專利名稱：改進的內燃機和工作循環的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過一個新的熱力學工作循環由內燃機中的燃燒氣體產生機械功的方法和實行所述方法的往復式內燃機。
本發明的背景眾所周知，內燃機的膨脹比增加時，會從燃燒氣體取得較多能量而轉換成動能，內燃機的熱力學效率增加。而且，增加充氣密度，由于熱力學進一步改善，既提高功率也節省燃料。高效的內燃機就需提供一個高密度充氣，以最大的密度開始燃燒，然后盡可能遠地膨脹氣體來頂推活塞。
常規的發動機具有相同的壓縮和膨脹比，在火花點火的發動機中，前者由使用的燃料的辛烷值限制。而且，因為在這些發動機中，爆發的氣體僅能夠膨脹到發動機的壓縮比的程度，一般在爆發的氣缸中有相當大的熱和壓力在排氣閥打開時被排到大氣中，造成能量浪費并產生不必要的高度的污染排放。
為了減少內燃機中的壓縮比并延長膨脹過程，以提高它門的熱力學效率進行了種種嘗試，最著名的是1947年開發的米勒(Miller)循環發動機。
常規的四沖程循環發動機在任何給定的燃燒循環中的壓縮比等于膨脹比，于此不同，米勒循環發動機是另一種，其中有意識地改變了均等性。米勒循環使用一個輔助壓縮機供給空氣充氣，在活塞的吸氣沖程引入充氣，然后在活塞達到吸氣沖程的終端前關閉進氣閥。從此點起，如通常循環中那樣，氣缸中的氣體膨脹到最大的氣缸的容積，然后從這點被壓縮。此時，在進氣閥關閉點的氣缸容積除燃燒室的容積得出壓縮比。在壓縮沖程中，直到活塞達到在進氣沖程時進氣閥關閉的點前，在壓縮沖程上實際的壓縮沒有開始，因此產生比通常壓縮比低的壓縮比。膨脹比是通過氣缸的工作容積除燃燒室的容積計算的，因為發動機的膨脹比大于壓縮比，造成更完全膨脹。
在二沖程發動機中，米勒循環保持排氣閥在壓縮沖程的前20％左右打開，來減少發動機的壓縮比。此時，膨脹比可能仍低于壓縮比，因為，在常規二沖程發動機中膨脹比總不能象壓縮比那么大。
這個循環的優點是，能夠獲得比用膨脹比等與壓縮比時獲得更高的效率，缺點是，米勒循環具有的平均有效壓力低于帶有相同最大壓力的常規的設置，而且，排放的特征沒有顯著改進。
米勒循環對于不常在輕負荷工作的發動機是實用的，因為，在輕負荷運行，膨脹沖程時的平均氣缸壓力傾向于接近或甚至低于摩擦平均壓力。在這樣的情況下，循環的更完全的膨脹部分會造成一個純粹損失而不是效率上的增益。
在最大氣缸壓力由爆燃或應力限制和允許功率犧牲以達到最節省的燃料時，使用這類發動機是有利的。這種循環僅適用于大部分時間是在高機械效率的狀態下工作的發動機，即在較低的活塞速度和接近全負荷時。
本發明概要簡要地說，本發明包括一種內燃機系統(包括方法和裝置)，用于調節燃燒充氣密度、溫度、壓力和湍動，使得在動力缸內產生真正的控制，以提高燃料利用率、功率和力矩，同時，將污染排放減到最小。在優選實施例中，方法包括步驟(I)產生一個空氣充氣；(II)控制充氣的溫度、密度和壓力；(III)將充氣傳送到發動機的動力缸，使得從大氣的比重和密度到比大氣重和密度大的范圍中選擇出的一定重量和密度的充氣而引入到動力缸；(IV)然后以比通常的壓縮比低的壓縮比壓縮空氣充氣；(V)使預定量的充氣和燃料產生可燃燒的混合物；(VI)在動力缸內點燃混合物；(VII)使燃燒氣頂著在動力缸中工作的活塞膨脹，發動機的動力缸的膨脹比顯著大于壓縮比。除了其他優點外，本發明的方法能夠產生在比通常低的到比通常高的范圍內的平均有效(氣缸)壓力(mep)。在優選實施例中，在工作時，壓力在上述整個范圍是可變選擇的(并被選擇地改變)。在定速定負荷運行相關的另一個實施例中，平均有效氣缸壓力是從所述范圍選擇的，并且根據本發明的發動機結構是使得平均有效氣缸壓力范圍被限制，其變化量僅在產生發動機設計的工作循環的功率、力矩和速度。
優選實施例中，本發明的裝置提供一種往復式內燃機，它帶有至少一個輔助的壓縮空氣充氣的壓縮機；一個中間冷卻器，壓縮的空氣充氣能夠被引導而冷卻；動力缸，其中燃燒氣被點燃而膨脹；一個在每個動力缸中工作的活塞，通過一個連桿連接著曲軸，隨每個活塞的往復運動旋轉曲軸；一個傳送導管，將壓縮機出口連接到控制閥和中間冷卻器；一個傳送管匯，將中間冷卻器與動力缸連通，通過所述管匯把被壓縮的充氣傳送進入到動力缸中；一個進氣閥，控制從傳送管匯到所述動力缸的壓縮充氣的進入；和一個排氣閥，控制從所述動力缸的廢氣排放。對于本發明四沖程的發動機，動力缸的進氣閥定時工作，使得在吸氣沖程中需要和向動力缸引入時，相當于通常的或比通常重的充氣空氣能夠保持在轉移管匯內，大致在活塞底端死點位置之前進氣閥關閉，或者，在壓縮沖程中的某點進氣閥關閉，以提供一個低壓縮比。在某些設計中，在活塞到達第一進氣閥關閉的點后，另一個進氣閥能夠快速打開和關閉，此時仍能使壓縮比小于膨脹比，注入調節了溫度的高壓輔助空氣充氣，并使得點火能夠在基本是最大充氣密度時開始。本發明的二沖程發動機不同之處在于，動力缸的進氣閥定時工作，使得在動力缸由低壓空氣吹掃且排氣閥關閉時，在吹掃壓縮沖程中，空氣充氣保持在傳送管匯內，并引入到動力缸，造成發動機的壓縮比比動力缸的膨脹比小。提供了裝置使得燃料與空氣充氣混合而產生燃燒氣，動力缸燃燒室的大小與動力缸的工作容積相應，使得爆發的燃燒氣能夠膨脹到一個體積，而顯著大于壓縮比。
與現有的內燃機相比，本發明的首要優點是，它提供可比發動機的膨脹比低的壓縮比，并且，選擇地提供高于常規發動機的平均氣缸壓力，同時具有與現有技術發動機相同的或較低的最大氣缸壓力。
這能夠形成較好燃料利用，和在所有轉速上較大的功率和力矩輸出，并且污染排放低。因為充氣密度、溫度和壓力可調節控制，即使長時間輕載工作也是實際的，不會失去燃料的節約。新的工作循環可用于二沖程或四沖程發動機，火花點火和壓縮點火均可。對于火花點火的發動機，充氣的比重能夠顯著增加，而沒有燃燒爆燃和預點火常伴隨的高峰溫度和壓力的問題。對于壓縮點火發動機，在給定的膨脹比時，較重較冷更湍動的充氣提供低的峰值氣缸壓力，允許濃度高的限煙的空氣-燃料比能夠輸出提高的功率，并且使得顆粒物和NOx排放低。由于在壓縮過程中減少了傳熱，壓縮功減少。因為一個整體的低溫的工作循環和以比通常低的溫度的排放廢氣，發動機壽命提高。本發明也提供了一種再生止動裝置，為隨后的沒有壓縮功的強制動力循環和瞬時的或“突發”功率儲存能量，這進一步增加發動機的整個效率。
本發明的所有目的，特征和優點在此簡介中是不能夠說明的，而參照下面說明和附圖將會理解。
附圖簡介下面參照


本發明的內燃機實施例。
圖1是一個按四沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的裝置的第一實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的第一運行方法。除了它的其他組件外，可見到在這個實施例中，具有一個輔助壓縮機、一個冷卻系統和閥來控制充氣壓力、溫度和密度。
圖2是按四沖程循環的、與圖1發動機相似的六氣缸內燃機示意圖，表示本發明的裝置的第二實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的第二運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有兩個壓縮機、三個中間冷卻器、四個控制閥、用于主和輔助壓縮機的雙空氣通道和雙管匯，并示出一個控制充氣壓力、溫度和密度的裝置。
圖3是一個按四沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的裝置的第三實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的第三運行方法。
圖4是一個按四沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透射圖(帶部分剖)，表示本發明的裝置的第四實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的第四運行方法。可見到在這個實施例中，除了它的其他組件，還具有一個輔助壓縮機，它帶有兩個空氣充氣進氣導管和雙進氣路線，其中之一是低壓的，另一個是高壓的，兩個都通向相同的動力缸；和一個冷卻系統和閥，用于控制空氣壓力、密度和溫度；和一個輔助的大氣空氣進氣系統。
圖4-B是一個與圖4的發動機相似的發動機的透視圖(帶有部分剖)，但是僅有一個大氣空氣進氣口，它在兩個不同的壓力水平向動力缸供給充氣空氣。
圖4-C是一個發動機排氣進氣系統示意圖，示出一個為減少污染排放而再燃燒排氣的裝置。
圖5是一個按四沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的裝置的第五實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的第五運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例中還具有一個大氣進氣口；一個輔助的壓縮機，它帶有兩個充氣路線，其中之一是低壓的且具有兩個任選路線，另一個是高壓的，都引向相同的動力缸；控制閥裝置和空氣冷卻器，用于改變在發動機的燃燒室中的充氣密度、壓力和溫度。
圖6是圖4、圖4-B、圖5、圖7或圖33的四沖程發動機的一個動力缸在進氣閥處的部分剖視圖，示出另一個方法(可成為本發明的另一實施例)在空氣充氣過程來防止充氣空氣的回流和自動調節氣缸的充氣壓力。
圖7是一個四沖程六氣缸內燃機的透視圖，表示本發明的裝置的另一實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的另一運行方法，示出引出低壓主空氣充氣的三個不同的系統(兩個由虛線示出)。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有三個空氣冷卻器和雙管匯以及通過發動機控制組件和變化閥門來控制充氣壓力、溫度和密度的裝置。
圖8是一個按二沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的第一個二沖程裝置實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的另一運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有一個主和輔助壓縮機，一個冷卻系統和導管及閥，根據本發明調節充氣壓力、溫度和密度。
圖9是一個按二沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的第二個二沖程裝置實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的另一運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有一個大氣空氣進氣口；一個主和一個輔助壓縮機，帶有兩個空氣路線，一個是低壓的，具有不同的路線，一個是高壓的，兩個都引向相同的動力缸；控制閥門裝置和空氣冷卻器，用來改變充氣壓力，溫度和密度。
圖9-B是一個二沖程六氣缸內燃機的示意圖，表示本發明的再一裝置實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的再一運行方法。示出兩個不同的引導低壓主空氣充氣的系統(一個虛線示出)。除了它的其他組件外，可見到這個實施例，具有三個空氣冷卻器、雙管匯和通過發動機控制組件和閥門變化來控制充氣壓力、溫度和密度的裝置。
圖10是圖9的二沖程發動機的動力缸的在進氣閥處的局部剖視圖，示出在高壓力空氣充氣時防止充氣空氣回流的另一方法(適用于本發明的另一個實施例)，表示出一個具有泵壓的油/空氣冷卻系統的壓力平衡閥。
圖11是一個按二沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖(帶有部分剖)，表示本發明的第三個二沖程裝置實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的另一運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有一個主和一個輔助壓縮機，一個冷卻系統和導管，和調節充氣密度、溫度和壓力的閥，并且每個動力缸具有單個的空氣進氣流道，它帶有至少兩個進氣閥，它門設置成使一個進氣閥能夠與另一個進氣閥無關地定時工作。
圖12是將本發明的發動機的循環與高速狄塞爾發動機進行比較的壓力容積圖。
圖13是與普遍用的重載二沖程狄塞爾發動機比較，在有效壓縮比、峰值溫度和壓力、充氣密度和膨脹方面，本發明發動機可達到改進的圖表。
圖14是與普遍用的重載四沖程狄塞爾發動機比較，在有效壓縮比，峰值溫度和壓力、充氣密度和膨脹比方面，本發明發動機可達到改進的圖表。
圖15是圖5-7和圖9-10的二沖程和四沖程發動機的推薦工作參數示意圖，示出主壓縮機的雙中間冷卻器、輔助壓縮機的單個中間冷卻器和為了輕負荷工作選擇不同充氣空氣路線的一個控制系統和閥；并表示出(一個是虛線)引導低壓主空氣充氣的兩個交替工作的系統。
圖16示出供給管匯13和14的閥門推薦位置，形成圖5-7和圖9-10的發動機中等負荷工作的最優空氣充氣。對于中等負荷工作，壓縮機2的閘閥5關閉和空氣旁通閥6打開，使得未冷卻的空氣充氣未經壓縮就通向壓縮機1的進氣口，在此，關閉的截流閥3和關閉的空氣旁通閥4將被壓縮機1壓縮的空氣充氣引導通過中間冷卻器而到達管匯13和14，空氣被壓縮機1壓縮和加熱，以進行中等負荷的工作。
圖17是向為圖5-7和圖9-10的發動機的重負荷和大功率工作提供高密度空氣充氣的推薦方案。圖17示出所有的閘閥5和3及所有的空氣旁通閥6和4完全被關閉，使得主級壓縮啟動和第二級壓縮啟動，除了通過導管32向進氣閥16-B的以外，整個空氣充氣通過中間冷卻器10、11和12向管匯13和14和發動機動力缸，產生很高密度的空氣充氣，進行重負荷的工作。
圖18是示出圖3-圖11發動機任何一個的示意圖，示出輔助壓縮機的替換型2′和一個系統，后者在不需要高充氣壓力和密度時提供一個切斷輔助壓縮機的裝置。為了減輕壓縮機2′的工作，閘閥5關閉而空氣旁通閥打開，使得通過壓縮機2′泵壓的空氣能夠通過壓縮機2′再循環而不需要壓縮功。
圖19是圖5-7和圖9-10的發動機的示意圖，它具有兩個壓縮機，和一個壓縮級具有一個中間冷卻器，第二級壓縮的雙中間冷卻器，雙管匯，四個閥和一個發動機控制組件(ECM)，并示出通過各種電子裝置或真空閥和它們的導管改變空氣流動方向和空氣流量來控制充氣空氣密度、壓力和溫度的裝置。
圖20是圖1-圖11的發動機的空氣壓縮機的可供選擇的電動馬達驅動裝置示意圖。
圖21是對本發明發動機或任何其他內燃機的氣體或液體燃料工作推薦的一個預先燃燒室，燃燒室和配套的燃料進入導管和閥控制的橫剖示意圖。
圖22是通過發動機的一個氣缸的部分剖視圖，發動機顯示出另一個結構，在此對于二沖程發動機的軸每轉有兩個點火沖程，對四沖程發動機的軸的每轉有一個點火沖程，發動機具有一個在它的下末端上樞軸旋轉的橫桿；一個連接著橫桿的中點并安裝到發動機的曲軸的連桿，從而形成一個任意改變發動機壓縮比的裝置。
圖23是是通過發動機的一個氣缸的部分剖視圖，示出另一個結構，在此對于二沖程發動機的曲軸每轉有兩個點火沖程，對四沖程發動機的軸每轉有一個點火沖程，橫桿連接著連桿，活塞在活塞和活塞連桿之間的一點樞軸旋轉，連桿安裝到發動機曲軸上，和另一個優選的從活塞輸出功率分裝置，它是由常規活塞桿、十字頭和連桿構成。
圖24是通過發動機一個氣缸的部分剖視圖，具有一個對二沖程或四沖程發動機中的每個點火沖程提供額外燃燒時間的裝置。
圖25是一個按二沖程循環的六氣缸內燃機的氣缸組件和蓋的透視圖，表示本發明的另一裝置實施例，由此裝置能夠進行將予以說明的另一運行方法。除了它的其他組件外，可見到這個實施例還具有一個在活塞套的底部中的換氣口，并具有一個主和一個輔助壓縮機；一個冷卻系統；控制充氣空氣的壓力、密度和溫度的閥和導管；和向氣缸供給吹掃空氣的閥和導管。
圖26是與圖25相似的發動機的示意圖，該發動機具有一個任選壓縮級的一個中間冷卻器，主壓縮級的雙中間冷卻器，一個控制系統(包括控制組件(ECM)和閥門控制)，它通過控制經過各閥、導管和任選閘閥的空氣流方向和流量來控制充氣空氣密度、重量、溫度和壓力，并具有兩個向氣缸底部中的換氣口供給吹掃空氣的兩個任選路線和從發動機排出廢氣的不同路線。
圖27-圖30是圖25和圖26的發動機的示意圖，示出為有效的吹掃提出的四個方法，圖27和28也示出發動機的控制組件(ECM)和閥，它們將充氣空氣和吹掃空氣的壓力、密度和溫度分別控制到適當程度。
圖31示意示出發動機的空氣壓縮機的可供選擇的電機驅動裝置。
圖32是圖25和圖26的二沖程發動機示意圖，僅具有一個壓縮機，既供給充氣空氣又供給吹掃空氣；示出一個控制系統和裝置，控制充氣和吹掃空氣的壓力、密度和溫度分別到適當程度，示出為了相同用途通過不同的路線引導空氣的裝置。
圖33是六氣缸發動機的橫剖示意圖，它具有兩個壓縮機氣缸、四個動力缸、一個增壓氣缸、五個調節閥，還示出一個控制充氣溫度、密度和重量的發動機控制組件(EMC)，可以在本發明任何發動機中儲存再生制動壓縮的空氣或一些工業過程產生的排出空氣。
圖34是任何一個本發明發動機的示意圖，示出另一個實施例，它包括一個分開的電動空氣壓縮機，另外的還有一個從供給充氣空氣的廢氣或排放的壓縮空氣源引向發動機(或多個發動機)進口導管，從而不需要發動機驅動的壓縮機。
圖35是本發明的發動機示意圖，示出另一個實施例，它是恒定負荷和恒定速度的發動機。本發明的恒定負荷和恒定速度發動機的實施例包括帶有任選的中間冷卻器的一個主和一個輔助壓縮機，形成兩級預壓縮充氣空氣，任選中間冷卻或絕熱壓縮。
圖36是本發明發動機的示意圖，示出一個本發明另一個實施例的恒定負荷和速度的發動機，其中提供一個帶有任選的中間冷卻器的單個壓縮機，形成單級預壓縮充氣空氣，任選中間冷卻或絕熱壓縮。
參見附圖的詳述現詳細參見圖，本發明改進內燃機100的多個不同的優選實施例在圖中示出。相同的組件在各個圖中用相同的標號表示。在一些情況但不是所有情況，需要時(由于實施例數多)，相似的但可互換的組件以帶上標的標號表示(如1001)。在由多個相似組件時，在文中“多個”常表示成這樣，例如“六個氣缸6a-7f”，但在圖中只能見到所有中的一兩個。而且，為了繪圖方便在多個氣缸中共同的組件有時用共用標號表示，例如活塞22a-22f表示成活塞22。為了使多個實施例易于理解(不限制公開的)一些實施例但不是全部，詳細說明部分加上小標題，在該標題部分詳細說明該系統或子系統。
就燃燒充氣的密度、溫度和壓力和湍動程度加以調節和控制的方法大概能夠將本發明的系統很好地體現出來。下面的說明力圖說明本發明的與下述裝置相配套的方法的優選的實施例，所述裝置是根據各個優選的方法構成和工作的。
文中所述的兩個或多個實施例共同的系統組件中的一些，但不一定是所有的，包括有一個曲軸20，在它上安裝連桿19a-19f，在每個連桿上安裝一個活塞22a-22f；每個活塞在動力缸7a-7f內運行；通過由進氣閥16控制的進氣口，空氣被引入到氣缸中，并且，通過排氣閥17控制的排氣口空氣從氣缸中排出。根據理解本發明的各個實施例的需要，在下面說明這些和其他組件的之間的作用，變更和工作原理。
