CN105849380B - 自冷却发动机 - Google Patents

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Abstract

自冷却发动机包括汽缸、气缸盖和具有自由地在汽缸内往复运动涡轮活塞。气缸盖具有实现空气‑燃料混合物的周向吸入进入气缸内的阀。阀机构是由圆柱形凸轮通过凸轮轴的装置关闭和打开的。空气‑燃料混合物的周向吸入使气缸自冷却及使燃料在能量中心有效地燃烧。空气‑燃料混合物的进入流的力旋转活塞上的叶轮，叶轮作为风扇来冷却气缸壁。叶轮叶片使火焰到达气缸壁偏离并作为能量中心和汽缸壁之间的热障。在压缩冲程的端部产生高强度压缩涡流(HICS)以确保该燃料有效燃烧及瞬间释放最大能量。

Description

自冷却发动机
交叉引用相关申请
本申请要求优先权为美国临时专利申请No.61/882529，提交于2013年9月25日，其通过引用并入本文。
领域
本主题技术涉及运输、发电和工业器械，更具体地，涉及无需复杂的冷却系统即可产生能量。
背景
内燃发动机的燃烧效率主要取决于空气-燃料混合物的品质。在a)进气歧管，b)气缸盖，c)活塞顶端产生涡流在实现良好的热效率方面起到极其重要的作用。涡流以不同的形式产生，如涡旋、翻滚流动、挤流和湍流。在火花点火(SI)发动机中，空气-燃料混合物的涡流在吸入冲程期间实现，称作吸入涡流，其在吸入歧管或者在活塞上专门形成的轮廓中产生。
在压缩点火(CI)发动机中，涡流在压缩冲程末端实现，被称为压缩涡旋，其在气缸盖上产生。球形涡流腔室形成于气缸盖内，在此柴油燃料被喷射注入，在压缩冲程期间，压缩空气被迫使进入球形涡流室，使喷射注入的燃料充分混合以实现有效燃烧。这些技术引起的涡流位于气缸或气缸盖的小区域，其几乎没实现提高燃油效率，反而产生有害排放。
冷却介质的热损失比活塞上的功更有用。超过所消耗燃料的总热量的三分之一损失到冷却介质和冷却系统配件上。为防止热量损失到冷却介质现有技术的尝试还没有得到有利的结果。
IC遇到的一个主要问题是产生热量的三分之一转送至气缸壁，在燃烧过程中火焰在所有方向出其不意地蔓延，并通过气缸壁向冷却介质传导巨大的热量。低排热(LHR)发动机在20世纪80年代期间发展，其燃烧室涂覆有锆基陶瓷，以防止热量散失到环境中高达7％，在汽油发动机中，陶瓷材料的使用引起吸入空气过热，其导致高负荷操作引起的非预期的发动机爆震，由于这些原因，LHR发动机的研究已经终止。
概要
在上述困难的情况下，本主题技术以提供用于消除通过内燃机(100)的圆筒壁的方法。它也实现了燃料的燃烧效率，使得由于不完全燃烧的排放可以是微不足道的。
本主题技术包括葵形阀，通过圆柱形凸轮作为入口阀以允许空气-燃料混合物周向吸入进入气缸，其作为能量中心和气缸壁之间的热障。因此，防止了大量的热量散失到冷却介质。
在吸入冲程期间，空气-燃料混合物从气缸壁回旋而走及扫除热量。具有涡轮活塞组件的气缸也为理想燃烧确保了完美的空气-燃料混合物。在压缩冲程期间，叶轮叶片加重涡流运动，以在气缸中心产生高强度的压缩涡流(HICS)。高强度压缩涡流为了有效燃烧过程确保每一个燃料分子受到多次碰撞，以提高燃烧效率。
高强度的压缩涡旋(HICS)根据所使用的燃料类型可以为直接涡流或反向涡流。
一个实施例涉及一种发动机，包括：气缸盖体，包括葵形阀机构、排气阀机构；及可移动通过气缸冲程的往复涡轮活塞组件。
