变偏置内燃机 内燃机工业一直试图在二冲程和四冲程内燃机中实现更大的功率、转矩和效率。在普通内燃机中，活塞通常放置在一条与曲柄轴中心相交的直线(活塞轴线)上，因而将活塞行程和曲柄轴直径之比限制为1∶1(等距)。在这种内燃机中，理论动力冲程不能超过转动的180°。在普通内燃机中可以使轴线有很小的偏置从而稍许超过180°，但是这样做的代价是严重地增加了作用在活塞上的侧向力，其结果是在缸壁上形成椭圆形磨损。
内燃机的吸气也一直存在问题。在二冲程内燃机中，由于进气孔和排气孔都位于缸的下端，因而其封闭的上部在两冲程操作中难于扫气。另外，这种内燃机往往使未燃烧的燃料泄出排气孔，增大了污染，且减小了效率。在四冲程内燃机中，扫气较为有效，这是由于四冲程操作中有两个用于换气。然而，吸气却受到进、排气阀尺寸和数目的限制，进、排气阀争占了气缸顶端的空间。因此，有些内燃机为了增加吸气每个气缸多于两个阀，这样却增加了成本和使结构变得复杂。采用外部装置，例如使用压缩空气、增加向缸输送的气流的超级和透平充气器(super and turbo charger)，也可以克服吸气问题，然而这也增加了内燃机的成本、重量和复杂度。
在普通内燃机中，由于漏气造成的对润滑油的污染也是一个问题。由于气缸通向曲柄轴箱，无法完全使曲柄轴箱隔绝于燃烧过程。为了减少四冲程内燃机地污染，常常采用曲柄轴箱正向阀以便将漏气导回到进气歧管中，从而再次通过燃烧过程。但是，润滑剂会很快被污染，特别是在高压的内燃机中，必须进行定期更换，这样就增加了花费，也加剧了环境污染。
本发明的目的是提供一种内燃机，它能够以有效的方式燃烧可燃混合气来产生高转矩和高马力。
本发明的某些优点是：(1)使曲柄轴箱隔绝于活塞、气缸和燃烧过程，从而防止弄脏润滑剂并减少污染；(2)消除了通常作用在活塞上的侧向力，将侧向力传至缸外的与位于曲柄轴箱内的空心套接合的活塞杆上；(3)在缸的顶端采用大的排气阀，从而产生更有效的扫气作用；(4)通过活塞朝向封闭缸底的向下运动产生被充注的进气；(5)及时释放充注在活塞上高区域中的进气，从而将废气从缸顶端的敞开的排气阀驱出，这样就改善了扫气作用。
本发明的其它优点是：(6)活塞向着封闭的缸底部运动，将进气压在活塞的背面，这有助于减小活塞、活塞杆和连杆组件在返回点(下死点)的动量，从而有助于抵销该组件的质量，因而使内燃机以较高的转速运转；(7)因为进气是在较小的封闭缸底被压缩，而不是象普通二冲程内燃机中那样，在较大的曲柄轴箱中被压缩，所以充气压力可更大且更易于控制；(8)假定对于任意一转来说曲柄轴速度恒定，动力冲程慢于返回冲程，因而形成随着曲柄轴偏置量而变化的转矩的相对增加；(9)通过改变曲柄轴的偏置量可以改变由冲程长度决定的内燃机排量；(10)动力冲程所形成的曲柄轴弧变化相当大地超过了180°，因而取决于曲柄轴偏置量相应地增大了转矩；(11)直接相应于曲柄轴偏置量延长了持续转矩，所述转矩的延长了的时间是由于连杆和曲柄轴行程以最佳的结构(其范围接近90°)维持了较长时间的缘故；(12)由于排气阀和活塞总是同向运动，因而内燃机的较高的压缩极限不是象普通四冲程内燃机中那样受到活塞和阀重迭的限制；(13)活塞和排气阀的同向大大地减少了阀浮动的可能性，这是因