專利名稱：多種燃料引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與內(nèi)燃機(jī)有關(guān)，尤其與涉及多種與可以燃用包括汽油、基于酒精的燃料及重油(諸如柴油、JP5、JP8、Jet-A、基于煤油的燃料)之內(nèi)的多種燃料的輕型內(nèi)燃機(jī)有關(guān)。
內(nèi)燃機(jī)可以燃用包括汽油、基于酒精的燃料及重油(諸如柴油、JP5、JP8、Jet-A、基于煤油的燃料)之內(nèi)的多種燃料。典型地，汽油動力發(fā)動機(jī)在壓縮比大約為10∶1甚至低至5∶1的情況下工作，而柴油和其它重油發(fā)動機(jī)通常要求高得多的壓縮比，一般為17∶1或20∶1。這一壓縮比的差異是由于汽油動力發(fā)動機(jī)和重油動力發(fā)動機(jī)所采用的燃燒系統(tǒng)不同所引起的。
例如，汽油由于它具有相對較低的沸點(在海平面上大約為135°F)因而易于在大氣壓力下在空氣中汽化，這種汽油發(fā)動機(jī)一般可以火花點燃并在理想配比的空燃比下工作。相對而言，由于重油具有較高的沸點(對柴油而言，在海平面上大約為350°F)，因而諸如柴油之類的重油不易于在環(huán)境溫度條件下汽化，使得采用火花點燃系統(tǒng)點燃重油比較困難。因此，重油一般用于壓燃發(fā)動機(jī)，即燃油在很高的壓力或壓縮載荷下噴射入發(fā)動機(jī)以產(chǎn)生足夠的壓縮熱量以將發(fā)動機(jī)汽缸中的空氣溫度提升至重油的燃點以上。然后燃油在汽缸里被加熱的空氣中汽化并燃燒以驅(qū)動發(fā)動機(jī)。重油較高的沸點使得它們不容易揮發(fā)，因此這些燃油在環(huán)境溫度下不易汽化，使得這些燃油不能應(yīng)用于典型的火花點燃發(fā)動機(jī)。例如與煤油類似的燃料有時也用于火花點燃發(fā)動機(jī)，但僅限于在發(fā)動機(jī)由汽油啟動并運轉(zhuǎn)以提升發(fā)動機(jī)溫度至煤油能夠汽化的程度之后。
由重油燃燒所產(chǎn)生的較高壓縮載荷對發(fā)動機(jī)部件產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力，這樣就要求這些發(fā)動機(jī)部件由更厚、更重的材料制造以承受這些較高的壓縮載荷。因為汽油不要求會產(chǎn)生較高壓縮載荷的較高壓縮比，與產(chǎn)生相當(dāng)馬力但要求采用重得多、大得多的發(fā)動機(jī)部件以承受點燃重油所一般要求的高壓縮比的重油發(fā)動機(jī)相比，汽油發(fā)動機(jī)一般可以更小、更輕便。
因此，大多數(shù)重油動力裝置為用于卡車之類的大型車輛的大而重的壓燃發(fā)動機(jī)。更小更輕的汽油發(fā)動機(jī)一般用于較小的設(shè)備以易于攜帶和使用，如發(fā)電機(jī)和風(fēng)扇、吹風(fēng)機(jī)及類似設(shè)備。例如，軍隊在發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇、吹風(fēng)機(jī)、泵(包括用于滅火系統(tǒng)的泵)以及諸如M17便攜式戰(zhàn)場凈化單元此類的設(shè)備上使用許多不同型號的小而輕的汽油發(fā)動機(jī)。迄今為止，由干柴油和其它重油發(fā)動機(jī)具有更大的體積和重量，將它們應(yīng)用于這些要求便攜性和易于存儲性的戰(zhàn)場設(shè)備是不現(xiàn)實的。
然而汽油動力發(fā)動機(jī)的問題是，汽油在較低大氣壓下和環(huán)境溫度空氣中易于汽化的能力使其易于被點燃但同時也使其非常易于揮發(fā)，使得處理和使用汽油非常危險，因為一點偶然散逸的火花甚至過高的熱量都能夠點燃汽油蒸汽。此外，在許多諸如建筑和軍事之類的野外應(yīng)用中，柴油和其它重油具有易用性并被使用于諸如重型卡車、推土機(jī)之類的車輛，而汽油卻必須被裝于容器中以運至現(xiàn)場并作為危險品存儲。
例如，海軍艦船的發(fā)動機(jī)和大多數(shù)重型泵或渦輪系統(tǒng)由柴油驅(qū)動，而在這些艦船上汽油一般只用于滅火系統(tǒng)，因為要求它重量輕且體積小以易于通過門并到達(dá)全船的各個位置。但是，汽油是艦船上最危險、最易爆的材料之一。此外，軍隊通過其更愿意使用價格更低、使用和處理更為安全的重油(如JP8或柴油)而避免在不同的設(shè)備上使用不同的燃料(特別是避免使用汽油，因為其具有揮發(fā)性及戰(zhàn)場使用的處理要求)的行動表達(dá)了其將使用于所有設(shè)備的燃料標(biāo)準(zhǔn)化的愿望。但是，用于諸如泵和凈化單元之類設(shè)備的發(fā)動機(jī)仍要求具有重量輕并易于攜帶的性質(zhì)。
人們作出了進(jìn)一步的努力以發(fā)展一種能夠充分產(chǎn)生在不要求常規(guī)重油發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的典型高壓縮比和壓縮載荷的情況下足夠點燃重油的燃燒熱量的點燃器。例如，美國專利Nos4,977,873，5,109,817，5,297,518和5,421,299公開了催化點燃器，其具有纏繞在一般被加熱至1200℃的點燃器桿棒上的催化材料。這種點火器存在可靠性的問題，因為在發(fā)動機(jī)工作時點火器桿需承受振動且電流需通過纏繞在其上的催化劑線，這將引起該棒的斷裂或破碎從而導(dǎo)致點火器失效。此外，仍然需要將柴油顯著地壓縮以盡量形成易于被該點火器點燃的油汽。
因此，人們需要一種價格較低的能夠使用包括諸如JP5、JP8、Jet A、柴油和基于煤油的燃油之類的具有較低揮發(fā)性的重油在內(nèi)的多種不同燃料的內(nèi)燃機(jī)，它能夠在低于常規(guī)重油發(fā)動機(jī)所需壓縮比的條件下燃用這些重油，因此其可以由重量更輕的部件構(gòu)造從而在不顯著損失輸出功率的前提下具有更好的便攜性。
簡要地講，本發(fā)明包括一種能夠在相對較低壓縮比的條件下燃用包括汽油、基于酒精的燃料和重油(包括JP5、JP8、JetA、柴油和煤油)在內(nèi)的多種不同燃料的內(nèi)燃機(jī)。因此，本發(fā)明所述的多燃料發(fā)動機(jī)可以由更小、更輕的部件制造從而具有更好的便攜性并能夠在不顯著影響輸出功率的前提下使用多種不同燃料。
典型地，本發(fā)明所述的多燃料發(fā)動機(jī)包括一個具有一系列一個或更多汽缸的發(fā)動機(jī)體、一個發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)口和發(fā)動機(jī)排氣裝置。
一個或多個集合管或汽缸蓋裝置于發(fā)動機(jī)機(jī)體上，一個裝置于發(fā)動機(jī)機(jī)體低端的曲軸箱。一根穿過整個曲軸箱的曲軸，發(fā)動機(jī)驅(qū)動曲軸并由其聯(lián)接至諸如泵和驅(qū)動器之類的設(shè)備。
在本發(fā)明的第一個實例中，發(fā)動機(jī)機(jī)體包括至少一個界定汽缸室的汽缸，汽缸室具有開啟上端且上、下端與發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)口和發(fā)動機(jī)排氣口聯(lián)通。一個活塞容納在汽缸室并沿其長度方向移動。該活塞包括一個具有頭部和裙部的活塞體。一個聯(lián)接桿將活塞桿和曲軸聯(lián)接起來，從而當(dāng)活塞沿汽缸室運動時，活塞和聯(lián)接桿的往復(fù)運動驅(qū)動發(fā)動機(jī)的曲軸。
集合管或活塞頭被裝置于發(fā)動機(jī)體之上并界定了一個燃燒室，燃燒室通向發(fā)動機(jī)機(jī)體汽缸室，并與汽缸室連通。燃燒室一般包括一個圓形或半球型的上部，以及一個能夠讓氣體通至汽缸室的開啟低端，并使氣體通道通向汽缸室。在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的過程中，油氣的可燃混合氣在燃燒室中被點燃，驅(qū)動活塞沿發(fā)動機(jī)汽缸運動。
