CN101371025A - 一种改进的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机(100)，所述内燃机包括：a)具有进气阀(23)和排气阀(24)的燃烧室；b)至少两个点火装置(40、42)；以及c)用于驱动所述阀的驱动装置，其中，每个点火装置(40、42)均定位成远离诸如定时链的阀驱动装置。这种有利地具有偏置进气阀和排气阀的发动机(100)具有提高的燃料经济性，它的燃料经济性优于具有单个点火装置或火花塞的发动机。

Description

一种改进的内燃机
技术领域
本发明涉及使用贫燃料/空气混合物的适合于小缸径发动机操作的内燃机。
背景技术
每个气缸均设置有两个阀(即，进气阀和排气阀)的内燃机是已知的。这些阀在气缸盖中的腔(通常作为燃烧室为人所知)内开启。典型地，确定这些阀的尺寸并将它们布置为“成一直线”以优化能量输出。图1示出了气缸盖1000，该气缸盖具有被布置成一直线的用于单火花点火发动机的进气阀1001和排气阀1002。图2示出了气缸盖1010，该气缸盖具有被布置成用于双火花点火发动机的进气阀1011和排气阀1012。阀1011和1012必然小于阀1001和1002，因此双火花点火发动机可能潜在地传递较少的能量给相同尺寸的发动机。通常认为这是不理想的。
这些阀由摇臂组件致动，该摇臂组件的各个摇臂通过定时链和主动与从动链轮齿由凸轮轴驱动的凸轮致动，凸轮轴随曲轴顺次转动。
典型地，这些发动机的每个气缸仅设置有一个火花塞。这种布置的一个缺点就是从火花引燃至完成的燃烧过程花费相对长的时间。在较高的发动机转速下，可用的燃烧持续时间可能不充足，从而导致不完全燃烧以及随之产生的能量损失、燃料浪费以及排放物的增加。其他的缺点产生自为了实现更好的可操纵性而对于较富的燃料/空气混合物的需求，并且如果是贫燃料/空气混合物则缺点还产生自燃烧室中火焰传播不充分及能量的不充足。
这些问题可以通过采用具有两个火花塞的发动机来解决。这对于在小缸径发动机中的使用是与直觉相反的(counter-intuitive)，在小缸径发动机中火焰传播距离相对小且通常足以实现高效的燃烧。进一步，因为可用于容纳两个火花塞的空间较小，所以问题还是会出现。例如，需要将火花塞设置在发动机的定时链侧部上，这是个不合适的位置，因为存在于定时链腔(timing chain cavity)中的润滑剂可能影响火花塞的功能。已经通过以四冲程循环运行的小缸径或小容积的内燃机克服了此问题，这种内燃机在该申请人于2002年7月16日提交的印度专利195904(对应于国际专利申请WO2005/042954 A1)中被公开，该专利公开了一种双火花塞结构，该双火花塞结构具有延伸穿过定时链腔的一个火花塞，但是需要保护衬套以实现上述结构。
发明内容
因此，本发明的目的是避免上述问题并提供性能改进的内燃机，具体地是提供适合于燃烧贫燃料/燃烧气体混合物的小缸径内燃机。因此可以提高燃料经济性和排放性能。
考虑到此目的，本发明提供了一种内燃机，包括:
a)燃烧室，具有进气阀和排气阀，每个阀均具有相关的阀元件；
b)至少两个点火装置；以及
c)驱动装置，用于驱动所述阀，其中，每个点火装置均定位成远离驱动装置。
有利地，进气阀和排气阀以偏置的方式布置而非被布置为“成一直线”；尽管能量输出减小，但是燃料的经济性有所提高。在一个实施例中，燃烧室(优选地为单坡屋顶式结构)可以被认为分成了四分体。两个沿对角线相对的四分体基本上容纳了进气阀和排气阀，虽然这些阀与其他的四分体可能有一些重叠。剩下的两个沿对角线相对的四分体容纳火花塞，从而允许双火花塞操作并允许贫混合物以贫燃烧模式燃烧，提高了燃料的经济性。火花塞可以是传统的结构。这种类型的优选的发动机是以四冲程循环操作的小缸径发动机。
优选地，该发动机是小缸径发动机。在本发明的实施中使用的小缸径、小容积或小排量发动机的典型特征包括:范围从75cc至225cc的气缸排量(swept cylinder volume)，优选地从100cc至200cc的范围的气缸排量，以及45mm至70mm的气缸内径，作为两轮或三轮的有轮车辆或其他机动车辆(例如，摩托车)运行的原动机。有利地，这种发动机是单气缸发动机，该单气缸发动机可以是两阀顶置凸轮四冲程发动机。
驱动装置可以是定时链。这种定时链可以设置在具有润滑剂供应的腔中。在这种情况下，点火装置远离定时链腔的定位允许实现多火花塞(很可能为双火花塞)点火的益处，而不会由于定时链腔而损害火花塞的选择、设计或定位。例如，因为火花塞不需延伸穿过定时链腔，所以不需要保护衬套来防止润滑剂影响活塞的功能。也能够使用其他的驱动装置。
