专利名称：二冲程发动机的制作方法
技术领域：
本发明属于一种二冲程发动机，特别是一种采用分离进气式的二冲程发动机。
目前常用的二冲程发动机，如现在应用于摩托车、机动工具等的二冲程发动机，基本上都是人们熟知的曲轴箱进气式的二冲程发动机。这种发动机虽然具有结构较简单的优点，但由于这种发动机的工作气流(即指从外界进入气缸参与燃烧做功的空气或空气与燃料等的气态混合物)需要经过曲轴箱才进入气缸燃烧做功，致使曲轴箱内的运动部件的润滑方式受到限制，只能采用润滑效果较差的贫油润滑方式，即采用在燃油中混入润滑油的混合润滑或采用润滑油泵压送的分离润滑的方式，而且在工作气流经过曲轴箱时会将这些润滑油一起带入气缸内燃烧掉，这样，不但润滑效果差，还浪费润滑油，同时还降低了燃烧效率和加重了排气污染。此外，在中国专利申请(公开号为1066707；
公开日为92.12.02)和中国专利申请(公告号为1086291；
公开日为94.05.04)中公开的两种二冲程发动机，以及在人民邮电出版社于1994年10月出版的《摩托车技术》一书中第47页至49页中介绍的几种当今正在开发较先进的采用分离进气式的二冲程发动机如CHRYSLER公司、SUBARU公司、本田S2型等开发中的二冲程发动机，以上这些新型二冲程发动机都是采用进气系统与曲轴箱分开的方案，即去掉曲轴箱的泵气作用，采用一个另外独立设置的进气泵或活塞气缸总成代替曲轴箱泵气，使工作气流不再进入曲轴箱内而构成分离进气的结构方式，从而使曲轴箱内的运动部件可以采用润滑效果较好的富油润滑方式，如可以设置油池采用飞溅或喷淋等润滑方式，并且润滑油不再会和工作气流一起进入气缸内燃烧，从而达到具有节约润滑油、提高燃烧效率和降低排气污染的目的。但由于上述这些发动机都是以去掉曲轴箱的泵气作用而另外增加设置一个进气泵或一套曲轴连杆活塞气缸总成来实现分离进气的，结果不但浪费了曲轴箱的泵气效能，还形成结构复杂，并且增加了机械能耗和制造成本，降低了总的机械效率。
为克服上述缺点，本发明的目的是提供一种结构简单可靠、不燃烧润滑油、润油效果好、排气污染低、并能有效利用曲轴箱泵气效能的分离进气式二冲程发动机。
为实现上述本发明的目的，本发明的二冲程发动机包括由曲轴箱、进气管、进气阀、气缸进气道、曲轴连杆机构、活塞、气缸等部件构成，其中，在进气管及进气阀以及气缸进气道与曲轴箱之间设置有分隔进气装置，并在曲轴箱设置有用于润滑曲轴箱内运动部件的润滑装置；其中，所述的分隔进气装置由与曲轴箱体紧靠相连的壳体、壳体内的分隔进气室、设置在分隔进气室与曲轴箱之间具有气密性隔离油气作用并可随曲轴箱内气体压力变化而在此间作相应往复运动的分隔部件、以及将发动机的机械运动力也传递到分隔部件上并同时具有保持该分隔部件的运动位置与活塞的运动位置时时处于正确相对应的运动位置上的即保持分隔部件正确的往复运动规律的传动装置构成；在本发明结构中，进气管通过进气阀与分隔进气室相连通，分隔进气室与气缸进气道相连通，曲轴箱被分隔部件分隔后形成一个密闭的或基本密闭的腔室。
根据上述结构，本发明二冲程发动机的基本工作原理是这样的由所述的分隔部件将分隔进气室与曲轴箱分隔开，使工作气流不进入曲轴箱内，同时利用曲轴箱的泵气作用驱动分隔部件——即利用密闭在曲轴箱内的气体将活塞的往复运动力传递到分隔部件上，并且还同时通过传动装置的机械联动作用将发动机的机械运动力也传递到分隔部件上并保持分隔部件时时处于与活塞运动位置相对应的正确运动位置上，使分隔部件在上述两种作用力的共同驱动下也随着活塞的往复运动在分隔进气室与曲轴箱之间作具有隔离油气作用的相应并且可靠的往复运动，进而在与进气阀、分隔进气室等结构部件所构成的泵气结构的相互作用下，在分隔进气室里对工作气流产生泵气的功能，从而实现在工作气流与曲轴箱分隔开的同时分隔进气装置还间接有效地利用曲轴箱的泵气效能对工作气流产生泵气的作用；与此同时，利用在与工作气流分隔开的曲轴箱里设置的润滑装置来实现对曲轴箱内运动部件的润滑作用，在此，由于曲轴箱与工作气流被分隔部件分隔开，曲轴箱内的润滑油不会混入到工作气流中而进入气缸燃烧掉。