CN109931158A - 二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

一种二冲程发动机，本发动机是在现有的四冲程发动机的基础上经过改装而形成的，具有做功冲程比压缩冲长长5％‑30％的特点，可以让本机具有能达到50％的燃油效率，同时还具有造价低、生产容易的特点。

Description

二冲程发动机

所属技术领域

本发明涉及一种采用在汽缸盖上进排气的二冲程发动机，尤其是能采用加长做功冲程而使本内燃机具有较高效率.

背景技术：

目前，公知的汽油机和柴油机的效率都不太高，应该采用更好的内燃机技术，本发明采用二冲程发动机采用从汽缸头进排气的结构可以实现加长内燃机做功冲程的目的，以提高内燃机的效率。

发明内容：

为了克服现有柴油机、汽油机和燃气发动机的效率不高的难题，本发明采用不同的零部件，其中包括：在现有的采用汽缸盖进排气的四冲程柴油机、汽油机和燃气发动机上，把原有的2∶1的正时齿轮换成1∶1的正时齿轮，同时把打开和关闭气门的时间调节在气缸内活塞运行到下止点附近，采用在进气门头上加上导气屏，再加上扫气泵，扫气泵的类型为螺杆式、鲁茨式、离心叶轮式和废气涡轮增器等结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的二冲程柴油机、汽油机和各种燃气发动机和现有的四冲程柴油机或汽油机的结构极为相似，进排气门都是设在汽缸盖上，都是两气门或四气门结构，两气门或四气门都和汽缸轴线是平行的，燃烧室都设在活塞正中间呈凹坑式的，有U型、的M型的，或半球形的，其实就是把现有的不论单杠、多缸、立式、卧式的四冲程发动机稍加改进就是本发明的二冲程发动机，发动机的缸体、曲轴、连杆、轴承等各系统，绝大多数零部件都一样，只作少量调整，先把原发动机的正时齿轮由原来的2∶1 改为1∶1，也就是发动机曲轴头上和驱动凸轮轴头上的齿轮改为等大的，如果采用齿形带的正时带轮也要采用等大的正时带轮组，就是发动机的曲轴头上和凸轮轴上的齿轮或皮带轮式等大的。再把发动机进气门的边上加导气屏，因为二冲程发动机是要装扫气泵，如果进气门和排气门不一样大小，要采用小一些的气门作为进气门、大一些的气门要作为排气门，这样有利于进气排气，因为本机扫气的速度很大程度取决于快速的排出废气，而进气则强制性的，如果进排气门大小一样就不用区分了也行，同时，本机的进气门的进气要采用旋转扫气的型式，就是从进气门喷人汽缸的空气既要绕汽缸旋转，同时也要让喷入气流要先向活塞头的方向喷出，喷出的气流在活塞头上沿汽缸轴线旋转、并且后喷的气流要不断加入旋转，让旋转的新鲜空气不断增多加厚而向排气门方向把上一个冲程的废气顶出排出，那么此时的进气门的进气就不能向气门两边喷出，而只能向进气门一边向上或向下喷出，让进气流沿着汽缸壁切向喷出，形成绕汽缸中心旋转的进气旋流，那么气门的一半进气口要关闭，这时就在进气门的冠头下边或上边和气门座之间的一半加上一个半圆圈用于封闭气门口一半的导气屏导气屏和汽缸壁圆的切线相垂直。为了保证导气屏的位置在装配和运行时不发生位移，要在气门座圈的左右两边加上左右两个档柱，就是在气门座的左右两边钻上两个径向的小孔，在两小孔中穿入两露头的铆钉，让两铆钉头当作限位柱子，导气屏要在气门开到最大开度时，能封住半个气口，因为进气门冠头有一定的锥角，正好可以让从此喷出的进气流沿着汽缸壁向活塞喷出，为了使进气口利于喷气，要让气门座在安装孔中是下陷大约 5mm左右，并在边上倒角，这样有利于气流向活塞方向喷射，可以实现进气旋流从汽缸头上开始，并不断增加旋转气流的厚度，从而强行排出上个冲程的废气，当进气结束后，当旋转的新鲜空气正好也是旋转着进入活塞顶中心的燃烧室。因此，本发动机只能采用平顶的气缸盖，要采用二个或四个和汽缸轴线平行的气门，采用双进气门时，双进气门都要加上导气屏，用为本发动机采用湾流进气，所以本二冲程发动机只适用于行程缸径比0.8-1.5的短行程的发动机，因为行程太长不利于扫气，进气流不能喷入太远，在本机中，二缸发动机曲轴互呈180。、三缸发动机曲轴互呈120。四缸发动机曲轴互呈90。以此类推，本发动机因为是二冲程的类型，那么在做功冲程和压缩冲程之间就是扫气过程的进排气安排，而发动机要实现做功冲程比压缩冲程长，就要调整进排气时间，而做功和压缩冲程和四冲程发动机是一样的，但是能调整进排气占用做功冲程的比例和进排气占用压缩冲程的比例，把做功冲程后面排气门打开时机安排在活塞下行到整个行程的60％-80％时打开，当活塞继续下行到整个行程的10％左右时进气门也打开，也就是排气门打开后高压的废气在完成自由排气后，进气门打开了扫气开始，活塞下行越过下止点，然后向上运行，当活塞上行到下行程的40％-50％时，也就是压缩冲程占整个行程的50％-60％时，排气门关闭，进气门要等活塞继续下行总行程10％左右时进气门也关闭，之所以进气门要推迟关闭，是因为在扫气泵压力下的进气过程可以实现过量进气，可提高本机性能，那么活塞在向上运行到整个行程的50％-40％时扫气完成。

