專利名稱：內(nèi)燃機(jī)及增強發(fā)動機(jī)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增強發(fā)動機(jī)的總性能的裝置和方法，其通過一個或多個以下的方式進(jìn)行通過減小發(fā)動機(jī)磨損；通過增加功率輸出；或者通過減小不期望的大氣排放程度。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)(例如，2沖程和4沖程內(nèi)燃機(jī))的排放問題是環(huán)境和公共衛(wèi)生關(guān)心的主要的問題。例如，研究表明，傳統(tǒng)的船舶發(fā)動機(jī)(外裝發(fā)動機(jī)和個人船舶發(fā)動機(jī))通過可移動源向大氣排放總的碳?xì)浠衔锘虼髿馕廴疚?“HC”)的大約12％。在1998年，環(huán)境保護(hù)局(“EPA”)為船舶發(fā)動機(jī)制定了嚴(yán)格的HC排放標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行了九年。新的標(biāo)準(zhǔn)要求所有外裝發(fā)動機(jī)和個人船舶發(fā)動機(jī)的制造商到2006生產(chǎn)具有75％較低的HC排放的發(fā)動機(jī)。參考美國環(huán)境保護(hù)局-空氣和輻射-國家交通和空氣質(zhì)量辦公室的“減小來自非道路車輛的空氣污染”，EPA420-F-00-048，2000年11月。
盡管4沖程內(nèi)燃機(jī)(“4沖程發(fā)動機(jī)”)通常比2沖程內(nèi)燃機(jī)(“2沖程發(fā)動機(jī)”)產(chǎn)生更低的HC排放，但是傳統(tǒng)的船舶發(fā)動機(jī)更傾向于使用2沖程發(fā)動機(jī)，這是因為其重量小，構(gòu)造簡單，以及功率輸出更高。傳統(tǒng)的2沖程和4沖程發(fā)動機(jī)之間的功能差別在于完成動力循環(huán)，即，吸入燃料和空氣的混合物(“進(jìn)氣沖程”)，壓縮和點火該混合物以產(chǎn)生“動力沖程”，接著排出燃燒的氣體(“排氣沖程”)所需要的活塞沖程的數(shù)量。大多數(shù)發(fā)動機(jī)具有曲軸，燃燒室，活塞和連桿。在傳統(tǒng)的2沖程發(fā)動機(jī)中，相當(dāng)數(shù)量的未燃燒的燃料(大約25-30％)繞過燃燒室并泄漏到大氣中，這是因為使用單個沖程排出燃燒的氣體并為下一個動力沖程再次充滿燃燒室。更準(zhǔn)確地，在2沖程發(fā)動機(jī)中，空氣-燃料混合物在進(jìn)氣沖程中通過進(jìn)氣口進(jìn)入燃燒室。接著活塞壓縮該混合物，直到該混合物被火花塞點火，產(chǎn)生動力沖程。(對于柴油內(nèi)燃機(jī)，點火將在柴油被注入燃燒室和接觸到過熱的空氣時發(fā)生。)當(dāng)活塞收縮時，排氣口打開，燃燒的燃料排出燃燒室。當(dāng)燃燒的燃料排出燃燒室時，新的空氣-燃料混合物通過進(jìn)氣口被裝入燃燒室。每次裝入新的空氣-燃料混合物時，就有一部分新的空氣-燃料混合物隨著燃燒的燃料被排出。而且，大多數(shù)2沖程船舶發(fā)動機(jī)使用掃氣系統(tǒng)，在該掃氣系統(tǒng)中空氣-燃料混合物被裝入曲軸箱，在曲軸箱內(nèi)壓縮，并接著當(dāng)活塞收縮進(jìn)入曲軸箱時，空氣-燃料混合物從曲軸箱被運送到燃燒室。當(dāng)來自曲軸箱的潤滑油煙霧被裝入燃燒室時，這些潤滑油煙霧與空氣-燃料混合物混合。這就增加了燃燒室中包含的潤滑油的數(shù)量，從而增加了與燃燒的燃料一起排除的HC和其它成份的數(shù)量，包括原始燃料。參考美國專利No.5,732,548；和歐洲專利申請No.1,039,113。
美國專利No.6,209,495描述了復(fù)合的2沖程發(fā)動機(jī)，它使用兩個直通的連桿以將水平對置的氣缸中的兩個活塞束縛在一起。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動連接到輸出軸和兩個連桿，以將活塞產(chǎn)生的直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。
