专利名称：带自由回转机构的空气/燃料双重预混合的自增压内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的新颖实施方式，内燃机包括汽油或柴油燃料发动机。特别地， 本发明涉及空气/燃料双重混合的自增压发动机的新颖实施方式，发动机包括双曲轴和自 由回转机构(freewheeling mechanism)，其能够使发动机的一个或多个活塞在一定运作条 件下失活(deactivated)，进而储存燃料。
背景技术：
在常规的内燃机中，如果发动机振动减少到最小，或者一些活塞在不需要全功率 时的某些时刻能够是失活的，则减少了发动机磨损并改进了运作效率和燃料消耗。振动在 动态平衡的发动机内减少。但具有唯一一个曲轴和顺序点燃的四个、六个或八个活塞的常 规发动机很难进行动态平衡。如果发动机具有一个以上的曲轴则能改进平衡。在常规内燃机中，发动机的速度以曲轴的每分钟转数(rpm)进行测量。以较高 的rpm运作发动机指活塞在给定时间之上经历更多的循环。因此，发动机运动件(moving engine part)行进更长的距离并且发送机磨损增加。虽然具有一个曲轴的常规内部顺序活 塞点燃的燃烧发动机固有地而非动态地进行平衡，但在以高rpm运作时能够获得更好的平 衡。较高的rpm倾向于克服不平衡。具有两个曲轴并伴随成对活塞和汽缸的发动机提供较 好的平衡并以较低的rpm平滑运作。以较高压缩比运作的增压发动机提高了燃料燃烧效率 并储存了燃料。
发明内容
本发明涉及自增压内燃机，包括(a)往复连接至第一曲轴的初级三重活塞和汽 紅组合体(primary triple pistin and cylinder combination),所述初级三重活塞禾口汽 缸组合体包括(i)具有进气和排气阀(intake and exhaustvalves)的第一活塞和汽缸， 该活塞在第一位置与第一曲轴相连；(ii)具有进气和排气阀的第二活塞和汽缸，该活塞在 第三位置与第一曲轴相连；(iii)尺寸是第一和第二活塞和汽缸尺寸至少两倍的第三活塞 和汽缸，第三活塞具有能够使空气和燃料被抽入第三汽缸中的阀，第三汽缸以交替的方式 连接于第一和第二活塞和汽缸的进气阀，第三活塞在第一和第三位置之间的第二位置与第 一曲轴相连；(b)往复连接至第二曲轴的次级三重活塞和汽缸组合体(secondary triple piston and cylinder combination)，所述次级三重活塞和汽缸组合体包括(i)具有进气 和排气阀的第四活塞和汽缸，该活塞在第一位置与第二曲轴相连；(ii)具有进气和排气阀 的第五活塞和汽缸，该活塞在第三位置与第二曲轴相连；和(iii)尺寸是第四和第五活塞 和汽缸尺寸至少两倍的第六活塞和汽缸，第六活塞具有能够使空气和燃料被抽入第六汽缸 中的阀，第六汽缸以交替的方式连接于第四和第五活塞和汽缸的进气阀，第六活塞在第一 和第三位置之间的第二位置与第二曲轴相连；(c)第一和第二曲轴通过齿轮组合相连；所 述第一和第二曲轴彼此平行；以及，所述第一曲轴包括自动的自由回转机构，该自由回转机 构能够使第一曲轴对第二曲轴提供正驱动(positive drive)，但第二曲轴不会对第一曲轴提供正驱动.
