高效率內部爆燃發動機的製作方法

2023-05-18 00:00:46

專利名稱：高效率內部爆燃發動機的製作方法
技術領域：
本發明的領域總體上涉及往復活塞發動機，即內部燃燒發動機，並且更具體地 涉及往復活塞內部爆燃發動機。
背景技術：
大多數傳統內部燃燒(「IC」 )發動機遭受固有的兩分，這是由於該發動機構 造成用於在活塞和曲軸處於上死點(「TDC」)位置的情況下的空氣/燃料混合物的常 規點火。雖然這個位置導致燃燒的最佳條件，但對於活塞和曲軸的力學，它是燃燒的最 差條件。例如，在烴燃燒的物理學或化學方面，在TDC處的點火似乎最有意義，這是由 於這是能夠實現空氣/燃料混合物的最高壓縮的曲軸槓桿臂的旋轉位置和活塞的線性位 置。對於給定量的燃料，已經發現用於易爆的空氣/燃料混合物的點火和後續燃燒的這 個看起來最佳的旋轉位置產生計算量的能量。對於許多常規IC發動機，雖然TDC由於壓縮比率處於它們的峰值而對於燃燒效 率來說是最佳旋轉位置，但它也是機械上最低效率的旋轉位置，這是因為曲柄和連杆在 TDC處瞬間豎直對齊，從而基本上「鎖定」連杆機構，其中在那個位置處僅可實現小量 扭矩。這種狀態持續，直到曲軸已經有機會旋轉過TDC到達具有較大力矩臂的角位置。 因此，在燃燒時產生的勢(或可用的)能的重要部分不能被用作機械功，並且相反地被發 動機的冷卻系統吸收或不必要地浪費且作為熱排氣排出。由於太多的能量和動力通過未 回收的熱而失去，所以眾所周知地，除了在窄的RPM帶寬度中，在TDC處或TDC附近 點火的IC發動機的當前四衝程功能的應用獲得大量不可用的扭矩。

發明內容
根據現有技術中固有的問題和缺陷，本發明通過提供例如活塞動力內部爆燃 (「正」)發動機而尋求克服這些問題和缺陷，該IE發動機用來通過旋轉的曲軸提供動 力輸出。該IE發動機包括發動機本體，該發動機本體具有形成在其中的多個動力氣缸， 該多個動力氣缸用來接收多個工作活塞，該多個工作活塞可以與相應的曲軸一起操作， 該曲軸被支撐在軸承裝置內並且各具有在發動機本體的外部延伸的輸出端部，該輸出端 部可以與相應多個偏移動力曲柄一起操作。該IE發動機還包括以可操作的方式聯結到 動力曲柄的連杆，該連杆構造成從工作活塞傳遞動力以旋轉曲軸；和工作活塞，該工作 活塞被接收到多個動力氣缸中並且以可操作的方式聯結到動力曲柄。每個工作活塞具有 頭端部，該頭端部布置成鄰近氣缸蓋以形成壓縮室，並且每個工作活塞構造成從位於壓 縮室內的壓縮體積的空氣/燃料混合物的爆燃接收動力，並且將接收到的動力傳遞到連
3桿。該IE發動機還構造成使得從壓縮衝程的TDC位置之前至少20度的旋轉曲軸的角位 置到做功衝程的TDC位置之後至少20度的角位置並且在引爆或點火之前，空氣/燃料混 合物的壓縮體積大致恆定，並且維持峰值壓縮比率。如在這裡體現的且概括描述的，本發明的實施例也在於一種活塞動力內部爆燃 發動機，該內部爆燃發動機用來通過旋轉的曲軸提供動力輸出。該IE發動機包括發動 機本體，該發動機本體具有形成在其中的多個動力氣缸，該多個動力氣缸用來接收多個 工作活塞；用來支撐曲軸的軸承裝置；和支撐在軸承裝置內的曲軸，該曲軸具有在發動 機本體的外部延伸的輸出端部和多個偏移動力曲柄。該IE發動機還可包括以可操作的 方式聯結到動力曲柄的連杆，該連杆構造成從工作活塞傳遞動力以旋轉曲軸；和工作活 塞，該工作活塞被接收到多個動力氣缸中並且以可操作的方式聯結到動力曲柄。每個工 作活塞具有頭端部，該頭端部布置成鄰近氣缸蓋以形成壓縮室，並且每個工作活塞構造 成從位於壓縮室內的壓縮體積的空氣/燃料混合物的爆燃接收動力，並且將接收到的動 力傳遞到連杆。該IE發動機還可構造成使得每個動力氣缸具有壓縮儲存器或壓縮室，在 工作活塞處於線性行程的最上位置的情況下，該壓縮儲存器或壓縮室由氣缸蓋和工作活 塞的頭端部之間的死空間的體積限定，其中，在處於線性行程的最上位置時且貫穿曲軸 的多個角位置，工作活塞的頭端部的線性運動暫停一段時間。換句話說，IE發動機可以 構造成使得在曲軸旋轉過多個預定角位置時使得工作活塞被保持在最上位置(導致峰值 壓縮的位置)中。自然，曲軸的運動不暫停並且連續旋轉過它的各種預期循環或迴轉。另外，並且如在這裡體現的且概括描述的，本發明的實施例也在於一種活塞動 力內部爆燃發動機，該內部爆燃發動機用來通過旋轉的曲軸提供動力輸出，其中IE發動 機包括發動機本體，該發動機本體具有用來支撐曲軸的軸承裝置；和動力氣缸，該動 力氣缸用來接收工作活塞以形成工作氣缸/工作單元，壓縮室在工作活塞的頭端部和動 力氣缸的氣缸蓋之間。該IE發動機還可包括支撐在軸承裝置內的曲軸，該曲軸具有 在發動機本體的外部延伸的輸出端部和多個偏移動力曲柄；以可操作的方式聯結到動力 曲柄的連杆，該連杆構造成從工作活塞傳遞動力以旋轉曲軸；和工作活塞，該工作活塞 被接收到多個動力氣缸中並且以可操作的方式聯結到動力曲柄。工作活塞構造成從位於 壓縮室內的壓縮體積的空氣/燃料混合物的爆燃接收動力並且將接收到的動力傳遞到連 杆。IE發動機還可構造成使得每個工作氣缸/活塞單元包括可以與氣缸蓋一起操作 的浮動活塞氣缸。浮動活塞氣缸可具有打開端部和關閉端部，打開端部與壓縮室流體連 通並且具有與其關聯的密封表面。浮動活塞可以位於浮動活塞氣缸內並且構造成響應於 壓縮室內的壓力在打開端部和關閉端部之間行進，以及從燃燒室動態地分離浮動活塞氣 缸。偏壓裝置可以構造成向著關閉位置將浮動活塞偏壓在密封表面上。IE發動機還可 構造成在工作活塞的頭端部和氣缸蓋之間具有小於浮動活塞氣缸的體積的一定體積的死 空間，使得工作活塞的向上移位引起的壓縮室內的上升的壓力克服該偏壓並且迫使或引 起壓縮體積的空氣/燃料混合物的大部分動態轉移且被接收到浮動活塞氣缸中。由此引 起的壓縮室內的下降的壓力允許壓縮體積的空氣/燃料混合物的這個大部分回到壓縮室 中。有利地，在這個動態轉移發生時，即在該體積的壓縮空氣/燃料進入和離開浮動活 塞氣缸時，壓縮體積和峰值壓縮比率在引爆或點火之前大致維持恆定。另外，由於引起空氣/燃料混合物以所述方式移位，因此發生空氣/燃料混合物的增強的混合。


根據以下詳細描述，本發明的特徵和優點將是顯然的，該詳細描述結合附圖一 起說明本發明的特徵。應當理解，這些附圖僅描繪本發明的代表性實施例並且因此不被 認為限制本發明的範圍。此外，將容易理解，如在這裡概括描述且在附圖中示出的本發 明的部件可以被布置和設計為很多種不同構造。雖然如此，將通過附圖的使用以另外的 特性和細節描述和說明本發明，其中圖1示出根據本發明的代表性實施例的內部爆燃(「IE」 )發動機的下發動機本 體的分解透視圖；圖2示出根據圖1的實施例的上發動機本體的分解透視圖；圖3a_3c —起示出根據圖1的實施例的組裝的發動機本體的前橫剖視圖和側橫剖 視圖；圖4a-4e —起示出根據圖1的實施例的IE發動機的四衝程的順序的一系列剖視 圖；圖5a-5i—起示出根據本發明的另一代表性實施例的IE發動機的壓縮衝程和做功 衝程的順序的一系列剖視圖；圖6是示出根據圖5的實施例在壓縮衝程和做功衝程期間IE發動機的浮動活塞 位移對曲柄角的曲線圖；圖7是示出根據圖5的實施例在壓縮衝程和做功衝程期間IE發動機的體積比率 對曲柄角的曲線圖；圖8是示出根據本發明的各種實施例在做功衝程期間IE發動機的壓縮室內的內 部壓力對曲柄角的曲線圖；圖9是示出根據本發明的各種實施例在做功衝程期間IE發動機的壓縮室內的內 部溫度對曲柄角的曲線圖；圖10是示出在活塞的正弦運動期間IE發動機的扭矩對曲柄角的曲線圖；圖Ila-Ild —起示出根據圖5的實施例的IE發動機的浮動活塞的順序的一系列 剖視圖；圖12a_12d—起示出根據本發明的另一代表性實施例的IE發動機的壓縮衝程和 做功衝程的順序的一系列剖視圖；圖13a_13d —起示出根據本發明的又一代表性實施例的IE發動機的壓縮衝程和 做功衝程的順序的一系列剖視圖；圖14a_14b—起示出根據本發明的另一代表性實施例的具有「CRAM」 [我們需 要提供CRAM的描述性定義。而且，這些應當大寫？]連杆機構的組裝的IE發動機本體 的一系列剖視圖；圖15a-15b —起示出根據圖14的實施例的代表性CRAM連杆機構的透視圖；圖16a_16i —起示出根據圖14的實施例的IE發動機的壓縮衝程和做功衝程的順 序的一系列剖視圖；圖17a_17d—起示出根據本發明的另一代表性實施例的IE發動機的壓縮衝程和做功衝程的順序的一系列剖視圖；圖18a_18f —起示出根據本發明的實施例的另一代表性CRAM連杆機構的透視 圖，和在順序通過IE發動機的壓縮衝程和做功衝程期間的該另一代表性CRAM連杆機構 的剖視圖；圖19a_19f—起示出根據本發明的實施例的又一代表性CRAM連杆機構的透視 圖，和在順序通過IE發動機的壓縮衝程和做功衝程期間的該CRAM連杆機構的剖視圖；圖20a-20f —起示出根據本發明的實施例的另一代表性CRAM連杆機構的透視 圖，和在順序通過IE發動機的壓縮衝程和做功衝程期間的該另一代表性CRAM連杆機構 的剖視圖；圖21a-21f —起示出根據本發明的實施例的又一代表性CRAM連杆機構的透視 圖，和在順序通過IE發動機的壓縮衝程和做功衝程期間的該CRAM連杆機構的剖視圖；圖22a_22c —起示出根據本發明的代表性實施例的閥凸輪的橫剖側視圖；並且圖23a_23c —起示出根據圖22的代表性實施例的閥凸輪和閥組件的橫剖側視圖。