气缸盖体包括：进气歧管和排气歧管，设置在气缸盖体的圆柱形表面上；阀锁壳体，在气缸盖体的圆柱表面上，以容纳葵形阀上导引锁、葵形阀锁、葵形阀下导引锁、葵形阀机构罩和圆柱形凸轮从动件；支架，为凸轮轴和推杆提供轴承支持；环形突起，设置在排气室外圆柱表面上，以阻止葵形阀机构沿气缸轴线运动；凹槽，在所述环形突起下方以接收设置在排气室外圆柱表面上的葵形组件簧环，以阻止葵形阀机构沿气缸轴线运动；及螺纹孔，在气缸盖体的顶面上，以接收喷射器和点火塞。
葵形阀机构，或称作入口阀机构，邻近进气歧管设置，包括：葵形阀上导引，具有多个径向通道，为了在吸入冲程期间导引空气-燃料混合物流动，与发动机气缸轴线同轴设置，其中，所述葵形阀上导引固定至气缸盖体以防止围绕气缸轴线旋转；葵形阀下导引，具有多个螺旋形的径向通道，与葵形阀上导引一致，为了导引空气-燃料混合物至气缸以产生周向涡流，与发动机气缸轴线同轴设置；其中，所述葵形阀下导引固定至气缸盖体以防止围绕气缸轴线旋转；葵形阀，具有多个径向通道，为了在吸入冲程期间允许空气-燃料混合物流动，与发动机气缸轴线同轴设置，其中，所述葵形阀固定至圆柱形凸轮从动件，所述圆柱形凸轮从动件提供曲线运动至所述葵形阀；圆柱形凸轮从动件，设置在葵形阀锁的顶面，跟随圆柱形凸轮轮廓传动角运动至葵形阀；角形槽，形成于气缸盖体的葵形阀锁壳体上，以在角形路径上引导圆柱形凸轮从动件；及螺旋弹簧，设置在葵形阀弹簧座以保持葵形阀处于关闭位置。
排气阀机构，包括排气阀凸轮、推杆、可调节摇臂和排气阀以用于燃烧气体排出气缸。
凸轮轴的结构，包括：排气阀凸轮和圆柱形凸轮，设置在凸轮轴的圆柱形表面上；排气阀凸轮用于传动往复运动至推杆；及圆柱形凸轮用于传动角运动至圆柱形凸轮从动件和葵形阀。
涡轮活塞组件的结构，包括：叶轮，可旋转地设置在活塞的顶面上，所述叶轮通过围绕气缸轴线吸入空气-燃料混合物的力旋转，其中，所述叶轮固定至所述活塞，以防止沿着气缸轴线运动；及连杆，转换往复运动为旋转运动。
在葵形阀机构的实施例中，而葵形阀围绕气缸轴线在葵形阀上导引和葵形阀下导引之间旋转，及所述葵形阀揭开葵形阀上导引和葵形阀下导引的径向通道以允许空气-燃料混合物在吸入冲程期间流进气缸；及葵形阀机构，其中，葵形阀下导引的径向螺旋通道直接使空气-燃料混合物流入气缸圆周上，以在气缸内产生周向涡流；由所述葵形阀机构产生的周向涡流，冷却发动机气缸壁；由所述葵形阀机构产生的周向涡流，在做功冲程期间防止火焰波及发动机气缸壁。
涡轮活塞组件在压缩冲程期间向上运动，以在能源中心以引起高强度的压缩涡流，所述高强度的压缩涡流引起空气-燃料混合物在能量中心完全燃烧。
因此，本技术主题的目的是：提供一种内燃机，消除到冷却介质和废气的热损失，从而消除用于内燃机气缸的冷却系统的需要。本发明的另一个目的提高燃料在内燃机气缸内的燃烧效率。
应该理解的是，本技术可以在多个方面实现和利用，包括但不限于用于现在已知及以后开发应用的过程、设备、系统、装置、方法。从以下说明和附图，本文中公开的这些和其他的技术特征将变得更加显而易见。
附图说明
因此，为了使本领域中的普通技术人员对所公开的技术更容易理解如何制作和使用，可以参考以下附图。
图1是根据本主题技术的发动机的截面图。
图2是示出了图1中的发动机的进气歧管和排气歧管的气缸盖体。
