專利名稱：掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)比功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，同時(shí)由于沒(méi)有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪閥門機(jī)構(gòu)，因此工作時(shí)除了例行保養(yǎng)以外，不需要調(diào)整，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。
最能體現(xiàn)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)的就是施努勒掃氣二沖程汽油機(jī)。這種設(shè)計(jì)方案采用密閉的曲軸箱做氣泵，使得整機(jī)的成本很低。但是它的潤(rùn)滑方式是將潤(rùn)滑油混合到汽油中，利用油霧的滲透進(jìn)行潤(rùn)滑的?；旌显谌加椭械臎](méi)有燃燒的潤(rùn)滑油隨同廢氣一同排到大氣中。這種潤(rùn)滑方式的一個(gè)缺點(diǎn)是潤(rùn)滑油消耗量比較大，同時(shí)燃燒不完全的潤(rùn)滑油形成積碳不利于發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，另一個(gè)缺點(diǎn)是污染環(huán)境。尤其是在環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天，這種發(fā)動(dòng)機(jī)已受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)甚至嚴(yán)厲指責(zé)。據(jù)資料介紹，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已嚴(yán)令禁用此種發(fā)動(dòng)機(jī)。但是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)是這樣的突出，以致人們還在努力尋找各種方法，以期揚(yáng)長(zhǎng)避短(《摩托車技術(shù)》雜志1994年第1期有文章詳細(xì)介紹這方面的情況)。但是，這些方法不是未能解決排氣含油問(wèn)題，就是使得發(fā)動(dòng)機(jī)變得過(guò)于復(fù)雜了，以致于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)被淹沒(méi)了。
至于二沖程柴油機(jī)，由于它的燃料不是象汽油機(jī)那樣隨同空氣一同進(jìn)入汽缸，所以不能用施努勒掃氣方式來(lái)潤(rùn)滑，它的曲軸的高負(fù)荷也不允許它用這樣的潤(rùn)滑方式。所以它必須配備專門的掃氣泵(通常為羅茨泵)。加工精度要求很高的掃氣泵和變得復(fù)雜的結(jié)構(gòu)同樣減少了二沖程柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)。
我們需要一種象施努勒掃氣那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但采用四沖程機(jī)潤(rùn)滑方式的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)就克服了原來(lái)的不足，具有了明顯的優(yōu)點(diǎn)。


圖1所示結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠較好的實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
圖中1是火花塞，2是汽缸，3是排氣口，4是活塞，5是曲柄，6是曲軸箱，7是掃氣管，8是空氣濾清器，9是化油器，10是簧片閥，11是掃氣口。
與傳統(tǒng)方式不同的是，增設(shè)了掃氣管7。掃氣管7應(yīng)內(nèi)壁光滑，其長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)大于其徑向尺寸，其容積應(yīng)約等于汽缸排量。當(dāng)活塞上行時(shí)，曲軸箱內(nèi)產(chǎn)生一定真空度，閥10打開，混合汽被吸至掃氣管內(nèi)，當(dāng)活塞下行時(shí)，曲軸箱內(nèi)的壓力升高，閥10關(guān)閉，掃氣管內(nèi)的混合汽也同時(shí)被壓縮，至掃氣口打開時(shí)，掃氣管內(nèi)的混合汽噴至汽缸內(nèi)，完成掃氣。掃氣管是這樣的長(zhǎng)，以至于其中的混合汽與含油霧空氣混合的數(shù)量可以忽略。即使在掃氣量很少的時(shí)候，也同樣如此。因?yàn)檫M(jìn)氣口距離油霧飛濺的曲軸箱畢竟是太遠(yuǎn)了，在掃氣管的進(jìn)氣口一側(cè)油霧的濃度已很低了?？梢钥吹剑谶@里，曲軸箱并不儲(chǔ)存混合汽，它只是用來(lái)產(chǎn)生進(jìn)氣和掃氣所必須的壓力，混合汽是由掃氣管來(lái)儲(chǔ)存的。