CN1377442A - 增压的两冲程或四冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种两冲程或四冲程内燃机(M1),依靠吸入空气－燃料混合物或依靠吸入带有直接或间接燃料喷射的新鲜空气来进行工作,发动机包括至少一个气缸(1)和一个压缩机(14),气缸确定了一个变容量的燃烧室,其中一个依靠连杆(7)与曲轴(9)的曲柄销(8)连接的发动机活塞(4)作往复运动,压缩机与每个气缸连接,用空气－燃料混合物或新鲜空气来提供气缸的增压。本发明的特征在于:上述压缩机是一个包括至少一级的压缩机,在其压缩室(14a,14b)中有一个压缩机活塞(112)在运动,用一个铰接在偏心件(10)上的连接杆(111)把压缩机活塞与曲轴连接,上述偏心件装在上述曲轴上。

Description

增压的两冲程或四冲程内燃机

本发明涉及了一种增压的两冲程或四冲程内燃机，它具有一个或几个气缸，并且依靠导入汽化混合物或依靠导入带有直接或间接燃料喷射的新鲜空气来进行工作。本发明适用于装有火花塞的汽油发动机，同样适用于采用压缩点火的柴油发动机。

虽然这里本发明的描述特别参照了两冲程发动机情形中的单缸发动机，它非常适合于所有小型工业发动机的应用，用于带发动机的耕种机、花园工具、草坪除草机、切割机、擦洗清洁机之类，但本发明无论如何不受此限制，它也适用于两冲程或四冲程的多缸直列式或V式发动机。

已经知道一种两冲程的单缸发动机，它把经过曲轴箱的汽化混合物自然吸入气缸来进行工作。这种发动机具有一个用于导入空气/燃料混合物的管道和一个用于排出已燃烧气体的管道，这两个管道均以入口的形式通向气缸的底部，靠近底部的死点(PMB)。在引起曲轴箱减压的活塞向上冲程期间，来自汽化器的汽化混合物经过一个阀门被吸入曲轴箱，然后在引起曲轴箱升压的活塞向下冲程期间输送到气缸中。在活塞向下冲程期间，混合物进气口实际上与排气口同时打开，这意味着约20％的混合物被直接排出，导致高的燃料消耗和大量的大气污染。这种发动机的主要优点是成本低，但新的防污染标准将最终结束这种发动机类型。

另一种已知的发动机是回流换气式发动机，它采用一个正位移压缩机来进行工作，例如罗茨式压缩机，使得更容易把汽化混合物引入气缸和产生低压的增压。这种发动机也具有一个混合物进气管和一个排气管，管道均通过入口通向气缸的底部。在这种发动机中，把汽化混合物从压缩机导入气缸中，其方位使得混合物按照在气缸中的“环路火车”方式，承受一个向上的成圈转动运动，同时把上次循环的已燃烧气体排放到排气口。进气口和排气口的特定布局有可能使一部分已导入的混合物不被直接排出，这同时减少了燃料消耗和环境污染。

又一个已知的发动机是单流式发动机，它也采用一个正位移压缩机来进行工作。这个发动机具有一个进气管，在其上游端与压缩机连接，在其下游端与一个进气环连接，进气环通过许多入口通向气缸的底部，其方位使得以大量的转动运动引入混合物。通过一个或几个排气阀在气缸顶部排出已燃烧气体。这种发动机类型容许控制气缸的充填和已燃烧气体可能的再循环，从而得到污染较少的燃烧。此外，当这种发动机类型在柴油发动机循环中工作时，靠近气缸底部引入空气有可能得到为了获得良好效率所需的大量空气转动。这种发动机可能比回流换气式发动机消耗更少的燃料，也可能减少污染的辐射。

但是，这后两种发动机类型的成本比通过曲轴箱传送的发动机大得多，因为它们包括了更多的零件，特别是压缩机，另外，在单流式发动机情形中还包括阀门控制装置。此外，罗茨式压缩机为低效率压缩机；例如，具有1升气缸容量和55kW功率的两冲程单缸发动机将消耗17kW来驱动压缩机。更不好的是，超过高于1.2巴压力，罗茨式压缩机就不能工作。

最后，已知具有排气阀和进气阀的发动机，它们能够得到最低的消耗和最低的辐射，但这类发动机也是最昂贵的，因为排气阀和进气阀均必须得到控制。这种发动机的效率较好，因为采用气缸之外的部分来控制阀门的打开和关闭，这意味着可以利用整个活塞的冲程，而先前的发动机是通过入口导入气体，损失了一部分压缩冲程和膨胀冲程。

本发明的目的是提供一种增压的两冲程或四冲程内燃机，例如回流换气式、单流式或阀门式的发动机，或者四冲程阀门式的发动机，容许提高效率和减少辐射。

为此，本发明的主要内容是一种两冲程或四冲程内燃机，依靠导入汽化混合物或依靠导入带有直接或间接燃料喷射的新鲜空气来进行工作，发动机具有至少一个气缸和一个压缩机，气缸确定了一个变容量的燃烧室，其中一个依靠连杆与曲轴的曲柄销连接的发动机活塞完成往复运动，压缩机与每个气缸连接，为了用汽化混合物或用新鲜空气来增压气缸，其特征在于：上述压缩机是一个具有至少一级的压缩机，在其压缩室中有一个压缩机活塞在运动，用一个铰接在偏心件上的连接杆把压缩机活塞与曲轴连接，上述偏心件装在上述曲轴的轴上。