图3是示出了图1中的发动机的葵形阀机构和排气阀机构的气缸盖体。
图4是图1中的发动机的气缸盖组件的仰视图。
图5是图1中的发动机暴露出的带有葵形上导引锁和葵形阀锁的凸轮和从动件的放大图。
图6是一个圆柱形凸轮从动件，其在角形槽中移动以打开和关闭图1中的发动机的葵形阀。
图7是图1中的发动机的气缸盖的全截面图。
图7A是图7中所示J部的局部放大图，即接收葵形阀机构簧环的葵形阀机构塞、排气阀座和凹槽的放大视图。
图8是图1中的发动机的葵形阀机构的爆炸图。
图9是使图1中的发动机的葵形阀和葵形阀导引紧密配合的阀锁上的锯齿。
图10示出了图1中的发动机的葵形阀和叶轮的重要尺寸。
图11是图1中的发动机的处于关闭位置的葵形阀机构。
图12是图1中的发动机的处于打开位置的葵形阀机构。
图13是气缸盖组件的沿葵形阀上导引平的表面的截面图，示出了图1中的发动机的与凸轮轴轴线相关的圆柱形凸轮从动件的位置。
图14是图1中的发动机的涡轮活塞组件的爆炸图。
图15是图1中的发动机的涡轮活塞的截面图。
图16是图1中的发动机承受扭转-压缩载荷的连杆的O-+(O-positive)结构。
图17是在吸入冲程期间用箭头示出空气-燃料混合物流经图1中的发动机的进气歧管、抽吸室和葵形阀机构的发动机。
图17A是图17中所示K部的局部放大图，即空气燃料混合物流入发动机气缸的葵形阀机构的局部放大图。
图18是在压缩冲程期间在能量中心用箭头示出作为图1中发动机的压缩结果的加强涡流(HICS)的发动机。
图19是图1的发动机在做功冲程期间的发动机。其示出了在能量中心火盘气体的燃烧。
图20是在排气冲程期间用箭头示出的发动机，示出了燃烧气体通过图1中的发动机的排气歧管离开气缸。
图21是在能量中心用箭头示出图1中的发动机的HICS的方向的直接涡流能量中心(DSEC)。
图22是在能量中心用箭头示出图1中的发动机的HICS的方向与周向涡流的方向相反的反向涡流能量中心(CSEC)。
图23是不具有葵形阀导引锁和葵形阀锁的葵形阀机构的爆炸图。
符号说明
1…气缸盖组件
2…排气阀机构
3…葵形阀机构
4…涡轮活塞组件
5…摇臂调节螺丝
6…摇臂
7…排气阀弹簧
8…气缸盖体
8a…紧固螺栓和发动机气缸螺栓和气缸盖组件
9…排气阀弹簧阶梯孔
10…气缸轴线
11…排气阀
12…排气歧管
13…凸轮轴
14…凸轮轴轴线
15…排气歧管轴线
16…排气阀座
17…葵形阀上导引
17a…葵形阀上导引径向通道
18…葵形阀
18a…葵形阀径向通道
19…葵形阀下导引
19a…葵形阀下导引径向通道
20…叶轮
20a…叶轮轴
21…能量中心
22…活塞
23…连杆
24…曲轴
25…点火塞
26…排气室
27…抽吸室
28…进气歧管轴线
29…进气歧管
30…发动机气缸
31…燃料喷射器
32…推杆
33…排气阀凸轮从动件
34…排气阀凸轮
35…葵形阀上导引锁
36…葵形阀锁
37…葵形阀弹簧
38…圆柱形凸轮
39…圆柱形凸轮从动件
39a…圆柱形凸轮从动件轴线
39b…处于封闭位置的圆柱形凸轮从动件
39c…处于均衡位置的圆柱形凸轮从动件
39d…处于打开位置的圆柱凸轮从动件
39e…圆柱形凸轮从动件摆动角度
40…凸轮轴支架和推杆轴承支撑
41…圆柱形凸轮从动件角运动的槽
42…葵形阀机构塞
43…接收葵形阀机构簧环的凹槽
44…接收排气阀座的台阶孔
45…葵形阀机构簧环
46…葵形阀锁壳体
