CN116057253A - 具有气体交换室的内燃机 - Google Patents

Abstract

一种发动机可以配置为具有在气缸中往复运动的活塞，其中窜气从气缸中的燃烧室流到气缸外部的区域。活塞可以连接到配置为在线性路径中往复运动的杆。该发动机可以包括气体交换室，该气体交换室配置成将窜气捕获在气缸和容纳连接到杆的端部的致动器的室之间的空间中。

Description

具有气体交换室的内燃机

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月25日提交的美国临时申请号63/044096的优先权。

技术领域

本发明涉及内燃机领域，更具体地，涉及具有与气缸燃烧室相邻的气体交换室的内燃机领域。

背景技术

内燃机是已知的。例如，一些发动机配置包括单缸或多缸活塞发动机、对置活塞发动机和旋转式发动机。最常见类型的活塞发动机是二冲程发动机和四冲程发动机。这些类型的发动机包括相对大量的零件，并且需要许多辅助系统，例如润滑系统、冷却系统、进气和排气门控制系统等，以正常运行。

一些发动机可以配置为具有在线性路径中往复运动的振荡质量(例如活塞)。自由活塞发动机可以是活塞在线性路径中往复运动的发动机的一个示例。这种发动机可以用作发电源，因为它们不受曲轴的严格限制，并且可以简化设计的某些方面。自由活塞发动机还可以允许点火正时、所使用的燃料类型的增强的灵活性，并且可以非常适合于通过联接到能量转换装置来产生电力。

然而，一些发动机可能面临润滑剂或发动机的其他材料或部件污染的问题。例如，窜气(例如从燃烧室逸出、吹过障碍物并渗入另一个室的气体)可能泄漏到容纳润滑剂的室中。可替代地，即使不使用润滑剂，窜气也可能进入室并污染其中的部件(例如发电机的线圈)。需要对与发动机相关的系统和方法进行各种改进。

发明内容

一些实施例可以涉及内燃机，例如线性往复式发动机。发动机可以配置为具有在气缸中往复运动的活塞，其中窜气从气缸中的燃烧室流到气缸外部的区域。活塞可以连接到配置为在线性方向上往复运动的杆。发动机可以包括气体交换室，该气体交换室配置成将窜气捕获在气缸和容纳连接到杆的端部的致动器的室之间的空间中。

从以下结合附图的描述中，本发明的示例性优点和效果将变得显而易见，在附图中，通过图示和示例的方式阐述了某些实施例。这里描述的示例仅仅是本公开的多个示例性方面。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，并不限制本发明。

附图说明

图1是根据本公开实施例的具有气体交换室的发动机的示意图；

图2A-D是根据本公开实施例的具有气体交换室的发动机的操作的示意图；

图3是根据本公开实施例的活塞套件和气体交换室的透视图；

图4是根据本公开实施例的图3的气体交换室的底部透视图；

图5是根据本公开实施例的图3的气体交换室的顶部透视图；

图6是根据本公开实施例的图3的气体交换室的俯视图；

图7是根据本公开实施例的图3的气体交换室的仰视图；

图8是根据本公开实施例的图3的气体交换室的侧视图；

图9是根据本公开实施例的图3的气体交换室的剖视图；

图10是根据本公开实施例的图3的气体交换室的侧视剖视图；

图11A-11G示出了根据本公开实施例的发动机在不同操作位置的剖视图；以及

图12A-12C示出了根据本公开实施例的发动机的剖视图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述涉及附图，其中不同附图中的相同数字可以表示相同或相似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实施方式并不代表根据本发明的所有实施方式。相反，它们仅仅是根据如权利要求中所述的本发明相关方面的系统、装置和方法的示例。为了清楚起见，图中元件的相对尺寸可能被夸大。

在内燃机中，燃烧室中的燃烧可导致膨胀气体达到高压，导致活塞移动，从而可从活塞的机械运动中提取能量。活塞可以具有环绕活塞的活塞环，并且可以形成对气缸壁的密封。此外，气缸盖可以具有垫圈，该垫圈配置成密封气缸的其他区域并形成密封的燃烧室。理想情况下，膨胀气体完全包含在燃烧室中，直到发动机达到排气阶段。然而，实际上，在燃烧过程中可能会有一些膨胀气体从密封处逸出。例如，可能会有“窜气”吹过活塞或垫圈等障碍物并逸出到燃烧室外部。这些气体可能包含燃烧产物(例如燃烧或未燃烧的燃料)，并且可能污染燃烧室外部的油或其他材料。燃烧室外部的室可以与用于润滑发动机部件(例如容纳曲轴的曲轴箱)的油直接连通。窜气可能是导致需要定期更换发动机油的因素。

