专利名称：发动机转换的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机设计和转换，尤其涉及将柴油机转换为奥托循环工作。我们将描述作为燃料的气体的使用，但是同样的概念可以用于其它替代燃料如酒精或者甚至石油。
许多年来，就粒子、烟和氮的氧化物排放物而言，人们相信柴油机实际上没有污染，但是人们发现，当发动机使更多的燃料有效时，它们也变得更加污染了，并且尤其地，这已导致关系到有大量柴油机带动机动车工作的城市。
在这些城市中，柴油燃料的主要使用者是汽车，因此柴油机排气中的污染的主要部分由汽车所引起。当然，有在城市间工作的大多数汽车队和工作在城市内和城市间的许多以柴油机为动力的运输车辆及在这种工作中的许多以柴油机为动力的汽车。
就污染而言，如果该城市具有逆温层如是墨尔本的这种情况，这种形势更加恶化，在那里，如果具有低风的周期、尤其地是不带有偏北分量的小风或者具有较小偏北分量的小风的周期，可以形成有许多光化学烟雾。在一个较短至中期内，更换现有柴油机汽车或者甚至更换它们的发动机从而使污染问题减少到最小，这个显然是行不通的。同样地，更换原动机或者它们的发动机也是行不通的。
本发明的目的是提供一种装置，由此柴油机可以转换成在气态燃料中工作，而不会有任何程度的功率损失或者基本上不会显著增加发动机的工作费用。
在它的最广意义上的本发明包括一种内燃的奥托循环发动机，该发动机具有设置在发动机缸体和缸盖之间的隔板，该隔板这样形成当燃料进入到发动机并且被压缩时，它以这样的方式产生移动在点火过程期间中，燃料的大部分移过火花塞。
在本发明的优选形式中，发动机是这样的原始设计成工作在柴油机循环上的发动机被改变成使用气态燃料。
隔板可这样形成至少在部分进气阀的上方有延伸部分，因此当燃料进入燃烧室时，它的流动方向被有效地转换成，整个燃料以一个角度被导向到气缸壁内或者缸盖壁上，从而使它沿着气缸向下盘旋。
在本发明的特别形式中，存在有两个进气阀，其中一个阀借助于通过其顶部的部件而基本关闭，该部件增加了燃料的涡流。
火花塞最好设置在发动机使用柴油时的气缸的喷射器孔中。
优选地，活塞的上端和隔板上的环形内部延伸部由环形截头圆锥端来分隔，当活塞处于冲程的上端部处时该环形截头圆锥端适合于终止紧靠该延伸部。
在本发明的另一个方面中，我们提供了一种隔板，该隔板连接于柴油机的缸体和缸盖之间，该隔板起减少发动机内压缩比的作用，该隔板在内部是这样形成的当充入的燃料空气从进气阀或者阀中进入到气缸时，它产生了绕着气缸的周边的运动，由于磨擦力以及包含在燃料中的能量的作用，气体的整体倾向于涡旋。
本发明还包括气体燃料发动机，该发动机在发动机缸体和缸盖之间具有这种隔板。
为了能更容易理解本发明，我们参照附图描述了本发明的一个实施例。
在附图中
图1示出了发动机的一个气缸盖、隔板和发动机缸体的分解图；图2是缸盖的底视图；图3是设置在图2的缸盖下方的隔板的底视图；图4是沿着图2的线4-4的剖视图，稍微分解地示出了进气阀的布置；图5是沿着图2的线5-5的剖视图，与图4相类似，它示出了排气阀的布置。
根据六缸平置式发动机来描述实施例，该平置式发动机具有基本上水平运转的活塞40并且有用于每个气缸31的独立的缸盖20，但是应当明白，对于本发明来讲，这些要求不是必须的。
本发明所涉及的这种柴油机在正常情况下具有14和21之间的压缩比。
适合于转换的发动机的一个示意性例子是气缸直喷式MAN发动机，该发动机具有12升的气缸工作容积，并且在柴油机形式中具有大约接近19∶1的压缩比。
这些发动机可以是自然吸气的发动机，或者可以是增压发动机或者涡轮增压发动机，就本说明书而言，它涉及自然吸气式发动机。
