專利名稱：充氣式二沖程內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械工程原動機。
往復活塞二充程內(nèi)燃機在曲軸每轉中氣缸發(fā)火一次，與四充程內(nèi)燃機的曲軸每二轉中氣缸發(fā)火一次比較，零件少、結構簡單、比重量小，占有一定的優(yōu)勢，應用廣泛。但二充程內(nèi)燃機采用曲軸箱泵氣，換氣損失大、熱效率低。二充程柴油機采用羅茨泵泵氣，噪音大、起動性和加速性差，排氣污染嚴重。因此限制了大缸徑、多氣缸的大馬力機型發(fā)展。目前應用在摩托車和林業(yè)機械上的單氣缸二充程汽油機較多，隨著世界上能源緊張和技術競賽的情況下，在改善二充程內(nèi)燃機換氣條件、提高效率和降低排氣污染等方面，各國都在積極開發(fā)和研制高效、節(jié)能和低污染新機型。如法國專利說明書2459877號揭示了一種具有副活塞的兩充程發(fā)動機，這種發(fā)動機是把可燃混合氣由副活塞壓入燃燒室的一種機型。再如，國際專利組織的專利說明書第8502655號公開了一種多氣缸內(nèi)燃機，這種雙缸發(fā)動機設有第一抽吸缸筒和第二工作缸筒和帶有吸入部件及帶有閥門的傳遞口、排氣口的缸頭組件、缸頭組件將兩缸筒相連，在第二工作缸筒內(nèi)有火花塞，曲軸每轉一周吸入的空氣燃油混合物進第一缸筒，在第一缸筒內(nèi)被壓縮，然后再傳遞至第二缸筒點火，在下一周期排放出去。上述兩種發(fā)動機僅實施于燃汽油的汽油機型。
本發(fā)明的目的在于公開一種換氣效率高、充氣能力強，具有高效、節(jié)能、低污染、結構簡單、工作平穩(wěn)和加速性好等特點的可適宜設計為汽油機和柴油機及燃氫氣、煤氣、甲醇和乙醇等燃料機型，布局可以單置曲軸直列或V型雙列及用兩相等齒數(shù)齒輪傳動的兩置曲軸雙列氣缸的單燃氣缸或多燃氣缸的充氣式二充程內(nèi)燃機。
本發(fā)明由曲軸箱、充氣缸、充氣活塞、燃氣缸、燃氣活塞、充氣缸蓋、燃氣缸蓋、連桿、曲軸及潤滑、配電、配氣、排氣供油系統(tǒng)和起動裝置組成。其特征在于每個燃氣缸配有一個充氣缸，有三種最佳機型。
第一種最佳機型要點在于組成單置曲軸直列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機。該機的充氣缸蓋同充氣缸及燃氣缸蓋同燃氣缸和裝有曲軸的曲軸箱用螺絲組合在一起。從曲軸一端起奇數(shù)氣缸是充氣缸，偶數(shù)氣缸是燃氣缸，兩相鄰奇偶氣缸相對應，在燃氣活塞處于下死點位置處燃氣缸設有排氣口。充氣缸內(nèi)的充氣活塞及燃氣缸內(nèi)的燃氣活塞分別通過連桿與曲軸箱內(nèi)的曲軸曲柄銷連接，兩個相對應曲柄銷在互為180°之后充氣活塞曲柄銷在曲軸旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞在處于下死點排氣口開啟時，相對應的充氣活塞由α轉角確定的處于上行某行程位置。充氣缸蓋設有進氣口和過氣口及氣門，燃氣缸蓋設有噴油器或火花塞安裝孔及氣門，氣門裝有反作用彈簧，在充氣缸和燃氣缸內(nèi)無負氣壓作用下氣門封閉在氣門座上。
第二種最佳機型要點在于組成單置曲軸V型雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機。該機的充氣缸蓋同充氣缸及燃氣缸蓋同燃氣缸和裝有曲軸的曲軸箱用螺絲組合在一起。充氣缸和燃氣缸是V型雙列布局，在曲軸旋轉方向前一排列的是燃氣缸，后一排列的是充氣缸，兩排列氣缸相互對應。在燃氣活塞處于下死點位置處燃氣缸設有排氣口。充氣活塞和燃氣活塞通過連桿同曲軸箱內(nèi)的曲軸曲柄銷連接，并其每個對應的兩連桿連接在同一個曲柄銷上。充氣缸和燃氣缸的夾角，使其每個燃氣活塞在處于下死點排氣口開啟時，相對應的充氣活塞處于兩氣缸夾角確定的上行某行程位置。充氣缸蓋設有進氣口和過氣口及氣門，燃氣缸蓋設有噴油器或火花塞安裝孔及氣門，氣門裝有反作用彈簧，在充氣缸和燃氣缸內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下氣門封閉在氣門座上。
