專(zhuān)利名稱(chēng)：在兩種或三種動(dòng)力模式中用單能源或雙能源工作的輔助壓縮空氣注入發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地面車(chē)輛，特別是使用注入輔助壓縮空氣工作的地面車(chē)輛，包括高壓壓縮空氣罐。
如在法國(guó)專(zhuān)利FR2319769或FR2416344中公開(kāi)的具有獨(dú)立燃燒室和壓縮膨脹室的循環(huán)內(nèi)燃機(jī)提出了一些優(yōu)于普通發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，但是氣體傳遞和燃燒的時(shí)間非常短，不能獲得高效率。
在公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)WO97/39232中，申請(qǐng)人公開(kāi)了一種具有獨(dú)立恒定容積燃燒室的循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的方法，其中吸氣-壓縮室、燃燒室和膨脹-排氣室包括三個(gè)分離的、全部獨(dú)立的部分，并且其中吸氣-壓縮室循環(huán)在膨脹-排氣室之前，從而延長(zhǎng)燃燒時(shí)間。與在普通發(fā)動(dòng)機(jī)中相比，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是混合物以實(shí)際恒定容積燃燒較長(zhǎng)時(shí)間。
這種發(fā)動(dòng)機(jī)的困難之一是，當(dāng)在燃燒室和膨脹室之間傳遞氣體時(shí)獲得在膨脹室內(nèi)形成壓力的時(shí)間。
為了解決該問(wèn)題，在另一法國(guó)專(zhuān)利FR97133313中，申請(qǐng)人公開(kāi)了一種控制如發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)等裝置中活塞運(yùn)動(dòng)的方法，其特征在于在上死點(diǎn)，活塞停止運(yùn)動(dòng)并在其上死點(diǎn)保持長(zhǎng)時(shí)間間隔，因此，在旋轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)過(guò)大的角度區(qū)域，使得下述工作在恒定容積中進(jìn)行就普通發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，點(diǎn)火和燃燒工作，就柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，注入燃料工作，就具有獨(dú)立燃燒和/或膨脹室來(lái)說(shuō)，傳遞氣體和/或壓縮空氣的工作，就所有發(fā)動(dòng)機(jī)和其它壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，在排氣結(jié)束開(kāi)始吸氣時(shí)的工作，該活塞可停止在上死點(diǎn)，并通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法保持在此處，例如采用凸輪、小齒輪等，但是最好采用由連桿曲柄系統(tǒng)控制的壓桿裝置來(lái)控制活塞，使活塞停止在上死點(diǎn)。術(shù)語(yǔ)“壓桿”是針對(duì)具有兩個(gè)鉸接臂的系統(tǒng)提出的，其中一個(gè)臂具有靜止端，或樞軸，另一個(gè)臂可繞軸移動(dòng)。當(dāng)兩臂成直線排列時(shí)，如果在與兩臂軸大致成直角的方向?qū)杀壑g關(guān)節(jié)施加力，則使自由端移動(dòng)。該自由端可連接活塞并使活塞移動(dòng)。當(dāng)兩鉸接桿實(shí)際形成為一桿在另一桿的延長(zhǎng)線上(處于約180°)時(shí)，活塞處于上死點(diǎn)。
曲軸通過(guò)控制連桿與兩臂的鉸接軸相連。各部件的空間位置和其尺寸可以改變?cè)摽偝傻膭?dòng)力學(xué)特性。靜止端的位置限定了活塞移動(dòng)軸和當(dāng)兩臂成直線排列時(shí)與兩臂的軸之間的角度。曲軸的位置限定了控制連桿和當(dāng)兩臂成直線排列時(shí)與兩臂的軸之間的角度。這些角度的大小的變化和連桿和臂長(zhǎng)度的變化限定了活塞靜止在上死點(diǎn)的曲軸旋轉(zhuǎn)角。該曲軸旋轉(zhuǎn)角相當(dāng)于活塞停留時(shí)間。
在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中，從燃燒室到膨脹室的氣體傳遞，特別是在熱模式中燃燒氣體的傳遞是在高溫下進(jìn)行，而制造在這些溫度下打開(kāi)和關(guān)閉的系統(tǒng)是很難的。
本發(fā)明的目的在于，通過(guò)提出一種包括分離的室的發(fā)動(dòng)機(jī)方法，以不同方式解決從燃燒室到膨脹室壓力傳遞的問(wèn)題，以進(jìn)行分離的吸氣-壓縮、膨脹-排氣和在恒定容積的燃燒和/或膨脹，在該方法中，至少在膨脹-排氣室上設(shè)置一裝置，該裝置用于控制活塞沖程以使活塞停止在上死點(diǎn)。燃燒和/或膨脹室成雙的安裝在膨脹-排氣室上部，沒(méi)有任何氣門(mén)，在活塞上死點(diǎn)，該活塞實(shí)際將燃燒室與膨脹-排氣室分離。此外，吸氣-壓縮氣缸的工作循環(huán)相對(duì)于膨脹-排氣氣缸的循環(huán)有一些延遲，使得當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，膨脹-排氣氣缸活塞的上死點(diǎn)先于吸氣-壓縮氣缸活塞的上死點(diǎn)。當(dāng)膨脹氣缸的活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，在上活塞死點(diǎn)，部分關(guān)閉燃燒室，其上死點(diǎn)先于吸氣-壓縮室的活塞上死點(diǎn)，并在下述工作中保持在上死點(diǎn)燃燒室和吸氣-壓縮室之間的傳遞，將由到達(dá)上死點(diǎn)的吸氣-壓縮室活塞壓縮的空氣-燃料混合物充入所述燃燒室，封閉燃燒室和吸氣-壓縮室之間的傳遞，點(diǎn)燃和燃燒混合物，使壓力升高，接著，一開(kāi)始下沖程，就通過(guò)壓力升高而做功。由于混合物直接膨脹而不傳遞到膨脹室內(nèi)，因此燃燒是在實(shí)際恒定容積下進(jìn)行的，并正好從膨脹-排氣活塞下沖程開(kāi)始產(chǎn)生原動(dòng)力。
回到本領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，雖然在普通發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞總是在運(yùn)動(dòng)中，因此事實(shí)上容積永遠(yuǎn)不能是恒定的，但一般還是使用術(shù)語(yǔ)“在恒定容積燃燒”，所以，在此使用的術(shù)語(yǔ)“實(shí)際恒定”。
這些優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在緊湊的燃燒室中的長(zhǎng)燃燒時(shí)間有可能獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通發(fā)動(dòng)機(jī)的污染排放。
根據(jù)本發(fā)明方法的特別實(shí)施例，可以在壓縮室和燃燒室之間形成緩沖容積，在該緩沖容積中聚集壓縮空氣，這可避免由于在注入燃燒室時(shí)的固定傳遞容積和膨脹而產(chǎn)生的浪涌效應(yīng)和壓力降低，吸氣-壓縮室的工作模式可以這樣改變而不會(huì)以任何方式改變本發(fā)明原理雖然在一般應(yīng)用中看起來(lái)使用活塞式壓縮機(jī)很方便，但是也可使用任何其它產(chǎn)生壓縮空氣的裝置，如單級(jí)或多級(jí)活塞壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)葉輪、齒輪(Roots,Lyshom)型或由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪壓縮機(jī)；在某些應(yīng)用中可以利用氣缸(或任何其它容器)中的保留空氣或來(lái)自網(wǎng)路的壓縮空氣(例如，在工廠中利用來(lái)自網(wǎng)路的壓縮空氣的固定發(fā)動(dòng)機(jī))，該保留空氣會(huì)在燃燒室中膨脹。