实际上曲轴箱里不受工作气流影响，因此所采用的润滑方式及装置不受限制，可以采用润滑效果好的润滑方式及装置作为润滑曲轴箱内运动部件的润滑装置，这样本发明不但在实现了不燃烧润滑油所具有的优点的同时还对曲轴箱内运动部件实现了更好的润滑效果。
本发明中的分隔部件可以设制成大致呈片状结构的部件，其气压作用面(即处于分隔进气室和曲轴箱上的两面)的形状可根据需要设制成各种合适的形状，在该分隔部件的一边上设置有枢轴并装置在壳体上或曲轴箱体上或它们之间的位置上设置的枢轴座上，以使分隔部件在传动装置及曲轴箱内气体压力的作用下可绕此枢轴在分隔进气室与曲轴箱之间有规律并稳定可靠地在设定的工作行程范围内往复运动，在该分隔部件绕枢轴转动时其发生位移运动的边缘设制成可滑动的边缘；为了使分隔部件在各种运动状态下都能保证分隔进气室与曲轴箱之间保持有效良好的气密性隔离油气的作用，在与该分隔部件相匹配的壳体内表面设置有与该分隔部件滑动边缘的形状及运动轨迹相对应构成的可相互滑动并致密接触的壳体内滑动面。
在上述枢轴片状结构的分隔部件中，为了本发明的整体结构更为紧凑合理并具有较好的运动效率，可以进一步设制成其气压作用面大致呈矩形平面形的片状结构部件或设制成气压作用面大致呈矩形并向曲轴方向弯曲成弧形的片状结构部件，其枢轴以及枢轴座设置在离活塞底部较远并且靠近曲柄回转圆边的位置上，并且枢轴的轴心线方向与曲轴主轴的轴心线方向平行，与枢轴轴心线垂直的气压作用面中心线位置大致处于曲轴回转中心线上两曲柄之间中间径向垂直面上，与枢轴端相对的另一活动端边设置在靠近活塞底部的位置上，在此还可以将此分隔部件的活动端边连同壳体及其滑动面一并适当延伸到活塞处于下止点时的活塞裙部位置上，并且此分隔部件活动端边延长部份与活塞活动到下止点时对应其中的气缸体部份可以设计成有利于气体流动的缺口或孔、槽等气道结构形式，由此构成的枢轴片状分隔部件及相关结构具有较好的气体传动效率等优点。
所述的分隔部件也可以是一个周边固定连接装置在曲轴箱与分隔进气室之间的壳体上或它们之间合适的位置上，其周边以内的气压作用面可随曲轴箱内气压变化及传动装置的联动作用在分隔进气室与曲轴箱之间作相应变形式往复运动的可变形膜片式结构部件，如圆形金属膜片弹簧、橡胶膜片等结构形式的部件，其与传动装置部件相连接的位置设置在膜片周边以内的中心位置上或合适位置上。
所述的分隔部件还可以是其气压作用面为圆形片状结构的部件，该分隔部件的圆形边缘设制成为可滑动的边缘，与其滑动边缘相对应匹配构成的壳体内滑动面为内圆柱形的滑动面。
此外，除上述结构形式的分隔部件及相应的壳体外，凡与以上这些分隔部件在结构上相近似等效的结构部件或以此结构原理变化而来的结构部件以及其他各种适用的形状结构都应视为本发明的分隔部件及相关部件的所属范围。
由于本发明中的分隔部件(包括传动装置)为往复运动部件，因此在满足其工作强度及隔离油气等要求的前提下可以设制成轻、薄的结构形式，以提高运动效率。同时，为了本发明的整体结构更为紧凑合理并减少曲轴箱内的无效空间，可以将分隔部件在处于下止点时的位置设置在尽量靠近曲轴箱内曲轴的位置上。