美國專利No.6,170,443描述了2沖程內(nèi)燃機(jī)，它使用單個曲軸和兩個對置的氣缸，使對置的內(nèi)部和外部活塞往復(fù)式地設(shè)置以提高發(fā)動機(jī)效率。
歐洲專利申請No.1,039,113描述了2循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，它使用可往復(fù)移動的掃氣泵凈化廢氣，并增強輸出功率和比燃料消耗。
美國專利No.5,730,099描述了2沖程發(fā)動機(jī)和促進(jìn)降低發(fā)動機(jī)廢氣排放的方法，該發(fā)動機(jī)包括燃燒室，燃料噴射器，點火系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，以及泵，該泵周期性地將未與燃料混合的空氣泵入燃燒室。
美國專利No.5,732,548描述了用于降低來自2沖程發(fā)動機(jī)的有害排放同時保持催化效率的方法，該方法包括將鉑族金屬化合物添加到具有催化氧化劑的2沖程發(fā)動機(jī)氣缸中；在鉑族金屬化合物存在時點火氣缸中的燃料；以及使含有鉑族金屬的廢氣通過排氣管道和催化氧化劑。
美國專利No.5,762,040和5,791,304描述了2沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，它具有低壓，氣缸壁燃料噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過優(yōu)化燃料注入活塞腔的方向減小了短路未燃燒的燃料通過發(fā)動機(jī)排氣口的可能。
需要一種裝置和方法以增強發(fā)動機(jī)(如，以柴油或汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī))的總性能，所說的增強按照一個或多個以下的方法進(jìn)行通過減小發(fā)動機(jī)磨損；通過增加功率輸出；或者通過減小不期望的大氣排放的程度。

發(fā)明內(nèi)容
我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增強發(fā)動機(jī)的總性能的裝置和方法，所說的增強通過增加功率輸出、減小不期望的大氣排放的程度、或通過該兩者來實現(xiàn)。與增強發(fā)動機(jī)性能的現(xiàn)有裝置和方法相比，新的裝置和方法同時減小了發(fā)動機(jī)磨損。所述裝置是發(fā)動機(jī)(如，柴油或汽油內(nèi)燃機(jī))，它包括曲軸，曲軸箱，油盤，燃燒室，活塞，連桿，進(jìn)氣口，排氣口，以及具有氣缸和氣動隔膜的掃氣泵組件。所述連桿將所述活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為所述曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。所述掃氣泵組件允許對于空氣和燃料進(jìn)氣口的壓力進(jìn)行控制，這是通過可控地將吸入的空氣和燃料混合物加壓到充分大于周圍壓力的水平、并將空氣-燃料混合物裝入所述燃燒室、同時使發(fā)動機(jī)潤滑油與吸入的空氣和燃料混合物發(fā)生混合的可能性最小實現(xiàn)的。一般地，使用汽化器系統(tǒng)將空氣-燃料混合物裝入所述氣缸。然而，使用燃料噴射器系統(tǒng)可以分別地將空氣和燃料裝入所述燃燒室。在該例中，空氣通過所述掃氣泵組件提供給所述燃燒室，同時燃料通過所述燃料噴射器系統(tǒng)被提供給所述燃燒室。
