專利名稱：雙沖程內(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)，特別涉及一種按照雙沖程循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明可以應(yīng)用于任何雙沖程內(nèi)燃機(jī)，諸如那些具有一個(gè)常規(guī)曲柄軸和連桿的內(nèi)燃機(jī)以及無(wú)曲柄式發(fā)動(dòng)機(jī)。
雖然雙沖程內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)問(wèn)世一個(gè)多世紀(jì)，但它們?nèi)跃哂袊?yán)重的缺陷并且用途有限。雙沖程內(nèi)燃機(jī)通常會(huì)遇到加熱問(wèn)題。此外，從這種發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣中包含好幾種大氣污染物，例如一氧化碳，碳?xì)浠衔锖偷难趸铩?br> 一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭的有毒氣體，較空氣稍輕。廢氣排出物中存在這種有害氣體是燃料未完全燃燒的結(jié)果，其中一部分碳被氧化成一氧化碳，而不是被完全氧化成二氧化碳。這是由于燃燒室內(nèi)的氧氣不足導(dǎo)致的。大部分常規(guī)的燃燒室對(duì)氧的過(guò)多供應(yīng)或者對(duì)一種通常稱為“稀混合料”的燃料起著不良的反應(yīng)。
廢氣排出物中存在碳?xì)浠衔镞€說(shuō)明燃料未燒盡和浪費(fèi)。一般地說(shuō)，在兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的排出物中，其含碳?xì)浠衔锏陌俜直榷际禽^高的，這特別是由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行掃氣的性質(zhì)情況。雖然在大氣中通常發(fā)現(xiàn)的具有濃度的氣態(tài)碳?xì)浠衔锸欠嵌拘缘?，但由于它們?cè)谛纬晒饣瘜W(xué)煙霧中的作用，它們還是一種主要的污染物。
當(dāng)在存在氧的情況下以非常高的溫度燃燒燃料時(shí)就會(huì)產(chǎn)生氮的氧化物。氮的氧化物與碳?xì)浠衔锘闲纬梢环N對(duì)濃霧形成有作用的稱作光化學(xué)氧化劑的復(fù)雜品種二次污染物。在廢氣排出物中存在氮的氧化物已成為所有的常規(guī)雙沖程內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)主要問(wèn)題，尤其是在努力以燃燒稀混合料來(lái)減少一氧化碳的場(chǎng)合中。有些試驗(yàn)單位普經(jīng)成功地燃燒稀混合料，但是多余的氧在燃燒室中變成了氮的氧化物，這種氮的氧化物在過(guò)去只有建立起一個(gè)昂貴的催化轉(zhuǎn)換器才能將其除去。
在形成空氣污染物的氮的氧化物中，最經(jīng)常出現(xiàn)的是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。一氧化氮是一種由氮和氧在高溫下形成的無(wú)色的有毒氣體。它在內(nèi)燃機(jī)的排氣中轉(zhuǎn)化為二氧化氮，一種刺激物和有毒物。
氮的氧化物的形成是由過(guò)多的氧，燃燒室的溫度高過(guò)攝氏1650度及活塞在上死點(diǎn)的停止期導(dǎo)致的。在一個(gè)常規(guī)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中，停止期是不能縮短的。然而，據(jù)發(fā)現(xiàn)，如果高溫區(qū)離開(kāi)存在過(guò)多氧的位置，則氮的氧化物產(chǎn)生可以得到抑制。
本發(fā)明的一個(gè)目的是盡量減少雙沖程內(nèi)燃機(jī)的有害排出物。
本發(fā)明另一個(gè)目的是盡量減少一般關(guān)連到現(xiàn)有雙沖程內(nèi)燃機(jī)的加熱問(wèn)題。
