專利名稱：應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，它采用一種新的熱力學(xué)循環(huán)被稱作二沖程阿特金森循環(huán)，以及采用此循環(huán)的可變循環(huán)模式的頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
改進(jìn)以便提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率是內(nèi)燃機(jī)最重要的改進(jìn)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在使用最普遍的四沖程和二沖程內(nèi)燃機(jī)始終不能達(dá)到卡諾循環(huán)理論所指出的理論最高熱效率。提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，主要有三個(gè)方法:增加熱燃?xì)獾呐蛎涀龉?、降低摩擦損耗、降低冷卻散熱。作為機(jī)械發(fā)明可以不考慮散熱和材料方面的工作，因此唯一可以做的工作是設(shè)計(jì)新的機(jī)械來(lái)增加熱燃?xì)獾呐蛎涀龉ぁ１娝苤?，四沖程內(nèi)燃機(jī)做功一次需要四個(gè)沖程，而二沖程內(nèi)燃機(jī)僅需要二個(gè)沖程，因此二沖程內(nèi)燃機(jī)摩擦損耗要少約一半。而早在1882年阿特金森就發(fā)明了阿特金森循環(huán)，這是一個(gè)膨脹沖程大于壓縮沖程的四沖程熱力學(xué)過(guò)程，可以令高溫燃?xì)獬浞峙蛎洀亩崧劅嵝省５湫偷亩_程內(nèi)燃機(jī)效率比阿特金森內(nèi)燃機(jī)低，依然有繼續(xù)提高的可能性，而阿特金森內(nèi)燃機(jī)中四沖程機(jī)械的問(wèn)題是平衡性很差，近似原理的米勒循環(huán)內(nèi)燃機(jī)功率又比標(biāo)準(zhǔn)的四沖程內(nèi)燃機(jī)低很多。能否將阿特金森循環(huán)用于改造二沖程內(nèi)燃機(jī)以提高其效率，并利用二沖程內(nèi)燃機(jī)來(lái)解決阿特金森循環(huán)的平衡性問(wèn)題并改善其輸出功率不足的問(wèn)題？因此想到發(fā)展一種二沖程形式的阿特金森內(nèi)燃機(jī)。普通的二沖程內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)仍具有改進(jìn)的空間和必要。以往的二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣門不是全部有開(kāi)在氣缸的圓柱形側(cè)壁之上的孔洞，至多只有排氣門在氣缸頂部，這樣導(dǎo)致氣門開(kāi)閉的時(shí)間無(wú)法調(diào)整，造成內(nèi)燃機(jī)無(wú)法根據(jù)工況來(lái)調(diào)整。因此氣門有必要全部改成四沖程內(nèi)燃機(jī)慣用的全頂置氣門的技術(shù)形式。當(dāng)氣門的開(kāi)閉與活塞的位置無(wú)關(guān)的時(shí)候，二沖程內(nèi)燃機(jī)的氣門可以 做到更多的變化，可以根據(jù)需要調(diào)整開(kāi)閉的時(shí)間。公開(kāi)號(hào)為CN201025113之電噴四沖程改為電噴二沖程的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然有利用全頂置氣門結(jié)構(gòu)來(lái)做二沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸掃氣的想法，但其采用的是在活塞上止點(diǎn)掃氣的方法，這樣的工作循環(huán)其實(shí)并不是標(biāo)準(zhǔn)的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其前置的增壓器壓縮比必然要很大，比普通二沖程內(nèi)燃機(jī)的增壓器壓力大很多，必需與四沖程內(nèi)燃機(jī)壓縮比一樣，而活塞是所有形式壓縮機(jī)中效率最高的，也是最簡(jiǎn)單的，如果用活塞壓縮進(jìn)入的空氣而后在送到另一個(gè)活塞里面燃燒做功，結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，體積和重量都很大，其實(shí)也就是相當(dāng)于四沖程內(nèi)燃機(jī)，毫無(wú)優(yōu)勢(shì)可言。公開(kāi)號(hào)為CN2544108之氣缸頂部有進(jìn)排氣閥的二沖程內(nèi)燃機(jī)，雖然有利用全頂置氣門結(jié)構(gòu)來(lái)做二沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸掃氣的想法，但其采用的普通的四沖程頂置氣門技術(shù)，這樣的頂置氣門技術(shù)無(wú)法為二沖程內(nèi)燃機(jī)做有效的氣缸掃氣，不符合專利申請(qǐng)的可重復(fù)性、有效性的基本要求，即任選一種現(xiàn)有的頂置氣門形式無(wú)法完成活塞處于下止點(diǎn)附近時(shí)的氣缸掃氣，其結(jié)果是進(jìn)入氣缸的純潔的空氣與燃燒后的高溫廢氣混合，且這種混合可變性大，不能保證每個(gè)工作循環(huán)具有近似的輸出功率和點(diǎn)火特性等，因而工作會(huì)不穩(wěn)定。公開(kāi)號(hào)為CN101660461之頂置外開(kāi)配氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，采用全頂置氣門的設(shè)計(jì)，并且具有導(dǎo)流結(jié)構(gòu)體，企圖令掃氣更加干凈徹底。但此種導(dǎo)流結(jié)構(gòu)體過(guò)大則壓縮比不好，過(guò)小則根本沒(méi)有隔絕進(jìn)氣與排氣的效果，也無(wú)法解決氣門背面積存廢氣的問(wèn)題。另外，采用阿特金森循環(huán)的二沖程內(nèi)燃機(jī)始終比標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的二沖程內(nèi)燃機(jī)功率小，因此為令內(nèi)燃機(jī)具有更大的功率，并兼顧效率，最好是可以使用二種熱循環(huán)模式的雙模內(nèi)燃機(jī)，即此內(nèi)燃機(jī)既可以是阿特金森循環(huán)的二沖程內(nèi)燃機(jī)，也可以變換成為標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的二沖程內(nèi)燃機(jī)。更有可能，可以通過(guò)調(diào)節(jié)全可變氣門機(jī)構(gòu)FVVT來(lái)改變二沖程阿特金森內(nèi)燃機(jī)的排量和壓縮比，從而適應(yīng)不同的進(jìn)氣壓力，由此產(chǎn)生了多重模式的一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)。日本本田汽車公司一款內(nèi)燃機(jī)采用了雙模式工作方式，VTEC阿特金森內(nèi)燃機(jī)利用成熟的VTEC技術(shù)將其中一個(gè)凸輪做成專供阿特金森循環(huán)的高角度凸輪，通過(guò)切換不同形狀的凸輪，令內(nèi)燃機(jī)在奧拓四沖程內(nèi)燃機(jī)和阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)之間切換，從而達(dá)到兼顧最大輸出功率和低功率時(shí)具有高效率的目的，從而表明:多重工作模式的內(nèi)燃機(jī)是普通內(nèi)燃機(jī)最重要的改進(jìn)方法。