在優(yōu)選實施例中，與曲軸的旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動的現(xiàn)有掃氣泵所產(chǎn)生的固有發(fā)動機(jī)損耗相比，所述掃氣泵組件還使發(fā)動機(jī)損耗減小。這是通過依靠所述活塞的往復(fù)運動共線地驅(qū)動所述氣動隔膜實現(xiàn)的。在該實施例中，使用通過所述曲軸箱的氣動隔膜連接元件，所述活塞和氣動隔膜共線地排列對齊并剛性地連接，從而當(dāng)所述活塞壓縮裝入所述燃燒室中的空氣-燃料混合物時，所述活塞使所述氣動隔膜同時將空氣-燃料混合物吸入所述氣缸，而不干擾或依賴所述曲軸的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)裝入的混合物點火時，所述活塞往復(fù)式地從所述燃燒室收縮，使所述氣動隔膜通過輸送組件向所述燃燒室提供新的混合物，所述輸送組件直接將來自所述氣缸的新的混合物輸送到所述燃燒室，而不將新的混合物暴露到所述曲軸箱和油盤中包含的發(fā)動機(jī)潤滑油中。


圖1說明了內(nèi)燃機(jī)的一個實施例的一些部件的剖面示意圖；圖2說明了氣動隔膜驅(qū)動組件的一個實施例的示意側(cè)視圖；圖3A說明了壓縮沖程中掃氣泵的一個實施例的一些部件的剖面示意圖；圖3B說明了動力沖程中掃氣泵的一個實施例的一些部件的剖面示意圖；圖3C說明了進(jìn)氣沖程中掃氣泵的一個實施例的一些部件的剖面示意圖；圖3D說明了排氣沖程中換氣泵的一個實施例的一些部件的剖面示意圖；具體實施方式
本發(fā)明的一般目的是提供一種可靠的，便宜的裝置和方法，它增強發(fā)動機(jī)(例如，2沖程和4沖程，柴油和汽油內(nèi)燃機(jī))的總性能。本發(fā)明可以用于提高為不同設(shè)備提供動力的發(fā)動機(jī)的性能，包括外裝發(fā)動機(jī)，個人船舶發(fā)動機(jī)，舵柄，鏈鋸，鼓風(fēng)機(jī)，除草器，摩托車，全地形式的車，汽車，卡車，等等。在優(yōu)選實施例中，該裝置的基本設(shè)計是傳統(tǒng)的2沖程內(nèi)燃機(jī)(柴油或汽油)，它具有曲軸，曲軸箱，油盤，燃燒室，活塞，進(jìn)氣口，排氣口，以及連桿。機(jī)械元件應(yīng)該能夠承受發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中在內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，并且應(yīng)該具有相對高的機(jī)械強度，以及相對高的抗腐蝕，抗摩擦，抗磨損能力，如鋁，鑄鐵，鋼，鈦，聚四氟乙烯，以及石墨合成物。為了增強總的發(fā)動機(jī)性能，基本設(shè)計進(jìn)一步包括掃氣泵組件，它能夠可控地為燃燒室提供空氣-燃料混合物而相對不含來自曲軸箱的潤滑油，并將空氣-燃料混合物加壓到足夠大于周圍壓力的水平而不干擾或直接依賴曲軸的旋轉(zhuǎn)。
使用新的掃氣泵組件向燃燒室提供空氣-燃料混合物有一些優(yōu)點。首先，部件的數(shù)量可能是最少的。制造可以是簡單的和便宜的。第二，曲軸機(jī)械故障的可能性降低。氣動隔膜共線地排列對齊并剛性地固定到活塞上，因此受活塞的運動而不是曲軸的運動所驅(qū)動。第三，新的掃氣泵組件的設(shè)計使發(fā)動機(jī)的功率輸出增加而不增加發(fā)動機(jī)或其任何主要部件(例如，曲軸，曲軸箱，燃燒室，活塞，或連桿)的總尺寸。第四，新的掃氣泵組件的設(shè)計使在曲軸箱中保持足夠的潤滑油以潤滑嚙合的發(fā)動機(jī)部件的能力增強。燃料和空氣可以在與曲軸箱分離的氣缸中混合，并接著被送到燃燒室，使燃料和空氣暴露到包含在曲軸箱中的發(fā)動機(jī)潤滑油的程度最小。最后，原燃料在排氣沖程中泄漏出燃燒室的可能性幾乎被排除。空氣-燃料混合物的裝入可以延遲，以為排氣口的關(guān)閉提供足夠的時間。
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)2的一個實施例。該實施例包括曲軸4，曲軸箱6，油盤8，具有遠(yuǎn)端12和近端14的燃燒室10，位于燃燒室10中的活塞16，連桿18，進(jìn)氣口20，排氣口22，以及掃氣泵組件。掃氣泵組件包括具有遠(yuǎn)端26和近端28的氣缸24，位于氣缸24中的氣動隔膜30，以及輸送組件(下面描述)。為了最小化摩擦產(chǎn)生的機(jī)械磨損，掃氣泵組件還包括氣動隔膜連接元件，以共線地和剛性地連接活塞16和氣動隔膜30。