CN101684744A

CN101684744A - 四冲程内燃机双向进气方法及其装置

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Publication number: CN101684744A
Application number: CN200810169825A
Authority: CN
Inventors: 周泮敖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-28
Filing date: 2008-09-28
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2028-09-28
Also published as: CN101684744B

Abstract

一种四冲程内燃机双向进气方法及装置，包含有汽缸，具有一导入气体进行燃烧爆发的汽缸室，该汽缸设有分别连接于汽缸室的一进气门及一排气门；曲轴室连通该汽缸室，该曲轴室设有相连结的曲轴及连杆，该连杆连结有一活塞，该活塞运动于该汽缸室内，且该曲轴室上在邻近该汽缸室设有汽缸进气口；第一进气岐管连通该进气门；一排气岐管连通该排气门；第二进气岐管连结于该曲轴室；使四冲程内燃机能够循环实施进气冲程、二次进气、压缩冲程、动力冲程、排气冲放及排气冲程，以克服传统四冲程内燃机排气冲程始终有废气残留，以及进气冲程无法达到容积效率100％的缺陷，进而有效提高四冲程内燃机的功率及性能，并且减低污染排放，达到理想的运行效果。

Description

四冲程内燃机双向进气方法及其装置

技术领域

本发明在涉及一种四冲程内燃机的结构，尤其涉及一种通过全新设计的进气冲程及排气冲程，有效提高四冲程内燃机的功率及性能，使四冲程内燃机在动力冲程后能加速排放汽缸室内部废气的方法及其装置。

背景技术

由于能源的珍贵及短缺现象，现行国际上对能源的高效率利用及如何产生更高功率的内燃机(引擎)性能的研究，是一直以来持续不断研发突破的一个重要课题。现有四冲程内燃机(引擎)的基本结构如图12所示，其包括一汽缸80，该汽缸80具有一汽缸室81及连结有一曲轴室82，该汽缸室81内设有一活塞84，该活塞84被一设在曲轴室82内的连杆83所连动。该汽缸80并设有一火花塞85及进气门86、排气门87，该进气门86连通一进气岐管88，该排气门87连通一排气岐管89，该进气岐管88设有一化油器90，使由进气岐管88进入的空气吸引混入燃油而成混合气。四冲程内燃机(引擎)的运行，即从吸入燃料与空气的混合气，压缩此混合气，到燃烧产生气体膨胀以推动活塞运动，最后排出燃烧过的废气，这个过程分为四个步骤：

(一)进气冲程：活塞往下且进气门打开，将空气与燃料(汽油等)的混合气吸入汽缸中。

(二)压缩冲程：进气门关闭且活塞往上，压缩此混合气使其体积变小。

(三)爆发冲程：在压缩的混合气中点火，使气体燃烧爆发膨胀，推动活塞往下(出力作功)。

(四)排气冲程：此时排气门打开且活塞再度往上，将燃烧后的废气排出汽缸。

传统四冲程内燃机(引擎)至今并没有多大改变，虽然多年来引擎性能有进步和改善提高，但在四冲程内燃机(引擎)先天的二个动作冲程缺陷始终无法彻底改善或消除，即：

(一)四冲程内燃机(引擎)在爆发冲程及进行排气冲程后，无法有效排清废气残留，干扰下次循环燃烧，因而降低应有的进气容积效率，降低热效率。

(二)进气冲程的燃气无法达到进气的容积效率100％。

因此，如何因应高价原油时代的来临及寻求使用上更具效率的四冲程内燃机，确实是业界或有识之士应加以积极改进、突破的重要方向。

因此，本发明人有鉴于前述传统四冲程内燃机使用上效率不够高的缺陷问题，及其架构设计上未臻理想的事实，本案发明人即着手研发构思其解决方案，希望能开发出一种更具效率化、性能化的四冲程内燃机的双向进气方法及其装置，以服务社会大众及促进产业发展，于是经长时间的构思而产生了本发明的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有四冲程内燃机在爆发冲程及进行排气冲程后，无法有效排清废气残留，干扰下次循环燃烧，因而降低应有的进气容积效率，降低热效率；进气冲程的燃气无法达到进气的容积效率100％。

本发明的目的在提供一种四冲程内燃机双向进气方法及其装置，其通过良好的、全新的进气冲程及排气冲程设计，以消除四冲程内燃机理论与实际上所造成的缺陷，有效提高四冲程内燃机的功率及性能，并能减低污染排放，进而达到理想的四冲程引擎运行状态。