最好是，两面体立体角的角度(两面体的交线由曲轴的轴线形成，两面体的两个半平面一个伸向偏心件，另一个伸向曲柄销)为90°量级，从而在发动机活塞的上死点(PMH)位置和与同一气缸连接的压缩机活塞上死点之间，得到一个相位偏移，这个相位偏移保证了在汽化混合物或新鲜空气导入燃烧室内之前，压缩室中的压力为其最大值。

此时，当直接与气缸连通的压缩室的级位于压缩机活塞和曲轴之间时，沿着曲轴转动方向，曲柄销具有在偏心件之前的相位偏移，相反，当上述的级对着曲轴位于压缩机活塞的相反一侧时，沿着曲轴转动方向，偏心件具有在曲柄销之前的相位偏移。

有利的是，压缩机的气缸容量是发动机气缸容量的量级，但压缩机活塞的直径明显大于发动机活塞的直径，使得压缩机活塞在压缩室中具有一个短的压缩冲程。

在一个特定的实施例中，压缩机活塞在其中心刚性地连接到连接杆上来与偏心件连接，使得压缩机活塞在压缩室中绕着压缩室的上下部分作前后摆动的运动，沿着曲轴轴线的方向，压缩机的轴线相对于气缸的轴线为偏置。此时，压缩机活塞的周边上可以具有一个装有球形密封环的球形边，密封环最好不能相对于压缩机活塞转动，其位置使得环中的间隙不处于压缩机的底部，从而限制了油的消耗和环境的污染。

在另一个实施例中，压缩机活塞在其中心固定到一个杆子上，杆子铰接到连接杆上来与偏心件连接，上述杆子被引导成沿着与气缸轴线相交的方向作移动。在第一个可替代的形式中，压缩机活塞是可变形的膜，其周边与压缩室的侧壁连接，上述膜最好在其周边具有波浪形，使它更容易变形。在第二个可替代的形式中，压缩机活塞是一个刚性的圆柱，它可以沿轴向移动，在其周边装有至少一个密封环。

这个第二实施例的优点在于：在曲轴箱和压缩机的压缩室之间没有漏油的风险，因为有可能在压缩机活塞杆上设置一个密封件或密封套。

在一个特定的实施例中，压缩室具有两个级，各位于压缩机活塞的每一侧，第一级由第一止回阀或阀门供应汽化混合物或新鲜空气，并且被装有第二止回阀或阀门的输送管道连接到第二级，第二级通过可能装有第三止回阀或阀门的进气管道与气缸连通。采用两级压缩机有可能得到气缸中更高的升压。但是，在这种情形中，气缸的容积比可能减小，从而不能达到与气缸机械强度相协调的最大燃烧压力。装有这种两级压缩机的发动机工作方式相似于已知的超气压增压系统。

本发明的两冲程发动机还装有一个设备，用于回收排出喷气中的能量和部分地再循环排出气体，为此提供了一个附加的容积，它通过开闭装置来与气缸连通，开闭装置的运动相对于气缸中发动机活塞的运动，被控制成同步或具有一个相位偏移，使得在膨胀期间已燃烧气体压缩附加容积中的空气并且至少部分地渗透它，使得这个空气和已燃烧气体混合物在压力下被截留在其中，然后使得这个混合物在压缩阶段被导入气缸内。

有利的是，先前截留在附加容积中的空气和已燃烧气体混合物已经导入气缸内之后，从压缩机对上述附加容积再次充以新鲜空气。

按照另一个特性，上述开闭装置包括两个旋转阀，例如多通的旋转滑阀，被附加容积相互连接，阀之一与压缩机连接，另一个阀与气缸的排气管连接。

最好是，把两个旋转阀设置成产生以下的工作：在第一阶段，当发动机活塞接近其PMH位置时，来自压缩机的空气流流经与压缩机连接的下阀，冲刷附加容积，流经与排气管连接的上阀，以及通过排气管路排出到外面；在第二阶段，约通过发动机活塞膨胀冲程的一半，一方面，上阀使气缸与附加容积连通，从而用加压的空气和已燃烧气体混合物充填气缸，另一方面，使气缸与排气管连通；在第三阶段，上阀截留了附加容积中的空气和已燃烧气体混合物；在第四阶段，来自压缩机的空气被导入气缸内，以及在第五阶段，在发动机活塞压缩冲程开始时，已截留和加压的混合物被导入气缸内。

在第一个可替代的形式中，上阀与位于气缸顶部的至少一个排气阀连接，下阀由设置成通向气缸底部的管道与气缸连接，使得附加容积被来自排气阀并经过上阀的已燃烧气体通过其上端加压，以及经过下阀通过其下端被排空流入气缸。

在第二个可替代的形式中，上阀被设置成通向气缸底部的管道与气缸连接，以及下阀设在压缩机两级之间的输送管上，使得附加容积被来自气缸并经过上阀的已燃烧气体加压，以及经过与上阀连接的管道被排空流入气缸。

有利的是，在两冲程或四冲程发动机情形中，用任何适当的装置来冷却气缸的进气管和/或来自两级压缩机的输送管。

两冲程发动机可以是回流换气式的发动机，其中汽化混合物或新鲜空气从压缩机流经一个通过入口敞开的进气管进入气缸下部，其方位使得以成圈的向上旋转运动方式引入混合物或空气，同时经过也设置成通向气缸底部的排气口，排出先前循环中产生的已燃烧气体。

两冲程发动机可以替代为单流式的发动机，其中经过分布在气缸底部并由一个本身与压缩机连接的环供应的许多进气口，汽化混合物或空气进入气缸底部，同时经过位于气缸顶部的一个或几个排气阀，排出先前循环中产生的已燃烧气体。