本发动机可以调整做功冲程和压缩冲程的比例，来调节发动机的效率，当把做功冲程的长度通过打开排气的时间调整为整个行程的70％-80％，压缩冲程的长度通过排气门关闭的时间调整为整个行程的50％±10％时，做功行程比压缩行程长整个行程的20％-30％，此时本机中柴油机的效率可达45％-45％，汽油机的效率可达到35％-40％，把本机中的做功和压缩冲程通过排气门的关闭调整为做功冲程占70％-80％，压缩冲程占 60％，就是本机的做功冲程比压缩冲程加长整个行程的 10％-20％，如果是柴油机本机效率为40％-45％，汽油机为 30％-35％，进气门要在排气门后动作，当做功和压缩冲程的比例为65％-70％：60％时，本机的做功冲程加长5％-10％，只是和四冲程发动机的效率相当或稍高一些，这是本机的三种典型的气门配气过程，当然此时正时，齿轮、凸轮、摇臂都要相应的配合动作，具体的发动机参数会有很多的调节比例，但是发动机做功冲程都会比压缩冲程长5％-30％的范围内调节。

在正常情况下，发动机的排气中要浪费燃料产生的三分之一的能量、柴油机、汽油机或燃气发动机的做功完成后的燃气温度1000-1700K的温度，压力大约是200-500KPa，当不采用加长做功冲程时，二冲程发动机比较废燃料，当把冲程加长5％-30％时的全行程长度时，大约可以把废气中的二分之一至四分之一的能量利用起来，使得本机能比常用的四冲程发动机的效率高一些，但是效率越高，那么单位功率就越低，这是有代价的，好在二冲程发动机的单位功率较高，仍然要比常用的四冲程发动机单位功率要高一些。但是当发动机负荷越小，进一步利用的能量就越有限。当油门增大，负荷加大时，效率会有较大增加，因为本发动机废气中的温度和能量已降低不少，在采用废气涡轮增压时，发动机低负荷时涡轮会转不起来，最好采用机械式扫气泵才行，机械增压器有多种，有高压离心式空压机，螺杆式空压机、罗茨式空压机和活塞式空压机。当把单缸四冲程直喷式柴油机改装成本柴油机时，最好采用活塞式空气压缩机和高压离心式空压机，因为这是造价比较低的部件，只要把柴油机飞轮里面的发电机外面加上一个大皮带盘，再在柴油机前面的曲轴箱外面加上L型的连接座，L型连接座的一面连在柴油机呼吸器外盖连接座上，而另一个水平的L型座下面就可以用于连接拖拉机上常用的离心或活塞式气泵，气泵上皮带盘就可用皮带连接飞轮内侧的皮带盘传动，离心式气泵要采用齿轮增速的方式，或者采用二级叶轮的型式，当然如果采用齿形带和齿盘传动的活效果会更好，气泵上的排气口就连着发动机的进气管，发动机进气管和进气口上有一个扫气室，这些都和以前的发动机一样。当然气泵的排气口和排气管要较大以减少进气阻力，而起动机就上移到L 型号连接座的上面另留的一个起动机连接座上。

