专利名称：具有可变燃烧室和增加膨胀循环的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明是关于具有在节流速率变化时使燃气点火压力成为最佳状态的可变化容积燃烧室的，并且有一个延长膨胀冲程来增加效率的内燃机。
众所周知，增加内燃机的压缩比能增加它的热效率。假设作为理想循环使用，一台标准的吸气式发动机，以大气压力充满气缸。在这种情况下，几何容积比(气缸容积加燃烧室容积与燃烧室容积比)被设计成，所给的预燃压力正好低于汽油内燃机中在正常运行的较高温度范围内所推荐燃料的自动点火点的压力。然而，对于这种低于满负荷运行的发动机而言，充满气缸的混合气的压力低于大气压力。因此，当几何容积比保持不变时，压缩比降低了，结果燃烧室中的混合气的压力低于全节流所得到的压力。一种恢复完全预燃压力的途径(得到需要的压力比)是变化燃烧室的容积。达到这种目的方法有许多种，但是实施时大多数设计复杂而不耐用。一些现有技术概括如下波汉森(Pehrsson)在美国专利No.741824中叙述了一种四冲程内燃机，该机具有一个操纵排气阀的凸轮和一个操纵进气阀的真空装置，还具有一个主气缸直径辅助活塞，用于手动改变燃烧室的容积以获得混合气的预燃压力。辅助活塞的位置确定了进气阀移动限变。
斯麦得特(Schmidt)在美国专利No.1167023中揭示了一种普通四冲程发动机，在主气缸上面有一个辅助气缸和活塞，用来改变燃烧室的容积。辅助活塞的位置由一个弹簧来控制，由液态压力来吸收燃烧的负载。因此，辅助活塞的位置取决于负载。因为从辅助活塞上面(或它顶部一半)进油或排油的速度，是受到通过油孔油的进、出速率限制的。排出孔有一个阀，它有一个预定压力(可变的)放泄系统。如果燃烧压力超过这个压力，油就被迫排出压力腔并且辅助活塞朝着它最外位置移动，增加了燃烧室的容积。当负载下降时，燃烧压力小于这个值，油不再从出油口排出，但仍然通过进气截止阀进入，结果使活塞朝着主气缸移动并增加预燃压力。
威尔林(Wilson)在美国专利No.1639447中揭示了一种普通四冲程发动机，它有一个辅助气缸和配置在工作活塞上面的复合冠部活塞。辅助活塞的位置是由进气管道中的压力，通过第二辅助活塞，由液压操纵来控制的。当发动机运转时，由一个弹簧移动辅助活塞到它的最外的位置。
温格尔(Wagner)在美国专利No.2142466中，描述了一种普通四冲程压缩点火的发动机，它有一个节流进气系统和一个可变容积的燃烧室。辅助活塞的往复运动由凸轮轴驱动，它与凸轮轴变化的角度同步。
利伍姆(Lysholm)在美国专利No.2344993中揭示了一种普通四冲程火花点火或压缩点火的发动机，它有一个在进气冲程期间关闭的进气阀，实行阿特肯林(Atkinson)循环。在阀关闭期间，由于活塞速度很高，对于高速发动机，发动机容积效率减少。如果进气阀在压缩冲程关闭，在高发动机转速时，则容积效率将增加。在低速时，容积效率减少。在进气冲程较迟地关闭进气阀并在压缩冲程将它打开很短的时间，该专利要求产生一个接近恒定的容积效率，或者对于发动机速度所要求的几乎任何容积效率曲线都适合。对于压缩点火的发动机，在压缩冲程上打开的阀只能是排气阀，因为燃烧到目前为止没有喷射。该专利表明，这最适合于增压式发动机，这样实际上将效率提高到非强迫进气式发动机效率或稍微超过它的程度。
罗森(Rosoen)在美国专利No.2467568中揭示了一种普通四冲程发动机，它有一个可变化容积的燃烧室，它是由液压控制的。辅助活塞是用油充满的。
汉弗尔斯(Humphreys)在美国专利No.2769433中揭示了一种普通两冲程或四冲程发动机，它有辅助气缸和配置在工作活塞上面的辅助活塞。辅助活塞是由发动机的润滑系统供应的液体支持的。如果在燃烧期间，所达到的最大压力超过预定值，油从室内辅助活塞的背面漏出，它是由排泄机构完成的。
