CN1042453C - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机，它包括有大排量的第一气缸(12)和形成在第一气缸头部的小排量的第二气缸(14)。在第一和第二气缸中分别装有可作往复运动的第一和第二活塞(16、18)，第二活塞以突伸体的形式做在第一活塞的头部。带有与第一气缸连通的第一通道(44)和与第二气缸连通的第二通道(40)的燃烧室(20)形成在第二活塞。在第一活塞的吸气冲程，空气通过有关装置供入第一气缸，而燃油通过有关装置供入第二气缸，使空气与燃油实行分层。

Description

内燃机
本发明涉及内燃机。
内燃机系统通常可分为许多内相关的子系统，它们相互配合工作，产生所需的特性。这些特性与发动机的速度、输出功率、燃油消耗及废气排放相关。这些子系统是：
(a)点火装置；
(b)燃油输入的控制装置；
(c)发动机气缸内及燃烧室内气流的控制；
理想的发动机系统还具有如下特性：
(d)燃烧前将燃油与空气进行分层；
(e)在燃烧期间将燃油与空气在燃烧室里混合。
这里所述的分层是用来描述在发动机的进气和压缩冲程期间，当燃烧室中装设有连续工作的点火装置时，为防止过早点火将燃油排除在发动机燃烧室外部。由于下列原因，分层给内燃机带来了相当可观的经济效益。
(Ⅰ)由于可防止压缩时自发点火，故不需考虑所用的燃油的限制而选择发动机的压缩比。
(Ⅱ)在部分负荷时，可减少燃油的输入量：而不必有意减少空气的输入量。这就导致了发动机在“超贫燃烧”工况下工作。
(Ⅲ)在部分负荷时，也没有必要在进气期间对气流作任何机械干扰，如利用节流阀，这会导致泵气损失。
在现有可用的发动机中，柴油机是唯一可在其运行工况下进行分层处理的内燃机。工作时，空气被吸入发动机的气缸，并被压缩到高的压缩比(14∶1至25∶1)。由于这一结果，空气温度达到300℃至400℃。当压缩冲程终了时，燃油才喷入气缸。由于空气温度高，故喷入到其中的燃油进行自发着火。然而，在燃油喷入时并未立即发生着火。燃油是以液滴的形式进入气缸的。这些油滴在气缸中直接与空气密切混合，并且在开始点火燃烧之前蒸发。这一燃烧时的内在的滞燃期，决定了燃烧过程是一个相当慢的过程，该过程限制了发动机低速运行时的有效工作。上面所述的分层，在柴油机中可由喷油泵机械地实现，其喷油器针阀机械地将燃油与气缸或燃烧室分开，直到喷射发生的时刻为止。
CN-1038685A描述了一种具有多双气缸的内燃机，每双气缸包括一个大气缸和一个以大气缸延伸部形成的小气缸。一个大活塞在大气缸中作往复运动，一个以大活塞的头部突伸体形成的小活塞在小气缸内作往复运动。燃烧室可以做在小活塞上，也可以做在气缸体上。吸气行程一开始，燃油就喷入小气缸中。
为了促进分层，CN-1038685A所述的内燃机依赖于两个气缸之间的气体流动，该两气缸的排量不等，并由一共同的燃烧室进行内连通，而着火发生在该共同的燃烧室中。当发动机的各活塞朝它们的内死点位置运动时，在压缩冲程的大部分阶段，气体从大气缸经燃烧室流入小气缸。燃油在小气缸的吸气冲程和/或压缩冲程的第一阶段引入小气缸，直到气流反向并且小气缸中的充量进入燃烧室的活塞位置为止。在第二气缸的活塞的部分冲程运动或全部冲程运动期间，从吸气冲程开始时第二活塞的内死点(10C)位置，到压缩冲程结束时的内死点位置之前不小于10％的位置开始，将液体燃油引入小气缸。
应该清楚，这里所参照的活塞运动角，实际上是以等价于活塞轴向运动的曲轴转角作为参考的。
在点火前的循环预定阶段将液体燃油引入小气缸，允许燃油有时间在小气缸中蒸发成气体，所以当其进入燃烧室点火时，接着发生的燃烧过程与气态燃油相关，并且该燃烧过程比柴油机中的燃烧过程迅速得多。这就可能使所述发动机比柴油机在更高得多的速度下有效地工作。实际上，所述发动机结合了分层式柴油发动机的高效率和汽油机的高速性两方面特点。
CN-1038685A的发动机的许多特点，都是成为有效的分层的原因。这些特点是：