最后，两冲程或四冲程发动机可以是具有排气和进气阀类型的发动机，其中阀门位于气缸的顶部，由压缩机供应进气阀或阀门。

本发明也适用于具有几个直列式气缸类型的发动机，其中与每个气缸连接的压缩机交替地设在曲轴箱的每一侧。

为了更好地理解本发明的内容，现在将以纯粹说明性和非限制性的举例方式来描述在附图中描绘的几个实施例。

在附图中：

-图1是本发明发动机的第一实施例的垂直剖面示意图，为两冲程回流换气式发动机，具有一个单级压缩机和一个摆动压缩机活塞，后者被部分放大；

-图2A到2D是相似于图1的部分视图，为图3的线II上的垂直剖面，分别描绘了在两冲程发动机情形中PMH位置上、膨胀期间、PMB位置上和压缩期间的发动机活塞；

-图3是在图2A线III上的剖视图；

-图4是相似于图1的视图，但按照一个可替代的形式，其中压缩机活塞是线位移类型，后者被部分放大；

-图5A到5D是相似于图2A到2D的视图，为图6A的线V上的垂直剖面，但描绘了另一个可替代的形式，其中压缩机活塞是一个可变形的膜，并且气缸上装有一个火花塞；

-图6A到6D分别是图5A到5D的线VI上的剖视图，图6A中的上述膜被部分放大；

-图7是在图5A的线VII上的剖视图；

-图8是相似于图4的视图，但描绘了一个具有两级压缩机的两冲程发动机；

-图9是相似于图8的视图，但描绘了还装有一个部分再循环排出气体系统的两冲程发动机；

-图10和11分别相似于图1和4，但描绘了单流式的本发明两冲程发动机的第二实施例；

-图12是相似于图11的视图，但描绘了装有两级压缩机的两冲程发动机；

-图13是相似于图12的视图，但描绘了还装有一个回收排出喷气中能量系统的两冲程发动机；

-图14和15是分别相似于图1和4的视图，但描绘了具有排气和进气阀类型的本发明两冲程发动机的第三实施例；

-图16是本发明直列式四缸发动机的示意俯视图；

-图17是相似于图15的视图，但描绘了装有一个两级压缩机的四冲程发动机；

-图18到25是相似于图14的部分剖视图，描绘了在其循环中各个连续阶段上的四冲程发动机。

为了清楚起见，相同或相似的元件在所有图中采取相同的编号。

图1到9描绘了本发明适用于一种具有回流换气的两冲程单缸内燃机M1的各种可替代形式。

在图1到3中描绘的第一个可替代形式中，发动机M1具有一个在曲轴箱2和气缸盖3之间确定的气缸1。气缸盖3具有一个朝着气缸1顶部的凹区3a，因为所假设的图形是汽油发动机。本发明同样易于应用到直接喷射或间接喷射的柴油发动机。

一个发动机活塞4完成了在气缸1中的往复运动，活塞4确定了一个在气缸盖3和活塞4之间气缸1内的燃烧室5。发动机活塞4的周边上装有在图1中描绘的密封环6。一个连杆7以其小端7a铰接到活塞4上，以其大端7b铰接到曲轴9的曲柄销8上。

一个偏心件10装在曲轴9的轴上，并且铰接到一个连接杆11，连接杆11刚性地连接到盘状压缩机活塞12的中心。压缩机活塞12在其周边上具有一个球形边缘12a，装有一个其边缘也是球形的密封环13，密封环被防止相对于压缩机活塞作转动，其位置使得环13中的间隙不在曲轴箱2的底部。在与曲轴箱2连接的单级压缩机14的压缩室14a内，压缩机活塞12前后摆动。压缩机14的压缩室14a被吸气管15供应汽化混合物或新鲜空气，或者装有一个吸气止回阀15a。把加压的汽化混合物或新鲜空气从压缩机14输送到装有输送止回阀16a的进气管16。进气管16通过许多入口17通向气缸1的底部，入口17的方位使得按“环路火车”方式把加压混合物或空气向上成圈转动地引入气缸。气缸1还装有一个或几个通向气缸底部的排气管道18，大致在吸气口17的同一高度上。

如图1可看到，沿着箭头F所示的曲轴转动方向，偏心件10相对于曲柄销8偏置了一个90°量级的角度θ，使得发动机活塞4的PMH位置离压缩机活塞12的PMH位置相位偏移了90°。参照图3，可以看到压缩机14的连接杆11轴线离发动机活塞4的连杆7轴线偏置了一个距离d。

气缸1的气缸容量大致为压缩机14气缸容量的相同量级，但压缩机12具有一个明显大于发动机活塞4的直径，使得压缩机活塞12的压缩冲程c比较短。

最后，进气管16可以装有一个热交换器19，带有例如为水的冷却剂，或者在空冷发动机情形中可以吹送新鲜空气，来冷却离开压缩机14的空气，由此使得有可能增加进入气缸1的空气质量，特别是因为压缩机14中的空气压缩会释放出大量的热。但是，进气管16的冷却是供选择的。

