專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，特別是但不只是涉及用于為自動(dòng)車輛供給動(dòng)能的內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)是用于為自動(dòng)車輛供給動(dòng)能的內(nèi)燃機(jī)的一種已知形式。往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)包括若干活塞，它們配置成在相應(yīng)氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且各自連接至曲柄軸。每ー個(gè)氣缸設(shè)置有用于控制空氣和燃料的流入的進(jìn)氣閥、用于控制燃燒產(chǎn)物的排出的排氣閥和用于引燃空氣燃料混合物的火花塞。在供給至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料源受控于汽化器的情況下，空氣和燃料在位于氣缸上游的吸入歧管中混合，并且進(jìn)氣閥包括吸入閥，用以控制燃料空氣混合物向氣缸中的吸入。如果向氣缸的燃料供給是通過燃料噴射進(jìn)行的，則進(jìn)氣閥包括兩個(gè)閥。這兩個(gè)閥中的ー個(gè)是燃料噴射器，而另ー個(gè)是空氣吸入閥。燃料噴射器可以配置成直接向氣缸中噴射燃料，也可以將燃料注入正好位于空氣吸入閥上游的空氣吸入管道中。通常，往復(fù)運(yùn)動(dòng)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)以四沖程循環(huán)進(jìn)行操作?；钊谄錃飧字邢蛏匣蛘呦蛳碌拿總€(gè)移動(dòng)包括四沖程循環(huán)中的ー個(gè)沖程。四沖程循環(huán)由以下構(gòu)成感應(yīng)沖程，在該沖程期間，進(jìn)氣閥打開，并且空氣和燃料隨著活塞朝曲柄軸移動(dòng)而被引入發(fā)動(dòng)機(jī)中；壓縮沖程，在該沖程期間，進(jìn)氣閥和排氣閥關(guān)閉，并且空氣燃料混合物在活塞移動(dòng)離開曲柄軸的同時(shí)受到壓縮；供能或者工作沖程，在該沖程期間，受到壓縮的混合物被引燃，并且由混合物的燃燒引起的急速膨脹迫使氣缸朝曲柄軸返回；和排氣沖程，在該沖程期間，排氣閥打開，并且廢氣隨著活塞再次移動(dòng)離開曲柄軸而被迫從氣缸出來。一些往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)以兩沖程循環(huán)操作，它是四沖程循環(huán)的ー個(gè)變型。這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)小的能力，并且就客車而言，傾向于用于兩輪車輛。兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)使用沿氣缸的側(cè)部而不是閥定位的端ロ。隨著活塞在氣缸中上下移動(dòng)， 端ロ被覆蓋和暴露，這取決于活塞在氣缸中位于何處。本質(zhì)上，在兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，感應(yīng)和壓縮過程在第一沖程期間發(fā)生，而燃燒和排氣過程在第二沖程期間發(fā)生。往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)是通常用于為自動(dòng)車輛供給能量的另ー種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞壓縮點(diǎn)火類發(fā)動(dòng)機(jī)使用自動(dòng)點(diǎn)火溫度比火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料低的燃料，并且作為上述四沖程循環(huán)的ー個(gè)變型版本進(jìn)行操作。具體說，在感應(yīng)沖程期間， 空氣被吸入氣缸中，并且空氣在壓縮沖程期間被壓縮至高壓和高溫。然后燃料被直接噴射到氣缸中(或者噴射到通向氣缸中的混合室內(nèi))，并且隨著燃料與氣缸中的高溫壓縮空氣混合而發(fā)生燃燒。歷史上，往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為又吵又慢，并且在汽車領(lǐng)域中，主要用于卡車和其它商業(yè)車輛，例如巴士。然而，最近，高性能往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)已被開發(fā)出，并且現(xiàn)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于小型客車，例如轎車(小轎車)。Wankel發(fā)動(dòng)機(jī)是已用于為自動(dòng)車輛供給能量的另ー種形式的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。 Wankel發(fā)動(dòng)機(jī)采用與往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)所采用的四沖程循環(huán)類似的四“沖程” 循環(huán)。然而，代替往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞，Wankel發(fā)動(dòng)機(jī)具有大致三角形的轉(zhuǎn)子，其安裝在偏心軸上， 以在大致橢圓形(外旋輪形)的室中旋轉(zhuǎn)。