一冲程内燃机的制作方法

文档序号:9493385阅读:1150来源:国知局
一冲程内燃机的制作方法
【专利说明】-冲程内燃机
[0001] 本申请要求由KyungSooHan于2014年3月26日提交的标题为"One-Stroke internalCombustionEngine"的美国专利申请第 14/225,658 号[^及2013年 5月 27 日 提交的标题为"ReciprocatingRotaryorStrai邑ht/LinearEngineswithDedicated ChambersforIntake,Compression,ignition/Combustion,andExhaust"的美国临时专利 申请第61/825, 560号的优先权的权益,上述两个专利申请的内容W引用的方式全部并入 本文。
技术领域
[0002] 本发明的技术领域设及提供一种作为具有协调的循环使得每个冲程成为动力冲 程的一冲程内燃机的高效内燃机,更加具体地,设及一种具有往复式活塞冲程、共用协调的 一冲程发动机循环的专用进气、压缩、点火/燃烧和排气腔室、改进了吹扫、具有简单顺序 循环、并且包括直线的/线性的旋转或者对置活塞配置的直线的/线性的或者旋转的高效 发动机。
【背景技术】
[0003] 在发动机领域中,往复式四冲程直线活塞是已知的。参照现有技术图1,示出了在 点火冲程期间点火的常规火花塞1。阀口 2是用于允许燃料进入腔室9的进气阀。阀口 3 是用于允许排气离开腔室9的排气阀,该排气通常包括一些未燃尽的燃料、一氧化碳或者 证实燃烧效率较低的其他元素。在不具有专用腔室的两冲程活塞发动机(下面将更详细论 述的已知的两冲程发动机)中,该低效率甚至更为明显。使摇臂4枢转,并且阀口挺杆6升 高推杆5抬起摇杆4W升高进气阀2。通常存在凸轮轴7、定时皮带8,并且定时皮带8控制 进气阀2随着凸轮轴14的转向而上升。气缸10设有环11、活塞12、和通往曲柄轴14的连 接杆13,该曲柄轴14响应于四个冲程而使输出轴旋转进气、压缩、点火/燃烧和排气,运 四个冲程在现有技术图2中更充分地进行了示出。
[0004] 现在参照现有技术图2,示出了用于图1的针对四个冲程中的每个冲程都具有专 用腔室9的四冲程活塞的动画序列。从进气冲程1开始,进气阀2在进气冲程1 (左)中示 出为打开,而腔室9正在扩张W允许燃料/空气进入腔室9。排气阀3关闭。在压缩冲程2 中(左中屯、),阀口 2和阀口 3都关闭,腔室9扩张,但是随着曲柄轴14在点火之前逆时针 转向(箭头),正开始压缩在腔室9中的燃料。在点火冲程3中(右中屯、),当压缩燃料/空 气混合物时点燃火花塞1,W使活塞12从点燃的混合物的内部燃烧向下移动。由此迫使曲 柄轴14从内部燃烧转向。在排气冲程4中,排气阀打开,W允许燃烧产物离开,如在排气阀 3上方的箭头所示。腔室9与四个冲程1、2、3和4中的每个冲程交替地压缩和扩张。由此 可见,针对发动机循环的每个冲程存在专用的腔室9。当如现有技术图3所示存在四个"四 冲程"活塞时,提供了随着每个活塞正在执行发动机循环的不同冲程时曲柄轴14的协调移 动:从左到右,压缩准备点火、点火准备排气、进气完成准备压缩、W及排气准备进气。 阳0化]在现有技术图4中示出了常规的两冲程活塞。上冲程被示出在左侧,并且下冲程 被示出在右侧。在上冲程(左侧)期间,存在燃料压缩、点火,传送端口被盖住,连接杆已经 向上推动活塞,并且阀口打开允许将燃料混合物拉倒曲柄箱中。在下冲程(右侧)期间,传 送端口未被盖住并且迫使燃料混合物进入腔室中,并且通过压缩的燃料混合物将燃烧后的 燃料推出,燃烧后的燃料如黑点所示。活塞充分降低,并且连接杆示出了处于下位置中的曲 柄轴/连接杆。输出轴被示出为逆时针旋转。
[0006] 现有技术图5示出了具有满轮增压器的常规两冲程发动机,该满轮增压器具有一 个专用腔室。空气从左侧进入;燃料通过燃料喷射器喷射。燃料和空气的混合物在曲柄箱 中形成,填充该腔室,被压缩并且然后通过活化点火,并且,燃烧后的燃料朝着满轮增压器 排出,在满轮增压器中,燃烧后的燃料被回收W提供另外的发动机动力。
