长动力冲程发动机的制作方法
【专利说明】长动力冲程发动机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年7月6日递交的标题为长动力冲程发动机的序列号61/690, 836的临时专利申请的权益。
[0003]关于联邦政府资助的研宄
[0004]在本发明的开发中不存在联邦政府资助。
[0005]联合研宄协议的当事人名称
[0006]无
【背景技术】
[0007]本发明涉及奥托循环4冲程火花点火式内燃发动机的领域。
【发明内容】
[0008]简单地说，本发明为增大常规的4冲程火花点火式发动机的效率的装置和方法。这通过将发动机的冲程的长度增大50% -100%并且将进入气缸中的空气或燃料/空气混合物的量减少一定量来实现，所述一定量使得在压缩冲程结束时，燃烧室中的状况与现有技术的发动机的燃烧室中的状况相同。因为冲程长度大于现有技术的发动机的冲程长度，燃烧气体长时间停留在气缸中，从而从燃烧气体中提取更多能量。另外，较长的冲程长度导致产生较大的扭矩。
【附图说明】
[0009]图1示出了现有技术的发动机的活塞的行程与本发明的发动机的活塞的行程的对比；
[0010]图2示出了实现本发明的效率提高的替代性装置。
【具体实施方式】
[0011]现有技术的发动机消耗的燃烧气体的能量的量是相当大的。当在高转速(RPM)下运转时，所有的现有技术的发动机消耗由排气阀排出的足够的热量而导致排气管发热到亮橙色。这是由现有技术的发动机的较短的动力冲程导致的；在动力冲程结束时，燃烧气体仍相当热(即，燃烧气体中仍有相当大的能量)，并且当燃烧气体通过活塞在其排气冲程中被迫从气缸被排出时，所述能量被消耗。如下文将描述的，通过为本发明的发动机提供更长的动力冲程(和膨胀冲程)，所述热量被转化为机械能。
[0012]在现有技术的发动机中，对于节流阀板的所有设置而言目标在于使最大量的空气或燃料/空气混合物进入气缸。如下文将示出的，在本发明的发动机中，情况不是这样，因为本发明的发动机的压缩比显著高于当前的发动机的压缩比。
[0013]奥托循环发动机在进气系统中具有节流阀板；打开并关闭该节流阀板调节了进入气缸的空气或燃料/空气混合物的量，由此调节发动机的速度。这是调节在现有技术的发动机的进气冲程期间进入气缸的空气的量的唯一装置。相比之下，本发明的发动机具有除了节流阀板以外的调节进入气缸的空气的量的第二装置。该第二装置为减少高度或改变几何形状的进气阀凸轮凸角或下文概述的任何装置。
[0014]本发明的优点将从图1中明显可见。如将说明的，在图1中，分别位于发动机ElO和E20(未示出)中的活塞PlO和P20具有相同的直径，并且除了进气阀凸轮凸角以外，气缸盖以及燃烧室CC18和CC28分别相同。另外，气化器或燃料注射器系统是相同的。假定发动机ElO中的活塞PlO具有5英寸的冲程长度，并且发动机E20中的活塞P20具有10英寸的冲程长度。不论发动机ElO的压缩比如何，由于活塞PlO和P20是相同的直径，而活塞P20的冲程长度是活塞PlO的冲程长度的两倍，因此发动机E20的压缩比是发动机ElO的压缩比的两倍。然而，控制活塞P20的进气阀(未示出)的进气阀凸轮凸角被改型，以将活塞P20的进气冲程期间吸进的空气或燃料/空气混合物的量减少到活塞PlO的进气冲程期间吸进的空气或燃料/空气混合物的量的一半。
[0015]由于进入发动机E20的气缸的进气量的所述减少，当活塞PlO和P20的压缩冲程被完成时，即使发动机ElO和E20的压缩比不同，发动机ElO和E20的气缸的燃烧室中的状况是相同的。即，即使在其压缩冲程中活塞P20行进为远至活塞PlO的两倍，在压缩冲程的开始时发动机E20的气缸中的空气或燃料/空气混合物仅为发动机ElO的气缸中的空气或燃料/空气混合物的一半。当所述较少量的空气或燃料/空气混合物被两倍地压缩时，发动机E20的气缸中的最终压力与发动机ElO的气缸中的最终压力相同。
[0016]当火花塞(未示出)点火并且燃料/空气混合物被点燃时，两个活塞通过F的总力都被向下驱动到位置A(5英寸的距离)。对于活塞PlO而言，所述位置为下止点，并且活塞Pl开始上升并且迫使燃烧气体从排气管(未示出)排出。然而，活塞P20仅行进了其冲程长度的一半；活塞P20继续行进到位置B并且然后开始上升。
[0017]因为活塞P20在其动力冲程中比活塞PlO行进了更大的距离，活塞P20从燃烧气体中提取了更多的能量；然而，燃烧气体在活塞P20的行程的后半段期间在活塞P20上施加了较小的力。假定用于其行程的后半段的活塞P20的总力为用于其行程的前半段的活塞P20的总力的一半。因此，用于其整个冲程长度的活塞P20上的总力为1.5F。
[0018]内燃机的曲柄轴上的扭矩直接与附接到其上的活塞的冲程长度成比例；因为活塞P20具有为活塞PlO的冲程长度的两倍的冲程长度，由活塞P20施加到曲柄轴(未示出)上的扭矩将是由活塞PlO施加的扭矩的两倍。因为由内燃机产生的马力直接与活塞上的力乘以活塞的冲程长度的结果成比例，并且因为施加在活塞P20上的总力假定为施加在活塞P1上的总力的1.5倍并且活塞P20的冲程长度为活塞PlO的冲程长度的两倍，很显然，在所述实施例中，发动机E20产生的马力为发动机ElO的马力的3倍(分两次冲程长度施加1.5倍的总力)。因为在压缩冲程结束时发动机ElO和E20的燃烧室中的状况被制造成相同(通过限制引入到发动机E20的气缸中的空气或燃料/空气混合物的量)，气缸10和20中的燃料的量是相同的。因此，在燃烧相同量的燃料时，发动机E20提供了发动机ElO的3倍的马力。
[0019]显然，活塞P20的行程的后半段期间的活塞P