CN1610791A - 具有和谐同步器***的内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机，其中传送入气缸(4)的燃烧混合物含有压力脉冲，该压力脉冲在进气口(6)的前次关闭期间形成，因此传送入燃烧室的该燃烧混合物容积大于通常应被传入的容积。在一特定的形式中，在该发动机的进气期间，部分燃烧混合物通过该燃烧室到达排气口(5)，并利用排气***中的压力脉冲使该部分燃烧混合物被驱使返回至该燃烧室中，由先前的燃烧形成该脉冲，由此在该进气及排气口被关闭之前使该室有效地增压进气并进行压缩。这特别适用于二冲程发动机，但本发明可应用于其它的发动机，例如四冲程发动机或冲压式喷气发动机。

Description

具有和谐同步器***的内燃机
本发明涉及和谐同步器***，并且特别是涉及适用于具有内燃活塞发动机但也可用于各式喷气发动机方面的***。
为易于描述，我们将以应用于一种二冲程点火发动机来描述本发明，但仍然要理解到，如同下面将描述的它能同等地良好应用于其他的发动机。
当然通常二冲程内燃机是人们熟知的，并且这种发动机的特性是：进气是通过初始具有供入该发动机油底壳的燃烧混合物来实现的，并且该油底壳与气缸之间有一通路；该气缸是这样安排：当活塞进行其作功冲程，该活塞的运动减小活塞下面的容积并使油底壳增压，因此当排气口及进气口被开启时，进入该气缸的燃烧混合物产生压力，该压力加入到该气缸内部的正常压力中，以保证从该气缸中快速清除废气并用燃烧混合物取代它，两种动作是在该活塞充分地朝上运动至闭合进气口之前完成的。
二冲程发动机通常设置有：由活塞控制(关闭)的进气阀；旋转阀；舌状阀；或其它形式的阀，它们用来控制燃烧混合物进入曲轴箱内的入口。
为了方便，在本说明书中，术语“燃烧混合物”将不仅取其通常的意义：空气与可燃的雾化燃料的混合物，而且只在要直接喷射入燃料的燃烧室内时还包括空气。
本发明的目的是提供一种内燃机，该内燃机具有使该机更有效地工作和在其工作期间使该机有效地增压充气的装置。
从本发明的最广泛的意义上说，本发明包含内燃机，其中进入气缸的燃烧混合物含有一压力脉冲，因此，进入燃烧室的燃烧混合物的容积大于应正常被传入的容积。
在本发明的一种形式中，提供了一种内燃机，其中在该发动机进气期间，部分燃烧混合物通过燃烧室到达排气口，并然后借助于排气***中的压力脉冲迫使该部分燃烧混合物返回该燃烧室中，由此在进气口及排气口被关闭之前使该室有效地增压充气，并进行压缩及燃烧。
在二冲程发动机的情况下，我们提供一种蓄能器，它也可用作和谐同步器或空气弹簧，它可能是该发动机的油底壳，因此当活塞在其作功冲程中向下运动时，在该蓄能器中的燃烧混合物受到压缩，并且当该燃烧混合物可以进入燃烧室时它起到排除废气的作用，而部分的燃烧混合物通过该排气口，通过排气脉冲作用在该部分上，该排气脉冲使流动反向而驱使它返回到气缸中，因此当各口被关闭时在该气缸中的该燃烧混合物基本上多于通过自然吸入而应正常达到的量。
该蓄能器的物理构造是这样：当进气口关闭时，在该蓄能器中形成一脉冲，当该进气口为下个冲程而开启时，该脉冲返回至该进气口，而这个压力脉冲帮助快速充注燃烧室，而部分燃烧混合物移动通过该燃烧室到达排气口。
