TW512201B - Two-stroke-cycle internal combustion engine using pneumatically assisted direct fuel injection - Google Patents

Description

512201 五、發明説明（1 ) 本發明係關於使用氣壓輔助直接燃料噴射的二衝程循環 內燃引擎，特別是，具有一個自動閥且透過壓縮器，此壓 縮器被倂合在亦具有渦輪增壓的功能之引擎中而操作。 在二衝程循環引擎中，當活塞是接近其底部死點時，排 氣期和將新鮮氣體注入氣缸中（淸潔期）幾乎同時發生，輸 入期和排氣期的重疊造成在汽化器中所製成之混合物（大 約3 0%)的一部份並未包括在燃燒中損失掉。此一部份的 混合物係由排氣管予以直接地釋出而因此自污染和消耗之 觀點來看，此階段構成二衝程循環的最臨界點。 因爲噴射通常係使用幾乎完全封閉之排氣管而進行，所 以直接燃料噴射入汽缸中的操作，由於其實在性質使未經 燃燒之燃料的釋出極不太可能發生。使用混合物所進行之 淸潔（二衝程循環引擎之特性）經由使用空氣來淸潔而予以 替代，來減少特定燃燒和碳氫化合物之排出。 容許內燃引擎使用氣壓輔助直接燃料噴射之各種解決方 式和裝置目前係爲熟知。 此等系統的操作原理係基於把空氣-汽油混合物噴射入 燃燒室中以便獲得（即使當有低燃料壓力時）噴霧的良好汽 化而因此改進燃料效率。 在簡單噴射系統中，空氣可自引擎曲柄箱直接漏出，經 由汽油噴射器加料，然後通過經由偏心凸輪所操作之一具 閥（valve)而注射入燃燒室中。使用偏心凸輪及相當潤滑系 統的機械複雜性並不容許高程度之操作。因此之故，不能 將此系統適當地應用至小排量，亦由於增加之成本。此系統 512201 五、發明説明（2 ) 的演變經由移除噴射閥傳動凸輪及使此閥完全自動（以實 質上開啓及將它開啓時之時間爲觀點）而獲得。在此解決 方式中，該閥係由引擎曲柄箱中所產生之壓力予以操作， 通過一條明確之長管，它安置在閥上（此閥係被定位在汽 缸蓋上）。此長度的主要缺點的事實爲：噴射階段僅可經 由少數引擎速率使它最適化而因此，此系統受限爲道路車 輛。 通過一直接噴射器，將汽油和加壓空氣之混合物直接加 進引擎之系統亦係熟知。 - 一種特別重要之系統可預期的是適合汽油進料器及直接 噴射器兩者之控制系統。在距直接燃料噴射器上游之一室 中，將來自壓縮器之空氣燃料混合。然後將此形成之混合 物通過經由電子控制單元所控制之直接噴射器而引入燃燒 室中。自燃料消耗之觀點來看，藉由使用電子組件來實施 之此系統是昂貴且艱巨；因此，將其應用於摩托車之小汽 缸排量可能成問題。能克服先前所述缺點之另外替代解決 方式係由經直接定位在汽缸蓋上之壓縮器而示出以便減少 未使用之空間，其噴射空氣/汽油混合物入引擎中。汽油 進給系統可由汽化器（carburetor)或電子噴射器及一具電力 汽油泵所構成。噴射入傳動汽缸中係通過經由壓縮器室與 燃燒器室間之壓力差所自動操作之自動閥而進行。 然而，此最後解決方式，包含傳輸來自主動軸（drive shaft)之運動至壓縮器前之機械零件之高成本。 本發明的目的是實現一種二衝程循環內燃引擎，它通常 -4- 512201 五、發明説明（3 ) 解決了上述之技術問題。特別是，本發明的一個目的是要 實現一種二衝程循環內燃引擎其考慮並克服關於污染排放 散發之立法約束，此等立法約束變成對於二衝程循環引擎 曰漸增加之限制。 