参考
示例性实施例。在此披露的实施例和附图应认为是说明性的而非限 制性的。图1说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的空 气/燃料进入循环期间的侧剖视图。图2说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的空 气/燃料压缩循环期间的侧剖视图。图3说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的燃 烧循环期间的侧剖视图。图4说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的排 气循环期间的侧剖视图。图5是具有双曲轴的一对两组三汽缸/活塞增压发动机的前剖视图。图6是具有双曲轴的一对两组三汽缸/活塞增压发动机的顶剖视图。图7是具有双曲轴和在一个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞增压 发动机的前剖视图。图8是具有双曲轴和在一个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞增压 发动机的顶剖视图。图9是具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞增压 发动机的前剖视图。图10是具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞增 压发动机的顶剖视图。图11是具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞发 动机的前剖视图。图12是具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞发 动机的顶剖视图，发动机可以是二循环或四循环的发动机。
具体实施例方式
本发明第一实施例中的自增压内燃机包括一对两组具有三个往复活塞的三个汽 缸，分别与一对曲轴的每个曲轴相连。每组中各个汽缸里的两个活塞以交替的顺序点燃，而 每组中的第三活塞和汽缸是接收空气/燃料并对其压缩以及将压缩的空气/燃料以交替的 方式传送到每组中的第一或第二汽缸的增压活塞。每组中的增压活塞和汽缸的尺寸是每组 中两个点燃活塞和汽缸尺寸的至少两倍以便提供增压作用。在两个构造类型中，每组中两 个点燃活塞和汽缸能够位于增压活塞和汽缸的两侧，或处于V形图案。为了产生具有自增 压作用的较高功率的发动机，活塞/汽缸的数量可以是6的倍数，不管是否使用直列式或V 形发动机。在一个实施例中，具有各自曲轴的一对两组相应的三个活塞和汽缸对可平行进 行配置。这样的组对构造提供更有效的燃烧，更好的机械平衡，较少的振动，更多的功率和 较少污染的小尺寸发动机。发动机是二循环发送机，具有燃料喷射器的燃料注入型汽油燃烧发动机或柴油发动机。图1说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的空 气/燃料进入循环期间的侧剖视图。从图1可以看出，中间的汽缸30和活塞31至少是相 邻汽缸1和2与各自活塞3和4的两倍大。这种设计在压缩的空气/燃料按照各自阀5或 6的支配从汽缸30送至汽缸1或2时提供了增压作用。图1还示出了汽缸30上方的燃料 喷射器52以及在曲轴39前部的自由回转机构34和齿轮45。从图1中可以看出，三活塞和汽缸在第一活塞/汽缸的空气/燃料进入循环期间 的运作描述如下汽缸1:随着曲轴39旋转，活塞3向下移动。排气阀7关闭。空气/燃料进入阀5 打开，使得压缩的预混合空气/燃料从中间汽缸30被压入活塞汽缸1。汽缸30:随着曲轴39旋转，大的活塞31向上移动。空气/燃料进入阀36关闭。 