用于提高内燃机效率的装置及方法制造方法及图纸

公开了一种用于控制内燃机的燃烧室和汽缸内空气或空气—未燃烧燃料混合物的体积的方法和装置。该装置包括：进出口，该进出口具有打开状态和关闭状态，并连接于空气源或空气和未燃烧燃料源；和容积减小的燃烧室。所述进出口被控制为：当打开时，允许空气或空气—未燃烧燃料混合物进入或进入和离开所述燃烧室和汽缸，并且当关闭时，防止空气或空气—未燃烧燃料混合物进入或离开所述燃烧室和汽缸，其中，当所述进出口关闭时位于所述燃烧室和汽缸内的空气或空气—未燃烧燃料混合物的体积小于当所述进出口关闭并且活塞位于所述汽缸内的下止点位置时限定的燃烧室和汽缸的容积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及往复式内燃机领域，如使用“空气标准奥托循环”(“AirStandard Otto Cycle”)或“空气标准狄赛尔循环”(“Air Standard Diesel Cycle”)工作的内燃机。本专利技术还涉及对该种内燃机的改进，以提高其效率。
技术介绍
该思路的基本理论原则产生并来源于对车辆内燃机的结构和部件、“空气标准动力循环”(“Air Standard Power Cycle”)的工作和热力学步骤(冲程)、每个冲程的作用以及造成内燃机工作效率较低的原因等的长时间的详细研究和全面分析。按照“空气标准奥托循环”工作的车辆汽油机的效率在22％至28％之间。按照“空气标准狄赛尔循环”工作的车辆柴油机的效率在36％至42％之间。如航海设备(marine units)的大型发动机具有较高的效率，该效率能够达到50％。但是，两冲程发动机的效率较低，很少高于22％。在汽油机和柴油机中释放的大部分能量之所以损失，是由于热的废气以及用于冷却发动机的冷却水或冷却空气。为了从使用的燃料中获得最高的效率，人们对传统的汽油机和柴油机的设计、结构和制造材料持续研究和开发了100多年。对燃料的质量以及两冲程发动机和四冲程发动机的工作模式进行了开发和调整，以更好地控制每个冲程的时间选择(timing)和进程以及它们的同步性(同一发动机的不同汽-->缸之间)。许多科学家、设计师、研究者、专利技术家等已经进行了很多努力，以进一步提高内燃机的效率，而且在全世界范围内已经授权了很多专利的种种权利要求。这些专利中的多数涉及对工作的更好控制和时间选择，而其他专利涉及新的复杂零部件的添加，而在现有发动机中应用或引入该新的零部件十分困难或者成本非常高。某些建议会削弱发动机的结构，而且事实上不能加以实际应用。然而，在利用释放的燃料能量方面，内燃机的效率仍然基本保持在较低水平。
技术实现思路
本专利技术的具体实施方式提供了能够提高从燃料燃烧中获得的有用能量并实现传统发动机的较高效率的方法和装置，而且还设法尽可能减少对传统发动机的结构、构造、工作的变化和改进，从而能够：●使对添加新的复杂部件或设备(特别是移动部件)的需要最小化(或消除)；●尽可能地限制和简化对现有部件的一致的和潜在有用的改进；●使对移动部件、机构和控制系统的干扰最小化(或者优选为没有干扰)；●使从现有传统发动机的冲程工作中产生的积极作用最大化；●容易以最低的成本(优选为较少或没有额外成本)引入新的发动机中；●能够以最低的成本引入已有的发动机中；●实现最高的效率；以及●改善汽车工业对大气的“环境”作用。本专利技术的具体实施方式对传统发动机(包括两冲程内燃机和四冲程内燃-->机)进行了改进，并显著地提高了传统发动机的效率和性能，而且还改善了汽车工业对环境的整体环境作用。本专利技术的具体实施方式对凸轮轴或具有凸轮轴作用的任何替换装置进行了改进，因而，所涉及的发动机的个别(和全部)进出口(进气阀)的打开和关闭也得以改进，以使所述阀的打开延长(或缩短)计算的预定时间，而且还使燃烧室的容积减小计算的预定量。本专利技术的具体实施方式可以引入已有的发动机中，或者包括于新的发动机中，具有的优点为：●保持所涉及的传统或新的发动机的“动力循环”冲程(吸气、压缩、做功和膨胀冲程)的所有工作原理。●不涉及添加任何新的移动部件或取消任何已有的部件。●保持传统发动机的现有的基本设计、结构和工作原理。●仅对某些冲程的动作稍微进行了划分或延长，并以显著地提高从使用的燃料中获得的可利用能量的方式，对冲程的工作和作用重新进行设置，以及因此：●需要的水冷却或空气冷却更少。●没有对设计和制造改进的新发动机增加任何额外的成本。实际上，在掌握改进的发动机的设计和结构，并减少对大型的高成本冷却系统、排气系统的需要之后，成本更低，燃料消耗更少，对非常昂贵的辛烷燃料的需要也更少等等。●提高了发动机的效率和性能。对于使用“空气标准奥托循环”的汽油发动机而言，效率从约25％提高到超过40％。对于使用“空气标准狄赛尔循环”的柴油发动机而言，效率从约38％提高到超过48％。利用可接受水平的成本(与在燃料及其成本中的显著节约相比)，改进能够容易地引入当前工作的发动机中，改进可以限制为仅用另一包括本专利技术-->具体实施方式的发动机盖来代替现有的发动机盖(头部)。本专利技术的具体实施方式还可以应用于两冲程发动机，并实际上能够将该类型发动机的效率提高到更高的水平，保守为超过35％，并且显著改善其环境作用。本专利技术的具体实施方式允许改进的发动机(汽油机和柴油机)利用未改进发动机所需燃料的50％至60％工作，同时与相同的发动机按传统模式利用100％的燃料工作的情形相比，改进的发动机能够获得超过85％至95％的动力。本专利技术的具体实施方式实现上述效果，是通过产生如下条件：燃烧气体的扩大的膨胀比，以及因此将排出气体的压力从当前水平的超过0.55Mpa绝对压力(abs)(5.5bar)降低到低于0.2Mpa绝对压力(2.0bar)，排出温度从当前水平的超过1300K降低到低于1000K。