專利名稱：外壓縮式二沖程發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，具體設計一種新型(無壓縮沖程，只有做功和 排氣兩個沖程，氣體壓縮在汽缸外完成并且冷卻)的點燃式二沖程往復式發(fā)動 機。
本發(fā)明之前的現(xiàn)有技術
目前廣泛使用的二沖程發(fā)動機(克拉克)有掃氣不徹底，四沖程點燃發(fā)動機
(奧托機)有容易發(fā)生爆震，壓縮比低，四沖程壓燃機(狄塞爾Diesel)有燃 燒溫度低的缺點，而且都是氣體在汽缸內壓縮從而產生高溫，導致效率下降。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于針對上述問題提供一種進氣溫度低，燃燒溫度高，壓縮比 大，升功率高，大幅度提高熱效率，節(jié)約燃料的點燃式二沖程往復式發(fā)動機。 它更適合燃燒氣體燃料
本發(fā)明采用的技術方案
原理
l降低進氣(空氣或可燃氣)的初始溫度 卡諾循環(huán)效率
效率=1 —低溫/高溫(ii= 1—Tc。id/Th。t)
現(xiàn)代汽油機之所以效率高是因為其間斷性燃燒而從高溫熱源吸熱產生高溫， 但燃燒初始溫度高導致現(xiàn)代奧托機效率低，奧托汽油機進氣在汽缸內停留時間 長，經過汽缸壁傳熱和氣體壓縮產后熱后，在壓縮沖程結束時可燃氣溫度達 750K，汽缸爆發(fā)沖程中最高溫度達2700K，而本型發(fā)動機氣體在汽缸內停留時 間極短，而且汽缸內無氣體壓縮過程，所以溫度上升很少，點火燃燒時氣體溫度約330K，這樣在其他條件不變的情況下熱效率可提高15. 6%
n本發(fā)動機 一 A奧托機二 (1一Tcoid/Thot) 一一 (1——Tcoid/Thot) (1-330/2700) - (1-750/2700) = (1-0. 122)-(1-0. 278) =0. 878-0. 722二0.156 而柴油機壓縮結束時的溫度更高達1000K，但爆發(fā)時最高溫度低，僅2100K， 在這方面效率不如汽油機。 2提高壓縮比
現(xiàn)代柴油機之所以效率高是因為壓縮比大。每增加一個大氣壓的壓縮比，熱 效率可提高4% 5%,雖然在相同壓縮比下柴油機的熱效率比汽油機低，但是柴 油機可以達到更高的壓縮比，因此柴油機綜合效率更高。
而限制汽油機提高壓縮比的主要因素是爆震，爆震產生的原因是可燃氣的高 溫和高壓，尤其是高溫，本型發(fā)動機輸入的是經過冷卻的氣體(空氣或可燃氣)， 無氣體壓縮的升溫及極少的汽缸壁傳熱，點火燃燒時氣體溫度在330K左右，加 上高壓氣體具有強大的動能，可以形成劇烈的渦流，因而可以大幅度提高壓縮 比。
具體技術方案
外壓縮式二沖程活塞發(fā)動機包括汽缸主體和氣體壓縮系統(tǒng)，汽缸主體又包括 汽缸、活塞、活塞連桿、曲軸、進氣閥門、排氣閥門和掃氣閥門。汽缸、活塞、 連桿和曲軸與奧托機無區(qū)別，區(qū)別在于燃燒室的進氣閥門(2 4個，電子控制 開關，也可以機械控制開關，均勻分布在燃燒室的汽缸蓋上)，排氣閥門(2 4個，機械控制開關，均勻分布在燃燒室的汽缸蓋上)，掃氣閥門(1 2個，電 子控制開關，分布在燃燒室汽缸蓋靠近汽缸壁的兩側，'同時兼有進氣閥門的功 能)及氣體壓縮系統(tǒng)(包括與排氣管相連的渦輪式空氣壓縮機和與動力輸出軸 (曲軸)相連的機械式空氣壓縮機，組成串聯(lián)的二級壓縮泵和帶有循環(huán)水冷卻的壓縮空氣儲存瓶組成，壓縮空氣儲存瓶具有儲壓、調壓、冷卻、防漏的功能， 它與奧托機的區(qū)別在于運行方式。