專利名稱：具有定容獨(dú)立燃燒室的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有定容獨(dú)立燃燒室的循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的工作方法。
具有例如法國專利2319769或2416344中所描述的分開的獨(dú)立燃燒室以及壓縮和膨脹室的循環(huán)內(nèi)燃機(jī)在工作上比普通內(nèi)燃機(jī)有一些改進(jìn)之處。在這種類型的內(nèi)燃機(jī)中，進(jìn)氣和壓縮在一個(gè)由一個(gè)活塞控制的室中進(jìn)行，而膨脹和排氣在另一個(gè)室中進(jìn)行；獨(dú)立燃燒室通過若干配有閥的導(dǎo)管與這些室相連。但是，這兩個(gè)室的可變?nèi)莘e根據(jù)燃燒階段周期性地加以控制，且用于氣體物質(zhì)的輸送和燃燒的時(shí)間特別短，不能象普通內(nèi)燃機(jī)那樣進(jìn)行完全燃燒。
本發(fā)明方法可彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，大大改善這種內(nèi)燃機(jī)的性能，其特征在于所實(shí)施的方法，尤其在于，壓縮室的包括進(jìn)氣和壓縮的工作循環(huán)相對(duì)于膨脹室的包括膨脹和排氣的工作循環(huán)提前，以便可以獲得比普通內(nèi)燃機(jī)更長(zhǎng)的燃燒時(shí)間，具體而言，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和上述文獻(xiàn)中所述的內(nèi)燃機(jī)是在驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)約30°至45°進(jìn)行燃燒，而采用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)工作方法是轉(zhuǎn)動(dòng)到180°(在排氣行程)，以確保燃燒室的進(jìn)氣和混合物的燃燒，這樣，按照所采用的進(jìn)氣方式，可確保驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)約150°甚至160°的燃燒持續(xù)時(shí)間。另一方面，為了避免在這個(gè)長(zhǎng)時(shí)間燃燒過程中通過壁的熱損失，燃燒室可以用一種由陶瓷或其它絕熱材料制成的隔熱層加以覆蓋，以便不通過可能很熱的壁損失熱能，這是很重要的，同樣，膨脹室(活塞頭部、燃燒室頂部、輸送導(dǎo)管等)的壁也覆蓋一種用陶瓷或其它絕熱材料制成的隔熱層。
由此可以明白本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的工作情況以及對(duì)普通內(nèi)燃機(jī)和前述文獻(xiàn)中所述內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)之處。尤其是燃燒室和膨脹室工作循環(huán)的獨(dú)立性以及燃燒室和/或膨脹室的熱保護(hù)，可在沒有較大熱損失的情況下使燃燒持續(xù)時(shí)間比普通內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)3至4倍，從而提高效率，另外，采用這種配置，也可以制造一種在其底部不取決于活塞直徑的燃燒室，這種燃燒室可以接近或達(dá)到既平滑又沒有氣體不燃燒和產(chǎn)生燃燒不完全的碳?xì)浠衔锏摹八澜恰钡睦硐肭蛐涡螤睢?br> 燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，燃燒室的形狀緊湊，接近既平滑又沒有死角的球形形狀，與熱壁絕熱，這些綜合的優(yōu)越性使得污染氣體的排出比普通內(nèi)燃機(jī)少得多。
根據(jù)本發(fā)明方法的其它實(shí)施例，可以在壓縮室和燃燒室之間布置一個(gè)壓縮空氣聚集緩沖室，這樣，可以避免泵吸作用，并且避免由輸送死容積和燃燒室進(jìn)氣時(shí)的膨脹所造成的壓力損失。
壓縮機(jī)的工作方式可以變化，但不改變本發(fā)明的原理；如果在實(shí)踐中適于使用一種活塞式壓縮機(jī)，可以采用任何其它產(chǎn)生壓縮空氣的方式-活塞式單級(jí)或多級(jí)壓縮機(jī)，葉片式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，齒輪傳動(dòng)式壓縮機(jī)(Roots式、Lyshom式)，或者由排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪壓縮機(jī)。在其它一些應(yīng)用中，可以使用一種儲(chǔ)氣罐(或其它儲(chǔ)氣容器)儲(chǔ)存在燃燒室中膨脹的壓縮空氣，甚至使用導(dǎo)管壓縮空氣(例如在使用導(dǎo)管壓縮空氣的工廠中位于固定工位的內(nèi)燃機(jī))。