47…葵形阀角作用矩形槽
48…葵形阀弹簧座
49…葵形阀下导引锁
50…葵形阀机构盖
51…阀锁上的锯齿
52…圆柱形凸轮从动件路径
53…活塞销
54…叶轮簧环
55…空气和燃料在吸入冲程中的流动
56…周向涡流
57…高强度压缩涡流(HICS)
58…气体燃烧
59…排气阀打开
60…废气流
葵形阀和叶轮尺寸
D…葵形阀直径
d…葵形阀内径
θ…端口夹角
…瓣角
h1…葵形阀上导引的高度
h2…葵形阀高度
h3…葵形阀下导引的高度
α…周向旋角
β…叶轮旋角
J…接收葵形阀机构簧环的葵形阀机构塞、排气阀座和凹槽
K…空气燃料混合物流入发动机气缸的葵形阀机构
优选实施方案的描述
本主题技术涉及葵形阀机构或入口阀机构及内燃(IC)发动机的涡轮活塞组件，特别是消除冷却损失、提高燃烧效率和减少有害气体排放的方法。从以下结合展示本发明代表性实施例的附图对特定实施例的具体描述中，本文所公开的系统的优点和其它特征，对于本领域技术人员来说将变得更加显而易见，其中相同的参考数字标识相似的结构元件。
本文所有相对描述诸如左、右、上和下是参照附图的，并非限制意义。此外，对于本相关领域的普通技术人员可以理解的清楚一般项没有被包括在图中。除非另有说明，所说明的实施例可被理解为提供了某些实施例细节改变的示例性特征，因此，除非另有说明，在不明显背离所公开的系统或方法下，特征、组件、模块、元件和/或图表的各方面可以以其它方式组合、相互关联、排序、分离、互换、定位和/或重新布置。此外，组件的形状和尺寸也是示例性的，除非另外说明，在不明显影响或限制所公开的技术下可以改变。
正如下文将更充分地描述，本自冷却发动机提供了一种发动机设计，其冷却气缸壁并确保燃料在气缸内完全燃烧。本主题技术消除了对单独的冷却系统的需求，从而消除了消耗发动机相当大的动力的附件如冷却剂泵、恒温器和风扇。
参照图1，由参考标号100示出和涉及了发动机的截面图。发动机100包括气缸盖组件(1)，它包括气缸盖体(8)、摇臂(6)、葵形阀机构(3)、排气阀机构(2)、燃料喷射器、点火塞(25)、进气歧管(29)、排气歧管(12)、发动机气缸(30)和涡轮活塞组件(4)。
气缸盖体(8)的形式为两个同心的圆柱块，其中外圆柱块被称为抽吸室(27)和内圆柱块被称为排气室(26)。进气歧管(29)连接到抽吸室(27)，抽吸室(27)含有葵形阀机构(3)。葵形阀机构(3)同心地设置在气缸盖体(8)的环形空间内。排气室(26)中含有排气阀机构(2)并连接到排气歧管(12)。排气阀弹簧(7)座在气缸盖体(8)的台阶孔(9)上。摇臂(6)设置在气缸盖体(8)的顶面，它通过排气阀弹簧(7)的装置将排气阀(11)保持在关闭位置。
排气歧管(12)和排气室(26)的形式是弯头(最清楚见图7中)，其是气缸盖体(8)的主要部分。排气室(26)包括排气阀(11)，其坐在排气阀座(16)上与排气阀弹簧(7)的力相对。在气缸盖体(8)的螺纹孔接收火花塞(25)，以提供一系列的火花和燃料喷射器(31)，以喷射燃料进入抽吸室(27)。进气歧管(29)和排气歧管(12)之间的角度在70°-90°的范围之间消减。图2、图3和图4是为了更好地理解和更清楚的气缸盖组件的不同视图。