具體實施例方式本發明的以下詳細描述參考附圖，該附圖形成詳細描述的一部分並且在該附圖 中通過圖示的方式示出可以實施本發明的示例性實施例。雖然充分詳細地描述了這些代 表性實施例以使本領域技術人員能夠實施本發明，但應當理解，可以實現其它實施例並 且可以對本發明作出各種改變而不偏離本發明的精神和範圍。同樣，本發明的代表性實 施例的以下更詳細的描述不意圖限制本發明的如其要求保護的範圍，而是僅僅被提供用 於說明的目的，以描述本發明的特徵和特性，並且充分地使本領域技術人員能夠實施本 發明。因此，本發明的範圍只由所附權利要求限定。在代表性實施例中，本發明描述了一種系統和方法，該系統和方法用來延遲燃 燒式反應的開始和到內部爆燃(「IE」)發動機的工作活塞的反應產物的隨後施加，直 到發動機曲柄已經旋轉到更加機械上有利的位置，例如激勵和促進爆燃式反應的一個位 置。內部爆燃式反應每BTU燃料能夠比在上死點(TDC)處開始燃燒的傳統內部燃燒 (「IC」 )發動機產生更多的扭矩和執行更多的功，因此增加動力輸出和發動機的效率。在另一代表性實施例中，本發明包括一種系統和方法，該系統和方法用來通過 一定範圍的曲柄位置將往復活塞發動機的壓縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積壓縮 比率，諸如維持在峰值壓縮比率，並且延遲壓縮空氣/燃料混合物的引爆，直到工作活 塞已經經過上死點位置並且發動機曲柄已經旋轉到更加機械上有利的位置，與在TDC處 燃燒的常規IC發動機相比，該更加機械上有利的位置允許由此引起的爆燃反應產物執行 更多功且產生更多扭矩。在一個方面，用來將空氣/燃料混合物的壓縮體積維持在恆定 體積和希望的壓縮比率的系統和方法能夠包括浮動活塞氣缸和浮動活塞。在另一方面， 該系統和方法能夠包括具有半球形或「半」動力氣缸蓋的「CRAM」連杆機構。在又 一方面，這些系統能夠組合在一起，各如下面更詳細地描述的。在另一代表性實施例中，本發明包括一種系統和方法，該系統和方法用來將引 爆產生的反應產物暫時積聚到浮動活塞氣缸中，並且隨後在曲柄旋轉過一定範圍的機械上有利的位置時將反應產物釋放回到動力氣缸中，這兩者用於減小爆燃反應的峰值壓力 和溫度並且進一步增加做功衝程期間產生的功和扭矩。在一個方面，用來積聚反應產物 的該系統和方法可包括浮動活塞，該浮動活塞可以與浮動活塞氣缸一起運動並且被相對 的氣體充量偏壓。在另一方面，該系統和方法可包括浮動活塞，該浮動活塞可以與浮動 活塞氣缸一起運動並且被機械彈簧偏壓。在另一代表性實施例中，本發明包括一種系統和方法，該系統和方法用來在引 爆之前噴射具有空氣/燃料混合物的水微滴，以進一步增加峰值壓力且減小反應產物的 峰值溫度，以便進一步增加做功衝程期間產生的功和扭矩。在另一代表性實施例中，本發明還包括一種系統和方法，該系統和方法用來修 改壓在閥舉升器上以致動進氣閥和排氣閥的各種閥凸輪的輪廓，並且該輪廓能夠用於延 長閥打開的時間或角窗，以修改閥打開或關閉的速度和時間，並且允許多於一個閥同時 打開。本發明內部爆燃發動機的每一個實施例可提供優於現有的相關往復活塞IC發動 機的顯著優點，在這裡且貫穿以下更詳細的說明描述這些優點的一些。例如，延遲壓縮 空氣/燃料混合物的引爆直到工作活塞已經經過上死點位置並且發動機曲柄已經旋轉到 更加機械上有利的位置(諸如TDC後35度)能夠將動力連杆機構(例如，工作活塞、連 杆和動力曲柄)的阻力減小到空氣/燃料混合物的標準燃燒式反應能夠轉變為爆燃式反 應的程度。與常規IC發動機和它們的普通的燃燒式反應相比，這種快速膨脹且更加徹底 的類型的反應可以在較低溫度下並且以每BTU燃料較少的廢物產物產生較大的動力(例 如，壓力)。與標準IC發動機相比，本發明的爆燃發動機提供的機械上有利的位置還允 許由此引起的反應產物每BTU燃料執行更多功並且產生更多扭矩。如在這裡使用的術語「燃燒」能夠指以下常規過程將氧氣與小的液態烴微滴 或與烴蒸汽混合，然後在膨脹不是立即可能的物理環境中點燃。如在這裡使用的術語「爆燃」能夠指將氧氣與小的液態烴微滴或與烴蒸汽(和 水微滴或蒸汽)混合，並且在促進膨脹且使膨脹可能的物理環境中引爆混合物。如在這裡廣泛使用的術語「內部爆燃發動機」或「IE發動機」能夠指往復活塞 發動機，該往復活塞發動機構造成用於在活塞充分地越過TDC位置的情況下引爆以允許 產物氣體的相對於可容易地運動的工作活塞的快速膨脹，導致在較低溫度下產生較大壓 力的爆燃式快速膨脹反應。在沒有動力連杆機構的TDC機械鎖定和更有利的力矩角的情 況下，活塞頭的相對低的阻力產生從燃燒室內或多或少立即膨脹的機會。從IC反應變換到IE反應背後的原理可以被如下描述。在四衝程往復活塞IC發 動機的向下進氣衝程期間，燃料和空氣通過進氣岐管被供應並且通過氣化或燃料噴射系 統被混合在一起並且在進氣閥打開時通過真空被吸入氣缸。在進氣衝程的結束和壓縮衝 程的開始，工作活塞定位在氣缸中的下死點(此後稱為「BDC」)處。在隨後的向上指 向的壓縮衝程期間，通過工作活塞的上表面和動力氣缸的封閉的頭之間的體積的減小， 空氣/燃料混合物被壓縮。動力氣缸蓋提供稱為「燃燒室」的小的物理或體積區域，並 且在汽油發動機中，當工作活塞處於BDC時，這個室通常是氣缸的排量的大約1/10。在 曲軸沿其正弦路徑旋轉180度時，工作活塞沿其線性路徑向著TDC橫越，在TDC處，空 氣/燃料混合物達到其完全壓縮，諸如近似10個大氣壓或其初始環境壓力量的10倍，在
7該行業中稱為「壓縮比率」的術語。對於高性能汽油發動機和柴油發動機，壓縮比率能 夠較高，而以小於7 1的比率的空氣/燃料混合物當點火時可能不燃燒，或者如果燃燒 發生，由此引起的膨脹壓力當施加到活塞時可能是無效的。在大多數標準IC發動機中，點火發生在工作活塞處於TDC處且空氣/燃料混合 物被完全壓縮的時刻，以便保證混合物的最有效率的「燃燒」。然而，如上所述，即使 在TDC處得到的最小燃燒室體積對化學點火最有利，但在TDC處的活塞和曲柄的角定位 導致用於功的提取的最差的可能機械對齊。這是因為動力連杆機構中的樞轉接點全部豎 直對齊，這產生自然的高阻力或有效的「鎖定」，其中，在沒有動力連杆機構的部件的 故障的情況下，不管燃燒壓力的強度多大，也不能實現運動。如本領域技術人員可以理 解的，在沒有動力連杆機構的運動的情況下不能產生發動機內的有用功，並且因此在能 夠提取燃燒能量之前必須等待曲柄旋轉到更加有利的「力矩角」。標準IC發動機中產生功的過程還可能受到影響，這是因為曲柄沿其正弦路徑運 動到更有利的「力矩角」所需的時間遠遠大於空氣/燃料混合物的燃燒期間產生的有效 壓力尖峰的持續時間。最初可用於功的勢能的估計的70%到75%可能在等待曲柄旋轉 到更有利的力矩角中損失，特別在較低的曲柄旋轉速度下(這在發動機怠速期間是經常 的)。同樣，由於標準或常規IC發動機不能將燃燒中的許多勢能或可用能量轉化為可用 功能量，標準或常規IC發動機是較低效率的。然而，可用功能量流失到熱和廢物，這 使得與較高的、更有效率的百分比的能量被轉換到功的情況相比，IC發動機以較高的溫 度運行且產生較少的輸出動力或扭矩。更具體地，不能膨脹為功，該能量替代地轉換為 過剩熱並且通過發動機的冷卻系統耗散或以高溫排氣的形式排出。另外，不完全燃燒和 過剩熱能夠氧化混合物中的氮以產生一氧化二氮，並且由於烴化學物質被保持在「封閉 的」室中，所以能夠導致過剩一氧化碳的不希望的產生，在該「封閉的」室中，溫度被 保持在超過1200華氏度數毫秒。