现在参照图2和3，可以看到，在对着连杆大端7b的另一端上，曲轴9的曲柄销8装有一个作为配重的飞轮20。

在图1中采用虚线标记了发动机活塞4的PMH和PMB位置。

在图1中也用点划线标记了偏心件10和曲柄销8的路线。

现在参照图2A到2D来描述这种发动机工作的方式。

在图2A中，发动机活塞处于压缩终了位置，即处于其PMH位置，同时压缩机活塞12处于其PMB位置，也就是说处于图2A中最右边的位置。在膨胀期间，在燃烧室5中气体燃烧的作用下，发动机活塞产生一个向下冲程，如图2B所示，曲轴9已经转动了约90°，这同时使压缩机活塞12绕其上区摆动，由此完成了在压缩室14a中的第一次压缩。在膨胀终了时，发动机活塞4达到其PMB位置，在曲轴9补充转动90°之后，同时打开排气管道18和进气口17。同时，压缩机活塞12绕其下区摆动，达到了在压缩室14a中最左边的最大压缩位置，使得加压空气或汽化混合物进入燃烧室5，由此把已燃烧气体驱向着排气管道和充填气缸。图2D描绘了在曲轴9补充转动90°之后，在压缩阶段期间的发动机活塞位置，这同时关闭了排气和进气管，使得压缩机活塞12绕其上区摆动，由此容许压缩室14a的第一次膨胀，经过吸气管15吸入新鲜空气或汽化混合物，因为由此在室14a中产生减压。最后，当发动机活塞14达到图2A所示的其PMH位置时，在曲轴9补充转动90°之后，压缩机活塞12绕其下区摆动，回到其最右边的位置，由此继续把新鲜空气或汽化混合物吸入压缩室14a。由此不断地重复刚才描述的运行循环。

如图2A到2D可看到，偏心件10为盘状，偏心地装在曲轴9的轴上。

但是，由于压缩机活塞12的前后摆动，存在着包含在曲轴箱中的油会流入压缩室14a的风险，造成油的消耗和引起环境的污染，因为由此会把油排到外面。

在图4到7所示的可替代形式中防止了这个缺点，其中摆动的压缩机活塞12被图4所示的一个压缩机活塞112所代替，它在压缩室14a中按线性移动作前后往复运动。

这个压缩机活塞112在其周边上还具有一个密封环，在其中心具有一个杆子121，它刚性地连接到压缩机活塞112上，并且在其自由端上铰接到连接杆111，用于与偏心件10连接。导向套122按移动方式导向杆子121，导向套122通过垂直隔板123与曲轴箱2连接。套122可以在内部装有一个可通过杆子121的密封环，或者可以在杆子121和上述垂直隔板123之间连接一个密封罩S，消除了在曲轴箱和压缩机之间的任何漏油风险。

在图5到7中可以看到，气缸1和压缩机14装有散热片21。

在气缸1顶部上设置了一个火花塞22。

这里发动机M1包括了形成气缸1的第一部件，形成曲轴箱2的第二部件，以及形成压缩机14的第三部件。由此刚性盘状的压缩机活塞112可以用一个可变形的膜212替代，其周边固定在上述第二和第三部件之间。为了使膜212更易于变形，可在其周边附近提供一个波浪形212a，如在图6A中可看到。

在图6A到6D中最易看到，杆子121把可变形膜212的中心连接到一个铰接的横向件124，其自由端在曲轴箱2中的槽125内滑动，并且每个自由端连接到两个在压缩机14轴线两侧延伸的臂111上。由此由包括横向件124和两个臂111的组件形成了连接到偏心件的连接杆。连接杆的两个臂111的每一个装在一个盘10上，盘10在曲轴箱2的侧壁和曲柄销8的辐板之间，分别地和偏心地装在曲轴的轴9上。在横向件124自由端上，在每个连杆臂111和偏心盘10之间，以及在曲轴9的轴上，分别设有针轴承22到24。但是，如果转动足够慢，这些轴承可以用球轴承或滑动轴承来替代。

如图7可看到，此时与图1到3的摆动压缩机活塞的可替代形式不同，压缩机活塞的轴线对准发动机活塞的轴线。

采用一个十字头连接杆来安装这种发动机的压缩机活塞，发动机的工作循环基本上与摆动活塞发动机相同。当曲轴9转动时，横向件124沿着槽125作直线移动，使得杆子121运动，这引起膜212变形。在图5A中，发动机活塞4处于其PMH位置，膜被变形成朝着曲轴向右弯曲。在图5B中，发动机活塞通过其膨胀阶段中冲程的一半，膜212基本上处于平的垂直位置。在图5C中，发动机活塞4处于其PMB位置，膜被变形成离开曲轴向左弯曲。最后，在图5D中，发动机活塞4通过其压缩向上冲程的一半，膜212再次处于平的位置，停止不动。

作为例子，在图5到7所示的发动机具有一个直径约42mm和发动机活塞4工作冲程为38mm的气缸1，以及一个直径80mm和在压缩机活塞212情形下约8.5mm工作冲程的压缩机14。

图8所示的可替代形式与图4所示的可替代形式的区别主要在于：压缩机14包括一个具有两级14a和14b的压缩室。第一级14b形成在隔板123和压缩机活塞112之间，而第二级14a形成在压缩机活塞112的另一侧。第一级14b在顶部具有一个装有止回阀115a的吸气管道115。这个第一级14b具有通过它的压缩机112的活塞杆121。朝着第一级14b的下面有一个中间输送管130，它朝下与压缩机14的第二级14a连通。这个中间输送管130上装有一个止回阀130a和一个冷却系统19。压缩机14的第二级14a朝上与进气管16连通，与图1到7中所述的单级压缩机方式相似。

压缩机14的各种阀门115a、130a和16a，以及发动机的阀门118a和217可以有利地用数字计算机管理的机械、电子或液压-电子控制的阀门来替代，从而按需要控制所有发动机的参数，即在压缩机和/或发动机气缸中的压缩比，以及膨胀比。

