一沖程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【專利說明】-沖程內(nèi)燃機(jī)
[0001] 本申請要求由KyungSooHan于2014年3月26日提交的標(biāo)題為"One-Stroke internalCombustionEngine"的美國專利申請第 14/225,658 號(hào)[^及2013年 5月 27 日 提交的標(biāo)題為"ReciprocatingRotaryorStrai邑ht/LinearEngineswithDedicated ChambersforIntake,Compression,ignition/Combustion,andExhaust"的美國臨時(shí)專利 申請第61/825, 560號(hào)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，上述兩個(gè)專利申請的內(nèi)容W引用的方式全部并入 本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域設(shè)及提供一種作為具有協(xié)調(diào)的循環(huán)使得每個(gè)沖程成為動(dòng)力沖 程的一沖程內(nèi)燃機(jī)的高效內(nèi)燃機(jī)，更加具體地，設(shè)及一種具有往復(fù)式活塞沖程、共用協(xié)調(diào)的 一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的專用進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火/燃燒和排氣腔室、改進(jìn)了吹掃、具有簡單順序 循環(huán)、并且包括直線的/線性的旋轉(zhuǎn)或者對置活塞配置的直線的/線性的或者旋轉(zhuǎn)的高效 發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003] 在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中，往復(fù)式四沖程直線活塞是已知的。參照現(xiàn)有技術(shù)圖1，示出了在 點(diǎn)火沖程期間點(diǎn)火的常規(guī)火花塞1。閥口 2是用于允許燃料進(jìn)入腔室9的進(jìn)氣閥。閥口 3 是用于允許排氣離開腔室9的排氣閥，該排氣通常包括一些未燃盡的燃料、一氧化碳或者 證實(shí)燃燒效率較低的其他元素。在不具有專用腔室的兩沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（下面將更詳細(xì)論 述的已知的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)）中，該低效率甚至更為明顯。使搖臂4樞轉(zhuǎn)，并且閥口挺桿6升 高推桿5抬起搖桿4W升高進(jìn)氣閥2。通常存在凸輪軸7、定時(shí)皮帶8,并且定時(shí)皮帶8控制 進(jìn)氣閥2隨著凸輪軸14的轉(zhuǎn)向而上升。氣缸10設(shè)有環(huán)11、活塞12、和通往曲柄軸14的連 接桿13,該曲柄軸14響應(yīng)于四個(gè)沖程而使輸出軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火/燃燒和排氣，運(yùn) 四個(gè)沖程在現(xiàn)有技術(shù)圖2中更充分地進(jìn)行了示出。
[0004] 現(xiàn)在參照現(xiàn)有技術(shù)圖2,示出了用于圖1的針對四個(gè)沖程中的每個(gè)沖程都具有專 用腔室9的四沖程活塞的動(dòng)畫序列。從進(jìn)氣沖程1開始，進(jìn)氣閥2在進(jìn)氣沖程1 (左）中示 出為打開，而腔室9正在擴(kuò)張W允許燃料/空氣進(jìn)入腔室9。排氣閥3關(guān)閉。在壓縮沖程2 中（左中屯、），閥口 2和閥口 3都關(guān)閉，腔室9擴(kuò)張，但是隨著曲柄軸14在點(diǎn)火之前逆時(shí)針 轉(zhuǎn)向（箭頭），正開始?jí)嚎s在腔室9中的燃料。在點(diǎn)火沖程3中（右中屯、），當(dāng)壓縮燃料/空 氣混合物時(shí)點(diǎn)燃火花塞1，W使活塞12從點(diǎn)燃的混合物的內(nèi)部燃燒向下移動(dòng)。由此迫使曲 柄軸14從內(nèi)部燃燒轉(zhuǎn)向。在排氣沖程4中，排氣閥打開，W允許燃燒產(chǎn)物離開，如在排氣閥 3上方的箭頭所示。腔室9與四個(gè)沖程1、2、3和4中的每個(gè)沖程交替地壓縮和擴(kuò)張。由此 可見，針對發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的每個(gè)沖程存在專用的腔室9。當(dāng)如現(xiàn)有技術(shù)圖3所示存在四個(gè)"四 沖程"活塞時(shí)，提供了隨著每個(gè)活塞正在執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的不同沖程時(shí)曲柄軸14的協(xié)調(diào)移 動(dòng)：從左到右，壓縮準(zhǔn)備點(diǎn)火、點(diǎn)火準(zhǔn)備排氣、進(jìn)氣完成準(zhǔn)備壓縮、W及排氣準(zhǔn)備進(jìn)氣。 陽0化]在現(xiàn)有技術(shù)圖4中示出了常規(guī)的兩沖程活塞。上沖程被示出在左側(cè)，并且下沖程 被示出在右側(cè)。在上沖程（左側(cè)）期間，存在燃料壓縮、點(diǎn)火，傳送端口被蓋住，連接桿已經(jīng) 向上推動(dòng)活塞，并且閥口打開允許將燃料混合物拉倒曲柄箱中。