[发明专利]低压缩比内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及转动机械，更具体地涉及由活塞的直线运动产生转动输出的内燃机。

背景技术

本发明是由本申请人作出的与国际专利申请PCT/AU89/00275，PCT/AU91/00244，PCT/AU94/00529和PCT/AU94/00569的内容相关的改进，所述国际专利申请引用于此作为相关技术，并将这些申请中的技术方案称作混合循环(split-cycle)方式。通过采用凸轮轴作为将活塞的直线运动转化为转动输出运动的装置，仅藉由改变凸轮的形状，就能得到一个宽范围变化的活塞运动。由此产生的一个特别的优点就是通过适当地设计轴上的凸轮的形线，活塞被这样控制，即可以改变活塞在上死点和下死点之间的任何位置以及在活塞的运动极限处的停留时间。

活塞在其上死点处停留时间的延长，有利于加入的燃料的充分燃烧，而活塞没有位置变化，使能量能够最大限度地传递给活塞，从而得到从燃烧能转化为发动机输出功率和扭矩的最佳的转化效果。

在以往公开的这种形式的转动机械，希望采用50mm直径的活塞，其具有6mm的冲程。典型地，燃烧室即在汽缸中处于上死点的活塞的上部和发动机或有关机械的缸盖的容积被定为高度2mm，内径50mm。

对于50mm直径的活塞和6mm冲程而言，对于各个活塞的运动循环，气缸排量的约为11.8cc，而活塞在上死点时的缸盖容积约为4000立方毫米。汽缸的有效立方容积是例如10.3cc，这是当活塞向上死点(TDC)运动，汽缸侧壁上的排气门口关闭之后，汽缸的工作容积。发明内容

传统的内燃机技术倾向于将发动机的大尺寸与高压缩比结合以提高发动机的输出，而在本发明中，通过减小压缩比，同时配合以适当地设计的在上死点处的停留时间，发动机的输出得以提高。该停留时间可以通过改变混合循环发动机的凸轮轴上的凸轮的形状而很容易地改变。

在一个例子中，压缩比被从4∶1变为1.75∶1，发动机性能得到了显著的提高。

在一个实施例中，活塞的直径为50mm，冲程为6mm，燃烧室高为2mm，对其进行改变，使其在上死点燃烧壁的高度为8mm，就可将压缩比从4∶1改变为1.75∶1，并与在传统的曲轴发动机中曲轴转动为72°的上死点的停留时间相配合。在这一实施例中，发动机的性能得到了显著的提高。

对所述实施例的分析表明，对比于4000立方毫米、压缩比为4∶1的发动机来说，在低压缩比的发动机中，充入的燃料和空气的充入体积在上死时约为16,000立方毫米，压缩比为1.75∶1；同时在上死点的气缸压力从4∶1发动机的80磅每平方英寸减小到40磅每平方英寸。1.75∶1压缩比的发动机的充入体积与4∶1发动机的充入体积之比为7∶4，这一体积比为当活塞处于下死点时缸体和缸盖的总容积之比。

通过分析这些情况下的不同的功能操作表明，低压缩比的内燃机与高压缩比的内燃机相比每次点火都提供了更多的燃料能量，假定多出的燃料的能量有效地转化为向活塞提供的力的作用，则较之较高压缩比的发动机而言在发动机输出轴上能得到较大的扭矩。

本发明通过综合控制在充入燃料的燃烧过程中活塞的停留时间以及较大幅度地相对于传统的曲轴活塞发动机降低压缩比，导致了发动机扭矩的前所未有的提高。

在根据前述国际专利申请的一个或多个中公开的发明构成的内燃机的情况下，本发明所希望的压缩比为1∶1至4∶1。

本发明的第一个方面的低压缩比的发动机能够提高自身的功率输出，但是由低的压力引起缺乏上死点效应和缺乏扰动就要求延长各充入燃料燃烧所需的各活塞在上死点处的停留时间。

为了更有效地控制燃烧并使各充入的燃料基本上完全燃烧，最好在邻近汽缸处设置高强度的燃烧室，以容纳全部或部分将被点火的充入燃料/空气，以驱动活塞。

本发明的另一方面提出了一种上述种类的低压缩比发动机，包括一个具有燃烧容积的高强度燃烧室，该燃烧室与发动机的各汽缸相邻，其中可燃的燃料/空气混合料在燃烧容积中被点火，使得当填料在燃烧容积中燃烧时，膨胀进入汽缸，向汽缸中的活塞施力。

高强度燃烧室的燃烧容积中的燃料如所希望的那样在低压条件下慢慢地开始燃烧，并在活塞停留在上死点时剧裂燃烧。当活塞从死点移开时，燃烧气体通过喷射管扩散入汽缸，使气体的速度和扰动增大。火焰前端的速度增加从而基本上达到完全燃烧。

在这一方面的实施例中，层状填料可以被加入到装有活塞的汽缸中。这种填料可包括诸如低等级的燃料和空气的混合物、雾化水或过量的空气或其他添加剂，这一点是本领域技术人员可以理解到的。