CN1261690C - 发动机及用于发动机的压缩机 - Google Patents

Abstract

一种压缩机，其包含一工作室(24)，此工作室具有一开放端；及一活塞(25)，其位于该室(24)中且相对于该室内壁以密封方式往复移动；一板阀构件(35)适于跨越该工作室(24)的开放端，该板阀构件(25)的构造及配置使得至少其周边部在该工作室的轴向中于一关闭位置及一开放位置之间振荡，其中在该关闭位置时密封住该工作室的开放端，而在该开放位置时则至少该周边部与该工作室的开放端呈轴向分隔。

Description

发动机及用于发动机的压缩机

本发明涉及一种往复式压缩机，其中一个活塞在一缸体中往复移动，该缸体具有特定的阀配置以回应在缸体中往复移动的活塞而选择地让一种流体(特别是气体)进入和送出缸体。此型压缩机已广为人知且具有多种形式及构造。

此类压缩机的效率明显受到当活塞位于往复移动的最内或最上点时的余隙容积(亦称为挤压容积)所影响，通常需使此种余隙容积保持最小。制造公差是与余隙容积的尺寸及性质特别有关的因素。通常将数个组件组装在一起以形成压缩机，而各组件的公差可能会影响其中可供活塞往复移动的泵送室头部以及压缩机的余隙容积。若提供紧密的公差而有小的余隙容积，将产生造价较贵的压缩机。

从制造成本观点而言，为了保持简单的压缩机构造及最少的组件及加工需求。理想情形中，通常企图使完全组装的压缩机保持最小的整体尺寸及重量，此类压缩机亦应能提供使用时的效能与可靠度。

并且，当此压缩机使用于空气辅助式直接注射燃料系统时，由于包装限制而可能难以将压缩机整合在发动机上。在低能量应用中(譬如单汽缸轻型机车)，压缩机的寄生效果可能比起较高能量的发动机具有更大的相对重要性。

因此，本发明的一方面提供一种压缩机，其包含一工作室，此工作室具有一远离发动机的开放端；一活塞，其位于该工作室中并相对于工作室内壁以密封方式往复移动；一板阀构件，其位于该工作室的开放端，用于有选择地打开或封闭该工作室的开放端，该板阀构件的构造及配置可使得至少其周边部在该工作室轴向中于一关闭位置及一开放位置之间振荡，其中在该关闭位置时密封住该工作室的开放端，而在该开放位置时至少该周边部与该工作室的开放端呈轴向分隔。

压缩机的一型式中，板阀的一中央部是对抗缸体的相对移动而受到限制，沿着中央部延伸的一个环状周边部可挠曲而在轴向振荡。周边部系从板阀的中央部至外周边在周边部宽度具有逐渐增加的移动程度。

各种上述构造在工作室与位于开放位置的板阀之间可具有基本相同的流动路径的剖面积。

便利情形中，工作室为一种缸体，而压缩机则为气体或空气压缩机的构造。

便利情形中，缸体在活塞行程全长具有均匀直径，并可在板阀构件处于关闭位置时到达板阀构件的水位处。活塞亦可能在缸体中移动到与缸体内壁的上终端基本齐平的点处，板阀构件可能仅安座在缸体内壁之一延伸部上。

便利情形中，在缸体上周边周围提供一窄型环状安座表面，板阀构件的一对应部分系安座在此环状安座表面上以使缸体内部与一压缩气体出口相隔离。回应于缸体内的压力上升而将板阀构件或其周边部提高，以在缸体上周边上所形成的环状安座表面与板阀构件的对应周缘之间提供一环状通道，所以当活塞在缸体内往上移动时在缸体内部与气体出口之间提供导通。

压缩机便利地具有一个闭合部，譬如为位于板片弹簧上方将压缩机闭合的一种缸体头或其他等同的装置。

缸体头的构造可决定板阀构件或其周边部之最大行程，当移动离开其环状安座表面时，借助与缸体头或其一部分相接触而限制板阀构件的向上移动。因此，可由调整缸体头的位置来改变板阀构件的行程。

并且，缸体头的内表面可具有小凹坑，以防止板阀构件打击在平坦表面。若缸体头或阀构件上出现有油则会导致阀粘附至缸体头，然而，当压缩机的构造仅使其周边部与缸体提供的环状安座表面相对移动时，则缸体头具有一个与板阀相接触之概呈中央定位的突部，以防止其中央部产生轴向移动。因此，板阀的周边部在开启时呈弹性挠曲，从而驱动返回到关闭位置。不需以任何方式将板阀固定或附接至缸体头，且其配置方式可在将阀关闭的方向中在板阀上提供预负荷。