根據本發明之此等目的經由如申請專利範圍第1項中所 揭示，藉由使用氣壓輔助直接燃料噴射之二衝程循環內燃 引擎予以達成。 本發明之另外特性經由後續之申請專利範圍而示出顯著 特徵。 根據本發明，藉由使用氣壓輔助直接燃料噴射之二衝程 循環內燃引擎的特性和優點自下列敘述（作爲實例而示出 而非爲了限制之目的）並參照附隨之示意圖式而變得更爲 明顯。 其中： 第1圖是根據本發明，使用氣壓輔助直接燃料噴射的二 衝程循環內燃引擎的一部份剖面， 第2圖是相當於壓縮器活塞之一個剖面， 第3圖是壓縮器活塞的放大剖面其相當於相對之銷和側 向塞（將埋頭孔溝通（countersunk channels)形成在其中）， 第4圖是第1圖中所示之部份引擎的剖面側視圖及相對 於曲柄箱中和汽缸蓋中之進給系統， 第5圖是具有浮針和自動操作之氣閥的放大剖面， 第6a-6f圖顯示出以60°間隔，相對於完全循環引擎的 操作圖。 512201 五、發明説明（4) 參照各圖，至少部份地顯示出根據本發明’藉由使用氣 壓輔助直接燃料噴射的二衝程循環內燃引擎在其示意總體 圖之一中。 事實上，前述之二衝程循環內燃引擎的缸體11 (其中放 置有一相對活塞12，該活塞在傳動汽缸13內部滑動）是被 顯示出來。主動軸1 4會攜帶第一連桿1 6並被支持在軸承 15上。主動軸14(另外減小其長度）亦透過偏心凸輪18來 支持第二連桿17，連同插入輥護圈19(其促動在缸體11 (在汽缸蓋22之下）中之往復壓縮器的活塞20) ◦而且，爲 了正確組合偏心凸輪1 8，預先有一個適當的孔23在主動 軸14上，將塞24(其充作壓縮器調整相位之角向（angular) 參考）嵌入此孔中。 一個壓縮室或壓縮汽缸2 1都含有壓縮器之活塞20同時 含有第二連桿1 7之壓縮器曲柄箱25的容積會透過適當開 口 27和透過前述滾珠軸承1 5之一而與引擎曲柄箱26之 容積相連通。 從一般結構之觀點來看，而且，應特別注意的是採用以 引入空氣/汽油混合物之自動閥28及火花塞29(sparking Plug)安置在汽缸蓋22中。而且，一個簧組30(圖中未示） 和用以單獨地排放空氣之節流閥體3 1及在各自之節流閥 3 3下游之最大紊流區域中，通過孔3 2之油是經由引擎曲 柄箱26而予以直接牽引入。 此外，經安裝在偏心凸輪1 8上之第二連桿1 7連同插入 之輥護圈19携帶有兩個肩墊圈34在其邊上，配置有開口 -6- 512201 五、發明説明（5 ) 35以便用以潤滑油通過及具有連接連桿與輥護圈之功能。 而且，應特別注意的事是第二連桿或副連桿1 7的底座具 有經定位在其孔4 7中之一浮動塞3 6，由於活塞2 0中之孔 46，可將往復式壓縮器的活塞20安裝在此塞36上。 如第3圖中所示，將塞36保持在壓縮器的室或汽缸2 1 之一邊上的其座中且在其他邊上，以部份方式，靠近在具 有相對封閉環39之閉合蓋38中直接所獲得之壁37。將閉 合蓋3 8是以相對應於經形成在壓縮器的汽缸本身2 1中之 孔40而被定位。孔40會容許來組合該塞36，自它，使壓 縮器的活塞20下降。在蓋38本身中，在用以容納塞36 之壁37的各邊上，透過螺栓41予以鎖住，將一對的埋頭 孔通道42形成在壓縮器汽缸21與引擎曲柄箱26和壓縮 器曲柄箱25之間。因此，蓋38具有下列功能：閉合該孔 24，作爲流動口 25而操作，配合以及容納塞36在連桿1 7 之底座與活塞20之間。 