CN100458117C - 气缸配气式二行程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气缸配气式二行程发动机，它的配气机构是由一个作功气缸和几个配气气缸所组成，作功气缸和配气气缸并列连接，中间设气门。并列连接的配气气缸上面有连通的气道。作功气缸的进气口设在燃烧室的一侧，通过气门和配气气缸的出气口相通。作功气缸的排气口设在作功气缸的中部、下止点上面。配气气缸的连杆活塞和作功气缸的连杆活塞在同一曲轴上，曲轴上设控制气门开闭的凸轮，配气气缸的曲轴与作功气缸的曲轴之间设固定角度，以有利于发动机的正常运转。本发明燃烧室体积大，燃烧气体供给足，输出功率大。排出废气较干净彻底，其功率和效率都比较高。

Description

气缸配气式二行程发动机

技术领域

本发明涉及往复活塞式内燃机，具体涉及一种气缸配气式二行程发动机。

背景技术

四行程发动机已经在汽车、发动机等多种车辆上得到广泛应用，其每个工作循环都包含进气、压缩、做功、排气四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转角，结构较笨重、复杂，在四个活塞行程中仅有一个作功行程，其余都是耗功行程。而二行程发动机在单位时间的作功次数是四行程发动机的两倍，且结构简单，使用维修方便。其不足之处是没有专门的进排气行程，换气过程时间短，是利用新气扫除废气，新气损失多，废气也不易清除干净，进气不足，燃烧室比较热，直接影响了发动机工作的稳定性和功率的输出，使功率和效率比较低。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种配气设计合理、以充分发挥二行程发动机特点、并克服其不足的气缸配气式二行程发动机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

气缸配气式二行程发动机，包括配气机构，润滑、冷却、燃料供给、点火系统，机体和转动系统构成，配气机构中设有气缸，气缸中设有连杆活塞。所述的配气机构是由一个作功气缸和几个配气气缸所组成，该作功气缸和配气气缸并列连接在一起，其中间设有缸间气门。几个并列连接的配气气缸上部上止点下有连通的气道。作功气缸的进气口设在燃烧室的一侧，通过气门和配气气缸的出气口相通。作功气缸的排气口设在作功气缸的中部、下止点的上面。

所述配气气缸的连杆活塞和作功气缸的连杆活塞设在同一个曲轴上，之间的曲轴上设有控制缸间气门开闭的凸轮，配气气缸的曲轴与作功气缸的曲轴之间设固定角度，以有利于发动机的正常运转。其角度的设置，应满足如下要求：当配气气缸的活塞上移动到气缸的中间位置时，作功气缸的活塞下移动到气缸的下止点位置。

本发明的气缸配气式二行程发动机，具有专门的气缸配气机构，燃烧室体积大，燃烧气体供给足，输出功率比较大。并且排出废气比较干净彻底，流向燃烧室的气体带走了一些燃烧室的热量，使这种发动机的功率和效率都比较高。

附图说明

图1为侧置气门的气缸配气式二行程发动机的结构示意图；

图2为顶置气门的气缸配气式二行程发动机的结构示意图；

图3、图4为配气气缸的配气角度示意图；其中：图3为配气气缸压缩180°角、图4为配气气缸具有180°吸气角的示意图。

图5——图8为作功气缸配气角度的示意图，具体如下：

图5：配气气缸压入作功气缸转动角为90°；

图6：作功气缸压缩角度为120°角；

图7：作功气缸爆发角度为120°角；

图8：作功气缸排气角度为120°角。

图中：1、作功气缸，2、配气气缸，3、配气气缸进气门，4、缸间气门，5、排气口，6、活塞，7、曲轴，8、燃烧室，9、飞轮，10、凸轮，11、出气口，A、上止点，B、下止点。

具体实施方式

如图1、2所示，气缸配气式二行程发动机，为多缸发动机，包括一个作功气缸1和几个配气气缸2，它的主要工作部分由进气、排气、润滑、冷却、燃料供给、点火、机体和转动系统组成。

作功气缸1和配气气缸2并列连接在一起，中间设缸间气门4。几个并列连接的配气气缸2的上部上止点下有连通的气道。作功气缸1的进气口4也是气门口，通过气门和配气气缸的出气口相通。以便配气气缸的气体通过气门压入燃烧室和它的作功气缸。