在发动机100中，周向吸入由葵形阀机构来实现(最佳见图8的爆炸)。由于葵形阀机构(3)类似于葵形的花瓣而得名。葵形阀机构(3)通过圆柱形凸轮(26)操作，以提供角运动打开和关闭葵形阀机构(3)。排气阀(11)通过排气阀凸轮(34)操作，这是常规的瓣凸轮和排气阀凸轮从动件(33)(最佳见于图5和6)。排气阀凸轮(34)和圆柱形凸轮(38)都在凸轮轴(13)上形成。
葵形阀(18)被夹在葵形阀上导引(17)和葵形阀下导引(19)之间。葵形阀上导引和葵形阀下导引(17,19)通过葵形阀上导引锁(35)和葵形阀下导引锁(49)固定在气缸盖主体(8)内保持静止。葵形阀下导引(19)具有螺旋形的径向通道(19a)，其为空气在螺旋方向进入到空气-燃料混合物提供入口通道。在导引锁(35，49)上的锯齿(51)纳入葵形阀导引(17，19)，其防止葵形阀导引(17，19)当葵形阀(18)是在运动中时的旋转(最佳见于图9)。葵形阀机构通过葵形阀机构盖(50)在底部关闭。
葵形阀机构固定在葵形阀机构塞(42)和葵形阀机构簧环(45)之间(最佳见于图7A的放大图)。葵形阀机构塞是排气室的外环形凸起以阻止葵形阀机构(3)的向上运动及通过葵形阀机构簧环(45)固定以防止向下轴向运动。与葵形阀上导引(17)的高度(h1)相比，葵形阀下导引(19)具有更大的高度(h3)，以为进入的空气及较少的热量传递到葵形阀机构(3)提供更多滑行路径。较少热传递到葵形阀机构(3)确保了最小的热膨胀和平滑的动作。葵形上导引(17)的高度(h2)和葵形阀(18)的高度(h1)等于和小于葵形阀下导引(19)的高度(h3)。不管配合表面的磨损合裂缝，由于气体压力向上的推力都确保气体紧紧密封。它要求葵形阀导引(17，19)和葵形阀(18)的所有配合表面是完全重叠的从而需要最小的力来致动。
在此发动机中使用的葵形阀(18)具有36个瓣(葵形阀机构术语参照图10)。葵形阀机构(3)具有与端口夹角(θ)4°相对的瓣角6°，以便葵形阀(18)可以完全覆盖具有1°重叠角的径向通道。通过圆柱形凸轮(38)和圆柱形凸轮从动件(39)的方式打开葵形阀机构(3)需要5°的总角度移动。可以通过增加葵形阀(18)花瓣的数量减少圆柱形凸轮(38)的移动角度。
参照图11，葵形阀(18)通过坐在葵形阀弹簧座(48)上的葵形阀弹簧(37)的力处在关闭位置。参照图12，葵形阀(18)处于打开位置，与葵形阀弹簧(37)力相对。图13涉及到圆柱形凸轮从动件(39)相对于凸轮轴轴线(14)的位置。在闭合位置(39b)的圆柱形凸轮从动件和在打开位置(39d)的圆柱形凸轮都在圆柱形凸轮从动件(39)冲程的端点。从动件均衡位置(39c)是凸轮轴轴线和圆柱形凸轮从动件轴线(39a)吻合时的点。随着圆柱形凸轮从动件(39)在圆形路径移动，从动件轴线(39a)从被称为从动件偏移的凸轮轴轴线(14)移动。从动件偏移应该是最小的，这样圆柱形凸轮(38)可在圆柱形凸轮从动件(39)上施加最大的力。为了减少该偏移，圆柱形凸轮从动摆动角度(39e)应该从动件均衡位置(39c)均分。
点火塞(25)在发动机起动时产生一系列的火花及它是不定时的。该点火塞(25)的目的是在启动类似于在燃气轮机中使用的燃烧室时引发燃烧。对于多气缸发动机可以使用单点火塞。喷射器在吸入冲程期间喷射燃料到抽吸室。
