專利名稱：二沖程發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二沖程發(fā)動機，其利用進氣閥、排氣閥的適宜布置，進氣和燃燒渦流的有效組織，排氣正時的適宜控制，實現(xiàn)橫向分層掃氣和燃燒，從而可有選擇地把至少參加過一次缸內(nèi)再循環(huán)的有害成分較少的燃燒廢氣排出氣缸，降低發(fā)動機的有害排放。
已有的二沖程發(fā)動機，例如Herbert H.Heitland等人開發(fā)的新型二沖程分層充氣發(fā)動機(＂The fulfilment of Future EnvirommentalRegulations and The Use of Atemative Fuels Seems to Be Possible by Anew 2-Stroke Stratified Charge Engine＂Proceedings of 3rd Asian-Pacific International Symposium on Combustion and EnergyUtilization，Vol.1，pp32-37，December 11-15，1995 Hong Kong)，其進氣閥設(shè)置在氣缸的頭部，排氣口布置在氣缸下部的缸壁上，由活塞控制其開閉，掃氣時，新鮮混合氣、本循環(huán)燃燒廢氣和上循環(huán)燃燒廢氣自氣缸的頭部到氣缸的下部分層，至少參加過一次缸內(nèi)再循環(huán)的廢氣被排出氣缸，新鮮充量和本次循環(huán)燃燒的廢氣呈分層狀態(tài)并參加下一個循環(huán)的燃燒，本次循環(huán)燃燒廢氣中的CO、HC和碳粒將在下一個循環(huán)燃燒的產(chǎn)生的高溫中被氧化，實現(xiàn)了廢氣的缸內(nèi)凈化，使其在下一個循環(huán)的換氣過程中被排出氣缸時，有害排放含量非常低。其不足之處是排氣口的設(shè)置氣缸壁上，破壞了活塞氣缸壁摩擦副的潤滑油膜，會導(dǎo)致活塞和氣缸壁的磨損，另外，潤滑油也會直接排出排氣口，造成一定程度上的污染。
本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種二沖程發(fā)動機，進氣閥和排氣閥分別被設(shè)置在氣缸頭的兩側(cè)，進氣道、進氣閥和燃燒室的設(shè)計和布置使缸內(nèi)形成橫向旋流并產(chǎn)生橫向分層，上一循環(huán)的燃燒廢氣集中在排氣側(cè)，新鮮充量集中在進氣側(cè)，燃燒后，新鮮充量燃燒作功并形成本次循環(huán)燃燒廢氣，同時由于缸內(nèi)的燃燒高溫，使上一循環(huán)的燃燒廢氣中的CO、HC和碳粒充分氧化，實現(xiàn)廢氣的缸內(nèi)凈化，開始掃氣后，上一次循環(huán)有害成分很小的燃燒廢氣被排出氣缸，本次循環(huán)的燃燒廢氣被進氣側(cè)處的新鮮充量排擠到排氣側(cè)，但并不排出氣缸，以參加下一循環(huán)的燃燒。由于本發(fā)明的二沖程發(fā)動機采用了成熟的四沖程發(fā)動機頂置進排氣閥的結(jié)構(gòu)，并未在氣缸壁上設(shè)置任何氣口，因此可以獲得很好的活塞氣缸壁摩擦副潤滑條件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種低排放、低油耗和具有高的低負荷性能的二沖程發(fā)動機。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種工作可靠、成本低廉的用于汽車、摩托車或通用動力機械的發(fā)動機。