內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓縮點(diǎn)火式或火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)，其具有二沖程循環(huán)并且設(shè)置有容量栗以協(xié)助氣缸的清空和填充;其中容量氣缸由共享相同氣缸、布置成與發(fā)動機(jī)活塞相對、具有往復(fù)運(yùn)動的輔助活塞組成。
【背景技術(shù)】
[0002]具有火花點(diǎn)火式的常規(guī)二沖程發(fā)動機(jī)設(shè)置有曲軸和栗以執(zhí)行剩余燃燒氣體的吹掃/排出和新鮮燃料/空氣混合物的吸入/傳送。這個系統(tǒng)具有缺點(diǎn):在所述剩余氣體和新鮮燃料/空氣混合物之間存在有部分混合，從而導(dǎo)致所述新鮮燃料/空氣混合物的一部分泄露到排氣中，這是該類型發(fā)動機(jī)的低性能、高消耗和污染排放的決定因子。
[0003]專利US779116、US 1616064、US 4206727以及W02009/135274 A3描述了這樣的系統(tǒng)，其基本包括:
-發(fā)動機(jī)活塞/連接桿/曲軸組件，其常規(guī)地使用在新鮮燃料/空氣混合物的燃燒和膨脹期間產(chǎn)生的機(jī)械能。
[0004]-氣缸，發(fā)動機(jī)活塞在氣缸中運(yùn)動，該氣缸設(shè)置有側(cè)面排氣口，該排氣口當(dāng)發(fā)動機(jī)活塞在其膨脹沖程結(jié)束時使該排氣口露出時打開。
[0005]-在氣缸上部關(guān)閉氣缸的氣缸蓋，其設(shè)置有具有止回閥的多個進(jìn)氣口。
[0006]-放置在相同氣缸中、在氣缸蓋和發(fā)動機(jī)活塞之間、并且與發(fā)動機(jī)活塞相對的輔助活塞，該輔助活塞設(shè)置有具有各自止回閥的多個傳送口。
[0007]該構(gòu)造界定:
-在輔助活塞的下面、氣缸和發(fā)動機(jī)活塞的上面之間的燃燒室。
[0008]-在氣缸蓋的下面、氣缸和輔助活塞的上面之間的進(jìn)氣室。
[0009]輔助活塞由氣缸蓋的側(cè)面致動，使得其與發(fā)動機(jī)活塞同步，在發(fā)動機(jī)活塞的膨脹沖程的主要部分期間抵靠氣缸蓋在其最高位置中保持不動，并且在發(fā)動機(jī)的剩余的運(yùn)行周期期間完成整個往復(fù)沖程，同時發(fā)動機(jī)活塞在膨脹沖程結(jié)束時使排氣口露出直到其執(zhí)行壓縮沖程。為了實(shí)施完整的運(yùn)行周期，曲軸執(zhí)行完整的轉(zhuǎn)動(360°)。
[0010]在朝下沖程期間，當(dāng)其運(yùn)動更靠近發(fā)動機(jī)活塞時，輔助活塞同時將剩余氣體從燃燒室吹掃到排氣并且將新鮮燃料/空氣混合物吸入到進(jìn)氣室中，從而避免兩者混合。
[0011]在輔助活塞的朝上沖程期間，在排氣口現(xiàn)在關(guān)閉的情況下，當(dāng)其閥打開時燃料/空氣混合物從進(jìn)氣室逐漸通過打開的傳送口到燃燒室。
[0012]在輔助活塞的朝上沖程結(jié)束時，進(jìn)氣室包含最小容量，新鮮燃料/空氣混合物已經(jīng)傳送到燃燒室;發(fā)動機(jī)活塞運(yùn)動更靠近其上死點(diǎn)位置，準(zhǔn)備開始燃燒階段。
[0013]盡管具有將新鮮燃料/空氣混合物泄漏朝著排氣移除的優(yōu)勢，然而具有曲軸和栗以及上述的結(jié)構(gòu)類型的二沖程發(fā)動機(jī)的特征仍然具有一些缺點(diǎn)，其證明在這些發(fā)動機(jī)中直至今日對業(yè)界的不關(guān)注。這些缺點(diǎn)例如是:
-相對于常規(guī)二沖程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加，甚至變得與四沖程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性是可比較的，同時在性能方面沒有獲得相對于四沖程發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢。