“四沖程”在轉(zhuǎn)子與室壁之間的空間中發(fā)生。這些已知內(nèi)燃機(jī)的共同特征是燃料空氣混合物被輸入ー個(gè)室中，在該室中燃燒， 使得由燃燒引起的混合物的急速膨脹直接作用于與輸出軸連接的本體(活塞或者轉(zhuǎn)子) 上，從而引起軸的旋轉(zhuǎn)；發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出是軸的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，其包括室；固定在所述室中將所述室分割成具有可變體積的第一室部和具有可變體積的第二室部的柔性分割構(gòu)件；進(jìn)氣閥，可操作以容許可燃混合物的組分進(jìn)入所述第一室部中，以在其中燃燒，來提供壓カ増大，以使所述柔性分割構(gòu)件彎曲，以降低所述第二室部的所述體積，從而作為所述室的能量輸出從所述第二室部迫出液體；和輸入閥，用于容許含水流體進(jìn)入所述第一室部中，以向所述第一室部中提供含水流體源，來保護(hù)所述柔性分割構(gòu)件。本發(fā)明還包括ー種操作內(nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括室，所述室被固定在所述室內(nèi)的柔性分割構(gòu)件分割成第一室部和第二室部，所述第一和第二室部各自具有通過所述柔性分割構(gòu)件的彎曲移動(dòng)而可變的體積，所述方法包括提供含水液體以覆蓋所述柔性分割構(gòu)件的面向所述第一室部中的面；在所述第一室部中燃燒可燃混合物，以提供壓カ増大， 來使所述柔性分割構(gòu)件朝所述第二室部移動(dòng)，以降低所述第二室部的所述體積，以作為所述室的能量輸出從所述第二室部迫出液體。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖描述只通過示例給出的一些實(shí)施例，附圖中圖1是單缸內(nèi)燃機(jī)的示意圖，圖示為處于操作循環(huán)的開始時(shí)；圖2示出了處于操作循環(huán)的壓縮階段的結(jié)束時(shí)的圖1所示內(nèi)燃機(jī)；圖3是圖1的內(nèi)燃構(gòu)件的柔性分割構(gòu)件的一部分的放大截面圖；圖4是用于圖1的內(nèi)燃機(jī)的控制單元的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖5是圖1所示單缸內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)變型的示意圖；而圖6是與機(jī)動(dòng)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)連接的多缸內(nèi)燃機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，內(nèi)燃機(jī)10包括本體12，本體12限定出ー個(gè)室，該室被柔性分割構(gòu)件18 分割成第一室部14和第二室部16。分割構(gòu)件18的周緣固定至本體12的壁，使得分割構(gòu)件相對于本體的移動(dòng)局限于分割構(gòu)件的撓曲。雖然不是實(shí)質(zhì)性的，但是在所示實(shí)施例中，本體 12具有大體圓形的截面，而柔性分割構(gòu)件18具有與它固定于本體12的區(qū)域的截面互補(bǔ)的截面。
內(nèi)燃機(jī)10設(shè)置有進(jìn)氣閥，用于可控地容許可燃混合物的組分進(jìn)入第一室部14。雖然不是實(shí)質(zhì)性的，但是在所示實(shí)施例中，進(jìn)氣閥包括空氣進(jìn)氣閥20和燃料噴射閥22，所述空氣進(jìn)氣閥20用于控制進(jìn)取空氣向第一室部14中的流動(dòng)，所述燃料噴射閥22供燃料直接噴射穿過其中而進(jìn)入第一室部?？諝膺M(jìn)氣閥20可以是電氣致動(dòng)常閉電磁閥，而燃料噴射閥 22可以是任意適當(dāng)?shù)囊阎剂蠂娚溟y?？諝馕腴y20和燃料噴射器22的操作受控于ー控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括基于微處理器的控制單元觀?？刂茊卧^與空氣吸入閥20和燃料噴射器22之間的相應(yīng)連接在附圖中被省略，以便于附圖的整體清晰性。燃料噴射器22經(jīng)由燃料泵32連接至燃料貯存器30?？諝馕腴yM與空氣吸入系統(tǒng)34流體連通?？諝馕胂到y(tǒng)34可以包括空氣過濾器和適當(dāng)?shù)墓艿老到y(tǒng)和/或空氣吸入歧管，穿過它們抽吸的空氣經(jīng)由空氣吸入閥供給至氣缸12。雖然不是實(shí)質(zhì)性的，吸入的空氣可以通過渦輪增壓加壓。渦輪增壓是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的技木，因此在這里將不做詳細(xì)描述。作為通過分開的閥控制空氣和燃料向第一室部14中的進(jìn)入的一個(gè)替代方案，燃料和空氣可以在第一室部上游的歧管中混合，然后經(jīng)由單個(gè)閥進(jìn)入第一室部。內(nèi)燃機(jī)10還包括與本體12相關(guān)聯(lián)的排氣閥36。排氣閥36可以呈常閉電磁致動(dòng)排氣閥36的形式。排氣閥36的操作受控于控制單元觀?？刂茊卧^向排氣閥36提供信號(hào)，以使閥選擇性地打開，以允許燃燒的產(chǎn)物(廢氣)從本體12向排氣系統(tǒng)38排出。排氣系統(tǒng)38在下面詳細(xì)描述。