最好，成雙的燃燒室具有類(lèi)似于不粗糙的或沒(méi)有拐角的球的形狀，以便進(jìn)行更好燃燒，同樣要通過(guò)用由陶瓷或其它隔熱材料制成的隔熱套來(lái)對(duì)燃燒室隔熱，從而保證沒(méi)有熱能通過(guò)壁而損失，這樣可使其保持在非常高的溫度，由此保證火焰不在所述壁上熄滅，這樣避免在廢氣中產(chǎn)生未燃燒的碳?xì)浠衔?。這樣的組合可以顯著改善污染氣體的排放。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法可以使用均質(zhì)空氣-燃料混合物，可以通過(guò)在吸氣-壓縮階段前的化油器獲得該混合物，盡管最好使用注入系統(tǒng)(電子的或機(jī)械的)。但是，還可使用直接注入燃燒室，而不會(huì)以任何方式改變本發(fā)明的工作原理。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法還可以使用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的非均質(zhì)(heterogeneous)自點(diǎn)火混合物。在這種情況下，省去了設(shè)置在燃燒室內(nèi)的火花塞，并在所述燃燒室中設(shè)置從泵供應(yīng)燃料的直接噴嘴和在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中一般使用的部件。
本發(fā)明可用于工作在根據(jù)兩種供應(yīng)模式的雙能源工作中。在公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)WO9627737中，申請(qǐng)人公開(kāi)了一種具有獨(dú)立內(nèi)燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，用兩種類(lèi)型能源以雙模式原理工作，在高速路上(以在空氣-燃料中的單模式下工作)采用普通燃料如汽油或柴油燃料，或者在低速，特別是在市區(qū)和市郊，除任何其他燃料外還將壓縮空氣(或任何其他非污染氣體)注入燃燒室(以在空氣附加輔助壓縮空氣中的第二模式下工作)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法采用雙能源和雙模式原理。在空氣-燃料模式中，將空氣-燃料混合物吸入獨(dú)立吸氣-壓縮室中并在該室中壓縮。然后將該還處于壓力下的混合物傳遞到燃燒室內(nèi)，燃燒室與膨脹-排氣室是成雙的。當(dāng)膨脹-排氣活塞停止在上死點(diǎn)時(shí)，燃燒室處于恒定容積下并點(diǎn)燃混合物，從而使其溫度和壓力升高。當(dāng)活塞停止在上死點(diǎn)時(shí)繼續(xù)燃燒，接著該混合物直接膨脹而不在膨脹排氣室中傳遞，從而從該處做功。然后通過(guò)排氣管將膨脹后的氣體排入大氣。
在空氣附加輔助壓縮空氣模式，在低動(dòng)力下，燃料噴嘴不再工作；當(dāng)膨脹-排氣活塞靜止在上死點(diǎn)時(shí)，燃燒室處于恒定容積，在將來(lái)自吸氣-壓縮室的(無(wú)燃料)壓縮空氣吸入該室中后，所述燃燒室中從外部罐吸入一定量輔助壓縮空氣，其中該空氣是在高壓如200 bar下和環(huán)境溫度下存儲(chǔ)的。當(dāng)這一定量處于環(huán)境溫度的壓縮空氣接觸此時(shí)成為膨脹室的燃燒室中的高溫空氣物質(zhì)時(shí)，會(huì)被加熱，會(huì)進(jìn)行膨脹，兩股空氣物質(zhì)的混合物在該室中壓力上升，從而在膨脹中傳遞原動(dòng)力。
本發(fā)明還應(yīng)用于在單能源空氣附加輔助壓縮空氣模式下的工作。在公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)WO974884中，申請(qǐng)人公開(kāi)了在服務(wù)車(chē)輛例如城市公共汽車(chē)、運(yùn)貨車(chē)和類(lèi)似車(chē)輛上的在單模式用空氣輔助壓縮空氣工作的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型的整套裝置。
事實(shí)上，為在城市中進(jìn)行擇優(yōu)使用，該類(lèi)型雙模式或雙能源(空氣和汽油或空氣和輔助壓縮空氣)發(fā)動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)換成在空氣-輔助壓縮空氣單模式下，例如在所有車(chē)輛上，特別是在城市公共汽車(chē)或其他服務(wù)車(chē)輛(出租車(chē)、垃圾車(chē)等等)上，在空氣-輔助壓縮空氣單模式中，省去所有特別用于使用普通燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)工作的部件，如油箱、燃料回路，噴嘴等等。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法還可利用單能源單模式原理，將輔助壓縮空氣注入燃燒室，這樣使該燃燒室變成膨脹室。此外，可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)活性炭過(guò)濾器或采用一些其它機(jī)械或化學(xué)方法或分子篩或一些其它過(guò)濾器將由發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣過(guò)濾和凈化，從而制成低污染發(fā)動(dòng)機(jī)。在本文中，使用的詞“空氣”應(yīng)該理解為包括“任何非污染氣體”。
為了在壓縮-空氣模式工作，本發(fā)明提出另一種壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其中安裝有一用于控制活塞沖程使活塞停止在上死點(diǎn)的裝置。吸氣-壓縮汽缸是通過(guò)保持閥打開(kāi)或關(guān)閉而斷開(kāi)或使其不工作，或者通過(guò)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)只在單模式壓縮空氣模式工作時(shí)將其省去這樣來(lái)隔離的。該發(fā)動(dòng)機(jī)以膨脹-排氣汽缸工作，該汽缸具有排氣口和成雙的獨(dú)立膨脹室。在所述膨脹-排氣室活塞的上沖程中，在排氣循環(huán)中，排氣口關(guān)閉，以便在膨脹室中將一些膨脹氣體壓縮到高溫高壓，在活塞靜止在上死點(diǎn)的同時(shí)，從存儲(chǔ)罐向膨脹室中注入一定量輔助壓縮空氣，這樣引起所述室中壓力升高，通過(guò)在下沖程中驅(qū)動(dòng)活塞返回而進(jìn)行作功。
這樣，該發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)在一次循環(huán)中靠每個(gè)曲軸旋轉(zhuǎn)而執(zhí)行一次膨脹(也是一次做功沖程)工作，盡管有根本的不同，仍然可以與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)有一次膨脹的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比較。
最好，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，包括由申請(qǐng)人在專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R9700851公開(kāi)的利用環(huán)境熱能的系統(tǒng)，其中，在最終以低壓30 bar使用之前，以高壓如200 bar和環(huán)境溫度如20°在存儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的壓縮空氣膨脹到壓力接近需要在可變?nèi)莘e系統(tǒng)中，例如在氣缸中的活塞中，最終使用的壓力，可以通過(guò)任何公知方法如機(jī)械的、電子的或類(lèi)似方法恢復(fù)和使用。該做功膨脹最終將已經(jīng)膨脹到接近使用壓力的壓縮空氣冷卻到非常低的溫度如-100度。接著將膨脹到使用壓力的并處于低溫下的壓縮空氣傳遞到交換器內(nèi)，在該交換器內(nèi)與環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換，并被加熱到溫度接近環(huán)境溫度，因此提高溫度和/或增大容積，從大氣中重新獲得熱能。
最好，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法包括由申請(qǐng)人在FR9800877中公開(kāi)的加熱器系統(tǒng)，其中，申請(qǐng)人提出可以使用和利用的提高熱量的方法，其特征在于壓縮空氣在吸入燃燒和/或膨脹室前，從儲(chǔ)存罐直接或經(jīng)空氣-空氣熱交換器在吸入燃燒室前通過(guò)加熱器，在該加熱器中，壓縮空氣在吸入燃燒和/或膨脹室前的壓力提高和/或容積增大，因此顯著提高由發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的性能。
