TW555628B - Combustion chamber system - Google Patents

Description

555628 五、發明說明（l) 【技術範疇】 設計用於間歇式線型馬達之 【先前技術】 本人已率先於間歇式線型馬 系統。在這些系統中，於一最 生一火焰前緣（flame front) 與空氣進入一最終燃燒室。如 輸出。本人先前的專利，特別 4, 5 1 0, 748 以及4, 665, 868 號， 研究成果。 在操作上，在此形式系統的 與空氣的混和物。在該預燃室 產生的火焰前緣穿過該預燃室 與氣體推進該最終燃燒室。該 間之一止回閥（check valve) 該壓縮的混和物。此一過程將 燒壓力，而在該最終燃燒室中 高的壓力能夠更有效的且更冑 驅動一固定件。 【發明概要】 本人現在已發現增加一預燃 的改善其性能。製作一特別長 應盡可能小型化所已知的優黑占 長且窄的預燃室比正常短且寬 預燃室與最終燃燒室系統。 達中使用最初與最終燃燒室 初燃燒室中初始的燃燒會產 將驅動並壓縮未燃的燃料 此將大幅地增加該系統之功 是美國專利第4, 365, 471、 代表本人在此領域中之若干 兩燃燒室中首先會充填燃料 中之該混和物接著被點燃。 ’將位在其前之未燃的燃料 火焰前緣之後穿過在該兩室 ，並且點燃在該最終燃燒 提升在該最終燃燒室中的^' 產生更有效的燃燒。這些較 力的執行有用的作業，諸如 室之長對寬的外型比可顯著 的預燃室與設計燃燒室系統 背道而馳，然而本人已發現 的預燃室，可推動更多在火

00495.ptd

555628 五、發明說明（2) 焰前緣前之未燃的燃料與氣體 業已發現特別細長的預燃室可 彎曲或摺疊為非線型之路徑。 數進行實驗，其可在一最終燃 縮，並藉此大幅地增加動力的 燃的燃料與氣體由該預燃室， 最終燃燒室，但本人已發現阻 該預燃室之止回閥，對於提升 【發明說明】 小型機械設計的業者已發展 人所擁有者’其具有一短的長 長度之直徑或寬度。在長對寬 預燃室的貫驗中，已顯示較高 於一前進的火焰前緣前之未燃 燒至上’係較為有效的。在該 此種改良可增加最終燃燒室中 該最終燃燒室中燃燒所獲得的 延長的預燃室能夠達成此一 實驗證據證實延長的預燃室的 燃燃料與氣體進入該最終燃燒 理的假定是，藉由一延長的預 燃料與氣體的增加量，存在於 至與該最終燃燒室相通之該預 的行進過程中。單純的將一預 進入一最終燃燒室。本人亦 為直線且大致光滑的，抑或 本人業已以數個性能變異參 燒室中明顯地產生更多壓 輸出。雖然本人較偏好使未 相對較無阻礙地通過進入該 止高壓回流由該燃燒室回到 性能係相當重要的。 出先前的燃燒系統，包括本 度’且具有大致上遠大於其 的外型比例大幅增加的延長 外型比的預燃室，對於迫使 的燃料與氣體進入一最__、 最終燃燒室發生點火之 的壓力，並且大幅的增加在 能量。 功效的理由仍然不明確，但 確可成功地迫使更大量的未 室，用以增加能量輸出。合 燃室抽進一最終燃燒室之該 由該預燃室之一點火端前進 燃室之一排出端的火焰前緣 燃室加長至一最佳化的外型

第5頁 555628 五、發明說明（3) =:便可以改善該最終燃燒室之能量輪出，增加至5〇% 本人已測試具有直線延長的預燃室之燃焊 預燃至之長對寬的比例於一廣闊的範中”二 “ 比例達到…時，便產生某種在該外型 能產生在4比1至16比1之間的範圍中，且、乂J圭的： 在大約10比卜這些結果顯示一延長的線㊁預燃室： 改善傾向沿著一鐘形曲線變化，在… 此 具有中心最高點。 Μ纟大約叫的外型比例處 之，·直線的預燃室中任何會產生奮流 m或邊緣應該要避免’因為其會造成該輸出功率的 :之預燃t，皆能夠產生良好的功效，只要其 ΐ於ίπ〒度。可達成這些改善的預燃室之該加長的外 形，具有額外優點使得其易於清除排氣。 室本；！f已發現大體上可增加活塞能量輸出之加識 沾係此夠幫曲或折疊的。本人的實驗指出對於彎曲或折 ς的，燃室之較高外型比例’可產生相似的性能優點。此 卜丸在該延長的或弯曲的預燃室中產生之該火焰前緣蔓延 。沿著其長度f曲一加長的預燃室似乎可偏移上 赞:t中所述之該鐘形曲線，以及減少在該預燃室中之整 的‘.，，、埏時間。因此，本人已發現，藉著彎曲或折疊一延長 下預九’：至，例如在1 5 -1至3 〇 _ 1範圍中相當較高的外型比例 本人類似地達成增加動力與縮短燃燒時間的功效。這