本发明为了达到上述目的及功效，提供一种四冲程内燃机双向进气装置，包含有：一汽缸，具有一导入气体进行燃烧爆发的汽缸室，该汽缸设有分别连接于汽缸室的一进气门及一排气门；一曲轴室，连通该汽缸室，该曲轴室设有相连结的曲轴及连杆，该连杆连结有一活塞，该活塞运动于该汽缸室内，且该曲轴室上在邻近该汽缸室处设有汽缸进气口；一第一进气岐管，连通该进气门；一排气岐管，连通该排气门；一第二进气岐管，连结于该曲轴室。

本发明为了达到上述目的及功效，还提供一种四冲程内燃机双向进气方法，其包括：(1)进气冲程：使气体通过第一进气岐管及进气门进入汽缸室内；(2)二次进气：使空气经曲轴室及汽缸进气口进入汽缸室内；(3)压缩冲程：压缩该汽缸室内的气体，并使空气由第二进气岐管进入曲轴室内；(4)动力冲程：驱使汽缸室内的气体燃烧爆发产生动力；(5)排气冲放：汽缸室经由排气门排除部分废气，继使曲轴室内的空气再进入汽缸室内；(6)排气冲程：汽缸室排除剩余部分的废气，并保留由该曲轴室进入的空气，且使空气再由第二进气岐管进入曲轴室内。

通过上述结构和方法，本发明可实现如下有益的技术效果：克服了传统四冲程内燃机理论与实际上所造成的缺陷，有效提高四冲程内燃机的功率及性能，并能减低污染排放，进而达到理想的四冲程引擎运行状态。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图；

图2为本发明方法的进气冲程示意图；

图3为本发明方法的二次进气示意图；

图4为本发明方法的压缩冲程示意图；

图5为本发明方法的动力冲程示意图；

图6为本发明方法的排气冲放冲程(I)示意图；

图7为本发明方法的排气冲放冲程(II)示意图；

图8为本发明方法的排气冲程示意图；

图9为本发明方法的排气终止冲程示意图；

图10为本发明第二实施例结构示意图；

图11为本发明第三实施例结构示意图；

图12为现有引擎结构示意图。

【主要元件符号说明】

10汽缸 12汽缸室 14曲轴室

16曲轴 18连杆

20活塞 22汽缸进气口 24火花塞

26进气门 28排气门

30第一进气岐管 32排气岐管 34化油器

35阻风门 36、36A、36B第二进气岐管

38单向阀门

40空压机 42传动件

具体实施方式

为了对本发明的技术、特征及所达到的功效有更进一步的了解与认识，现结合较佳的实施例图及配合详细说明如下：

请参阅图1，其为本发明的四冲程内燃机双向进气装置第一实施例，其包括有一汽缸10，该汽缸10具有一汽缸室12及连结有一曲轴室14，该曲轴室14设有一曲轴16及一枢接于该曲轴16端的连杆18，该连杆18的另一端连结一活塞20，该活塞20运动于该汽缸室12内，且该曲轴室14上在邻近该汽缸室12处设有一汽缸进气口22；该汽缸10相对该曲轴室14的另一端设有一火花塞24及进气门26、排气门28，该进气门26连通一第一进气岐管30，该排气门28连通一排气岐管32，其中，该第一进气岐管30在适当位置设有一化油器34及一阻风门35，用以由第一进气岐管30进入的空气吸引混入燃油(如汽油)，而成为燃气暨气体(燃料混合气体)。再者，一第二进气岐管36连结在该第一进气岐管30与曲轴室14间，即该第二进气岐管36一端连通于该第一进气岐管30，而另端连通于该曲轴室14，该第二进气岐管36邻近该曲轴室14处设有一单向阀门38，当然该单向阀门38用以控制该第二进气岐管36与曲轴室14的连通与否，即该单向阀门38设在第二进气岐管36与曲轴室14的通路上，故该单向阀门38无论设于该第二进气岐管36或曲轴室14皆可依所需进行适当的实施。

本发明的四冲程内燃机双向进气方法基于上述结构，进行说明如下：

请参阅图2，用以说明本发明的(一)进气冲程：

首先，该进气门26打开；而活塞20自上死点向下运动时，同时自该第一进气岐管30及化油器34吸入燃气暨气体(燃料混合气体)进入汽缸室12内；继第二进气岐管36的单向阀门38自动关闭，并使曲轴室14产生压力。

