[发明专利]能量保存型循环发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种将通常以及特殊的活塞往复运动变换为回转动力的活塞往复循环。具体来说，涉及一种下述的能量保存型循环发动机：为提高先前本申请人所发明的“活塞往复式发动机循环的能量变换方法及其装置”(特愿平7-79292、和美国专利申请第08/608、148号)的能量变换效率，利用机械能守恒的第3法则，通过将热能的大部分保存在缩径主燃烧室中而使在上死点附近的能量的放出量(活塞行积容积)为很少；并进而通过在上死点后的曲柄角度30°以后再放出热能，而输出回转动力。

背景技术

在现有的循环上，如图1(a)所示，燃烧室形成于缸盖的内面和活塞的上面之间。

面有的循环其燃烧室为大直径，而在大直径的燃烧室中燃烧压力和燃烧温度会增大。在现有的循环中由于必需进行冷却，所以当燃烧室为大直径时，随着表面积的增加而会增大冷却损失。又，当使最大燃烧压力上升时，就有必要进行与燃烧压力相适应的增强措施，而这会增大每单位输出的重量。并且同样地，当使最大燃烧压力上升时，由于活塞环等的摩擦损失会增加，所以增大了每单位输出的摩擦损失。

在进行燃烧时，通常具有在死点后的40°乃至60°左右的燃烧期间。但是，当活塞从上死点开始后退时，由于燃烧室是与缸体相连通着的，所以随着活塞的后退燃烧室的容积就会急剧地增大。其结果是，成为一种极端的非定容燃烧，燃烧压力和燃烧温度会急剧地降低，使燃烧条件恶化。

又，当为一种使NOx减少的燃烧条件时，燃料的未燃部分会增加；而当为一种使未燃部分减少的燃烧条件时，NOx则会增加。

参照图2的定压循环发动机的压力线图进行其它的说明。在通常的定压循环发动机中，对包括在最大燃烧压力时的由燃烧所产生的热能的大部分如图2所示是在上死点后的30°时进行放出的。由于在上死点前后摩擦损失为最大，所以放出的热能会因摩擦力而被消耗掉，使可做功量(活塞的行积容积)变得非常小。另一方面，在摩擦损失为最小、且最适合于热能放出的是在上死点后的90°时的最佳发动机上，由于放出的热能可以减少到大约十四分之一，所以热能的大约30％会被损失掉。

在定容循环发动机上，由于图2的压力线图会进一步向上死点侧移动，所以热能的30％以上会受到损失。

即，将被放出热能的几乎全部都是在摩擦损失为最大时进行放出，这是在现有技术中的最大的缺点。

对图2的定压循环发动机的压力线图与人们在垂直地下踏自行车而效率良好地使之前进的情况相比较进行说明。在定压循环发动机和定容循环发动机中，对由燃烧所产生的热能的大部分是在上死点乃至在到上死点后的30°时进行放出的。与此相比较，当自行车踏板在上死点时，人们并不是在垂直方向上放出全部的能量。特别是，在将上下运动变换为回转动力的效率为最佳的上死点后的90°时，施加在自行车踏板上的力绝对不会减少到大致为14分之1。

由于人们相对于经验法则更熟悉自然法则，所以当自行车踏板位于上死点时，施加在踏板上的力为必要的最小限值；并向着将上下运动变换为回转动力的效率为最大的上死点后的90°时的状态，使施加在自行车踏板上的力逐惭增大。

即，在上死点时，摩擦损失为最大，将上下运动变换为回转动力的效率最差。与此相对，在上死点后的90°时，摩擦损失为最小，将上下运动变换为回转力的效率则为最高。对这一点，从图2容易得到理解。

与在人们效率良好地使自行车前进的情况同样地，在先前的由本申请人所发明的“活塞往复循环的能量变换方法和装置(特愿平7-79292号、美国专利申请第08/608、148号)中，实现了相对于热能的放出时期的放出量分配的最佳化。本发明的内容是，通过使热能放出的最大的时期从摩擦损失为最大时移动到摩擦损失为最小时，而使将上下运动变换为回转动力的效率上升了的“活塞往复循环的能量变换方法和装置”进一步进行改进。

又，本申请人申请的是一种，由两头扩径活塞的往复运动使振动体臂产生摆动，然后由该摆动使曲柄轴产生转动，从而得到回转动力的能量保存型循环发动机。但由于振动体臂产生摆动，会存在容积增大、构造变复杂的缺点，所以本申请人的目的是，对以短行程的发动机直接使曲柄轴转动而使之变换为回转动力的、尽管是小型轻量但仍可得到大的输出的能量保存型循环发动机进行改良。

本发明的主要目的是，通过对先前所申请的各种能量保存型循环发动机进行改良，由此可以使NOx和未燃部分完全消除，从而实现公害的减少。

又，本发明的目的是，即使在进行从活塞运动向回转运动的变换时，也可以增大回转力，使保存着的热能作为转动能而得到有效的利用。