CN1258337A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机,其具有一个单一活塞(1)的双腔室(18,19)结构,其中至少一个腔室(18)是一燃烧室。一连杆(3)刚性地连接到该活塞(1)上,并从腔室(19)伸出,连接到一个线性运动到旋转运动的转换装置上。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及活塞气缸式内燃机，更具体地说，涉及可制造得比常规发动机更轻更紧凑的发动机。设计出一种更轻更紧凑的发动机一直是人们追求的设计目标，并且这对汽车工业和其他工业是有利可图的，这就意味着采用的材料较少，需要安装发动机的空间较小，并且重量轻的发动机还意味着车辆中的其他零部件可更轻更便宜。

发明内容

在整个说明书中，除文中特殊要求的外，“comprise”一词，或其变形词例如“comprises”或“comprising”都应该被理解为：包含有一所述的元件或整体，或各元件或各整体构成的组合，但并不排除包含任何其他元件或整体，或各元件或各整体构成的组合。

根据本发明，其提供了一种内燃机，该内燃机包含刚性地连接到一连杆上的一活塞，所述活塞配装在一气缸中，该气缸每一端具有一腔室，所述连杆穿过至少一个所述腔室的一端面从气缸中伸出，至少一个所述腔室是一个燃烧室，并且所述连杆连接到用于将线性运动转换为旋转运动的装置上。

利用本发明这种结构的发动机，实践中可采取在每一个连杆上连接有一个以上的活塞，并且在每个活塞的每一侧设置一腔室的技术措施。附加腔室可用来提供一种对发动机增压的装置或用来提供一种燃气辅助膨胀的装置。

这种发动机的一个实施例设计得可在每个活塞的两侧产生燃烧，并且如相对更常见的活塞销连接那样，活塞刚性地连接到一连杆上，并在相对侧向运动以便与曲轴运动一致的一常规活塞的相同平面内运动。该连杆连接到一个将线性运动转换为旋转运动的装置上，这种装置可包括，但并不仅限于一个连接到一曲轴、一外摆线曲柄机构或一个被驱动并连接到一曲轴上的第二连杆上的止转棒轭(Scotch yoke)机构。

第二气缸头如连杆那样设置在活塞的相同侧，并且连杆运动通过一个在气缸头中加套并密封的圆形机加工孔，在此处，连杆与一个将线性运动转化为旋转运动的装置连接，并且活塞产生的动力可通过连杆传递给转换装置，并传递给一动力轴，该动力轴典型是一曲轴。

这种布置的好处是：由于几乎没有侧推力作用在活塞上，因此不必要设置一长的活塞裙，故活塞可以相当短，并且连杆为活塞/连杆组合的导向提供了一个第二装置，因此这就可以缩短气缸的长度，由于第二燃烧室在相同的气缸中工作，并借助于相同的连杆和相同的曲轴半径，故相对于重量而产生动力的能力大大提高。

因第二燃烧室而出现的问题在于：很难由常规机构提供用于控制各个阀的装置；由于活塞暴露，承受近似常规结构承受的热量的两倍，因此可能存在活塞过热的问题；连杆直接暴露在燃烧热量中，因此存在连杆受热的问题；还存在气缸壁的润滑问题，因连杆进入燃烧室而影响燃烧性能的问题；如果采用一常规的火花塞，还存在火焰前锋传播的问题。

如果采用电控阀驱动器，提供控制各阀的装置的问题可降到最小。有各种不同的驱动器，并且驱动器可以是机械/液压的，气动的，电磁的，压电陶瓷的或其他装置。一种这样的驱动器的示例示出于WO97/19260中，其公开的内容在本文中作为参考。本文所述发动机的一种优化结构的特征在于：单独驱动的进排气阀由一发动机控制系统控制。

单独驱动可允许各辅助气缸，即连杆伸入的各气缸，在不需要时，即在轻负荷的条件下可脱开。这就允许各气缸继续运行，以便在更高的压缩压力下工作，从而可以更高的效率工作。借助于使各单独驱动的阀工作可获得许多其他的好处，其中一些好处在上面已经提到。

活塞和连杆可能过热的问题和气缸壁的润滑问题都可由发动机的一润滑油循环系统解决，该润滑油润滑并冷却活塞和连杆。尽管可使一种用于冷却目的的冷却剂和用于润滑的润滑油进行交替地循环，但采用润滑油进行冷却和润滑是一种优化解决方案。具有各种不同的方式使润滑油进行循环。润滑油可在压力作用下通过气缸壁中的一通道供到上下活塞环之间，并迫使润滑油流入活塞中的通道，然后活塞使润滑油循环通过连杆流到连杆中的一孔中，该孔靠近曲轴箱中的转换装置的连接点，所以润滑油可泄放入该曲轴箱区域中。这种方法要求活塞足够的长，以致于气缸壁中的各个孔不会被活塞覆盖住。当一个这样的孔没有被活塞覆盖住时，一种诸如电或机械控制的阀装置可切断润滑油的供给，以克服当采用一短活塞时润滑油通道不能覆盖的问题。

