CN1034247A - 二冲程发动机的燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种带有设置在气缸盖上的进气门和排气门的 二冲程发动机，在气缸盖内壁上成型有遮掩壁，该遮 掩壁用于在进气门打开的全部时间内始终将形成在 进气门的气门座和周边部分之间且位于排气门一侧 的气门开口遮掩住。

Description

本发明涉及二冲程发动机的燃烧室。

为了在已知的二冲程柴油机的燃烧室中实现良好的环流扫气操作，当进气门和排气门的气门升程都较小时，设置了遮掩壁，用于遮掩在进气门的气门座和周边部分之间且位于气缸轴线侧的气门开口，与此同时遮掩在排气门的气门座和周边部分之间且位于气缸轴线侧的气门开口。进气口和排气口平行于气缸轴线向上延伸（见日本未审查专利公开No.52-104613）。在这种二冲程柴油机中，从进气口流入燃烧室的空气沿着气缸内壁朝向活塞顶面流动。接着，在活塞顶面空气流动方向改变，然后使空气沿着气缸内壁向排气口流动，从而实现环流扫气操作。

然而，在这种二冲程柴油机中，当进气门和排气门的气门升程变大时，在进气门和其气门座之间的气门开口将沿着进气门的整个周边朝燃烧室打开，而在排气门和其气门座之间的气门开口也将沿着排气门的整个周边朝燃烧室打开。其结果是，从进气门位于气缸轴线侧的气门开口流进燃烧室的空气沿着气缸盖内壁向前流动，然后通过排气门的气门开口排入排气口。因此，在这种二冲程柴油机中，由于从进气口供给的一部分空气必须被用于确保有效的环流扫气操作，所以这种发动机中存在的一个问题是不能实现良好的环流扫气操作。

本发明的目的是提供一种能够实现良好的环流扫气操作的二冲程发动机。

根据本发明所提供的二冲程发动机，它包括：一个发动机机体，它包括一个具有内壁的气缸盖;一个可在该机体内往复运动的活塞，在该气缸盖的内壁和该活塞顶面之间限定一个燃烧室;至少一个设置在气缸盖内壁上的进气门;至少一个设置在气缸盖内壁上的排气门;设置在进气门和排气门之间的遮掩装置，它用于在进气门打开的全部时间内始终将形成在进气门的气门座和周边部分之间且位于排气门一侧的气门开口遮掩住。

从下面结合附图对本发明的最佳实施例的描述中，将会更充分地理解本发明。

在附图中：

图1是一个二冲程发动机的侧剖视图;

图2是表示气缸盖内壁的视图;

图3是该气缸盖的剖面图;

图4是表示进气门和排气门打开时间的示意图;

图5示意地表示了进气门和排气门的气门升程以及排气口中的压力变化;

图6是发动机的侧剖视图，它表示了发动机轻载时的操作情况;

图7是发动机的侧剖视图，它表示了发动机重载时的操作情况;

图8是二冲程发动机的另一个实施例的侧剖视图;

图9是表示图8所示发动机的气缸盖内壁的视图;

图10是发动机的侧剖视图，表示了图8和图9所示的发动机的操作情况;

图11是一个二冲程柴油机气缸盖的底视图;

图12是该二冲程柴油机的侧剖视图。

参照图1至图3，标号1表示一个气缸体，标号2表示一个可在气缸体1内往复运动的活塞，标号3表示一个固定在气缸体1上的气缸盖，而标号4表示一个成形在气缸盖3的内壁3a和活塞2顶面之间的燃烧室。在气缸盖3的内壁3a上成形有一个朝燃烧室4凸出的凸起部分5，并且该凸起部分5沿着内壁3a的整个直径长度延伸。如图1所示，凸起部分5具有基本上为三角形的横截面，在其横截面的下端有个峰脊5a。在图1至图3中，凸起部分5的根部由标?b表示。在凸起部分5的一侧设置了一对进气门6，而在其另一侧设置了一对排气门7。