膨脹室的工作方式也可以變化，但不改變本發(fā)明的原理；如果在實(shí)踐中適于使用一種在氣缸中滑動(dòng)并通過一個(gè)連桿驅(qū)動(dòng)一個(gè)曲軸的活塞，也可以使用任一種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)-徑向葉片式旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)活塞式系統(tǒng)(例如沿圓形螺旋線或擺線軌跡的系統(tǒng))。
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)使用均勻的燃料空氣混合物進(jìn)行工作，混合物可以在進(jìn)入壓縮機(jī)之前由一個(gè)汽化器形成，但最好在壓縮機(jī)和燃燒室之間配置一個(gè)噴射系統(tǒng)(電子或機(jī)械的)，不過，也可以直接噴射到燃燒室中，而這不改變工作原理。
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)還可以如同柴油發(fā)動(dòng)機(jī)那樣使用能自燃的非均勻混合物進(jìn)行工作。在這種情況下，取消在燃燒室中安裝火花塞，由一個(gè)泵供給的柴油進(jìn)行直接噴射，在所述燃燒室中安裝通常在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的設(shè)備。
另外，可以安裝至少兩個(gè)工作方式與以上所述相同的分開的燃燒室，這兩個(gè)燃燒室可以同時(shí)供給燃料，也可以分開供給燃料，還可以交替地供給燃料，以便在可燃混合物進(jìn)氣量少時(shí)提高熱動(dòng)力效率，例如使用其功率小于內(nèi)燃機(jī)總功率一半的單個(gè)燃燒室以及使用兩個(gè)這樣的燃燒室。
參照附圖和非限制性實(shí)施例，本發(fā)明地其它目的、優(yōu)越性和特征將得到更好得理解。
附圖如下

圖1以橫剖示意圖示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的一種實(shí)施方式，其中，壓縮室和膨脹室各由一個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)在氣缸中滑動(dòng)的活塞進(jìn)行控制。
圖2示出這種內(nèi)燃機(jī)在燃燒室中輸入燃料空氣混合物之后的狀況。
圖3示出這種內(nèi)燃機(jī)從燃燒室向膨脹室輸送氣體時(shí)的狀況。
圖4示出這種內(nèi)燃機(jī)在排氣和壓縮過程中的狀況。
圖5以橫向剖視圖示出另一種工作方式，其中，當(dāng)被壓縮的燃料空氣混合物進(jìn)入燃燒室時(shí)，一個(gè)壓縮空氣聚集緩沖室安裝在壓縮機(jī)和燃燒室之間。
圖6示出這種內(nèi)燃機(jī)在燃燒期間的狀況。
圖7示出這種內(nèi)燃機(jī)在膨脹開始時(shí)的狀況。
圖8示出這種內(nèi)燃機(jī)在膨脹結(jié)束時(shí)的狀況。
圖9以橫向剖視圖示出另一種實(shí)施方式，其中，膨脹室和膨脹在一種徑向葉片式旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中加以實(shí)現(xiàn)。
圖1至圖4示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的一種實(shí)施方式，其中，壓縮室和膨脹室各由一個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和在氣缸中滑動(dòng)的活塞加以控制，圖中以橫向剖視圖示出壓縮室1、其中裝有一個(gè)火花塞3的定容式獨(dú)立燃燒室2、以及膨脹室4。壓縮室1通過一個(gè)導(dǎo)管5與燃燒室2相連，導(dǎo)管5的開啟和關(guān)閉由一個(gè)密封閥6加以控制。燃燒室2通過一個(gè)輸送管7與膨脹室4相連，輸送管7的開啟和關(guān)閉由一個(gè)密封閥8加以控制。