图14示出了涡轮活塞组件(4)和曲轴的爆炸图。参照图15，叶轮(20)安装于使用叶轮轴20a的活塞上，其是叶轮的主要部分，并通过叶轮簧环(54)固定。它可以通过空气-燃料混合物进入的力而自由地旋转。随着叶轮高速旋转时，扭矩力连同压缩载荷将作用在活塞上，因此，涡轮活塞组件(4)受到扭转力-压缩载荷。为了抵御这种类型的负载，传统‘I’截面连杆被替换为(读为O-positive)连杆(23)(图16)。作用在叶轮叶片的载荷安全地传输到O-+连杆上，因此提高了发动机在更高速度下的稳定性。
在发动机(100)的空气-燃料混合物被周向地吸入到气缸，称为周向吸入。当在吸入冲程期间进入时，空气-燃料混合物的涡流从气缸壁扫除热量。在压缩冲程期间，空气-燃料混合物的压缩涡旋在能量中心(21)有效地燃烧燃料分子。
空气-燃料混合物在圆柱体的圆周的旋流被称为周向涡流(56)。周向涡流(56)负责冷却气缸壁以及以不能触及气缸壁的方式使火焰偏离。周向涡流(56)也旋转作为风扇用于冷却气缸壁的叶轮(20)。叶轮被安装在活塞上被称为涡轮活塞组件。涡轮活塞组件在压缩冲程期间加重涡流作用以产生高强度压缩涡流或HICS(57)。
加强涡流生成HICS的过程被称为涡流恶化。在HICS中分子以非常接近高速的移动增加相互碰撞的可能性。周向涡流(56)防止火焰蔓延到气缸壁，提高了效率，因为需要较少量燃料给能量中心供给能量执行活塞上有用的功。
叶轮的中心部分被称为能量中心(21)。这是叶轮的内部空间，在此空气-燃料混合物的涡流加重引起HICS(57)。在这个空间中高速度分子引起多次碰撞，以在较短的时间内释放它们最大的能量。有两种类型的能量中心的取决于HICS(57)的方向，直接涡流能量中心和反向涡流能量中心。
在能量中心分子基于角动量守恒定律的轨道中的运动依赖于分子量，较轻的分子取较小的轨道，及较重的分子取较大的轨道。当分子进入能量中心，它分解成更小的分子，占用较小的轨道。发生能量的释放，直至分子到达可能最小的轨道或释放最大的能量。
扫除系数是实现气缸有效冷却的主要标准。扫除系数是孔直径与有效气缸长度(间隙长度+冲程长度)的比例。扫除系数＝孔直径/有效气缸长度(d/L)，其中L＝c+1
涡流恶化是空气-燃料混合物的加强涡流作用引起HICS(57)的过程。涡流恶化取决于扫除系数、周向旋角(α)和叶轮旋角(β)。
本主题技术的气缸的能量中心(21)与常规的燃烧室的不同之处在于燃烧燃料的方法。在排气冲程期间总是在能量中心遗留有火焰。遗留火焰具有相当大的能量为随后的循环。添加燃料只是为了补充遗留火焰以保持能量中心的能级。
图17示出了吸入冲程，其中，进来的空气-燃料混合物通过进气歧管(29)进入碰撞排气室(26)及冷却它。火花塞(25)生成一系列火花及燃料喷射到抽吸室(27)。空气通过进气歧管沿着抽吸室流动及在吸入冲程期间通过葵形阀(18)驱动喷射和火花至气缸。葵形阀下导引的通道被螺旋地弯曲及作为喷嘴，这会引起空气以高的速度沿周向涡旋。空气的涡流撞击在叶轮叶片引起叶轮(20)旋转。这被称为周向涡流(56)及燃料彻底雾化以确保有效的燃烧。
图18示出了压缩冲程，其中葵形阀和排气阀关闭。周向涡流在叶轮中心被恶化引起高强度压缩涡流或HICS(57)。高强度压缩涡流(57)确保每个燃料分子引起多次碰撞瞬间释放最大的能量。
图19示出了做功冲程，其中，燃烧的热气体迫使活塞向下以将热能转换成机械能。火焰以火盘(58)的形式产生。因为以下原因火焰不能达到气缸壁。
·孔直径比冲程长度大。活塞冲程很快停止，因此，火焰没有足够的时间到达气缸壁。