[0007] 在现有技术与6中示出了导致菲力斯汪克尔(FelixWankel)的已知汪克尔旋转 发动机(具有奥托循环)。轴B在具有进气端口和排气端口的长形腔室的中间。Ξ角形的 旋转活塞被示出为活塞A,并且经由示出的齿轮传动装置使活塞A通过进气、压缩、点火和 排气使轴B旋转。两个火花塞被示出位于长形腔室的右侧。可W看出,当活塞A正使形成 在火花塞近侧的腔室的内含物压缩时,点火会导致燃烧,并且旋转活塞A会使轴B旋转。
[0008] 在本领域中通常已知的是提供如上所述的两冲程发动机。可W将两冲程发动机定 义为相关联的曲柄轴每旋转360°便具有一个动力冲程的发动机,并且,具有两个冲程,或 者,例如,向上或者向下移动(上冲程/下冲程)。斯基微索(Sebwiesow)等人(Sebwiesow) 在2012年3月6日发布的美国专利第8, 127, 544号描述了从W.G,Noack等人在1930年12 月16日发布的美国专利第1,785, 643号到Fitzgerald在2007年8月21日发布的美国专 利第7, 258, 086号的所谓"双作用"两冲程发动机的历史。在Sebwiesow的专利中,描述了W 下所谓"双作用"系统:Wal化op的美国专利第2, 963, 008号、Grow的美国专利第4, 205, 528 号、VanBlarigan的美国专利第6, 199, 519号、Sadarangani等人的美国专利第6, 700, 229 号、和Fitzgerald的美国专利第7, 258, 086号中的"双作用"系统。早在Noack等人大约 在1930年的'643专利中,图1示出了活塞6和活塞7,并且,图2示出了在"自由活塞发动 机"1内前后移动的附加压缩活塞11和压缩活塞12。Wal化op的'008专利示出了对包括 燃料喷射系统的自由活塞发动机的改进。Grow的'528添加了经由"风扇吹扫两冲程循环" 的吹扫。
[0009] 斯基微索(Schwiesow)专利对运些早期的"双作用"两冲程系统引入的所谓改进 是均质充量压缩点火(HCCI),用于实现"基本恒定体积燃烧"。Schwiesow专利,W现有技术 图7为代表,描绘了在'544专利的图8至图10的每个附图中的实施例,其中,第一活塞和 第二活塞经由刚性连接杆相互固定附接,W便当在圆柱形箱体的每端处的每个燃料/空气 腔室的循环火花点火发生时,在圆柱形箱体中从圆柱形箱体的一端振荡到另一端。
[0010] 霍夫包尔化〇化auer)的美国专利第6, 170, 443号描述了一种增压式对置活塞对 置汽缸(0P0C)内燃机,可见于现有技术图10。曲柄轴旋转轴被示出为由连接至偏屯、机构 的推杆和拉杆驱动。运些推杆和拉杆包括许多驱动臂,运些驱动臂使内部操作看起来与 机车的内部操作相似。'443专利的0P0C发动机采用了常规的排气系统。然而,霍夫包尔 Wo^auer)在2013年7月23日发布的美国专利第8, 490, 380号描述了一种改进型0P0C 系统,该系统具有进入空气腔室W及与燃烧腔室连通的排气腔室,具有改进的吹扫。
[0011] 还已知的是W其发明人伯克?拉塞尔(RussellBourke)(图8)命名的所谓伯克 度ourke)内燃机。在1939年11月20日接受的GB514842中描述了伯克度ourke)内燃机。 伯克度ourke)在其GB' 842专利的图1至图4中示出了相对设置的汽缸20,汽缸中具有驱 动连接杆19的活塞和旋转安装的曲柄轴。"本发明在于用于内燃机的驱动齿轮,该内燃机 具有对置汽缸、活塞和活塞杆、曲柄轴、和用于将活塞的往复杆转换为曲柄轴的旋转运动传 动装置,该传动装置包括包围曲柄销的轴承构件W及连接至活塞并且与所述轴承构件的相 对侧晒合的装置,其特征在于,与轴承构件晒合的所述装置形成为一对单独的轴承块,运对 轴承块刚性地安装在用于将所述轴承块连接在一起的板状装置上。巧ourke建议"每个轴承 3、6、10和15优选地由内外圆形间隔滚道制成,在内外圆形间隔滚道之间是多个钢球"。
[0012] 参照现有技术图7,示出了斯基微索(Schwiesow)发动机的一些细节。斯基微索 (Schwiesow)发动机具有双作用"两冲程"活塞,该活塞在发生交替点火时从一侧移动到另 一侧。
[0013] 参照现有技术图8,示出了Bourke发动机的一些细节,该Bourke发动机具有四个 "两冲程"活塞并且可W与其他描绘的现有技术发动机进行比较。