(在該實施例中，曲軸箱6和油盤8在發(fā)動機(jī)2中維持足夠數(shù)量的潤滑油，以保持發(fā)動機(jī)2的所有主要部件潤滑，包括燃燒室10和氣缸24。)氣動隔膜連接元件包括兩對支柱32，它們穿過曲軸箱6，接近配重平衡器34。參考圖2，支柱32的外形尺寸和形狀使活塞16能夠驅(qū)動氣動隔膜30，而不直接依賴或干擾曲軸4或配重平衡器34的旋轉(zhuǎn)。參考圖2，可能需要對配重平衡器34的改變(例如，減小配重平衡器34的總寬度)，從而支柱32能夠穿過曲軸箱6而不干擾曲軸4的旋轉(zhuǎn)或配重平衡器34的運動。這種改變所產(chǎn)生的任何不利影響(例如，曲軸4平衡偏移)可以通過在配重平衡器34內(nèi)側(cè)增加重物56以重新平衡曲軸4而克服，參考圖2。
如圖1所示，氣缸24相對于燃燒室10放置，并包括能夠限制吸入的空氣-燃料混合物從汽化器(未示出)流進(jìn)氣缸24的單向閥門組件，例如進(jìn)氣簧片36(10202FF系列Lawn-Boy發(fā)動機(jī)-水上外裝發(fā)動機(jī)公司，沃基根，伊利諾斯州)。氣缸24的接觸面的外形尺寸和形狀要與氣動隔膜30的外形尺寸和形狀配套，從而當(dāng)氣動隔膜30朝氣缸24的近端28推進(jìn)時，氣動隔膜30將吸入的空氣-燃料混合物壓縮到大于周圍壓力的水平，并防止包含在曲軸箱6中的發(fā)動機(jī)潤滑油污染氣缸24中的空氣-燃料混合物。在優(yōu)選實施例中，氣動隔膜30具有密封圈38，它放置在中心以便在氣動隔膜30和氣缸24之間實現(xiàn)相對氣密密封。密封圈38幫助將潤滑油逸入氣缸24的可能性降到最小。任選地，為了進(jìn)一步最小化潤滑油逸入氣缸24的可能性，可以使與曲軸箱6相鄰的氣動隔膜30的表面下凹，以允許收集遠(yuǎn)離密封圈38的潤滑油。為了幫助將潤滑油逸入燃燒室10的可能性降到最小，可以向活塞16增加密封圈40，以在活塞16和燃燒室10之間形成相對氣密密封。
如圖1所示，為了進(jìn)一步最小化發(fā)動機(jī)潤滑油污染空氣-燃料混合物的可能性，輸送組件包括四個外置的輸送管42(僅示出一個輸送管42)，它將來自氣缸24的空氣-燃料混合物直接輸送到燃燒室10，而不會將混合物暴露到曲軸箱6中的潤滑油。任選地，止回閥44(型號No.2-9280；愛奇林公司(Echlin，Inc)，Branford，CT)可以用于最大化提供給燃燒室10的空氣-燃料混合物的流入和防止壓縮沖程中任何由氣缸24形成的負(fù)壓影響輸送管46中的空氣-燃料混合物。參考圖3C。(密封圈40同時可以幫助減小負(fù)壓影響輸送管42中的空氣-燃料混合物的可能性。)通過將空氣-燃料混合物保持在輸送管42中并當(dāng)排氣口22閉合時釋放它，幾乎可以排除原燃料的排放。這可以使用位于輸送管42中接近進(jìn)氣口20的電磁閥(未示出)實現(xiàn)，并能夠在活塞16達(dá)到近端14以及排氣口22閉合后，周期地使輸送管42中的空氣-燃料混合物進(jìn)入燃燒室10。在可替換的實施例中，一種系統(tǒng)可以用于最小化原始燃料的排放，所說的這個系統(tǒng)系統(tǒng)包括至少一個進(jìn)氣閥(即，位于進(jìn)氣口20的閥門，能夠抑制空氣-燃料混合物流入燃燒室10；未示出)、至少一個排氣閥(即，位于排氣口20的閥門，能夠抑制廢氣流出燃燒室10；未示出)、以及凸輪軸(未示出)，它具有當(dāng)活塞16被驅(qū)動時能夠周期性地打開和閉合進(jìn)氣閥和排氣閥的葉片。
如圖1所示，輸送管42從接近氣缸24的近端28并且在止回閥44和氣動隔膜30之間(當(dāng)氣動隔膜30距離氣缸24的遠(yuǎn)端26最遠(yuǎn)時)的一個地方伸出，延伸到靠近燃燒室10的近端14的進(jìn)氣口20，并且在燃燒室10的遠(yuǎn)端12和活塞16之間(當(dāng)活塞16距離燃燒室10的遠(yuǎn)端12最遠(yuǎn)時)。在可替換的實施例中，通過將壓縮的混合物從氣動隔膜30送入燃燒室10，幾乎可以避免發(fā)動機(jī)潤滑油污染，該傳送是通過中空的支柱32進(jìn)行的，中空的支柱32形成從氣缸24通過曲軸箱6到燃燒室10的隔離通路。為了使足夠數(shù)量的潤滑油保留在燃燒室10和氣缸24中以減小摩擦產(chǎn)生的機(jī)械磨損，應(yīng)該使用孔48或真空裝置(未示出)將曲軸箱6暴露到大氣。