在四冲程发动机的情况下，该蓄能器设置在进气***中，以便在进气冲程期间，流入气缸中的燃烧混合物流中，来自燃烧混合物的容积基本上大于填满该气缸所需的容积，而进入该气缸的混合物的移动建立了一种流动模型，该流动模型有效地导致比正常情况下有更多的燃烧混合物进入该气缸。
这种流动模型包括一种压力波(及其谐波)，当进气阀关闭时建立了该压力波，该蓄能器的尺寸是这样的：当该阀为下个冲程而开启时，该波或谐波返回至该进气口，由此允许燃烧混合物在压力下被送至该燃烧室。
为了更容易理解本发明，将描述当应用于一种二冲程发动机时本发明的一个具体形式，其中带有关于本发明在其它场合中应用的一些说明。
概括地说，该发动机可能是相对地传统的形式，该形式具有：一气缸，该气缸中装有一活塞，该活塞具有与该气缸侧壁构成密封的活塞环；通常安装在该气缸头部中的一火花塞。
可以存在有燃烧混合物的进气口，而这个术语是为使用方便，并且它包含：或者是燃料与空气的混合物，或者仅在应用燃料直接喷射时的空气。这个进气口可传送至油底壳或其他装置，如后面所描述的。
可以存在有从油底壳至气缸的传送装置，它可能是在活塞顶部的阀，但也可能是从油底壳至气缸的开口。在气缸壁上还有一排气口，该排气口只在活塞靠近其运动的底部时露出。
在本说明书中，使用了“定向”术语，应该明白这些是为方便而使用的，如果该气缸是朝向下的，或者如果该气缸是水平的，就可被认为是正确定位。
在这个范围内该发动机可被认为是传统的。
再者，存在一种曲柄轴，一连杆可以从活塞连接至曲柄轴，而考虑到该活塞的运动，还可能存在某些形式的平衡物，在单缸发动机的情况下，该平衡物通常是配重，该配重对该活塞的往复运动提供平衡。
排气口大体上是传统的，而进气口及排气口两者最好位于活塞运动的下端部附近，因此在允许废气从气缸通过和燃烧混合物被传送至气缸中之前使得该活塞有效地完成其作功冲程。
油底壳或是大致在活塞下面的空间可作为蓄能器，而通常它的尺寸大于一传统的二冲程发动机的油底壳的尺寸，并适于容纳一定容积的燃烧混合物，该容积基本上大于填满燃烧室所需的容积。
该发动机也可被安排成这样：在进气侧有一外部口，化油器或其它的燃料调节装置可连接在其上，而该外部口可能被分支，一个分支是进入油底壳的一进气口，而另一个是直接通至气缸的一增压口。
在工作中，点火后，当活塞接近其运动的底部以后，排气口开启，因为在排气侧相对低的压力和在气缸中、进气侧相对高的压力，导致该废气移动通过该排气口到达排气***。
燃烧混合物可从油底壳通过，另外的燃烧混合物(如果提供的话)可直接通过增压口到达气缸。该燃烧混合物的移动可以是这样：帮助排除废气并且完全或几乎完全从气缸清除该废气。
本发明的构造是这样：比燃烧混合物的总进气量多的燃烧混合物可进入气缸，此时其中的一些燃烧混合物跟随废气通过该排气口。
这种构造可通过正确设计油底壳而得到帮助。由于进气口相对地快速停止，通过进气口的关闭建立了压力脉冲，当导致它回转时这个压力脉冲返回通过该油底壳，直至其碰撞该油底壳的壁，并且当进气口开启时，提供该脉冲或这个脉冲的一谐波到达该进气口，该进气口燃烧混合物的压力大于静止压力，因此使进入燃烧室的燃烧混合物的容积增加了。
附图图释了这个构造，有一气缸4，它具有一活塞9，活塞9带有一连杆12，连杆12把该活塞连接于一曲柄轴11，还显示了具有一配重。一火花塞2被布置在该气缸头部中。
进气口20具有节气门21或类似物，节气门21能够控制燃烧混合物的流量，在此情况下该燃烧混合物应是汽油与空气的混合物。
