具有球形燃烧室的二冲程内燃机制造技术

一种内燃式热机，所述热机的一个基本构件“气缸”包括围绕所述热机的Z轴的4个相同的移动耦合装置，所述热机包括分部分的“活塞”(50)，所述“活塞”由曲轴(40)的曲轴销驱动并由在滑槽(60u)中滚动的滚轮(61)引导。平行的且由齿轮机构同步的曲轴每个周期执行一次循环。每个活塞包括滑动表面，该滑动表面几乎接触相邻活塞的气缸面，但是在该滑动表面上滑动部分密封接触。4个凹面形状的重叠面围成体积循环变化的腔室(35)：在最小体积处，具有准球形，在燃烧期间减少壁的热损失；并且在最大体积处，通过旋转板(22s，22i)露出允许经由转换单元(57i)和歧管(20s，20i)进气和排气的端口，面能够更经济地实现米勒-阿特金森分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种往复式内燃热机的运动构造和布局。
技术介绍
以及对本专利技术的改进大多数内燃机具有燃烧及工作流体室，上述燃烧及工作流体室的体积随气缸中的活塞的往复运动而变化。旋转活塞汪克尔发动机是一种少见的已被工业化证实的例外。工艺现状公认了其他具有非常规燃烧室的热机的构造，即上述非常规燃烧室不包含在小型气缸和腔室中进行转换的圆柱形活塞，如以下专利所述：·1991年5月7日的US5012769A(科廷厄姆布伦特R[美国])(CottinghamBrentR[US])·1989年2月7日的US4802449A(杨平[美国])(YangPing[US])·2008年4月17日的US2008/087237A1(迪克廷贝尔[美国])(DickTimber[US])体积-表面比/热损失与球体提供的最小可能几何尺寸相比，传统活塞-气缸布局的燃烧室位于上止点(TDC)时具有更高的室壁表面对燃烧室体积比，换句话说，不考虑会进一步增加上述比的活塞的凹坑或滚动，该比大约为一半。对于传统内燃发动机，燃烧室和气缸壁的热损失约占燃料的热值的三分之一(大约500cm3的“汽车”单位汽缸)。因此，其它条件相同，减少上述表面积可以减少壁上的热损失并因此提高发动机的效率。对于这一点，现有技术的最佳工艺状态通过对置活塞(2冲程)柴油机降低燃烧室的表面/体积比来实现。/压力传统的活动活塞-连杆-曲柄组件，除了其他方面之外，根据与最大速度相关的惯性力以及受到的最大气缸盖压力确定尺寸。取决于气缸轴线，或同样地，取决于活塞直径的平方，该气缸压力与活塞投影面积成正比。这些惯性力和压力与冲程，在某种程度上与移动组件的质量，且在某种程度上与气缸盖、外壳、气缸、以及底部引擎的质量近似成比。在其他条件都相同的情况下，这种减小活塞投影面的方式能够减少压力，并因此减少移动组件的质量以及电机极大部分的质量。本专利技术所述发动机，通过上止点处的准球形燃烧室来改善以上两个方面。事实上，对于给定体积，腔室壁表面积从上止点及其附近处开始下降，直到约上止点处的一半。·这减少了在燃烧/爆炸过程和膨胀过程中压缩结束时室壁的热损失，从而提高发动机的效率。·相比于传统气缸盖和活塞上的压力，这使由室壁上压力形成的合力有所降低。即使腔室由活塞的3面、5面，或者最理想的4面的壁组成，这种降低实际上都会出现。由于与给定活塞体积下的更短移动部件相关，将减少发动机工作结构件的重量，并从而减少整个发动机的重量。米勒-阿特金森循环分布图有时在4冲程发动机中采用米勒-阿特金森循环以提高总效率。其实现依赖于发动机：通过允许刚吸入的气体撤回使下止点(PMB)之后的延迟进气口关闭，或通过限制气体吸入使下止点(PMB)之前的提前进气口关闭，从而在这两种情况下产生比有效膨胀冲程弱的有效压缩冲程，由于更大的膨胀结束压力(除了减速或极低负载)，这能够使气体在膨胀阶段结束时作用更大，从而提高效率。