并且切斷裝置135將有助于均衡壓力繞過小活塞頂部35。在圖15中,用實(shí)線和點(diǎn)劃線表示了活塞18的各種位置。
應(yīng)當(dāng)懂得,當(dāng)活塞18在它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),活塞18有一個(gè)基座84,伸出于切斷裝置135之上,或者活塞頂部36有一凸臺(tái)84代替圖9中的基座。兩沖程循環(huán)的梅里特(Merritt)發(fā)動(dòng)機(jī)能在任何前述的具有柴油機(jī)和火花塞發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的混合裝置中運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)可利用如圖3、圖3A、或圖3B中所示的旁路39。發(fā)動(dòng)機(jī)也可利用圖15所示的間隔128的形式或利用圖18中所示的密封環(huán)38的形式。不需要用進(jìn)氣閥31作為排氣閥。
圖16表示了兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的一種實(shí)際的、對(duì)圖15所示的一種改進(jìn)型。
在圖16中,發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體40中有類似于圖4中所示的冷卻通道41。氣缸體確定著大氣缸12和小氣缸14、進(jìn)氣口124和排出口126的位置。在這個(gè)例子中,進(jìn)氣閥31通過一個(gè)凸輪軸43操縱,并可滑動(dòng)地安裝在一個(gè)傳統(tǒng)的閥門導(dǎo)向裝置44中。閥門31用一個(gè)傳統(tǒng)的閥門彈簧保持它在封閉位置,如圖中點(diǎn)劃線所示。
由來自一適當(dāng)?shù)臍庠慈绨l(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱(圖中未表示)供給空氣到進(jìn)氣口124和導(dǎo)管33。也可由壓氣機(jī)或其它類似裝置提供空氣。
活塞16、18連接在曲柄C上。
圖16中表示的運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)等同于圖15所表示的發(fā)動(dòng)機(jī),相應(yīng)部分給以相同的標(biāo)號(hào)。
在前述的實(shí)施例中已經(jīng)提到過的包括一個(gè)閥門31的通道裝置的用途,但在圖17中已經(jīng)省去了這通道裝置。當(dāng)用很高潛熱容量的甲醇作燃料時(shí),因?yàn)樗心芰鋮s小氣缸中活塞頂部35上面的空氣,即使沒有通道裝置幫助來控制進(jìn)入的時(shí)間,也能有效地促進(jìn)分離。
在圖17中,活塞16、18分別布置在汽缸12、14中,類似于前面所述的圖3中的內(nèi)容。提供了空氣進(jìn)入和排出閥24、26,或者替代口124和126,小活塞18是蘑茹狀的它有前述的活塞的各種特征,例如一個(gè)基座84。換句話說,活塞18可以看作是圖10、11、10a、12、13或14中的任一種。具有耐燃燒壓力的一種燃料噴油器160,在進(jìn)氣行程或在進(jìn)氣和壓縮行程時(shí),把燃油直接供入小氣缸14中。
在進(jìn)氣行程期間,一些空氣通過抑制間隔128進(jìn)入小氣缸頂部35上面的空間。也可以設(shè)置另一個(gè)抑制通道128a,如在頂部的一個(gè)孔???28a可由一個(gè)伸出的火花塞162或熱線點(diǎn)火塞,或由一個(gè)柴油機(jī)燃油噴油器來填補(bǔ)。同樣活塞到達(dá)靠近它的內(nèi)止點(diǎn)位置。應(yīng)當(dāng)懂得,在這個(gè)實(shí)施例中,抑制裝置必須有一個(gè)間隔128(或128a),以允許在進(jìn)氣行程以及排氣轉(zhuǎn)移期間讓空氣進(jìn)入氣缸14。
接近壓縮行程的末端,蒸發(fā)噴射的燃油和空氣的進(jìn)入將通過抑制間隔128、旁路裝置39以及在火花塞和孔128A之間的任一間隔來形成。緊接著進(jìn)入之后即開始點(diǎn)火,這方面已在前面相關(guān)的實(shí)施例中描述過。
同時(shí),專門涉及氣體動(dòng)態(tài)分離的圖18表示了按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,它是以機(jī)械分離原理進(jìn)行的,但是,在進(jìn)氣和壓縮行程期間它們?nèi)匀辉试S燃油蒸發(fā)先于點(diǎn)火。
圖18中,第二活塞18的邊緣37支持著一個(gè)活塞環(huán)38來密封第二活塞和第二汽缸壁之間的間隙。這就形成了、就象前面提到過的抑制裝置,直到活塞頂部揭開旁路39為止。應(yīng)當(dāng)懂得在這種情況下,旁路39提供了用于進(jìn)入予燃室的全部通道,由于一個(gè)活塞環(huán)38的作用將抑制著進(jìn)入予燃室,直到活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)于旁路39的下棱的位置為止。如圖18A所示,于是在第二氣缸14中的氣體能轉(zhuǎn)移到燃燒室20中去。
