專利名稱：一種二沖程增壓汽油發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二沖程汽油發(fā)動機，特別是涉及一種結構精巧但功效較大、經(jīng)濟可靠的二沖程增壓汽油發(fā)動機。
在現(xiàn)有技術中，二沖程汽油發(fā)動機由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、活塞、曲柄連桿機構、氣門組、點火系和化油器等組成，其活塞是圓柱體形，用連桿推動曲軸旋轉，氣門組包括進氣孔、排氣孔和掃氣孔，它們分別由活塞在行動中來控制定時啟閉。發(fā)生的兩個沖程是第一沖程即輔助沖程，活塞自下止點向上移動，事先已充入活塞上方氣缸內(nèi)的工作混合氣被壓縮，而新的可燃混合氣又自化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)；第二沖程即作功沖程，活塞自上止點向下移動，活塞上方進行著作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓。其不足之處是(1)功率難以進一步提高，因為它的氣缸是對稱換氣，進氣、排氣是同時進行，排氣時間略長，既使廢氣不易排凈，又使新氣損失較大，導致其容積效率很低，燃燒效率不高，耗油量也較大，經(jīng)濟性比四沖程機差，因此二沖程汽油機一般只用在小型動力上，如機鋸、割草機、摩托車和小汽艇等。(2)二沖程機在結構上的特點很難使其體積在功率不變的情況下進一步縮小，盡管它是汽油發(fā)動機中結構最為緊湊輕巧的機型，但它們?nèi)允潜容^復雜，因為發(fā)動機需由許多機構和系統(tǒng)組成，如曲柄連桿機構，配氣與排氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)等，且其主要的零部件也往往結構復雜，加工難度較大，如形狀不規(guī)則的氣缸體、精度要求極高的氣缸和活塞、以及曲柄與連桿等。如果設置增壓器或增加缸數(shù)，更會增加氣缸體的復雜程度，并大大增加整機的體積。
一般為提高發(fā)動機的功率，常采用多缸或增壓的方式，特別是增壓方式需要配套適當?shù)脑鰤浩鳎ㄟ^增壓器預壓進入內(nèi)燃機中的空氣或混合氣，以提高其重度，增加噴油量，從而達到多燒燃料，提高功率的目的增壓器有機械式增壓、廢氣渦輪增壓及復合式增壓等多種，結構較復雜，因此多應用于中等功率以上的四沖程機上，事實上，帶連桿牽引、等容加熱循環(huán)的汽油發(fā)動機，根本無法推行增壓配氣方式，更不可能推行容積增壓方式。
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種結構既精巧，工藝性好，但功率又能明顯提高的二沖程增壓汽油發(fā)動機。
本發(fā)明的目的可以通過以的技術措施來實現(xiàn)本發(fā)明由機體、氣缸蓋、主軸箱、氣缸、活塞、曲軸、進氣孔、排氣孔、掃氣孔、點火系和化油器組成，其基本構成與現(xiàn)有技術基本相同，但省略連桿機構，故也沒有曲軸箱，同樣采用奧托循環(huán)原理，但結構上與現(xiàn)有技術截然不同，其特征在于(1)利用活動方型機件，包括氣缸、活塞，與固定的方形機體組成容積變化，實現(xiàn)工作循環(huán)。