壓縮室由一個(gè)傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)系統(tǒng)供給壓縮空氣，一個(gè)活塞9在一個(gè)氣缸10中滑動(dòng)，由一個(gè)連桿11和一個(gè)曲軸12加以控制。新的燃料空氣混合物通過一個(gè)進(jìn)氣管13進(jìn)入，進(jìn)氣管13的開啟由一個(gè)閥14加以控制。
膨脹室4控制一個(gè)傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)一個(gè)活塞15在一個(gè)氣缸16中滑動(dòng)，通過一個(gè)連桿17驅(qū)動(dòng)一個(gè)曲軸18轉(zhuǎn)動(dòng)，已經(jīng)燃燒的氣體通過一個(gè)排氣管19排出，排氣管19的開啟由一個(gè)閥20加以控制。
曲柄18通過一個(gè)連接件21以相同的速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，膨脹活塞的上止點(diǎn)和壓縮機(jī)活塞的上止點(diǎn)具有角位移，壓縮機(jī)提前一個(gè)角度，該角度根據(jù)所需燃燒時(shí)間加以選擇。
在圖1所示的內(nèi)燃機(jī)中，壓縮機(jī)活塞9接近其上止點(diǎn)，閥6開啟以便向定容燃燒室2供給新的燃料空氣混合物，而膨脹室4的活塞15從由閥20開啟的排氣管19排出前一個(gè)工作循環(huán)的已經(jīng)燃燒和膨脹的氣體。
隨著沿圖2所示的順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮機(jī)活塞9離開其上止點(diǎn)，開始其下降行程；閥6被關(guān)閉，關(guān)閉導(dǎo)管5，進(jìn)氣閥14開啟，更新壓縮機(jī)的燃料空氣混合物(進(jìn)氣)。從閥6關(guān)閉時(shí)起，火花塞3點(diǎn)火，燃料空氣混合物在定容獨(dú)立燃燒室中燃燒，而膨脹活塞15繼續(xù)上升，確保通過導(dǎo)管19排氣。
曲軸12和18繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)(這里示出大約轉(zhuǎn)100°之后)，膨脹活塞15到達(dá)其上止點(diǎn)，排氣閥20關(guān)閉，控制密封閥8的開啟；獨(dú)立燃燒室2中的高壓氣體通過輸送管7，在膨脹室4中進(jìn)行膨脹，推動(dòng)活塞15，從而確保工作行程，而壓縮機(jī)活塞9正在終止新的燃料空氣混合物的進(jìn)入。
膨脹在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)約180°時(shí)繼續(xù)進(jìn)行，如圖4所示，密封閥8關(guān)閉，排氣閥20開啟，而壓縮機(jī)活塞9對(duì)壓縮室1中的燃料空氣混合物進(jìn)行壓縮，開啟閥6，使新的燃料空氣混合物進(jìn)入定容燃燒室2，重新開始工作循環(huán)(圖1)。
不難看出，與曲軸(內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī))的每一轉(zhuǎn)相應(yīng)的是一次膨脹(或工作行程)，壓縮機(jī)活塞9的上止點(diǎn)和膨脹活塞15的上止點(diǎn)之間的位移的選擇決定定容燃燒室2中混合物的燃燒時(shí)間。
另外，由于膨脹活塞15的移動(dòng)而形成的膨脹容積可以大于由于壓縮機(jī)活塞9的移動(dòng)而形成的容積。這種差別可以根據(jù)壓縮和膨脹的多變曲線的差別加以確定，以便在膨脹結(jié)束時(shí)獲得盡可能小的壓力，確保高效率和低噪音。
圖5、6、7和8以橫剖示意圖示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的另一種實(shí)施方式，其中，在壓縮機(jī)和定容燃燒室2之間布置一個(gè)壓縮空氣緩沖室22，壓縮空氣緩沖室22由任意的適當(dāng)裝置通過一個(gè)導(dǎo)管23供給壓縮空氣，保持基本恒定的壓力，用于在燃燒室2進(jìn)氣時(shí)避免一定的泵吸作用以及由于輸送死容積和膨脹而造成的壓力損失。導(dǎo)管5的開啟和關(guān)閉由閥6加以控制，導(dǎo)管5使壓縮空氣緩沖室22與獨(dú)立燃燒室2相連，并具有一個(gè)燃料噴射器24，燃料噴射器24用于基本在燃料空氣混合物進(jìn)入燃燒室2之前進(jìn)行燃料空氣混合。也是安裝在這個(gè)導(dǎo)管中的一個(gè)閥25可以調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的燃料量(油門)。