圖1的發動機1001
見圖1，示出六氣缸往復內燃機1001，其中所有氣缸7a-7f(在剖視圖中僅示出一個)和配套的活塞22a-22f按四沖程工作，所有氣缸用于經由連桿19a-19f分別向一個共用曲軸20提供動力。一個輔助的壓縮機2(在此是Lysholm旋轉壓縮機)可選擇地向管匯13和14和氣缸7a-7f供給壓縮的空氣，或提供大氣壓的空氣，氣缸進行四沖程工作。在優選的實施例中，用閥3、5和6和中間冷卻器10、11和12控制空氣充氣的密度、重量、溫度和壓力。進氣閥16a-16f、16a′-16f定時控制發動機1001的壓縮比。確定燃燒室的大小，以確定發動機的膨脹比。
圖2、圖3、圖4、圖5和圖7的發動機1001-1005、1007分別具有帶有凸輪的凸輪軸21，并設置以曲軸的一半速度被驅動，以便對于每個動力活塞的曲軸的每兩轉提供一個動力沖程。圖1、圖2、圖3、圖4、圖4-B、圖5、圖7和圖33的旋轉壓縮機2能夠由V形棱的皮帶驅動，在V形皮帶輪和壓縮機傳動軸間具有增速齒輪，在一些飛機發動機中旋轉壓縮機也能夠裝有一個可變速的增速齒輪。圖3的往復式的壓縮機1具有由連桿19g連接到曲軸20雙作用的氣缸；并且通過連桿19g所連接的曲軸20對曲軸20的每轉提供兩個工作沖程。在一個另外的方法中，往復壓縮機1由一個連接到主曲軸20上邊的短曲軸上的連桿19g驅動，通過一個增速齒輪輔助曲軸(未示出)嚙合到主曲軸20上，以便就主曲軸20的每轉形成兩個以上的工作沖程。另外，壓縮機系統能夠具有旋轉或往復壓縮機的多極壓縮。然而各個實施例的輔助壓縮機1和第二輔助壓縮機2示出的都是往復壓縮機或旋轉壓縮機，應理解，本發明不限于對每個使用的壓縮機類型；圖中的壓縮機可以互換，或是等同的，或執行上述功能的其他類型的壓縮機。
圖1的發動機1001的特征是，較長的膨脹過程，低的壓縮比，和能夠產生從比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠選擇地提供一個高于通常發動機的常規設置可能具有的平均有效壓力，但與常規發動機比能夠具有一個低的最大氣缸壓力。發動機控制組件(ECM)(圖1未示出)和圖示的在導管上的可變閥3、5和6，形成一個控制氣缸內的充氣密度、壓力、溫度、和平均和峰值壓力的系統，這使得能夠較節省燃料，在低轉數產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放均低。在其他實施例中，可以使用一個可變閥的定時系統，與一個ECM之類的控制系統一起，能夠控制進氣閥16和16′的打開時間和關閉時間，進一步在發動機1001氣缸7a-7f的燃燒室中形成一個改進的控制狀態，在需要時能夠產生一個較平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖1發動機1001的工作簡要說明本發明圖1發動機1001是一個高效發動機，它能夠達到大功率和力矩，燃料消耗和污染排放低。新的工作循環是一個外壓縮型的燃燒循環。在此循環中，吸入空氣的部分(常規發動機在動力缸壓縮全部空氣)選擇地由至少一個輔助壓縮機2壓縮。在壓縮時的溫升能夠使用空氣冷卻器10、11和12冷卻進氣和通過一個較短的壓縮沖程抑制。
新的循環發動機1001的運轉的優選方法是1.取決于發動機的功率需要(如不同的負荷需要)，在大氣壓下的或被壓縮的吸入的空氣被活塞22的吸氣沖程抽入到動力缸7，壓縮空氣是由至少一個輔助壓縮機2壓縮，并且它的溫度和壓力由旁通系統和氣冷空氣冷卻器控制。
2.(a)在吸氣沖程完成后，吸入閥16(它可以是單一的或多個16，16′)在活塞22通過底部死點后打開一段時間，這將部分新鮮空氣充氣泵壓回到吸氣管匯13，14。然后進氣閥16，16′在密封住氣缸7的點上關閉，確立發動機的壓縮比。
(b)另外，在活塞22達到底部死點前，在吸氣沖程時進氣閥16、16′早關閉。然后被收集的空氣充氣膨脹到氣缸7的整個容積，在活塞22返回到壓縮沖程中的進氣閥16、16′關閉點時，開始壓縮充氣。
3.(a)在2(a)或(b)運行中，在活塞壓縮沖程中，在進氣閥關閉的點開始壓縮，產生一個小壓縮比。這使得能夠限制壓縮沖程中的溫升。
(b)在輕負荷工作，如低速巡行車輛或輕負荷發電，閘閥5關閉而壓縮機上的空氣旁通閥(ABV)6最好打開，使得吸入的空氣在不被壓縮之下返回壓縮機2的吸氣導管8。然后閘閥3能夠將空氣充氣引到繞過或通過中間冷卻器11和12。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機2自然地抽取吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，節約燃料。
(c)在需要較大的功率時，充氣的密度和壓力能夠通過關閉空氣旁通閥(ABV)6使得壓縮機2提升空氣壓力；或者，如圖2所示，這也能夠通過插入壓縮機1壓縮的一個第二級或增加壓縮機2的速度完成。同時，控制閥5和3最好將空氣充氣的一些或全部通過一個或多個中間冷卻器10、11和12引導，使得增加充氣空氣的密度。
4.壓縮繼續，如果燃料不是已經存在就加燃料，充氣被點火，燃燒產生氣體大膨脹而頂著活塞22，以方式3(a)、(b)或(c)產生大量能量。這能量產生一個高的平均有效氣缸壓力，并轉換成高力矩和功率，特別是以方式(c)。
圖1發動機1001運行的詳細說明在活塞22的吸氣(第一)沖程中空氣從空氣管匯13或14通過空氣導管15和進氣閥16進入氣缸7，空氣(取決于功率需要)或是大氣壓下的或被壓縮機2壓縮到一個較高壓力。在活塞22的吸氣沖程中，進氣閥16早關閉(在點X)。從此點，氣缸7容量膨脹到氣缸的最大容積。然后，在壓縮(第二)沖程，直到活塞22返回到在吸氣沖程時進氣閥16關閉的點X時才發生壓縮。(在點X，氣缸的其余的工作容積被燃燒室的容積除，確定發動機的壓縮比。)。另外，在活塞22的吸氣(第一)沖程，在吸氣沖程并經過活塞底部死點位置、在壓縮(第二)沖程的一個相當大的距離部分，即壓縮沖程的10％或到50％或更多，進氣閥16保持打開，因此，將充氣空氣的一些泵壓回到吸氣管匯13或14，并且，然后進氣閥16關閉，在發動機的氣缸中建立一個低的壓縮比。進氣閥16關閉時，氣缸的密度、溫度和壓力將與管匯13或14內大致相同。
在輕負荷運行，如車輛巡行或輕負荷發電，閘閥5和3關閉，而在壓縮機上的空氣旁通閥(ABV)6最好打開，使得吸入空氣在不被壓縮之下返回壓縮機2的吸氣導管8。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機2自然地抽入吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，改善燃料消耗。
在需要中等的力矩和功率時，如公路驅動或中等的負荷的發電，最好向壓縮機2的閘閥關閉，空氣旁通閥(ABV)6也關閉。這使得大氣壓的吸入空氣停止通過壓縮機2的再循環，并且壓縮機2開始把充氣空氣壓縮到一個比大氣壓較高的壓力，同時關閉的閘閥5和3將充氣空氣引導通過導管104、110、111和121/122而繞過空氣冷卻器10、11和12，充氣空氣直接到達管匯13和14而及動力缸7a-7f，在此，密度大的熱的充氣增加發動機的平均有效氣缸壓力，產生較大力矩。
在需要更大功率時，如需要快速加速或為了重負荷發電，最好空氣旁通閥(ABV)6關閉，閘閥3或5或兩個都打開。這使得壓縮機2壓縮所有空氣充氣。然后閘閥3或5或兩個均(分別取決于節流閥3和5的開/閉狀態)通過導管105或104向導管110、并然后通過導管111或112向管匯13、14、和經由一個、兩個或所有的三個充氣冷卻器10、11和12，向氣缸7a-7f供給調節的空氣充氣。這密度很大的冷卻的空氣充氣，在與燃料混合、點火和超過發動機的壓縮比膨脹時，產生大力矩和功率。
在需要更大的功率時，通過增加壓縮機2的速度或插入第二級預壓縮的圖2所示的第二壓縮機來增加充氣密度和重量。后者能夠用發動機控制組件27以下述動作來做到，它向圖2的空氣旁通閥(ABV)6發出信號關閉，防止向導管103吸入的空氣的部分再循環，這可選擇取消在輕負荷運行時的任何第二壓縮級。在空氣密度和壓力增加時，閘閥3和5能夠將空氣充氣的部分引導通過中間冷卻器10、11和12，來冷凝充氣，降低充氣溫度和壓力的增長，這兩項都是通過冷卻充氣完成的。這增加燃燒時的平均有效氣缸壓力，產生高力矩和功率。
空氣充氣的重量越大，充氣密度越大，在吸氣沖程中的進氣閥能夠關閉的越早(或在壓縮沖程中越遲)，建立一個低的壓縮比并保持功率，并且，在氣缸的壓縮中形成的熱和壓力越少。在該四沖程發動機中，吸入的充氣能夠增壓到4-5大氣壓，并且如果壓縮比足夠的低，例如4∶1-8∶1(對于柴油燃料較高)，即使火花點火也不會有爆燃的問題。膨脹比仍應是大的，14∶1會是對火花點火的最好的膨脹比，對柴油運行大概是19∶1。
壓縮比是在壓縮沖程(并且進氣閥16關閉)中，達到點X被后留下的氣缸7的工作容積被燃燒室容積相除得到的。在所有情況中膨脹比大于壓縮比。膨脹比是由整個的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的。
燃料能夠汽化，或能夠在油門56(見圖16)中噴注，或能夠注入到空氣的進入流股中而注入到預燃燒室(圖21)中，或通過進氣閥16注入，或直接注入到燃燒室。如果注入，應在活塞達到點X和進氣閥關閉時或在其后注入。與柴油運行相似，燃料也能夠稍后地注入，并能夠在柴油注入的通常點注入，或許注入到預燃燒室，或直接注入到燃燒室，或直接注入到電熱塞上。對于大多數的恒壓燃燒過程，在膨脹沖程的第一部分中，甚至能夠在頂部死點后連續地注入一些燃料。
點火能夠通過壓縮(可以在電熱塞的幫助下)或電火花進行。如通常所為，電火花點火能夠在頂部死點之前進行，或在頂部死點上，或在頂部死點后。
在合適的時間，空氣一燃料充氣點火，氣體頂著活塞膨脹形成動力沖程。在吹掃(第四)沖程，在接近底部死點的適當時間，排氣閥17打開，活塞22升起，以強制驅占高效吹掃氣缸，此后排氣閥17關閉。
這樣完成了四沖程發動機的一個循環。
圖2的發動機1002參見圖2，示出六氣缸往復內燃機1002，其中所有氣缸7a-7f(在剖視圖中僅示出二個7a和7f)，和配套的活塞22a-22f按四沖程工作，所有動力缸用于經由連桿19a-19f分別向一個共用曲軸20提供動力。一個輔助的壓縮機2(在此是旋轉壓縮機)可選擇地向管匯13和14和進行四沖程進行工作的氣缸7a-7f供給壓縮空氣，或提供大氣壓的空氣。可選用一個第二壓縮機來提高送到壓縮機2的空氣壓力。在優選的實施例中用閥3、5和6和中間冷卻器10、11和12控制空氣充氣的密度、重量、溫度和壓力。進氣閥16a-16f，定時控制發動機1002的壓縮比。確定燃燒室的大小，以確定發動機的膨脹比。
圖2的發動機1002的特征是，較長的膨脹過程，低的壓縮比，和能夠產生從比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠有選擇地提供一個高于通常發動機常規設置能夠具有的平均有效氣缸壓力，但與常規發動機比能夠具有一個相同的或較低的最大氣缸壓力。如圖所示，發動機控制組件(ECM)和在導管上的可變的閥3，5和6形成一個系統來控制氣缸內的充氣密度、壓力、溫度和平均和峰值壓力，節約燃料，在低轉數產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放低。在另外的實施例中，可以使用一個可變閥的定時系統，使用象發動機控制模件(ECM)27這樣的控制系統，能夠控制進氣閥16和16′的打開時間和關閉時間，進一步在發動機1002氣缸7a-7f的燃燒室中形成一個改進的控制狀態，能夠產生一個更平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖2發動機1002的工作簡要說明圖2所示的本發明發動機1002是一個高效發動機，它能夠達到高功率和力矩，燃料消耗和污染排放低。新的工作循環是一個外壓縮型的燃燒循環。在此循環中，吸入空氣(常規發動機在動力缸壓縮其全部)的一部分有選擇地由至少一個輔助壓縮機1、2壓縮。在壓縮時的溫升能夠使用冷卻吸入空氣的空氣冷卻器10、11和12和通過一個較短的壓縮沖程抑制。
新的循環發動機1002的運轉的優選方法是1.根據發動機的功率需要(如不同的負荷需要)，在大氣壓下或壓縮的吸入空氣被活塞22的吸氣沖程抽入到動力缸7，壓縮空氣是由至少一個輔助壓縮機壓縮，并且它的溫度和壓力由旁通系統和充氣空氣冷卻器調節。
2.(a)在吸氣沖程完成后，進氣閥16(它可以是單一的或多個16，16′)在活塞22通過底部死點后打開一段時間，這將新鮮空氣充氣的一部分泵壓回到吸氣管匯13、14。然后進氣閥16、16′在密封氣缸7點上關閉，因此建立發動機的壓縮比。
(b)另一種方式是，在活塞22達到底部死點前，在吸氣沖程時，進氣閥16，16′早關閉。然后被封閉的空氣充氣膨脹到氣缸7的整個容積，在活塞22到達壓縮沖程中的進氣閥16，16′關閉點時，開始壓縮充氣。
3.(a)在2(a)或(b)運行中，在活塞壓縮沖程中，在進氣閥關閉的點開始壓縮，產生一個小壓縮比。這使得能夠顯著減小壓縮沖程中的溫升。
(b)在輕負荷運行，如低速巡行車輛或輕負荷發電，閘閥5關閉，通到壓縮機1和2的空氣旁通閥(ABV)4和6最好打開，使得吸入的空氣在不被壓縮之下返回壓縮機2和1的吸氣導管110和103。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機自然的抽入吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，改善燃料消耗。
(c)在需要較大的功率時，充氣的密度和壓力能夠通過關閉空氣旁通閥(ABV)4使得壓縮機2提升充氣空氣壓力，另外還通過關閉空氣旁通閥ABV6的同樣方式插入壓縮機1形成一個第二級壓縮，或增加壓縮機2的速度或增加兩個壓縮機的速度。同時，閘閥5和3打開，將空氣充氣的一些或全部引導通過中間冷卻器10、11和12，來增加充氣空氣的密度。
4.壓縮繼續，如果沒有燃料就添加燃料，充氣被點火，燃燒產生氣體的大量膨脹頂推著活塞22，以方式3(a)或(b)或(c)產生大量能量。這能量產生一個高的平均有效氣缸壓力，并轉換成高力矩和功率，特別是以方式(c)運行更是如此。
圖2發動機1002運行的詳細說明在活塞22的吸氣(第一)沖程中，空氣從空氣管匯13或14通過空氣導管15和進氣閥16進入氣缸7，該空氣(取決于功率需要)或是大氣壓的，或被壓縮機2和/或壓縮機1壓縮到一個較高壓力。在活塞22的吸氣沖程中，進氣閥16在密封氣缸7的點X關閉。從此點，空氣充氣膨脹到氣缸的最大容積。然后，在壓縮(第二)沖程，直到活塞22返回到在吸氣沖程時進氣閥16關閉的點X時才發生壓縮。(在點X，氣缸的其余的工作容積被燃燒室的容積除，確定發動機的壓縮比)。另外，在活塞的吸氣(第一)沖程，通過吸氣沖程并經過活塞底部死點位置、通過壓縮(第二)沖程的一個相當大的距離的部分，即壓縮沖程的10％或到50％或更多，進氣閥16一直保持打開，因此，將充氣空氣的一些泵壓回到吸氣管匯13或14，并且然后進氣閥16關閉而密封住氣缸7，在發動機的氣缸中建立一個低的壓縮比。進氣閥16關閉時，氣缸7內部的密度，溫度和壓力將與吸氣管匯13或14中的空氣充氣大致相同。
在輕負荷運行時，如車輛巡行或輕負荷發電，閘閥3和5關閉，到壓縮機1和2上的空氣旁通閥(ABV)6最好打開，使得吸入的空氣在不被壓縮之下返回壓縮機2的吸氣導管110和103。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機自然抽入吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，改善燃料消耗。
在需要中等的力矩和功率時，如公路上驅動或中等的負荷的發電，最好閘閥3和5關閉，空氣旁通閥(ABV)4和6關閉。這使得大氣壓的吸入空氣停止通過壓縮機2和1的再循環，并且兩個壓縮機2開始把充氣空氣壓縮到一個比大氣壓高的壓力，同時，關閉的閘閥5和3將充氣空氣引導通過導管104，110，111和121/122，繞過空氣冷卻器10、11和12，在圖2中，充氣空氣直接到達管匯13和14及動力缸7a-7f，在此，密度大的熱的充氣增加發動機的平均有效氣缸壓力，產生更大力矩和功率。
在需要更大功率時，如需要快速提速或為了重負荷發電，最好空氣旁通閥(ABV)4關閉，閘閥3打開。這使得壓縮機2壓縮所有空氣充氣，閘閥3通過導管112或113引導空氣充氣，并把壓縮的充氣空氣經由充氣冷卻器11和12供給管匯13和14及氣缸7a-7f。為了獲得更大的功率，閘閥5打開，空氣旁通閥6關閉，壓縮機1開始第二級壓縮，現在所有的空氣充氣都通過中間冷卻器10、11和12引導而達到高充氣密度。該密度很大的冷卻的空氣充氣在與燃料混合時點火，超過發動機的壓縮比膨脹，產生大的力矩和功率。
空氣充氣的重量越大，充氣密度越大，為建立一個低的壓縮比和保持功率，進氣閥能夠關閉得越早(或越遲)，并且，在氣缸的壓縮中形成的熱和壓力越少。在這個四沖程發動機中，吸入的充氣能夠增壓到4.5大氣壓，并且，如果壓縮比足夠的低，例如4∶1-8∶1(對于柴油燃料用較高值)，即使火花點火，也不會有爆燃的問題。膨脹比仍是很大的，對火花點火14∶1會是最好的膨脹比，對柴油運行大概是19∶1。
壓縮比是，在壓縮沖程(并且進氣閥16關閉)中達到點X后留下的氣缸7的工作容積除以燃燒室容積確定的。在所有情況中膨脹比大于壓縮比。膨脹比是由整個的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的。
燃料能夠汽化，或能夠在油門56(見圖16)中注入，或能夠注入到空氣的進入氣流中，如圖21所示，注入到預燃燒室中，或通過進氣閥16注入，或直接注入到燃燒室。如果注入，它應是在活塞達到點X和進氣閥關閉時或在其后。燃料也能夠稍后注入，并在柴油運行時，能夠在柴油通常注入點注入，或許注入到預燃燒室，或直接注入到燃燒室，或直接注入到電熱塞上。
在適當的時間，空氣-燃料充氣點火，氣體頂著活塞膨脹而進行動力沖程。在吹掃(第四)沖程，接近底部死點的適當時間排氣閥17打開，活塞22升起，以強制驅占高效地吹掃氣缸，此后排氣閥關閉。
這樣完成了四沖程發動機的一個循環。
圖3的發動機1003參見圖3，示出一個六氣缸往復內燃機1003，其中所有氣缸7a-7f(在剖視圖中僅示出一個)和配套的活塞22a-22f按四沖程中工作，所有動力缸用于經由連桿19a-19f分別向一個共用曲軸20提供動力。一個輔助的往復式壓縮機1和輔助的旋轉壓縮機2向管匯13和14和按四沖程工作的氣缸7a-7f供給壓縮的空氣或提供大氣壓的空氣。在優選的實施例中，用閥3、4、5和6和中間冷卻器10、11和12控制空氣充氣的密度，重量，溫度和壓力。進氣閥16定時控制發動機1003的壓縮比。確定燃燒室的大小，以確定發動機的膨脹比。