另外，在TDC處施加在發動機的動力連杆機構上的機械和熱應力和在那裡發生 的機械鎖定能夠很高，並且經過一段時間能夠導致過早的磨損、失效的軸承、彎曲的連 杆和破損的工作活塞等。本領域技術人員將理解，當立即的機械膨脹在點火時刻可能時，烴燃料將與氧 結合併且爆燃或產生更多爆燃式反應，而不是燃燒。與燃燒的受限制的物理條件相比， 在氣態烴或霧化液態烴的引爆或點燃時，能夠產生顯著較大的壓力，同時燃料在快速膨 脹爆燃反應期間更可能完全自消耗。也應當理解，爆燃式化學反應比燃燒式反應在短得 多的時間段上發生。例如，允許在引爆時自由膨脹的氧氣和已蒸發的烴的爆燃混合物可 實現以數微妙，或者在一些情況下以數納秒測量的壓力和溫度尖峰。相比之下，氣化的 烴微滴的點燃可具有以數毫秒測量的「燃燒持續時間」，它可以慢數百到數千倍。這個 比較可稱為「蒸汽爆燃」對「微滴燃燒」。因為在TDC處動力連杆機構中的樞轉點的暫時地且有效地「鎖定的」對齊，所 以標準IC發動機的部件能更容易遭受較快燃燒或爆燃式反應引起的損壞。結果，發動機 製造行業中的熟練技工已經開發出燃燒方案以促進較慢燃燒的空氣/燃料混合物來減小 發動機中的應力水平並增加機械部件的長期可靠性。這通常在標準IC發動機中通過將液 態烴燃料氣化或噴射為微滴而實現，該微滴是完全蒸發的烴蒸汽分子的數千倍大。
與標準IC發動機相比，本發明的IE發動機通過主活塞的TDC位置之後的給定範 圍的曲柄位置維持恆定的壓縮體積/希望的(例如，峰值)壓縮比率，並且延遲壓縮空氣 /燃料混合物的引爆或點火直到工作活塞已經越過頂部的TDC位置並且發動機曲柄和連 杆已經運動到更加機械上有利的位置。動力連杆機構的改進的對齊允許發動機立即響應 爆燃反應能量並將爆燃反應能量轉變為功，因此即使爆燃式反應中產生的初始峰值壓力 和溫度能顯著高於燃燒式反應中將存在的壓力和溫度，也減小施加到機械部件的應力。因此，能夠理解，通過允許燃燒室從如在多個曲柄位置上被維持的高的或甚至 峰值壓縮的空氣/燃料混合物的立即膨脹，本發明可以首先將內部反應從(相對)慢燃的 燃燒轉變到快速膨脹、快燃的爆燃。其次，在引爆時刻IE發動機的動力連杆機構的改善 的對齊能夠立即且有利地將增加的反應能量轉變為有用的機械功以在較低的溫度下產生 較大的動力(例如，壓力)，並且在機械部件上具有減小的應力水平。本發明的一些實施例的另一優點是在引爆壓縮室中的空氣/燃料混合物時反應 產物暫時積聚到浮動活塞氣缸中。反應氣體從壓縮室到浮動活塞氣缸中的這種積聚可具 有多個好處，包括反應能量的暫時存儲和反應能量到工作活塞的延遲釋放、適應壓縮空 氣/燃料混合物的快速膨脹爆燃式反應期間產生的較高壓力的增加的能力，和由於另外 的膨脹而引起的反應的峰值壓力和溫度的減小。如本領域技術人員能理解的，這種積聚 當與上述延遲引爆/恆定的(例如，峰值或希望的)壓縮比率/恆定的空氣/燃料混合物 的量的情況同時應用時，施加到較長力矩臂的增加的壓力還能夠從IE發動機提供更多扭 矩和動力輸出。上述優點的每一個根據下面闡述的詳細描述將是顯然的，並且參考附圖將被最 佳地理解，在所有附圖中，本發明的要素和特徵由附圖標記指示。無論如何，這些優點 不意圖是限制性的。實際上，本領域技術人員將理解，在實施本發明時，可實現除了在 這裡明確列舉的那些優點外的其它優點。參考圖1、2和3a-3c，示出了根據本發明的一個代表性實施例的高效率內部爆 燃(「IE」 )發動機10。圖1中示出IE發動機的發動機本體20的部分分解透視圖，而 圖2中提供發動機頭50的部分分解透視圖。如圖3a-3c中所示，當與主要動力部件，即 曲軸30、連杆44和工作活塞40聚集在一起且設置有輔助發動機部件的主體(host)時， 發動機本體20和發動機頭50可以組裝在一起以形成代表性三氣缸四循環內部爆燃發動機 10。雖然對說明和測試目是有用的，但應當理解，圖1、2和3a-3c中示出的三氣缸四循 環IE發動機構造不被認為以任何方式是限制性的，並且本發明的IE發動機可以成功地與 往復活塞發動機一起使用，該往復活塞發動機具有任何數量的氣缸且包括兩循環或四循 環的變型。現在參考圖1，發動機本體20主要用作一結構，該結構具有用來接收曲軸30的 支承表面22，和用來接收一個或更多個工作活塞40的一個或更多個精密圓柱形隔室24， 該工作活塞40通過連杆44聯結到曲軸。如描繪的，代表性的IE發動機10可包括具有 多個曲拐或動力曲柄32的曲軸30，每個曲柄具有軸頸表面34，該軸頸表面與形成在連杆 44的下端中的杆軸承46聯結。肘銷48能夠形成到連杆的上端中，從而將工作活塞40和 連杆另外連接在一起，同時工作活塞的頂面或頂表面42形成壓縮室60的下邊界。曲軸 30還可包括許多配重36，該配重在與動力曲柄32相對的部位中與曲軸30 —起形成或分
9離地連接到曲軸30，以平衡偏移的曲柄、往復連杆44和工作活塞40的重量。常用的油 盤覆蓋件28能夠藉助液密油密封件連接到發動機下氣缸體20的底部，以在發動機本體內 包含必要的潤滑流體。工作活塞40的頂表面42、動力氣缸隔室24和氣缸蓋54 (見圖3a)分別可用於限 定發生爆燃反應的壓縮室60的底表面、側表面和頂表面。此外，工作活塞40、連杆44 和偏移動力曲柄32可一起形成用於每一個發動機曲拐或氣缸的動力連杆機構18，該動力 連杆機構用於從爆燃反應將能量和動力傳遞到旋轉的曲軸30。本領域技術人員將理解， 可以根據IE發動機的特別實施例修改或改變動力曲柄32、連杆44、工作活塞40和圓柱 形隔室24的一個或更多個，如下面更詳細地描述的。雖然發動機本體20主要用作用來支撐動力部件的殼體，但圖2中示出的發動機 頭50可用作用於數個輔助發動機工作的支撐和包含的結構。這些部件可包括進氣埠 64 和進氣閥62、排氣埠 68和排氣閥66、燃料噴射器72、自由旋轉凸輪軸70、連接到頭 本體52的頂部的頭覆蓋件56，和火花塞58。IE發動機的其它輔助部件(見圖4e)包括 連接到曲軸30的鏈齒滑輪或齒輪滑輪92、連接到凸輪軸70的鏈齒滑輪或齒輪滑輪94， 和鏈條或齒帶96，該鏈條或齒帶96與曲軸和凸輪軸鏈齒滑輪或齒輪滑輪自由嚙合從而以 正確的定時比率驅動凸輪軸和閥氣缸，該定時比率例如對於示出的四循環IE發動機10是 2 I0發動機頭50也可包括對本發明來說獨特的另外部件。如圖2和3a-3c中示出 的，這些部件可包括氣缸蓋內的浮動活塞圓柱形隔室84，該浮動活塞圓柱形隔室設置 成以便產生與布置在發動機本體20中的工作活塞圓柱形隔室24的帶有埠的或公共的交 點；非致動活塞80(此後稱為「浮動活塞」)，該非致動活塞80安裝在頭中的圓柱形隔 室84內並且能夠自由橫穿；硬管88，該硬管提供氣缸體中的工作活塞圓柱形隔室24和 氣缸蓋中的浮動活塞圓柱形隔室84之間的連接；燃料噴射器72，該燃料噴射器安裝在氣 缸蓋的側壁中、鄰近進氣閥62且在進氣閥62附近；安裝在進氣岐管64中的用作水噴射 器76的燃料噴射器；用於每一個浮動活塞80的安裝在頭本體52中的鑄鐵襯裡82 ；用來 將液體燃料供應到燃料噴射器的燃料軌74 (在橫截面中示出)；和用來將水供應到水噴射 器的水軌78。可以預期有助於IE發動機的總體功能的其它各種部件和零件，諸如軸頸、軸 承、銷、襯裡、套管、引導件、環、密封件、支座、襯墊、緊固件和氣化部件和其它組 件等。這些部件中的一些可能在圖中被示出，但為了容易說明和論述而沒有被指出。圖4a_4d是在四循環爆燃發動機的四個衝程的每一個衝程期間代表性IE發動機 的活動部件的普通圖。例如，圖4a描繪在壓縮衝程期間在活塞40在動力汽缸隔室24內 向上線性運動時向下旋轉的動力連杆機構18的配重36。燃料和空氣(以及可能的水)的 混合物在壓縮室60的遞減的體積內被快速壓縮，該壓縮室可以在頂部處被發動機頭50的 固定的氣缸蓋表面54和位於浮動活塞氣缸84的底部處的浮動活塞80界定。預定充量的 壓縮氣體，諸如排氣，可以填充浮動活塞80上方的浮動活塞氣缸84的體積，並且可被充 分地且選擇性地加壓以施加反作用力，該反作用力阻止浮動活塞響應於下方的壓縮室60 中的上升的壓力而運動。圖4b中示出做功衝程，其中活塞響應於壓縮室60內的燃料和空氣的爆燃點火被向下推。爆燃中產生的壓力可以足以克服填充浮動活塞80上方的體積的加壓氣體的 充量，使得浮動活塞可以向上移位到浮動活塞氣缸84中並且壓縮充量氣體直到在浮動活 塞的上方和下方，或者更確切地說在浮動活塞的相對側上起作用的壓力之間達到平衡狀 態，此後浮動活塞可以以與工作活塞或多或少同步的方式向下行進。