內(nèi)燃機(jī)10還包括可以呈常閉電磁致動(dòng)流體進(jìn)入控制閥40和常閉電磁致動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)入控制閥42形式的流體進(jìn)入控制閥。兩流體進(jìn)入控制閥40、42配置成控制液體向第二室部的進(jìn)入，其將通過燃燒過程供給能量并形成內(nèi)燃機(jī)10的能量輸出。流體進(jìn)入控制閥40、 42的操作受控于控制單元觀。除控制單元28タト，用于內(nèi)燃機(jī)10的控制系統(tǒng)還包括傳感器44，所述傳感器44配置成輸出表明本體12內(nèi)的壓カ的信號(hào)?？梢允褂萌我膺m當(dāng)?shù)膫鞲衅?。由于本體12中的溫度將緊密跟隨壓力，所以傳感器可以是溫度傳感器44，例如溫度傳感部分設(shè)置在第一室部 14內(nèi)的熱電偶。應(yīng)該理解的是，為了控制內(nèi)燃機(jī)的操作的目的，至少在其操作的一些階段中，用于傳感本體12中的溫度的溫度傳感器有必要高度響應(yīng)于氣缸內(nèi)發(fā)生的溫度變化。熱電偶的適當(dāng)替代物的ー個(gè)示例是光學(xué)傳感器，例如紅外線溫度傳感器。如果使用了光學(xué)傳感器，則本體12將必須設(shè)置有適當(dāng)定位的半透明窗ロ(未示出)。另ー替代物將是高溫嵌入式光電ニ極管，例如US5 659 133(其內(nèi)容通過引用并入本文)中所公開的那種。用于內(nèi)燃機(jī)10的控制系統(tǒng)還包括傳感器46、48，用于傳感第一室部14中含水液體的存在。傳感器46、48與控制單元觀連接，以向該控制單元供給信號(hào)。傳感器可以是光學(xué)或者接觸傳感器。內(nèi)燃機(jī)10還包括燃燒引發(fā)器，其在本實(shí)施例中呈火花塞52的形式。火花塞52在控制單元觀的控制下操作，并且與適當(dāng)?shù)碾妷汗┙o系統(tǒng)連接，所述適當(dāng)?shù)碾妷汗┙o系統(tǒng)可以包括線圈，從所述線圈能夠取得用于火花的電壓?；鸹ㄈ夹g(shù)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟悉的，因此在這里將不做詳細(xì)描述。擋板M設(shè)置在第一室部14中，用于保護(hù)火花塞52免受在分割構(gòu)件18上攜帯的液體的飛濺。
本體12通過排出管道系統(tǒng)62連接至驅(qū)動(dòng)單元60。管道系統(tǒng)62從向第二室部16中打開的孔口延伸，使得來自第二室部的帶能量的液體輸出能夠流入驅(qū)動(dòng)單元60中。驅(qū)動(dòng)單元60包括泵、渦輪機(jī)或者用于將存儲(chǔ)于液體中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成能夠例如用于轉(zhuǎn)動(dòng)車輛的輪子或者向發(fā)電機(jī)供能的其它適當(dāng)?shù)难b置。在驅(qū)動(dòng)單元60的下游，存在有貯存器64，用于接收來自驅(qū)動(dòng)單元60的能量已被抽出的液體。在驅(qū)動(dòng)單元60與貯存器64之間設(shè)置有單向閥66，以防止液體從貯存器回流。第一管道系統(tǒng)68從貯存器64向下游延伸至流體進(jìn)入控制閥40，使得當(dāng)該閥打開時(shí)，液體能夠從該貯存器經(jīng)過進(jìn)入第二室部16中。第二管道系統(tǒng)70從貯存器64延伸至啟動(dòng)流體進(jìn)入控制閥42。在第二管道系統(tǒng)70中在貯存器64與啟動(dòng)流體進(jìn)入控制閥42之間設(shè)置有啟動(dòng)泵72，以升高從貯存器向第二室部16傳遞的液體的壓力。啟動(dòng)泵72響應(yīng)于從控制單元觀接收到的信號(hào)進(jìn)行操作。排氣系統(tǒng)38包括接收器76，所述接收器76的上游側(cè)與排氣閥36連接，而下游側(cè)包括設(shè)置有廢氣排出閥80的出口 78。廢氣排出閥80可以是受控于控制單元觀的常閉電氣致動(dòng)電磁閥。接收器76包含有沿接收器的長度方向延伸的熱交換線圈82。熱交換線圈82的端部與管道系統(tǒng)84連接，以形成閉路冷卻系統(tǒng)的一部分。冷卻系統(tǒng)包括散熱器86，并且可以可選地包括其它冷卻裝置，例如制冷單元(未示出)。貯存器88被連接到管道系統(tǒng)84中，以提供液體冷卻劑的源，其在本實(shí)施例中為含水流體。在冷卻回路中設(shè)置有泵90，以圍繞回路泵送冷卻劑。接收器76具有通過管道系統(tǒng)94與貯存器88連接的開口 92。開口 86和管道系統(tǒng)90配置成使得匯聚于接收器76的底部中的冷凝物能夠流入貯存器88中。接收器76的鄰近開口 92的壁的一些部分可以構(gòu)造成促進(jìn)冷凝物朝開口流動(dòng)。在管道系統(tǒng)94中設(shè)置單向閥(未示出)，以防止液體向接收器76中的回流。貯存器88借助于管道系統(tǒng)96與本體12的第一室部14附加地連接。在管道系統(tǒng)96中設(shè)置有進(jìn)風(fēng)閥98，以控制含水液體從貯存器88向第一室部14中的進(jìn)入。進(jìn)風(fēng)閥98可以是受控于由控制單元觀發(fā)出的信號(hào)的常閉電磁致動(dòng)閥。在該管道系統(tǒng)中設(shè)置有泵100，以升高向第一室部14中傳遞的含水液體的壓力。泵100可以受控于由控制單元觀發(fā)出的信號(hào)。如圖3所示，柔性分割構(gòu)件18可以設(shè)置有表面104，表面104設(shè)置有凹穴或者凹部106。