圖3的發動機1003的特征是，較長的膨脹過程，低的壓縮比，和能有產生從比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠選擇地提供一個高于通常發動機的常規設置能夠具有的平均有效氣缸壓力，但與常規發動機比能夠具有一個相同的或較低的最大氣缸壓力。發動機控制組件(ECM)27和圖示的在導管上的可變的閥3、5和6形成一個系統，來控制氣缸內的充氣密度、壓力、溫度、和平均和峰值壓力，節約燃料，在低轉數產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放低。在另外的實施例中，可以使用一個可變閥的定時系統，使用象發動機控制模件(ECM)27這樣的控制系統來控制進氣閥16和16′的打開時間和關閉時間，進一步在發動機1003氣缸7a-7f的燃燒室中形成一個改進的控制狀態，能夠產生一個更平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖3發動機1003的工作簡要說明圖3所示的本發明發動機1003是一個高效發動機，它能夠達到高功率和力矩，且燃料消耗和污染排放低。新的工作循環是一個外壓縮型的燃燒循環。在此循環中，吸入空氣的部分(常規發動機在動力缸壓縮全部空氣)有選擇地由至少一個輔助壓縮機1、2壓縮。在壓縮時的溫升能夠使用冷卻吸入的空氣空氣冷卻器10、11和12和通過一個較短的壓縮沖程抑制。
新的循環發動機1003的運轉的優選方法是1.根據發動機的功率需要(如不同的負荷需要)，在大氣壓下或壓縮的吸入空氣被活塞22的吸氣沖程抽入到動力缸7，壓縮空氣是由至少一個輔助壓縮機壓縮，并且它的溫度，壓力由旁通系統和充氣空氣冷卻器調節。
2.(a)在吸氣沖程完成之后，進氣閥16(它可以是單一的或多個16，16′)在活塞22通過底部死點之后打開一段時間，這將新鮮空氣充氣的一部分泵壓回到吸氣管匯13、14。然后進氣閥16，16′在密封氣缸7點上關閉，由此建立發動機的壓縮比。
(b)另外，在活塞22達到底部死點前，在吸氣沖程時進氣閥16，16′早關閉。然后被封閉的空氣充氣膨脹到氣缸7的整個容積，在活塞22到達壓縮沖程中進氣閥16關閉點時，開始壓縮充氣。
3.(a)在2(a)或(b)運行中，在活塞壓縮沖程中，在進氣閥關閉的點開始壓縮，產生一個小壓縮比。這使得能夠顯著減小壓縮沖程中的溫升。
(b)在輕負荷運行，如低速巡行車輛或輕負荷發電，閘閥3和5關閉，在兩個壓縮機1和2的上的空氣旁通閥(ABV)4和6最好打開，使得吸入的空氣在不被壓縮之下返回壓縮機2和1的吸氣導管110和8。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機自然地抽入吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，改善燃料消耗。
(c)在需要較大的功率時，充氣的密度和壓力能夠通過關閉空氣旁通閥(ABV)4使得壓縮機1提升充氣空氣壓力來達到，另外如果需要，還通過關閉空氣旁通閥ABV6的同樣方式插入壓縮機2的第二級壓縮，或增加壓縮機1或2或增加兩個壓縮機的速度。同時，閘閥3和5將空氣充氣的一些或全部引導通過中間冷卻器10、11和12來增加充氣空氣的密度。
4.壓縮繼續，如果沒有燃料就加燃料，充氣被點火，燃燒產生氣體的大膨脹頂著活塞22，以方式3(a)或(b)或(c)產生大量能量。該能量產生一個高的平均有效氣缸壓力，并轉換成高力矩和功率，特別是以方式(c)運行時尤其如此。
圖3發動機1003運行的詳細說明在活塞22的吸氣(第一)沖程中，空氣從空氣管匯13或14通過空氣導管15和進氣閥16進入氣缸7，空氣(根據功率需要)或是大氣壓的或被壓縮機1或2壓縮機1壓縮到一個較高壓力。在活塞22的吸氣沖程中，進氣閥16關閉(在密封氣缸7的點X)。從此點，氣缸內充氣膨脹到氣缸的最大容積。然后，在壓縮(第二)沖程，直到活塞22返回到在吸氣沖程時進氣閥16關閉密封氣缸7的點X時才發生壓縮。(在點X，氣缸的其余的工作容積被燃燒室的容積除，確定發動機的壓縮比)。或者，在活塞的吸氣(第一)沖程，通過吸氣沖程并經過活塞底部死點位置、通過壓縮(第二)沖程的一個相當大的距離的部分，即壓縮沖程的10％或到50％或更多，進氣閥16一直保持打開，由此將一些充氣空氣泵壓回到吸氣管匯，并且，然后進氣閥16，16′關閉而在發動機的氣缸中建立一個低的壓縮比。
在輕負荷運行，如車輛巡行或輕負荷發電，閘閥3和5關閉，在壓縮機1和2上的空氣旁通閥(ABV)4和6最好打開，使得吸入的空氣在不被壓縮之下返回壓縮機1和2的吸氣導管110和8。此時，發動機活塞22a-22f通過壓縮機自然抽入吸入的空氣。這樣減少壓縮機驅動功，改善燃料消耗。
在需要中等的力矩和功率時，如公路上驅動或中等負荷發電，最好通到壓縮機1的閘閥3打開，空氣旁通閥(ABV)4關閉，ABV6保持打開。這使得大氣壓的吸入空氣停止通過壓縮機1的再循環，并且壓縮機1單獨開始把充氣空氣壓縮到一個比大氣壓更高的壓力，同時，關閉的閘閥5和3將充氣空氣引導通過導管104、110、111和121/122而繞過空氣冷卻器10、11和12，在圖3中，充氣空氣直接到達管匯13和14及動力缸7a-7f，在此，密度大的熱充氣增加發動機的平均有效氣缸壓力，產生較大力矩和功率。
在需要更大功率時，如需要快速提速或為了重負荷發電，最好空氣旁通閥(ABV)4和6關閉，閘閥3和5在兩個壓縮機上打開。這使得壓縮機1和2壓縮所有空氣充氣，閘閥3和5將空氣充氣引導離開導管8并通過壓縮機1和2，然后壓縮的充氣空氣通過導管105、106、110、112、113、114和115供向管匯13和14，并經由充氣冷卻器10、11和12供給到氣缸7a-7f。密度很大的冷卻空氣充氣在與燃料混合、點火和超過氣缸的壓縮比膨脹時，產生大的力矩和功率。
空氣充氣的重量越大，充氣密度越大，進氣閥能夠關閉的越早(或在壓縮沖程中越遲)來建立一個低的壓縮比并保持功率，在氣缸的壓縮中形成的熱和壓力越少。在這個四沖程發動機中，吸入的充氣能夠增壓到4.5大氣壓，并且，如果壓縮比足夠低，例如4∶1-8∶1(對于柴油燃料要較高)，即使火花點火也不會有爆燃的問題。膨脹比仍是很大的，對火花點火14∶1會是最好的膨脹比，對柴油運行大概是19∶1。
壓縮比是在壓縮沖程(并且進氣閥16關閉)中達到點X后留下的氣缸7的工作容積除以燃燒室容積確定的。在所有情況中膨脹比大于壓縮比。膨脹比是由整個的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的。
燃料能夠汽化，或能夠在油門56(見圖16)中注入，或能夠注入到空氣的進入流股中，如圖21所示，注入到預燃燒室中，或通過進氣閥16注入，或直接注入到燃燒室。如果注入，它應是在活塞達到點X和進氣閥關閉時，或在其后。燃料也能夠稍后注入，并在柴油運行時能夠在柴油通常注入點注入，或注入到預燃燒室，或直接注入到燃燒室，或直接注入到電熱塞上。
在適當的時間，空氣-燃料充氣點火，氣體膨脹頂著活塞而進行動力沖程。在吹掃沖程，在接近底部死點的適當時間，排氣閥17打開，活塞22升起，以強制驅占有效地吹掃氣缸，此后排氣閥17關閉。
這樣完成了四沖程發動機的一個循環。
圖4的發動機1004參見圖4，示出六氣缸往復內燃機1004，具有兩個大氣空氣進氣口8和9和相應的吸入導管15-A，15-B，其中所有氣缸(在剖視圖中僅示出一個(7))和配套活塞22a-22f按四沖程中工作，所有動力缸用于經由連桿19a-19f分別向一個共用曲軸20提供動力。一個壓縮機2，在此圖中是Lysholm型旋轉壓縮機，如所示帶有空氣導管，向一個或多個氣缸吸入閥16-A供給壓縮空氣。空氣入口8和輔助的空氣入口9和入口導管15-A、15-B有選擇地向分離的進氣閥16-A和16-B供給大氣空氣充氣或壓縮到更高壓力的空氣，進氣閥16-A和16-B通向同樣的氣缸7a-7f(例如，在此示出向氣缸7f打開)。在優選的實施例中，用控制閥3、5和6和中間冷卻器10、11和12控制空氣充氣的密度、重量、溫度和壓力。通過管匯14-B和吸氣導管15a-B-15f-B接受空氣的進氣閥16a-B-16f-B定時控制發動機1004的壓縮比。確定燃燒室的大小，以確定發動機的膨脹比。因為在圖4的發動機1004和圖7的發動機(輔助空氣入口9系統虛線示出，以便參考)之間存在明顯的相似性，對某些共同的組件參考圖7是有幫助的。
圖4的發動機1004的特征是，較長的膨脹過程，低的壓縮比，和能夠產生，從比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠選擇地提供一個高于通常發動機的常規設置能夠得到的平均有效氣缸壓力，而與常規發動機比具有一個相同的或較低的最大氣缸壓力。發動機控制組件(ECM)27(見圖7)和圖示的在導管上的可變的閥3，5和6形成一個系統來控制氣缸內的充氣密度，壓力，溫度和平均和峰值壓力，節約燃料，在低轉數產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放低。在有的實施例中，帶有ECM27的一個可變閥的定時系統也能夠控制進氣閥16-A和/或16-B的打開時間和關閉時間，進一步在發動機1004氣缸7a-7f的燃燒室中形成一個改進的控制狀態，能夠產生一個較平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖4發動機1004的工作簡要說明圖4所示的本發明發動機1004是一個高效發動機，它能夠達到高功率和力矩，燃料消耗和污染排放低。新的工作循環是一個外壓縮型的燃燒循環。在此循環中，吸入空氣的一部分(常規發動機在動力缸壓縮全部空氣)有選擇地由一個輔助壓縮機2壓縮。在壓縮結束時的溫升能夠使用冷卻吸入的空氣的空氣冷卻器10、11和12和通過一個較短的壓縮沖程抑制。
在工作時，通過進氣閥16-B向氣缸7供給主空氣充氣，是在大氣壓下或是通過輔助空氣入口9在增加大約二分之一到一個大氣壓下的空氣，主空氣充氣能夠與燃料混合。這個充氣能夠壓縮，如果沒有燃料就加入燃料，在接近頂部死點的適宜點處點火，進行動力沖程-提供高效燃料節約和低污染排放。
在需要更大功率時，在壓縮沖程時，由第二進氣閥16-A把從空氣入口8來的輔助空氣充氣最好引入到動力缸7，第二進氣閥16-A是在第一進氣閥16-B關閉后引入較高壓力的空氣充氣，以便在需要時增加充氣密度。在輔助空氣充氣注入后，進氣閥16-A快速關閉。主空氣充氣可以通過在空氣入口8和管匯13，14間插入與壓縮機2串聯的第二輔助壓縮機而增壓到更高壓力(見圖7的壓縮機1，在此，在圖4中使用的主空氣壓縮機是壓縮機2，在圖4和圖7中它示出的是一個Lysholm旋轉型的)，并且能夠中間冷卻充氣。如果輔助充氣加入，可調節輔助充氣注入的溫度、壓力、量和注入點以產生所需的結果。在優選實施例中，當輕負荷運行不需要高平均有效氣缸壓力時，可以使用一個進氣閥封閉器(disabler，在市場上有幾種，如Eaton Corp.和Cadillac)來封閉住進氣閥16-A。或者，在輕負荷運行時，空氣旁通閥(ABV)6打開，使空氣充氣再循環返回通過壓縮機2，來減輕壓縮機的壓縮功。
或者，一個單向閥，如圖6中26示出其一個類型，能夠用于在氣缸7形成一個恒定或可變的壓縮比，同時，改進旋流湍動。在這樣運行的方法中，僅當氣缸7壓力接近等于或超過導管15-A的壓力時，進氣閥16-A很遲關閉，閥26關閉。因此，導管15-A中由壓縮機速度控制的壓力與閥3、5和6一同(和圖7中的閥4)調節燃燒過程的壓力、溫度、密度和湍動。彈簧縮回圓盤型、金屬或陶瓷的或任何其他類型的自動閥可以替代閥26。
形成低壓縮比帶有大膨脹比和減少污染排放的另一個方法是在一個極高水平上產生供向吸氣通道-導管15-A的空氣壓力，并且在其他一些實施例中，進氣閥16-A由快速動作的更為可控制的閥、例如高速電磁閥(未示出)替代，但不限于此類閥，這個閥最好在發動機控制組件(ECM)控制下是機械的或電動的或真空動作。在這樣的實施例中，帶或不帶伴隨燃料的更少的、密度更大的、溫度可調節的高壓充氣能夠有選擇地，在壓縮沖程的相當遲的時間沿切線方向注入，或甚至在燃燒過程注入，來增加充氣密度，減少峰值和整個燃燒的溫度，并在燃燒室中產生希望的充氣旋轉湍動。
新的循環發動機1004的運轉的優選方法是1.根據發動機的功率需要(如不同的負荷需要)，在大氣壓下或壓縮的吸入空氣通過空氣入口9、管匯14-B、吸氣導管15-B和進氣閥16a-B-16f-B被活塞22的吸氣沖程抽入到動力缸7(吸氣沖程)，壓縮空氣是由一個壓縮機(未示出)壓縮，并且它的溫度、壓力由旁通系統和充氣空氣冷卻器(未示出)調節。
2.(a)在吸氣沖程完成后，進氣閥16-B(它可以是單一的或多個)在活塞22通過底部死點后打開一段時間，這將新鮮空氣充氣的一部分泵壓回到吸氣管匯14-B。
(b)或者，在活塞22達到底部死點前的吸氣沖程時，進氣閥16，16′早關閉。然后被封閉的空氣充氣膨脹到氣缸7的整個容積。
3.(a)在2(a)或(b)運行中，在進氣閥16-B關閉而封閉氣缸7的點上，壓縮沖程開始(壓縮比小)。這能夠顯著減小壓縮沖程中的溫升。
(b)在需要更大的功率時，一個輔助壓縮的、溫度調節的空氣充氣由進氣閥16-A注入氣缸7中，在壓縮沖程中引入主空氣充氣的進氣閥16-B關閉點或該沖程中稍后，進氣閥16-A快速打開和關閉，產生一個密度更大、溫度可控制的充氣，從發動機得到希望的力矩和功率。
(c)另外，當需要更大功率時，通過使閘閥3和5將空氣充氣的一些或全部引導通過中間冷卻器10、11和12的一個或多個來增加充氣空氣的密度和/或增加壓縮機速度或插入輔助的第二級壓縮，就能夠增加輔助空氣充氣的密度和重量，提高壓縮機轉速或插入輔助第二級壓縮可從后側泵壓入較多空氣。或者，在吸入或壓縮沖程中進氣閥16-B的關閉定時能夠臨時變化，來保持一個更大的充氣，同時，進氣閥16-A的定時能夠臨時改變而在壓縮沖程時較早地打開和關閉，形成較大密度的、溫度可調節的空氣充氣。
4.繼續壓縮，如果沒有燃料則加燃料，充氣被點火，燃燒產生氣體的大膨脹而頂著活塞22，以方式3(a)或(b)或(c)產生大量能量。該能量被吸收并轉換成高力矩和功率，特別是以方式(c)運行時更是如此。
5.在接近活塞的底部死點，排氣閥17a-17f，17a′-17f′打開，氣缸7有效地通過活塞22的沖程(第四)來吹掃，然后閥17關閉。
圖4發動機1004運行的詳細說明在活塞22的吸氣(第一)沖程中，低壓力空氣通過空氣管匯14-B從大氣空氣入口9、通過空氣導管15-B流動、再通過一個進氣閥16-B進入氣缸7；或者空氣被增壓(或另外，如圖5所示，低壓空氣能夠由壓力調節閥25和管匯15-B，從壓縮空氣管線15-A供給)。在活塞22的吸氣沖程中，進氣閥16-B關閉(X點)。從此點，氣缸中的空氣充氣膨脹到氣缸的最大容積。然后，在壓縮(第二)沖程時，直到活塞22返回進氣閥關閉的點X時才發生充氣壓縮。(在點X，氣缸的其余工作容積除以燃燒室容積，是氣缸的壓縮比)。在活塞22到達X點時或其后，在活塞22的壓縮沖程中的任何點上，第二進氣閥16-A有選擇地打開，以對希望的發動機應有的負荷、力矩、燃料節約和排放有利的溫度、密度和壓力，注入輔助的增壓空氣充氣。另外，在進氣閥16-B吸入空氣充氣時，進氣閥16-B在經過活塞底部死點位置后相當大的距離保持打開，即壓縮沖程的10％或到50％或更多，因此，將充氣空氣的一些泵壓回到吸氣管匯14-B，然后進氣閥16-B關閉，在發動機的氣缸中建立一個低的壓縮比。在壓縮沖程，在進氣閥16-B關閉之時或其后，由壓縮機2壓縮的高壓、溫度可調節的輔助充氣空氣有選擇地由第二進氣閥16-A注入，第二進氣閥16-A向同樣氣缸7快速地打開和關閉。另外，在需要更大力矩和功率時，通過增加主壓縮機2的速度或如圖7組件1插入另一級壓縮和/或通過中間冷卻器運行空氣充氣，可大大增加輔助充氣空氣的密度。
對于輕負荷運行，在高壓進氣閥16-A上的截止閥，或者說閥封閉器31(如圖7所示)最好臨時限制吸入空氣，也就是保持閥關閉。這有利于節約發動機燃料。另外，在輕負荷運行，閘閥5關閉，空氣旁通閥ABV打開，使得由壓縮機2泵壓的空氣的一部分或全部返回到壓縮機2的吸入導管，形成低壓增壓或不增壓。因此，在輔助吸入閥16-A打開時，導管15-A中的空氣壓力與開始充氣的壓力相比大致相同或大出不很多。在另一實施例中，如圖6所示，輔助自動閥26設置成，在壓縮沖程中，在吸入閥16-A關閉前，假若氣缸壓力超過導管15-A，防止充氣空氣向導管15-A的任何回流。
如果設有一個輔助單向閥(見圖6的閥26)，氣缸7中的壓力比完全可由調節通過進氣閥16-A的充氣空氣壓力控制。壓力能夠由閥3、4和5和壓縮機的速度以及任何可能設置上的節流閥控制。在閥26使用中，直到在壓縮沖程中很遲時間前，或許在活塞22接近或到達頂部死點前，進氣閥16-A必須保持打開。
在圖4、圖4-B、圖5、圖7和圖33中，燃料能夠汽化，注入一個油門體56(見圖16)，或能夠注入空氣吸入流股，注入預燃燒室，或通過吸入閥16-A和16-B注入(只有在底部死點后16-B不保持打開，則是16-B)；或在吸氣沖程的X點，(只有在底部死點前如果進氣閥16-B關閉，則在吸氣沖程)，或在壓縮沖程中活塞22到達X點時或其后，可以直接注入燃燒室。燃料能夠帶或不帶有伴隨的空氣注入。在柴油運行中，燃料可以在柴油注入的通常點注入，或許注入到預燃燒室或直接注入到燃燒室，或直接注入在電熱塞上。
如果使用溫度和密度調節的空氣充氣在其被注入后，充氣的壓縮繼續，與存在的燃料一起在膨脹(第三)沖程的適當時間點火。(壓縮比是在壓縮沖程中X點到達后留下的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的，膨脹比是氣缸的整個空隙容積(cleaarance volume)除以燃燒室容積確定的。)現在燃料-空氣充氣被點火，隨著燃燒的氣體膨脹，活塞22的動力(第三)沖程開始。動力沖程的的底部死點附近，排氣閥17和17′打開，在第四活塞沖程，氣缸7有效地經強制驅占吹掃，爾后，排氣閥17關閉。
這樣完成了四沖程發動機的一個循環。
能夠見到，在壓縮沖程中X點到達得越遲(進氣閥關閥得或遲或早)，發動機的壓縮比越小，在壓縮中空氣充氣受到加熱越小。也能夠見到，溫度密度調節的充氣引入得越遲，發動機壓縮充氣所需的功越少，其中充氣的稍后部分已經接受輔助壓縮機2的一些壓縮。
圖4-B的發動機1004-B
見圖4-B，示出六缸四沖程內燃機，其結構類似于圖4的發動機，不同的是，圖4-B發動機做成和設置成壓縮機2通過開口8-B和導管8從管匯14-B接受充氣空氣(圖7示出)，而充氣空氣通過共用的空氣吸入導管9進入。吸氣通道15a-C-15f-C將大氣壓空氣分配到每個動力缸的進氣閥16-B。這樣設置，使得空氣能夠以不同的壓力供給到進氣閥16-A和16-B，因為從導管15-A來的充氣空氣可選擇由壓縮機2增壓。圖4-B發動機的運行與圖4的發動機相同。