(a)将只容纳空气(或者是带有极小量的燃油的空气，其在燃烧室中不可能被点火装置点燃，因任何这种燃/空混合比的上限都低于这种混合气所需的下着火极限(贫极限))的大排量气缸与将燃油喷入其中的小排量气缸结合起来。两个气缸是由一共同的燃烧室内连通的。
(b)将燃油以液态形式引入小气缸，由于其蒸发，从而冷却了小气缸中的气体，因此在压缩冲程直至该冲程最后阶段期间，在任意给定的活塞位置上，小气缸中的压力相对于大气缸中的压力都降低了。这就有效地促进了气体经燃烧室从大气缸流入到小气缸。
(c)为了将小气缸中的压力值限制得低于大气缸中的压力值，借助于一通道将燃烧室与小气缸连通。该通道限制了吸气冲程期间进入小气缸的气体流动，从而也影响了压缩冲程开始时小气缸中的压力。
本发明的目的在于提供一种内燃机，其中对燃/空混合气从小气缸进入燃烧室的运动的控制得到改进。
根据本发明的内燃机，包括：
第一和第二气缸(12,14)，所述第一气缸(12)比第二气缸(14)排量大，所述第二气缸(14)形成在所述第一气缸(12)的头部；
分别装在所述第一和第二气缸(12,14)中并可在其中作往复运动的第一和第二活塞(16,18)，所述第二活塞(18)以突伸体的形式形成在所述第一活塞(16)的头部；
一个燃烧室(20)，它具有分别连通所述第一和第二气缸(12,14)的第一和第二通道(44,40)，使空气和燃/空混合气从所述气缸能流入所述燃烧室(20)；
进气道(25)，用于在所述第一活塞(14)的吸气冲程期间，将空气或类似物供入所述的第一气缸(12)；
喷油装置(36)，用于将燃油供入第二气缸(14)；
其特征在于，它还包括：
在所述第一和第二气缸(12,14)之间延伸的通道(201,202,203,205,314,318)，用于使空气通过所述燃烧室(20)而从所述的第一气缸(12)传递至所述第二气缸(14)，以帮助到压缩冲程终点时从所述的第二气缸(14)到所述的燃烧室(20)中的气体运动；
所述第二气缸有一侧壁用于在所述活塞(16,18)相对于所述气缸(12,14)预定的运动角度范围内通过其内死点时，将第一通道(44)与第一气缸(12)隔断，它使空气被迫经所述通道(201,202,203,205,314,318)从第一气缸(12)流入到第二气缸(14)，以帮助或使所述第二气缸(14)中燃/空混合气进入燃烧室(20)产生预燃。
参照附图，并借助于实施例，下面将对本发明作出进一步描述。
图1是本发明的内燃机的第一个实施例的局部剖视图。
图2至图8是相似于图1所示的本发明的内燃机的其它实施例的局部剖视图。
参照附图，这些图表示出了本发明的内燃机的最佳实施例的部分剖面。为便于理解并完整地描述发动机及其工作状况，将参照已有的英国专利No.2155546、No.2186913及尚未授权的申请案No.2218153加以说明。在先有技术说明书中所用的相同的参考标号，在本发明的附图中得到应用，以标明相同的部件。
图1所示的发动机具有一对或多对协同工作的第一和第二气缸12、14，它们各自分别包含有第一和第二活塞16、18。气缸12、14是由一燃烧室20内部连通的。该两气缸是由一较大的气缸12及在该气缸12的延伸的圆柱形部分上构成的一小气缸14构成。大气缸的排量比小气缸的排量大。两个气缸的轴线是相互平行的，尽管图中表示出小气缸14与大气缸12共轴线，但小气缸14可以处于任何适当的位置。大气缸12带有第一活塞16，在该活塞的头部也带有一个伸入到小气缸14中的圆柱形伸展体，该伸展体构成了小气缸14的活塞。第1活塞16的行程是这样设计的，即当第2活塞18即使在其外死点位置，第2活塞18也要伸入小气缸14中。
