CN100449127C - 分缸式柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分缸式柴油机，包括缸体和与缸体配套的缸盖，所述缸体分为大缸和小缸，所述缸盖包括大缸缸盖和小缸缸盖，所述大缸和小缸内分别设有独立的压缩装置，所述大缸缸盖上设有燃烧室，小缸缸盖上设有用来转移充量的转移气道，所述燃烧室与转移气道相连通，所述燃烧室与转移气道之间设有楔形转移阀，所述燃烧室与大缸的大缸压缩室相连通，所述转移气道与小缸的小缸压缩室相连通，本发明既提高了柴油机的燃烧率又节约了能源，且大幅度的降低了污染和噪音，具有很好的实用价值和推广价值。

Description

分缸式柴油机

技术领域

本发明涉及一种柴油机，特别是一种节约能源、燃烧率高并能大幅度降低污染和噪音的分缸式柴油机。

背景技术

目前的柴油机是吸气、压气、爆发、排气四个过程在同缸中进行，其缺点是：在燃烧过程中，着火落后期长，空燃比不恒定，最高燃烧温度随工况的不同而变，燃烧速度无控，空燃不匀相，燃烧室内各部分的温度也不匀相，有狭隙效应，燃烧效率低，废气的污染重，排气压强大，且排气的温度也较高，废气中的化学能、压强能、热能没有得到充分的利用就被排到大气中，既浪费了能源，又污染了环境。为了加大后胀比，燃烧分等容、等压两部分，等容燃烧容易引起爆燃和噪声。

目前柴油机降低污染，都是以消耗贵重金属、增加油耗为代价，且污染物中的化学能不能利用，降低污染和节能相对立，凡是降低NOx的措施，都使CO、HC、PM污染加重，凡是降低CO、HC、PM污染的办法，都使NOx加大污染，治理污染是治表之策，原柴油机机构本身就决定了它燃烧不匀相，各种污染在所难免。

目前的柴油机缸盖设计十分拥挤，气门最多是五个，进气门大，排气门小，进气门的形状对燃烧很敏感，缸盖铸造过程中，因飘芯而造成的次品较多，制造难度大，制作成本较高。

目前的柴油机可变压缩比机构复杂、难造、不可靠，只是在科研上使用，不能普及应用。

目前的柴油机对燃料要求苛刻，要达到一定的十六烷值，对喷油泵、喷油器要求也很苛刻，机油耗量大，更换周期短。

发明内容

本发明的目的是提供一种节约能源、燃烧率高并能大幅度降低污染和噪音的分缸式柴油机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：分缸式柴油机，包括缸体和与缸体配套的缸盖，其特征是：所述缸体分为大缸和小缸，所述缸盖包括铸成一体的大缸缸盖和小缸缸盖，所述大缸和小缸内分别设有独立的压缩装置，所述大缸缸盖上设有燃烧室，小缸缸盖上设有用来转移充量的转移气道，所述燃烧室与转移气道相连通，所述燃烧室与转移气道之间设有楔形转移阀，所述燃烧室与大缸的大缸压缩室相连通，所述转移气道与小缸的小缸压缩室相连通。

以下是本发明上述技术方案的进一步改进：

所述大缸设有大缸曲轴，所述小缸设有小缸曲轴，所述大缸曲轴与小缸曲轴相连接，所述大缸曲轴与小缸曲轴之间设有可变压缩比机构，所述可变压缩比机构包括固定设在小缸曲轴端部的支架，所述支架上设有电动机联蜗杆、齿轮联蜗轮、小齿轮、从动齿轮第二蜗杆、第二蜗轮主蜗杆，所述电动机联蜗杆与齿轮联蜗轮啮合连接，所述齿轮联蜗轮与小齿轮同轴连接，所述小齿轮与从动齿轮第二蜗杆啮合连接，所述从动齿轮第二蜗杆与第二蜗轮主蜗杆的端部啮合连接，所述第二蜗轮主蜗杆与固定设在大缸曲轴上的主蜗轮条啮合连接。

所述小缸缸盖设有进气摇臂组，所述大缸缸盖上设有排气摇臂组，所述进气摇臂组包括进气门组和进气凸轮，所述排气摇臂组包括排气门组和排气凸轮，所述进气凸轮和排气凸轮分别与设在缸盖顶部的凸轮轴相连接，所述进气摇臂组与排气摇臂组之间设有转移阀摇臂组和泵喷摇臂，所述转移阀摇臂组包括用来控制楔形转移阀的转移阀凸轮，所述泵喷摇臂包括电控泵喷嘴和供油凸轮，所述转移阀凸轮和供油凸轮分别与凸轮轴相连接。