圖5發動機1005見圖5，示出一個六缸四沖程內燃機1005，它與圖4的發動機1004和圖4-B的發動機1004-B相似，但不同的是，示出的是能夠消除雙大氣吸入口的一些方法，最好是通過導管15a-D-15f-D將低壓空氣向吸入閥16-B提供，所有的導管從共用的空氣入口導管8引出，或從位于入口導管8和導管15a-D-15f-D的入口之間任選的空氣管匯35-M引出，管匯35-M也通過導管8-A向壓縮機2供給空氣。通過導管15-D或通過導管15-B(虛線示出)向進氣閥16-B提供低壓空氣，消除一個第二空氣過濾器和空氣引導系統，并會與在活塞22的吸氣沖程關閉主進氣閥16-B，或另外在第二或壓縮沖程關閉主進氣閥16-B的所述的第一系統很好地配合工作。另外，如圖所示，低壓充氣空氣能夠通過在從加壓的空氣導管15(15-A)向低壓缸進氣閥16-B引導的導管15-B中設置一個壓降閥25供給，以使引導的空氣壓力降低到能夠由本文所述的壓縮比調節系統控制，最好降低到1.5-2.0大氣壓(增壓0.5-1.0大氣壓的絕對壓力)，和或許降到大氣壓。
圖5發動機1005的運行與圖4的發動機1004相同，但低壓主空氣的供給是不同的。因為在圖5發動機1005和圖7發動機之間的明顯相似，對某些組件參考圖7是由幫助的。
在這些四沖程發動機(圖4和圖4-B和圖5)輕負荷運行時，如車輛巡行或輕負荷發電，也可以通過將高壓進氣閥16-A臨時封閉來取消輔助空氣充氣(有幾種閥封閉系統，例如Eaton，Cadillac等)，或者能夠切斷到進氣閥16-A的空氣，發動機仍能比常規節約燃料，產生較大的功率。
另外，最好在如車輛巡行的輕負荷運行時，通過關閉閘閥5和打開將泵壓空氣循環回到壓縮機2的空氣旁通閥6，能夠減輕壓縮機2的壓縮功，此時在吸氣導管15-A和15-B或15-D中的空氣壓力大約相等。因此，此時不發生增壓作用。在一個實施例中，如果在進氣閥16-A關閉前氣缸中的壓力大約等于或超過導管15-A中的壓力時，圖6的自動閥26在壓縮沖程時防止空氣回流。
為了增加功率，輔助空氣充氣可以這樣增加，最好通過打開閘閥3和5將空氣充氣引向中間冷卻器10、11和12而使充氣的密度增大，和/或增加壓縮機的速度，或圖7所示由壓縮機1加入一第二級預壓縮，后兩個的作用使得在后部泵壓入較多的空氣。圖7示出主壓縮機2是Lysholm旋轉型的，輔助壓縮機1是渦輪式旋轉壓縮機，但可以在本發明的發動機中使用任何類型的壓縮機。
見圖6，在此示出與圖4、圖4-B、圖5、圖7和圖33相同的四沖程發動機，和一個相似的運行系統，但是圖6的發動機具有一個附加的特征，即輔助進氣閥16-A具有一個附屬閥26，它自動防止充氣空氣從氣缸7回流。這個特征，在本發明的發動機的壓縮沖程中防止任何回流發生。這個特征也用于建立發動機的壓力比，或是可變的或是固定的。如果輔助充氣空氣從進氣閥16-A接受，進氣閥16-A能夠在直到靠近底部死點的壓縮沖程中保持打開，因為自動閥26在氣缸7中的壓力接近吸氣導管15-A中的壓力時關閉。因此，對于具有單級預壓縮的發動機，在氣缸7和吸氣導管15-A之間的壓差能夠使得自動閥26關閉，即使進氣閥16-A仍可能是開的，使得氣缸7的壓力比能夠由通過吸氣導管15-A來的任何充氣空氣的壓力控制，而這個壓力又是由閥3、5和6和壓縮機速度和或許還有節流閥來控制，如果有節流閥的話。閥3、4和5和6和壓縮機速度和存在的任何節流閥控制著具有兩級預壓縮的發動機的壓力比。如果沒有充氣從進氣閥16-A通過，自動閥26將關閉好，并且壓力比由發動機的壓縮比和氣缸7通過進氣閥16-B接受的充氣的密度和溫度確定。壓縮比仍是由氣缸7中的主進氣閥16-B關閉點來確定。壓力比由通過進氣閥16-B或16-A或通過它們兩個進入氣缸7中的空氣密度和溫度及壓縮比確定。
對于組件26，可以使用任何類型的自動閥，或許是由金屬或陶瓷制的彈簧縮回圓盤型的。
圖7的發動機1007見圖7，在此示出四沖程六缸發動機1007。該發動機的結構和運行與圖4和圖4-B和圖5的四沖程發動機相似，但示出利用空氣吸入口裝置9(虛線)或空氣吸入口裝置8′或兩個都用的另外的空氣引導系統。圖7還示出三個中間冷卻器10、11和12和附加另外的吸氣管匯14-B的雙管匯13和14。圖7示意示出，通過從管匯14-B的接口8-B直接向空氣吸入導管8′提供空氣，可以不需要雙大氣空氣吸入口裝置(圖7中的8′和9)。
圖7示出一個另外的空氣引入系統，通過向吸氣導管15a-C-15f-C提供大氣壓空氣向圖4-B和圖7的發動機的進氣閥16-B供給未加壓的充氣空氣，在圖4-B和圖7中，吸氣導管15a-C-15f-C是從管匯14-B引出，所述管匯通過引導接口9接受大氣空氣及然后將未加壓的空氣配布到每個氣缸的進氣閥16-B。此時，在壓縮沖程時活塞22達到X點(進氣閥16-B關閉及壓縮開始的點)后，高壓空氣通過進氣閥16-A進入。然后進氣閥16-A關閉，壓縮繼續，如果沒有燃料則加燃料，在頂部死點(TDC)附近點燃充氣，動力(第三)沖程發生。
圖7示出的第二個另外的空氣引導系統，也如圖5中所示，用可選用的減壓閥25(圖5和圖7中的虛線示出)，通過導管15-B供給的、另外從高壓導管15-A接受空氣供給低壓吸入的空氣。在活塞22達到進氣閥16-B關閉和壓縮開始的點時或其后，輔助高壓空氣充氣由進氣閥16-A注入。進氣閥16-A然后快速關閉，壓縮繼續，若無燃料則加進去，在適當位置點燃充氣，進行動力(第三)沖程。
圖7示出的第三另外和優選的空氣引導系統向進氣閥16-B如下述地供給主空氣充氣充氣空氣被壓縮機1壓縮到低壓，約為0.3巴-2巴或更多，能夠通過導管32選擇地(間斷或連續地)供給到圖7發動機的低壓進氣閥16-B，導管32從導管110引出到進氣閥(16a-B-16f-B)，所述導管接受大氣壓的充氣空氣或增壓過的空氣，并在任何情況下空氣的溫度達到優化，這一切都是由壓縮機1和中間冷卻器10控制的，充氣空氣路線由相應導管中的閥門5和6控制。此時閥33是任選的。在氣缸7充氣和壓縮比由在活塞22的第一或第二沖程中進氣閥16-B關閉確定后，高壓進氣閥16-A在壓縮沖程中閥16-B關閉點打開，注入密度大和調節了溫度的空氣充氣，然后閥16-A關閉，在壓縮繼續并接近頂部死點時，燃料存在，點燃充氣，發生動力沖程。使用這個系統也不需要雙大氣空氣吸入口裝置。
圖7示出的第四替代的空氣引導系統，選擇地從吸氣系統9、管匯14-B和吸氣導管15-C(虛線)或從導管32引來充氣空氣，向低壓進氣閥16-B供給主充氣空氣，導管32將任何具體時間需要的任何壓力和溫度的空氣引向動力缸7。用這種設置，在壓縮機1壓縮通過它的充氣時打開閥33，具有增加主充氣空氣密度的效果，此時，充氣空氣的溫度和壓力也由壓縮機1和控制閥5和6調節。單向閥34防止較高壓力的空氣通過導管15-C逸出。在需要較小功率時，通過部分或全部打開控制閥6和關閉閘閥5壓縮機1能夠排放(waste gated)。另外，通過發動機控制組件(ECM)使閥33關閉，主充氣空氣通過吸氣導管9(虛線)在大氣壓下抽入。現在活塞22開始它的第二沖程，如果在吸氣沖程上進氣閥16-B未關閉，則現在關閉，建立壓縮比，并且在所有情況下，密度大的輔助充氣通過在活塞到達進氣閥16-B關閉點時或之后打開的閥16-A進入，然后閥16-A快速關閉，壓縮繼續，在接近頂部死點時點燃充氣，發生動力(第三)沖程。
用第四替代空氣引導系統，低壓進氣閥16-B能夠(a)接受大氣壓下的充氣空氣，或(b)通過導管32或15-B接受壓縮和冷卻的充氣空氣。高壓進氣閥16-A(在壓縮沖程開始時或其后打開)能夠接受(a)由壓縮機1或2的單級壓縮和冷卻的充氣空氣，或(b)由兩級或多級壓縮和冷卻到密度很大的充氣空氣，或(c)溫度和壓力由控制閥5和6調節的充氣空氣，這些都是為了就功率、力矩和燃料節約及控制排放方面較好地調節燃燒特性。通過結合一個任選的單向閥(見圖6的閥26)，圖4、圖4-B、圖5和圖7的發動機能夠具有固定的或可變的壓力比，充氣密度、壓力、溫度和湍動和閥26的關閉時間由閥3、5和6、壓縮機速度、具有一級預壓縮的發動機中存在的任何節流閥和具有兩級預壓縮的發動機中的附加閥4來控制。在任一情況中，進氣閥16-A應在壓縮沖程中保持打開到很遲的時間，大概到接近活塞22的頂部死點。
除了高壓壓縮輔助空氣充氣外，壓縮通向低壓進氣閥16-B的充氣空氣的優點是，在這種發動機的工作循環的很多時間內，為了產生高平均氣缸壓力，充氣的密度可以急劇地增加而同時保持峰值壓力和溫度低。通過高壓進氣閥16-A由圖7中的閥止動器(deactivator)31止動，或通過壓縮機2和/或壓縮機1由控制閥3和4和/或控制閥5和6部分或全部旁通，改變進入到管匯13和14然后到進氣閥16-A的充氣溫度和壓力，這個系統能夠提供在山區車輛運行所需的所有功率。為了產生最高的功率，可以關閉和除去閥的止動器。
圖7還示出一個推薦的發動機控制系統，和一個通過控制空氣旁通閥4和6和閘閥3和5來控制密度、溫度和壓力的方案，控制系統由發動機控制組件(ECM)27和兩個閘閥3和5、兩個空氣旁通閥4和6及在空氣導管15-B(15a-B-15f-B)上的任選的減壓閥25(25a-25f)。如圖所示，關閉空氣旁通閥4使得壓縮機2能夠充分壓縮充氣，閘閥3稍微打開，使得部分空氣能夠流動而不受冷卻(空箭頭)，一些冷卻的空氣(實箭頭)流動到管匯13和14，所有這些能夠由ECM27控制，以便提供最適的密度、溫度和壓力的空氣充氣。導管120中的空箭頭4-A示出，ABV4如何能夠部分地打開，使得一些空氣旁通返回到壓縮機2，以便為了調節充氣密度和溫度而細調注入的輔助空氣充氣的壓力。另外，所有空氣充氣能夠通過中間冷卻器10、11和12或通過旁通導管121或122引導到管匯13和14。
為以低壓縮比低污染排放取得大功率，空氣旁通閥(ABV)4和6關閉而閘閥3和5打開，使得壓縮機2和1提高通過中間冷卻器由閘閥3和5引導的充氣空氣的壓力，取得最大的密度。在吸氣沖程時，低壓閥16-B打開，活塞22吸入低壓空氣，在壓縮沖程底部死點之前或在底部死點之后關閉進氣閥16-B。在壓縮沖程中，在進氣閥16-B關閉點或之后，進氣閥16-A打開而注入輔助的密度大的冷卻空氣充氣，然后再關閉。壓縮繼續達到低的壓縮比。沒有燃料時則加入燃料，在接近頂部死點的適宜點點燃充氣(點火能夠在頂部死點之前或之處或之后)，以大的膨脹比、高力矩進行動力(第三)沖程，然后排氣閥17打開，進行吹氣沖程，其后排氣閥17關閉。
在這些設計中，燃料能夠汽化，從油門注入和接口注入氣缸，可以在空氣進氣口裝置和活塞頂間的任何點引入。燃料空氣混合物可分成層，或從火花點火的計算配比到很稀的配比的混合物，或柴油運行時的很濃的混合物。發動機的功率可以由燃料計量單獨控制，或由節流閥將空氣供給適當地調節到正確的燃料-空氣比，或在使用兩級預壓縮時由控制閥4和6和在使用單級預壓縮時用控制閥4“計量”。
在本發明的任何發動機中，不完全混合燃料、空氣和殘余氣體、由此導致的在點火點上的狀態發生變化的常規發動機的共同問題減少到最少，并且在一些情況，通過高速的延遲空氣充氣注入予以消除。在現今現有技術的氣缸中，在燃料-空氣比變化的混合物中進行火花點火，當氣體燃料直接注入到氣缸時，這個問題是很嚴重的，本發明正是要解決這個問題。
(關于發現對這個特殊問題的解決方案的重要性，在麻省理工學院的發動機研究人員稱，消除在燃燒過程循環到循環變化對改進發動機性能是一個重要的貢獻。如果所有的循環相同，相同于一個平均的循環，最大的氣缸壓力會降低，效率提高，最重要的是，爆燃限較高，因此，對于給定的燃料，能夠明顯增加效率和/或平均有效氣缸壓力。)所述的循環變化被減到最小，并在本發明的每個實施例的發動機中(包括2和四沖程)，由于注入高壓空氣產生的明顯旋轉湍動可能消除掉這種循環變化。另外，任何本發明的發動機中，通過有罩進氣閥16特別是16-A或使用單向閥(如圖6和圖10的閥26)可使旋轉湍動能夠在氣缸壁的切線方向定向。使用一個有罩進氣閥，即使發動機在活塞吸氣沖程接受空氣充氣，它也有利于減少不必要的循環變化，并降低對辛烷值的要求，提高爆振限制的平均有效(氣缸)壓力(knock-limitedindicated mean effective pressure-klimep)。本發明的發動機通過在壓縮沖程注入充氣空氣，特殊是通過一個有罩閥，產生很大的旋轉湍動，進一步消除了多余的循環間的變化，使燃料燃燒更完全徹底。
通過使用一個常規的提升閥，并且在與希望的空氣流動方向相反的的閥頭側壁在閥打開時由一個發動機氣缸蓋面的加厚部分給其加罩，在閥打開時形成一個新月形的環或凸起，將空氣流動引導到希望方向，在運行中吸入的空氣氣能夠旋轉，且還在一個氣缸壁切線方向上流動。
在柴油燃燒系統，本發明的較好混合過程使得濃度很大的燃料-空氣比能夠產生較大的限煙(smoke-limited)功率，并且對于一個濃度極大的燃料-空氣比，實際上可消除煙和顆粒。
在壓縮沖程中高壓充氣注入產生的旋流湍動沒有被壓縮沖程減弱，并且充氣注入的越遲，產生所需旋轉湍動需要的充氣量越小。在根據本發明的方法運行的任何往復內燃機中，很高壓力的、控制溫度的空氣充氣能夠以極高的壓力有選擇地在切線方向注入，并且注入時間是在壓縮沖程的很遲時間，例如，就在燃料注入前，或在燃料注入時，或與燃料注入一起，甚至在壓縮過程中注入。
因為圖4-圖7、圖9、圖9-B和圖15-圖20的發動機中的輔助空氣充氣可壓縮到極高程度，在另外的實施例中進氣閥16-A由更可控制的和快速動作的閥替代，例如但不限于高速電磁閥(未示出)。這個閥最好是機械的、電動的或真空的，最好由圖7、圖9-B和圖15-圖20和圖33所示的發動機控制組件(ECM)控制。在這樣的系統中，輔助空氣充氣能夠選擇地在壓縮沖程的很遲時間注入，來增加充氣密度和旋流湍動和減少峰值和整個燃燒溫度，減小污染排放。注入能夠以切線方向進行。這顯著增加旋轉湍動，防止在通常發動機中都有但不希望有的循環變化，在汽油或狄塞爾發動機中所述循環變化的很麻煩的。
使用這樣的系統會造成較低的最大氣缸壓力和溫度。效率和爆燃限會更高，因此，能夠對于給定燃料顯著提高效率和平均有效氣缸壓力。本發明的所有的發動機與現有技術發動機相比以更完全的膨脹過程運行，從而在效率和排放方有進一步改進。
根據本發明設計的四沖程的發動機(如圖1，圖2，圖3，圖4，圖4-B，圖5，圖7和圖33)，與二沖程發動機一樣(圖8-11，25和33)利用比壓縮比大的膨脹比。為了達到這個結果，通過選擇合適的燃燒室容積確定膨脹比，通過很早或很遲關閉進氣閥而使壓縮比減小到此值之下。
圖8的發動機1008見圖8，示出一個汽油、柴油、天然氣、氫氣或混合雙燃料運行的六缸往復式內燃機1008，它具有六個缸7a-7f(在剖視圖僅示出一個7f)，其中活塞22a-22f設置成進行往復運動。圖中另一個氣缸的存在僅以氣缸襯7a的下端表示出。一個剖視圖示出一個雙作用壓縮機氣缸1。活塞22a-22f以常規方式分別通過連桿19連接到一個共用的曲軸20提供動力。圖8的發動機1008能夠按二沖程運行，對于曲軸20的每次轉動產生六動力沖程。為此，壓縮機1抽入大氣壓下的空氣充氣(或另外，空氣充氣預先通過吸氣導管102經由一個進氣控制閥6受高壓壓縮，導管102通過旁通控制閥6和閘閥5和旁通閥104或中間冷卻器10從壓縮機2引出)。在圖8發動機的運行時，空氣充氣在壓縮機1內由它的配套活塞131壓縮。壓縮的充氣被壓進一個出口而進入高壓轉移導管109，導管109引到旁通閥3，旁通閥3的結構設置成，響應發動機控制組件(ECM)27的信號，而使壓縮的充氣通過中間冷卻器11和12或通過旁通導管111。這個組件指令確定壓縮程度、和通過中間冷卻器和/或旁通導管進入管匯13和14壓縮充氣流的量和方向。管匯13和14的結構設置成，通過分吸氣導管15a-15f把壓縮充氣分配到進氣閥16和16′和其余的五個動力缸。另外，一個輔助壓縮機2通過吸入口8接受大氣空氣，向導管102預壓縮空氣充氣，導管101引向控制閥5，所述控制閥響應ECM27的信號，導引壓縮充氣通過中間冷卻器10或旁通導管104而到達壓縮機1。ECM27也能夠控制閥4和6，把通過壓縮機1和2的充氣的一部分或全部通過導管120和103引回，以此來調節壓縮機1和2，或是其一或是兩個，從完全壓縮到不壓縮的壓縮量，因此，在輕負荷運行過程中，壓縮機1或壓縮機2能夠向氣缸供給所需的壓縮空氣。
圖8發動機1008具有凸輪軸21，它以與曲軸20相同的速度被驅動，對動力活塞的每次旋轉供給一個工作沖程。往復壓縮機能夠具有一個或多個雙作用氣缸，一個在圖中以1示出，并具有一級以上的壓縮級；對于一個或多個壓縮機，曲軸20每一次旋轉的供給兩個工作沖程，這將在下述敘及。另外，往復壓縮機能夠由短曲軸驅動，短曲軸由一個在主曲軸上的增速齒輪機構轉動，主曲軸驅動在輔助曲軸上的一個較小齒輪。輔助旋轉壓縮機2能夠由V形棱皮帶驅動的V形槽皮帶輪驅動，并在V槽皮帶輪和壓縮機驅動軸間具有一個增速齒輪機構。旋轉壓縮機2也能夠具有一個可變速驅動裝置，如在一些飛機發動機中。
圖8的發動機1008的運行說明充氣空氣引入壓縮機的進氣口8，由此它通過壓縮機2，在此向導管101導引，而達到閘閥5，由此充氣被引向或通過中間冷卻器10或通過空氣旁通閥6，在此，充氣的一部分或全部能夠通過壓縮機2被引導返回而在沒有壓縮下充氣被再循環；或者閥6能夠將空氣充氣引導進入壓縮機1的進氣口，在此空氣充氣從壓縮機1的出口導管泵壓出而被引向閘閥3，充氣被引通過中間冷卻器11和12或通過空氣旁通閥4，或一部分充氣通過這兩個，然后引向管匯13和14，管匯將充氣空氣分配到進氣閥16和發動機1008每個動力缸的進氣閥。(旁通閥4能夠將充氣的部分或全部引到管匯13和14，或通過導管120向后向導管106再循環部分或全部充氣而進入壓縮機1的進氣口。)發動機控制組件(ECM)27控制閥3、4和5和6，來調節引向發動機燃燒室130的充氣壓力、溫度和密度。相同的ECM27能夠控制一個可變的閥發生控制系統，按與曲軸20的旋轉角成一定關系調節進氣閥16和動力缸排放閥17的打開和關閉時間，來調節發動機的壓縮比和充氣密度，在功率、力矩、燃料節約和供給燃料特性方面達到最佳性能。
動力缸7的運行方式如下替代方案1在接近氣缸7動力沖程結束處，排氣閥17，17′打開，排氣閥仍打開，活塞22開始第二或排氣沖程。在排氣沖程時，在頂部死點前約60-70度，排氣閥17，17′關閉。在排氣閥關閉點，建立壓縮比。在壓縮沖程中該點之后，進氣閥16，16′打開，壓縮的空氣和/或空氣-燃料充氣被注入到動力缸7的燃燒室130，在頂部死點前約60度閥16，16′關閉，旋流和上死點湍動伴隨高壓空氣注入，活塞22繼續向沖程尾部進行，壓縮充氣產生很低的壓縮比，它能夠低到2∶1。在進氣閥關閉后，如果燃料未混合進來，將燃料注入到進入的空氣流股中，或在關閉進氣閥后注入到預燃燒室或直接注入到燃燒室。燃料能夠注入到充氣旋流當中，以形成分層的充氣燃燒過程，或如果被點火的是柴油它能夠注入到電熱塞。燃料-空氣混合由壓縮或電火花點火，電火花點火時間選在為取得最大效率和/或功率。一般，在活塞頂部死點前注入燃料和點火。燃料能夠較遲注入和在膨脹沖程早期時連續注入，使得形成一個大致恒定壓力的燃燒過程，特別是對于柴油燃料。最好在活塞達到頂部死點之前點燃燃料空氣混合物，燃燒充氣頂著活塞膨脹，活塞向底部死點運動。在活塞沖程的底部死點附近，排氣閥打開，在吹掃沖程排出的混合物由活塞22的強制驅占吹掃。如果進氣閥16，16′打開較早，為了吹掃會需要與排氣閥的某個閥重疊工作。如果進氣閥16，16′打開的遲，不需要閥重疊工作，在進氣閥16，16′打開的大約相同時間排氣閥17，17′關閉。發動機的膨脹比對于柴油能夠達到約為19∶1，對于氣體燃料或汽油為14∶1，膨脹比由是氣缸的工作容積除以燃燒室容積確定。