圖4c描述了在排氣衝程期間的IE發動機的活動部件，其中凸輪軸70的突出部 已經向下旋轉以推開排氣閥66，而工作活塞向上行進以迫使排氣離開排氣埠 /排氣岐 管68。在圖4d中，凸輪軸70可繼續與曲軸30同步旋轉以釋放排氣閥和打開進入閥62， 使得在工作活塞40在動力汽缸隔室24內向下運動以將氣體和液體燃料/水的懸浮微滴吸 入到壓縮室60中時新的充量的燃料和空氣(以及可能的水)可流過進入岐管/進入埠 664。圖5a_5i —起示出一系列順序的剖視圖，其詳細描述上述代表性IE發動機的壓 縮衝程和做功衝程的連續的動作。更具體地，圖5a-5i描述本發明的一個代表性實施例 100，該代表性實施例通過一定範圍的或多個曲柄112位置用來將往復活塞發動機的壓縮 空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和希望的(例如，峰值或略小於峰值)且選擇性的壓 縮比率，並且延遲壓縮空氣/燃料混合物的引爆或點火直到工作活塞120已經越過上死點 位置並且發動機曲柄已經旋轉到更加機械上有利的位置，由於燃燒室的快速膨脹，與現 有相關IC發動機相比，該更加機械上有利的位置允許由此引起的爆燃反應產物執行更多 功並且產生另外的扭矩。IE發動機的實施例100可用於藉助「切換」過程通過一定範圍的曲柄位置將壓 縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和希望的且選擇性的壓縮比率。這通過如下方法 實現如上所述，將IE發動機構造有浮動活塞140和與工作活塞圓柱形隔室104流體連 通的浮動活塞氣缸144，以及消除或顯著減小形成到發動機頭108中的底表面中的燃燒室 的死空間體積。與常規IC發動機相比，這也可能需要曲軸110的曲拐112的重新定位和 對連杆114的調節。如熟悉標準IC發動機的工作的人可理解的，在TDC處，工作活塞停止，不接觸 發動機頭的底表面，留下一個死空間體積(例如，燃燒室)，該死空間體積可能是壓縮室 126的體積的近似1/10。在本發明的IE發動機100中在這個死空間體積被消除或顯著減 小的情況下，當曲軸112達到TDC之前(例如，前面35度)的旋轉位置時，如果燃燒室 仍然存在於發動機頭108中，則引起工作活塞的頂表面122上方的壓縮體積近似相同於 它在TDC處將具有的體積。在工作活塞120在其氣缸104中繼續向著TDC運動且壓縮 室126的體積被連續加壓時，壓縮空氣/燃料混合物被迫移動穿過工作活塞氣缸104和浮 動活塞氣缸144之間的公共埠或孔口 142，並且在浮動活塞140向上縮回且離開壓縮室 126時被積聚或暫時存儲在浮動活塞氣缸中。因此，當工作活塞120達到TDC時，幾乎全部或至少大部分壓縮空氣/燃料混 合物被接收到浮動活塞氣缸144中或轉移到浮動活塞氣缸144，而壓縮比率或壓力改變很 小或沒有改變(例如，維持發生轉移時的壓縮比率)，並且從浮動活塞最初開始移位時開 始大體上沒有體積變化。在浮動活塞被策略性預加壓或偏壓的情況下，通過將空氣/燃 料混合物通到浮動活塞氣缸144，使得這種傳遞或轉移可能，從而引起這種轉移在曲柄的 預定旋轉位置和工作活塞的線性位置處開始發生。
11頁在曲軸110繼續旋轉並且連杆114沿其正弦路徑進一步運動時，工作活塞120開 始離開TDC並且沿氣缸104向下退回，直到曲軸達到越過TDC (例如，越過TDC35度) 的預定點，於是空氣/燃料混合物返回到工作活塞的氣缸並且可開始引爆。注意到，在 這個轉移階段期間，當點火將要發生時，空氣/燃料混合物的體積(雖然是動態的)從 TDC前的指定點通過TDC且直到TDC之後的指定點維持大體上恆定。另外，現在在10個大氣壓力下從一個氣缸到下一個氣缸並且回來的空氣/燃料 混合物的快速轉移運動可以有助於更好「混合」，導致在火花點火時刻烴的更徹底的爆 燃和自消耗。在壓縮衝程的大部分期間，可以引起浮動活塞140維持安置在浮動活塞氣缸144 的底部處，以從浮動活塞氣缸密封壓縮室並且允許空氣/燃料混合物的完全壓縮。為了 實現這個，加壓空氣或排氣可填充浮動活塞上方的浮動活塞氣缸的體積以預加載浮動活 塞氣缸，從而抗衡或平衡通過兩個室之間的公共埠或公共孔口 142從工作活塞氣缸104 接收的壓縮空氣/燃料氣態混合物。在一個方面，可以通過在排氣閥的打開之前在BDC 處放出存在於工作活塞氣缸中的小部分消耗的氣體，並且通過連接管路(例如，硬管連 接88)將加壓氣體轉移到浮動活塞氣缸的頂部或壓縮室而供應一定充量的加壓排氣，如 圖3b中所示。止回閥可以在兩端放置在硬管中以控制進入浮動活塞氣缸的填充壓力，該 填充壓力可等於例如以10 1的壓縮比率的空氣/燃料混合物的壓力。在另一方面，離 線的或獨立的壓力源(例如，源於空氣壓縮機的壓縮空氣)也可用於將填充氣體供應到浮 動活塞氣缸。圖5a_5f用於說明在動力曲柄112和工作活塞120 —起從TDC前的-135度的角 位置旋轉到TDC之後的+35度的角位置時的代表性切換過程。在-135度(圖5a)，工作 活塞處於在動力氣缸104內向上運動並且壓縮在壓縮室126內包含的空氣/燃料混合物的 過程中，並且由於在包含在浮動活塞氣缸144的上部內時加壓填充氣體作用在浮動活塞 的相對側上，浮動活塞140牢固地安置在孔口 142上方。通過燃燒室死空間體積的消除，工作活塞可在TDC位置前的大約-35度處達到 峰值或希望的壓縮比率(例如，10 1)(圖5b)，在這點處，浮動活塞140處於下方的 壓縮空氣/燃料混合物和上方的加壓氣體充量之間的平衡中。在工作活塞在完成壓縮衝 程的同時繼續上升時，浮動活塞向上離開孔口 142，並且壓縮空氣/燃料混合物開始流入 浮動活塞氣缸144。這在圖5c中示出，其中曲柄已經旋轉到TDC前的大約-24度。在 TDC處(圖5d)，大部分混合物已經被接收到浮動活塞氣缸中，同時繼續包括以大體上恆 定的壓縮比率的大體上恆定體積的壓縮空氣/燃料。應當理解，加壓氣體充量可以在浮動活塞140向上運動時略微壓縮，該壓力增 加也將傳遞到下方的壓縮空氣/燃料混合物。然而，因為浮動活塞上方的剩餘體積與浮 動活塞的排量相比可能相當大，所以考慮到空氣/燃料混合物的總壓縮，這種輕微的壓 力增加可認為是可忽略的。另外，在工作活塞在越過TDC之後開始向下運動時，浮動活 塞也開始下降並且將空氣/燃料混合物推回到壓縮室中(圖5e，TDC之後+24度)，放 棄輕微的壓力增加直到當曲柄到達TDC位置之後大約+35時浮動活塞再次安置在孔口 142 上(圖5f)，並且浮動活塞再次與下方的峰值壓縮空氣/燃料混合物和上方的加壓氣體充 量處於平衡。
在切換過程期間的浮動活塞的運動還可描繪為圖6中的曲線150，其中浮動活塞 響應於空氣/燃料混合物進入和離開浮動活塞氣缸的運動而向上行進並且向下回去。在 圖1-5中示出的代表性IE發動機中，工作活塞的衝程可以是從BDC到TDC大約3」。 如果浮動活塞氣缸的體積大體上等於在BDC處的壓縮室的體積但具有較小直徑，則浮動 活塞在切換或轉移過程期間可經歷大約0.5英寸的位移。然而，應當理解，由於浮動活塞 的實際位移可以根據任何特別IE發動機的幾何形狀而廣泛地變化，所以運動的規模僅被 提供用於說明性目的並且不應當認為以任何形式進行限制。體積比率的變化(例如，壓縮室126的體積的改變)可以在圖7中以圖形的方式 示出，其中虛線160代表標準IC發動機氣缸內的體積比率，而實線162-168代表IE發動 機氣缸的各種實施例內可發生的體積比率變化。如可以看到的，對於兩種發動機類型， 在-180度和+180度的位置，體積比率是1 1(或零壓縮)，這兩個位置分別是在壓縮 衝程的開始和在做功衝程的結束的BDC位置。與體積比率遵循簡單的正弦圖案並且在TDC處達到封閉壓縮室126的最大壓縮 (例如，最小體積)的標準IC發動機160不同，圖5a-5f中示出的代表性IE發動機包括 (隨著封閉體積減小)迅速增加直到如預定地並且在開始轉移的點處達到峰值或最大體積 比率的體積比率。在示出的代表性實施例中，這個點處於TDC之前-35度，如線段162 指示的。在TDC之前-35度和TDC之後+35度之間，可引起體積比率保持大體上恆定， 由線段164指示的。然後，引爆可以在TDC之後+35度處進行，此後，根據IE發動機的 構造並且如下面更詳細地描述的，IE發動機的體積比率可遵循代表性的線段166或168。