所以，盡管曲軸箱內(nèi)油霧飛濺(飛濺潤(rùn)滑——四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑方式，但并未將油霧送進(jìn)汽缸之內(nèi)，因?yàn)橛辛艘桓鶔邭夤?，隔離了曲軸箱和混合汽。由于掃氣管增加了曲軸箱的實(shí)際空間，因此進(jìn)氣真空度和掃氣壓力均將有所降低，升功率將有所下降，尤其是在轉(zhuǎn)速較高的情況下，所以應(yīng)盡量減少曲軸箱內(nèi)的空間，換言之，應(yīng)盡量增大曲柄和連桿的體積。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是的是它只增加了一根掃氣管，就解決了排氣含油的問(wèn)題，所以即使它的比功率降至四沖程機(jī)的水平，它仍比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有優(yōu)勢(shì)——簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，低的生產(chǎn)成本和極少的維護(hù)工作量。
在圖1中，我們只要將火花塞1換成噴油咀，并去掉化油器9，我們就得到了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不再需要高精度羅茨泵的二沖程柴油機(jī)。應(yīng)該指出的是，因?yàn)椴裼蜋C(jī)進(jìn)氣阻力小，轉(zhuǎn)速較低，所以升功率不會(huì)有因掃氣壓力有所減少而明顯下降。因此，它簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，低廉的生產(chǎn)成本和大的比功率會(huì)使四沖程機(jī)相形見絀。
掃氣管的容積一般可取與汽缸排量相等。但為曲軸箱通風(fēng)用，可使其容積略小于汽缸排量，這樣，每個(gè)進(jìn)氣循環(huán)曲軸箱內(nèi)的氣體都與新氣有部分交換。亦即實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)的目的。
圖2所示結(jié)構(gòu)是為減少二沖程汽油機(jī)特有的掃氣損失而設(shè)計(jì)的。圖中各序號(hào)1至6與圖1含義相同，9是空氣濾清器，10是化油器。它將圖1中的掃氣管7分成了兩個(gè)掃氣管7和8，各自分別有閥門12和節(jié)氣門(油門)11，兩個(gè)閥門應(yīng)保持相同的開啟壓力，節(jié)氣門同步動(dòng)作，這樣，在曲軸箱為負(fù)壓時(shí)，空氣和混合氣以一定比例分別存于空氣掃管8和混合汽掃管7中，在曲軸箱壓力為正時(shí)，活塞先打開空氣掃氣口，空氣由空氣掃管8噴至汽缸內(nèi)，驅(qū)除廢氣，而后活塞將混合汽掃氣口打開?；旌掀淙肫?，由于先進(jìn)入汽缸的是純空氣，不含燃油，因此減少了掃氣過(guò)程中燃料損失。
另一種減少掃氣損失的設(shè)計(jì)如圖3所示，可稱之為化油器后置方案。這種方式仍需兩個(gè)同步動(dòng)作的節(jié)氣門11，它的缸點(diǎn)是需將化油器置于壓力變化的環(huán)境中，這就需要密封和專門的供油裝置(油泵)，而這增加了復(fù)雜性，它的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有閥門同步的問(wèn)題，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)閥門。
采用燃油缸內(nèi)直接噴射使得這種發(fā)動(dòng)機(jī)顯得非常簡(jiǎn)單。如圖4所示。圖中序號(hào)1至8的含義與圖1的相同，9是閥門，10是燃油噴射器，當(dāng)掃氣過(guò)程快結(jié)束時(shí)，噴射器將燃油噴射至缸內(nèi)。雖然是噴射器，但由于是在低力壓下工作的，因此要求不象柴油機(jī)那樣嚴(yán)格(高溫高壓)，其成本也較低。燃料也可與少量的高壓空氣混合噴入，當(dāng)然也可以象柴油機(jī)那樣從汽缸頂部噴入。這幾種方法的共同優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有掃氣過(guò)程中的燃料損失。
采用和傳統(tǒng)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的潤(rùn)滑系統(tǒng)當(dāng)然簡(jiǎn)單，但這種有“油底殼”的方式使發(fā)動(dòng)機(jī)的高度增加了，同時(shí)也增大了曲軸箱的容積，而這不利于升功率的提高。采用如圖5所示的方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。圖中圓形的曲柄上加工有若干個(gè)槽，它們與曲軸箱及在曲軸箱切線方向的開口一起構(gòu)成了一個(gè)離心泵。曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油被不斷地泵出曲軸箱，沿著輸油管高速流動(dòng)。流動(dòng)至濾清器1時(shí)，流向急速改變，并且流速減小，油中含有的雜質(zhì)顆粒由于慣性的作用，沖過(guò)濾網(wǎng)2沉淀至濾清器底部，純凈的潤(rùn)滑油沿油管經(jīng)限壓器5送至貯油池3，然后由貯油池3從箭頭方向送出。圖中4是貯油池蓋，加油從此進(jìn)行，它保持貯油池的密封性。