对于传统的单活塞二冲程发动机，米勒-阿特金森循环无法实现，因为对于传统的扫描配置，进气口和排气口是固定的，这总要求膨胀冲程小于或等于压缩冲程，同时，也因为在进气后开始排气。对于单向或往复2冲程扫描：单柱点火活塞或阀，或者甚至对于具有对置活塞的配置也是一样的。本专利技术的发动机，优选地，在2冲程版本中，通过“阶梯”分布实现了米勒-阿特金森循环。实际上，进气通道，类似于排气通道，在打开/关闭系列中都具有两部分，即腔室开口，以及孔板。这种方式，不同于传统2冲程发动机，可以实现最优化的不对称分布图：·延迟排气口打开，总在下止点前·排气口和进气口之间更大的夹角，以允许腔室中的气压有足够的时间下降且低于进气压力。·在一个或其他方向上排气口和进气口之间更小的夹角·远在下止点之后的完全关闭(进气和排气)延迟，以实现米勒-阿特金森循环，即实现大于有效压缩冲程的有效膨胀冲程。示例：往复或单向扫描一般来说，传统的、具有可完成的扫描配置的单2冲程发动机，混合的新鲜气体和燃烧过的气体的比例可能是很大的。对置活塞的2冲程发动机在每个气缸的一端有相对的进气口和排气口开口，能够实现单向或往复扫描。专利技术的发动机，通过位于燃料室盖中的开口，在一个盖处的进气口以及在相对的盖处的排气口，实现这种类型的对新鲜的和燃烧过的气体的单向或往复扫描。活塞摩擦传统发动机的移动活塞滑块曲柄组件中的摩擦是极大的。尤其在开始膨胀时，滑块曲柄的倾斜用力按压活塞抵靠气缸，其运动时摩擦产生。同时，曲轴和滑块曲柄的轴承即使经过润滑也存在摩擦。本专利技术的发动机优选示出4个活动连接件，每个通过曲轴和滑块轴驱动活塞，即引导活塞运动。不再有如现有技术的滑块曲柄的倾斜。因此，与活塞的侧推力相关的摩擦大大减少，即使被滑动轨道的滑动或滑块的滚轴的滚动所取代，其强度仍较低。事实上，在本发明中，相邻的两个活塞不断地掠过彼此而不接触，所以没有摩擦。这些是揉在一起以保证密封性的部分。激光点火为了启动爆炸，可控的光发动机采用火花塞产生电弧。火焰前缘离开火花塞的火花并通过将其一部分热量传送至腔室壁而在腔室中传递。当为以下状态时获得最佳燃烧效率：·火焰前缘传递时间最小，即不考虑湍流，要求腔室小而紧凑，球形最为理想。·延迟火焰前缘的热量到壁的传递。理想地，这在燃点在其中心的球形燃烧室中实现。在球形燃烧室中，如本专利技术所述的发动机，火花塞有必要放置在球体边缘而不是中心，使得其易于冷却并且不存在任何热点。实验室研究已经实现了通过激光射线点火。激光点火能够通过聚焦激光射线使在球体的中心点火成为可能。因此，在球形燃烧室中，如同本专利技术的发动机，通过将激光聚焦于腔室的中心的激光点火提供了最大的潜能。此外，激光光源可以位于固定的底架组件上，而不是活动的活塞组件上，以避免来自激光源的柔性电力线缆的需求。活塞组件具有聚焦镜片，该聚焦镜片的一面在上止点处在腔室中的活塞面的表面上，另一面在活塞组件的外部是可见的且在循环的适当时刻接收激光射线。等容性体积法根据活塞-滑块-曲柄运动学的体积法，传统柴油发动机的最大速度受到燃料燃烧时间的限制，在给定速度下燃料燃烧时间是指定的。相对于相同气缸体积和体积率的传统的滑块曲柄-曲柄臂运动，本专利技术的发动机示出更固定的在上止点处的体积法，对于本专利技术的发动机，通过压缩点火能够比传统发动机以更高的速度旋转，同时使燃料被注入、蒸发和燃烧。发动机和负载之间的速度调整发动机到待驱动负载的速度范围的调整经常需要使用至少一个减速器或倍增器。后者本文档来自技高网...