西斯林(Heisling)在美国专利No.2883974中揭示了一种普通四冲程发动机，它有一辅助气缸和一个配置在工作活塞上面的辅助活塞，它的目的是提供一个变化容积的燃烧室。辅助活塞的位置是由液压来控制，并且也由液压来驱动。第二实施例利用了一个运动的气缸套。该发明的重点在理想运行的控制装置上。
纳克马拉(Nakamura)在美国专利No.3964452中揭示了配置在主气缸和活塞上面的，并与它们相联系的一个辅助气缸和活塞。支持着一个活塞的弹簧可以在辅助气缸内滑动，在燃烧期间达到预定高压之后，弹簧这样动作。主要目的是在燃烧期间限制压力和温度，从而增加热效率同时限制NoX的产生。低负荷导致一氧化碳(CO)和碳化氢(HC)的放射物减小，但是它们也产生不着火和燃烧波动的情况。
理拉(Luria)在美国专利No.4033304中提出了一种内燃机，它达到了恒定的预燃压力，具有一个可移动的辅助活塞和气缸，其中所述活塞是由液压装置来控制的。该发明执行阿特肯森(Atkinson)循环，与可变的进气阀同步。该进气阀通过下死点时保持打开状态，排出的多余混合气体返回到进气管道。辅助活塞被弹簧支持。所以在排气冲程期间，辅助气缸容积最小，因此帮助扫气。
阿都克斯(Audoux)在美国专利No.4187808中揭示了一种普通四冲程发动机。有一个辅助活塞和配置在主活塞上的气缸。焦点是用液态阀调节流量，用来减少辅助活塞机械驱动上的一些负载。随着在主气缸内降压，辅助活塞被设计成向内朝着主气缸移动，以减少燃烧室的容积，并帮助扫出燃烧过的气体。
纳卡哈阿(Nakahara)在美国专利No.4516537中揭示了一种普通四冲程发动机，它有一个辅助气缸和一个配置在主活塞上部气缸盖上的辅助活塞和气缸。该辅助活塞由液压移动。该发明的主要推力构成了一个控制辅助活塞位置的可行装置，在油压系统上没有过多压力来自冲程击燃烧，而且载荷分布也均匀。
帕拉克(Palko)在美国专利No.4798184中揭示了一种两冲程或四冲程柴油(diesel)发动机，它的进气阀在压缩冲程中关闭，结果实现了一个比压缩更长的膨胀时间。该阀的驱动装置没作任何详细的描述。该专利表明，在运行期间，阀门驱动装置可以被固定，也可以变动。延长的膨胀使燃烧发生在上死点位置或之后，以减少发动机负载和冷却系统的热损失。膨胀增加的常见优点是，利用膨胀气体产生更多的功和较低的排气温度。对于变化燃烧室容积，现有技术的处理可分为四种主要方式，每一种都有优点和缺点(1)相对于与气缸盖中心相平行的连接线来移动曲轴中心线，这种优点是可利用普通的燃烧室形状和容积。缺点是系统复杂，要精确地控制曲轴和曲轴箱的相对运动和其它部分。这种装置对泄漏油的密封也较困难。这种设计给V型发动机组带来困难。不适用旋转和轨道式发动机。
(2)分离开连杆，它的长度可以变化，这种想法在两种主要形式一种是液力控制长度，仅用可变节流装置来调节。另一种形式是在连杆两部分之间提供一个弹簧。这两种方法都增加了发动机的往复运动质量，使部件平衡显得困难。这种弹性连杆加重了平衡问题，导致了发动机相当大的变化。这种设计的优点与(1)相同，但不能用于旋转式或轨道式发动机。
(3)分离开活塞，类似于分离开连杆，这样从曲轴中心到活塞顶部的距离可以变化。也具有象分离开连杆一样的问题和优点。
(4)提供一种变化燃烧室形状的装置，连杆、活塞、曲轴与普通发动机中的一样。这种变化容积的装置包括一个辅助气缸和活塞或者一个弹性隔膜。隔膜的缺点是弹性材料易产生工作硬化导致故障发生，防碍发动机正常工作。辅助气缸和活塞有几种形式，包括直接的机械驱动(不论感应正确位置的装置如何)，起到吸收燃烧压力的作用的液力驱动，和带有液力冲击吸收作用的机械/电控驱动。上述三种形式，最后一种提供了最准确的定位装置，并能实现在燃烧期间对受力的机构的适当保护(除第三种以外)。
本发明是通过变化燃烧室容积并允许燃烧产物较大膨胀来增加发动机效率的一种系统。在许多重要的运行参数时，本发明的特性包括