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過裝配一種二沖程發(fā)動機來實現(xiàn)的，它包括氣泵、進氣裝置、排氣裝置、燃燒室、氣缸、氣缸頭、活塞、燃料供給裝置和點火裝置，活塞在氣缸中往復(fù)運動，燃燒室由主燃燒室和副燃燒室組成，主燃燒室由活塞的頂面和氣缸頭包圍形成，副燃燒室設(shè)置在氣缸頭內(nèi)，進氣裝置包括至少一個設(shè)置在氣缸頭一側(cè)的進氣閥、至少一個設(shè)置在副燃燒室上的小進氣閥、進氣道和小進氣道，排氣裝置包括至少一個設(shè)置在氣缸頭另一側(cè)的排氣閥、排氣道和排氣量調(diào)整裝置，排氣道通過排氣閥與氣缸連通，氣缸分為進氣側(cè)和排氣側(cè)，與進氣閥同一側(cè)的為進氣側(cè)，與排氣閥同一側(cè)的為排氣側(cè)，與氣缸軸線垂直的從進氣側(cè)到排氣側(cè)方向上的對稱線為分層軸線，副燃燒室通過設(shè)置在進氣側(cè)的氣缸頭上的射流通道與主燃燒室連通，氣泵通過進氣道經(jīng)進氣閥和通過小進氣道經(jīng)小進氣閥與氣缸連通，進氣閥和小進氣閥的開啟范圍不超過活塞上止點后140度曲軸轉(zhuǎn)角至上止點后270度曲軸轉(zhuǎn)角，排氣閥的開啟范圍不超過上止點后90度曲軸轉(zhuǎn)角至上止點后220度曲軸轉(zhuǎn)角。
在本發(fā)明的實施例中，進氣閥、小進氣閥和排氣閥為常閉菌形閥，在進氣閥和排氣閥之間的氣缸頭的中心附近設(shè)置一個與分層軸線垂直的適宜高度和適宜寬度的隔離墻，在進氣閥升程范圍內(nèi)，隔離墻與進氣閥的菌形頭部的外緣的靠近隔離墻的部分之間具有適宜的密封間隙，在排氣閥的升程范圍內(nèi)，隔離墻與排氣閥的菌形頭部分外緣的靠近隔離墻的部分之間具有適宜的密封間隙，進氣閥與排氣閥的開啟重疊角小于40度曲軸轉(zhuǎn)角，小進氣閥與排氣閥的開啟重疊角小于60度曲軸轉(zhuǎn)角。排氣量調(diào)整裝置為具有可調(diào)節(jié)開啟相位的旋轉(zhuǎn)閥，排氣裝置通過旋轉(zhuǎn)閥經(jīng)排氣閥與氣缸連通。與分層軸線垂直的進氣道的中心線與氣缸軸線之間具有20～70度的夾角，與分層軸成垂直的射流通道的中心線與氣缸軸成之間具有20～70度的夾角。
按照本發(fā)明的二沖程發(fā)動機，在發(fā)動機的作功沖程中，活塞在燃氣推動下向下移動，氣缸的進氣側(cè)為正在燃燒的新鮮充量，排氣側(cè)為上次循環(huán)的燃燒廢氣，由于氣缸內(nèi)高溫的作用，上次循環(huán)的燃燒廢氣中的CO、HC和碳粒被充分氧化，實現(xiàn)了廢氣的缸內(nèi)凈化，當活塞下移到一定距離時，排氣閥打開，上次循環(huán)的已經(jīng)凈化的燃燒廢氣經(jīng)排氣閥排出，廢氣排出量由旋轉(zhuǎn)閥與排氣閥開啟的重疊角的大小確定，由于排氣閥的開啟相位是可調(diào)的，因此可用來控制至少不使本次燃燒廢氣被排出氣缸，本次燃燒廢氣逐步取代上次循環(huán)燃燒廢氣占據(jù)排氣側(cè)的空間，排氣閥關(guān)閉，在活塞處于下止點前后，進氣閥和小進氣閥打開，由氣泵供給的新鮮充量從進氣閥處以一定的角度噴入氣缸中形成橫向渦流(滾流)，取代本次燃燒廢氣占據(jù)進氣側(cè)的空間，本次燃燒廢氣被進一步驅(qū)向排氣側(cè)，另一部分新鮮充量經(jīng)小進氣閥噴入副燃燒室，將副燃燒室中的本次燃燒廢氣經(jīng)射流通道驅(qū)入氣缸中，由于橫向渦流的作用，新鮮充量和燃燒廢氣在分層軸線方向分層分布，活塞上升到一定距離，進氣閥和小進氣閥關(guān)閉，活塞繼續(xù)上行開始壓縮新鮮充量和燃燒廢氣，一部分新鮮充量從氣缸的進氣側(cè)處經(jīng)射流通道流入副燃燒室，在活塞到達上止點前，燃料供給裝置或點火裝置開始噴射燃料或點燃新鮮充量，副燃燒室內(nèi)的新鮮充量開始燃燒，高溫的燃氣通過射流通道噴入主燃燒室，使主燃燒室內(nèi)的新鮮充量也加入燃燒，到活塞通過上止點，開始下行時，活塞在燃氣推動下作功。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例詳細描述之后，讀者將會更加清楚地了解本發(fā)明的所有目的、特征和優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的二沖程發(fā)動機的實施例的剖面圖(活塞在下止點時)。
圖2為圖1中A-A截面的剖視圖(活塞在上止點時)。