在所示實(shí)施例中，凹穴106在截面上呈半圓形，并且橫跨整個(gè)表面104以不規(guī)則的間隔設(shè)置。然而，這并不是實(shí)質(zhì)性的。原則上，凹穴106可以具有任何形狀，規(guī)則或者不規(guī)則。此外，凹穴106可以橫跨表面104以規(guī)則的間隔設(shè)置。對于一些實(shí)施例，可以希望的是凹穴在柔性分割構(gòu)件18的中心區(qū)域比周緣設(shè)置得更深和/或更密一些。柔性分割構(gòu)件18配置成使得表面104面向第一室部14中并且部分地限定出第一室部14。凹穴106將趨于保持經(jīng)由進(jìn)風(fēng)閥98供給的含水流體，以保護(hù)柔性分割構(gòu)件18免受燃燒的全部熱量。在以下對內(nèi)燃機(jī)10的操作的描述中，將被賦予能量并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置60的液體是油，而通過燃料噴射器22供給的燃料是燃油(汽油)。然而，應(yīng)明白的是除油外的液體能夠用作工作流體，并且可以使用除汽油外的燃料。圖1示出了一個(gè)新的操作循環(huán)開始時(shí)的內(nèi)燃機(jī)10。在該階段，第一室部14處于最大體積，而第二室部16處于最小體積。排氣閥36和進(jìn)風(fēng)閥98是關(guān)閉的，并且存在有保持在面向第一室部中的柔性分割構(gòu)件18的表面104上的含水流體的池102?？諝膺M(jìn)氣閥20然后響應(yīng)于來自控制單元觀的信號(hào)被打開，以容許抽吸的空氣進(jìn)入第一室部14。第一室部14中的壓力處于次大氣壓，使得空氣穿過空氣進(jìn)氣閥被吸入第一室部14中。如上所示，抽吸的空氣可以被加壓，例如通過過給增壓，以迫使空氣進(jìn)入第一室部中。燃料噴射器22可以與空氣進(jìn)氣閥20同時(shí)打開，以使燃料和空氣隨著它們向第一室部14的進(jìn)入而混合。替代地，燃料可以在空氣已通過柔性分割構(gòu)件18的彎曲被加壓后的后期階段進(jìn)入第一室部。控制單元觀在來自傳感器44的信號(hào)指示第一室部14中達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，發(fā)出關(guān)閉空氣進(jìn)氣閥20的信號(hào)。替代地，空氣進(jìn)氣閥20在它處于打開期間的預(yù)定時(shí)間間隔的結(jié)束時(shí)關(guān)閉。參考圖2，控制單元觀然后發(fā)出打開進(jìn)入控制閥40、42之一的信號(hào)。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，被打開以容許已被泵72加壓的油進(jìn)入第二室部的是進(jìn)入控制閥42。如果內(nèi)燃機(jī)10已經(jīng)在運(yùn)行，則進(jìn)入控制閥40被打開，以容許來自貯存器64的加壓油進(jìn)入。流入的油推壓柔性分割構(gòu)件18，使它沿第一室部14的這樣一個(gè)方向撓曲，以使第二室部16的體積增大而第一室部14的體積減小。第一室部14的體積的減小使第一室部中的空氣(或者空氣燃料混合物)受到壓縮。控制單元觀借助于從傳感器44接收到的信號(hào)監(jiān)視第一室部14中的壓力，并在到達(dá)期望壓力時(shí)(例如在獲得12 1的壓縮比時(shí))關(guān)閉被打開的進(jìn)入控制閥。如果油從貯存器64經(jīng)由進(jìn)入控制閥40供給，并且貯存器中的壓力不足以獲得期望的壓縮比時(shí)，則控制單元觀可以指示進(jìn)入控制閥42打開，并使泵72工作以增加第一室部14中的壓力。當(dāng)在第一室部14中獲得了期望壓力時(shí)，任何打開的進(jìn)入控制閥40、42被指示關(guān)閉，并且發(fā)出信號(hào)以使火花塞52放電?；鸹ㄈ?2的操作引起第一室部14中的可燃混合物的燃燒?？扇蓟旌衔锏娜紵沟谝皇也?4中的壓力急速增大，迫使柔性分割構(gòu)件18向第二室部16的方向撓曲，從而使第二室部的體積急速減小。這迫使油從第二室部以高壓和高速向管道系統(tǒng)62中流動(dòng)。從管道系統(tǒng)62向驅(qū)動(dòng)單元60中流動(dòng)的高壓和高速油的能量被轉(zhuǎn)換成輸出作用力，其可以例如是扭矩或者單向或雙向(往復(fù)運(yùn)動(dòng))平移作用力。如圖2所示，當(dāng)柔性分割構(gòu)件18在第一室部中的空氣的壓縮期間朝第一室部14撓曲時(shí)，含水流體的池102形成覆蓋柔性分割構(gòu)件的面向第一室部中的整個(gè)表面104的層。這保護(hù)柔性分割構(gòu)件18在燃燒活動(dòng)期間免受熱損傷。響應(yīng)于由可燃混合物的燃燒引起的壓力增大的柔性分割構(gòu)件18的急速加速，使含水流體的一部分與含水流體的層分離，以在燃燒用燃料空氣混合物內(nèi)提供含水流體的小滴。燃燒氣體中的霧狀小滴改善燃燒過程，并且能夠引起氫分離過程(蒸汽重新形成，以及在一些情況下含水流體小滴的分解)，以生成在第一室部14中燃燒的氫氣。蒸汽重新形成過程在大約700-1000°C的溫度發(fā)生。雖然霧狀小滴對燃燒氣體將具有一些冷卻效果，通過控制存在于柔性分割構(gòu)件18的表面104上的含水流體的量，能夠維持區(qū)域內(nèi)處于1000-2000°C或更高的溫度，使得隨著小滴在富燃料(碳?xì)浠衔?的燃燒氣體中蒸發(fā)，蒸汽重新形成，使氫與碳?xì)浠衔锓蛛x。由于氫的自動(dòng)點(diǎn)火在大約585°C的溫度發(fā)生，從燃料中釋放出的氫自發(fā)地燃燒。