内燃机可以包括摇臂组件以用于致动进气阀和排气阀。优选的摇臂组件是这样一种摇臂组件:其中，通过以基本上共面的关系布置每个摇臂件的第一端和第二端(即，使得穿过每个摇臂的两个端部的中心线的平面处在横穿摇臂轴的轴线的相同平面中)，而使作用在摇臂上的倾覆力矩或倾覆力最小化。通过这种方式，摇臂件(其为笔直的)以及因此阀组(valve trains)都承受减小的摩擦。因此在采用这种摇臂组件的发动机中，可以实现比可能具有更高质量的摇臂组件的发动机更高的燃料经济性。在该申请人于2006年1月10日提交的共同未决的印度临时专利申请第34/MUM/2006号中描述了这种摇臂组件以及采用该摇臂组件的内燃机，其内容结合于此作为参考。
使用上述的摇臂组件允许方便地包装双点火装置或双火花塞，甚至是在通常不会使用双火花塞的小缸径发动机中也是如此，并且使用上述摇臂组件能够在贫混合物的燃烧中实现燃料经济性的进一步提高。
附图说明
从随后参照附图的本发明的优选实施例的描述中可以更完全地理解本发明的内燃机，在附图中:
图3是根据本发明的一个实施例的内燃机的气缸盖的仰视图。
图4是图3的气缸盖的侧视截面图。
图5是图3和4的气缸盖的俯视截面图，示出了用于致动发动机阀的凸轮轴。
具体实施方式
现在参照图3，其中示出了上面描述的这种小缸径内燃机100的气缸盖14的底部。气缸盖14包括具有进气阀23和排气阀24的燃烧室110，进气阀23和排气阀24被选择为具有比传统的进气阀和排气阀更小的尺寸并且传送较少的能量，但是具有实质上提高了燃料经济性的益处，可能高于配备有单个火花塞的相似的车辆至少5％的燃料经济性。燃烧室110具有单坡屋顶结构。单坡屋顶燃烧室是具有倾斜或斜坡屋顶形状的上表面的燃烧室。这种表面可以仅具有一个斜坡。发动机100以四冲程原理工作，进气阀23和排气阀24的定时通过定时链(未示出)来控制。
双火花塞40和42(每个火花塞均是传统的制品)被安装在气缸盖14中，并位于燃烧室110中，从而允许发动机以贫燃烧模式操作以提高燃料经济性。如图3中所示，燃烧室110可以被认为是分成了四分体。进气阀23和排气阀24可以被认为是位于沿对角线相对的四分体中，尽管阀23和24与其他的四分体有一些重叠。这种阀结构是“偏置”结构，通常比“成一直线”阀结构伴随更少的能量输出。火花塞40和42位于燃烧室110的剩余的沿对角线相对的四分体中并且没有延伸穿过定时链腔，从而不需要被设计或被保护成避免与定时链腔中的润滑剂接触。
发动机100的进气阀23和排气阀24由摇臂组件18致动，该摇臂组件18的更多细节在图4和5中展现。该摇臂组件18被构造成提供更大的空间以用于双火花塞40和42的定位并且有助于双火花塞40和42远离发动机100的定时链腔(未示出)的定位。每个阀23与24均具有各自的摇臂16，该摇臂由凸轮61致动，该凸轮通过定时链和主动及从动链轮齿15由凸轮轴6驱动。凸轮轴6设置有凸轮轴轴承7和8。
摇臂16被布置在凸轮轴6的纵向轴线6a的相对侧上，阀23和24相似地定位在凸轮轴纵向轴线6a的相对侧上。
摇臂16各自具有相关的滚筒摇杆28和杠杆轴承30，该杠杆轴承枢转地安装在轴29上且包围滚针32，并且摇臂16通常以这种形式布置。轴承30被设计成阻止横越凸轮轴凸部(lobe)50的滑动，因此减小了摩擦。滚筒摇杆28也被设计成减小摩擦。
多个摇臂16分别在它们的第一端20a和22a处连接至阀元件23a和24a。连接于各个推杆23b和24b的螺母25和26允许阀元件23a和24a的运动长度的调整。理想地，避免操作过程中元件23a和24a的碰撞。多个摇臂16的第二端20b和22b连接至滚筒摇杆28。每个摇臂16的第一端20a、22a和第二端20b、22b基本上与经过呈直线排列的每个摇臂的第一端20a、22a和第二端20b、22b的中心线共面，因此形成“笔直的”摇臂16。该摇臂的设计(其中第一端20a、22a和第二端20b、22b以共面的关系布置)减少或避免了作用在摇臂16上的倾覆载荷，并且有益于减少发动机100中的阀组摩擦及提高燃料经济性。
通过提供这两个火花塞40和42，火花的点燃在燃烧室110中沿直径相对的位置处开始。因此，燃烧可以在相对较短的持续时间中完成，从而导致排放物的减少和改进的燃料消耗，而与此同时保持理想的性能水平。减少的燃烧持续时间允许使用更少量的燃料/空气混合物或贫混合物而不会影响发动机性能，尤其是在部分节流的情况下。
使用根据本发明的发动机并采用上述的摇臂组件的益处可以通过参照表1而示出，表1示出了具有现有技术的摇臂组件且承受上述的倾覆载荷的单火花塞(SSP)发动机与具有参照上面的图3至5来描述的偏置阀和摇臂组件的双火花塞(DSP-R)发动机的比较结果。
表1
 