气缸12、14分别通过第一、第二通道44、40与燃烧室20连通。燃烧室尽管可以采用其它形状，但最好是球形的或是扁球形的。该燃烧室还带有一个如下述说明的点火装置22。空气通过进气道25引入到大气缸内，而燃油由喷射装置36喷入到小气缸14内，该喷油装置36由控制装置37控制。被引入到大气缸的空气最好是未经节流的，即其不由诸如公知的汽油机中所用的蝶形阀那样的装置控制。废气通道27设置于大气缸12中。作为另一种替换方案，废气通道和进气通道27′和25′也可以开在大气缸12中的图中虚线所示的位置。各气道可由诸如提升阀一样的阀进行开闭，或当气道开在气缸12的侧壁上时，由活塞16本身进行开闭。
尽管燃烧室可以在发动机缸体中形成，但实际上，燃烧室20是形成在第二活塞中。由于大小两个气缸中压差很小，而空气只从大气缸12中漏入到小气缸14中，因此第二活塞18不必设置活塞环就可以工作。
小气缸14设有一突伸体100，以置换在内死点或接近内死点时第二通道40中的体积。该突伸体置于这样的位置，即当活塞18接近内死点时，其减少第二通道40大小。这一点在下面将更详细地说明。
在每个所述的实施例中，燃烧室都包括一连续点火装置，即连续工作的点火装置。这里所用的术语“连续工作”，相对点火装置来说是指该点火装置的类型，在发动机的整个循环阶段或事先选定的时期中，该点火装置是有效的，并且可以任意激化点火。该事先选定的时期，是发动机完成旋转-转所需要时间的主要部分(如大于25％)。以下形式的点火装置可以被使用：
(1)燃烧室的部分壁面或全部壁面可以用陶瓷材料制成，或用陶瓷材料覆盖而成，由于该陶瓷材料是绝热的，从而可以在发动机工作时形成极高的温变，以构成热面点火装置。当燃气混合气与热的陶瓷表面接触时，从而产生点火。
(2)作为陶瓷材料的替换方案，燃烧室壁面可部分或全部是金属壁，在发动机工作期间，该金属壁也能达到适当的点火温度。
(3)点火装置可以是一定形式的催化材料，该催化材料可以激化燃油，在低于没有该催化材料时所需要的点火温变的情况下氧化。这些具有代表性的催化材料有铂、钯、铑或任何这些最优选材料的某种混合物，它们可以制成薄片或涂覆在燃烧室的部分或全部的内壁或燃烧室的全部壁而上。
(4)上述任何措施的混合装置，可用作点火装置。在最佳形式的点火装置中，催化材料涂覆在诸如陶瓷这类的低传热性的材料(如锌氧化物)构成的绝热体上。为减少燃烧室表面到基底材料的温度梯度，陶瓷材料涂层要有足够的厚度。这样，从而保证燃烧室的温度迅速上升以辅助点火。
也可用压缩的方法进行点火，这时热的气体充满燃烧室，在压缩冲程终了时，用或不用上述点火装置的辅助可自发地点燃燃油。应注意到“连续工作的点火装置”这一术语同样适用于；利用或者不利用上述的或其它的辅助点火装置的压缩点火的情况。
在进气冲程时，空气通过进气道引入到大气缸12，并且一些引入的空气通过燃烧室进入到气缸14。燃油在活塞运动预定的角度(长度)内，喷入或导入气缸14。燃油在压缩冲程的终点的内死点之前充分地导入小气缸，在第二活塞到达内死点之前，使绝大部分燃油蒸发完毕。第二活塞的运动范围，应使得喷油发生在从吸气冲程开始的内死点到压缩冲程结束前大约10°的运动角范围。开始喷油的最佳范围是在从吸气冲程开始的内死点到活塞完成其压缩冲程的90％的位置处(这时相当于大约144°的运动角)。燃油喷射在压缩冲程终了的内死点前结束。燃油喷射可以发生在任何预定的角度所对应的范围内，但最理想的是尽可能早地在吸气冲程内喷入，从而有尽可能多的时间来蒸发燃油。在本发明的最佳方式中，燃油喷射是吸气冲程开始以后直接开始的。
到达外死点后，两个活塞都开始进行压缩冲程。在大部分压缩冲程中，气缸12中的空气和/或气体通过燃烧室20，经第一通道44和第二通道40流入小气缸14。在吸气和压缩冲程期间，空气和/或气体经通道40流入小气缸14，这时燃油喷入小气缸14中，从而有效地阻止了燃油在这时进入燃烧室20中。本发动机依靠在压缩冲程期间改变气体的运动方向而工作。在接近压缩冲程的终点，气流反向，其中包含有燃料的气缸14中的充量进入燃烧室20，由催化剂22点火。这一过程叫做“预燃”过程。该过程发生处的曲轴角或着火点，决定点火起始位置。
