專利名稱：兩級(jí)燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩級(jí)燃燒系統(tǒng)，尤其是涉及一種這樣的兩級(jí)燃燒系統(tǒng)，即該系統(tǒng)在燃燒室的上側(cè)處設(shè)置一副燃燒室，并在副燃燒室中部分地儲(chǔ)存被壓縮的燃料空氣混合物，而且在爆燃沖程中期再次燃燒燃料空氣混合物，從而減小曲柄軸旋轉(zhuǎn)力的波動(dòng)范圍。
背景技術(shù)：
一般而言，發(fā)動(dòng)機(jī)是一種產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，其給車輛提供能量并主要包括潤(rùn)滑裝置、燃料裝置、冷卻裝置、進(jìn)氣/排氣裝置、點(diǎn)火裝置等。
發(fā)動(dòng)機(jī)是一種熱機(jī)，其將燃料用作熱源，將燃料產(chǎn)生的熱能供給工作流體以使燃料燃燒和爆燃，并將工作流體膨脹所產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)化成機(jī)械能式的軸旋轉(zhuǎn)力，以獲得動(dòng)力。
換句話說，熱能被轉(zhuǎn)化成活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)又被轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
傳統(tǒng)地，為了使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)通過燃燒過程使活塞的周期運(yùn)動(dòng)連續(xù)，燃燒氣體應(yīng)該不得不被排出，而且應(yīng)該補(bǔ)充新的燃料空氣混合物。因此，進(jìn)氣/排氣閥應(yīng)該以精確的方式和曲柄軸旋轉(zhuǎn)相配合地被打開和關(guān)閉。
活塞在氣缸中的一個(gè)周期性變化被稱為一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，其中混合氣體被吸入氣缸以被燃燒，由此產(chǎn)生的廢氣被排到外面。汽油機(jī)通常具有兩種類型的循環(huán)，一種是四沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，另一種是兩沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。但是四沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于大范圍的速度變化和良好的耗油率。
具體地說，四沖程循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是一種在四個(gè)沖程中完成燃料燃燒循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)沖程表示從活塞上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)或距離。
在進(jìn)氣沖程中，活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)下行，吸入燃料空氣混合物，期間打開進(jìn)氣閥并關(guān)閉排氣閥。
壓縮沖程是這樣一種沖程，其中活塞從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)上行以壓縮吸入的燃料空氣混合物，期間吸氣閥和排氣閥被關(guān)閉，從而燃料空氣混合物的壓力和溫度增加。因此，活塞進(jìn)行兩個(gè)沖程來旋轉(zhuǎn)曲柄軸一次。
膨脹沖程是這樣一種沖程，其中被壓縮的燃料空氣混合物被點(diǎn)火以便膨脹，而且由此產(chǎn)生的壓力向下壓活塞以產(chǎn)生致動(dòng)力，期間吸氣閥被關(guān)閉。氣體隨活塞的下行而膨脹，同時(shí)壓力和溫度降低。
排氣沖程是這樣一種沖程，其中位于下止點(diǎn)處的活塞被再次移動(dòng)到上止點(diǎn)，以將膨脹后的氣體排到活塞外側(cè)，期間只打開排氣閥。
當(dāng)活塞完成包括吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程的四個(gè)沖程時(shí)，曲柄軸被旋轉(zhuǎn)兩次以完成一次動(dòng)力產(chǎn)生操作。
但是，和運(yùn)動(dòng)部件的慣性力和活塞內(nèi)側(cè)燃燒壓力相關(guān)的旋轉(zhuǎn)力的大小與曲柄軸的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)地反復(fù)增大和減小。換句話說，曲柄軸的旋轉(zhuǎn)力在第一氣缸的爆燃沖程期間達(dá)到最高點(diǎn)并逐漸降低，并在第三氣缸、第四氣缸和第二氣缸的爆燃沖程期間再次達(dá)到最高點(diǎn)。這些運(yùn)動(dòng)重復(fù)進(jìn)行，以描述出一種正弦曲線。曲柄軸處旋轉(zhuǎn)力的較大波動(dòng)將周期性地改變曲柄軸的旋轉(zhuǎn)速度，因此飛輪通常被安裝在曲柄軸的后端部，以便得到預(yù)定大小的旋轉(zhuǎn)力。
在上述傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)中存在這樣一種缺點(diǎn)，即發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音很大，這是由于曲柄軸處旋轉(zhuǎn)力的較大波動(dòng)范圍引起的，因此會(huì)損害發(fā)動(dòng)機(jī)。
