[发明专利]双活塞循环发动机

说明书

相关申请

本申请要求2005年3月11日提交的名称为“DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE(DPCE)”的美国临时专利申请第60/661,195号的优先权，在此以参见的 方式引入该专利申请的全文。

技术领域

本发明总的涉及内燃机，更具体地说，涉及一种比传统的内燃机更有效的双活 塞循环发动机(DPCE)。

背景技术

应该理解，内燃机现在十分普遍且已经使用了100多年。通常，内燃机包括一 个或多个汽缸。每个汽缸包括单个实施四个冲程的活塞，这四个冲程通称为进气、 压缩、燃烧/驱动和排气冲程，它们一起形成传统活塞的一个完整循环。

传统内燃机的主要问题是低的燃料效率。据估计，由传统发动机产生的潜在燃 料热能的一半消耗在发动机结构中而没有增加任何有用的机械功。这种热能浪费的 主要原因是传统发动机的必要冷却要求。冷却系统(例如，散热器)单独地就可比 实际转化成有用功的总热量更快速率和更多数量地消耗热量。传统内燃机的另一问 题是，尽管使用加热再生或再循环方法可提供较高的燃烧温度，但是它们无法增大 效率。

传统的发动机存在效率问题的另一原因是，在进气和压缩冲程中，汽缸中的高 温会使活塞难以工作，因此在这些冲程中效率更低。

与现有的内燃机相关的另一缺点是，它们无法进一步增高燃烧温度和压缩比； 尽管理论上在驱动冲程中升高腔室温度和增大压缩比可提高效率。

传统发动机的另一问题是它们的不完全化学燃烧过程，从而会引起有害的废气 排放。

尽管这些装置可适于它们所针对的特定目的，但是它们不如所提出的DPCE 有效，DPCE采用了有温差的双汽缸，这两个汽缸将传统的四个活塞冲程分成分别 由相应的双活塞中的每一个来实施的两个低温冲程(进气和压缩)和两个高温冲程 (驱动和排气)。

尽管他人已经预先公开了双活塞内燃机的结构，但是还没有人提供本发明的基 本效率和性能改进。例如，Casady的美国专利第1,372,216号公开了一种双活塞 内燃机，其中，汽缸和活塞相应地设置成对。点火汽缸的活塞在压缩汽缸的活塞之 前移动。Thurston等的美国专利第3,880,126号公开了一种两冲程循环的分裂式汽 缸内燃机。进气汽缸的活塞在动力汽缸的活塞之前移动稍稍小于半个冲程。进气汽 缸压缩填充物，且将填充物转移至动力汽缸，在动力汽缸中该填充物与来自先前循 环的燃烧产物的残余填充物混合，并且在点火之前被进一步压缩。Scuderi的美国 专利申请第2003/0015171A1号公开了一种四冲程循环内燃机。第一汽缸内的驱动 活塞连接至曲轴，且实施四冲程循环的驱动和排气冲程。第二汽缸内的压缩活塞也 连接至曲轴，且在曲轴的同一个转动过程中实施同一个四冲程循环的进气和压缩冲 程。第一汽缸的驱动活塞在第二汽缸的压缩活塞之前移动。Suh等的美国专利第 6,880,501号公开了一种内燃机，该内燃机具有一对汽缸，每个汽缸都包含连接至 曲轴的活塞。一个汽缸适于进气和压缩冲程。另一汽缸适于驱动和排气冲程。 Brackett的美国专利第5,546,897公开了一种多汽缸的往复式活塞内燃机，该内燃 机可实施两个、四个或柴油发动机动力循环。

然而，这些参考文献没有公开如何区分汽缸温度以有效地将点火(动力)汽缸 与压缩汽缸和周围环境隔离。这些参考文献也没有公开如何使汽缸和周围环境之间 的相互温度影响最小化。此外，这些参考文献没有公开比传统内燃机汽缸进一步升 高点火汽缸的温度和降低压缩汽缸的温度的发动机改进，以改进发动机效率和性 能。具体地说，降低压缩汽缸的温度允许减小压缩功的投入，而增高动力汽缸的温 度允许增大加热再生。此外，在这些参考文献中公开的各个汽缸都由在汽缸之间产 生“死区”容积的某种输送阀或中间通道来连接，从而使气体积聚在汽缸之间且进 一步降低发动机的效率。此外，上述的这些现有技术的参考文献没有说明一种能使 汽缸之间的死区最小化同时隔离诸汽缸以保持汽缸之间提高温差的相对的或“V” 形的汽缸和曲轴构造。

Clarke的美国专利第5,623,894号公开了一种双压缩和双膨胀的内燃机。包含 两个活塞的内壳在形成各个单独腔室的外壳内移动以用于压缩和膨胀。然而， Clarke的专利包括单个腔室，该腔室实施了所有的发动机冲程以防止隔离和/或提 高汽缸的温差，如在本发明中所述。