此外，发动机可以具有容纳配置为上下移动的活塞的气缸布置，燃烧室形成在活塞下方(见图1)。活塞杆可以延伸穿过燃烧室并到达气缸外部的位置。活塞杆可以连接到致动器，该致动器配置成将活塞和活塞杆的运动转换成某种其他形式的输出。例如，致动器可以包括配置成将活塞杆端部的线性往复运动转换成旋转运动(例如可以用于旋转轮子的旋转)的机构。致动器可以容纳在包含润滑剂的室中，因此对污染很敏感。或者，例如，致动器可以是不使用润滑剂的致动器，但仍包括对污染敏感的部件，例如具有线圈的发电机。

在本发明的一些实施例中，可以提供一种发动机，其包括位于燃烧室和致动器之间的气体交换室。气体交换室可以配置成防止污染物到达致动器或者相关部件或材料。例如，气体交换室可以配置成防止气缸外部的室内的油或其他部件被污染。气体交换室可以包括空气室，该空气室与燃烧室和容纳致动器的室中的一个或多个隔离。气体交换室可以通过密封件与燃烧室密封隔离，并且可以通过密封件与容纳致动器的室密封隔离。密封件可以是静止的密封件。气体交换室可以相对于油室密封，从而防止或阻止可能存在于窜气中的燃烧产物到达油室中的油，从而保持油清洁。来自气体交换室的气体和油室中的油之间的连通可能被阻断。

此外，发动机可以包括配置成线性往复运动的活塞和活塞杆。活塞杆可以配置成仅在线性方向上移动(例如仅上下移动，而不左右移动)。与传统发动机中的连杆不同，活塞杆可能没有横向运动。活塞杆可以联接到容纳在致动器室(例如油室)中的致动器。为了在气体交换室和油室之间形成密封，可以在这两个室之间设置垫圈，该垫圈防止窜气到达油室中的油，同时允许活塞杆上下滑动。

此外，气体交换室可以包括允许气体进出气体交换室的通道。通道可用于向气体交换室供应新鲜空气，或者向燃烧室供应气体。通道可以实现废气再循环(EGR)。EGR可用于降低气缸内的燃烧温度并改善排放。

发动机可以包括将线性运动转换成旋转运动或者将活塞杆的运动转换成某种其他形式的输出的机构。该机构可以包括齿轮机构。该机构可以配置成使得活塞杆能够在与活塞相同的方向上线性移动，使得没有侧向力作用在气缸壁上，并且使得空气室和油室之间的密封可以通过静止垫圈来实现。活塞和活塞杆的线性运动可以转换成转动飞轮的旋转运动。飞轮可以用来控制发动机的工作。例如，飞轮可以驱动车轮，或者可以驱动发电机。

根据本公开的一些实施例，可以提供紧凑且重量轻的发动机。发动机可以实现高效率和降低的环境影响(例如排放)。发动机可以获得高的功率重量比。

如本文所用，除非另有明确说明，术语“或”包括所有可能的组合，除非不可行。例如，如果规定一个部件包括A或B，那么，除非另有具体说明或不可行，否则该部件可以包括A、或B、或者A和B。作为第二示例，如果规定一个部件包括A、B或C，那么，除非另有具体说明或不可行，否则该部件可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C，或者A和B和C。诸如“中的至少一个”的表达不一定修饰下面列表的整体，也不一定修饰该列表的每个成员，使得“A、B和C中的至少一个”应被理解为包括A中的仅一个、B中的仅一个、C中的仅一个、或者A、B和C的任何组合。短语“A和B中的一个”或者“A和B中的任何一个”应该在最广泛的意义上被解释为包括A中的一个或者B中的一个。

图1示出了根据本发明实施例的发动机1。发动机1可包括气缸110，气缸110配置成具有可滑动地设置在其中的活塞套件56。活塞套件56包括活塞310和活塞杆320。气缸110可以具有形成在其中的燃烧室150。燃烧室150可以由活塞310的底部、气缸110的侧壁和气缸盖14形成。燃烧室150可以包括气缸110中的可变区域，该可变区域包括由活塞310的底表面形成的工作容积。当活塞310从气缸110的一端移动到其相对端时，工作容积可以改变。

发动机1可以包括气体交换室400。气体交换室400可以邻近气缸110。气体交换室400可以在气缸110的外部。活塞杆320可以延伸穿过燃烧室150。在一些实施例中，进气室可以设置在燃烧室150上方。

此外，发动机1可以包括配置成容纳致动器300的室130。活塞杆320可以延伸到气缸110的外部并进入室130。致动器300可以包括配置成将活塞套件56的线性运动转换成另一种形式的输出的机构。例如，致动器300可以联接到活塞杆320的一端，并且可以利用往复来回的活塞杆320的运动。室130可以配置成容纳润滑剂。润滑剂可以是液体润滑剂，例如发动机油。致动器300可以配置成由油润滑。