预混合空气/燃料被压缩并通过进入口 17和打开的阀5被传送至汽缸1。汽缸2 随着曲轴39旋转，空气/燃料进入阀6和排气阀8关闭。火花塞10在汽 缸2顶部的区域21内进行点火。还示出了燃料喷射器52。汽缸2内点燃压缩空气/燃料 混合体所产生的功率向下推动活塞4。图2说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的空 气/燃料压缩循环期间的侧剖视图。三活塞和汽缸在空气/燃料压缩循环期间的运作描述 如下汽缸1 随着曲轴39旋转，空气/燃料进入阀5和排气阀7关闭。活塞3向上移 动，使得在图1中所示的第一阶段期间从汽缸30获得的预混合空气/燃料在汽缸1内被压缩。汽缸30 随着曲轴39旋转，中间汽缸活塞31向下移动。空气/燃料进入阀36打 开。来自燃料喷射器52的空气和燃料通过空气/燃料进入口 33被注入到中间汽缸30内。汽缸2 空气/燃料进入阀6关闭且排气阀8打开。活塞4向上移动。汽缸2内 燃烧气体的废气通过排气口 24被排放到大气中。图3说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的燃 烧循环期间的侧剖视图。三活塞和汽缸在燃烧循环期间的运作描述如下汽缸1 随着曲轴39旋转，空气/燃料进入阀5和排气阀7关闭。火花塞9点燃 燃烧腔1内压缩的空气/燃料预混合体。活塞3由于燃烧的空气/燃料混合体而被迫向下 移动。汽缸30 随着曲轴39旋转，中间汽缸活塞31向上移动。空气/燃料进入阀36关 闭。汽缸30内压缩的空气/燃料混合体通过打开的空气/燃料进入阀6被迫进入汽缸2。汽缸2 随着曲轴39旋转，活塞4正在向下移动，而排气阀8关闭。由于空气/燃 料进入阀6打开，来自汽缸30的预混合空气/燃料被传送到汽缸2中。图4说明了一对两组三汽缸/活塞自增压发动机中的一组在第一活塞/汽缸的排 气循环期间的侧剖视图。三活塞和汽缸在排气循环期间的运作描述如下汽缸1 随着曲轴39旋转，活塞3正在向上移动，而空气/燃料进入阀5关闭。排 气阀7打开使得汽缸1中的排放气体13被排放到大气中。汽缸30 随着曲轴39旋转，中间活塞31正在向下移动，而空气/燃料进入阀36打开。来自燃料喷射器52的空气和燃料通过打开的空气/燃料进入口 33进入中间汽缸30。汽缸2 随着曲轴39的旋转，汽缸4正在向下移动同时空气/燃料进入阀6和排 气阀8关闭。之前从汽缸30内获得的空气/燃料预混合体在汽缸2内被压缩。图5是标示为“A”和“B”的具有双曲轴的一对两组三汽缸/活塞增压发动机的前 剖视图。在图5中，两组三活塞/汽缸组合体平行配置，通过连接杆25分别连接至同样平 行配置的单独的曲轴39 (参见图6)。两个曲轴39通过啮合齿轮45相连。图6是具有一对平行曲轴39和在每个曲轴前部的啮合齿轮45的一对平行的两组 三汽缸/活塞增压发动机的顶剖视图。逆方向旋转的双曲轴提供平衡和平滑的功率产生。 由于发动机平滑运行，存在较少的燃料消耗，较少的振动，较少的污染，较少的摩擦和更有 效的功率产生。在本发明的第二实施例中，图7是标示为“A”和“B”的具有双曲轴和在一个曲轴 上的自由回转机构34的一对两组三汽缸/活塞增压发动机的前剖视图。在图7中，构造类 似于图5中的构造，除了一个齿轮45具有自由回转机构34。图8是标示为“A”和“B”的具有双曲轴和在一个曲轴39上的自由回转机构34的 一对两组三汽缸/活塞增压发动机的顶剖视图。两个齿轮45彼此啮合。自由回转机构是一种单向传动机构。McGraw-Hill出版的William H. Crouse的 ((Automotive Mechanics》的第六版第31章披露了一种自由回转机构。在自由回转机构中， 位于第二轴或轮上的第一轴或轮提供正驱动。可是，第二轴或轮不能驱动第一轮或轴。当 第一轴或轮减慢或停止时，第二轴或轮“空转”并持续旋转。