另一种润滑装置是在连杆中采用一孔，该孔是如此定位的，以致于它不会进入燃烧区域。它是由一个通道提供油，该通道在第二气缸头的衬套区域中设置有细长的孔，所以在每个循环中给它供给压力润滑油的时间可达到最大。各通道设置在连接通路中，该通路使润滑油循环通过连杆并流到活塞外壁上下活塞环之间，部分润滑油通过连杆返回并借助于一个处于连杆的较下部分处的出口排出，并排入曲轴箱中。润滑油循环的第三种方法是将润滑油在压力作用下供到将线性运动转化为旋转运动的装置的动力轴，即典型的是一曲轴，并流入连杆，通过活塞流到各气缸壁，然后通过该连杆返回入曲轴箱中。在采用止转棒轭(Scotch yoke)作为转换装置的情况下，润滑油通过适当的通道和孔供入垂直的线性滑动轴承中，并流入连杆中。如上所述的润滑油循环为活塞和连杆提供了必要的润滑和一种冷却措施。

另一种解决活塞过热问题的方法是借助于喷射水而使燃烧温度处于可接受的范围内。任何通过需要冷却的气缸壁损失的热量都代表流失到大气中的能量，如果这种热量能转化为有用能量，这是有益的。可选择地，活塞可由耐热材料制成，例如陶瓷材料，从而允许热量达到比其他情况更高的温度，并借助于将水喷入燃烧室并使水迅速蒸发成蒸汽，且由本文其他地方所述的方式吸收附加的能量来充分利用这些热量。连杆过热的问题可这样得到改善，即，使它在每个冲程中返回到衬套区域，并利用充满适当的液体的合适密封通道，借助于将其在该位置浸没于润滑油或一冷却剂中而进行冷却。另一种解决方案是一种这样的设计，即其中一个等效于连杆的杆在主活塞上继续延伸，并且在第二气缸头的情况下杆延伸通过该气缸头。借助于流入一个配合的机加工气缸中，汽缸配装有将润滑油和/或冷却剂传送给该杆的合适装置，即一个在该杆中的一机加工孔中滑动的管，流体可被输送到杆及活塞中，然后在润滑油要排出到曲轴箱中的情况下循环到杆的底部。

因活塞杆插入燃烧室而影响燃烧过程的问题，可借助于在火花点火型发动机的情况下在燃油进入气缸之前将其引入空气中而变到最小。在多喷油器或单喷油器的直接喷射式情况下，燃油利用多点喷入气缸将可改善燃油分布。此外，借助于衬套区域内的一个适当的孔口，燃油可喷入连杆中的一孔中，流过连杆并通过单向阀或针阀，所以燃油可沿该连杆的圆周上的各点分布并进入燃烧室中。多火花塞将加强点火过程，或一陶瓷板或其他合适的材料可连接到第二气缸头和气缸体上或结合在它们之间，输送点火电荷的装置设置在第二气缸头和气缸体中，并且对该导电装置进行适当的绝缘处理。在对应于气缸孔的孔的周围的不同部分处将各电极设置在这样的气缸体上，所以可提供多点点火。连杆的密封可由类似于活塞中采用的常规环来进行，所不同是该环包含在静止的衬套区域而不是在运动杆上。

上述技术方案包括一个用作一燃烧室的第二腔室。这个相同的腔室也可用于其他目的。例如它可用作对该发动机进行增压的一装置。如果设置合适的阀，例如簧片阀或单向阀，它可在每一个冲程中吸入空气并在压力作用下将空气泵入进气管。由于腔室吸入的空气量近似等于主燃烧室(由于连杆作用几乎没有吸入)的空气量，并且进气和压缩冲程如主燃烧室的进气那样频繁进行两次，因此可产生一种增压作用。增压作用因对主燃烧室扫气而允许容易地在主燃烧室中使四冲程转化为二冲程，当采用由发动机控制系统控制并单独驱动的各个阀，与由发动机控制系统控制的燃油喷入结合时，这种情况是可能的。

第二腔室的另一种应用是燃气的辅助膨胀。借助于各气口、滑阀和其他形式的阀，主燃烧室中产生的废气可供到第二腔室中，以进行进一步膨胀，从而表现出更好的热动力特性。利用单独驱动的阀和各辅助阀，再加上由发动机控制系统对燃油喷入的控制，则也可能将该腔室用作燃气的一辅助膨胀腔，但当需要额外动力时，可使它转换为四冲程或二冲程燃油燃烧。当发动机配装一透平或增压腔以便改善二冲程运行的扫气时，这种从四冲程到二冲程的转换在技术上更容易实现。