[0014]-由于始終將氣缸蓋與燃燒室分開的輔助活塞的存在，所以火花塞或噴射器不能放置在氣缸蓋中。這是因?yàn)榛鸹ㄈ蛉剂蠂娚淦鱾?cè)向地定位在氣缸的壁上，這對于伴隨著最低水平的污染排放的均勻和完全燃燒是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明提出具有滿足以下目標(biāo)的多個結(jié)構(gòu)性解決方案的先前陳述類型的二沖程內(nèi)燃機(jī):
-將火花塞和/或燃料噴射器定位在氣缸蓋的中心，以便保證與當(dāng)前需求一致的燃燒質(zhì)量。
[0016]-執(zhí)行不對稱的沖程運(yùn)動學(xué)，容量膨脹運(yùn)動大于容量壓縮運(yùn)動，從而執(zhí)行阿特金森(Atkinson)或米勒(Mi I Ier)類型熱動力學(xué)循環(huán)。
[0017]-直接調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)功率而沒有節(jié)流進(jìn)氣，從而完全消除在常規(guī)火花點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)中存在的部分負(fù)荷栗送損失。
[0018]-獲得取決于發(fā)動機(jī)負(fù)荷而變化的壓縮比率，尤其從處于部分負(fù)荷時的最大值減少到處于完全負(fù)荷時的最小值，從而可以在所有情況下優(yōu)化熱動力性能。
[0019]-不管負(fù)荷而獲得絕對值的恒定膨脹比率，并且作為可變化的壓縮比率的結(jié)果，膨脹/壓縮系數(shù)從處于部分負(fù)荷時的單位值增加到處于完全負(fù)荷時的過度膨脹的大約50%的值。
[0020]-優(yōu)化輔助活塞和其部件的操作機(jī)構(gòu)以完全控制進(jìn)氣、排氣和傳送沖程，從而使得能夠進(jìn)行在高旋轉(zhuǎn)下的操作。
[0021 ]將火花塞和/或燃料噴射器定位在氣缸蓋中的目標(biāo)是通過輔助活塞經(jīng)由特定負(fù)荷傳送機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。
[0022]根據(jù)本文的先前狀態(tài)，將負(fù)荷從進(jìn)氣室傳送到燃燒室通過在輔助活塞中的多個口來執(zhí)行，該口的打開和關(guān)閉經(jīng)由相似于在四沖程發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣和排氣中使用的常規(guī)閥來操作。該類型的閥經(jīng)由彈簧的力保持在抵靠其座位的關(guān)閉位置(朝上)中，并且被動地由于在上面和下面之間的壓力差從而克服彈簧的保持力，或通過凸輪的機(jī)械操作，利用朝下運(yùn)動而打開。該類型的閥在燃燒期間不能保持在打開位置中，其使得在該類型的發(fā)動機(jī)中在燃燒階段中在氣缸蓋和燃燒室之間不能存在有直接的連通。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，活塞(此后被稱為第二活塞)替代傳送閥，該活塞以密封方式裝配在位于輔助活塞內(nèi)側(cè)的圓柱形殼體中，其中可執(zhí)行相對于所述輔助活塞的往復(fù)運(yùn)動，以此在朝下沖程中該第二活塞阻塞位于輔助活塞中的殼體的側(cè)壁中的多個傳送口，并且在朝上沖程中其使所述口露出，從而使得能夠進(jìn)行在進(jìn)氣室和燃燒室之間新鮮燃料/空氣混合物的負(fù)荷的傳送。
[0024]第二活塞的運(yùn)動因此相反于常規(guī)閥的運(yùn)動，由于第二活塞當(dāng)其打開傳送口時在縮回位置中，所以所述第二活塞不沖入到燃燒室中并且，因此在燃燒階段期間可保持在該位置中，從而使得可以在燃燒氣缸蓋中將火花塞、燃料噴射器和/或預(yù)熱塞放置成恰好與傳送口中的一個相對，即在相對于燃燒室并且與其相連通的中心位置中。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第二活塞，在進(jìn)氣室和燃燒室之間的密封件，在關(guān)閉的傳送口的位置中，不能通過如在常規(guī)閥中在座位上的接觸而實(shí)現(xiàn)，而是通過所述第二活塞的直徑裝配到輔助活塞中的其殼體的直徑，或通過將第二活塞設(shè)置有一個或若干個適當(dāng)定位的密封環(huán)來實(shí)現(xiàn)。
[0026]用于打開和關(guān)閉傳送口的這樣新的操作動力學(xué)連接到進(jìn)氣室，其死容量在幾何構(gòu)造上等于零，即當(dāng)輔助活塞在其上死點(diǎn)位置中時，其與氣缸蓋完全接觸而不留下任何剩余的空腔，使得:
