[发明专利]控制机械活塞运动的方法实现该方法的装置和所述装置的平衡

说明书

本发明涉及活塞发动机、往复压缩机或任何具有活塞的机械的连杆/曲轴系统的工作动力学，特别涉及具有独立燃烧和/或膨胀室的无污染或污染小的发动机。

两冲程或四冲程内燃机主要采用公知的连杆/曲柄系统驱动一在汽缸内滑动的活塞(和被其驱动)来进行工作。该活塞在其下行冲程吸入空气/燃油混合物，然后在其上行冲程将该空气/燃油混合物向汽缸顶部的燃烧室压缩，在压缩到最小容积时将其点燃，则其温度和压力上升。这样升高到很高压力的气体进行膨胀，推动活塞返回，其压力下降，通过连杆驱动曲轴旋转，因而完成已知的动力冲程。

由一基本呈正弦波形曲线表示的活塞行程形成活塞恒定运动，尽管活塞的运动在靠近上死点时减慢，但是活塞一直是在运动中的。这种情况给发动机制造者带来最大的难题，尤其是当到达上死点之前经点燃而引起燃烧的时候。燃烧开始，因而引起压力升高，它作负功，损失一部分发动机出力，同时活塞开始其下行冲程，燃烧室容积增大使压力下降，使得当燃料没有完全燃烧时燃烧趋于增强。同样，在排气口关闭进气口打开时，在气口早开和早闭的运动期间，压力下降作负功。

在本发明人已公开的专利申请WO96/27737中已描述了对具有独立外燃烧室的发动机去污染的方法，采用两种能源以两种工作原理进行工作，如采用普通汽油或柴油型燃料，在公路(单形式空气/燃油驱动)上或在低速时特别是在城市或近郊，排除任何其它燃油，加入压缩空气或任何其它非污染气体(单形式空气驱动，即具有补充压缩空气)。在本发明人的专利申请96/07714中描述了在这种具有补充压缩空气单形式工作中的用于服务业机动车如城市公共汽车的发动机类型的装备。

在这类发动机中，在空气/燃油模式，将该空气/燃油混合物吸入一独立入口和压缩室并被压缩。该混合物然后在压力作用下传递给一独立的恒容积燃烧室点燃，从而使所述混合物温度和压力升高。经过将所述燃烧或膨胀室连接一降压膨胀排气室的传递口后，该混合物在降压膨胀排气室中膨胀以作功。该膨胀的气体然后通过排气管排入大气中。

当靠空气工作时，在低功率下，不再进行燃油喷射；在这种情况下，稍稍在来自吸入口和压缩室的无燃油压缩空气进入后者之后，来自外部储气罐小量补充压缩空气被引入燃烧室，该储气罐中贮存具有环境温度的高压空气，如200bar。加热该具有环境温度的小量压缩空气，碰到燃烧或膨胀室内的高温空气，该压缩空气膨胀和提高该室中的压力，使得发动机在膨胀中进行作功。

在已知一种无污染或去污染的发动机的这类发动机中，气体或空气由燃烧室传递给降压膨胀室还必须开始于上死点并作负功之前，当活塞开始其下行冲程前需要在降压膨胀室形成该压力时，负功有损于发动机的正确工作。

普通连杆/曲柄系统的主要问题在于点燃、燃烧、喷射、传递排气结束和/或开始吸气过程中的出力损失和污染。为解决这个问题，已经表明这些作用发生于总是发生改变的容积，特别是活塞总是在运动的并且容积因此永远不是恒定的。

尤其是，本发明的目的在于提供一种控制机器如发动机或压缩机的活塞运动的方法，其特征在于所述实现方法，特别是，活塞在上死点停止运动，并且活塞保持在上死点一段时间，使得以恒定容积下完成下述操作：

对于普通发动机来说，点燃和燃烧的操作，

对于柴油发动机来说，喷射燃油的操作，

对于具有独立燃烧和/或膨胀室的发动机来说，传递气体和/或压缩空气的操作，

对于所有发动机和其它压缩机来说，排气结束和进气开始的操作。

因此对于传统的两冲程或四冲程发动机来说，有可能当活塞保持在上死点并且燃烧室保持其恒定的最小容积时点燃燃料，在开始活塞下行冲程之前等待燃料完全燃烧，这可取得在早点火时(像在现有发动机那样)降低反压力的效果，并且依靠更完全的燃烧可实现只产生少量污染的废气排放。

对于一柴油发动机来说，有可能在活塞处于上死点时喷射燃油，这样就避免由于在上死点之前开始燃烧而产生反压力和由此进行的作负功。

因此，对于具有独立燃烧室和/或膨胀室的发动机来说，有可能将气体和/或压缩空气的压力传递进降压膨胀室而不会在活塞到达上死点前产生任何反压力，并且在活塞开始其增大降压膨胀室容积的下行冲程前等待传递发生，这会避免反压力造成的压力损失并因此损失功率。

在所有情况下，有可能在活塞到达上死点之时或稍稍之前不久关闭排气口，这样避免了由于在活塞开始其下行冲程之前早关闭和打开进气口造成的压力降低。

可以采用本领域技术人员已知的任何方法如凸轮、小齿轮等使活塞停止并使其保持在上死点。