其中機體2是一個帶矩形通孔、軸線水平的空心柱體(參見圖2)，該矩形通孔的兩端分別由氣缸蓋1和主軸箱3封閉形成一矩形空腔，氣缸4a則是由一個與機體2分離的獨立零件—氣缸滑塊4的矩形通孔與氣缸蓋1和主軸箱壁3共同圍成，氣缸滑塊4裝在所述的機體2的矩形空腔中，以空腔的上下兩平行端面為滑道，氣缸滑塊4為滑塊構成滑軌滑塊機構，氣缸滑塊4可在氣缸體之空腔內(nèi)左右移動，并能在機體的矩形空腔中形成左右兩個容積不斷變化的腔室2a；可以利用至少1個腔室作增壓氣室為氣缸配氣，氣缸內(nèi)的活塞7也是立方體形，可在氣缸內(nèi)上下移動，并可形成一個或兩個氣缸，因此本發(fā)明不但能制成單缸發(fā)動機，還可以制成雙缸發(fā)動機，體積不變，只需增加一套配氣及排氣系即可；(2)(參見

圖1)曲軸與輸出軸同為一體，輸出軸5即為曲軸的中心軸部分，它位于主軸箱3內(nèi)，其軸心線與機體空腔2b的軸心線重合，曲軸的偏心端5a裝在活塞7的中心；(3)(參見圖1、3)氣缸內(nèi)的排氣孔11、掃氣孔10以及增壓氣室2a的送氣孔12設置在氣缸蓋1上的適當位置，增壓氣室2a的進氣孔13則與化油器14之間設置閥門機構。
本發(fā)明可以將活塞作增壓氣室2a的進氣孔13與化油器14之間的閥門機構。(參見圖4)活塞7內(nèi)設氣室7a，該氣室7a一端開口，利用主軸箱壁封閉，該箱壁上開有與主軸箱3連通的氣孔3a，無論活塞移動在任何位置，該氣孔3a均與活塞內(nèi)的氣室7a連通，從化油器14出來的混合工作氣A先進入主軸箱內(nèi)，再通過氣孔3a進入活塞內(nèi)的氣室7a中，當活塞側壁上的送氣孔7b與氣缸滑塊側壁上的進氣孔13接通時，增壓氣室2a即開始進入新氣A，直至送氣孔7b與進氣孔13錯位—進氣孔關閉為止。
本發(fā)明利用氣缸滑塊4與機體空腔、活塞7與氣缸4a組成容積變化來實現(xiàn)工作循環(huán)，以單缸增壓發(fā)動機為例(參見圖6)，簡述本發(fā)明的工作循環(huán)首先，從化油器14出來的混合氣體A由主軸箱3進入活塞7中，當進氣孔13開啟時，混合氣進入增壓氣室2a，其中圖6-a～圖6-d所示為第一沖程——輔助沖程，圖6-e～圖6-h所示屬第二沖程——作功沖程。
圖6-a；此時活塞7處于下止點，排氣孔11開啟最大，掃氣孔10剛剛開啟一點，左邊的增壓氣室2a中的新氣A開始進入工作氣缸進行掃氣過程，由于增壓氣室2a中已對新氣進行預壓，而氣缸4a內(nèi)又已先行排氣，故二者存在著明顯的壓差，氣缸迅速吸入新氣，排出廢氣8。與此同時，氣缸滑塊4正處在機體空腔的中間位置，它已對左邊的增壓氣室2a中的新氣進行了預壓，進氣孔13關閉著。
圖6-b；此時活塞7已開始從下止點向上移動，曲軸5順時針旋轉至下止點后45°的位置，排氣孔11即將被活塞7關閉，掃氣孔10仍然開啟繼續(xù)進新氣；而氣缸滑塊4因曲軸的轉動繼續(xù)向左移動，使增壓氣室2a繼續(xù)縮小，有助于將新氣送入氣缸內(nèi)。
圖6-c此時氣缸滑塊4平移至機體空腔的最左端，增壓氣室2a的新氣全部送入氣缸4a內(nèi)，活塞7則繼續(xù)上移，使曲軸位于下止點后90°，已關閉掃氣孔10，活塞7正對混合氣進行壓縮。另外活塞送氣與氣缸滑塊上的進氣孔13開始接通。
圖6-d，活塞7繼續(xù)上移，使曲軸轉至下止點后135°，對混合氣加壓到晚期，氣缸滑塊4已由曲軸帶動開始向左移動，增壓氣室進氣孔13開啟，因增壓氣室2a與活塞氣室7a之間存在壓差，故活塞氣室的混合氣被吸入增壓氣室，而增壓氣室將隨著氣缸滑塊右移而逐漸增大，并不斷進氣。