第二腔室的另一种应用是当将水引入主和/或第二燃烧室中时，用于燃气的进一步膨胀。水可在燃烧冲程早期或后期引入主气缸，和/或在早期引入废气中而进入第二腔室，并且利用燃烧热量转化为蒸汽。当采用多缸结构时，废气/蒸汽气体可引入两个第二腔室，所以当各个阀和通到主气缸和两个辅助气缸中的压力相等，并且两辅助气缸中的压力使两辅助气缸中各活塞下侧上的压力，近似于主活塞上的压力的两倍，从而产生一净功率时，两活塞下侧合并区域内的压力比单个主活塞上的压力大。

可能将腔室用作辅助膨胀腔的一示例是：带有进排气阀的一个主腔室和一个辅助腔室的基本结构。在主腔室中在燃烧冲程的底部，排气阀开启，废气供入一绝热压力通风腔室，并通过辅助腔室的进气口进入辅助腔室。主腔室和辅助腔室内的压力相等，并且由于连杆的进入而使活塞下侧的横截面积更小，故作用在主腔室中的活塞上的作用力大于辅助腔室中的压力，因此在循环部分处，与常规的四冲程运行相比存在净功率损失。主气缸中的排气阀在排气冲程的顶端处关闭，并且压力通风由压力热燃气进行。然后主气缸进入进气冲程，同时辅助气缸进入排气冲程，并且辅助气缸的热气被清除干净。主气缸进入压缩冲程，而辅助气缸进入另一个进气冲程，但在压力通风系统中的热气处于压力作用下，因此进气冲程也是一个做功冲程。借助于这一过程，比主气缸排气冲程中损失的能量更多的能量返回到活塞上。主气缸进入其做功冲程，同时辅助气缸进入另一个排气冲程。按这种方式，从热气中可抽出比常规的四冲程中的热量更多的能量，从而发动机的热效率得到了提高。这一过程可借助于将水喷射入主腔室和/或压力通风腔室和/或辅助腔室，从而将水转化为蒸汽，并获得因蒸汽的膨胀而产生的额外功率而得到改善。

在多缸发动机的情况下，上述过程可稍稍不同。一个示例是直列结构的两缸发动机，因此当辅助气缸中的燃烧室处于进气冲程时，第一气缸中的主燃烧室处于燃烧冲程中。第一主气缸中的排气阀开启时，废气导入两缸的辅助腔室中。类似地，当辅助主气缸中的排气阀开启时，废气导入两缸的辅助腔室。在各辅助气缸中的活塞的合并横截面积几乎是每个主活塞的横截面积的两倍，并且尽管在一个主气缸的排气冲程中热气的压力在主气缸和辅助腔室中的活塞之间是相等的，并且这个压力对主气缸施加一背压，这就趋向于降低功率，但整个主气缸和辅助气缸的净效果是产生一额外的功率。在这种结构中，压力通风装置可被取消或其作用可降低到最小。在任何情况下，歧管都可部分地起到一压力通风装置的作用。为了简明，这个示例是以所述的两缸作出的，但在实践中，如果两个活塞同步运动，将会存在平衡的问题，但其原理将在例如一台四缸直列结构并具有该示例中所述的成对气缸的发动机中得到实现。

在该结构中可能作为替换采用的额外腔室如下：辅助腔室用在上述增压方式中，但水在引入腔室中之前或之后在高压作用下喷入空气充量中，从而提供良好的雾化效果。该腔室配装有各个火花塞或提供一电场，火花或等离子体的其他装置，例如一陶瓷板或其他合适的材料，该材料布置在腔室顶端并设置有由诸如铂之类的合适材料制成的多电极，从而可帮助水雾破裂成氢和氧。借助于电解作用施加一高压电火花或等离子体，从而使一些水雾破裂成氢和氧。例如由墨尔本(Melboume)大学的Harry Watson教授做的各个试验表明：将氢引入到燃烧过程对该过程是有益的，并且公知的是：可在燃烧过程中引入一种诸如提供氧的NOS之类的介质作为一种产生额外功率的措施。由部分空气，氢，额外的氧和水雾组成的充量在燃油喷入(如果在进气过程中还没有喷入辅助腔室)时，由于证实氢，氧和在非常高的燃烧温度的作用下迅速蒸发成蒸汽的水的有效作用，将帮助产生动力。利用诸如铂之类的常用电极材料可在主燃烧室中产生火花或等离子体，该火花或等离子体的来源是点火火花或为了进一步帮助水雾/蒸汽破裂成氢和氧而单独产生的火花。喷水和使充量  受到放电作用可发生在一单独的腔室中、在从该单独的腔室到该主燃烧室或相关的压力通风装置的歧管中、在主燃烧室中或同时在上述各零部件的组合中。