運行方案2接近氣缸7的動力沖程結束時，排氣閥17，17′打開，在排氣閥17、17′仍打開時，開始第二沖程或吹掃充氣的沖程。在接近沖程中部的點(如在頂部死點前約90度)排氣閥17、17′仍打開，進氣閥打開，以一個小的閥重疊工作，來放入高壓吹掃和充填空氣。如圖11組件30所示，可使一個或多個進氣閥16休息，使得向下沿氣缸7的壁引導首先吸入的空氣，使得在閥16，16′和17，17′很小重疊工作時，循環-吹掃氣缸(loop-scavenge)。排氣閥17，17′保持打開到壓縮應開始的點，在它關閉時接受空氣充氣，其后進氣閥16，16′馬上關閉，氣缸被充分地吹掃，并以高壓充入調節溫度的新空氣。活塞22繼續它的沖程來壓縮充氣而產生低壓縮比，根據使用的燃料，理想的是13∶1-4∶1。壓縮比是排氣閥17、17′關閉時的活塞2二沖程的點確立的，由氣缸的留下的工作容積除以燃燒室容積來計算。
隨著活塞22從排氣閥關閉建立壓縮比和壓縮充氣開始的X點繼續上升時，同時壓力開始升高。密度大的冷卻空氣充氣與短壓縮沖程一起產生一個低壓縮比，帶有很稠密的充氣，低的最大氣缸壓力但有效平均氣缸壓力高，使得力矩和功率大。
壓力比由進入充氣的密度、壓力和溫度、進氣閥16，16′打開的時間長度和排氣閥17、17′關閉點來確定。排氣閥17。17′關閉得越遲，充氣在注入后膨脹越小，要求壓縮充氣的功越小，要求的吸氣和排氣閥重疊時間越小，壓縮比越小。
或許在活塞頂部死點前約150-120度的某點，氣缸7被充分吹掃，進氣閥16，16′打開來放入全部充氣空氣而排放氣體的主要部分通過吹掃驅除，在此時之前或不遲于此，可關閉排氣閥17、17′。(在一些情況中，殘余的廢氣是有益的，試驗顯示在哪點進氣閥和排氣閥均能夠關閉而沒有任何重疊)。在此情況中，“有效”壓縮比能夠低到3∶1或甚至2∶1，也即產生低的最大氣缸壓力和溫度，而平均有效壓力高。燃料能夠早在排氣閥關閉時的點注入，并且能夠早到在壓縮沖程前約150-120度。在頂部死點之或之時或之后，點燃燃料-空氣混合物，并發生膨脹(第二)沖程。膨脹比是用燃燒室容積除氣缸的工作容積確定的，對于用柴油能夠高達約為19∶1，用汽油或氣體燃料為14∶1。
發動機控制組件(ECM)27能夠控制引入到氣缸7或燃燒室130的充氣的溫度和密度和進入燃燒室的定時，并因此，在需要時，調節充氣密度、湍動、溫度和壓力，設有一個限制峰值溫度和壓力的裝置，但是平均的有效氣缸壓力比通常的發動機高，并還減低污染排放的水平。
在圖13中的線B(bp)上表示出一個推薦的輕負荷燃料有效運行的系統是這樣可以選一個13∶1的名義的壓縮比，膨脹比是19∶1。在絕熱壓縮時，后者確定燃燒室的容積，前者確定最大的充氣壓力(不是最大氣缸壓力)，約530磅/平方英寸。ECM27向閘閥5和空氣旁通控制閥6發信號，將通過壓縮機2泵壓的空氣通過壓縮機2返回壓縮機2再循環而不受壓縮，或對于任何類型壓縮機，打開放泄閘閥而旁通壓縮機。閘閥5旁通中間冷卻器10，并將充氣引入壓縮機12的入口。壓縮機1絕熱壓縮充氣，例如壓縮比為7∶1。ECM27控制組件旁通中間冷卻器11和12，將充氣引入管匯13和14，壓縮熱保留下來。如果排氣閥17、17′關閉，氣缸7的進氣閥16，16′在接近壓縮沖程的結束時打開，有效壓縮比能夠低到2∶1，產生一個14∶1的“名義”壓縮比。(如果在排氣沖程中較早關閉排氣閥17，17′和打開進氣閥16，16′，注入的充氣空氣壓力會較低，有效的壓縮比會較大，即氣缸的壓縮產生熱較多。假使進氣閥16，16′在沖程中打開，在排氣閥17，17′關閉后，名義壓縮比13∶1希望帶有4∶1的有效壓縮比，在沖程中引入氣缸的充氣應被壓縮4∶1)。然后未冷卻的充氣在氣缸中以有效壓縮比4∶1被壓縮，在一情況下，壓力約為530磅/平方英寸，溫度900°F以上。然后點燃燃料/空氣充氣，就頂著活塞膨脹到動力缸的全部容積，膨脹比為19∶1。
在需要大功率時，ECM27給控制空氣旁通閥4和6關閉。壓縮機2開始壓縮空氣充氣到更高壓力，同時，ECM27打開閘閥3和5，通過中間冷卻器10、11和12輸送空氣。因此，因為充氣空氣被冷卻，能夠低到150-200°F，現在較多的空氣被附加的壓縮級2在后側泵壓到氣缸中，防止在燃燒前由于充氣的冷卻而使充氣空氣產生大的壓降。燃燒室中的空氣充氣現在被壓縮2∶1(圖13線B(ic))雖被冷卻了但保持接近設計壓力，此時，約500-530磅/平方英寸，顯著增加充氣密度和發動機的力矩和功率。空氣充氣越冷，形成的峰值溫度和壓力越低，并以高度的湍動一起，對于燃料濃度很大的燃料空氣混合物，產生較少的未燃燒的碳氫化合物、NOx和其他污染排放，幾乎消除了煙和顆粒。空氣-燃料被點火，膨脹到氣缸的整個容積，膨脹比19∶1，雖然有效壓縮比僅為2∶1(見圖13的線B(ic))。
無論使用哪一種方案，發動機都能夠增壓到比常規發動機較高的壓力，因為在大多數情況在燃燒室充氣的時間進氣閥關閉，并且較冷的空氣充氣防止爆燃和減少污染排放。而且，在多數情況，燃料的駐流時間比預先爆震(pre-knock)狀態需要的少。
在需要低功率時，如車輛巡行或輕負荷發電，發動機運行能夠轉變成輕負荷運行，如中斷一級壓縮，第一冷卻器10通過空氣充氣由閘閥5和旁通閥6再循環旁通。閘閥3和空氣旁通閥4能夠導引所有從壓縮級1來的充氣通過中間冷卻器11和12并保持壓縮的熱，進入到管匯13和14直到氣缸中，進行較小密度，燃料較高效的運行方式。
再見圖8，示出的圖8-圖11和圖25的發動機氣缸蓋，具有一個任選的壓力平衡進氣閥，冷卻由導管提供，導管帶有吸氣導管29和出口導管29′及單向閥(未示出)，當閥桿與進氣閥16一起往復運動來泵壓冷卻和潤滑油或油-空氣混合物通過閥桿膨脹部分之上的空間，單向閥提供閥桿上的膨脹部分28。
圖8、圖11和25的壓力平衡在其閥16、16′和圖9、圖10的吸氣閥16-A提供快速進氣閥關閉，并允許使用大型的非限制的進氣閥和比通常的閥較小的復位彈簧。(在進氣閥打開時，在燃燒室內閥頭之下和吸氣導管內閥頭之上幾乎立即發生壓力平衡，此時吸氣導管的壓力作用在象活塞那樣的閥桿上的裝置，會使閥桿依從凸輪輪廓的向下斜坡運動而快速關閉閥。而且，新型的“Magnavox”壓力起動的“方波”進氣閥也可以在本發明的發動機中使用。)壓力平衡閥的工作如下壓力平衡進氣閥在閥桿上具有膨脹部分28，它的下表面暴露到導管15A中的氣體。在圖8-圖11或圖25中，閥桿由凸輪21壓下，進氣閥16打開，導管15A中的的任何壓力均與燃燒室壓力平衡，并在此時，由于導管15A中的頂著閥桿膨脹部分28下側的任何壓力產生的唯一反作用力使得閥快速關閉。在進和出通道29和29′上的單向閥(未示出)最好使得油或油-空氣混合物通過膨脹部分28上的空間，或通過閥桿膨脹部分28。油入口可以在油聚集供給冷卻系統的氣缸蓋中的下點上。另外，油入口管線29可以連接到油或油-氣混合供給管線。從冷卻系統出來的入口導管29和出口導管29′安裝有單向閥，出口導管29′比入口導管29高，或可以連接到引向發動機油箱的油排放管線。閥桿膨脹部分28也可以具有一個通過它門的通道，在每側各有一個單向閥。因為排氣閥一直難于冷卻的，這個系統為排氣閥提供充分的冷卻，即使在排氣導管中沒有大的壓力也是如此。此時這個系統應用到排氣閥17上，排氣口18從排氣閥17伸出，或應用到任何的發動機的排氣閥上，使得排氣閥和閥座的壽命長。
在大型發動機上，從上述泵伸出的管線能夠匯聚成較大的管線，由它門提供的油的泵壓可以替代所述發動機上的常規的油泵。
圖9的發動機1009見圖9，示出一個具有大氣空氣進氣口裝置的六缸往復內燃機，其中所有的氣缸7a-7f(在剖視圖僅示出一個(7f))和配套的活塞22a-22f進行二沖程工作，使用所有動力缸對于曲軸20的每次轉動產生六個動力沖程，經由連桿19a-19f對于一個共用曲軸20產生動力。一個主壓縮機1，圖中示出的是雙作用往復型的，與圖示的空氣導管一起向一個或多個氣缸的進氣閥16-A和16-B(如果到閥16-B主充氣從導管15來則僅是后者)供給加壓的空氣。一個Lysholm型輔助壓縮機與壓縮機1串聯。一個空氣吸入口裝置8和配套的壓縮機1和/或2與吸氣導管和管匯13和14向空氣吸氣導管15-A和進氣閥16-A再到氣缸7供給充氣空氣，充氣空氣被壓縮到比大氣壓高的壓力。第二導管32將通過任選的截止閥33從導管110來的空氣充氣引向進氣閥16-B而向同一氣缸供給低壓空氣。另外，從導管15-A引出的第二導管15-B可以安裝一個壓力控制閥25(均是虛線)并能夠向進氣閥16-B引導低壓空氣充氣。使用中間冷卻器10、11和12和控制閥3、4、5和6幫助控制充氣空氣的密度、重量、溫度和壓力。進氣閥定時控制發動機的壓縮比。確定燃燒室的大小以確定發動機的膨脹比。
圖9、圖11和圖25的發動機具有裝有凸輪的凸輪軸21，并設置成以發動機曲軸的速度旋轉，以便為了每轉曲軸的旋轉向每個動力活塞供給一個動力沖程。
圖9示出發動機1009的特征是，與通常的發動機比具有更完全的膨脹過程和較低的壓縮比，能夠產生比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠提供的平均有效氣缸壓力可選擇為高于通常發動機的常規設置能夠具有的，而帶有一個相當的或較低的最大氣缸壓力。發動機控制組件(ECM)27(見圖7)和圖示的在導管上的可變的閥3，5和6形成一個系統來控制氣缸內的充氣密度、壓力、溫度和平均壓力和峰值壓力，節約燃料，在所有轉數產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放低。在另外的實施例中，帶有ECM27的一個可變閥的定時系統也能夠控制進氣閥16-A和/或16-B的打開和關閉時間，進一步在燃燒室中形成一個改進的控制狀態，能夠產生一個更平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖9的發動機1009的運行簡要說明圖9的新型循環發動機1009的是一個高效發動機，它可獲得高功率和力矩，低的燃料消耗和低的污染排放。
新的工作循環是一個外壓縮型的燃燒循環。在此循環中，吸入空氣的部分(常規發動機在動力缸壓縮全部空氣)由至少一個輔助壓縮機壓縮。在壓縮結束時的溫升能夠使用冷卻壓縮空氣的空氣冷卻器和通過一個較短的壓縮沖程來抑制。
在工作時，壓力增加約三分之一到一個大氣壓或更多，通過從輔助壓縮機2引出的吸氣導管32把空氣供給到進氣閥16-B，或者空氣通過導管15-B和壓力控制閥25引入。一個第二空氣導管15A選擇地向第二進氣閥16-A供給較高壓力的充氣空氣，而將其引向相同的動力缸7。(在這個設計中，在接近動力沖程的底部死點，排氣閥17打開并且廢氣排放后，進氣閥16-B允許低壓空氣進入)。在排氣閥17打開后發生廢氣排放，現在進氣閥16-B快速打開和關閉而注入低壓吹掃空氣。在活塞22開始它的壓縮沖程時，氣缸7進一步通過循環換氣吹掃。進氣閥16-B現在關閉，活塞22在壓縮沖程中升起到壓縮應開始的點，在該點排氣閥17關閉而封閉氣缸7并建立壓縮比。壓縮繼續，在頂部死點附近的適當點處，燃料存在之下，通過火花或壓縮充氣點火燃充氣，發生動力沖程。
在需要較大功率時，在壓縮沖程中，在排氣閥17a關閉之時或其后，通過進氣閥16-A把由導管15-A來的輔助空氣充氣引入到動力缸7，進氣閥16-A引入較高壓力的空氣充氣并快速關閉，來增加充氣密度。另外，通過調節空氣旁通閥6經壓縮機2輸送較多空氣、或通過增加壓縮機的速度，或改變導管15-B上的控制閥25上的設定，把主空氣充氣增壓到更高的壓力，控制閥另外也向進氣閥16-B供給低壓主空氣充氣。如果加輔助充氣，可調節輔助充氣的溫度、壓力、量和注入點以產生希望的結果。
為了輕負荷運行，在輕負荷運行不要求高平均有效氣缸壓力時，可以使用一個進氣閥封閉器31(在市場上有幾種，如Eaton Corp.和Cadillac)來封閉進氣閥16-A。另外，在通過導管15-B向進氣閥16-B供低壓空氣時，可打開空氣旁通閥(ABV)6，通過壓縮機2往回再循環一些充氣空氣，減輕輕負荷運行時的壓縮機的壓縮功。另外，最好空氣旁通閥4能夠按要求將壓縮機1泵壓的空氣全部或部分再循環回到壓縮機1的進氣口，來減少通過進氣閥16-A的輔助充氣的壓力和密度。
新型循環發動機1009的運行的推薦優選方法；1.排氣閥17，17′較早例如在底部死點前40度打開排出廢氣之后，動力沖程結束(約底部死點)時，進氣閥16-B在接近底部死點時由在凸輪21-B上的小凸起打開，通過至少一個壓縮機2壓縮的比大氣壓高的并且通過旁通系統或充氣空氣冷卻器10調節溫度的吸入空氣，通過進氣閥16-B被引入到氣缸7中。排氣閥在底部死點之后繼續保持打開，以便進一步吹掃氣缸7。在接近底部死點處進氣閥16-B關閉。
2.在動力沖程完成并且氣缸7充入新充氣后，排氣閥17在活塞通過底部死點之后保持打開一段時間(現在進氣閥16-B關閉)，用新空氣充氣進一步吹掃動力缸且建立氣缸的低壓縮比，壓縮比是在排氣閥17關閉的點剩余的氣缸的工作容積除以燃燒室容積確定的。
3.氣缸7現在由新空氣充滿，壓縮沖程繼續，在某點處排氣閥17關閉，壓縮開始達到小壓縮比。這使得能夠減小壓縮沖程中的溫升。壓縮繼續，如果不存在燃料則加入燃料，在接近頂部死點的適當時間點燃充氣，發生動力沖程。
4.(a)另外，在要求更大功率時，輔助的被壓縮的、調節了溫度的空氣充氣通過進氣閥16-A注入到氣缸7中，進氣閥16-A在壓縮沖程中在排氣閥關閉點或之后快速打開和關閉，產生密度較大的充氣，提供希望產生的發動機的力矩和功率。
(b)在要求更大功率時，通過一個多個中間卻器10、11和12和通過增加壓縮機速度、或插入另一級輔助壓縮、或讓較多的充氣空氣通過運行的壓縮機，能夠增加輔助空氣充氣的密度和重量。
5.接近活塞底部死點，排氣閥17，17′打開，氣缸有效地通過排放和主進氣閥16-A注入的空氣來吹掃。
圖9的發動機1009運行的詳述接近活塞22的動力(第一)沖程的結束點處，約在活塞22底部死點前40度，低壓空氣由導管106和任選的截止閥33和壓縮機2通過空氣導管32流動，或從壓縮空氣管線15-A(如圖9和圖10所示)由調壓閥25供給通過空氣導管15-B流動，通過進氣閥16-B進入氣缸7，之后排氣閥17馬上打開排放。底部死點之后或在底部死點上進氣閥16-B立即關閉。在活塞22壓縮(第二)沖程的前部排氣閥17保持打開。氣缸7現在有效地由排放和循環換氣吹掃，并在氣缸充滿新空氣的壓縮沖程任何點上，排氣閥17，17′能夠關閉。但是因為希望要低壓縮比，排氣閥17，17′能夠保持打開到活塞達到希望建立壓縮比的點。在排氣閥17a和17a′關閉之時或之后，由壓縮機壓縮的輔助高壓和溫度調節的充氣由進氣閥16-A注入所述的氣缸，其后進氣閥16-A關閉。進而，在需要高力矩和功率時，如果輔助充氣空氣已經壓縮，通過插入壓縮機2或增加壓縮機2的速度，如圖9所示，通過閥4和/或6將較多的空氣引過壓縮機1和/或2，并且將充氣全部或部分通過中間冷卻器10、11和12，能夠大大提高輔助充氣的密度。
在這個系統中，與排氣閥關閉建立壓縮比的點無關，在氣缸7中收攏的主新空氣充氣比通常的輕，壓縮比比通常低，因此，如果需要，高壓縮的、調節溫度的空氣充氣能夠在沖程中在排氣閥關閉之時或之后注入，而提供比通常充氣密度大的充氣，但是溫升由冷卻的充氣和短的壓縮沖程抑制。燃燒時這產生比通常大的平均有效氣缸壓力，以取得大力矩和功率，但膨脹比仍大于壓縮比。
為了輕負荷運行，在高壓進氣閥上的一個截止閥或閥封閉器31(虛線)能夠臨時限制吸入空氣或保持閥16-A關閉。這使發動機更節省燃料。另外，如果壓縮機2沒有向導管32和進氣閥16-B供給空氣，在輕負荷運行時，閘閥5可以關閉，空氣旁通閥6能夠打開，使得壓縮機2泵壓的空氣部分地或全部返回到壓縮機2的吸氣導管，幾乎不或根本不發生壓縮。
圖10中一個輔助的自動進氣閥26可以設置成，如果在進氣閥16-A關閉前，在活塞22壓縮沖程中，氣缸7的壓力接近或超過導管15-A中的壓力，防止向導管15-A的充氣空氣倒流。
另外，圖10的輔助自動閥26可以用于在氣缸7中形成一個固定或可變的壓力比。此時，直到接近頂部死點處閥16-A保持打開，并且閥26的關閉時間由閥3、4、5和6、壓縮機的輸出和存在的任何節流閥控制的氣缸7中壓差調節。自動閥26也可以是金屬或陶瓷制的彈簧收縮圓盤型。
燃料能夠汽化，在活塞22到達壓縮沖程中的X點之時或之后，如圖15-圖17，和圖19-圖20的組件56所示的，燃料注入油門56，或燃料能夠注入到空氣流股中，注入預燃燒室中(與圖21類似)，或通過進氣閥16-A注入，或在排氣-壓縮沖程的X點直接注入燃燒室。燃料也能夠較遲注入，并在柴油運行時能夠在柴油注入的通常點注入，注入到預燃燒室或直接注入燃燒室，如圖21所示，或直接注入在電熱塞上。如果使用調節溫度密度的空氣充氣，所述充氣注入后，充氣壓縮繼續，在燃料存在時，在膨脹沖程的適當時間進行點火。(壓縮比是在X點到達后留下的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的，膨脹比是氣缸的整個空隙容積除以燃燒室容積確定的。)現在燃料-空氣充氣點火，隨著燃燒的氣體膨脹時，發生活塞動力沖程。接近動力沖程的底部死點處，排氣閥17，17′打開，并在動力沖程結束和大約活塞22轉向時，氣缸7有效地通過排放和循環換氣吹掃。
可見到，壓縮沖程中到達X點的時間越遲(排氣閥關閉的越遲)，發動機的壓縮比越低，壓縮中對充氣的加熱越小。
也可見到，溫度密度調節的充氣引入得越遲，為壓縮充氣發動機的需要做的功越小，已接受壓縮機1和/或輔助壓縮機2一些壓縮充氣空氣部分越遲。在一些負荷輕且燃料節約是重要的情況中，輔助壓縮機能夠旁通，輔助空氣充氣臨時除去，整個的充氣重量能夠小于常規發動機，并且有擴大的膨脹比，節約燃料更好。
二沖程循環發動機(在圖9和圖9-B)輕負荷運行時，如車輛巡行或輕負荷發電，輔助空氣充氣能夠通過將高壓進氣閥16-A臨時封閉(有幾種封閉系統如Eaton，Cadillac等)來消除，或能夠截斷通到進氣閥16-A的空氣，發動機仍較節約燃料，產生較大功率，空氣充氣由壓縮機2或1通過導管15-A、110、32和進氣閥16-B供給。
圖9-B的發動機1009-B圖9-B是六缸往復式內燃機1009-B的示意圖，發動機1009-B主要部分與圖9發動機1009相同。發動機1009-B的特性、運行和結構基本與圖9發動機1009相似，除了必須指出的特殊區別外，其他不予重復。應參考上述對圖9發動機1009的特性、結構和運行所做的說明部分。
發動機1009和1009-B的主要區別是，發動機1009-B代表發動機1009的一個實施例，其中壓縮機1，2是另外類型的。即，在1009-B中，主壓縮機1示出的是Lysholm型的(與發動機1009的往復型壓縮機相反)，輔助壓縮機2是渦輪型(與發動機1009的Lysholm旋轉型的相反)。雖然圖示的從導管110(圖9中是106)和任選的截止閥33出來的導管32僅向發動機的兩個氣缸的進氣閥16-B供氣，應理解，其他吸氣導管(未示出)也向發動機的其余的進氣閥16-B從導管110分配空氣，或者導管32供給一個“空氣箱”或管匯空氣，后者將空氣向所有的進氣閥16-B分配。