本发明中的分隔部件在分隔进气室与曲轴箱之间的往复运动规律是分隔部件与活塞的运动周期、运动对应角速度基本一致，它们之间的运动位置关系为或大致为当活塞的运动位置处于气缸的下止点并由此下止点向上止点方向运动且随着曲轴的旋转经过180°相位并到达上止点时，与之相对应的分隔部件的运动位置则由处于分隔进气室的上止点并随着活塞的运动由此上止点向下止点方向运动并且与活塞同样的运动角速度经过180°相位后同时到达下止点位置；进而在活塞下一个行程过程中即当活塞运动位置到达气缸上止点位置后继续运动由此上止点向下止点方向运动也同样经过180°相位到达下止点位置时，同样与之相对应的分隔部件的运动位置则在到达分隔进气室的下止点位置后继续运动并由此下止点向上止点方向运动并同样经过180°相位同时到达上止点位置。在此，也可以根据需要分隔部件与活塞的运动位置关系也可以在上述前位置关系基础上有所偏差。上述过程为本发明的一个工作循环周期过程。此外，分隔部件在分隔进气室内的工作容积应设制成等于或大致等于活塞在气缸内的工作容积。
在本发明中，作为保持分隔部件正确往复运动规律和将发动机机械运动力传递到分隔部件上的具有双重作用的传动装置，可以是满足上述要求的各种机械传动机构。例如可以是由偏心圆轨道、传动臂及滑头构成的传动装置；其中，所述的偏心圆轨道是在曲轴圆形曲柄与曲轴主轴相交接的一侧平面上设置的其几何圆心偏离曲轴主轴圆心位置(即曲轴回转中心)并且其圆边围绕曲轴主轴于其中的沿其圆边轨迹构成的凹槽形光滑轨道或凸形光滑轨道，所述的传动臂设置在分隔部件与偏心圆轨道之间，其中的一端固定连接在分隔部件上，另一端设置有与偏心圆轨道断面形状相匹配的凸形滑头或凹形滑头，该滑头通过传动臂与分隔部件的固定连接作用定置座落于设定的偏心圆轨道位置上。由此构成的传动装置在发动机工作时，偏心圆轨道随着曲轴的旋转，使处于偏心圆轨道上的并且与传动臂以及分隔部件固定相联的滑头与偏心圆轨道产生相对滑动，从而使该滑头在偏心圆轨道的导向力的作用下通过传动臂推动分隔部件绕枢轴在分隔进气室与曲轴箱之间作与活塞运动相对应的同步周期性往复运动。
所述的传动装置也可以是由偏心轮、偏心轮连杆构成的偏心轮机构；此偏心轮机构是设置在曲轴箱内曲轴曲柄外侧面与曲轴主轴相结合的位置上或曲轴箱内曲轴合适的位置上并以曲轴主轴圆心为回转中心的偏心轮机构部件，其中设置在曲轴上述位置的偏心轮的几何圆形边缘的轴向外表面可以是一个圆柱形光滑面或圆锥形光滑面等结构形式的边缘；所述的偏心轮连杆设置在分隔部件与偏心轮之间，偏心轮连杆一端与分隔部件传动性相连接(如铰链式结构连接)，另一端为一个与偏心轮的圆形边缘的轴向外表面相匹配并装置于其上构成转动副结构的圆环形滑孔。在此所述的偏心轮在制造时，可以与曲轴曲柄本体制成一体，也可以将偏心轮单独制造成一个部件后再通过固定件固定在该设定的曲轴位置上，在此由于上述的偏心轮机构的结构及运动作用原理早已是人们所熟知的一种普通机构，此机构装置在本发明结构中的作用原理及效果是可想而知的，故不在此赘述。
上述两种设置在曲轴箱内结构形式的传动机构部件，可以只在曲轴上的一个曲柄外侧面与曲轴主轴相交接的位置上设置1组所述的传动装置部件来驱动分隔部件，即采用单组结构设计；也可以在曲轴上的两个曲柄外侧面与曲轴主轴相连接的位置上分别设置2组对称且结构相同的传动装置部件来驱动同一分隔部件，即采用双组对称结构设计。
所述的传动装置还可以是由偏心轮、偏心轮连杆、枢轴曲臂构成，也就是由偏心轮机构和枢轴曲臂构成；其中所述的由偏心轮、偏心轮连杆构成的偏心轮机构设置在伸出曲轴箱外的曲轴主轴上，其形状结构与前面所述的由偏心轮、偏心轮连杆构成的传动装置中的偏心轮、偏心轮连杆部件的形状结构是一样的。所述的枢轴曲臂是在与分隔部件固定相连接的枢轴上并且是靠向装置偏心轮机构部件位置的一端沿枢轴轴线方向延长穿过枢轴座孔至曲轴箱体外的该枢轴端部位置设置的与枢轴构成折角的曲臂结构部件，该枢轴曲臂的另一端与所述的偏心轮连杆相应的一端为传动性(铰链式)相连接。由此构成的传动装置，在工作时，随着曲轴的旋转偏心轮机构产生的往复运动力通过与偏心轮连杆相连接的枢轴曲臂及其固定相连接的枢轴传递到分隔部件上的，从而实现将曲轴的旋转运动力变为符合本发明分隔部件运动要求的往复运动力并传递到分隔部件上的功能。本结构的传动装置的部件由于基本设置在曲轴箱外，因此其部件在制造及装配上都比较简单容易，而且基本没有改变曲轴的结构形式。显然，本结构的传动装置较适合作为枢轴片状分隔部件相匹配的传动机构。