·叶轮叶片使火焰偏离不能达到气缸壁。
·供给的燃料仅仅够在能量中心燃烧。
图20示出了排气冲程，其中，排气阀打开(59)及燃烧产物排出气缸(30)。一定量的热气体留在气缸中，其具有遗留能量，这些遗留能量对后续循环是有用的，从而提供较少量的燃料以维持的能量中心的能级。
图18示出了直接涡流能量中心(DSEC)，其中HICS的方向与周向涡流是相同的。这是简单的能量中心，其分子引起侧面碰撞。这个能量中心可以在发动机中使用高辛烷值燃料使用。
图19示出了反向涡流能量中心(CSEC)，其中HICS(57)的方向与周向涡流(56)是相反的。叶轮叶片具有负旋角，以便产生反向涡流。叶轮(20)应具有更多的动能以在相反的方向使空气流偏转引起HICS(57)。当他们以具有较高的碰撞速度进入能量中心时，燃料分子引起头部相撞。这样能够使牢固结合的原子扯开它们的分子甚至电子从它们的原子撤掉。这种能量中心可用于燃烧低辛烷值燃料。
图21是在能量中心用箭头示出图1中的发动机的HICS的方向的直接涡流能量中心(DSEC)。
图22是在能量中心用箭头示出图1中的发动机的HICS的方向与周向涡流的方向相反的反向涡流能量中心(CSEC)。
图23是不具有葵形阀导引锁和葵形阀锁的葵形阀机构的爆炸图。如本领域普通技术人员所了解的相关技术，图23的葵形阀机构利用与图1-22上述描述的日葵阀机构类似的原理。因此，相同的参考标号用于表示类似的元件。图23中的葵形阀机构的主要区别在于图23是葵形阀上导引锁(35)、葵形阀锁(36)和葵形阀下导引锁(49)与相应的环(17)、(18)、(19)的结合在一起。这样，堆积表面(61)、(62)分别与表面(63)，(64)相对堆积，防止锁(35)、(49)的旋转。
因此，可以看到的是，本主题技术提供了自冷却发动机，具有冷却发动机的气缸及提供了比现有发动机更有效的燃烧。由于这些原因，本主题技术被认为在本领域中代表一个显著进步，具有实质性的商业优点。
本主题技术包括葵形阀下导引，具有多个径向通道，它们与气缸轴线是同心的。这些通道通过葵形阀机构被关闭或打开。本主题技术使用汽油燃料，但是增加的压缩比和扫除系数可以允许使用柴油。葵形阀机构当空气被吸入气缸内时引起空气周向流动。空气周向流动冷却气缸，并使燃料在能量中心有效地燃烧。进入空气流旋转活塞上的叶轮，其作为风扇来冷却气缸壁。在燃烧过程中，叶轮叶片也使火焰到达气缸壁偏离，及作为能量中心和气缸壁之间的热障。
如可以看到的，本主题技术的发动机消除由于先前使用的冷却机构的损失，并显著降低不完全燃烧。在本主题技术的发动机中，燃料在气缸的中心瞬间燃烧，并在活塞的中央施加力。气缸通过进入的新鲜气流冷却，从而消除了目前使用在内燃机中的复杂冷却机构。高强度压缩涡流(HICS)在压缩冲程末端产生确保了燃料的每个分子引起燃烧。
本主题技术的发动机通过使用葵形阀机构和涡轮活塞使气体成流线型使空气-燃料混合物达到高度均匀。本主题技术的实施例提供了自冷却发动机，其能够在吸入冲程期间通过进入的空气的新鲜气流的方法冷却气缸壁。进入的空气周向涡漩穿过气缸壁冷却气缸。燃料仅提供执行活塞上的有用功，从而增加了发动机的效率。燃料在涡流过程完全雾化，以便它可以有效地在能量中心(21)中燃烧。
在此示出和描述了本技术主题的特定结构，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下明显可以进行各种修改和部件的重排，及同样不限于本文所示和描述的概念是本发明所附权利要求书的范围。

