專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二沖程直流掃氣點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種二沖程直流掃氣點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)。尤其是掃氣道在氣缸蓋的二沖程直流掃氣點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
目前公知的二沖程點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)多采用回流掃氣方式，見(jiàn)圖1。由于氣缸內(nèi)清掃程度較差，殘留廢氣多及新氣短路等原因，其燃油耗及尾氣排放等指標(biāo)較差。如采用直流掃氣方式，由氣缸下部進(jìn)入新氣，廢氣由缸蓋排氣門(mén)排出，如圖2，則缸內(nèi)清掃較干凈，新氣短路少，已在柴油機(jī)亦即壓燃式內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用。此方式仍有不足之處，與同排量四沖程內(nèi)燃機(jī)相比，在轉(zhuǎn)速相同時(shí)，缸蓋及氣門(mén)熱負(fù)荷更高，用于點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)時(shí)，在缸蓋及排氣門(mén)處易形成熱點(diǎn)，引起爆燃、熾熱點(diǎn)火、活塞燒頂、排氣門(mén)斷頭、氣缸變形造成拉缸等事故。
也已公知，若在點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)形成回轉(zhuǎn)氣流(氣流回轉(zhuǎn)軸垂直于氣缸軸線者為滾流，氣流繞氣缸軸線者為旋流)，并在壓縮終了仍保持回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及擠氣流，渦流及紊流，則加速了點(diǎn)火后火焰?zhèn)鞑ニ俣燃叭紵?，有利于使用稀混合氣，避免使用稀混合氣帶?lái)的燃燒慢，排氣溫度高、各循環(huán)間在缸內(nèi)壓力變動(dòng)大等不利因素，從而降低燃油耗及排放。
也已公知，為減少二沖程點(diǎn)燃式回流掃氣內(nèi)燃機(jī)掃氣時(shí)因短路而損失的新鮮混合氣，已出現(xiàn)一種掃氣方式即“空氣頭掃氣”，亦即使純空氣進(jìn)入掃氣道內(nèi)，而新鮮混合氣進(jìn)入曲軸箱，掃氣時(shí)，純空氣首先進(jìn)入氣缸清掃廢氣，并有一部分隨廢氣排出，隨后新鮮混合氣才進(jìn)入氣缸，這就減少了掃氣時(shí)損失的新鮮混合氣，降低燃油耗及排放的HC?，F(xiàn)有的大多數(shù)回流掃氣二沖程點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)不能采用“空氣頭掃氣”，因如圖3所示，活塞在上死點(diǎn)時(shí)，活塞裙部下邊緣將掃氣口露出，因此掃氣道內(nèi)不能保證存在純空氣。
當(dāng)配氣機(jī)構(gòu)采用壓力潤(rùn)滑時(shí)，需考慮潤(rùn)滑油向曲軸箱回油，因此內(nèi)燃機(jī)安裝位置(如立式、斜置、臥式或立軸等)不能任意選用，以免影響發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑。