在這個(gè)方案中,間隔128由一個(gè)密封環(huán)38來代替并且來自第二氣缸14的燃油/空氣混合物進(jìn)入到燃燒室是由第二活塞頂部進(jìn)入旁路39而啟動(dòng)。當(dāng)經(jīng)過第二活塞頂部的壓力差變得對(duì)于分離過程要求不太嚴(yán)格時(shí),這樣流量控制閥32可以省略。
正如圖3所描述的那樣,有一個(gè)旁通槽135在燃?xì)馀欧牌陂g,用來平衡壓力?;?4和通道裝置87、88的用途正如圖9、9A中所示的,也是可能的。
對(duì)于第二氣缸配置了第二排氣閥150。該排氣閥150與排氣管151相連接。另一種方法,它還可與進(jìn)氣管33連通來容納發(fā)動(dòng)機(jī)未燃的燃油。
應(yīng)當(dāng)懂得,第二排氣閥150不是必不少的,進(jìn)氣閥31可以同時(shí)作為進(jìn)氣閥和排氣閥。
圖18A和圖18B表示旁路39的放大圖,它在第二氣缸壁上(圖18A)可形成予設(shè)的槽或者如一個(gè)第二氣缸14的孔徑漸漸擴(kuò)大的形態(tài)(圖18B)。
圖19所表示的一種方案,它的兩個(gè)活塞16、18有各自的曲軸(C1、C2),同相位地耦合在一起或稍有點(diǎn)相位差。該系統(tǒng)類似于圖6所示的一種柴油機(jī)/梅里特(Merritt)混合式的一種。
一個(gè)燃燒室被限定在大活塞16頂部36。被提供的通路裝置包括一個(gè)進(jìn)氣閥31和一個(gè)節(jié)流閥32。一個(gè)燃油噴油器34配置在閥31的上游以噴射燃油進(jìn)入進(jìn)氣通道33,一個(gè)高壓型第二燃油噴射器60直接把燃油送入燃燒室。一個(gè)抑制口228位于大氣缸和小氣缸之間。
在進(jìn)氣行程期間,燃油和空氣通過閥31進(jìn)入小氣缸14,實(shí)際上只有空氣通過閥24進(jìn)入大氣缸12,節(jié)流閥32用來控制氣缸14內(nèi)的壓力使其在進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)稍低于氣缸12中的壓力。在兩個(gè)活塞處于壓縮行程期間,兩個(gè)進(jìn)氣閥24、31關(guān)閉,在進(jìn)入予燃期時(shí)即在壓縮行程結(jié)束時(shí),燃油和空氣通過口228轉(zhuǎn)移到燃燒室220中,在那里燃油被熱空氣接觸點(diǎn)燃。而后,高壓噴油器供給剩余所需的燃油充入燃燒室空間220,在那里迅速地燃燒,這類似于前面圖6所描述的方式。
術(shù)語“閥門”用在這里是含有一個(gè)孔。
術(shù)語“空氣”用在這里包括任何適當(dāng)?shù)难鯕馀c其它通常的惰性氣體以及純氧用于同氣態(tài)的或液態(tài)的(蒸發(fā)的液體)燃油的混合物。它可以包含再循環(huán)排出的燃?xì)?、曲軸箱氣體和一小部分碳?xì)浠衔镂镔|(zhì),和出現(xiàn)在再循環(huán)內(nèi)燃機(jī)中的氣體。
術(shù)語“進(jìn)入”用在這里是指在壓縮行程結(jié)束時(shí),正在或鄰近活塞內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),燃油/空氣的混合物從第二氣缸進(jìn)入燃燒室的運(yùn)動(dòng)。
應(yīng)當(dāng)懂得利用所描述的實(shí)施例中的每個(gè)特征,可由熟煉本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行各種適當(dāng)?shù)淖儞Q。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)包括至少有一套第一和第二汽缸(12、14)裝置,第一汽缸(12)比第二汽缸(14)的排量大;第一和第二活塞(16、18)分別在各自的汽缸中運(yùn)動(dòng);空氣進(jìn)氣裝置(25、124)與第一氣缸相聯(lián);排氣裝置(27、126)與第一汽缸相聯(lián);第一燃油源(34、70)為第二汽缸提供燃油;當(dāng)活塞(16、18)基本上處于內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),確定了燃燒空間裝置,該燃燒空間在膨脹行程中與兩個(gè)汽缸連通;用于抑制進(jìn)入予燃?xì)獾囊种蒲b置(128、38、39)先于第二活塞(18)到達(dá)或接近它的內(nèi)止點(diǎn)位置,其中,第二活塞(18)有一頂部(35),隔開并與第一活塞(16)的頂部(36)相連接,該頂部在軸向有一個(gè)邊緣(37),它與第一活塞頂部(36)和第二活塞頂部(35)之間的軸向距離比較起來相當(dāng)?shù)男?,因而就在所述的活塞頂部和一個(gè)第二汽缸的側(cè)壁(14a)之間就確定了一個(gè)燃燒空間(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二活塞的頂部(35)總保持在第二氣缸(14)內(nèi)。
3.根據(jù)前述的任一個(gè)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二活塞頂部(35)用至少一個(gè)支柱(234)隔開并連接于第一活塞頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于,所述的支柱(234)實(shí)際上處在所述的第二活塞頂部(35)的正中位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的中心支柱(234)的壁是呈曲面狀的用于作燃燒空間(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于提供一組沿圓周配置的支柱(100)使得在軸向相當(dāng)薄的邊緣(37)的第二活塞頂部大部分保留。