【技术保护点】
‑热机，或内燃机，具有固定底盘总成，其特征在于：包括至少一个称为气缸的基本组件，具有指定在发动机的Z轴上的中心O，所述气缸包括：·整数N个移动部件，所述移动部件同样关于发动机的Z轴以规定的旋转间隔分布，其中N大于或等于3，每个移动偶合器至少包括以下组件：○活塞组件，至少包括：■一个气缸面(51)，所述气缸面的表面整体上是有规则的且根据所参考的滑动轴W相对于所述活塞组件大体上是凹的，且围绕所述滑动轴是弯曲的，所述滑动轴垂直于发动机的Z轴，■一个滑动表面(52)，所述滑动表面与所述气缸面(51)的一个边缘的相交为锋利的边缘线，称为前边缘(53)，■包括所述滑动表面(52)的密封装置；○循环驱动和定位机构(30)，所述循环驱动和定位机构包括至少一个循环且单调旋转的驱动轴(39)，并且根据在平面P上的移动，相对于所述底盘总成驱动所述活塞组件并为所述活塞组件定位，平面P垂直于发动机的Z轴，·气缸，在所述气缸中，等级为M的活塞组件的滑动表面(52)滑动接触等级为M‑1的活塞组件气缸面(51)的滑动表面(48u)，等级为M‑1的活塞组件称为被称为周围相邻活塞组件的等级为M的活塞组件的周围相邻活塞组件，并且第一活塞组件(52a)的滑动表面滑动接触等级为N的活塞组件气缸面(51d)的滑动表面，M是取值为1到N的整数，其中N个活塞组件的N个气缸面(51a，51b，51c,...)以及这些气缸面中的每一个独自在它们最接近的密封装置处，围绕气缸的中心限定出称为腔室(35)的工作体积，○在循环的所有时间内，N个活塞组件的所有N个前边缘(53)，在气缸中心O的两侧相交为位于发动机Z轴上的上部盖(36s)和下部盖(36i)，○在一个循环中，腔室(35)的体积至少在循环中的称为上止点的时刻达到一个最小值，以及在循环中的称为下止点的时刻达到一个最大值，○在所述上止点处，腔室(35)的体积由N个活塞组件的气缸面(51a，51b，51c,...)的、称为燃烧部分(48v)的N部分概括，这些燃烧部分(48v)与滑动部分(48u)相邻，·包括分配装置的气缸，所述分配装置在一个循环中控制进气、排气以及腔室(35)中的气体限制，所述热机还包括至少一个同步装置，对于发动机的同一气缸和作用于每个气缸的同步装置，所述同步装置根据它们围绕发动机的Z轴的旋转分布，使N个循环驱动和定位机构(30)的N个驱动轴(39)在频率和相位上同步。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.04 FR 13/015841.-热机，或内燃机，具有固定底盘总成，其特征在于：包括至少一个称为气缸的基本组
件，具有指定在发动机的Z轴上的中心O，所述气缸包括：
·整数N个移动部件，所述移动部件同样关于发动机的Z轴以规定的旋转间隔分布，其
中N大于或等于3，每个移动偶合器至少包括以下组件：
○活塞组件，至少包括：
■一个气缸面(51)，所述气缸面的表面整体上是有规则的且根据所参考的滑动轴W相
对于所述活塞组件大体上是凹的，且围绕所述滑动轴是弯曲的，所述滑动轴垂直于发动机
的Z轴，
■一个滑动表面(52)，所述滑动表面与所述气缸面(51)的一个边缘的相交为锋利的边
缘线，称为前边缘(53)，
■包括所述滑动表面(52)的密封装置；
○循环驱动和定位机构(30)，所述循环驱动和定位机构包括至少一个循环且单调旋转
的驱动轴(39)，并且根据在平面P上的移动，相对于所述底盘总成驱动所述活塞组件并为所
述活塞组件定位，平面P垂直于发动机的Z轴，
·气缸，在所述气缸中，等级为M的活塞组件的滑动表面(52)滑动接触等级为M-1的活