为在压缩冲程(活塞和阀都向上运动)期间，空气的运动有助于阀的闭合；(14)活塞和排气阀的同步运动可使内燃机完全不用凸轮轴而工作，而是采用推杆结构，使用在曲柄轴本身上的一凸轮状的凸起部来驱动推杆/阀门组件；(15)由于阀门式两冲程结构，以及燃料喷射的定时和部位，使燃料空气混合物与废气完全分离，并获得超级的扫气—这是某些四冲程内燃机的特点而二冲程结构中不能获得的特点；(16)本发明结构的效率、简单和整体性保证于生产的简便和耐久性。
图1是处于上死点时发动机的横剖图；
图2是排气开始时发动机的横剖图；
图3是处于下死点时发动机的横剖图；
图4是排气结束，压缩开始时发动机的横剖图。
现对照图1至4描述带有完全偏心曲柄轴的发动机(曲柄轴圆周不与垂向活塞轴线相交)，使阅读者更清楚地理解本发明。
图1表示动力循环(循环1)开始时的发动机。当点火发生时，排气阀1闭合，活塞2在最大压缩下处于其最高点。活塞2装在活塞杆4上，活塞杆4在空心套(open faced bushing)7中滑动并将力传至连杆11，连杆11又连接于单偏心曲柄轴8。一曲柄销6将活塞杆连接于连杆，一轴颈套或轴颈轴承9将连杆连接于曲柄轴行程(throw)。点6，8，9构成一直线，这表明活塞位于上死点，即转动0度。进气阀13闭合，活塞因其上方的燃烧而被迫向下以压缩活塞和封闭的缸底5之间的进气。
图2表示在排气循环(循环2)开始时的发动机，此时排气阀1刚刚打开，使加压废气可通过排气孔16排走。当活塞2稍向下进一步移动，从而打开孔15时，受压的进气冲入缸3，产生充气效果并驱走废气。排气阀1的打开定时稍在活塞打开进气孔15之前，这保证有效的排气并标志着排气循环的开始。
图3表示发动机处于下死点，活塞2只是从图2所示位置稍许向下。这标志着进气循环(循环3)的开始。以前在活塞2后面的进气已由活塞的向下运动而排开，并已在活塞上方通过侧气路被推入缸3的燃烧区。此时，点6，8，9再次形成一直线，指示活塞处于下死点，下死点大大地超过了在曲柄轴上的180度标记。从上死点至下死点的这种运动完成了两个冲程中的第一个冲程。从下死点至上死点的返回完成了第二个冲程。
图4表示发动机处于压缩循环(循环4)的开始。这是排气阀1刚刚闭合而完成排气循环且燃料喷射器已在活塞2上方喷射汽油或类似燃料而为压缩循环的开始作好准备的一点。排气阀闭合的定时结合在孔15完成喷射燃料的定时使燃料空气混合物可完全处于气缸3内而不会通过排气阀1进入排气孔16。活塞向上运动而在其后形成的真空使进气阀13，针阀或其它装置打开，从而使新的进气可通过孔12进入，以便被吸入活塞2之后的空间。当活塞上移且达到图1所示的上死点时，第二冲程(包括压缩循环)完成。
如果使用汽化器替代燃油喷射孔14，那么燃料(如汽油)空气混合物的进入将在图3所示的下死点开始，汽化器此时正与进气孔12连通。这种应用场合可导致溢漏，在排气循环中燃料空气混合物通过排气阀1溢入排气孔16。但是，如使用喷射孔14，在空气已经部分向上移入缸3以便排走废气之后再将燃料喷入进气就可以实现燃油空气混合物与废气的完全分离。当使用柴油或类似燃料时，象普通的柴油发动机结构一样，借助位于缸上端附近的燃料喷射器。当活塞处于或接近上死点时将燃料直接喷入气缸中。