气体交换室400可以配置成防止污染物到达室130。气体交换室400可配置成防止来自燃烧室150的窜气渗透室130。

现在参考图2A-2D，其示出了根据本公开实施例的发动机1的操作。如图2A所示，活塞310可以沿线性方向移动。活塞310可以沿着轴线A来回往复运动(例如在图2A的视图中向左和向右)。在图2A所示的阶段，燃烧室150可以填充有气体，例如空气-燃料混合物。从图2A的位置，活塞310可以移动以便压缩燃烧室150中的气体(例如在负A方向；在图2A的左侧)。

在图2B所示的阶段，活塞310可以到达燃烧位置。燃烧位置可以是沿着轴线A的对应于气缸110中燃烧事件开始的点。燃烧时，活塞310可以反转方向。燃烧位置可以是达到燃烧室中的气体预定压缩比的点。例如，燃烧位置可以是燃烧室的压缩比达到10:1或20:1等的点。通过激活点火器，例如火花塞或电热塞，可以在燃烧位置开始燃烧。在一些实施例中，燃烧位置可以是固定位置。在一些实施例中，燃烧位置可以是可变位置，其可以基于发动机1的条件来确定。例如，发动机1可以配置为使用自动点火运行，并且燃烧位置可以是燃烧室中的压缩比适合于所使用的燃料类型的自燃的点。

燃烧位置可以不同于活塞310的最大行程位置。可以允许活塞310行进，直到碰到气缸盖14。例如，当活塞杆320没有机械联接到任何其他部件时(例如活塞是“自由的”)，活塞310可以沿着轴线A移动，直到碰到物理障碍物。为了防止活塞310在运行中冲击气缸盖14，发动机1可以配置为使得在活塞310和气缸盖14之间提供间隙容积。

在一些实施例中，活塞310可以配置成在第一极限位置和第二极限位置之间往复运动。极限位置可以由致动器300设定。极限位置可以类似于术语“上止点”和“下止点”，其中传统的活塞可被曲轴限制在最大向上行程的位置(例如曲轴的0度位置)和最大向下行程的位置(例如曲轴的180度位置)之间移动。在本公开的一些实施例中，致动器300可以物理地限制活塞310的行程范围。在一些实施例中，致动器300可以包括曲轴。然而，在一些实施例中，致动器300可以联接到活塞杆320，但并不物理地限制活塞310的行程范围。例如，致动器300可以将来自活塞杆320的线性运动转换成旋转运动，并且旋转运动的能量可以由不物理限制致动器300的发电机利用。然而，由于燃烧室150中剩余的压缩气体的压力，可以防止活塞310撞击气缸盖14。

在发动机1的运行中，燃烧可以在燃烧室150中的空气-燃料混合物被压缩之后发生。燃烧可导致燃烧室150中的压缩空气-燃料混合物被转换成具有导致活塞310移动的高压的膨胀气体。图2C示出了燃烧已经发生并且活塞310沿着轴线A移动的阶段。如图2C所示，一些膨胀气体可以从燃烧室150逸出到发动机1的其他区域。例如，窜气2可能逸出燃烧室150。窜气2可能会吹过旨在包含这种气体的障碍物(例如密封件)。气体交换室400可以配置成捕获窜气2。窜气2可以包含在气体交换室400中，并且可被阻止进入室130。气体交换室400可配置成允许窜气2膨胀到气体交换室400的容积中，并降低窜气2的压力。窜气2的压力可以降低，并且气体交换室400和室130之间的密封能够将窜气2包含在气体交换室400中。

如图2D所示，窜气2可被重新引导到发动机1的其他区域。气体交换室400可以配置为执行EGR功能。气体交换室400可将窜气2连同可包含在气体交换室400中的其他气体例如新鲜空气一起重新引导回到燃烧室150中。窜气2可被输送回燃烧室150，在那里它们可经历更完全的燃烧(例如燃烧任何未燃烧的燃料)。此外，窜气2可包括不可燃的燃烧副产物。这种不可燃材料会占据燃烧室150内的体积(而不是例如新鲜空气或燃料)，并且会部分抑制气缸110中的燃烧。这可以降低燃烧室150中的燃烧温度，并且可以允许调节发动机性能。气体交换室400可以配置成减少发动机1的有害排放。

窜气2可能因燃烧室150中发生的燃烧而产生，并且窜气2可包括非常高温度(例如400摄氏度)的气体。高温气体泄漏到发动机1的其他区域，例如燃烧室130，会对发动机性能产生有害影响。例如，可能包含在室130中的油可被加热，并且可能碳化。碳化油可形成颗粒物质(PM),其可与室130中的部件和材料接触，包括液体油。室130中PM的存在会导致室130内的摩擦增加，并且室130中的部件和材料的温度会进一步升高。因此，窜气2渗入室130会导致过热。此外，曲轴箱强制通风(PCV)系统的正常运行可能会遇到问题，并且发动机1可能需要更多的功来驱动与其连接的部件。

