专利名称：二冲程发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二冲程发动机，其利用进气阀、排气阀的适宜布置，进气和燃烧涡流的有效组织，排气正时的适宜控制，实现横向分层扫气和燃烧，从而可有选择地把至少参加过一次缸内再循环的有害成分较少的燃烧废气排出气缸，降低发动机的有害排放。
已有的二冲程发动机，例如Herbert H.Heitland等人开发的新型二冲程分层充气发动机(＂The fulfilment of Future EnvirommentalRegulations and The Use of Atemative Fuels Seems to Be Possible by Anew 2-Stroke Stratified Charge Engine＂Proceedings of 3rd Asian-Pacific International Symposium on Combustion and EnergyUtilization，Vol.1，pp32-37，December 11-15，1995 Hong Kong)，其进气阀设置在气缸的头部，排气口布置在气缸下部的缸壁上，由活塞控制其开闭，扫气时，新鲜混合气、本循环燃烧废气和上循环燃烧废气自气缸的头部到气缸的下部分层，至少参加过一次缸内再循环的废气被排出气缸，新鲜充量和本次循环燃烧的废气呈分层状态并参加下一个循环的燃烧，本次循环燃烧废气中的CO、HC和碳粒将在下一个循环燃烧的产生的高温中被氧化，实现了废气的缸内净化，使其在下一个循环的换气过程中被排出气缸时，有害排放含量非常低。其不足之处是排气口的设置气缸壁上，破坏了活塞气缸壁摩擦副的润滑油膜，会导致活塞和气缸壁的磨损，另外，润滑油也会直接排出排气口，造成一定程度上的污染。
本发明的目的是避免现有技术中存在的上述问题，提出了一种二冲程发动机，进气阀和排气阀分别被设置在气缸头的两侧，进气道、进气阀和燃烧室的设计和布置使缸内形成横向旋流并产生横向分层，上一循环的燃烧废气集中在排气侧，新鲜充量集中在进气侧，燃烧后，新鲜充量燃烧作功并形成本次循环燃烧废气，同时由于缸内的燃烧高温，使上一循环的燃烧废气中的CO、HC和碳粒充分氧化，实现废气的缸内净化，开始扫气后，上一次循环有害成分很小的燃烧废气被排出气缸，本次循环的燃烧废气被进气侧处的新鲜充量排挤到排气侧，但并不排出气缸，以参加下一循环的燃烧。由于本发明的二冲程发动机采用了成熟的四冲程发动机顶置进排气阀的结构，并未在气缸壁上设置任何气口，因此可以获得很好的活塞气缸壁摩擦副润滑条件。
本发明的另一个目的是提供一种低排放、低油耗和具有高的低负荷性能的二冲程发动机。
本发明的第三个目的是提供一种工作可靠、成本低廉的用于汽车、摩托车或通用动力机械的发动机。
根据本发明，上述目的是通过装配一种二冲程发动机来实现的，它包括气泵、进气装置、排气装置、燃烧室、气缸、气缸头、活塞、燃料供给装置和点火装置，活塞在气缸中往复运动，燃烧室由主燃烧室和副燃烧室组成，主燃烧室由活塞的顶面和气缸头包围形成，副燃烧室设置在气缸头内，进气装置包括至少一个设置在气缸头一侧的进气阀、至少一个设置在副燃烧室上的小进气阀、进气道和小进气道，排气装置包括至少一个设置在气缸头另一侧的排气阀、排气道和排气量调整装置，排气道通过排气阀与气缸连通，气缸分为进气侧和排气侧，与进气阀同一侧的为进气侧，与排气阀同一侧的为排气侧，与气缸轴线垂直的从进气侧到排气侧方向上的对称线为分层轴线，副燃烧室通过设置在进气侧的气缸头上的射流通道与主燃烧室连通，气泵通过进气道经进气阀和通过小进气道经小进气阀与气缸连通，进气阀和小进气阀的开启范围不超过活塞上止点后140度曲轴转角至上止点后270度曲轴转角，排气阀的开启范围不超过上止点后90度曲轴转角至上止点后220度曲轴转角。
在本发明的实施例中，进气阀、小进气阀和排气阀为常闭菌形阀，在进气阀和排气阀之间的气缸头的中心附近设置一个与分层轴线垂直的适宜高度和适宜宽度的隔离墙，在进气阀升程范围内，隔离墙与进气阀的菌形头部的外缘的靠近隔离墙的部分之间具有适宜的密封间隙，在排气阀的升程范围内，隔离墙与排气阀的菌形头部分外缘的靠近隔离墙的部分之间具有适宜的密封间隙，进气阀与排气阀的开启重叠角小于40度曲轴转角，小进气阀与排气阀的开启重叠角小于60度曲轴转角。排气量调整装置为具有可调节开启相位的旋转阀，排气装置通过旋转阀经排气阀与气缸连通。与分层轴线垂直的进气道的中心线与气缸轴线之间具有20～70度的夹角，与分层轴成垂直的射流通道的中心线与气缸轴成之间具有20～70度的夹角。