使用加熱器具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以進(jìn)行催化清潔連續(xù)燃燒，或者為獲得無(wú)限度低污染排放起見(jiàn)，可通過(guò)任何公知方法降低污染。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提出另一種方法，該方法使當(dāng)省去吸氣-壓縮室時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在雙能源模式，即在城市中靠空氣附加輔助壓縮空氣工作，而在高速路上靠空氣附加普通燃料工作，此時(shí)，省去了吸氣-壓縮室。在每次發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的活塞上沖程部分打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥的循環(huán)在工作中改變?yōu)樵诿績(jī)蓚€(gè)周期的活塞上沖程中打開(kāi)。除此之外，發(fā)動(dòng)機(jī)具有空氣和燃料，如汽油和柴油或類(lèi)似燃料的進(jìn)口，用于吸入一定量汽油等與空氣的混合物，該混合物是在活塞下沖程中吸入然后在膨脹室中壓縮的，該膨脹室隨后變成燃燒室，混合物根據(jù)普通四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，在膨脹室中燃燒然后膨脹，通過(guò)驅(qū)動(dòng)活塞返回做功，接著排入到排氣管內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，本發(fā)明提出一種三模式雙能源工作方法，其中，在沒(méi)有污染的城市中驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)靠沒(méi)有補(bǔ)充加熱的壓縮空氣工作，在無(wú)限度低污染的郊區(qū)運(yùn)行時(shí)，靠利用普通燃料的加熱器中的外燃燒而加熱的壓縮空氣來(lái)工作，在高速路上運(yùn)行時(shí)，靠?jī)?nèi)燃燒和空氣和汽油(或其它燃料)入口，該入口吸入一定量含汽油等和空氣的混合物，使得在活塞下沖程中吸入該混合物，接著在變成燃燒室的膨脹室中將其壓縮，根據(jù)普通四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，混合物在燃燒室中燃燒，接著膨脹，進(jìn)行做功，然后排入大氣。
上述三模式工作-空氣附加輔助壓縮空氣模式、由燃燒器加熱的空氣附加輔助壓縮空氣模式和空氣附加燃料模式-可以分別或組合使用，可以由電子裝置、機(jī)電裝置、機(jī)械裝置和類(lèi)似裝置控制打開(kāi)和關(guān)閉排氣管和進(jìn)氣管模式、控制用于從一種模式向另一種模式轉(zhuǎn)換的方法和裝置，可以改變使用的燃料或氣體而不改變本發(fā)明的原理。同樣地，進(jìn)氣閥和排氣閥可以根據(jù)工作參數(shù)由電子計(jì)算機(jī)來(lái)方便地控制。
通過(guò)閱讀對(duì)多個(gè)實(shí)施例的非限定性舉例的方式的說(shuō)明，使本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征顯而易見(jiàn)，該說(shuō)明將參照附圖給出，其中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的橫截面視圖，其中膨脹-排氣室由一控制活塞沖程的系統(tǒng)控制，該膨脹-排氣室包括成雙的燃燒室；圖2顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于空氣一燃料混合物進(jìn)入燃燒室后的點(diǎn)火時(shí)；圖3顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于膨脹階段開(kāi)始時(shí)；圖4顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于排氣和壓縮中；圖5顯示由橫截面視圖看到的另一工作模式，其中在壓縮機(jī)和燃燒室之間設(shè)置有用于蓄積壓縮空氣的緩沖容積，并處于壓縮空氣-燃料混合物進(jìn)入燃燒室的時(shí)間；圖6顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于點(diǎn)火時(shí)間；圖7顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于膨脹中；圖8顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于排氣結(jié)束時(shí)；圖9顯示由橫截面視圖看到的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)，裝備有用于注入輔助空氣的裝置，用于在雙模式、雙能源方式下工作；圖10顯示同一發(fā)動(dòng)機(jī)處于排氣階段開(kāi)始時(shí)的下死點(diǎn)；圖11顯示從橫截面視圖看到的根據(jù)本發(fā)明處于上死點(diǎn)的壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)；圖12顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)處于排氣中；圖13顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)處于壓縮中；圖14顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面視圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有利用環(huán)境熱能的裝置和連續(xù)燃燒加熱裝置；圖15顯示根據(jù)本發(fā)明處于進(jìn)氣中的雙能源內(nèi)燃機(jī)的橫截面視圖；圖16顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)處于點(diǎn)火時(shí)間；圖17顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)處于膨脹中；圖18顯示該發(fā)動(dòng)機(jī)處于排氣中；圖19顯示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)縱截面視圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)可在雙能源、三模式工作下工作。
圖1至圖4顯示了由橫截面所示的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例，其中進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣室由連桿曲柄系統(tǒng)和在氣缸中滑動(dòng)的活塞控制，圖中顯示了壓縮室1、與膨脹室4成雙的恒定容積燃燒室2，燃燒室2中有火花塞3。壓縮室1通過(guò)導(dǎo)管5與燃燒室2相連，其打開(kāi)和關(guān)閉由密封氣門(mén)6控制。燃燒室2與膨脹室4是成雙的，并在膨脹室4上部開(kāi)口。
由普通活塞壓縮機(jī)總成向壓縮室提供壓縮空氣活塞9由連桿11和曲軸12控制而在氣缸10中滑動(dòng)。通過(guò)進(jìn)氣管13吸入新鮮的空氣-燃料混合物，進(jìn)氣管13的打開(kāi)由閥14控制。
膨脹室用活塞控制的發(fā)動(dòng)機(jī)總成，該活塞裝配有用于控制活塞沖程的裝置，其中，在氣缸16中滑動(dòng)的活塞15(顯示在上死點(diǎn))由壓桿控制?；钊?5通過(guò)其軸與由臂17構(gòu)成的壓桿自由端15A相連，臂17與另一臂17B在公共軸17A鉸接，固定臂17B使其可以繞靜止軸17C旋轉(zhuǎn)。與在軸18B上旋轉(zhuǎn)的曲軸18的肘節(jié)18A相連的控制連桿17D連接到兩臂17和17B的公共軸17A上。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制連桿17D向壓桿的兩臂17和17B的公共軸17A上施加力，因此使活塞15沿氣缸16的軸移動(dòng)，反過(guò)來(lái)在做功沖程，將該施加在活塞15上的力傳遞到曲軸18上，從而使曲軸18旋轉(zhuǎn)。靜止軸17C位于活塞15移動(dòng)軸線的一側(cè)，當(dāng)兩臂17和17B成直線排列時(shí)，在活塞移動(dòng)軸線與兩臂17和17B成一直線X’X的軸線之間限定了角度A。曲軸位于氣缸和/或壓桿的軸線一側(cè)，當(dāng)兩臂17和17B成直線排列時(shí)，在控制連桿17D與兩臂17和17B成直線X’X軸線之間限定角度B。通過(guò)改變角度A和B以及各連桿和臂的長(zhǎng)度，可改變?cè)摽偝傻膭?dòng)力學(xué)特性，從而獲得表示活塞1沖程的不對(duì)稱(chēng)曲線，由此限定活塞15靜止在上死點(diǎn)的曲軸旋轉(zhuǎn)角度。燃燒氣體通過(guò)排氣管19排出，排氣管19由閥20控制打開(kāi)。