所述燃烧室与转移气道之间设有导旋多孔镶块，所述导旋多孔镶块上均匀设有若干导旋孔，所述燃烧室的壳体内壁为陶瓷层，减小了燃烧室内高温热量的损失。

所述大缸与小缸之间设有转移阀槽，所述楔形转移阀包括转移阀片，所述转移阀片位于燃烧室与转移气道之间，所述转移阀片上设有与转移气道的截面相对应的转移气孔，所述转移阀片的一侧连接有侧压块，另一侧与转移阀槽配合连接，所述侧压块与调压螺栓相连接，所述侧压块与调压螺栓之间设有侧压弹簧和侧压簧座。

所述小缸内设有小缸活塞，所述小缸活塞的顶部设有与转移通道相对应的挤气块，所述小缸活塞的端部设有环形的钢环岸，所述挤气块、钢环岸的设置是为了减小小缸的压缩余隙容积，提高了充量效率。

所述凸轮轴的端部设有第一链轮，所述小缸曲轴远离大缸曲轴的端部设有第二链轮，所述第一链轮与第二链轮之间设有链条。

有益效果：

1、本发明采用分缸式，在小缸中吸气、压缩，在大缸中燃烧膨胀、排气，大、小缸之间设有转移通道连通，在转移通道上设有楔形阀，能够开关转移通道，它的特点是把压缩过程进行完再转移，而不是压缩一半，到大缸再压缩，在整个燃烧过程中，小缸的压强要大于大缸的压强，因为爆发、排气在大缸，所以能够膨胀完全，且能够继续膨胀燃烧，排气压力在1.3大气压，把废气中的压强能基本用尽，并降低排气噪声，无超前燃烧，无增加压缩负功的损失，大缸管燃烧、水冷，防止机件过热，小缸管压缩，有散热片自然冷却，减少热损失，小缸不燃烧，润滑条件良好，无干摩擦和混合摩擦，减小了活塞组的摩擦。

2、由于转移气流属于高温、高压、高速、高密度，其中活化氧分子的比率较大，其着火点落后角仅为1.5°CA，高速气流把空气燃料混合的好，既把缺氧区和富氧区拉平，又把工质的温度混合的好，既把高温区和低温区拉平，并且是新油配新气，燃烧速度快，火焰传播快，燃烧完全，减少了污染。

3、本发明对燃料要求不高，由于分缸机中高速气流的冲击作用，烷烃或芳香烃都能够被冲击成单个原子，所以对柴油的十六烷值要求不高，对喷油泵、喷射器的要求也不高。

4、充量转移结束，主燃烧就结束，燃烧都集中到上死点附近完成，无超前燃烧、增加压缩负功损失，无等容加热，燃烧压力的降低，引起的活塞组的摩擦减小，降低了燃烧噪声，虽有狭隙但无狭隙效应。

5、本发明采用分缸式，使本来拥挤的缸盖变得十分宽松，进气门设置在小缸上，排气门设置在大缸上，不受空间的限制，因此其换气损失大幅度的减小。

6、可变压缩比机构的设置使其只要改变大、小缸的曲轴的相对角度，就能改变分缸机的压缩比，当喷油多，其进气也多时，在电控下，使压缩比降低，当喷油少，其进气也少时，使压缩比增大，最高燃烧温度也恒定，启动时把压缩比调至最大，启动后有增压了，压缩比在慢慢降下来，分缸机虽有增压，但有很好的启动性和加速性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图1为本发明实施例的主视图；

附图2为本发明实施例的A-A视图；

附图3为本发明实施例中可变压缩比机构的示意图；

附图4为本发明实施例中气缸盖的主视图；

附图5为本发明实施例中气缸盖的俯视图；

附图6为本发明实施例中气缸盖B-B视图；

附图7为本发明实施例的C-C视图；

附图8为本发明实施例中导旋多孔镶块的结构示意图；

附图9为本发明实施例中导旋多孔镶块的D-D视图。

具体实施方式

实施例，如图1、图2所示，分缸式柴油机，包括缸体和与缸体配套的缸盖，所述缸体分为大缸1和小缸2，所述缸盖包括铸成一体的大缸缸盖9和小缸缸盖91，所述大缸1和小缸2内分别设有独立的压缩装置，所述大缸缸盖9上设有燃烧室16，小缸缸盖91上设有用来转移充量的转移气道3，所述燃烧室16与转移气道3相连通，所述燃烧室16与转移气道3之间设有楔形转移阀4，所述燃烧室16与大缸1的大缸压缩室30相连通，所述转移气道3与小缸2的小缸压缩室29相连通，所述小缸2内设有小缸活塞10，所述小缸活塞10的顶部设有与转移通道3相对应的挤气块8，所述小缸活塞10的端部设有环形的钢环岸5，所述挤气块8、钢环岸5的设置是为了减小小缸的压缩余隙容积，提高了充量效率，在小缸2中吸气、压缩，在大缸1中燃烧膨胀、排气，大、小缸之间设有转移气道3连通，在转移气道3上设有楔形转移阀4，能够开关转移气道3，它的特点是把压缩过程进行完再转移，而不是压缩一半，到大缸1再转移，在整个燃烧过程中，小缸2的压强要大于大缸1的压强，因为爆发、排气在大缸1，所以能够膨胀完全，且能够继续膨胀燃烧，排气压力在1.3大气压，把废气中的压强能基本用尽，并降低排气噪声，无超前燃烧，无增加压缩负功的损失，大缸1管燃烧、水冷，防止机件过热，小缸2管压缩，有散热片自然冷却，减少热损失，小缸2不燃烧，润滑条件良好，无干摩擦和混合摩擦，减小了活塞组的摩擦。