從貯油池流出的潤(rùn)滑油可以直接注入中間設(shè)有油道的曲軸、連桿及活塞銷等摩擦副中。在曲柄直徑較小的情形下，離心泵在低速區(qū)能提供的壓力較小，不能滿足需要時(shí)，可以在將潤(rùn)滑油由貯油池送入上述機(jī)構(gòu)之前再用一齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵加壓至可用程度。
另一種潤(rùn)滑方式為“噴灑潤(rùn)滑”。它類似于“油霧潤(rùn)滑”。但由于曲軸箱內(nèi)是粘度較大的機(jī)油，沒(méi)有“油霧潤(rùn)滑”那樣好的霧化性，為增加潤(rùn)滑效果，可以在曲軸箱內(nèi)的適當(dāng)部位加設(shè)若干具有霧化性能的噴油咀，使?jié)櫥蛷馁A油池3出來(lái)后經(jīng)噴油咀噴向需加強(qiáng)潤(rùn)滑的部位。
為進(jìn)一步加強(qiáng)隔效果，還可以在掃氣管中增加一個(gè)“自由閥”，如圖6所示。圖中1和7是彈簧，2是通往曲軸箱的端口，3是掃氣管，4是“自由閥”，5是滑桿，“自由閥”可以在桿上自由滑動(dòng)。 6是掃氣管的另一個(gè)端口。彈簧的一個(gè)作用是為自由閥提供可能必要的緩沖，另一個(gè)作用是限制自由閥的位置，避免自由閥走到極限位置而失去作用。實(shí)際上，這個(gè)“自由閥”不僅能進(jìn)一步加強(qiáng)隔離效果，它還具有慣性增壓的作用。假設(shè)它是用鋁制成，因?yàn)殇X的密度是空氣的2000多倍，因此0.5毫米厚的“自由閥”其慣性作用就相當(dāng)于1米多長(zhǎng)的空氣柱。換言之，使用了“自由閥”以后，只需要很小的體積就能實(shí)現(xiàn)無(wú)閥時(shí)需很大體積才能實(shí)現(xiàn)的增壓效果，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
以上各圖中給出的只是原理示意圖，并不表示實(shí)際的工藝結(jié)構(gòu)。掃氣與式完全可以和傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相同。但采用定向?qū)ΨQ掃氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而效果較好，如圖7所示。圖中1是整流片，2是汽缸體，3是排氣口，4是掃氣管的一個(gè)端口，5是掃氣口。所謂定向掃氣就是在掃氣道中增加一組整流片，它們將掃氣道分成若干個(gè)較小的掃氣道，使得氣流的方向得到較好的控制(關(guān)于定向掃氣及其效果，在申請(qǐng)?zhí)枮?4221803的專利說(shuō)明書中有較詳細(xì)的說(shuō)明)。當(dāng)然也可以采用有凸輪控制排氣的直式掃氣。
各圖中給出的進(jìn)氣閥門均為簧片閥。實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)閥或凸輪控制的閥門等都可以應(yīng)用，只要使其按著正確的相位開閉即可。只是簧片閥是其中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，它的低速性能較好，缺點(diǎn)是有一定的壓力損失。
以上各圖中掃氣管與曲軸箱的聯(lián)接只是示意圖。實(shí)際上，掃氣管最好接在與曲柄旋平面垂直的方向上，以盡量減少油霧的影響。掃氣管不一定是直的，它可以是彎曲的，例如是圓弧狀，螺旋狀，或直管折疊的等等，但它應(yīng)與水平有一角度，以便混在空氣中的潤(rùn)滑油在管壁上凝結(jié)時(shí)夠流回曲軸箱。
在多缸應(yīng)用時(shí)，化油器前置方案有它的優(yōu)點(diǎn)它只需要一只化油器。當(dāng)然掃氣管各自是獨(dú)立的 ，包括閥門。圖8所示方案使化油后置方式也可以只用一只化油器。圖中1是兩個(gè)汽缸的掃氣管，它不再直接通往掃氣道，而是分別通過(guò)一個(gè)簧片閥6匯到一起，然后再分別通過(guò)同步動(dòng)作的節(jié)氣門2、空氣通道3和化油器通道4通向各自的掃氣口。圖中5是化油器箭頭表示氣流方向，其中單箭頭表示空氣流向，寬箭頭表示混合汽流向。簧片閥的作用是保證空氣只能從掃氣管的進(jìn)氣口進(jìn)入掃氣管，不會(huì)造成各缸之間的相互干擾。當(dāng)然也可以用其它形式的閥門，但以簧片閥為最簡(jiǎn)單。顯然，這個(gè)方法對(duì)多缸也是同樣適用的。如果我們把圖中化油器5換成燃油噴射裝置，并適當(dāng)控制其噴射時(shí)刻，我們不需要專門的空氣掃氣道也同樣能實(shí)現(xiàn)“分層掃氣”。即令掃氣口剛打開時(shí)，噴射器不噴油，經(jīng)一定時(shí)間后，才開始噴射，并在掃氣口關(guān)閉前結(jié)束。在種方法對(duì)雙缸機(jī)是最適用的。缸數(shù)再增加時(shí)，可再增加噴射器的數(shù)量并將空氣分成若干路，每路一個(gè)噴射器，負(fù)責(zé)兩個(gè)汽缸。