本發(fā)明需要全可變氣門正時(shí)技術(shù)，即氣門打開(kāi)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的曲軸角度與關(guān)閉的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的曲軸角度是可以單獨(dú)連續(xù)無(wú)級(jí)別可調(diào)的。這個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)由本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)申請(qǐng)數(shù)個(gè)相關(guān)專利，有很多形式，例如可參考專利申請(qǐng)?zhí)?01010164316.6包含變速擺機(jī)構(gòu)的全可變氣門正時(shí)方法和機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的實(shí)施例所采用的也是這個(gè)專利技術(shù)。具有多種形式和結(jié)構(gòu)的全可變氣門正時(shí)技術(shù)所具有的氣門控制的特性是一樣的，因而選用任何一個(gè)做為實(shí)施例的說(shuō)明是等效的，具有相同的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本專利針對(duì)上述缺陷作出新的解決方案，需要一種新的內(nèi)燃機(jī)，將二沖程內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)成為全頂置氣門掃氣形式，實(shí)現(xiàn)將阿特金森循環(huán)嵌入到標(biāo)準(zhǔn)二沖程循環(huán)中的目的，這樣可以在普通四沖程內(nèi)燃機(jī)或二沖程內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)最少的改進(jìn)而得到一種新型高效率內(nèi)燃機(jī)。 發(fā)明所提供的一種二沖程阿特金森循環(huán):在通常二沖程循環(huán)的基礎(chǔ)上，將掃氣過(guò)程偏置，向壓縮沖程移動(dòng)，縮小的壓縮沖程的距離，延長(zhǎng)了膨脹沖程的距離，壓縮沖程小于膨脹沖程，壓縮沖程和膨脹沖程做成非對(duì)稱，即一種平衡的阿特金森循環(huán)，又是一種二沖程循環(huán)，是在二沖程循環(huán)中嵌入阿特金森循環(huán)。所述二沖程阿特金森循環(huán)又可以這樣描述:是將進(jìn)氣和排氣過(guò)程重疊之后形成阿特金森循環(huán)，即在通常的阿特金森循環(huán)基礎(chǔ)上，排氣過(guò)程與進(jìn)氣過(guò)程作重交疊，即以掃氣替代通常的阿特金森循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過(guò)程。發(fā)明所提供的內(nèi)燃機(jī)是:一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，是進(jìn)氣門和排氣門全部頂置的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，由傾斜的進(jìn)氣門和相應(yīng)的氣缸蓋、全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氣門、成型頂活塞與其他相應(yīng)部件組成。內(nèi)燃機(jī)是否具有火花塞由內(nèi)燃機(jī)類型決定。所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)可以在標(biāo)準(zhǔn)二沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程阿特金森內(nèi)燃機(jī)、可調(diào)壓縮比和排量的內(nèi)燃機(jī)三個(gè)工作模式下工作，并可以相互轉(zhuǎn)換。發(fā)明也提供了一種將普通四沖程或二沖程內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)成為二沖程阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的方法，用掃氣方式替代活塞吸氣-排氣方式，在氣門控制方面，要調(diào)整凸輪軸或相應(yīng)掃氣控制機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速或頻率必需與曲軸的轉(zhuǎn)速比達(dá)到1: 1，采用全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)或同等作用的氣門控制機(jī)構(gòu)，調(diào)整凸輪軸上的凸輪的角度或同等作用機(jī)構(gòu)的參數(shù)，使得進(jìn)氣門和排氣門可以做到近似同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，并且這樣的掃氣過(guò)程的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間可以做連續(xù)無(wú)級(jí)別的調(diào)整。發(fā)明也提供了一種可調(diào)排量和壓縮比的內(nèi)燃機(jī)和方法，是一種具有全可變氣門正時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、頂置氣門、成型頂活塞的二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述的可調(diào)排量和壓縮比的方法是通過(guò)改變吸氣的體積和保持活塞上止點(diǎn)，使得等效的壓縮比得以連續(xù)改變。發(fā)明也提供了一種可變循環(huán)模式的內(nèi)燃機(jī)和方法，所述可變循環(huán)模式的內(nèi)燃機(jī)是:包含全可變氣門正時(shí)、成型頂活塞和特殊氣缸蓋的二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述方法是:采用掃氣的方式換氣，采用二沖程為一個(gè)工作循環(huán)，可在典型二沖程循環(huán)、阿特金森循環(huán)、可變排量和壓縮比內(nèi)燃機(jī)等三種循環(huán)模式之間變換工作模式。所述可變循環(huán)模式的方法，即通過(guò)改變掃氣過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短和過(guò)程的時(shí)機(jī)，從而改變內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)的模式和循環(huán)參數(shù)。發(fā)明也提供了一種利于掃氣的氣缸結(jié)構(gòu)，其特征在于在普通頂置氣門四沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)氣門傾斜，并向氣缸蓋內(nèi)部移動(dòng)形成一個(gè)內(nèi)凹槽，進(jìn)氣門的最大升程不大于內(nèi)凹槽的深度，進(jìn)氣管與活塞運(yùn)動(dòng)軌跡的夾角近零度，同時(shí)在活塞上增加二個(gè)斜切柱狀凸起并使之配合氣缸蓋上的內(nèi)凹槽，同時(shí)氣缸蓋也必需適應(yīng)活塞所具有的斜面。