对于用气体作为燃料来工作的发动机而言，它的压缩比必需基本上减少到比方说接近在柴油机工作中使用的一半。当然，在发动机技术工业中可以知道，在气缸中借助于设置厚衬垫、隔板或者金属片来使压力减小，从而扩大在活塞升高到气缸顶部时的容积。
在这种情况下，我们使用金属隔板10，在这种特别例子中，当每个气缸具有单独的缸盖时，该隔板10与一个气缸的缸盖20结合。该隔板10适合于与缸盖20一起共同工作，该缸盖20在一种形式中具有进气阀和排气阀21、22和其阀座23、24以及喷射器孔25，而喷射器孔25被改变成接纳火花塞26。
当燃料进入气缸时，在发动机使用在柴油机模式时，喷射器被设置成提供柴油燃料的分散作用。我们已发现，喷射器在特定发动机中的位置对于火花塞26来讲是满意的。
这并不意味着在每种情况下我们需要使用火花塞孔，它被彻底地堵住并且在这样的合适位置上另外的火花塞孔可以设置成通过缸盖该位置对其中的水道没有任何不利的影响，或者它可以设置在隔板10上。
尽管在一些发动机中，它更有可能存在两个进气阀，从而有助于把柴油机模式中的空气或者气体模式中的燃料快速地引入到气缸中，但是出于实际需要，我们还是示出了可以使用一个进气阀21和一个排气阀22的缸盖。
尽管在一些应用中隔板10可以由铝制成，但是隔板10最好由铁或者钢制成，并且该隔板设置有螺栓孔11，这些螺栓孔22与缸盖的这些孔27对准，这些隔板还具有通过其中的水道12，从而允许水从发动机缸体30通过到达缸盖中。这些水道12与缸体内的水道32和缸盖内的现有水道对准。如果需要，可以设置冷却剂输送通道。
隔板10的表面13被加工成光滑的，该表面在隔板定位时朝向外面，并且它是缸盖20所抵靠的表面，并且该表面具有向内开放的沉孔，从而与缸盖的向下延伸部分16进行配合，在柴油机工作时，该延伸部分为气缸垫提供了保护物，第一衬垫15设置在隔板和缸盖之间。
隔板的另一表面14是内侧，它具有向下的环形裙部15，该裙部15大大地保护了第二气缸盖衬垫18，当活塞40在气缸内向上运动时，该衬垫18支靠于其上抵抗朝外的压力。
环形裙部15的内表面成锥形17，从而接纳相应形成的活塞的上端41，这个后面将作解释。
隔板的中心部分具有局部切口16，因此进气阀的气流与凹口50的内部处于接触之中，最终到达气缸，该凹口50形成于隔板的下侧。
切口部分16被认为基本上是心形，并且被认为是心的顶部到两个阀之间的合适位置的伸入部，且环绕着阀的外周边。然后，切口部分在阀的旁边向下延伸，并最终到达与向内朝向的部分相对的阀下方的位置。
那就是说，可以认为两个阀大部分处于心形部分的两个上部凸起部上，并且在相对侧上，心形部分与阀间隔开。
如图5所看到的那样，围绕排气阀51的部分基本上可设置成在发动机的排气冲程期间尽可能不阻碍废气从气缸中排出来。在很大程度上阀座24的延伸部分可以帮助这种流动。
在垂直横剖面和如图4所看到的那样，围绕邻近心的顶部的进气阀的部分52与弧53的中心部分成拱形，该弧形53基本上位于这样的平面上当进气阀21处于它的全部打开位置时，进气阀21的头部位于该平面上。
因此，凹口52位于邻近心的顶部处的阀的这部分，当燃烧混合物通过阀进入到在此附近的隔板的部分内从而控制混合物的运动时，该凹口52起作用。
这种布置是这样的来自远离心形部分的顶部的阀的侧部的燃烧混合物以与其表面成角度地移动到燃烧室中，且向外移动并撞击燃烧室的壁。
来自阀的另一侧的燃烧混合物冲击弧形部分52，并且移过阀的头部，从而加强了其它部分的运动，因此存在有向燃烧室的周边但是与之成角度的总流动，因此总的气体混合物通常趋于大致围绕气缸进行涡旋。与阀相对的凹口的部分54逐渐变窄，因此旋转的燃烧混合物趋于被迫进行螺旋运动，从而向下进入到气缸中。
