CN1082137C - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，包括一对或多对第一和第二气缸(12，14)，第一气缸(12)的换气容量要大于第二气缸(14)，并且分别有第一和第二活塞(16，18)在各自的气缸中往复运动。第二活塞(18)上有驱动杆(234)，并将第二气缸(14)分成一个含第二活塞驱动杆的第一容量(15a)和一个位于两活塞之间的第二容量(15b)。第一气缸(12)上带有进气口(25)和排气口。当活塞基本上处于它们的内死点位置时，在活塞(16，18)中间就形成了一个共同燃烧空间(20)，燃烧空间包括第二容量。一个传送机构(39，128)使气体可在第一容量(15a)和燃烧空间(20)之间流动，而一个止动机构(128)使大量的燃料/空气混合物直到第二活塞(18)的压缩冲程的末期才从第一容量进入第二容量。在第二活塞的吸气冲程中，一个喷油嘴(34)向第一容量喷射燃油。这个内燃机还有一个用来驱动第二活塞(18)的驱动机构，该驱动机构包括在第一活塞(16)的作功冲程的至少一部分中能使第二活塞(18)基本上处在其内死点位置的机构。在第一和第二气缸之间采用了隔板式的节流阀。隔板上的开口使喷射气流沿着冲击第二活塞端部的方向流入第二气缸，从而在第二气缸中产生了一个环形气流。

Description

内燃机

发明领域

本发明涉及一种内燃机。

“分离式发动机”是一种直到压缩冲程结束时，并在即将点燃之前才使燃料和大量空气混合的一种发动机，在GB-A-2155546，GB-A-2186913，GB-A-2218153，GB-A-2238830，GB-A-2246394，GB-A-2261028，GB-A-2268544和GB-A-2279407中已知许多属于分离式的发动机。这些发动机在文献中被称作梅瑞特发动机。

狄塞尔发动机也是一种分离式发动机，而火花点火式汽油机(SIGE)则压缩燃油和空气的预混合物。

诸如狄塞尔和梅瑞特发动机的分离式发动机的一个重要特征是大多数燃油直到即将点燃之前都是与大多数空气隔离的，而且直到接近压缩冲程结束时才快速地将燃油送入燃烧室。

梅瑞特发动机采用的是梅瑞特燃烧控制系统(MCC)，它表示的是用于在一个往复式燃烧发动机中促进燃烧的各个过程的顺序。在这方面，它与其它同类的燃烧控制系统，如狄塞尔和奥托，或火花点燃式汽油机很相似。MCC可通过在上述一些在先公开的专利说明中描述的各种装置来进行操作。MCC的特征在于：将供给发动机的燃油的至少一部分与一个第二、较小的气缸隔离，该气缸装有一些空气并有一个较小的活塞，并在较大活塞的排气和/或吸气和/或压缩冲程中将燃油吸入较小的气缸。直到两个活塞都接近压缩冲程的结束时，与大量空气分离的燃油才被吸入。与狄塞尔分离式发动机在点燃之前就先将液体燃油注入空气的方式相比，这种设计使燃油可在燃烧开始之前有充分的时间在空气(可能包括前一循环的燃烧产物)中汽化。在MCC系统中，较小的气缸用作气化缸，较小的活塞可用作燃油输送活塞。因此较小的气缸可称作燃油控制气缸。较大的气缸用来接收未节流的并且不带燃油的空气，较大活塞用来压缩空气。