当用催化剂或热面点火作为点火装置时，燃烧发生在燃/空混合气与催化剂表面或热面接触的表面上。由于从小气缸14中压入燃烧室的燃/空混合气是全部或部分地蒸发的。从而没有着火滞燃期。不像柴油机，由于其燃料在内死点附近以油滴之形式喷入燃烧室，燃烧前首先要与燃烧室中的空气混合，然后加热，再蒸发。
在本发明中，尽管燃料以集中的形式(称之分层的过程)引入燃烧室，由于燃油事先引入小气缸14中，所以当将其引入燃烧室时，至少部分燃油已经蒸发了，从而缩短了着火滞燃期。空气进气通道44在燃烧室的切线方向伸入燃烧室20，所以进入燃烧室中的空气具有一切向速度分量。这就在燃烧室中形成了涡旋流动，这样当燃/空混合气通过通道40引入到燃烧室时，涡旋就将其“涂贴”在燃烧室壁面上，从而在相当大的燃烧室壁表面区域产生着火。由于燃烧提高了温度，从而加速了剩余气体的着火。一旦燃烧发生，为进行这个过程，所发生的化学反应需要额外的氧，而这是由于增强的混合所引起。当用催化剂或热面点火时，燃油的着火发生在燃烧室的表面处，并且燃烧的燃油引起气体的膨胀并沿径向向内运动，从而与燃烧室中的气流产生强烈的干扰形成有力的混合。人们知道，火焰前峰沿径向向燃烧室内运动，从而引起剩余的燃/空混合气燃烧。
燃烧室内的涡旋运动在点火阶段继续加强，并确保燃/空混合气与催化剂或热面在一定的时期内有较长的接触时间，从而促进了迅速而完全地燃烧。然后两活塞被推离内死点，以允许燃烧过的气体进行膨胀并通过活塞向发动机一个或多个曲轴作功。
在气缸14中还设有一辅助起动装置，该辅助装置通常是火花塞52或电热塞，其装在小气缸14的壁中的突伸体100中。
当活塞18朝内死点运动时，突伸体本身保证了在小气缸14中的燃/空混合气被导入到燃烧室20中而不会留在其通道中。当活塞18向内死点运动时，该突伸体也保证了将小气缸14中的燃/空混合气输入到燃烧室20中。当活塞18接近内死点时，该突伸体伸入第二通道40，所以围在活塞18头部和其相对的气缸14端面间的燃/空混合气，被迫通过第二通道40的窄部分流入到燃烧室。这样做还增加了燃/空混合气混合的速度。
起动时，燃油被喷油器36喷入到气缸14，该喷油器可由发动机的操作者进行电的或机械式的控制。为便于起动，喷油器向气缸14中喷入预定量的燃油，其量足以使气缸14中的燃/空混合气处于适当的化学状态(适当配比的)或接近于这状态，以便于用火花点火。由于气缸14的容积比气缸12的容积小，这个燃油量只是全负荷时的几分之一。这种全负荷可由将燃油增加到耗尽两气缸中的所有氧气时来确定。
火花塞52带有能量以产生火花。当该火花塞进入燃烧室20时，该火花点燃从气缸14中进入到燃烧室20中的燃/空混合气。许多燃烧循环后，燃烧室中的连续点火装置变得活化，从而不需再对火花塞进行激化。
也可用电热塞取代火花塞辅助起动。在气缸14中产生“热点”以辅助其中的燃油蒸发，并在将其在进入燃烧室20之前升温。电热塞可以从突伸体100中伸出，或者使电热塞在突伸体内部加热突伸体的表面。
应注意到，在压缩冲程终了时，连接燃烧室20与大气缸12的第一通道44中容纳了大量的空气。这些空气将不会参加发生在燃烧室内部的燃烧过程。
附图6所示的实施例显示了在压缩冲程终点或接近压缩冲程终点时，第一通道44中的大部分空气被置换进入到燃烧室中。在小气缸14的内壁上，设有一突伸体53。该突伸体53的形状是气缸14的圆形横截面的一部分，但其可以是任何适合的形状。活塞18的侧壁部分设有相应的形状，以利与突伸体53的形状相匹配，通道孔44穿过该则壁。在这种情况下，活塞18的壁部54是平面形的。
在活塞18和活塞16的侧壁之间的活塞16的顶部，具有相当构成活塞12端壁形状的截锥形(如图6a所示)。因此如图6a中虚线所示，当活塞16、18接近其上死点时，通道44逐渐被突伸体53减小。活塞到达上死点时，通道44完全关闭。
有几种控制预燃点，即点火正时的方法。