作功气缸1的排气口5设在作功气缸1的中部、下止点A的上面。它与目前使用的二行程汽油发动机的排气口一样，靠活塞的上下移动来打开或关闭排气口。

配气气缸2由几个气缸并列连接在一起，好比几个气缸相连的气泵，它主要是通过活塞的上下移动，先把气体吸入气缸，然后再将吸入的气体通过出气口与之相连的气门4压入燃烧室和它的作功气缸1。

配气气缸2的连杆活塞6和作功气缸1的连杆活塞6设在同一个曲轴7上，曲轴7上设有控制缸间气门4开闭的凸轮10。配气气缸的几个活塞上下移动时，其移动位置差不多都在同一水平线上。每个活塞之间有很小的角度，以便与气体的流动性相适应。以提高发动机的功率。配气气缸2内的气体是通过其上部设有相通的气道流向与之相连的作功气缸1内的。

配气气缸2的曲轴7与作功气缸1的曲轴7之间设固定角度，以有利于发动机的正常运转。角度的设置应满足：当配气气缸2的活塞6向上移动到气缸2的中间位置时，作功气缸1的活塞向下移动到气缸1的下止点B的位置。

一、气缸配气式二行程发动机的工作情况分两部分来介绍

①配气气缸工作情况：开始当配气气缸的几个活塞从上止点向下止点移动，气缸内就产生了真空，配气气缸的进气口在外面大气压力作用下，进气门上的气阀打开，经化油器流向进气门的空气(混合气)流向气缸，当活塞到达下止点时，空气(混合气)充满气缸，这样进气门上的气阀在弹簧的作用下关闭，当活塞向上移动到气缸的中间位置时，气缸内有了一定的压力，这时配气气缸和作功气缸之间的气门被凸轮顶开，带有一定压力的气体(混合气)通过气门流向作功气缸，当配气气缸的活塞到达它的上止点时，配气气缸内的气体(混合气)全部压入作功气缸。这时配气气缸和作功气缸它们之间的气门关闭，这样配气气缸完成一个工作循环。

②作功气缸的工作情况：作功气缸的活塞在气缸内上下移动它就会把气缸下面的排气口打开或关闭，排气口的大小可以调节，使配气气缸向作功气缸压入气体(混合气)后，可燃气体不会从排气口排出，而废气基本排完。

当配气气缸的活塞到上止点时，它们几个气缸内的气体(混合气)全部压入作功气缸和它的燃烧室，这时配气气缸和作功气缸之间的气门关闭，这时作功气缸的排气口被向上移动的活塞堵住，作功气缸的活塞继续移动到上止点时，燃烧室内被压缩的气体温度升高、气压加大，经火花塞(或高压柴油)点燃后，迅速燃烧的高温高压气体推动活塞向下移动而作功。由于这种发动机作功气缸的燃烧室面积大，并有充足的有效气体压力，所以它燃烧时对活塞的压强比现在使用发动机燃烧时的压强能大很多，使活塞在向下移动时输出很强的动力。

作功气缸的活塞向下移动漏出排气口时，高温高压废气从排气口迅速排出，当活塞移动到下止点后，废气大部分排出气缸。这时配气气缸和作功气缸之间的气门被打开，配气气缸和作功气缸的活塞同时向上移动，配气气缸活塞向上移动压缩气体(混合气)流向作功气缸，并把作功气缸的废气从气缸的排气口向外压出。

作功气缸的活塞从下止点向上移动时，结合配气气缸向作功气缸压入的气体共同把废气从排气口排出。当作功气缸的活塞堵住排气口时，作功气缸的废气已基本排完。配气气缸的活塞还没有到达配气气缸上止点，配气气缸和作功气缸的活塞同时向上压缩气体(混气体)，当配气气缸活塞到上止点时，它完成了配气工作，作功气缸的活塞这时已到达作功气缸的中间位置，配气气缸和作功气缸之间的气门关闭，这时作功气缸的活塞单独向上压缩作功气缸内的气体(混合气)，直到上止点被火花塞点燃而作功。作功气缸完成一个工作循环。