在离合器或行星齿轮组的情况 下，自由回转机构有时被描述为超越离合器(overrunning clutch)。自由回转机构包括楔 合式离合器(sprag clutch)，离心式离合器，双循环离合器，电磁圈式离合器，液压离合器， 气动离合器或其它适合的离合器。利用安装在“A”曲轴上的自由回转机构，如图7和8中所示，由活塞62上方空气 /燃料压缩腔内注入的燃料提供动力的两个活塞60和64驱动“B”曲轴，并且这种动作通 过齿轮45被传递至侧面的“A”曲轴。同样地，由活塞31上方压缩腔30内注入的燃料提供 动力的两个活塞3和4驱动“A”曲轴。可是，当发动机驱动的汽车滑行时，或者发动机空转 时，“B”组的三个活塞的燃料继续供应而“A”组的三个活塞3、31和4的燃料停止供应，并 且由于自由回转机构34，“A”组的活塞闲置，进而储存燃料。图9是本发明第三实施例的前剖视图，包括具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回 转机构34、66的一对两组三汽缸/活塞增压发动机。图10是本发明第三实施例的顶剖视图，包括具有双曲轴和在两个曲轴上的自由 回转机构的一对两组三汽缸/活塞增压发动机。当第二自由回转机构66安装在“B”曲轴上时，如图9和10所示，根据哪一曲轴和 活塞/汽缸组合体是传动系，能够使“A”曲轴和活塞/汽缸组合体或者“B”曲轴和活塞/ 汽缸组合体闲置。这样，随时间的磨损能够在发动机中随时间被平衡。相比于闲置的曲轴 和活塞/汽缸组合体，磨损倾向于以较高速率发生在曲轴和提供动力的活塞/汽缸组合体 中。利用两个自由回转机构，每个曲轴上一个，能够使一个曲轴和活塞/汽缸组合体暂时成 为动力系，并随后使另一曲轴和活塞/汽缸组合体暂时成为动力组合。利用每个曲轴中安装的自由回转机构，发动机能够由PCMS(程序计算机监控系统)或PCM(动力控制模块)控制以便能够进行交替曲轴操作。例如，“A”曲轴能够作为主 动力系运转5000km并随后变为空转系(idle train)。“B”曲轴随后在“Α”曲轴作为空转 系的情况下能够作为主动力系运转直到其达到5000km。这样，发动机磨损在两个曲轴组合 中被平衡，进而延长了发动机寿命。双自由回转机构构造的另一优点是例如如果曲轴“A”发生故障，汽车不需要进行 拖车，因为汽车能够将曲轴“B”用作动力系被驱动至修车厂进行维修。图11是本发明第四实施例的前剖视图，包括具有双曲轴和在两个曲轴上的自由 回转机构的一对两组三汽缸/活塞发动机。该第四实施例中的发动机可以是二循环或四循 环发动机。图12是具有双曲轴和在两个曲轴上的自由回转机构的一对两组三汽缸/活塞增 压发动机的顶剖视图。图11和12中说明的双曲轴，双自由回转实施例能够以图9和10中 说明和上述讨论的第三实施例的相同方式进行操作。在图11和12中说明的第四实施例中 不存在自增压能力，因为活塞和汽缸都是相等的直径。虽然以上已经讨论了一些示例性方面和实施例，但本领域技术人员将意识到一些 修改、置换、增加及其子组合。因此，以下附加的权利要求和下文引出的权利要求应理解为 包含这些在其精神和范围内的所有上述修改、置换、增加和子组合。
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权利要求