塞组件气缸面(51)的滑动表面(48u)，等级为M-1的活塞组件称为被称为周围相邻活塞组件
的等级为M的活塞组件的周围相邻活塞组件，并且第一活塞组件(52a)的滑动表面滑动接触
等级为N的活塞组件气缸面(51d)的滑动表面，M是取值为1到N的整数，其中N个活塞组件的N
个气缸面(51a，51b，51c,...)以及这些气缸面中的每一个独自在它们最接近的密封装置
处，围绕气缸的中心限定出称为腔室(35)的工作体积，
○在循环的所有时间内，N个活塞组件的所有N个前边缘(53)，在气缸中心O的两侧相交
为位于发动机Z轴上的上部盖(36s)和下部盖(36i)，
○在一个循环中，腔室(35)的体积至少在循环中的称为上止点的时刻达到一个最小
值，以及在循环中的称为下止点的时刻达到一个最大值，
○在所述上止点处，腔室(35)的体积由N个活塞组件的气缸面(51a，51b，51c,...)的、
称为燃烧部分(48v)的N部分概括，这些燃烧部分(48v)与滑动部分(48u)相邻，
·包括分配装置的气缸，所述分配装置在一个循环中控制进气、排气以及腔室(35)中
的气体限制，
所述热机还包括至少一个同步装置，对于发动机的同一气缸和作用于每个气缸的同步
装置，所述同步装置根据它们围绕发动机的Z轴的旋转分布，使N个循环驱动和定位机构
(30)的N个驱动轴(39)在频率和相位上同步。
2.根据权利要求1所述的热机，其特征在于，对于所述循环驱动和定位机构(30)：
·循环旋转的驱动轴(39)是具有单个曲轴(40)的曲轴臂的部分，所述曲轴的螺旋桨
(41)在曲轴安装架(10)中关于平行于发动机的Z轴的轴枢转，并且所述曲轴的曲轴销(42)
在所述活塞组件中枢转，构成活塞组件驱动机构，其中，所述曲轴销的轴平行于所述螺旋桨
(41)的轴，
·每个活塞组件通过连接滑块(32)与周围相邻的活塞组件运动连接，所述滑块的轨迹
基本上是周围活塞组件的气缸面(51)的滑动表面(48u)的母线。
3.根据权利要求1所述的热机，其特征在于，对于所述循环驱动和定位机构：
·循环旋转的驱动轴(39)是具有单个曲轴(40)的曲轴臂的部分，所述曲轴的螺旋桨
(41)在曲轴安装架(10)中关于平行于发动机的Z轴的轴枢转，所述驱动轴在每个循环的一
次运行中产生连续的单调旋转，并且所述曲轴的曲轴销(42)在所述活塞组件中枢转，从而
构成活塞组件驱动机构，其中，所述曲轴销的轴平行于所述螺旋桨(41)的轴，
·所述循环驱动和定位机构包括将其连接到所述底盘总成的活塞组件定位机构(31)。
4.根据权利要求3所述的热机，其特征在于，所述活塞组件的定位机构(31)为称为枢轴
滑块的运动学连接件，所述枢轴滑块由连接滑块限定在特定滑块轨迹(60)的滑槽(60u)和
移动部件(61)之间，所述滑槽固定并物理连接到所述底盘总成，所述移动部件是始终沿所
述滑槽(60u)的长度可移动的且经由称为枢轴滑块(62)的枢轴连接件在活塞组件上围绕平
行于发动机的Z轴的轴枢转，所述滑块轨迹(60)在垂直于发动机的Z轴的平面上是弯曲且平
坦的。
5.根据权利要求4所述的热机，其特征在于，所述移动部件(61)是单元的一部分，该单
元包括：
·滚轮(61u)，所述滚轮在物理上为凹槽形状的滑槽(60u)中、根据凹槽中滑槽两侧
(60v)的一侧或另一侧的接触方向滚动，所述凹槽的间距使滚轮(61u)保持最小动作，并且
其中该滚轮的轴是枢轴滑块(62)，
·滑动导靴(61v)，所述滑动导靴在物理上为凹槽形状的滑槽(60u)中靠着该凹槽的滑
槽两侧(60v)滑动，该凹槽的间距使所述导靴保持最小动作，并根据所述活塞组件上的枢轴
滑块(62)枢转，