使整体板阀产生移动的压缩机构造可能达成负向挤压，这主要是因为板阀构件具有“自由”不受限制的性质。

负向挤压出现在活塞可能刚刚延伸超过缸体孔上方终端处，由于在活塞延伸超过缸体孔上终端之前活塞即已移动离开环状座几分之一毫米至数毫米的范围，所以不会碰撞到阀构件。

这方面的好处为：不须具有非常精确的公差(譬如制造公差)，仍可如上述使活塞延伸超过缸体孔终端而成功地操作压缩机，传统的簧片阀型压缩机不可能有此种作用。

因此，本发明的另一方面提供一种压缩机，其包含一工作室，此工作室具有一开放端；一活塞，其位于工作室中且相对于工作室内壁以密封方式往复移动；一板阀构件，其适于跨越工作室的开放端，其中该板阀构件在使用时回应于该活塞在该室中的往复移动，而受到该板阀构件与该活塞的一上部之间的流体压力在室的轴向中振荡，所以该流体压力可使该活塞上部往复进入至少与该工作室的开放端共同伸展的一位置中，同时将该板阀构件以相对于该活塞上端相隔方式定位。

根据本发明的另一方面，进一步提供一种内燃机，其包含一压缩机，此压缩机具有一往复式活塞，此往复式活塞系与该内燃机的一个旋转构件作配合性相连；该配合性相连适合将操作性动作传递至该压缩机，且该压缩机具有一个压缩气体用的往复式活塞以及一个排放已压缩气体用的板阀构件。

该板阀构件优选适于在使用时以足使该压缩机的活塞作负向挤压之制造公差来操作该内燃机。

该旋转构件较佳为该内燃机的一曲柄轴，亦可使用一凸轮轴来操作阀件。

该曲柄轴优选地设有一凸轮，以在对于该曲柄轴轴线的径向中将往复动作传递给该活塞。

该凸轮优选地对于曲柄轴呈偏心定位，且该凸轮优选为圆形以在该曲柄轴经过单次旋转时将正弦往复动作传递给该活塞。

可在压缩机的缸壁中提供一或数个孔口，且在压缩机的活塞趋近缸体中的最低点时予以开放，以让空气或另一种气体进入缸体中比活塞更高的水位处。亦可使用可供气体进入缸体的其他种装置。当活塞在缸体中往上移动时，活塞以习知方式关闭该一个或多个孔口、随后，留在缸体中活塞上方之空气或气体被压缩至某程度而使板阀构件升高离开环状座而在其间提供一环状通道，故可从缸体将空气或气体经由一出口排出。当在压缩空气压力下使板阀构件从环状座移动时，活塞可往复移动并具有零或负向的挤压而不破坏或接触板阀构件。特定配置中，已经达成至少1.7％行程长度的负向挤压，同时在压缩机的成本与操作之间保持满意的兼顾，但是测试显示：可使用高达2.5％行程长度的负向挤压，同时压缩机可维持满意的操作。特别是，已知足以使得挤压在3.0％行程长度正向挤压与1.7％行程长度负向挤压之间变化的制造公差系可在压缩机的成本与性能之间提供满意的兼顾。设计及发展低成本应用(譬如轻型机车，特别是单汽缸式轻型机车应用)时，此种成本与性能为重要的取舍条件。

压缩机的构造可使得：在借助所输送的气体压力与缸体中的压力具有足够压差而让活塞处于往下行程时，阀构件安座在环状安座表面上。

并且，可能但并不一定在阀构件的任一侧上提供一种弹簧(取决于是否为拉张弹簧或压缩弹簧来决定方向)，以帮助阀构件回到环状安座表面上加以密封。当阀构件的支撑方式仅移动其周边部而将阀打开时，由于阀构件的弹力将会影响其回行所以不需要弹簧。

另一型式中，以一种具有复数个开孔的板状构件来关闭缸体的上端，并在其上设置有板阀。板阀中亦具有复数个开孔，其位置并不与用于关闭缸体上端的板中的开孔互相对准或部分重叠。当缸体中的压力上升时，经由板中的孔将气体压力施加至板阀，因此使板阀升高或挠曲，其中气体可通过板阀中及/或板阀周围的开孔，此种构件可减低板阀的质量。

上述的压缩机的优点在于：用以控制来自缸体处于所需压力的流体输送的阀为具有最少组件的特别简单的构造，且其配置方式可给已压缩流体提供一较大的排放或出口区。相比于需要适当壳体来支撑阀装置以及对于实际阀构件的至少一边缘需要一锚固型的现有的簧片阀，在特别经济的构造中采用安座在一连续环状座上作为输送阀的一种简单的板构件。并且，可借助适当选择板的厚度或改变板的行程来改变压缩机的输送速率。

相比之下，具有一簧片阀型排放或出口阀的一种压缩机需要下列“额外”组件：簧片阀的一制动器、可供簧片阀作用其上的一簧片板；位于簧片板与压缩机缸体孔上端之间的一密封件；及将簧片阀固定或附接至簧片板的某些装置。由一种简单的板阀来取代上述所有装置，该板阀优选为一种圆盘且优选作用在本系统压缩机缸体孔的上端处。因此，此压缩机造价更便宜且更容易组装。重要的是，不再需要将密封件放于传统簧片阀系中的高压接头。并且与传统的簧片阀配置不同，不具有余隙容积(譬如传统簧片阀配置中的排放板孔口挤压容积)。