曲軸18通過(guò)鏈條21以相同速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，鏈條21在膨脹活塞上死點(diǎn)和壓縮機(jī)活塞上死點(diǎn)之間偏移一角度，通過(guò)根據(jù)需要的燃燒時(shí)間選擇的旋轉(zhuǎn)角使壓縮機(jī)活塞在上死點(diǎn)延遲。壓縮機(jī)還可安裝在相同曲軸，其中肘節(jié)的角度偏移使其有可能獲得上死點(diǎn)偏移，而不以任何方式改變本發(fā)明裝置的原理，為了簡(jiǎn)化視圖，在此用鏈條21表示。
圖1顯示當(dāng)壓縮機(jī)活塞9接近上死點(diǎn)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)氣門(mén)6剛剛打開(kāi)以向恒定容積燃燒室2送入新鮮空氣-燃料混合物，而膨脹室4的活塞15處于上死點(diǎn)，并在此處保持一段發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)間，例如110°。
在圖2中，繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，壓縮機(jī)活塞9剛剛經(jīng)過(guò)上死點(diǎn)并開(kāi)始其下沖程氣門(mén)6剛剛關(guān)閉從而關(guān)閉導(dǎo)管5，進(jìn)氣閥14打開(kāi)，從壓縮機(jī)(進(jìn)口)供入新鮮空氣-燃料混合物。一關(guān)閉氣門(mén)6，就由火花塞3開(kāi)始點(diǎn)火，空氣-燃料混合物在與膨脹-排氣氣缸成雙的室中以恒定容積2燃燒，在燃燒期間膨脹活塞15保持在上死點(diǎn)。
曲軸12和18繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，圖3顯示旋轉(zhuǎn)100°后的位置，膨脹活塞15剛好開(kāi)始其下沖程，成雙的燃燒室2中的高壓氣體在膨脹室4中膨脹，推回活塞15，從而形成做功沖程，此時(shí)，壓縮機(jī)活塞9處于完成新鮮汽化混合物吸入的過(guò)程中，進(jìn)氣閥14關(guān)閉。
圖4，繼續(xù)膨脹使曲軸旋轉(zhuǎn)大約180°排氣閥20打開(kāi)，活塞15將燃燒過(guò)的已膨脹氣體排入排氣管19，壓縮機(jī)活塞9壓縮壓縮室1中的空氣-燃料混合物，氣門(mén)6打開(kāi)以再次使新鮮空氣-燃料混合物進(jìn)入恒定容積室2，使循環(huán)(圖1)重新開(kāi)始。
可以理解，曲軸(發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī))每轉(zhuǎn)一周，有一次相應(yīng)的膨脹(或作功沖程)，壓縮機(jī)活塞9的上死點(diǎn)和膨脹活塞15的上死點(diǎn)之間偏移的選擇，以及膨脹活塞15靜止在上死點(diǎn)的時(shí)間，決定了恒定容積燃燒室2中混合物的燃燒時(shí)間。
此外，由膨脹活塞15移置的膨脹容積可以大于由壓縮機(jī)9移置的容積。為了在膨脹階段結(jié)束時(shí)獲得可能的最低壓力，其差別可以根據(jù)多變壓縮和膨脹曲線的差別來(lái)確定，這是高效率和低聲發(fā)射的標(biāo)志。
圖5和8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的橫剖面視圖，其中在壓縮機(jī)和恒定容積燃燒室2之間，有壓縮空氣緩沖容積22，通過(guò)任何合適方法由導(dǎo)管22A向其供應(yīng)壓縮空氣，該容積保持在實(shí)際恒定壓力下并有避免由于在充入燃燒室2時(shí)固定的傳遞容積和膨脹產(chǎn)生的一定浪涌(surge)效應(yīng)的作用和壓力下降。導(dǎo)管5的打開(kāi)和關(guān)閉由氣門(mén)6控制，導(dǎo)管5將壓縮空氣緩沖容積22和與膨脹排氣室4的成雙的燃燒室2連接，并包括用于在產(chǎn)生空氣-燃料混合物后將其注入燃燒室的燃料噴嘴24。安裝在該導(dǎo)管上的氣門(mén)25可調(diào)整(節(jié)流)注入燃燒室的燃料。
圖5顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)是，在氣門(mén)6正好打開(kāi)使經(jīng)壓縮的，由噴嘴霧化的空氣燃料混合氣通過(guò)導(dǎo)管5注入恒定容積室2中，此時(shí)的膨脹活塞15是在經(jīng)過(guò)上沖程后而位于其上死點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)活塞在上沖程中通過(guò)導(dǎo)管19(排氣閥20已經(jīng)打開(kāi))將前一循環(huán)中已燃燒和膨脹的氣體排入大氣。
當(dāng)混合物一進(jìn)入成雙的獨(dú)立燃燒室2時(shí)，見(jiàn)圖6，氣門(mén)6就再次關(guān)閉，將獨(dú)立燃燒室2隔離，然后由火花塞3進(jìn)行點(diǎn)火，空氣-燃料混合物在恒定容積燃燒室2中燃燒，同時(shí)膨脹活塞15保持在其上死點(diǎn)。
曲軸18繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖7，膨脹活塞15進(jìn)行下沖程，成雙的燃燒室2中的高壓氣體在膨脹室4中膨脹，推動(dòng)活塞15返回，因此實(shí)現(xiàn)作功沖程。
繼續(xù)膨脹到曲軸18的旋轉(zhuǎn)超過(guò)大約180°而到達(dá)下死點(diǎn)，接著排氣閥20打開(kāi)，見(jiàn)圖8，在上沖程中的活塞15將已燃燒和膨脹氣體排入排氣管19，直到上死點(diǎn)為止。此后，氣門(mén)6打開(kāi)將新鮮空氣-燃料混合物重新注入恒定容積室2，并開(kāi)始新的循環(huán)(圖5)。
可以看到，由于具有壓縮空氣緩沖容積，因此發(fā)電機(jī)的工作原理是相同的。但是，空氣壓縮機(jī)是完全獨(dú)立的，不再需要關(guān)于發(fā)電機(jī)曲軸進(jìn)行特定角度定時(shí)，因此選擇的原理是很容易的，例如可以使用旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。此外，緩沖容積越大，對(duì)因充入燃燒室時(shí)的傳遞容積和膨脹而產(chǎn)生的浪涌效應(yīng)和壓力下降的阻尼作用就越大。
圖9和圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)，用于雙能源雙模式工作，裝備有輔助空氣噴嘴24A和非常高壓力的壓縮空氣存儲(chǔ)罐23，使其工作而不會(huì)在市區(qū)造成污染，其中發(fā)動(dòng)機(jī)不通過(guò)注入燃料工作，而是通過(guò)將一定量的輔助壓縮空氣注入燃燒室2(其因此稱(chēng)為膨脹室)以便使壓力升高。在循環(huán)式內(nèi)燃機(jī)的這些圖中，成雙的燃燒室2由壓縮空氣緩沖容積22供氣，以任何合適方法通過(guò)導(dǎo)管22A向壓縮空氣緩沖容積22提供壓縮空氣，并保持在實(shí)際恒定壓力，其作用是避免由于固定傳遞容積和在注入燃燒室時(shí)膨脹而產(chǎn)生的浪涌效應(yīng)和壓力下降。導(dǎo)管5的打開(kāi)和關(guān)閉由氣門(mén)6控制，導(dǎo)管5將壓縮空氣緩沖容積22和與膨脹排氣室4成雙的燃燒室2連接，并包括燃料噴嘴24，噴嘴24是用來(lái)在產(chǎn)生合適的空氣-燃料混合物而將其送入燃燒室2。氣門(mén)25也安裝在該導(dǎo)管上，氣門(mén)25可調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的燃料(節(jié)流)。
在圖9和圖10中，發(fā)電機(jī)還裝備有用于控制活塞沖程的裝置，在該裝置中，在汽缸16中滑動(dòng)的活塞15由壓桿控制，其工作和說(shuō)明與對(duì)圖1的說(shuō)明相同。
