CN1047554A - 四冲程活塞式内燃机 - Google Patents
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Abstract
四冲程活塞式内燃机，包含曲轴箱、曲柄框、滑块、曲轴、曲轴箱二侧的对置汽缸、汽缸内有活塞和容积可变的工作腔、作功腔，其特点在于供气系统包括二个吸气部分和一个共用输气部分，运动构件内部分隔为二个储气室，且储气容积大于活塞排量，压缩混合气的进气口和点火室进出口的启闭由活塞自身控制，而出气口和废气排气口的启闭由自控式双作用阀控制。该内燃机结构简单、造价低、维修方便，能燃烧多种燃料，废气污染少，热效率、容积效率、机械效率高。
Description
本发明涉及活塞式四冲程内燃机。
在现有技术的稀燃式发动机中，有未分开循环稀燃式发动机和分开循环发动机，两者设计原理相同，后者的不同之处即是把四冲程在同一缸内进行改造成为在两个缸内或同一缸内分隔为两腔内进行。稀燃式发动机即使具有节油和净化废气两大优点，并作了大量的研究及实验，但直至现在还没有确定实用的机型供社会需求，其原因是：（1）将通常的化油器式改造成缸内或进气管中喷射型式，会使装置和维修费用增加，而且调整方法相当困难和复杂;（2）如不采用燃料喷射，即采用两个化油器分别供给燃料，为了在副室得到恰当的混合比，就要对自动调整进行严密考虑，这自动调整技术是相当困难的;（3）对于分开式结构，它的副室内的混合比是由其充气量加上供给的燃料量以及从主室流入的混合气相互混合而成，作为实用发动机，要使空气流、燃料供给量与不同负荷、速度相适应是较困难的;（4）对于统一式结构稀燃发动机，燃烧室中最佳浓度混合气的位置随发动机负荷速度的变化而变化，因此组织分层给气较为困难，亦难以保证在不同工况时发动机能稳定燃烧稀混合气。总之现有技术的各类型的稀燃发动机要作为实用发动机在构造、机理、控制、互换、造价及费用方面都存在许多还未解决的问题。
西德专利833、814，86年2月26日的申请提出了一种带有进气系统的四冲程内燃机，它的整个供气系统是由吸气系统和传输系统组成，虽然具有改善充气流量的优点，但仍有下列缺陷：（1）整个供气系统只能提供一种比例的混合气体，难以实现稀混合气燃烧;（2）其内腔（即工作腔）只对混合气作预先压缩，而四个冲程的进行和完成都是在外腔（即作功腔）内，故难以充分利用汽缸的容积效率;（3）燃烧室中的混合气进口及废气排气口的启闭都是由带有传动装置的旋转式滑阀控制，从而使控制装置复杂。
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而向社会提供一种与现有稀燃内燃机相比较：结构更简单、造价更低、维修更方便，能燃烧多种燃料、废气污染更少的一种热效率、容积效率、机械效率更高的分开循环的四冲程活塞式内燃机。
本发明按照新设想的稀燃方式而设计，即向燃烧室供给与负荷及速度相对应的由两股压缩混合气混合而形成的稀压缩混合气。而向点火室供给的是不随负荷及速度变化而变化的浓压缩混合气。再用点火室中被火花塞点燃的燃烧气体来点燃稀压缩混合气，从而使气体膨胀对外作动。
四冲程活塞式内燃机包含一个曲轴箱，位于曲轴箱曲柄框内的滑块和曲轴，至少有二个同一轴线上、位于曲轴箱左右二侧的对置汽缸，每个汽缸具有内止点和外止点，汽缸内的活塞在内、外止点间作往复运动，并以180°相位差工作。整个往复运动构件的内部被分隔为至少有二个储气室，用以储藏浓和过稀压缩混合气，且储气容积大于活塞排量。每一汽缸具有容积可变的至少一个工作腔和一个作功腔;工作腔用以对浓或过稀混合气进行吸气和压缩，工作腔内的吸入单向阀设置在工作腔盖上，压出单向阀设置在活塞上。作功腔用以完成膨胀和排气过程。供气系统将新鲜空气分别吸入汽缸的工作腔并通过输气部分将压缩混合气传输到作功腔，供气系统由每个工作腔各具有独立归自己的吸气部分和二个作功腔共用的一个输气部分组成。
每一汽缸外端内壁上设有至少二个压缩混合气的进气口和至少一个点火室及点火室进出口，它们的启闭由活塞自身控制。同时，每一汽缸外端内壁上设有至少二个压缩混合气的出气口及作功腔盖上设有至少一个废气排气口，它们的启闭各由自控式双作用阀所控制。