為了吸入并混合燃油和空氣以形成能夠在燃燒室中被點燃的油氣混合物，一個包括一個燃油流量計的燃油傳輸系統(tǒng)被裝置于集合管之上?？扇蓟旌蠚庥蓧嚎s汽缸組合件通過燃油流量計吸入并加以壓縮且引導(dǎo)入燃油傳輸閥。壓縮汽缸組合件包括一個汽缸室(可燃混合氣正是被吸入其中)，一個具有頭部和裙部的輔助活塞，以及一個聯(lián)接至輔助曲軸的聯(lián)接桿，輔助曲軸與主曲軸的旋轉(zhuǎn)運動是不相關(guān)的，它輔助活塞。當(dāng)活塞沿汽缸室運動時，可燃混合氣在壓縮汽缸中被壓縮，以與音速相當(dāng)?shù)乃俣惹揖哂凶銐虼蜷_燃油傳輸閥的開啟壓力的條件下被引導(dǎo)通過燃油傳輸閥。
燃油傳輸閥被裝置于集合管之內(nèi)，即壓縮汽缸組合件和燃燒室圓形上端之間，沿著閥的通路布置。燃油傳輸閥包括一個具有上端和下端的閥體并形成了一個延伸出去的具有開口端的通路。一個閥件或提升閥芯容納于閥體的通道內(nèi)，其具有一個由閥件上端的進(jìn)口延伸至一個中間點的氣/油通道。該閥件同時具有一個直徑與閥體的閥通道內(nèi)部直徑大致相同并具有向外凸擴(kuò)展的低端以密封閥體的開口低端。
在閥體上鄰近其上端處設(shè)置一凹槽，在其中設(shè)置一系列彈簧墊圈。該彈簧墊圈向上偏高閥件以達(dá)到一封閉位置，利用彈簧的數(shù)量和大小設(shè)定需打開閥所要求的開啟或裂化壓力。一個固定墊圈被置于閥件上端周圍的位置，在彈簧墊圈的上方以用來作為擋塊以限制閥體的閥開口大小。該固定墊圈的大小可以根據(jù)當(dāng)閥件運動至開啟位置時在閥件低端和閥體間產(chǎn)生的閥開口的大小變化，以使或多或少的可燃混合氣從中通過。
一般地，燃油傳輸閥的開啟壓力被設(shè)定為一個大氣壓或更大以使之打開，可燃混合氣以音速被導(dǎo)入經(jīng)過閥的氣/油通道。因此，包括重油在內(nèi)的可燃混合氣內(nèi)的燃油可以充分霧化于空氣中，增加了暴露于空氣中的燃油面積使得燃油更易于形成油汽而被點燃。
點燃系統(tǒng)最好包括一個催化點燃器，其具有一個一般由黃銅或鋼制成的點燃器體，該點燃器體具有第一噴口端及在其中設(shè)置了一系列點燃器口的第二封閉端。一個一般由諸如陶瓷材料之類的絕緣材料制成的點燃器桿被容納在點燃器體內(nèi)，它包括第一正觸點端和在點燃器體第二端內(nèi)構(gòu)成的基座內(nèi)容納在點燃器體第二端內(nèi)的第二負(fù)觸點端。因此，點燃器桿的兩端均被支撐于點燃器體內(nèi)。
諸如鉑金線和其上印有鉑金墨水的帶子之類的催化材料被沿長度方向應(yīng)用于點燃器桿，且在點燃器桿的兩端有增加該催化材料的厚度的區(qū)域。由在長度方向上接近點燃器桿第二端的某一中間點上集中的催化材料形成一個加熱區(qū)。電流通過催化材料沿點燃器桿流向其裝置于點燃器體內(nèi)基座上的第二端，從而點燃器體起到接地作用。這使得催化材料在加熱區(qū)被加熱至大約900℃至1800℃。
一部分被傳輸至燃燒室的可燃混合氣通過點燃器，開口流進(jìn)點燃器并與點燃器的加熱區(qū)接觸，導(dǎo)致可燃混合氣被點燃?？扇蓟旌蠚獾狞c燃使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生一次爆炸，從而驅(qū)動活塞沿汽缸的長度方向運動以驅(qū)動曲軸。以常規(guī)火花塞代替催化點燃裝置也是可以理解的。
一個燃油噴射系統(tǒng)裝置在壓縮汽缸組合件的輔助曲軸箱和發(fā)動機(jī)主汽缸空氣進(jìn)口之間。該燃油噴射系統(tǒng)包括一個聯(lián)接輔助曲軸箱的燃油噴射管路，具有一個伸入發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)口的止回閥和噴嘴。隨著輔助活塞的驅(qū)動，油和氣由一個燃油泵吸入壓縮汽缸曲軸箱以潤滑壓縮汽缸組合件。而后迫使這些油和氣沿燃油噴射線路進(jìn)入發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)口通道，在此，與進(jìn)口空氣一起被吸入主汽缸曲軸箱以潤滑主機(jī)組合件。
本發(fā)明的另一個實例包括一個3汽缸、2沖程發(fā)動機(jī)，其具有一個發(fā)動機(jī)機(jī)體、曲軸箱和汽缸蓋。每一個汽缸包括一個主汽缸室，一個級形汽缸部件和一個空氣進(jìn)口通過其將周圍空氣吸入發(fā)動機(jī)曲軸箱。每一個汽缸內(nèi)裝置有一個級形活塞，包括頭部、裙部和在裙部下端形成的梯級。
在每個汽缸的發(fā)動機(jī)體鄰近設(shè)置有一個級形通道和一個空氣噴射通道，并延伸入到缸蓋或集合管。一個輔助空氣進(jìn)口與級形通道相聯(lián)，從而當(dāng)級形活塞在沿級形汽缸部分運動時能夠形成空氣負(fù)壓將空氣吸入級形通道。其后，當(dāng)級形活塞在上行沖程運動時，活塞的梯級將空氣由級形通道沿空氣噴射通道驅(qū)入燃油流量裝置以與燃油混合形成可燃混合氣。也可以打開與曲軸箱相聯(lián)的空氣噴射通道將曲軸箱中的空氣吸入空氣噴射通道。
燃油計量模塊和燃油傳輸閥也可裝置于燃燒室周圍的不同位置并以相當(dāng)于聲音的速度傳輸可燃油氣混合物以使燃油微粒充分霧化于被傳輸至燃燒室和每個主汽缸室的可燃混合氣中的空氣中。一般在汽缸燃燒室裝置一系列一個或多個點燃器以點燃可燃混合氣。
通過閱讀以下詳細(xì)說明及附圖，本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)勢對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言是顯而易見的。


圖1是本發(fā)明一多燃料發(fā)動機(jī)的的第一個實例的橫剖面端視圖。
圖2是圖1中的實例內(nèi)的汽缸頭的橫剖面端視圖。
圖3是圖1中的實例的壓縮汽缸組合件和輔助曲軸的俯視橫剖面圖。
圖4A和4B分別表示本發(fā)明中的燃料傳輸閥在關(guān)閉和開啟狀態(tài)下的側(cè)視橫剖面圖。
圖5是本發(fā)明—多燃料發(fā)動機(jī)的接觸式點燃器的透視圖。
圖6A是接觸式點燃器的橫剖面?zhèn)纫晥D。
圖6B是接觸式點燃器的點燃桿的橫剖面?zhèn)纫晥D。
圖6C是圖6B中的點燃桿之上覆蓋的加有催化劑的陶瓷帶的俯視圖。
圖7是圖5中第二個實例的接觸式點燃器的局部橫剖面?zhèn)纫晥D。
圖8是本項發(fā)明的第二個實例的多燃料發(fā)動機(jī)的的橫剖面端視圖。
圖9是本項發(fā)明的第二個實例的多燃料發(fā)動機(jī)的的側(cè)視圖。
圖10是圖8和圖9中的多燃料發(fā)動機(jī)的燃料流量系統(tǒng)的橫剖面端視圖。
圖11是關(guān)于圖8中的實例的示意圖，表明火花塞和輔助空氣進(jìn)口如何工作。
圖12是表明輔助空氣進(jìn)口的應(yīng)用方式和燃料輸送閥的各種位置的橫剖面端視圖。
圖13是將圖8-12所示多燃料發(fā)動機(jī)裝置在于一個噴水驅(qū)動系統(tǒng)上的側(cè)視圖。
更詳細(xì)地參見圖中由幾個不同視角用數(shù)字指示的各部件，圖1圖解說明了本發(fā)明的第一實施例的多燃料發(fā)動機(jī)(10)，設(shè)計成能使用多種不同類型的燃料，包括汽油、基于汽油和酒精的燃油及主要的重油，例如柴油、JP5、JP8、Jet-A和煤油等，而不要求通常所必需的高壓縮比或負(fù)荷來點燃和燃燒重油。因此，本發(fā)明的發(fā)動機(jī)可以由更小、更輕的部件制成從而更輕便、更易于使用和存儲，并能夠更安全使用、不易揮發(fā)、更易于處理的重油而不必犧牲發(fā)動機(jī)的動力輸出。