第三種最佳機型要點在于組成用兩個相同齒數(shù)齒輪傳動的雙置曲軸雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機。該機的充氣缸蓋同充氣缸及燃氣缸蓋同燃氣缸和裝有曲軸的曲軸箱用螺絲組合在一起。燃氣缸和充氣缸雙列布置，兩列氣缸相對應。在燃氣活塞處于下死點位置處燃氣缸設有排氣口。曲軸箱內(nèi)裝有兩個曲軸，其中一個曲軸為燃氣活塞曲軸，順時針旋轉做動力輸出軸，另一個曲軸為充氣活塞驅動軸，與燃氣活塞曲軸平行布置由兩個相同齒數(shù)齒輪傳動，逆時針旋轉。充氣活塞通過連桿與充氣活塞驅動曲軸曲柄銷連接，燃氣活塞通過連桿與燃氣活塞曲軸曲柄銷連接，兩個相對應的曲柄銷在互為180°之后。充氣活塞曲軸曲柄銷在曲軸旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞在處于下死點排氣口開啟時，相對應的充氣活塞由α轉角確定的處于上行某行程位置。充氣缸蓋中設有進氣口和過氣口及氣門，燃氣缸蓋中設有噴油器或火花塞安裝孔及氣門。氣門裝有反作用彈簧，在充氣缸和燃氣缸內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下氣門封閉在氣門座上。
本發(fā)明工作原理當燃氣活塞在上一個工作循環(huán)的燃燒膨脹的氣體的壓力作用下，從上死點下行至下死點時，對應的充氣缸內(nèi)的充氣活塞在曲軸驅動下，由于曲軸曲柄銷α轉角或兩氣缸夾角確定的處于上行某行程位置，將其上一個工作循環(huán)吸入的新鮮空氣或混合氣體在上行占有容積部分從充氣缸蓋的過氣口及燃氣缸蓋在氣壓作用開啟的氣門充入到了燃氣缸內(nèi)，同時把燃氣缸內(nèi)燃燒后的氣體從燃氣缸下部開啟的排氣口掃出。燃氣活塞由下死點上行至排氣口關閉后初使壓縮某階段，充氣活塞在完成由α轉角或兩氣缸夾角確定的上行至上死點行程占有容積的氣體又充入到了燃氣缸內(nèi)，使燃氣缸獲得了更多的充氣量。當燃氣活塞上行壓縮至上死點，即完成了一個工作循環(huán)，開始了下一個燃燒(柴油機壓燃、汽油機火花塞點火)膨脹工作，相應充氣活塞處于上一個工作循環(huán)吸氣位置。曲軸在燃氣缸的一個工作循環(huán)作用下轉了一轉，即構成了充氣式二沖程工作。
本發(fā)明燃氣缸是通過大容積的充氣缸充氣方式進行換氣的，特點是換氣效率高，充氣能力強(充氣系數(shù)可實現(xiàn)大于1)。通過合理的確定充氣缸的缸徑和充氣活塞行程所構成的充氣容積及α轉角或V型雙列氣缸的兩氣缸夾角和壓縮比，對燃不同燃料的機型都可獲得及佳的強化效果和熱效率效果。本發(fā)明可實現(xiàn)大小不同功率的機型。其中單置曲軸直列充氣式二沖程內(nèi)燃機，機體寬度小，適宜設計為中等功率內(nèi)燃機，可適用在中型客貨汽車和拖拉機上。單置曲軸V型雙列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機，布局緊湊，曲軸短剛性好強度高，適宜設計為大缸徑、多氣缸大馬力內(nèi)燃機，可適用在重型汽車、拖拉機、坦克、裝甲車上。也可以設計為微型內(nèi)燃機，應用在微型汽車、轎車或摩托車上。雙置曲軸雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機，機體寬度大，但曲軸短剛性好強度高，適宜設計為大缸徑，多缸大馬力內(nèi)燃機，可適用在林業(yè)、礦山、石油、建筑和工程機械及機車、輪船和艦艇上。尤其α轉角可隨時通過兩個相等齒數(shù)齒輪的嚙合進行調(diào)整，當在高寒區(qū)運行時可加大α轉角，用大充氣量來提高功率。當在高熱區(qū)運行時可減少α轉角，在掃氣時從排氣口多排一些新鮮空氣而帶走更多的熱量，更好的冷卻氣缸壁來改善燃氣缸工作條件。這一特征應用在柴油機上，更有其獨立特點。