圖3A-3D說明了當(dāng)氣動隔膜30被活塞16驅(qū)動時發(fā)動機(jī)的一個實施例的示意圖。如圖3A和3B所示，當(dāng)活塞16朝燃燒室10的遠(yuǎn)端12推進(jìn)以壓縮和點火裝入的空氣-燃料混合物時，活塞16同時朝氣缸24的遠(yuǎn)端26推進(jìn)氣動隔膜30，將吸入的空氣-燃料混合物吸進(jìn)氣缸24。任選地，通過燃料噴射系統(tǒng)(未示出)可以將燃料單獨地提供給燃燒室10。如圖3C所示，當(dāng)氣動隔膜30朝氣缸24的近端28推進(jìn)時，氣動隔膜30將吸入的空氣-燃料混合物52壓縮到充分大于周圍壓力的水平，以開始裝入燃燒室10。如圖3D所示，當(dāng)裝入的空氣-燃料混合物50點火時，活塞16從燃燒室10的遠(yuǎn)端12縮回，允許點燃的空氣-燃料混合物54在氣動隔膜30驅(qū)動吸入的空氣-燃料混合物52通過進(jìn)氣口20進(jìn)入燃燒室10之前，退出排氣口22。
例1樣機(jī)的構(gòu)造4.75馬力的10202FF系列Lawn-Boy發(fā)動機(jī)2(發(fā)動機(jī)規(guī)格2沖程，以汽油為燃料，內(nèi)燃機(jī)；內(nèi)徑2.375英寸(6.03cm)；沖程尺寸1.75英寸(4.45cm)；排量121cc；發(fā)動機(jī)重量191b(8.62kg)；水上外裝發(fā)動機(jī)公司，沃基根，伊利諾斯州)具有曲軸4，曲軸箱6，油盤8，燃燒室10，活塞16，以及連桿18，將所說發(fā)動機(jī)從割草機(jī)移出并通過增加如圖1示意地表示的掃氣泵組件進(jìn)行改進(jìn)。大多數(shù)主要的發(fā)動機(jī)部件由鋁制成，只有曲軸4由鋼制成。氣動隔膜30的直徑為2.371英寸(6.02cm)，并具有標(biāo)準(zhǔn)的燃燒密封圈38，密封圈38的直徑為2.375英寸(6.03cm)。發(fā)動機(jī)氣缸筒中心放置以便可以在氣動隔膜30和氣缸24之間進(jìn)行相對氣密密封。氣缸直徑為2.375英寸(6.03cm)的標(biāo)準(zhǔn)的燃燒密封圈40也加到活塞16上，以便可以在燃燒室10和活塞16之間進(jìn)行相對氣密密封。
氣動隔膜30和活塞16可往復(fù)移動地放置，并且用四個6.0英寸(15.24cm)長，直徑為0.25英寸(0.635cm)的鋁支柱32剛性地連接在一起。支柱32置于氣動隔膜30和活塞16這兩者的邊緣。通過將總寬度從1.70英寸(4.32cm)減小到1.30英寸(3.30cm)來改變曲軸4上的配重平衡器34，以提供配重平衡器34和相鄰支柱32之間的大約0.035英寸(0.089cm)的間隙。
氣缸24具有比氣動隔膜30稍大(約0.004英寸(0.102cm))的直徑，以使氣動隔膜30與氣缸24之間可以實現(xiàn)相對氣密密封。進(jìn)氣簧片36(水上外裝發(fā)動機(jī)公司，沃基根，伊利諾斯州)靠近氣缸24的近端28放置以防止通過汽化器進(jìn)入氣缸24的吸入的空氣-燃料混合物52在動力沖程中逸回到汽化器中。
輸送管42由直徑為0.375英寸(9.525mm)的不銹鋼管制成。
在初始的測試中，樣機(jī)被安裝在割草機(jī)底盤上并運行幾個小時。樣機(jī)產(chǎn)生異常的發(fā)動機(jī)振動。在拆除樣機(jī)后，確定出當(dāng)氣動隔膜30向氣缸24的遠(yuǎn)端26推進(jìn)時，在輸送管42中產(chǎn)生了負(fù)壓，所說負(fù)壓中斷了吸入的空氣-燃料混合物52向燃燒室10的流入。此外，確定出進(jìn)氣口20伸入曲軸箱6太多以使在曲軸箱6中產(chǎn)生負(fù)壓。還確定出對配重平衡器34的改變偏移了曲軸4的平衡。
為了減小負(fù)壓的不利影響，在輸送管42中插入止回閥44(型號No.2-9280；愛奇林公司(Echlin，Inc)，Branford，CT)，使用孔48將曲軸箱6暴露在大氣中以防止裝入的空氣-燃料混合物50從輸送管42真空逸出輸送和防止?jié)櫥蛷那S箱6真空逸出。此外，重物56置于配重平衡器34的內(nèi)側(cè)以平衡曲軸4和減小發(fā)動機(jī)振動。參考圖2。
