[其他]活塞式内燃机

说明书

本发明涉及一种至少有二个主汽缸的活塞式内燃机，主汽缸具有进气阀并通过中间阀与一个公共的副汽缸相连。副汽缸以二冲程制工作，在一个冲程中交替地用于二个主汽缸废气的二次膨胀，在后一个冲程中用于通过在它上面设有的至少一个排气阀排出废气，它具有几倍于主汽缸的容积。

在传统的四冲程活塞式内燃机中，燃料中所包含原始能量的各三分之一供给了废气和冷却系统。转变成机械功的剩余的三分之一能量，由于发动机中的气动及液压损失，使发动机输出的有效功率仅为略多于所投入的原始能量的四分之一。

“奥托”快燃发动机的特点为，在单位燃料消耗率最低时的工作状态下废气中氮氧化合物的含量较高;在最大功率工作状态，由于不完全燃烧而使单位燃料消耗率增加。为减少排出有害物质所作的废气后处理也同样提高了单位燃料消耗率。

在工作得最好的柴油机中其燃料消耗及有害物质的排出均少于具有同样功率的“奥托”发动机。但是在这种内燃机中还有多于50%的原始化学能量消耗于废气和冷却系统。废气剩余能量的一部分可以通过安装一个废气涡轮对发动机增压加以回收。当废气涡轮安装于发动机的出口时，由于转速很高需要一个昂贵的减速齿轮箱，在汽车发动机中这一齿轮箱还必须是可调的，并造成机械损失。

此外，已知在“绝热”发动机中采取隔热措施来减少由于冷却所造成的能量损失。但由此获得的大部分能量却提高了废气的剩余能量，这些能量仅能借助废气涡轮加以利用，但成本很高。

其它的一些解决方案（US-PS4289097和4367000，DE-SS3240563）是设计一种六冲程发动机，它们仅利用了冷却系统中所损失能量之一小部分，和常规内燃机相比在废气中的能量损失相同或甚至更大，因为通过六冲程循环的总压缩容积等于或大于膨胀容积。在这种发动机中有害物质的排放基本上没有怎么减少。

另外还有已知的活塞式内燃机，它们具有至少两个四冲程的主汽缸和一个安装于其上的二冲程副汽缸，用于利用在主汽缸的工作冲程之后还存在于废气中的膨胀能。然而此时在副汽缸中的压降很大，使剩余膨胀能的利用率很低。此外像传统发动机一样在这种发动机中燃料不可能完全燃烧，有害物质的排放并没有减少。在EP-OS6747中介绍了这样一种发动机。

本发明的目的在于提供一种尽可能简单的内燃机，它设有上述现有发动机的缺点并具有较高的效率、排出较少的有害物质。这一目的由导言中所述类型以“奥托”发动机以及柴油机的原理工作的内燃机通过下述特征加以实现：

副汽缸以单独的曲轴工作，它的角速度为主汽缸曲轴角速度的三分之二，

在一个主汽缸的废气进入副汽缸之前，可以将由另一个主汽缸预压缩了的新鲜空气或预压缩了的新鲜空气-燃料混合物对副汽缸增压充气，

相互错开三个冲程的两个主汽缸以六冲程制工作，其中前三个冲程与一般的四冲程发动机的前三个冲程相对应，接着的总是与副汽缸一起进行的二次膨胀冲程，在第五个冲程中吸入新鲜空气或新鲜空气-燃料混合物，这些新鲜空气或混合物在汽缸的第六个冲程中被预压缩，以用于接着对副汽缸增压充气。

本发明内燃机的结构方案使主汽缸中在预膨胀冲程期间的燃烧（该冲程相应于普通四冲程发动机在吸气和压缩冲程之后的工作冲程）可以在缺氧的条件下进行，而在副汽缸中（在二次膨胀期间）的燃烧可以在富氧的条件下进行。在主汽缸中在高的温度水平下进行燃烧时的氧气不足使空气中氮的氧化作用减小，在副汽缸中由于预先增压而使氧气过量，在那里可以在较低的温度下进行完全的可以利用的二次燃烧。由于温度较低，在那里形成的氮氧化合物也减少了。完全燃烧减少了排出的有害物质。

副汽缸新鲜空气的增压充气，其压力至大约为主汽缸中预膨胀冲程终了时的压力。由此避免了二次膨胀冲程开始时的压力损失。

在主汽缸第五和第六冲程中用空气进行的中间吹洗减小了冷却损失。在副汽缸中的二次膨胀减小了废气损失，副汽缸的容积为一个主汽缸容积的二倍至五倍。因此本发明发动机的原始能量消耗显著减小，从化学能转变为机械能的效率提高。

此外，本发明内燃机的结构方案使在接近二次膨胀冲程终了之前为了从处于二次膨胀冲程终了的那一个主汽缸向处于第一个吸气冲程终了的另一个主汽缸回授废气，所有的气缸通过中间阀连通起来，通过废气回授可以调整主气缸有效的吸气容积。因此可以在减少氮氧化合物和一氧化碳排出量的条件下调节扭矩。

本发明发动机中主汽缸的曲轴和副汽缸的曲轴通过一个速比为2比3的传动机构相连接。

当然可以将多个按本发明的各具有至少两个主汽缸和一个副汽缸的内燃机单元组合在一起共同工作。