專利名稱：改進的二沖程軸流式發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二沖程軸流式發(fā)動機(axial engine)或引擎，具體說，涉及加入渦輪增壓器的二沖程發(fā)動機或引擎。術(shù)語“發(fā)動機”及“沖程”可與“引擎”及“循環(huán)”互換。
發(fā)明的背景這些年來，發(fā)動機制造廠商研究改進了引擎的重量、尺寸、效率和制造成本，這在一定程度上促進了軸流式發(fā)動機的發(fā)展。軸流式發(fā)動機包括發(fā)動機氣缸體(engine block)，其中各氣缸在發(fā)動機氣缸體軸線周圍沿一圓周均勻分布，而不像傳統(tǒng)的發(fā)動機那樣布置在一直線上，或呈V型或水平對置分布。軸流式發(fā)動機活塞的往復(fù)運動通過諸如公開在NZ221336中那樣的斜盤結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)變成輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動。
軸流式二沖程發(fā)動機或引擎已開發(fā)出好幾種結(jié)構(gòu)，最大限度提高輸送到燃燒室的空氣的效率。采用的一種技術(shù)就是引進渦輪增壓器，某些現(xiàn)有的軸流式發(fā)動機也有渦輪增壓器，但它們放在氣缸體之外，帶來維修和操作問題，因此，擁有與軸流式發(fā)動機相關(guān)的渦輪增壓器的優(yōu)點并未全部實現(xiàn)。大多數(shù)軸流式發(fā)動機提供的一個優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，但有了在外面的部件，如放在外面的渦輪增壓器，這一優(yōu)點就沒有了或很小。
發(fā)明的概述因此本發(fā)明的目的是提供一種軸流式二沖程發(fā)動機，其渦輪增壓器固定方便，即克服了上述軸流式發(fā)動機產(chǎn)生的某些缺點。
所以，可認為本發(fā)明大體上是一種軸流式二沖程發(fā)動機，其發(fā)動缸體有二個以上氣缸沿發(fā)動機缸體軸線周圍分布。發(fā)動機缸體的每一個氣缸有一個或一個以上排氣孔。
發(fā)動機內(nèi)有一空腔，構(gòu)成排氣道和進氣道。發(fā)動機還包括渦輪增壓器，它有一個廢氣渦輪和一個增壓渦輪。渦輪增壓器位于內(nèi)腔中，因此增壓渦輪位于進氣道內(nèi)而廢氣渦輪位于排氣道內(nèi)。廢氣渦輪這樣定位因而從各排氣口出來的廢氣可驅(qū)動廢氣渦輪。
附圖簡要說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例可參照附圖進行說明，其中

圖1是從渦輪增壓器排氣端觀看的發(fā)動機氣缸體平面2是發(fā)動機缸體局部平面圖，它表明徑流(離心)式壓氣機，并去掉空氣室的外罩。
圖3是圖1的A-A剖面，剖面穿過多缸軸流式發(fā)動機，示出渦輪發(fā)動機和一個氣缸。
圖4是多缸軸流式發(fā)動機另一實施例的剖面圖，示出渦輪增壓器，一個排氣道伸到了發(fā)動機氣缸體外面的氣缸優(yōu)選實施方案的詳述參看附圖，顯而易見，根椐本發(fā)明所述的軸流式二沖程發(fā)動機及集成渦輪增壓器可以多種形式實施。下面幾個實例只是作為例子。
圖1是軸流式二沖程發(fā)動機的附圖，它包括根椐本發(fā)明所述的集成渦輪增壓器。軸流式二沖程發(fā)動機或引擎100包括發(fā)動機缸體106，它最好是鋁鑄件，其中裝入許多氣缸101-105。各氣缸布置在發(fā)動機缸體106的縱軸305周圍的圓周上，使各氣缸在軸線305周圍均勻分布?？v軸305示于圖3及圖4中。發(fā)動機結(jié)構(gòu)必須有二個以上的互相均勻隔開的氣缸，但在本優(yōu)選實施例中有5個氣缸101-105。
軸流式二沖程發(fā)動機100還包括渦輪增壓器308，它優(yōu)選地布置在發(fā)動機缸體106的內(nèi)部。渦輪增壓器308最好與發(fā)動機缸體106的軸線305共軸而處于均布氣缸101-105的包圍中。