圖1是二沖程阿特金森循環(huán)的示意圖，示出了二沖程阿特金森循環(huán)中活塞位置與曲軸角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及標(biāo)準(zhǔn)的阿特金森循環(huán)和二沖程循環(huán)的混合特征。圖2是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的示意圖，示出了其所具有的全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)和各種可調(diào)機(jī)構(gòu)。圖3是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的另一個(gè)視角的示意圖，示出了其排氣門具有的全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)·和各種可調(diào)機(jī)構(gòu)。圖4是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的另一個(gè)視角的示意圖，示出了其進(jìn)氣門所具有的全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)及其可調(diào)機(jī)構(gòu)。圖5是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)剖視示意圖，示出了其所具有的氣門結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣管方向和活塞的形狀。圖6是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)剖視示意圖，示出了其在氣門打開(kāi)時(shí)活塞的位置，以及氣門被氣缸蓋的氣門套部分封閉的情況。圖7是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的活塞示意圖，示出了其所具有的二個(gè)配合氣門的突起，以及斜面和平面的角度。圖8是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的活塞示意圖，示出了其所具有的二個(gè)配合氣門的突起，以及斜面和平面的角度，突起的端面的凹陷弧度不一樣。圖9是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的效果示意圖，示出了全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)可以改變氣門打開(kāi)的持續(xù)時(shí)間以及開(kāi)啟的時(shí)間。圖10是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的改變排量和壓縮比的示意圖，示出了通過(guò)將降低吸氣量來(lái)降低壓縮比。圖11是多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)改變工作模式的示意圖，示出了通過(guò)改變掃氣時(shí)機(jī)來(lái)改變膨脹與壓縮體積從而可以將內(nèi)燃機(jī)從二沖程內(nèi)燃機(jī)改變到阿特金森內(nèi)燃機(jī)，或者反之。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的所述的二沖程阿特金森循環(huán)可參考圖1。通常的二沖程循環(huán)的掃氣過(guò)程是對(duì)稱的，即產(chǎn)生的效果是膨脹沖程與壓縮沖程的距離是一樣的。阿特金森循環(huán)要求膨脹沖程大于壓縮沖程，因此在通常二沖程循環(huán)的基礎(chǔ)上，將壓縮沖程和膨脹沖程做成非對(duì)稱，將掃氣過(guò)程偏置，向壓縮沖程移動(dòng)，縮小的壓縮沖程的距離，延長(zhǎng)了膨脹沖程的距離，壓縮沖程小于膨脹沖程，即一種平衡的阿特金森循環(huán)，又是一種二沖程循環(huán)，是在二沖程循環(huán)中嵌入阿特金森循環(huán)，也是將進(jìn)氣和排氣重疊之后形成的阿特金森循環(huán)。所述二沖程阿特金森循環(huán)又或可以這樣描述，在通常的阿特金森循環(huán)基礎(chǔ)上，排氣過(guò)程與進(jìn)氣過(guò)程作重交疊，即以掃氣替代通常的阿特金森循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過(guò)程。圖1中，按照往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)，曲軸角對(duì)應(yīng)著活塞的位置，曲軸角(CA角)旋轉(zhuǎn)360度，活塞從上止點(diǎn)至下止點(diǎn)再回到上止點(diǎn)，因而上止點(diǎn)既是循環(huán)開(kāi)始的地方(O度CA角)，也是循環(huán)結(jié)束的地方(360度CA角)。顯然按圖所示，進(jìn)氣/吸氣與排氣過(guò)程配合起來(lái)就是一個(gè)掃氣過(guò)程，這個(gè)過(guò)程顯然是偏向了活塞的壓縮沖程；保持一個(gè)圓周360度角度不變，因此壓縮沖程變短，膨脹沖程變長(zhǎng)，形成了一個(gè)典型的膨脹沖程大于壓縮沖程的阿特金森循環(huán)。本發(fā)明所揭示的新的循環(huán)方式的實(shí)質(zhì)，就是將一個(gè)四沖程阿特金森循環(huán)拆分成二個(gè)，一長(zhǎng)(膨脹沖程或排氣沖程)一短(壓縮沖程或吸氣沖程)配合，并用進(jìn)氣/吸氣與排氣過(guò)程配合起來(lái)形成一個(gè)掃氣過(guò)程填補(bǔ)二者的沖程差。這里的活塞的沖程，是360度曲軸角所對(duì)應(yīng)的一部分，而不再是活塞的上止點(diǎn)至下止點(diǎn)之間的距離，活塞的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)不變，而膨脹沖程是由上止點(diǎn)至掃氣開(kāi)始或者排氣或者進(jìn)氣的開(kāi)始，而壓縮沖程是由掃氣結(jié)束或者進(jìn)氣或者排氣結(jié)束開(kāi)始至上止點(diǎn)。如此的循環(huán)過(guò)程的安排，不止可以實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)，大幅度節(jié)約內(nèi)燃機(jī)的油耗，或者提高內(nèi)燃機(jī)的功率，而且是連續(xù)可調(diào)掃氣過(guò)程的循環(huán)方式，因?yàn)閽邭獾臅r(shí)機(jī)已經(jīng)由氣門決定而非活塞。根據(jù)已經(jīng)公開(kāi)的全可變氣門正時(shí)技術(shù)，掃氣過(guò)程的開(kāi)始與結(jié)束的時(shí)刻或者CA角度，可以單獨(dú)調(diào)整，即氣門開(kāi)啟的時(shí)機(jī)和持續(xù)開(kāi)啟的時(shí)間獨(dú)立可調(diào)。連續(xù)可調(diào)掃氣過(guò)程的循環(huán)方式將令此循環(huán)方式具有更多的可變性，也就是多重循環(huán)方式的并存。通過(guò)調(diào)整掃氣，可以令內(nèi)燃機(jī)在普通二沖程循環(huán)、二沖程阿特金森循環(huán)、可調(diào)排量和壓縮比三種循環(huán)方式下工作。參考圖1，從曲軸角度Tl至T2是膨脹沖程，從T2至T4是排氣/進(jìn)氣過(guò)程，從T3至T5是吸氣/排氣過(guò)程，從T5至Tl是壓縮過(guò)程。