[发明专利]用于内燃机的燃烧气缸

说明书

本发明专利申请是申请日为2002年10月2日、发明名称为“使用对置活塞的内燃机”、国家申请号为02828207.8的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及往复内燃机，特别是涉及一种改进型的往复内燃机的燃烧气缸。

背景技术

众所周知，往复型的柴油机、汽油发动机和蒸气发动机通常利用活塞、连杆和曲轴将线性的活塞运动转换为旋转运动。这种转换过程显然会对活塞产生相当大的侧向载荷，这需要采用油润滑来控制活塞裙部和气缸的摩擦和磨损，而且所述转换过程会导致发动机相当笨重。为了防止油损坏并丧失润滑性能，气缸壁和活塞侧壁及活塞环的温度通常保持在低于350华氏温度以下。通常，这些发动机必须包含一废弃至少25％的总热能的冷却系统，所述热能被排入大气，而该热能若不废弃原本可提供轴马力。

正如下文将要更详细地描述的，本发明的发动机不同于现有技术，其通过吸收侧向载荷而使活塞浮动在带有空气垫的气缸中，否则所述载荷将在远离活塞的位置处加载在活塞上。本发明的发动机的独特之处在于使用由柔性材料制成的空气供给管，其使活塞环与活塞保持同心并将空气供给一体的活塞环凹部，以相对于气缸流体静力地压缩活塞环并连续地使活塞和活塞环浮动在压缩空气团上。本发明的发动机还使用一种连接到四连杆机构和凸轮上的独特支承组件，以传递动力并降低活塞上的侧向载荷。本发明的发动机还使用独特的跨接系统，用于储存基本压缩空气，所述空气被压缩，以用于吹洗燃烧物质的燃烧室并在燃烧前将预热的空气供给燃烧室。

本发明的一个发明人为美国专利5,551,383的发明人。该专利公开了依赖压缩空气的气浮系统的使用，所述压缩空气由主压缩气缸提供，所述气缸与动力气缸同心。5,551,383专利还使用一个四连杆系统，但是所公开的系统相当复杂，以在工作发动机中往复运动，而且没有本发明的独特四连杆系统的优点。5,551,383专利和本发明一样也不使用动力气缸，所述气缸控制热量以容许燃烧室和动力气缸中使用较高的温度。在本发明中公开并要求保护的其它改进在5,551,383专利中没有公开或给出启示，当单独考虑5,551,383专利或将其与其它相关技术结合考虑时，本发明相对5,551,383专利有资格取得专利。

1994年12月27日授予A.Lowi，Jr.的美国专利5,375,567公开了一种两冲程发动机，其不需要冷却并使用两个双调和凸轮来平衡各种负载和速度下的往复及旋转运动，从而避免所有侧向载荷。正如下面将要较详细描述的，本发明没有声称无润滑的工作能力，尽管本发明的发动机不需要润滑油作为活塞的润滑剂(如大多数活塞发动机)，其使用空气作为润滑剂。本发明还使用一种四连杆系统来降低侧向载荷。另外，本发明使用独特的密封件来密封并吸收轻微的侧向载荷，所述侧向载荷会出现在发动机的活塞处。

其它使用对置活塞和调和型凸轮、但不包含使侧向载荷最小化或消除它的连杆系统的专利为1937年4月6日授予E.B.Burns的US2,076,334，和1931年1月6日授予L.M.Woolson的US1,788,140。

另外在现有技术中还有若干使用气体而不是油润滑的专利。例如1984年6月26日授予Shapiro等人的US4,455,974，其使用发动机中产生的气体来流体静力地支承活塞环。类似地，1987年7月21日授予Kubo的US4,681,326使用发动机气体来支承活塞环。1978年9月5日授予Davison，Jr的US4,111,104，使用发动机气体来支承活塞环。1973年12月11日授予K.W.Lenger的US3,777,722公开了一种无环活塞，该活塞具有用于减小摩擦的气体。

发明内容

本发明提供了一种改进的内燃机的燃烧气缸。包括：一个由一具有预定长度的第一中空管限定的第一构件，所述第一中空管的尺寸和形状设置为适于容纳至少一个在其内往复运动的活塞，所述第一中空管限定一具有高的热膨胀系数和低的导热率的燃烧室，燃料和空气的混合物可以引入该燃烧室内被压缩与点燃；一个具有高的热膨胀系数和高的导热率且邻近所述第一构件的第二构件；一个具有低的热膨胀系数和低的导热率且邻近所述第一中空管的所述燃烧室而设置在所述第一中空管周围的第三构件，其中，所述第一、第二和第三构件相互作用以减少所述第一构件沿所述预定长度的锥状构形，即首先通过由所述第三构件容纳所述燃烧室内的热量并减少所述燃烧室的膨胀，然后通过由所述第二构件引导所述燃烧室中产生的热量而沿所述第一构件分配所述热量，以保持沿所述第一构件长度的温度基本均匀。