如第一個實例所示，這種多燃料發(fā)動機(jī)10是一種單缸發(fā)動機(jī)，包括一個通常由鋁或類似輕材料制造的，并具有一連串散熱片12和凹槽13的發(fā)動機(jī)，凹槽劃定散熱片之間的界定，以使在發(fā)動機(jī)體內(nèi)的形成的空氣能在一連串散熱片12之間穿過，用來作為發(fā)動機(jī)體的熱交換和冷卻。一集合管或汽缸蓋通常也由鋁或類似輕材料、耐磨材料制成并包括一連串散熱片17和用來冷卻集合管的凹槽18，凹槽18用來劃定散熱片之間的界限。
如圖1所示，曲軸箱21裝配在發(fā)動機(jī)體較低的一端，曲軸箱通常由鋁制造，包括一個沿著其長度方向延伸的圓柱形或管形的室22。在曲軸箱室內(nèi)裝有沿著其長度方向延伸的曲軸23，曲軸末端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，例如，驅(qū)動泵或把發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力傳遞到所需要的用途。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)體11包括一個位于機(jī)體內(nèi)近中心的發(fā)動機(jī)汽缸25，并劃定了具有一個由開口的上端27及與曲軸箱室22相通的開口下端28的主汽缸室26的界限。容納在汽缸室內(nèi)的汽缸套29沿著汽缸室長度方向延伸，汽缸套一般由鑄鐵或其它耐磨高強(qiáng)度合金材料制造。
在汽缸室26內(nèi)的主活塞31沿著汽缸室26的長度方向往復(fù)運動?；钊ㄒ粋€一般由鋁制造的活塞體，其具有一頭部33和一從頭部向后延伸的裙部34，并劃定了一個開口端空腔36。活塞體具有與汽缸室?guī)缀跸嗟鹊闹睆交驅(qū)挾?，這樣主活塞的裙部就與汽缸套接觸并沿著汽缸套滑動。形成在活塞頭部33附近的槽37，用于容納密封環(huán)(圖中未示)，密封環(huán)與汽缸套接觸并相對汽缸套滑動以在活塞和汽缸套之間形成充分的氣密封。如圖1所示，主活塞還包括一個一般由鋼制造的連桿38，連桿包含容納在空腔36內(nèi)與活塞體32相連的第一端39，和一個延伸到曲軸箱21內(nèi)并與曲軸23一端相連的第二端41。因為主活塞沿著發(fā)動機(jī)汽缸26的長度方向按照箭頭42和42’的方向運動，曲軸相應(yīng)的按照箭頭43的方向轉(zhuǎn)動。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道46沿著機(jī)體的一個側(cè)面安裝在發(fā)動機(jī)體11上且劃定經(jīng)由發(fā)動機(jī)缸進(jìn)入曲軸箱室26的進(jìn)氣道界限，這樣當(dāng)活塞運動到如箭頭42所示的汽缸頂部的上升位置時，吸入的空氣進(jìn)入曲軸箱室26和曲軸箱21(如箭頭47所示)。排氣道位于同發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道相對側(cè)的發(fā)動機(jī)體內(nèi)。發(fā)動機(jī)排氣道是如箭頭49所示當(dāng)活塞通過其下沖程移動并返回上升位置時，排出來自汽缸的燃燒過的氣體和廢氣的排氣道。
一般，發(fā)動機(jī)排氣道連接著一個消音器51，消音器包括一個具有穿孔內(nèi)壁53和一個出口54組成的消音器室52。排氣通過排氣口48進(jìn)入消音器，并通過穿孔壁和出口，最終，例如，被送到一個M17廢氣凈化單元的鍋爐。因為排出廢氣一般包含相當(dāng)大部分的熱量，加熱的空氣可以用來預(yù)熱流體，這樣保留了熱量并減少了加熱鍋爐內(nèi)的空氣和水所需要的能量。
如圖1中虛線56所示，在汽缸25內(nèi)形成的輸氣孔通過輸氣通道(圖中未示)與曲軸箱21相連。當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)通過下沖程移動到達(dá)其最低位置時，活塞壓縮從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道吸入汽缸和曲軸箱內(nèi)的空氣并迫使空氣通過輸氣孔。通過輸氣孔迂回空氣的掃除并強(qiáng)制燃燒過的氣體和燃燒傅產(chǎn)物進(jìn)從汽缸室內(nèi)進(jìn)入消音器以清潔汽缸體。
如圖1和圖2所示，集合管或汽缸蓋被裝配在發(fā)動機(jī)體的頂部，包括一個從集合管底部凸出的底部61，底部61適宜與汽缸26的開口端27嚙合，汽缸26的開口端27通常具有一位于集合管和發(fā)動機(jī)機(jī)體及一頂部62之間的墊片和密封環(huán)。如圖1所示，燃燒室63位于集合管底部并與汽缸開口的上端相連。燃燒室包括一個大體上是半圓柱形或圓頂形的上部64和一個向外張開的位于汽缸25的開口的上端27上的下部66。
因主活塞沿著汽缸按照箭頭42和42’的方向往復(fù)運動的驅(qū)動，燃燒室內(nèi)燃油和空氣可燃混合氣形成并被點燃。如前面所述，形成燃燒混合物的可使用燃油可以是不同類型的燃油，包括汽油、醇基燃料，及包括柴油、JP5、JP8、Jet-A和煤油等重油。作為首選，使用柴油等重油，具有操作安全和低成本的特性。
燃油供給系統(tǒng)70被裝配在集合管的上部，用來形成燃油和空氣的可燃混合氣并通過集合管將可燃混合氣輸送到燃燒室63。目前的發(fā)明的第一個實例的燃油供給系統(tǒng)一般包括一個燃油流量裝置，一個壓縮汽缸組合件72和一個燃油輸送閥73。
如圖1和圖2所示，燃油流量裝置一般是一個汽化器，燃油噴射系統(tǒng)或其它類型的常規(guī)所知的被技術(shù)上熟練人士所認(rèn)可燃油流量裝置。所示的燃油流量裝置一般包括一具有吸油口77的汽化器浮子室76，它與燃油供給源(圖中未示)相通。燃油噴射或輸送管78從汽化器浮子室向上延伸到位于燃油流量裝置中心內(nèi)的混合室79。帶有濾器的空氣進(jìn)口81是位于燃油流量裝置的上端用于使吸入的空氣流進(jìn)入燃油流量裝置和混合室79，在混合室內(nèi)，空氣和燃油混合并形成可燃混合氣。所形成的可燃混合氣通過壓縮汽缸組合件72，從燃油流量裝置的混合室流經(jīng)殼體83沿著燃油通道82被抽出。
壓縮汽缸組合件的殼體83一般由鋁或鋼制造并裝配在集合管上。壓縮汽缸組合件包括一個由第一和第二端86和87組成的汽缸室85的壓縮汽缸84。汽缸套88位于汽缸室85內(nèi)，并在其長度方向延伸。燃油/空氣進(jìn)口89位于壓縮汽缸內(nèi)，并與燃油通道82相連，使得流入的可燃混合氣沿著燃油通道被吸進(jìn)汽缸室。燃油入口91也位于壓縮汽缸84和缸套88內(nèi)并靠近燃油/空氣進(jìn)口89。燃油入口91與油泵(圖中未示)以及燃油流量裝置的空氣入口81連接的油管相通，這樣燃油和空氣混合在一起并經(jīng)過燃油入口吸入到壓縮汽缸曲軸箱來潤滑壓縮汽缸組合件。
如圖2所示，輔助或壓縮活塞95可滑動地被容納于壓縮室85內(nèi)，并在其中按照箭頭96和96’方向運動。輔助活塞包括一個一般由鋁制造的活塞體，其具有頭部98和裙部99，并形成了一個開口的端部空腔102。一個一般由鋼制造的連桿103，其第一端104位于空腔102內(nèi)并與活塞體97相連接，第二端通過壓縮汽缸的第一端87，并延伸到輔助曲軸箱107內(nèi)。
輔助曲軸箱一般包括一個具有開孔109的室108開口通向壓縮汽缸84的汽缸室85并與之相通的。如圖1所示，一般由鋼制造的輔助曲軸111經(jīng)由輔助曲軸箱而延伸，輔助曲軸包含第一端112和位于輔助曲軸箱107內(nèi)的第二端113。輔助曲軸112的第一端通過軸套或連接器114與連桿103的第二端106相連。一曲柄銷116的一端連接軸套114，且穿過連桿第二端延伸出去與曲軸相連，活塞95的連桿以偏心方式裝配，這樣當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，活塞95沿著壓縮汽缸室如箭頭96、96方向被牽引或推動。曲柄銷116在其相對端與油泵(圖中未示)驅(qū)動軸117相連以驅(qū)動油泵將油泵入進(jìn)油口。