目前提出的构造中，阀构件并未受到周期性挠曲或扭曲而如簧片阀般地将阀打开及关闭。而是仅由其间存在的压差使得板阀构件产生实体位移。并且，采用板阀构件时可利用阀构件的较小移动达成较大的流动面积，尤其是相比于传统的簧片阀系而言。并且，板阀在安座时可沿着全部周边自由地进行挠屈，而减低破裂及不当安座的危险，输送阀的性质与构造可在输送阀上产生均匀的负荷，相比于一种在簧片上具有明显不平均负荷而沿一部分反覆挠屈之习知簧片阀配置而言，此方式将有利于耐用性及长使用寿命。

然而，板阀构件能够由安座时所受的压力所挠曲，使其确实不会破裂或在座上产生问题。

该阀上具有均匀的结构、构造及挠曲，本文揭露的压缩机操作可使此压缩机成为特别适合的方式，其中需要25至100立方厘米左右的压缩机容量，但亦可达成譬如3立方厘米等较小容量。

可由任何适当装置来驱动活塞，一优选实施例中，借助安装在一旋转轴上的一凸轮加以驱动。此轴可用于内燃机中并采用曲柄轴或凸轮轴的形式。优选地，不会利用公知的活塞杆而是以一从动件来达成活塞与旋转轴上的凸轮之间的连接，该从动件优选为一种与压缩机活塞呈可旋转式联结安装且与一凸轮表面呈配合性相连的滚子从动件，此凸轮表面与旋转轴上的凸轮一起成型或互相附接。可提供一弹簧以促进活塞及滚子的回行移动，而使凸轮与旋转轴之间保持操作性接触，将压缩机与凸轮保持同步。

根据本发明的另一方面，提供一种二冲程内燃发动机，其为曲柄轴箱驱气式且含有往复式活塞压缩机，该往复式活塞压缩机与位于该内燃机曲柄轴箱中之一个旋转构件呈配合性联结；该配合性联结适合以与该内燃机呈定时关系的方式将操作性动作传递予该压缩机，且该压缩机与该曲柄轴箱的一内腔体相互导通，从而增加该曲柄轴箱的驱气容积。

一优选形式中，借由容纳与曲柄轴箱相导通的往复活塞的一缸体内壁来增大驱气容积，此种配置的额外优点在于：曲柄轴箱中的油雾至少润滑了压缩机的活动元件。

压缩机的进入孔口优选与曲柄轴箱流体导通，且使用时可当来自该曲柄轴箱的空气处于最大压力时从曲柄轴箱送入空气。可将压缩机活塞的循环配置为与内燃机活塞具有相同的相位、或几乎相同的相位，使得两活塞几乎以相同时间点位于上死点、且两活塞几乎以相同时间点位于下死点，以达成上述作用。如此有助于尽可能加大驱气容积及进气压力。压缩机活塞的循环优选为对于内燃机活塞以定时关系运作，以在内燃机活塞抵达上死点之前的30度与内燃机活塞抵达上死点之后的60度之间范围中抵达上死点。

此压缩机的一种应用方式为用于双流体燃烧喷射系统中，其中在燃料射入一燃烧室内时，空气中夹带有燃料。通常将已计量的一燃料量送入输送喷射器的一容纳室中，所压缩气体(空气)与输送喷射器的容纳室呈流体导通。当输送喷射器打开时，以所压缩气体作为推进剂将燃料送入燃烧室中。通常在二冲程与四冲程应用皆可使用的一种直接喷射式汽油应用中采用此种系统。

为了操作此种系统，需要一种压缩空气供源，便于采用内燃机作为动力来源以操作压缩机，而将压缩气体供应至燃料喷射系统。

双流体喷射系统的范例被详述于申请人的美国专利4,934,329号及美国专利5,622,155号，其以提及方式并入本文中。美国专利5,622,155号特别显示小型发动机应用所采用的双流体系统。

可借由本发明用于内燃机的优选实施例的下列描述及图示而更了解本发明。

图中：

第1图为采用上述构造的压缩机的一种二冲程发动机的纵剖视图；

第2图为第1图所示的压缩机的纵剖视图；

第3图为具有修改的阀构造的图2所示的压缩机缸体头部的详细纵剖视图；

第4图为显示与图1的发动机曲柄轴上的相联腹板及一曲柄轴具有空间关系的压缩机的部分剖视图；

第5图为图4的曲柄轴的腹板的部分剖视图，其中显示与曲柄轴腹板上的一偏心凸轮具有空间关系的压缩机的滚子从动件；

第6图为另一种压缩机构造的纵剖视图；及

第7图为图6的压缩机的平面图。

现在参照附图，图1显示公知构造的单汽缸二冲程内燃机10，其具有一个发动机活塞12，以一连接杆13将发动机活塞12连接至一曲柄轴箱16中所容纳的一个曲柄轴14。二冲程发动机10具有常见的曲柄轴箱驱气构造，本文仅依需要进一步描述所采用的一种压缩机单元15。