具體方式是當汽缸中活塞處于爆發(fā)(做功) 沖程時，活塞向下運動，當活塞運動到接近下止點時，排氣閥門幵啟，汽缸內 的高壓廢氣排出，活塞繼續(xù)運動，當活塞通過下止點時，掃氣閥門開啟，高壓 空氣沖向汽缸下方的活塞表面，掃氣噴口設計成特定的口徑、數量和角度，能 形成強烈的渦流，將汽缸中的低壓剩余廢氣推出氣缸，在通入足夠的掃氣空氣 量后，掃氣閥門關閉，活塞繼續(xù)上行，開始排氣沖程，當活塞上行距離超過沖 程的一半距離時，在適當的時刻排氣閥門關閉，同時進氣閥門、電控燃油噴油 泵和電火花塞也同時開啟，由于噴入的氣體(空氣或可燃氣)是高壓氣體，加 上電子控制的進氣閥門體積、口徑都很小，可以做到多個進氣閥門同時開啟， 這樣在極短的時間內(活塞運行到上止點之前)就可以充滿燃燒室并使其達到 發(fā)動機所需的壓縮比，而且高壓氣的噴射本身就具有強大的動能，再加上噴口 的特殊設計能夠形成強烈的渦流，有利于燃料的快速和充分燃燒，并且由于輸 入的氣體在汽缸內停留的時間極短又無汽缸內的氣體壓縮，所以可燃氣溫度升 高很少，這就降低了發(fā)生爆震的可能性。加上高壓氣體輸入的壓力大、速度快 不會出現(xiàn)回火現(xiàn)象，可以做到像燃氣輪機一樣邊燃燒邊噴油、噴氣，當活塞到 達上止點附近，進氣閥門關閉，燃料進入快速燃燒期，推動活塞向下運行，進 入爆發(fā)(做功)沖程。
動力輸出軸上設有一聯(lián)動控制齒輪一鏈條(皮帶)傳動機構，活塞渾過該聯(lián) 動控制齒輪一鏈條(皮帶)傳動機構與出氣閥門、進氣閥門、進油閥門、掃氣 閥門和電火花塞同步聯(lián)動(配氣正時)。
有一電子控制裝置，控制活塞與進氣閥門、進油閥門、電火花塞、掃氣閥門 同步聯(lián)動。在動力輸出軸與機械式空氣壓縮機的連接處安裝電磁離合器，當儲氣瓶壓力 超過允許值時，離合器自動斷開。
儲氣瓶設計成出廠時就儲滿高壓空氣，以后一直保持一定的壓力并安裝有高 壓泄氣閥門進行保護，在儲氣瓶入口處安裝單向止回閥門，出口及入口處都安 裝有自動鎖死閥門，停機時自動鎖死，以防漏氣。
在機械式空氣壓縮機上安裝電動機及離合器，由電瓶帶動以防壓力不足時啟 動困難。
當只需要小功率運轉時，可以在活塞往復運動2 3次進氣、噴油閥門開啟 一次，變成可變汽缸容量發(fā)動機，由于進氣、進油和掃氣都是電子控制，所以 很容易做到這一點，這種方式運行時掃氣閥門可以關閉。


圖1本發(fā)明所述汽缸的側視剖面圖及氣體壓縮系統(tǒng)。
圖2本發(fā)明所述燃燒室汽缸蓋進、出氣閥門圖。
圖3 6本發(fā)明的工作狀態(tài)圖。
圖3做功沖程結束，排氣閥門開啟，高壓廢氣排出
圖4活塞越過下止點，進入排氣沖程，掃氣閥門開啟，低壓廢氣排出。
圖5掃氣閥門關閉，活塞上行，繼續(xù)排氣沖程。
圖6排氣閥門關閉，進氣閥門、掃氣閥門、電控燃油噴霧器開啟，
隨后電火花塞開啟。
圖7達到發(fā)動機所需的壓縮比后，進氣閥門、掃氣閥門、電控燃油噴霧器關閉。
圖8活塞越過上止點，進入做功沖程。 圖9副燃燒室結構側視圖。1汽缸2活塞3曲軸4掃氣進氣管及掃氣闊門5排氣管及排氣閥門 6進氣管及進氣閥門 7電控燃油噴霧器 8電火花塞9動力輸出軸 10機械式空氣壓縮機 11尾氣增壓渦輪式空氣壓縮機 12高壓空氣儲存瓶 13循環(huán)水冷卻器14副燃燒室
15活塞連桿