本發(fā)明提出一種雙沖程內(nèi)燃機(jī)，它具有一個(gè)汽缸，一個(gè)在汽缸內(nèi)的加壓室，至少一個(gè)適于在加壓室中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，至少一個(gè)與加壓室相連通的進(jìn)氣口，通過(guò)進(jìn)氣口將掃氣空氣在高壓下供應(yīng)給加壓室的裝置，至少一個(gè)用于將掃氣空氣和燃燒的產(chǎn)物從加壓室中排出的排氣口，一個(gè)與加壓室有限地連通的小容積外部燃燒室，向燃燒室內(nèi)噴射一種濃的燃料/空氣混合料的裝置，一部分這種混合料進(jìn)入加壓室與其中的掃氣空氣形成一種燃料稀混合料，和裝在燃燒室上對(duì)其中的燃料濃混合料點(diǎn)火，接著使燃燒的燃料點(diǎn)燃加壓室內(nèi)的燃料稀混合料的點(diǎn)火裝置，其結(jié)構(gòu)布置要使得在運(yùn)轉(zhuǎn)中加壓室內(nèi)的溫度維持足夠的低以抑制在其內(nèi)生成氮的氧化物。
這樣不僅抑制了氮的氧化物的生成，而且由于燃燒室內(nèi)氧的充份供應(yīng)，燃料也基本上完全燃燒了，因而使一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧乓矞p到了最小。通過(guò)加壓室的大容量掃氣空氣足以能有效地請(qǐng)洗和冷卻氣缸。由于將燃料分成在小容積燃燒室內(nèi)的燃料濃混合料和在加壓室內(nèi)的燃料稀混合料，本發(fā)明的雙沖程內(nèi)燃機(jī)具有顯著節(jié)省燃料的特點(diǎn)。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例予以說(shuō)明，附圖中

圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的單活塞雙沖程內(nèi)燃機(jī)的汽缸組件的截面圖;
圖2是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的具有對(duì)置活塞的雙沖程內(nèi)燃機(jī)的汽缸組件的截面圖;
圖3是垂直于圖1和2的截面圖;和圖4是垂直于圖2的另一個(gè)截面圖。
圖1所示的是一個(gè)具有一個(gè)適于在一個(gè)汽缸4中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的單活塞8的雙沖程內(nèi)燃機(jī)的汽缸組件。活塞8連接到一個(gè)常規(guī)的連桿和曲軸(未顯示)上。汽缸4中除了主加壓室6外還形成有一個(gè)小容積外燃燒室3。燃燒室3與加壓室6是相隔開(kāi)的，但能沿著一條狹窄的通道9與其受限地相連通。如圖3所示，通道9是偏斜的，因此它基本上以切線的方向進(jìn)入加壓室6。
火花塞1安裝在外燃燒室3上用以對(duì)其中的燃料/空氣混合料點(diǎn)火。燃料/空氣混合料是通過(guò)一個(gè)由提升閥2控制的進(jìn)氣口噴射入燃燒室3的?？諝庥梢粋€(gè)鼓風(fēng)機(jī)(未顯示)供應(yīng)。
一般高壓掃氣空氣通過(guò)一個(gè)由一個(gè)提升閥5控制的進(jìn)氣口被壓入加壓室6內(nèi)。掃氣空氣連同燃燒的產(chǎn)物通過(guò)一個(gè)或多個(gè)排氣口7被排出加壓室6。排氣口7的開(kāi)啟和關(guān)閉是由活塞8當(dāng)其在汽缸4內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)的。
為了供應(yīng)大容量的高壓掃氣空氣，設(shè)置有一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)(未顯示)。該同一鼓風(fēng)機(jī)也可以用來(lái)供應(yīng)為混合燃料而用的空氣，，以及為掃氣目的和，如果需要，為了增壓而用的空氣。鼓風(fēng)機(jī)可以由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，如果需要，也可借助于渦輪排氣機(jī)。大量的高壓空氣進(jìn)料的供應(yīng)保證了掃氣空氣的適當(dāng)通過(guò)量，不僅請(qǐng)洗了氣缸也對(duì)其進(jìn)行冷卻。有效的冷卻部分地是由于掃氣空氣以高的速度沿著大體上為螺旋形的路徑在加壓室6的內(nèi)壁上向下流動(dòng)導(dǎo)致。掃氣空氣在加壓室6中的這種渦流式運(yùn)動(dòng)是由掃氣空氣進(jìn)氣口的適當(dāng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所促成的。只要進(jìn)氣口是由提升閥控制的，就可以設(shè)置諸如翅片(未顯示)的裝置以便在掃氣空氣進(jìn)入加壓室6時(shí)可以適當(dāng)?shù)厥蛊淦D(zhuǎn)。