此外，應當理解，圖7中涉及的體積比率說明由工作活塞120的頭端部或頂表面 122、動力氣缸104，氣缸蓋106界定的壓縮室126的實際體積和通過孔口 142與動力氣缸 室104流體連通的浮動活塞140下方的浮動活塞氣缸144的體積的變化。圖7的體積比 率不是指空氣/燃料混合物在它經歷壓縮和引爆時的壓縮比率的變化，該變化可能顯著 大於圖7中示出的變化。也應當理解，雖然從TDC之前-35度到TDC之後+35度的轉移可以被認為一個 有利的構造，但其它轉移範圍和開始/結束角位置也是可能的並且可以被認為落在本發 明的範圍內。例如，可以以更大的加壓在浮動活塞上方提供填充氣體，其可用於延遲從 大約TDC之前-20度到大約TDC之後+20度的轉移的開始和減小該轉移的持續時間。 類似地，也可以以更小的加壓在浮動活塞上方提供填充氣體，其例如可用於加速從大約 TDC之前-60度到大約TDC之後+60度的轉移的開始和延長該轉移的持續時間。這種 改變可影響反應從燃燒式反應到爆燃式反應的過渡，以及引爆或點火之後獲得的峰值壓 力和溫度。此外，在一個代表性實施例中，通過浮動活塞上方的浮動活塞氣缸中的填充 氣體的壓力的主動操縱連同引爆或點火的角定時，可以動態控制開始/結束角位置和轉 移範圍。往回參考圖5f和5g，如上所述，當曲柄的角位置達到希望的機械上有利的位置 (在這個情況下，大約TDC之後+35度)時，空氣/燃料混合物的引爆可以進行。實際 上，在+35度位置處可以實現在最大扭矩條件(例如，超過TDC 90度)下產生的扭矩的 超過50% (見圖8)。通過允許燃燒室126的立即膨脹，特別地，當實現並維持高壓縮比 率時，這種對齊中的動力連杆機構的減小的阻力促進內部反應從(相對地)慢燃的燃燒轉變到快速膨脹的快燃的爆燃。雖然變化大小的載荷可能總是存在於曲柄112上並且與來 自傳動和驅動線路的阻力成比例，但這些載荷與先前的相關IC發動機在TDC處遭遇的 「鎖定的」且不可移動的動力連杆機構情況相比較小。因此，當與在越過TDC大約+35 度的旋轉位置處點燃燃料/空氣混合物的爆燃動力相比時，即使曲柄上的重的載荷也提 供小的阻力，並且允許空氣/燃料混合物的引爆或點火進入爆燃式反應。允許在引爆或點火時自由膨脹的氧氣和蒸發的烴的爆燃混合物能夠以類似量的 燃料充量在短得多的時間段上實現比燃燒式反應顯著較高的壓力和溫度尖峰。這種現象 可以在圖8和9中以圖形的方式示出，其中在標準IC發動機的燃燒室內遇到的氣體壓力 和溫度變化分別用虛線190和192表示，並且在本發明的IE發動機的反應室內遇到的氣 體壓力和溫度變化(在越過TDC+35度或大約+35度處引爆)分別用實線196a和198a表 示。如可以看到的，爆燃反應可以在短的時間段上產生顯著較大的壓力和溫度，並且在 快速膨脹爆燃反應期間燃料混合物可以以最少的副產物更加完全地消耗。已經發現，曲柄的越過TDC+35度的角位置可提供從燃燒式反應到爆燃式反應 的轉變和貫穿做功衝程的剩餘部分用來連續提取功能量的機械槓桿作用之間的更好的平 衡。然而，在曲柄角如越過TDC+20度那樣小的情況下，反應過程的部分變換可能發 生，如浪費的副產物和排氣溫度的減小所表明的。另外，機械槓桿作用可繼續是有利 的，直到越過TDC大約+60度。結果，在IE發動機中用於空氣/燃料混合物的引爆的 有效範圍可從越過TDC大約+20度延伸到越過TDC+60度。即使在TDC處點火的情況下在標準IC發動機內可以產生這種強大的反應，施加 在有效地機械鎖定的且不可移動的動力連杆機構上的由此引起的載荷也可以快速超過各 種部件的材料極限，導致軸承、連杆和工作活塞等的損壞和永久失效。然而，在引爆時 刻(圖5g)IE發動機的動力連杆機構的改進的對齊可以在活塞向下運動(圖5h)時立即且 有利地將爆燃反應能量轉化為有用功，因此即使爆燃式反應中產生的壓力和溫度可能相 當高，也減小施加到機械部件的應力。最後，大部分可用能量被施加到旋轉的曲軸110， 添加的好處是排氣溫度已經減小到標準IC發動機排出的排氣的溫度的一部分(見圖9)。在本發明的另一代表性實施例中，通過將水噴射包括到爆燃中以增加峰值壓力 和減小峰值溫度，可以增加IE發動機的動力輸出。這可以通過以下方法實現使用水噴 射器76(見圖3c)來將小的水微滴提供到進氣岐管64中，該小的水微滴可以與燃料噴射 器74提供的燃料的較小微滴或蒸汽立即混合。在進氣閥62開始打開時(見圖4d)，水 微滴和空氣/燃料混合物可以通過下降的工作活塞產生的真空被一起吸入到氣缸中，並 且當起動引爆或點火時，水微滴可以與空氣/燃料混合物一起通過以下壓縮衝程(包括切 換)被壓縮直到曲柄角達到TDC之後的點(諸如TDC之後大約+35度)。在引爆時刻，爆燃的蒸發的燃料/空氣混合物產生的高溫氣體可以反應並且由 水微滴冷卻，而水微滴又迅速變為高壓蒸汽。應當理解，與燃燒的烴燃料混合物的膨脹 (例如，800 1)相比，高壓蒸汽可以膨脹高的比率(例如，1600 1)。因此，在近似 300華氏度下的強力膨脹的蒸汽可增加可用動力，而同時冷卻爆燃燃料產生的高溫尖峰。通常被接受的是，當在典型IC發動機室中點火發生時產生膨脹氣體的波前。在 本發明IE發動機中，在爆燃式反應期間也可產生可比較的波前，該波前可以在其中活塞 可以立即響應的氣缸中成比例地較快地行進。因此，即使在沒有水噴射和蒸汽的構造或實施例中，800 1的膨脹的烴空氣燃料混合物能夠以比僅通過燃燒可實現的速度大的速 度沿波前行進。此外，在存在水微滴的情況下通過引爆或點燃空氣/燃料混合物產生的 波前可以與另外的高速膨脹蒸汽組合以在工作活塞上施加另外的力。圖8和9中以圖形的方式示出IE發動機的燃燒室或反應室內的水噴射的影響， 其中具有水噴射的氣體壓力表示為圖8中的實線196b，並且具有水噴射的氣體溫度由圖 9中的實線198b表示。如可以看到的，在水噴射併入爆燃式反應中的情況下，動力輸出 (例如，壓力)可以增加，並且同時減小峰值溫度。作為添加的好處，通過減小高溫下的 氣態混合物的持續時間，水噴射也可以顯著地減小或消除一氧化二氮和一氧化碳廢物副 產物的形成。在圖5a_5i中示出的IE發動機的代表性實施例中，在引爆時沒有TDC機械鎖 定和更有利的力矩角的情況下，曲軸110上的相對低的阻力產生或多或少立即膨脹的機 會。在膨脹期間的由於在點火之後曲軸上的較高載荷引起的任何過多殘餘物理阻力隨後 被引到浮動活塞140並且可通過浮動活塞140轉化為勢能。換句話說，壓縮室126內的 壓力的快速增加將同時作用在工作活塞120和浮動活塞140上以使得它們彼此離開。在 膨脹期間，工作活塞120在其越過TDC的更有利的位置根據載荷在其可以時將功傳遞到 曲軸110，並且浮動活塞140將吸收膨脹的餘量，而同時壓縮浮動活塞氣缸144的上部中 俘獲的氣體充量。加壓浮動活塞上方的填充氣體的過程稱為積聚，並且在圖5g中示出。 然後，在浮動活塞室上方的填充氣體的壓縮體積膨脹時，這種積聚的壓力可用於產生通 過動力氣缸104和工作活塞120殘餘地回到曲軸110的機械功，同時在壓縮室126內包含 的反應產物的體積上維持高的壓頭。在引爆和積聚之後，曲軸繼續向著BDC旋轉，同時工作活塞向下運動，弓丨起工 作活塞120和浮動活塞140之間的體積隨著對應的壓力減少而增加。同時，浮動活塞上 方的填充氣體的高壓體積尋求與下方的遞減的壓力平衡，迫使浮動活塞也向下跟隨。曲 軸110的偏移的曲柄112繼續沿其正弦路徑旋轉通過越過TDC+90度(圖5h)，其中傳動 和驅動線路提供的阻力可以被曲柄的力矩角最小化。這導致由仍然高度加壓的氣體施加 到工作活塞120的功優點的增加，在TDC位置之後很遠，在填充氣體中的加壓期間先前 存儲為壓力的勢能在它往回傳遞通過浮動活塞並且傳遞到正在下降的工作活塞上時被轉 化回功能量。在兩個活塞都向下運動時(圖5i)，兩個氣缸之間的壓力繼續減小。由於貫穿 曲軸的旋轉通過工作活塞提取能量導致的壓力和溫度減小的時期之後，到工作活塞達到 BDC時溫度可減小到接近環境情況，在這點上，排氣閥打開以將剩餘的排氣壓力排放到 開放的大氣。積聚可以由圖6中的線段152以圖形的方式描繪，該線段示出浮動活塞在引爆時 向著浮動活塞氣缸的頂部的立即位移，其中填充氣體的體積被壓縮成薄層。由於填充氣 體的壓縮體積膨脹以在壓縮室126內包含的氣體上維持高的壓頭，此後是較慢的向下運 動 154。積聚也可以由圖6中的線段166以圖形的方式被描繪，該線段示出在添加浮動活 塞氣缸144的體積的情況下壓縮室126的體積的立即膨脹。