在下沖程（右側(cè)）期間，傳 送端口未被蓋住并且迫使燃料混合物進(jìn)入腔室中，并且通過壓縮的燃料混合物將燃燒后的 燃料推出，燃燒后的燃料如黑點(diǎn)所示?；钊浞纸档停⑶疫B接桿示出了處于下位置中的曲 柄軸/連接桿。輸出軸被示出為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)圖5示出了具有滿輪增壓器的常規(guī)兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，該滿輪增壓器具有一 個(gè)專用腔室?？諝鈴淖髠?cè)進(jìn)入；燃料通過燃料噴射器噴射。燃料和空氣的混合物在曲柄箱 中形成，填充該腔室，被壓縮并且然后通過活化點(diǎn)火，并且，燃燒后的燃料朝著滿輪增壓器 排出，在滿輪增壓器中，燃燒后的燃料被回收W提供另外的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)與6中示出了導(dǎo)致菲力斯汪克爾（FelixWankel)的已知汪克爾旋轉(zhuǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)（具有奧托循環(huán)）。軸B在具有進(jìn)氣端口和排氣端口的長形腔室的中間。Ξ角形的 旋轉(zhuǎn)活塞被示出為活塞A，并且經(jīng)由示出的齒輪傳動(dòng)裝置使活塞A通過進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火和 排氣使軸B旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)火花塞被示出位于長形腔室的右側(cè)?？蒞看出，當(dāng)活塞A正使形成 在火花塞近側(cè)的腔室的內(nèi)含物壓縮時(shí)，點(diǎn)火會(huì)導(dǎo)致燃燒，并且旋轉(zhuǎn)活塞A會(huì)使軸B旋轉(zhuǎn)。
[0008] 在本領(lǐng)域中通常已知的是提供如上所述的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)?？蒞將兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)定 義為相關(guān)聯(lián)的曲柄軸每旋轉(zhuǎn)360°便具有一個(gè)動(dòng)力沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且，具有兩個(gè)沖程，或 者，例如，向上或者向下移動(dòng)（上沖程/下沖程）。斯基微索（Sebwiesow)等人（Sebwiesow) 在2012年3月6日發(fā)布的美國專利第8, 127, 544號(hào)描述了從W.G，Noack等人在1930年12 月16日發(fā)布的美國專利第1，785, 643號(hào)到Fitzgerald在2007年8月21日發(fā)布的美國專 利第7, 258, 086號(hào)的所謂"雙作用"兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史。在Sebwiesow的專利中，描述了W 下所謂"雙作用"系統(tǒng)：Wal化op的美國專利第2, 963, 008號(hào)、Grow的美國專利第4, 205, 528 號(hào)、VanBlarigan的美國專利第6, 199, 519號(hào)、Sadarangani等人的美國專利第6, 700, 229 號(hào)、和Fitzgerald的美國專利第7, 258, 086號(hào)中的"雙作用"系統(tǒng)。早在Noack等人大約 在1930年的'643專利中，圖1示出了活塞6和活塞7,并且，圖2示出了在"自由活塞發(fā)動(dòng) 機(jī)"1內(nèi)前后移動(dòng)的附加壓縮活塞11和壓縮活塞12。Wal化op的'008專利示出了對包括 燃料噴射系統(tǒng)的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)。Grow的'528添加了經(jīng)由"風(fēng)扇吹掃兩沖程循環(huán)" 的吹掃。
[0009] 斯基微索（Schwiesow)專利對運(yùn)些早期的"雙作用"兩沖程系統(tǒng)引入的所謂改進(jìn) 是均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)火（HCCI)，用于實(shí)現(xiàn)"基本恒定體積燃燒"。Schwiesow專利，W現(xiàn)有技術(shù) 圖7為代表，描繪了在'544專利的圖8至圖10的每個(gè)附圖中的實(shí)施例，其中，第一活塞和 第二活塞經(jīng)由剛性連接桿相互固定附接，W便當(dāng)在圓柱形箱體的每端處的每個(gè)燃料/空氣 腔室的循環(huán)火花點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，在圓柱形箱體中從圓柱形箱體的一端振蕩到另一端。
[0010] 霍夫包爾化〇化auer)的美國專利第6, 170, 443號(hào)描述了一種增壓式對置活塞對 置汽缸（0P0C)內(nèi)燃機(jī)，可見于現(xiàn)有技術(shù)圖10。曲柄軸旋轉(zhuǎn)軸被示出為由連接至偏屯、機(jī)構(gòu) 的推桿和拉桿驅(qū)動(dòng)。運(yùn)些推桿和拉桿包括許多驅(qū)動(dòng)臂，運(yùn)些驅(qū)動(dòng)臂使內(nèi)部操作看起來與 機(jī)車的內(nèi)部操作相似。'443專利的0P0C發(fā)動(dòng)機(jī)采用了常規(guī)的排氣系統(tǒng)。然而，霍夫包爾 Wo^auer)在2013年7月23日發(fā)布的美國專利第8, 490, 380號(hào)描述了一種改進(jìn)型0P0C 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有進(jìn)入空氣腔室W及與燃燒腔室連通的排氣腔室，具有改進(jìn)的吹掃。