一种自增压内燃机，包括(a)往复连接至第一曲轴的初级三重活塞和汽缸组合体，所述初级三重活塞和汽缸组合体包括(i)具有进气和排气阀的第一活塞和汽缸，该活塞在第一位置与第一曲轴相连；(ii)具有进气和排气阀的第二活塞和汽缸，该活塞在第三位置与第一曲轴相连；(iii)尺寸是第一和第二活塞和汽缸尺寸至少两倍的第三活塞和汽缸，第三活塞具有能够使空气和燃料被抽入第三汽缸中的阀，第三汽缸以交替的方式连接于第一和第二活塞和汽缸的进气阀，第三活塞在第一和第三位置之间的第二位置与第一曲轴相连；(b)往复连接至第二曲轴的次级三重活塞和汽缸组合体，所述次级三重活塞和汽缸组合体包括(i)具有进气和排气阀的第四活塞和汽缸，该活塞在第一位置与第二曲轴相连；(ii)具有进气和排气阀的第五活塞和汽缸，该活塞在第三位置与第二曲轴相连；和(iii)尺寸是第四和第五活塞和汽缸尺寸至少两倍的第六活塞和汽缸，第六活塞具有能够使空气和燃料被抽入第六汽缸中的阀，第六汽缸以交替的方式连接于第四和第五活塞和汽缸的进气阀，第六活塞在第一和第三位置之间的第二位置与第二曲轴相连；(c)第一和第二曲轴通过齿轮组合相连；所述第一和第二曲轴彼此平行；以及，所述第一曲轴包括自动的自由回转机构，该自由回转机构能够使第一曲轴对第二曲轴提供正驱动，但第二曲轴不对第一曲轴提供正驱动。
2.根据权利要求1所述的自增压内燃机，其中自动的自由回转机构是楔合式离合器， 离心式离合器，电磁圈式离合器，液压离合器，气动离合器，双循环离合器，单向离合器或其 它可接受的自动自由回转离合器。
3.根据权利要求1所述的自增压内燃机，包括用于第三活塞和汽缸的第一燃料喷射器 和用于第六活塞和汽缸的第二燃料喷射器。
4.根据权利要求1所述的自增压内燃机，包括火花塞，用于第一、第二、第四和第五活 塞和汽缸。
5.根据权利要求1所述的自增压内燃机，其中第一、第二和第三活塞和汽缸与第一曲 轴在第一平面内对准，并且第四、第五和第六活塞和汽缸与第二曲轴在第二平面内对准。
6.根据权利要求1所述的自增压内燃机，其中第二曲轴包括能够使第二曲轴对第一曲 轴提供正驱动但第一曲轴不对第二曲轴提供正驱动的自动的自由回转机构。
7.一种内燃机，包括(a)往复连接至第一曲轴的初级三重活塞和汽缸组合体，所述初级三重活塞和汽缸组 合体包括(i)具有进气和排气阀的第一活塞和汽缸，该活塞在第一位置与第一曲轴相连； ( )具有进气和排气阀的第二活塞和汽缸，该活塞在第二位置与第一曲轴相连； (iii)具有进气和排气阀的第三活塞和汽缸，该第三活塞在第三位置与第一曲轴相连；(b)往复连接至第二曲轴的次级三重活塞和汽缸组合体，所述次级三重活塞和汽缸组 合体包括(i)具有进气和排气阀的第四活塞和汽缸，该活塞在第一位置与第二曲轴相连；(ii)具有进气和排气阀的第五活塞和汽缸，该活塞在第二位置与第二曲轴相连；和(iii)具有进气和排气阀的第六活塞和汽缸，该第六活塞在第三位置与第二曲轴相 连；；(C)第一和第二曲轴通过齿轮组合相连；所述第一和第二曲轴彼此平行；所述第一曲 轴包括自动的自由回转机构，该自由回转机构能够使第一曲轴对第二曲轴提供正驱动，但 第二曲轴不对第一曲轴提供正驱动，并且所述第二曲轴包括自动的自由回转机构，该自由 回转机构能够使第二曲轴对第一曲轴提供正驱动，但第一曲轴不对第二曲轴提供正驱动。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中该内燃机是二循环发动机。
9.根据权利要求7所述的内燃机，其中该内燃机是四循环发动机。
全文摘要
本发明涉及具有两对三活塞和汽缸的新颖的自增压内燃机。自增压内燃机包括(a)具有进气和排气阀的第一活塞和汽缸，该活塞与曲轴相连；(b)具有进气和排气阀的第二活塞和汽缸，该活塞与曲轴相连；(c)尺寸是第一和第二活塞和汽缸尺寸至少两倍的第三活塞和汽缸，第三活塞具有能够使空气和燃料被抽入汽缸中的阀，第三汽缸连接于第一和第二活塞和汽缸的进气阀，第三活塞连接于和第一和第二活塞相同的曲轴，并且相应的第二组三活塞和汽缸，三活塞连接于第二曲轴，每个曲轴通过啮合齿轮互连。自由回转机构能够包含第一和/或第二曲轴。
文档编号F02B75/20GK101963100SQ201010232679
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者贾尔·J·Y·帕克 申请人:贾尔·J·Y·帕克