圖1示出渦輪增壓器308的端視圖，圖上可見廢氣渦輪107，它是渦輪增壓器的組成部分，它顯示布置在發(fā)動機缸體106內(nèi)的渦輪增壓器308大體上在沿圓周分布的氣缸101-105的中央。圖3及圖4較清楚地顯示整個渦輪增壓器308的位置。每個氣缸101-105上有各自的噴油嘴、火花塞或其他與噴射或點火相關(guān)的部件的通道，發(fā)動機缸體上還有系緊螺栓的螺栓孔。
同樣，圖2示出軸流式二沖程發(fā)動機100的仰視平面圖。為了顯露增壓渦輪200，這是渦輪增壓器308對置端的部件，已將空氣室的外罩320去除。在增壓渦輪301和沿圓周分布的氣缸101-105的中間是空氣室201?？諝馐?01通過轉(zhuǎn)向通道202-206通到氣缸101-105?；善y207-211位于各轉(zhuǎn)向通道202-206與空氣室201中間，可控制空氣室｀201與各轉(zhuǎn)向通道202-206之間的流動。下面詳細描述空氣室201及轉(zhuǎn)各向通道202-206的作用。
現(xiàn)在參看圖3和圖4詳細說明集合渦輪增壓器308的結(jié)構(gòu)。圖3是發(fā)動機缸體106的一個優(yōu)選實例的剖視圖，缸體106的軸線305周圍均布5個氣缸101-105。該剖面是圖1所示A-A剖面，圖上示出5個氣缸101-105中的1個101。
各氣缸101-105是相同的。因此雖然這些說明指的是看見的氣缸101，但顯然這些說明可擴大到發(fā)動機氣缸體106中所有氣缸101-105?；钊?00在氣缸101內(nèi)作往復(fù)運動，氣缸體101已裝上噴油嘴301或其他的將燃料送到氣缸101并點火燃燒的噴射點火部件。一般地說，這些部件基本上以二沖程發(fā)動機的傳統(tǒng)方式工作。
活塞300連接一根連桿302，在連桿302的一端是球形接頭303，被定位在活塞300底部內(nèi)的關(guān)聯(lián)的球座304中。發(fā)動機缸體中106中的活塞300與連桿302組合的往復(fù)運動，通過任何適合于軸流式發(fā)動機的動力傳動裝置，如斜盤裝置，被轉(zhuǎn)換成輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動。
在發(fā)動機缸體內(nèi)有一空腔，它與發(fā)動機缸體106的縱軸線305基本上共軸。該空腔構(gòu)成吸氣道306和排氣收集器導(dǎo)管307。渦輪增壓器308位于此空腔內(nèi)。渦輪增壓器308在發(fā)動機缸體106中的位置基本上與軸線305重合，因此，平行于氣缸101-105的長度方向。渦輪增壓器308包括部件309，它支撐著旋轉(zhuǎn)的渦輪軸310，該軸的一端配置廢氣渦輪107，軸的另一端是增壓渦輪，即徑流式壓氣機200。渦輪增壓器308還包括增壓渦輪端軸承311和廢氣渦輪端軸承312。這二個軸承在本優(yōu)選實施例中分別安裝在壓氣機200和廢氣渦輪107的內(nèi)側(cè)。在一可選用的實施例中，軸承311、312就安裝在外側(cè)，正如許多船舶發(fā)動機經(jīng)常采用的。在一優(yōu)選實施例中，渦輪增壓器308還包括導(dǎo)葉313，它緊靠廢氣渦輪107且與發(fā)動機缸體106的縱軸305重合。
在一可選用的實例中，導(dǎo)葉313上鉆孔，使冷卻劑及/或潤滑劑可輸送到裝在內(nèi)側(cè)的廢氣輪端軸承312。冷卻劑可以是水，潤滑劑可以是任何各選的潤滑油。
在另一可選實施例中，渦輪軸310是空心的，因此冷卻空氣和油霧可從導(dǎo)葉313及排氣端軸承312流向壓氣機端軸承311。
內(nèi)腔中最好還有向里凸起的機制環(huán)形面，也叫臺肩314,315，是機加工而成。渦輪增壓器的部件309安裝到該向里凸起環(huán)形面314,315上，使廢氣渦輪107及導(dǎo)葉313位于內(nèi)腔排氣道307中而增壓渦輪200在內(nèi)腔的進氣道306中，廢氣渦輪107及導(dǎo)葉313可位于排氣道307的任何地方。