如圖3所示，在輔助曲軸111的第二端上是一個定時輪118，裝在定時輪上的是一滑輪適配器119，并有許多經(jīng)向凸齒121。如虛線122所示，一個齒狀定時帶或驅(qū)動帶位于定時輪118上，定時帶的齒驅(qū)動定時輪的齒121。定時帶在主曲軸23(圖1未示)的末端周圍延伸，這樣主曲軸轉(zhuǎn)動時，輔助曲軸111同樣轉(zhuǎn)動以驅(qū)動輔助活塞和油泵。輔助曲軸一般設(shè)置在主曲軸之前70°～90°的位置并且按主軸1∶1比率的轉(zhuǎn)速被驅(qū)動。
如圖1和2所示，在壓縮汽缸室84的殼體83中形成一個閥的通道125，并從汽缸室85的一端86延伸至燃油輸送閥73。在壓縮汽缸的輔助活塞的運行過程中，正如箭頭126所示，可燃混合氣被吸入壓縮汽缸84的汽缸室85中，如箭頭96的方向所示被活塞95的前進(jìn)運動所壓縮，通過閥的通道125壓向燃油輸送閥73。被壓縮的可燃混合氣的壓力大于燃油輸送閥的開啟或啟跳壓力時，將打開燃油輸送閥并使可燃混合氣通過。
如圖2和4A-4B所示，燃油輸送閥73包括一個通常由鋼或類似材料制成的閥體127和一個上端128、下端129及一個形成一開放溝槽或通道132的近似圓柱形的側(cè)壁131，該通道幾乎穿過閥體中心。如圖4A、4B所示，129閥體的側(cè)壁131在其下端包括一向外張開的部分133。約在閥體上端128的位置有一個環(huán)形凸耳或邊緣134，它包括一與集合管相配并密封的向外突出臺階136，集合管的開孔或凹槽137內(nèi)部具有燃油輸送閥，并在閥體的環(huán)形臺階136與集合管之間具有墊片或密封環(huán)138。
閥的部件或提動閥芯140位于閥體內(nèi)并在其中沿著通道132運動。閥芯一般由鋼制造，包括一個稍微延伸到閥體之上的上端141，具有向外擴(kuò)張部分143的下端142，該向外擴(kuò)張部分143與在閥體側(cè)壁內(nèi)形成的向外擴(kuò)張部分133充分相匹配。如圖4A、4B所示，閥件140的上端和下端之間有凹槽144。
閥件內(nèi)的空氣/燃油通道146，從形成在閥件上端141內(nèi)的進(jìn)口延伸，經(jīng)由閥件進(jìn)入到處于閥件凹槽部分144的閥體通道132。在閥桿的向外伸展部分143與閥體的133之間有一道密封帶，這樣當(dāng)閥桿處于如圖4A所示的閉合位置時在兩者之間形成充分的氣封。當(dāng)閥桿運動到如圖4B所示的開口位置時，在閥件和閥體的下端之間就形成了一個開口149，使得被壓縮的可燃混合氣從燃油輸送閥中排出并進(jìn)入壓縮室。
在靠近閥體127環(huán)形邊緣的閥體上端內(nèi)的凹槽152內(nèi)容納和堆疊著一組彈簧墊片151。一般的，使用一個或幾個彈簧墊圈勢必將閥件向上推動到其關(guān)閉位置。許多各種類型的彈簧被熟練的技術(shù)人員所認(rèn)同，例如壓縮彈簧或其它偏心裝置通?？梢杂脕硖鎿Q彈簧墊圈。此外，彈簧的大小或數(shù)量取決于所需的偏心力，以設(shè)定需求的開啟或啟跳壓力，如圖4B所示，在此開啟壓力下可克服彈簧作用力，使閥件移動到其開啟位置，這樣，使得可燃混合氣得以通過。
一般開啟壓力設(shè)定為一個大氣壓力或更高。為此，要開啟燃油輸送閥，并使得可燃混合氣得以通過，可燃混合氣必須被壓縮到一個大氣壓力或更高的開啟壓力，使得可燃混合氣以音速通過閥輸送到燃燒室。結(jié)果是，空氣和燃油的可燃混合氣中的包括例如柴油類的重油油滴在可燃混合氣的空氣中被充分霧化。這樣就形成了好的油霧，使得燃油油滴暴露在空氣中的面積大大提高，在不需要采用高的壓縮負(fù)荷的情況下，提高了燃油的易蒸發(fā)性，使燃油更易點燃。
在閥件140的上端有一個彈簧墊圈153，它被一扣環(huán)或定位環(huán)固定就位，定位環(huán)容納在閥件上端內(nèi)形成的凹槽156內(nèi)，使得彈簧墊圈沿著閥件被固定就位。彈簧墊圈一般起上擋塊作用并與閥體上端嚙合以限制閥件在閥體內(nèi)的運動，這樣也就限制了當(dāng)閥桿在如圖4B所示的開啟位置時閥的開度?？梢赃x擇一系列寬度和厚度的彈簧墊圈來設(shè)定閥的開度，以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)一個循環(huán)中進(jìn)入燃燒室的可燃混合氣的量。
如圖1和2所示，位于燃燒室內(nèi)的點燃系統(tǒng)160用于點燃可燃混合氣。點燃系統(tǒng)160優(yōu)先選用催化點火器，當(dāng)然也可以采用傳統(tǒng)的火花塞或類似的火花點火裝置來點燃可燃混合氣。關(guān)于催化點火器更詳細(xì)的見圖2，5，和6A。
催化點火器一般包括一個通常由黃銅或鋼制造的點火器體162，并有噴嘴或前端163和尾端164。點火器噴嘴端周圍形成有一個螺旋狀螺紋，使得點火器能夠擰入和安裝于集合管內(nèi)的螺紋鏜孔167(如圖2所示)內(nèi)，與傳統(tǒng)的火花塞類似，如圖2所示點火器的前端延伸至燃燒室內(nèi)。如圖5所示，噴嘴上有很多噴孔。噴油孔使得可燃混合氣的蒸汽流入點火器來點燃可燃混合氣。
如圖6A所示，催化點火器體也包括一個內(nèi)鏜孔或室169，它沿著點火器體162長度從噴嘴延伸到后端164。在點火器本體一端164的鏜孔169內(nèi)有螺旋狀螺紋。在點火器本體開口端內(nèi)部有一個桿夾持件172，帶有螺紋174的鎖緊螺母173與孔169的螺紋配合，保證桿夾持件在點火器本體內(nèi)。桿夾持件還包括一個一般由陶瓷或類似絕緣材料制成的絕緣套176。電接頭177一般被埋入在絕緣套176內(nèi)，通常由類似于鋼、黃銅或青銅等的導(dǎo)電金屬材料制成。電接頭包括一個開口端的空腔或凹槽178，在里面有加以定位的一組彈簧觸點179和一個從絕緣套176向外延伸的螺紋電接頭181，如圖5和6A所示，用來連接電源，例如12V直流電池或類似的電源組(圖中未示)。
如圖6A所示，點火器桿182位于催化點火器的內(nèi)鏜孔169中，并沿著點火器本體長度方向延伸。點火器桿一般由象高純度的氧化鋁陶瓷或類似的陶瓷材料制成，這樣就能承受高達(dá)1800℃，甚至更高的溫度。一般的桿是實體的，也可以是空心管狀的。在電接頭177的空腔或凹槽178內(nèi)有第一或正觸點端183，它由彈簧觸點179加以嚙合和保持，及第二負(fù)觸點端184。如圖6A所示，第二負(fù)觸點端位于點火器閥體162的噴嘴端163內(nèi)部形成的座186上。這樣點火器桿由兩端支撐，使得點火器桿有更大的穩(wěn)定性和更高的強(qiáng)度，減少了對桿的沖擊和振動，也就減小了桿的應(yīng)力和潛在的故障。
如點火器桿187所示，催化劑材料施加在點火器桿周圍。催化劑材料一般是鉑金，當(dāng)然，也可使用其它的能夠吸收和保持高熱量的類似的金屬催化劑材料。催化劑材料一般采用如圖案188要求的鉑金墨印形式，即在陶瓷帶上的盤旋狀圖案(如圖6C所示)。陶瓷帶纏繞在點火器桿的周圍，之后加熱陶瓷帶和點火桿以把陶瓷帶粘合到點火器桿上。如圖6A和6B所示，催化劑材料集中在點火器桿的第一和第二端183和184，形成了點火器桿每端的兩個電接頭191。加熱區(qū)也位于沿著近點火器桿方向且鄰近其負(fù)極端的中點的催化劑材料集中區(qū)。
通過電接頭177，施加在點火器桿的電流一般是1～2.5amps或更大。沿著點火器桿的長度方向流經(jīng)催化劑材料的電流，按箭頭方向從點火器桿的第一正觸點端流入嵌入并固定在點火器桿的座186上的第二負(fù)觸點端。這樣點火器體便作為點火器桿的接地端，使電流沿著桿的長度方向僅按照一個方向流動。
