CN2561943Y - 分体式内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种分体式内燃发动机，包括气缸、缸盖、燃烧室、止气阀及作功风机。气缸与气缸盖螺栓密封连接，气缸盖的左侧经进气道进口与化油器连接，另一侧经排气道出口与燃烧室相接，燃烧室另一端与止气阀连接，止气阀的另一端再与作功风机相接。本发动机利用作功风机的输出轴对外作功，并且，利用安装在输出轴上的风机轴齿轮与中间齿轮啮合分别带动曲轴、进排气轴、以及阀片轴转动而维持本机持续运转。本实用新型是一种将燃烧室从气缸中分离出来，在气缸外独立设置并采用推动风机进行作功方式的内燃式发动机，它可减少、消除发动机工作各个过程之间的相互牵制和影响，克服了现有内燃发动机结构上存在的不足，大幅度提高了发动机的热效率。

Description

分体式内燃发动机

[所属技术领域]

本实用新型属于一种内燃发动机，该机能减少或消除发动机各工作过程之间的相互牵制和影响，大幅度提高发动机热效率。

[背景技术]

目前，作为广泛使用的动力机械——内燃发动机，无论是汽油机还是柴油机，均采用燃烧室直接形成于气缸顶端，活塞在气缸内到达上止点时，活塞顶部与缸盖间的空间就是燃烧室空间，气缸与燃烧室成一体式的常规结构。工作时，通过活塞在气缸体内上下运动，将可燃混合气吸入气缸完成吸气、压缩(对气缸内的可燃混合气进行压缩)、燃烧膨胀做功(对燃烧室的压缩混合气点火，燃烧生产高温、高压膨胀气推动活塞做功)、排气(将做功的废气排出气缸)四步循环。

这种结构的内燃发动机，它在进行吸气、压缩、膨胀做功、排气这四个连续工作过程中，存在相互牵制和影响问题：(1)燃烧室的残余废气，将直接影响气缸下一个工作循环的可燃混合气的进气量和质量；(2)燃烧室中的压缩混合气，往往在没有得到充分燃烧和完全用于作功的时候，就因活塞进入排气行程，而被强制性排出气缸体；(3)燃烧室产生的高温、高压膨胀气体，直接推动气缸的活塞下行带动曲轴作功，这种作功方式的作功扭矩变化大等等，都制约了热效率的提高，其热效率一般为20-30％，即使采用增压、电控喷油等技术手段，也只能提高到40％左右。

[发明内容]

为克服现有内燃机存在的上述不足，本实用新型提供一种结构新颖的分体式内燃发动机。

这种分体式内燃发动机，包括气缸、缸盖及燃烧室，气缸缸体内置有活塞、曲轴、连杆等部件，其要点是：

A、缸盖由一块有一定厚度的金属方体作基本件，其侧面纵向独立设二个园形轴孔，分别为进气轴孔和排气轴孔，二个轴孔中配有进气轴、排气轴；进、排气轴上分别设置进气道、排气道，进气道进口与化油器相连、进气道出口与气缸相通，排气道进口与气缸相通、排气道出口与燃烧室相连；进、排气轴上装有齿轮，齿轮与传动机构相连；

B、燃烧室为独立部件，它是一个带火花塞孔的管体，两端分别与缸盖、止气阀相接，管体内腔即为可燃混合气的燃烧室腔；

C、止气阀由阀片盖、止气阀片、阀片轴合成；阀片盖上开有二个通孔，其中中心圆孔即为阀片轴孔，边孔为燃烧室、风机接口；阀片盖将止气阀片封合在其中；止气阀片在对应阀片盖41的接口位置上开有一弧形槽口，阀片轴一端装有齿轮；

E、风机由风机壳和风机叶轮构成，其侧面有二个口向相反的端口，一个为与止气阀盖接口相接的进气口，另一个为出气口，风机壳将风机叶轮封合在其中，风机叶轮由叶轮盘、风叶片组成。