虽然图8描绘了一个形式为刚性平面盘的压缩机活塞112，同样完全可以用相似于图5和6所示的可变形膜来替代。

在发动机活塞4的压缩阶段，压缩机活塞112向右运动，压缩压缩室的第一级14b，使得通过管道130把空气输送到第二级14a。在发动机活塞4的膨胀向下冲程期间，压缩机活塞112向左运动，使得包含在第二级14a中的空气被进一步压缩，由于存在止回阀130a，空气不可能通过管道130向后退回，因此这个空气在高于单级压缩机所得压力的压力下逸出到进气管16。同时，在第一级14b中引起减压，这使得从吸气管道115吸入空气。

在图8中，压缩机活塞112的冲程表示为c。

在图9中，图8的发动机上装有一个设备，用于回收排出喷气的能量和部分地再循环排出气体，其原理在属于本申请人的1998年6月22日的法国专利号98-07835中已经作了详细描述。

一个可以具有任何适当形状的附加容积40朝下与一个管道41连通，管道41通向一个旋转阀42，例如一个三通旋转滑阀，它装在阀门130a下游的上述输送管道130中。附加的容积40还朝上与一个管道43连通，它通向一个上部的第二旋转阀44，例如一个三通旋转滑阀，后者一方面通过一个管道45连通到气缸1的底部，另一方面通过一个管道46与连接到上述排气管道18的排气管路(图中未示)连通。

现在来描述图9中表示的发动机的工作方式。

当发动机活塞4在压缩阶段接近其PMH位置时，下滑阀42使压缩机14的第一级14b与管道41连通，而同时关闭了到第二级14a的通路，上滑阀44使管道43与排气管46连通，而同时关闭了到管道45(它通向气缸1的底部)的通路。结果是，排出第一级14b中被压缩机活塞112压缩的空气，冲刷附加容积40，由此在这个容积40中余留的空气和已燃烧气体混合物被排到外面，并且被新鲜空气所置换。

接着，在发动机活塞4的膨胀阶段(这个阶段如图9所示)开始时，滑阀42和44关闭了任何连通，这可以跟随着曲轴9的转动来转动滑阀，或者由中央电子管理装置来控制。

当发动机活塞4实际上达到其膨胀冲程的终了时，发动机活塞4打开管道45的开口，然后气缸1中加压燃烧气体通过这个管道45逸出，经过阀44直到附加容积40，上阀44处于关闭排气管46的位置。同时，阀42关闭了管道41的通路，使得已燃烧气体压缩在附加容积40中的空气。并且部分地渗透它。

在打开管道45的同时或稍后，发动机活塞4还打开了排气管18，排出余留的已燃烧气体，在向左运动的压缩机活塞112施加的压缩作用下，经过从压缩室第二级14a的进气口17引入的加压新鲜空气驱除了上述余留的已燃烧气体。当发动机活塞4达到其PMB位置，上滑阀44关闭了任何连通，下滑阀42打开了在压缩机第一和第二级之间的通路，而保持关闭到管道41的通路，由此使得在附加容积40中的加压空气和已燃烧气体混合物被截留在其中。在PMB位置，气缸1中的换气停止，气缸开始充填由压缩机14输送的高压新鲜空气。

当气缸中的压缩阶段开始时，经过保持打开管道130连通而同时保持关闭到管道41通路的下滑阀42，压缩机活塞112把第一级14b中的压缩空气输送到第二级14a。同时，上滑阀44打开在附加容积40和气缸1之间的通路，保持关闭到排气管46的通路，使得截留在容积40中的空气和已燃烧气体混合物可以经过管道43和45逸出到气缸1中，它同时增压了气缸1和容许从排出喷气回收能量。

当发动机活塞4盖住了其上冲程的约一半以上时，排气管道18和管道45被发动机活塞4关闭，滑阀44和42逐渐移到使压缩机第一级14b与排气管46连通的位置。

可以注意到，此时两级压缩机14的效率比图8情形低，因为压缩机14第一级14b的某些压缩冲程被用于冲刷附加容积40。

现在参照图10到13来描述本发明对单流式两冲程单缸发动机M2的应用。

在图10到12所示的三个可替代形式分别相应于回流换气式发动机的图1、4和8所示的可替代形式。因此，仅一次描述单流式发动机M2的工作来包括所有这三个可替代形式。

在图10所示的单流式发动机中，进气管16通向一个环绕气缸1底部的圆环117，上述圆环117具有许多入口(图中未示)，它们通向气缸1的底部，其方位使得以大量的旋转运动把空气引入气缸。排气管118在气缸1的顶部，并且具有至少一个受任何适当装置控制的阀门118a。

当发动机活塞4处于其PMH位置时，关闭排气阀118a，被发动机活塞4本体阻挡的进气口也被关闭。在发动机活塞4的膨胀阶段终了时，排气阀118打开来排出已燃烧气体，发动机活塞4打开进气环117的入口，使得从压缩机14来的压缩空气把已燃烧气体向上驱动排出到排气管。只要由发动机活塞4保持进气口打开，继续用氧化空气充填气缸1，直到发动机活塞4的压缩阶段开始时为止。

在图13的可替代形式中，发动机M2还装有一个设备，用于回收排出喷气中的能量和部分地再循环排出气体。这个设备包括一个附加的容积40，它由一个适当截面的管道形成，在其两端与旋转阀142、144连通，阀可以是一个多通旋转滑阀。在设在气缸1顶部的阀门118a的下游，上滑阀144还与排气管118连通，并且与终止在排气管路(图中未示)的两个其它管道145和146连通。

下滑阀142还与在进气环117之上通向气缸1底部的管道141连通，并且与进气管16连通。

采用对熟悉该技术的人员已知而不作描述的任何适当方式，以1/1或不同于1/1的比例，把滑阀142、144的旋转运动连接到曲轴9的旋转运动，它相对于曲轴的运动可以是同相或移相。