本发明旨在设计一种改进的内燃机。

因此，本发明提供的一种内燃机，包括：至少一对第一和第二气缸，第一气缸与第二气缸相比具有较大的换气容量；

分别在上述气缸中往复运动的第一和第二活塞，其中第二活塞上有一驱动杆，从而将上述第二气缸分成一个包括第二活塞驱动杆的第一容量和一个位于两活塞之间的第二容量；

与第一气缸相通的进气机构；

与第一气缸相通的排气机构；

当上述活塞基本处于它们的内死点位置时，在所述活塞之间限定一个共同燃烧空间的机构，该燃烧空间包括上述第二容量；

可使燃气在第一和第二容量之间流动的传送机构；

可使大量的燃油/空气混合物直到第二活塞压缩冲程结束时才能从第一容量进入第二容量的止动机构；

一个用来向第一容量提供燃油的第一燃料源；

用于驱动第二活塞的驱动机构；

以及能在从第一气缸流入第二气缸的气流中产生涡流的机构；

其中上述能产生涡流的机构包括一个位于气缸之间的节流阀，阀上的开口可将喷射气流导向预定的方向；

其特征在于，当第二活塞处于冲程的顶端时，该开口朝向端部的中心延伸，从而产生环形气流，气流的核心由喷射气流构成，

有利的是，所述第二活塞的端部上有至少一个叶片，来使冲击端部的气体沿围绕第二气缸轴的方向流动，从而导致环形气流的旋转。

优选的是，节流阀为一个位于第一和第二气缸之间的隔板，隔板上具有的开口可将喷射气流导向预定的方向。

在本发明的一个优选形式中，开口可将喷射气流导向冲击第二活塞端部的方向。开口沿基本上与第二气缸轴平行的方向延伸较合适。在一个优选形式中，该方向可与第二气缸轴对准。

优选的是，驱动机构包括在第一活塞作功冲程的至少一部分中，能使第二活塞基本停在其内死点位置或其附近处的机构。

附图简述

本发明将参照附图，结合例子进行进一步的说明，其中：

图1是本发明发动机一个优选形式的局部剖视图；

图2是图1中所示的一部分的放大图；

图3是与图1类似的本发明发动机的第二实施例的相应视图；

图4表示的是图2的一个变化形式；

图5表示的是图2的另一个变化形式；

图6是本发明改进型活塞的俯视图；

图7是与图2类似的一个视图，表示的是本发明的另一个

实施方案；

图8是沿图7中的线8-8的一个剖视图。

此处所述的本发明是对GB-A-2279407中所公开的发动机的一种改进，这里引入GB-A-2279407的内容作为参考。读者可通过这个在先的说明书来对该发动机及其操作有个全面的了解。

附图中所示的梅瑞特发动机有一个大气缸12和一个作为大气缸的延伸部分的小气缸14。一个小活塞18可在小气缸14中移动，并具有一个端部35和一个圆柱形驱动杆234。一个大活塞16可在大气缸12中移动，并具有端部36，并以常规的方式用活塞环密封。通道25在活塞16的排气冲程中作为排气的排气出口。通道25也可在活塞16的吸气冲程中作为进气口以允许空气进入气缸12。两个活塞可通过能啮合或联接在一起的单独机构来驱动，或由合适的机构C来控制一起操作。例如，大活塞可由曲柄连杆装置来驱动，小活塞则由连在凸轮轴600上的凸轮500来驱动。两个活塞的冲程可以不同。优选的是大活塞具有较大的冲程。

小活塞18将第二气缸14分成位于小活塞端部35后面、包含驱动杆234的第一容量15a，和位于两活塞之间的第二容量15b。可以理解，这些容量随活塞18的移动而变化。

燃油通过喷油嘴34送入小气缸14。可采用火花塞52来点火。喷油嘴和火花塞由发动机控制系统M来控制。

燃烧空间20位于两个活塞16，18中间，并被一个带有开口2161的节流阀或板216与大气缸12部分分隔。开口可使气体在燃烧空间20和大气缸12之间流动，并可具有多种功能。在大活塞16的压缩冲程中，开口可促进在从较大气缸12向燃烧空间20流动的空气中产生涡流。在燃烧的初期阶段，开口也可使热气以高速射流的形式从燃烧空间流出。该射流被引入气缸12中的气门室，该室包含能参与燃烧过程的未用或从缝隙吸入的空气。开口2161的尺寸可由设计者根据所用的燃油和压缩比来选择。

开口的延伸方向可使气流从大气缸12冲击小活塞18的凹形端部35。结果，使得在压缩冲程中被压入小气缸14中的空气从活塞的凹形端部发生偏离，向外偏向小气缸的壁14A，并由此向下流动，然后由板216的表面作用而向内流动。板216的表面曲线作成凹形，以便于产生气体的这种运动。

空气和气化燃油的快速混合有助于全部燃油在梅瑞特发动机中的彻底和快速燃烧，本发明提供了一种能在间接梅瑞特发动机装置中达到以上目的的最好方法。

气体运动如图2所示，图2表示的是接近压缩冲程结束时燃烧空间20中的状况。

空气是由大活塞16(未示出)通过开口2161输送的，虽然所示的开口是一简单孔，但它可采用各种形状。空气流上升并冲击小活塞的端部35的底面，在靠近底面中心处被分成对称的下行贴边“喷射流”。上述底面在图2中所示为凹面，但也可以是图4和5中分别所示的平面或凸面。燃烧空间中空气的流动开始于大活塞压缩冲程起始时，并且随着小活塞上升在燃烧空间中产生环形空气运动。环形运动由箭头420，430和440所示，并通过空气喷口410所传送的附加动量而不断得到加强。

可看到环形运动能转换通过端部35的边缘和壁14A之间缝隙128的空气，还可看到该环形运动可净化孔洞中的火花塞52。

缝隙128的细小程度形成止动机构，可禁止燃油/空气混合物从第一容量15a经过端部35的运动直到压缩冲程结束。

接近压缩冲程结束时，由箭头510和520所示的气化燃油和气体混合物开始从第一容量15a中排出，并由周向凹槽39的作用而使其偏转入空气流路。这个过程通过代表燃油的箭头520和代表空气的箭头420交汇而很清楚的表示出来。

由于这个过程是绕活塞18端部35的圆周将燃油和空气均匀混合，因此这个混合过程非常快速有效。

一部分燃油气体进入火花塞孔53，将孔洞53通过一狭槽51(图4)和周向凹槽39连接起来，这使火花塞可点燃部分混合物，从而开始了其余燃油的火花触发压缩点燃过程。

这个独特的空气“喷射”运动的优点在于：当小活塞18在压缩冲程的末期到达或接近它的内死点位置时，从小活塞18后面绕过端部的边缘而进入燃烧室20的燃油/空气混合物，汇入流过活塞边缘和气缸壁之间的缝隙的空气流中，从而使进入的燃油/空气混合物与环流的空气充分混合。