這使第一室部14中的壓力和溫度提高，從而增大驅(qū)動(dòng)柔性分割構(gòu)件的作用力，以從第二室部16促動(dòng)油。生成的氫的燃燒引起第一室部中的溫度急速升高，這能夠引起第一室部14中的進(jìn)一步氫分離。為了促進(jìn)第一室部中的蒸汽重新形成，燃料空氣混合物可以形成為使得它富含燃料，以在從其分離出氫的混合物中提供過量的碳?xì)浠衔?。?dāng)燃燒過程完成時(shí)，如來自傳感器44的壓力指示信號(hào)所指示的，控制單元觀打開排氣閥36。通常在接收器76中維持有部分真空，使得當(dāng)排氣閥36打開時(shí)，仍然處于較高壓力的燃燒產(chǎn)物被吸入接收器中。廢氣排出閥80被打開，以允許吸入接收器76中的廢氣逸出至大氣。當(dāng)接收器76中的壓力達(dá)到大氣壓或者接近大氣壓的壓力時(shí)，控制單元觀發(fā)出使廢氣排出閥80關(guān)閉的信號(hào)。接收器76中的壓力可以基于來自傳感器44的信號(hào)來判斷，或者通過配置成直接檢測接收器中的壓力的傳感器(未示出)來判斷。接收器76中的殘留廢氣被流經(jīng)線圈82的冷卻劑迅速地冷卻，使廢氣中的水蒸汽凝結(jié)并沉積在接收器中。它還在接收器76中引起急速的壓力下降，在第一室部14和接收器兩者中生成部分真空。真空水平與第一室部和接收器的體積比成比例。接收器的體積選擇成大于第一室部14的體積，以獲得期望水平的真空。當(dāng)?shù)谝皇也?接收器中的壓力在排氣閥36打開后被判斷為處于預(yù)定水平，或者處于預(yù)定時(shí)間時(shí)，排氣閥被關(guān)閉以隔離接收器中的真空。在該階段，內(nèi)燃機(jī)10回到圖1所示狀態(tài)，準(zhǔn)備好一個(gè)新的操作循環(huán)的開始，并且在第一室部14中存在部分真空，以使空氣在下一充電過程的開始時(shí)被吸入第一室部中，并且部分真空被存儲(chǔ)于接收器76中，以在下一排氣過程的開始時(shí)從第一室部吸入廢氣產(chǎn)物。應(yīng)該理解的是，含水流體池102在燃燒活動(dòng)期間減少?？刂茊卧^能夠基于來自傳感器46、48的信號(hào)判斷在第一室部14中的空氣的壓縮期間的含水液體水平。如果在柔性分割構(gòu)件18上存在足夠的含水液體，則來自傳感器的信號(hào)將均衡化，否則信號(hào)將是不同的。如果含水液體的水平被判斷為過低，則控制單元觀將發(fā)出信號(hào)，以使進(jìn)入控制閥98打開，并使泵100從貯存器88向第一室部14中泵送期望量的液體。優(yōu)選地，配置成這樣使得在水平充分下降至臨界水平之前進(jìn)行檢測，以允許在第一室部14中的空氣的壓縮前含水流體輸入。這樣，從泵100所需的工作輸出被降低。作為從貯存器88供給含水流體補(bǔ)給的一個(gè)替代，為此目的可以設(shè)置分離的貯存器。雖然未示出，可以在管道系統(tǒng)62中在驅(qū)動(dòng)單元60上游設(shè)置單向閥，以使驅(qū)動(dòng)單元隔離于第二室部16中的壓力，但壓力在燃燒活動(dòng)期間升高得高于預(yù)定水平時(shí)除外。替代地，可以使用另一形式的閥，例如常閉電氣致動(dòng)電磁閥?？刂茊卧^和任何相關(guān)聯(lián)的輔助器械可以呈任意適當(dāng)?shù)囊阎问剑⑶铱梢园ū绢I(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的部件。圖4是一適當(dāng)?shù)目刂茊卧^的示意圖，其可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器1600和信號(hào)調(diào)節(jié)部件1602。信號(hào)調(diào)節(jié)部件可以例如用于放大信號(hào)和/或?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以允許控制單元接收和使用來自傳感器的信號(hào)，并向受控于控制單元的閥和其它部件輸出可用的信號(hào)?？刂茊卧^可以附加地包括一個(gè)或多個(gè)易失性存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 1604，以存儲(chǔ)在內(nèi)燃機(jī)和電路1606的操作期間生成的數(shù)據(jù)。易失性存儲(chǔ)器也可以用于對來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的進(jìn)入信號(hào)進(jìn)行取樣，以對處理器提供可用的輸入?？刂茊卧^可以附加地包括一個(gè)或多個(gè)非易失性數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部件，例如永久存儲(chǔ)器1606，其可以是只讀存儲(chǔ)器(ROM)。非易失性存儲(chǔ)器可以用于永久地存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)控制軟件部分1608。當(dāng)然，對于一些應(yīng)用，不需要永久存儲(chǔ)器。例如，控制單元可以與主計(jì)算機(jī)連接，在主計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有控制算法，并且所述主
