專利名稱：低壓縮比內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動機械，更具體地涉及由活塞的直線運動產(chǎn)生轉(zhuǎn)動輸出的內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是由本申請人作出的與國際專利申請PCT/AU89/00275，PCT/AU91/00244，PCT/AU94/00529和PCT/AU94/00569的內(nèi)容相關(guān)的改進，所述國際專利申請引用于此作為相關(guān)技術(shù)，并將這些申請中的技術(shù)方案稱作混合循環(huán)(split-cycle)方式。通過采用凸輪軸作為將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動輸出運動的裝置，僅藉由改變凸輪的形狀，就能得到一個寬范圍變化的活塞運動。由此產(chǎn)生的一個特別的優(yōu)點就是通過適當?shù)卦O(shè)計軸上的凸輪的形線，活塞被這樣控制，即可以改變活塞在上死點和下死點之間的任何位置以及在活塞的運動極限處的停留時間。
活塞在其上死點處停留時間的延長，有利于加入的燃料的充分燃燒，而活塞沒有位置變化，使能量能夠最大限度地傳遞給活塞，從而得到從燃燒能轉(zhuǎn)化為發(fā)動機輸出功率和扭矩的最佳的轉(zhuǎn)化效果。
在以往公開的這種形式的轉(zhuǎn)動機械，希望采用50mm直徑的活塞，其具有6mm的沖程。典型地，燃燒室即在汽缸中處于上死點的活塞的上部和發(fā)動機或有關(guān)機械的缸蓋的容積被定為高度2mm，內(nèi)徑50mm。
對于50mm直徑的活塞和6mm沖程而言，對于各個活塞的運動循環(huán)，氣缸排量的約為11.8cc，而活塞在上死點時的缸蓋容積約為4000立方毫米。汽缸的有效立方容積是例如10.3cc，這是當活塞向上死點(TDC)運動，汽缸側(cè)壁上的排氣門口關(guān)閉之后，汽缸的工作容積。發(fā)明內(nèi)容傳統(tǒng)的內(nèi)燃機技術(shù)傾向于將發(fā)動機的大尺寸與高壓縮比結(jié)合以提高發(fā)動機的輸出，而在本發(fā)明中，通過減小壓縮比，同時配合以適當?shù)卦O(shè)計的在上死點處的停留時間，發(fā)動機的輸出得以提高。該停留時間可以通過改變混合循環(huán)發(fā)動機的凸輪軸上的凸輪的形狀而很容易地改變。
在一個例子中，壓縮比被從4∶1變?yōu)?.75∶1，發(fā)動機性能得到了顯著的提高。
在一個實施例中，活塞的直徑為50mm，沖程為6mm，燃燒室高為2mm，對其進行改變，使其在上死點燃燒壁的高度為8mm，就可將壓縮比從4∶1改變?yōu)?.75∶1，并與在傳統(tǒng)的曲軸發(fā)動機中曲軸轉(zhuǎn)動為72°的上死點的停留時間相配合。在這一實施例中，發(fā)動機的性能得到了顯著的提高。
對所述實施例的分析表明，對比于4000立方毫米、壓縮比為4∶1的發(fā)動機來說，在低壓縮比的發(fā)動機中，充入的燃料和空氣的充入體積在上死時約為16,000立方毫米，壓縮比為1.75∶1；同時在上死點的氣缸壓力從4∶1發(fā)動機的80磅每平方英寸減小到40磅每平方英寸。1.75∶1壓縮比的發(fā)動機的充入體積與4∶1發(fā)動機的充入體積之比為7∶4，這一體積比為當活塞處于下死點時缸體和缸蓋的總?cè)莘e之比。
通過分析這些情況下的不同的功能操作表明，低壓縮比的內(nèi)燃機與高壓縮比的內(nèi)燃機相比每次點火都提供了更多的燃料能量，假定多出的燃料的能量有效地轉(zhuǎn)化為向活塞提供的力的作用，則較之較高壓縮比的發(fā)動機而言在發(fā)動機輸出軸上能得到較大的扭矩。
本發(fā)明通過綜合控制在充入燃料的燃燒過程中活塞的停留時間以及較大幅度地相對于傳統(tǒng)的曲軸活塞發(fā)動機降低壓縮比，導致了發(fā)動機扭矩的前所未有的提高。
在根據(jù)前述國際專利申請的一個或多個中公開的發(fā)明構(gòu)成的內(nèi)燃機的情況下，本發(fā)明所希望的壓縮比為1∶1至4∶1。
本發(fā)明的第一個方面的低壓縮比的發(fā)動機能夠提高自身的功率輸出，但是由低的壓力引起缺乏上死點效應(yīng)和缺乏擾動就要求延長各充入燃料燃燒所需的各活塞在上死點處的停留時間。
為了更有效地控制燃燒并使各充入的燃料基本上完全燃燒，最好在鄰近汽缸處設(shè)置高強度的燃燒室，以容納全部或部分將被點火的充入燃料/空氣，以驅(qū)動活塞。
本發(fā)明的另一方面提出了一種上述種類的低壓縮比發(fā)動機，包括一個具有燃燒容積的高強度燃燒室，該燃燒室與發(fā)動機的各汽缸相鄰，其中可燃的燃料/空氣混合料在燃燒容積中被點火，使得當填料在燃燒容積中燃燒時，膨脹進入汽缸，向汽缸中的活塞施力。