氣缸101的壁上有一個或一個以上排氣孔316，可經(jīng)廢氣通道317到達排氣道307。氣缸101的壁上還有一個或一個以上進氣口319，這些孔經(jīng)圖2所示轉(zhuǎn)向通道202到達空氣室201?；善y207位于轉(zhuǎn)向通道202和空氣室201入口之間，用于控制空氣在空氣室201和轉(zhuǎn)向通道202之間的流動，空氣室201有一外罩320，此外罩320和渦輪增壓器部件307之間是擴散器321。
圖4示出具有集合渦輪增壓器308的發(fā)動機缸體106的可選實施例。內(nèi)腔的排氣道307伸到發(fā)動機缸體106的主體外，排氣道307的外面部分400與里面部分401轉(zhuǎn)一定角度。排氣道307的里面部分401和外面部分400的角度大致為90度，但顯然其他角度也可以。
渦輪軸310穿過排氣道307的里面段401并在排氣道307的外面段400上形成的機座中受到轉(zhuǎn)動支承。渦輪軸310在端軸承503中轉(zhuǎn)動，導(dǎo)葉313及廢氣渦輪307配置在渦輪軸310上，其位置約在排氣道307的內(nèi)外段401和400的交界處。顯而易見，導(dǎo)葉313和廢氣渦輪307可放在排氣道307內(nèi)任何位置上。
現(xiàn)在參看氣缸101來說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的運轉(zhuǎn)。顯然各氣缸101是相同的，因此有關(guān)氣缸101的說明可推廣到其他氣缸。
渦輪增壓器由氣缸101排出的廢氣327驅(qū)動，在發(fā)動機循環(huán)的排氣階段，活塞300在氣缸101內(nèi)往下運動，使氣缸101的壁上的一個或一個以上排氣孔316暴露出來。燃燒循環(huán)排放的廢氣327由氣缸101經(jīng)過這些一個或一個以上的排氣孔316排出。排出的廢氣327通過排氣道317，又穿過其中的導(dǎo)葉313，直接導(dǎo)向廢氣渦輪107。一旦廢氣327沖擊到廢氣渦輪107上即進入排氣道307。
廢氣渦輪的轉(zhuǎn)動使渦輪軸310旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動增壓渦輪200，增壓渦輪200的轉(zhuǎn)動將空氣328經(jīng)過吸氣道302吸入并使壓縮空氣328經(jīng)擴散器321進入空氣室201。在進氣沖程時活塞300上行，差壓使簧片閥207開啟并使空氣328從空氣室201轉(zhuǎn)移到活塞300下面的容積326中，在然燒循環(huán)的空氣遷移階段，活塞300在氣缸101中往下移動，向活塞下方的空氣328加壓，因而關(guān)閉簧片閥207。當(dāng)活塞300再向下移動時，氣缸101壁上的進氣口319便暴露出來，活塞300下方容積326內(nèi)的受壓縮的空氣328便經(jīng)轉(zhuǎn)向通道202-206和一個或一個以上的進氣孔319進入氣缸101。
在又一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明還包括一個冷卻劑夾套322。夾套322是渦輪增壓器的部件309，向里凸出面314、315，和發(fā)動機缸體106一起組合所形成的。平常使用水作冷卻劑，是經(jīng)冷卻劑進口323供向冷卻劑夾套322的。冷卻劑流經(jīng)冷卻劑夾套322環(huán)流，能使渦輪增壓器308散熱，渦輪增壓器部件309和由里凸出面314、315與發(fā)動機缸體106組成的金屬塊的結(jié)合提供有效散熱，使循環(huán)的冷卻劑在發(fā)動機100停止運轉(zhuǎn)時可散去渦輪增壓器308的熱量，渦輪增壓器308的這種方式的散熱可減少在渦輪增壓器308的熱量，渦輪增器308的這種方式的散熱可減少在渦輪增壓器308中使用的潤滑劑發(fā)生的碳化的可能性。