初步觀察表示，氣動隔膜連接元件(即，支柱32)有效地利用了活塞16的運動以共線地驅(qū)動氣動隔膜30，而不干擾曲軸4或配重平衡器34。此外，氣動隔膜30和氣缸24將吸入的空氣-燃料混合物52與曲軸箱6中包含的潤滑油隔離，并在通過輸送管42將其驅(qū)入燃燒室10之前加壓吸入的空氣-燃料混合物52。
將來，將進(jìn)行附加試驗以確認(rèn)氣動隔膜和氣缸將吸入的空氣和燃料混合物與包含在曲軸箱中的潤滑油隔離并減小了發(fā)動機(jī)磨損。將來的試驗同時將確定用于平衡曲軸的可替換的裝置，周圍壓力對曲軸箱的影響，以及進(jìn)氣口和氣缸中的容積效率，此外當(dāng)然還要確定掃氣泵組件增加發(fā)動機(jī)功率輸出、減小不期望的大氣排放、或這兩者的重要性。
可以調(diào)節(jié)掃氣泵組件以改進(jìn)幾乎任何內(nèi)燃機(jī)的性能，包括以柴油和汽油為燃料的發(fā)動機(jī)，這是通過調(diào)整氣缸，氣動隔膜，氣動隔膜驅(qū)動組件，以及輸送組件的形狀和外形尺寸，以及調(diào)整空氣和燃料進(jìn)入燃燒室的供給時間實現(xiàn)的。通過增加額外的氣缸，氣動隔膜，氣動隔膜驅(qū)動組件，以及輸送組件，掃氣泵組件還可以用于多氣缸發(fā)動機(jī)。
在這里參考引入了本說明書中引用的所有參考文獻(xiàn)的完整公開內(nèi)容。然而，如果出現(xiàn)其它方面不能調(diào)和的沖突，本說明書將進(jìn)行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種能夠在內(nèi)部燃燒空氣和燃料的混合物的發(fā)動機(jī)，包括(a)至少一個燃燒室，它具有至少一個進(jìn)氣口和至少一個排氣口；(b)活塞，位于所述燃燒室內(nèi)；(c)至少一個曲軸；(d)曲軸箱，它用于容納所述曲軸，并在所述發(fā)動機(jī)中維持足夠數(shù)量的潤滑油以減小摩擦產(chǎn)生的機(jī)械磨損；(e)至少一個連桿，它將所述活塞連接到所述曲軸，并將所述活塞的往復(fù)運動變換為所述曲軸的旋轉(zhuǎn)運動；(f)至少一個掃氣泵組件，它包括氣缸和位于所述氣缸中的氣動隔膜；其中所述氣動隔膜和所述氣缸與所述活塞和所述燃燒室共線地排列對齊；其中所述氣動隔膜被所述活塞共線地驅(qū)動，而不干擾所述曲軸的運動，其中使用穿過所述曲軸箱的氣動隔膜連接元件，氣動隔膜連接元件適于剛性地連接所述氣動隔膜和所述活塞；其中當(dāng)所述活塞執(zhí)行壓縮沖程時，所述活塞使所述氣動隔膜在所述氣缸中產(chǎn)生負(fù)壓并吸入所說吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物當(dāng)中；其中當(dāng)所述活塞執(zhí)行進(jìn)氣沖程時，所述活塞使所述氣動隔膜可控地壓縮所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物；并且其中所述氣缸和所述隔膜適于將所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物與包含在所述曲軸箱中的潤滑油隔離；以及(g)至少一個輸送組件，它適于將所述氣缸中的所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物輸送到所述燃燒室，而不將所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物暴露到所述曲軸箱中包含的所述潤滑油。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述氣動隔膜驅(qū)動元件包括至少一對支柱。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機(jī)，其中所述支柱為中空的。