·滚动导靴(61w)，如果装配有滚轮(61x)，所述滚动导靴在物理上为凹槽形状的滑槽
(60u)中靠着该凹槽的滑槽两侧(60v)滚动，该凹槽的间距使所述滚动导靴(61w)保持最小
动作，并根据所述活塞组件上的枢轴滑块(62)枢转，
·前面两点相结合的滑动及滚动导靴，所述滑动及滚动导靴装配有滚轮(61x)，设置为
使得确保滚轮仅一侧靠着一个滑槽侧(60v)滚动接触，并确保另一侧靠着另一个滑槽侧滑
动。
6.根据权利要求4或5所述的热机，其特征在于，对于被当做坐标原点(x＝0mm；y＝0mm)
的发动机的Z轴：
·4个曲轴(40)的轴距离发动机的Z轴大约a*84mm，曲轴轴线两个位于X轴上，两个位于
Y轴上，在坐标轴上的坐标点在下面描述，
·曲轴的曲轴销偏离中心大约a*16.3mm，
·具有曲轴销(42)的活塞(50)的枢轴线与该活塞的前边缘(53)之间的正交距离大约
为a*56.1mm，
·具有曲轴销(42)的活塞的枢轴(50)与枢轴滑块(62)之间的距离大约为a*86.7mm，
滑块轨迹(60)是尽可能规则的曲线，且大体上尽可能近地通过5个坐标点：
1.(X＝a*69.4；Y＝a*95.8)
2.(X＝a*77.2；Y＝a*91.8)
3.(X＝a*85.0；Y＝a*85.3)
4.(X＝a*92.8；Y＝a*76.0)
5.(X＝a*100.7；Y＝a*62.2)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热机，其特征在于，对于每个气缸，所述分配装置
包括彼此不同的一个进气装置和一个排气装置，比如：
·每个进气装置或排气装置，至少包括：
○一个进气歧管(20s)或排气歧管(20i)，所述进气歧管或排气歧管刚性连接到所述底
盘总成，并且在所述气缸的中心O侧面具有垂直于发动机的Z轴的平面；
○一个旋转板(22)，所述旋转板：是平且薄的，并垂直于发动机的Z轴，在距离中心O几
乎固定的距离处，在一个或另一个方向上绕发动机的Z轴驱动旋转，使用旋转板驱动机构
(22)的平均转速为每个循环转N分之一；并且所述旋转板的两个平面垂直于发动机的Z轴，
第一平面靠着进气歧管(20)的平面滑动；
·对于每个进气装置或排气装置，进气歧管(20)和旋转板(22)中的每个都包括N个规
定形状的开口(21，23)，这些开口围绕发动机的Z轴以规则旋转间隔分布，这能够根据循环
中的时刻，经由它们的开口(21，23)，打开和关闭从所述旋转板(22)到所述进气歧管(20)的
通道，
·在每个活塞组件中，每个进气装置或排气装置均包括两个转换管道(57)：排气转换
单元(57i)和进气转换单元(57s)，排气转换单元和进气转换单元中距离气缸中心O最远的
一端包括称为转换板(64)的平坦边缘，所述转换板垂直于发动机的Z轴，且在所述旋转板
(22)的第二平面上滑动，转换单元(57)在循环的规定时间，即接近下止点的时刻被连通：
○在转换单元(57)的同侧，转换被连接到旋转板(22)中的N个开口中的一个开口并因
此与该开口连通；
○在转换单元(57)的另一侧，在循环过程中的第二个规定时间，转换单元(57)因此经
由审慎设计和布置在活塞组件的气缸面(51)的滑动表面(48u)上的进气口(56s)或排气口
(56i)、通过在气缸面(51)的滑动表面(48u)上滑动的、相邻活塞组件的滑动表面(52)的开
口前面的通道和布置，与腔室(35)连通。
8.根据权利要求7所述的热机，其特征在于，所述旋转板驱动机构(22)是齿轮传动装
置，所述齿轮传动装置的齿轮具有发动机的旋转Z轴并且与旋转板(22)为一整体，所述齿轮