凸起部分5有个中央部分5c，该中央部分面对排气门7构成一个拱顶，一个火花塞8设置在中央拱顶部分5c的进气门一侧。因此，火花塞8大致位于处在凸起部分5的进气门一侧的气缸轴线上。在凸起部分5上成形有用于每个进气门的遮掩壁10，以便遮掩气门座9和进气门6的周边部分之间且位于排气门一侧的气门开口。这些遮掩壁10尽可能靠近相应的进气门6的周边部分设置，并且具有沿着相应的进气门6的周边部分延伸的拱形横截面。此外，这些遮掩壁10朝着燃烧室4扩展到比处在由图1虚线所示的最大升程位置的进气门6还要低的位置。因此，在气门座9和进气门6的周边部分之间且位于排气门一侧的气门开口，在进气门6打开时，始终由相应的遮掩壁10遮掩住。由于在排气门7的周边部分和凸起部分5的根部5b之间存在着固定间隙，所以，在气门座11和排气门7的周边部分之间且位于进气门一侧的气门开口不会由凸起部分5遮掩。因此，当排气门7打开时，在气门座11和排气门7之间的气门开口沿着排气门7的整个周边朝着燃烧室4打开。

在气缸盖3中成形有用于进气门6的进气口12和用于排气门7的排气口13。进气口12例如通过一个由发动机驱动的机械驱动式增压器14和一条进气管15与一个空气滤清器（未示出）相连，并且在进气管15上设置有一个节流阀16。喷油嘴17设置在进气口12的上壁上，具有小的散射角的燃油以棒状的形式从喷油嘴17喷出，射向进气门6的阴影区18，如图3所示。阴影区18位于进气口12的轴线的火花塞一侧，并且相对于穿过两个进气门6的气门杆的直线而言，是位于面对火花塞8一侧的。

图4示出了进气门6和排气门7打开时间的例子以及喷射时间的例子。在图4所示的例子中，排气门7比进气门6早打开，且排气门7比进气门6早关闭。此外，喷油时间被调定成在进气门6打开之后且在活塞2到达底部死点BDC之前开始喷油。

图5示出了进气门6和排气门7的气门升程以及排气口13中的压力变化P₁、P₂、Q₁、Q₂。后面将要对压力变化P₁、P₂、Q₁、Q₂进行说明。

下面参照附图6和图7对扫气操作和分层操作进行说明。图6示出了发动机处于轻载操作时的工作状况，而图7示出了发动机处于重载操作时的工作状况。此外，图6（A）和图7（A）示出了进气门6刚刚打开时的状态，而图6（B）和图7（B）示出了活塞2近乎到达底部死点BDC时的状态。

首先参照图6对发动机在轻载操作时的扫气操作和分层操作进行说明。

当活塞2向下运动且排气门7打开时，燃烧室4中的高压燃气流入排气口13，这样在排气口13中的压力为一个暂时正压力，如在图5中由P₁所示。这个正压力P₁在下游方向的排气通路中传播，并在每个气缸的排气通路的连接部被反射。接着，反射来的压力以真空压力的形式重又向排气口13传播。因此，当进气门6打开时，在排气口13中产生真空压力，如在图5中由P₂所示。产生真空压力的定时取决于排气通路的长度。当发动时处于轻载操作状态时，燃烧压力低，因此在排气口13中产生的正压力P₁和真空压力P₂也比较小。