圖3為圖1中B-B截面剖視圖。
下面參考圖1、圖2和圖3說明本發(fā)明的實施例。標號10為發(fā)動機，標號11為氣缸，活塞12在氣缸11內(nèi)往復(fù)運動，氣缸頭13設(shè)置氣缸11的頭部，標號14為排氣裝置，它包括排氣閥15、排氣道16和旋轉(zhuǎn)閥17，旋轉(zhuǎn)閥17和排氣閥15同時開啟時排氣裝置14導(dǎo)通，由于旋轉(zhuǎn)閥17的開啟相位可調(diào)，排氣裝置14導(dǎo)通的時面值可調(diào)，排氣道16通過排氣閥15與氣缸11連通，標號18為進氣裝置，它包括進氣道19、小進氣道20、進氣閥21和小進氣閥22，標號23為氣泵，排氣閥15設(shè)置在氣缸頭13的一側(cè)，進氣閥21設(shè)置在氣缸頭13的另一側(cè)，對應(yīng)于排氣閥15的氣缸11的一側(cè)為排氣側(cè)24，對應(yīng)于進氣閥21的氣缸11的另一側(cè)為進氣側(cè)25，與氣缸11軸線26垂直的從進氣側(cè)25到排氣側(cè)24的對稱線為分層軸線27，分層軸線27位置隨著活塞12的位置不同而變化，主燃燒室28由活塞12的頂面與氣缸頭13包圍形成，副燃燒室29設(shè)置在氣缸頭13內(nèi)，副燃燒室29通過設(shè)置氣缸頭13上的進氣側(cè)25處的射流通道30與主燃燒室28相連通，小進氣閥22設(shè)置在副燃燒室29上，小進氣道20通過小進氣閥22與副燃燒室29連通，氣泵23通過進氣道19經(jīng)進氣閥21和小進氣道20與氣缸11連通，排氣閥15、進氣閥21和小進氣閥20為常閉菌形閥，標號31為設(shè)置在副燃燒室29上的燃料供給裝置或點火裝置，進氣道19的軸線與分層軸成27垂直并與氣缸軸成26保持適宜的角度以使進氣能在氣缸11內(nèi)形成強的橫向渦流(滾流)，射流通道30與分層軸成27垂直并且與氣缸軸成26之間具有適宜的角度，以使從射流通道30噴出的燃氣射流能加強由進氣產(chǎn)生的橫向渦流(滾流)，適宜高度和寬度的隔離墻32設(shè)置進氣側(cè)25和排氣側(cè)24分界處的氣缸頭13下面，在進氣閥21的升程范圍內(nèi)隔離墻32與進氣閥21的菌形頭部的外緣的靠近隔離墻32的部分之間具有適宜的密封間隙，使新鮮充量只向進氣側(cè)25噴射，而不直接向排氣側(cè)24噴射。在排氣閥15的升程范圍內(nèi)隔離墻32與排氣閥15的菌形頭部的外緣的靠近隔離墻32的部分之間具有適宜的密封間隙，使新鮮充量和新鮮燃燒廢氣不直接從排氣閥15處排出。
下面描述一下本發(fā)明的實施例的功能，在發(fā)動機10的作功沖程中，活塞12在燃氣推動下向下移動，氣缸11的進氣側(cè)25為正在燃燒的新鮮充量和本次循環(huán)燃燒廢氣，排氣側(cè)24為上次循環(huán)的燃燒廢氣，由于氣缸11內(nèi)高溫的作用，上次循環(huán)的燃燒廢氣中的CO、HC和碳粒被充分氧化，實現(xiàn)了廢氣的缸內(nèi)凈化，當活塞12下移到一定距離時，排氣閥15打開，上次循環(huán)的已經(jīng)凈化的燃燒廢氣經(jīng)排氣閥15流入排氣道16，廢氣的排出量由旋轉(zhuǎn)閥17和排氣閥15開啟的重疊角來控制，至少不使本次燃燒廢氣被排出氣缸11，本次燃燒廢氣逐步取代上次循環(huán)燃燒廢氣占據(jù)排氣側(cè)24的空間，排氣閥15關(guān)閉，在活塞12處于下止點左右，進氣閥21和小進氣閥22打開，由氣泵23供給的新鮮充量從進氣閥21處以一定的角度噴入氣缸11中形成橫向渦流(滾流)，取代本次燃燒廢氣占據(jù)進氣側(cè)25的空間，本次燃燒廢氣被進一步驅(qū)向排氣側(cè)24，另一部分新鮮充量經(jīng)小進氣閥22噴入副燃燒室29，將副燃燒室29中的本次燃燒廢氣經(jīng)射流通道30驅(qū)入氣缸11中，由于橫向渦流的作用，新鮮充量和燃燒廢氣在分層軸成27方向分層分布，活塞12上升到一定距離，進氣閥21和小進氣閥22關(guān)閉，活塞12繼續(xù)上行開始壓縮新鮮充量和燃燒廢氣，一部分新鮮充量從氣缸11的進氣側(cè)25處經(jīng)射流通道30流入副燃燒室29，在活塞12到達上止點前，標號31的燃料供給裝置或點火裝置開始噴射燃料或點燃新鮮充量，副燃燒室29內(nèi)的新鮮充量開始燃燒，高溫的燃氣通過射流通道30噴入主燃燒室28，使主燃燒室28內(nèi)的新鮮充量也加入燃燒，到活塞12通過上止點，開始下行時，活塞12在燃氣的推動下作功。