并不是说本机不能装废气涡轮增压器，当采用做功冲程比压缩冲程加长10％以内的全冲程比例时，采用对排气背压景响较小的轴流叶片的涡轮时，效果较好，此时要把各个气缸的排气口分开布置在叶轮的四周，形成脉冲涡轮增压系统，还要采用复合增压或进气道中增加高压离心式增压器的方式来解决低速时增压压力低的问题，不然本机没法使用，另外本机所有的进气系统都应设有限压阀以免本机过量增压造成过量充气。因为扫气的原因，本机中的汽油机和各种燃气发动机的燃油系统要采用汽缸内喷射系统，那么就要有燃气加压系统，也有燃油燃气喷嘴和控制系统，也就是汽油和燃气电喷系统。

本发动机可以适用于汽车用的中高速发动机，适用于 3000转/分以下的发动机，其实二冲程发动机的应用关键是在于扫气泵的性能，如果扫气压力不足那么就无法实现发动机的高速进排气，例如原来的二冲程汽油机就能高速进排气，所以高速柴油机并不是不能用二冲程的形式，而只是扫气压力和方式的问题了，而本机不再追求过高的功率强化，也不再追求过高的转速，例如以前扫气泵消耗20％的发动机功率的问题，本机力图控制在10％以内，只要绕开了大过量空气和太高转速就行了，因为当扫气泵不配套时，进气量时多时少，会让本机根本不能用，只有用等容量扫气或高压扫气才能让本机投入实用。

本发明的有益效果是：可以通过加长做功冲程的办法让本机具有四冲程发动机不具备的较高的燃油效率，同时又不用对原有发动机做大的改动，生产容易。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的总体结构图。

附图中：1.摇臂；2.气门；3.导流屏；4.气缸盖；5.档柱； 6.气缸；7、活塞；8.皮带盘；9.正时齿轮；10.正时齿轮；11. 凸轮；12.L型座；13.扫气泵；14.扫气室；15.进气管；16.气缸体。

具体实施方式，在图1中发动机的气缸体16中有气缸6 和活塞7，活塞7下面的连杆和曲轴带动正时齿轮10和9转动，也带动皮带盘8转动，皮带盘8通过皮带带动扫气泵13 转动，扫气泵压出的气体沿进气管15进入扫气室14，而正时齿轮9带动凸轮11转动，再带动摇臂1动作压动气缸盖4上的气门，2、气门2上有导气屏3，导气屏3边上还有档柱5。

Claims (6)