在分层阶段(即在吸气和压缩冲程的任何期间内)，压缩气体可由喷射器200喷入到小气缸14。该压缩气体中可以带有燃油(如气态的丁烷或丙烷)，也可以不带燃油(如压缩空气)或者是上述两者的结合物。所以，用这种方法可以引入适量的燃油。也可由液体燃油喷射辅以空气或其它压缩气体的射流来实现。将上述这样的空气引入到气缸14中的时间可以精确选定，以便在随后的压缩冲程中，它直接可以引起预燃。在这种情况下，喷入的气体的数量已不是至关重要的。
另一方面，如果气体数量可以精确地控制，在分层阶段，上述气体的吸入定时可以进一步提前。吸气的结果使小气缸14中的压力相对于大气缸12中的压力升高，所以使预燃点提前，这就使外部控制装置对预燃点进行控制成为可能。
而对大气缸12的进气通道25进行部分节流会带来反面效果，即推迟预燃点。这也可用作着火点的外部控制。
节流阀206只能使气缸12中的进气压力适当地降低。
第一通道44的位置，大小及形状也可帮助和引发起预燃。因为，如果通道44的较低缘朝向大活塞16的顶部抬起，通道44被气缸14的侧壁的棱边43关闭，在压缩冲程终端附近，空气通过通道44从气缸12进入燃烧室20，其空气入口不会迫使空气流过小活塞18和气缸14的侧壁之间的间隙。这样将使空气转移到小气缸14，因此提前了预燃点。通道44的低缘的另外优点是，它迫使燃烧的气体在燃烧的初始阶段，在它进入气缸12前进入气缸14。这样可将气缸14中的燃油参入到燃烧过程。
可以设立“外加通道”205或将气缸12与气缸14连接起来作为转移空气的旁通通道，以便进行外部控制(见图2所示)。
另一种可能性是在气缸14和12之间设一通道，该通道只在压缩冲程终点附近开启。该通道可由在小活塞18的外周壁上设置一轴向凹槽201来实现，该凹槽201终止于活塞头部的下方。当活塞18到达压缩冲程的后期，而通道44堵死时，在气缸14的壁上的低压区域切除部分202跨过凹槽201上方的活塞头的边缘。所以，当活塞18到达压缩冲程终端通道44关闭时，围在气缸12中的气体可通过沟槽201和切除部分202流入到小气缸14中。
该切除部分202可以是沿气缸壁方向圆周形的凹槽，从而可与活塞18外周壁上径向分布的各轴向沟槽配合。
另一种可能的方案是在活塞18中设置小孔203(图2所示)将气缸12和14内连通，并且除了活塞18与气缸14的侧壁之间的间隙外，该小孔203可将两个气缸连续不间断地连通。
第一通道44的形状也可影响预燃点。对给定的活塞运动单元来说，流动区域的变化速率将影响上述的与通道44的形状、尺寸大小及位置有关的压力偏置。所以，对于给定的活塞运动单元，流动区域的变化速度，即通道40的流动区域的变化速度，当突伸体100伸入通道40中时，将影响预燃点。
如图2所示，火焰板204、大活塞头、通道44和40、小活塞18的部分径向外表面及阀头(但小活塞18的头部除外)可涂覆一层绝热涂层，如陶瓷，该涂层的自由面带有催化剂沉积物，如铂或钯。这样可以减少有害气体的排放。
图3至图6表示本发明的两冲程发动机的最佳实施方式。该实施例相似于图1和图2所示的实施例，但其进排气道25、27设置在大气缸12的侧壁中，彼此之间通常相隔180度角。排气道27稍微高于进气道25。
在作功冲程快结束时，当活塞16的边缘打开进气道25时，新鲜空气进入气缸12。在这之前，新鲜空气以通常的方式，或者已经在活塞下方发动机的曲轴箱内被压缩，或者在活塞下方的独立的后气室中被压缩，或者被外部鼓风机或压气机压缩。由于排气道27首先被活塞16打开，当新鲜空气进入气缸12时，在气缸12、14中的废气通过排气道27排出，这一过程叫做扫气过程。有效的扫气可使绝大部分残余废气被新鲜空气取代，尽管小部分残余废气留在气缸内用于有效地减少废气中的氮氧化物。
在图示的活塞/气缸这种结构中，在扫气阶段，很有必要加速新鲜空气向小气缸中的流动，以取代其中的残涂废气，部分或完全燃烧后的废气。实现这种结果的几种方法，示于图3至图6的各实施例中。
参照图3，大气缸12的上端壁60带有一凹腔62。该凹腔设置于上端壁中是为了当各活塞处于或接近外死点位置时，为气缸12和14提供一连通通道。该凹腔62可以是任意适当的形状，并可以在活塞18周围延伸至任一适当的角度。最好该凹腔围绕活塞18延伸的角度基本上在10-180度角范围内。