在理想情况下，开口2161与小活塞18端部的中心轴向对齐，但也可以偏置，如图3中所示，只要来自大气缸12的空气射流指向小活塞18端部的表面，而不是指向气缸壁14A或活塞端部和气缸壁之间的缝隙。

如图3所示，端部35的表面可有一个中间“尖头”21或是凸起部分，以有助于流向端部边缘的空气流的均匀扩散。

位于端部35周边区域的表面也可与气缸14的轴成一角度，以有助于空气与流入的燃油的混合和把空气引向火花塞52。

端部35的表面可以是如图2所示的凹形，或如图4所示的扁平状，或是如图5所示的凸形，或是两种或全部三种结构组合而成的波浪形。在每种情况下，都可在端部上如图3所示，设置一个中部锥形的凸起或尖头21，以便有助于空气平滑地偏向端部的四周。

所选择的端部表面形状应能够在压缩冲程中产生最优的空气流向，特别是端部35边缘的空气流，以促进燃油和空气尽可能彻底地混合。例如，图5中所示的凸面形可有效地将全部燃油从凹槽39清除，但在压缩冲程中可能对空气的环形流动产生轻微的不利影响。

图6是一个改进活塞18的端部35的俯视图，该活塞带有一个或多个叶片700。这些叶片用于使冲击端部35的气流绕小气缸的轴周向流动。这样冲击活塞18的端部后进入燃烧空间20的空气的涡流运动，就包括环形运动和绕第二气缸轴的循环或螺旋运动。这有助于燃油和空气的混合。事实上，这些叶片引起了围绕第二气缸轴的旋流的旋转。

最后，如图5所示，凹槽39不是本发明操作中必需的，可被省略。

适当选择第二气缸的几何形状和尺寸，可使气体运动所形成的环形具有近似于圆形的横截面。

图7和8表示的是本发明发动机的改进型，其中开口2161位于小气缸14纵向一侧。并且气缸本身的横截面为长方形。这样的结果是，通过开口2161进入燃烧室20的空气沿大致为环形的路径运动。

火花塞52的位置处于高速气流的主流外面，从而对气流起一定的保护作用。另外，当活塞通过火花塞时，可在火花塞52和活塞18边缘之间的缝隙产生火花。如图所示，当活塞18处于它的内死点位置时，火花塞52被活塞边缘部分覆盖。

Claims (8)

1.一种内燃机，包括：

至少一对第一和第二气缸(12，14)，第一气缸(12)的换气容量大于第二气缸(14)；

分别在所述气缸中往复运动的第一和第二活塞(16，18)，其中第二活塞(18)带有驱动杆(234)，并将第二气缸(14)分成包含第二活塞驱动杆的一个第一容量(15a)和所述两个活塞之间的一个第二容量(15b)；

与第一气缸(12)相通的进气机构(25)；

与第一气缸相通的排气机构；

当所述活塞基本上处于它们的内死点位置时，在所述活塞(16，18)之间界定一个共同燃烧空间(20)的机构，该燃烧空间包括第二容量(15b)；

使气体可在第一和第二容量(15a，15b)之间流动的传送机构(39，128)；

可使大量燃油/空气混合物直到第二活塞(18)压缩冲程结束时才能从第一容量(15a)进入第二容量(15b)的止动机构(128)；

一个用来向第一容量(15a)提供燃油的第一燃料源(34)；

用来驱动第二活塞(18)的驱动机构；

以及能在从第一气缸流入第二气缸的气流中产生涡流的机构；

其中该机构包括一个位于所述气缸之间的节流阀(216)，阀上的开口(2161)可将喷射气流导向预定的方向；

其特征在于，当第二活塞(18)处于冲程的顶端时，该开口(2161)朝向端部(35)的中心延伸，从而在燃烧空间(20)内的气流中产生环形气流，气流的核心由喷射气流构成。

2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，第二活塞(18)的端部(35)上有至少一个叶片(700)，以使冲击端部的气体沿围绕第二气缸(14)轴的方向流动，从而引起环形气流的旋转。

3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述节流阀(216)是一个位于第一和第二气缸(12，14)之间的隔板(216)，隔板上带有开口(2161)，可将喷射气流导向预定的方向。

4.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述开口(2161)将喷射气流导向冲击第二活塞(18)端部(35)的方向。

5.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述开口(2161)沿着基本上与第二气缸(14)的轴平行的方向延伸。

6.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述开口(2161)沿一与第二气缸(14)的轴倾斜的方向延伸。

7.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于所述方向与第二气缸(14)的轴对准。

8.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述驱动机构具有在第一气缸(16)作功冲程的至少一部分中，能保持第二活塞(18)基本上停在其内死点位置或其附近的机构。

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