一种利用辅助膨胀腔室的结构的另一个示例是一种四缸对置结构。一对气缸的每一排中配装有一个活塞，并且每个气缸分开成两个单独的腔室，这一排用于燃烧目的，较有效的是形成四个气缸。第二气缸具有一个直径较小的曲轴，因此其冲程较小，并且该气缸的孔径也比其他气缸小。第二气缸每侧配装有两个气缸，并且每侧都分成四个腔室。具有较小冲程的气缸，即使具有两个活塞，而第一气缸具有一个，其长度也不到第一气缸的长度的两倍。曲轴的结构是这样的，以致于当第一排气缸中的活塞在一个方向运动时，在第二排气缸中的活塞朝反方向运动。当第一排气缸中的活塞开始排气冲程时，排气阀开启，并且废气流入附近的一膨胀腔或第二排中的一等效腔室中，同时该腔室中的进气阀是可选择的并且可被取消。然后该腔室利用废气压力可开始做功冲程。此时主腔室和第二腔室是相连的，所以压力保持平衡，并且在第一气缸中的活塞上存在一背压。然而第二气缸中的孔大于第一气缸的孔，所以作用在第二气缸中的活塞上的作用力更大。在计算第二排中的气缸的孔时，必须记住曲轴直径的差，及作用在曲轴上的旋转力的差，所以第二气缸中的膨胀腔作用在曲轴上的旋转力，将大于在该第二气缸的辅助膨胀期间第一气缸中活塞作用在曲轴上的旋转力。在第二气缸中的活塞的膨胀冲程的端部处，通过一气口的滑阀或其他阀可使该腔室与相同气缸中两个另外的膨胀腔室连接。它们是处于两个活塞相对侧的两个腔室，即刚刚完成其膨胀冲程的膨胀腔。此时这个腔室连接到两个完全相同的缸孔的两个膨胀腔上，所以该膨胀腔此时具有一背压，但该背压可由其他两个此时开始进行第三膨胀冲程的膨胀腔中的组合压力克服。借助于这个装置，可从废气中获取更多的能量，因此废气可比其他情况下以更低的温度和压力排到大气中。在水被引入燃烧过程并迅速蒸发的情况下，任何转换成过热蒸汽的蒸汽都会以非常迅速的膨胀率膨胀，但当它被冷却成饱和蒸汽时，则此时的膨胀速度相对现在的活塞速度就存在问题。在活塞低速时，辅助膨胀和第三膨胀可允许饱和蒸汽按一足够的速率膨胀，以便将有用能量传递给各活塞，也可使冷凝过程开始，从而水可被抽出并回收。为了保持平衡，上述示例在实践中可由一个四缸对置结构实现，该结构具有两个直径较小的燃烧气缸，位于大直径气缸的相对侧的各膨胀气缸位于其相对侧，在相连的排中具有相反的结构。

可引入一个产生氢和氧的系统，所以合成气体可在进气之前输送入空气充量中。这个系统中，带有一合适的化学成分，例如硫酸的水，具有混合电解特性，并且将它储存在一防酸容器中，两个由一合适的材料，例如铂制成的电极插入该容器中，所以它们伸进水/电解质混合物中。一直流电流供到各电极，并且借助于电解在电极处产生氢。将合成气体输送入进气歧管用于与该充量混合。提供给燃气发生器的流量可由合适的回路根据发动机控制系统来的指令控制与发动机负荷成比例，所以排出的燃气量与需要的量是成正比的。转换成气体的水可由常规的装置，例如允许水在水位下降时可进入的浮子装置再充满。硫酸的量理论上讲将保持恒定，但需要周期地检查和补充。当将水破裂成其组成成分所需要的能量与将这些成分再化合所获得的能量相同时，产生氢和氧并将其引入充量中的好处并不能直接获得能量好处。但其好处是以下的事实，即公知的是氢可提供一种比没有氢的充量更稀薄的混合气，从而允许燃烧一定量的在正常情况下将会阻止燃烧的水。存在氢的事实对将燃油按这样的方式分布在燃烧室中也是有好处的，即形成一种分层充量，并且混合气的平均浓度比其他方式实现的更稀薄。引入的任何水最好都是过滤的或蒸馏的。

借助于另一个隔板或各隔板或气缸头并结合另外的活塞或各活塞可将两个以上的腔室结合在每一个气缸中。另外的隔板可用于另外的燃烧室、增压腔和辅助膨胀腔。这种结构的一个示例是一个常规的主活塞和布置成二冲程或四中程燃烧的气缸，在该气缸中在活塞的另一侧插装有一隔板，所以活塞和隔板的下侧形成一个腔室，任何在隔板的另一侧是另一个活塞，所以另一个腔室形成在活塞和隔板之间，然后一个第四腔室形成在该活塞和一第二气缸头之间。在该示例中，该辅助和第三腔室可用于对形成于上述第四腔室中的主燃烧室和第二燃烧室进行增压。将两个活塞连接到连杆上，连杆位于隔板和辅助缸头中的密封衬套里。在这种结构中，各活塞的冷却借助于将空气引入辅助和第三腔室中而得到加强。辅助和第三腔室也可用作辅助膨胀腔或者它们可用作燃烧室。