气缸配气式二行程发动机可分两种类型：

一、气缸配气式二行程汽油发动机：

它和现在的汽油发动机进油系统一样。

二、气缸配气式二行程柴油发动机：

它和现在的柴油发动机喷油系统一样。

①气缸配气式二行程汽油发动机，它向燃烧室供应的气体是汽油和空气的混合气，是利用电火花来点燃空气混合气而作功的。

②气缸配气式二行程柴油机，它向燃烧室供应的气体是纯空气，由于压缩比较高，在高压时温度已达到柴油自行燃烧条件，喷入的柴油是自行着火燃烧的。

③发动机的转动，首先须有外力将曲轴转动，使得以进行进气和压缩过程，当混合气燃烧膨胀推动活塞作功后，由于曲轴和飞轮贮存的惯性能量，使其它行程得于继续循环地进行。

④汽油机的点火时间和柴油机的喷油时间都是在活塞到达上止点之前施行的，而且随着发动机转速的加快而相应地调整提前角。

⑤柴油机的配气气缸可以比汽油发动机的气缸多，以便增加燃烧室体积，使燃烧室燃烧气体对活塞发出最有效的压力。

⑥气缸配气式二行程发动机汽油机的配气气缸数量为2个至4个缸，作功气缸的燃烧室体积跟这个配气气缸的数量相适应，有利于发动机发出最佳动力。

气缸配气式二行程柴油发动机的配气气缸数量可为3至7个缸，作功气缸燃烧室体积跟这个配气气缸的数量相适应，有利于发动机发出最佳动力。

气缸配气式二行程发动机的配气气缸活塞和作功气缸活塞在上下移动时，发动机曲轴箱内气体压力会产生变化。为了使曲轴箱内气体压力变化减小，使发动机曲轴箱内气体压力不影响发动机输出的动力，下面介绍几种办法：

(一)利用汽油掺机油在一定比例下，把它们的混合气经曲轴箱内的转动机构再流向配气气缸的进气口，这样曲轴箱内的转动机件又能得到润滑，又能降低活塞在上下移动时曲轴箱内气压变化。

(二)这种发动机的曲轴箱有机油泵，靠压力机油润滑曲轴箱的转动机件，它的曲轴箱有管道通往配气气缸的进气口，以减小曲轴箱内的气体压力。

(三)把两个配气式二行程发动机组合起来使它们的曲轴箱相通，这样它们的活塞在移动时，一个发动机活塞向上移动，而另一个发动机的活塞向下移动，它们内部的气流互相抵消，气体压力在曲轴箱比较平和。

气缸配气式二行程发动机的排气口可以调节，这样排气口的排气角度就会变化，相应改变了作功气缸压缩气体的角度和爆发气体时的角度。主要目的是为了尽量减小发动机的转速变化或负荷变化对输出功率的影响，在排放废气时调节排放废气的干净程度，以及混合气从排气口是否跑出情况来加以调节。

气缸配气式二行程发动机配气机构布置分两种：侧置气门和顶置气门。

侧置气门

气缸配气式二行程的侧置气门和现在使用的侧置气门有些不同，配气式二行程发动机的侧置气门在作功气缸和配气气缸之间，它通过气门开与关来控制配气气缸出气口向作功气缸燃烧室压入气体的时间，侧置气门的下端可以直接顶到配气气缸和作功气缸之间曲轴上的凸轮上，因为曲轴转一圈气门正好开、关一次，如果配气气缸向工作气缸压入气体压力条件允许的话，气门的开与关就不用凸轮来打开与关闭，而使靠配气气缸活塞在向上移动时压缩气体所产生的压力来顶开气门向燃烧室供气，供气完成后气门自动关闭。

顶置气门

顶置气门配气式二行程发动机的顶置气门设置在配气气缸的上面有气道经气门通向作功气缸的燃烧室，由于气门在气缸和发动机外部，这就需要在发动机外部设有转动机构来打开或关闭气门，如果配气气缸压向燃烧室的气体能靠压力打开或关闭气门，那就会省去顶开气门所需的传动机构。

下面介绍一下一个配气气缸的配气式二行程发动机：

一个配气气缸它的配气气缸大，作功气缸小，不使用同一个曲轴，它们曲轴之间有同样大的齿轮相咬合，配气气缸转一圈、作功气缸也同样转一圈，这样它就和多配气气缸向作功气缸进气的条件一样，能正常工作。单缸配气式二行程发动机的其它条件和多缸配气式发动机基本一样。这种配气发动机的气门使用顶置气门。它和多缸配气发动机相比，它的高度和宽度加大，长度小些，在适合的条件下可以使用。