從Tl經(jīng)T2至T5再回到Tl，是曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)360度的一個(gè)循環(huán)過(guò)程，對(duì)于二沖程內(nèi)燃機(jī)而言也是一個(gè)完整的熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程，排氣/進(jìn)氣過(guò)程與吸氣/排氣過(guò)程是二個(gè)不同的工作方式的合并描述，他們之間的配合是排氣-吸氣、進(jìn)氣-排氣，也就是氣缸內(nèi)氣體的掃氣換氣方式的二種方式，二種方式的不同在于膨脹系數(shù)的不同。當(dāng)活塞膨脹至下止點(diǎn)時(shí)，若膨脹比較小，則氣缸內(nèi)氣體的殘余壓力大于排氣管中的壓力時(shí)，先打開(kāi)排氣門令氣缸內(nèi)的高壓氣體被快速瀉放，并形成排氣管氣流的流動(dòng)慣性，將氣缸抽成真空，然后再打開(kāi)進(jìn)氣門，吸入新鮮空氣，新鮮空氣的運(yùn)動(dòng)形成慣性運(yùn)動(dòng)，掃清氣缸內(nèi)的殘余燃?xì)?，于是形成排?吸氣。當(dāng)活塞膨脹至下止點(diǎn)時(shí)，若膨脹比較大，則氣缸內(nèi)氣體的殘余壓力小于排氣管中的 壓力時(shí)，先打開(kāi)進(jìn)氣門令進(jìn)氣管中經(jīng)過(guò)增壓的高壓空氣打入氣缸，沖擊氣缸內(nèi)的殘余燃?xì)?，令氣缸?nèi)壓力高于排氣管壓力，然后再打開(kāi)排氣門，瀉放廢氣，于是形成進(jìn)氣-排氣。前一種排氣-吸氣需要的進(jìn)氣增壓較小或者無(wú)需進(jìn)氣增壓，而后一種則必需有進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，但二者皆可完成二沖程阿特金森循環(huán)。因而，T2至T3是氣體慣性前置角，而T4至T5就是氣體慣性后置角。以下為了簡(jiǎn)化敘述，將二種掃氣過(guò)程統(tǒng)一簡(jiǎn)稱為進(jìn)氣/排氣過(guò)程或者掃氣過(guò)程。參考圖9，顯示了全可變氣門正時(shí)的作用，在一個(gè)曲軸角-氣門升程平面坐標(biāo)系中，氣門的升程在較短持續(xù)時(shí)間的情況下是曲線37，氣門開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間對(duì)對(duì)應(yīng)的曲軸角(CA角)是連續(xù)無(wú)級(jí)別可調(diào)的，在較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的情況下的曲線就是曲線36，當(dāng)需要?dú)忾T開(kāi)啟時(shí)間整體平移時(shí)，就可以將曲線36移動(dòng)到曲線35的位置上。全可變氣門正時(shí)的作用，是可以令氣門的控制更加靈活多變，滿足內(nèi)燃機(jī)變化不同工作模式的需求。本發(fā)明采用全可變氣門正時(shí)技術(shù)的作用還在于，普通的凸輪軸很難做到等效于180曲軸角的凸輪，那樣的凸輪角度會(huì)讓凸輪的升程相對(duì)于曲軸的軸的直徑而言很小，也就是說(shuō)很粗的凸輪軸才放得下180度曲軸角的凸輪，這就讓凸輪軸很大很重；但如果采用了全可變氣門正時(shí)技術(shù)，則凸輪軸可以做到相對(duì)輕小，抵消了采用復(fù)雜全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)部件的重量。參考圖1和圖10，解釋一下如何可調(diào)排量和壓縮比。0/360度CA角是活塞的上止點(diǎn)，也是曲軸旋轉(zhuǎn)一周的起點(diǎn)和終點(diǎn)，也是一個(gè)循環(huán)的開(kāi)始和結(jié)束。根據(jù)二沖程阿特金森循環(huán)的基本原理和全可變氣門技術(shù)的作用，進(jìn)氣/排氣過(guò)程從圖1OA移動(dòng)到圖1OB所示的位置，即原來(lái)氣門在活塞下止點(diǎn)附近打開(kāi)，現(xiàn)在氣門延遲打開(kāi)、延遲關(guān)閉，活塞的壓縮沖程所對(duì)應(yīng)的CA角度變短，于是在同樣的進(jìn)氣壓力的條件下，壓縮的空氣量正比于壓縮沖程的長(zhǎng)度，因此縮小壓縮沖程就減少了吸氣，而活塞上止點(diǎn)不變，也就是降低了等效的壓縮比，同時(shí)吸氣減少就是排量減小，于是當(dāng)利用全可變氣門技術(shù)調(diào)整氣門的正時(shí)從而縮短壓縮沖程時(shí)，排量與壓縮比同時(shí)減小。排量和壓縮比減小后，活塞在下止點(diǎn)附近是有一段距離空轉(zhuǎn)的，排量和壓縮比愈小，活塞空轉(zhuǎn)愈多。參考圖1和圖11，解釋一下如何從二沖程阿特金森循環(huán)變換到標(biāo)準(zhǔn)二沖程循環(huán)。同樣，0/360度CA角是活塞 的上止點(diǎn)，也是曲軸旋轉(zhuǎn)一周的起點(diǎn)和終點(diǎn)，也是一個(gè)循環(huán)的開(kāi)始和結(jié)束。根據(jù)二沖程阿特金森循環(huán)的基本原理和全可變氣門技術(shù)的作用，可以做如下安排，在活塞等效的下止點(diǎn)是由進(jìn)氣/排氣開(kāi)始的時(shí)刻來(lái)調(diào)整的，而進(jìn)氣/排氣的整體的移動(dòng)可以有全可變氣門正時(shí)技術(shù)中的凸輪軸的相位移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，由典型的液壓調(diào)相器可以連續(xù)調(diào)整凸輪軸與內(nèi)燃機(jī)曲軸的對(duì)應(yīng)角度的關(guān)系，凸輪軸上的凸輪取得全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)控制內(nèi)燃機(jī)的氣門，使得進(jìn)氣/排氣過(guò)程可以整體移動(dòng)，從圖1lA移動(dòng)到圖1lB所示的位置，膨脹沖程所對(duì)應(yīng)的CA角度變小，壓縮沖程所對(duì)應(yīng)的CA角變大，二個(gè)角度相當(dāng)時(shí)，就是活塞等效的膨脹沖程和壓縮沖程相等，于是內(nèi)燃機(jī)就從二沖程阿特金森循環(huán)變換到標(biāo)準(zhǔn)二沖程循環(huán)。為實(shí)現(xiàn)以上所述的二沖程阿特金森循環(huán)，需要內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)全頂置氣門掃氣，理由有二，其一，全頂置氣門也是一種與現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)四沖程內(nèi)燃機(jī)最為接近的形式，便于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)為采用二沖程阿特金森循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)；其二，通常的二沖程內(nèi)燃機(jī)是在氣缸壁上開(kāi)孔，至多只是在氣缸蓋上有一個(gè)或一組排氣門，這樣的氣缸掃氣的時(shí)機(jī)完全由活塞的位置決定的，但若要在活塞處于不同位置時(shí)可以掃氣，就必須實(shí)現(xiàn)氣門脫離氣缸壁而在氣缸頂部，全頂置氣門是最成熟的一種方式。但是全頂置氣門掃氣需要內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋和活塞具有獨(dú)特的形狀。