气体交换室400可配置成防止窜气2进入室130，并可防止室130中的部件或材料被污染。气体交换室400可以降低发动机1的油可能需要更换的频率。

现在参考图3，其示出了根据本公开实施例的活塞套件和气体交换室。活塞套件56可以配置为沿着轴线A移动。活塞套件56可以包括双侧活塞311和活塞杆325。活塞杆325可以配置为移动穿过气体交换室400中的开口。尽管图3可以示出活塞套件56，其中活塞311的直径仅略大于活塞杆325，但应当理解，许多变化是可能的。活塞311可以配置为具有大于活塞杆325移动通过的气体交换室400的开口的直径。

活塞311可以可滑动地安装在气缸110中(图3中未示出)。活塞杆325可以包括至少部分延伸穿过其中的通道。活塞杆325可以包括中空管。可以有连接活塞311第一侧上的通道和活塞311第二侧上的通道的互连流动通道。如图3所示，活塞杆325可以包括第一开口323A和第二开口323B。通过开口端326或通过活塞杆325的第二开口323B供应的进气可以通过活塞杆325连通，并通过第一开口323A输送到气缸110的燃烧室。在一些实施例中，活塞杆325可以在一端或两端包括壁，使得气体连通仅通过第一和第二开口323A、323B发生。

现在参考图4-10，其示出了根据本公开实施例的气体交换室。如图4所示，气体交换室400可以包括下开口440、气体入口420和气体出口430。密封件445可以设置在下开口440中。密封件445可以配置为将气体交换室400与相邻室密封隔离。例如，气体交换室400可以邻近室130(图4中未示出),并且密封件445可以配置为将气体交换室400与室130密封隔离。密封件445可配置成填充活塞杆和下开口440的内径之间的间隙。密封件445可以是油密封件。密封件445可配置成刮掉由沿密封件445滑动的活塞杆携带的油，并将油容纳在室130中。气体交换室400可以具有厚度t，厚度方向平行于轴线A。

如图5所示，气体交换室400可以包括上开口410。上开口410可以包括在密封系统中，该密封系统配置为将气体交换室400与另一个室(例如燃烧室150)密封隔离。在一些实施例中，气体交换室400的上部可以与发动机头部(例如气缸盖14)集成。气体交换室400可以包含在发动机盖14中。

如图5和图6所示，气体交换室400可以包括气体入口420和气体出口430。新鲜空气或其他气体可以通过气体入口420供应到气体交换室，并且可以通过气体出口430排出。气体入口420可以与进气系统连通。气体出口430可以与空气清洁器连通，或者可以配置成将气体从气体交换室400直接再循环到气缸110中(图5和6中未示出)。

如图6所示，上开口410可以具有直径D1。如图7所示，密封件445的内径可以是D2。D1和D2可以相同或不同。在一些实施例中，D1可以大于D2，以容纳杆开口密封系统。例如，如图6所示，环形构件415可以设置在上开口415中。环形构件415可以具有内径D1a。D1a可以与D2相同或基本相同。

图8示出了气体交换室400的侧视图。气体入口420和气体出口430可以彼此对准。开口可以直接穿过气体交换室400形成。密封件445可具有一定厚度，使得当从侧面观察气体交换室400时，密封件445的至少一部分通过气体入口420可见。

图9是在垂直于厚度方向的平面中截取的截面图(参见图4)。如图9所示，气体交换室400可以包括内部空间405。内部空间405可以由直径D3限定。内部空间405可具有配置成允许窜气2膨胀的容积，使得窜气2的压力在从燃烧室150(图9中未示出)进入气体交换室400时降低。

图10是在垂直于图9的平面中截取的剖视图。如图10所示，密封件445可以具有U形。环形构件415可配置成阻塞活塞杆中的开口，使得活塞杆内部和气体交换构件440的内部空间405之间的气体连通被阻塞。

现在参考图11A-11G，其示出了根据本公开实施例的发动机1B。发动机1B可以类似于发动机1，但具有如下讨论的进气和排气系统以及其他特征。上发动机盖120可包括开口121，该开口121可配置成允许进气进入气缸110。单向阀(例如簧片阀)可以设置在开口121中(未示出)。空气可被允许自由进入气缸110，但被阻止通过开口121离开。可以提供进气室40。进气室40可以由上发动机盖120的顶壁和活塞310的顶面之间的空间形成。开口121可配置成当活塞310向下移动并增加进气室40的容积时允许空气被吸入。