上述三种设置在曲轴上以偏心圆机构原理构成的传动装置，不但结构简单可靠，而且由于活塞与分隔部件都共用同一曲轴为回转轴，因此它们的运动周期，角速度都是一致的，并且在结构上也可以很方便地通过设定偏心圆圆心与曲轴回转中心的相对位置就可以实现本发明分隔部件的运动规律要求，即实现分隔部件的运动规律对应于活塞的运动规律及配气相位。
作为主要用于润滑以及也可以冷却本发明中曲轴箱内运动部件的润滑装置，可以是所有的各种适用的且润滑效果好的润滑方式及结构的装置，如运用在四冲程发动机中的油池浸没飞溅式润滑装置以及采用油泵式的压力飞溅、喷淋润滑等各种润滑方式及装置均可作为本发明中的润滑装置，并且可以获得较好的润滑效果。在此，用作本发明中的润滑装置应当设计成保证曲轴箱内不受或基本不受外界气压影响曲轴箱正常工作的结构形式，如不与或基本不与外界气压直接或间接相通的结构形式，但在此设置用作或起到调节动态平均气压平衡的气流阻尼装置或结构除外。
在发动机运行过程中，封闭在曲轴箱内的气体有可能会受到温度变化以及气缸壁漏气等因素的影响而导致与外界气压不处于基本平衡的状态，进而会降低曲轴箱内气体对分隔部件的驱动效率，为此可以在曲轴箱上设置一个连通曲轴箱内腔与外界气压并具有保持曲轴箱内的平均气压在各种情况下都与外界气压处于基本平衡状态的气流阻尼装置；该气流阻尼装置可以是一根从曲轴箱内腔连接到空气滤清器至气缸进气道上任何一个合适部位上的并与其中工作气流相通的阻尼性通气管道，也可以是曲轴箱内腔气体直接或间接与外界大气(压力)相连通的阻尼气流通道或阻尼通气结构。
适用于本发明的进气阀可以是簧片阀，也可以是通过机械传动控制的进气阀，如旋转阀、开关阀等；当采用簧片阀时，为了降低簧片阀自身弹性所形成的进气阻力，进一步提高进气效率，可以在该簧片阀的活动端位置设置有磁性物质，同时，也在分隔部件处于上止点位置时对应于该簧片阀活动端的磁性物质位置处的分隔部件位置上也设置有与簧片阀活动端磁性物质相互吸引的磁性物质；并且分隔部件处于上止点位置时其上的磁性物质与簧片阀活动端的磁性物质处于接触位置状态，但在分隔部件从上止点位置运行到下止点位置之前该对磁性物质应转变为分离状态；上述的一对磁性物质中至少其中的一个为永磁性磁体。
采用上述结构及原理构成的本发明二冲程发动机，由于结构简单，并采用了较好的润滑方式，并且在实现工作气流与曲轴箱及润滑油分隔开的同时还有效地利用了曲轴箱的泵气效能，因而具有制造成本低、润滑效果好、燃烧效率高、排气污染低、机械效率高等优点。
下面结合附图进一步说明本发明的基本结构及工作原理以及几种具体结构形式。
图1是本发明二冲程发动机采用枢轴片状分隔部件及偏心轮机构式传动装置构成的并且其工作状态为活塞位置处于压缩冲程上止点时的总体结构剖视图。
图2是图1所示二冲程发动机其工作状态为活塞位置处于做功冲程下止点时的总体结构剖视图。
图3是本发明二冲程发动机采用枢轴片状分隔部件及偏心圆轨道、传动臂、滑头式传动装置构成的总体结构剖视图。
图4是沿图3中A-A线的剖视图。
图5是图3及图4中所示的曲轴连杆机构、分隔部件、传动装置等的零部件结构分解透视图。
图6是图4中所示偏心圆轨道及滑头部分的局部放大图。