采用普通燃料在高速路上運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)電機(jī)的工作如圖5至8所示。
在低動(dòng)力下工作時(shí)，燃料噴嘴24不再工作，在旋轉(zhuǎn)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)中膨脹汽缸16的活塞處于上死點(diǎn)時(shí)，見(jiàn)圖9，只有輔助空氣噴嘴24A工作并由高壓存儲(chǔ)罐23向燃燒室中送入一定量輔助壓縮空氣，膨脹到壓力稍高于燃燒室2中的壓力，從而使其轉(zhuǎn)換，該輔助壓縮空氣物質(zhì)接觸燃燒室中的壓縮空氣時(shí)會(huì)溫度升高，其這兩種空氣物質(zhì)混合而使壓力顯著升高，從而在膨脹中作功。繼續(xù)膨脹使曲軸18旋轉(zhuǎn)超過(guò)大約180°直到下死點(diǎn)，接著排氣閥20打開(kāi)，活塞15進(jìn)行上沖程，見(jiàn)圖10，將膨脹氣體排入排氣管19，直到其到達(dá)上死點(diǎn)為止。
圖11至13顯示根據(jù)本發(fā)明的單能源空氣發(fā)電機(jī)橫截面視圖，其裝備有用于控制活塞沖程的裝置，其中在汽缸16中滑動(dòng)的活塞15(圖11顯示其處于上死點(diǎn))由壓桿控制?；钊?5通過(guò)其軸與壓桿自由端15A相連，壓桿包括臂17，臂17在公共軸17A上與另一臂17B鉸接，固定該臂17B使其可繞靜止軸17C旋轉(zhuǎn)。連接到繞軸18B旋轉(zhuǎn)的曲軸18的肘節(jié)18A的控制連桿17D與兩臂17和17B的公共軸17A相連。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制連桿17D在壓桿的兩臂17和17B的公共軸17A上施加力，因此使活塞15沿汽缸16的軸線移動(dòng)，并在作功沖程中反過(guò)來(lái)將施加在活塞上的力傳遞給曲軸，由此使曲軸旋轉(zhuǎn)。靜止軸17C位于活塞15的移動(dòng)軸線側(cè)面，并當(dāng)兩臂17、17B成直線排列時(shí)，活塞移動(dòng)軸線和兩臂17、17B成一直線X’X的軸線之間限定了角度A。曲軸位于汽缸軸線和/或壓桿軸線側(cè)面，其位置使當(dāng)兩臂17、17B成直線排列時(shí)，控制連桿17D和17、17B成一直線X’X的軸線之間限定了角度B。通過(guò)改變角度A和B以及各個(gè)連桿和臂的長(zhǎng)度而改變?cè)摽偝傻膭?dòng)力學(xué)特性，從而獲得活塞15沖程的不對(duì)稱(chēng)曲線，并限定活塞位于上死點(diǎn)時(shí)的曲軸旋轉(zhuǎn)角度。汽缸頭11位于活塞、連桿和曲軸集合以上，一方面，汽缸頭11包括排氣口19，由排氣閥20實(shí)現(xiàn)排氣口19的打開(kāi)和關(guān)閉，另一方面，汽缸頭11包括膨脹室2，由噴嘴24A向膨脹室2中供應(yīng)輔助壓縮空氣，膨脹室作用有壓力，見(jiàn)圖11。在旋轉(zhuǎn)中，膨脹室2中的壓縮空氣膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞15返回，直到其到達(dá)下死點(diǎn)，這樣形成作功沖程，排氣閥20在該階段保持關(guān)閉。在實(shí)際下死點(diǎn)，排氣閥20打開(kāi)，活塞15處于上沖程，見(jiàn)圖12，將在前面循環(huán)中已膨脹的一些壓縮空氣通過(guò)排氣管19排出到大氣中。在活塞15的上行程中并在給定瞬時(shí)，例如通過(guò)一半所述沖程，見(jiàn)圖13，排氣閥再次關(guān)閉，活塞會(huì)再壓縮留在汽缸中的剩余氣體，在膨脹室14中產(chǎn)生高壓、高溫(熱物質(zhì))?；钊煌Ｖ乖谌鐖D11的其上死點(diǎn)，就啟動(dòng)噴嘴15從高壓存儲(chǔ)罐23中注入一定量的輔助壓縮空氣并使膨脹室中的壓力升高，從而重復(fù)膨脹循環(huán)，產(chǎn)生動(dòng)力。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在不以任何方式改變本發(fā)明原理的條件下，可選擇排氣關(guān)閉時(shí)間以便得到適合需要的和選擇的參數(shù)，如壓縮結(jié)束時(shí)的最終溫度和壓力，。
圖14顯示根據(jù)本發(fā)明裝備有利用環(huán)境熱能和進(jìn)行加熱的系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有用于利用環(huán)境熱能的裝置，其中在連桿53和工作活塞54總成中通過(guò)存儲(chǔ)在罐23內(nèi)的高壓壓縮空氣作用而膨脹，連桿53和工作活塞54總成直接連接到通過(guò)傳動(dòng)裝置21A與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸18相連的曲軸18C上?；钊?4在封閉汽缸55內(nèi)滑動(dòng)，并限定工作室35，一方面，高壓進(jìn)氣導(dǎo)管37在工作室35內(nèi)開(kāi)口，導(dǎo)管37的打開(kāi)和關(guān)閉由電控閥38控制，另一方面，排氣導(dǎo)管39連接到空氣-空氣熱交換器或放熱器41，空氣-空氣熱交換器或放熱器41通過(guò)導(dǎo)管42與處于實(shí)際恒定使用壓力下的緩沖容積相連。在工作中，當(dāng)工作活塞54處于上死點(diǎn)時(shí)，電控閥38打開(kāi)，接著再次關(guān)閉，從而供入非常高壓力的壓縮空氣，該壓縮空氣會(huì)膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞54返回，直到到達(dá)下死點(diǎn)，并通過(guò)連桿53驅(qū)動(dòng)曲軸18C，通過(guò)傳動(dòng)裝置21A驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸18。在活塞54的上沖程中，電控排氣閥40接著打開(kāi)，使工作室中的壓縮空氣膨脹到使用壓力和非常低的溫度，然后將該壓縮空氣排入(在箭頭F所示方向)空氣-空氣交換器或放熱器41。將空氣加熱到接近環(huán)境溫度，當(dāng)起進(jìn)入緩沖容積43時(shí)，其容積增大，緩沖容積43已經(jīng)利用來(lái)自大氣的少量能量。
在空氣-空氣交換器41和緩沖容積43之間的導(dǎo)管42上還安裝加熱器56，加熱器56包括燃燒器57，在壓縮空氣通過(guò)熱交換線圈58時(shí)，燃燒器57大大提高由空氣-空氣交換器41(在箭頭F方向)產(chǎn)生的壓縮空氣的溫度，因此提高該壓縮空氣的壓力和/或容積。
圖15至18顯示由橫截面視圖看到的根據(jù)本發(fā)明另一方面的發(fā)動(dòng)機(jī)，是根據(jù)本發(fā)明在采用兩種類(lèi)型能源的雙模式原理下工作的變形，這兩種能源是在高速路上采用普通燃料如汽油或煤油(靠空氣-燃料的單模式工作)，或在低速下特別是在市區(qū)和近郊區(qū)向燃燒室加入附加壓縮空氣，在汽缸16中滑動(dòng)的活塞15由壓桿控制，對(duì)其的說(shuō)明和其工作與圖1所示的相同。
位于活塞、連桿和曲軸集合之上的是汽缸頭11，汽缸頭11一方面包括排氣口19和成雙的燃燒室2，由排氣閥20完成排氣口19的打開(kāi)和關(guān)閉，另一方面包括進(jìn)氣口13A，由閥14A控制進(jìn)氣口13A的打開(kāi)和關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在空氣附加輔助壓縮空氣模式時(shí)，不操作進(jìn)氣閥13A，使進(jìn)氣閥13A保持關(guān)閉，因此發(fā)動(dòng)機(jī)如圖11至13所示進(jìn)行工作，超過(guò)一定速度后，例如60km/h，切換到具有空氣-燃料混合物的熱模式，改變控制閥20打開(kāi)和關(guān)閉的循環(huán)，使得在只每隔兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的活塞上沖程中打開(kāi)該閥，同時(shí)還每隔兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在活塞15的下沖程中打開(kāi)進(jìn)氣閥13A，見(jiàn)圖15，進(jìn)氣閥13A打開(kāi)，活塞吸入空氣和由噴嘴24注入的汽油的混合物，接著在活塞15的上沖程中在燃燒室2內(nèi)壓縮該混合物，見(jiàn)圖16，由火花塞3開(kāi)始點(diǎn)燃該混合物，混合物接著在做功沖程中膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞15返回到下死點(diǎn)，見(jiàn)圖17，在下死點(diǎn)排氣閥20打開(kāi)，然后在活塞15的上沖程中通過(guò)排氣管19將混合物排入大氣，見(jiàn)圖18。當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣閥13A打開(kāi)，重新開(kāi)始下一沖程(如圖15)。這樣，靠普通四沖程循環(huán)來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作。