(1)燃烧作用在辅助活塞表面，对驱动装置并不产生损坏或引起轻微的磨损。
(2)在点火断路发动机不转动或发生控制机械故障时，辅助活塞能退回，以给出燃烧室的最大容积。
(3)辅助活塞的退回能在同一时间周期内完成，该发动机操作者可以使负荷从空载到满负荷变化。
(4)用于确定辅助活塞位置的输入信号，从控制燃油喷射的传感器很快能得到。
(5)在液态驱动情况下，液体供给有一制止阀，以防止燃烧室的高压影响流体系统的其他部分(它是发动机油或一种独立的供应)。
(6)当活塞退回到它的最上面位置时，有一个油缓冲器限制在辅助活塞和气缸之间，防止活塞和气缸碰撞。
(7)辅助活塞背面是被冷却的，它通过位于活塞和气缸之间的室中的润滑油连续循环来完成的。
(8)在恒定载荷下，油通过一长孔排出，以这种方式在辅助活塞和定位杆之间固定接触之前，燃烧压力下降。
(9)这样一个长孔配置在辅助气缸的最高点，所以任何旁路气体都可以排出。
(10)在辅助气缸面对工作气缸的一端，有一个制动器，用来防止辅助活塞由于事故而进入气缸。
本设计简单，包括最少的运动部件。一个辅助活塞通过气缸盖在燃烧室内、外随着负载变化和内燃机的工作条件而运动。在辅助活塞背面有一充满液体的空腔。更可取的是虽然不是必需的，用来缓冲燃烧压力的液态流体是发动机油，由润滑泵供给。几乎所有车辆上用的都是在压力下润滑的平面轴承。该流体实现三个目的保护驱动装置(如果它本身不是流体)防止燃烧力的作用，对辅助活塞起冷却作用，提供对辅助活塞的润滑。退回辅助活塞的目的是，当发动机断路时，要求以最小的压力起动发动机。油连续地供给到室内，同样也有油连续地漏出。一个螺钉装置，用来定位一个带有一个短柄以限制由燃烧所传给的力的辅助活塞。有一个弹簧配置在驱动螺栓端部和活塞之间。这个弹簧有一个恰好限制移动的范围，以致由燃烧产生的力会试图对通过放气孔的油的容积加压。对于在很短时间内由空载变化到满负荷的这种情况，有一个安全阀，它由同一电机驱动，它控制着活塞的上下运动，它能打开一个在辅助气缸内的大排泄孔，所以驱动电机不需象移动活塞那样消耗泵油的能量。
另外，进气阀的同步被改变了，以便在进气冲程活塞完成它向下移动之前关闭该阀。因此在作功冲程内，燃烧的气体能够更完全地膨胀，所以可回收大量的功。
图1是内燃机中普通的火花点火的燃气循环的一种压力-容积曲线图。
图2a表示本发明效果的压力容积曲线图。
图2b表示本发明完全节流时效果的压力容积曲线图。
图2c表示本发明半节流时效果的压力容积曲线图。
图2b表示本发明空转时效果的压力容积曲线图。
图3表示本发明所构成的发动机气缸的横截面图。
图4表示一个现有发动机凸轮剖面和一个本发明所构成的发动机的凸轮剖面图。
图5表示本发明另一种形式的气缸横截面图。
图6表示一个普通发动机气缸盖中的和本发明的气缸盖中的进、排气阀和火花塞的布置图。
图7表示本发明的一台两冲程发动机。
图1表示一个普通发动机的一个理想燃气循环的压力容积曲线图。它是四冲程，火花点火的发动机。压缩比是9∶1，是一种典型的当今常用的吸气式汽车发动机。三条曲线分别表示满载、半载和空载运行的情况。横座标表示不变的燃烧室的各种容积，纵座标表示大气压力。图1中，点1是用于满载运行时压缩冲程的开始点(实线)，可燃混合气是一个大气压，容积是燃烧室的9倍。在理想循环中，等熵压缩从1点到2点，在2点压力近似17.4大气压，容积是1点的1/9。燃烧绝热地发生并且容积恒定，压力到3点升至约70大气压。然后从3点到4点等熵膨胀。在该点排放过程开始，(气缸压力约4个大气压)，压力降至1个大气压(在实际发动机中，排气和进气过程接近1个大气压，图1中没表示出)。
点1-2-3-4-1所封闭的面积，表示理想燃料燃烧所释放出的能量。在实际发动机中，有用功的量比这一量少，这是由于摩擦，热损失，时间损失、排放气和不完全燃烧造成的，这些损失的数量在这里不讨论。