按照本发明的二冲程发动机，在发动机的作功冲程中，活塞在燃气推动下向下移动，气缸的进气侧为正在燃烧的新鲜充量，排气侧为上次循环的燃烧废气，由于气缸内高温的作用，上次循环的燃烧废气中的CO、HC和碳粒被充分氧化，实现了废气的缸内净化，当活塞下移到一定距离时，排气阀打开，上次循环的已经净化的燃烧废气经排气阀排出，废气排出量由旋转阀与排气阀开启的重叠角的大小确定，由于排气阀的开启相位是可调的，因此可用来控制至少不使本次燃烧废气被排出气缸，本次燃烧废气逐步取代上次循环燃烧废气占据排气侧的空间，排气阀关闭，在活塞处于下止点前后，进气阀和小进气阀打开，由气泵供给的新鲜充量从进气阀处以一定的角度喷入气缸中形成横向涡流(滚流)，取代本次燃烧废气占据进气侧的空间，本次燃烧废气被进一步驱向排气侧，另一部分新鲜充量经小进气阀喷入副燃烧室，将副燃烧室中的本次燃烧废气经射流通道驱入气缸中，由于横向涡流的作用，新鲜充量和燃烧废气在分层轴线方向分层分布，活塞上升到一定距离，进气阀和小进气阀关闭，活塞继续上行开始压缩新鲜充量和燃烧废气，一部分新鲜充量从气缸的进气侧处经射流通道流入副燃烧室，在活塞到达上止点前，燃料供给装置或点火装置开始喷射燃料或点燃新鲜充量，副燃烧室内的新鲜充量开始燃烧，高温的燃气通过射流通道喷入主燃烧室，使主燃烧室内的新鲜充量也加入燃烧，到活塞通过上止点，开始下行时，活塞在燃气推动下作功。
下面结合附图对本发明实施例详细描述之后，读者将会更加清楚地了解本发明的所有目的、特征和优点。
图1为本发明的二冲程发动机的实施例的剖面图(活塞在下止点时)。
图2为图1中A-A截面的剖视图(活塞在上止点时)。
图3为图1中B-B截面剖视图。
下面参考图1、图2和图3说明本发明的实施例。标号10为发动机，标号11为气缸，活塞12在气缸11内往复运动，气缸头13设置气缸11的头部，标号14为排气装置，它包括排气阀15、排气道16和旋转阀17，旋转阀17和排气阀15同时开启时排气装置14导通，由于旋转阀17的开启相位可调，排气装置14导通的时面值可调，排气道16通过排气阀15与气缸11连通，标号18为进气装置，它包括进气道19、小进气道20、进气阀21和小进气阀22，标号23为气泵，排气阀15设置在气缸头13的一侧，进气阀21设置在气缸头13的另一侧，对应于排气阀15的气缸11的一侧为排气侧24，对应于进气阀21的气缸11的另一侧为进气侧25，与气缸11轴线26垂直的从进气侧25到排气侧24的对称线为分层轴线27，分层轴线27位置随着活塞12的位置不同而变化，主燃烧室28由活塞12的顶面与气缸头13包围形成，副燃烧室29设置在气缸头13内，副燃烧室29通过设置气缸头13上的进气侧25处的射流通道30与主燃烧室28相连通，小进气阀22设置在副燃烧室29上，小进气道20通过小进气阀22与副燃烧室29连通，气泵23通过进气道19经进气阀21和小进气道20与气缸11连通，排气阀15、进气阀21和小进气阀20为常闭菌形阀，标号31为设置在副燃烧室29上的燃料供给装置或点火装置，进气道19的轴线与分层轴成27垂直并与气缸轴成26保持适宜的角度以使进气能在气缸11内形成强的横向涡流(滚流)，射流通道30与分层轴成27垂直并且与气缸轴成26之间具有适宜的角度，以使从射流通道30喷出的燃气射流能加强由进气产生的横向涡流(滚流)，适宜高度和宽度的隔离墙32设置进气侧25和排气侧24分界处的气缸头13下面，在进气阀21的升程范围内隔离墙32与进气阀21的菌形头部的外缘的靠近隔离墙32的部分之间具有适宜的密封间隙，使新鲜充量只向进气侧25喷射，而不直接向排气侧24喷射。在排气阀15的升程范围内隔离墙32与排气阀15的菌形头部的外缘的靠近隔离墙32的部分之间具有适宜的密封间隙，使新鲜充量和新鲜燃烧废气不直接从排气阀15处排出。