尽管有些结构存在平衡问题，但多缸布置可包括直列结构星形结构或对置结构。例如四缸对置结构很少有平衡问题。在对置结构中，一个曲轴半径可为一对气缸服务。利用一对合并形成四个燃烧室的直列气缸的基本布置，该发动机采用两个气缸，两个活塞，两个连杆和两个曲轴将可输出与常规的具有相同冲程的四缸直列发动机相同的输出功率，该四缸直列发动机需要四个气缸，四个活塞，四个连杆和四个曲轴。借助于将单独驱动的各个进排气阀进行组合，本文所述的发动机可得到可无限变化的气门正时。休缸是软件控制的一个课题，在由Mercedes Benz公司发表的论文描述的试验中，他们申称借助于休缸可节省25％的燃油。如果发动机具有从四个最大功率的循环转化为二个最大功率的循环的能力，那么它比等效的常规发动机可输出多得多的功率。因此发动机的重量和体积都比常规的发动机小得多。

在设计结构时可具有相当大的灵活性。例如尽管较好的是使活塞和气缸的尺寸具有一个缸孔的大小，但没有必要都是这种情况。例如，一主燃烧室的尺寸可以是一个缸孔的大小，但膨胀腔可以是另一个缸孔的大小。另一个示例是对四个对置的气缸来说，一个缸处于相对侧，但在相对排中的气缸可以是一个缸孔大小的气缸，而其他气缸可以是另一个缸孔大小的气缸。此外，一个气缸可具有曲轴半径的尺寸，另外的气缸具有不同的曲轴半径尺寸大小，即两个气缸具有不同的冲程。这样做的理由是一个气缸用于燃烧目的，而另外的气缸用于辅助膨胀目的，即当蒸汽加入燃烧气体中时，并且当该蒸汽从过热蒸汽转化为饱和蒸汽从而膨胀更慢时，要求具有一个缓慢的膨胀率。在这种替换结构中，必须考虑使发动机保持平衡的要求，这一点例如可借助于增加如成对的对置气缸或成对的直列气缸来实现。也可采用保持平衡的其他装置，例如采用平衡重或平衡轴。

如上所述，当水加入空气充量中时，可采用这样的技术措施，即采用在蒸汽机设计中公知的技术，通过辅助膨胀使水冷凝并回收，从而回收大量的水。

水可利用合适的乳化剂和表面活性剂与燃油混合并包含在燃油中。已经找到许多这样的乳化剂并经过了试验，并且试验结果已经公布许多年了。本文的发动机可利用一个油/水/乳化剂混合过程将水加入燃烧过程中。当在发动机运行期间在空气充量或废气流过的各个通道中设置一种电解装置时，一种具有电解特性或具有一种添加的另外化学剂的乳化剂对发动机的运行可能是有利的，该另外的化学剂对燃烧过程或发动机的各机械零部件没有损害，但具有电解特性或在电解过程中具有促使水破裂成氢和氧的能力。

借助于适当地控制进排气阀，并由发动机控制系统控制燃油喷射系统，及在某些情况下由发动机控制系统控制各辅助阀，发动机中的各腔室可具有多种用途。例如一个腔室可用作一辅助膨胀腔，并且如果需要额外的功率，则可对该气缸的运行进行切换，所以它可作为一个燃烧室工作。

气缸可制成单一工件或部分，并用键和销连接到气缸的其他部分上，从而达到对齐。

当采用上述的增压设备或采用一外加的涡轮增压腔或增压腔时，并且在进气歧管中具有足够的增压压力从而可支持Miller循环时，根据从发动机控制系统到各阀驱动器的各个指令，可在任何时候引入这个公知为Miller循环的循环。

本发明的一个实施例提供了一种设计，该设计可有效利用由机电的，电液压的，电磁的或其他相似的驱动器驱动的进排气阀，并且这些进排气阀是由一发动机控制系统的电子装置控制的。尽管在基本设计中可采用提升阀工作，但采用单独驱动的阀简化了机械结构，如果采用多根曲轴，这种机械结构是很复杂的。采用单独驱动和控制的进排气阀还具有许多其他的优点，例如包括具有取消或少用节流阀的能力，并且借助于使该进气阀早关或晚关，可允许控制空/燃混合气充量，从而可允许发动机从四冲程变化到二冲程，并且还具有其他各种优点。

本发明的另一个实施例提供一种这样的设计，即在该设计中提供的技术方案是，在低负荷条件下使一些气缸休缸，从而使活塞的可变移动是有效的。休缸的优点在于：继续工作的那些气缸的压缩压力比如果保持所有气缸都工作的压缩压力更高，因此效率更高。当采用单独的阀驱动或控制时，休缸可容易地由发动机控制系统达到。