本發(fā)明優(yōu)點主要是換氣效率高，充氣能力強。隨著絕熱材料和高強度材料應用，對開發(fā)高速、大馬力、風冷、高效節(jié)能和低污染內(nèi)燃機確定了條件。另外本發(fā)明是傳統(tǒng)二充程內(nèi)燃機最佳改型、結構簡單，通用件多，產(chǎn)品開發(fā)快，制造成本低。
以下結合附圖對本發(fā)明三個最佳實施例作進一步敘述附

圖1是單置曲軸直列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機的一個燃氣缸和對應的一個充氣缸剖面圖。
附圖2是單置曲軸直列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機的一個燃氣缸和對應的一個充氣缸的軸向示意圖。
附圖3是單置曲軸V型雙列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機的一個燃氣缸和對應的一個充氣缸剖面圖。
附圖4是兩置曲軸雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機的一個燃氣缸和對應的一個充氣剖面圖。
本發(fā)明有三個最佳實施例，見附圖1到4所示。其中附圖1和附圖2特征在于組成單置曲軸直列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機。該機主體部分是由曲軸箱[1]、充氣缸[2]、充氣缸蓋[3]、燃氣缸[4]、燃氣缸蓋[5]、曲軸[6]、充氣活塞[7]、連桿[8]、燃氣活塞[9]、連桿[10]、氣門[11]、和氣門[12]組成。圖中A為吸氣口，B為過氣口，C為噴油器或火花塞安裝孔，D為排氣口。該機的充氣缸蓋[3]同充氣缸[2]及燃氣缸蓋[5]同燃氣缸[4]和裝有曲軸[6]曲軸箱[1]用螺絲組合在一起。充氣缸[2]內(nèi)的充氣活塞[7]及燃氣缸[4]內(nèi)的燃氣活塞[9]分別通過連桿[8]和[10]與曲軸箱[1]內(nèi)的曲軸[6]曲柄銷連接，每個燃氣活塞[9]連接的曲軸曲柄銷與對應的充氣活塞[7]連接的曲柄銷在互為180°之后，充氣活塞[7]曲柄銷在曲軸[6]旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞[9]處于下死點排氣口D開啟時，相對應的充氣活塞[7]由α轉角確定的處于上行某行程位置。充氣缸蓋[3]和燃氣缸蓋[5]中的氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無無負氣壓時在彈簧作用下封閉在氣門座上。
附圖3特征在于組成單置曲軸V型雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機。該機主體部分是由曲軸箱[1]、充氣缸[2]、充氣缸蓋[3]、燃氣缸[4]、燃氣缸蓋[5]、曲軸[6]、充氣活塞[7]、連桿[8]、燃氣活塞[9]、連桿[10]、氣門[11]和[12]組成。圖中A為進氣口，B為過氣口，C為噴油器或火花塞安裝孔，D為排氣口。該機的充氣缸蓋[3]同充氣缸[2]及燃氣缸蓋[5]同燃氣缸[4]和裝有曲軸[6]的曲軸箱[1]用螺絲組合在一起。充氣缸[2]內(nèi)充氣活塞[7]及燃氣缸[4]內(nèi)的燃氣活塞[9]分別通過連桿[8]和[10]與曲軸箱[1]內(nèi)的曲軸[6]曲柄銷連接，并其每個對應的連桿[8]和[10]連接在一個曲柄銷上。充氣缸[2]與燃氣缸[4]的夾角，使其每個燃氣活塞[9]在處于下死點排氣口D開啟時，相對應的充氣活塞[7]處于由兩氣缸夾角確定的上行某行程位置。充氣缸蓋[3]和燃氣缸蓋[5]中的氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下封閉在氣門座上。