在圖5所示的內(nèi)燃機(jī)中，開啟閥6，使得由噴射器24噴射的與燃料混合的壓縮空氣通過導(dǎo)管5進(jìn)入定容燃燒室2，而膨脹活塞15開始進(jìn)行其上升行程，使得前一個(gè)工作循環(huán)的已經(jīng)燃燒和膨脹的氣體經(jīng)過導(dǎo)管19(排氣閥20已經(jīng)開啟)排放到大氣中，輸送管的閥8關(guān)閉。
如圖6所示，從可燃混合物進(jìn)入獨(dú)立燃燒室2時(shí)起，關(guān)閉閥6，獨(dú)立燃燒室2處于隔離狀態(tài)，火花塞3點(diǎn)火，燃料空氣混合物在定容燃燒室2中燃燒，而膨脹活塞15繼續(xù)上升，確保通過導(dǎo)管19排氣。
曲軸18繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7所示，膨脹活塞15到達(dá)其上止點(diǎn)，排氣閥20關(guān)閉，控制密封閥8的開啟。獨(dú)立燃燒室2中的高壓氣體通過導(dǎo)管7在膨脹室4中膨脹，推動(dòng)活塞15，從而確保工作行程。
膨脹在曲軸18轉(zhuǎn)動(dòng)約180°時(shí)繼續(xù)進(jìn)行，密封閥8關(guān)閉，排氣閥20開啟，從這時(shí)起，開啟閥6，使新的燃料空氣混合物進(jìn)入定容燃燒室2，重新開始工作循環(huán)(圖5)。
由此可見，布置一個(gè)壓縮空氣緩沖室，內(nèi)燃機(jī)的工作原理然相同。但是，空氣壓縮機(jī)完全獨(dú)立，不必再相對(duì)于曲軸18進(jìn)行一定角度的調(diào)整，因此，其工作原理的選擇比較方便。另一方面，這個(gè)壓縮空氣緩沖室的容積越大，那么，在燃燒室進(jìn)料時(shí)，泵吸作用以及輸送容積中和膨脹時(shí)的壓力損失就越小。
圖9示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的另一種工作方式，其中，膨脹室和膨脹在一個(gè)徑向葉片式旋轉(zhuǎn)裝置中加以實(shí)現(xiàn)，這個(gè)徑向葉片式旋轉(zhuǎn)裝置由一個(gè)圓柱形外殼或定子26構(gòu)成，一個(gè)與定子相切的滾筒或轉(zhuǎn)子27在這個(gè)定子中圍繞一個(gè)偏心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并配有一個(gè)徑向葉片28，該徑向葉片在其座29中自由滑動(dòng)，以便貼靠在定子26的外壁上，從而限定它本身、轉(zhuǎn)子和定子之間的可變?nèi)莘e，這個(gè)可變?nèi)莘e從接近轉(zhuǎn)子和定子之間的接觸母線的一個(gè)基本為零的小的數(shù)值開始增大。沿旋轉(zhuǎn)方向并且在這個(gè)母線稍后處，開有輸送管7，該輸送管的開啟和關(guān)閉由定容燃燒室2和膨脹室之間的連接閥8加以控制。不過，沿旋轉(zhuǎn)方向在轉(zhuǎn)子和定子之間的接觸母線之前開有一個(gè)排氣孔31。從葉片不蓋住輸送管7時(shí)起，就開啟閥8，燃燒室2中的高壓氣體在膨脹室30中進(jìn)行膨脹，依靠葉片28使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，而葉片28在其前面使前一個(gè)工作循環(huán)的已經(jīng)燃燒和膨脹的氣體排向排氣孔31。當(dāng)葉片28接近排氣管31而膨脹結(jié)束時(shí)，閥8關(guān)閉，閥6開啟，使新的燃料進(jìn)入獨(dú)立燃燒室2。
葉片的數(shù)量及其定位可以變化，如同任一其它旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、例如可實(shí)現(xiàn)圓形螺旋線或擺線軌跡的旋轉(zhuǎn)密封系統(tǒng)(Planche式、Wankel式旋轉(zhuǎn)活塞等)均可用作膨脹室而不改變本發(fā)明的上述原理。