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述氣缸還包括單向閥門組件，它適于限制所述氣缸中所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物的流動。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機(jī)，其中所述單向閥門組件包括至少一個進(jìn)氣簧片。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述氣動隔膜還包括至少一個密封圈，它適于提供所述氣動隔膜和所述氣缸之間的相對氣密密封。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述輸送組件包括至少一個輸送管。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)，其中所述輸送管還包括止回閥，止回閥用于防止所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物在提供給所述燃燒室時泄漏。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述活塞還包括至少一個密封圈，它適于提供所述燃燒室和所述活塞之間的相對氣密密封，并防止?jié)櫥鸵萑胨鋈紵摇?br> 10.一種從包括發(fā)動機(jī)外裝船，個人水上船舶，舵柄，鏈鋸，鼓風(fēng)機(jī)，除草器，摩托車，全地形式的車，汽車，卡車的組中選擇的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)為2沖程內(nèi)燃機(jī)。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組件的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更高的功率輸出。
13.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組件的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更低的碳化氫排放。
14.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更低的潤滑油排放。
15.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)為4沖程內(nèi)燃機(jī)。
16.一種在發(fā)動機(jī)內(nèi)用于內(nèi)部燃燒燃料和空氣的混合物的方法，包括(a)將燃料和空氣的混合物引入發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)包括至少一個曲軸、至少一個曲軸箱、至少一個燃燒室、至少一個活塞、至少一個連桿、至少一個進(jìn)氣口、至少一個排氣口、以及至少一個掃氣泵組件；其中所述掃氣泵組件還包括氣缸和位于所述氣缸中的氣動隔膜；其中所述活塞和所述氣動隔膜與所述活塞和所述燃燒室共線地排列對齊；其中所述氣動隔膜被所述活塞共線地驅(qū)動，而不干擾所述曲軸的運動，其中使用穿過所述曲軸箱的氣動隔膜連接元件，所述連接元適于剛性地連接所述氣動隔膜和所述活塞；其中所述氣缸和所述隔膜適于將所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物與包含在所述曲軸箱中的潤滑油隔離；(b)通過點火所述燃燒室中裝入的和被壓縮的燃料和空氣的混合物，加壓所述氣缸中吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物；以及(c)通過使用輸送組件將所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物從所述氣缸輸送到所述燃燒室，將加壓的吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物隔離并從所述氣缸輸送到所述燃燒室。