当进气门6打开时，含有燃油的新鲜空气从进气口12供入燃烧室4。此时，由于为每个进气门6的气门开口设置了遮掩壁10，所以新鲜空气和燃油主要由进气门6上位于与遮掩壁10相对的那一侧的气门开口部分流入燃烧室4。此外，当进气门6打开时，由于在排气口13中产生真空压力（如图5中的P₂所示），所以在这个真空压力的作用下，位于燃烧室4上部的废气（已燃气）就被吸收到排气口13中。此时，如图6（A）中的箭头R₁所示，由于废气的这种运动，而将新鲜空气和燃油拉向排气门7，由此将燃油引入到围绕火花塞8（见图2）的空间中。那么当活塞2进一步向下运动时（如图6（B）所示），含有燃油的新鲜空气沿着进气门6下方的气缸内壁向下流动，如图6（B）中的箭头R₂所示。但是，当发动机处于轻载操作状态时，供入燃烧室4的新鲜空气的量小，而且新鲜空气流入燃烧室4的流速也小。其结果是，新鲜空气不能到达活塞2的顶面，而是位于燃烧室4的上部，因此当活塞2向上运动时，由于空气和燃油的混合物聚集在燃烧室4的上部，而且残留的未燃气聚集在燃烧室4的下部，所以，燃烧室4的内部被分层，因此空气和燃油的混合物就能由火花塞8适宜地点燃。

当发动机处于重载操作状态时，由于燃烧压力变高，所以在排气口13中产生的正压力也变高（如图5中Q₁所示），此外，由正压力Q₁的反射产生的真空压力也变大，如图5中Q₂所示。另外，真空压力Q₂的峰值在正压力Q₁产生了一段短时间之后才出现。

当发动机处于重载操作状态时，供入燃烧室4的新鲜空气的量大，而且新鲜空气流入燃烧室4的速度也变高。因此，当进气门6打开时，含有燃油的大量新鲜空气以高速流入燃烧室4。接着，当位于燃烧室4上部的废气在排气口13中产生的真空压力Q₂的作用下被吸入到排气口13中时，新鲜空气的流动方向变向燃烧室4的中部，如图7（A）中箭头S₁和S₂所示。那么当活塞2进一步向下运动时，新鲜空气沿着进气门6下方的气缸内壁向下流动，并到达活塞2的顶面，如图7（B）中箭头S₃所示。因此，燃烧室4中的未燃气被新鲜空气逐渐地推出并排入排气口13（如图7（B）中箭头T所示），从而在燃烧室4中实现环流扫气操作。

在装备有上述进气门和排气门结构的二冲程发动机中，通过实施这样一种环流扫气操作，就可以获得最有效的扫气效果。此外，在这种二冲程发动机中，废气的残余量大，为了即使是在这种废气残余量大的情况下也能获得良好的点火和燃烧性能，必须使空气和燃油的混合物围绕火花塞聚集，即获得良好的分层。在图1至图3所示的实施例中，遮掩壁10的构造使得它有可能阻止将要流入排气口13的新鲜空气和燃油沿着气缸盖3的内壁3a流动，其结果是能够实现良好的扫气操作和很好的分层。

此外，通过把火花塞8设置在凸起部分5的进气门一侧，就可使空气和燃油的混合物趋向于围绕火花塞8聚集，这样就有可能利用火花塞8对空气和燃油的混合物实现恰当的点火。具体地说，空气和燃油的混合物趋向于聚集在由凸起部分5的中央拱形部分5c围绕的区域内，由于火花塞8也是设置在这个区域内，所以由此改善了点火性能。此外，由于从喷油嘴17喷出的燃油是在燃油冲击到进气门6的气门体后端面后即刻供入到燃烧室4中并且是被雾化的，因此燃油将不会粘附到进气口12的内壁上。