圖6-e活塞7移至上止點，火花塞15發(fā)出電火花，點燃被壓縮的混合氣；此時，氣缸滑塊4正處于機體空腔中間位置，進氣孔開啟最大，左邊增壓氣室繼續(xù)增大進入新氣。
圖6-f燃燒后的高溫高壓氣體膨脹迫使活塞7向下移動作功，使曲軸順時針轉至上止點后45°，氣缸滑塊4仍向左移動，左增壓氣室2a越來越大，持續(xù)進氣。
圖6-g氣缸滑塊4移至機體空腔的最左端，增壓氣室2a為最大容積，進氣孔13剛剛關閉，進氣過程結束；活塞7繼續(xù)下移作功，此時曲軸在上止點后90°的位置。
圖6-h活塞7下移，使曲軸處在上止點后135°，排氣孔11即將開啟排氣，氣缸滑塊4又被曲軸帶動開始左移，使左邊的增壓氣室2a縮小，對混合氣進行預壓。
活塞7繼續(xù)下移至下止點，重復圖6-g，完成一個工作循環(huán)，新的工作循環(huán)接著開始，活塞周而復始上下運動，通過曲軸將上下往復運動轉變?yōu)樾D運動，輸出功率。
從前述的工作循環(huán)中，我們可以了解到本發(fā)明的工作過程與現(xiàn)有技術狀況是有區(qū)別的(1)活塞自下止點向上移動時，在關閉排氣孔以后并不馬上對已充入活塞上方氣缸腔內(nèi)的混合氣進行壓縮，而是繼續(xù)進新氣，即為不對稱換氣。
(2)換氣過程包括兩個階段；第一階段，活塞作功下移，使曲軸順時針轉到下止點前49°時，換氣過程即開始，排氣孔開始打開排氣，但掃氣孔并沒有同時打開，而是當曲軸轉到下止點前2°時，掃氣孔才在氣缸滑塊平移中開啟，受預壓的新氣流入氣缸內(nèi)，并驅(qū)除廢氣，直至曲軸轉到下止點后49°時，排氣孔被上升的活塞完全關閉為止，這一過程與現(xiàn)有技術的換氣過程近似，稱掃氣階段。第二階段，氣缸腔內(nèi)的排氣孔被關閉后，掃氣孔仍繼續(xù)進新氣，直至曲軸繼續(xù)順時針轉至下止點后92°掃氣孔關閉為止，這一過程是現(xiàn)有技術中所沒有的，稱加氣階段。
本發(fā)明的排氣孔11開在氣缸蓋1的中部，無論氣缸滑塊4平移到機體空腔的任何位置，它都是處在氣缸工作腔內(nèi)的下端，它靠活塞的上下移動控制開關。掃氣孔10則開在氣缸蓋1的旁邊位置，該孔的高度高于排氣孔，靠氣缸滑塊的移動開啟，靠活塞7的上移來關閉。因為該孔高度高于排氣孔，所以，當活塞7上升關閉排氣孔11時，并不能把它同時關閉，活塞要再上升，使曲軸再轉過43°角時，它才會被上升的活塞7關閉。增壓氣室2a的送氣孔12開在氣缸蓋1的最側端，與掃氣孔10同處一邊并有通道聯(lián)通，增壓氣室2a的新氣A由送氣孔12經(jīng)聯(lián)通管道通過掃氣孔10進入氣缸內(nèi)。
本發(fā)明還可以采用兩套對稱分布的配氣和排氣系統(tǒng)，在體積不變的情況下，能增加一個工作氣缸，即可將氣缸下方因活塞上升而形成的空腔也配置配氣和排氣孔，使它與上工作氣缸一樣作功，左、右兩個增壓氣室分別給上、下兩個工作氣缸供應新氣，所述兩氣缸則交替工作，工作時的周期相距約160°，相當于現(xiàn)有的排列式雙缸發(fā)動機，或兩臺單缸發(fā)動機。
本發(fā)明還可以在活塞和氣缸的上端面或下端面，或上、下端面共同設置凹槽，以增大氣缸的容積，提供燃氣量，從而提高功率。