压缩机单元15被安装在内燃机10的曲柄轴箱16的一外壁11上，其位置与方式可使得压缩机单元15的一个下部17伸入曲柄轴箱壁11的一腔体18中。将压缩机15附接至外壁11以提供气密性密封，压缩机单元15的下部17位于一个延伸通过曲柄轴箱壁11整体厚度的开孔附近，所以压缩机15下部17中的一对应孔可让压缩机单元15的一凸轮从动件20接合一凸轮表面21，此凸轮表面21与曲柄轴14一体成型。凸轮21可为圆形并与曲柄轴轴线呈偏心位置。除了可在凸轮从动件20与凸轮表面21之间产生接触之外，压缩机15的下部17与曲柄轴箱16中的对应开孔的对准亦可在曲柄轴箱16所界定的一腔体与压缩机15所界定的一腔体之间提供流体导通。

如图2所示，压缩机单元15具有一圆柱状压缩机孔24，一压缩机活塞25可在其中作轴向往复移动，压缩机活塞25已在其一下部中安装有与凸轮表面21相接合的凸轮从动件20，凸轮从动件20优选为圆柱形且可旋转式安装在一从动件轴承22上，此从动件轴承22位于压缩机活塞25下部中的一个从动件安装轴23上。因此了解：当曲柄轴14旋转时，凸轮表面21将使凸轮从动件20相对于压缩机壳体作往复移动，因而造成压缩机活塞25在压缩机孔24内往复移动。

亦了解：为了在凸轮21与从动件20之间达成接触，可能需要具有比从动件更大的直径，所以可跨接曲柄轴与压缩机附近的曲柄轴箱的开孔之间的距离。因此，由于具有此构造的从动件可能具有比曲柄轴上的凸轮表面更小的直径，所以滚子从动件可能容易以比曲柄轴更高的速度旋转。因此已发现：滚子从动件优选至少具有凸轮直径四分之一的直径，已由具有凸轮三分之一直径的滚子从动件获得最佳的结果，滚子从动件优选采用滚针轴承。

凸轮21优选为圆形且可使其中心从曲柄轴的轴线作侧向位移，但凸轮21轴线与曲柄轴轴线优选互相平行。圆形凸轮的位置因此可在曲柄轴单次旋转期间将正弦状往复移动传递予压缩机活塞，相信如此将可促使凸轮表面及从动件轴承上产生平均的磨损。

凸轮21优选配置于曲柄轴14，使得压缩机活塞25在发动机活塞12抵达上死点之前30度到发动机活塞抵达上死点之后60度的范围以与发动机活塞12呈定时关系方式抵达压缩机孔24内的上死点。

现在描述压缩机单元15构造与操作的进一步细节。

可利用发动机曲柄轴箱16中的油雾而便利地提供对于压缩机单元15的活动组件的润滑，此油雾用于润滑从动件安装轴23的轴承22，且经由曲柄轴箱16壁以及压缩机15基底中的对应开孔而导通至压缩机。

一压缩弹簧26与一环状载板28相接合，其中该压缩弹簧26位于在压缩机孔24周围延伸的一个环状腔体27中，自从动件安装轴22的各端悬设该环状载板28，从动件安装轴22经由一轴承22将凸轮从动件20支撑至腔体27的一上内面，因此在活塞向下行程期间使压缩机活塞25有效地回行。同样地，板28及弹簧26可防止轴23产生不良的侧向移动。弹簧26另外可以是气体弹簧的形式，活塞位于下死点时，弹簧亦优选具有预负荷力，而有助于以超过弹簧自然频率的公差来操作压缩机。

压缩机单元15的圆柱形压缩机孔24延伸通过可供压缩机活塞25往复移动的部分的轴向全长。压缩机孔24的上终端具有一周边肩部55，其内面可与压缩机孔24内面共同伸展。一环状槽29构成了肩部55外壁，使得肩部55限定有一连续的环状上面30，此连续的环状上面30与压缩机孔24的轴线同轴。一锁合部32位于周边肩部55上方的一轴向相隔位置以提供一个控制面33，此控制面33限定了肩部55与锁合部32之间的标称轴向距离，并限定了输送阀构件35的最大行程。一输送孔口31与环状槽29呈流体导通，锁合部32通常可为一缸体头。

输送阀构件35优选为一种平坦平面形构件的型式(常称为板)，优选为一种具有至少等于或大于周边肩部55外径的直径的圆盘型式，且通常具有足够刚性而能在使用时保持基本平坦状。锁合部32的一控制面33与肩部55之间的轴向间隔足以使得阀构件35在其间作轴向移动，以在一泵送室34与一压缩机输送孔口31之间提供流体导通。由于在所生成开口的圆周范围，阀构件35并不需对于肩部30具有明显的轴向移动范围，所以可提供所需的流动面积而将流体从泵送室34送到输送孔口31。