為滿(mǎn)足尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，需要尾氣催化器，多位于消聲器內(nèi)，采用貴金屬催化劑，在我國(guó)屬于緊缺資源，需考慮減少貴金屬用量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的二沖程點(diǎn)燃式(指回流掃氣及氣缸下部進(jìn)氣的直流掃氣)內(nèi)燃機(jī)的缸蓋、氣門(mén)熱負(fù)荷高，且難以用空氣頭掃氣來(lái)減少掃氣時(shí)短路損失的新鮮混合氣，為了在缸內(nèi)形成促進(jìn)稀混合氣正常燃燒的回轉(zhuǎn)氣流，為了內(nèi)燃機(jī)安裝位置不受限制，也為了減少尾氣催化器使用的貴金屬催化劑，本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的(結(jié)合圖4及圖9說(shuō)明)將掃氣氣門(mén)及一部分掃氣道設(shè)在氣缸蓋上，而排氣口設(shè)在氣缸下部，則排氣不經(jīng)過(guò)氣缸蓋，缸蓋受熱較輕，熱負(fù)荷不高。
如圖4所示，使氣門(mén)偏于氣缸一側(cè)，缸蓋及活塞一部分為斜面，活塞另一部分為凹腔，形成燃燒室，掃氣時(shí)，氣缸內(nèi)可形成回轉(zhuǎn)氣流亦即滾流。壓縮終了活塞頂?shù)男泵娈a(chǎn)生擠氣流，加強(qiáng)了空腔內(nèi)渦流、紊流，加速了火焰?zhèn)鞑ゼ叭紵?，有利于使用稀混合氣?br> 在排氣口后設(shè)圓筒形旋轉(zhuǎn)閥，閥前及閥內(nèi)設(shè)有金屬柵板，板上涂有能在高溫下起氧化作用的催化劑，如Ni、Cr、Co、Cu等金屬氧化物。由于閥緊靠排氣口，閥溫度接近排氣溫度(約600℃左右)，適合于非貴金屬催化劑起催化作用的溫度，故排氣進(jìn)入消聲器內(nèi)的催化器之前已得到一定程度凈化，從而減少催化器的負(fù)擔(dān)，也減少了其質(zhì)量、體積及貴金屬用量。
當(dāng)用曲軸箱掃氣亦即曲軸箱作為掃氣泵，且燃料為燃油加潤(rùn)滑油時(shí)，在空氣濾清器之后設(shè)純空氣道及其閥(即圖4中純空氣控制閥)，在缸蓋掃氣道上另設(shè)空氣閥(即圖4中的空氣簧片閥)，在缸蓋掃氣道氣門(mén)前設(shè)調(diào)節(jié)閥。就可使掃氣前純空氣進(jìn)入掃氣道，掃氣時(shí)，純空氣首先進(jìn)入氣缸清掃廢氣，隨后新鮮混合氣才進(jìn)入氣缸，從而實(shí)現(xiàn)“空氣頭掃氣”。
在本方案結(jié)構(gòu)上，新鮮混合氣在途中掃過(guò)凸輪搖臂等配氣機(jī)構(gòu)，故配氣機(jī)構(gòu)處于混合氣潤(rùn)滑油油霧潤(rùn)滑之中，此種潤(rùn)滑方式使發(fā)動(dòng)機(jī)采用立式、斜置、臥式或立軸都不影響發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑。
由于掃氣道較長(zhǎng)，且與配氣機(jī)構(gòu)搖臂室連通，故增加了曲軸箱余隙容積減少了曲軸箱壓縮比，尤其在低負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣量小，掃氣壓力低，掃氣流速低，對(duì)掃氣效果不利。為此在掃氣道內(nèi)設(shè)一調(diào)節(jié)閥，在低負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度小，維持掃氣流速不致過(guò)低。
如圖9所示，當(dāng)氣門(mén)及燃燒室在氣缸中心時(shí)，活塞為平頂，掃氣道為螺旋形，燃燒室處于缸蓋內(nèi)。掃氣時(shí)，汽缸內(nèi)形成旋流，壓縮終了，旋流被擠入缸蓋燃燒室內(nèi)，仍保持回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并有擠氣流及強(qiáng)紊流，加速了點(diǎn)火后火焰?zhèn)鞑ニ俣燃叭紵欣谑褂孟』旌蠚?。在曲軸箱做掃氣泵且燃料為燃油加潤(rùn)滑油時(shí)，仍在空氣濾清器后設(shè)純空氣道及其閥(即圖9中純空氣控制閥)，在缸蓋掃氣道設(shè)空氣簧片閥，缸蓋掃氣道設(shè)調(diào)節(jié)閥，同樣可實(shí)現(xiàn)“空氣頭掃氣”。且在結(jié)構(gòu)上同樣使配氣機(jī)構(gòu)處于混合氣潤(rùn)滑油油霧潤(rùn)滑之中。
