采用空气燃料混合物自燃式的内燃机.pdf

四冲程内燃机，其中两对活塞(1)借助两个倚在活塞带齿辊上的齿轮做同方向运动，并且它们的惯性力由具有相同规模的、在相反方向上运动的第三对活塞(10)来补偿，燃料在每个冲程中被喷射进汽缸，经过压缩后经自点火(9)而燃烧，而其有两种发动机，一种的吸入空气温度最高为60℃，另一种的吸入空气温度界乎150至300℃之间，因而降低输出功率。这个发动机还有附加的蒸汽发生器，其依靠冷却发动机时释放的大量热量以及废气热量来驱动。通过释放蒸汽，部分能量利用在了发动机的中间汽缸，从而显著提高了该发动机的经济性。中间汽缸借助一个线性作用电动机来产生电流，该线性作用电动机至少具有这样的输出功率，即满足一辆采用该发动机的机动车的电能要求，当时，该发动机的大量输出功率可以转化为电功率。该线性电动机/发电机还用于该发动机的起动器。起动电动机可以作为这个线性电动机的最简单的替代物来达到该目的。该动力的液压转换并不要求相同方向的转动，它比在此描述的其它所有利用该发动机动力的方法要简单。

1、  如图1所示具有四个活塞(23)的内燃机，所述活塞通过两个与所述齿轮联轴节元件(19)联锁的齿轮两两成对，因此所述活塞在汽缸内按相同方向运动，在每一次冲程中，预先已吸入或者通过涡轮机或机械压缩机传送进汽缸的空气燃料混合物，按λ值1.0到5.0点燃，当在相应温度下发生自燃时，最高压具有极大值，活塞顶部朝着汽缸盖一方的位置(26)可能会因汽缸盖、吸入或传送入的空气燃料混合物的温度，以及主要因发动机的负载而不同，包括两个齿轮联轴节元件(19)的两对活塞(23)的质量由一对包括带齿轮联轴节元件(11)的具有相同规模的活塞(20)补偿，活塞(20)借助两个齿轮(22)朝相反方向的驱动在一部分汽缸中点火，而不管这两对活塞(23)运行的路径，在汽缸(6)中的这对中间活塞(20)还额外充当蒸汽发动机，用于此目的的蒸汽产自于蒸发器，该蒸发器靠冷却水热量驱动的，也靠温度的上升即靠热废气再升温的蒸汽压力来驱动；同时，图3中，中间活塞及汽缸(20)和(6)还额外配备了直线电动机/发电机(31)，(32)，当这种发动机在汽缸内部90℃-1200℃的典型温度下运行时，其具有的最小输出功率以补充用于普通用途和启动的机动车的蓄电池的充电。

2、  根据权利要求1的内燃机，其特征在于，汽缸的两半(9)正好在螺栓(7)与螺帽(8)形成的相应的洞中间，它们的活塞的齿轮联轴节元件(19)具有相同的位置，并且由插入的带润滑剂的支架(21)所固定。

3、  根据权利要求1的内燃机，其特征在于，活塞前侧配备有图1及图2中的保护层(16，26)，它能够经受自燃时的高压和高温而不受损坏。

4、  根据权利要求1的内燃机，其特征在于，所有的吸入阀和排气阀(14)，还有中部汽缸盖上的阀门(5)都是基于在接近零速度阶段时来自监视活塞运动的传感器的已处理信号，由电磁、压电或气动控制，同时发动机的相应阀门(14)和中间汽缸盖上的阀门(5)在整个冲程中80％-90％都开放或保持开放。

5、  根据权利要求2所述的图2中的发动机，其特征在于，发动机是在吸入的空气燃料混合物的150-250℃的高温下工作，这使得发动机活塞无法润滑，汽缸内的活塞紧密度采用具有低扩展系数α的适当的操作手段来保证，在活塞的工作区域设计平槽来减少漏气数量，发动机运行时，冷却水随着吸入的高温空气，通过一个具有最少12个的洞的入口进入到活塞与汽缸之间的空间(16)里，这使得它在这儿转化为蒸汽，并通过四个开孔(28)进入冷却器。