因為電流流過加熱區(qū)192上的催化劑材料，催化劑材料的溫度升高到900～1800℃，首選的是1100～1200℃。加熱區(qū)催化劑材料的溫度如有必要改變的話可將其升高到高于可燃混合物中燃油和空氣蒸汽燃點的所需的溫度。當(dāng)這些蒸汽與加熱區(qū)接觸時，蒸汽被點燃，產(chǎn)生的火舌或火焰卷流通過噴油嘴口向外擴(kuò)展射入燃燒室內(nèi)并點燃可燃混合氣，形成爆炸，驅(qū)動主活塞沿著汽缸長度方向按照箭頭42方向向下運動。
本發(fā)明的多燃料發(fā)動機(jī)使用的催化點火器161’的進(jìn)一步具體描述見圖7。在此實施例中，舉例來說催化劑材料196纏繞在點火器桿周圍鉑絲197上，鉑絲緊緊纏繞在點火器桿的兩端183’和184’周圍和加熱區(qū)192’周圍，該加熱區(qū)是沿著點火器桿的中間部分形成的。電觸點例如加到火器桿兩端的采用銅帽，與鉑絲嚙合以將電流傳到點火器桿的第一端，之后，在點火器桿的第二端將電流從鉑絲傳導(dǎo)到點火器體。另外，在電接頭177’的空腔178’內(nèi)有一壓縮彈簧199，如圖7所示，使其對著點火器體噴嘴端的座推動點火器桿，保證點火器桿與點火器體內(nèi)兩端的緊密接合和支撐。
如圖1所示，燃油噴射管路205從壓縮汽缸組合件84的輔助曲軸箱107延伸到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道46。燃油噴射管路包括一個從壓縮汽缸組合件的曲軸箱向下延伸的裝置206，管路207的一端連接在管接頭206的一端，另一端是止回閥208和噴嘴209。如圖1所示，噴嘴209凸出伸入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道。輔助活塞95向曲軸箱運動，迫使曲軸箱內(nèi)的空氣排出曲軸箱，并通過燃油噴射管路，和來自壓縮汽缸和含有空氣的燃油一起從油泵進(jìn)入曲軸箱。燃油和空氣的混合物通過止回閥和噴嘴被噴射到吸自發(fā)動機(jī)主汽缸的進(jìn)入空氣中，用來潤滑沿著缸套滑動的主活塞。
在本發(fā)明的首個實例的運行中，燃油和空氣被吸入燃油流量裝置71，例如汽化器，并混合形成油氣可燃混合物?？扇蓟旌蠚庋刂加?空氣通道82通過由壓縮汽缸組合件72產(chǎn)生的輔助壓力被吸入。當(dāng)輔助活塞95按照箭頭96’的方向朝著汽缸室85的一端87移動時，可燃混合氣通過進(jìn)氣口89被吸入壓縮汽缸室。
然后，當(dāng)輔助活塞95按照箭頭96的方向在其返回沖程移動到汽缸室85的一端86時，壓縮和推動可燃混合氣進(jìn)入閥的通道125，使可燃混合氣被進(jìn)一步壓縮。當(dāng)可燃混合氣被壓縮達(dá)到開啟壓差或足夠高的閥開啟壓力時，克服燃油輸送閥73的彈簧墊圈151的偏心彈簧彈力，這樣使閥件或提動閥芯140向下運動，形成如圖4B所示的閥的開口149。
通過設(shè)定燃油輸送閥使用的彈簧的大小和數(shù)目，閥的開啟或啟跳壓力一般按照開啟閥所需彈簧彈力設(shè)定為一個大氣壓力或更高。因此，可燃混合氣一般以音速被輸送到燃燒室62中(如圖2所示)。通過以大體上音速的流動率將可燃混合氣輸送到燃燒室，導(dǎo)致可燃混合氣中的燃油在可燃混合氣中的空氣中霧化，使得暴露在空氣中的燃油面積大大提高，這樣就在燃燒室內(nèi)形成了可燃混合氣中燃油和空氣的細(xì)油霧。霧化燃油的油霧包括重油和空氣，易于在燃燒室中形成容易被點燃的空氣蒸汽。
可燃混合氣的一部分油霧或蒸汽通過噴嘴口168被吸入催化點火器161。當(dāng)可燃混合氣的蒸汽接觸加熱區(qū)192的加熱燃催化材料時，隨著電流通過加熱區(qū)而加熱到約900-1800攝氏度，蒸汽被點燃，產(chǎn)生的火花或火焰卷流通過噴油嘴口噴入燃燒室?；鹧纥c燃燃燒室內(nèi)的可燃混合氣，產(chǎn)生的燃燒迫使主活塞31按照箭頭42’的方向向下運動。作為響應(yīng)，導(dǎo)致主曲軸21(如圖1所示)按照箭頭43的方向轉(zhuǎn)動，接著也使得輔助曲軸111轉(zhuǎn)動并驅(qū)動壓縮汽缸室組合件72的輔助活塞95。
當(dāng)主活塞朝著曲軸箱向下運動時，使已吸入主汽缸室26和曲軸箱室22的空氣通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道被驅(qū)動通道(圖中未示)并通過輸送口56返回主汽缸室。通過輸送口的空氣流導(dǎo)致來自主汽缸和燃燒室的燃燒過的油氣和其他燃燒副產(chǎn)物被掃除或純化，并按照箭頭49所示方向進(jìn)入發(fā)動機(jī)排氣管48。然后，當(dāng)主活塞朝著主汽缸和壓縮室的頂端按照箭頭42所示方向在其返回沖程時，主汽缸室和曲軸箱下端產(chǎn)生了負(fù)壓?？諝庳?fù)壓使得大氣按照箭頭47所示方向通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道46進(jìn)入主汽缸室和曲軸箱下端。
結(jié)果，本發(fā)明的多燃料發(fā)動機(jī)能夠使用大氣掃除來自發(fā)動機(jī)汽缸的燃燒廢氣和燃燒副產(chǎn)物，而不需要使用一部分可燃混合氣來掃除燃燒廢氣和其他燃燒副產(chǎn)物，這樣不犧牲性能而節(jié)約了燃油。另外，本實例中的單缸多燃料發(fā)動機(jī)一般僅重35磅而能產(chǎn)生大約20馬力以上的動力。這種發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)的類似燃用重油的發(fā)動機(jī)，例如重達(dá)150磅以上而僅能提供大約8馬力動力的軍用M17凈化單元相比，其更小，更輕，更易攜帶且能夠輸出更大動力。
本發(fā)明中的多燃料發(fā)動機(jī)的另外一個實例及其部件如圖8-12所示。在這個實例中，多燃料發(fā)動機(jī)300包括一個一般由鋁或類似輕重量、高強(qiáng)度材料制造的發(fā)動機(jī)機(jī)體301，在其中有一組三個汽缸302-304。如圖9所示，一般也由鋁或類似輕重量、高強(qiáng)度材料制造的集合總管或汽缸蓋306裝配在發(fā)動機(jī)體頂部。在集合總管內(nèi)形成的一組燃燒室307-309，它們位于汽缸302-304上并排成一行。
曲軸箱310裝配在發(fā)動機(jī)體底部。一般由鋼制造的曲軸311如圖9所示沿著曲軸箱的長度方向延伸，包括從曲軸箱向外凸出的第一端312，用來連接一個驅(qū)動裝置，例如葉輪或傳動帶(圖中未示)，第二端313裝配有一個鐘形外殼連接器314，用來將曲軸連接到交流發(fā)電機(jī)和油泵(圖中未示)以驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)和引擎的油泵。曲軸箱310內(nèi)有一組空腔316-318，近似和汽缸302-304排成一行，在里面有一組連接器319裝配在曲軸311上。
如圖9所示，每一個汽缸302-304包括一個頂部321，開口的底部322并具有一個一般由鑄鐵制造的缸套323，缸套沿著長度方向上形成一側(cè)壁324。每一個汽缸302-304包括一個主汽缸326，一個開口的主汽缸室327，并通向和連通每一個汽缸的汽缸蓋306內(nèi)的燃燒室307，及一個階梯形汽缸部分328。
如圖8所示，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道331位于發(fā)動機(jī)體的一側(cè)，并通過空氣通道(圖中未示)與曲軸箱連通。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道包括一個進(jìn)氣增壓器和總管332并通過它們吸入環(huán)境空氣，一個通氣管或管333，從集合管延伸到裝配在發(fā)動機(jī)體側(cè)面的止回閥334，如圖8所示。這里所示的止回閥是一個簧片閥336，其具有兩個簧片338，簧片一般是偏向且處于關(guān)閉位置，一直到空氣通過閥被吸入時，使簧片向外運動并開啟閥。