本實(shí)用新型的有益效果是減少缸蓋氣門(mén)熱負(fù)荷、增加其工作可靠性，減少掃氣時(shí)因短路而損失的新鮮混合氣，并有助于燃燒稀混合氣，從而降低燃油耗及排放。內(nèi)燃機(jī)安裝位置可以不受限制，還可減少貴金屬催化劑的用量。


圖1是采用回流掃氣方式的二沖程點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)掃氣示意圖。
圖2是采用直流掃氣方式的二沖程內(nèi)燃機(jī)，新氣由氣缸下部進(jìn)入，廢氣由缸蓋氣門(mén)排出的示意圖。
圖3是表示由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的限制，掃氣道內(nèi)保存不了純空氣，難以采用空氣頭掃氣的示意圖。
圖4是本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例方案，是當(dāng)掃氣道在缸內(nèi)產(chǎn)生滾流時(shí)，處于掃氣狀態(tài)的示意圖。
圖5是第一個(gè)實(shí)施例中，壓縮終了，點(diǎn)火前缸內(nèi)、掃氣道與管路內(nèi)的氣流示意圖。
圖6是第一個(gè)實(shí)施例中，大負(fù)荷時(shí)，掃氣道內(nèi)調(diào)節(jié)閥位置圖。
圖7是第一個(gè)實(shí)施例中，小負(fù)荷時(shí)，掃氣道內(nèi)調(diào)節(jié)閥位置圖。
圖8是掃氣道內(nèi)的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形狀圖。
圖9是本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例方案，是當(dāng)掃氣道在缸內(nèi)產(chǎn)生旋流時(shí)，處于掃氣狀態(tài)的示意圖。
圖10是第二個(gè)實(shí)施例中，壓縮終了，點(diǎn)火前缸內(nèi)、掃氣道與管路內(nèi)的氣流示意圖。
圖11是第二個(gè)實(shí)施例中，大負(fù)荷時(shí)，掃氣道內(nèi)調(diào)節(jié)閥位置圖。
圖12是第二個(gè)實(shí)施例中，小負(fù)荷時(shí)，掃氣道內(nèi)調(diào)節(jié)閥位置圖。
圖13是排氣口后的旋轉(zhuǎn)閥在常用的中小負(fù)荷下，處于小開(kāi)度位置的示意圖。
圖14是該旋轉(zhuǎn)閥的俯視剖視圖。
圖15是該旋轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)形狀圖。
圖中1.曲軸箱 2.排氣口及排氣道 3.活塞 4.氣缸 5.掃氣道及管路6.掃氣道內(nèi)空氣簧片閥 7.純空氣道 8.配氣機(jī)構(gòu) 9.缸蓋及火花塞10.純空氣控制閥 11.空氣濾清器 12.化油器 13.進(jìn)氣簧片閥14.調(diào)節(jié)閥 15.旋轉(zhuǎn)閥
具體實(shí)施方式
圖4及圖9為同一構(gòu)思的兩個(gè)方案，圖4方案在缸內(nèi)形成滾流，圖9方案在缸內(nèi)形成旋流，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。
圖4所示為掃氣狀態(tài)，此時(shí)閥6及13關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)新鮮混合氣(含燃油及潤(rùn)滑油油霧)經(jīng)過(guò)掃氣道5，掃過(guò)配氣機(jī)構(gòu)8的凸輪、搖臂及缸蓋掃氣道進(jìn)入氣缸形成回轉(zhuǎn)氣流亦即滾流，而混合氣途中，凸輪、搖臂等配氣機(jī)構(gòu)就處于混合氣中潤(rùn)滑油油霧的潤(rùn)滑之中。