9計(jì)算機(jī)在控制單元啟動(dòng)時(shí)將它們上傳至控制單元中的RAM。另一替代方案將是使控制單元隸屬于主控制單元或者計(jì)算機(jī)。又一替代方案將是使控制單元包括一個(gè)或多個(gè)硬連線的控制電路。應(yīng)該理解的是，來自第二室部的油輸出被直接供給至驅(qū)動(dòng)單元60并不是必須的。相反，如圖5所示，內(nèi)燃機(jī)10可以設(shè)置有用于接收油的輸出存儲(chǔ)裝置120。輸出存儲(chǔ)裝置120是位于驅(qū)動(dòng)單元60上游的接收器。在管道系統(tǒng)62中在輸出存儲(chǔ)裝置120與第二室部16之間設(shè)置有單向閥122(替代地，電氣致動(dòng)閥)。單向閥設(shè)定成在第二室部16中的壓力超過預(yù)定水平時(shí)打開，以允許來自第二室的油流入輸出存儲(chǔ)裝置120中。在輸出存儲(chǔ)裝置120與驅(qū)動(dòng)單元60之間設(shè)置有電氣致動(dòng)閥124，以控制從輸出存儲(chǔ)裝置120向驅(qū)動(dòng)單元的油輸出，以使油能夠按需供給至驅(qū)動(dòng)單元。電氣致動(dòng)閥1 可以受控于控制單元觀或者受控于與內(nèi)燃機(jī)10相關(guān)聯(lián)的另一控制裝置。使用中，當(dāng)柔性分割構(gòu)件18通過由燃燒活動(dòng)在第一室部14中生成的壓力朝第二室部16移動(dòng)時(shí)，處于高壓和高速的油被迫使進(jìn)入管道系統(tǒng)62中。這使單向閥122打開，并允許油流入該輸出存儲(chǔ)裝置120中。在所示實(shí)施例中，輸出存儲(chǔ)裝置120配置成使得油流動(dòng)通過輸出存儲(chǔ)裝置的被保持成大致沒有液體的部分126。隨著輸出存儲(chǔ)裝置120填充油，部分126中的氣體被壓縮，從而以彈簧的方式存儲(chǔ)能量。當(dāng)需要從驅(qū)動(dòng)單元60輸出時(shí)，閥IM被打開，并且油將在部分126中的壓縮氣體的影響下以高壓和高速從輸出存儲(chǔ)裝置流出。驅(qū)動(dòng)單元60將來自輸出存儲(chǔ)裝置的油輸出中的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成所需的輸出作用力，例如扭矩。要了解關(guān)于輸出存儲(chǔ)裝置的使用的進(jìn)一步信息，可以關(guān)注本申請人的在先英國專利申請公開號(hào)GBM57476、GBM57350和GBM57351，其全體內(nèi)容通過引用并入本文。雖然內(nèi)燃機(jī)10被圖示和描述為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但是它也可以形成為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。圖6示出了多缸內(nèi)燃機(jī)310。多缸內(nèi)燃機(jī)的每個(gè)氣缸包括與由內(nèi)燃機(jī)10中的本體12形成的氣缸相同或者相似的單元。多缸內(nèi)燃機(jī)310包括五個(gè)氣缸312(1)-312(5)，這五個(gè)氣缸以與內(nèi)燃機(jī)10的單缸相同的方法進(jìn)行配備和操作。在本實(shí)施例中，氣缸312(1)-312(5)各自連接至同一空氣吸入系統(tǒng)338和排氣系統(tǒng)336，并且各自設(shè)置有來自同一燃料貯存器330經(jīng)由同一燃料泵332供給的燃料噴射器(未示出)。存在有貯存器390和啟動(dòng)泵398，所述啟動(dòng)泵從貯存器向與圖1所示閥40、42相對應(yīng)的流體進(jìn)入控制閥(未示出)供給流體。雖然如上所述使用相同的部件可以便利于許多發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，但是應(yīng)該理解的是，在多缸內(nèi)燃機(jī)中，可以使用多個(gè)空氣吸入系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、液體返回系統(tǒng)和/或燃料泵和貯存器。輸出存儲(chǔ)裝置314連接至每個(gè)氣缸312的輸出閥316。在所示實(shí)施例中，輸出存儲(chǔ)裝置314是環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)。可想到的是，使用該“圈餅”構(gòu)造將降低由于流阻的壓力損失。雖然未示出以這種方法連接，氣缸312(1)至312 可以直接連接至輸出存儲(chǔ)裝置314，使得外流的液體能夠直接流入輸出存儲(chǔ)裝置中。輸出存儲(chǔ)裝置314連接至通向前輪驅(qū)動(dòng)單元320F和后輪驅(qū)動(dòng)單元320R的相應(yīng)管道系統(tǒng)602、604。驅(qū)動(dòng)單元320F、320R將存儲(chǔ)在從第一貯存器314接收的液體中的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)力，用于轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的一對輪子322F、322R。驅(qū)動(dòng)單元320F、320R的每一個(gè)將用過的液體返回至貯存器390。