一压缩机进入孔口36位于压缩机孔24壁中的位置优选为可在压缩机活塞25位于进入或回行行程端点或接近进入或回行行程端点时使其外露，经由此压缩机进入孔口36使流体进入泵送室34中。如公知方式以压缩机活塞25在压缩机孔24中往复移动，而周期性开启与关闭进入孔口36。因此，此种压缩机可称为具有活塞孔口式构造。

上述压缩机构造及操作具有特别独特的板阀构造与操作、或输送阀35操作，譬如可以简单的冲压作业制成一种平坦圆盘型之输送阀35，所以具有很便宜的造价。

活塞可相对于平坦的圆盘输送阀35保持很小的间隙，而改善输送效率。

压缩机孔24具有均匀的直径并基本延伸在压缩机单元15的全长，并以简单及较省时的方式加工及(依需要)搪光压缩机孔24。特别是，一个搪光通孔可能处于譬如让锁合部32形成一缸体头且随后配合至压缩机孔24端点的情形。尽管活塞及孔上优选具有良好的表面光洁度，同样亦适合采用以简单加工技术制成合理的表面光洁度。此情形中，可如图2所示在活塞裙部上提供一简单的活塞环39。可利用不同厚度的输送阀来改变阀的位移，亦改变压缩机可供应的气体或空气量。

输送阀35的乎坦圆盘型式及其完全漂浮的操作模式提供寿命长的特性，并可譬如利用改变环状肩部30在压缩机体部中的轴向位置而容易地改变阀35的行程。元件的简单特性及有限的元件数量可使压缩机具有很容易及简单的组装方式。

并由于输送流动路径的总面积，当圆盘阀位于开启位置时，可减低输送流动路径中产生阻塞的危险，这是因为通过输送流动路径的大量空气/气体流可利用排气将任何残留物或碎屑从阀构件区域及环状座区域驱离。并且，由于阀构件以高频率方式移入及移出该座，而可以从上述区域实际移除任何的残留物。当然，亦可采用其他将空气送入压缩机的装置来取代孔口式进入孔口36。譬如，进入孔口36可与一腔体(如腔体40)相导通，此腔体包围压缩机孔24并容纳有弹簧26，因此压缩机从发动机曲柄轴箱14而非从周围环境进行吸气。

借助适当选择凸轮21相对于发动机活塞12行程的移动定时，可使得发动机曲柄轴箱14接收比正常情况更多的空气。亦即，若在公知的曲柄轴箱14簧片阀打开时将空气送入泵送室34中，则可由压缩机活塞25移动而抽入的空气量将更多空气送入发动机曲柄轴箱14中。并可想到依照定时及相位而将空气从环境抽入泵送室34中，并且，发动机活塞12及或压缩机活塞25有助于压缩曲柄轴箱16中的空气。此等压缩可能借助适当的定时而将压缩机予以增压。或者，由于压缩机的进入孔口36位置与曲柄轴箱16相导通，此种压缩以较高压力将空气送至输送孔口，表示压缩机具有增高的效率。

并且，压缩机的配置方式亦可能譬如在活塞进气行程时抽取空气或气体，而从一燃料收集装置或从一燃料供应源经由一燃料计量装置将燃料随着空气抽入泵送室34中。随后可利用压缩机单元15输送某数量的燃料及空气或气体，其中在空气或气体中夹带有燃料，此情形亦适合低成本的简单发动机应用。

图3显示用于支撑输送阀35的一种变型，其中缸体头32具有一中央突块32a，中央突块32a在与缸体孔24附近肩部30相接合的相对处的侧边中央与输送阀构件35相接合。突块32a的轴向长度可使得：当输送阀35位于正常关闭位置及安座在肩部30上时，突块32a亦与肩部30相对侧上的输送阀相接合。突块32a的有效轴向长度譬如可能将压力施加至输送阀35，输送阀35则以加压方式与肩部30接触。

此种配置中，借由活塞压缩行程期间在泵送室34中的空气或气体压力造成阀构件35周缘往上挠曲，同时中央部仍安座在突块32a上，而将输送阀打开。突块的轴向长度可能依需要使阀构件35进行有限度的挠曲而成为圆盘状。

现参照图4，其为图1发动机的部分剖视图，其中显示凸轮从动件20相对于曲柄轴14上的偏心凸轮表面21的空间关系。当曲柄轴14旋转时，偏心凸轮表面以偏心方式沿曲柄轴轴线旋转，造成凸轮从动件产生与凸轮侧向偏心程度相符的侧向位移量，凸轮从动件20的侧向位移与压缩机活塞25的行程长度相符。另一型式中，凸轮表面21为圆形且使其中心从曲柄轴14轴线产生侧向位称。利用此方式，圆形凸轮表面21相对于曲柄轴14轴线具有偏心移动，在曲柄轴14单次旋转期间，将一圆形表面的此种偏心移动转换成凸轮从动件20的正弦振荡。