借助于进入到阀的入口使这种运动加速，而该阀处于这样的方向可以使从无限制侧边离开该阀的燃料所需要的偏置程度达到最小，并且有助于来自设置有环形凹口的侧边的燃料进行转动。
这种布置的理由是使气体燃料在火花塞点火期间借助于它的运动通过火花塞，从而确保尽可能地燃料。
如果使用三气门发动机，那么其中一个进气阀借助于通过其顶部的部件几乎完全关闭，从而提供更大的力来影响螺旋运动或者自旋运动。
在两气门结构中，优选地，重叠部件17绕着大致阀的圆周的一半而延伸，从而朝向的燃料的运动含有尽可能多的燃料，并且当活塞40向上移动到点火位置时，该位置接近上死点中心或者由此更向前一点，燃料的涡旋运动保持得尽可能的长。
存在有许多使改进后的发动机进行更好地工作的布置方面。这些中一个也没有是这样的结构隔板10环绕着进气阀21。
在工作时，我们发现，发动机用的LPG气体，丙烷，其在正常情况下它是铲车或者类似车中所选择的燃料，甚至丁烷，其在通常情况下被认为不能满足发动机使用，因为它的辛烷值小于正常情况下所需要的辛烷值，并且它倾向于提前着火，都可以工作得非常好。
以我们最满意的压缩比来使用发动机，可以大大地消除这种问题。
在如上所述的压缩冲程时，燃料以螺旋方式进行涡旋，并且在点火工作时，我们通过数学方法发现，在火花塞点火期间燃料螺旋转动接近三倍，在工作期间，总燃料的主要部分紧紧接近火花塞而通过，并且这意味着，燃烧通过燃料的整个质量扩散得比所期望的这种情况快得多在所期望的情况下，燃料基本上是静止的或者只是局部涡流。燃料存在后面将作描述的辅助运动。
这意味着，只要是以理想配比引入或者引入过量空气量并且活塞在做功冲程中沿着气缸向下运动，那么就可以实现接近完全燃烧燃料。
还是由于借助于使大量的燃料涡旋所得到的燃烧效率，因此在上死点中心之前不需要很好地点火就可以确保当活塞到达上死点中心时存在有全部燃烧并且做功冲程开始了。借助于在上死点处中心点火或者接近上死点中心点火、甚至在上死点中心之后进行点火，我们仍然得到了完全的点火和有效的做功冲程。燃料的点火越迟，那么产生敲缸的可能性就越小，因为敲缸是由于在活塞到达冲程的顶部之前施加了动力所引起的。
一旦做功冲程完成，那么在排气冲程中，存在有相对有效的废气扫气，排气阀22不以任何方式关闭。
在进气情况下，需要时进气阀21或者阀可以打开，再一次引入燃料，并且由于心形切口的形状和凹口的定位或者重叠阀的部分，新燃料被引入成自旋或者涡旋，因此当压缩产生时，又存在有一次完全点火。
通入到气缸31中的锥形部分17用作超出如前面所述的保护气缸盖衬垫18的目的，尽管它当然可以实现这个目的，但是它还有助于燃料的燃烧。
当活塞接近上死点中心时，从而借助于活塞向上移动的燃料的最后倾向于通过环形锥形部分17来换向，并且使燃料多少有些环形地旋转或者，因此它倾向于向着室的顶部向上、向内运动。人们一定还记得，燃料还绕着室进行涡旋，因此所实现的是复杂的运动，该复杂的运动的作用是在点火时使相当大的部分燃料与火花塞形成接触，因此使燃料能够非常好地进行燃烧。
我们发现，就使用本发明的发动机而言，容易控制燃烧来确保燃烧完全。
检查火花塞和排气分析表明，事实上没有未燃烧的碳，这些碳沉积在火花塞上或者通过排气系统排出。
我们发现，为满足EUR02的严格排放要求，本发明的发动机不必使用催化转化器。还有，废气分析表明具有忽略不计的二氧化氮。
在我们在这里描述了隔板和室的一个特殊形式时，应当知道，这些形式不仅可以改变来适合不同的发动机，而且还改变来适合不同的阀布置，因此不管进气阀的位置和角度怎样，燃烧气体混合物如所讨论的那样可以产生涡流。