下面描述一下本发明的实施例的功能，在发动机10的作功冲程中，活塞12在燃气推动下向下移动，气缸11的进气侧25为正在燃烧的新鲜充量和本次循环燃烧废气，排气侧24为上次循环的燃烧废气，由于气缸11内高温的作用，上次循环的燃烧废气中的CO、HC和碳粒被充分氧化，实现了废气的缸内净化，当活塞12下移到一定距离时，排气阀15打开，上次循环的已经净化的燃烧废气经排气阀15流入排气道16，废气的排出量由旋转阀17和排气阀15开启的重叠角来控制，至少不使本次燃烧废气被排出气缸11，本次燃烧废气逐步取代上次循环燃烧废气占据排气侧24的空间，排气阀15关闭，在活塞12处于下止点左右，进气阀21和小进气阀22打开，由气泵23供给的新鲜充量从进气阀21处以一定的角度喷入气缸11中形成横向涡流(滚流)，取代本次燃烧废气占据进气侧25的空间，本次燃烧废气被进一步驱向排气侧24，另一部分新鲜充量经小进气阀22喷入副燃烧室29，将副燃烧室29中的本次燃烧废气经射流通道30驱入气缸11中，由于横向涡流的作用，新鲜充量和燃烧废气在分层轴成27方向分层分布，活塞12上升到一定距离，进气阀21和小进气阀22关闭，活塞12继续上行开始压缩新鲜充量和燃烧废气，一部分新鲜充量从气缸11的进气侧25处经射流通道30流入副燃烧室29，在活塞12到达上止点前，标号31的燃料供给装置或点火装置开始喷射燃料或点燃新鲜充量，副燃烧室29内的新鲜充量开始燃烧，高温的燃气通过射流通道30喷入主燃烧室28，使主燃烧室28内的新鲜充量也加入燃烧，到活塞12通过上止点，开始下行时，活塞12在燃气的推动下作功。
权利要求
1.一种二冲程发动机，它包括气泵、进气装置、排气装置、燃烧室、气缸、气缸头、活塞、燃料供给装置和点火装置，上述活塞在上述气缸中往复运动，其特征在于，上述燃烧室由主燃烧室和副燃烧室组成，上述主燃烧室由上述活塞的顶面和上述气缸头包围形成，上述副燃烧室设置在上述气缸头内，上述进气装置包括至少一个设置在上述气缸头一侧的进气阀、至少一个设置在上述副燃烧室上的小进气阀、进气道和小进气道，上述排气装置包括至少一个设置在上述气缸头另一侧的排气阀、排气道和排气量调整装置，上述排气道通过上述排气阀与上述气缸连通，上述气缸分为进气侧和排气侧，与上述进气阀同一侧的为进气侧，与上述排气阀同一侧的为排气侧，与上述气缸轴线垂直的从上述进气侧到上述排气侧方向上的对称线为分层轴线，上述副燃烧室通过设置在上述进气侧的上述气缸头上的射流通道与上述主燃烧室连通，上述气泵通过上述进气道经上述进气阀和通过上述小进气道经上述小进气阀与上述气缸连通，上述进气阀和上述小进气阀的开启范围不超过上述活塞上止点后140度曲轴转角至上述上止点后270度曲轴转角，上述排气阀的开启范围不超过上述上止点后90度曲轴转角至上述上止点后220度曲轴转角。
2.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，上述进气阀、上述小进气阀和上述排气阀为常闭菌形阀，在上述进气阀和上述排气阀之间的上述气缸头的中心附近设置一个与上述分层轴线垂直的适宜高度和适宜宽度的隔离墙，在上述进气阀升程范围内，上述隔离墙与上述进气阀的菌形头部的外缘的靠近上述隔离墙的部分之间具有适宜的密封间隙，在上述排气阀的升程范围内，上述隔离墙与上述排气阀的菌形头部分外缘的靠近上述隔离墙的部分之间具有适宜的密封间隙，上述进气阀与上述排气阀的开启重叠角小于40度曲轴转角，上述小进气阀与上述排气阀的开启重叠角小于60度曲轴转角。
3.根据权利要求1所述的二冲程发动机，上述排气量调整装置为具有可调节开启相位的旋转阀，上述排气装置通过上述旋转阀经上述排气阀与上述气缸连通。
4.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，与上述分层轴线垂直的上述进气道的中心线与上述气缸轴线之间具有20～70度的夹角，与上述分层轴成垂直的上述射流通道的中心线与上述气缸轴成之间具有20～70度的夹角。
全文摘要
一种二冲程发动机，进气阀和排气阀分别设置在气缸头的两侧，进气和燃烧产生的横向涡流使新鲜充量和废气能保持横向分层，可有选择地排出至少参加过一次缸内废气再循环的废气，实现废气的缸内净化，本发明可大幅度降低发动机的有害排放和燃料消耗，改善发动机低负荷性能。
文档编号F02B25/20GK1157878SQ9611860
公开日1997年8月27日 申请日期1996年1月19日 优先权日1996年1月19日
发明者杨笑风 申请人:杨笑风