图8和图9示出了二冲程发动机的另一个实施例，利用这个实施例可以实现更好的环流扫气操作。在这个实施例中，在气缸盖3的内壁3a上成形有一个凹陷部20，而且将进气门6设置在气缸盖3的内壁部分3b上，该内壁部分3b构成凹陷部20的底部。除了凹陷部20以外，气缸盖3的内壁部分3c基本上是平的，并且在此内壁部分3c上设置着排气门7。气缸盖3的内壁部分3b和3c通过凹陷部20的外围壁21互连。凹陷部20的外围壁21包括遮掩壁21a以及新鲜空气导向壁21b和21c，其中遮掩壁21a尽可能靠近相应的进气门6的周边部分设置并沿着相应的进气门6的周边拱状延伸，新鲜空气导向壁21b设置在两进气门6之间，而每个新鲜空气导向壁21c设置在气缸盖3的内壁3a的周边壁和相应的进气门6之间。遮掩壁21a朝向燃烧室4延伸到比处于最大升程位置的进气门6还要低的位置，这样，在气门座9和进气门6的周边部分之间且位于排气门一侧的气门开口，在进气门6打开时，始终由相应的遮掩壁21a遮掩住。新鲜空气导向壁21b和21c基本上位于同一平面，并基本上平行于穿过两进气门6的中心的直线延伸。火花塞8设置在气缸盖3的内壁部分3c上，其设置方式是使它位于气缸盖3的内壁3a的中心。

在这个实施例中，拱形遮掩壁21a的周边长度比图1至图3所示的遮掩壁10要长，这样，在进气门6和气门座9之间的气门开口处，位于排气门一侧的1/3开口被相应的遮掩壁21a遮掩住，所以新鲜空气从位于排气门7的对面侧的未被遮掩的2/3气门开口供入燃烧室4。此外，在这个实施例中，从进气门6流入燃烧室4中的新鲜空气由新鲜空气导向壁21b和21c导向，以便使其沿着气缸的内壁向下流动。因此，在此实施例中，当进气门6打开时，大部分新鲜空气沿着气缸的内壁朝向活塞2的顶面流动（如图10中的箭头U所示），由此即可实现良好的环流扫气操作。

图11和图12示出了将本发明应用于二冲程柴油机，在这个实施例中，在位于进气门6和排气门7之间的气缸盖3的内壁3a上，形成有一个向下延伸的凸起物30，并且在凸起物30附近设置有喷油嘴31。此凸起物30上设有遮掩壁30a，遮掩壁30a尽可能靠近进气门6的周边部分并沿进气门6的周边以拱式延伸。遮掩壁30a朝着燃烧室4向下延伸到比处于最大升程位置的进气门6还要低的位置，由此，当进气门6打开时，在进气门6的气门座和周边部分之间且位于排气门一侧的气门开口始终被遮掩壁30a遮掩住。因此，在此实施例中，空气沿图12中箭头V所示方向流动，由此实现良好的环流扫气操作。对于凸起物30来说，其凸起程度必须较大，为了防止凸起物30与活塞2产生干涉，可以将凸起物30设置成与活塞2的凹坑面对。

在上述的实施例中，遮掩壁均成形在汽缸盖上，然而，遮掩壁也可以成形在一个与气缸盖分离的部件上，例如，遮掩壁可以成形在进气门或排气门的气门座上，这时就需要适当地改变这些气门座的形状。

根据本发明，通过利用遮掩壁在进气门打开的全部时间内始终遮掩住位于排气门一侧的在进气门的气门座和周边部分之间形成的气门开口，就有可能获得良好的环流扫气操作，由此就能获得良好的燃烧性能和发动机的高输出功率。

虽然为了示例的目的结合具体的实施例对本发明进行了描述，但是显然对于熟悉本领域的人来说，在不超出本发明的基本思想和范围的情况下，可以作出许多改变。

Claims (22)

1、一种二冲程发动机，它包括：

一个发动机机体，它包括一个具有内壁的气缸盖，

一个可在所述发动机机体内往复运动的活塞，在所述气缸盖内壁和所述活塞的顶面之间限定一个燃烧室，

至少一个设置在所述气缸盖内壁上的进气门，

至少一个设置在所述气缸盖内壁上的排气门，

设置在所述进气门和排气门之间的遮掩装置，它用于在进气门打开的全部时间内始终将形成在所述进气门的气门座和周边部分之间且位于所述排气门一侧的气门开口遮掩住。

2、根据权利要求1的二冲程发动机，其特征是所述遮掩装置具有靠近所述进气门上位于所述排气门一侧的周边部分设置的遮掩壁，该遮掩壁朝着所述活塞向下延伸到比处于最大升程位置的所述进气门还要低的位置。