555628 五、發明說明（4) 些至可由串聯地連接、套疊在— ^ m ^ ^ u ^ 苌且隹起、及/或與直線燃燒至 或…、k至片^又結合之彎曲片段所 人而詹 > 丄々 心弓w乃权所形成，以形成小巧化的組 口而達成本發明優點。 發現，加長預燃室之寬度對厚度的外型比例 。舉例而t，一在其它成功地延長預燃室， =的寬度對厚度之外型比例的矩形橫剖面，並無法 2子的表現。換言之，當一延長的預燃室接近一薄的帶 '开y匕會變彳于太過受限而無法順利地將未燃的燃料與 =體抽進-最終燃燒室。本人的實驗指出用於延長的預燃 至之，度對厚度外型比，係最佳保持在4-1或更低。 在第1圖之實施例中，在其它實施例所示亦然，該燃燒 ^系統（大致以箭號i標示）具有一預燃室或腔（plenum)2及 最，終燃燒室或腔3，藉由一燃燒控制壁4隔開。最終燃燒 腔3係相鄰於預燃腔2之第二端（以箭號“標示）。一孔（以 箭號4 A標示）提供一開口，用以使點火器5於預燃腔2中g 生之火焰前緣，穿越控制壁4並且進入最終燃燒腔3。 在最終燃燒腔3中該燃料與氣體混合物的點火燃燒會驅動 活塞7。 在此實施例中，不同於先前技術的實施例，預燃腔2具 有一長度1”，大體上大於其寬度”A”。預燃腔2之該長度 B對覓度A的比例，或外型比例，至少係為二比一。止回閥 6係配置相鄰於孔4A，以使一燃料與氣體的混合物由預燃 腔2自由流入最終燃燒腔3。為此目的，止回閥6配置，最 好對於由腔2前進到腔3的流動僅有最低限度地阻礙。當在

555628 五、發明說明（5) 最終燃燒腔3中開始燃燒時，該處 會關閉止回閥6以限制從腔3到腔2的』迅逮增大，且此 限定並界定預燃腔2之該内部介r "IL 上係光滑的，且不具有突出物V:二 =2c標示)大體 在室2之相對内壁表㈣間之平\粗距m緣”橫越室2或 增湖之多。第1圖之該實施例之變化 3相t i 於此所示之該預燃室2係與最終燃燒室 約相tv第該實施例之該預燃與燃燒室的體積係大 旦4的，已知在能量輸出方面可產生令人滿意之增加 :例且所示之預燃室2具有一大約Η之長度對寬度的外型 =2圖所示之该貫施例具有一彎曲的預燃腔2。此形狀的 言，用以作為一種可能的節省空間之方式。其使具有較 =型比例之腔，所達成之結果，相似於使用具有較 ^例之延長線型腔所得到之結果。在此實施例與在丨安；：舍 點不的彎曲實施例中，腔之長度的測量，係由端點至端 與内表面2C等距離，穿過該腔之内部。 例Γ f另一節省空間方式’在第3 A圖與第3B圖所示之實施 〜^徵f於一預燃腔2，包含複數個串聯地配置且套疊在 可Y之彎曲片段（以箭號2D標示）。該整個的預燃腔2然而 人％成一 ’’ S’’形、或螺旋形，或具有直線與彎曲片段的組 諸如第3 A圖與第3 B圖所示之彎曲預燃室，係方便地藉 同軸配置的不同直徑圓柱體成形。