空氣/燃料混合料的進(jìn)氣口與其它的氣口相比是比較小的。最好是，掃氣空氣的進(jìn)氣口和排氣口7要比相同大小的常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)所用的要大一些。較大的進(jìn)氣口和排氣口有利于供應(yīng)適當(dāng)通過(guò)量的掃氣空氣。
發(fā)動(dòng)機(jī)以如下的方式完成一個(gè)完全的雙沖程循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。假定該循環(huán)是以活塞8在其下死點(diǎn)處起始并開(kāi)始在汽缸4內(nèi)上升。提升閥5被關(guān)閉以將掃氣空氣的進(jìn)路切斷。加壓室6內(nèi)于是將充滿基本上清潔的空氣。提升閥2將是或者開(kāi)啟或者即將開(kāi)啟。為了在掃氣時(shí)防止燃料逸出至大氣中，在活塞8完全關(guān)閉或幾乎完全關(guān)閉排氣口7之前，提升閥2不會(huì)開(kāi)啟。
當(dāng)提升閥2開(kāi)啟時(shí)，一種稍濃的燃料/空氣混合料被噴射至外燃燒室3內(nèi)。一部份的燃料/空氣進(jìn)料從外室3沿著通道9進(jìn)入加壓室6內(nèi)。如圖3中所示的通道9的基本上為切線的布置使進(jìn)入加壓室6的進(jìn)料與其中的空氣的旋渦運(yùn)動(dòng)為同一方向并由此而擴(kuò)散開(kāi)。允許進(jìn)入加壓室6的進(jìn)料的數(shù)量取決于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所要求的功率和轉(zhuǎn)數(shù)。然而，當(dāng)活塞8上升而燃料混合料還未能下降到達(dá)加壓室6內(nèi)排氣口7的位置之前，排氣口7即關(guān)閉了。在任何情況下，也沒(méi)有必要一定要使燃料混合料下降超過(guò)至該位置的一半路徑，因?yàn)樽屓剂线M(jìn)入加壓室6的唯一目的是與其余的掃氣空氣進(jìn)行稀釋以提供一種稀混合料。在加壓室6內(nèi)的稀混合料和超量的氧促使所有燃料完全燃燒。如果需要增壓，提升閥2必須一直開(kāi)啟直至活塞8完全關(guān)閉排氣口7時(shí)為止。
在提升閥2關(guān)閉后，活塞8繼續(xù)在汽缸4內(nèi)上升進(jìn)行其壓縮沖程。汽缸4內(nèi)的空氣在加壓室6，通道9和燃燒室3內(nèi)被壓縮。然而，通道9的尺寸要使得鄰近火花塞1的燃料/空氣混合料保持足夠的濃度使其能被火花點(diǎn)燃隨之發(fā)生爆炸，該爆炸會(huì)迫使燃著的燃料沿著通道9進(jìn)入加壓室6。與掃氣空氣混合而變稀的剩下來(lái)的進(jìn)料為濃的進(jìn)料燃燒所點(diǎn)燃，不需引爆即開(kāi)始燃燒。當(dāng)燃燒的燃料以與其內(nèi)的空氣的旋渦運(yùn)動(dòng)相同的方向被壓入加壓室6時(shí)，空氣流動(dòng)的速度增加了并促進(jìn)了燃燒。
燃燒室3和加壓室6之間的關(guān)系是這樣的，即它們?cè)斐蓛蓚€(gè)其溫度顯著不同的分開(kāi)的區(qū)。首先，在燃燒室3內(nèi)靠近爆炸的中心產(chǎn)生一個(gè)高溫區(qū)。其次，在加壓室6內(nèi)有一個(gè)溫度明顯較低的區(qū)。其結(jié)果是，燃燒室3的高溫區(qū)與加壓室6內(nèi)稀混合料的超量氧被有效地分開(kāi)。超量氧的溫度足夠的低以抑制氮氧化物的生成。此外，由于超量氧的存在，基本上達(dá)到完全燃燒，從而使廢氣排出物中不含一氧化碳和碳?xì)浠衔?。另一個(gè)后果是活塞8在汽缸4內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)較涼的操作，因而發(fā)動(dòng)機(jī)就避免了通常與雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的傳統(tǒng)加熱問(wèn)題。
動(dòng)力沖程于是接著進(jìn)行排氣，這時(shí)活塞8露出排氣口7。提升閥5這時(shí)開(kāi)啟著，而掃氣空氣被壓入加壓室6以便用干凈空氣對(duì)其進(jìn)行撤底清洗，并冷卻氣缸4。