7.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二活塞(18)有一個(gè)圓柱形裙部(110)伸在它的頂部35和第一活塞(16)之間,該裙部由相當(dāng)尺寸的孔口(111)形成,以便保留在軸向有相當(dāng)薄的邊緣(37)的第二活塞頂部的大部分。
8.按照前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于一個(gè)凸起件(101)配置在第二活塞(18)的正下方的第一活塞上,以促進(jìn)在燃燒空間(20)中的氣體起旋。
9.按照前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于,第二活塞(18)相對(duì)第一活塞偏心配置。
10.按照前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于,還包括一增高部分(84)在所述第一活塞頂部(36)上面,其尺寸要與工作間隙相配合正好進(jìn)入第二氣缸(14),以便當(dāng)活塞處在或接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí)從第一氣缸(12)方向來關(guān)閉燃燒室。
11.按照權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述增高部分(84)的軸向長(zhǎng)度基本上等于活塞(16、18)在進(jìn)入開始和內(nèi)止點(diǎn)位置之間的運(yùn)動(dòng)距離。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的增高部分(84)有一個(gè)徑向向外的側(cè)壁(84a),該壁脫離開第二汽缸的側(cè)壁(14a)。
13.按照權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的徑向向外的側(cè)塞(84a),該壁脫離開第二氣缸的側(cè)壁(14a)呈錐形或呈曲線形。
14.按照權(quán)利要求10到13的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述增高部分(84)有一個(gè)由單個(gè)或多個(gè)槽(86)形成的徑向向外的側(cè)壁(84a),該槽以一個(gè)方向從第一活塞頂部(36)沿著增高部(84)的表面向上延伸。
15.按照權(quán)利要求10到14的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于將第二活塞(18)的頂部(35)以上空間同所述第一汽缸(12)之間連起來而設(shè)置的通道裝置(87、88),在活塞接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí)使空氣從第一汽缸轉(zhuǎn)移到第二汽缸(14)中,以協(xié)助進(jìn)入予燃?xì)狻?br>
16.按照權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的通道裝置(87)形成在所述第二活塞(18)內(nèi)。
17.按照前述的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī)其特征在于第二活塞頂部(35)上的邊緣(37)從相鄰第二汽缸(14)的側(cè)壁(14a)留有徑向間隔,以確定在它們之間所述抑制裝置的一個(gè)間隔(128)。
18.按照權(quán)利要求17所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述間隔(128)是一個(gè)在第二活塞頂部(35)的邊緣(37)和鄰近第二汽缸(14)的壁(14a)之間的一個(gè)連續(xù)的環(huán)形間隙。
19.按照權(quán)利要求17或18所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述間隔(128)被在所述第二活塞頂部(35)和第二氣缸(14)的側(cè)壁上至少在一個(gè)面上有兩個(gè)或多個(gè)徑向凸出部(90、900)所斷開,該凸出部可與另外的所述第二活塞頂部或所述第二氣缸的側(cè)壁滑動(dòng)配合以給第二活塞(18)提供支持。
20.按照權(quán)利要求3、4或5所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于有一層催化材料布置在燃燒空間(20)中所選定的位置上。
21.按照前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二汽缸(14)在遠(yuǎn)離第一汽缸(12)的一端形成了一個(gè)當(dāng)?shù)诙钊?18)正處在或接近它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí)環(huán)繞著第二活塞頂部(35)的邊緣(37)的一個(gè)所限定的第一旁路(39)的裝置。