另一缺點(diǎn)在于，在曲柄軸的后端部安裝飛輪以減少曲柄軸的速度變化，這使曲柄軸由于增加的曲柄軸扭矩而損壞，并導(dǎo)致車輛起動(dòng)期間的加速能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種兩級(jí)燃燒系統(tǒng)，其能分兩步進(jìn)行燃料空氣混合物的燃燒，以便減小曲柄軸處最大旋轉(zhuǎn)力和最小旋轉(zhuǎn)力之間的差別。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)包括副燃燒室、用于副燃燒室的凸輪、搖臂、以及副燃燒室閥，在該燃燒系統(tǒng)中，通過由安裝在氣缸蓋上側(cè)用于進(jìn)氣閥的凸輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥的操作來將燃料空氣混合物吸入，而且所述混合物由火花塞點(diǎn)火并燃燒。副燃燒室形成在主燃燒室的上側(cè)表面處，以朝向氣缸蓋凹入。用于副燃燒室閥的凸輪形成于凸輪軸上，該凸輪軸安裝在氣缸蓋上側(cè)并通過皮帶連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸以接受旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。搖臂在其底面處與用于副燃燒室閥的凸輪的一表面接觸，并繞一固定軸搖擺，從而通過杠桿作用傳遞動(dòng)力。副燃燒室閥和搖臂另一端的底面接觸，以垂直移動(dòng)并打開和關(guān)閉副燃燒室的進(jìn)氣口。


為了更好地理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，應(yīng)該結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)說明，其中圖1為表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩級(jí)燃燒系統(tǒng)構(gòu)造的示意圖。
圖2為表示試驗(yàn)結(jié)果的圖表，其中示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩級(jí)燃燒系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)力隨曲柄軸轉(zhuǎn)角的變化。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中該實(shí)施例不限定本發(fā)明的范圍，而是僅以一種示例目的被給出。
參照?qǐng)D1和2，兩級(jí)燃燒系統(tǒng)包括形成在主燃燒室16上側(cè)表面處的副燃燒室30；用于副燃燒室閥的凸輪40，其被安裝在進(jìn)氣閥的凸輪軸上；由用于副燃燒室的凸輪40致動(dòng)的搖臂42；以及副燃燒室閥32，用于根據(jù)搖臂42的運(yùn)動(dòng)打開和關(guān)閉副燃燒室30的進(jìn)氣口。
具體地說，主燃燒室16是一由氣缸蓋的底面和活塞的上側(cè)面圍繞的燃燒空間，而副燃燒室30是一形成在主燃燒室16上側(cè)面處以朝向氣缸蓋本體側(cè)凹入的空間。
副燃燒室30儲(chǔ)存部分在主燃燒室16點(diǎn)火之前被壓縮的燃料空氣混合物，并在爆燃沖程中期將儲(chǔ)存的壓縮燃料空氣混合物排到主燃燒室16，以引起二次爆燃。
用于副燃燒室閥的凸輪40形成在和凸輪軸11的軸相同的軸上，其中吸氣閥凸輪12形成在凸輪軸11上，而且凸輪40形成一種偏心圓的形狀以和副燃燒室閥32的長(zhǎng)期打開(這和傳統(tǒng)吸氣/排氣閥10和20不同)相符，并且當(dāng)就在主燃燒室16點(diǎn)火之前關(guān)閉副燃燒室閥32時(shí)具有最小半徑。
凸輪軸11通過皮帶連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸(未示出)以接受旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，其中用于副燃燒室閥的凸輪40被安裝在凸輪軸11上。
打開和關(guān)閉副燃燒室閥32的操作應(yīng)該和吸氣閥10的操作時(shí)間成精確的比例，因此優(yōu)選的是，用于副燃燒室閥的凸輪40形成在和吸氣閥凸輪12的軸相同的凸輪軸11上。
搖臂42在其一底側(cè)遠(yuǎn)端表面處連接到用于副燃燒室閥的凸輪40的表面，在另一底側(cè)遠(yuǎn)端表面處接觸副燃燒室閥32的桿端以被固定到氣缸蓋上，以便其中心繞固定軸44擺動(dòng)。
結(jié)果，搖臂42響應(yīng)凸輪軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)而繞固定軸44轉(zhuǎn)動(dòng)，以通過杠桿作用將動(dòng)力傳遞到副燃燒室閥32。
副燃燒室閥32被安裝在副燃燒室30的進(jìn)氣口處，并從搖臂42接受動(dòng)力以垂直地運(yùn)動(dòng)并打開和關(guān)閉副燃燒室30的進(jìn)氣口，而且在其上側(cè)設(shè)有一閥彈簧31。
下面將說明如此構(gòu)造的本發(fā)明的操作。
副燃燒室閥32被打開，直到主燃燒室16的壓縮末期，并且就在點(diǎn)火之前被關(guān)閉，以在副燃燒室30中儲(chǔ)存部分被壓縮的燃料空氣混合物。
當(dāng)通過火花塞14進(jìn)行點(diǎn)火以燃燒主燃燒室16中的燃料，并在爆燃沖程中期之后打開副燃燒室閥32時(shí)，儲(chǔ)存在副燃燒室30中的燃料空氣混合物被排到主燃燒室16，以同時(shí)在主燃燒室16和副燃燒室30中產(chǎn)生二次燃燒。