另外，在图13中，压缩机14的两级14a和14b的位置相对压缩机活塞112是相反的。确切地说，进气管16与位于压缩机活塞112和垂直壁123之间的级14b连通，而通过吸气管115把新鲜空气供应到对着曲轴9的压缩机活塞112相反一侧的第一级14a。由此，压缩机14的工作相反，曲轴的曲柄销8必须沿着曲轴9的转动方向F，相对于偏心件10相位偏移一个约90°的角度θ。

当发动机活塞4处于其PMH位置时，设置的任何排气阀118a被关闭，滑阀142和144也被关闭。

在发动机活塞4的膨胀阶段，排气阀118a打开，上阀144旋转，例如沿着与曲轴9相同的方向，使得排气管118与形成附加容积的管道140连通。下滑阀142也沿相同方向旋转相同的量，但它不引起管道连通。结果是排气管118把加压燃烧气体的喷气排出到管道140中，压缩了其中的空气，同时相应于这个角度变换期，把一部分已燃烧气体引入其中。

当发动机活塞4达到一个在管道141和进气环117之间的中间位置时，排气阀118a仍然打开，但已旋转的滑阀144使管道118和145连通，同时关闭到管道140的通路；下滑阀142也旋转，但不引起连通。这意味着在压力(在满负荷下约为3.5巴)下先前引入管道140的空气/已燃烧气体混合物被截留在其中，已燃烧气体经过管道145逸出到排气管路。

当发动机活塞4达到其PMB位置时，上阀144虽然继续旋转，仍保持管道118和145之间的连通；下阀142也旋转，但不引起连通；进气环117的入口被关闭。这意味着从压缩机14的级14b来的空气完成了换气，它经过排气阀118a去除了已燃烧气体，气缸1用具有压缩机14较高压力的空气来充填。空气/已燃烧气体混合物仍在压力下截留在管道140中。

当发动机活塞4开始其压缩阶段时，它关闭了进气环117的入口，并且与管道141的高度齐平；当阀142继续旋转时，管道118和145仍然可以连通，但这不起作用，因为排气阀118a已再次被关闭；下滑阀142使管道141与管道140连通。结果是，在压力下截留在管道140中的空气/已燃烧气体混合物逸出，并且在压力下充填气缸1。这同时增压了气缸和部分地再循环已燃烧的气体，该工作被称为EGR(排出气体再循环)，并且具有减少氧化氮低速辐射的效果。

当发动机活塞4继续其压缩冲程时，直到关闭管道141之前，排气阀保持关闭，滑阀142、144旋转到阻止所有连通的位置。

当发动机活塞4基本上达到压缩冲程的终了时，排气阀118a保持关闭，但上滑阀144使管道140与管道146连通；下滑阀142使管道140与进气管16连通。结果是，从压缩机14来的新鲜空气流经管道16、140和146，把管道140中残余的空气/已燃烧气体混合物排到外面。

当发动机活塞4达到PMH位置时，循环准备重新开始。

图14和15描绘了本发明对具有进气和排气阀的两冲程单缸式发动机M3的应用。

图14和15描绘了两个可替代的形式，它们相应于单流式发动机M2的图10和11的可替代形式。

对于两个可替代形式共有的唯一区别在于：进气管16在气缸1的顶部上打开，那里有一个或几个进气阀217。这种类型发动机的工作相似于上述类型发动机的工作。

虽然图14和15的两个可替代形式包含了一个单级压缩机，也可以设想一个两级压缩机(参见在图17中描绘的发动机类型)，和/或一个部分再循环排出气体的设备，而不会背离本发明的范围。

图17描绘了一个具有两级压缩机的发动机M4，它可容易地同样用于两冲程发动机或四冲程发动机。与上述发动机中完全相同的该发动机M4的零部件采用相同的编号。

图18到25描绘了一个四冲程发动机M4类型的工作循环的各个阶段，它具有排气和进气阀和一个包含摆动压缩机活塞的单级压缩机。当然，发动机M4可以具有一个或几个气缸。现在参照图18到25来描述四冲程发动机工作的方式。

在图18中，发动机活塞4处于其压缩冲程的终了位置上，即在其PMH位置上，而压缩机活塞14处于其PMB位置上，也就是说在图18中最右边的位置。在这个位置上，进气阀217和排气阀118a被关闭，进气阀15a和输送阀16a也被关闭。在曲柄销8和偏心件10之间的角度相位偏移为90°量级，但根据压缩机效率和气缸充填比对这个相位偏移作了更精确的计算。图18所示的位置相应于燃烧室中汽化混合物的点火。

对于图18所示的位置，压缩机14的室14a被充以新鲜空气，而进气管充以压缩热空气。

在膨胀时，在燃烧室5中气体燃烧作用下，发动机活塞产生向下冲程，在曲轴9转动约150°之后，如图19所示，这同时使压缩机活塞12绕其上区摆动，然后开始绕其下区摆动，由此完成了压缩室14a中的第一次压缩。

如图18所示，曲轴9沿着箭头F所示的顺时针方向转动。

在图19所示的位置中，燃烧室5充满了已燃烧气体，在打开移到图19所示下面位置的排气阀118a之后，开始经过排气管道118排出已燃烧气体，如箭头F2所示。进气阀15a保持关闭，但输送阀16a打开，容许压缩室14a中的压缩空气输送到已经包含一些压缩空气的进气管16中。由此，在进气管16中得到进一步压缩的空气，图中用箭头F1表示。