较稠密的点线表示理想半载循环，燃烧混合气的初始压力近似0.7个大气压，它的温度比满载情况稍低一点，等熵压缩使压力和温度升到比满载循环低的一个值。(在压缩过程的终端，压力近似12个大气压)。燃烧过程导致了比满载循环所达到的压力和温度值都低。最大压力值近似45个大气压。然后等熵膨胀，压力减小到2.6个大气压，排气在约1个大气压下进行，进气过程在0.7个大气压下进行。由这条曲线封闭的面积大约是满载所封闭面积的65%。
密度较小的点线表示理想空载循环，这个循环中预燃压力是5.8个大气压，燃烧后的压力是22个大气压，膨胀后是1.3个大气压，进气过程产生约0.3大气压，该封闭曲线面积近似满载时的30%。另外，这些发动机的燃料的化学能转换成发动机中的有用功的效率，在空载情况下是零。因此这个空载曲线的面积可以看成是实际发动机中损失的粗略计算(假如从满载和半载曲线扣除空载曲线的面积，那么由半载曲线所包围的面积将是满载曲线包围面积的50%)。
有两种增加标准循环热效率的方法，第一种是保证预燃烧压力除了点火以外，在火花点火之前总是处于最高压力。这是在标准燃烧室内满载时，所要达到的对于给定容积压缩比所要求的压力。(这意味着在满载时效率没增加)。第二种方法是允许燃烧的气体，比在标准循环中更充分地膨胀。这就是众所周知的阿特克森(Atkinson)循环。
图2a是这两种定则结合的压力容积图的效果。如图1所示，表示出三种载荷情况。在少于满载时，对于给定的发动机状态，燃烧室容积减少导致了预燃混合气达到它要求的压力。容积的减少是很明显的，因为半载和空载曲线位移到满载曲线的左边。
在所有载荷情况下，膨胀冲程延长到超出标准冲程的容积。在图2a、2b、2c、2d中膨胀冲程两倍于标准循环。(对于膨胀与压缩的比可以从1∶1(标准循环)到3∶1变化。应用标准压缩比的定义(总体积比燃烧室的体积)这里的比值是17∶1。图2a中表示膨胀从3点到4点到5点为满载运行。进气冲程随着进气阀被打开而产生(没有示出)，仅为冲程长度的一半。这样，在一半冲程时，关闭进气阀，燃烧的混合气等熵地膨胀到冲程终点，该点在图2a中用b表示。在这个等熵膨胀中所消耗的功在压缩冲程中被回收，在这时间之前，活塞到达同样的位置，因为在进气冲程阀关闭，如图1所示。然后压缩开始，象平常一样到达2点。
图2b包括一块阴影面积，表示膨胀的燃烧气体完全节流到标准循环的容积两倍的效果。该面积由1-4-5-7-1点包围。(不包括1-7-6-1面积，因为它表示在进气阀关闭后，等熵膨胀混合气所需要的膨胀功，并在压缩期间得到回收，泵功没有变化)。面积增加超过标准循环15%。在延长的膨胀的终点，气缸压力是1.8大气压。除去近似损失的空载面积，引起增加的面积正好超过标准面积的20%。
图2c阴影表示作为半载时所达到的增加面积。在膨胀冲程的终点，气缸的压力是1.2大气压。此处燃烧室容积减少，并且由于预燃压力增加，作用近似为标准循环面积的27%。扩大的膨胀增加了11%，给出联合增加近38%，除去空载面积，结果超过标准循环增加了69%。
图2d阴影表示现有发动机的空载状态增加的面积，来自变化容积的燃烧室的作用正好超过80%，同时延长的膨胀冲程减少了8%的效益。(在此表示，膨胀压缩比为2∶1对于一般用户也可能太高)。在膨胀冲程的终点，气缸压力降到0.6大气压，于是在整个膨胀冲程中必须供给抽吸功。通过除去标准循环的空载面积，比较面积的增加是无意义的。好处是需要较少的燃料来保持发动机的空载运行。
选择膨胀压缩比，取决于发动机的用法。较大的比值(接近于3)在高负荷时能改进效率，在低负荷时减小效率。较低的比值(近于1)在轻载荷时将增加效率，但是在高负荷时帮助不大。由于燃料的消耗量随载荷而增加，大的比值将是更可取的。