應當理解，如果浮動活塞140 下方的浮動活塞氣缸144的體積大於或相當於工作活塞氣缸104的體積，則體積比率可衝過1 1參考線(線段166a)並且在BDC處逐漸回到1 1。類似地，如果浮動活塞下 方的浮動活塞氣缸的體積小於工作活塞氣缸的體積，則在浮動活塞氣缸的體積添加到壓 縮體積126時，體積比率將出現部分跳躍(線段166b)，該體積比率然後在BDC處逐漸 向上移向1 1。圖Ila-Ild示出一系列剖視圖，其詳細描述浮動活塞在積聚之後在向下豎直橫穿 時的功能性，並且展示一種用來在燃燒室附近在做功衝程的結束時提供減速的方法。在做功衝程期間，在引爆或點火時，浮動活塞從其底位置線性橫穿到其行進極 限的頂部附近，並且隨後返回以密封在孔口 142上。圖Ila示出在引爆之後在浮動活塞 室144的頂部附近的浮動活塞的位置，而圖lib示出在向著底位置的途中向下線性橫穿 的浮動活塞。圖Ilc示出在底位置的數毫米內，並且開始浮動活塞上的臺階表面146和 鑄鐵襯裡148上的臺階表面之間的接合(它可稱為「軟著陸」特徵)的浮動活塞。由於 兩個臺階之間的初始接合併且當浮動活塞向著底位置完成其行進時，可以形成小的環形 空氣穴149，同時在該小的穴中俘獲的空氣被壓縮以提供與浮動活塞的行進方向相反的阻 力。由小的軟著陸空氣穴149中的壓力增加引起的阻力產生對抗浮動活塞的力，衰減慣 性且克服浮動活塞的向下速度的重量和動量。圖Ild示出在減速之後在底位置中的靜止 的浮動活塞。圖12a_12d—起示出上述IE發動機的一種變型的操作，其中加壓氣體浮動活塞 由具有壓縮彈簧176的截頂彈簧加載活塞170代替。壓縮彈簧可以延伸浮動活塞氣缸144 的長度，並且可預加載以將彈簧加載活塞170安置在孔口內，在壓縮衝程的早期部分期 間，分離工作活塞氣缸104與浮動活塞氣缸，直到並且包括TDC之前-35度的曲柄位置 (圖12a)。彈簧加載的活塞178的外表面(圖12d)可以成臺階狀以提供密封表面，該密 封表面密封在鑄鐵襯裡的臺階狀內表面上。類似於上述氣體充填的浮動活塞，彈簧加載的活塞可以移位以在曲柄從TDC之 前-35度通過TDC (圖12b)並且運動到TDC之後+35度(圖12c)時允許空氣/燃料混 合物進入浮動活塞氣缸中和離開浮動活塞氣缸的切換，以跨越壓縮衝程和做功衝程的上 範圍維持恆定的壓縮比率。提供阻力並且放置在彈簧加載的活塞170的相對側上的壓縮 彈簧176可以製造成起反作用並且提供包含10 1壓縮比率的氣體的壓力所必要的力。響應於在TDC之後大約+35度的引爆，彈簧加載的活塞也可向著浮動活塞氣缸 的頂部向上移位以吸收或積聚壓縮彈簧176內的過多勢能，隨後，在做功衝程的剩餘期 間，在曲柄112繼續向下旋轉時，該能量可以釋放到工作活塞120 (圖12d)。使用彈簧的 關鍵特徵允許氣缸中的壓縮空氣的消除，雖然提到，但壓縮空氣仍然可以由圖3b中示出 的硬管連接供應以增加總體效率。圖13a_13d—起示出上述IE發動機的另一變型的操作，其中加壓氣體浮動活塞 由被壓縮彈簧186分開的兩個截頂彈簧加載活塞180、182代替。壓縮彈簧可以延伸浮動 活塞氣缸144的長度，並且可以預加載以將下彈簧加載活塞180安置在孔口 142內並且將 上彈簧加載活塞182安置在浮動活塞氣缸的頂部上。下彈簧加載活塞180可具有臺階狀的 外表面188(圖13c)以提供密封表面，該密封表面密封在鑄鐵襯裡的臺階狀的內表面上， 並且在壓縮衝程的早期部分期間，可用於從浮動活塞氣缸144密封工作活塞氣缸104，直 到並且包括TDC之前-35度的曲柄位置(圖13a)。
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類似於上述氣體充填的浮動活塞，下彈簧加載的活塞180可以移位以在曲柄從 TDC之前-35度通過TDC (圖13b)並且運動到TDC之後+35度(圖13c)時允許空氣/ 燃料混合物進入浮動活塞氣缸中和離開浮動活塞氣缸的切換，以跨越壓縮衝程和做功衝 程的上範圍維持恆定的壓縮比率。提供阻力並且放置在彈簧加載的活塞180的相對側上 的壓縮彈簧186可以製造成起反作用並且提供包含10 1壓縮比率的氣體的壓力所必要 的力。然而，響應於在TDC之後大約+35度的引爆，截頂彈簧加載活塞180的行進可 以僅僅足夠長以在接觸上彈簧加載活塞182之前壓縮浮動活塞壓縮室內的小體積空氣(圖 13d)。在這種條件下，僅可存儲有限的能量積聚，並且可能損失一些效率。所期望的 是，引爆之後的膨脹產生的功能量的主要部分將直接作用在曲軸上。圖14a和14b中示出的是本發明的另一代表性實施例200，該實施例用來通過一 定範圍的曲柄位置將往復活塞發動機的壓縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和給定 的壓縮比率，諸如峰值壓縮比率，並且延遲壓縮空氣/燃料混合物的引爆直到工作活塞 已經經過上死點位置並且發動機曲柄已經旋轉到更加機械上有利的位置，該更加機械上 有利的位置允許由此引起的爆燃反應產物執行更多功且產生另外的扭矩。代替使用浮動活塞和浮動活塞氣缸來執行「切換」過程，IE發動機的實施 例200可替代地使用獨特的動力連杆機構208(此後稱為「CRAM動力連杆機構」或
「CRAM」)，以通過一定範圍的曲柄位置將壓縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和 峰值壓縮比率(CRAM是術語「曲柄凸輪(CRank cAM)，，的縮寫)。CRAM也可為標準 IC發動機帶來數個主要變化，包括動力曲柄212、連杆216和動力氣缸206的頭端部230 的修改。並且雖然不用於將壓縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和峰值壓縮比率， 但CRAM實施例200仍然可包括浮動活塞240和浮動活塞氣缸244以在引爆已經發生之 後提供積聚。圖14a和14b是剖視圖，該剖視圖一起示出發動機本體202和發動機頭204組裝 在一起以形成本發明的IE發動機的代表性實施例200。IE發動機200中的每一個動力氣 缸可包括曲軸210、凸輪軸212、連杆216、工作活塞220、蓋腔232和浮動活塞240/浮 動活塞氣缸344積聚器。蓋腔232可以是形成在動力氣缸的氣缸蓋端部230中的凹陷， 當工作活塞220處於TDC位置時，該凹陷提供工作活塞的頂表面222和發動機頭206之 間的死空間體積，並且該蓋腔232可以用作用於壓縮燃料/空氣混合物的儲存器。也示 出的是進氣閥和/或排氣閥236，該閥可以在適當的時間通過閥凸輪238的旋轉而突出 到蓋腔232中，以打開進氣埠和/或排氣埠 234並允許氣體流入和流出壓縮室226。 閥可以自由打開，但它們的行程被限制到蓋腔的界限內。如下面更詳細地描述的，蓋腔 232可以是帶有平坦上表面的圓柱形的，或者可以在周邊周圍被圓整以形成通常稱為「半 球」的半球形體積。對於IE發動機的實施例200，由於形成為CRAM曲柄或曲拐212的軸頸表面或 「突出部」的凸輪表面214和形成為CRAM連杆216的配合支承孔的從動表面218，在所
有的一定範圍的曲軸角位置可以維持空氣/燃料混合物的恆定體積和峰值壓縮比率，如 在圖15a和15b中更詳細地示出的(並且為了效果而誇大的)。在動力曲拐212的旋轉中 的預定點，凸輪表面214和從動表面218可以相互作用以改變連杆的自然正弦運動，因此