[0014] 参照现有技术图9,示出了先驱所谓"一冲程"Massey-Harris汽油发动机,但是更 恰当地描述为具有旋转两冲程活塞。Massey-Harris发动机归因于梅西?斯图尔特(S化art Macey),并且是往复式旋转两冲程活塞发动机(而Schwiesow活塞从在每端处的交替点火 开始前后往复运动)。在本文中,可W将一冲程活塞普遍定义为具有180°动力冲程的活 塞,但是我们将Macey发动机考虑为具有旋转两冲程活塞。因此,一冲程活塞,例如,可W从 上死点移动到左侧并且停止,然后移动到右侧并且停止(完成了一个冲程)和/或后退或 者前进W在向后或者向前方向中的每个方向中包括180°动力冲程。一冲程内燃机的示例 是Macey的美国公开专利申请第2003/0121482号,该专利已放弃。活塞块20限定出了燃 烧空腔和压缩空腔。"工作组件40"可旋转地设置在块20中,该块20包括圆柱部46、压缩 奖叶50和活塞48。还描述了弓形燃烧空腔28和弓形压缩空腔30。驱动杆90可操作地互 连第一活塞块20和第二活塞块20,用于共同驱动驱动块22的部件。
[0015] 在现有技术图11中提供了一个表格,该表格提供了研发中的四款发动机的优点 和缺点的比较。Bourke发动机具有一条线上的两个"两直线活塞",运两个活塞前后往复运 动。优点在于零部件计数低和比动力比率高。当Bourke发动机在其循环中往复运动时, Bourke发动机具有一个专用的腔室。Schwiesow发动机可W描述为在一条直线上的双头活 塞,并且前后往复运动。Schwiesow发动机在优点方面与Bourke发动机相似,具有较少的零 部件和高比率。Schwiesow发动机具有一个专用的腔室。Macey往复式旋转活塞发动机具 有与Bourke发动机和Schwiesow发动机相似的优点和缺点。新近的化化auer发动机具有 在一条直线上的两个对置活塞。该化化auer发动机具有许多由德国公司Vo化swagen开发 的零部件,并且需要大量资金。该化化auer发动机具有一个专用的腔室。
[0016] 所有上述专利和公开申请(包括Bourke专利)的全部内容W引用的方式并入本 文。
[0017] 即使利用对两冲程内燃机和其他常规发动机的上述改进,在本领域中仍然需要借 由具有协调循环和一冲程(例如,180°动力冲程)的旋转和直线往复式内燃机的其他实施 例提供对例如燃料效率的增强和改进W及在燃料效率改进并且吹扫进一步改进时增加功 率。

【发明内容】

[0018] 本"
【发明内容】
"部分用于介绍构思的选取。下面将在"【具体实施方式】"部分中进一 步描述运些构思。本"
【发明内容】
"部分不旨在识别所请求主题的关键特征或者本质特征,也 不旨在帮助确定所请求主题的范围。运些构思设及一种具有往复式活塞的协调式一冲程内 燃机,该内燃机将在本文中进一步描述并且也可W称为1-Stroke?发动机。一冲程(或者 1-stroke)在本文中是指由与活塞相关联的火花塞的点火导致的移动使该活塞,例如,在一 个方向上,从零速度开始移动,启动,一直到最大速度,然后下降到零速度或者停止。在一冲 程活塞发动机中(直线或者旋转实施例,如本文所阐释的),每个冲程是一个动力冲程。
[0019] 简要参照图12,该图示出了标题为"内燃机的发动机应用"的表格,左侧示出了常 规的或者目前使用的内燃机,运些内燃机用于生产并且在上面已经进行了论述,包括常规 的或者目前使用的四冲程活塞发动机和常规的两冲程活塞发动机。该表格旨在向读者提 供对在常规发动机与本发明的一冲程发动机的实施例之间的差异的一些了解,本发明的一 冲程发动机首先被示出为在图14中的具有公共中屯、轴和两个双头活塞的直线一冲程发动 机。
[0020] 四冲程发动机需要四个动力冲程或者四个四冲程活塞组件来使输出轴持续旋转, W完成一个完整循环。两冲程发动机需要两个动力冲程或者两个两冲程活塞组件来使输 出轴持续旋转,W完成一个完整循环。一冲程发动机仅需要一个动力冲程或者一个一冲程 活塞组件来使输出轴持续旋转,W完成
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