如图3所示，所述大缸1设有大缸曲轴7，所述小缸2设有小缸曲轴6，所述大缸曲轴7与小缸曲轴6相连接，所述大缸曲轴7与小缸曲轴6之间设有可变压缩比机构28，所述可变压缩比机构28包括固定设在小缸曲轴6端部的支架43，所述支架43上设有电动机联蜗杆24、齿轮联蜗轮23、小齿轮45、从动齿轮第二蜗杆25、第二蜗轮主蜗杆27，所述电动机联蜗杆24与齿轮联蜗轮23啮合连接，所述齿轮联蜗轮23与小齿轮45同轴连接，所述小齿轮45与从动齿轮第二蜗杆25啮合连接，所述从动齿轮第二蜗杆25与第二蜗轮主蜗杆27的端部啮合连接，所述第二蜗轮主蜗杆27与固定设在大缸曲轴7上的主蜗轮条26啮合连接，可变压缩比机构28的设置使其只要改变大、小缸的曲轴的相对角度，就能改变分缸机的压缩比，当喷油多，其进气也多时，在电控下，使压缩比降低，当喷油少，其进气也少时，使压缩比增大，最高燃烧温度也恒定，启动时把压缩比调至最大，启动后有增压了，压缩比在慢慢降下来，分缸机虽有增压，但有很好的启动性和加速性。

如图4、图5、图6所示，所述小缸缸盖91上设有进气摇臂组11，所述大缸缸盖9上设有排气摇臂组12，所述进气摇臂组11包括进气门组20和进气凸轮21，所述排气摇臂组12包括排气门组13和排气凸轮31，所述进气凸轮21和排气凸轮31分别与设在缸盖9顶部的凸轮轴14相连接，所述进气摇臂组11与排气摇臂组12之间设有转移阀摇臂组19和泵喷摇臂37，所述转移阀摇臂组19包括用来控制楔形转移阀4的转移阀凸轮18，所述泵喷摇臂37包括电控泵喷嘴36和供油凸轮17，所述转移阀凸轮18和供油凸轮17分别与凸轮轴14相连接，所述凸轮轴14的端部设有第一链轮15，所述小缸曲轴6远离大缸曲轴7的端部设有第二链轮32，所述第一链轮15与第二链轮32设有链条33，进气门组11设置在小缸缸盖91上，排气门组13设置在大缸缸盖9上，使本来拥挤的缸盖变得十分宽松，因此其换气损失大幅度的减小，不受空间的限制。

如图7所示，所述大缸1与小缸2之间设有转移阀槽34，所述楔形转移阀4包括转移阀片35，所述转移阀片35位于燃烧室16与转移气道3之间，所述转移阀片35上设有与转移气道3的截面相对应的转移气孔44，当转移阀片35移动至转移气孔44与转移气道3相对应时，转移气道3与燃烧室16相连通，转移充量开始，当当转移阀片35移动至转移气孔44与转移气道3相交错时，转移充量结束，所述转移阀片35的一侧连接有压紧转移阀片35的侧压块38，另一侧与转移阀槽34配合连接，所述侧压块38与调压螺栓41相连接，所述侧压块38与调压螺栓41之间设有侧压弹簧42和侧压簧座40，所述燃烧室16与转移气道3之间设有导旋多孔镶块22，如图8、图9所示，所述导旋多孔镶块22上均匀设有若干导旋孔221，所述若干导旋孔221沿环向倾斜一定的角度，这样使从转移气道3喷向燃烧室16的压缩气体旋转进入燃烧室16，避免了压缩气体直接冲击燃烧室16的壳体，增加了燃烧室16的使用寿命，所述燃烧室16的壳体内壁为耐高温的陶瓷层39，减小了燃烧室16内高温热量的损失，本发明大缸中的机油和原柴油机一样，易变质，而小缸是个空压机，机油不变质，大缸的机油和小缸的机油不混合，小缸的机油可以重复利用，既节省了机油，减小了摩擦，又减少了事故，本发明既提高了柴油机的燃烧率又节约了能源，具有很好的实用价值和推广价值。