具体实施时，活塞为平顶式活塞。

曲轴、进气轴、排气轴、止气阀之间的传动比应为1∶1∶1∶1。

有益效果：本实用新型将燃烧室从气缸中分离出来，在气缸外进行独立设置并采用推动风机进行作功方式的内燃式发动机。这种结构的发动机可以减少、消除发动机工作各个过程之间的相互牵制和影响，大幅度提高发动机热效率：(1)由于缸盖的排气门调控作用，防止了燃烧室废气回窜到气缸，保证气缸的混合气进气量和质量；(2)通过延长燃烧室混合气燃烧的作功时间，达到了混合气燃烧作功充分、环境污染少的目的；(3)由于燃烧室内产生的所有高温高压膨胀气体，都必须去推动风机叶片带动风机转动，才会到达废气口排出，保证了膨胀气体作功的彻底性；(4)由于燃烧室的高温高压气体是经推动风机转动向外输出功率，即园周运动作功，因此，作功扭矩变化小，保证了输出功率的稳定性；(5)气缸的混合气是经燃烧室推动风机，又去带动气缸活塞进行工作的循环工作方式，既可极大降低发动机自身能量损耗，又可减少发动机起动阻力等等，据此理论分析，这类发动机输出热效率应当在75％以上。

综上所述，本分体式内燃发动机具有效率高、易起动、低污染等特点，且这类发动机高效不需要增压机增压，可大幅度降低成本，制造简单，一般发动机生产厂家就可以组织生产等优点。

[附图说明]图1本实用新型总装结构示意图；图2为图1中缸盖的仰视立体结构示意图；图3为图2中沿A-A线剖切的截面结构示意图；图4为进气轴结构示意图；图5为排气轴结构示意图；图6为图4中沿B-B线剖切的截面结构示意图；图7为图5中沿C-C线剖切的截面结构示意图；图8为图1中燃烧室的结构示意图；图9为图1中止气阀的结构示意图；图10为图1中作功风机的结构示意图。

[具体实施方式]

图1至图10中的序号分别表示：

气缸1，缸盖2，燃烧室3，止气阀4，作功风机5，曲轴6，连杆7，活塞8，化油器9，进气轴孔21，排气轴孔22，进气轴23，排气轴24，齿轮25，进气道进口211，进气道出口212，排气道进口221，排气道出口222，进气道231、排气道241，火花塞孔31，燃烧室腔32，阀片盖41，止气阀片42，阀片轴43，中心圆孔44，边孔45，弧形槽口46，阀片轴齿轮47，风机壳51，风机叶轮52，风机进气口531，风机出气口532，叶轮盘54、风叶片55，风机轴齿轮56，风机输出轴57。

图1示出了本实用新型总装结构。气缸1与气缸盖2螺栓密封连接，气缸盖2的厚度约为5厘米(以进排气轴直径为3厘米为基础设计)，其左侧经进气道进口211与化油器9连接，另一侧经排气道出口222与燃烧室3相接，燃烧室3另一端与止气阀4连接，止气阀4的另一端再与作功风机5相接。本发动机利用作功风机5的输出轴57对外作功，并且，利用安装在输出轴57上的风机轴齿轮56与中间齿轮啮合分别带动曲轴6、进排气轴23、24、以及阀片轴43转动而工作。

气缸1的缸体内置有活塞8、曲轴6、连杆7等部件，因这些部件属于普通常规型结构，这里不作赘述。但活塞8最好采用平顶活塞，这样，在气缸1内进行压缩混合气过程中，活塞8运行到上止点时，活塞8顶部与缸盖2间不会出现死角空间，以保证将气缸1内的可燃混合气体，能全部被压入燃烧室3内进行下步工作。气缸1的作用是吸气和压缩(从化油器9吸入空气和燃油形成可燃混合气体，再将可燃混合气体压入燃烧室腔32内，成为压缩混合气)。