17改變工作活塞的線性運動。換句話說，即使在曲軸和動力曲拐繼續旋轉時，這種相互作 用也可以產生工作活塞210的線性行程中的靜態停留或暫停。如果凸輪表面和從動表面 被正確地構造，則這種靜態停留可以以TDC為中心，使得工作活塞停止其對於TDC之前 的預定度數的向上線性行進，並且延遲其向下線性運動直到達到TDC之後的預定度數。結果，藉助CRAM動力連杆機構208，當曲軸210達到給定旋轉位置(諸如TDC 之前-35度的位置)時可以停止工作活塞220的線性運動，然後靜態地「保持」工作活 塞，而曲軸向著TDC旋轉運動並且超出到更加角有利地旋轉位置，諸如越過TDC+35度 的位置。在那個位置，引爆或點火可以發生以起動爆燃式反應，如上所述。使用CRAM 連杆機構以將壓縮空氣/燃料混合物維持在恆定的體積和峰值壓縮比率以便延遲氣體的 引爆直到工作活塞已經越過上死點位置的事件的順序在圖16a_16i中被更詳細地示出。如圖16a(TDC之前-135度)中示出的，在壓縮衝程的第一部分期間，曲軸210 的曲拐突出部212的部分徑向表面與連杆216的部分徑向表面同心地操作。在TDC之 前-35度處(圖16b)，曲軸曲拐突出部的凸輪表面214和連杆的從動表面218由於工作 活塞220施加的向下壓力而被迫在一起。這兩個表面開始相互作用並且產生物理條件， 通過該物理條件，工作活塞在動力氣缸206內的其行程中停止並且維持在離開動力氣缸 230的氣缸蓋端部230的恆定距離處。這種間隔可以通過曲軸210的隨後70度徑向旋轉 被維持(圖16c_16e)。當曲軸已經越過TDC並且已經達到越過TDC+35度的徑向旋轉時 (圖16f)，凸輪214和從動表面218完成它們的橢圓形橫穿並且以同心旋轉徑向地繼續， 隨後，在曲軸的動力曲柄或曲拐212處於其最佳力矩角或「力矩臂」效率的55-60%的情 況下(見圖10)，在越過TDC+35度處引爆(圖16g)。如在圖16a到16f中可以看到的，浮動活塞240不從動力氣缸206和浮動活塞氣 缸244之間的孔口上的其密封位置運動直到引爆已經發生之後。這是因為工作活塞的頂 表面222已經停止在形成在動力氣缸的氣缸蓋端部230中的蓋腔232的下邊界處，並且 壓縮室226內包含的整個體積的壓縮空氣/燃料混合物現在被迫進入蓋腔凹陷。可以設 計蓋腔232的尺寸使得其體積是在工作活塞220處於BDC的情況下的壓縮室226的體積 的1/10，使得在曲軸210的曲拐212向TDC之後+35度旋轉時工作活塞停止的整個時 段期間，高的壓縮(例如，10 1)可以實現且維持。通過以10 1的壓縮比率或大約 10 1的壓縮比率被加壓的浮動活塞上方的氣體的充量，浮動活塞可以維持安置直到引 爆之後以維持蓋腔232的完整性。CRAM連杆機構可以與具有圓柱形蓋構造或「半球」蓋構造的蓋腔232組合， 如圖14和16中所示。近年來，在標準IC發動機中開發出通常稱為半球的流行類型的蓋 腔，以通過將氣體的迴響膨脹引向或反射向燃燒室的中心，由此更完全地將力聚向工作 活塞的頂表面222的中心，從而增加燃燒的效率。本發明200也可以以蓋腔232中的半 球形為特徵以進一步重定向和聚焦爆燃反應中產生的能量。CRAM動力連杆機構208處於TDC之後大約+35度的機械上有利的位置並且曲 拐突出部212的部分徑向表面再次與連杆216的部分徑向表面同心地操作的情況下，可以 以與上述實施例100的引爆相同的效果起動空氣/燃料混合物的引爆。此外，浮動活塞 240和浮動活塞氣缸244也可變為起作用的以提供用於做功衝程(圖16g-16i)的剩餘部分 的另外的積聚好處，也如上所述。如果浮動活塞240和浮動活塞氣缸244與CRAM動力連杆機構組合，則壓縮室的體積比率對曲柄角可以再次遵循圖7中示出的線段166。然 而，如果分開地使用CRAM動力連杆機構，並且沒有浮動活塞240/浮動活塞氣缸244使 得在做功衝程期間不包括積聚，則在工作活塞返回BDC時，壓縮室的體積比率對曲柄角 可以改為遵循線段168。根據本發明構建的IE發動機的設計者因此已經設置有各種機構，用來將壓縮空 氣/燃料混合物維持在恆定的體積和壓縮比率直到發動機曲柄已經旋轉到促進爆燃式反 應的更加機械上有利的位置，例如，帶有浮動活塞氣缸的浮動活塞，和CRAM動力連杆 機構。雖然每一個機構可以分開地起作用以促進化學反應從燃燒式反應轉變為爆燃式反 應，但應當理解，兩種機構的組合也是可能的，並且被認為落在本發明的範圍內。圖17a_17d —起示出CRAM IE發動機的變型250的操作，其中加壓氣體浮動活 塞由具有壓縮彈簧256的截頂彈簧加載活塞252代替。類似於圖12a-12b中示出的前面 描述的切換實施例變型，壓縮彈簧可以延伸浮動活塞氣缸244的長度。然而，在這種變 型中，彈簧可以預加載以將彈簧加載活塞252安置在孔口內，貫穿整個壓縮衝程和做功 衝程的早期部分，從浮動活塞氣缸分離工作活塞氣缸206，直到並且包括TDC之後+35度 的曲柄位置(圖17a-17c) ο響應於在TDC之後大約+35度處的引爆，彈簧加載的活塞252隨後可向著浮 動活塞氣缸的頂部向上移位以吸收或積聚壓縮彈簧256內的過多勢能，隨後，在做功衝 程的剩餘部分期間，在曲柄212繼續向下旋轉時，該能量可以釋放回到工作活塞220 (圖 17d)。彈簧的使用允許氣缸中的壓縮空氣的消除，雖然如提到的，但壓縮空氣或消耗的 排氣仍然可以由圖3b中示出的硬管連接供應以增加總體效率。圖18a-18b中示出的是CRAM動力連杆機構的代表性實施例260，其具有形成 在動力曲柄或曲拐112的突出部上的切向/節線凸輪表面。術語「節線」是由於曲軸突 出部262的圓形部分上的截頂形狀264，和形成在連杆216的曲柄轂內的軸承或孔266的 圓形部分上的對應的截頂形狀268。這些截頂表面被布置和配合以分別用作凸輪和凸輪 軌。曲軸突出部上的凸輪表面264可以與曲軸的曲拐的幾何同心性同心且相切，而杆的 曲柄轂端部內的凸輪軌表面268可以與源於在其相反端部處的杆的活塞轂的中心的幾何 同心性同心且相切。在切向/節線CRAM260的操作期間(圖18c_18f)，當曲軸達到TDC之前_35 度時，分別在曲軸和杆內的凸輪表面264和凸輪軌表面268可以開始配合。由於它們的 形狀已經從它們各自的「擺動點」幾何取向，因此活塞220的往復運動可以從正弦狀態 轉變為靜態狀態，直到達到越過TDC+35度的曲軸旋轉。在TDC之前、達到TDC和越 過TDC的這個70度旋轉期間，由於類似於兩個配合齒輪的節線接合的凸輪和凸輪軌所遵 循的精確的「節線」路徑，活塞可以享有不運動的靜態狀態。在從TDC之前-35度到越過TDC+35度的活塞的靜態停留期間，切向/節線 CRAM可提供高程度的效率。在這個點處，活塞可以重新開始通常的往復旋轉模式直到 達到325度(或-35度)。將注意到，當曲柄位置處於+35度時，連杆從其TDC豎直位 置「搖擺」並且已經得到近似11度。如由圖10中提供的扭矩圖示出的，在曲軸的+35 度角位置，大約575ft/lbs扭矩(可能1000ft/lbs扭矩的)可用。然而，可以添加另外的 11度以產生近似46度的較大優勢角，用於(可能的lOOOft/lbs中的)可施加到曲柄的總共710ft/lbs (或71% )的扭矩。圖19a-19b中示出的是CRAM動力連杆機構的另一代表性實施例270，其具有形 成在動力曲拐112的突出部272上的有點「心形的」凸輪表面。術語「心」是由於能夠 產生且實現希望運動的位於連杆軸承276中的凸輪軌從動件279的心形狀。心形CRAM 實施例270使用一種凸輪形狀，該凸輪形狀設計成引起活塞220在曲軸突出部的TDC位 置之前大約30度和曲軸突出部的TDC位置之後靜態停留。一個具有圓形形狀274且另 一個具有諧波形狀275的兩個凸輪部件可以並排套在動力曲拐212的突出部272上。在心形CRAM 270的操作期間(圖19c_19f)，圓形凸輪與從動件中的對應狹槽 278配合併且迫使連杆216在通常曲軸旋轉期間以並排擺動模式運動(類似於標準發動機 中的杆運動)。在這個通常擺動期間，諧波凸輪275旋轉並且也被迫跟隨位於杆軸承276 中的外部心形凸輪軌279並且對活塞的通常往復運動產生希望的靜態停留變化。諧波凸 輪275到心形凸輪軌279的配合維持活塞相對於燃燒室頂部的靜止位置以在點火之前促進 燃料/空氣混合物的希望壓縮。心形CRAM實施例270的工作活塞220在TDC處享有靜態停留，該靜態停留 從-30度繼續到越過TDC+30度，此後活塞重新開始通常的往復旋轉模式直到達到330度 (或-30度)。也將注意到，當曲柄位置處於TDC之後+30度時，杆已經從其TDC豎直 位置來回「搖擺」並且已經得到近似10度。如由圖10中提供的扭矩圖示出的，在曲軸 的+30度角位置，(可能1000ft/lbs中的)大約500ft/lbs的扭矩可用。然而，可以添加 另外的10度，產生近似40度的優勢角，用於(可能的lOOOft/lbs中的)可施加到曲柄的 總共643ft/lbs的扭矩(或64% )。圖20a-20b中示出的是CRAM動力連杆機構的另一代表性實施例280，其具有形 成在動力曲柄或曲拐112的突出部282上的「交叉」凸輪表面。術語「交叉」是由於 單個凸輪軌由兩個圓形突出部代替，並且由於在動力曲拐212的旋轉期間活塞頭經歷修 改的正弦路徑而不是靜態停留，因此不同於上述切向/節線實施例。突出部282可以分成兩個圓形部件，第一個部件284與曲軸的突出部的曲拐的通 常位置同心，並且第二部件285從第一部件偏移13度。