现参照图5，其为图4的侧剖视图，其中更详细显示凸轮从动件20及其相对于凸轮21的空间位置，亦显示凸轮21对于曲柄轴14(尤其一曲柄腹板37)的空间关系。

压缩机活塞25的中线与发动机活塞12的中线偏离130度，此配置并不必要，并可确保曲柄轴箱中的油不会排入在压缩机15中与曲柄轴箱壁11的腔体呈流体导通的部分。

现参照图6及7，其中详细显示适合具有一种空气辅助直接喷射燃料输送系统的单缸式二冲程曲柄轴箱驱气内燃机的压缩机的优选型式。此压缩机为通常用于譬如50立方厘米容量的小型单缸二冲程发动机的3立方厘米单元。

图6特别显示一种具有一圆盘阀构件35的压缩机的侧剖视图，圆盘阀构件35基本上以图2详述的压缩机方式操作，但差异为一个在圆盘阀构件35上表面与锁合构件63内表面之间操作的回行弹簧61。如此可在压缩机活塞25的影响下，令压缩气体在迫使圆盘阀构件35脱离环状肩部30之后，使得圆盘阀确实返回环状肩部30上的静止位置。利用突部60将回行弹簧61相对于锁合构件63进行定位，突部60可防止回行弹簧61相对于锁合构件63及圆盘阀构件30表面产生侧向移动。回行弹簧61的特别优点在于：圆盘阀构件35可能受到油或其他液体所湿润，因此圆盘阀构件35可能粘附在锁合构件63内表面。

一个O型环64位于锁合构件63与限定有压缩机孔24的体部66之间，一进入孔口65在体部66中的位置可使得压缩机成为一种活塞孔口式压缩机。尤其由于压缩机的优选操作型式作为与一曲柄轴腹板上的圆形凸轮相接触的一种滚子从动件，所以进入孔口65与一个曲柄轴箱呈流体导通，此曲柄轴箱中容纳有包含偏心凸轮的曲柄轴。

图7为图6的压缩机的仰视图，其中显示压缩机孔24与滚子从动件22的相对直径。根据图6及7的一项压缩机实施例的特定细节如下：

凸轮输入                          凸轮输出

偏心度：3mm                       凸轮角速度：1047.198弧度/秒

凸轮速度：10000RPM              总往复质量：46.90克

活塞质量：20克                  最大峰值接触应力：527兆帕

销部质量：3.6克                 相等的活塞杆长度：46mm

从动件/轴承质量：11.8克         从动件平均速度：28333RPM

弹簧座质量：5克

弹簧质量：19.5克

弹簧预负荷：80牛顿

弹簧率：16.6N/mm

从动件半径：12mm

从动件有效长度：5mm

凸轮直径：68mm

标称偏移量：0度

压缩机输入                      压缩机输出

扫掠容积：3.04立方厘米          活塞面积：506.7平方毫米

压缩比：20                      余隙容积：0.1600立方厘米

进气压力：0千帕                 孔径：25.399毫米

输送压力：550千帕

曲柄轴箱压力：20千帕

凸轮的3毫米偏心度可对压缩机活塞提供6毫米的行程长度，由于曲柄轴腹板37上具有约3毫米的偏心度，故可使发动机平衡或尚且满意地平衡，所以具有此性质的小行程长度对于单缸发动机为较佳方式。

弹簧预负荷力(亦即当曲柄轴14静止且压缩机活塞位于下死点时在弹簧中的压缩力)可以超过弹簧自然频率的速度让从动件与凸轮保持接触。借由预负荷力，当曲柄轴以符合弹簧自然频率的速度旋转时，弹簧容易在曲柄轴单次旋转的全程期间在偏心腹板上施加基本固定的力量。当曲柄轴速度增大超过弹簧自然频率时，上死点处施加在凸轮上的力量趋于降低。不使从动件脱离接触的曲柄轴的最大旋转速度为：接近曲柄轴旋转期间内某时刻，弹簧不对凸轮施力的速度(通常接近上死点)。可利用此方式了解到：相较于一种不用在弹簧上施加预负荷的系统，预负荷将使得从动件与凸轮表面脱离接触的曲柄轴的转速增大。因此，由于弹簧的自然频率对于曲柄轴最大转速具有减小的影响力，所以采用预负荷将可对于弹簧的选择提供更大的弹性。

如上详述，压缩机优选利用一种圆盘阀板，其漂浮在介于一关闭位置与一开启位置之间的一腔体容积内，在关闭位置处可安设压缩机出口以操作进入孔口，在开启位置处则可操作出口。圆盘阀漂浮在介于其底侧与压缩机活塞顶表面之间的压缩气体上。由于圆盘呈漂浮状，所以活塞可在不需遭遇或接触到圆盘阀板的情形下产生负向挤压。

由于具有负向挤压操作的能力，故可使发动机(譬如曲柄轴的公差)、曲柄轴腹板、偏心凸轮、曲柄轴箱壳体及压缩机壳体及可能包含压缩机的其他型式比起不可能负向挤压的原来情形具有更宽松的制造公差。已发现：可借助使压缩机在5％行程长度的正向挤压与1.7％行程长度的负向挤压范围变化的制造公差产生挤压，而在性能与成本之间作适当的取舍。相信可利用一种压缩机中的一圆盘阀构件来支持高达2.5％行程长度的负向挤压。