下面結合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步做詳細的描述，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。
實施例1汽缸燃燒室內安裝電控燃油噴霧器，燃料缸內直噴，進氣閥門噴入 高壓空氣方案(圖1、圖2)。
當發(fā)動機進入做功沖程，活塞下行接近下止點時，排氣閥門開啟高壓廢氣排 出，發(fā)動機進入排氣沖程(圖3),活塞越過下止點后，掃氣閥門開啟，高壓空 氣沖入汽缸，掃除高溫低壓廢氣(圖4),然后掃氣閥門關閉(圖5)?；钊^續(xù) 上升，當上升距離超過活塞沖程一半以上距離時，排氣閥門在適當的時候關閉， 電控進氣閥門，噴油閥門同時開啟，高壓空氣的強大動能以及進氣閥門的口徑、 開口數量、角度及位置的精心設計使之產生強烈渦流，使燃料與空氣在極短時 間內充分混合，并達到發(fā)動機所需之壓縮比，緊接著電火花塞點火(圖6),點 火時進氣、噴油可以同時進行，直到達到發(fā)動機所需的壓縮比，在活塞到達上 止點之前完成點火過程(圖7)，活塞越過上止點后，進入做功沖程，燃料進入 急燃期，在最佳扭矩點達到爆發(fā)頂點(圖8),然后下行重復同樣過程。
實施例2
高壓進氣歧管內，加裝電控燃料噴霧器，進氣閥門直接噴入預混合可燃氣方案。電控燃油噴霧器安裝在進氣歧管內，在進氣閥門幵啟之前(或同時)，噴油 閥門開啟與高壓空氣在進氣歧管內形成可燃氣，然后在排氣沖程的后半程進入 燃燒室，可燃氣進入汽缸時火花塞點火，其它過程與前述相同。
實施例3
加裝副燃燒室方案，在汽缸蓋的正中央位置安裝副燃燒室(圖9),副燃燒室 的進氣歧管上安裝電控噴油器，進氣歧管的噴油部位周圍可被汽缸壁或尾氣加 熱，副燃燒室內通入均勻混合的可燃氣，電火花塞安裝在副燃燒，同時有一條 掃氣進氣管與副燃燒室相通，副燃燒室有一至多條火焰通道與主燃燒室相連， 主燃燒室進氣閥門通入高壓空氣，燃料由電控噴油閥門在主燃燒室內直噴，由 副燃燒室的火焰點燃主燃燒室燃料，其它運行方式與前述相同。
實施例4
進氣閥門和出氣閥門都采用傳統(tǒng)的菌型(蘑菇狀)氣門，兩個進氣閥門，兩 個排氣閥門，1 2個掃氣閥門，由機械控制關閉，燃油噴霧器將燃料噴射在進 氣閥門的背面使之氣化(與四氣門奧托機相同)，其它運行方式與前述相同。
權利要求
1外壓縮式二沖程點燃式發(fā)動機，包括汽缸、活塞、曲軸，汽缸蓋上設有進氣閥門、進油閥門和掃氣閥門(兼做進氣閥門)和汽缸外的二級空氣壓縮、儲存系統(tǒng)，其特征在于如下工作原理活塞只有做功和排氣兩個沖程，氣體壓縮不依賴活塞而是依靠汽缸外空氣壓縮機，經過冷卻的壓縮氣體是在排氣沖程的后半程、活塞接近上止點時輸入汽缸。具體描述如下當活塞做功沖程向下運行接近下止點時，排氣閥門開啟，當活塞越過下止點、進入排氣沖程時，掃氣閥門短暫開啟，然后關閉?；钊^續(xù)上升超過沖程一半時，排氣閥門關閉，進氣閥門、掃氣閥門、燃油噴霧器、電火花塞隨之開啟，輸入汽缸的是經過冷卻的高壓氣體(已經達到發(fā)動機所需的壓縮比的空氣或可燃氣)，隨后燃料點燃，達到發(fā)動機所需的壓縮比后，進氣閥門關閉，隨后活塞越過上止點進入做功沖程。
2. 根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，燃燒室頂部有2 4個由機械控制開關的排氣閥門，均勻分布在燃燒室頂部，與活塞的聯(lián)動由曲軸帶動的 齒輪——皮帶(鏈條)控制。