本發(fā)明既可采用壓燃方式，也可采用火花塞點火方式，相對來說，火花塞點火方式起動容易，效果較好。在結構上，火花塞15安裝在氣缸蓋1相對于氣缸4a上端或下端的位置上，以便在活塞7到達上止點時，點燃壓縮的混合氣。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有許多優(yōu)點；
一、本發(fā)明以與現(xiàn)有相等工作容積的二沖程汽油機相比，功率明顯提高，但結構卻大為簡化。因本發(fā)明(1)采有增壓氣室為氣缸配氣，增壓氣室的容積可比氣缸容積大兩倍．進行容積增壓，增大了發(fā)動機排量，氣缸所收增壓混合氣超過工作容積的70～80％；(2)采用氣缸不對稱換氣，提高了氣缸的容積效率，使其工作容積效率高達100％；(3)利用平移活塞平方運動原理創(chuàng)成一個機組兩個氣缸，相當于排列式雙缸發(fā)動機，因此，本發(fā)明的功率大大提高，若總排量為3.5的話，一臺本發(fā)明發(fā)動機相當于5臺現(xiàn)有相同氣缸工作容積的牽引單缸發(fā)動機。
二、利用增壓氣體掃氣，使氣缸內(nèi)的廢氣清除徹底，不會被廢氣混合新氣，而新氣不易損失，即使損失也是微乎其微的，因此本發(fā)明油耗較少，比一般相同容積的往復活塞內(nèi)燃機約低50％。
三、在結構上做了大膽的改進，不采用連桿結構，而是直接依靠曲軸轉換機械功輸出，同時改用氣缸滑塊作平移運動代替連桿運動，配氣工作循環(huán)采用平方運動原理控制定時進、排開關，可完全不用閥門，這樣結構大為精簡，零件只有10個左右，包括機體、氣缸蓋、主軸箱、氣缸滑塊、活塞、曲軸、化油墨以及軸承、墊圈或火花塞等，且活動的零件只有3個，即氣缸滑塊、活塞和曲軸，因此帶來以下諸多優(yōu)點(1)體積小，重量輕；(2)材料、工時節(jié)省，加工成本大大降低；(3)零件形狀規(guī)整簡單，結構簡化，工藝性好；(4)降低了發(fā)動機本身負荷消耗的機械功；(5)摩擦輕微，平移運動工作平穩(wěn)，四邊容積變化應力平衡，不會產(chǎn)生震擺和波浪壓力、惰性和沖擊性壓力，其噪音很低；(6)減少損壞，零件使用壽命高；(7)安裝與維持簡單方便。
因此，本發(fā)明完全能適應于輪船、車輛、航空、發(fā)電、抽水等配用，適應于大批量生產(chǎn)。
下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述；圖1是本發(fā)明實施例之一的主視剖面圖；圖2是圖1去掉氣缸蓋的左視圖；圖3是圖1所示氣缸蓋的右視圖；圖4是本發(fā)明主軸室與活塞氣室聯(lián)通的局部剖視圖；圖5是本發(fā)明掃氣示意圖，A表示新氣，B表示廢氣；圖6是本發(fā)明為單缸時的一個工作循環(huán)示意圖；圖7是圖1所示實施例的一個工作循環(huán)示意圖；圖8是本發(fā)明另一實施例的主視剖面圖。
圖1～圖5和圖7所示的二沖程增壓汽油發(fā)動機是本發(fā)明的實施例之一，它是一臺雙缸增壓汽油發(fā)動機，由氣缸蓋1、機體2、主軸箱3、氣缸滑塊4、氣缸4a、活塞7、曲軸5、掃氣孔10、排氣孔11、進氣孔13、增壓氣室送氣孔12、活塞氣室送氣孔7b、化油墨14、火花塞15和滑片8組成，三個固定件即氣缸蓋1、機體2和主軸箱3外均帶散熱片，其特征在于；機體1和氣缸滑塊4均為帶矩形通孔、軸線水平的空心柱體，氣缸滑塊4套于機體2的矩形通孔中，由氣缸蓋1和主軸箱3壁分別封閉機體通孔的兩端，而形成機體空腔和氣缸