本发明还可以制成多缸发动机，所有的大缸共用一条曲轴，所有的小缸共用一条曲轴，大缸曲轴的负荷大，小缸的曲轴负荷小，小缸曲轴比大缸曲轴细，即节约了原料、降低了成本，又因轴颈变细，减小了轴瓦的摩擦，而且连杆、活塞和平衡块都可以做的小一些，这样就降低了成本，且减小了惯性力。

Claims (7)

1、分缸式柴油机，包括缸体和与缸体配套的缸盖，所述缸体分为大缸(1)和小缸(2)，所述缸盖包括铸成一体的大缸缸盖(9)和小缸缸盖(91)，所述大缸(1)和小缸(2)内分别设有独立的压缩装置，所述大缸缸盖(9)上设有燃烧室(16)，小缸缸盖(91)上设有用来转移充量的转移气道(3)，所述燃烧室(16)与转移气道(3)相连通，其特征是：所述燃烧室(16)与转移气道(3)之间设有楔形转移阀(4)，所述燃烧室(16)与大缸(1)的大缸压缩室(30)相连通，所述转移气道(3)与小缸(2)的小缸压缩室(29)相连通，该柴油机在小缸(2)中吸气、压缩，在大缸(1)中燃烧膨胀、排气。

2、根据权利要求1所述的分缸式柴油机，其特征是：所述大缸(1)设有大缸曲轴(7)，所述小缸(2)设有小缸曲轴(6)，所述大缸曲轴(7)与小缸曲轴(6)相连接，所述大缸曲轴(7)与小缸曲轴(6)之间设有可变压缩比机构(28)，所述可变压缩比机构(28)包括固定设在小缸曲轴(6)端部的支架(43)，所述支架(43)上设有电动机联蜗杆(24)、齿轮联蜗轮(23)、小齿轮(45)、从动齿轮第二蜗杆(25)、第二蜗轮主蜗杆(27)，所述电动机联蜗杆(24)与齿轮联蜗轮(23)啮合连接，所述齿轮联蜗轮(23)与小齿轮(45)同轴连接，所述小齿轮(45)与从动齿轮第二蜗杆(25)啮合连接，所述从动齿轮第二蜗杆(25)与第二蜗轮主蜗杆(27)的端部啮合连接，所述第二蜗轮主蜗杆(27)与固定设在大缸曲轴(7)上的主蜗轮条(26)啮合连接。

3、根据权利要求1或2所述的分缸式柴油机，其特征是：所述小缸缸盖(91)设有进气摇臂组(11)，所述大缸缸盖(9)上设有排气摇臂组(12)，所述进气摇臂组(11)包括进气门组(20)和进气凸轮(21)，所述排气摇臂组(12)包括排气门组(13)和排气凸轮(31)，所述进气凸轮(21)和排气凸轮(31)分别与设在缸盖(9)顶部的凸轮轴(14)相连接，所述进气摇臂组(11)与排气摇臂组(12)之间设有转移阀摇臂组(19)和泵喷摇臂(37)，所述转移阀摇臂组(19)包括用来控制楔形转移阀(4)的转移阀凸轮(18)，所述泵喷摇臂(37)包括电控泵喷嘴(36)和供油凸轮(17)，所述转移阀凸轮(18)和供油凸轮(17)分别与凸轮轴(14)相连接。

4、根据权利要求3所述的分缸式柴油机，其特征是：所述燃烧室(16)与转移气道(3)之间设有导旋多孔镶块(22)，所述导旋多孔镶块(22)上均匀设有若干导旋孔(221)，所述燃烧室(16)的壳体内壁为陶瓷层(39)。

5、根据权利要求4所述的分缸式柴油机，其特征是：所述大缸(1)与小缸(2)之间设有转移阀槽(34)，所述楔形转移阀(4)包括转移阀片(35)，所述转移阀片(35)位于燃烧室(16)与转移气道(3)之间，所述转移阀片(35)上设有与转移气道(3)的截面相对应的转移气孔(44)，所述转移阀片(35)的一侧连接有侧压块(38)，另一侧与转移阀槽(34)配合连接，所述侧压块(38)与调压螺栓(41)相连接，所述侧压块(38)与调压螺栓(41)之间设有侧压弹簧(42)和侧压簧座(40)。

6、根据权利要求5所述的分缸式柴油机，其特征是：所述小缸(2)内设有小缸活塞(10)，所述小缸活塞(10)的顶部设有与转移通道(3)相对应的挤气块(8)，所述小缸活塞(10)的端部设有环形的钢环岸(5)。

7、根据权利要求6所述的分缸式柴油机，其特征是：所述凸轮轴(14)的端部设有第一链轮(15)，所述小缸曲轴(6)远离大缸曲轴(7)的端部设有第二链轮(32)，所述第一链轮(15)与第二链轮(32)之间设有链条(33)。

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