555628 五、發明說明（6) 如第3A圖所示’藉由於預燃室2D之外部部分之區域2a之 點火燃燒，所點啟之火焰前緣最初環繞一外部周圍前進， 然後進入一内部周圍。環繞内部周圍2D前進之該火焰前 緣，於内室2B處進入該預燃室之一第二端，在此處該火焰 前緣穿過止回閥6，進入最終燃燒室3。或者，點火燃燒可 在一中央室裡點啟，如此使得火焰前緣可從該處沿一内部 周圍前進，且於進入一最終燃燒室前，接著進入一外部周 圍。總之，在預燃室部份2D中，火焰前緣之彎曲且摺疊的 前進，迫使未燃的燃料與氣體經過止回閥6並進入最終燃 燒室3，以增加在最終燃燒室3中未燃的燃料與氣體之壓 力。此一壓力的增加顯著地提升室3中作用於驅動活塞7之 燃燒動力。 第5A — C圖顯示一實施例，由内側與外側彎曲片段2D形成 預燃室2，該片段2 D係經由--開口 2 E相連接。一中央點 火器5點燃一火焰前緣，其環繞内部周圍2D前進，且 裱繞外部周圍2D至止回閥6，在該處該火焰前緣進入 燃燒室3。室3亦藉由内側與外側片段31)形成，該片段3D相 通至一中央配置的活塞7。 預燃室與最終燃燒室的相同配置顯示在第6A_C圖，具有 配置在預燃室2D—外壁上之一吸入閥（intake valve)8， 與配置在最終燃燒室3 一外壁上之一排出閥（exhaust valve)9之額外優點。此精巧地提供排氣淨化以及燃料與 氣體吸入之需求。 〃

彎曲且堆疊的預燃與燃燒室之另一變化係顯示在第7A_C

555628 五、發明說明（7) - 圖。在此一配置下，點火器5點啟燃燒，其環繞一環狀上 部預燃室2D前進，穿過一開口 3C，並且進入一下部預燃室 2D，該下部燃燒室2D引導至止回閥6及進入圓柱形最終“燃s 燒室3之入口。在室3已容納來自預燃室2D之額外未燃的燃 料與氣體後，火焰前緣進入在活塞7附近之最終燃燒室3。' 自圓柱室3之排氣會穿過位於室3之一端的閥9，且至預燃 室2D之進氣會通過閥8，其最好配置於點火器5附近。 如同不同的圖示實施例所建議，無限多不同種類的結構 能夠實現一延長的預燃室，有效地增加可由一最終燃燒室 所獲得之動力輸出。許多不同的幾何尺寸與比例，可用來 使此類配置相當的增加之動力輸出。 如先前所述，止回閥6應該儘可能的不要妨礙流動。本 人業已令人滿意地測試常態開啟之止回閥與常態關閉之止 回閥。在此兩種方式下，該止回閥6皆較佳地使得氣體從 該預燃腔2相對上較自由的流動至該最終燃燒腔3，且當^ 終燃燒腔3中之燃料與氣體的混合物點燃時關閉。為蒐| 排出的氣體或將未燃的燃料與氣體分佈整個該系統中，在 某些應用上亦需要使該止回閥6於低壓下在兩方向上皆不 妨礙流動。伴隨在最終燃燒室3中點火燃燒，所立即增加 的壓力，將迅速關閉任一止回閥6，以便限制回流進入預 燃室2。 在容許未燃的燃料與氣體進入一最終燃燒室後，止回閥 6亦可配置以熄滅預燃室之火焰前緣。之後在最終燃燒室 中之點火器能夠在該處點啟燃燒。

00495.ptd 第10頁 555628 圖式簡單說明 【圖示說明】 第1圖提供本發明第一實施例側面之一橫剖面示意圖。 第2圖提供本發明第二實施例側面之一橫剖面示意圖， 其中該預燃室係為彎曲的。 第3 A圖提供本發明第三實施例側面之一橫剖面示意圖， 其中一彎曲預燃室之多個片段係串聯的配置，且加以套疊 以便能夠小型化。 第3B圖提供第3A圖所示之該預燃室之上述該彎曲且套疊 的多個片段之一橫剖面視圖。 第4圖提供本發明第四實施例之側面之一橫剖面示意 圖，其中該預燃室與最終燃燒室在體積上大約相等，且該 預燃室具有大約四比一的長對寬比例。 第5 A圖提供本發明第五實施例之側面之一橫剖面示意 圖，具有一預燃室含有兩彎曲的片段，環繞於一直線的最 終燃燒室。 j^F '； 第5B圖提供上述之該第一預燃室片段之一橫剖面^fr1。 第5C圖提供上述之該第二預燃室片段之一橫剖面視圖。 第6A-C圖係為類似於第5A-C圖之視圖，並顯示一略微不 同的燃燒及預燃室配置，該預燃室包含一吸入閥與一排出 閥。 第7A-C圖示意的顯示一環狀預燃室環繞一圓柱狀最終燃 燒室之另一較佳實施例，如第7 A圖中之垂直橫剖面，以及 第7B與7C圖所示之水平橫剖面所示。