6、  根据权利要求2的图2中内燃机，其特征在于，汽缸表面、汽缸盖、阀门的平坦部分以及活塞的前端面甚至于活塞表面是由经过绝对光滑处理过的材料制成，尤其是白色氧化镁或是铬，其各自的反射率为95％或70％，能够反射大部分0.20到400μm范围内的光能，从而增加汽缸内气体的温度和压力，随后的冷却降低了发动机的损耗。

7、  根据权利要求2的图2中内燃机，其特征在于，在进气冲程中，随着温度在150-250℃的空气或空气燃料混合物，有数量在100-1000g/m³的额外蒸汽进入，这取决于运行负载和发动机转数，从而增加燃烧时对可见光到红外光能的吸收和增加在整个膨胀冲程中释放压力的膨胀，并降低其过程中产生的极端高温，从而提高了发动机的功率而不涉及对阀门和活塞材料的选择问题，还有这些不耗费额外燃料。

8、  根据权利要求2的图2中内燃机其，特征在于，在吸入空气或空气燃料混合物及冷却发动机时在发动机内产生的热量，和一定数量的废气能量被带入附加的蒸汽发生器中以产生高压蒸汽，其随着传输的功能一起减轻了发动机的中间汽缸(6)或附加的涡轮机，这样，就增加了总的输出功率而不耗费额外的燃料。

9、  根据权利要求1到8的内燃机，其特征在于，两对活塞的无接触运动和第三对活塞在相反方向的运动通过两个齿轮(22)转化为转动运动。

10、  根据权利要求1到9的内燃机，其特征在于，两个齿轮(22)的有限的往复运动通过如图7中的两个离合器传输给单向转动(35)及输出功率。

11、  根据权利要求1到10的内燃机，其特征在于，一个图3中的线性电动机/发动机(31)和(32)或图5中的发电机(36)在必要时启动制动力。

12、  根据权利要求11的内燃机，其特征在于，该马达不需要图3中齿轮(22)做相同方向的转动运动，它的电输出功率分配给了一到四个电动机。

13、  根据图8的内燃机，其特征在于，该发动机将液压液汲入到图8的中间汽缸(29)中，在下个冲程时压缩它，并将它供给一个或最多四个液动马达。

14、  根据权利要求1到13的内燃机，其特征在于，该发动机吸入纯空气，并几乎在压缩结束，内部高压高温时，柴油、汽油或其他种类的燃料才被喷入，这样在燃烧时达到的压力峰远低于权利要求1到13方案中的一个，并且由于喷射路径和采用高达1000巴的高压喷射，它可以保持在目前常见的极限内而无需另外设计，这一过程总是在起动发动机时被采用。

15、  根据权利要求1内燃机，其特征在于，它吸入可燃的空气燃料混合物，在压缩至接近活塞上截止点时，混合物被一个常见点火设备的火花塞所点燃，而图1中的喷嘴(13)被火花塞取代。