为了促使板阀35与肩部30之间产生有效的密封，板阀优选具有50微米以内的平坦度，且肩部具有额定0.8的表面光洁度。

上文的本发明描述并无意限制本发明，熟悉本领域的人员了解并可以作其他变化，而不背离申请专利范围所限定的本发明范围。

Claims (44)

1.一种曲柄轴箱驱气式两冲程发动机，具有空气辅助式燃料喷射系统并包括一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开或封闭该工作室的开放端，其中，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，活塞行程延伸超过工作室终端最多约活塞行程长度2.5％的量。

3.如权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，所述凸轮从动装置包括一个凸轮表面和一个凸轮从动件，该从动件与该活塞和该凸轮的凸轮表面配合操作连接，使得在该凸轮旋转期间以一往复运动驱动该活塞，其中，所述压缩机包括一个弹簧，以使该凸轮表面与该从动件之间保持操作性接触。

4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，该弹簧具有预负荷，使得凸轮从动件不与凸轮表面脱离接触时该压缩机可以运转的最大速度超过与该弹簧的自然频率相应的速度。

5.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，该凸轮为圆形且相对于一个支撑该凸轮的曲柄轴的一转轴呈现偏心状定位。

6.如权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述凸轮从动件是滚子从动件。

7.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述压缩机的操作性动作与该发动机具有定时关系，以增加该发动机的驱气容积或将该压缩机加以增压。

8.如权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述活塞压缩机包括一个进入孔口，该进入孔口与该曲柄轴箱流体连通。

9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，该进入孔口配置成以该发动机的活塞与该压缩机的活塞之间的定时关系从该曲柄轴箱送入气体，从而将该压缩机予以增压。

10.如权利要求9所述的发动机，其特征在于，该活塞的循环与该发动机的一个活塞的循环至少基本同相位，使得该两活塞同时或几乎同时抵达上死点。

11.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，板阀构件的一中央部是对抗该工作室的相对移动而受到限制，沿着该中央部延伸的周边部可挠曲而在轴向上振荡。

12.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，该板阀构件以一体单元方式在轴向上振荡，故在整体区域上具有基本均匀的轴向移动。

13.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，该工作室是一个缸体，该缸体在与该缸体内壁终端齐平的点之前的该活塞行程全长上具有均匀的直径。

14.如权利要求13所述的发动机，其特征在于，该板阀构件配置成安座在该缸体内壁的一延伸部上。

15.如权利要求14所述的发动机，其特征在于，在该缸体上周边周围提供一环状安座表面，且将该板阀构件的周边部安座在该环状安座表面上以将该缸体与一压缩气体出口相隔离，并相应于该缸体中的压力上升而将该周边部从安座表面提高，以在该缸体与该气体出口之间提供流体连通。

16.如权利要求15所述的发动机，其包括用于关闭该缸体的闭合装置，该板阀构件位于该缸体与该闭合装置之间，该闭合装置构造成决定该板阀构件的最大行程。

17.如权利要求16所述的发动机，其特征在于，该闭合装置是一种缸体头，可由调整该缸体头对于该缸体的位置以改变该板阀构件的行程。

18.如权利要求17所述的发动机，其特征在于，该缸体头的内表面具有凹坑，以防止该板阀构件产生粘附。

19.如权利要求16所述的发动机，其特征在于，该闭合装置为一种具有数个开孔的板状构件，该板阀构件包括与该板状构件的开孔不对准或仅部分重叠的数个开孔。

20.一种曲柄轴箱驱气式两冲程发动机，具有空气辅助式燃料喷射系统并包括一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开或封闭该工作室的开放端，该凸轮从动装置包括一个凸轮表面和一个凸轮从动件，压缩机包括一个弹簧，以使该凸轮表面与该从动件之间保持操作性接触，其中，该弹簧具有预负荷，使得凸轮从动件不与凸轮表面脱离接触时该压缩机可以运转的最大速度超过与该弹簧的自然频率相应的速度，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

21.一种曲柄轴箱驱气式两冲程发动机，具有空气辅助式燃料喷射系统并包括一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开或封闭该工作室的开放端，其中，该压缩机被定时以在抵达上死点之前30度与抵达上死点之后60度之间的范围内抵达上死点，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

22.一种曲柄轴箱驱气式两冲程发动机，具有空气辅助式燃料喷射系统并包括一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮和一凸轮从动件，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开或封闭该工作室的开放端，其中，该凸轮从动件的直径在凸轮直径三分之一和四分之一之间，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

23.一种用于曲柄轴箱驱气式两冲程发动机的压缩机，具有空气辅助式燃料喷射系统，所述压缩机是一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开或封闭该工作室的开放端，其中，活塞行程的最大范围延伸超过工作室的终端。