連杆216的軸承孔286也可以構 造成具有兩個狹槽，第一個狹槽288垂直於杆的長度取向，並且第二個狹槽289垂直於第 一個狹槽或者與杆的長度成水平。這些狹槽的每一個形成為軸承孔的厚度的一半(1/2)， 並且成比例地對應於曲軸上的突出部部件284、285的每一個的厚度。在交叉CRAM 280的操作期間(圖20c_20f)，第一突出部部件284在曲軸的旋 轉期間驅動杆的來回擺動，而第二突出部部件285在曲軸旋轉期間以類似於「蘇格蘭軛 (Scottish yoke)」機構提供的運動的方式或模式提供活塞的通常往復運動的截斷。由於這 種正弦構造，靜態停留是不可能的，然而，由於第二突出部285的偏心偏移，活塞220自 身不達到TDC直到曲柄212已經越過其旋轉TDC位置之後。因此，可以實現活塞的縮 短時段的「近靜態」運動。當曲柄達到+30旋轉位置時，突出部282離開豎直方向的角度是18度。連杆 的擺動提供用於總共25度的另外7度，或(可能1000ft/lbS中的，見圖10)422ft/lbs的扭 矩。此外，在「近靜態」停留的這種狀態期間，杆的兩個交叉狹槽288、289到兩個固定 曲軸突出部284、285的配合提供工作活塞220相對於到燃燒室頂部的距離的「近靜止」
20位置以在引爆之前促進燃料/空氣混合物的希望壓縮。圖21a-21b中示出的是CRAM動力連杆機構的另一代表性實施例290，由於完全 沒有凸輪軌，並且由於通過圓形突出部292和軸承孔296的連杆到曲軸的永久聯結，該代 表性實施例290被指定為「固定突出部」。然而，與標準動力曲拐不同，在突出部的中 心保持到動力曲拐212的節線的情況下，固定突出部CRAM的突出部292可以沿曲軸旋 轉的方向逆時針偏移近似13度。此外，連杆216可以略微偏移並且成弓形以在工作活塞 220經過TDC時更好地向下誘導力。在固定突出部CRAM 290的操作期間(圖21C-21f)，如標準發動機的情況一樣， 固定CRAM實施例遵循通常正弦路徑。由於這種正弦構造，靜態停留是不可能的，然 而，由於突出部292的偏移，活塞220自身不達到TDC直到曲柄212已經越過其旋轉TDC 位置之後。得到活塞的短時段的「近靜態」運動。當曲柄達到+30旋轉位置時，突出部 離開豎直方向的角度是18度。連杆216的擺動提供用於總共25度的另外7度，或(可 能lOOOft/lbs中的，見圖10)422ft/lbs。在「近靜態」停留的這種狀態期間，連杆216的 圓形孔296到固定曲軸突出部292的配合提供活塞相對於到燃燒室頂部的距離的「近靜 止」位置以在引爆之前促進燃料/空氣混合物的希望壓縮。圖22a_22c和23a_23c中示出的是根據本發明的另一代表性實施例300的IE發動 機的閥凸輪和閥組件的橫剖視側視圖，該另一代表性實施例包括一種系統和方法，用來 修改壓在閥舉升器304上以致動進氣閥和排氣閥302的各種閥凸輪310的輪廓。在圖22a和22b中分別示出標準IC發動機閥凸輪的凸輪/閥組件和擺線突出部 輪廓。如發動機領域的技術人員可理解的，擺線突出部輪廓312是非常尖的，以便盡可 能快地從圓形表面過渡到突出部表面同時在進氣衝程和/排氣衝程的180內完全致動(例 如，打開和關閉)進入閥和/或排氣閥302。這種非常尖的突出部輪廓在旋轉的凸輪和閥 舉升器之間產生高的壓力角並產生強的阻力。已經觀察到，對於圖14a_14b和16a_16i中描繪的IE發動機的CRAM實施例200
的情況，以TDC為中心的工作活塞的線性運動中的靜態停留或暫停也可用於延伸其中可 以致動排氣閥和/或進氣閥302的角持續時間。這是由於工作活塞的線性行程中的靜態 停留也發生在排氣衝程和進氣衝程之間的TDC位置以及壓縮衝程和做功衝程之間的TDC 位置。因此，可以修改閥凸輪310的擺線突出部輪廓312以延伸其中閥打開的角窗口或 改變閥打開或關閉的速度，因此修改閥順序以允許多於一個閥同時打開。修改圖22b的擺線突出部輪廓312的代表性系統是基於正弦曲線的物理性質的 圖22c的諧波突出部輪廓322，並且該諧波突出部輪廓使用具有較低壓力角的圓得多的輪 廓。圖23a-23c中示出諧波突出部輪廓的一個好處，在圖23a_23c中可以觀察到，這種 形狀的突出部322首先在越過水平線13度處接合閥舉升器304(圖22b)，而擺線突出部 310不接合直到越過水平線31度(圖23a)。因此，到諧波突出部312達到擺線突出部的 越過水平線31度的位置時，閥302已經打開並且氣體流入或流出閥埠 306。由CRAM 連杆機構提供的這種閥定時機會可以允許進入和離開IE發動機的壓縮室的氣體的改善的 流率和混合。另外，可以取代諸如彈簧的「較輕負荷」部件，因此減小凸輪軸和相關係 統的應力和磨損。前述詳細描述參考具體的代表性實施例描述了本發明。然而，應當理解，可以
21作出各種修改和改變而不偏離如所附權利要求中闡述的本發明的範圍。詳細描述和附圖 將被認為僅僅是說明性的，而不是限制性的，並且所有這種修改或改變(如果有的話)意 圖落在如在這裡描述且闡述的本發明的範圍內。 更具體地，雖然在這裡已經描述了本發明的說明性示例性實施例，但本發明不 限於這些實施例，而是包括具有如本領域技術人員將基於前述詳細描述理解到的修改、 省略、組合(例如，貫穿各個實施例的方面的)、適應和/或改變的任何和所有實施例。 權利要求中的限制將基於權利要求中使用的語言被廣泛地解釋並且不限於在前述詳細描 述中或在本申請的進行期間描述的例子，該例子將被解釋為非排他的。例如，在本公開 中，術語「優選地」是非排他性的，在這裡，它意圖意指「優選地，但不限於」。任 何方法或過程權利要求中列舉的任何步驟可以以任何次序被執行並且不限於權利要求中 給出的次序。將僅使用裝置加功能的限制或步驟加功能的限制，其中，對於具體的權利 要求限制，所有以下條件存在於那個具體的權利要求限制中a)明確列舉「用於…的裝 置」或「用於…的步驟」；和b)明確列舉對應功能。在這裡的描述中明確列舉支持裝 置加功能的結構、材料或動作。因此，本發明的範圍應當由所附權利要求和它們的法律 等同物單獨確定，而不是由上面給出的描述和例子確定。
權利要求
1.一種活塞動力內部爆燃發動機，用於通過旋轉曲軸提供動力輸出，所述旋轉曲軸 能夠與多個偏移動力曲柄一起操作，所述爆燃發動機包括發動機本體，所述發動機本體具有形成在其中的多個動力氣缸，所述多個動力氣缸 用於容納多個工作活塞；和多個連杆，所述多個連杆以可操作的方式聯結到所述動力曲柄並且構造成從所述工 作活塞傳遞動力以使所述曲軸旋轉，所述多個工作活塞被支撐在所述多個動力氣缸內並 且以可操作的方式聯結到所述動力曲柄；壓縮室，所述壓縮室由鄰近氣缸蓋的所述工作活塞中的每一個工作活塞的頭端部限 定，所述工作活塞構造成從大致位於所述壓縮室內的點燃的壓縮體積的空氣/燃料混合 物的爆燃接收動力並且將接收到的動力傳遞到所述連杆，其中，從壓縮衝程的TDC位置之前至少20度的所述旋轉曲軸的角位置到做功衝程的 TDC位置之後至少20度的角位置並且在引爆之前，空氣/燃料混合物的所述壓縮體積大 致保持恆定，並且維持希望壓縮比率，以便在所述爆燃時促進爆燃的快速膨脹反應。
全文摘要
一種四衝程活塞動力內部爆燃(「IE」)發動機，該內部爆燃發動機用來通過旋轉的曲軸提供動力輸出。該IE發動機包括發動機本體，該發動機本體中形成有用來接收工作活塞的動力氣缸；用來支撐曲軸的軸承裝置；和支撐在軸承裝置內的曲軸，該曲軸具有在發動機本體的外部延伸的輸出端部和多個偏移動力曲柄。該IE發動機還包括連杆，該連杆以可操作的方式聯結到動力曲柄並且構造成從工作活塞傳遞動力以旋轉曲軸；和工作活塞，該工作活塞被接收到動力氣缸中並且以可操作的方式聯結到動力曲柄。每個工作活塞具有頭端部，該頭端部布置成鄰近氣缸蓋以形成壓縮室並且構造成從位於壓縮室內的壓縮體積的空氣/燃料混合物的爆燃接收動力，並且將接收到的動力傳遞到連杆。該IE發動機還構造成使得從壓縮衝程的TDC位置之前至少20度的旋轉曲軸的角位置到做功衝程的TDC位置之後至少20度的角位置並且在引爆之前，空氣/燃料混合物的壓縮體積大體上恆定，並且維持峰值壓縮比率。
文檔編號F16C3/22GK102016264SQ200980114135
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月2日 優先權日2008年2月28日
發明者道格拉斯·K·福爾 申請人:道格拉斯·K·福爾