附圖4特征在于組成雙置曲軸雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機。該機主體部分是由曲軸箱[1]、充氣缸[2]、充氣缸蓋[3]、燃氣缸[4]、燃氣缸蓋[5]、曲軸[6′]、曲軸[6″]、充氣活塞[7]、連桿[8]、燃氣活塞[9]、連桿[10]、氣門[11]和[12]組成。圖中A為進氣口，B為過氣口，C為噴油器或火花塞安裝孔，D為排氣口。該機的充氣缸蓋[3]同充氣缸[2]及燃氣缸蓋[5]同燃氣缸[4]和裝有曲軸[6′]和[6″]的曲軸箱[1]用螺絲組合在一起。曲軸箱[1]內(nèi)曲軸[6′]和[6″]平行布置，由兩個相等齒數(shù)齒輪傳動，曲軸[6′]順時針旋轉做動力輸出軸，曲軸[6″]是驅動充氣活塞[7]曲軸逆時針旋轉。每個充氣缸[2]內(nèi)充氣活塞[7]通過連桿[8]與曲軸[6″]連接，每個燃氣缸[4]內(nèi)燃氣活塞[9]通過連桿[10]與曲軸[6′]連接，兩個相對應的曲柄銷在互為180°之后，每個充氣活塞曲柄銷在曲軸[6″]旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞[9]處于下死點排氣口D開啟時，相對應的充氣活塞[7]由α轉角確定的處于上行某行程位置。充氣缸蓋[3]和燃氣缸蓋[5]中的氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下封閉在氣門座上。
附圖1到4所示，進氣口A與汽化器(汽油機)或濾清器(柴油機)連接。排氣口D與帶有消聲器的排氣管連接。設計為柴油機，C口安裝噴油器和配有高壓輸油系統(tǒng)。設計為汽油機，C孔安裝火花塞和配有配電系統(tǒng)。起動裝置及潤滑系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機相同。
附圖1到4所示，曲軸曲柄銷分布角與燃氣缸和對應的充氣缸的缸數(shù)及曲軸每轉發(fā)火次數(shù)(多燃氣缸內(nèi)燃機)有關并涉及活塞和連桿的慣性力平衡問題，曲軸曲柄銷分布角應優(yōu)先選擇為180°和120°。充氣缸[2]缸徑和充氣活塞[7]行程構成的充氣工作容積及α轉角或充氣缸與燃氣缸夾角可按強化成度要求和燃不同燃料機型確定。曲軸箱[1]、充氣缸[2]、充氣缸蓋[3]、燃氣缸[4]、燃氣缸蓋[5]、曲軸[6]及[6′]和[6″]、充氣活塞[7]、燃氣活塞[9]、連桿[8]和[10]、氣門[11]和[12]的技術要求及選用材質(zhì)和制造方法與已有技術基本相同，在此不作詳述。
權利要求
1.一種充氣式二充程內(nèi)燃機，由曲軸箱[1]、充氣缸[2]、充氣缸蓋[3]、燃氣缸[4]、燃氣缸蓋[5]、充氣活塞[7]、燃氣活塞[9]、連桿[8]和[10]、曲軸及潤滑、配電、配氣、排氣、供油系統(tǒng)和起動裝置組成，本發(fā)明特征在于將每個燃氣缸配有一個充氣缸，充氣缸蓋[3]同充氣缸[2]及燃氣缸蓋[5]同燃氣缸[4]和裝有曲軸的曲軸箱[1]用螺絲組合在一起，充氣缸蓋[3]中設有進氣口A和過氣口B及氣門[11]，燃氣缸蓋[5]中設有噴油器或火花塞安裝孔C和氣門[12]，充氣缸[2]內(nèi)的充氣活塞[7]及燃氣缸[4]內(nèi)的燃氣活塞[9]分別通過連桿[8]和[10]與曲軸箱[1]內(nèi)的曲軸連接，在燃氣活塞[9]處于下死點位置處燃氣缸[4]設有排氣口D。