该进气口进入一同步器腔1中，腔1具有一出口，该出口允许该燃烧混合物利用通路22通至油底壳10，腔1还有一传送口6，传送口6将在后面描述。
油底壳10具有相对于气缸中的扫气量的大致尺寸。
活塞9具有位于其上表面中的传送口7。
该气缸还具有穿过其壁的一排气口5。
如上面所描述的，这个发动机的工作是效率显著的。
当该发动机工作而活塞9通过增压口6及排气口5的上方时，燃烧混合物在气缸中被压缩并处于或靠近上死点时，火花塞2，点燃该燃烧混合物，使它燃烧和体积膨胀，从而在活塞上提供一向下的力并最终使曲柄轴转动。
一旦活塞经过过排气口，废气立即流动通过排气口5，这有助于燃烧混合物的进气，所述燃烧混合物的一部分通过传送口7，一部分直接通过增压口6，而该混合物进入该气缸内。
另外，当油底壳中的燃烧混合物由于最后的冲程期间快速关闭进气口而具有压力脉冲以及因为油底壳的物理变形，该脉冲或该脉冲的一谐波在该进气口开启时到达该进气口，增加了进入燃烧室的燃烧混合物的容积。
由于所述的大致构造，从而往往是一快速通路，同时该活塞移动通过其运动的下部分，进入该气缸中的燃烧混合物的量事实上大于该气缸的容积，而一定百分比的该燃烧混合物通过排气口5被排出。
该排气***是这样设置的：在该***中有一脉冲，而这脉冲的时间是这样：恰在该排气口被关闭之前，该脉冲在该口处被收回，并且这导致已进入该排气***的燃烧混合物被驱使回到该气缸中，排气口5及增压口6两者都被关闭，而在该气缸中的燃烧混合物已经处于一定压力下，从而有了比自然吸入情况更多的燃烧混合物量。
然后该燃烧混合物被活塞的运动进一步压缩，而最终是点火。
虽然在这个具体的实施例中，我们显示了一外部腔1和一扩大的油底壳10，应该明白的是：如在各具体应用中需要，该发动机可被生产成或者具有两者中的一个或是具有它们两个。
当废气通过排气口进入排气***中时，废气可以被认为是具有压力降的脉冲，该压力降是由于该废气离开该排气口并进入该***而产生的，而该排气***可设计成：在该排气***中存在这个脉冲的反射，并且在最终排入大气之前该废气往往是向后移动或者移向下游朝该排气口。
事实上，该排气可能有若干次反射，但应理解：下个冲程将提供另外的排气，因此总的来说，存在燃烧气体的向外流动，但同时具有流回至该排气口的脉冲，并且当该排气被适当地调整时，这些脉冲的反射是和该发动机的运转合拍的。
该排气***的结构是这样：恰在关闭该排气口之前，该压力脉冲返回至该排气口附近，所以该燃烧混合物向燃烧室的返回被最优化了。
这结合了通过该传送口的燃烧混合物的正常移动的效应，来自增压口的燃烧混合物与从排气***返回的燃烧混合物意味着使得气缸中的燃烧混合物的量基本上大于在二冲程发动机中应正常被吸入气缸中的量，因此该发动机可被认为是增压充气的，但不需要提供机械的或涡轮类型的增压充气器。
该构造是这样：当燃烧混合物的质量达到其最大值时，排气口及进气口两者被关闭并进行压缩及点火。应用本发明的发动机，进气阀可在比通常情况更长的周期内保持开启。
与此同时，已经通过进气***的增压口的进气口进气，利用第二通路被转向进入蓄能器。
该蓄能器被构造成具有这样的容量，能够吸纳燃烧混合物的总容量，该总容量成为作功循环之间的容积。
应该理解：在进气冲程期间，在燃烧混合物中建立了一动量，而这个动量在进气口关闭之后依旧存在，而在活塞的压缩冲程期间，在该蓄能器中的燃烧混合物的质量继续增大，因此在该蓄能器中建立起一定的压力。