-當(dāng)輔助活塞到達(dá)其上死點(diǎn)位置時，全部燃料/空氣混合物的新鮮負(fù)荷均傳送到燃燒室。
[0027]-甚至當(dāng)傳送口是打開時，燃燒不能朝著進(jìn)氣室傳播。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另外方面，在氣缸蓋中發(fā)現(xiàn)的進(jìn)氣口設(shè)置有閥，每個閥由柔性板確定，閥的打開和關(guān)閉由在進(jìn)氣收集器和進(jìn)氣室之間的壓力差引起。所述板閥具有占用非常小的空間并且具有極其少的慣性的優(yōu)勢。
[0029]除了關(guān)于定位燃料噴射器的上述可能性之外，使得燃料噴射器直接在與輔助活塞的傳送口相關(guān)的燃燒室中起作用，在壓縮點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)(柴油機(jī))的情況下的基本情況中，還可以在火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)(Otto)的情況下，定位燃料噴射器使得當(dāng)輔助活塞移動時例如在進(jìn)氣沖程期間燃料在任何時刻噴射到進(jìn)氣室中，從而在新鮮燃料/空氣混合物傳送到燃燒室之前給予燃料時間汽化。
【附圖說明】
[0030]圖1示出根據(jù)本發(fā)明形成的發(fā)動機(jī)的截面，其功能性組件具有發(fā)動機(jī)活塞、輔助活塞以及第二活塞。
[0031]圖2A、2B、2C和2D示出發(fā)動機(jī)在其運(yùn)行周期的不同階段時的連續(xù)位置。
[0032]圖2E是圖2C的上部的詳細(xì)放大圖。
[0033]圖3示出設(shè)置有輔助活塞和第二活塞組件的特定操作機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)的截面，其確定這些活塞的恒定沖程。
[0034]圖4A、4B、4C、4D和4E示出在發(fā)動機(jī)的操作周期中的進(jìn)氣、吹掃、膨脹和壓縮容量，其確定不對稱容量的進(jìn)氣、壓縮和膨脹排量。
[0035]圖5示出設(shè)置有輔助活塞和第二活塞的致動機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)的截面，其確定這些活塞的可變化沖程。
[0036]圖5A示出先前圖的旋轉(zhuǎn)組件的縱向截面的放大頂視圖。
[0037 ]圖6A、6B和6C不出在不同操作位置下的在圖5中的發(fā)動機(jī)。
[0038]圖7是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的上部的詳細(xì)截面，其中火花塞和燃料噴射器布置在發(fā)動機(jī)的關(guān)閉的氣缸蓋中。
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明的目的涉及二沖程內(nèi)燃機(jī)，如在圖1中示出的，其由氣缸(I)形成，該氣缸
(I)設(shè)置有排氣口(2)并且在頂部處由氣缸蓋(3)關(guān)閉，所述氣缸(I)的下部容納曲軸(4)，發(fā)動機(jī)活塞(6)經(jīng)由連接桿(5)連接到曲軸(4)，同時在上部上，借助于滑動架穿過氣缸蓋，輔助活塞(7)布置成將進(jìn)氣室(8)和燃燒室(9)分開。
[0040]輔助活塞(7)軸向確定在燃燒室的側(cè)面上的殼體(10)，該殼體(1 )經(jīng)由傳送口
(11)與進(jìn)氣室(8)連通，在所述殼體(10)、連同一個或多個密封環(huán)(12.1)的密封裝配中包括第二活塞(12)，該第二活塞(12)在安設(shè)在止動件(13)上的朝上面向的后位置和在朝下面向的前位置之間以來回運(yùn)動打開和關(guān)閉傳送口(11)。在氣缸蓋(3)中還限定進(jìn)氣口(14)，其設(shè)置有相應(yīng)止回板閥(15)。
[0041]以此，在運(yùn)行周期期間發(fā)動機(jī)的行為如下:
-在燃燒階段期間，直到排氣口(2)由于發(fā)動機(jī)活塞(6)的運(yùn)動到其下死點(diǎn)位置而打開，輔助活塞(7)和第二活塞(12)在它們上