按本发明设计的四冲程活塞式内燃机，在工作腔中混合气的进出口采用单向止回阀，而作功腔的压缩混合气的出口及废气排出口的启闭采用自控式的双作用阀控制，无需别的传动装置控制。整个作往复运动构件的内部分隔为二个储气室代替现有技术专设的储气室，从而简化结构，使运动部件少、结构极简单，与现有内燃机相比，造价、维修、保养的费用可大幅度下降。本发明无固定的燃烧室，工作腔容积小于作功腔容积，使废气膨胀更充分废气排除较彻底，不管在起动和怠速各工况下都能燃烧稀混合气，从而使废气中的有害成份减少、净化了废气。本发明通过调节工作腔或储气室内的压力从而达到调节压缩比的目的，具有较高的压缩比和较高的容积效率、机械效率，可节省燃烧，可较方便采用先进的陶瓷金属材料，可较方便的采用液压传动，同时能燃烧稀混合气，热效率可从现有的25%提高到35%左右。
附图说明。
附图为本发明纵向剖视结构示意图。
下面是根据上述附图实施例作进一步详细描述。
如附图所示，四冲程活塞式内燃机有一个曲轴箱（14），位于曲轴箱（14）的曲柄框（41）内有作往复运动的滑块（43），曲轴（13）的曲柄与滑块（43）相连接。有二个同一轴线上位于曲轴箱（14）左右二侧对称布置的汽缸（9）、（18），曲轴（13）布置在曲轴箱（14）中心位于二汽缸（9）、（18）的中间，二汽缸（9）、（18）与曲轴箱（14）通过密封件而被隔离密封。
每一汽缸（9）、（18）内具有一个接近曲轴箱（14）的内止点D和远离曲轴箱（14）的外止点A，汽缸（9）、（18）内有活塞（47）、（35）在内止点D和外止点A之间往复运动，二只活塞（47）、（35）是以180°的相位差工作的。活塞（47）、（35）上的活塞杆（45）、（40）沿同轴方向延伸，一端与活塞（47）、（35）刚性连接，另一端与曲柄框（41）刚性连接，它们三者构成整个往复运动构件，其内部空间被分隔为二个储气室（12）、（42）。每个储气容积大于活塞排量，每一汽缸（9）、（18）被活塞（47）、（35）分隔为容积可变的两腔，一个是与曲轴箱（14）相邻接、位于活塞（47）、（35）和汽缸（9）、（18）内端内止点D之间的称为工作腔（46）、（38），一个是远离曲轴箱（14）、位于活塞（47）、（35）和汽缸（9）、（18）外端外止点A之间的称为作功腔（51）、（20），工作腔（46）、（38）与作功腔（51）、（20）的容积改变取决于汽缸（9）、（18）内活塞（47）、（35）所处的位置。每个汽缸（9）、（18）的内端有工作腔盖（44）、（39），盖上有膜片式吸入单向阀（11）、（16），位于工作腔（46）、（38）内一面的活塞（47）、（35）上有膜片式压出单向阀（8）、（37），吸入单向阀（11）、（16）与各自的进气管（10）、（15）相连，压出单向阀（8）、（37）与各自的储气室（12）、（42）相连。每个汽缸（9）、（18）的外端有作功腔盖（2）、（28），盖上有自控式双作用阀（1）、（32），它们分别与排气口（52）（31）相连。自控式双作用阀（1）、（32）由设置在作功腔盖（2）、（28）上的弹簧（29）、弹簧座（30）、气门阀（26）、阀片（24）、缓冲室（27）和设置在活塞（47）、（35）顶端的撞块（19）所组成。
每一汽缸（9）、（18）外端内壁上设有二个浓和二个过稀压缩混合气的进气口（6）、（49）、（21）、（34）和二个点火室（4）、（23）及二个点火室进出口（5）、（22），都成对称排列，它们的启闭由活塞自身控制。进气管（10）、（15）用于让浓或过稀混合气从外部流入作功腔（51）、（20）。
每一汽缸（9）、（18）外端内壁上设有二个浓和二个过稀压缩混合气的出气口（3）、（50）、（25）、（33），成对称排列，作功腔盖（2）、（28）上设有一个废气排出口（52）、（31），该排气口用于让作功腔（51）、（20）中的废气排出外部，它们的启闭由以上已述的自控式双作用阀（1）、（32）控制。