見圖10，在此示出與圖9和圖9-B說明的相同的發動機，運行系統相同，但是具有一個任選的附加特征，即，輔助的進氣閥16-A具有一個附屬的閥26，它自動防止從氣缸回流充氣空氣。在進氣閥16-A完全關閉前，假若氣缸的壓力接近或超過導管15-A中的壓力時，這個特征防止本發明發動機壓縮沖程中發生任何回流。(這個任選的自動閥26能夠是彈簧縮回圓盤型的，或任何類型的單向閥)。在這個位置的自動閥能夠在壓縮充氣時調節氣缸7的壓力比。此時，直到接近頂部死點處進氣閥16-A可以保持打開，在充氣的壓縮、點火和動力沖程時，閥26自動地關閉閥16-A下的入口。而且，使用自動閥26允許通過簡單地調節導管15-A中的壓力來調節氣缸的壓力比，直到接近活塞22的頂部死點處進氣閥16-A保持打開。如果有輔助閥26，在也有罩(shroud)進氣閥16-A時，它也向燃燒的充氣施加切線向的流轉湍動。
圖11的發動機10011見圖11，在此示出六缸往復式內燃機10011，帶有一個大氣空氣進氣口裝置，其中所有的氣缸7a-7f(剖視圖僅示出一個7f)和配套活塞的22a-22f按二沖程循環運行，所有動力缸分別經由連桿19a-19f對一個共用的曲軸20產生動力。主壓縮機1在此圖中是雙作用的往復型，帶有一個空氣導管，向一個或多個氣缸進氣閥16a和16b供給加壓空氣。Lysholm型的輔助的壓縮機2與壓縮機1串聯。一個空氣入口8和配套的入口導管和管匯13和14向氣缸吸氣導管15供給壓縮到比大氣壓高的空氣充氣，導管15向兩個進氣閥16a和16b供給充氣空氣，進氣閥16a和16b彼此獨立工作但是向同一個氣缸打開。中間冷卻器10、11和12和控制閥3、4、5和6用于幫助控制空氣充氣的密度、重量、溫度和壓力。進氣閥定時控制氣缸的壓縮比。確定燃燒室的大小，以確定氣缸的膨脹比。
圖8、圖9、圖10和圖11的發動機100具有裝有凸輪的凸輪軸21，它設置以發動機曲軸的速度旋轉，以使得對每轉曲軸旋轉每個動力活塞供給一個動力沖程。
圖11示出的發動機10011的特征是，較廣的膨脹過程，低的壓縮比，和能夠產生從比通常輕到比通常重的重量變化的燃燒充氣，能夠選擇地提供一個的平均有效氣缸壓力，所述壓力能夠高于通常發動機的常規設置所具有的，但與常規發動機比具有一個相當的或低的最大氣缸壓力。發動機控制組件(ECM)27和圖示的在導管上的可變的閥3、5和6形成一個控制充氣密度、壓力、溫度和氣缸內的平均和峰值壓力的系統，這能夠較節省燃料，在所有轉速下產生較大力矩和功率，使得火花和壓縮點火發動機的污染排放低。在其他實施例中，一個可變閥的定時系統與ECM27一起能夠控制控制進氣閥16a或16b或兩個的打開和關閉時間，進一步在燃燒室中形成一個改進的控制狀態，而產生一個較平的力矩曲線和較高的功率，并且燃料消耗和污染排放低。
圖11發動機10011的運行簡要說明圖11的新型循環發動機10011是一種獲得高功率和高力矩的高效發動機，燃料消耗和污染排放低。
新型的循環是一個外壓縮型燃燒循環。在整個循環中，吸入空氣的一部分(在常規發動機中所有空氣在動力缸中受到壓縮)由一個輔助壓縮機壓縮。壓縮結束時的溫升能夠使用一個冷卻進氣的空氣冷卻器和一個較短的壓縮沖程來抑制。
在運行中，在一定壓力下把空氣通過空氣吸氣導管15供給到動力缸7，所述壓力是提高到三分之一到幾個大氣壓或更高。閥16b經由凸輪21-A上的很小凸起，通過閥桿頂部的壓力在活塞22接近底部死點位置時打開一個短時間，以便吹掃缸并提供新充氣空氣。在進氣閥16b打開而吸入吹掃空氣稍前，排氣閥17、17′打開進行排放。氣缸7大約在活塞22轉向時有效地得到吹掃。在壓縮沖程的前部，或許在活塞底部死點位置后約10-20度時，第一進氣閥16b關閉，稍后排氣閥17，17′關閉，在這點，開始壓縮新空氣充氣，而建立氣缸的壓縮比。需要時，在排氣閥17，17′關閉點，或較遲的任何點，最好第二進氣閥16a或許和16b由第二凸起21-C打開，引入較多的溫度和密度調節的充氣。
在輕負荷運行不需要高的平均有效氣缸壓力時，圖10的進氣閥封閉器31(市面有幾種，如Eaton和Cadillac)能夠封閉進氣閥16a。另外，空氣旁通閥(ABV)6完全或部分打開，將充氣空氣的部分或全部通過壓縮機2返回再循環，以減少壓縮機在輕負荷運行時的壓縮功。另外，空氣旁通閥5能夠按照要求再循環由壓縮機1泵壓的部分或全部空氣來減少充氣壓力和密度。
新循環發動機10011的優選運行方法1.排氣閥17，17′早一點(約在底部死點前40度)打開排出廢氣后，動力沖程結束(約底部死點)處，在活塞22底部死點處或其附近，通過由凸輪21-A上的小凸起21-D打開的進氣閥16b向氣缸7中引入至少一個壓縮機2壓縮的比大氣壓高的，并且通過旁通系統或充氣空氣冷卻器調節溫度的吸入空氣。排氣閥在通過底部死點仍保持打開，以便通過排放和循環換氣有效地吹掃氣缸7。在新的高壓充氣快速吹掃氣缸7時，進氣閥16b關閉。
2.在動力沖程完成后，排氣閥17在活塞通過底部死點后保持打開一段時間(現在進氣閥16b關閉)，用新空氣充氣進一步吹掃動力缸，而且建立氣缸的低壓縮比，壓縮比是在排氣閥17關閉點處剩余的氣缸的工作容積除以燃燒室容積確定的。
3.氣缸7現在由接近大氣壓的新空氣充滿，壓縮(第二)沖程繼續，從排氣閥17關閉點，壓縮形成小壓縮比。這使得能夠減小壓縮沖程中的溫升。壓縮繼續，如果不存在燃料則加入燃料，在接近頂部死點的適當時間充氣點火，發生動力沖程。
4.(a)另外，在排氣閥關閉和開始壓縮充氣或其后的適當時間，能夠通過進氣閥16a和或許由凸輪21-A上的第二小凸起21-C、進氣閥16b，注入輔助的密度和溫度調節的空氣充氣。隨著輔助空氣充氣的注入而壓縮繼續，如果不存在燃料則注入燃料，充氣點火，燃燒產生燃燒氣體的大的膨脹，產生大的能量。所述能量由發動機轉換成高力矩和功率。
(b)在要求更大功率時，通過一個多個中間冷卻器和通過增加壓縮機速度、或如圖11所示插入輔助壓縮的另一級，能夠增加輔助空氣充氣的密度和重量。另外，排氣閥17關閉和進氣閥16a打開的定時能夠臨時改變成分別更早關閉和更早打開，以獲得更多的充氣空氣。
5.接近活塞底部死點處，排氣閥17，17′打開，氣缸通過排放和主進氣閥16b注入的空氣來吹掃。
圖11的發動機10011運行的詳述接近活塞22的動力(第一)沖程的結束時，約在活塞22底部死點前40度，排氣閥17打開進行排放，如圖11所示，其后高壓空氣由管匯13和14出來通過空氣導管15和通過進氣閥16b馬上流進氣缸7，氣缸1被吹掃，進氣閥16b關閉。(如圖11所示，進氣閥頭30能夠凹進，形成向氣缸7開口的管狀，使得在充氣空氣受到高度壓縮時，如高達500-530磅/平方英寸，在活塞22在底部死點轉向時或在緊接其后，進氣閥16b的凸輪21-A上的小凸起21-D引入一小股所述高壓空氣，它被向下引導來進行循環換氣)。在活塞22壓縮(第二)沖程的前部，排氣閥17保持打開。氣缸7現在有效地由排放和循環換氣來吹掃，并在氣缸充滿新空氣的壓縮沖程任何點上，排氣閥17、17′關閉。但是因為想得到低的壓縮比，排氣閥17、17′仍保持打開，直到活塞達到希望建立壓縮比的點。在排氣閥17a和17a′關閉之時或之后，由壓縮機1和/或2壓縮的輔助高壓和溫度調節的充氣由第二進氣閥16a和若需要由第一閥10b上的另一個小凸起21-C(虛線)注入到所述的氣缸中。(需要高力矩和功率時，通過增加主壓縮機1的速度，或插入另一級壓縮如在壓縮機2中的、并使得充氣通過后冷卻器10、11和12，能夠顯著增加充氣空氣的密度。另外，壓縮機2的速度能夠增加，在后端推入較多充氣)。壓縮繼續，達到小壓縮比，如果燃料不存在則加燃料，充氣點火，氣體頂著活塞膨脹而進行動力沖程。
為了輕負荷運行，一個截止閥(或圖10中進氣閥16-A上的閥封閉器31)能夠臨時限制吸入的空氣或保持閥16a關閉。這使發動機更節省燃料。另外，在輕負荷運行時，閘閥5可以關閉而空氣旁通閥6能夠打開，使由壓縮機2泵壓的空氣返回到壓縮機2的吸氣導管而不發生壓縮。以相同的方式，閥3和4能夠將泵壓的空氣的一部分返回到壓縮機1的進氣口106。
圖10中一個輔助的自動進氣閥26，它能夠是彈簧返回圓盤型的，能夠如圖10那樣設置成，如果在進氣閥16a完全關閉前，在活塞22壓縮沖程時，若氣缸7的壓力接近或超過導管15中的壓力，閥62能防止向導管15的充氣空氣倒流。(在本文所述的其他發動機中，圖10的輔助自動閥26可以用于控制氣缸7中壓力比。如果閥16a保持打開到接近頂部死點，閥26的關閉和氣缸7的壓力比由控制閥3、4、5和6，壓縮機的速度、和存在的任何節流閥來控制)。壓縮沖程的最后部分，充氣點火和動力沖程中，自動閥26封閉住導管15而不吸氣。
燃料能夠汽化，燃料注入到如圖15-圖17的油門中，和圖19和圖20的組件56中，或燃料能夠注入到空氣流股中或預燃燒室中，或在排氣-壓縮沖程的X點或之后通過在進氣閥16a、16b注入(后者是通過凸輪21-A上的小凸起21-C使它打開時)或直接注入燃燒室。燃料也能夠較遲注入，并在柴油運行時能夠在柴油注入的通常點注入，注入到預燃燒室或直接注入燃燒室，或直接注入在電熱塞上。如果使用調節溫度的密度的空氣充氣，所述充氣注入后，繼續壓縮充氣，燃料存在之下，在膨脹沖程的適當時間進行點火。(壓縮比是在X點(排氣閥關閉處)到達后留下的氣缸工作容積除以燃燒室容積確定的，膨脹比是氣缸的整個空隙容積除以燃燒室容積確定的。)現在燃料-空氣充氣已被點火，在燃燒的氣體膨脹時，發生活塞22的動力沖程。接近動力沖程的底部死點，排氣閥17打開，并在動力沖程結束或緊接其后，氣缸7有效地首先被排放和然后被循環換氣來吹掃。
可見到，壓縮沖程中到達X點的時間越遲(排氣閥關閉得越遲)，發動機的壓縮比越低，壓縮中充氣的加熱越小。
也可見到，溫度密度調節的充氣引入得越遲，發動機壓縮充氣需要做的功越小，已接受壓縮機1和/或輔助壓縮機2一些壓縮的充氣空氣部分越遲。在一些負荷輕并且燃料節約是重要的情況中，輔助壓縮機能夠旁通，臨時除去輔助空氣充氣，整個的充氣重量能夠比常規發動機小。
見圖12，在此示出一個高速狄塞爾發動機與本發明的發動機的壓力-容積關系對比圖表。示出中間冷卻三個級壓縮，和一個壓縮比約2∶1的未冷卻第四級壓縮，這個設置是為了本發明發動機效率和最優功率輸出而推薦的。(圖13和14的表中示出本發明對現有重載二沖程和四沖程發動機上的一些改進。)這里有本發明改進發動機熱效率的幾個特征。較大的功率對重量比，提供一個帶有較小摩擦損失的較小的發動機。從理論上說，加大的膨脹比造成較高的熱力學循環效率。即使用帶有配套的管線、中間冷卻器和后冷卻器的外部壓縮機，在分級的壓縮過程中也有明顯的效率提高。當空氣在中間冷卻級中壓縮時，能量節約是很顯著的。在2，3或4中間冷卻級，將充氣壓縮到500磅/平方英寸比在常規發動機中將熱充氣壓縮到同樣壓力要使用較少能量。通常發動機使用約它自己產生能量的20％來壓縮它自己用的空氣充氣。計算說明，如果空氣在后冷卻級受到壓縮則會明顯節約發動機能量。僅在兩級把充氣壓縮到531磅/平方英寸(13∶1壓縮比)比奧托和狄塞爾循環發動機那樣在單級壓縮同樣水平減少使用能量為15.8％以上。三級中間冷卻壓縮將節約提高到18％。這是理想的。從此理想狀態的變差的程度不應超過25％，即節約13.5％。這個13.5％能量節約乘以通常發動機用于壓縮自用充氣的功率為20％，僅由壓縮過程即提高效率2.7％。除了其他熱效率改進，這又是本發明的發動機優點之一。低的壓縮比與大的膨脹比一起形成發動機的效率、力矩、功率和壽命的改進，同時減少排放。
注解1在圖12中，在水平坐標上的發動機B的線的移動距離表示在較大密度的理論容積。通過在后側泵壓進較多充氣，密度保持在與密度無關的實際燃燒室容積上的那個水平上(如虛線V所示)。
見圖13，在此示出本發明發動機(B)各種運行參數與現有技術普遍使用的載重二沖程狄塞爾循環發動機(A)參數的比較。
對發動機A示出的參數是通常運行參數，如壓縮比、燃燒溫度、充氣密度等。為表示發動機(B)選擇的參數在兩個不同的較低“名義”壓縮比上給出，帶有對于兩個不同的水平的功率輸出的與中間冷卻的和未冷卻的相應的“有效的”壓縮比。表示充氣密度和膨脹比的數據列說明了，即是在如圖10所示顯著低的名義壓縮比和有效壓縮比低到2∶1時的、穩態功率密度中的改進。在燃燒結束時表示低溫的數據列和加大膨脹比的數據列，說明相當低的污染排放。即使在較低的名義壓縮比下發動機(B)比發動機(A)功率改進也不小于50％。
見圖14，在此示出圖表比較了本發明的發動機(B)和現有技術普遍使用的重載四沖程狄塞爾發動機(A)的各種運行參數。
在進行與圖13相似的比較時，穩態功率和密度的改進是相當大的，因為發動機(B)與發動機(A)同樣兩次點燃密度較大的充氣，在發動機(A)上的穩態功率密度改進是180％。
見圖15，示出的圖5-7和圖9-10發動機的示意圖，它帶有一個輔助壓縮機2和一個專用于它的空氣冷卻器10，主冷卻器1供給兩個管匯13和14并具有專用的空氣冷卻器11和12和充氣空氣的導管114和115，每個管匯分別具有三個氣缸吸氣導管15a-15c，15d-15f。圖15的發動機與圖5-7和圖9-10的發動機運行是相同的，圖中示出，適用于圖5-7和圖9-10發動機在輕負荷運行時最適空氣充氣的、向導管13和14供給的閘閥和空氣旁通閥的推薦閥門位置。為了輕負荷運行，閘閥5能夠關閉，并且壓縮機2的空氣旁通閥6(如果壓縮機2不向導管32和進氣閥15-B供給主空氣充氣)完全或部分打開，使得壓縮機2的一部分和全部的吸入空氣在幾乎不或根本不壓縮下返回到壓縮機2的進氣口。而且，壓縮機1的閘閥3關閉，讓空氣充氣離開冷卻器11和12，空氣旁通閥4關閉，防止已受壓縮和加熱的空氣通過壓縮機1返回再循環，并且閘閥3和空氣旁通閥都將未冷卻的空氣充氣引到進入管匯13和14，為輕負荷運行提供低密度的充氣。最好壓縮機2保持運行，使得通過導管110和32和進氣閥16-B供給主空氣充氣，形成一個較經濟的吹掃-充氣系統。
見圖16，示出對于圖16和圖5-7和圖9-10的發動機在中等負荷運行時，向管匯13和14供給最佳空氣充氣的推薦閥門位置。為了中等負荷運行，壓縮機2的閘閥5關閉，空氣旁通閥6打開，向壓縮機1的進氣口通進未冷卻和未壓縮的空氣充氣，在此，關閉的閘閥3和關閉的空氣旁通閥4將壓縮機1正在壓縮的空氣充氣引向通過中間冷卻器而到到達管匯13和14，由壓縮機1壓縮和加熱的空氣進行中等負荷運行。
見圖17，在此示出一個圖17發動機或圖5-7和圖9-10發動機用密度大的空氣充氣進行重載高功率輸出運行的推薦方案。圖17示出兩個閘閥3和5打開，兩個空氣旁通閥4和6完全關閉，使得主壓縮級工作和第二級壓縮工作產生充氣的最大壓縮，整個的空氣充氣通過中間冷卻器10、11和12產生冷卻的、很高密度的空氣充氣，進入管匯13和14而到達動力缸，進行重載運行。這樣產生很高的平均有效氣缸壓力，取得高力矩和功率，并帶有與通常發動機相同的或較低的最大氣缸壓力。
見圖18，示意圖示出本發明圖5-7和圖9-10發動機和其他類型發動機所用的輔助壓縮機另一類型，和在不需要高壓和高密度充氣時切斷輔助壓縮機的一個系統。為了減輕壓縮機2′的工作(如果壓縮機2壓縮的空氣不直接引到導管32和閥16-B而供給主空氣充氣)，閘閥5關閉，空氣旁通閥6打開，使得通過壓縮機2′泵壓的空氣能夠通過壓縮機2再循環，因此減輕壓縮機的壓縮功。
見圖19，圖5-7和圖9-10的發動機的示意圖，示出由各種電子和真空閥和它們的導管通過改變空氣流的方向來控制充氣空氣密度、溫度和壓力的裝置。
圖19還示出，各種可能的充氣空氣路線，使用中空的箭頭表示加熱空氣路線和實箭頭表示的較大密度中間冷卻空氣路線，從而表示出通過將空氣充氣分到兩個不同的路線，充氣空氣的溫度如何能夠熱靜力學地或電子地控制。另外，如圖19所示，可引導所有空氣充氣越過空氣冷卻器，或能夠引導其通過空氣冷卻器。而且，圖19示出壓縮機1和2的壓力輸出，如何通過部分地或全部地打開空氣旁通閥4和6或完全關閉一個或兩個這些控制閥來予以改變。推薦發動機控制組件(ECM)27控制本發明的發動機的各運行參數。
見圖20，示意圖示出另一個實施例，其中最好是電動馬達34驅動本發明的發動機的壓縮機。
充氣空氣冷卻器旁通(ACB)“閘閥”控制在本部分，說明本發明發動機(四沖程和二沖程)應用的優選控制組件。
簡述閥3和5是充氣旁通冷卻器電磁閥(ACB)。在充氣空氣冷卻器旁通控制中，吸入的空氣在兩個路線間由相互獨立的閥3和5切換或是(a)閥5將壓縮機2出來的空氣流直接引向壓縮機1的吸氣導管，或(b)在流到壓縮機1的吸氣導管前通過充氣冷卻器10。閥3將壓縮機1的氣流(a)引向導管111/121/122，直接引向吸氣管匯13和14，或(b)在流到管匯13和14前，讓空氣充氣通過充氣空氣的冷卻器11和12。
發動機控制組件(ECM)27能夠控制空氣冷卻器的旁通閥3和5。旁通閥可以是閘板型閥，使得空氣充氣在兩個方向中全部通過或不讓通過，或者閥3和5可以是螺旋繞組電磁或其他類型的閥，它能夠讓一部分空氣充氣通過旁路導管121和122而讓另一部分通過空氣冷卻器10、11和12，來細調空氣充氣的溫度和密度。ECM能夠接受傳傳感器的信號，如發動機冷卻劑傳感器、曲軸位置傳感器、油門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、管匯絕對壓力傳感器和加熱氧的傳感器。
空氣旁通閥(ABV)控制簡述為了對不同的發動機運行狀態提供最優的充氣壓力，ECM27能夠發出信號來控制空氣旁通閥4和6。這些閥能夠是開關電磁閥，或是真空動作的，或可以螺旋繞組電磁或能夠打開一部分或整個通道的其他類型閥，使得空氣充氣的一部分或全部通過壓縮機1和2的入口110和8返回再循環，以減小或全部消除壓縮機1或壓縮機2或兩個的泵壓壓力。如果增添壓縮級，空氣壓力控制的相似設置可以用于附加的空氣壓縮級。
運行可以是這樣ABV閥4和6能夠由ECM27的信號來控制閥4和6的打開角度，提供對各發動機負荷和工作循環最優的空氣充氣壓力。在閥ABV6部分打開時，通過壓縮機2泵壓的一些空氣向壓縮機2的進氣口8返回通過，以減少壓縮壓力。在ABV6完全打開時，壓縮機2所有的充氣通過壓縮機2返回，因此壓縮機2僅使充氣通過而不增加壓力。與能夠旁通壓縮機1泵壓的一些空氣充氣回到壓縮機1的吸氣導管110來減少空氣充氣密度的閥4相比，系統的工作能夠是相同的。
與可變閥3和4的充氣空氣冷卻器旁通系統的ECM27控制裝置相結合，使用這個裝置能夠對充氣空氣的溫度、密度、壓力和湍動加以調節，在發動機的動力缸中產生所需的功率、力矩和排放。
為了實現ABV閥4和6控制的正確發動機狀態而能夠通過ECM27監測的發動機狀態包括，內燃機中已知使用的各種傳感器的輸入信號，如油門位置傳感器(或燃料注入活動傳感器)、在各點的吸氣空氣溫度傳感器、管匯絕對壓力傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、排氣溫度傳感器、加熱氧傳感器和/或其他傳感器等。
ECM27能夠控制閘閥3和5和空氣旁通閥4和6，使得在所有的發動機的運行工作循環下保持最優的空氣充氣密度和壓力。
另外的燃燒系統見圖21，在此示出橫剖面示意圖，包括推薦的本發明發動機或其他任何內燃機所用液體或氣體燃料運行工作的一個預燃燒室38′，一個燃燒室38，一個活塞頂22和一個配套的燃料入口36，一個火花塞37，一個空氣或空氣/燃料混合物入口導管8′，一個進氣閥16，一個排氣導管18′和一個排氣閥17。