图2为图1中缸盖的仰视结构示意图，并结合图4、图5。

缸盖2由一块约5厘米厚的金属方体作基本件，在方体侧面纵向并列设二个园形轴孔，分别为进气轴孔21和排气轴孔22，二轴孔21、22间有壁相隔不相通。二个轴孔中配有进气轴23、排气轴24；进、排气轴上分别设置进气道231、排气道241，进气道进口211与化油器9相连、进气道出口212与气缸1相通，排气道进口221与气缸1相通、排气道出口222与燃烧室3相连；进、排气轴上装有齿轮25，齿轮25与传动机构相连，该传动机构以风机轴齿轮56为原动力。

进气道进口211设置在缸盖2的横向侧面，进气道出口212设置在与气缸1相对的平面向，作为可燃混合气的进气用孔；排气道进口221设置在与气缸1相对的平面向、排气道出口222设置在缸盖2的另一个横向侧面，与燃烧室3相连。工作时，进排气轴23、24在传动机构带动下转动配合气缸1工作，当进气轴23、排气轴24与其相应的进出口三者贯通时，则气门打开，否则只要进出口有一处被气轴闭合则气门关闭。

气门开闭时间是由进、排气轴的过气道夹角和该轴所在轴孔的进出口间夹角相配合决定的(参见图3、图6、图7)，即进气门开闭时间由进气轴过气道的夹角α1和进气轴孔上进出口间夹角α2决定的，排气门开闭时间由排气轴过气道夹角β1和排气轴孔上进出口间夹角β2决定的，具体可按下列方式计算：

进气门开启时间＝α1-α2；进气门关闭时间＝360度-(α1-α2)；

排气门开启时间＝β1-β2；排气门关闭时间＝360度-(β1-β2)；

例：进气门开启时间为180度，进气道进出口间夹角α2是40度，进气轴过气道就应制定为气道夹角α1为220度的气道。

注：气门开启时间是用角度数表示，是在进排气门轴转动一周360度中所占的度数量。

缸盖2的作用是对气缸顶部起密封作用和所带的进排气门配合气缸工作，控制气缸的进排气。

图8为燃烧室结构示意图。燃烧室3为独立部件，它是一个带火花塞孔31的管体，两端分别与缸盖2、止气阀4相接，管体内腔即为可燃混合气的燃烧室腔32；其燃烧室腔32的体积由气缸体积和压缩比需要决定。燃烧室的作用是将气缸压缩到燃烧室内的压缩可燃混合气进行点火燃烧，产生高温、高压的膨胀气体。

图9示出了止气阀的结构。止气阀4由阀片盖41、止气阀片42、阀片轴43合成，阀片盖41呈碟状，其面上有二个园形通孔，其中中心圆孔44作为支承阀片轴43的轴孔，边孔45分别是连接燃烧室3、风机5的接口，两片阀片盖41分别内凹，将止气阀片42密合其中，阀片盖41对阀片起着支承、密封作用。止气阀片42是一个与阀片盖41凹平面相紧配的圆形金属厚片，对应阀片盖41的边孔45位置开有一圆弧形槽口46，槽口46的宽度略宽于或等宽于边孔45的孔径。止气阀片42上配有阀片轴43，阀片轴43上装有齿轮47，可由传动机构经齿轮47带动止气阀片42在阀片盖41内转动进行工作。当止气阀片42的无槽口部位转动到边孔45位置时，使边孔45闭合，从而阻断从燃烧室3到风机5的燃气通道；止气阀片41继续转动至弧形槽口46与边孔45吻合时，则燃烧室3与风机5经止气阀片41的槽口而贯通，使燃烧室3的膨胀气体畅通进入风机5作功。

止气阀片的作用是配合缸盖2排气门工作，在气缸1向燃烧室3压入可燃混合气时，将混合气阻止在燃烧室3内，形成有一定压力的压缩可燃混合气，进行点火燃烧。

图10为作功风机结构示意图。它由风机壳51和风机叶轮52构成，风机壳51对风机叶轮52起支承和密封作用，其侧面有二个口向相反的端口531、532，一个端口531与阀片盖41的边孔45相接，是膨胀气体进入风机5的进气口，另一个端口532口径稍大为作功后废气的排放口，风机壳51将风机叶轮52封合其中，风机叶轮52由叶轮盘54，风叶片55组成。风机叶轮盘54除支载风机叶片55外，还可以：(1)加大风机作功的动力矩；(2)利用它有一定质量在转动时惯性，带动发动机继续工作，保持发动机工作的连续性。