4a，氣缸滑塊4以機體空腔的上、下兩端面為滑道，可作左右往復運動，并在機體空腔中形成右、左兩增壓氣缸室2a；曲軸5與輸出軸同為一體，輸出軸為曲軸的中心軸部分，它安裝在主軸箱3內(nèi)，并一端伸出箱外，在其上安裝一飛輪20；曲軸的偏心部分5a安裝在活塞7的中心，活塞7也為矩形塊，在矩形氣缸內(nèi)可作上下運動，并帶動曲軸5做旋轉運動，曲軸5又通過活塞帶動氣缸滑塊4左右平移，創(chuàng)成十字線運動的模式和四邊的容積變化；以工作循環(huán)圖為依據(jù)，配氣與排氣孔有兩套，在機構內(nèi)對稱分布，其中，兩套掃氣孔10、排氣孔11、增壓氣室2a的送氣孔12均開設在氣缸蓋1上，兩掃氣孔10為扇形在氣缸蓋的對角線上分布，兩送氣孔12為長條形分別位于氣缸蓋1的左右兩側端，并分別與各自對應的掃氣孔10通孔聯(lián)通，兩排氣孔11為長條形，位于氣缸蓋1中部一上一下排布，相對于氣缸4a為上、下工作腔的下端；兩增壓氣室2a的進氣孔13分別開在氣缸滑塊左右兩側壁上，以水平中心線為界，左進氣孔13開在中心線以上，右進氣孔開在中心線以下；活塞7內(nèi)設氣室7a，該氣室依靠主軸箱3壁封閉，活塞7在氣缸4a內(nèi)上下運動時，始終與主軸箱壁和氣缸蓋密切接觸，活塞氣室7a依靠主軸箱3上的氣孔3a與主軸箱聯(lián)通，以便于接收來自化油器14的混合氣體；活塞7的左右側壁開設送氣孔7b，與進氣孔13的情況對稱，它也是以活塞水平中心線為界，但左孔位于中心線以下，右孔位于中心線以上；上述配氣與排氣孔是由活塞7和氣缸滑塊4控制定時開關，其中進氣孔13、排氣孔11由活塞7的運動控制開關，而掃氣孔10則由氣缸滑塊4控制開，活塞7控制關。它們的定時開關的情況可參見表1《一個工作循環(huán)中的配氣定時情況表》，本實施例的工作循環(huán)參見圖7，與單缸的情況相同，只是本發(fā)明雙缸交替作功，工作周期相差約160°，其工作的平衡性較好，功率也大增，本實施例的機械參數(shù)參見表2《機械參數(shù)表》。
本實施例在機體與氣缸蓋1和主軸箱3的結合面上設置了滑片8，滑片8可采用高硬度耐磨的材料制成，以減少活動件與固定件間的磨損，提高零件的壽命，同時降低成本，便于維修。
本實施例采用火花塞點火，兩火花塞15分別安裝在氣缸蓋1的上、下兩端。
本實施例在氣缸4a和活塞7的上、下兩端面均開有凹槽以增大氣缸的有效容積。
圖8所示的二沖程增壓汽油發(fā)動機是本發(fā)明的實施例之二，它也是一個雙缸增壓發(fā)動機，較前例小型，活塞的工作行程為前例的一半，它由氣缸蓋1、機體2、主軸箱3、氣缸滑塊4、曲軸5、活塞7、化油器14、火花塞15以及配氣、排氣孔組成，其結構與前例基本相同，但有4小處區(qū)別(1)增壓氣室2a是直接從化油器14吸取新鮮的混合氣，因此增壓氣室2a要設置進氣閥門，同時也可簡化活塞7和主軸箱3的結構。(2)輸出軸上安裝有平穩(wěn)塊16。(3)只在活塞上、下兩端面上開有凹槽，氣缸壁較薄不宜開凹槽。(4)兩排氣孔11各自直接通外，不象前例兩排氣孔11匯合一起后通外。本實施例的配氣定時情況和機械參數(shù)分別參見下列表1和表2。
權利要求