活塞310可以可滑动地设置在气缸110内。活塞310可配置成相对于发动机1B沿线性方向移动(例如图11A的自上而下方向)。线性方向可以与圆柱体110的轴线对准。活塞杆321可以连接到活塞310。活塞310可以在其中心具有开口，使得活塞杆321延伸穿过。活塞杆321可以配置成与活塞310一起在线性方向上往复运动。活塞杆321可以包括位于活塞杆321第一端的开口322。活塞杆321的第二端可以连接到支撑构件330。在活塞杆321的第一端和第二端之间可以设置壁324。壁324可以配置成阻止空气流过活塞杆321。活塞杆321可以配置成允许空气至少部分地从中流过。例如，活塞杆321可以包括从开口322到开口323形成的通道。开口323可以包括延伸穿过活塞杆321的壁的多个孔。通过头部120中的开口121进入的进气可以经由开口322和开口323穿过活塞杆321进入气缸110中的第一室10。

发动机1B中的进气可被加压。进气室40可以作为压缩机。活塞310可以在图11A的视图中向下移动，以从开口121吸入空气。活塞310可以在图11A的视图中向上移动，以压缩容纳在进气室40中的空气。设置在开口121中的阀可以防止空气从室40中逸出，并允许空气被压缩。压缩空气可以通过活塞杆321提供给气缸110中的燃烧室。

气缸110可以包括排气口118，其可以形成在气缸110的壁中。排气口118可以包括多个开口。当活塞310暴露第一室10中的排气口118时，第一室10中的气体可被允许逸出气缸110。在图11A的视图中，当活塞310位于排气口118上方时，活塞310可以暴露排气口118。应当理解，诸如“活塞310在排气口118上方”的短语考虑了活塞310的活塞环。例如，当设置在活塞310中点附近的活塞环移动经过排气口118的边缘时，排气口118可以开始暴露。

图11A可以示出进气阶段的开始。空气可以通过上发动机盖120中的开口121进入发动机1B。一些空气可以至少暂时保持在进气室40中。空气可以穿过活塞杆321并被供应到气缸110中的第一室10。当活塞310阻塞排气口118时(例如当活塞310位于排气口118上方时)，进气路径可以与排气口118连通，并且发动机1B可以处于扫气阶段。空气可被供应到第一室10，并且可以将第一室10的先前内容物推出，以通过排气口118排出。第一室10可以作为燃烧室。

如图11A所示，活塞310可以包括上壁316。上壁316可以配置成延伸到上发动机盖120中的容纳空间124中。凹槽317可以设置在上壁316中。在一些实施例中，活塞环(未示出)可以设置在凹槽317中，该凹槽317配置成将进气室40与第一室10密封隔离。凹槽317中的活塞环可以与凹槽315中的活塞环(未示出)一起工作，以密封活塞310上方和下方的室。这两个密封件可以为气体提供中间空间。

可以提供连接到气缸110的下发动机盖190。下发动机盖190可以限定气缸110的底部和第一室10的底部。下发动机盖190可以包括用于第二室20的空间。轴承21可以设置在第二室20中。轴承21可以配置成允许活塞杆321在线性方向上沿着轴承21滑动。轴承21可以是线性轴承。轴承21可以配置为限制活塞杆321的横向运动(例如在图11A的左右方向上)。轴承21可以是杆保持器的示例。轴承21可以包括衬套。可以提供密封件以将第二室20与第一室10和第三室30密封隔离。

发动机1B的底座可以包括块201B。块201B可以包括第三室30。第三室30可以包含致动器，例如将杆的输出转换成另一种形式的输出的机构，例如将线性往复运动转换成旋转运动。支撑构件330可以配置为与活塞杆321一起移动，并且可以导致机构的齿轮旋转。旋转运动可以通过其他构件传递，并且可以输出到例如飞轮。

如图11B所示，活塞310可以继续向下移动。图11B可以示出活塞杆321中的开口323移动到气缸110外部的点，并且活塞杆321中的通道可以不再与第一室10连通。当开口323完全移动经过将第一室10与第二室20密封隔离的密封件时，活塞杆321中的通道和第一室10之间的连通可能被阻断。当开口323移出第一室10时，排气口118可以至少部分地被活塞310暴露。在一些实施例中，活塞杆321和气缸110可以配置成使得在活塞杆321中的开口323移动到气缸110外部之前，排气口118被活塞310关闭。在一些实施例中，活塞杆321和气缸110可以配置成使得活塞杆321中的排气口118和开口323一起关闭。活塞杆321和气缸110可以通过设定尺寸来配置，使得气体连通以这种方式被控制。活塞环和密封件等的位置也可能影响气体交换行为。

当排气口118被活塞310堵塞时，第一室10中会出现压缩阶段。先前供应到第一室10的进气可被截留在第一室10中，并且可以随着活塞310移动和减小第一室10的容积而被压缩。