下面將根據(jù)附圖來(lái)敘述一個(gè)例示性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)所述應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)。參考圖2，一臺(tái)典型的應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)從普通的四沖程或者二沖程引擎經(jīng)少量改進(jìn)而來(lái)，因而具有典型的曲軸I和與曲軸相連的齒輪2，齒輪2是通過(guò)鏈條3驅(qū)動(dòng)液壓調(diào)相器4和液壓調(diào)相器5的齒輪從而驅(qū)動(dòng)凸輪軸11和凸輪軸10，這就構(gòu)成一個(gè)通常的調(diào)相器型的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，即可以改變凸輪軸11和10相對(duì)于曲軸I的角度關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明添加了全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)具有靜態(tài)角度可調(diào)的控制凸輪軸14和控制凸輪軸15，控制凸輪14通過(guò)軸連接液壓做動(dòng)器9，控制凸輪15通過(guò)軸連接液壓做動(dòng)器8，液壓做動(dòng)器9和8可以改變控制凸輪軸14和15的角度，而不是持續(xù)的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明所述應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)更具有通常的氣缸蓋13和氣缸體12，用來(lái)形成完整的氣缸。又在氣缸蓋13上具有燃油噴射器6和電子點(diǎn)火器7，這二個(gè)部件可以根據(jù)內(nèi)燃機(jī)是點(diǎn)燃和壓燃選擇是否配置電子點(diǎn)火器7，但推薦燃油噴射器6，因?yàn)橹眹妼?duì)于柴油機(jī)和汽油機(jī)皆具有提高性能的作用。又參考圖2，液壓做動(dòng)器8和9的作用是改變控制凸輪軸14與15的角度，從而改變氣門持續(xù)開(kāi)啟的時(shí)間。而液壓調(diào)相器5和4的作用是改變氣門開(kāi)啟的時(shí)間，于是與液壓做動(dòng)器8和9配合，就可以任意改變氣門開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間，也就是所對(duì)應(yīng)的曲軸角，又稱CA角。根據(jù)圖1所示的二沖程阿特金森循環(huán)和其解釋，這是本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)可以改變工作循環(huán)模式的基礎(chǔ)。本實(shí)施例中的內(nèi)燃機(jī)具有二個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門，進(jìn)氣門由凸輪10驅(qū)動(dòng)，而排氣門有凸輪11驅(qū)動(dòng)。雖然圖2中未示出，但是所有的可旋轉(zhuǎn)的軸皆固定在氣缸蓋13上并具有旋轉(zhuǎn)自由度。又參考圖2，齒輪2和液壓調(diào)相器4和5的齒輪的齒數(shù)比是1: 1，即全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)中的凸輪軸的轉(zhuǎn)速與所述 應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的曲軸的轉(zhuǎn)速比是1: 1，這是為了適應(yīng)二沖程循環(huán)所必需的參數(shù)設(shè)定。又參考圖2，全可變氣門正式機(jī)構(gòu)可以參考專利申請(qǐng)?zhí)?01010164316.6包含變速擺機(jī)構(gòu)的全可變氣門正時(shí)方法和機(jī)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明。參考圖3，可見(jiàn)排氣門的全可變正時(shí)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。圖上可見(jiàn)曲軸I上連接活塞連桿19，一端連接齒輪2，齒輪2通過(guò)鏈條3驅(qū)動(dòng)液壓調(diào)相器4，液壓調(diào)相器4固定連接凸輪軸11，凸輪軸11上的凸輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)主動(dòng)變速擺桿16，而主動(dòng)變速擺桿16驅(qū)動(dòng)從動(dòng)變速擺桿17，從動(dòng)變速擺桿17驅(qū)動(dòng)滾輪搖臂18，從而最終驅(qū)動(dòng)排氣門?？刂仆馆嗇S14的作用受到液壓做動(dòng)器9的限制和驅(qū)動(dòng)作用，可以固定角度和無(wú)級(jí)可調(diào)角度，使得主動(dòng)變速擺桿16得到杠桿支撐，且這種支撐作用是可以無(wú)級(jí)別調(diào)節(jié)的。參考圖4，可見(jiàn)二個(gè)進(jìn)氣門的全可變正時(shí)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。圖上可見(jiàn)通過(guò)鏈條3驅(qū)動(dòng)液壓調(diào)相器5，液壓調(diào)相器5固定連接凸輪軸10，凸輪軸10上的二個(gè)凸輪驅(qū)動(dòng)主動(dòng)變速擺桿20 ( 二個(gè)氣門共二個(gè))，而主動(dòng)變速擺桿20驅(qū)動(dòng)從動(dòng)變速擺桿21 ( 二個(gè)氣門共二個(gè))，從動(dòng)變速擺桿21驅(qū)動(dòng)滾輪搖臂22 ( 二個(gè)氣門共二個(gè))，從而最終驅(qū)動(dòng)排氣門?？刂仆馆嗇S15的作用受到液壓做動(dòng)器8的限制和驅(qū)動(dòng)作用，可以固定角度和無(wú)級(jí)可調(diào)角度，使得主動(dòng)變速擺桿20得到杠桿支撐，且這種支撐作用是可以無(wú)級(jí)別調(diào)節(jié)的。參考圖5，本實(shí)施例采用二個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的配置，剖視圖采用一個(gè)平面剖開(kāi)其中一個(gè)進(jìn)氣門，另一個(gè)垂直的平面剖開(kāi)排氣門的。所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)具有通常的活塞內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)，例如氣缸體12和氣缸蓋13。所不同的是，所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)所使用的活塞是成型頂活塞25，具有二個(gè)斜切圓柱的凸起26，斜切圓柱的凸起26的圓柱截面上各有一個(gè)內(nèi)凹面，二個(gè)凸起的內(nèi)凹面具有不一樣的弧度，二個(gè)凸起的弧度一大一小，比較大的用來(lái)將氣流導(dǎo)向進(jìn)氣門23的背面，而弧度較小的一個(gè)將氣流導(dǎo)向排氣門24的背面。所述成型頂活塞25的凸起26的位置和形狀恰好配合進(jìn)氣門23運(yùn)動(dòng)所需的內(nèi)凹槽27的形狀，而內(nèi)凹槽27是進(jìn)氣門邊緣運(yùn)動(dòng)所形成圓柱面切氣缸蓋的一部分，氣門軸線與所在氣缸蓋表面的法線夾角大于零度小于45度。