一旦完成了作功冲程，而进气口开启，这个质量事实上就已经被积累，而该循环重新开始。
已经发现：依靠选择正确的参数，特别是在排气***中选择的参数，可使这种形式的发动机增加功率10％至100％之间；在该排气***中，输出的排气通过燃烧室抽吸了大量的燃烧混合物，而返回至排气口的压力脉冲保证了这个燃烧混合物的大部分在该脉冲中的压力下返回至该燃烧室。
这些参数还包括该蓄能器的尺寸及容积和该燃烧混合物的质量。
从上述描述将会理解到：来自调节装置的燃料/空气混合物在发动机工作期间可始终流动，所以不需提供任何形式的进气阀。可以需要一阀来帮助启动该发动机，但一旦发动机已在运转，这个阀就不再被使用。
蓄能器的作用是：当进气及排气***两者开启时，允许该排气及进气脉冲独立地运作但使它们同步。
本发明减少了通常与这种形式发动机有关的各种问题，当各种参数全都正确，但这些参数可能仅在造成这种发动机“多峰”运转范围的相对窄部分期间是正确的时，这些问题已知为“come on the pipe”或“hit the power band”。
本发明的该***可应用于四冲程发动机的进气口侧，在该进气口侧可用的燃烧混合物多于充满燃烧室所需的量，而希望的该排气***，可能是在排气歧管处含有一膨胀室，部分进气可进入该室，而依靠接纳一排气脉冲导致该部分进气从该室返回气缸中。这样一种构造在四冲程发动机上从来没有使用过。可增加一个安装在气缸的下游侧的反逆转锥以消除每个第二脉冲。另一方面，由于进气及排气阀两者仅在排气冲程的末尾和进气冲程的开始时启动，因此仅在发生这种情况时燃烧混合物才返回。
当然，这些都考虑到了这个事实：这种发动机仅在活塞的每个第二次循环时而不是每个循环时点火，对于二冲程发动机通常情况就是每个循环都点火。
在此情况下，从进气口侧可获得最大好处。在此情况下，在该进气口侧有一蓄能器，其尺寸适于使在进气阀关闭时刻形成的脉冲在该蓄能器中传导，而该脉冲或其一谐波在进气阀开启时返回该进气阀。由于四冲程发动机上的进气口仅在每个第二转时开启，在该进气阀下次开启之前，可能该脉冲已从蓄能器的一侧至另一侧通过不止一次，关键的事在于该脉冲到达该进气阀的同时该阀是开启的，而最好是当它开启时到达。
本发明也可被用于冲压式喷气发动机和超音速冲压式喷气发动机，装在喷气发动机的进气与排气部分之间，并被制成提供有效的运行参数，使得从亚音速至超音速至高超音速的喷气发动机能连续工作。
将会理解到：在本说明书中，已经描述了本发明的一个优选实施例，但应理解可以对这个实施例作出各种改进以及将本发明应用于其它用途，而这些改进和修正仍在本发明的精神及范围内。

Claims (15)

1.一种内燃机，其中进入气缸的燃烧混合物含有一压力脉冲，因此进入燃烧室的该燃烧混合物的容积大于通常应被传送的容积。
2.如权利要求1的内燃机，其特征在于：该压力脉冲是通过在前一冲程时快速关闭进气口而形成的，而该燃烧混合物保持的容积的大小是这样：该脉冲在进气口再开启时返回该进气口。
3.如权利要求1或2的内燃机，其中，在该发动机进气期间，部分该燃烧混合物通过燃烧室到达排气口，然后借助于该排气***中的压力脉冲驱使返回该燃烧室中，该脉冲是由先前的燃烧形成的，由此在该进气口及排气口被关闭之前使该燃烧室有效地增压充气并进行压缩及燃烧。