Claims (5)

1.一种发动机，具有至少一个气缸，包括：
气缸盖体，包括葵形阀机构、排气阀机构；及
可移动通过气缸中冲程的往复涡轮活塞组件；
所述气缸盖体包括：
(1)进气歧管和排气歧管，设置在气缸盖体的圆柱形表面上；
(2)阀锁壳体，在气缸盖体的圆柱表面上，以容纳葵形阀上导引锁、葵形阀锁、葵形阀下导引锁、葵形阀组件罩和圆柱形凸轮从动件；
(3)支架，为凸轮轴和推杆提供轴承支持；
(4)环形突起，设置在排气室外圆柱表面上，以阻止葵形阀机构沿气缸轴线运动；
(5)凹槽，在所述环形突起下方以接收设置在排气室外圆柱表面上的葵形阀组件簧环，以阻止葵形阀机构沿气缸轴线运动；及
(6)螺纹孔，在气缸盖体的顶面上，以接收喷射器和点火塞；
所述葵形阀机构，或称作入口阀机构，是由于其类似于葵形的花瓣而得名，邻近进气歧管设置，包括：
(1)葵形阀上导引，具有多个径向通道，为了在吸入冲程期间导引空气-燃料混合物流动，与发动机气缸轴线同轴设置，其中，所述葵形阀上导引通过所述葵形阀上导引锁固定至气缸盖体以防止围绕气缸轴线旋转；
(2)葵形阀下导引，具有多个螺旋形的径向通道，与葵形阀上导引一致，为了导引空气-燃料混合物至气缸以产生周向涡流，与发动机气缸轴线同轴设置；其中，所述葵形阀下导引通过所述葵形阀下导引锁固定至气缸盖体以防止围绕气缸轴线旋转；
(3)葵形阀，具有多个径向通道，为了在吸入冲程期间允许空气-燃料混合物流动，与发动机气缸轴线同轴设置，其中，所述葵形阀固定至圆柱形凸轮从动件，所述圆柱形凸轮从动件提供角运动至所述葵形阀；
(4)圆柱形凸轮从动件，设置在葵形阀锁的顶面，跟随圆柱形凸轮轮廓传动角运动至葵形阀；
(5)角形槽，形成于气缸盖体的葵形阀锁壳体上，以在角形路径上引导圆柱形凸轮从动件；及
(6)螺旋弹簧，设置在葵形阀弹簧座以保持葵形阀处于关闭位置；
所述葵形阀围绕气缸轴线在葵形阀上导引和葵形阀下导引之间旋转，及所述葵形阀揭开葵形阀上导引和葵形阀下导引的径向通道以允许空气-燃料混合物在吸入冲程期间流进气缸；及
葵形阀机构，其中，葵形阀下导引的径向螺旋通道直接使空气-燃料混合物周向流入气缸，以在气缸内产生周向涡流；
由所述葵形阀机构产生的周向涡流，冷却发动机气缸壁；
由所述葵形阀机构产生的周向涡流，在做功冲程期间防止火焰波及发动机气缸壁。
2.如权利要求1所述的发动机，其中，排气阀机构用于燃烧气体排出气缸。
3.如权利要求1所述的发动机，其中：
凸轮轴的结构，包括：
排气阀凸轮和圆柱形凸轮，设置在凸轮轴的圆柱形表面上；
排气阀凸轮用于传动往复运动至推杆；及
圆柱形凸轮用于传动角运动至圆柱形凸轮从动件和葵形阀。
4.如权利要求1所述的发动机，其中
涡轮活塞组件的结构，包括：
叶轮，可旋转地设置在活塞的顶面上，所述叶轮通过围绕气缸轴线吸入空气-燃料混合物的力旋转，其中，叶轮固定至所述活塞，以防止沿着气缸轴线运动；及
连杆，转换往复运动为旋转运动。
5.如权利要求4所述的发动机，其中：
涡轮活塞组件在压缩冲程期间向上运动，以在能量中心引起高强度压缩涡流，所述高强度压缩涡流引起空气-燃料混合物在能量中心完全燃烧。
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