當(dāng)發(fā)動機(jī)運行時，大氣被吸入集合總管并按照箭頭339的方向通過閥進(jìn)入曲軸箱310。然后進(jìn)入的空氣沿著通道從曲軸箱送到一組輸氣口341而通向主汽缸室327，如圖8所示，每一個汽缸側(cè)壁內(nèi)形成有一個發(fā)動機(jī)排氣道342，并與排氣集合管相連排到如前所述的消音器和/或鍋爐。當(dāng)從進(jìn)氣道吸入的大氣通過輸氣口341并進(jìn)入主汽缸室時，通過排氣管掃除或清潔主汽缸室內(nèi)的燃燒廢氣和其它燃燒副付產(chǎn)物。
如圖8和9所示，每一個汽缸包括一個位于其中的并沿著汽缸長度方向運動的級形(階梯形)活塞。每一個級形活塞包括一個一般由鋁或類似材料制造的活塞體351，有頭部352、裙部353及在裙部下端的臺階354。每一個級形活塞還包括一個一般由鋼制造的連桿356，具有第一端357位于活塞體內(nèi)，并用一活塞腕銷連接活塞體，第二端359向下凸入曲軸箱310，如圖9所示延伸到曲軸箱的空腔之一316-318中。每一個連桿的端部359與裝配在曲軸311周圍的連接器319相連，使得級形活塞與曲軸的連接是一種偏心裝配。當(dāng)級形活塞沿著每一個汽缸302-304的長度方向按照箭頭361和361’方向運動時，導(dǎo)致曲軸按照箭頭362所示方向轉(zhuǎn)動。一般活塞依序大約按120°調(diào)節(jié)隔距驅(qū)動曲軸。
一般由橡膠或類似密封材料制造的O形圈或密封墊片(圖中未示)位于每一個級形活塞體內(nèi)的凹槽364內(nèi)(如圖8所示)，當(dāng)級形活塞沿著汽缸運動時，每一個級形活塞體與每一個缸套323之間形成充足的氣封。當(dāng)每一個級形活塞按照箭頭361所示方向向上運動時，在汽缸302-304內(nèi)形成負(fù)壓或真空，導(dǎo)致大氣按照箭頭339所示方向通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道被吸入并進(jìn)入曲軸箱。然后當(dāng)每一個級形活塞按照箭頭361’所示方向沿著返回沖程向下運動時，曲軸箱內(nèi)的空氣被壓縮，導(dǎo)致進(jìn)氣道的止回閥關(guān)閉和密封，以防止空氣從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道逸出，并迫使曲軸箱內(nèi)的空氣流經(jīng)輸氣通道(圖中未示)和通過輸氣口341流入主汽缸室。
如圖8，11，12所示，發(fā)動機(jī)體311內(nèi)形成有一個輔助進(jìn)氣道366，并與級形通道367相連。如圖8所示，形成的輔助進(jìn)氣道通道366從曲軸箱310通過發(fā)動機(jī)體側(cè)壁并進(jìn)入級形通道367。這樣可以使通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道331吸入的部分空氣進(jìn)入級形通道。作為選擇，如圖11和12所示，在級形通道367的頂端的發(fā)動機(jī)體側(cè)壁內(nèi)有進(jìn)氣道366’和366”。在這種布置里，輔助進(jìn)氣道一般和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道331的集合管332相連(如圖11所示)，使通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道吸入的部分空氣通過輔助進(jìn)氣道進(jìn)入級形通道。另外，一個止回閥，比如簧片閥(圖中未示)，一般安裝在輔助進(jìn)氣道內(nèi)，如圖11和12實施例所示，允許空氣流經(jīng)由輔助進(jìn)氣通道進(jìn)入級形通道，而防止空氣通過輔助進(jìn)氣道倒流。
如圖8，11，12所示，級形通道367沿著每一個汽缸內(nèi)向上延伸，其下端由形成在每一個級形活塞350的活塞體351內(nèi)的臺階354所限定，其上端由每一個汽缸缸套323限定。級形通道367通向和連通空氣噴射通道372，向上通過機(jī)體延伸到燃油輸送系統(tǒng)375。當(dāng)每一個級形活塞350沿著汽缸302-304(如圖9所示)運動時，通過如圖8所示壓縮和推動空氣從曲軸箱排出，或是如圖11所示通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣集合管將空氣吸入輔助進(jìn)氣道將空氣吸入級形通道。然后，當(dāng)每一個級形活塞按照箭頭361所示方向沿著其上升沖程運動時，臺階354和級形汽缸部分328間形成的充分氣封，使得級形通道內(nèi)的空氣沿著空氣噴射通道按照箭頭376所示方向被壓入，這樣在壓力下，空氣被輸送或噴進(jìn)裝配在集合管上的燃油輸送系統(tǒng)380內(nèi)，并與供給的燃油混合形成燃油空氣可燃混合氣。
如前面討論的本發(fā)明的多燃料發(fā)動機(jī)的第一個實例，燃油輸送系統(tǒng)一般包括一個燃油流量裝置381和一個燃油輸送閥382。燃油流量裝置可以是傳統(tǒng)的多種類型，包括上面討論的化油器，或如圖10所示的燃油噴射系統(tǒng)383。
燃油噴射系統(tǒng)383(如圖10所示)一般包括一體或外殼384，其中，容納一燃油活塞386。燃油活塞包括一個從活塞向外凸出的噴油嘴387并與燃油供給系統(tǒng)相連(圖中所示)。燃油通道388貫穿噴油嘴和燃油活塞，沿著該通道接納來自燃油泵(如圖所示)和燃油供給系統(tǒng)的燃油。進(jìn)油止回閥389位于噴油嘴和燃油活塞間的燃油通道388內(nèi)，用來調(diào)節(jié)通過噴油嘴和燃油活塞的燃油進(jìn)入流量。
如圖10所示，燃油流量室391位于燃油活塞386底部392下面的計量單元外殼內(nèi)。燃油流量室的大小一般由外殼內(nèi)的燃油活塞行程的油量所設(shè)定。燃油活塞的行程通過使用一個伸入外殼內(nèi)并靠近外殼頂部的計量體體導(dǎo)銷393來調(diào)節(jié)，導(dǎo)銷包括一個位于如圖10所示的燃油活塞386內(nèi)形成的螺旋槽396內(nèi)的末端394。當(dāng)燃油活塞順時針或逆時針轉(zhuǎn)動時，活塞在外殼內(nèi)上升或下降由于螺旋槽396和導(dǎo)銷393的嚙合，這樣就改變了燃油計量活塞的沖程和計量泵容積。一個活塞彈簧安裝在一個發(fā)蘭398且環(huán)繞燃油活塞392的下端，并在壓縮沖程結(jié)束后，壓力下降時重新設(shè)定燃油活塞，用來開啟進(jìn)油止回閥，使燃油能夠流過通道進(jìn)入流量室391。
一個出口止回閥399安裝在燃油流量室391下面的燃油通道388內(nèi)，用來調(diào)節(jié)在壓力下進(jìn)入燃油出口401的燃油流量。一個空氣活塞402位于外殼內(nèi)并與一個出口止回閥嚙合，偏置出口止回閥并使之關(guān)閉，當(dāng)燃油從流量室中由于燃油活塞產(chǎn)生的相當(dāng)高的壓力被加壓時，克服空氣活塞阻力使得出口止回閥開啟，并使燃油從中流出。如圖10所示，燃油以大約400-600psi甚至更高的壓力通過燃油排出口401被輸入壓縮空氣噴射流。這樣排出的高壓燃油很容易通過空氣噴射通道與壓縮噴射的壓縮空氣混合以形成燃油和空氣的可燃混合氣。
如圖8-10所示，燃油輸送閥382位于燃油流量計381的燃油出口401下面，用來接納燃油空氣可燃混合氣。燃油輸送閥382具有如前面所討論的結(jié)構(gòu)，包括一個帶有提動閥芯或閥件404的外殼403。閥件由如圖10所示的密封的關(guān)閉的位置沿著外殼運動并進(jìn)入開啟位置，使得可燃混合物能夠通過閥流出。一組彈簧407裝配在外殼和閥桿之間用來使閥桿處于如圖10所示的關(guān)閉位置。
一般地，能夠克服彈簧阻力并使閥桿向下運動達(dá)到開啟位置的閥開啟壓力被設(shè)定為一個大氣壓力或更高。這樣，燃油空氣可燃混合氣以至少一個大氣壓的壓力輸送到燃油輸送閥，開啟閥并使得可燃混合氣從中通過。由此，如上面所討論得，包括重油油滴可在可燃混合物的空氣中被充分霧化，使得油滴暴露在空氣中的面積大大提高，并使得當(dāng)可燃混合物進(jìn)入燃燒室時，可燃混合物在其中很容易形成蒸汽。