采用空气燃料混合物自燃式的内燃机
技术领域
本发明涉及一种具有4个燃烧室的四冲程内燃机的设计。空气被吸入或通过压缩机或涡轮压缩机传送到燃烧室，与充足的燃料相混合，自点火后可驱动发动机，不过空气与燃料混合物的自点火时机可能会由于负载、各自的自点火频率、发动机及混合物温度而有所不同，发动机动力通过机械、电磁或液压传输，并且发动机的效率通过以下事实进一步得以提高：利用发动机冷却期间产生的能量及一定比例的废气热能用于带压蒸汽生产，并且发动机中部汽缸内的蒸汽膨胀产生了充足的动力，蒸汽经过膨胀后通过空气流再次冷却，凝结并返回到发动机的循环。
背景技术
目前，内燃机是通过曲柄轴实现的，它将独立汽缸中活塞的直线运动转化为曲柄轴的转动运动，具有一定的动力损耗。
火花点火式内燃机的效率尤其受自燃极限的限制，即所谓的引擎爆震。
对于压燃式发动机，不存在自燃极限，空气压缩程度主要受所谓的漏气数量和结构强度的限制。
发明内容
本发明的目的在于用新的方式处理现有发动机的上述缺陷，以减少热量损耗，从而增加发动机的效率并部分消除增加燃料中辛烷比例的需求。
根据本发明的发动机设计的特征在于，在四冲程发动机的汽缸内，借助两个齿轮，两对活塞的运动是同步的。其方式是：这两对活塞的惯性力由另一对活塞补偿。这对活塞在两对活塞的中间，以相同的规模在不同方向上运动。
该发动机没有火花塞，因此也没有点火分电器。根据所谓的自燃，通过压缩以增加空气燃料混合物的温度来使其燃烧。
为了降低这种自燃所带来的发动机压力的上升，也为了减少有害物质的数量，尤其是NO_X和NO，发动机通常在λ值为1.3-5.0状态下工作，只在启动和短暂的预热阶段，发动机才在λ值为1.0状态下工作。
正如上文所述，该发动机的动力通过机械、液压或电传输。
机械式传输意味着两对活塞的往复运动和位于它们之间的两个活塞的相反方向运动通过两个离合器传输，这两个离合器在一个转动方向上交替啮合，在另一个方向上滑开，反之亦然。
液压式传输，发动机动力的实现是通过将液压液汲取到中部汽缸，并在做功冲程中将它分给一个液压发动机或涡轮机，这样，它就被转换为发动机的输出动力。
为了启动该发动机和产生额定功率下的满标度电流，在中部阀门/活塞区域使用了一个线性电动机。
下面的部分以更多的细节描述了如图中所示的本发明设计实例。
附图说明
图1示意性地显示了内燃机的纵截面。该内燃机的组成为：位于中部的栓在一起的两半汽缸，具有普通密封环的两对成对活塞，四个燃烧室，每个汽缸盖上有四或五个阀门及一个喷嘴，还有位于这些汽缸中间的两个成对的补偿活塞，这两个活塞借助两个齿轮在与该内燃机活塞运动方向相反的方向上运动。所有活塞都在汽缸内运动而不接触，活塞穿过有润滑油的带齿辊，该带齿轮辊精准地穿过两个齿轮并且不留空隙，中部那对汽缸内的活塞借助两个相同的齿轮运动，这两个相同的齿轮联锁在中部那对汽缸内的活塞之间的双边带齿连接辊上。
每个汽缸盖上各自的四或五个阀门，两个吸入阀和两个排气阀，或是三个吸入阀和两个排气阀，是气动、压电或电磁驱动，并且在它们之间与上述每个汽缸盖上有四或五个阀门完全相同，用于补偿主体，这样，这几对活塞的运动就可控制，并在一定限制下可变化。
图2示意性地显示了图1中内燃机的纵截面，经过以下改造的：活塞不配有活塞环，活塞的前端区域是球形。这样设计内燃机的原因是，没有润滑剂适合活塞、汽缸和汽缸盖的高温。发动机就在“干的”状态下运行，而漏气的数量由活塞上适当的错综复杂的结构所限制，所有活塞都在汽缸内由水或水蒸气冷却。
图3示意性地显示了位于发动机汽缸中间的中部汽缸内的两个线性电动机的其中一个，该线性电动机用于产生电流。
图4示意性地显示了发动机和两半汽缸栓连接上的阀门及喷嘴的定位。
图5示意性地显示了两个圆盘离合器，当其中一个在活塞的方向上啮合时，另一个敞开，而在后来的反向动作时。它们反之亦然-这个离合器滑开而另一个啮合，这样就能传输发动机的动力。
图6示意性地显示了两个圆盘离合器中的一个采用1°启动方式在相反方向上的啮合。
图7示意性地显示了为更强动力所设计的离合器，其在相同方向上滑开，而另一个同种类型离合器设计为相反方式，其在相反方向上啮合，在相同方向滑开。
图8示意性地显示了内燃机吸气时的纵截面，在下一步中，内燃机以发动机的额定功率汲取液压液。
在下面的描述中，如果不同形式的元件执行同样的功能，则它们使用相同的附图标记。