高強度燃燒室的燃燒容積中的燃料如所希望的那樣在低壓條件下慢慢地開始燃燒，并在活塞停留在上死點時劇裂燃燒。當活塞從死點移開時，燃燒氣體通過噴射管擴散入汽缸，使氣體的速度和擾動增大?；鹧媲岸说乃俣仍黾訌亩旧线_到完全燃燒。
在這一方面的實施例中，層狀填料可以被加入到裝有活塞的汽缸中。這種填料可包括諸如低等級的燃料和空氣的混合物、霧化水或過量的空氣或其他添加劑，這一點是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到的。
通過將控制在加入的燃料的燃燒過程中活塞的停留時間與相對于傳統(tǒng)的曲軸活塞發(fā)動機顯著地降低壓縮比結(jié)合起來即確定了本發(fā)明，這導致對發(fā)動機扭矩前所未有的提高。附圖簡要說明現(xiàn)通過參考附圖用示例的方法對本發(fā)明進行描述，其中

圖1是與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有類型的發(fā)動機的一個汽缸活塞的斷面示意圖；圖2是與圖1相似的斷面示意圖，但是以按照本發(fā)明的壓縮比構(gòu)成；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的實施例的發(fā)動機缸蓋的平面圖；圖4為沿缸蓋的IV-IV截面和圖3的汽缸上部的斷面圖；圖5是表示本發(fā)明的第二方面的另一個實施例的視圖。
最佳實施例方式在圖1和圖2中，用實線表示活塞20位于上死點，而虛線表示活塞位于下死點。圖1和圖2中活塞20的沖程相同，均為6mm，但沒有示出氣缸壁上的進氣和排氣門口。
在圖3和圖4的實施例中，具有燃燒容積10的一個高強度燃燒室設(shè)置在缸蓋11上，并通過噴射管14與裝有活塞13的汽缸12相連通。加壓的燃料和空氣通過通道16注入到容積10中，而火花塞通過螺紋孔15安置到容積10中。汽缸12包括一個排氣門17。
圖5是表示本發(fā)明的第二個方面的另一實施例的示意圖，其中與圖3和圖4中相同的零件用相同的數(shù)字表示。這個實施例示出了安裝在一條混合循環(huán)線上以轉(zhuǎn)動動力轉(zhuǎn)換器30的活塞13和汽缸12，其操作模式與圖4相似，如上所述，圖4中有安裝著火花塞31并通過進氣門口32輸入過量空氣及通過噴油嘴33輸入燃料的高強度燃燒室容積10。
一旦點燃具有相對低的著火點的燃料，諸如通過噴油嘴33輸入容積10的汽油，火爭前端和燃燒的混合物就通過噴射管14進入汽缸12。汽缸12通過噴油嘴35被充入大量低等級的較高著火點的燃料并在比如20psi的壓力下通過進氣管34充入過量充入的空氣。這種低等級的燃料諸如柴油被通過噴射管14進入的燃燒的混合物點燃。這樣的設(shè)置，使得低等級的燃料在低壓縮比下的燃燒，仍可達到基本已完全燃燒的水平。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將能夠理解，對于上述專門的實施例示出的本發(fā)明可作出各種變化和/或修改而不脫離廣泛地描述的本發(fā)明的精神和范圍。因此本發(fā)明的實施例在各個方面來講應(yīng)被視為說明性的而非限定性的。
權(quán)利要求
1.具有延長的活塞于上死點的停留時間的混合循環(huán)內(nèi)燃機，其中，壓縮比在1∶1至4∶1的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，可燃混合物在高于大氣壓的壓力下被輸入發(fā)動機汽缸中。
3.如權(quán)利要權(quán)利1或2所述的發(fā)動機，其中，包括與發(fā)動機的各汽缸相鄰的高強度燃燒室，各所述燃燒室用于向各汽缸中輸入燃燒產(chǎn)物。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其中，來自各高強度燃燒室的燃燒產(chǎn)物被輸入各汽缸以點燃燃料/空氣混合物，其中燃料較之高強度燃燒室中點燃的燃料具有較低的等級并有較高的著火點。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中，壓縮空氣作為燃料/空氣混合物的一部分被輸入各汽缸。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的發(fā)動機，其中各活塞在上死點的停留時間等于傳統(tǒng)曲軸內(nèi)燃機中曲軸轉(zhuǎn)動的大約70°。
全文摘要
一種低壓縮比的內(nèi)燃機，活塞在或靠近上死點處的停留時間延長，以有利于基本上完全的燃燒，提供較高的發(fā)動機輸出功率。一個預(yù)燃室(10)將高溫高壓的燃燒產(chǎn)物輸入發(fā)動機的氣缸(12)。
文檔編號F01B1/06GK1139472SQ95191350
公開日1997年1月1日 申請日期1995年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月25日
發(fā)明者艾爾弗雷德·理查德·梅恩 申請人:混合循環(huán)技術(shù)有限公司