每一個汽缸的一個點燃系統(tǒng)410裝配在每一個汽缸的集合管上，如圖8，9，12所示，一般包括至少一個點火器411，例如如圖5-7所示的前面討論的化油器。每一個點火器411包括一個具有一個噴油嘴端413的點火器體412，噴油嘴端伸入汽缸燃燒室，一個從集合管或汽缸蓋向外凸出的末端414。點火器桿416沿著點火器體方向并在其內(nèi)部延伸，并且該點火器桿兩端支撐在點火器體內(nèi)。一個電接頭417與點火器桿的末端相連，并貫穿點火器體上端，且與12V的直流電池相連。由電接觸供給大約2.5amps的電流，并沿著桿的長度方向流過采用一所需圖案的催化劑材料418。加熱區(qū)419為位于靠近點火器桿下端的中點的催化劑材料集中區(qū)。
如圖8所示，點火器411的噴油嘴端413還包括一組孔421，使得可燃混合氣的一部分能夠流入點火器體并與加熱區(qū)接觸。當(dāng)可燃混合氣與加熱區(qū)接觸時，點燃了可燃混合氣，使得火花和火焰卷流從噴油嘴孔孔逸出，進(jìn)入燃燒室，導(dǎo)致剩余的可燃混合氣燃燒。
如圖9所示，多點火器，這里示出一對點火器，在每一個汽缸內(nèi)使用作為系統(tǒng)的備用設(shè)施和保證按要求將可燃混合物完全點燃。另外，如圖11所示，也可以使用傳統(tǒng)的火花塞425代替如圖8，9，12所示的催化點火器。此外，如圖11，12所示，燃油輸送系統(tǒng)設(shè)置有燃燒室和主活塞的附加裝置或位置，使得可以改變發(fā)動機(jī)的配置來滿足所需的應(yīng)用。
本實例的發(fā)動機(jī)是一個緊湊的、重量輕的發(fā)動機(jī)，其軸馬力約為60馬力、高約為14英寸，長約為20英寸，寬約為15英寸，重約為85磅。應(yīng)用上，本發(fā)明的第二個實例多燃料發(fā)動機(jī)300用來驅(qū)動小型的船舶或飛機(jī)，例如用來驅(qū)動如圖13所示的水噴射泵。多燃料發(fā)動機(jī)一般通過例如鐘狀外殼的連接器432和水噴射的葉輪驅(qū)動設(shè)備431連接。
啟動多燃料發(fā)動機(jī)時，一個或多個級形活塞，例如如圖9所示的302和304，按照箭頭361’所示方向向下推動，使得曲軸311轉(zhuǎn)動。隨著曲軸的轉(zhuǎn)動，至少一個其它的級形活塞，例如級形活塞303，按照箭頭361所示方向朝著燃燒室向上推動。當(dāng)級形活塞303沿著上行沖程朝向燃燒室移動時，在主汽缸內(nèi)形成了負(fù)壓和真空，使得空氣通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道331的止回閥336進(jìn)入汽缸和曲軸箱。同時，汽缸內(nèi)的級形通道367內(nèi)的空氣向上推動并沿著級形通道通過級形活塞350的臺階354進(jìn)入空氣噴射通道?？諝饬鞅粔嚎s并沿著空氣噴射通道按照箭頭376所示方向加壓進(jìn)入燃油流量計(或裝置)381。同時，設(shè)定量的燃油被燃油流量裝置在大約400-600psi，或更大的壓力下分配并與來自空氣噴射通道的壓縮空氣形成可燃混合氣。
可燃混合氣一般在約為1個大氣壓或更高的壓力下輸送到燃油輸送閥382，閥382把可燃混合氣分配給燃燒室。由此，可燃混合氣中的油滴在混合物中的空氣里被充分霧化，形成充分霧化的燃油和空氣細(xì)油霧進(jìn)入燃燒室，并很容易形成燃油/空氣蒸汽。該蒸汽進(jìn)入點火器411的噴油嘴孔噴出，并與在點火器桿416上形成催化劑材料418加熱區(qū)419接觸，使之點燃。該點燃使得火花或火焰卷流從噴油嘴孔噴出，并進(jìn)入燃燒室使得剩余的可燃混合氣燃燒。
產(chǎn)生的爆炸力迫使汽缸的級形活塞向下動并沿著汽缸按照箭頭361’所示方向運動，然后驅(qū)動曲軸帶動水噴射泵發(fā)動機(jī)的葉輪或類似的用途。曲軸的轉(zhuǎn)動也迫使其它的級形活塞沿著它們的上升沖程被壓縮來繼續(xù)循環(huán)操作。
當(dāng)級形活塞向下從動時，壓縮以前從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)入曲軸箱的空氣，使得空氣被加壓通過輸氣通道(圖中未示)并從輸氣口341進(jìn)入汽缸室。這樣大氣對燃?xì)夂腿紵碑a(chǎn)物加壓，氣體逸出主汽缸并進(jìn)入發(fā)動機(jī)排氣道342。由此，不需要用浪費燃油的部分可燃混合氣來排出發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的燃燒廢氣和燃燒副產(chǎn)物，主汽缸的廢氣和燃燒副產(chǎn)物基本已被排除和凈化。
另外，當(dāng)每一個級形活塞沿著其汽缸長度方向向下運動時，如圖8所示，通過曲軸箱或通過由級形活塞運動產(chǎn)生的負(fù)壓，空氣通過輔助進(jìn)氣道被吸入級形通道，而輔助進(jìn)氣道從如圖11，12所示的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道吸入空氣。在級形活塞的上升沖程的運動時，在級形通道內(nèi)的再補(bǔ)充空氣被噴入燃油計量單元。
可以被技術(shù)上的專業(yè)人士認(rèn)同的是本發(fā)明的原理可以應(yīng)用在一個汽缸或多個汽缸的發(fā)動機(jī)，而不僅限于單缸機(jī)或三缸機(jī)。另外，通過燃油輸送閥以近似音速輸送燃油和空氣混合氣，可燃混合氣中的油滴在可燃混合氣中的空氣里被充分霧化。這使得即使燃用重油的可燃混合氣也很容易形成燃油/空氣蒸汽，蒸汽也很容易被點火器加熱的催化劑材料點燃。由此，與教大尺寸的重油發(fā)動機(jī)比較，本發(fā)明的多燃料發(fā)動機(jī)可以小、輕、更易攜帶和操作，而可以燃用包括汽油、基于汽油和酒精的燃油及柴油、JP5、JP8、Jet-A和煤油等重油的很多種不同類型的燃油。
另外，可以被技術(shù)上的專業(yè)人士認(rèn)同的是本發(fā)明通過首選實例被公布，但不需要脫離本發(fā)明的精神和范圍可以進(jìn)行大量的更改、變化和增加，這將在以后論述。
權(quán)利要求
1．一種發(fā)動機(jī)，其特征在于能夠燃用包括重油(如柴油、JP5、JetA、JP8、煤油)、汽油和基于酒精的燃料在內(nèi)的多種燃油，所述發(fā)動機(jī)包括一個發(fā)動機(jī)機(jī)體，其至少具有一個定義汽缸室的汽缸；一個裝置于所述汽缸之上并定義一個燃燒室的汽缸蓋，容納在所述汽缸室內(nèi)的并能沿其運動的至少一個活塞，所述活塞聯(lián)接至曲軸以驅(qū)動該曲軸；一個用于將可燃油氣混合氣傳輸至所述燃燒室的燃油傳輸系統(tǒng)，該可燃混合氣以音速流動率傳輸以將燃油霧化于空氣中從而增加其可燃性；以及至少一個裝置于燃燒室附近的點燃器，并具有一個可在其中點燃可燃混合氣的點燃區(qū)，在此點燃該可燃混合氣，導(dǎo)致可燃混合氣在所述燃燒室中燃燒以驅(qū)動所述活塞。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于所述燃油傳輸系統(tǒng)包括一個燃油傳輸閥，該閥包括一個定義閥的通路的閥體，閥體具有進(jìn)口端和定義閥開口的出口端，一個裝置在閥體內(nèi)并沿所述第一通道運動的閥件，所述閥件具有一個形成在其中的空氣通道，當(dāng)所述閥件沿所述處于開啟和閉合位置之間的通道運動時，該空氣通道聯(lián)接閥的開口，且偏壓裝置將所述閥件保持在其閉合位置，直到可燃混合氣在足夠克服所述偏壓裝置并打開所述閥的開口的開啟差壓下被導(dǎo)入所述空氣通道，從而使可燃混合物流以音速率通過所述燃油傳輸閥。
3．如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述偏壓裝置包括一系列將所述閥件嚙合并緊壓向其閉合位置的彈簧墊圈。