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括重復(fù)步驟(a)到(c)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述氣動隔膜驅(qū)動元件包括至少一對支柱。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述支柱為中空的。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述氣缸還包括單向閥門組件，它適于限制所述氣缸中所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物的流動。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述單向閥門組件包括至少一個進(jìn)氣簧片。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述氣動隔膜還包括至少一個密封圈，所說密封圈適于提供所述氣動隔膜和所述氣缸之間的相對氣密密封。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述輸送組件包括至少一個輸送管。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述輸送管還包括止回閥，用于防止所述吸入的空氣或吸入的空氣和燃料的混合物在提供給所述燃燒室時泄漏。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述活塞還包括至少一個密封圈，密封圈適于提供所述燃燒室和所述活塞之間的相對氣密密封，并防止?jié)櫥鸵萑胨鋈紵摇?br> 26.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)用于向從包括發(fā)動機(jī)外裝船，個人水上船舶，舵柄，鏈鋸，鼓風(fēng)機(jī)，除草器，摩托車，全地形式的車，汽車，卡車的組中選擇的設(shè)備提供動力。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)為2沖程內(nèi)燃機(jī)。
28.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組件的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更高的功率輸出。
29.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更低的碳化氫排放。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)具有比缺少所述掃氣泵組件的其它方面相同的發(fā)動機(jī)更低的潤滑油排放。
31.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)動機(jī)為4沖程內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
一種增強發(fā)動機(jī)的總性能的裝置和方法，其通過一個或多個以下的方式進(jìn)行通過增加功率輸出；通過減小不期望的大氣排放的程度；和通過減小發(fā)動機(jī)磨損。該裝置為發(fā)動機(jī)(例如，2沖程或4沖程，以柴油或汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī))，發(fā)動機(jī)包括曲軸，曲軸箱，油盤，燃燒室，活塞，連桿，進(jìn)氣口，排氣口，以及具有氣缸和氣動隔膜的掃氣泵組件。掃氣泵組件允許通過可控地將吸入的混合物推進(jìn)到燃燒室來控制空氣和燃料進(jìn)氣口的壓力，同時使發(fā)動機(jī)潤滑油與吸入的空氣和燃料混合物混合的可能性減至最小。
文檔編號F02B33/02GK1798913SQ200480015347
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者哈德爾·D·克里爾 申請人:克里爾·盧普有限公司