00495.ptd 第11頁 555628

00495.ptd 第12頁

Claims (1)

1. 555628 六、申請專利範圍 1. 一種燃燒室 一預燃室， 第一端壁，如 係界定該預燃 置相對於該第 所界定之距離 度係相當的大 片段其中該至 之一第二者以 一最終燃燒 一點火裝置 點啟在該預燃 系統，包括： 包含一第一端壁 此使得在該第 室之長度、^ 一邊壁，如此使得於 係界定該預燃室之寬 於該預燃室之寬度， 少兩片段之一第一者 一與第 第一邊 套疊 之方式 室，可流體性 作的與 可燃混 可操 室中一 配置； 地連接 該預燃 合物之 第二端壁配 二端壁間所 壁、以及一 在該第一與 度，其中該 且該預燃室 係相對於該 至謗預機室 室相結合， 燃繞。 置相對於該 界定之距離 第二邊壁配 第二端壁間 預燃室之長 包含至少兩 至少兩片段 ，以及 如此以便於 2·依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統， 該預燃室之外型比例，界定為該預燃室之長’其中 之寬度的比例，至少係為2 ·· 1。 度辦該 3·依申請專利範圍第2項所述之燃燒室系统，装 該預燃室之外型比例係在4 : 1至1 6 : 1間之 ^中 靶園内t ’其中

   4·依申請專利範圍第2項所述之燃燒室系統 該外型比例係較佳為1 0 : 1 ° •依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統， 其中

   _5.ptd 第13頁 555628 六、申請專利範圍 該預燃室之該兩片段之一第一片段可流體性地串聯連接至 該預燃室之該兩片段之一第二片段，且該預燃室之該兩片 段之該第二片段可流體性地串聯地連接至該最終燃燒室。 6. 依申請專利範圍第5項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩片段之該第一片段圍繞於該預燃室之 該至少兩片段之該第二片段。 7. 依申請專利範圍第5項所述之燃燒室系統，其中： 該至少兩片段之該第一片段係同中心地配置於該預燃室之 該至少兩片段之該第二片段内。 8. 依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室係配置在一平面内，與配置該預燃室之一平

   9.依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩片段係為彎曲的。 1 0.依申請專利範圍第9項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩彎曲片段相對於彼此係同軸的對齊。 11.依申請專利範圍第9項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩彎曲片段係配置於一共同的平面中。

   00495.ptd 第14頁 555628 六、申請專利範圍 1 2.依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中·· 該點火裝置可操作地連接至該預燃室之該兩片段之該第一 者之一第一端部份，該預燃室之該兩片段之該第一者之一 第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該兩片段之該第 二者之一第一端部份，該預燃室之該兩片段之該第二者之 一第二端部份可流體性地連接至該最終燃燒室，該預燃室 之該兩片段之該第一者圍繞於該預燃室之該兩片段之該第 二者。 1 3.依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中： 該點火裝置可操作地連接至該預燃室之該兩片段之該第一 者之一第一端部份，該預燃室之該兩片段之該第一者之一 第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該兩片段之該第 二者之一第一端部份，該預燃室之該兩片段之該第二者之 一第二端部份可流體性地連接至該最終燃燒室，該預室 之該兩片段之該第一者同中心地配置於該預燃室之該&雨片 段之該第二者中。 1 4.依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩片段包含三片段，該三片段包括一個 三階段之預燃室。 1 5.依申請專利範圍第1 4項所述之燃燒室系統，其中：

   00495.ptd 第15頁 555628 六、申請專利範圍 該預燃室之該三片段之一第一者可流體性地串聯連接至該 預燃室之該三片段之一第二者，且該預燃室之該三片段之 該第二者可流體性地串聯連接至該預燃室之該三片段之一 第三者。 1 6.依申請專利範圍第1 4項所述之燃燒室系統，其中： 該點火裝置可操作地連接至該預燃室之該三片段之該第一 者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第一者之一 第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該三片段之該第 二者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第二者之 一第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該三片段之該 第三者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第三者 之一第二端部份可流體性地連接至該最終燃燒室，該預燃 室之該三片段之該第一者圍繞於該預燃室之該三片段之該 第二者，以及該預燃室之該三片段之該第二者圍繞於4亥預 ： 燃室之該三片段之該第三者。 1 7.依申請專利範圍第1 4項所述之燃燒室系統，其中： 該點火裝置可操作地連接至該預燃室之該三片段之該第一 者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第一者之一 第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該三片段之該第 二者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第二者之 一第二端部份可流體性地連接至該預燃室之該三片段之該 第三者之一第一端部份，該預燃室之該三片段之該第三者

