CN1292154C - 两级燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种两级燃烧系统，该系统在燃烧室的上侧表面处设置一副燃烧室，并在副燃烧室中储存部分被压缩的燃料空气混合物，以容许在爆燃冲程中期后再次燃烧燃料空气混合物，从而减小曲柄轴旋转力的波动范围。

Description

两级燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种两级燃烧系统，尤其是涉及一种这样的两级燃烧系统，即该系统在燃烧室的上侧处设置一副燃烧室，并在副燃烧室中部分地储存被压缩的燃料空气混合物，而且在爆燃冲程中期再次燃烧燃料空气混合物，从而减小曲柄轴旋转力的波动范围。
背景技术
一般而言，发动机是一种产生动力的机构，其给车辆提供能量并主要包括润滑装置、燃料装置、冷却装置、进气/排气装置、点火装置等。
发动机是一种热机，其将燃料用作热源，将燃料产生的热能供给工作流体以使燃料燃烧和爆燃，并将工作流体膨胀所产生的力转化成机械能式的轴旋转力，以获得动力。
换句话说，热能被转化成活塞的往复运动，而且这种往复运动又被转化成旋转动力。
传统地，为了使燃气发动机通过燃烧过程使活塞的周期运动连续，燃烧气体应该不得不被排出，而且应该补充新的燃料空气混合物。因此，进气/排气阀应该以精确的方式和曲柄轴旋转相配合地被打开和关闭。
活塞在气缸中的一个周期性变化被称为一个发动机循环，其中混合气体被吸入气缸以被燃烧，由此产生的废气被排到外面。汽油机通常具有两种类型的循环，一种是四冲程循环发动机，另一种是两冲程循环发动机。但是四冲程循环发动机主要用于大范围的速度变化和良好的耗油率。
具体地说，四冲程循环发动机是一种在四个冲程中完成燃料燃烧循环的发动机，其中一个冲程表示从活塞上止点到下止点的运动或距离。
在进气冲程中，活塞从上止点到下止点下行，吸入燃料空气混合物，期间打开进气阀并关闭排气阀。
压缩冲程是这样一种冲程，其中活塞从下止点到上止点上行以压缩吸入的燃料空气混合物，期间吸气阀和排气阀被关闭，从而燃料空气混合物的压力和温度增加。因此，活塞进行两个冲程来旋转曲柄轴一次。
膨胀冲程是这样一种冲程，其中被压缩的燃料空气混合物被点火以便膨胀，而且由此产生的压力向下压活塞以产生致动力，期间吸气阀被关闭。气体随活塞的下行而膨胀，同时压力和温度降低。
排气冲程是这样一种冲程，其中位于下止点处的活塞被再次移动到上止点，以将膨胀后的气体排到活塞外侧，期间只打开排气阀。
当活塞完成包括吸气、压缩、膨胀和排气冲程的四个冲程时，曲柄轴被旋转两次以完成一次动力产生操作。
但是，和运动部件的惯性力和活塞内侧燃烧压力相关的旋转力的大小与曲柄轴的旋转角相对应地反复增大和减小。换句话说，曲柄轴的旋转力在第一气缸的爆燃冲程期间达到最高点并逐渐降低，并在第三气缸、第四气缸和第二气缸的爆燃冲程期间再次达到最高点。这些运动重复进行，以描述出一种正弦曲线。曲柄轴处旋转力的较大波动将周期性地改变曲柄轴的旋转速度，因此飞轮通常被安装在曲柄轴的后端部，以便得到预定大小的旋转力。
在上述传统的发动机燃烧系统中存在这样一种缺点，即发动机产生的振动和噪音很大，这是由于曲柄轴处旋转力的较大波动范围引起的，因此会损害发动机。
另一缺点在于，在曲柄轴的后端部安装飞轮以减少曲柄轴的速度变化，这使曲柄轴由于增加的曲柄轴扭矩而损坏，并导致车辆起动期间的加速能力降低。
发明内容
本发明提供一种两级燃烧系统，其能分两步进行燃料空气混合物的燃烧，以便减小曲柄轴处最大旋转力和最小旋转力之间的差别。
根据本发明的一优选实施例，两级发动机燃烧系统包括副燃烧室、用于副燃烧室的凸轮、摇臂、以及副燃烧室阀，在该燃烧系统中，通过由安装在气缸盖上侧用于进气阀的凸轮驱动进气阀的操作来将燃料空气混合物吸入，而且所述混合物由火花塞点火并燃烧。副燃烧室形成在主燃烧室的上侧表面处，以朝向气缸盖凹入。用于副燃烧室阀的凸轮形成于凸轮轴上，该凸轮轴安装在气缸盖上侧并通过皮带连接到发动机的曲柄轴以接受旋转动力。摇臂在其底面处与用于副燃烧室阀的凸轮的一表面接触，并绕一固定轴摇摆，从而通过杠杆作用传递动力。副燃烧室阀和摇臂另一端的底面接触，以垂直移动并打开和关闭副燃烧室的进气口。
附图说明
为了更好地理解本发明的本质和目的，应该结合附图参照下面的详细说明，其中：
图1为表示根据本发明实施例的两级燃烧系统构造的示意图。
图2为表示试验结果的图表，其中示出在根据本发明实施例的两级燃烧系统中，旋转力随曲柄轴转角的变化。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的优选实施例，其中该实施例不限定本发明的范围，而是仅以一种示例目的被给出。