第二室20可以与第一室10和第三室30隔离。第三室30可以包含润滑剂，用于润滑转换活塞杆321的线性运动的机构。第一室10和第三室30可以通过气体交换室400彼此隔离。

图11C示出了活塞310继续向下移动的位置。活塞310可以完全覆盖排气口118。在图11C所示的位置，压缩阶段可以继续。活塞杆321中的开口323可以在第二室20的区域中。在一些实施例中，由于轴承21阻塞开口323，第二室20可以与活塞杆321中的开口323隔离。在一些实施例中，可以省略第二室20，并且气体交换室400可以直接邻近第一室10和第三室30。燃料喷射可以发生在第一室10中，同时气体继续被压缩。

图11D示出了活塞310已经到达燃烧位置的位置(例如类似于传统发动机中活塞的BDC位置的底部极限位置)。第一室10的容积可以最小。此时，燃烧可以发生在第一室10中。此后，膨胀阶段可以在第一室10中开始。膨胀阶段可以包括燃烧阶段部分。在膨胀阶段，第一室10中的膨胀气体的压力可能变得非常高，并且可能发生一些窜气。一些气体可能吹过活塞310或第一室10和发动机1B的其他区域之间的密封件。一些气体可能逃逸到第二室20或气体交换室400中。然而，气体交换室400可以充当气隙或捕集室，并且可以防止或阻止窜气到达第三室30。

如图11E所示，在膨胀阶段，活塞310可以具有相反的方向，并且可以向上行进。在图11E所示的点，活塞310可以开始揭开排气口118。例如，活塞310的底面可能已经到达排气口118的底部。排气口118可以暴露于第一室10的内部，并且排气阶段可以在第一室10中开始。此外，活塞杆321中的开口323也可能开始暴露。

在图11F所示的点，活塞杆321中的开口323可能已经进入气缸110。进气可以通过活塞杆321供应给气缸110。来自进气室40的进气可以行进穿过活塞杆321，并通过开口323供应到第一室10。进气可能已经在进气室40中被加压。在膨胀阶段，第一室10可以填充有膨胀气体。引入新鲜空气有助于迫使膨胀气体通过排气口118排出气缸110。当空气被供应到汽缸110而废气正在排出时，扫气可以发生。

图11G示出了活塞310已经到达顶部最大行程位置的点。此时，第一室10中的扫气可能已经完成。在一些实施例中，活塞杆321和气缸110可以配置成使得一些新鲜空气被供应到第一室10，并被允许在下一压缩阶段开始之前从气缸110逸出。

现在参考图12A-12C，其示出了根据本公开实施例的发动机1C。发动机1C可以类似于发动机1B，除了发动机盖和气体交换室的布置可被修改，以及其他不同之处。如图12A所示，发动机1C可以包括气体交换室400。环形构件415可以设置在气体交换室400中。环形构件415可以配置成阻塞开口323，并抑制活塞杆321的内部和气体交换室400的内部空间405之间的气体连通。

此外，发动机1C可以包括邻近开口121的阀构件123。上发动机盖120可以具有带有平顶的配置。进气室40和气缸110外部区域之间的气体交换可由单向阀限制。阀构件123可以选择性地允许气体交换。例如，当进气室40外部的压力(例如压在开口121上的空气压力，其可以是大气压力)大于进气室40内部的压力时，空气可被允许进入进气室40。即使进气室40内部的压力大于进气室40外部的压力，也可以防止进气室40内部的空气逸出。阀构件123可配置成控制进气室40的内部容积。例如，可以提供阀构件123来减小进气室40中的容积，并允许进气室40中的压缩气体达到更高的压力。

如图12B所示，活塞310可以到达活塞行程的底部极限，其可以是燃烧位置。在该位置，活塞杆321中的开口323可以在气体交换室400的区域中。然而，环形构件415可以覆盖开口323，并且可以防止空气或其他气体在气体交换室400和活塞杆321的内部之间连通。环形构件415可以具有基于活塞310的活塞行程的底部限制的厚度，并且可以确定该厚度以确保开口323的覆盖。环形构件415可以形成气体交换室400的整体部分。

环形构件415可配置成不干扰窜气的捕集。例如，环形构件415的厚度可以小于气体交换室400的厚度。环形构件415和密封件445之间可能存在间隙。如图12C所示，发动机1C可以配置成使得可能从气缸110中的第一室10逸出的窜气2到达气体交换室400并被包含在那里，或者可以受控的方式传输到发动机1C的其他区域，例如通过气体出口430。

气体交换室400可以包括配置成与下发动机盖190配合的凹槽。气体交换室400可以互锁的方式联接到下发动机盖190。此外，轴承21可以配置成支撑活塞杆321，同时抵靠发动机盖190。轴承21可以包括衬套。可以在轴承21和气体交换室400之间提供密封件(例如O形环)。