   00495.ptd 第16頁 555628 六、申請專利範圍 之一第二端部份可流體性地連接至該最終燃燒室，該預燃 室之該三片段之該第一者係同中心地配置於該預燃室之該 三片段之該第二者内，以及該預燃室之該三片段之該第二 者係同中心地配置於該預燃室之該三片段之該第三者内。 1 8.依申請專利範圍第1 4項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室係配置在一平面上，與配置該預燃室之該三 片段之該共同的平面軸向隔開。 1 9.依申請專利範圍第1項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室包含至少兩彎曲的片段，其中該至少兩彎曲 片段之一第一者係相對於該至少兩彎曲片段之一第二者以 一套疊之方式配置。 2 0.依申請專利範圍第1 9項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室之該至少兩彎曲片段包含三彎曲片段，/¾三 pi* 'V 彎曲片段包括一個三階段之最終燃燒室。 2 1.依申請專利範圍第2 0項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室之該三片段之該第一者之一第一端部份可流 體性地連接至該預燃室之該三片段之該第三該之該第二端 部份，該最終燃燒室之該三片段之該第一者之一第二端部 份可流體性地連接至該最終燃燒室之該三片段之該第二者 之一第一端部份，該最終燃燒室之該三片段之該第二者之

   00495.ptd 第17頁 555628 六、申請專利範圍 一第二端部份可流體性地連接至最終燃燒室之該三片段之 該第三者之^一第一端部份，以及該最終燃燒至之該二片段 之該第三者之一第二端部份可流體性地連接至一排出口。 2 2.依申請專利範圍第20項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室之該三片段之該第一者圍繞於該最終燃燒室 之該三片段之該第二者，且該最終燃燒室之該三片段之該 第二者圍繞於該最終燃燒室之該三片段之該第三者。 2 3 ·依申請專利範圍第2 0項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室之該三片段之該第一者同中心地配置於該最 終燃燒室之該三片段之該第二者内，且該最終燃燒室之該 三片段之該第二者同中心地配置於該最終燃燒室之該三片 段之該第三者内。 24· —種燃燒室系統，用在關於驅動一工作活塞，包缚& 一預燃室，包含一第一端壁、一第二端壁配置相ffl該 第一端壁，如此使得在該第一與第二端壁間所界定之距離 係界定該預燃室之長度、一第一邊壁、以及一第二邊壁配 置相對於該第一邊壁，如此使得於在該第一與第二端壁間 所界定之距離係界定該預燃室之寬度，其中該預燃室之長 度係相當的大於該預燃室之寬度，且該預燃室包含至少兩 片段其中該至少兩片段之一第一者係相對於該至少兩片段 之—第二者以一套疊之方式配置；

   555628 六、申請專利範圍 一最終燃燒室，可流體性地連接至該預燃室；以及 一點火裝置，可操作的與該預燃室相結合，如此以便於 點啟在該預燃室中一可燃混合物之燃燒。 2 5.依申請專利範圍第24項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之外型比例，界定為該預燃室之長度對該預燃室 之寬度的比例，係至少為2 : 1。 26. 依申請專利範圍第24項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該兩片段之一第一片段可流體性地串連接至該 預燃室之該兩片段之一第二片段，且該預燃室之該兩片段 之該第二片段可流體性地串聯連接至該最終燃燒室。 27. 依申請專利範圍第26項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩片段之該第一片段圍繞於該預燃 該至少兩片段之該第二片段。 2 8.依申請專利範圍第26項所述之燃燒室系統，其中： 該至少兩片段之該第一片段係同中心地配置於該預燃室之 該至少兩片段之該第二片段内。 2 9.依申請專利範圍第2 6項所述之燃燒室系統，其中： 該最終燃燒室係配置在一平面内，與該預燃室所配置之該 平面軸向隔開。

   00495.ptd 第19頁 555628 六、申請專利範圍 3 0.依申請專利範圍第24項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩片段係為彎曲的。 3 1.依申請專利範圍第30項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩彎曲的片段係彼此相對同軸地對齊。 32.依申請專利範圍第30項所述之燃燒室系統，其中： 該預燃室之該至少兩彎曲的片段係配置於一共同的平面

   00495.ptd 第20頁