而排氣門24是與氣缸蓋表面配合的，因此不需要活塞有特別的形狀，一個(gè)平面即可。排氣門24在排氣通道29的末端，進(jìn)氣門23在進(jìn)氣道28的末端，可見(jiàn)進(jìn)氣道28的方向極為接近活塞運(yùn)動(dòng)軌跡的方向?；钊N38將活塞25連接到活塞連桿19上。同時(shí)，又參考圖5，這是活塞處于上止點(diǎn)的情況，可見(jiàn)氣門全部關(guān)閉，而活塞25可以完全適應(yīng)氣缸蓋的形狀，只是在凸起26的內(nèi)凹面與進(jìn)氣門23之間有少量無(wú)法填補(bǔ)的空隙。同時(shí)參考圖5與圖6，這是活塞25處于下止點(diǎn)附近的情況，可見(jiàn)氣門23與24全部打開(kāi)，因?yàn)闅忾T23與24開(kāi)啟進(jìn)行掃氣時(shí)，活塞25始終處于較低的位置，不會(huì)與氣門23與24碰撞，因此活塞25不必像通常四沖程內(nèi)燃機(jī)活塞那樣為了適應(yīng)氣門開(kāi)啟的狀況而做出一個(gè)凹陷，內(nèi)燃機(jī)的壓縮比可以做到很大。氣門23開(kāi)啟最大時(shí)不超過(guò)內(nèi)凹槽27的深度，因此相對(duì)與氣門23的側(cè)面有一部分是被內(nèi)凹槽27擋住，因而氣門23起到一個(gè)活動(dòng)擋板的作用。同時(shí)參考圖5與圖6，可見(jiàn)進(jìn)氣門23軸線與所在氣缸蓋表面的法線夾角大于零度小于45度，進(jìn)氣門23相對(duì)于與進(jìn)氣門接觸的氣缸蓋平面是傾斜的，因此形成了內(nèi)凹槽27.
參考圖7，這是本發(fā)明所采用的成型頂活塞25的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。凸起26和30在斜面34上，凸起26具有內(nèi)凹面32，凸起30具有內(nèi)凹面33，內(nèi)凹面32的弧度與內(nèi)凹面33不同，一個(gè)大另一個(gè)則小，目的在于弧度較大內(nèi)凹面將進(jìn)氣的氣流的一部分導(dǎo)向排氣門的背面，將廢氣沖刷干凈，而另一個(gè)`弧度較小內(nèi)凹面將進(jìn)氣的氣流的一部分導(dǎo)向進(jìn)氣門的背面，將廢氣沖刷干凈，而二個(gè)凸起26和30之間以及側(cè)面的氣缸表面形成三條流道，將進(jìn)氣門的氣流導(dǎo)向活塞25的其他部分用來(lái)沖刷廢氣。斜面34與活塞25的頂部平面31的延長(zhǎng)線具有一個(gè)小于45度的銳角。參考圖8和圖7，可以更明顯看到上述關(guān)于活塞25的特征，活塞頂部斜面34上有二個(gè)二個(gè)斜切圓柱的凸起26和30，其端面上具有二個(gè)內(nèi)凹面32與33且各自具有不同的弧度，斜面34與平面31具有一個(gè)小于45的銳角。至于內(nèi)凹面32與33是屬于凸起26和30的哪一個(gè)，是可以隨意的。參考圖1至圖11，可見(jiàn)一種將普通四沖程或二沖程內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)成為二沖程阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的方法，將進(jìn)氣門23傾斜,并向氣缸蓋13內(nèi)部移動(dòng)形成一個(gè)內(nèi)凹槽27,進(jìn)氣門23的最大升程不大于內(nèi)凹槽27的深度，內(nèi)凹槽27的形狀也是充分適應(yīng)進(jìn)氣門23在開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)時(shí)所掃出的一個(gè)圓柱體,也正好包住氣門，形成對(duì)氣門一側(cè)的部分封閉。進(jìn)氣管28與活塞25運(yùn)動(dòng)軌跡的夾角近零度，同時(shí)在活塞25上增加二個(gè)斜切柱狀凸起26和30并使之配合內(nèi)凹槽27，同時(shí)氣缸蓋13也必需適應(yīng)活塞25所具有的斜面34。在氣門控制方面，要調(diào)整傳動(dòng)齒輪2和液壓調(diào)相器4和5的齒數(shù)比達(dá)到1: 1，并采用全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)和相應(yīng)控制技術(shù)，并調(diào)整凸輪軸14和15上的凸輪的角度，使得進(jìn)氣門和排氣門可以做到近似同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，并且這樣的掃氣過(guò)程可以在曲軸角坐標(biāo)上做到平移。因而可以這樣總結(jié)一種將普通四沖程或二沖程內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)成為二沖程阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的方法:用掃氣方式替代活塞吸氣-排氣方式，在氣門控制方面，要調(diào)整凸輪軸或相應(yīng)掃氣控制機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速或頻率必需與曲軸的轉(zhuǎn)速比達(dá)到1: 1，采用全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)或同等作用的氣門控制機(jī)構(gòu)，調(diào)整凸輪軸上的凸輪的角度或同等作用機(jī)構(gòu)的參數(shù)，使得進(jìn)氣門和排氣門可以做到近似同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，并且這樣的掃氣過(guò)程的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間可以做連續(xù)無(wú)級(jí)別的調(diào)整。這樣的方法不僅適合與普通往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)，也適合其他形式的活塞內(nèi)燃機(jī)，例如旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)。參考圖1至圖11，顯示了一種可調(diào)排量和壓縮比的內(nèi)燃機(jī)和方法，通過(guò)構(gòu)建一種全頂置氣門的掃氣式二沖程內(nèi)燃機(jī)，包含了全可變氣門正式機(jī)構(gòu)，具有導(dǎo)氣作用的成型頂活塞25，傾斜的氣門23和內(nèi)凹槽27，實(shí)現(xiàn)一種調(diào)節(jié)排量和壓縮比的方法:當(dāng)掃氣過(guò)程有全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)調(diào)整 而在曲軸角坐標(biāo)上平移的時(shí)候，吸氣量減少，活塞25上止點(diǎn)不變，等效的下止點(diǎn)可調(diào)，排量降低，等效于壓縮比降低。參考圖1至圖11，顯示了一種可變循環(huán)模式的內(nèi)燃機(jī)和方法，通過(guò)構(gòu)建一種多模全頂置氣門的掃氣式二沖程內(nèi)燃機(jī)，包含全可變氣門正時(shí)、成型頂活塞和特殊氣缸蓋的二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)這樣一種可變循環(huán)模式的方法:當(dāng)掃氣過(guò)程有全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)調(diào)整而在曲軸角坐標(biāo)上平移的時(shí)候，活塞25上止點(diǎn)不變，下止點(diǎn)可二次獨(dú)立可調(diào)，分別在膨脹終了至T2時(shí)刻和壓縮開(kāi)始之T5時(shí)刻二個(gè)時(shí)刻，等效于內(nèi)燃機(jī)的膨脹系數(shù)可以從1:1調(diào)到大于2: 1，即可以從普通二沖程循環(huán)無(wú)級(jí)別調(diào)整到膨脹比可大于2: I的阿特金森循環(huán)。