本发明的另一个实施例提供了一种系统，在该系统中，水可引入空气充量中，并借助于燃烧热量转化为蒸汽，该蒸汽的膨胀用于增加发动机的功率。设计膨胀腔对该设计来说是相当容易的，这个事实意味着膨胀腔可用来使废气/蒸汽混合气进行辅助膨胀。

本发明的另一个实施例提供了一个系统，在该系统中，可由电解使水破裂成氢和氧，并且为了在存在水的情况下提供更好的燃烧过程，和/或利用一稀薄混合气或分层充量提供更好的燃烧，可将该氢和氧引入空气充量中。

附图简要说明

在各附图描述的各实施例所示意性表示出的内容中，将线性运动转化为旋转运动的装置在此表示为一止转棒轭(Scotch yoke)机构。

图1是带有一气缸和两个燃烧室的一单缸发动机的示意图；

图2是表示对图1所述活塞和连杆进行润滑和/或冷却的两种方法的示意图；

图3是图1所示发动机的双对置变形的示意图；

图4是发动机的一变形示意图，其中辅助腔室用来在压缩冲程中对主气缸进行增压；

图5是如图4但在燃烧冲程中的示意图；

图6是如图4但在排气冲程中的示意图；

图7是如图4但在进气冲程中的示意图；

图8是两个气缸的示意图，同时主腔室用作燃烧室，辅助气缸用作增压室，并且左边的主燃烧室处于排气冲程，而右边的燃烧室处于压缩冲程；

图9是如图8那样的示意图，但左边的燃烧室处于进气冲程，而右边的燃烧室处于燃烧冲程；

图10是如图8那样的示意图，但左边的燃烧室处于压缩冲程而右边的燃烧室处于排气冲程；

图11是如图8那样的示意图，但左边的燃烧室处于燃烧冲程而右边的燃烧室处于进气冲程；

图12是发动机的一实施例的示意图，在该发动机中，每个连杆上同时连接有两个活塞，并且一双气缸头设置于每个气缸头之间，每个气缸头都带有两个用作燃烧室的腔室和两个用作增压室的腔室；及

图13是图12所述发动机处于下一个循环的示意图。

实施本发明的最佳方式

参照图1，双面活塞1在气缸2中作线性正弦波滑动，并被刚性连接到连杆3上，该连杆通过各衬套(未示出)在第二气缸头14中滑动，并连接到止转棒轭(Scotch yoke)机构5上，在此该连杆可利用偏心块6将动力传递给曲轴7。配设主气缸头13，该主气缸头13中安装有由未示出的驱动机构驱动的进气阀9和排气阀10。第二气缸头14配装有由未示出的驱动机构驱动的进气阀11和排气阀12。该实施例具有一主燃烧室13和一辅助燃烧室15及曲轴箱8。

在运行过程中，活塞1朝气缸头13运动处于排气冲程，并且燃气通过开启的排气阀10和排气道22排出。同时阀11和12关闭，并且在燃烧室15和19中产生燃烧，从而施加一作用力于活塞1的端面16上。然后由于曲轴和止转棒轭机构的作用使活塞1反向运动，同时进气阀9开启并通过进气道21将空/燃混合气(或在柴油机或直接喷射式的情况下为空气)引入腔室18，同时排气阀12开启，废气通过排气道24从腔室19中排出。

然后，活塞1开始返回冲程，阀9和10关闭，在腔室18中的空/燃混合气(或空气)被压缩，同时进气阀11开启，空/燃混合气或空气通过进气道23引入腔室19。然后活塞1再一次反向运动，在柴油机的情况下，借助于未示出的装置将燃油喷入燃烧室13中，并由未示出的装置点火，或者在柴油机情况下借助于压缩进行点火，从而燃烧冲程开始，同时压力施加在活塞1的端面17上。同时，阀11和12关闭，空/燃混合气或空气在腔室19中压缩。当活塞1接近第二气缸头14时，在柴油机或直接喷射式情况下，将燃油喷入，并由未示出的装置点火，或者在柴油机情况下由压缩进行点火，并且在活塞反向时，腔室15开始燃烧循环。然后该循环准备等待重复进行。在该示例中，当腔室19处于燃烧循环时，腔室18处于排气循环。当腔室18处于排气循环时，腔室19处于进气循环，并且腔室19的其他循环都可以相继进行，例如进气后跟着压缩，燃烧和然后是排气。

参照图2，其中示出了两种为活塞和连杆提供润滑和/或冷却的替换方法。在第一方法中，润滑油在压力作用下利用穿过气缸壁2的通道25供到该气缸壁内部活塞1上各活塞环之间。该润滑油再通过活塞1中的孔26返回到连杆中的孔27中，并排出到曲轴箱区域中。