本发明的供气系统由每个工作腔（46）、（38）各自具有独立归自己的吸气部分和二个作功腔（51）、（20）共用的一个输气部分组成。
二个吸气部分一个由吸入单向阀（11）和进气管（10）组成，另一个也由吸入单向阀（16）和进气管（15）组成。共用输气部分由压出单向阀（8）、（37）、储气室（12）、（42）、活塞（47）、（35）上的出口（7）、（48）、（17）、（36）及每个作功腔（51）、（20）内壁（即汽缸（9）、（18）外端内壁）上的进气口（6）、（49）、（21）、（34）出气口（3）、（50）、（25）、（33）及点火室进出口（5）、（22）所组成。
本发明的动作过程从附图可知，假设活塞从左向右运动：当活塞（47）处于外端止点左边A点并从左向右运动时，作功腔（51）排气行程刚结束，开始膨胀行程，自控式双作用阀（1）关闭，活塞（47）出口（7）、（48）与作功腔（51）内壁上的出气口（3）、（50）相通，浓和过稀压缩混合气开始进入作功腔（51）内，它的工作腔（46）吸气行程刚结束，开始压缩行程，此时活塞（35）处于内端止点右边D点，它的作功腔（20）膨胀行程刚结束，开始排气行程，自控式双作用阀（32）已开启，作功腔（20）与排气口（31）相通，废气排出外部，作功腔（20）内壁上的出气口（25）与作功腔（20）不通，它的工作腔（38）压缩行程刚结束，开始吸气行程，过稀混合气通过吸入单向阀（16）从进气管（15）被吸入工作腔（38）。
活塞（47）运动至左边B点时，作功腔（51）与点火室（4）进出口（5）相通，已被火花塞点燃的浓压缩混合气冲入作功腔（51），快速点燃稀压缩混合气，它的工作腔（46）处于压缩行程，此时活塞（35）的作功腔（20）仍处于排气行程，而工作腔（38）仍处于吸气行程。
当活塞（47）运动至左边C点时，活塞（47）的出口（7）、（48）与作功腔（51）内壁上的进气口（6）、（49）不通，而稀压缩混合气刚被全部点燃膨胀作功，它的工作腔（46）仍处于压缩行程，此时，活塞（35）的作功腔（20）仍处于排气行程而工作腔（38）处于吸气行程。
当活塞（35）运动至右边C点时，它的出口（17）、（36）与作功腔（20）内壁上的进气口（21）、（34）相通，浓与过稀压缩混合气进入作功腔（20）进出口之间的通道中，它的工作腔（38）仍处于吸气行程，此时，活塞（47）的作功腔（51）仍处于膨胀行程，而它工作腔（46）内的浓混合气开始通过活塞（47）上的压出单向阀（8）被压入到储气室（12）中。
当活塞（35）运动至右边B点时，它的浓压缩混合气出口（17）与点火室（23）的进出口（22）相通，浓压缩混合气进入点火室（23），它的工作腔（38）仍处于吸气行程，此时活塞（47）的作功腔（51）仍处于膨胀行程而工作腔（46）仍处于压缩行程。
当活塞（35）运动至外端止点右边A点时，作功腔（20）排气行程结束，开始膨胀行程，而工作腔（38）吸气行程结束，开始压缩行程。此时活塞（47）处于内端止点左边D点，它的作功腔（51）膨胀行程结束，开始排气行程，而工作腔（46）压缩行程结束，开始吸气行程。浓混合气从进气管（10）通过吸入单向阀（11）被吸入工作腔（46）。
当活塞（47）、（35）从右向左运动时，活塞（47）重复活塞（35）从内端止点往外端止点运动时的工作状态过程，而活塞（35）重复活塞（47）从外端止点往内端止点运动时的工作状态过程。活塞（47）、（35）从外端（内端）运动至内端（外端），然后又运动至外端（内端），即完成了一个工作循环，即进气、压缩、膨胀、排气四冲程。两活塞（47）、（35）相位差180°，并通过滑块式曲轴（13）机构把活塞（47）、（35）的往复运动转化为曲轴（13）的旋转运动，活塞（47）、（35）完成一个工作循环，曲轴（13）旋转360°。活塞（47）、（35）工作腔（46）、（38）中混合气进出的控制均是以本身的气体压力而自动控制的膜片式单向止回阀控制。