在整个发动机的运行范围内，变化预燃压力要求燃烧室的体积也动态地变化。图3是表示这种情况的一个实施例。一个装有活塞环的辅助活塞8在辅助气缸9内滑动，它配置在发动机缸盖内。活塞8的位置由可调节杆10直接控制，这里是用螺纹杆表示。根据发动机的载荷和温度及进入气缸可燃混合气的数量，所需的燃烧室容积由控制的电子设备来计算(如燃油喷射控制系统)，按需要调节杆10的升或降。
必须使作用在辅助活塞8上的燃烧压力不传递到可调节杆10上，因为这将损坏螺杆和/或所配置的机械装置。因此，在辅助活塞8和辅助气缸9之间的空腔11中被不可压缩的液态流体充满。(发动机油是最好的流体，因为它用起来最省事，不需要单独的流体系统)。液态流体必须冷却辅助活塞8的背部，有一个液态流体供应管道12引入流体到腔11，一个长孔13提供了一个从内腔11到小油箱14的出口通道。长孔的几何尺寸是它允许通过在指定压力下的液态流体，在所有时间内都有一最低限度的循环速率，所述的这个压力大于工作气缸内的压力，对着孔13的环形入口15配置在内腔11的最高点，可以排出任何泄漏的气体。在供应管道12上的单向制止阀16防止供应中的燃烧压力产生反向压力。一个弹簧17通过可调节杆10与活塞8相接，允许它在两者间有微量的移动。调节杆10的底座上有一可旋转的轴承18，可使调节杆相对弹簧17转动。弹簧的刚性为供应的液态流体难以推动它，但当燃烧压力作用在活塞8上时，腔11中流体与该压力平衡之前，弹簧17可减少由该压力所造成的对调节杆的震动。长孔13是这样设计的，即流体压力的迅速增加不会引起排气系数的改变。流速的增加是低压循环和最高压力之间的最大压力比的平方根。这个系数近似于3。
在辅助活塞8使弹簧17移动一小部分位移之前，内腔11中的液态流体压力上升与燃烧压力相匹配，以减轻可调节杆10上的弹簧的负载。工作气缸中的压力将减弱到流体不再进一步通过孔13被排出那一点为止。那时液态流体供应代替了排出的油，少量的油将从长孔13上部的油箱14返回。逐渐变细的孔13加上小油箱中液态流体的容积，能足以防止流体喷出。
如果活塞8超过了其上面的移动的限度而收回，活塞上的平台19将克服弹簧21推动塞头20。所述塞头在其上滑动的导柱22保证进入向着长孔13的环形孔入口15的塞头密封配合。塞头20阻塞长孔13的入口并提供了一液态流体收集冲器，用于对付作用在它上面的任何燃烧压力。一个空心的带孔的导杆23保证活塞8围绕辅助气缸9的轴线准确定位。在辅助气缸9的壁上，有一加工平台24，防止辅助活塞8直接与辅助气缸9的顶部或它的部件相接触。
在发动机载荷突然增加的情况下，提供了一个清除阀25。当控制系统测定活塞必须以比通过长孔13放泄液态流体返回还要快的速度返时，或者一个爆击信号器检侧出预点火时，所述清除阀25由控制系统起动，以允许流体从出口通道无阻碍地排出。(驱动装置没表示，任何合适的活塞都适用)。
用任一种旋转装置旋转螺杆10来调整驱动，杆上端有一个轴向加工的花键轴26。在花键轴上有一个可滑动的轴环27。该环27有一内花键与杆26上的花键相匹配，一外齿轮由一装置驱动(没表示)。滑动环配置了一个柄脚28，当花键环27旋转时，调节杆10可上、下自由移动。一对锁紧螺母29用于对辅助活塞8的最内部位置作细微调整。装在花键环27上是一螺旋弹簧30。当辅助活塞从最高位置下降时，弹簧的作用是给杆10提供一扭矩。
一个开口环31被配置在辅助气缸9下面口上的加工的槽内。其目的是万一发生事故时，防止辅助活塞落入到工作气缸。
具有阿特肯森(Atkinson)循环的延长膨胀发动机的运行采用一种凸轮来实现，它在进气冲程封闭进气阀的部分通道，如图4所示。(这种过早地关闭进气阀会引起发动机容积效率降低，但是由于燃烧室容积可以变化，因此对热效率影响极小)。打开进气阀可采用普通发动机的一些形式。排气阀运行应象普通发动机一样必须同步。