在膨胀冲程的终了，发动机活塞4达到其PMB位置，在沿箭头F所示顺时针方向再转动约30°之后，如图20所示。在这个位置上，压缩机活塞12已完成了绕其下区的摆动，达到了在压缩室14a中最左边的最大压缩位置。进气阀15a保持关闭，输送阀16a保持打开来完成进气管16中空气的进一步压缩，如箭头F1所示。在这个位置上，已燃烧气体继续经过排气管道118沿着箭头F2的方向逸出。这里已经完成了发动机M4的四冲程循环的第一冲程。

在图21所示的曲轴9的以后转动期间，在压缩燃烧室阶段的发动机活塞4把已燃烧气体输送到排气管道118。在图21所示的位置上，曲轴又转动了约160°。在这个位置上，压缩机活塞12已经绕其上区摆动，然后绕其下区摆动，达到了压缩室14a膨胀的位置。在压缩机14膨胀阶段，进气阀15a打开，输送阀16a关闭，使得新鲜空气被吸入压缩室14a，如箭头F3所示。同时，进气阀217打开，容许压缩空气进入燃烧室，如箭头F4所示，由此把余下的已燃烧气体驱向排气管道。图22表示了发动机活塞4的压缩冲程终了位置，对这个冲程，曲轴9已经相对于图18所示的初始位置转动了360°。在这个位置上，进气阀15a关闭，两个阀217和118a保持打开。箭头F4表示了压缩热空气进入燃烧室。图22的位置说明了四冲程循环的第二冲程。

为了进行到图23，曲轴9进一步转动约20°，开始发动机活塞4的膨胀阶段。在这个位置上，排气阀118a再次关闭，但进气阀保持打开。输送阀16a也打开，把包含在压缩室14a中的新鲜空气输送到进气管16中，如箭头F1所示。当发动机活塞4达到图24所示的PMB位置时，也就是说在四冲程循环的第三冲程期间，一方面从包含在进气管16中的压缩空气，另一方面如果输送阀16a保持打开，从包含在压缩室中并由压缩机活塞12输送的压缩空气，把热压缩空气充填燃烧室5。由此达到了燃烧室5的双重充填。

图25描绘了曲轴9附加转动约30°。在这个位置上，两个阀门217和118a均被关闭，达到了开始压缩包含在燃烧室5中的空气。输送阀16a也关闭，但进气阀15a打开，再次容许新鲜空气进入压缩室14a。在发动机活塞4的压缩冲程终了位置，最后可把燃料喷入燃烧室5。然后，发动机活塞4达到其PMH位置，如图18所示。

虽然这里没有描绘，但本发明的各种发动机可以装有用于直接或间接喷射汽油或柴油的喷射器，或者可以采用预汽化混合物进行工作。

最后，图16描绘了一个具有四个直列气缸1的发动机M，具有四个带摆动压缩机活塞的单级式压缩机14，其连接杆11描绘成与相关气缸的轴线为偏心，压缩机14交替地设置在曲轴箱2的每个侧面上。

当然，本发明在直列或V形的构造中，可以适用于所有单缸或多缸发动机类型。虽然结合许多特定实施例描述了本发明，但非常明显，对本发明没有任何方式的限制，本发明包含了与所描述装置在技术相当的所有装置及其组合，如果它们属于本发明范围之内的话。

Claims (19)

1.一种两冲程或四冲程内燃机(M，M1，M2，M3，M4)，依靠导入汽化混合物或依靠导入带有直接或间接燃料喷射的新鲜空气来进行工作，发动机具有至少一个气缸(1)和一个压缩机(14)，气缸确定了一个变容量的燃烧室(5)，其中一个依靠连杆(7)与曲轴(9)的曲柄销(8)连接的发动机活塞(4)完成往复运动，压缩机与每个气缸连接，为了用汽化混合物或用新鲜空气来增压气缸，其特征在于：上述压缩机(14)是一个具有至少一级的压缩机，在其压缩室(14a，14b)中有一个压缩机活塞(12，112，212)在运动，用一个铰接在偏心件(10)上的连接杆(11，111)把压缩机活塞(12，112，212)与曲轴(9)连接，上述偏心件装在上述曲轴(9)的轴上，以及两面体的交线由曲轴(9)的轴线形成，两面体的两个半平面一个伸向偏心件(10)，另一个伸向曲柄销(8)，两面体立体角的角度(θ)为90°量级，从而在发动机活塞(4)的上死点(PMH)位置和与同一气缸连接的压缩机活塞(12，112，212)上死点之间，得到一个相位偏移，这个相位偏移保证了在汽化混合物或新鲜空气导入燃烧室(5)内之前，压缩室(14a，14b)中的压力为其最大值。

2.按照权利要求1的发动机，其特征在于：当直接与气缸(1)连通的压缩室的级(14b)位于压缩机活塞(112，212)和曲轴(9)之间时，沿着曲轴转动方向(F)，曲柄销(8)具有在偏心件(10)之前的相位偏移，相反，当上述的级(14a)对着曲轴位于压缩机活塞(12，112，212)的相反一侧时，沿着曲轴转动方向，偏心件具有在曲柄销之前的相位偏移。

3.按照权利要求1和2的发动机，其特征在于：压缩机(14)的气缸容量是发动机气缸(1)容量的量级，但压缩机活塞(12，112，212)的直径明显大于发动机活塞(4)的直径，使得压缩机活塞在压缩室中具有一个短的压缩冲程(c)。

4.按照权利要求1到3中之一的发动机，其特征在于：压缩机活塞(112，212)在其中心固定到一个杆子(121)上，杆子铰接到连接杆(111)上来与偏心件(10)连接，上述杆子被引导成沿着与气缸(1)轴线相交的方向作移动。