在本實(shí)施例中，控制單元3 在主發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元606的控制下控制單個(gè)氣缸312(1)-312(5)的操作。主發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元606接收來自駕駛員操作踏板和/或按鈕(未示出)的輸入指令，并且還控制驅(qū)動(dòng)單元320F、320R的操作。雖然未示出，但是應(yīng)該理解的是，可以設(shè)置分離的控制單元來控制驅(qū)動(dòng)單元320F、320R的制動(dòng)功能。這種控制單元將連接至主控制單元606，其對于內(nèi)燃機(jī)310的控制負(fù)有全局責(zé)任。使用中，多缸內(nèi)燃機(jī)310的單個(gè)氣缸312(1)-312(5)以與發(fā)動(dòng)機(jī)10相同的方法操作。單個(gè)氣缸312(1)-312(5)的活性水平基于輸出存儲(chǔ)裝置314中的壓力得到控制。如果輸出存儲(chǔ)裝置314中的壓力高于預(yù)定水平，并且對發(fā)動(dòng)機(jī)的需求低，則操作的氣缸312(1)-312(5)的數(shù)量可以成比例地降低。應(yīng)該理解的是，來自第二室部的液體輸出并非必須是油，可以使用任何期望的液體，甚至是水。應(yīng)該理解的是，使第二室部中的液體與第一室部中發(fā)生的燃燒活動(dòng)分離就能夠使用第二室部中的液體，例如油，它將至少不希望暴露于燃燒氣體。應(yīng)該明白的是，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商可以供給已經(jīng)填充有工作流體(第二流體質(zhì)量)的發(fā)動(dòng)機(jī)，或者工作流體可以在今后由車輛制造商添加，或者對于非車輛應(yīng)用，由被供給有內(nèi)燃機(jī)的設(shè)備的制造商，或者由銷售發(fā)動(dòng)機(jī)或者包括有發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備的一方，或者由終端用戶添加。應(yīng)該理解的是，柔性分割構(gòu)件可以是由柔性適當(dāng)?shù)牟牧现瞥傻母裟ぃ龈裟@其整個(gè)周緣固定至一個(gè)室的內(nèi)壁，例如圓形截面室，所述隔膜裝配在所述室中。柔性分割構(gòu)件的構(gòu)造可以變化，方法是選擇制造它的材料以及構(gòu)件與裝配它的室的部分面積的相對尺寸。優(yōu)選地，構(gòu)造成使得至少在柔性分割構(gòu)件處于燃燒稍前和燃燒期間的位置，含水流體能夠至少基本覆蓋柔性分割構(gòu)件的整個(gè)表面104。可以希望的是柔性分割構(gòu)件在處于松弛狀態(tài)時(shí)是大致平坦的。適當(dāng)?shù)谋壤筒牧夏軌蛲ㄟ^經(jīng)驗(yàn)輕松地確定。在所示實(shí)施例中，柔性分割構(gòu)件被示為直接固定至本體12的壁。這并不是實(shí)質(zhì)性的。柔性分割構(gòu)件可以裝配至固定于本體12的壁的支承件，例如環(huán)形支承構(gòu)件。所示內(nèi)燃機(jī)中的燃燒活動(dòng)的時(shí)機(jī)并不像常規(guī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞內(nèi)燃機(jī)那樣關(guān)鍵。例如，如果由于燃料中辛烷值水平的變化結(jié)果而存在預(yù)先點(diǎn)火，則隨著燃燒發(fā)生，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的急速壓力增大將仍然使液體外流以與正常燃燒活動(dòng)將發(fā)生的相同方法從氣缸得到驅(qū)動(dòng)。因此，在常規(guī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞內(nèi)燃機(jī)中存在預(yù)先點(diǎn)火時(shí)通常會(huì)發(fā)生的電力損失和對發(fā)動(dòng)機(jī)部件的潛在損壞得以避免，或者至少得以降低。這使發(fā)動(dòng)機(jī)特別適用于不像常用石油基燃料那樣呈現(xiàn)出相同的質(zhì)量一致性的燃料，并且例如，使發(fā)動(dòng)機(jī)特別適用于醇類燃料，例如乙醇，其能夠從可再生資源生成。應(yīng)該明白的是，圖中所示內(nèi)燃機(jī)的狀態(tài)和比例只用于圖示目的，并不一定反映將在工作發(fā)動(dòng)機(jī)中適用的情況。同樣應(yīng)該明白的是，圖中所示內(nèi)燃機(jī)的取向以及在描述中對“上”和“下”的提及只是通過示例給出的，是為了便于理解，不應(yīng)理解為限制。所示實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)可以用于機(jī)動(dòng)車輛。目前可以想到的是，發(fā)動(dòng)機(jī)將特別適合于小型車輛，例如摩托車和小型摩托車。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)并不局限于這種用途。發(fā)動(dòng)機(jī)也可以例如用于汽艇、發(fā)電機(jī)組、便攜式機(jī)器(例如壓縮機(jī))、割草機(jī)和工具。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，包括室；固定在所述室中將所述室分割成具有可變體積的第一室部和具有可變體積的第二室部的柔性分割構(gòu)件；進(jìn)氣閥，可操作以容許可燃混合物的組分進(jìn)入所述第一室部中，以在其中燃燒，來提供壓カ増大，以使所述柔性分割構(gòu)件彎曲，以降低所述第二室部的所述體積，從而作為所述室的能量輸出從所述第二室部迫出液體；和輸入閥，用于容許含水流體進(jìn)入所述第一室部中，以向所述第一室部中提供含水流體源，來保護(hù)所述柔性分割構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，包括控制器，用于控制所述輸入閥的操作，以使所述含水流體進(jìn)入所述第一室部中，以便在所述可燃混合物的燃燒被引起吋，使所述柔性分割構(gòu)件至少基本被所述含水流體覆蓋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述柔性分割構(gòu)件設(shè)置有用于接收所述含水流體的表面凹部。