为了促进本公开的前述部分，一起描述了元件的各种组合。应当理解，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于前述的特定组合。相反，根据本公开并且如通过附图中的示例所示，本发明的实施例可以包括一个或多个下面列出的特征，或者单独地或与任何一个或多个下面列出的其他特征相结合，或者与前面描述的特征相结合。

例如，可以提供一种内燃机，其配置为具有在气缸中往复运动的活塞。发动机可以配置成使得窜气从气缸中的燃烧室流到气缸外部的区域。还可以提供以下元件：

·活塞连接到配置为在线性方向往复运动的杆。

·发动机包括气体交换室，该气体交换室配置成将窜气捕获在气缸和容纳连接到杆的端部的致动器的室之间的空间中。

·其中窜气在杆和杆保持器之间通过。

·其中气体交换室配置成防止窜气到达容纳流体的室。

·其中流体包括液体润滑剂。

·其中流体包括油蒸气。

·其中杆保持器包括轴承，该轴承配置成允许杆靠着轴承沿着线性方向滑动。

·其中轴承包括衬套。

·其中致动器包括发电机。

·其中致动器包括配置成将杆的线性往复运动转换成旋转运动的机构。

·其中气体交换室包含在气缸盖中。

·其中发动机包括线性往复式发动机。

此外，例如，可以提供一种内燃机。还可以提供以下元件：

·连接到杆并配置为在气缸中往复运动的活塞。

·其中发动机配置为在气体交换室中容纳通过杆和围绕杆的构件之间的空间从气缸中的燃烧室逸出的窜气。

·其中围绕杆的构件包括衬套，该衬套配置成允许杆沿着轴线线性移动，并防止杆垂直于轴线移动。

·其中气体交换室配置成防止窜气污染另一个室。

·其中另一个室包括润滑剂室。

·其中另一个室容纳配置成将杆的线性往复运动转换成另一种形式的机构。

·其中发动机配置成将窜气再循环到燃烧室中并减少排放。

·其中气体交换室包括空气入口和空气出口。

·其中气体交换室包括位于燃烧室和杆端之间的清洁空气室。

·其中气体交换室包括密封件，该密封件配置成将气体交换室与另一个室密封隔离。

·连接到从活塞第一侧延伸的杆的活塞，该活塞配置为在气缸中往复运动，该气缸具有形成在活塞第一侧和与活塞第一侧相对的气缸盖之间的燃烧室。

·气体交换室，其配置为容纳从燃烧室穿过杆和围绕杆的构件之间的空间的窜气。

·其中围绕杆的构件包括头部。

·其中发动机包括线性往复式发动机，并且杆配置成沿着气缸的轴线线性往复运动。

·包括燃烧室的气缸。

·活塞，可滑动地安装在气缸内，并配置成在气缸内沿轴线线性往复运动。

·连接到活塞的活塞杆，该活塞杆配置成沿着轴线线性往复运动，并且该活塞杆具有延伸到气缸外部的端部。

·气体交换室，该气体交换室配置成将来自气缸的气体传送到发动机中的另一个位置。

·其中气体交换室布置在气缸和容纳致动器的室之间，该致动器配置成从活塞的运动中提取功。

·密封件，其配置为将气体交换室与容纳致动器的室密封隔离。

·其中气体交换室配置成将来自气瓶的气体传送到空气过滤器。

·其中延伸到气缸外部的活塞杆的端部配置成在第一最大行程位置和第二最大行程位置之间往复运动，第一最大行程位置和第二最大行程位置在轴线上。

·其中第一最大行程位置和第二最大行程位置在气缸外部。

·空气源，其中空气源配置为向气体交换室供应无燃料空气。

此外，例如，可以提供线性往复式内燃机。还可以提供以下元件：

·活塞，配置为在气缸中沿着轴线线性往复运动。

·连接到活塞的活塞杆，该活塞杆配置成沿着轴线线性往复运动。

·第一室，包括气缸中的燃烧室。

·包括气体交换室的第二室。

·第三室，配置成容纳延伸到气缸外部的活塞杆的端部。

·第二室和第三室之间的密封件，其中该密封件配置成防止第二室中的气体进入第三室。

·第二室和第三室之间的隔板。

·其中密封件设置在隔板中的开口中。

·其中防止活塞杆在垂直于轴线的方向上移动。

Claims (34)

1.一种内燃机，配置为具有在气缸中往复运动的活塞，其中窜气从气缸中的燃烧室流到气缸外部的区域，活塞连接到配置为在线性方向上往复运动的杆，其中，

发动机包括气体交换室，该气体交换室配置成将窜气捕获在气缸和容纳连接到杆的端部的致动器的室之间的空间中。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机配置成使得窜气在所述杆和杆保持器之间通过。