權(quán)利要求
1.一種二沖程發(fā)動機，它包括氣泵、進氣裝置、排氣裝置、燃燒室、氣缸、氣缸頭、活塞、燃料供給裝置和點火裝置，上述活塞在上述氣缸中往復(fù)運動，其特征在于，上述燃燒室由主燃燒室和副燃燒室組成，上述主燃燒室由上述活塞的頂面和上述氣缸頭包圍形成，上述副燃燒室設(shè)置在上述氣缸頭內(nèi)，上述進氣裝置包括至少一個設(shè)置在上述氣缸頭一側(cè)的進氣閥、至少一個設(shè)置在上述副燃燒室上的小進氣閥、進氣道和小進氣道，上述排氣裝置包括至少一個設(shè)置在上述氣缸頭另一側(cè)的排氣閥、排氣道和排氣量調(diào)整裝置，上述排氣道通過上述排氣閥與上述氣缸連通，上述氣缸分為進氣側(cè)和排氣側(cè)，與上述進氣閥同一側(cè)的為進氣側(cè)，與上述排氣閥同一側(cè)的為排氣側(cè)，與上述氣缸軸線垂直的從上述進氣側(cè)到上述排氣側(cè)方向上的對稱線為分層軸線，上述副燃燒室通過設(shè)置在上述進氣側(cè)的上述氣缸頭上的射流通道與上述主燃燒室連通，上述氣泵通過上述進氣道經(jīng)上述進氣閥和通過上述小進氣道經(jīng)上述小進氣閥與上述氣缸連通，上述進氣閥和上述小進氣閥的開啟范圍不超過上述活塞上止點后140度曲軸轉(zhuǎn)角至上述上止點后270度曲軸轉(zhuǎn)角，上述排氣閥的開啟范圍不超過上述上止點后90度曲軸轉(zhuǎn)角至上述上止點后220度曲軸轉(zhuǎn)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程發(fā)動機，其特征在于，上述進氣閥、上述小進氣閥和上述排氣閥為常閉菌形閥，在上述進氣閥和上述排氣閥之間的上述氣缸頭的中心附近設(shè)置一個與上述分層軸線垂直的適宜高度和適宜寬度的隔離墻，在上述進氣閥升程范圍內(nèi)，上述隔離墻與上述進氣閥的菌形頭部的外緣的靠近上述隔離墻的部分之間具有適宜的密封間隙，在上述排氣閥的升程范圍內(nèi)，上述隔離墻與上述排氣閥的菌形頭部分外緣的靠近上述隔離墻的部分之間具有適宜的密封間隙，上述進氣閥與上述排氣閥的開啟重疊角小于40度曲軸轉(zhuǎn)角，上述小進氣閥與上述排氣閥的開啟重疊角小于60度曲軸轉(zhuǎn)角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程發(fā)動機，上述排氣量調(diào)整裝置為具有可調(diào)節(jié)開啟相位的旋轉(zhuǎn)閥，上述排氣裝置通過上述旋轉(zhuǎn)閥經(jīng)上述排氣閥與上述氣缸連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程發(fā)動機，其特征在于，與上述分層軸線垂直的上述進氣道的中心線與上述氣缸軸線之間具有20～70度的夾角，與上述分層軸成垂直的上述射流通道的中心線與上述氣缸軸成之間具有20～70度的夾角。
全文摘要
一種二沖程發(fā)動機，進氣閥和排氣閥分別設(shè)置在氣缸頭的兩側(cè)，進氣和燃燒產(chǎn)生的橫向渦流使新鮮充量和廢氣能保持橫向分層，可有選擇地排出至少參加過一次缸內(nèi)廢氣再循環(huán)的廢氣，實現(xiàn)廢氣的缸內(nèi)凈化，本發(fā)明可大幅度降低發(fā)動機的有害排放和燃料消耗，改善發(fā)動機低負荷性能。
文檔編號F02B25/20GK1157878SQ9611860
公開日1997年8月27日 申請日期1996年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月19日
發(fā)明者楊笑風 申請人:楊笑風