5.按照权利要求4的发动机，其特征在于：压缩机活塞是可变形的膜(212)，其周边与压缩室的侧壁连接，上述膜最好在其周边具有波浪形(212a)，使它更容易变形。

6.按照权利要求4的发动机，其特征在于：压缩机活塞是一个刚性的圆柱(112)，它可以沿轴向移动，在其周边装有至少一个密封环。

7.按照权利要求1到3中之一的发动机，其特征在于：压缩机活塞(12)在其中心刚性地连接到连接杆(11)上来与偏心件(10)连接，使得压缩机活塞在压缩室(14a)中绕着压缩室的上下部分作前后摆动的运动，沿着曲轴(9)轴线的方向，压缩机(14)的轴线相对于气缸(1)的轴线为偏置。

8.按照权利要求7的发动机，其特征在于：压缩机活塞(12)的周边上具有一个装有球形密封环(13)的球形边(12a)，密封环最好不能相对于压缩机活塞转动，其位置使得环中的间隙不处于压缩机(14)的底部。

9.按照权利要求1到6中之一的发动机，其特征在于：压缩室具有两个级(14a，14b)，各自位于压缩机活塞(112，212)的每一侧，第一级(14a或14b)由第一止回阀(115a)或阀门供应汽化混合物或新鲜空气，并且被装有第二止回阀(130a)或阀门的输送管道(130)连接到第二级(14b或14a)，第二级通过可能装有第三止回阀(16a)或阀门的进气管道(16)与气缸(1)连通。

10.按照权利要求1到9中之一的两冲程内燃机，其特征在于：它装有一个附加容积(40，140)，通过开闭装置(42，44；142，144)来与气缸(1)连通，开闭装置的运动相对于气缸中发动机活塞(4)的运动，被控制成同步或具有一个相位偏移，使得在膨胀期间已燃烧气体压缩附加容积中的空气并且至少部分地渗透它，使得这个空气和已燃烧气体混合物在压力下被截留在其中，然后使得这个混合物在压缩阶段被导入气缸内。

11.按照权利要求10的发动机，其特征在于：先前截留在附加容积(40，140)中的空气和已燃烧气体混合物已经导入气缸(1)内之后，从压缩机(14)对上述附加容积再次充以新鲜空气。

12.按照权利要求10或11的发动机，其特征在于：上述开闭装置包括两个旋转阀(42，44；142，144)，例如多通的旋转滑阀，被附加容积(40，140)相互连接，阀之一(42，142)与压缩机(14)连接，另一个阀(44，144)与气缸(1)的排气管连接。

13.按照权利要求12的发动机，其特征在于：把两个旋转阀设置成产生以下的工作：在第一阶段，当发动机活塞(4)接近其PMH位置时，来自压缩机(14)的空气流流经与压缩机连接的下阀(42，142)，冲刷附加容积(40，140)，流经与排气管连接的上阀(44，144)，以及通过排气管路排出到外面；在第二阶段，约通过发动机活塞膨胀冲程的一半，一方面，上阀(44，144)使气缸(1)与附加容积连通，从而用加压的空气和已燃烧气体混合物充填气缸，另一方面，使气缸与排气管连通；在第三阶段，上阀截留了附加容积中的空气和已燃烧气体混合物；在第四阶段，来自压缩机(14)的空气被导入气缸内，以及在第五阶段，在发动机活塞压缩冲程开始时，已截留和加压的混合物被导入气缸内。

14.按照权利要求10和13组合的发动机，其特征在于：上阀(44)被设置成通向气缸(1)底部的管道(45)与气缸(1)连接，以及下阀(42)设在压缩机两级(14a，14b)之间的输送管(130)上，使得附加容积(40)被来自气缸(1)并经过上阀(44)的已燃烧气体加压，以及经过与上阀连接的管道(45)被排空流入气缸。

15.按照权利要求1 3的发动机，其特征在于：上阀(144)与位于气缸(1)顶部的至少一个排气阀(118a)连接，下阀(142)由设置成通向气缸底部的管道(141)与气缸连接，使得附加容积(140)被来自排气阀(118a)并经过上阀(144)的已燃烧气体通过其上端加压，以及经过下阀(142)通过其下端被排空流入气缸。

16.按照权利要求1到14中之一的发动机，其特征在于：发动机是回流换气式发动机(M1)，其中汽化混合物或新鲜空气从压缩机(14)流经一个通过入口(17)敞开的进气管(16)进入气缸(1)下部，其方位使得以成圈的向上旋转运动方式引入混合物或空气，同时经过也设置成通向气缸底部的排气口(18)，排出先前循环中产生的已燃烧气体。

17.按照权利要求1到13和15中之一的发动机，其特征在于：发动机是单流式发动机(M2)，其中经过分布在气缸底部并由一个本身与压缩机(14)连接的环(117)供应的许多进气口，汽化混合物或空气进入气缸(1)底部，同时经过位于气缸顶部的一个或几个排气阀(118a)，排出先前循环中产生的已燃烧气体。

18.按照权利要求1到13和15中之一的两冲程内燃机，或按照权利要求1到9中之一的四冲程内燃机，其特征在于：它是具有排气和进气阀类型的发动机(M3，M4)，其中阀门(118a，217)位于气缸(1)的顶部，由压缩机(114)供应进气阀或阀门(217)。

19.按照权利要求1到18中之一的发动机，其特征在于：发动机是具有几个直列式气缸类型的发动机(M)，其中与每个气缸(1)连接的压缩机(14)交替地设在曲轴箱(2)的每一侧。

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