圖2所示的汽缸結(jié)構(gòu)是為了用于水平對(duì)置的活塞。該圖中所用的標(biāo)號(hào)和運(yùn)轉(zhuǎn)原理與圖1中的保持一樣，除了圖1的提升閥5被開(kāi)啟著的氣口15所代替，而該氣口是由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞8中的一個(gè)予以打開(kāi)和關(guān)閉的。氣口15是這樣設(shè)置在汽缸4上的，即排氣口7正好在氣口15之前露出以便于排氣。如圖4中所示，掃氣空氣的進(jìn)氣口15是成斜角的，因而空氣是以基本上為切線的方向進(jìn)入加壓室6的，以便在其內(nèi)產(chǎn)生一種掃氣空氣的旋渦運(yùn)動(dòng)。
這種發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是排氣口7可以在汽缸4的周邊四周不受到限制。這是因?yàn)闆](méi)有輸氣孔的原因，而這種輸氣孔在大部分常規(guī)的雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口上都是必要的，但是在本發(fā)明設(shè)計(jì)中它并不需要。這樣就允許更多的有效的通氣。
本發(fā)明裝置還允許常規(guī)的雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用濕油槽供油潤(rùn)滑法，因?yàn)槿剂现胁⒉恍枰獫?rùn)滑油。這樣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的大小尺寸能與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。
上面描述的雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可適合于使用大范圍的各種燃料中的一種，例如汽油、煤氣和柴油而不需要任何特殊的添加劑。
根據(jù)圖1所描述的實(shí)施例可以將排氣口7和進(jìn)氣閥5互換，從而使掃氣空氣的流譜反轉(zhuǎn)。這一安排的優(yōu)點(diǎn)在于任何剩余的廢氣和任何在膨脹沖程中可能通過(guò)活塞8逸出的氣體都可以再回到燃燒室3內(nèi)去。
在另一種改良型中，圖1和2的實(shí)施例可以配置一個(gè)由一個(gè)提升閥控制的另外的進(jìn)氣口用以使掃氣空氣進(jìn)入燃燒室3中。這可以使燃燒室3和通道9得到掃氣。這種安排適合于大型發(fā)動(dòng)機(jī)。
在又一種改良型中，燃燒室中另加的氣口可以用作排氣口。這樣在膨脹中通過(guò)活塞8逸出的任何氣體可以再回到燃燒室3中。此外，任何未燃燒的碳?xì)浠衔镌诮?jīng)過(guò)熱的燃燒室3時(shí)將會(huì)被氧化。
在再一個(gè)實(shí)施例中，加壓室6可以配備一個(gè)由一個(gè)提升閥控制的大的排氣口，因而加壓室6的其它氣口，以及，如果有的話，燃燒室3的另加的氣口，可以安排作為掃氣空氣的進(jìn)氣口用。
在上述任何的實(shí)施例中，都可以配置多于一個(gè)的外部燃燒室3，在大型發(fā)動(dòng)機(jī)中尤其如此。燃燒室3各帶有一條通道9，并可以相間隔開(kāi)地圍繞在加壓室6的周?chē)?。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用多于一個(gè)的汽缸4。
如前所述，通道9基本上為切線位置的布置，如圖3所示，使進(jìn)入加壓室6的燃料進(jìn)料與其內(nèi)空氣的旋渦運(yùn)動(dòng)處于同一方向并由以擴(kuò)散開(kāi)。這是一般的情況。然而，對(duì)于某種工作容量的發(fā)動(dòng)機(jī)，可能有必要使燃料進(jìn)料逆著旋渦的方向進(jìn)入加壓室6以便減弱空氣過(guò)強(qiáng)的旋渦運(yùn)動(dòng)。在那種情況下，仍舊會(huì)有燃料進(jìn)料的有效擴(kuò)散作用。
上述細(xì)節(jié)的其它改良型式對(duì)于業(yè)內(nèi)熟悉技術(shù)的人員都是極易明了的并且都可以做出各種變化而不脫離這里所敘述的概括發(fā)明構(gòu)思。例如，汽缸的外表面上可以配置散熱片以協(xié)助冷卻。
權(quán)利要求