3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述气体交换室配置成防止窜气到达容纳流体的所述室。

4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述流体包括液体润滑剂。

5.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述流体包括油蒸气。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机，其中，所述杆保持器包括轴承，所述轴承配置成允许所述杆抵靠轴承沿着所述线性方向滑动。

7.根据权利要求6所述的发动机，其中，所述轴承包括衬套。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的发动机，其中，所述致动器包括发电机。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的发动机，其中，所述致动器包括配置成将所述杆的线性往复运动转换成旋转运动的机构。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的发动机，其中，所述气体交换室包含在气缸盖中。

11.一种内燃机，包括：

连接到杆并配置为在气缸中往复运动的活塞，

其中，发动机配置为在气体交换室中容纳通过杆和围绕杆的构件之间的空间从气缸中的燃烧室逸出的窜气。

12.根据权利要求11所述的发动机，其中，所述围绕杆的构件包括衬套，其配置成允许所述杆沿轴线线性移动，并防止杆垂直于轴线移动。

13.根据权利要求11或12所述的发动机，其中，所述气体交换室配置成防止窜气污染另一个室。

14.根据权利要求13所述的发动机，其中，所述另一个室包括润滑剂室。

15.根据权利要求14所述的发动机，其中，所述另一个室容纳配置成将所述杆的线性往复运动转换成另一种形式的机构。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的发动机，其中，所述发动机配置成将窜气再循环到所述燃烧室中并减少排放。

17.根据权利要求11-16中任一项所述的发动机，其中，所述气体交换室包括空气入口和空气出口。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的发动机，其中，所述气体交换室包括位于所述燃烧室和所述杆的端部之间的清洁空气室。

19.根据权利要求13-15中任一项所述的发动机，其中，所述气体交换室包括密封件，其配置成将所述气体交换室与所述另一个室密封隔离。

20.一种内燃机，包括：

连接到杆的活塞，杆从活塞的第一侧延伸，活塞配置为在气缸中往复运动，气缸具有形成在活塞的第一侧和与活塞的第一侧相对的头部之间的燃烧室；以及

气体交换室，其配置为容纳从燃烧室穿过杆和围绕杆的构件之间的空间的窜气。

21.根据权利要求20所述的发动机，其中，所述围绕杆的构件包括所述头部。

22.根据权利要求20或21所述的发动机，其中，所述发动机包括线性往复式发动机，并且所述杆配置为沿着所述气缸的轴线线性往复运动。

23.根据权利要求20或21所述的发动机，其中，所述发动机包括单侧活塞。

24.根据权利要求20或21所述的发动机，其中，所述发动机包括双侧活塞。

25.一种内燃机，包括：

包括燃烧室的气缸；

活塞，其可滑动地安装在气缸内，并配置成在气缸中沿着轴线线性往复运动；

连接到活塞的活塞杆，该活塞杆配置成沿着轴线线性往复运动，并且该活塞杆具有延伸到气缸外部的端部；以及

气体交换室，该气体交换室配置成将来自气缸的气体传送到发动机中的另一个位置。

26.根据权利要求23所述的发动机，其中，所述气体交换室布置在所述气缸和容纳致动器的室之间，所述致动器配置成从所述活塞的运动中提取功。

27.根据权利要求24所述的发动机，还包括：

密封件，其配置为将所述气体交换室与容纳所述致动器的室密封隔离。

28.根据权利要求23-25中任一项所述的发动机，其中，所述气体交换室配置为将来自所述气缸的气体传送至空气过滤器。

29.根据权利要求23-26中任一项所述的发动机，其中，延伸到所述气缸外部的所述活塞杆的端部配置成在第一最大行程位置和第二最大行程位置之间往复运动，第一最大行程位置和第二最大行程位置在所述轴线上。

30.根据权利要求27所述的发动机，其中，所述第一最大行程位置和第二最大行程位置位于所述气缸外部。

31.根据权利要求23-28中任一项所述的发动机，还包括：

空气源，其中空气源配置为向所述气体交换室供应无燃料空气。

32.一种线性往复式发动机，包括：

活塞，其配置为在气缸中沿着轴线线性往复运动；

连接到活塞的活塞杆，该活塞杆配置成沿着轴线线性往复运动；

第一室，其包括气缸中的燃烧室；

第二室，其包括气体交换室；

第三室，其配置成容纳延伸到气缸外部的活塞杆的端部；以及

在第二室和第三室之间的密封件，其中密封件配置成防止第二室中的气体进入第三室。

33.根据权利要求30所述的发动机，还包括：

在所述第二室和第三室之间的隔板，其中，

所述密封件设置在隔板中的开口中，并且

防止所述活塞杆在垂直于所述轴线的方向上移动。

34.根据权利要求30所述的发动机，还包括：

设置在所述气体交换室中的环形构件。

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