在第二种方法中，润滑油在压力作用下被供到一细长的通道29中，并且当孔35与通道29邻接时，润滑油通过处于31位置处的一单向阀压入孔35中，然后通过通道33流到活塞壁面，并通过通道34返回孔35，在此将它排出到曲轴箱区域中。

图3表示图1所示发动机的一种双对置结构。各参考标号对应于图1中的各元件。

图4表示发动机的一种变形，其中辅助腔室用作主活塞的一增压装置。它示出的是压缩冲程。活塞1朝气缸头14运动，而阀9和10在空/燃混合气在腔室18中压缩时都关闭。通过进气歧管39，节流阀40将空气吸入进气道，并流过单向阀(典型的是一簧片阀)37进入腔室38，同时单向阀36关闭。

图5与图4是相同的，但主气缸处于燃烧冲程。活塞1此时朝远离气缸头4的方向运动，同时阀9和10都关闭。腔室38中的空气在压力作用下流过单向阀37进歧管/增压进气系统41。

图6与图4是相同的，但主气缸处于排气冲程。活塞1再朝气缸头4运动，并且排气阀开启。空气通过单向阀37流入燃烧室38，并且单向阀36具有挡板，将压力空气集结在歧管/增压进气系统41中。

图7与图4是相同的，但主气缸处于进气冲程。活塞1朝远离气缸头4的方向运动，并且空气在压力作用下从腔室38流到歧管/增压进气系统41中，通过敞开的单向阀36进入敞开的进气阀9再流入主腔室18中。当辅助气缸在每个四循环运行期间起两次泵作用时，则建立起一压力，以便给腔室18增压。

图8表示在一台如图4所示的发动机中的两个气缸，表示这种多缸发动机的工作过程和流动过程。腔室18处于排气冲程，并且活塞1朝开启的排气阀10运动。单向阀36开启，允许空/燃混合气流入腔室49。燃烧室47处于压缩冲程，活塞48朝阀45运动，同时阀44和45两者都关闭，空气通过单向阀37流入腔室50。单向阀51和52都关闭。

图9和图8一样，但处于下一个循环。在两腔室中活塞都朝单向阀36和37运动。腔室18处于进气冲程，并且在腔室49和50中已经压缩的空气流过单向阀51和52并通过歧管46穿过敞开的进气阀9而流入腔室18中。腔室47处于燃烧冲程，并且阀44和45都关闭。

图10与图9是一样的，但处于下一个循环。处于腔室18和47两者中的活塞朝阀10和45运动。腔室18处于压缩冲程，同时两个阀9和10都关闭。空气按图8中相同的方式引入燃烧室49和50。腔室47处于排气冲程，同时排气阀开启。

图11与图10是一样的，但处于下一个循环。处于腔室18和47两者中的活塞朝单向阀36和37运动。腔室18处于燃烧冲程，同时阀9和10都关闭。腔室47处于进气冲程，同时进气阀45开启。空气按图9中相同的方式在腔室49和50中压缩，并且在压力作用下，空气通过单向阀51和52流过歧管46进入腔室47中。

图12表示一发动机的一实施例，该发动机带有两个活塞，该两活塞利用处于它们之间的一隔板或双气缸头连接到一个连杆上。在这种具体结构中，如此形成的附加腔室被描述为增压腔。活塞1和48朝阀9运动，并且腔室18处于压缩冲程。腔室53处于进气冲程，进气阀11可从歧管46中接收在压力作用下的空/燃混合气。腔室50压缩在压力作用下流过单向阀36而进入歧管46中的空/燃混合气。空/燃混合气通过进气歧管39流过单向阀51而引入腔室49。

图13与图12是相同的，但处于下一个循环。活塞1和48朝阀11运动，而腔室18处于燃烧冲程，同时阀9和10都关闭。腔室53处于压缩冲程，同时阀11和12都关闭。空气通过进气歧管39流过敞开的单向阀52而引入腔室50中。空气在腔室49中被压缩并被迫流过单向阀37而进入歧管46，在此建立起压力。下两个循环没有描述，但可以看出：在四个循环中，四个压缩冲程是从腔室49和50中，相对两个在腔室18和53中进行的进气冲程产生的，故压力可在歧管46中建立，并且使腔室18和53增压。

应该注意到：在不脱离本发明广义上所述的范围和精神实质的情况下，如具体实施例部分所述，本技术领域的普通技术人员可对本发明作出许多变形和/或改进。因此本发明的各实施例无论如何只能认为是对本发明的说明，而不是对本发明的限制。

Claims (27)

1.一种内燃机，其包括一与一连杆刚性连接的活塞，所述活塞配装在一气缸中，该气缸的每一端都具有一腔室，所述连杆穿过至少一个所述腔室的一端面从该气缸中伸出，至少一个所述腔室是燃烧室，并且所述连杆连接到用于将线性运动转化为旋转运动的装置上。