发动机操作如下。在起动时，辅助活塞在辅助气缸的最上面位置。当发动机燃烧并且液态流体的压力增加到工作压力时，辅助活塞8被推到一较低位置，根据发动机负载、温度和气体特性，减少燃烧室的容积。当发动机负载增加时，调节杆10被旋转，带动辅助活塞反向向上到一需要位置。如果发动机负载很快增加，孔13使流体排出，清除阀25被打开直到辅助活塞8停止它向上的运动为止。
在每一个四冲程循环中，在腔11中的液态流体的压力从接近流体的供给压力到小于燃烧室内的最高燃烧压力之间变化。当燃烧室压力突然上升时，辅助活塞被向上推动并推着弹簧17，它将使液态流体通过长孔13的流速增加。在通过长孔13流速增加的同时，产生了室11中压力，来自辅助活塞8的附加力的大部分被弹簧17缓冲了。在曲轴转动45°范围内(取决于膨胀与压缩之比)，满负载时燃烧压力将下降到接近内室11的压力水平，然后两者同时下降，通过孔13排出的流体将减小。当压力进一步下降，弹簧17将推动辅助活塞8反向到它原来的位置，从而流体又从液态供应管道12和水油箱14返回内腔11。在压缩冲程期间，调节杆10的同样保护也是需要的。
图4表示一种四冲程发动机的凸轮轴轮廓，在活塞到达下死点之前，凸轮关闭进气阀。凸轮轴设置方式是普通的，但其轮廓如图所示被改变了。
图5表示一种四冲程配有变化容积燃烧室发动机的横截面图。工作活塞32在气缸33中，进、排气阀34、35如图所示。
图6说明普通发动机的进气阀面积如何与辅助活塞和气缸相适应。在发动机中还包括有变化容积的燃烧室和Atkinson循环。在此图中，左边燃烧室的图表示(图解)现代四阀发动机的缸盖，它的气缸口径86mm(假设4缸，2升发动机)，冲程为86mm，为矩形设计。燃烧室包括两个35mm的进气阀和两个30mm排气阀。点火器在中心。右边燃烧室口径为110mm，冲程为105mm(4升、4缸发动机)，阀尺寸与左边燃烧室一样，有一个55mm直径的辅助活塞(辅助活塞冲程近15mm，用普通9∶1的容积压缩比)。对于标准膨胀压缩比1∶1来说，在现有的空间内安排阀和辅助活塞的面积有一定困难，尽管超矩形设计能够满足它。
虽然这里所示的为一个四冲程、往复活塞式、火花塞点火的发动机，但本发明也同样地适用于四冲程旋转式和轨道式发动机。
变化容积的燃烧室应用于两冲程发动机，也可以以上述相同的方式来达到。由于两冲程发动机中气体转换特性很急，因此实现Atkison循环比较困难。
图7是图解地表示本发明如何用于曲轴箱，旋转阀进气发动机。工作活塞36在气缸37内滑动。在活塞36上升期间，燃烧的混合气在它上面压缩。在活塞下面，空气通过曲轴箱38的孔和旋转阀39被吸入，进入曲轴箱40。所需的扫气比可通过合理的膨胀压缩比和进气孔38、39的延续时间及面积来确定。可使进气孔在活塞达到上死点之前被盖住，产生进入气体等熵膨胀。(如对于四冲程的进气冲程，活塞36下降时，这个泵气功便恢复)。同时，活塞36上面靠近上死点产生燃烧，活塞36在作功冲程中开始下降，一方面压缩吸入的气体进入曲轴腔40。(辅助活塞的位置，改变着燃烧室的容积，由载荷和发动机参数来确定)。
当活塞36接近下死点时，第一个排气孔42被打开，允许燃烧气体膨胀到排气系统的压力，此后很快变化、转移孔41被打开，允许活塞36下方的压缩空气排出大部分留下的燃烧气体。活塞又开始上升，同时盖住输送装置和排气孔。在这一阶段，一个辅助旋转抽气阀43在缸壁上被打开，它连接进气歧管到曲轴箱。该阀43的目的是使被引入气缸37内的部分空气排出。用各种提前关闭器冲程发动机进气阀的相同的方法，来限制进入气缸的燃气量。该阀43的位置由要求的膨胀压缩比来确定。(辅助阀43由于输出通道的偏置，在作功冲程并不打开。它允许活塞36超过标准长度膨胀，来达到延长膨胀)。一旦活塞36密封住辅助抽气孔，燃油被直接喷射，并且压缩和燃烧过程发生。然后循环重复。
两冲程发动机有许多不同形式。达到本发明权利要求的上述优点的特性是，以上详述的变化燃烧室的容积，和一个在压缩冲程之前将进入的空气反向排到进气歧管的装置。该装置可以是发动机缸盖中的一个阀，它与进气歧管相连。