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述輸入閥與排氣系統(tǒng)連接，所述排氣系統(tǒng)與所述第一室部連接，所述含水流體從所述排氣系統(tǒng)供給至所述輸入閥。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述排氣系統(tǒng)包括用于冷卻來自所述第一室部的廢氣的冷卻系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述含水流體至少部分地由來自被所述冷卻系統(tǒng)冷卻的所述廢氣的含水流體冷凝物供給。
7.如權(quán)利要求5或6所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述含水流體至少部分地由所述冷卻系統(tǒng)的冷卻劑供給。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述排氣系統(tǒng)包括用于接收所述廢氣的接收器，廢氣在所述接收器中的冷卻為所述第一室部中提供真空。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述接收器具有釋放來自所述接收器的廢氣的出口和關(guān)閉所述出口的閥。
10.如權(quán)利要求8或9所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述接收器的體積大于所述第一室部的最大體積。
11.如權(quán)利要求1、2或3所述的內(nèi)燃機(jī)，包括排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)具有用于接收來自所述第一室部的廢氣的接收器和冷卻所述接收器中的氣體以在其中生成壓カ減小的冷卻系統(tǒng)，所述接收器的體積大于所述第一室部的最大體積，以在所述第一室部中生成期望水平的真空，所述期望水平的真空與所述第一室的所述最大體積和所述接收器的所述體積的比值成比例。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，包括用于接收從所述第二室部迫出的所述液體的輸出存儲(chǔ)裝置，所述輸出存儲(chǔ)裝置配置成使得所述液體通過所述輸出存儲(chǔ)裝置的被保持成沒有液體的區(qū)域，流入所述輸出存儲(chǔ)裝置中。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，包括用于控制所述進(jìn)氣閥的控制器，以使所述可燃混合物包括足以促進(jìn)在所述第一室部中的蒸汽重新形成的燃料水平，所述蒸汽重新形成使氫與所述燃料分離，以提供在所述第一室部中燃燒的氫。
14.ー種操作內(nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括室，所述室被固定在所述室內(nèi)的柔性分割構(gòu)件分割成第一室部和第二室部，所述第一室部和第二室部各自具有通過所述柔性分割構(gòu)件的彎曲移動(dòng)而可變的體積，所述方法包括提供含水液體以覆蓋所述柔性分割構(gòu)件的面向所述第一室部中的面；在所述第一室部中燃燒可燃混合物，以提供壓カ増大，來使所述柔性分割構(gòu)件朝所述第二室部移動(dòng)，以降低所述第二室部的所述體積，以作為所述室的能量輸出從所述第二室部迫出液體。
15.如權(quán)利要求14所述的操作內(nèi)燃機(jī)的方法，包括從所述內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)供給所述含水液體。
16.如權(quán)利要求14或15所述的操作內(nèi)燃機(jī)的方法，包括在所述可燃混合物中提供足夠水平的燃料，以促進(jìn)所述燃料的至少一部分在所述可燃混合物的燃燒期間的蒸汽重新形成，使氫與在所述可燃混合物中燃燒的所述燃料分離。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)，包括室(12)和固定于所述室的壁并將所述室分割成具有可變體積的第一室部(14)和具有可變體積的第二室部(16)的柔性分割構(gòu)件(18)。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有進(jìn)氣閥(20、22)，用于容許可燃混合物的組分進(jìn)入第一室部中，以在其中燃燒，來提供壓力增大，以使柔性分割構(gòu)件彎曲，來降低第二室部的體積，以作為所述室的能量輸出從第二室部迫出液體。所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有輸入閥(98)，用于容許含水流體進(jìn)入第一室部中，以在第一室部中提供含水流體源，來保護(hù)柔性分割構(gòu)件。
文檔編號(hào)F01B21/00GK102597424SQ201080047121
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者奈杰爾.A.布坎南 申請人:伊恩.K.羅森, 奈杰爾.A.布坎南