请参阅图3，用以说明本发明的(二)二次进气：

当活塞20向下运动至下死点之前约30度(如25～35度)时，汽缸10的汽缸进气口22露出(打开)，使得该曲轴室14受到压力的空气由该汽缸进气口22进入汽缸室12内。

请参阅图4，用以说明本发明的(三)压缩冲程。

该活塞20行至下死点后回转向上时，开始压缩该汽缸室12内的燃气暨气体，且该进气门26关闭；此时该单向阀门38自动开启，空气由该第二进气岐管36通过单向阀门38进入曲轴室14。

请参阅图5，用以说明本发明的(四)动力冲程：

当活塞20行至接近上死点时，该火花塞24点火，燃气暨气体爆炸，并推动该活塞20向下产生动力；而活塞20向下运动时，该单向阀门38自动关闭。

请参阅图6，用以说明本发明的(五)排气冲放(I)：

当活塞20下行至下死点之前约35～45度时，该排气门28打开，使该汽缸室12内部分废气经排气门28由该排气岐管32排出。

请参阅图7，用以说明本发明的(六)排气冲放(II)：

活塞20此时继续向下行进，当行进至下死点之前约25～35度时，该汽缸室12内的压力降低，并导致该曲轴室14内的压力大于该汽缸室12内的压力，使得该曲轴室14内的空气经汽缸进气口22再进入汽缸室12内(如图示底部)，以进行参与排除废气的动作。

请参阅图8，用以说明本发明的(七)排气冲程：

当活塞20经过下死点后准备回转向上排气动作时，此时该汽缸室12上半部为燃烧后产生的废气，下半部为从该曲轴室14经汽缸进气口22进入的未燃烧的新空气；此时该单向阀门38会自动开启，即该曲轴室14进行吸气。

请参阅图9，用以说明本发明的(八)排气终止：

当活塞20向上行至上死点时，排气冲程完毕，此时该汽缸室12内所留的是未燃烧的空气，已燃烧的废气则经该排气门28完全排除至汽缸10外，而未燃烧的新空气则参入下一循环的运行。

前述该化油器34设于第一进气岐管30的适当位置，是考虑到了由第二进气岐管36进入曲轴室14的为燃气、空气或其混合比例，若欲使第二进气岐管36进入曲轴室14的为燃气时，则该化油器34位置设在该第二进气岐管36与第一进气岐管30的交接处之前。当然，如图1所示的化油器34位置时，则进入第二进气岐管36主要为空气，此时通过该化油器34的汽油/空气调整，可以求得汽缸室12内整体较佳的燃气比例。

本发明通过设置该第二进气岐管36连通在该第一进气岐管30与曲轴室14之间，并进一步设置该单向阀门38用以控制由该第二进气岐管36对曲轴室14的进气，并通过二次进气方式，使得该曲轴室14内具有新燃气或新空气的备存功能，如此，该曲轴室14内的新燃气或新空气得以适时通过该汽缸进气口22进入汽缸室12内，并将汽缸室12内燃烧后的废气排挤出汽缸室12外，使得每个循环运行中都能有效完全排除废气，且排气终止冲程后在该汽缸室12内所留的为新燃气或新空气，并得以再参加下一循环的运动。因此，本发明可以克服传统排气冲程始终有废气残留，进而干扰下次循环燃烧的缺陷，且同时又能解决进气冲程无法达到容积效率100％的问题，使得本发明得以有效提高四冲程内燃机(引擎)的功率及性能，并能减低污染排放，进而达到理想的四冲程内燃机(引擎)运行效果。

请参阅图10，为本发明四冲程内燃机双向进气装置第二实施例，其与第一实施例的差异在于：该第二进气岐管36A未与该第一进气岐管30相连接，即该第二进气岐管36A与该曲轴室14连接的另一端为开放端，外部气体/空气可从该第二进气岐管36A进入曲轴室14内，使对汽缸室12进行气体/空气的补充及参与排除废气的操作。而且图10为针对柴油四冲程内燃机，其中第一进气岐管30及第二进气岐管36A皆送入空气，而不必加装图1所示的火花塞24、化油器34及阻风门35，通过活塞20向上压缩汽缸室12内的空气，配合喷油器25喷出的油雾状柴油进入汽缸室12，以与高压高热空气接触而燃烧爆发产生动力。