活塞16的顶部带有一突伸体64，其形状与凹腔62相对应，所以，当活塞16、18到达其上死点位置时，凹腔62基本上被突伸体64填满。这样就可以使活塞16的头部和气缸12的上端壁之间的体积，在压缩冲程终了时达到最小，从而使不能参与燃烧的空气的寄生体积减至最小。由于新鲜空气从进气孔25流入，通过凹腔62、小气缸14和燃烧室20，从第一通道44中流出，然后从排气道27排出，因此图3所示的结构可以对小气缸14及燃烧室20进行扫气。
在图4中，在小活塞18的头部与其侧壁相连接处，部分地被切除以形成一凹槽66，当两个活塞处于或接近下死点时，该凹槽66也构成了大气缸12和小气缸14之间的通道。该凹槽66可以是任何适合的形状，如平面形，曲面形，并可围绕活塞18延伸成弧形，该弧形的角度大约为10度至180度的范围内。
在小气缸14的端壁与侧壁的连接处设有一对应形状的突伸体68，所以当活塞到达上死点时，其寄生体积减至最小。这里所用的扫气通道，与图3中所示的实施例一样。
现参照图5a和5b，相似于图4中所示的凹腔66的两凹腔70、72形成于小活塞18中。排气道25、27在大气缸12中延伸至预定的弧形，每个通道的弧形一般为60度。凹腔70和72面对各自的进排气道25、27，或者在进排气道延伸成的各弧形内是部分重叠的。其它实施例中所示的进排气道，如这里所述通常也延伸成相似的弧形。
在气缸14的顶壁和侧壁的连接处，设有两个相应形状的突伸体74,76。当活塞到达其上死点时，这些突伸体与凹腔70、72相结合，使寄生体积减至最小。在这种结构中，从进气道25来的新鲜空气可以同时经过两条通路，其一是通过如前所述的燃烧室20；另一条是更直接的路径，即从小气缸14到大气缸12及排气道27。
每个凹腔70、72在活塞18的头部都呈现一弧形，如图5b所示，该圆弧小于180度。当活塞到达其下死点位置时，在活塞18的头部保留全直径的部分，对保证以便实现与气缸14良好配合是很有必要的。
再一次参照图6a和6b，在这一结构中，通道40开在活塞18的头部与侧壁相连处的凹槽78中。在气缸14的侧壁上设有一相配合的突伸体80，以便当活塞处于其上死点位置时填满该凹槽78。凹槽78和突伸体80也可以是任何适当的形状，并可以伸展成10度至180度的圆弧形。
就象前面所说的一样，突伸体53和凹槽54也可以设置在通道44上或靠近通道44。
这一结构允许从进气道25来的扫气空气直接流径燃烧室20及气缸14，从排气道27排出。
活塞18的头部设有相当大的连续的圆周面部分，以保证当活塞18处于其下死点位置时，活塞18与小气缸14保持适当的配合。
大活塞16的表面如图6a所示可以是平面形的或截锥形的，或者是其它任何适当的形状的。圆锥面或斜表面具有便于将扫气空气从进气孔25向上导向到小气缸14和燃烧室20中的优点。另外，大活塞16的头部形状可选择得使扫气空气产生轻微的旋转。这种旋转或者是由大活塞的头部形状单独产生的，或者是与进气道25的方向的辅助作用联合产生的。
必须注意到，在压缩冲程期间，由于空气流动的方向原因，小活塞18不需要活塞环将气缸14的孔密封，这样就允许在活塞18的侧壁上形成凹腔。
现在参照图7，其中表示出了带有辅助起动装置的其它形式的发动机。一电极300装在小气缸14的壁中的突伸体100中，第二电极302装在邻近通道40的燃烧室20中，所以当活塞18接近其上死点位置时，两电极靠近直到其间的间隙达到最小的预定值为止。电极302接地，而高的电压作用在电极300上，因此在上死点两电极间隙之间的电压是足够大的，从而在两电极间产生电火花。
如前所述，喷油器36将预定量的燃油喷入气缸，其喷射量正好足以形成适当的化学状态的燃/空混合气，或者近似于这种状态，以便用火花塞点火。
几个燃烧循环以后，燃烧室内的点火装置开始工作，从而可以中断加在电极300上的电压。