此時(shí)，因?yàn)樵谥魅紵?6中進(jìn)行燃燒，所以不需要通過火花塞14進(jìn)行單獨(dú)點(diǎn)火，以便容許實(shí)現(xiàn)自然點(diǎn)火。
即使在主燃燒室16的排氣沖程期間，也打開副燃燒室閥32，因此副燃燒室30中的燃燒氣體和主燃燒室16中的燃燒氣體一道被排出氣缸。
參照?qǐng)D2，當(dāng)通過兩級(jí)燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸出時(shí)，會(huì)注意到曲柄軸的最大旋轉(zhuǎn)力和最小旋轉(zhuǎn)力之間的波動(dòng)范圍被大大降低。
換句話說，與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的相比，所述發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄軸的最大旋轉(zhuǎn)力和最小旋轉(zhuǎn)力之間的波動(dòng)范圍(β)被大大降低。
波動(dòng)范圍被大大降低的原因是，當(dāng)在主燃燒室中的第一次燃燒之后旋轉(zhuǎn)力逐漸降低時(shí)，由二次燃燒再次實(shí)現(xiàn)輸出，從而降低了組合旋轉(zhuǎn)力的相位差。
另外，在第一次燃燒過程中不完全燃燒并殘留的混合氣體被給予在二次燃燒過程中再燃燒的機(jī)會(huì)，從而增加了燃油消耗(fuelconsumption)。
為了說明和解釋已經(jīng)在前面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。它不是旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限定到所披露的具體形式，根據(jù)上面的啟示可以進(jìn)行各種變型和改變，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐得到各種變型和改變。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等效物限定。
從前面的描述可知，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的兩級(jí)燃燒系統(tǒng)具有這樣一種優(yōu)點(diǎn)，即降低曲柄軸處旋轉(zhuǎn)力的波動(dòng)范圍用于使發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪音降低，有助于車輛的無聲驅(qū)動(dòng)，通過二次燃燒增加了燃油效率，并促進(jìn)了燃油消耗。
另一優(yōu)點(diǎn)在于可以減輕安裝在曲柄軸后端用以得到均勻的曲柄軸旋轉(zhuǎn)速度的飛輪的重量，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量減小并提高了加速能力。
還有一優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)期間的曲柄軸處的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)被減少，從而使曲柄軸的耐久性提高，無需減震滑輪來減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并使制造發(fā)動(dòng)機(jī)的成本最小化。
權(quán)利要求
1.一種兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，其中通過由用于安裝在氣缸蓋上側(cè)的進(jìn)氣閥的凸輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥的操作來將燃料空氣混合物吸入，而且所述混合物由火花塞點(diǎn)火并燃燒，所述系統(tǒng)包括副燃燒室，其形成在主燃燒室的上側(cè)表面，以朝向氣缸蓋凹入；用于副燃燒室閥的凸輪，其形成在一凸輪軸上，該凸輪軸被安裝在所述氣缸蓋的上側(cè)并通過一皮帶連接到曲柄軸以接受旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；搖臂，在其底面處與用于副燃燒室閥的凸輪的一表面接觸，并繞固定軸搖擺，從而通過杠桿作用傳遞動(dòng)力；以及副燃燒室閥，其和所述搖臂另一端的底面接觸，以垂直移動(dòng)并打開和關(guān)閉所述副燃燒室的進(jìn)氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于用于所述副燃燒室閥的所述凸輪形成于和所述進(jìn)氣閥凸輪的軸相同的凸輪軸上。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于用于所述副燃燒室閥的所述凸輪形成偏心圓的形狀，從而所述副燃燒室閥可以被打開，直到壓縮末期，而且就在點(diǎn)火之前關(guān)閉并在爆燃沖程中期之后打開。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兩級(jí)燃燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)在燃燒室的上側(cè)表面處設(shè)置一副燃燒室，并在副燃燒室中儲(chǔ)存部分被壓縮的燃料空氣混合物，以容許在爆燃沖程中期后再次燃燒燃料空氣混合物，從而減小曲柄軸旋轉(zhuǎn)力的波動(dòng)范圍。
文檔編號(hào)F02B23/04GK1609422SQ20031012469
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日
發(fā)明者黃仁棋 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社