2.根據(jù)權利要求1所述的充氣式二充程內(nèi)燃機，其特征在于組成單置曲軸直列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機，該機從曲軸一端起奇數(shù)氣缸是充氣缸[2]，偶數(shù)氣缸是燃氣缸[4]，兩相鄰奇偶氣缸相對應，在燃氣活塞[9]處于下死點位置處燃氣缸[4]設有排氣口D，充氣缸[2]內(nèi)的充氣活塞[7]和燃氣缸[4]內(nèi)的燃氣活塞[9]分別通過連桿[8]和[10]與曲軸軸箱[1]內(nèi)的曲軸[6]曲柄銷連接，兩個相對應的曲柄銷在互為180°之后，充氣活塞曲柄銷在曲軸[6]旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞[9]在處于下死點排氣口D開啟時，相對應的充氣活塞[7]由α轉角確定的處于上行某行程位置，充氣缸蓋[3]中設有進氣口A和過氣口B及氣門[11]，燃氣缸蓋[5]中設有噴油器或火花塞安裝孔C及氣門[12]，氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下氣門[11]和[12]封閉在氣門座上。
3.根據(jù)權利要求1所述的充氣式二充程內(nèi)燃機，其特征在于組成單置曲軸V型雙列氣缸充氣式二充程內(nèi)燃機，該機充氣缸[2]和燃氣缸[4]是V型雙列布局，在曲軸[6]旋轉方向前一排列的是燃氣缸[4]，后一排列的是充氣缸[2]，兩排列氣缸相互對應，在燃氣活塞[9]處于下死點位置處燃氣缸[4]設有排氣口D，充氣活塞[7]和燃氣活塞[9]通過連桿[8]和[10]同曲軸箱[1]內(nèi)的曲軸[6]曲柄銷連接，并其每個對應的連桿[8]和[10]連接在一個曲柄銷上，充氣缸[2]和燃氣缸[4]的夾角，使每個燃氣活塞[9]在處于下死點排氣口D開啟時，相對應的充氣活塞[7]處于由兩氣缸夾角確定的上行某行程位置，充氣缸蓋[3]中設有進氣口A和過氣口B及氣門[11]，燃氣缸蓋[5]中設有噴油器或火花塞安裝孔C及氣門[12]，氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下氣門[11]和[12]封閉在氣門座上。
4.根據(jù)權利要求1所述的充氣式二沖程內(nèi)燃機，其特征在于組成雙置曲軸雙列氣缸充氣式二沖程內(nèi)燃機，該機燃氣缸[4]和充氣缸[2]雙列布局，兩列氣缸相互對應，在燃氣活塞[9]處于下死點位置處燃氣缸[4]設有排氣口D，曲軸箱[1]內(nèi)裝有兩個曲軸[6′]和[6″]，其中曲軸[6′]為燃氣活塞[9]曲軸，順時針旋轉做動力輸出軸，曲軸[6″]為充氣活塞驅動軸，與曲軸[6′]平行布置由兩個相同齒數(shù)齒輪傳動，逆時針旋轉，充氣活塞[7]通過連桿[8]與曲軸[6″]曲柄銷連接，燃氣活塞[9]通過連桿[10]與曲軸[6′]曲柄銷連接，兩個相對應的曲柄銷在互為180°之后，充氣活塞曲軸[6″]曲柄銷在旋轉方向遲后α轉角，使其每個燃氣活塞[9]處于下死點排氣口D開口時，相對應的充氣活塞[7]由α轉角確定的處于上行某行程位置，充氣缸蓋[3]中設有進氣口A和過氣口B及氣門[11]，燃氣缸蓋[5]中設有噴油器或火花塞安裝孔C及氣門[12]，氣門[11]和[12]裝有反作用彈簧，在充氣缸[2]和燃氣缸[4]內(nèi)無負氣壓時在彈簧作用下氣門[11]和[12]封閉在氣門座上。
全文摘要
充氣式二沖程內(nèi)燃機是將每個燃氣缸配有一個充氣缸結構的二沖程內(nèi)燃機。當內(nèi)燃機活塞下行時充氣缸向燃氣缸內(nèi)充氣，燃氣缸在燃氣活塞下死點位置處設有排氣口。曲軸每旋轉一周，燃氣活塞完成換氣、壓縮、燃燒膨脹一個工作循環(huán)。其特點是換氣效率高，充氣能力強。具有高效節(jié)能、排氣污染低、結構簡單、工作平穩(wěn)和加速性好等優(yōu)點。適宜設計為汽油機、柴油機及燃氫氣等燃料機型。
文檔編號F02B3/06GK1064916SQ9110597
公開日1992年9月30日 申請日期1991年8月23日 優(yōu)先權日1991年8月23日
發(fā)明者郝成武 申請人:郝成武