22.按照權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述第一旁路裝置(39)有一個(gè)比所述第二活塞頂部(35)的邊緣(37)的厚度的要大的軸向長(zhǎng)度。
23.按照權(quán)利要求21或22所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第一旁路裝置(39)是一個(gè)形成在第二汽缸(14)的側(cè)壁(14a)內(nèi)延伸出的,并且至少是在第二汽缸環(huán)繞成一條凹槽。
24.按照權(quán)利要求21、22或23所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述第一旁路裝置39由第二汽缸(14)一個(gè)陡變的或逐漸擴(kuò)大的孔(39、39b)所確定的。
25.按照權(quán)利要求21到24中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的抑制裝置包括在所述第二活塞頂部(35)和第二汽缸側(cè)壁(14a)之間的空間(128),所述的空間(128)尺寸基本上能防止在所述側(cè)壁和所述第二活塞頂部之間的氣體通過。
26.按照權(quán)利要求21至24的任何一項(xiàng)權(quán)利要求從屬于權(quán)利要求1到16時(shí)的任何一項(xiàng)的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述抑制裝置在所述第二活塞頂部(35)的邊緣(37)上含有密封裝置(38)用以和第二汽缸側(cè)壁滑動(dòng)并密封配合。
27.按照權(quán)利要求26所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述密封裝置包括一個(gè)活塞環(huán)。
28.按照前面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于還包括一個(gè)在所述燃燒空間(20)中用來幫助燃油點(diǎn)火的裝置(52)。
29.按照權(quán)利要求28所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于幫助點(diǎn)火裝置(52)包括一個(gè)火花塞、催化劑或者其它點(diǎn)火裝置。
30.按照前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二汽缸(14)形成在第一汽缸(12)的最近端,當(dāng)?shù)诙钊?18)處在或接近它的外止點(diǎn)位置時(shí),在第二活塞頂部(35)的邊緣周圍限定了一個(gè)第二旁路裝置(135)。
31.按照權(quán)利要求30所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述第二旁路裝置(135)有一個(gè)軸向長(zhǎng)度比所述第二活塞頂部(35)邊緣(37)的厚度要大。
32.按照權(quán)利要求30或31所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的第二旁路裝置(135)是在第二氣缸(14)的側(cè)壁(14a)內(nèi)延伸的并至少在第二汽缸一部分環(huán)繞成一個(gè)凹槽。
33.按照權(quán)利要求30或31或32所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的第二旁路裝置(135)是由第二汽缸(14)的陡變的或是逐漸擴(kuò)大的孔限定的。
34.按照前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于有一個(gè)通道裝置(30)與第二汽缸(14)連通,用于在進(jìn)氣行程期間,讓含有或沒有燃油的空氣或讓含有或沒有空氣的燃?xì)膺M(jìn)入第二汽缸,所述通道裝置包括打開的第一孔裝置(33)進(jìn)入第二汽缸和第一閥門裝置(31)用來控制所述的孔裝置。
35.按照權(quán)利要求34所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的第一孔裝置作為所述的第二汽缸(14)的進(jìn)氣口和排氣口之用。
36.按照權(quán)利要求34所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的通道裝置(30)還包括第二排氣孔裝置(151)用于所述第二汽缸(14),和用于控制第二孔裝置的第二閥門裝置(150)。
37.按照權(quán)利要求36所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的第二排氣孔裝置(151)與所述的第一孔裝置連通用來提供排氣的再循環(huán)。
38.按照權(quán)利要求34到37中的任何一個(gè)權(quán)利要求的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的閥門裝置(31、150)是一個(gè)提升閥它用機(jī)械或電操作的。
39.按照權(quán)利要求34至38中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的內(nèi)燃機(jī),其特征在于通道裝置(30)包括一個(gè)第一可變流通面積的閥門裝置(32)上游的第一閥門裝置(31)。