此外，在我们描述使用气体作为燃料的实施例的同时，发动机也可以用酒精或者甚至石油来进行工作，在气缸内产生燃料的运动的方法是具有创造性的方法。
权利要求
1.一种内燃的奥托循环发动机，该发动机具有设置在发动机缸体和缸盖之间的隔板，该隔板这样形成当燃料进入到发动机并且被压缩时，它以这样的方式产生移动在点火过程期间中，燃料的大部分移过火花塞。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于发动机是原始设计成工作在改变成使用奥托循环燃料的柴油机循环上工作的发动机。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于该燃料选自气体、酒精或者石油。
4.如权利要求1-3任一项所述的内燃机，其特征在于火花塞设置在缸盖上。
5.如权利要求1-3任一项所述的内燃机，其特征在于火花塞设置在隔板上。
6.如权利要求1-5任一项所述的内燃机，其特征在于隔板这样形成，在缸盖内的至少部分进气阀或者一个进气阀的上方存在有延伸部分，因此当燃料进入燃烧室时，它的流动方向被有效地转换，使整个燃料以一个角度被导向到气缸或者缸盖壁上，从而它环绕着气缸呈螺旋形运动。
7.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于燃料的流动转向具有向下的分量，从而它倾向于沿着气缸向下螺旋。
8.如权利要求6或者7所述的内燃机，其特征在于远离进气阀的隔板的部分具有成锥形的表面，当该表面被运动的燃烧混合物所冲击时，该表面倾向于把这种混合物移动到气缸中。
9.如前述权利要求任一项所述的内燃机，其特征在于存在有两个进气阀，其中一个阀借助于通过其顶部的部件而基本关闭，该部件增加了燃料的涡旋。
10.如权利要求7或者当附加通过权利要求4时权利要求6到9的任一项所述的内燃机，其特征在于火花塞设置在发动机使用柴油燃料时的气缸的喷射器孔中。
11.如前述权利要求任一项所述的内燃机，其特征在于在隔板的朝向内的表面上具有环形内部延伸部，活塞的上端与环形截头圆锥端分离，当活塞处于冲程的上端部处时该圆锥端适合于终止在紧靠该延伸部。
12.一种隔板，它使用在前述权利要求任一项所述的内燃机中，该隔板连接于发动机缸体和发动机的缸盖之间，该发动机设计成以柴油燃料进行工作，该隔板起减少发动机中压缩比的作用，且该隔板在内部是这样形成的当燃料从进气阀或者阀中进入到气缸时，它产生了围绕气缸的周边的运动，由于磨擦力及包含在燃料中的能量的作用，气体的整体倾向于涡旋。
13.如述权利要求12所述的隔板，其特征在于该隔板在缸盖内的至少部分进气阀或者一个进气阀的上方具有延伸部分，因此当燃料进入燃烧室时，它的流动方向被有效地转换，从而整个燃料以一个角度被导向到气缸或者缸盖壁上，从而它环绕着气缸呈螺旋形运动。
14.一种气体燃料发动机，它具有如权利要求12或者13所述的隔板，该隔板设置在发动机缸体和缸盖之间。
全文摘要
一种发动机改形,其特别适合于允许初始以柴油运行(柴油机循环)的发动机以气体工作(奥托循环),该发动机改形包括隔板(10),该隔板连接在缸盖(20)和发动机缸体(30)之间,从而降低了发动机的压缩比,同时该隔板改进了进气流动,因此通过进气阀(21)引入到气缸中的燃料产生了围绕燃烧室的运动,因此在点火期间,许多燃料紧邻火花塞而通过,从而使燃料实现充分燃烧。还公开了隔板的优选型式,该隔板使所引入的气体产生所需要的运动。
文档编号F02M21/02GK1326531SQ99813192
公开日2001年12月12日 申请日期1999年9月13日 优先权日1998年9月11日
发明者J·R·本尼特, R·J·麦阿利斯 申请人:生态变换私人有限公司