而即便是傳統(tǒng)二沖程循環(huán)模式和阿特金森循環(huán)模式，其排量也是可以無(wú)級(jí)別連續(xù)調(diào)整的，僅僅取決于膨脹沖程與壓縮沖程的比，以及壓縮沖程的絕對(duì)值，因而可調(diào)排量和壓縮比可以算作一種模式。綜合起來(lái)，所述方法可以構(gòu)建一臺(tái)具有三種工作模式的多模全頂置氣門的二沖程內(nèi)燃機(jī)。參考圖5、6、7、8，顯示了一種利于掃氣的氣缸結(jié)構(gòu)，在普通頂置氣門四沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)氣門23傾斜，并向氣缸蓋13內(nèi)部移動(dòng)形成一個(gè)內(nèi)凹槽27，進(jìn)氣門23的最大升程不大于內(nèi)凹槽27的深度，進(jìn)氣管28與活塞25運(yùn)動(dòng)軌跡的夾角近零度，同時(shí)在活塞25上增加二個(gè)斜切柱狀凸起26和30并使之配合內(nèi)凹槽27，同時(shí)氣缸蓋13也必需適應(yīng)活塞25所具有的斜面34。這樣的結(jié)構(gòu)，所起的的效果類似于在氣缸壁底部開(kāi)二個(gè)掃氣用的進(jìn)氣口，因而可以解決頂置氣門掃氣的問(wèn)題。但正如所述內(nèi)燃機(jī)是具有多重模式可調(diào)的，因此在不同模式下掃氣的效率有所差異，但不會(huì)相差很大。所有圖中均未示出一些普通內(nèi)燃機(jī)通常所具有的機(jī)構(gòu)例如油泵等輔助性機(jī)構(gòu)，但并不影響對(duì)于本發(fā)明的說(shuō)明，因?yàn)楸景l(fā)明的主旨就是在普通內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上做最少的改動(dòng)?？傮w而言，二沖程循環(huán)與阿特金森循環(huán)相結(jié)合的方式，等效于將阿特金森循環(huán)的進(jìn)氣與排氣折疊壓縮在一個(gè)掃氣過(guò)程中，從而可以將阿特金森循環(huán)壓縮在一個(gè)典型的二沖程循環(huán)的動(dòng)作當(dāng)中，但其熱力學(xué)效果卻是阿特金森循環(huán)，因此理論熱循環(huán)效率可以最接近卡諾循環(huán)效率。同時(shí)從機(jī)械角度說(shuō)多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)是個(gè)平衡的二沖程過(guò)程，慣性上可以多缸配合做到極佳的慣性平衡，且絕大多數(shù)部件來(lái)自普通的頂置氣門四沖程內(nèi)燃機(jī)，進(jìn)經(jīng)過(guò)少數(shù)改動(dòng)即可，因而整個(gè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程而言，本發(fā)明可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)效率與成本的最佳平衡。上述敘述僅僅是用于解釋本發(fā)明的例示性實(shí)施例，它不是排他的或?qū)⒈景l(fā)明限制與其公開(kāi)的具體形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以做出各種改變以及其中的元素可用等同元素來(lái)替換。此外，可以做出很多修改以使特定情形或材料適用于本發(fā)明的主旨而不偏離實(shí)質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明不限于作為構(gòu)思實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式所公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明包括屬于本發(fā)明范圍的所有實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠以具體解釋和闡明的方式以外的其他方式實(shí)施。為理解上述陳述，舉例而言，本發(fā)明所示之例示性實(shí)施例中未包含渦輪增壓器或者機(jī)械增壓器、電動(dòng)增壓器等其他設(shè)備，但基于本發(fā)明只針對(duì)內(nèi)燃機(jī)最基本的氣缸、活塞和氣門部分的改進(jìn)的主旨，外部輔助設(shè)備并不影響本發(fā)明所具有的創(chuàng)新性，本發(fā)明也不排除那些外部 設(shè)備的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述內(nèi)燃機(jī)采用一種二沖程阿特金森循環(huán):在通常二沖程循環(huán)的基礎(chǔ)上，將掃氣過(guò)程偏置，向壓縮沖程移動(dòng)，縮小的壓縮沖程的距離，延長(zhǎng)了膨脹沖程的距離，壓縮沖程小于膨脹沖程，壓縮沖程和膨脹沖程做成非對(duì)稱，即一種平衡的阿特金森循環(huán)，又是一種二沖程循環(huán)，是在二沖程循環(huán)中嵌入阿特金森循環(huán)。所述二沖程阿特金森循環(huán)又可以這樣描述:是將進(jìn)氣和排氣過(guò)程重疊之后形成阿特金森循環(huán)，即在通常的阿特金森循環(huán)基礎(chǔ)上，排氣過(guò)程與進(jìn)氣過(guò)程作重交疊，即以掃氣替代通常的阿特金森循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過(guò)程。
所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)是進(jìn)氣門和排氣門全部頂置的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，由傾斜的進(jìn)氣門和相應(yīng)的氣缸蓋、全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)、成型頂活塞與其他相應(yīng)部件組成。內(nèi)燃機(jī)是否具有火花塞由內(nèi)燃機(jī)類型決定。所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)可以在標(biāo)準(zhǔn)二沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程阿特金森內(nèi)燃機(jī)、可調(diào)壓縮比和排量的內(nèi)燃機(jī)三個(gè)工作模式下工作，并可以相互轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征還在于。所述二沖程內(nèi)燃機(jī)所使用的氣缸蓋是具有適應(yīng)進(jìn)氣門運(yùn)動(dòng)的內(nèi)凹槽，是進(jìn)氣門邊緣運(yùn)動(dòng)所形成圓柱面切氣缸蓋的一部分，進(jìn)氣門軸線與所在氣缸蓋表面的法線夾角大于零度小于45度，進(jìn)氣門相對(duì)于與進(jìn)氣門接觸的氣缸蓋平面是傾斜的，進(jìn)氣門的最大升程不大于內(nèi)凹槽的深度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征還在于所述多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)所使用的活塞是成型頂活塞，具有二個(gè)斜切圓柱的凸起，凸起的位置和形狀適應(yīng)如權(quán)利要求2所述之內(nèi)凹槽，斜切圓柱突起的圓柱截面上各有一個(gè)內(nèi)凹面，二個(gè)突起的內(nèi)凹面具有不一樣的弧度。所述成型頂活塞還具有一個(gè)斜面與活塞頂平面成小于45度的銳角。