参数 SSP DSP-R
进气阀直径(mm) 27.5 25
进气阀重量(gm) 25.8 20.3
排气阀直径(mm) 24 21.5
排气阀重量(gm) 22.8 17.6
摇杆重量(gm) 50 36.3
阀弹簧刚度(kg/mm) 2.6/3.78 1.25/1.72
最大能量(Ps) 10.62 9.8
最大能量发动机转速(rpm) 8,500 8,000
最大扭矩(Nm) 9.88 10.5
最大扭矩发动机转速(rpm) 7,000 5,500
表2示出了DSP-R发动机关于燃料经济性的进一步益处，如下所示:
表2
 
速度(km/h) SSP DSP-R
燃料经济性(km/升) 40 82 95
燃料经济性(km/升) IDC 65 72
IDC＝印度驱动周期
可以观察到与SSP相比DSP-R具有明显更高的燃料经济性。
对于阅读本公开的本领域技术人员而言，本发明的内燃机的修改和变化将是显而易见的。这种修改和变化理应属于本发明的范围。

Claims (14)

1.一种内燃机，包括：
a)燃烧室，具有进气阀和排气阀；
b)至少两个点火装置；以及
c)驱动装置，用于驱动所述阀，其特征在于，每个点火装置均定位成远离阀驱动装置。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述进气阀和所述排气阀具有偏置结构。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述发动机是具有75cc与225cc之间的容量的小缸径发动机。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中，容量在100cc与200cc之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，所述发动机是单缸发动机。
6.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，所述发动机在贫燃烧模式下可操作。
7.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述阀驱动装置是定时链。
8.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述燃烧室被分成四分体，两个沿对角线相对的四分体分别容纳所述进气阀和所述排气阀；而剩余的两个沿对角线相对的四分体容纳两个点火装置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述燃烧室是单坡屋顶结构。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述点火装置是火花塞。
11.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，所述发动机是四冲程发动机。
12.根据权利要求10或11所述的发动机，所述发动机是单一顶置凸轮发动机。
13.根据权利要求12所述的发动机，其中，所述凸轮位于所述阀之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的发动机，其中，所述进气阀和所述排气阀由摇臂组件致动。
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