而作功腔（51）、（20）中自控式双作用阀（1）、（32）的控制过程是：当活塞（47）或（35）将接近外端止点时，它们各自顶端上的撞块（19）与缓冲室（27）相接触，当缓冲室（27）内气体压力高于控制阀内弹簧（29）压力时，则阀关闭，此时作功腔（51）、（20）各与排气口（52）、（31）不通，而与作功腔（51）、（20）内壁上的浓和过稀压缩混合气的出气口（3）、（50）或（25）、（33）相通。当活塞（47）、（35）从外端止点（左A或右A）往内端止点（左D或右D）时，由于气体的压力高于控制阀弹簧（29）压力，使阀继续处于关闭状态。当活塞（47）、（35）运动至内端止点（左D或右D）时，作功腔（51）、（20）内的膨胀气体的压力低于自控式双作用阀（1）或（32）内弹簧（29）压力，则阀开启，此时作功腔（51）或（20）与排气口（52）、（31）相通，而与作功腔（51）或（20）内壁上浓和过稀压缩混合气的出气口（3）、（50）或（25）、（33）不通。
Claims (3)
1、一种四冲程活塞式内燃机，包含有一个曲轴箱(14)、位于曲轴箱(14)曲柄框(41)内的滑块(43)和曲轴(13)，至少二个同一轴线上位于曲轴箱(14)左右二侧的对置汽缸(9)、(18)，每个汽缸具有一个接近曲轴箱(14)的内止点D和远离曲轴箱(14)的外止点A，每一汽缸(9)、(18)内有一活塞(47)、(35)在内止点D和外止点A之间往复运动，二只活塞(47)、(35)是以180°的相位差工作，每一只活塞(47)、(35)的活塞杆(45)、(40)沿同轴方向延伸，其一端与活塞(47)、(35)连接而另一端与曲柄框(41)连接，每一汽缸(9)、(18)具有容积可变的至少一个工作腔(46)、(38)和一个作功腔(51)、(20)，汽缸的工作腔(46)、(38)相对于曲轴箱(14)是密封的，供气系统将新鲜空气分别吸入汽缸(9)、(18)的工作腔(46)、(38)并通过输气部分将压缩混合气传输到作功腔(51)、(20)，其特征在于：
a.整个往复运动构件包括活塞(47)、(35)、活塞杆(45)、(40)、曲柄框(41)的内部被分隔为至少二个储气室(12)、(42)，每个储气容积大于活塞排量；
b.每一汽缸(9)、(18)外端内壁上设有至少二个压缩混合气的进气口(6)、(49)和(21)、(34)和至少一个点火室(4)和(23)及点火室进出口(5)和(22)，它们的启闭由活塞自身控制；
c.每一汽缸(9)、(18)外端内壁上设有至少二个压缩混合气的出气口(3)、(50)和(25)、(33)及作功腔盖(2)、(28)上设有至少一个的废气排气口(52)和(31)，它们的启闭各由自控式双作用阀(1)、(32)所控制；
d.在工作腔(46)、(38)中把吸入单向阀(11)和(16)分别设置在工作腔盖(44)和(39)上；压出单向阀(8)和(37)分别设置在作运动的活塞(47)和(35)上；
e.供气系统由每个工作腔(46)、(38)具有独立归自己的吸气部分和二个作功腔(51)、(20)共用的输气部分组成。
2、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于自控式双作用阀（1）、（32）由设置在作功腔盖（2）、（28）上的弹簧（29）、弹簧座（30）、气门阀（26）、阀片（24）、缓冲室（27）和设置在活塞（47）、（35）顶端的撞块（19）所组成。
3、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的吸气部分一个由吸入单向阀（11）和进气管（10）组成，另一个由吸入单向阀（16）和进气管（15）组成，所述的共用输气部分由压出单向阀（8）、（37）、储气室（12）、（42）、活塞（47）、（35）上的出口（7）、（48）、（17）、（36）、作功腔（51）、（20）内壁上的进气口（6）、（49）、（21）、（34）、出气口（3）、（50）、（25）、（33）及点火室进出口（5）、（22）所组成。
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Legal Events
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