权利要求
1.一种在一内燃机中变化燃烧室容积的装置，包括一个机壳，它具有与燃烧室相联系的一个腔，一个可滑动的活塞，并可调地延伸到该机壳腔内，用于缓冲来自燃烧室的压力缓冲装置。
2.按照权利要求1所述装置，其特征在于所述缓冲装置包括液态流体。
3.按照权利要求2所述装置，其特征在于所述缓冲装置包括由活塞基本封闭的液态腔，和位于来自燃烧室的活塞对面的机壳。
4.按照权利要求3所述装置，其特征在于缓冲装置进一步包括一个液态流体管道，从液态腔到液态腔外部，允许控制在它们之间的液体流动。
5.按照权利要求4所述装置，其特征在于液态流体通道大小是，液态流体通过该通道时呈端流状态流动。
6.按照权利要求4所述装置，其特征在于根据由燃烧室燃烧所引起的活塞压力的增加，液态流体通过液态流体通道，从液态腔内流到液态腔外。
7.按照权利要求6所述装置，其特征在于液体通道的大小是，液态腔中液态流体的压力在燃烧气体燃烧和膨胀期间，比液态腔外的液态流体压力大。
8.按照权利要求7所述装置，其特征在于缓冲装置还包括一个从液态腔外侧到液态腔内侧的液态流体进口，该进口有一可操作的阀来打开和关闭它，该进口尺寸大小基本上比液态流体通道大，以便允许一个比通过液态流体通道大的流动速率。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于该缓冲装置还包括一个从液态腔外侧到液态腔内侧的液态流体进口，液态流体进口尺寸大小是，基本上比液态流体通道大，以便允许通过比液态流体通道的流动速率大的流动速率。
10.按照权利要求9所述装置，其特征是液态流体进口有一单向阀，为了使液态流体仅能通过该进口进入液态腔。
11.按照权利要求4所述装置，其特征在于还包括通过机壳腔能够调节滑动活塞的装置，以便调节燃烧室的容积。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于所述的调节装置包括一个穿过机壳的螺钉，螺钉的纵向轴线平行于活塞的滑动轴线，螺钉驱动装置和连接螺钉到活塞的装置。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于螺钉驱动装置包括一个在螺钉上的齿轮。
14.按照权利要求12所述装置，其特征在于连接装置包括一个螺钉和活塞之间的一个弹簧，用来吸收作用在活塞上的一部分燃烧压力。
15.按照权利要求4所述的装置，其特征在于还包括用于限制活塞在气缸内滑动的限制装置。
16.按照权利要求15所述的装置，其特征在于所述限制装置包括一个在液态腔内活塞侧边的挡板，当活塞滑动进入液态腔内一个预定距离时，它能与液态流体通道配合并关闭它。
17.按照权利要求16所述装置，其特征在于液态流体通道位于对着活塞的气缸壁上，挡板包括一塞头，它与通道配合，它配置在通道外边，并由弹簧推向活塞。
18.按照权利要求15的所述装置，其特征在于所述限制装置包括一个在气缸内的平台，液态腔活塞侧的机壳径向伸出，沿活塞轴线移动一个第一距离和一个第二距离，第一距离比第二距离大，第一距离和第二距离之间有一平台，用来使超过该平台向对着活塞的流体腔壁移动的活塞停止。
19.按照权利要求15所述的装置，其特征在于所述的限制装置包括用来限制离开液态腔并进入到燃烧室的活塞滑动装置。
20.按照权利要求19所述的装置，其特征在于所述的用来限制活塞离开液态腔并进入燃烧室的滑动装置，包括一个在活塞燃烧室侧机壳上的制动器，该活塞从机壳向活塞移动的通道内延伸。
21.按照权利要求20所述装置，其特征在于制动器是一个环。
22.按照权利要求4所述装置，进一步包括一个用来限制活塞相对于移动轴线偏斜的装置。
23.按照权利要求22所述装置，其特征在于用于限制活塞偏斜装置包括了一个钻空的空心杆，它的一端连接在液态腔活塞的侧边，另一端可滑动地装在活塞对面气缸壁上。