3. 根據權利要求1所述外壓縮式三^^程發(fā)動機，燃燒室頂部有2 4個冷卻 高壓氣體(空氣或可燃氣)進氣閥門，進氣閥門由電子控制開關(也可機械控 制)，均勻分布在汽缸蓋上，燃油噴霧器可以安裝在進氣歧管、主燃燒室或副燃 燒室內。
4. 根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，在燃燒室頂部外側靠近汽 缸壁的地方有1 2個掃氣進氣閥門(兼做進氣閥門)，向汽缸輸入高i空氣進 行掃氣，掃氣閥門由電子控制(也可機械控制)。
5. 根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，有一空氣壓縮、儲存系統(tǒng),包括由發(fā)動機尾氣驅動的渦輪式空氣壓縮機和由動力輸出軸驅動的機械式空氣 壓縮機，以及帶有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的高壓空氣儲存瓶，為發(fā)動機的運轉及啟動 提供穩(wěn)定的空氣壓縮比。
6.根據權利要求5所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，曲軸與機械式空氣壓縮機 連接處安裝電磁離合器，并與電動機相連，可由電瓶驅動，高壓空氣儲存瓶有 高壓泄氣保護閩門，進氣口裝有單向止回閥，進、出氣口都安裝有自動鎖死裝 置，停機時自動關閉。 .
7.根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，可以在主燃燒室的頂部正中 安裝副燃燒室，副燃燒室有高壓可燃氣進氣閥門和掃氣閥門。
8.根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，可以在往復運動2 3次 時，進氣閥門、燃油噴霧器開啟一次，變成可變排量發(fā)動機，這時掃氣閥門可 關閉。
9.根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，動力輸出軸上設有一聯(lián)動 控制齒輪——鏈條(皮帶)傳動機構，活塞通過該聯(lián)動機構與進氣闊門、排氣 閥門、掃氣閥門、燃油噴霧器及電火花塞同步聯(lián)動。
10.根據權利要求1所述外壓縮式二沖程發(fā)動機，有一電子控制裝置控制活 塞與進氣閥門、排氣閥門、掃氣閥門、燃油噴霧器及電火花塞同步聯(lián)動。
全文摘要
一種新型(無壓縮沖程，只有做工和排氣兩個沖程，氣體壓縮在汽缸外完成并且冷卻)的點燃式二沖程往復式發(fā)動機。包括汽缸、活塞、曲軸，汽缸蓋上設有進氣閥門、進油閥門和掃氣閥門(兼做進氣閥門)和汽缸外的二級空氣壓縮、儲存系統(tǒng)。具體描述如下當活塞做功沖程向下運行接近下止點時，排氣閥門開啟，當活塞越過下止點、進入排氣沖程時，掃氣閥門短暫開啟，然后關閉?；钊^續(xù)上升超過沖程一半時，排氣閥門關閉，進氣閥門、掃氣閥門、燃油噴霧器、電火花塞隨之開啟，輸入汽缸的是經過冷卻的高壓氣體(已經達到發(fā)動機所需的壓縮比)，隨后燃料燃燒，達到發(fā)動機所需的壓縮比后，進氣閥門關閉，活塞越過上止點進入做功沖程。
文檔編號F02B37/00GK101319628SQ200710028439
公開日2008年12月10日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權日2007年6月5日
發(fā)明者凡 許 申請人:凡 許