[0011] 還已知的是W其發(fā)明人伯克?拉塞爾（RussellBourke)(圖8)命名的所謂伯克 度ourke)內(nèi)燃機(jī)。在1939年11月20日接受的GB514842中描述了伯克度ourke)內(nèi)燃機(jī)。 伯克度ourke)在其GB' 842專利的圖1至圖4中示出了相對設(shè)置的汽缸20,汽缸中具有驅(qū) 動(dòng)連接桿19的活塞和旋轉(zhuǎn)安裝的曲柄軸。"本發(fā)明在于用于內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪，該內(nèi)燃機(jī) 具有對置汽缸、活塞和活塞桿、曲柄軸、和用于將活塞的往復(fù)桿轉(zhuǎn)換為曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳 動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置包括包圍曲柄銷的軸承構(gòu)件W及連接至活塞并且與所述軸承構(gòu)件的相 對側(cè)曬合的裝置，其特征在于，與軸承構(gòu)件曬合的所述裝置形成為一對單獨(dú)的軸承塊，運(yùn)對 軸承塊剛性地安裝在用于將所述軸承塊連接在一起的板狀裝置上。巧ourke建議"每個(gè)軸承 3、6、10和15優(yōu)選地由內(nèi)外圓形間隔滾道制成，在內(nèi)外圓形間隔滾道之間是多個(gè)鋼球"。
[0012] 參照現(xiàn)有技術(shù)圖7,示出了斯基微索（Schwiesow)發(fā)動(dòng)機(jī)的一些細(xì)節(jié)。斯基微索 (Schwiesow)發(fā)動(dòng)機(jī)具有雙作用"兩沖程"活塞，該活塞在發(fā)生交替點(diǎn)火時(shí)從一側(cè)移動(dòng)到另 一側(cè)。
[0013] 參照現(xiàn)有技術(shù)圖8,示出了Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)的一些細(xì)節(jié)，該Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)具有四個(gè) "兩沖程"活塞并且可W與其他描繪的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較。
[0014] 參照現(xiàn)有技術(shù)圖9,示出了先驅(qū)所謂"一沖程"Massey-Harris汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，但是更 恰當(dāng)?shù)孛枋鰹榫哂行D(zhuǎn)兩沖程活塞。Massey-Harris發(fā)動(dòng)機(jī)歸因于梅西?斯圖爾特（S化art Macey)，并且是往復(fù)式旋轉(zhuǎn)兩沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（而Schwiesow活塞從在每端處的交替點(diǎn)火 開始前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)）。在本文中，可W將一沖程活塞普遍定義為具有180°動(dòng)力沖程的活 塞，但是我們將Macey發(fā)動(dòng)機(jī)考慮為具有旋轉(zhuǎn)兩沖程活塞。因此，一沖程活塞，例如，可W從 上死點(diǎn)移動(dòng)到左側(cè)并且停止，然后移動(dòng)到右側(cè)并且停止（完成了一個(gè)沖程）和/或后退或 者前進(jìn)W在向后或者向前方向中的每個(gè)方向中包括180°動(dòng)力沖程。一沖程內(nèi)燃機(jī)的示例 是Macey的美國公開專利申請第2003/0121482號(hào)，該專利已放棄?；钊麎K20限定出了燃 燒空腔和壓縮空腔。"工作組件40"可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在塊20中，該塊20包括圓柱部46、壓縮 獎(jiǎng)葉50和活塞48。還描述了弓形燃燒空腔28和弓形壓縮空腔30。驅(qū)動(dòng)桿90可操作地互 連第一活塞塊20和第二活塞塊20,用于共同驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)塊22的部件。
[0015] 在現(xiàn)有技術(shù)圖11中提供了一個(gè)表格，該表格提供了研發(fā)中的四款發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 和缺點(diǎn)的比較。Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)具有一條線上的兩個(gè)"兩直線活塞"，運(yùn)兩個(gè)活塞前后往復(fù)運(yùn) 動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)在于零部件計(jì)數(shù)低和比動(dòng)力比率高。當(dāng)Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)在其循環(huán)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)專用的腔室。Schwiesow發(fā)動(dòng)機(jī)可W描述為在一條直線上的雙頭活 塞，并且前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。