24.如权利要求23所述的压缩机，其特征在于，活塞行程延伸超过工作室终端最多约活塞行程长度2.5％的量。

25.如权利要求23或24所述的压缩机，其特征在于，所述凸轮从动装置包括一个凸轮表面和一个凸轮从动件，该从动件与该活塞和该凸轮的凸轮表面配合操作连接，使得在该凸轮旋转期间以一往复运动驱动该活塞，其中，所述压缩机包括一个弹簧，以使该凸轮表面与该从动件之间保持操作性接触。

26.如权利要求25所述的压缩机，其特征在于，该弹簧具有预负荷，使得凸轮从动件不与凸轮表面脱离接触时该压缩机可以运转的最大速度超过与该弹簧的自然频率相应的速度。

27.如权利要求26所述的压缩机，其特征在于，该凸轮为圆形且相对于一个支撑该凸轮的曲柄轴的一转轴呈现偏心状定位。

28.如权利要求25所述的压缩机，其特征在于，所述凸轮从动件是滚子从动件。

29.如权利要求23所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机的操作性动作与该发动机具有定时关系，以增加该发动机的驱气容积或将该压缩机加以增压。

30.如权利要求29所述的压缩机，其特征在于，所述活塞压缩机包括一个进入孔口，该进入孔口与该曲柄轴箱流体连通。

31.如权利要求30所述的压缩机，其特征在于，该进入孔口配置成以该发动机的活塞与该压缩机的活塞之间的定时关系从该曲柄轴箱送入气体，从而将该压缩机予以增压。

32.如权利要求31所述的压缩机，其特征在于，该活塞的循环与该发动机的一个活塞的循环至少基本同相位，使得该两活塞同时或几乎同时抵达上死点。

33.如权利要求23所述的压缩机，其特征在于，板阀构件的一中央部是对抗该工作室的相对移动而受到限制，沿着该中央部延伸的周边部可挠曲而在轴向上振荡。

34.如权利要求23所述的压缩机，其特征在于，该板阀构件以一体单元方式在轴向上振荡，故在整体区域上具有基本均匀的轴向移动。

35.如权利要求23所述的压缩机，其特征在于，该工作室是一个缸体，该缸体在与该缸体内壁终端齐平的点之前的该活塞行程全长上具有均匀的直径。

36.如权利要求35所述的压缩机，其特征在于，该板阀构件配置成安座在该缸体内壁的一延伸部上。

37.如权利要求36所述的压缩机，其特征在于，在该缸体上周边周围提供一环状安座表面，且将该板阀构件的周边部安座在该环状安座表面上以将该缸体与一压缩气体出口相隔离，并相应于该缸体中的压力上升而将该周边部从安座表面提高，以在该缸体与该气体出口之间提供流体连通。

38.如权利要求37所述的压缩机，其包括用于关闭该缸体的闭合装置，该板阀构件位于该缸体与该闭合装置之间，该闭合装置构造成可决定该板阀构件的最大行程。

39.如权利要求38所述的压缩机，其特征在于，该闭合装置是一种缸体头，由调整该缸体头对于该缸体的位置以改变该板阀构件的行程。

40.如权利要求39所述的压缩机，其特征在于，该缸体头的内表面具有凹坑，以防止该板阀构件产生粘附。

41.如权利要求38所述的压缩机，其特征在于，该闭合装置为一种具有数个开孔的板状构件，该板阀构件包括与该板状构件的开孔不对准或仅部分重叠的数个开孔。

42.一种用于曲柄轴箱驱气式两冲程发动机的压缩机，具有空气辅助式燃料喷射系统，所述压缩机是一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开和封闭该工作室的开放端，该凸轮从动装置包括一个凸轮表面和一个凸轮从动件，压缩机包括一个弹簧，以使该凸轮表面与该从动件之间保持操作性接触，其中，该弹簧具有预负荷，使得凸轮从动件不与凸轮表面脱离接触时该压缩机可以运转的最大速度超过与该弹簧的自然频率相应的速度，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

43.一种用于曲柄轴箱驱气式两冲程发动机的压缩机，具有空气辅助式燃料喷射系统，所述压缩机是一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开和封闭该工作室的开放端，其中，该压缩机被定时以在抵达上死点之前30度与上死点之后60度之间的范围内抵达上死点，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

44.一种用于曲柄轴箱驱气式两冲程发动机的压缩机，具有空气辅助式燃料喷射系统，所述压缩机是一往复式活塞压缩机用于给燃料喷射系统提供压缩空气，所述压缩机安装在发动机的曲柄轴箱的外壁上，所述压缩机和所述曲柄轴箱流体连通来在其间传送流体，所述压缩机的活塞由凸轮从动装置致动以进行往复移动，凸轮从动装置包括一个在发动机曲柄轴上的凸轮和一凸轮从动件，压缩机包括一工作室，工作室具有一远离发动机的开放端，活塞被支承以在工作室中进行往复移动，还包括一个板阀构件，板阀构件位于该工作室的开放端，用来有选择地打开和封闭该工作室的开放端，其中，该凸轮从动件的直径在凸轮直径三分之一和四分之一之间，该活塞行程的最大范围延伸超过该工作室的终端。

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