亦可見到的是將一個輸送通道43形成在汽缸蓋22中， 燃料電力噴射器44開口進入其中，該燃料電力噴射器44 開口會透過圓形通道45而連接至自動閥28(圓形通道45 是部份地形成在該頭部中且部份地直接形成在閥本身28 的外直徑上）。 第5圖以放大細節顯示出根據具有浮針的自動操作氣閥 組之閥2 8。 具有一個成形之桿及具有--個擴大終端5 0a之閥體5 0 是以相對於座5 1而正在浮動，該座5 1與擴大終端互補並 -7- 512201 五、發明説明（6) 被形成在經定位在殻5 3內部之環形元件5 2中。浮動運動 是要使空氣/汽油混合物之流動通過經形成在環狀元件5 2 ，座5 1與閥體50的放大終端50a之間的空氣空間54。閥 50的端衝程（end stroke)經由第一環55而確保。當該第一 環55是被安裝在閥本身之桿上時，則它與第二環56接觸 (第二環56是被安裝在該桿上）。預負載是經由彈簧57而 保證’彈簧57在環形元件52與第一環55之間相互作用 。將整個閥組包封入所引述之外殼5 3中，該外殼5 3配有 螺紋58及要被旋入汽缸蓋22上之六角頭59。 此種完全閥組直接展現在經定位在汽缸1 3終端上之燃 燒室60上。 以60°之間隔，相對於完全循環之引擎的操作，此處將 參照第6a圖至第6f圖予以敘述。 顯然可見的是透過本發明，與汽缸13相連接之壓縮器 係由透過第二連桿17和偏心凸輪18之主動軸14予以直 接地促動（activated)。存在於該泵曲柄箱中之空氣（該泵曲 柄箱係由相互連通之引擎曲柄箱26和壓縮器曲柄箱25所 組成）係由引擎活塞12及由壓縮器活塞20而予以壓縮， 此兩活塞同時以一定程度同步而移動至其底部死點（第6a 圖）。活塞12和20之同步是致使當引擎活塞12使主汽缸 的淸潔保持閉合時，則壓縮器活塞2〇露出經形成在蓋3 8 中埋頭孔通道42並吸回（sucks back)來自經加壓之曲柄箱 之空氣（第6c-c圖）。 在壓縮壓縮器汽缸2 1中之空氣的階段期間中’排放和 512201 五、發明説明（7 ) 淸潔等階段級在主汽缸13中發生（第6d-e圖）。在二衝程 循環引擎（第6e-f圖）中，吸入供連續階段用之經由曲柄箱 所需要之空氣係由簧組30予以實施。更精確的說’是在 此片刻，即由於相對於傳統式二衝程循環引擎’該曲柄箱 本身（超淸潔）容積之較大改變，所以能提升在壓縮器（其增 加泵送效應）所作之貢獻。而且，在輸送階段期間’能保 證增壓因爲當閉合汽缸1 3之排氣口時，它會發生。 液體燃料係由電力噴射器44予以噴射入壓縮器的輸送 通道43中(第1圖）。空氣和燃料的混合物係在引擎的壓縮階 段終止之前的時刻透過自動閥28而予以噴射入燃燒室60 中，自動閥28係由產生在燃燒室與壓縮器室間之壓力差 而予以促動。應強調的是當引擎活塞1 2壓縮主汽缸1 3中 之空氣之片刻時，則前進之壓縮器活塞20會壓縮其自已 汽缸2 1中之空氣而決定在噴射階段期間之增壓。這是增 加先前所述之有關於超淸潔之另外主要優點。 針對以所決定之旋轉速率使壓縮器的操作最適化，可預 見的是必須要使用適當口徑或嵌入一個噴嘴在輸送管43 中。噴射入汽缸1 3中之空氣/燃料混合物的形式係由自動 閥28而予以導引並以相對應於該淸潔流動，以逆流而予 以導弓丨（第4圖）；因此，減少碳氫化合物自排氣中漏失之 危險且使形成分層進氣（stratified charge)較易。 