在又一實例中，水冷夾套包圍排氣道307的外面段400，為渦輪軸310及軸承503提供冷卻。
權(quán)利要求
1．一種軸流式二沖程發(fā)動機包括發(fā)動機缸體，它有二個以上均布在發(fā)動機缸體軸線四周的氣缸，每個氣缸上有一個或一個以上排氣口，位于所述的發(fā)動機缸體內(nèi)的內(nèi)腔，該內(nèi)腔構(gòu)成排氣道和進氣道，及渦輪增壓器，它包括廢氣渦輪和增壓渦輪，其中，渦輪增壓器配置在所述的內(nèi)腔中，使增壓渦輪位于進道內(nèi)而廢氣渦輪位于排氣道內(nèi)，廢氣渦輪的位置使排氣口出來的廢氣可以驅(qū)動廢氣渦輪。
2．根椐權(quán)利要求1所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中渦輪增壓器包括一部件，該部件固定在位于內(nèi)腔中的向內(nèi)凸出的機加工環(huán)形面上。
3．根椐權(quán)利要求1所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中渦輪增壓器還包括一導(dǎo)葉，它位于排氣道內(nèi)，使各排氣口出來的廢氣可經(jīng)過導(dǎo)葉而入廢氣渦輪。
4．根椐權(quán)利要求1所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中由內(nèi)腔構(gòu)成的排氣道至少有一部分延伸到發(fā)動機缸體外。
5．根椐權(quán)利要求3所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中導(dǎo)葉上鉆孔，使導(dǎo)葉能將冷卻劑或潤滑劑傳送到渦輪的端軸承。
6．根椐權(quán)利要求2所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中環(huán)形面結(jié)合發(fā)動機缸體及渦輪增壓器部件形成冷卻劑夾套，夾套中環(huán)流的冷卻劑可冷卻渦輪增壓器。
7．利要求1所述的軸流式二沖程發(fā)動機還包括排氣道，它延伸到發(fā)動機缸體以外，其中還有冷卻劑夾套可冷卻外側(cè)排氣端軸承。
8．根椐權(quán)利要求1所述的軸流式二沖程發(fā)動機，其中渦輪端軸承裝在渦輪的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
9．種將可燃混合物裝料輸送到軸流式發(fā)動機缸體的氣缸中的方法包括以下幾步將氣缸排出的廢氣引導(dǎo)到位于發(fā)動機缸體內(nèi)的渦輪增壓器的廢氣渦輪，由排出的廢氣轉(zhuǎn)動廢氣渦輪，從而轉(zhuǎn)動在發(fā)動機缸體內(nèi)的增壓渦輪，借助于轉(zhuǎn)動增壓渦輪使空氣穿過發(fā)動機缸體的進氣道吸入，將此空氣引導(dǎo)到發(fā)動機缸體的一個或一個以上的氣缸中。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括集成式渦輪增壓器(308)的軸流式二沖程發(fā)動機(100),發(fā)動機(100)有二個以上氣缸(101－105)布置在發(fā)動機缸體(106)的縱軸線(305)周圍的圓周上,發(fā)動機缸體(106)中有一內(nèi)腔,形成排氣道(307)和進氣道(306),渦輪增壓器位于內(nèi)腔中因而也位于發(fā)動機缸體(106)內(nèi),渦輪增壓器(308)的廢氣渦輪(107)位于排氣道(307)中而增壓渦輪位于進氣道(306)中。
文檔編號F02B67/10GK1321218SQ99810239
公開日2001年11月7日 申請日期1999年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月19日
發(fā)明者R·J·沙特爾沃思, J·B·雷尼 申請人:沙特爾沃思軸流式發(fā)動機有限公司