4．如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述燃油傳輸閥還包括一個位于所述彈簧墊圈附近并限制所述閥件沿所述閥通道運動的固定墊圈，以及一個將所述固定墊圈和彈簧墊圈固定于所述閥體上的定位環(huán)。
5．如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述燃油傳輸系統(tǒng)包括一個燃油流量裝置，在其中燃油被接納與空氣混合以形成供給于所述燃油傳輸閥的可燃混合氣。
6．如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述燃油計量裝置還包括一個燃油噴射器。
7．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述點燃器包括具有第一端和第二端的點燃器體，一個容納在所述點燃器體內(nèi)并沿點燃器件延伸的點燃器桿，該點燃器桿具有第一端與電氣聯(lián)接器接合并支撐于所述點燃器體的所述第一端，以及由所述點燃器體第二端支撐的點燃器桿的第二端，催化材料沿所述點燃器棒的長度方向作用于其上，電流通過點燃器桿并加熱所述催化材料以點燃可燃材料。
8．如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述點燃器桿由絕緣材料構(gòu)成且所述催化材料包括鉑金。
9．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述燃油傳輸系統(tǒng)還包括一個燃油計量裝置，以傳輸燃油供給源與空氣混合形成可燃混合氣，一個以音速將可燃混合氣傳輸至所述燃燒室的燃油傳輸閥，一個位于所述燃油測量裝置和燃油傳輸閥之間并包括一個壓縮汽缸的壓縮汽缸組合件，一個沿所述壓縮汽缸運動以將可燃混合物吸至所述壓縮汽缸，并以音速將可燃混合物導(dǎo)入所述燃油傳輸閥以產(chǎn)生充分的開啟壓力差，打開所述閥，使可燃混合物以音速從其中通過的活塞。
10．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述的至少一個活塞包括一個具有頭部、裙部和在所述裙部，一端的級形部分的級形活塞，以及一個將所述活塞聯(lián)接至發(fā)動機(jī)曲軸的聯(lián)接桿。
11．如權(quán)利要求10所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述至少一個汽缸包括一個主汽缸室、一個與輔助空氣進(jìn)口相通的級形汽缸室，以及一個用于燃油傳輸系統(tǒng)的空氣噴射通道，在其中，所述活塞沿所述汽缸室運動，空氣被吸入所述級形室，而后隨著所述活塞的反向運動空氣，沿所述空氣噴射通道被強(qiáng)制進(jìn)入所述燃油傳輸系統(tǒng)。
12．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述點燃器包括一個火花塞。
13．如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述燃油傳輸系統(tǒng)包括一個燃油傳輸閥，它具有一個鄰近所述空氣噴射通道的進(jìn)口端，和一個伸入所述燃燒室的排出口端，其中，發(fā)動機(jī)還包括一個鄰近并聯(lián)通所述空氣噴射通道的燃油流量裝置，以將燃油和從所述空氣噴射通道進(jìn)入的空氣混合起來，形成由所述燃油傳輸閥傳輸至所述燃燒室的可燃?xì)庥突旌蠚狻?br> 14．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其還包括一個第二和一個第三汽缸，它們均定義了至少一個汽缸室，在該汽缸室中有一個活塞。
15．如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述點燃器體的所述第二端包括一個基座，其中裝置容納箱固定所述點燃器桿的所述第二端，第二端與所述催化材料接觸以使所述催化材料接地。
16．如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其還包括一個置于所述點燃器體第一端的絕緣體，所述電氣聯(lián)結(jié)器裝置于其中，且所述電氣聯(lián)結(jié)器包括一個可釋放的接合并支持所述點燃器棒的第一端的觸點。
17．如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機(jī)，其特征還在于其中所述催化材料被印刷在用于所述導(dǎo)體桿周圍的帶子上，并形成一加熱區(qū)，在加熱區(qū)內(nèi)的所述催化材料被加熱至足夠點燃可燃混合物的溫度。
18．一種操作發(fā)動機(jī)的方法，其特征在于運行能夠燃用多種不同的，包括重油(如柴油、JP5、JetA、JP8、煤油)、汽油和基于酒精的燃料在內(nèi)的多種燃油的發(fā)動機(jī)，所述方法包括將燃油和空氣吸入燃油流量裝置以形成油氣可燃混合物；以足以形成打開燃油傳輸閥的充分壓力差的流速，將可燃混合氣傳輸至燃油傳輸閥，并使可燃混合氣以聲速率流過燃油傳輸閥，從而使可燃混合氣中的燃油充分地霧化在可燃混合氣中；將可燃混合氣分配入發(fā)動機(jī)的燃燒室；利用加熱后的點燃器將點燃可燃混合氣導(dǎo)致可燃混合氣的燃燒；以及響應(yīng)可燃混合氣的燃燒，活塞沿發(fā)動機(jī)汽缸作往復(fù)循環(huán)運動以驅(qū)動發(fā)動機(jī)的曲軸。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征還在于其中所述傳輸可燃混合氣包括驅(qū)動一個輔助活塞，以將可燃混合氣吸入輔助汽缸，以相當(dāng)于音速的速度迫使來自輔助氣缸的可燃混合氣打開燃油傳輸閥，和進(jìn)入燃油傳輸閥，使燃油充分霧化于可燃混合氣的空氣中。
20．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征還在于其中所述點燃可燃混合氣包括加熱點燃器內(nèi)的催化材料至足以點燃可燃混合氣的溫度，并將傳送部分可燃混合氣，使其與加熱后的催化材料接觸以點燃可燃混合氣。
21．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征還在于其中所述將燃油和空氣吸入燃油流量裝置包括隨著活塞沿第一沖程運動，將空氣通過輔助進(jìn)氣口吸入級形汽缸，以及隨著活塞沿返回沖程運動，通過一個空氣噴射通道迫使級形室內(nèi)的空氣進(jìn)入燃油計量裝置，并將燃油吸入燃油量裝置。
全文摘要
一種能夠燃用包括汽油、基于酒精的燃料及重油(諸如柴油、JP5、JP8、Jet－A、基于煤油的燃料)之內(nèi)的多種不同燃料的發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)(10)包括設(shè)置在一端的具有壓縮室(26)的主汽缸(25)和一個能夠沿汽缸(25)長度方向運動并聯(lián)接發(fā)動機(jī)(10)曲軸(23)的活塞(31)。一個燃油傳輸系統(tǒng)(72)將可燃油氣混合氣通過一個燃油傳輸閥(73)以音速傳輸入燃燒室(26)從而燃油可以充分霧化在傳輸至燃燒室(26)中的可燃混合氣中的空氣中?？扇蓟旌蠚庥扇紵?26)中的點燃器(160)點燃以推動活塞(31)沿汽缸運動以驅(qū)動發(fā)動機(jī)(10)的曲軸(23)。
文檔編號F02M61/18GK1299439SQ99805853
公開日2001年6月13日 申請日期1999年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月4日
發(fā)明者查理斯·安備魯·艾蘭 申請人:美國庫宇納發(fā)動機(jī)股份公司