圖5所示為活塞上行到壓縮終了，點(diǎn)火前狀態(tài)。此時(shí)掃氣道氣門(mén)已關(guān)閉，回轉(zhuǎn)氣流被擠到活塞頂空腔內(nèi)，仍保持回轉(zhuǎn)或分散為幾個(gè)小渦流。而活塞頂斜面產(chǎn)生擠氣流也加強(qiáng)了空腔內(nèi)渦流及紊流，從而加速了點(diǎn)火后火焰?zhèn)鞑ニ俣燃叭紵?。此外，在活塞上行時(shí)，曲軸箱產(chǎn)生負(fù)壓，新鮮混合氣經(jīng)進(jìn)氣簧片閥13進(jìn)入曲軸箱，純空氣經(jīng)閥10(亦即純空氣控制閥)及純空氣道7與掃氣道內(nèi)空氣閥6(亦即空氣簧片閥)進(jìn)入掃氣道形成“空氣頭”，此時(shí)掃氣道5內(nèi)為純空氣，而非新鮮混合氣。當(dāng)點(diǎn)火燃燒膨脹作功，活塞下行打開(kāi)排氣口排出廢氣，然后缸蓋氣門(mén)打開(kāi)，掃氣道內(nèi)純空氣首先進(jìn)入氣缸清掃廢氣，并有一部分隨廢氣排出，隨后新鮮混合氣才進(jìn)入氣缸，減少了掃氣時(shí)損失的新鮮混合氣。當(dāng)缸蓋只設(shè)一個(gè)掃氣道及氣門(mén)時(shí)，掃氣道氣門(mén)前的調(diào)節(jié)閥14在大負(fù)荷時(shí)位置如圖6，小負(fù)荷時(shí)位置如圖7，閥的特定形狀如圖8。其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)閥處于調(diào)節(jié)范圍內(nèi)任一位置，氣流對(duì)閥作用力合力總是穿過(guò)閥旋轉(zhuǎn)軸，故不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)閥的驅(qū)動(dòng)力不需很大，只須克服摩擦力。該閥的形狀特征是閥壁及與之配合的氣道壁面都是圓弧形，其中心即是閥軸中心。當(dāng)缸蓋設(shè)兩個(gè)掃氣道及氣門(mén)時(shí)，在一個(gè)掃氣道內(nèi)設(shè)蝶型閥，低負(fù)荷時(shí)關(guān)閉一個(gè)掃氣道來(lái)維持掃氣流速不過(guò)低。
圖9方案中，缸蓋內(nèi)為螺旋氣道，圖中所示為掃氣狀態(tài)，閥6及13關(guān)閉，新鮮混合氣經(jīng)掃氣道5掃過(guò)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)入氣缸形成旋流。當(dāng)活塞上行到壓縮終了點(diǎn)火前狀態(tài)如圖10，缸內(nèi)旋流被擠入缸蓋燃燒室內(nèi)，仍保持回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并有擠氣流及強(qiáng)紊流，促進(jìn)了點(diǎn)火后火焰?zhèn)鞑ニ俣燃叭紵?。新鮮混合氣經(jīng)閥13進(jìn)入曲軸箱1，純空氣經(jīng)閥10(亦即純空氣控制閥)、純空氣道7與掃氣道內(nèi)空氣閥6(亦即空氣簧片閥)進(jìn)入掃氣道，當(dāng)掃氣時(shí)先進(jìn)入氣缸。調(diào)節(jié)閥的特定形狀與圖8所示相似，大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)閥14位置如圖11，小負(fù)荷時(shí)閥14的開(kāi)度較小，如圖12。
采用“空氣頭掃氣”的純空氣流量用閥10(亦即純空氣控制閥)控制。在常用的中小負(fù)荷下，純空氣流量可以大些，在怠速及接近最大功率工況下，需要濃混合氣，故純空氣流量應(yīng)小或等于零。
排氣口處所設(shè)圓筒形旋轉(zhuǎn)閥15如圖13，在常用的中小負(fù)荷下，旋轉(zhuǎn)閥開(kāi)度小(見(jiàn)圖13)，可以增加活塞的有效行程，而且因閥對(duì)排氣節(jié)流，可在掃氣時(shí)減少新鮮混合氣逃逸。在高負(fù)荷時(shí)，閥開(kāi)度大，流阻小，故不影響最大功率。