称为旋转板齿轮(18)且该齿轮或者直接啮合或者经由中间小齿轮啮合，所述中间小齿轮具
有可使用设置在所述旋转板驱动机构(22)中的相位转换器进行调节的相位，并且所述小齿
轮与曲轴(40)为一整体且同轴，所述小齿轮称为旋转板驱动小齿轮(17)。
9.根据权利要求7或8所述的热机，其特征在于，至少一个进气装置或排气装置包括第
二个小而平的板，称为额外板(24)，所述额外板是固定的但可调节的，并且所述额外板根据
垂直于发动机的Z轴的两个平面其两面插入到旋转板(22)和所述进气歧管(20)之间，使得
通过所述额外板围绕发动机的Z轴的角位置的改变以及它的N个开口(25)的具体形状的改
变产生可变分配，所述N个开口(25)围绕发动机的Z轴以规则旋转间隔分布，其中在发动机
的循环中，所述转换单元(57)到进气歧管(20)的通道打开和/或关闭的时间可提前或拖后。
10.根据权利要求7-9任一项所述的热机，其特征在于，所述活塞组件的气缸面(51)为
进气口(56s)和/或排气口(56i)装配有开口关闭装置，所述开口关闭装置包括至少一个称
为开口关闭阀(65)的板，该板在转换单元(57)不与腔室(35)连通的自始至终的整个阶段关
闭与开口相邻的转换单元(57)。
11.根据权利要求7-10任一项所述的热机，其特征在于，由于所述进气装置和排气装置
的开口的特定形状，所述分配装置实现了米勒-阿特金森循环，换句话说，实现了有效膨胀
体积(88v)大于有效压缩体积(88u)的分布曲线。
12.根据前述权利要求任一项所述的热机，其特征在于，N个循环驱动和定位机构的同
步装置包括输出轴(11)，所述输出轴具有在发动机的Z轴处的轴，并且所述同步装置包括至
少一个齿轮(12)(小齿轮)，所述齿轮(12)具有在发动机的Z轴处的轴且与N个称为卫星齿轮
(15)的锯齿状小齿轮(传动装置)啮合，每个锯齿状小齿轮刚性连接或由驱动轴(39)或曲轴
(40)的材料制成，且与所述驱动轴或曲轴同轴。
13.根据权利要求12所述的热机，其特征在于，与所述输出轴(11)同轴的、称为相反旋
转轴(11v)的第二输出轴，即所述第二输出轴与所述输出轴(11)的旋转方向相反且围绕它、
并因此沿着发动机的Z轴枢转，包括冠状齿轮(13)，所述冠状齿轮是锯齿状的且与其他的N
个称为附加卫星齿轮(16)的卫星小齿轮内啮合，所述卫星小齿轮的每一个都刚性连接且由
与驱动轴(39)或曲轴(40)相同的材料制成并与上述驱动轴或曲轴同轴。
14.根据前述权利要求任一项所述的热机，其特征在于，所述N个活塞组件的至少一个
的气缸面(51)具有包含在平面中的、关于气缸中心O是凹面的滑动表面(48u)，所述滑动表
面是这种形状：该形状是根据活塞面(54)的轮廓的滑动轴W的直线平移进行的扫描而产生
的表面的一部分。
15.根据权利要求14所述的热机，其特征在于，所述活塞面(54)的轮廓为具有圆头的
“V”形形状，并产生气缸面(51)的滑动表面(48u)和具有平行于滑动轴W的轴的气缸部分，该
滑动表面为由两个平面组成的规则表面的一部分，这两个平面在切线延续部分连接。
16.根据前述权利要求任一项所述的热机，其特征在于，所述N个活塞组件的至少一个
的气缸面(51)具有燃烧部分(48v)，所述燃烧部分在其中央区域以及直到靠近其周边的区
域包括大体上为球形或卵形的称为球冠的盖的一部分，该部分关于气缸的中心O为凹面，并
且当对N个活塞组件应用N个这种部分时，在上止点处，形成基本上为球形...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·本那福斯，
申请(专利权)人：爱德华·本那福斯，
类型：发明
国别省市：法国;FR