1.一種雙沖程內(nèi)燃機(jī)，它包括一個(gè)汽缸，一個(gè)在汽缸內(nèi)的加壓室，至少一個(gè)適于在加壓室中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，至少一個(gè)與加壓室相連通的進(jìn)氣口，通過(guò)進(jìn)氣口將掃氣空氣在高壓下供應(yīng)給加壓室的裝置，至少一個(gè)用于將掃氣空氣和燃燒的產(chǎn)物從加壓室中排出的排氣口，一個(gè)與加壓室有限地連通的小容積外部燃燒室，向燃燒室內(nèi)噴射一種濃的燃料/空氣混合料的裝置，一部分這種混合料進(jìn)入加壓室與其中的掃氣空氣形成一種燃料稀混合料，和裝在燃燒室上對(duì)其中的燃料濃混合料點(diǎn)火，接著使燃燒的燃料點(diǎn)燃加壓室內(nèi)的燃料稀混合料的點(diǎn)火裝置，該結(jié)構(gòu)布置要使在運(yùn)轉(zhuǎn)中加壓室內(nèi)的溫度維持足夠的低以抑制在其中生成氮的氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，空氣進(jìn)氣口設(shè)計(jì)成能造成加壓室內(nèi)掃氣空氣的旋渦運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，一個(gè)空氣進(jìn)氣口上配置一個(gè)翅片以使進(jìn)入的掃氣空氣偏轉(zhuǎn)造成旋渦運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，一個(gè)空氣進(jìn)氣口設(shè)置成偏角的，從而使空氣進(jìn)入加壓室基本上成切線方向以產(chǎn)生漩渦運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，一條狹窄的通道在燃燒室和加壓室之間提供有限的連通。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，通道是偏置的，使得其以基本上為切線的方向進(jìn)入加壓室。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，通道設(shè)置成使燃料以與加壓室中空氣旋渦運(yùn)動(dòng)相同的方向進(jìn)入加壓室。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于它具有一個(gè)在燃燒室內(nèi)另加的氣口以進(jìn)行其掃氣工作。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，設(shè)置有一個(gè)外部鼓風(fēng)機(jī)向加壓室供應(yīng)高壓的掃氣空氣。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其中，鼓風(fēng)機(jī)也向噴射入燃燒室內(nèi)的燃料混合料供應(yīng)空氣。
11.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于它具有多個(gè)外部燃燒室，該些燃燒室相間隔開(kāi)地分布在加壓室的四周并與其相連通。
全文摘要
一種雙沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括一在加壓室6內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞8，一允許掃氣空氣以高壓供應(yīng)給加壓室的進(jìn)氣閥5，一與加壓室6具有有限的連通9的小容積外部燃燒室3，一允許將一種混燃料/空氣混合料噴射入燃燒室的閥2，一部分這種混合料流入加壓室與其中的掃氣空氣形成一種燃料稀混合料和點(diǎn)燃在燃燒室內(nèi)的燃料濃混合料的點(diǎn)火裝置1，接著使燃著的燃料再點(diǎn)燃加壓室內(nèi)的燃料稀混合料，這樣使加壓室內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度保持足夠的低，以抑制在其內(nèi)生成氮的氧化物。
文檔編號(hào)F02B17/00GK1090014SQ93101258
公開(kāi)日1994年7月27日 申請(qǐng)日期1993年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月18日
發(fā)明者布賴恩·萊斯利·鮑威爾 申請(qǐng)人:布賴恩·萊斯利·鮑威爾