该结构不需要用分配器系统在发动机循环的特定时刻将电压作用在电极300上。作用在电极300上的电压可由电容器放电得到，而该电容器在发动机工作期间是重复变化的。
当活塞朝上死点运动时，小气缸14中的燃/空混合气，包括蒸发的燃油，通过第二通道40进入燃烧室20中。因此，进入燃烧室中的燃油被位于燃烧室壁面上的连续点火装置22(有代表性的是催化剂点火装置)进行点火。这个点火导致燃烧室内的压力上升。该压力上升往往导致阻止另外的燃/空混合气从气缸14中进入燃烧室中，直至气缸14中的压力再一次升高到高于燃烧室中的压力为止。气缸14中的压力升高还具有将燃/空混合气通过活塞18漏至气缸12中的趋向。
为防止这种泄漏，第一通道44设置于活塞16的头部上方预定的位置上。所以，各活塞到达其上死点之前，气缸14的侧壁将第一通道44断开。
在气缸14的侧壁上设有凹腔304，并且其位置是这样的，即当第一通道44与气缸12隔断后，该凹腔与通道44连通。该凹腔304与通道44是部分地或完全地重叠，并且通常具有凹槽的形状，该凹槽沿气缸14的壁的部分或整个圆周方向延伸。
当活塞接近其上死点位置时，通道44与气缸14隔开，气缸12中的剩余空气压力迅速上升。另外，在燃烧室20中的燃/空混合气的点火阶段，通道44中的压力及凹腔304中的压力也迅速增加。起初，由于燃烧室中的压力阻止从气缸14中吸入另外的燃/空混合气，从而通道44和凹腔304中增加的压力，防止了燃/空混合气从气缸14中经活塞18与气缸14的壁之间泄漏出去。
当气缸14中的压力升高到大于燃烧室20中的压力时，在第一通道44与气缸12隔断后，气缸12中迅速增加的空气压力也可以防止任何燃/空混合气漏入到气缸12。
现在参看图8，活塞18的头部是截锥形的，该截锥设置于活塞体上并带有一肩部310，该肩部将活塞18上方的空间与气缸12密封隔开。这里所用的“密封”在某种意义上讲，是指肩部或诸如其它实施例中采用的活塞侧壁这样的其它“密封装置”之间的间隙，大到可使活塞18在气缸14中自由运动，但小到足够使通过活塞18从气缸14流入到气缸12中的气流限制到最小。气缸14的上端壁是相应的形状。
肩部310下方的活塞18的侧壁设有两个径向反向的凹腔312、314该凹腔通常是弓形的，但也可以是其它任何适合的形状。凹腔314从活塞16的头部延伸至肩部310，而凹腔312从通道44延伸至肩部310。如图7所示的通道44一样，这里的通道也设置于活塞16头部上方预定的高度处。凹腔312通向圆周凹腔316，该圆周凹腔316设置在肩部310下面的活塞18中。该圆周凹腔316不延伸至活塞18的整个圆周，从而不与凹腔314开通。在肩部310处，活塞带有一个在活塞整个圆周方向延伸的圆柱形部分与活塞14的侧壁配合，并对气缸12和14之间进行密封。
通道40从燃烧室20开始开入活塞18的最上表面。
如图7所示的实施例中所述的方法一样，当燃烧室20中发生燃烧时，燃烧室中的压力增加。该压力通过通道44传递至凹腔312和凹腔316，以防止经过活塞18的圆柱体部分的泄漏。
凹腔314还具有一在活塞14的侧壁上形成的配合凹腔318。该凹腔318在角度方向延伸至凹腔314的整个或部分角度方向的长度。
向压缩冲程的终端运动时，当第一通道44与气缸12隔断时，由气缸12中的空气流入而引起的燃烧室中的压力上升停止，而气缸14中的压力随活塞18向其上死点位置运动继续增加。由于这一结果，从气缸l4中来的燃/空混合气通过通道40进入燃烧室。
当第一通道44与气缸12隔断时，围在活塞16上方“挤气空间”中的空气可流入凹腔314中。凹腔318设置在这样的位置，即当活塞接近其内死点的位置时。活塞18的圆柱形密封部分与凹腔318连通，从而使被迫从气缸12进入凹腔314中的空气，绕活塞18的圆柱形肩部流人到活塞18上方的气缸14中。这样就进一步增加了气缸l4中的燃/空混合气压力，从而帮助燃/空混合气经通道40流入到燃烧室20中。凹腔318可以制成带有一条或多条内连通的凹槽。