如圖1-圖33所示，本發明發動機壓縮或火花點火燃燒系統有許多選擇。包括乙醇和氣體燃料、從航空汽油到重柴油每種燃料都能夠在發動機中火花點火(SI)。一個好的SI系統類似于圖21所示的，可用于壓縮天然氣、丙烷、氫、汽油、乙醇或柴油。在此系統中，構成整個燃料充氣的極富燃料的混合物最好注入預燃燒室38′。燃料能夠用或不用空氣噴吹通過燃料導管36注入，其中一些能夠伴隨燃料空氣充氣的整個空氣充氣，在壓縮沖程中由活塞22壓縮到預燃燒室38′中。帶有附加燃料的或不帶附加燃料的附加空氣，能夠在吸氣沖程或在壓縮沖程通過吸氣導管8′引入到氣缸中。在哪一情況中，氣缸中的第二燃燒階段是用稀混合物進行的。
圖21的二階段的燃燒系統的運行方式1.預燃燒(第一階段)在注入的燃料量顯著超過存在的氧量并點火時，預燃燒發生在預燃燒室38′(注油器未示出)。這個貧氧與料冷的湍動充氣和低峰值溫度和壓力一起顯著減小氮氧化物的形成。熱的預燃燒室壁和強的湍動結合促進較完全的燃燒。
2.后燃燒(第二階段)
當氣體從第一階段預燃燒室向氣缸膨脹時，后燃燒在氣缸中活塞上的空間中在較低壓力和溫度條件下進行。如果在氣缸中有附加燃料，較貧的燃料空氣混合物由預燃燒室的等離子體型的噴射點火。低溫和燃燒氣體的進入進一步防止氮氧化物的形成。過剩的空氣、強的旋轉作用和擴大的膨脹過程確保一氧化碳、碳氫化合物和碳的更完全燃燒。
使用圖21的預燃燒室38′，本發明的發動機的結果是，由于較大的膨脹而得到更高的熱效率，并帶有溫度較低的排氣和較少的污染排放，其中包括氮氧化物，另外對于使用柴油燃料，還有較低的芳香族化合物和顆粒。
見圖22，示出一本發明發動機任選的氣缸的剖面圖，其中將圖8-圖33的二沖程發動機轉換成單沖程循環發動機，并將圖1-圖7和圖33的四沖程發動機轉換為二沖程循環發動機。
通過用所有動力缸雙作用制成二沖程發動機，功率對重量的比例能夠在基本發動機上加倍。對于圖8-圖33的發動機的名義上一個發動機循環的每個沖程，氣缸的一端點火而另一端吹掃。在圖1-圖7和圖33的四沖程發動機中，使用雙作用的動力缸將發動機轉換成二沖程發動機，在曲軸每轉中氣缸的一端吹掃而另一端點火。
在圖22的設計中，桿39長度需要的改變，通過桿端形成一個止動器軛40并裝在活塞的肘節銷41上來完成。
雙端活塞22″能夠連接到立桿39的端部，而該立桿39在下端42上旋轉。連桿19′連接在桿中點和曲軸20′之間。
因為曲軸20′本身只傳遞力矩，它的主軸承的負荷很小。其結果是，噪音幾乎傳不到支撐箱。因為杠桿作用，曲柄(未示出)具有活塞沖程一半的行程，能夠是一個短節凸輪狀裝置，帶有大的緊密間隔的銷，它具有堅固的搭接以增加強度。
通過稍加長或縮短桿39的有效長度能夠改變壓縮比。通過下旋轉板42安裝到塊43上能夠做到這點，塊43可滑動地安在固定塊44中，其中塊43能夠由伺服馬達45滑動。由伺服馬達45旋轉的齒輪45a比在螺絲43b上的齒輪44a長得多，螺絲43b可旋轉地安裝到塊43上并對著塊44中的螺紋旋轉，在塊43在塊44中往復運動時，使得齒輪44a在齒輪45a上前后滑動。如果用柴油，它能夠以20∶1的比例起動，然后變換成13∶1，以減小部件上的摩擦和應力。為了能夠使用其他的燃料，這一點是重要的。
見圖23，這個設計(圖23)也具有這些相同的優點，其中樞軸47′在連桿19和活塞22″之間。
將活塞22″連接到連桿19上的桿39的長度需要的改變，通過在桿端上形成一個止動器軛40就能實現，該止動器軛安裝在活塞22″的肘節銷41上，或者設置一個雙樞軸連桿42′也能夠實現，它設在桿39′的支點上的樞軸47′和桿39′的終端之間，而樞軸42″安裝到發動機的靜止不動件46上，桿39′由銷47連接到連桿19上。
另外最好對于重載發動機(船舶推進、發電等)，活塞22″的功率輸出能夠使用一個常規的活塞桿39′，它設在活塞22″和十字頭20′之間，而連桿19′在十字頭20′和曲軸(未示出)之間。
在需要大功率、冷卻水容易得到的情況下，例如船舶或發電，雙作用氣缸在本發明的發動機中使用時將是有特別重要意義的。
這些雙端、雙作用氣缸能夠在本發明的所有設計中使用。
見圖24，在此示出一個曲軸、兩個連桿19′和19″和一個桿39的剖面圖，示出一個提供常規二沖程或四沖程發動機的額外燃燒時間的裝置。
對發動機提供的這個設計，使通常發動機的活塞22′在關鍵燃燒時期的回轉時間加倍。這是因為活塞22′的頂部死點(TDC)發生在曲柄48的底部死點(BDC)上。在此點，圍繞活塞22′頂部死點的曲柄銷運動從連桿19′的直線運動減去，而不象常規發動機中那樣的加上。將通常的動作顛倒過來使得活塞圍繞此點的運動放慢，造成較完全的燃燒，進一步減少排放。
由圖24的設計提供的額外燃燒時間對本發明的發動機和奧托或狄塞爾循環發動機是重要的。
其結構設置成帶有附加燃燒時間的發動機的運行，與本發明的其他發動機相同，其中提供高充氣密度、低壓縮比、平均有效氣缸壓力比常規發動機較高、但燃燒時間較長，同時產生更低的污染排放。
因為圖24的曲軸48本身只傳遞力矩，它的主軸承負荷很小，其結果，噪音幾乎傳不到支撐箱。因為杠桿作用，曲柄能夠具有活塞沖程一半的行程(取決于支點)，并能夠是一個短節凸輪狀裝置，帶有增加強度的、堅固搭接的大的緊密間隔的銷。
這個設計也使得常規發動機在關鍵燃燒時期的燃燒時間增加幾乎一倍。這是因為活塞頂部死點發生在曲柄的底部死點(BDC)上。
圖25的發動機10025見圖25，在此示出一個六缸往復式內燃機，其中，所有的氣缸7a-7f(在剖視圖僅示出一個7f)和配套的22a-22f能夠在二沖程運行，所有氣缸分別通過連桿19向一個共用的曲軸20提供功率。壓縮機2通過任選的截止閥33-M和導管32向換氣口52供給空氣，并通過導管15向氣缸充氣入口閥16和16′供給空氣。圖25的發動機10025能夠在二沖程運行，對于曲軸20的每次轉動產生六動力沖程。為此，壓縮機1抽入預先壓縮到高壓的空氣充氣，這要經由進氣控制閥5和6通過吸氣導管110，導管110通過中間冷卻器10或旁通導管104和閘閥5從壓縮機2引出。在圖25發動機的運行時，壓縮機2通過入口接受8大氣空氣，向導管101預壓縮空氣充氣而引導來控制閘閥5，后者響應由ECM27組件發出的向閘閥5和空氣旁通閥6的信號，通過中間冷卻器10或冷卻器旁通導管104向壓縮機1引導壓縮充氣。空氣充氣在壓縮機1內由它的活塞131壓縮，壓縮的充氣被推通過一個出口而進入高壓傳送導管109，導管109引來控制閘閥3，后者如果打開，將空氣通過中間冷卻器11和12引向管匯13和14，如果關閉，則引導空氣通過一個導管和空氣旁通閥4，可引導一部分空氣充氣通過壓縮機1的吸氣導管104返回，或者如果閥4完全關閉，則響應發動機控制組件(ECM)27的信號，將壓縮機1的全部充氣通過中間冷卻器11和12或旁通導管111/121/122引向管匯13和14。管匯13和14的結構設置成能夠通過分導管15a-15f向氣缸7a和其余的五個動力缸7b-7f的進氣閥16，16′分配壓縮空氣充氣。在另外的實施例中，不是通過導管32′提供吹掃空氣，而是通過截止閥49和導管50和減壓閥25向空氣箱51，再通過導管125a-125f向換氣口51a-51f提供吹掃空氣。
圖25的發動機10025具有一個凸輪軸21，它以與曲軸20相同的速度被驅動，對活塞的每次循環供給一個工作沖程。壓縮機往復運動，帶一個或多個雙作用氣缸，其中之一如圖25的1所示，包括有一級或多極壓縮。壓縮機能夠由配套的連接到曲軸20的連桿19g驅動曲軸20，與動力活塞的沖程比，空氣壓縮機的活塞沖程不同，曲軸20能夠具有不同長度的行程。另外壓縮機1能夠由第二曲軸驅動(未示出)，第二曲軸由與安裝在共用曲軸上的增速齒輪嚙合的齒輪驅動。圖2所示的Lysholm輔助旋轉壓縮機，能夠由由V形棱皮帶轉動的V形槽皮帶輪驅動，并在V槽皮帶輪和壓縮機驅動軸之間具有一個增速齒輪。旋轉壓縮機2也能夠具有一個可變速度，或兩速驅動，如一些飛機發動機中的那樣。
圖25的發動機10025的運行說明充氣空氣引入壓縮機2的進氣口8，由此，它通過壓縮機2壓縮，然后由閘閥5通過中間冷卻器10或一個導管引向空氣旁通閥6，由此又引向壓縮機1的入口。充氣由壓縮機1泵壓而通過出口閥到達閘閥3，它將空氣充氣或通過中間冷卻器11和12引到管匯13和14，或到達一條引向空氣旁通閥4的導管，空氣旁通閥4能夠將一部分空氣充氣通過壓縮機1的入口引導返回，或閥4將充氣的全部或一部分引向閘閥3，而后者又通過中間冷卻器13和14引導全部或部分充氣，或直接引向管匯13和14，它們將調節了溫度的充氣空氣分配到發動機每個動力缸的進氣閥16和16′。一個開關控制閥(未示出)和導管32′將空氣引向空氣箱51和氣缸7a-7f底部的換氣口52a-52f。在另一個實施例中(圖25虛線)，吹掃空氣通過設在導管50上的減壓閥25引導，從壓縮機1提供和調節吹掃空氣的壓力。減小用來吹掃氣缸7a-7f的管匯空氣壓力的其他任選方案是通過導管50、空氣箱51和進氣口52a-52f來使用管匯空氣而不從管匯13和14減壓。這個空氣全壓用于，通過圖25的換氣口52a-52f、并通過圖30中的入口52″和排氣口52′吹掃，口52a-52f、52′和52”的結構比通常的小得多。在此時，雖然換氣口比通常小，但比通常壓力高的吹掃空氣效率極高。本文推薦吹掃氣缸的幾種裝置。圖26清楚地(盡管是以虛線)示出供給低壓吹掃空氣的優選系統。導管32′和閥33(圖26中虛線)把空氣從壓縮機2導管110引到導管50，由此向空氣箱51供給吹掃空氣。
發動機控制組件(ECM)27(例如，見圖26)控制閥3、4、5和6來調節通向燃燒室和閥25的充氣的壓力、溫度和密度，并能夠選擇地將空氣充氣的減低壓力的部分引向換氣口52，還能夠控制閥53和閥49′開或閉來選擇希望的吹掃方式。ECM也能夠控制可變閥發生控制系統，根據曲軸20的旋轉角調節進氣閥16和排氣閥17的打開時間和打開時間長短，來調節發動機的壓縮比，取得功率、力矩和燃料消耗和燃料特性的最佳性能和所需吹掃方式。
圖25的動力缸的優選運行方式在氣缸7排放和吹掃之后，氣缸充以新空氣，活塞22關閉排氣口52，活塞22在吹掃充氣沖程中提升，在頂部死點前任一點，約120-90度排氣閥17仍打開，閘閥17關閉建立壓縮比，并開始壓縮，進氣閥16，16′此時或之后打開，以產生所需的充氣密度和重量，壓縮的空氣或燃料空氣混合物通過進氣閥16，16′注入，然后進氣閥16，16′關閉。在排氣閥7關閉的X點開始壓縮充氣，繼續壓縮，壓縮比是由氣缸在X點留下的空容積除以燃燒室容積確定的。燃料能夠注入到通向燃燒室的輔助壓縮空氣流股中，或注入到預燃燒室(圖21示出一個)，或直接注入燃燒室。在進氣閥16、16′關閉后，燃料或附加燃料能夠注入到充氣旋轉之中，以形成層狀充氣燃燒過程，或如在壓縮點火發動機中，如果使用推薦的預燃燒室或未用，燃料能夠直接注入到燃燒室，或許直接注入到電熱塞，并能夠在膨脹沖程的部分中連續注入，以取得基本固定壓力的燃燒過程。
最好在活塞22壓縮沖程的頂部死點前的最有效的點，燃料-空氣混合物由火花塞、壓縮點火或電熱塞點火。膨脹氣體的向底部死點推活塞時，發生活塞22的膨脹沖程。接近動力沖程的結束，在底部死點前約40度，打開換氣口，幾乎同時，氣缸蓋中的排氣閥17打開，以圖27，28，29和30的四種方式中任何一種進行快速排放和吹掃。在任何情況，在底部死點過后并吹掃充氣調節沖程相當大的部分，排氣閥17，17′保持打開，建立發動機氣缸的壓縮比。
見圖26，在此示出與圖25的發動機10025結構和運行相似的一種發動機，具有兩個壓縮機，但不同的是其中壓縮機1是Lysholm旋轉型而壓縮機2是渦輪壓縮機，并具有一個輔助壓縮機所用的空氣冷卻器，主壓縮機所用的兩個空氣冷卻器，雙管匯，帶有閘閥，不同空氣路線的空氣旁通控制器和導管。也示出發動機的控制組件(ECM)27，它能夠控制充氣和吹掃空氣壓力、密度和溫度，以實現希望的發動機輸出和排放。示出吹掃空氣的另外來源，優選的一個是通過導管32′從導管110出來的。箭頭示出空氣路線，中空箭頭表示未冷卻的壓縮空氣，實箭頭表示冷卻的密度大的空氣。也示出旁通閥(此處兩個都關閉)，它門與閘閥一起(一個關閉，一個部分打開，后者使得分充氣冷卻)能夠按照到達發動機最優性能的要求來控制充氣的溫度、重量和密度。
見圖27，在此示出一個圖25發動機的廢氣有效吹掃的系統。
吹掃系統A(圖27)廢氣的排放在底部死點之前約40度到底部死點之后約40-50度，在口52打開的大約同時，排氣閥17打開，并在由活塞2關閉底部口之后仍保持打開，并較遲關閉，造成低的壓縮比。
吹掃空氣能夠從或許在導管50上設有一個減壓閥25的管匯供給，或者，吹掃空氣能夠從輔助壓縮機2(虛線)由導管32′供給。此時，在排氣閥17打開前不久底部口52打開。在排氣閥17打開、和在氣缸的頂部通過排氣閥53和17并通過排氣管匯18′和管18向大氣排放發生的同時或稍后，排放通過底部口52、由底部排氣導管和閥53向主排氣管18進行。然后排氣閥17在第二或排氣-充氣沖程的相當大部分保持打開，進行附加吹掃，這部分是由強制驅占進行的。在吹掃-充氣沖程中，排氣閥17可以在活塞22行程的前20％之后任何點處關閉。在氣缸充以新空氣的任何點，排氣閥17能夠關閉，進氣閥16′打開，讓溫度調節合適的加壓空氣進入。在排氣充氣沖程中閘閥17關閉得越遲，發動機壓縮比越低，如果關閉得足夠早，有效壓縮比能夠多達13或6比1，如果關閉得較遲則能夠低到2∶1。在排氣閥17關閉、壓縮比建立之后和活塞22到達底部死點之前的任何點上，溫度和密度和壓力調節的空氣充氣，可以通過打開并然后關閉進氣閥16引入。推薦的所有運行參數取決于發動機的工作循環，如功率要求、效率、排放和使用的燃料。
示出的發動機的控制組件(ECM)27與發動機關鍵控制閥相連接，能夠根據從發動機各個傳感器向ECM27發出的信號的狀態調節各閥。
見圖28，在此示出圖一個25發動機的高效吹掃的第二系統。
吹掃系統B(圖28)僅通過排氣閥17排放廢氣，吹掃空氣通過導管32′由壓縮機2供給，或另外從管匯13和14出來，又通過控制閥49和任選的壓力控制器25且通過導管50到空氣箱51，和通過在氣缸底部的換氣口52，向上通過氣缸7，從排氣閥17出來，通過排氣管18排出，而閥3關閉著。在此系統中，當活塞22在動力沖程中接近底部死點時，口52由活塞22打開，在排放發生時，加壓的空氣通過所有的底部口52注入，將燃燒產物通過約在口52之前打開的排氣閥17掃除而排放廢氣。底部口的結構在底部死點之前約40度打開，并能夠在活塞開始它的第二沖程的相同點處關閉。排氣閥17在底部口52關閉后保持打開，幫助活塞22強制驅占的吹掃以建立希望的壓縮比，壓縮比是由排氣閥7關閉點確定的。
在活塞22的吹掃充氣沖程中，氣缸7充以新空氣，排氣閥17可以在活塞22行程的前20％之后任何點處關閉。現在在任何點，閥17可以關閉，進氣閥16可以打開，讓溫度和密度適當調節的加壓空氣進入。在充氣排氣沖程中排氣閥17關閉得越遲，發動機的有效壓縮比建立得越低。如果關閉得足夠早，有效壓縮比能夠到達13或19比1，如果關閉得遲，有效壓縮比能夠低到2∶1。推薦的所有運行參數取決于發動機的工作循環，如功率要求、效率和排放因素和使用的燃料。
推薦使用發動機控制組件27，如圖所示用來控制希望的各運行狀態，并從發動機的各傳感器取得信號。
見圖29，示出吹掃圖25發動機的第三有效系統。
吹掃系統C(圖29)這個吹掃系統是，截止閥49′關閉，(閥25和49能夠取消)，底部口由閥53向大氣打開，從管匯13和14向氣缸7引導的一個進氣閥16能夠由凸輪，或許通過在凸輪上的的小凸起打開很短時間，凸輪還具有一個大凸起，在不同的曲柄角度打開相同的閥(圖11中的21-C)，在此同時口52由活塞22打開，并且排氣閥17也打開。高壓空氣通過口52和排氣閥17快速吹掃燃燒氣體，通過相應的排氣管17和17′排到大氣。不遲于排氣口52的關閉，進氣閥16快速關閉。排氣閥保持打開進一步吹掃，減少發動機的壓縮比。另外，底部的排氣閥53關閉，在底部口52由活塞22打開時，排氣閥17也較早打開排放，由導管32供給的空氣箱的空氣噴入口52并通過排氣閥17吹掃氣缸7。
在吹掃-充氣沖程中，在活塞行程前約20％之后的一點排氣閥17關閉。在排氣閥17關閉后的任何點上，氣缸現在充以新空氣，壓縮比確定了，并在活塞22到達頂部死點前，需要時通過打開第二進氣閥16和/或通過另一個在相同凸輪上的小凸起21-C(見圖11的21-C)再次打開相同的進氣閥，溫度、密度和壓力調節的附加空氣充氣被引進來。推薦的所有運行參數取決于發動機的工作沖程，如功率要求、效率和排放因素和使用的燃料。在排氣-充氣沖程中的排氣閥17關閉得越遲，發動機的壓縮比建立得越小。如果關閉得足夠早，有效壓縮比能夠大到13∶1或22∶1，如果關閉得遲，有效壓縮比低到2∶1。
發動機控制組件能夠控制對發動機要求的所有的狀態。
見圖30，在此示出高效吹掃圖25發動機的第四系統。
吹掃系統D(圖30)在此系統中，通過頂部排氣閥17和通過在頂部排氣閥打開的同時或緊接其后、約在底部死點前約40度打開的底部換氣口52′的部分進行排放。在底部口52′打開時或稍后，排氣閥17也打開，或引向底部排氣管線18的閥53已經打開，排放發生在底部死點后的約40度，吹掃空氣通過至少一個底部口52”注入，底部口52”的結構做成用于在口52′由活塞22打開并且氣缸7中的壓力降到空氣箱55的壓力以下之時，接受導管32′或50供給的空氣箱55中的加壓空氣。在口52′關閉后，在活塞第二沖程或排氣-充氣沖程的相當大的部分排氣閥保持打開，由強制驅占進行附加吹掃，并建立低的壓縮比。
在吹掃-充氣沖程中，氣缸7充以新空氣，排氣閥17可以在活塞行程前20％之后的任何點上關閉。現在排氣閥17任何點能夠關閉而建立壓縮比，進氣閥16能夠打開使得輔助溫度、密度適當調節的加壓空氣進入。在排氣-充氣沖程中，排氣閥17關閉得越遲，建立的壓縮比越低。如果關閉得足夠早，有效壓縮比能夠多達13∶1或22∶1，如果關閉的遲，有效壓縮比能夠低到2∶1。推薦的運行參數取決于發動機的工作循環，如功率要求、排放因素、和使用的燃料，并能夠由發動機控制組件控制，控制組件接受一定發動機部位的狀態信號并傳遞到ECM27。
見圖31，在此是本發明另一個實施例，其中，一個馬達34驅動與圖25相似的發動機的空壓機。
見圖32，在此示出圖25和26的二沖程發動機，它具有唯一的壓縮機1來供給吹掃和充氣空氣。一個閘閥3和一個旁通閥4，控制充氣和吹掃空氣的閥16和17，和從氣缸底部口通過排氣導管18向大氣排放的閥53和53′。因此圖32的發動機能夠進行由圖25、26、27、28、29、30和32所述的發動機的所有功能。也示出發動機控制組件(ECM)27和對各閥的連接，這是為了從發動機獲得希望的結果，控制充氣和吹掃空氣的溫度、密度、重量和壓力和吹掃空氣的壓力和路線。箭頭表示加熱(中空箭頭)空氣和冷空氣(實箭頭)及通過空氣旁通閥4的充氣空氣的可能的路線，為了最佳的發動機性能來調節空氣的壓力、重量、密度和溫度。
圖33的發動機10033見圖33，在此示出六缸內燃機，其中部分氣缸62-65用于產生動力，兩個氣缸66和67是用于壓縮運行發動機所需的空氣。一個增壓器57，最好是Lysholm型，用于在空氣進入壓縮機氣缸66和67前增壓通過空氣吸入口8′接受的大氣壓下的空氣。閘閥3′和空氣旁通閥4′在它門兩個都打開時將通過壓縮機57返回的充氣空氣再循環，以減輕壓縮機功，和減少輕負荷運行的充氣密度。在空氣旁通閥4′關閉時，閘閥3′能夠打開或關閉，分別將冷卻的或未冷卻的空氣充氣送到氣缸，以便為了最佳性能控制燃燒溫度和壓力。