24.一台四冲程内燃机，包括一个气缸，一个装在气缸内往复工作活塞，用于控制气体流进流出气缸的阀门装置，用来操作阀门与往复活塞动作同步的装置，借以在气缸内在一定压缩容积下压缩的气体被点火，并且膨胀驱动活塞通过作功冲程，然后被排放到气缸外，并借以进气阀在活塞完成进气冲程之前被关闭，和通过进入气缸的插入件来改变燃烧容积的装置。
25.按照权利要求24所述的发动机，其特征在于容积变化装置是一个滑动地装在与燃烧容积连通的气缸内的容积变化活塞。
26.一台两冲程内燃机，包括一个气缸，用于控制气流进入和排出气缸的阀门装置，用来与活塞的往复同步的阀门操作装置，借以在气缸内在燃烧容积中压缩的气体被点火，并膨胀驱动活塞通过作功冲程，然后排到气缸的外面，因此一些进入的燃气在燃烧之前被排出，和利用插入在气缸中的插入件来改变容积的装置。
27.按照权利要求26所述的发动机，其特征在于该阀包括一放气阀，使一些气体在燃烧之前从气缸排出。
28.按照权利要求27所述的发动机，其特征在于该放气阀从气缸到压缩腔或进气歧管放出气体。
29.一种操作一种四冲程内燃机的方法，具有一个气缸，一个装在气缸内往复运动的活塞，一组控制气流进入和排出气缸的阀，用于操作阀与气缸内往复活塞同步的装置，借以气体被活塞压缩到一个燃烧容积并被点火并膨胀驱动活塞通过工作冲程，然后被排出气缸外，该方法包括活塞到达进气冲程底部之前关闭进气阀，根据发动机节流位置来调整燃烧容积，借以燃烧容积对于低节流而被减少。
30.按照权利要求29所述方法，其特征在于所述燃烧室容积调节的步骤包括调整进入燃烧室的插入件。
31.按照权利要求30的方法，其特征在于所述插入件是一个可滑动地装连接在气缸上的一个机壳内的容积调节活塞，该容积调节活塞和机壳被封闭在一个液态腔内，以缓冲由于在气缸内燃气燃烧施加在容积调节活塞的压力。
32.按照权利要求31所述的方法，进一步包括根据由于气缸中燃气燃烧而作用在容积活塞上的压力、可控制地允许液态流体从液态流体腔排出，并根据燃烧压力终止，可控制地返回所述排放液态流体。
33.按照权利要求32所述的方法，其特征在于所述液态流体排出和返回控制，包括利用一个从液态腔到液态腔外面的排放通道，使液态流体通过。
34.按照权利要求33所述的方法，其特征在于所述容积调节活塞的调节器是一个可旋转的螺钉，其一端连接在活塞上，另一端穿过机壳。
35.按照权利要求34所述的方法，其特征在于进一步包括利用在螺钉和活塞之间的一个弹簧，吸收一部分作用在容积调节活塞上的燃烧压力。
36.按照权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括急速从液态流体腔排出流体，以容纳急速退回的容积调节活塞进入液体腔，通过打开具有大小基本上大于液态流体排放通道的液态流体孔，以使液态流体在快于液态流体腔所排流的速度通过。
37.一种操作两冲程内燃机的方法，具有一个气缸，一个装在气缸中往复运动的活塞，一组控制气体流入和流出气缸的阀门，用来操作该阀与往复活塞同步的装置，借以气体通过活塞被压缩到一个燃烧容积，并点火和膨胀驱动活塞通过工作冲程，然后排出气缸外，该方法包括在燃烧之前排放部分进入的气体，根据发动机节流位置调节燃烧容积，因而对低节流减少燃烧容积。
38.按照权利要求37所述的方法，其特征在于进气的排出是通过一放气阀从气缸到进气歧管或到压缩腔。
全文摘要
一种内燃机及其操作方法，其中燃烧的容积取决于利用一部件在节流位置变化，该部件插入燃烧室内，其中进气阀在活塞完成它的进气冲程之前关闭，所以膨胀冲行被有效地延长。在两冲程内燃机中，一些进入的气体在燃烧之前被排放，以便达到有效延长膨胀冲程。
文档编号F02B3/06GK1076509SQ9211517
公开日1993年9月22日 申请日期1992年12月3日 优先权日1991年12月3日
发明者米切尔·B·瑞雷 申请人:米切尔·B·瑞雷