在多缸應(yīng)用時(shí)，潤(rùn)滑系統(tǒng)也可以部分公用或全部公用?？梢詫?rùn)滑油全部泵入一個(gè)公共的貯油池，然后分別送入各潤(rùn)滑部位(可以加壓)。在這種方式中，因?yàn)楦髑S箱通過(guò)輸油管已連在了一起，因此將會(huì)使進(jìn)氣量有所將低。如果我們能使各“離心泵”的出口壓力遠(yuǎn)大于曲軸箱內(nèi)的壓力，或?qū)⑵淞髁肯拗圃谝粋€(gè)可以接受的范圍內(nèi)，這一影響將很小。尤其是在公共貯油池之后經(jīng)過(guò)再次加壓的情況下。因此，在多缸的時(shí)候，我們有時(shí)只是為了減小各缸之間的干擾而使用了加壓泵。
權(quán)利要求
1.一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它每個(gè)汽缸至少有一個(gè)掃氣管7，掃氣管的一端與曲軸箱6相通，另一端與掃氣口11相通，并通過(guò)閥門與進(jìn)氣口10相通。閥門在曲軸箱內(nèi)為負(fù)壓時(shí)打開，為正壓時(shí)關(guān)閉。
2.一種如權(quán)利要求1的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于掃氣管的總?cè)莘e是汽缸排量的0.5-5倍，長(zhǎng)度為其直徑的2-20倍。
3.一種如權(quán)利要求1和2的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在掃氣口處裝有燃油噴射器10。
4.一種如權(quán)利要求1和2的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在掃氣管中裝有自由閥。
5.一種如權(quán)利要求1和2的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于掃氣管7在掃氣口與閥門之間的部分分成兩個(gè)掃氣管，在此兩個(gè)掃氣管中，裝有兩個(gè)同步動(dòng)作的節(jié)氣門11，并在其中一個(gè)掃氣管中裝有化油器10。
6.一種如權(quán)利要求1和2的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于它有兩個(gè)掃氣管7和8，在這兩個(gè)掃氣管中，裝有同步動(dòng)作的閥門12和節(jié)氣門11，在其中位于下面的掃氣管中裝有化油器10。
7.一種如權(quán)利要求1和2的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于其曲柄是圓形的，并在其端面開有若干個(gè)槽，在其曲軸箱內(nèi)圓的切線向開有出口，構(gòu)成了一個(gè)離心泵，該泵可以將曲軸箱內(nèi)的機(jī)油不斷泵出。
8.一種如權(quán)利要求7的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于它還有有機(jī)油濾清器1限壓器5和貯油池3。
9.一種如權(quán)利要求7和8的發(fā)動(dòng)機(jī)，其持征在于貯油池是密閉的，其中的機(jī)油經(jīng)出油口直接送至中間開有油道的曲軸連桿之中。
10.一種如權(quán)利要求8和9的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于貯油池中的機(jī)油是經(jīng)噴油咀噴入曲軸箱內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，它具有二沖程機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，比功率大和極少的維護(hù)工作量，克服了傳統(tǒng)方案的不足；新氣含機(jī)油或需要高精度的掃氣泵。它有一根掃氣管7，因其容積約等于汽缸排量而其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其直徑，故每一循環(huán)中，新氣只進(jìn)出于掃氣管內(nèi)而與曲軸箱內(nèi)的氣體交換極少。故可用四沖程機(jī)的方式潤(rùn)滑并且新氣中不含機(jī)油。將火花塞1換成噴油嘴并去掉化油器9，即為一二沖程柴油機(jī)，它不需要高精度的羅茨泵。
文檔編號(hào)F02B25/14GK1146528SQ94113828
公開日1997年4月2日 申請(qǐng)日期1994年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月9日
發(fā)明者何學(xué)新 申請(qǐng)人:何學(xué)新