顯然，本發(fā)明不僅限于所述和所示的實(shí)施例，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)施其它一些變型，而并不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的工作方法，這種循環(huán)內(nèi)燃機(jī)對(duì)于每個(gè)氣缸或工作構(gòu)件來說包括一個(gè)燃燒室，其中，燃料空氣混合物經(jīng)過壓縮然后進(jìn)行燃燒，通過溫度和壓力的增高產(chǎn)生動(dòng)力，其中，壓縮室(1)、燃燒室(2)和膨脹室(4)由三個(gè)分開的獨(dú)立部分構(gòu)成，這三個(gè)部分通過一個(gè)或若干配有節(jié)氣門的導(dǎo)管彼此連接，其中，一種燃料空氣混合物進(jìn)行壓縮和燃燒，當(dāng)膨脹室(4)基本處于其最小容積時(shí)，在該膨脹室中進(jìn)行膨脹(通過開啟適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管)以做功，其特征在于，壓縮室的工作循環(huán)相對(duì)于膨脹室的工作循環(huán)提前，提前量可達(dá)180°，以便在排氣行程可以進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)間的燃燒，燃燒時(shí)間可達(dá)普通內(nèi)燃機(jī)燃燒時(shí)間的三、四倍，因此可以進(jìn)行充分燃燒，避免產(chǎn)生污染氣體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)工作方法，其特征在于，獨(dú)立燃燒室(2)的形狀近似于球形，球形是在等容積下壁的表面面積最小的理想形狀，以避免通過所述壁的熱損失，且焰鋒距離最短，不存在燃料空氣混合物不燃燒而產(chǎn)生沒有完全燃燒的碳?xì)浠衔锏摹八澜恰薄?br> 3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的內(nèi)燃機(jī)工作方法，其特征在于，燃燒室(2)用一種由陶瓷或其它絕熱材料制成的隔熱層加以覆蓋，以便不通過壁損失熱能，因而能保持在很高的溫度下，且可以不使火焰在所述壁上熄滅，從而避免在排氣中產(chǎn)生沒有完全燃燒的碳?xì)浠衔铩?br> 4．根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的內(nèi)燃機(jī)工作方法，其特征在于，膨脹室(4)的壁和/或膨脹室與燃燒室(2)之間的連接管(8)的壁用一種由陶瓷或其它絕熱材料制成的隔熱層加以覆蓋，以便不通過壁損失熱能，從而能保持在很高的溫度下，提高膨脹效率。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的內(nèi)燃機(jī)工作方法，其特征在于，在壓縮室(1)(或壓縮機(jī))和獨(dú)立燃燒室(2)之間布置一個(gè)壓縮空氣緩沖室(22)，這樣，可以避免泵吸作用，并且避免由輸送死容積和燃燒室進(jìn)氣時(shí)的膨脹所造成的壓力損失，在這種情況下，連接管(5)及其開啟和關(guān)閉控制系統(tǒng)(6)位于緩沖室和燃燒室之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有定容獨(dú)立燃燒室的循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的工作方法和裝置,其中,對(duì)于每個(gè)氣缸或工作構(gòu)件來說,壓縮室(1)、燃燒室(2)和膨脹室(4)由三個(gè)分開的完全獨(dú)立的部分構(gòu)成。壓縮室的工作循環(huán)相對(duì)于膨脹室的工作循環(huán)提前,以便可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的燃燒。關(guān)閉一個(gè)導(dǎo)管(5)和閥(6)一開啟,壓縮的可燃混合物就進(jìn)入燃燒室(2),導(dǎo)管(5)布置在壓縮室和膨脹室之間;閥(6)一關(guān)閉,燃燒就在隔離的定容獨(dú)立燃燒室中長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行。當(dāng)膨脹室(4)的容積處于其最小的數(shù)值時(shí),開啟關(guān)閉一個(gè)導(dǎo)管(7)的閥(8),導(dǎo)管(7)布置在燃燒室和膨脹室之間,在高壓下燃燒的氣體進(jìn)行膨脹,推動(dòng)活塞(15),確保工作行程。本發(fā)明適用于任何發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02G3/02GK1219216SQ9719469
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1997年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月15日
發(fā)明者居伊·內(nèi)格爾, 西里爾·內(nèi)格爾 申請(qǐng)人:居伊·內(nèi)格爾