当在内死点产生点火后，气缸14中的气体压力可引起从活塞18上方的空间，通过挤气通道凹槽318产生某种程度的泄漏，但这种泄漏时间极短，并只涉及到空气而没有涉及到燃油。燃油在点火之前就先从凹腔314和318中过去了。
尽管图8A所示的实施例中的凹腔314,318如凹腔312。316一样形成在同一组活塞/气缸中，但他们可以是彼此单独地设置在这样的活塞/气缸组中。
应该注意到，所参照的任何一个所述的实施例的所公开的任何特征，都可以用来与任何可能的实施例的其它任何特征相结合。

Claims (10)

1．一种内燃机，它包括：
第一和第二气缸(12,14)，所述第一气缸(12)比第二气缸(14)排量大，所述第二气缸(14)形成在所述第一气缸(12)的头部；
分别装在所述第一和第二气缸(12,14)中并可在其中作往复运动的第一和第二活塞(16,18)，所述第二活塞(18)以突伸体的形式形成在所述第一活塞(16)的头部；
一个燃烧室(20)，它具有分别连通所述第一和第二气缸(12,14)的第一和第二通道(44,40)，使空气和燃/空混合气从所述气缸能流入所述燃烧室(20)；
进气道(25)，用于在所述第一活塞(16)的吸气冲程期间，将空气或类似物供入所述的第一气缸(12)；
喷油装置(36)，用于将燃油供入第二气缸(14)；
其特征在于，它还包括：
在所述第一和第二气缸(12,14)之间延伸的通道(201,202,203,205,314,318)，用于使空气通过所述燃烧室(20)而从所述的第一气缸(12)传递至所述第二气缸(14)，以帮助到压缩冲程终点时从所述的第二气缸(14)到所述的燃烧室(20)中的气体运动；
所述的第二气缸(14)有一侧壁用于在所述活塞(16,18)相对于所述气缸(12,14)预定的运动角度范围内通过其内死点时，将第一通道(44)与第一气缸(12)隔断，它使空气被迫经所述通道(201,202,203,205,314,318)从第一气缸(12)流入到第二气缸(14)，以帮助或使所述第二气缸(14)中燃/空混合气进入燃烧室(20)产生预燃。
2．如权利要求1所述发动机，其特征在于，其中所述的发动机是压缩点火式发动机。
3．如权利要求1所述发动机，其特征在于，所述燃烧室(20)中，带有可以连续工作的点火装置(22)。
4．如权利要求1所述发动机，其特征在于，所述燃烧室(20)形成在所述的第二活塞(18)中，所述的第一通道(44)开在与所述第一活塞(16)头部轴向相隔一定的距离的预定位置的第二活塞(18)的侧壁中。
5．如权利要求1至4中任一项所述发动机，其特征在于，所述通道包括连通第一和第二气缸(12,14)的小圆孔(203,205)。
6．如权利要求5所述发动机，其特征在于，所述小圆孔(203)形成在所述第二活塞(18)中，并且该孔的两端中的一端与所述的第一活塞(16)的头部附近连通，另一端与第二活塞(18)的头部连通。
7．如权利要求1至4中任一项所述发动机，其特征在于，所述通道(314)形成在所述第二气缸(14)的侧壁和所述第二活塞(18)之间，在邻近第二活塞(18)头部的活塞侧壁上设有肩部(310)，以密封所述的通道，还包括在所述第二气缸(14)预定位置的侧壁中形成的配合凹腔(318)，从而在所述第二活塞(18)通过其内死点的预定运动角度范围内，在第二活塞(18)的上面，将所述的通道(314)与第二气缸(14)连通。
8．如权利要求1所述发动机，其特征在于，该通道(207,301,314)为所述第二活塞(18)与第二气缸(14)侧壁之间的间隙。
9．如权利要求8所述发动机，其特征在于，所述通道(314)是由位于所述第二活塞(18)侧壁上的凹腔组成。
10．如权利要求7所述发动机，其特征在于，所述通道包括形成在所述第二活塞(18)侧壁中的轴向伸展的凹槽(201)。
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