本實(shí)用新型發(fā)動(dòng)機(jī)也可以不用曲軸箱掃氣，而用外部專(zhuān)設(shè)的掃氣泵。也可不用化油器，而用在掃氣道內(nèi)低壓噴射燃油，或在氣缸內(nèi)高壓直接噴射燃油。這種情況下，不采用“空氣頭掃氣”，而且掃氣道不連通缸蓋配氣機(jī)構(gòu)，故在結(jié)構(gòu)上配氣機(jī)構(gòu)不處于混合氣潤(rùn)滑油油霧潤(rùn)滑之中，而由帶壓力的潤(rùn)滑油供給配氣機(jī)構(gòu)，亦即由壓力潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑。
權(quán)利要求1.一種二沖程直流掃氣點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)由曲軸箱、排氣口、活塞、氣缸、掃氣道及缸蓋構(gòu)成，其特征是在缸蓋上有掃氣氣門(mén)及一部分掃氣道，而排氣口在氣缸下部，在排氣口后設(shè)有圓筒形旋轉(zhuǎn)閥，在閥前及閥內(nèi)設(shè)有金屬柵板，柵板上涂有催化劑，氣門(mén)偏于氣缸一側(cè)時(shí)，缸蓋及活塞的一部分為斜面，活塞的另一部分為凹腔，氣門(mén)及燃燒室在氣缸中心時(shí)，活塞為平頂，掃氣道為螺旋形，燃燒室處于缸蓋內(nèi)，當(dāng)曲軸箱作為掃氣泵且燃料為燃油加潤(rùn)滑油時(shí)，在空氣濾清器之后設(shè)純空氣道及閥，亦即純空氣控制閥，并在缸蓋掃氣道上設(shè)空氣簧片閥，缸蓋掃氣道的氣門(mén)前設(shè)有調(diào)節(jié)閥，在結(jié)構(gòu)上，缸蓋配氣機(jī)構(gòu)處于混合氣潤(rùn)滑油油霧潤(rùn)滑之中，當(dāng)采用專(zhuān)設(shè)掃氣泵及燃油噴射時(shí)，則不設(shè)空氣濾清器后的純空氣道及其閥，也不設(shè)缸蓋掃氣道上的空氣簧片閥及掃氣道氣門(mén)前的調(diào)節(jié)閥，而在結(jié)構(gòu)上，則有壓力潤(rùn)滑油通到配氣機(jī)構(gòu)處。
2.按權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征是在氣門(mén)前所設(shè)的調(diào)節(jié)閥的閥壁及與之配合的掃氣道壁都是圓弧型，圓弧中心都是閥的軸心。
專(zhuān)利摘要一種二沖程直流掃氣點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，旨在降低缸蓋氣門(mén)熱負(fù)荷，減少掃氣損失燃油、能燃燒稀混合氣、潤(rùn)滑不受安裝位置限制并可減少所用貴金屬催化劑。方案要點(diǎn)是缸蓋上有掃氣道氣門(mén)，排氣口在氣缸下部，排氣口后設(shè)圓筒形旋轉(zhuǎn)閥，閥前閥內(nèi)有涂催化劑柵板。氣門(mén)偏于氣缸一側(cè)時(shí)，缸蓋及活塞一部為斜面，活塞另一部為凹腔。氣門(mén)及燃燒室在氣缸中心時(shí)，活塞為平頂，掃氣道為螺旋形。當(dāng)曲軸箱作掃氣泵且燃料為燃油加潤(rùn)滑油時(shí)，空氣濾清器后設(shè)純空氣道及其閥，掃氣道設(shè)空氣簧片閥及調(diào)節(jié)閥，配氣機(jī)構(gòu)由潤(rùn)滑油霧潤(rùn)滑。當(dāng)專(zhuān)設(shè)掃氣泵及燃油噴射時(shí)，不設(shè)前述各閥及純空氣道，結(jié)構(gòu)上將壓力潤(rùn)滑油通到配氣機(jī)構(gòu)。本機(jī)作車(chē)用及通用機(jī)械動(dòng)力。
文檔編號(hào)F02F1/22GK2893185SQ200420028639
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者馬其誠(chéng), 徐誠(chéng) 申請(qǐng)人:馬其誠(chéng), 徐誠(chéng)