1.一种二冲程发动机，本发动机是现有的四冲程汽油，柴油机和各种燃气发动机的基础上经过适当改进而成的二行程发动机，并分为单缸或多缸的立式或卧式的行程缸径比为0.8-1.5的短行程中高速发动机，所述的二冲程发动机的气缸体、机座、柴油喷射系统、汽油和燃气点火系统，冷却系统，调速系统，润滑系统，曲轴连杆系统，凸轮摇臂系统，和各个附件都和四冲程勺燃机的结构绝大多数相似，只是作一定的调节，所述的发动机的气缸盖的下平面是平的，其上有两个和气缸轴线相平行的进排气门，在活塞顶上的中心有一凹坑形的燃烧室，燃烧室分为半球形，M型、U型的，其特征是：把四冲程发动机原有的2∶1的正时齿轮组或正时皮带轮轮组的传动比换成1∶1的正时齿轮或皮带齿轮组，就是发动机曲轴头上和凸轮轴头的齿轮和皮带轮是等大的，所述的双缸型的发动机曲轴互呈180°，三缸型的发动机曲轴互呈120°，四缸型的发动机曲轴互呈90°，依此类推，而V型发动机曲轴也一样，在发动机进气门冠头下面有个半圆形的和气门座圈配合密封一半进气口的导气屏，就是在气门冠头上和气门座圈之间的位置焊上一个半圆档圈，导气屏和气缸壁圆的切线相垂直，在导气屏两边的气门座圈上还要加上限制导气屏左右移动的限位柱，就是在气门座圈上钻上两小孔加上两个露头柳钉的结构，本中程发动机的配气过程是：当活塞在上止一点向下运行时，做功冲程开始，活塞下行到整个行程的60％-80％时排气门打开，活塞继续下行到整个行程的10％左右时进气门打开，当活塞向下运动越过下止点向上运行到下个行程的40％-50％时排气门关闭压缩行程开始，而进气门要等到活塞向上运到整个行程的10％左右时，进气门关闭，完成扫气过程，本机的正时齿轮、凸轮、摇臂和气门都按此时刻调节安排，所述的发动机附件连接座上加装着扫气泵，扫气泵类型有罗茨式，活塞式的高压离心式，和废气涡轮增压器式高压离心式扫气泵要采用齿轮增速的或者是两级涡轮的型式，扫气泵的出气口通过进气管连在发动机进气口上，进气口上有扫气室，进气道上设有限压阀。

2.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是：在发动机气缸盖上的进气门座的下陷量达到5mm米左右，进气门座的安装孔边和气门边上相同的倒角，进气门比排气门小，或者是两气门一样大，气门下边的导流屏不变，在四气门的机型上，两个进气门都有导流屏，气门座圈上也有左右铆钉档柱。

3.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是：发动机通过排气门的开关时刻来控制做功冲程长出压缩冲程的长度，而进气门依然在排气门后动作当做功冲程占全行程的70％-80％压缩冲程占全行程的50％时，就是做功冲程比压缩冲程加长20％-30％，此时本机的燃油效率较高，柴油机可达45％-50％，汽油机达到40％，当做功和压缩冲程的比例调整为70％-80％∶60％时，本机的做工冲程加长10％-20％，本机柴油机效率达到40％-45％，汽油机效率达到35％，当做功和压缩冲程的比例为65％-70％∶60％时，本机做功冲程加长5％-10％，只是和四冲程发动机效率稍高一些或差不多。这是本机的三种典型的配气正时比例。当然本机可以通过做功冲程，压缩冲程和全行程的调节来获行很多个配气正时参数，但是都在做功冲程和压缩冲程相对于全行程加长5％-30％之间调节。也就是扫气过程占用做功和压缩行程的比例可有较大调整，只为做冲程比压缩冲程长一些而已，此时，发动机的正时齿轮、凸轮、摇臂的动作都按设计的正时时刻安排，在相同结构的发动机上，高效率的机型的做功冲程比压缩冲程长10％以上，而高功率的型号做功冲程比压缩冲程加长10％以下。

4.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是：在常用的单缸柴油机上，在柴油机前的用于加装曲轴箱外盖的连接座上，加装一个L型的连接座，L型连接的竖直的一边连着柴油机，其上有用于连接的螺栓孔，而L型连接座的下边的水平连接座上有螺栓孔和连接座用于连接高压离心式或活塞式的气泵，活塞式气泵是常用的拖拉机刹车气泵，气泵上有皮带盘，而柴油机飞轮内侧或外侧也有一个大皮带盘，用皮带把这两个皮带轮用皮带相连传动，如果采用传动齿轮和齿形带传动的方式效果会更好，气泵的排气管和发动机进气管相连，在发动机进气口上有扫气室。而起动机就上移到L型连接座上面另留的起动机连接座上。

5.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是：所述的二冲程发动机采用废气涡轮增压器、废气涡轮增压器的涡轮采用轴流叶片涡轮，轴流叶片涡轮内侧有多个气缸排气口分布在涡轮四周，并且要使用复合增压或者是在发动机进气管中加上高压离心式增压器相配合发动机运转。

6.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是：本发动机中的汽油机和各种燃气发动机要采用缸内燃料喷射的系统，要有燃油燃气加压系统，燃油燃气喷射和控制系统，也就是汽油和燃气电喷系统。