關於目前所知之使用氣壓輔助直接燃料噴射的二衝程系 統引擎，本發明之特徵爲：倂合空氣壓縮器在經形成在它 的邊上之傳動汽缸中，在埋頭孔壁與頭部的平面間，及經 512201 五、發明説明（8 ) 由主動軸予以直接操作。 此種結構允許一系列的有利解決方式，其係附屬如下所 敘述： a) 經形成在主汽缸1 3中之壓縮器汽缸2 1容許將來自輸 送管43之有害物質的體積保持至最少’且也容許障礙物 其極相似於欲予實現之通常二衝程循環汽缸者’同時仍維 持構造簡單性和有限之成本； b) 相對於需要在主動軸1 4與壓縮器間傳動的解決方式 ，減少特定組件的數目而能使降低生產成本和維護成本’ 而在同時，亦增加機械良率及容易維護和組合物不同之零 件； c) 由於較大之泵送效應，所以壓縮器促成保證超淸潔、 增壓及彌補負面效應（由於經添加入曲柄箱冲以便通過連 桿而控制壓縮器之有害區域）達甚大程度。壓縮器直接地 牽引混合物入引擎曲柄箱26中而且其塡充係由節流閥體 3 1上之開口而予以控制。此方式容許該系統在正確操作’ 甚至在慢車轉動或具有阻塞氣體（choked gas)時。於操作 壓縮器時，超淸潔和增壓效應之結合會使引擎的傳動轉矩 的水準大於經由傳統引擎的傳動轉矩，其可能在較低旋轉 速率時獲得相同性能，亦具有良好的排放的優點； d) 會獲得定位氣閥組28和火花塞29在汽缸蓋22上的 較大自由度，以便使形成用以實現分層進氣之噴霧最適化 。由於歸功於蓋的結構（其是簡單且不依賴其他障礙物）， 可使電力噴射器44的位置及溫度感測器最適化。此構造 -10- 512201 五、發明説明（9) 允許可輕易地接近簡單可達性（accessibility)至經放置在蓋 上之所有組件以完成維護（maintenance)和置換（replacement) 該等組件之目的。 e)將兩個曲柄轉動裝置（其是在相同環境中）自發射油32 的單一點予以潤滑，該油32經由被帶入引擎曲柄箱26中 之空氣而運輸且位於在節流閥體的管子上。優點是放流量 的均勻性及精確之動力供給，假定··可能透過經由進給和 發火系統控制單元所操縱之電力泵而控制油的劑量。另外 好處是潤滑該自動閥28，除非具有特定而極繁重之解決方 式，否則是不可能。 因此，根據本發明，本發明具有許多優點可強調，自以 超淸潔和增壓之觀點，自熱力效率開始。許多功能集中在 少數主要組件上，而不危及其強度和實現的複雜性，因此 ，容許減少適合於操作壓縮器之組件同時也必然減少由各 種移動零件所造成之噪音（舉例而言，關於直至目前仍存 在之類似系統之傳動皮帶）。 亦欲強諷的是障礙物，實際上，它是與傳統二衝程循環 引擎相同；快速可達性和維護所有的主要組件；使火花塞 和自動閥的位置最適化之可能性以便實現分層進氣。 所敘述各優點的總和使此型的引擎特別適合於大量生產。 因此，可見：先前所強調之所有本發明的目的均已實現。 因此想像到，使用氣壓輔助直接燃料噴射的二衝程循環 內燃引擎可經歷甚多變型和變體，所有此等變型和變更均 屬於相同本發明槪念以內。 -11- 512201 五、發明説明（1G ) 而且，實際上，根據技術上要求，所使用之材料以及其 因次和各種組件可能具有任何型式。 