第二級壓縮通過導管201和202從壓縮氣缸66和67轉移到閘閥4″，在此閥關閉時通過導管204和中間冷卻器11和導管205將冷卻狀態的壓縮充氣送到發動機管匯58′。如果打開，閘閥4″將充氣通過導管203和205導引離開冷卻器11而在不冷卻下送到動力缸中。
通過把凸輪軸設置成以曲軸速度的一半進行旋轉，發動機10033以圖3的發動機的方式運行時按四沖程循環運行，帶有低壓縮比，加大的膨脹比和高平均有效氣缸壓力。
另外，圖33發動機，其一個或多個氣缸起壓縮機氣缸的作用并且它的凸輪軸以曲軸速度旋轉，以圖8和9和11的發動機方式運行時按二沖程循環運行，帶有低壓縮比，加大的膨脹比和高平均有效氣缸壓力。
仍見圖33，通過使用其結構如空氣壓縮機制動器的節能器，在上述本發明的任何發動機中，能夠達到另外的燃料節約。為了討論這個公開的制動器，這個六缸發動機10033代表使用外壓縮空氣(圖1-圖33)供給全部充氣空氣或使用它提高發動機性能的本發明任何發動機。所述的空氣制動器具有一個壓縮機57A，它在運行中連接車輛的傳動軸(未示出)，或齒輪連接到發動機曲軸20，該空氣制動器儲存在制動或下坡運行時產生的能量，利用此能量經由傳送管匯58向發動機的動力缸供給壓縮空氣。這樣的節能器與一個空氣儲罐59耦接，在節能器儲罐的空氣壓力高到足以用于發動機動力缸中時，發動機壓縮機能夠通過離合器脫離接合，或壓縮機泵壓的空氣能夠旁通回到壓縮機的入口，使得不需要壓縮機再做功。一個安全閥60防止在空氣儲罐中的壓力過大。如果需要空氣，在儲罐壓力高于轉移管匯58中的壓力時，閥61(在此設的是一個可逆的單向閥)允許儲罐的空氣傳送到管匯。在發動機結構具有壓縮氣缸時，在存儲空氣的工作時間，通過截止進氣閥也能夠使每個壓縮氣缸止動，使得壓縮機不做功，直到管匯-儲罐壓力降到運行水平之下。止動氣缸閥的幾個系統在現有技術中和/或上面均做了說明。
在另一種方案中，壓縮機57A取消，空氣儲罐59用于儲存在制動和下坡運行時發動機壓縮機氣缸壓縮的過多空氣。此時，閥61是二通閥，塞閥70位于壓縮機氣缸66，67和工作氣缸62-65之間的管匯58中。在下坡運行或制動時，壓縮機和工作氣缸之間的塞閥70最好關閉，動力缸62-65不工作，用二通閥62將壓縮機氣缸壓縮的空氣轉送到儲罐59。
在希望正常運行發動機時，在壓縮機和膨脹氣缸之間的塞閥70打開，二通閥關閉。在儲存空氣時，塞閥70和二通閥6都打開。如果希望，如上所述，壓縮機氣缸66，67在儲存空氣方式下不工作。而且，Jacob式制動器(現有技術空氣制動器)可向空氣儲罐供給壓縮空氣。
在儲備空氣源下運行發動機會改善發動機的平均有效壓力，功率和效率提高20％，同時減少排放污染。
這個特征特別是在越野運輸或山區運行中產生附加的能量節約。如，產生100馬力的發動機每分鐘使用12.7磅的空氣。因此，如果制動能儲存在節能儲罐59中的壓縮空氣中，在停車和下坡運時，夠十或十五分鐘用的壓縮空氣的供應就能積累儲存下來。在儲罐的壓力降到有效運行的希望水平下時，使用一個電磁線圈(未示出)使壓縮氣缸閥重新工作，它門將(需要時帶有增壓器)開始泵壓發動機需要的空氣充氣。
使用空氣儲罐罐59，發動機不需要為了起動積累壓縮，一旦軸旋轉足以打開進氣閥，壓縮的空氣和燃料就進入并被點火而瞬時起動。而且，通過比通常早地打開到膨脹氣缸的進氣閥而開始象大型狄塞爾發動機那樣旋轉和點火，能夠使用壓縮空氣使這種裝置的發動機起動，因此，不需要起動馬達。另外，壓縮空氣可以用于推動一個“液壓起動器”來搖動發動機，這就象一些載重狄塞爾發動機上通用的那樣。
在另一個優選實施例方案中，儲罐59中儲存空氣另外用于“馬達起動”發動機，使得車輛如一個巴士那樣起動而無燃料運行30-60秒鐘左右，而這是在巴士或由停到動的運輸車輛中的最大污染排放發生的時間。
遠壓縮空氣實施例見圖34，根據本發明的另一個實施例的發動機100是為本發明的具有足夠電力或廢空氣或放出空氣的各種發動機，為如船舶、機車、靜止的或發電發動機或其他應用本發明的發動機，具有固定或可變負荷和速度發動機等從外部提供充氣空氣。在圖34中，遙遠的電動空壓機35最好帶有一個或多個中間冷卻的壓縮級，最好向一個或多個本發明的發動機供給調節溫度的充氣空氣(需要時，高壓和低壓)。溫度和壓力調節的充氣空氣直接由導管15AE從壓縮機35供給到管匯13和14。例如圖4的發動機吸氣導管9或本發明其他發動機的低壓導管32從大氣中接受空氣，或另外從低壓導管15BE接受壓縮機35的低壓空氣。
在圖34中為向本發明的發動機100提供燃燒充氣空氣的另一個設置是從導管15AR提供充氣空氣，該導管供給工業過程中產生的廢氣或放出的空氣。該空氣在1或2壓力水平供給。如果需要較低壓力，最好用調壓閥(25a引向低壓導管15BR)降低主廢空氣導管15AR的壓力來供給低壓空氣。該設置相似于例如圖5中的導管15-A、15-B和閥25，導管15-A代表從廢氣源供氣的導管15AR，導管15-B代表圖34中的導管15BR。
使用遙遠壓縮空氣，要么是廢氣要么是壓縮機35的空氣，如果空氣在壓縮過程中或其后被調節，則不需要充氣空氣供應設備的發動機壓縮機1和2、中間冷卻器10、11和12、某些導管和閥3、4、5和6。因此，本發明發動機100的各圖所示的發動機100的設備最好減少到由虛線A、B和C表示之處。從任一上述遙遠空氣源來的充氣空氣最好通過管匯13和14引入發動機，如圖34所示，在某些實施例中，遙遠氣源的低壓空氣通過導管32引入。
在遙遠充氣的發動機中，燃料能夠在壓縮前汽化而由油門注入、口(poft)注入或直接注入氣缸。
污染控制見圖2和圖4-C，在此示出需要時再燃燒一部分廢氣的本發明任何發動機中進一步減少污染排放的方法。在具有單個空氣吸入口裝置的圖1-3的四沖程發動機和本文所述二沖程發動機中，排氣出口導管18具有一個旁通導管202(見圖2)，它從排氣導管18的側面中的一個接口206引到吸氣導管8的側面中的一個接口204。一個配量閥201位于進氣口204并設置成有選擇地限制流進導管8中的新空氣，同時，在向排氣導管打開接口204同時有選擇地允許排氣進入吸氣導管8。這個閥是可變的、是機械、電動或真空動作的，并最好由發動機控制組件(ECM)或圖35和36中的控制器144控制。這使得排氣的一部分再燃燒，所述部分的百分比由與各個傳感器相響應的發動機控制組件進行控制，如位于發動機關鍵部位中的氧傳感器。通過導管202排出的氣體能夠在到達空氣吸氣導管8之前，由任選的散熱片202a或通過一個任選的中間冷卻器(未示出)來冷卻。
見圖4C，在僅具有一個大氣吸氣導管但具有不同的空氣路線和導管的發動機中，如圖4B的導管15-A和15-B；一個旁通導管202′從排氣導管18引出再被分成兩個旁路導管部分203a和203b，每個帶有一個配量閥209a和209b，后者能夠選擇地允許排氣進入進氣閥16-B(通過導管9和最后是導管15-C)或進氣閥16-A(通過導管8和導管15-A)之一或其兩個。每個配量閥209a和209b允許排氣的一部分進入它的相應的口或不允許進入，同時如果需要則限制新空氣的進入。排放氣體能夠在引入發動機空氣入口前，任選地通過在導管202′上排列的散熱片202a和/或203a，203b和203c或使得排放氣體通過任選的中間冷卻器(未示出)來冷卻。
另外，如圖4C虛線所示，一個旁路部分203a直接轉移到導管15-C，并在那里設有配量閥209c。
在具有雙大氣空氣入口裝置8和9的圖4和7的發動機中，應用與圖4相似的設置，但應理解為導管8向大氣開通。
在具有雙吸氣導管或雙空氣路線的任何發動機中，排放氣體的一部分能夠在一點到三點引入任何需要的量，并為到達較好的燃燒和排放的特性而最好由發動機控制組件(ECM)控制。
這個再燃燒的特征對于柴油燃料的發動機是特別重要的。
恒定負荷和速度發動機上文說明了本發明的實施例和有代表性的發動機，這些發動機最好用于車輛(船舶、卡車、巴士、汽車、坦克、火車和飛機)的工作循環，文中說明了改變功率、力矩和速度的系統和方法，本發明能夠在并不復雜的發動機中用來獲得高功率和力矩，同時保持最佳的燃料節約和低的污染排放，例如在恒定負荷和速度的發動機中。圖35和36示出本發明另一實施例，它是根據本發明的的原理構成的恒定負荷和速度發動機的代表(如發電機，和其他靜止的或工業發動機，如泵和壓縮機的發動機)。
圖35發動機100見圖35，在此示出的發動機代表恒定負荷和速度運行的本發明的四沖程或二沖程發動機。發動機100的基本組件，如壓縮機1、2；任選地中間冷卻器10、11和12(虛線)，和必需的配套導管最好按最佳運行參數設計，僅具有基本的構成。如上述實施例說明的各種控制器、閘閥、空氣旁通閥和它們的配套旁通導管最好消除掉，以減少重量、成本和操作的復雜性。圖35中，發動機100帶有一個第一輔助壓縮機1和第二輔助壓縮機2，任選的中間冷卻器10、11和12(虛線)和中間連接導管，所有運行情況參照前述說明都可以理解，運行帶有充氣空氣的兩級預壓縮、中間冷卻或絕熱壓縮。
圖35示出一個優選的帶本發明某一發動機的發電設備。發動機100的動力輸出軸20通過線140耦接到發電機141的動力輸入軸20”，發電機具有電力輸出線142。在發動機100的軸20旋轉發電機141軸20”時，發電機141產生的電量由傳感器143測定，并輸送到控制裝置和調節器144，它具有各種繼電器和集成電路來計量電力輸出，再通過線145向在燃料線148上的燃料/空氣控制器(未示出)和油門56發出信息，和/或在火花點火發動機中通過線149向火花控制器發出信息而使其提前或延遲點火，和/或通過線146和146b向具有燃料注入系統的發動機中的、如天然氣、汽油或狄塞爾發動機的燃料注入系統或燃料/空氣控制器發出信息，所有這些是為了控制發動機100的燃料輸入、速度和出力，從而控制發電機的輸出。控制裝置144也發出信號控制圖4所示的配量閥201和圖2所示的209a，209b，209c，來控制通過這些閥再循環的廢氣量，在具有該特性的本發明發動機中進行再燃燒。對本發明發動機100的構成和運行進一步說明是不必要的，因為，業內人士參照上面的說明能夠理解。
任選中間冷卻器10、11和12(虛線)最好用于氣體燃料或汽油發動機，在壓縮點火發動機中，最好取消掉或減少數目或冷卻能力，在本發明的這類發動機中由于低的峰值壓力和溫度是可能達到的。
見圖36，圖示的發動機是一個二沖程發動機，但是可代表本發明二沖程或四沖程發動機任何一種，它通過線140耦接發動機141上。發動機的設置結構和運行與圖35所述的相似，但是，按二沖程或四沖程運行的圖36的發動機100僅具有單級的預壓縮，由任選的充氣空氣的中間冷卻器11，12(虛線)中間冷卻。與圖35的發動機一樣，在壓縮點火的發動機100中，中間冷卻器11，12最好取消掉或減小其冷卻能力。而且，與圖35的發動機一樣，發動機和發電機的調節器和其他控制器及運行，業內人士通過參考上述本說明書是可以理解的。
通過本發明的多個實施例進行以上說明能夠見到，本發明的優點對于所有實施例是共同的。
雖然說明了本發明的實施例，應理解，在不偏本發明的精神前提下，在部件的設置、結構細節中可進行種種改變，所有這些變化作為本發明的部分包括在權利要求的范圍內。
本文公開的本發明的實施例是優選形式，本發明的其他實施例，對于業內人士從本公開中是可以得知的。因此，這些改變能夠在權利要求限定的本發明的精神和范圍內實現。而且，如權利要求所述的和本公開的業內人士所理解的，在權利要求中的所有裝置、步驟、功能組分的等效事物擬包括進行所述功能的任何結構、材料或作用，而沒有暗示任何結構、材料或作用通過與其他組分配合效果會更為明顯。
權利要求
1.一種內燃機，包括一個發動機組件，其中限定至少一個氣缸，一個在所述氣缸和空氣源間連通的進氣口，和一個從所述氣缸排出空氣的排氣口；一個活塞，可移動地安裝在所述氣缸內；一個進氣閥，可選擇地封閉所述進氣口；一個排氣閥，可選擇地封閉所述排氣口；一個壓縮機，在所述空氣源和進氣口之間流體連通；從而，吸入空氣的至少一部分在進入氣缸之前可選擇地被壓縮機壓縮。
2.根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，還包括在所述壓縮機和所述進氣口之間連接的至少一個空氣冷卻器。
3.根據權利要求2所述的發動機，其特征在于，還包括一個空氣輸送網，包括連接所述空氣源、壓縮機、空氣冷卻器和進氣口的導管；可選擇地控制所述壓縮機運行的裝置，使得壓縮機在一個產生壓縮空氣充氣的壓縮模式，或在一個使得空氣穿過的通過而不壓縮模式運行。
4.根據權利要求3所述的發動機，其特征在于，所述空氣輸送網還包括，與所述選擇控制運行的裝置合作，有選擇地控制充氣特性的裝置，用以有選擇地控制空氣充氣的密度、壓力和溫度中一個或多個特性和所述氣缸內的平均和峰值壓力。
5.根據權利要求4所述的發動機，其特征在于，兩個所述選擇控制裝置都包括共用的多個閥，它門沿所述導管設置在關鍵位置，和一個共用的發動機控制機構，用來控制所述閥的運行。
6.根據權利要求5所述的發動機，其特征在于，還包括一個第二壓縮機，在所述壓縮機和所述進氣口之間流體連通；從而，吸入空氣的至少一部分可選擇地在進入氣缸前被第二次壓縮；其中所述輸送網包括控制所述第二壓縮機運行的裝置；其中所述選擇控制空氣充氣特性的裝置與所述控制所述壓縮機運行的裝置及所述控制所述第二壓縮機運行的裝置合作，來有選擇地控制充氣密度、壓力和溫度中的一個或多個特性和氣缸內平均和峰值壓力。
7.根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，所述壓縮機是往復式壓縮機。
8.根據權利要求7所述的發動機，其特征在于，所述往復式壓縮機包括一個連接到發動機曲軸上的活塞。
9.根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，所述壓縮機是旋轉式壓縮機。
10.根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，還包括一個第二壓縮機，在所述壓縮機和所述進氣口之間流體連通；從而，吸入空氣的至少一部分可選擇地在進入氣缸前被第二次壓縮。
11.據權利要求10所述的發動機，其特征在于，所述發動機組件限定一個通向所述氣缸的第二進氣口，且所述發動機還包括至少一個空氣冷卻器；一個空氣輸送網，包括連接所述空氣源、所述壓縮機、所述第二壓縮機、所述空氣冷卻器、所述進氣口和所述第二進氣口的導管；選擇控制所述壓縮機運行的裝置，使壓縮機或在產生壓縮空氣充氣的壓縮機方式或在不壓縮而讓空氣穿過的通過方式下運行；選擇控制所述第二壓縮機運行的裝置，使第二壓縮機或在產生壓縮空氣充氣的壓縮機方式或在不壓縮而讓空氣穿過的通過方式下運行；選擇地將壓縮空氣向所述第一進氣口和將未壓縮的空氣向所述第二進氣口引導的裝置。
12.一種內燃機具有一個由至少一個活塞驅動的曲軸，所述活塞至少通過一個壓縮沖程和通過在氣缸內發生的燃燒幫助的一個膨脹沖程運動，其中壓縮沖程造成空氣和氣體燃料在氣缸內的壓縮，其改進包括一個外壓縮級，其中空氣充氣在氣缸外壓縮，輸送導管將所述壓縮級連接到氣缸上。
13.根據權利要求12所述的改進，其特征在于，還包括一個中間冷卻器，通過所述中間冷卻器將所述空氣充氣選擇地從所述外部壓縮級引出。
14.根據權利要求12所述的改進，其特征在于，還包括一個第二外壓縮級，其中所述空氣充氣在氣缸外受第二次壓縮。
15.一種運行內燃機的方法，所述內燃機具有一個由至少一個活塞驅動的一個曲軸，所述活塞至少通過一個壓縮沖程和由氣缸內發生的燃燒幫助的一個膨脹沖程，其中壓縮沖程造成氣缸內空氣和氣體燃料的壓縮，所述方法包括控制空氣充氣密度，溫度，壓力和湍動的步驟。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，控制步驟包括在氣缸內壓縮之前至少有壓縮空氣充氣的步驟，因此產生預壓縮的空氣充氣。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，控制步驟還至少包括在輸送到氣缸之前使預壓縮空氣充氣有選擇地通過一個冷卻裝置的步驟。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括形成比氣缸的膨脹比低的壓縮比的步驟。
19.一種運行內燃機的方法，所述方法包括步驟(i)產生空氣充氣(ii)控制空氣充氣的溫度、密度和壓力(iii)向發動機的動力缸傳送空氣充氣，把具有重量和密度在低于大氣的重量和密度到高于大氣重量和密度的范圍內的空氣充氣引入到動力缸中；(iv)然后以比通常低的壓縮比壓縮空氣充氣；(v)使預定量的充氣空氣和燃料產生可燃燒的混合物；(vi)在動力缸內點燃混合物；(vii)使燃燒氣體頂著在氣缸中運行的活塞膨脹，以比發動機的動力缸的壓縮比顯著大的膨脹比運行。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括步驟重復(i)到(vii)的步驟，從一個傳送步驟到另一個傳送步驟周期性地選擇改變空氣充氣的重量和密度。
21.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括步驟重復(i)到(vii)的步驟，并在每個重復傳送步驟時，將空氣充氣的重量和密度保持在基本相同的預先選擇重量和密度上。
22.一種內燃機，包括一個壓縮空氣充氣的至少一個輔助壓縮機；一個中間冷卻器，壓縮空氣有選擇地通過它引向冷卻；多個動力缸，其中燃燒氣體點火和膨脹；一個活塞，在每個動力缸中運行，并通過一個連桿連接到一個曲軸上而隨著每個活塞的往復運動旋轉曲軸；一個傳送導管，將壓縮機的出口連通到一個控制閥和所述冷卻器上；一個傳送管匯，將中間冷卻器與動力缸連通，通過所述管匯把壓縮的充氣傳送進入動力缸；一個進氣閥，控制壓縮充氣從傳送管匯進入所述動力缸；和一個排氣閥，控制從所述動力缸中排氣的排放。
23.一種運行內燃機的方法，所述方法包括下列步驟，在發動機氣缸內重復壓縮空氣充氣，在氣缸內產生平均有效氣缸壓力，所述平均有效氣缸壓力從比通常低到比通常高的范圍中變化。
24.根據權利要求23所述的方法，其特征在于，最大氣缸壓力保持在通常數值以下。
全文摘要
本發明涉及從內燃機燃燒氣體產生機械功的方法和實行該方法的往復運動內燃機(100)。在優選實施例中所述方法包括步驟(i)產生空氣充氣(ii)控制空氣充氣的溫度、密度和壓力(iii)向發動機的動力缸傳送空氣充氣,把具有的重量、和密度在低于大氣的重量和密度到大于大氣重量和密度的范圍內的空氣充氣引入動力缸中;(iv)然后以比通常低的壓縮比壓縮空氣充氣;(v)使預定量的充氣空氣和燃料產生可燃燒的混合物;(vi)使混合物在動力缸內點火;(vii)使燃燒氣體頂著在氣缸中運行的活塞膨脹,以比發動機動力缸的壓縮比顯著大的膨脹比運行。
文檔編號F02D41/40GK1244233SQ97181015
公開日2000年2月9日 申請日期1997年5月23日 優先權日1996年10月25日
發明者克萊德·C·布賴恩特 申請人:克萊德·C·布賴恩特