[发明专利]内燃机及增强发动机性能的方法

说明书

本申请是申请日为2004年5月19日，申请号为200480015347.8，发明名称为“内燃机及增强发动机性能的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及增强发动机的总性能的装置和方法，其通过一个或多个以下的方式进行：通过减小发动机磨损；通过增加功率输出；或者通过减小不期望的大气排放程度。

背景技术

发动机(例如，2冲程和4冲程内燃机)的排放问题是环境和公共卫生关心的主要的问题。例如，研究表明，传统的船舶发动机(外装发动机和个人船舶发动机)通过可移动源向大气排放总的碳氢化合物或大气污染物(“HC”)的大约12％。在1998年，环境保护局(“EPA”)为船舶发动机制定了严格的HC排放标准，该标准执行了九年。新的标准要求所有外装发动机和个人船舶发动机的制造商到2006生产具有75％较低的HC排放的发动机。参考美国环境保护局-空气和辐射-国家交通和空气质量办公室的“减小来自非道路车辆的空气污染”，EPA420-F-00-048，2000年11月。

尽管4冲程内燃机(“4冲程发动机”)通常比2冲程内燃机(“2冲程发动机”)产生更低的HC排放，但是传统的船舶发动机更倾向于使用2冲程发动机，这是因为其重量小，构造简单，以及功率输出更高。传统的2冲程和4冲程发动机之间的功能差别在于完成动力循环，即，吸入燃料和空气的混合物(“进气冲程”)，压缩和点火该混合物以产生“动力冲程”，接着排出燃烧的气体(“排气冲程”)所需要的活塞冲程的数量。大多数发动机具有曲轴，燃烧室，活塞和连杆。在传统的2冲程发动机中，相当数量的未燃烧的燃料(大约25-30％)绕过燃烧室并泄漏到大气中，这是因为使用单个冲程排出燃烧的气体并为下一个动力冲程再次充满燃烧室。更准确地，在2冲程发动机中，空气-燃料混合物在进气冲程中通过进气口进入燃烧室。接着活塞压缩该混合物，直到该混合物被火花塞点火，产生动力冲程。(对于柴油内燃机，点火将在柴油被注入燃烧室和接触到过热的空气时发生。)当活塞收缩时，排气口打开，燃烧的燃料排出燃烧室。当燃烧的燃料排出燃烧室时，新的空气-燃料混合物通过进气口被装入燃烧室。每次装入新的空气-燃料混合物时，就有一部分新的空气-燃料混合物随着燃烧的燃料被排出。而且，大多数2冲程船舶发动机使用扫气系统，在该扫气系统中空气-燃料混合物被装入曲轴箱，在曲轴箱内压缩，并接着当活塞收缩进入曲轴箱时，空气-燃料混合物从曲轴箱被运送到燃烧室。当来自曲轴箱的润滑油烟雾被装入燃烧室时，这些润滑油烟雾与空气-燃料混合物混合。这就增加了燃烧室中包含的润滑油的数量，从而增加了与燃烧的燃料一起排除的HC和其它成份的数量，包括原始燃料。参考美国专利No.5,732,548；和欧洲专利申请No.1,039,113。

美国专利No.6,209,495描述了复合的2冲程发动机，它使用两个直通的连杆以将水平对置的气缸中的两个活塞束缚在一起。旋转驱动连接到输出轴和两个连杆，以将活塞产生的直线运动转换为旋转运动。

美国专利No.6,170,443描述了2冲程内燃机，它使用单个曲轴和两个对置的气缸，使对置的内部和外部活塞往复式地设置以提高发动机效率。

欧洲专利申请No.1,039,113描述了2循环内燃机，它使用可往复移动的扫气泵净化废气，并增强输出功率和比燃料消耗。

美国专利No.5,730,099描述了2冲程发动机和促进降低发动机废气排放的方法，该发动机包括燃烧室，燃料喷射器，点火系统，排气系统，以及泵，该泵周期性地将未与燃料混合的空气泵入燃烧室。

美国专利No.5,732,548描述了用于降低来自2冲程发动机的有害排放同时保持催化效率的方法，该方法包括将铂族金属化合物添加到具有催化氧化剂的2冲程发动机气缸中；在铂族金属化合物存在时点火气缸中的燃料；以及使含有铂族金属的废气通过排气管道和催化氧化剂。

美国专利No.5,762,040和5,791,304描述了2冲程循环内燃机，它具有低压，气缸壁燃料喷射系统，该系统通过优化燃料注入活塞腔的方向减小了短路未燃烧的燃料通过发动机排气口的可能。

需要一种装置和方法以增强发动机(如，以柴油或汽油为燃料的内燃机)的总性能，所说的增强按照一个或多个以下的方法进行：通过减小发动机磨损；通过增加功率输出；或者通过减小不期望的大气排放的程度。

发明内容