圖19顯示根據(jù)本發(fā)明的雙能源、三模式發(fā)動(dòng)機(jī)總成，在輕載荷其可以靠空氣附加輔助壓縮空氣來(lái)工作，或靠由加熱器加熱的空氣附加輔助壓縮空氣工作，上述兩種模式是在每個(gè)循環(huán)中每旋轉(zhuǎn)一周具有一個(gè)做功沖程，或者還以具有每?jī)蓚€(gè)循環(huán)一個(gè)作功沖程的內(nèi)燃燒熱空氣附加燃料模式工作。在該圖中可能看到所有與一種工作即由壓桿控制活塞在汽缸16中滑動(dòng)相適應(yīng)的部件，對(duì)其的說(shuō)明和其工作與圖1所示的相同。
汽缸頭11位于活塞、連桿和曲軸之上，汽缸頭11一方面包括排氣口19，由排氣閥20完成排氣口19的打開(kāi)和關(guān)閉，另一方面包括進(jìn)氣口13A，由閥14A控制進(jìn)氣口13A的打開(kāi)和關(guān)閉。該發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有利用環(huán)境熱能的裝置，其中在連桿53和工作活塞54總成中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在罐23中的高壓壓縮空氣膨脹做功，該總成直接與通過(guò)傳動(dòng)裝置21A連接發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸18的曲軸18C結(jié)合?；钊?4在封閉汽缸55中滑動(dòng)并確定工作室35，一方面高壓空氣進(jìn)氣口37在工作室35內(nèi)開(kāi)口，由電控閥38控制進(jìn)氣口37的關(guān)閉，另一方面，排氣管39與空氣-空氣熱交換器或放熱器41相連，由導(dǎo)管42將空氣-空氣熱交換器或放熱器41連接處于實(shí)際恒定使用壓力下的緩沖容積43。在工作中，當(dāng)工作活塞54處于上死點(diǎn)時(shí)，電控閥38打開(kāi)接著再關(guān)閉，以便注入非常高壓力的壓縮空氣，該壓縮空氣會(huì)膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞54返回，直到回到下死點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)連桿53驅(qū)動(dòng)曲軸18C并通過(guò)傳動(dòng)裝置21A驅(qū)動(dòng)曲軸18。在活塞的上沖程中，接著打開(kāi)電控排氣閥40，壓縮工作室中壓縮的并已膨脹的具有非常低溫度的壓縮空氣(在箭頭F所示的方向)排入空氣-空氣交換器或放熱器41中。這樣，將該空氣加熱到接近環(huán)境溫度，并在進(jìn)入利用來(lái)自大氣的少量能量的緩沖容積43時(shí)增大容積。
安裝在空氣-空氣交換器41和緩沖容積43之間的導(dǎo)管42A上的加熱器56包括燃燒器57，當(dāng)由空氣-空氣交換器41(在箭頭F方向)產(chǎn)生的壓縮空氣通過(guò)熱交換線圈58時(shí)，該燃燒器57會(huì)顯著提高該壓縮空氣溫度，因此提高該壓縮空氣的壓力和/或容積。
此外，在該汽缸頭11內(nèi)還形成進(jìn)氣口13A，由閥14A控制進(jìn)氣口的打開(kāi)和關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在空氣附加輔助壓縮空氣模式時(shí)，不操作進(jìn)氣閥13A并使其保持關(guān)閉位置，因此發(fā)動(dòng)機(jī)如圖11至13所示進(jìn)行工作，利用環(huán)境熱能的裝置最好工作在該模式。超過(guò)一定速度后，如50km/h，可通過(guò)點(diǎn)燃燃燒器57而使加熱器裝置工作，從而提高性能，同時(shí)由于連續(xù)催化燃燒，因此保持非常低的污染，此后，超過(guò)較高速時(shí)，例如70km/h，輔助壓縮空氣噴嘴24A不再工作，燃燒器57停止燃燒，并轉(zhuǎn)換到采用空氣-燃料混合物的熱(內(nèi)燃燒)模式，改變控制排氣閥20打開(kāi)和關(guān)閉的循環(huán)，使得每隔兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在活塞上沖程打開(kāi)該閥20，而進(jìn)氣閥13A也每隔兩個(gè)循環(huán)在活塞15的下沖程中打開(kāi)，這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以改變循環(huán)，在活塞15的下沖程中，見(jiàn)圖15，進(jìn)氣閥13A打開(kāi)，吸入空氣和汽油的混合物，接著在活塞15的下沖程中壓縮該混合物，見(jiàn)圖16，由火花塞3點(diǎn)燃燃燒室2中的該混合物，接著使其膨脹，在做功沖程驅(qū)動(dòng)活塞15返回，見(jiàn)圖17，直到回到下死點(diǎn)，在下死點(diǎn)，排氣閥20打開(kāi)，在活塞15的上沖程中混合物接著通過(guò)排氣管19排入大氣，見(jiàn)圖18。進(jìn)氣閥接著打開(kāi)，重新開(kāi)始如圖5所示的下一循環(huán)。這樣，靠普通四沖程循環(huán)來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作。
當(dāng)然本發(fā)明決不限于所述和所示的實(shí)施例；本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易根據(jù)本申請(qǐng)做出多種改變，而且決不背離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1．一種發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有吸氣-壓縮室、膨脹-排氣室，所述兩個(gè)室均采用往復(fù)式活塞進(jìn)行工作，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還具有燃燒室，所述三個(gè)室是分離的，其特征在于至少在膨脹-排氣室上設(shè)置一裝置，所述裝置用于控制所述室的活塞沖程，使活塞停止在上死點(diǎn)；并且所述燃燒室成雙的安裝在膨脹-排氣汽缸上部，且其間沒(méi)有氣門(mén)，所述活塞位于上死點(diǎn)時(shí)實(shí)際將燃燒室與膨脹-排氣室分離。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于吸氣-壓縮室的工作循環(huán)相對(duì)于膨脹-排氣室的循環(huán)延遲，使得膨脹-排氣室的活塞先于吸氣-壓縮室的活塞到達(dá)上死點(diǎn)而到達(dá)上死點(diǎn)，并在下述工作中保持在上死點(diǎn)燃燒室和吸閉燃燒室和吸氣-壓縮室之間的傳遞，點(diǎn)燃和燃燒提高壓力的混合物，接著，一旦開(kāi)始下沖程，就通過(guò)壓力升高而進(jìn)行做功。
3．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于用非均勻自點(diǎn)火混合物使發(fā)動(dòng)機(jī)工作，在所述方法中，燃燒室一經(jīng)與吸氣-壓縮室隔離，就啟動(dòng)燃料噴嘴以產(chǎn)生燃燒。
4．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于燃燒室是與膨脹-排氣室成雙的球的一部分。
5．如權(quán)利要求1至4任一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于燃燒和膨脹室中至少一個(gè)室覆蓋有由隔熱材料制成的隔熱套。