参照图1和2，两级燃烧系统包括：形成在主燃烧室16上侧表面处的副燃烧室30；用于副燃烧室阀的凸轮40，其被安装在进气阀的凸轮轴上；由用于副燃烧室的凸轮40致动的摇臂42；以及副燃烧室阀32，用于根据摇臂42的运动打开和关闭副燃烧室30的进气口。
具体地说，主燃烧室16是一由气缸盖的底面和活塞的上侧面围绕的燃烧空间，而副燃烧室30是一形成在主燃烧室16上侧面处以朝向气缸盖本体侧凹入的空间。
副燃烧室30储存部分在主燃烧室16点火之前被压缩的燃料空气混合物，并在爆燃冲程中期将储存的压缩燃料空气混合物排到主燃烧室16，以引起二次爆燃。
用于副燃烧室阀的凸轮40形成在和凸轮轴11的轴相同的轴上，其中吸气阀凸轮12形成在凸轮轴11上，而且凸轮40形成一种偏心圆的形状以和副燃烧室阀32的长期打开(这和传统吸气/排气阀10和20不同)相符，并且当就在主燃烧室16点火之前关闭副燃烧室阀32时具有最小半径。
凸轮轴11通过皮带连接到发动机的曲柄轴(未示出)以接受旋转动力，其中用于副燃烧室阀的凸轮40被安装在凸轮轴11上。
打开和关闭副燃烧室阀32的操作应该和吸气阀10的操作时间成精确的比例，因此优选的是，用于副燃烧室阀的凸轮40形成在和吸气阀凸轮12的轴相同的凸轮轴11上。
摇臂42在其一底侧远端表面处连接到用于副燃烧室阀的凸轮40的表面，在另一底侧远端表面处接触副燃烧室阀32的杆端以被固定到气缸盖上，以便其中心绕固定轴44摆动。
结果，摇臂42响应凸轮轴11的转动而绕固定轴44转动，以通过杠杆作用将动力传递到副燃烧室阀32。
副燃烧室阀32被安装在副燃烧室30的进气口处，并从摇臂42接受动力以垂直地运动并打开和关闭副燃烧室30的进气口，而且在其上侧设有一阀弹簧31。
下面将说明如此构造的本发明的操作。
副燃烧室阀32被打开，直到主燃烧室16的压缩末期，并且就在点火之前被关闭，以在副燃烧室30中储存部分被压缩的燃料空气混合物。
当通过火花塞14进行点火以燃烧主燃烧室16中的燃料，并在爆燃冲程中期之后打开副燃烧室阀32时，储存在副燃烧室30中的燃料空气混合物被排到主燃烧室16，以同时在主燃烧室16和副燃烧室30中产生二次燃烧。
此时，因为在主燃烧室16中进行燃烧，所以不需要通过火花塞14进行单独点火，以便容许实现自然点火。
即使在主燃烧室16的排气冲程期间，也打开副燃烧室阀32，因此副燃烧室30中的燃烧气体和主燃烧室16中的燃烧气体一道被排出气缸。
参照图2，当通过两级燃烧系统实现输出时，会注意到曲柄轴的最大旋转力和最小旋转力之间的波动范围被大大降低。
换句话说，与传统发动机的相比，所述发动机曲柄轴的最大旋转力和最小旋转力之间的波动范围(β)被大大降低。
波动范围被大大降低的原因是，当在主燃烧室中的第一次燃烧之后旋转力逐渐降低时，由二次燃烧再次实现输出，从而降低了组合旋转力的相位差。
另外，在第一次燃烧过程中不完全燃烧并残留的混合气体被给予在二次燃烧过程中再燃烧的机会，从而增加了燃油消耗(fuelconsumption)。
为了说明和解释已经在前面对本发明的优选实施例进行了描述。它不是旨在穷举或将本发明限定到所披露的具体形式，根据上面的启示可以进行各种变型和改变，或者可以从本发明的实践得到各种变型和改变。本发明的范围由所附的权利要求及其等效物限定。
从前面的描述可知，根据本发明实施例所述的两级燃烧系统具有这样一种优点，即降低曲柄轴处旋转力的波动范围用于使发动机的振动和噪音降低，有助于车辆的无声驱动，通过二次燃烧增加了燃油效率，并促进了燃油消耗。
另一优点在于：可以减轻安装在曲柄轴后端用以得到均匀的曲柄轴旋转速度的飞轮的重量，从而使发动机的重量减小并提高了加速能力。
还有一优点在于：发动机高速旋转期间的曲柄轴处的扭转振动被减少，从而使曲柄轴的耐久性提高，无需减震滑轮来减少扭转振动，并使制造发动机的成本最小化。

Claims (2)

1.一种两级发动机燃烧系统，其特征在于，通过由用于安装在气缸盖上侧的进气阀的凸轮驱动进气阀的操作来将燃料空气混合物吸入，而且所述混合物由位于主燃烧室中的火花塞点火并燃烧，所述系统包括：
副燃烧室，其形成在主燃烧室的上侧表面，以朝向气缸盖凹入；
用于副燃烧室阀的凸轮，其形成在一凸轮轴上，该凸轮轴被安装在所述气缸盖的上侧并通过一皮带连接到曲柄轴以接受旋转动力；
摇臂，在其底面处与用于副燃烧室阀的凸轮的一表面接触，并绕固定轴摇摆，从而通过杠杆作用传递动力；以及
副燃烧室阀，其和所述摇臂另一端的底面接触，以垂直移动并打开和关闭所述副燃烧室的进气口；
其中，用于所述副燃烧室阀的所述凸轮形成偏心圆的形状，从而所述副燃烧室阀可以被打开，直到压缩末期，而且就在点火之前关闭并在爆燃冲程中期之后打开。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：用于所述副燃烧室阀的所述凸轮形成于和所述进气阀凸轮的轴相同的凸轮轴上。
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