40.按照權(quán)利要求39的內(nèi)燃機(jī),其特征在于可變流通面積的閥門裝置(32)是一個(gè)蝶形閥或是節(jié)流閥。
41.按照權(quán)利要求34至40中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第一燃油源(34)位于第一閥門裝置(31)的上游。
42.按照權(quán)利要求34到41的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第一燃油源(34)是一個(gè)液體燃油噴射器。
43.按照權(quán)利要求34至42中任一權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于,所提供的控制裝置(M)是用來控制從第一燃油源(34)供給的燃油注入和持續(xù)的時(shí)間,在這個(gè)周期中,第一閥門裝置(31)或是打開或是關(guān)閉。
44.按照權(quán)利要求34到43的任何權(quán)利要求,當(dāng)從屬于權(quán)利要求1到24時(shí)的內(nèi)燃機(jī),其特征在于在壓縮行程的初期,有一個(gè)控制裝置(M)用來控制通道裝置(30)使在第二汽缸中(14)的控制壓力低于第一汽缸中壓力值,因此,在活塞(16、18)到達(dá)或接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí)之前控制進(jìn)入。
45.按照權(quán)利要求44所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述控制裝置(M)是可操作的,在預(yù)定活塞位置,在第一汽缸的空氣進(jìn)入裝置(25)關(guān)閉后來關(guān)閉所述第一閥門裝置(31)。
46.按照前面的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二可變流通面積閥門裝置(83)位于所述空氣進(jìn)入裝置(25)的上游與第一氣缸(12)連接,能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷條件下,限制空氣供給第一汽缸。
47.按照前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于一個(gè)第二燃油源如高壓液體燃油噴射器置于當(dāng)?shù)诙钊?18)頂部(35)處在或在接近它的內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),所述的燃油源(60)能供給一定量帶壓力的燃油進(jìn)入燃燒空間(20)。
48.按照權(quán)利要求47所述的內(nèi)燃機(jī)其特征在于有一個(gè)裝置(M),當(dāng)所述第二活塞離內(nèi)止點(diǎn)一段預(yù)定位置時(shí),用來控制第一燃油源(34)按照供給第二氣缸總油量的一定比例注入第二活塞(18)頂部(35)起動(dòng)并完成,當(dāng)活塞(16、18)基本上處在或接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),該裝置還用來進(jìn)一步控制總油量按一定比例進(jìn)入燃燒空間(20)。
49.按照權(quán)利要求1到40任何一項(xiàng)權(quán)利要求和按照權(quán)利要求42到46任何從屬于權(quán)利要求1到40的任何權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第一燃油源(70)是一高壓燃噴射器,它位于第二汽缸側(cè)壁(14a)內(nèi),用來供給燃油直接注入第二汽缸的第二活塞(18)上、下部位。
50.按照權(quán)利要求49所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于有一個(gè)裝置(M),當(dāng)所述第二活塞離內(nèi)止點(diǎn)一個(gè)預(yù)定位置時(shí),用來控制所述的燃油噴射器(70)按照供給第二氣缸總油量的一定比例注入第二活塞(18)頂部(35)起動(dòng)并完成,當(dāng)活塞(16、18)基本上處在或接近內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),該裝置還用來控制燃油噴射器(70)供給總油量更進(jìn)一步的比例注入燃燒空間(20)。
51.按照權(quán)利要求50所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述的燃油噴射器控制裝置(M)是可以操作的,所供給的燃油的總量以兩個(gè)或多個(gè)沖量或基本上是一個(gè)給定周期中以一個(gè)定常的或是變化的流量率連續(xù)流出,這樣,第一個(gè)所述的一定比例的燃油在進(jìn)氣行程注入到第二氣缸(14)中,和/或在壓縮行程時(shí)噴入第二活塞頂部(35)上面,所說的進(jìn)一步按比例的燃油在一個(gè)周期開始或者在進(jìn)入之后供給到燃燒空間(20)中去。
52.按照權(quán)利要求46當(dāng)它從屬于權(quán)利要求34到45中任一個(gè)權(quán)利要求時(shí)所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于第二燃油源(82)設(shè)置所述第一汽缸(12)空氣進(jìn)氣裝置內(nèi),用來提供火花點(diǎn)燃油/空氣的混合物以實(shí)現(xiàn)用火花點(diǎn)燃方式操作的發(fā)動(dòng)機(jī)。