1.一種二沖程增壓汽油發(fā)動機，由氣缸蓋、機體、主軸箱、氣缸、活塞、曲軸、配氣和排氣系、化油器組成，機體外帶有散熱片，其特征在于(1)機體為帶有矩形通孔、軸線水平的空心柱體，該通孔的兩端分別由氣缸蓋和主軸箱壁封閉形成一矩形空腔；氣缸則由一個氣缸滑塊的矩形通孔與氣缸蓋、主軸箱壁共同圍成，氣缸滑塊裝在機體的矩形空腔中，以空腔的上下兩平行端面為滑道可作左右平，并在機體矩形空腔中形成左右兩個腔室，至少可利用1個腔室作增壓氣室為氣缸配氣；氣缸內(nèi)的活塞也是立方體形；(2)曲軸與輸出軸同為一體，輸出軸即為曲軸的中心軸部分，它位于主軸箱內(nèi)，其軸心線與機體空腔的軸心線重合，曲軸的偏心端裝在活塞的中心；(3)氣缸內(nèi)的排氣孔、掃氣孔以及增壓氣室的送氣孔設置在氣缸蓋上，增壓氣室的進氣孔則與化油器之間設置閥門機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于所述的排氣孔開在氣缸蓋1的中部，處在氣缸工作腔的下端；掃氣孔開在氣缸蓋的旁邊位置，該孔高度高于排氣孔；增壓氣室的送氣孔則開在氣缸蓋與掃氣孔同側的最側端。
3.根據(jù)權利要求2所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于可以采用兩套對稱分布的配氣和排氣孔，使左、右兩個增壓氣室分別給氣缸內(nèi)上、下兩個工作氣缸供新氣，可使兩個工作氣缸交替工作。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于可將活塞作為所述的進氣孔與化油器之間的閥門機構，在活塞內(nèi)設置氣室，其側壁上開有送氣孔，該氣室一端由主軸箱封閉，箱壁上開有與主軸箱連通的氣孔，使活塞氣室與主軸箱始終連通，化油器則與主軸箱連通。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于機體與氣缸蓋和主軸箱的結合面之間可加設一滑片。
6.根據(jù)權利要求4所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于機體與氣缸蓋和主軸箱的結合面之間可加設一滑片。
7.根據(jù)權利要求5所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于活塞的上端或下端面均可開設凹槽，以增大氣缸的容積。
8.根據(jù)權利要求6所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于活塞的上端或下端面均可開設凹槽，以增大氣缸的容積。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的二沖程增壓汽油發(fā)動機，其特征在于氣缸的上、下端面可開設凹槽，以增大氣缸容積。
全文摘要
一種二沖程增壓發(fā)動機，它由氣缸蓋、機體、主軸、氣缸滑塊、氣缸、活塞、曲軸、掃氣孔、排氣孔、進氣孔、化油器等組成，其特征在于機體內(nèi)通孔和氣缸滑塊、氣缸活塞均為矩形，機體由氣缸蓋和主軸箱封閉，分別形成矩形的機體腔和氣缸，氣缸內(nèi)活塞上、下運動，帶動曲軸轉動，輸出動力，同時曲軸又使氣缸滑塊在機體空腔中左右移動形成增壓氣室，并使之進氣和預壓，作容積增壓及不對稱換氣，從而達到提高容積效率和充氣效率，提高功率、簡化結構的目的。
文檔編號F02B75/02GK1135016SQ9511424
公開日1996年11月6日 申請日期1995年11月13日 優(yōu)先權日1995年11月13日
發(fā)明者張乃強 申請人:張乃強