配气气缸的进气门设置

配气气缸的进气口在它气缸的上面，几个配气气缸可以只有一个或二个进气口。它的进气口上的气门是靠气体流动压力大小来打开或关闭进气口的。

配气式二行程发动机的排气口分两种形式：1、可调式排气口，2、不可调式的固定排气口。

(1)可调式排气口设有两个或三个排气口，在这两个或三个排气口中，只有一个排气口设有调节装置。

(2)没有设有调节装置的排气口为固定排气口。

气缸配气式二行程发动机与现在使用发动机的优点比较：

一、气缸配气式发动机的功率输出比较大：

现在使用的四行程发动机比较多，气缸配气式二行程发动机在和同样多气缸的现在使用发动机比较：都按四个气缸来比较。①表示气缸配气二行程发动机；②表示现在使用的多缸四行程发动机。

①气缸配气式二行程发动机它在做功时转一转就做一次功，它的四个缸分为1个作功气缸和3个配气气缸，这样它转一转就有3个气缸内的有效气体作功，它转两转就有6个气缸内的气体输出功率，比现在使用的发动机多出两个气缸输出的功率。又因它转速比较高，所以它比现在使用的发动机功率大。配气式发动机它的最大特点使能积合几个气缸的有效气体到一起，使燃烧室的体积能比现在使用的发动机燃烧室体积大几倍，燃烧室体积得到优化，这就充分利用了热的能量在气体点燃后，爆发出比较强的压力和温度推动活塞以很高的速度向下移动并输出比较大的功率。由于转速的提高和它在转动一转就作功一次，所以它比现在使用的发动机功率能大很多，或成倍增长。

②现在的四行程发动机因它每个气缸转两转才爆发一次，现在就按转两转可以知道4行程4缸的发动机作了4次功，它燃烧了4个气缸中的有效气体，输出了4个气缸气体所产生出来的功率。现在使用的多缸发动机它的几个缸都在作功，它的各个气缸只能依靠它的本身体积给自己提供一定份额的有效气体体积，它燃烧室体积受到限制，不利于热利用率，并且各个气缸在作功时燃烧气体在燃烧室及气缸内停留时间比较长，机体就吸受了许多热量，热损失加大，发动机输出功率比较小。

二、冷却效果好：

①气缸配气式二行程发动机的排气时间比较短，气缸配气式二行程发动机它是靠活塞的上下移动来打开或关闭排气口，当活塞下行至气缸下部漏出排气口开始排气，到上行活塞堵住排气口，它的曲轴转动角度为120°角，在活塞向下移动漏出排气口开始排气，到配气气缸从燃烧室向气缸压气，作功气缸的活塞和配气气缸压向作功气缸的气体是共同把废气经排气口排出的，由于排出时间比较短，使得高温气体迅速排出，使得这种发动机不至于过热。这种发动机的燃烧气体在气缸内的停留时间为240°角。又因从配气气缸压入作功气缸的气体吸受了作功气缸体中的一定热量，这种机器冷却好。

②现在的多缸发动机在作功时，燃烧气体在气缸内停留时间的曲轴转动角度为360°气缸配气发动机高出120°角。排出废气角度为180°角。气缸配气式二行程发动机高出60°角，这就导制了现在使用的发动机排气不良，热损加大，而且功率提高受到限制。

三、气缸配气式二行程发动机的体积小，重量轻、结构简单。

①气缸配气式二行程发动机的作功气缸只有一个，其它为配气气缸，只有作功气缸的机体要求有很高的强度外，其它几个配气气缸温度不高，使用材料的体积和重量可减少一部分，又因几个气缸只有一两个气门，配气气缸的气门没有复杂的传动机构，它是靠气体压力变化的大小平打开或关闭进气门的，所以这种发动机的体积小，重量轻结构简单。

②现在的多缸发动机每个气缸都在作功，每个气缸的强度都必须同样很强，材料使用比较高，由于每个气缸都有两个气门和气门所需要的转动机构，这样就使发动机体积大、重量大、机构复杂。

四、气缸配气式发动机使用的时间比较长：

①气缸配气式二行程发动机它的燃烧室面积比较大，供气充足，气压稳定，这样，发动机在使用很长时间后，也不会减少燃烧气体对活塞向下移动时的压力。因配气气缸活塞上的活塞环没有受气体燃烧影响，磨损比较低，所以使用年限比较长。