符號之說明 11 缸體 12 活塞 13 傳動汽缸 14 主動軸 15 軸承 16,17 連桿 18 偏心凸輪 19 輥護圈 20 活塞 21 壓縮汽缸 22 汽缸蓋 23,32,40,46.47 孔 24,36 塞 25 壓縮器曲柄箱 26 引擎曲柄箱 27,35 開口 28 自動閥 29 火花塞 30 簧組 3 1 節流閥體 32 油 -12· 512201 五、發明説明（11 ) 33 節流閥 34 肩墊圈 36 浮動塞 37 壁 38 閉合蓋 39 封閉環 41 螺栓 42 埋頭孔通過 43 輸送通道 44 電力噴射器 45 圓形通道 50 閥體 50a 擴大終端 51 座 52 環狀單元 53 箱殼 54 空氣空間 55 第一環 56 第二環 57 / 彈簧 58 螺紋 59 六角頭 60 燃燒室 -13-

Claims (1)

1. 512201 ； 補充 ' —一一______…I _ . 癱 … _ 六、申請專利範圍 第90122464號「使用氣壓輔助直接燃料噴射的二衝程內燃引 擎」專利案 （91年8月修正） 六申請專利範圍 1· 一種使用氣壓輔助直接燃料噴射的二衝程循環內燃引 擎，包括有一個一缸體（11)，其中有一第一傳動汽缸（13)， 該第一傳動汽缸（13)包含有一第一活塞（12)和一第二壓縮 汽缸（21)，其包含有第二活塞（20)，該兩個活塞（12,20)係 透過連桿（16,17)而予以連接至主動軸（14)，一輸送通道（43) 是在缸體（11)的頭中，燃料電力噴射器（44)開口於其中， 該燃料電力噴射器（44)以自動閥（28)而連接至在第一汽缸 (13)的終端上之燃燒室（60)，引擎曲柄箱（26)和壓縮器曲 柄箱（25)包含有連桿（16,17)且透過開口（27)而予以連接， 第二壓縮器汽缸（21)透過埋頭孔通道（42)而予以連接至壓 縮器曲柄箱（25)。 2. 如申請專利範圍第1項之二衝程循環引擎，其中將埋頭 孔通道（42)是形成在經安置在孔（40)中的閉合蓋（38)中， 該孔（40)被形成在第二壓縮器汽缸（20)中並被鎖緊至其 上。 3. 如申請專利範圍第2項之二衝程循環引擎，其中在連接 第二活塞（20)至第二連桿（17)之組合階段，將塞（36)嵌入 該孔（40)中，將第二壓縮器活塞（20)推下以容納該塞（36) 於其各孔（46)之一中。 4. 如申請專利範圍第2項之二衝程循環引擎，其中閉合蓋（3 8) 具有一個壁（37)，其係位在各埋頭孔通道（42)之間，它會 512201 六、申請專利範圍 支持塞（36)以便將第二活塞（20)鎖至第二連桿（17)。 5. 如申請專利範圍第1項之二衝程循環引擎，其中第二連 桿（17)是透過偏心凸輪（18)連同插入一個軸承（19)予以安 裝在主動軸（14)上，爲了正確組合該偏心凸輪（18)在主動 軸（14)上，將銷（24)插入該軸的一個適當孔（23)中並且緊 密地連接至偏心凸輪上充作參考。 6. 如申請專利範圍第1項之二衝程循環引擎，其中該自動 閥（28)包括有一個閥體（50)，具有一個成形之桿和具有擴 大蘑菇狀終端（50a)，其係相對應於經形成在外殼（53)內 部之環狀單元（52)中之座（51)而浮動放置，且該外殼（53) 具有一圓形通道（45)，其係連接至該輸送通道。 7. 如申請專利範圍第6項之二衝程循環引擎，其中圓形通 道（45)係在缸體（11)的前端中部份地獲得及部份地直接形 成在外殼（53)的外直徑上。 8. 如申請專利範圍第6項之二衝程循環引擎，其中自動閥（28) 透過第一環（55)具有一個終端衝程，當經安裝在桿（50) 上時，則第一環（55)維持與仍被插在該桿上之第二環（56) 接觸，該桿具有存在之彈簧（57)其係在環狀單元（52)與第 一環（55)間相互作用。 -2-