53.按照權(quán)利要求52所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于有控制裝置(M)用于控制所述第一和第二油源(34、82)和所述第二可變流通面積閥門裝置(83)以轉(zhuǎn)換發(fā)動(dòng)機(jī)的電火花點(diǎn)火方式,其中,在電火花點(diǎn)火方式中所述第一燃油源是不起作用或基本上不起作用的,第二可變流通面積閥門裝置(83)部分關(guān)閉以限制壓縮溫度低于壓燃值,在一種帶或不帶火花塞點(diǎn)火的壓縮點(diǎn)火方式中,其中,所述第二燃油源(82)是不起作用或基本上不起作用并且所述第二可變流通面積閥門裝置(83)基本上全打開來增加壓縮溫度以實(shí)現(xiàn)壓縮點(diǎn)火。
54.按照權(quán)利要求46和按權(quán)利要求1到45中任一個(gè)或者當(dāng)從屬于1到45權(quán)利要求的47到53項(xiàng)權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)的怠轉(zhuǎn)能對(duì)從第一燃油源(34、70)引入燃油進(jìn)入已供空氣進(jìn)入第二氣缸(14)中產(chǎn)生火花點(diǎn)燃混合氣起到作用,其中所述的混合物被引入第二汽缸的同時(shí),允許一個(gè)基本上只讓空氣進(jìn)入第一汽缸(12)的節(jié)流量,當(dāng)活塞(18)在相對(duì)于內(nèi)止點(diǎn)一個(gè)適當(dāng)位置時(shí),用火花塞(52)將混合氣點(diǎn)燃。
55.按照權(quán)利要求34或者權(quán)利要求36到54從屬于權(quán)利要求34時(shí)所述的任何一項(xiàng)的內(nèi)燃機(jī),其特征在于內(nèi)燃機(jī)在兩行程循環(huán)中運(yùn)行,并有一裝置(M)用來在所述排氣裝置(126)關(guān)閉期間或以后,控制所述第一閥門裝置(31)來關(guān)閉所述第一閥門裝置。
56.按照權(quán)利要求55所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述第一孔裝置(33)用在所述第二氣缸(14),所述空氣進(jìn)入裝置有一個(gè)普通空氣供應(yīng)源(132)用在所述第一汽缸(12)。
57.按照前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī),其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)壓縮點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī),具有幾何級(jí)數(shù)壓縮比,高到足以實(shí)現(xiàn)壓縮點(diǎn)火,壓縮比是在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸(12、14)中在它的外、內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí)的氣體體積之比。
58.一種內(nèi)燃機(jī)包括至少一套第一和第二汽缸(12、14),第一汽缸(12)的排量比第二汽缸(14)的排量大;第一和第二活塞(16、18)在各自的汽缸中運(yùn)動(dòng);空氣的進(jìn)氣裝置(25)與第一汽缸(12)連接;排氣裝置(27)與第一汽缸(12)連接;第一燃油源(34)用以供燃油給第二汽缸(14);限定燃燒空間(220)的裝置,當(dāng)活塞(16、18)基本上在內(nèi)止點(diǎn)位置時(shí),燃燒室與兩個(gè)汽缸相通;抑制裝置(228)為了抑制進(jìn)入先于第二活塞到達(dá)或接近內(nèi)止點(diǎn)位置;通道裝置(30)與第二汽缸(14)連通以允許有或沒有燃油的空氣,或允許有或沒有空氣的燃油進(jìn)入第二氣缸,在壓縮行程最初的階段,進(jìn)入第二汽缸來控制第二汽缸的壓力,所述的通道裝置包括一個(gè)打開第一孔裝置進(jìn)入第二汽缸和用來控制所述孔裝置的第一閥門裝置(31)。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)具有第一和第二汽缸,第一汽缸的排量比第二汽缸大且第二汽缸位于第一汽缸頂部。第一和第二活塞分別在各自的汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),第二活塞在第一活塞頂部形成一個(gè)凸臺(tái)。第一汽缸有進(jìn)氣口和排氣口,而第一油源提供燃油給第二汽缸。第二活塞有個(gè)與第一活塞頂部相連并與其隔開的頂部,它有一邊緣,它與第一活塞頂部到第二活塞頂部間的軸向距離相比很薄。當(dāng)活塞在內(nèi)止點(diǎn)時(shí),在活塞頂部與第二汽缸的側(cè)壁之間就形成了燃燒空間。
文檔編號(hào)F02F7/00GK1060336SQ9110578
公開日1992年4月15日 申請(qǐng)日期1991年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月23日
發(fā)明者丹·梅里特 申請(qǐng)人:丹·梅里特, 考文垂理工高等教育公司