根据本专利技术的第一种实施方式，提供了一种用于控制内燃机的燃烧室和汽缸内的空气体积的装置，该装置包括进出口，该进出口具有打开状态和关闭状态，并连接于空气源；和容积减小的燃烧室；其中，所述进出口被控制为：当打开时，允许空气进入所述燃烧室和所述汽缸，并且当关闭时，防止空气进入或离开所述燃烧室和所述汽缸，其中，当所述进出口关闭时位于所述燃烧室和所述汽缸内的空气体积小于当所述进出口关闭时并且当所述活塞位于所述汽缸内的下止点(BDC)位置时限定的所述燃烧室和所述汽缸的容积。该实施方式特别适用于在吸气冲程过程中独立于吸入燃烧室和汽缸中的空气而将燃料喷射到燃烧室中的发动机。优选地，在吸气冲程过程中，当所述活塞的头部已经从上止点(TDC)位置朝向下止点位置移动到上止点位置与下止点位置之间距离的约40％至约70％之间的位置时，所述进出口关闭。根据本专利技术的第二种实施方式，提供了一种用于控制内燃机的燃烧室和汽缸内的空气体积的装置，该装置包括进出口，该进出口具有打开状态和关-->闭状态，并连接于空气源；和容积减小的燃烧室；其中，所述进出口被控制为：当打开时，允许空气进入和离开所述燃烧室和所述汽缸，并且当关闭时，防止空气进入或离开所述燃烧室和所述汽缸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制内燃机的燃烧室和汽缸内空气或空气-未燃烧燃料混合物的体积的装置，该装置包括：(a)进出口，该进出口具有打开状态和关闭状态，并连接于空气源或空气和未燃烧燃料源；和(b)容积减小的燃烧室；其中，所述进出口被控制为：当打开时，允许空气或空气-未燃烧燃料混合物进入或进入和离开所述燃烧室和所述汽缸，并且当关闭时，防止空气或空气-未燃烧燃料混合物进入或离开所述燃烧室和所述汽缸，其中，当所述进出口关闭时位于所述燃烧室和所述汽缸内的空气或空气-未燃烧燃料混合物的体积小于当所述进出口关闭并且活塞位于所述汽缸内的下止点位置时限定的所述燃烧室和所述汽缸的容积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.8 GB 0617726.51.一种用于控制内燃机的燃烧室和汽缸内空气或空气-未燃烧燃料混
合物的体积的装置，该装置包括：
(a)进出口，该进出口具有打开状态和关闭状态，并连接于空气源或
空气和未燃烧燃料源；和
(b)容积减小的燃烧室；
其中，所述进出口被控制为：当打开时，允许空气或空气-未燃烧燃料
混合物进入或进入和离开所述燃烧室和所述汽缸，并且当关闭时，防止空气
或空气-未燃烧燃料混合物进入或离开所述燃烧室和所述汽缸，其中，当所
述进出口关闭时位于所述燃烧室和所述汽缸内的空气或空气-未燃烧燃料
混合物的体积小于当所述进出口关闭并且活塞位于所述汽缸内的下止点位
置时限定的所述燃烧室和所述汽缸的容积。
2.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括基本不可压缩的部件，
该基本不可压缩的部件位于所述燃烧室内，以减小所述燃烧室的容积。
3.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括基本不可压缩的部件，
该基本不可压缩的部件连接于所述活塞的头部，以减小所述燃烧室的容积。
4.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括超过下止点位置和上止
点位置的所述活塞的延长的冲程，以减小所述燃烧室的容积。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述活塞从下止点位置朝向
上止点位置移动时，所述进出口在压缩冲程的至少一部分过程中保持打开，
以允许空气或空气和燃料离开所述燃烧室和所述汽缸。
-->6.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述活塞从上止点位置朝向
下止点位置移动时，所述进出口在吸气冲程的至少一部分过程中为关闭的，
以防止另外的空气或燃料和空气进入所述燃烧室内。
7.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括凸轮和弹簧，所述凸轮
用于打开所述进出口，所述弹簧用于关闭所述进出口。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述凸轮相对于所述活塞的下
止点位置偏移。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述凸轮和阀设置为：在所述
活塞的压缩冲程过程中，当所述活塞的头部已经从下止点位置朝向上止点位
置移动到下止点位置与上止点位置之间距离的约30％至约60％之间的位置
时，所述进出口关闭。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述凸轮和阀设置为：在吸气
冲程过程中，当所述活塞的头部已经从上止点位置朝向下止点位置移动到上
止点位置与下止点位置之间距离的约40％至约70％之间的位置时，所述进
出口关闭。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述燃料包括天
然气、液化石油气、汽油、煤油、柴油、轻质或重质瓦斯油、残剩油、酒精、
乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·A·阿塔拉，
申请(专利权)人：N·A·阿塔拉，
类型：发明
国别省市：英国;GB