②现在使用的多缸发动机每个气缸都在作功，活塞在气缸内磨损比较大，这样就会产生漏气现象，使有限的燃烧气体对活塞的向下移动压力因跑了一些气体而动力下降，降低了汽缸的使用年限。这种发动机气缸长时间作功，因产生高温而使进气不足，

五、气缸配气式二行程发动机的转动平稳，噪声比较低：

①气缸配气式二行程发动机的燃烧室体积大，气体燃烧后活塞向下移动，气缸上部燃烧气体体积增大，而压强不会迅速减小，因此不会产生爆震现象，工作起来比较稳定，噪声比较低。

②现在使用的多缸发动机由于它各自单缸进气，这就使燃烧室的体积比较小，在气体燃烧后对活塞的压强随着气缸内气体体积迅速增大，而对活塞的压强减小比较快。使发动机震动加大，并发出比较大的噪声。

六、气缸配气式发动机它的功率可以比较小也可以比较大

①气缸配气式二行程发动机它的体积做得很小也能正常工作，这是因为它的作功气缸的燃烧室能达到气体在最小燃烧限度时的最佳体积，使这种配气式二行程发动机可做成微型发动机。气缸配气式二行程发动机可做成比较大的发动机。这是因为它有比较大的燃烧室，以及充足的有效气体，在燃烧时对活塞施加的压力比较大。在做成大的发动机时运转也比较平稳。

②现在的发动机不能提供良好的燃烧条件。

七、气缸配气式发动机燃料使用广泛

气缸配气式二行程发动机因它有最佳形状的燃烧室及充足有效燃烧气体，在使用其它燃料时也能正常工作。

如：在使用液化天燃气、沼气、酒精等也能正常作动。

气缸配气式二行程发动机的使用

气缸配气式二行程发动机它的功率比较大，效率高，结构简单，制造方便，而且经久耐用。

气缸配气式二行程发动机它可以和现在使用的发动机一样安装在所有的动力机械上，如汽车、拖拉机、火车、飞机、轮船、摩托车等运输机械。由于这种发动机的功率大，使用时间长，维修方便，许多机械在使用配气式二行程发动机后会为人们提供优良的服务条件，更好的为人们创造出财富。

Claims (2)

1、一种气缸配气式二行程发动机，包括配气机构，润滑、冷却、燃料供给、点火系统，机体和转动系统，配气机构中设有气缸，气缸中设有连杆活塞和曲轴，其特征在于：所述的配气机构是由一个作功气缸和几个配气气缸所组成，该作功气缸和配气气缸并列连接在一起，中间设有缸间气门，几个并列连接的配气气缸上部上止点下有连通的气道；作功气缸的进气口设在燃烧室的一侧，通过气门和配气气缸的出气口相通；作功气缸的排气口设在作功气缸的中部、下止点的上面。所述配气气缸的连杆活塞和作功气缸的连杆活塞设在同一个曲轴上，配气气缸与作功气缸之间的曲轴上设有控制缸间气门开闭的凸轮，配气气缸的几个活塞上下移动时，其移动位置都在同一水平线上；配气气缸的曲轴与作功气缸的曲轴之间设固定角度，其角度的设置应满足如下要求：当配气气缸的活塞上移动到气缸的中间位置时，作功气缸的活塞下移到气缸的下止点位置上；所述配气机构的气门为设置在作功气缸和配气气缸之间的侧置气门或设置在配气气缸上方、相通气道之上的顶置气门；所述侧置气门的下端直接顶到配气气缸与作功气缸之间曲轴的凸轮上，侧置气门的气道是在配气气缸的一侧上设有出气口，经气门与作功气缸的燃烧室相通；

该气缸配气式二行程发动机的排气口分为可调式排气口或不可调的固定式排气口；可调式排气口设有两个或三个排气口，在这两个或三个排气口中，只有一个排气口设有调节装置；固定式排气口不设调节装置。

2、根据权利要求1所述的气缸配气式二行程发动机，其特征在于：该气缸配气式二行程发动机为汽油发动机或柴油发动机；对于汽油发动机的情况，配气气缸的数量为2-4个；对于柴油发动机的情况，配气气缸的数量为3-7个。

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