4.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征還在于所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管與活塞運(yùn)動(dòng)軌跡的夾角近零度。
5.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征還在于所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門與進(jìn)氣門由全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)和定時(shí)，而全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)中的凸輪軸的轉(zhuǎn)速與所述應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)的曲軸的轉(zhuǎn)速比是1: 1，且內(nèi)燃機(jī)曲軸和凸輪軸之間由連續(xù)可調(diào)液壓調(diào)相器連接。
6.一種二沖程阿特金森循環(huán):在通常二沖程循環(huán)的基礎(chǔ)上，將掃氣過(guò)程偏置，向壓縮沖程移動(dòng)，縮小的壓縮沖程的距離，延長(zhǎng)了膨脹沖程的距離，壓縮沖程小于膨脹沖程，壓縮沖程和膨脹沖程做成非對(duì)稱，即一種平衡的阿特金森循環(huán)，又是一種二沖程循環(huán)，是在二沖程循環(huán)中嵌入阿特金森循環(huán)。所述二沖程阿特金森循環(huán)又可以這樣描述:是將進(jìn)氣和排氣過(guò)程重疊之后形成阿特金森循環(huán)，即在通常的阿特金森循環(huán)基礎(chǔ)上，排氣過(guò)程與進(jìn)氣過(guò)程作重交疊，即以掃氣替代通常的阿特金森循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過(guò)程。
7.一種將普通四沖程或二沖程內(nèi)燃機(jī)改進(jìn)成為二沖程阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的方法，用掃氣方式替代活塞吸氣-排氣方式，在氣門控制方面，要調(diào)整凸輪軸或相應(yīng)掃氣控制機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速或頻率必需與曲軸的轉(zhuǎn)速比達(dá)到1: 1，采用全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)或同等作用的氣門控制機(jī)構(gòu)，調(diào)整凸輪軸上的凸輪的角度或同等作用機(jī)構(gòu)的參數(shù)，使得進(jìn)氣門和排氣門可以做到近似同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，并且這樣的掃氣過(guò)程的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間可以做連續(xù)無(wú)級(jí)別的調(diào)整。
8.一種可調(diào)排量和壓縮比的內(nèi)燃機(jī)和方法，是一種具有全可變氣門正時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、全頂置氣門、成型頂活塞的二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述的可調(diào)排量和壓縮比的方法是通過(guò)改變吸氣的體積和保持活塞上止點(diǎn)，使得等效的壓縮比得以連續(xù)改變。
9.一種可變循環(huán)模式的內(nèi)燃機(jī)和方法，所述可變循環(huán)模式的內(nèi)燃機(jī)是:包含全可變氣門正時(shí)、成型頂活塞和特殊氣缸蓋的二沖程內(nèi)燃機(jī)。所述方法是:采用掃氣的方式換氣，采用二沖程為一個(gè)工作循環(huán)，可在典型二沖程循環(huán)、阿特金森循環(huán)、可變排量和壓縮比內(nèi)燃機(jī)等三種循環(huán)模式之間變換工作模式。所述可變循環(huán)模式的方法，即通過(guò)改變掃氣過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短和過(guò)程的時(shí)機(jī)，從而改變內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)的模式和循環(huán)參數(shù)。
10.一種利于掃氣的氣缸結(jié)構(gòu)，其特征在于在普通頂置氣門四沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)氣門傾斜，并向氣缸蓋內(nèi)部移動(dòng)形成一個(gè)內(nèi)凹槽，進(jìn)氣門的最大升程不大于內(nèi)凹槽的深度，進(jìn)氣管與活塞運(yùn)動(dòng)軌 跡的夾角近零度，同時(shí)在活塞上增加二個(gè)斜切柱狀凸起并使之配合氣缸蓋上的內(nèi)凹槽，同時(shí)氣缸蓋也必需適應(yīng)活塞所具有的斜面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用二沖程阿特金森循環(huán)的多模全頂置氣門二沖程內(nèi)燃機(jī)，二沖程阿特金森循環(huán)是在二沖程循環(huán)的基礎(chǔ)上將掃氣過(guò)程偏置，縮小的壓縮沖程的距離，延長(zhǎng)了膨脹沖程的距離，實(shí)現(xiàn)了阿特金森循環(huán)，并且保持了內(nèi)燃機(jī)的平衡性。在普通二沖程內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，采用了頂置大斜度的嵌入式進(jìn)氣門和普通排氣門的氣缸蓋結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣門在打開(kāi)的時(shí)候，自身充當(dāng)了臨時(shí)的隔離板，并利用成型頂活塞上凸起的導(dǎo)流作用，實(shí)現(xiàn)更高效率的掃氣結(jié)構(gòu)。通過(guò)全可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)氣門與曲軸的角度關(guān)系，可以調(diào)整進(jìn)排氣門的開(kāi)閉時(shí)間，從而令內(nèi)燃機(jī)具有二沖程阿特金森循環(huán)和二沖程循環(huán)及可調(diào)排量和壓縮比三種工作模式。本發(fā)明大幅度提高了內(nèi)燃機(jī)的效率。
文檔編號(hào)F02F3/24GK103233789SQ20131018470
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者朱譞晟 申請(qǐng)人:朱譞晟