6．如權(quán)利要求1至5任一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于在用于吸入和壓縮新鮮氣體的室和成雙的獨(dú)立燃燒室之間設(shè)置所述壓縮的氣體的緩沖容積，該緩沖容積使得可避免由于所述室之間的固定傳遞容積和在對(duì)燃燒室充氣時(shí)氣體的部分膨脹而引起的浪涌效應(yīng)和壓力下降；以及設(shè)置位于緩沖容積和燃燒室之間的連通管和它的控制其開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)。
7．如權(quán)利要求1至6任一所述的在雙能源和雙模式下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，其特征在于當(dāng)處于低速時(shí)，例如在市區(qū)交通中，不再向吸氣-壓縮室供應(yīng)燃料，并且就在來(lái)自吸氣-壓縮室的(無(wú)燃料)壓縮空氣已經(jīng)進(jìn)入燃燒室后，從外部罐向所述燃燒室中注入一定量輔助壓縮空氣，其中所述輔助壓縮空氣是在初始高壓如200 bar和環(huán)境溫度下存儲(chǔ)的，所述一定量輔助壓縮空氣處于環(huán)境溫度，當(dāng)接觸此時(shí)成為膨脹室的燃燒室中的高溫空氣物質(zhì)時(shí)被加熱、膨脹并且壓力上升，從而在膨脹中傳遞原動(dòng)力，并且當(dāng)在高速路上的強(qiáng)動(dòng)力下工作時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的方法向所述發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃料并使其工作。
8．如權(quán)利要求1至6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，是在單能源和單模式空氣附加輔助壓縮空氣工作下使用的，其特征在于省略所有需要向發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)普通燃料的部件，并且在來(lái)自吸氣-壓縮室的(無(wú)燃料)壓縮空氣已經(jīng)進(jìn)入燃燒室中后，所述燃燒室從外部罐吸入一定量輔助壓縮空氣，其中所述輔助壓縮空氣是在初始高壓如200 bar和環(huán)境溫度下存儲(chǔ)的，所述一定量輔助壓縮空氣處于環(huán)境溫度，當(dāng)接觸此時(shí)成為膨脹室的燃燒室中的高溫空氣物質(zhì)時(shí)被加熱、膨脹并且燃燒室中的壓力顯著上升，從而在膨脹中傳遞原動(dòng)力。
9．發(fā)動(dòng)機(jī)的單模式壓縮空氣工作方法，包括借助在汽缸中滑動(dòng)的活塞工作的并裝備有排氣口和成雙的獨(dú)立膨脹室的膨脹-排氣室，其特征在于所述膨脹-排氣室裝備有用于控制活塞沖程使活塞停止在上死點(diǎn)的裝置，其中省略了吸氣-壓縮汽缸，并且在膨脹-排氣室的活塞上沖程時(shí)，在排氣循環(huán)中，排氣口關(guān)閉以將預(yù)先已膨脹的氣體重新在膨脹室中壓縮到高溫和高壓，而活塞靜止在上死點(diǎn)，由存儲(chǔ)罐注入一定量輔助壓縮空氣，因此引起膨脹室中壓力上升，通過(guò)在下沖程驅(qū)動(dòng)活塞返回而進(jìn)行做功。
10．如權(quán)利要求7至9任一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于在吸入膨脹室前，存儲(chǔ)在高壓存儲(chǔ)罐中的壓縮空氣膨脹，隨溫度下降而做功，接著將其送入交換器而與環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)其加熱，這樣通過(guò)利用環(huán)境熱能提高其壓力和/或容積。
11．如權(quán)利要求7至10任一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于在吸入膨脹室前，來(lái)自存儲(chǔ)罐的壓縮空氣直接進(jìn)入加熱器，或通過(guò)空氣一空氣熱交換器進(jìn)入加熱器，所述壓縮空氣在加熱器中可以進(jìn)一步提高其壓力和/或其容積。
12．如權(quán)利要求9所述的在雙能源工作中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥的循環(huán)由在每個(gè)活塞上沖程部分上的發(fā)動(dòng)機(jī)每一次循環(huán)中打開(kāi)，在工作中改變成在每隔兩個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)的活塞上沖程中打開(kāi)，并且所述發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有空氣燃料進(jìn)口，將汽油等與空氣混合物在活塞下沖程中由所述進(jìn)口吸入汽缸，然后在成雙的膨脹室中壓縮，接著所述膨脹室變成燃燒室，根據(jù)普通四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，所述混合物在所述燃燒室中燃燒、接著膨脹、通過(guò)驅(qū)動(dòng)活塞返回來(lái)進(jìn)行作功以及接著排入排氣管。
13．如權(quán)利要求1至11任一所述的在三模式中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)用冷壓縮空氣工作并且無(wú)污染，或用已經(jīng)通過(guò)加熱器中外部燃燒加熱的壓縮空氣工作，其中向所述加熱器供應(yīng)實(shí)際無(wú)污染的普通燃料，或通過(guò)吸入空氣和燃料的內(nèi)部燃燒，將一定量的汽油等與空氣混合物吸入膨脹室，根據(jù)普通四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，所述混合物在所述膨脹室中燃燒、接著膨脹、做功以及排入排氣管內(nèi)，這樣完成三模式工作。
14．如權(quán)利要求13所述的三種模式中的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于上述三工作模式，即，空氣附加輔助壓縮空氣模式、由燃燒器加熱空氣附加輔助壓縮空氣模式和空氣附加燃料模式，可分別使用或組合使用。
15．如權(quán)利要求7至13任一所述的發(fā)動(dòng)機(jī)工作方法，其特征在于通過(guò)由活性炭方法、機(jī)械方法、化學(xué)方法和分子篩選擇中所選擇的一級(jí)或多級(jí)過(guò)濾，對(duì)由發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣過(guò)濾和凈化，從而獲得低污染發(fā)動(dòng)機(jī)。
16．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1或2所述的方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于包括與膨脹室(4)成雙的燃燒室(2)，所述膨脹室(4)包括活塞(15)，所述活塞(15)由用于控制活塞沖程的裝置控制，所述裝置使活塞在上死點(diǎn)停止一段角度旋轉(zhuǎn)時(shí)間，該旋轉(zhuǎn)角度可以是150°，所述裝置包括壓桿(17、17A、17B、17C)，所述壓桿由連桿(17D)控制，連桿(17D)連接到繞其軸(18B)旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(18)的肘節(jié)(18A)上，并通過(guò)壓縮曲軸(12)和連桿(11)驅(qū)動(dòng)吸氣-壓縮活塞(9)，所述吸氣-壓縮活塞(9)位于通過(guò)導(dǎo)管(5)與燃燒室(2)相連的壓縮室(1)內(nèi)，所述導(dǎo)管(5)的打開(kāi)和關(guān)閉由密封氣門(mén)(6)控制；以及其特征在于由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(18)通過(guò)機(jī)械鏈(21)驅(qū)動(dòng)吸氣-壓縮室的曲軸(12)，并對(duì)循環(huán)中的延遲計(jì)時(shí)，使得膨脹-排氣活塞(15)到達(dá)并保持在上死點(diǎn)，同時(shí)氣門(mén)(6)打開(kāi)，向燃燒室充入由到達(dá)上死點(diǎn)的壓縮活塞(9)壓縮的混合物，氣門(mén)(6)關(guān)閉，火花塞(3)進(jìn)行點(diǎn)火，燃燒開(kāi)始，使室(2)中的壓力升高，驅(qū)動(dòng)膨脹活塞(15)返回，進(jìn)行做功即所謂做功沖程。