4.如权利要求1-3中任一项的内燃机，其特征在于：该发动机的排气***被构造用来引起至少一个压力脉冲，该至少一个脉冲在该排气口关闭之前至少返回至该排气口的附近，以导致已经通过该燃烧室进入该排气***的燃烧混合物被该脉冲的压力所驱使而进入该燃烧室中。
5.如权利要求1-4中任一项的内燃机，其特征在于：当该排气口及进气口开启时，来自该燃烧室的废气的初始移动的作用是在该压力脉冲返回前引导燃烧混合物进入和通过该室。
6.如权利要求1-5中任一项的内燃机，其特征在于：在传入燃烧室之前，该燃烧混合物成为大于该燃烧室容积的容积。
7.如权利要求6的内燃机，其特征在于：该发动机是一种二冲程发动机，而其中该燃烧混合物，在被供至该燃烧室之前，传送至油底壳，其中该油底壳的容积包含大于充满该燃烧室所需的容积，因此当该燃烧混合物传送到该燃烧室时，对于可用来传送入该燃烧室中及其外的该燃烧混合物是没有限制的。
8.如权利要求7的内燃机，其特征在于：该油底壳的物理构造是这样：当该进气口关闭时，在该油底壳中形成一脉冲，当该进气口为下个冲程而开启时该脉冲返回至该进气口，并且这个压力脉冲帮助快速充注该燃烧室，而部分该燃烧混合物移动通过该燃烧室到达该排气口。
9.如权利要求6的内燃机，其特征在于：该发动机是一种二冲程发动机，而其中该燃烧混合物传送至一蓄能器，该蓄能器的容积大于充注该燃烧室所需的容积，因此当该燃烧混合物传送至该燃烧室时，对于可用来传送入该燃烧室中及其外的该燃烧混合物是没有限制的。
10.如权利要求9的内燃机，其特征在于：该蓄能器的物理构造是这样：当进气口关闭时，在该蓄能器中形成一脉冲，当该进气口为下个冲程而开启时该脉冲返回至该进气口，并且这个压力脉冲帮助快速充注该燃烧室，而部分该燃烧混合物移动通过该燃烧室到达该排气口。
11.如权利要求6的内燃机，其特征在于：该发动机是一种二冲程发动机，而其中该燃烧混合物传送至一蓄能器，该蓄能器的容积大于充注该燃烧室所需的容积，而在被供至该燃烧室之前传送至该油底壳，其中该油底壳的体积也含有大于充满该燃烧室所需容积的容积，因此当该燃烧混合物传送至该燃烧室时，对于可用来传送入该燃烧室中及其外的该燃烧混合物是没有限制的。
12.如权利要求11的内燃机，其特征在于：从该蓄能器至该燃烧室以及至该油底壳有一增压口，因此该燃烧混合物可从该油底壳及该增压口两处传送至该燃烧室。
13.如权利要求6的内燃机，其特征在于：该发动机是一种四冲程发动机，而其中进气歧管被构造用来产生大于充满该燃烧室所需容积的容积，因此当燃烧混合物传送至该燃烧室时，对于可用来传送入该燃烧室中及其外的该燃烧混合物是没有限制的，其中该进气歧管的尺寸这样构造：当通过该进气阀的快速关闭而在该进气分歧管中形成一脉冲时，该脉冲是这样传导的：当该进气阀为下个进气冲程而开启时，该脉冲或其一谐波返回至该进气阀。
14.如权利要求13的内燃机，其特征在于：当该燃烧混合物进入该燃烧室时，该返回的脉冲保证：传送入该燃烧室中的燃烧混合物的容积大于通常达到的容积。
15.如权利要求1的内燃机，其特征在于：该发动机是一种喷气发动机，该燃烧气体具有一脉冲结构，因此部分气体朝向点燃区域返回并使该燃烧混合物保持在燃烧区域处以保证它的完全燃烧。
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