风机的作用是让燃烧室3产生的高温、高压膨胀气体进入，推动风机叶片55去带动其转动向外输出动力。

另外，曲轴、进气轴、排气轴、止气阀之间的传动比应为1∶1∶1∶1。

下面简述本实用新型的工作原理：

当外力(如：手动或电机带动)经曲轴带动气缸内活塞上下运动，活塞从上止点向下止点运行时，气缸吸气，此时进排气门同时配合进行工作；进气门打开，排气门关闭，从化油器吸进可燃油料和空气组合成可燃混合气。曲轴继续转动则带动活塞从下止点向上止点运行，气缸进行混合气压缩过程，此过程进气门关闭，而排气门因为为让燃烧室内上个循环过程的混合气有继续充分燃烧作功时间，在压缩过程初期，应让排气门继续关闭，而止气阀继续开通，这样燃烧室内上个循环过程混合气可以继续进一步燃烧和推动风机作功(排气门关闭时间与止气阀开启时间应相配合，它们继续延长关闭和开启时间根据需要实际决定)，活塞压缩混合气再继续上行时，将排气门打开，止气阀闭合，直至活塞到达上止点，可燃混合气全部被压入燃烧室内，形成一定压力的压缩混合气体，再关闭排气门(而此时进气门开启，气缸同步进行下个循环吸气工作过程)，同时对燃烧室内压缩混合气进行点火燃烧和同步开通止气阀，让燃烧室内产生的高温高压膨胀气体进入风机去推动叶片带动风机转动，向外输出机械能，除部分能量传给曲轴带动活塞进行吸气压缩以及带动进排气轴、止气阀等进行下个工作循环过程，维持发动机本身持续运转，其余的能量用来对外作功。

Claims (3)

1、一种分体式内燃发动机，包括气缸(1)、缸盖(2)及燃烧室，气缸(1)的缸体内置有活塞(8)、曲轴(6)、连杆(7)等部件，其特征是：

A、缸盖2由一块有一定厚度的金属方体作基本件，其侧面纵向独立设二个园形轴孔，分别为进气轴孔(21)和排气轴孔(22)，二个轴孔中配有进气轴(23)、排气轴(24)；进、排气轴上分别设置进气道(231)、排气道(241)，进气道(231)的进口(211)与化油器相连、出口(212)与气缸(1)相通，排气道(241)的进口(221)与气缸(1)相通、出口(222)与燃烧室(32)相连；进、排气轴(23)、(24)上装有齿轮(25)，齿轮(25)与传动机构相连；

B、燃烧室(3)为独立部件，它是一个带火花塞孔(31)的管体，两端分别与缸盖(2)、止气阀(4)相接，管体内腔即为可燃混合气的燃烧室腔(32)；

C、止气阀(4)由阀片盖(41)、止气阀片(42)、阀片轴(43)合成；阀片盖(41)上开有二个通孔，其中中心圆孔(44)即为阀片轴孔，边孔(45)为燃烧室、风机接口；阀片盖(41)将止气阀片(42)封合在其中；止气阀片(42)在对应阀片盖(41)的接口位置上开有一弧形槽口(46)，阀片轴(43)一端装有齿轮(47)；

E、风机(5)由风机壳(51)和风机叶轮(52)构成，其侧面有二个口向相反的端口，一个为与止气阀盖接口相接的进气口(531)，另一个为出气口(532)，风机壳(51)将风机叶轮(52)封合在其中，风机叶轮(52)由叶轮盘(54)、风叶片(55)组成。

2、如权利要求1所述的一种分体式内燃发动机，其特征是：活塞8为平顶式活塞。

3、如权利要求1所述的一种分体式内燃发动机，其特征是：曲轴(6)、进气轴(23)、排气轴(24)、止气阀(4)之间的传动比为1∶1∶1∶1。

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