Schwiesow發(fā)動(dòng)機(jī)在優(yōu)點(diǎn)方面與Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)相似，具有較少的零 部件和高比率。Schwiesow發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)專用的腔室。Macey往復(fù)式旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具 有與Bourke發(fā)動(dòng)機(jī)和Schwiesow發(fā)動(dòng)機(jī)相似的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。新近的化化auer發(fā)動(dòng)機(jī)具有 在一條直線上的兩個(gè)對置活塞。該化化auer發(fā)動(dòng)機(jī)具有許多由德國公司Vo化swagen開發(fā) 的零部件，并且需要大量資金。該化化auer發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)專用的腔室。
[0016] 所有上述專利和公開申請（包括Bourke專利）的全部內(nèi)容W引用的方式并入本 文。
[0017] 即使利用對兩沖程內(nèi)燃機(jī)和其他常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的上述改進(jìn)，在本領(lǐng)域中仍然需要借 由具有協(xié)調(diào)循環(huán)和一沖程（例如，180°動(dòng)力沖程）的旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的其他實(shí)施 例提供對例如燃料效率的增強(qiáng)和改進(jìn)W及在燃料效率改進(jìn)并且吹掃進(jìn)一步改進(jìn)時(shí)增加功 率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本"
【發(fā)明內(nèi)容】
"部分用于介紹構(gòu)思的選取。下面將在"【具體實(shí)施方式】"部分中進(jìn)一 步描述運(yùn)些構(gòu)思。本"
【發(fā)明內(nèi)容】
"部分不旨在識(shí)別所請求主題的關(guān)鍵特征或者本質(zhì)特征，也 不旨在幫助確定所請求主題的范圍。運(yùn)些構(gòu)思設(shè)及一種具有往復(fù)式活塞的協(xié)調(diào)式一沖程內(nèi) 燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)將在本文中進(jìn)一步描述并且也可W稱為1-Stroke?發(fā)動(dòng)機(jī)。一沖程（或者 1-stroke)在本文中是指由與活塞相關(guān)聯(lián)的火花塞的點(diǎn)火導(dǎo)致的移動(dòng)使該活塞，例如，在一 個(gè)方向上，從零速度開始移動(dòng)，啟動(dòng)，一直到最大速度，然后下降到零速度或者停止。在一沖 程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中（直線或者旋轉(zhuǎn)實(shí)施例，如本文所闡釋的），每個(gè)沖程是一個(gè)動(dòng)力沖程。
[0019] 簡要參照圖12,該圖示出了標(biāo)題為"內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用"的表格，左側(cè)示出了常 規(guī)的或者目前使用的內(nèi)燃機(jī)，運(yùn)些內(nèi)燃機(jī)用于生產(chǎn)并且在上面已經(jīng)進(jìn)行了論述，包括常規(guī) 的或者目前使用的四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和常規(guī)的兩沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。該表格旨在向讀者提 供對在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)與本發(fā)明的一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例之間的差異的一些了解，本發(fā)明的一 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)首先被示出為在圖14中的具有公共中屯、軸和兩個(gè)雙頭活塞的直線一沖程發(fā)動(dòng) 機(jī)。
[0020] 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)需要四個(gè)動(dòng)力沖程或者四個(gè)四沖程活塞組件來使輸出軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)， W完成一個(gè)完整循環(huán)。兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)需要兩個(gè)動(dòng)力沖程或者兩個(gè)兩沖程活塞組件來使輸 出軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)，W完成一個(gè)完整循環(huán)。一沖程發(fā)動(dòng)機(jī)僅需要一個(gè)動(dòng)力沖程或者一個(gè)一沖程 活塞組件來使輸出軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)，W完成