请参阅图11，为本发明四冲程内燃机双向进气装置第三实施例，其与第一实施例的差异在于：该第二进气岐管36B与该曲轴室14间设有一空压机40，该空压机40的动力更可通过该曲轴室14来进一步提供，即该曲轴室14通过曲轴16及一传动件42(如传动带或其他)来传动连结该空压机40，使由该空压机40吸入的气体/空气通过该第二进气岐管36B进入曲轴室14内，使对汽缸室12进行气体/空气的补充及参与排除废气的操作。

综合以上所述，本发明上述说明的内容，仅为本发明的较佳实施例说明，凡依本发明的技术手段所延伸的变化，皆应落入本发明的所附的权利要求书的范围内。

Claims

1、一种四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，包含有：

一汽缸，具有一导入气体进行燃烧爆发的汽缸室，该汽缸设有分别连接于汽缸室的一进气门及一排气门；

一曲轴室，连通该汽缸室，该曲轴室设有相连结的曲轴及连杆，该连杆连结有一活塞，该活塞运动于该汽缸室内，且该曲轴室上在邻近该汽缸室处设有汽缸进气口；

一第一进气岐管，连通该进气门；

一排气岐管，连通该排气门；

一第二进气岐管，连结于该曲轴室。

2、根据权利要求1所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该第一进气岐管经由一化油器送入气体，该气体由空气与汽油混合而成，该汽缸设有一连接于汽缸室的火花塞。

3、根据权利要求1所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该第一进气岐管送入的气体为空气，该汽缸设有一连接于汽缸室的喷油嘴，以喷入油雾状柴油。

4、根据权利要求1所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，进一步设有一单向阀门，该单向阀门设在该第二进气岐管与该曲轴室所构成通路上。

5、根据权利要求4所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该第二进气岐管连结在该曲轴室与该第一进气岐管之间。

6、根据权利要求1所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该第二进气岐管与该曲轴室间设有一空压机。

7、根据权利要求6所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该空压机与该曲轴相连动。

8、根据权利要求6所述的四冲程内燃机双向进气装置，其特征在于，该第二进气岐管连接于该曲轴室上的汽缸进气口。

9、一种四冲程内燃机双向进气方法，其特征在于，包括：

(1)进气冲程：使气体通过第一进气岐管及进气门进入汽缸室内；

(2)二次进气：使空气经曲轴室及汽缸进气口进入汽缸室内；

(3)压缩冲程：压缩该汽缸室内的气体，并使空气由第二进气岐管进入曲轴室内；

(4)动力冲程：驱使汽缸室内的气体燃烧爆发产生动力；

(5)排气冲放：汽缸室经由排气门排除部分废气，继使曲轴室内的空气再进入汽缸室内；

(6)排气冲程：汽缸室排除剩余部分的废气，并保留由该曲轴室进入的空气，且使空气再由第二进气岐管进入曲轴室内。

10、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(1)所述气体为以汽油与空气混合成的燃气，该步骤(4)为以火花塞点火使燃气燃烧爆发。

11、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(1)所述气体为空气，该步骤(4)为以喷油嘴在汽缸室内喷入油雾状柴油，以接触高压高热气体产生燃烧爆发。

12、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(1)为打开进气门，使活塞自上死点向下运动时，由该第一进气岐管吸入气体，继使该第二进气岐管与该曲轴室间的通路关闭，以使曲轴室产生压力。

13、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(2)为活塞向下运动至下死点之前时，该汽缸室与该曲轴室间的汽缸进气口打开，使得该曲轴室内受到压力的空气由该汽缸进气口进入汽缸室内。

14、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(3)为活塞行至下死点后回转向上时，使该进气门关闭，且使空气由该第二进气岐管进入该曲轴室。

15、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(4)为该活塞行至上死点时，控制汽缸室内的气体燃烧爆发产生动力，继使该活塞向下运动。

16、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(5)为该活塞下行至下死点之前时，该排气门打开，使该汽缸室内部分废气经该排气门排出。

17、根据权利要求16所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该排气门打开后，该活塞继续向下行进，形成该曲轴室内的压力大于该汽缸室内的压力，以使得该曲轴室内的空气经该汽缸进气口进入汽缸室内，以进行参与排除废气的动作。

18、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中该步骤(6)为活塞经过下死点后准备回转向上排气动作时，该汽缸室上半部为燃烧后产生的废气，下半部为从该曲轴室经该汽缸进气口进入的未燃烧空气，且此时该第二进气岐管自动开启，使该曲轴室准备吸气，继使该活塞继向上行至上死点时，排气冲程完毕。

19、根据权利要求9所述的四冲程内燃机双向进气方法，其中各步骤进入曲轴室内的空气预先混合汽油成为燃气。