2.如权利要求1所述内燃机，其中每个燃烧室包括由电子装置控制的进排气阀装置。

3.如权利要求1所述内燃机，其中每个腔室包括由电子装置控制的进排气阀装置。

4.如权利要求1或2所述内燃机，其中该电子控制装置是一个发动机控制系统。

5.如权利要求1或2所述内燃机，其中至少一对气缸是按对置结构排列的。

6.如权利要求1或2所述内燃机，其中至少两个气缸是按直列结构排列的。

7.如权利要求1或2所述内燃机，其中至少两个气缸是按V形排列的。

8.如权利要求1或2所述内燃机，其中多个气缸是按星形排列的。

9.如权利要求1-8中任一所述内燃机，其中活塞/各活塞和/或连杆/各连杆是由一种润滑剂润滑和/或冷却的，该润滑剂在压力作用下进行循环流过气缸/各气缸的壁面并流到活塞/各活塞处，然后流到连杆中并再循环返回一储油腔。

10.如权利要求1-8中任一所述内燃机，其中活塞/各活塞和/或连杆/各连杆是由一种润滑剂润滑和/或冷却的，该润滑剂在压力作用下进行循环流过一细长孔流到连杆中一孔口中，并通过连杆流到活塞和活塞壁，然后通过连杆再循环返回储油腔。

11.如权利要求1-8中任一所述内燃机，其中活塞/各活塞和/或连杆/各连杆是由一种润滑剂润滑和/或冷却的，该润滑剂在压力作用下进行循环流过一根将发动机产生的动力传递给将线性运动转化为旋转运动的装置的轴，并流过连杆/各连杆流到活塞壁并通过连杆/各连杆再循环返回储油腔。

12.如权利要求10所述内燃机，其中当活塞的预定区域没有覆盖气缸壁中的孔时，则流到该孔的润滑油流可被终止。

13.如权利要求1-12中任一所述内燃机，其中由活塞在一个气缸中的运动而形成的至少一个腔室可用于引入和压缩空气充量或可燃烧充量，且可在压力作用下使这些充量排出到一排气歧管，从而排到一燃烧室的进气道中。

14.如权利要求1-12所述内燃机，其中至少一个腔室可用于使从燃烧室中排出的燃气继续膨胀。

15.如前述任一权利要求所述内燃机，其中每个燃烧室的至少一个气缸头配装有一层诸如陶瓷材料之类的不导电的耐热材料，并具有一个对应于气缸孔的孔，该层材料是一层附着或粘结在气缸头上的单独层，并且该层可将至少一导电装置结合到对应于气缸孔的孔的孔壁上，并配装有电极，用于在该腔室中相对于由不同的电气装置提供的相似电极或周围的导电材料，放射电火花或产生等离子体。

16.如权利要求15所述内燃机，其中至少一个腔室是压缩或膨胀腔室，同时在该腔室的头部的内表面上设置一层不导电耐热材料层，该层可将用于导电的装置结合到气缸头中一个这样的位置，即在该位置电极装置适用于产生电火花或等离子体。

17.如权利要求1-11中任一所述发动机，其中构成气缸头的隔板包括一个精加工的缸形部分，以致于该缸形部分可紧配合地配装在该气缸中，并在其外圆周处配装有各个环或密封装置，在其中心配装有一个用于装纳该连杆的密封衬套，该气缸头缸形部分适合于锁紧在气缸中就位。

18.如权利要求1-17中任一所述内燃机，其包括至少两个配装的气缸，其中至少一个气缸的缸孔与至少一个其他的气缸的缸孔是不同的。

19，如权利要求1-18中任一所述内燃机，其中至少一个气缸设有不同的缸孔。

20.如权利要求1-19中任一所述内燃机，其中由燃油，水和乳化剂的混合物产生动力。

21.如权利要求20所述内燃机，其中该燃油包含一种添加剂，添加剂是一种电解质，或者具有在电解过程中帮助使水破裂成氢和氧的化学特性。

22.如权利要求1-21中任一所述内燃机，其中至少一个腔室适合于用作一燃烧室或一膨胀腔或用作一压缩腔。

23.如权利要求2所述内燃机，其中阀装置可从提升阀，滑阀，旋转阀和簧片阀中选取。

24.如权利要求1-23中任一所述内燃机，其中发动机适合于由一发动机控制系统的交替指令控制从四冲程切换到二冲程或从二冲程切换到四冲程。

25.如前述任一权利要求所述内燃机，其中在发动机控制系统的控制下，该发动机适合作为一台Miller循环发动机工作。

26.如前述任一权利要求所述内燃机，其包括至少两个燃烧室，其中至少一个燃烧室适合于借助交替指令控制休缸，指令从一发动机控制系统发给该阀装置，并发给将燃油供给燃烧室的装置。

27.如前述任一权利要求所述内燃机，其中还包括一个设置于所有活塞两侧的连杆。

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