3、根据权利要求2的二冲程发动机，其特征是所述遮掩壁沿着所述进气门的周边部分以拱式延伸。

4、根据权利要求3的二冲程发动机，其特征是所述遮掩壁沿着所述进气门的周边部分的大致1/3部分延伸。

5、根据权利要求2的二冲程发动机，其特征是所述气缸盖内壁具有朝着所述活塞向下伸出并沿着所述气缸盖内壁在所述进气门和排气门之间延伸的凸起部分，并且所述遮掩壁被成形在所述凸起部分

6、根据权利要求5的二冲程发动机，其特征是所述凸起部分具有大致三角形横截面。

7、根据权利要求5的二冲程发动机，其特征是所述排气门与所述凸起部分是分开设置的。

8、根据权利要求5的二冲程发动机，其特征是所述凸起部分沿着所述气缸盖内壁的整个长度延伸。

9、根据权利要求8的二冲程发动机，其特征是所述发动机带有两个进气门，而所述遮掩壁提供给每个进气门。

10、根据权利要求8的二冲程发动机，其特征是还包括一个设置在所述凸起部分的进气门一侧的所述气缸盖内壁上的火花塞。

11、根据权利要求10的二冲程发动机，其特征是所述凸起部分具有面朝所述排气门的拱形中央部分，而且所述火花塞基本上设置在所述气缸盖内壁的中央并由所述拱形中央部分围绕。

12、根据权利要求2的二冲程发动机，其特征是所述气缸盖内壁具有成形在其上的凹陷部，并包括一个除了所述凹陷部以外基本上平的内壁部分和一个所述凹陷部的底壁以及一个所述凹陷部的外围壁，所述外围壁位于所述内壁部分和所述底壁之间，所述进气门设置在所述底壁上，所述排气门设置在所述内壁部分上，而所述遮掩壁设置在所述外围壁上。

13、根据权利要求12的二冲程发动机，其特征是所述凹陷部的外围壁在所述气缸盖内壁的周边壁的相对端之间延伸，而所述外围壁除所述遮掩壁以外构成朝着所述活塞向下延伸的新鲜空气导向壁。

14、根据权利要求13的二冲程发动机，其特征是所述发动机带有两个进气门，而所述新鲜空气导向壁包括位于所述两进气门之间的第一导向壁以及位于所述气缸盖内壁的周边壁和所述进气门之间的第二导向壁。

15、根据权利要求14的二冲程发动机，其特征是所述第一导向壁和第二导向壁基本上位于同一平面，该平面基本上平行于穿过所述两进气门的直线延伸。

16、根据权利要求12的二冲程发动机，其特征是还包括一个大致位于所述气缸盖内壁的中心的设置在所述内壁部分上的火花塞。

17、根据权利要求1的二冲程发动机，其特征是所述排气门早于所述进气门打开和关闭。

18、根据权利要求1的二冲程发动机，其特征是所述气缸盖具有成形在其中的进气口和设置在所述进气口中的喷油嘴。

19、根据权利要求18的二冲程发动机，其特征是燃油从所述喷油嘴朝向所述进气门的气门体的后端面部分喷射，该部分位于所述遮掩装置的相对侧。

20、根据权利要求19的二冲程发动机，其特征是所述燃油呈现为小散射角的棒状。

21、根据权利要求18的二冲程发动机，其特征是所述燃油在所述进气门打开之后且在所述活塞到达底部死点之前从所述喷油嘴喷出。

22、根据权利要求1的二冲程发动机，其特征是还包括一个设置在所述气缸盖内壁上的喷油嘴。

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