17．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求3所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于包括與膨脹室(4)成雙的燃燒室(2)，所述膨脹室(4)包括由控制活塞沖程的裝置控制的活塞(15)，使活塞在上死點(diǎn)停止很長(zhǎng)一段角度旋轉(zhuǎn)時(shí)間，所述控制裝置包括壓桿(17、17A、17B、17C)，所述壓桿由連桿(17D)控制，連桿(17D)連接到繞其軸(18B)旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(18)的肘節(jié)(18A)上，并通過(guò)壓縮曲軸(12)和連桿(11)驅(qū)動(dòng)吸氣-壓縮活塞(9)，所述吸氣-壓縮活塞(9)位于通過(guò)導(dǎo)管(5)與燃燒室(2)相連的壓縮室(1)內(nèi)，所述導(dǎo)管(5)的打開(kāi)和關(guān)閉由密封氣門(mén)(6)控制；以及其特征在于緩沖容積(22)設(shè)置在壓縮機(jī)內(nèi)，所述壓縮機(jī)通過(guò)導(dǎo)管(23)連接所述容積，節(jié)流閥(25)插在所述緩沖容積和包括燃料噴嘴(24)的導(dǎo)管之間，活塞(15)一到達(dá)上死點(diǎn)同時(shí)靜止在該位置，氣門(mén)(6)就打開(kāi)并啟動(dòng)燃料噴嘴(24)向室(2)中注入一定量壓縮混合物，接著氣門(mén)再次關(guān)閉，并由火花塞(3)開(kāi)始點(diǎn)火以進(jìn)行燃燒，使室(2)中的壓力升高，驅(qū)動(dòng)膨脹活塞(15)返回，進(jìn)行做功即所謂的做功沖程。
18.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于燃燒室(2)裝有由高壓存儲(chǔ)罐(23)供應(yīng)空氣的輔助壓縮空氣噴嘴(24A)，在低動(dòng)力工作中，噴嘴(24A)注入一定量輔助壓縮空氣，同時(shí)不啟動(dòng)燃料噴嘴(24)，使室(2)中的壓力升高，在活塞下沖程中通過(guò)膨脹進(jìn)行做功。
19．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求9所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于燃燒室(2)與膨脹室(4)成雙，所述膨脹室(4)包括由控制活塞沖程的裝置控制的活塞(15)，所述裝置使活塞在上死點(diǎn)停止很長(zhǎng)一段角度旋轉(zhuǎn)時(shí)間，所述控制裝置包括壓桿(17、17A、17B、17C)，所述壓桿由連桿(17D)控制，連桿(17D)連接到繞其軸(18B)旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(18)的肘節(jié)(18A)上，由噴嘴(24A)從高壓罐(23)向所述燃燒室供應(yīng)輔助壓縮空氣，在活塞的實(shí)際下死點(diǎn)打開(kāi)關(guān)閉排氣管(19)的排氣閥(20)，在所述活塞(15)上沖程再次關(guān)閉排氣閥(20)，從而在膨脹室中再壓縮剩余氣體，產(chǎn)生熱壓縮空氣物質(zhì)，活塞一停止在上死點(diǎn)，就注入新鮮的一定量輔助壓縮空氣，使所述室中壓力升高，在正好從活塞(15)下沖程開(kāi)始的膨脹中進(jìn)行做功。
20．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求10至14所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于活塞(54)位于存儲(chǔ)罐(23)和輔助壓縮空氣噴嘴(24A)之間，所述活塞(54)直接與驅(qū)動(dòng)軸(18)結(jié)合并在形成工作室(35)的封閉汽缸(55)中滑動(dòng)，一方面，高壓空氣進(jìn)氣管(37)在所述工作室(35)內(nèi)開(kāi)口，所述進(jìn)氣管(37)的打開(kāi)和關(guān)閉由電控閥(38)控制，另一方面，排氣管(39)在所述工作室(35)內(nèi)開(kāi)口，所述排氣管(39)連接到空氣-空氣熱交換器或放熱器(41)，空氣-空氣熱交換器或放熱器(41)通過(guò)導(dǎo)管(42)連接處于實(shí)際恒定使用壓力的緩沖容積(43)，并且非常高壓力壓縮空氣進(jìn)行膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞返回，通過(guò)降低溫度進(jìn)行做功，接著將其排入(F)空氣-空氣交換器(41)以加熱和提高壓力和/或容積。
21．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求10至14所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于加熱器(56)位于高壓存儲(chǔ)罐(23)和輔助壓縮空氣噴嘴(24A)之間，加熱器(56)包括燃燒器(57)，當(dāng)產(chǎn)生(F)于高壓罐(23)的壓縮空氣通過(guò)交換線圈(58)時(shí)，所述燃燒器(57)提高壓縮空氣溫度并因此提高壓縮空氣壓力和/或容積。
22．如權(quán)利要求21所述的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于來(lái)自高壓罐(23)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)根據(jù)權(quán)利要求20的空氣-空氣交換器。
23．實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求13或14所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于用于控制活塞沖程的、使活塞在上死點(diǎn)停止很長(zhǎng)一段角度旋轉(zhuǎn)時(shí)間的裝置包括壓桿(17、17A、17B、17C)，所述壓桿由連桿(17D)控制，連桿(17D)連接到繞其軸(18B)旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(18)的肘節(jié)(18A)上，壓桿17在由汽缸頭(11)蓋住的汽缸(16)內(nèi)滑動(dòng)，汽缸頭(11)包括成雙的燃燒室(2)，一方面，進(jìn)氣管在燃燒室(2)內(nèi)開(kāi)口，進(jìn)氣管包括燃料噴嘴(24)，進(jìn)氣管的打開(kāi)和關(guān)閉由閥(14A)控制，另一方面，排氣管(19)在燃燒室(2)內(nèi)開(kāi)口，排氣管(19)的打開(kāi)和關(guān)閉由閥(20)控制，閥(20)會(huì)根據(jù)工作模式在每隔兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的活塞上沖程中或在每個(gè)循環(huán)的活塞上沖程部分中打開(kāi)，汽缸頭(11)包括火花塞(3)和由高壓壓縮空氣存儲(chǔ)罐(23)供應(yīng)壓縮空氣的輔助壓縮空氣噴嘴(24A)，該總成使發(fā)動(dòng)機(jī)在兩種模式工作，對(duì)于低動(dòng)力可供應(yīng)輔助壓縮空氣，對(duì)于高動(dòng)力可供應(yīng)采用普通燃料的汽油和空氣混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有通過(guò)往復(fù)式活塞工作的吸氣—壓縮室(1)和/或膨脹—排氣室(4)和具有獨(dú)立的、成雙的壓縮室的發(fā)動(dòng)機(jī)方法,三個(gè)室是由控制沖程的裝置分離開(kāi),該裝置使活塞在上死點(diǎn)停止很長(zhǎng)一段發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)間,在該位置的活塞將燃燒室和膨脹－排氣室分開(kāi),還包括高壓壓縮空氣室(23)和利用環(huán)境熱能和補(bǔ)充加熱的附加系統(tǒng),能在單能源空氣附加輔助壓縮空氣中或在雙能源中工作,或采用內(nèi)燃燒或外燃燒中的普通燃料,或通過(guò)注入一定量壓縮空氣,由此根據(jù)使用類(lèi)型產(chǎn)生三種工作模式。本發(fā)明對(duì)所有類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)方法適用。
文檔編號(hào)F01B17/02GK1303465SQ9980680
公開(kāi)日2001年7月11日 申請(qǐng)日期1999年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月3日
發(fā)明者居伊·內(nèi)格爾 申請(qǐng)人:居伊·內(nèi)格爾