图7是本发明二冲程发动机采用枢轴片状分隔部件及偏心轮机构式传动装置构成的总体结构剖视图，即与图1和图2所示的结构形式相同。
图8是沿图7中A-A线的剖视图。
图9是图7及图8中所示的曲轴连杆机构、分隔部件、传动装置等的零部件结构分解透视图。
图10是本发明二冲程发动机采用枢轴片状分隔部件及偏心轮机构、枢轴曲臂式传动装置构成的总体结构剖视图。
图11是沿图10中A-A线的剖视图。
图12是图10及图11中所示的曲轴连杆机构、分隔部件、传动装置等零部件的结构分解透视图。
图13是本发明二冲程发动机采用可变形膜片式分隔部件(及偏心轮机构式传动装置)构成的总体结构剖视图。
图14是本发明二冲程发动机采用圆片式分隔部件(及偏心轮机构式传动装置)构成的总体结构剖视图。
图15是本发明二冲程发动机显示有气流阻尼装置、簧片阀磁装置的总体结构剖视图。
图16是图15所示的二冲程发动机其磁装置处于贴合状态时即分隔部件处于分隔进气室上止点及簧片阀处于闭合位置时的局部结构剖视图。
图17是沿图16中A-A线的剖视图。
如图1所示为本发明中的一种结构方式，它是由曲轴箱10、进气管1、簧片阀2、气缸进气道4、曲轴连杆机构(即图中所示的曲轴主轴23、曲柄22、连杆21等)、分隔进气装置的壳体9、由壳体9围构而成的内腔即分隔进气室3、设置在分隔进气室3与曲轴箱10之间的枢轴片状分隔部件11、壳体9内的滑动面19，设置在曲轴箱10内曲轴上的由偏心轮36和偏心轮连杆37构成的偏心轮机构式传动装置、以及润滑油池39、气道结构20等结构部件构成。
其中的曲轴箱10是一个由曲轴箱体、部分气缸体、活塞6底部、分隔部件11等部分围构而成的并且其中还设置有润滑装置(即图中所示的润滑油池39)的一个封闭式腔室或基本密封的腔室。在此，将曲轴箱10设制成封闭的结构形式(也包括设置有调节曲轴箱10内气体压力的气流阻尼装置的基本闭封的结构形式)，目的是为了使活塞6的往复运动力能通过曲轴箱10内的气体有效地传递到分隔部件11的气压作用面上(即以封闭在曲轴箱10内的气体作为活塞6运动力的传递介质)，以使分隔部件11可随活塞6的运动而在分隔进气室3与曲轴箱10之间作相应的往复运动。曲轴箱10的内部结构(包括曲轴连杆机构等)在具体设计时可以设计成有利于曲轴箱10内的气体在活塞6底部至分隔部件11的气压作用面之间往复流动的结构形式即低气流阻力的结构形式，如图中在活塞6底部至分隔部件11的气压作用面之间位置设制的有利于气体在此间往复流动的气流通道即气道结构20，该气道结构20可以设制成槽、孔或缺口等通气结构形式，曲轴箱10还可以设计成尽量减少曲轴箱10内无用气态空间的形式，以提高气体传动效率并使结构更为紧凑。
设置在进气管1和分隔进气室3之间的进气阀可以采用簧片阀、旋转阀、开关阀等适用的进气阀种类，在此采用簧片阀2则具有结构简单，进气效果好的优点。
所述分隔进气装置的壳体9是一个围绕其中的分隔进气室3构成的壳形结构部件，该壳体9与曲轴箱体紧密相连接或制成一体，在此由分隔部件11将处于壳体9内的分隔进气室3与曲轴箱10内腔分隔开，在壳体9的内表面设制有与分隔部件11的气压作用面滑动边缘的形状及运动轨迹相对应构成的可相互滑动并致密接触的滑动面19，并由此保证分隔部件11在分隔进气室3与曲轴箱10之间往复运动过程中保持良好的油气隔离作用。从图中可知，分隔进气室3与相关部件的结构关系还在于进气管1通过簧片阀2与分隔进气室3相连通，分隔进气室3与气缸进气道4相连通。
设置在分隔进气室3与曲轴箱10之间的分隔部件11的主要作用是将工作气流与曲轴箱10分隔开和通过在分隔进气室3与曲轴箱10之间的往复运动实现对工作气流的泵气功能。如图1所示，该分隔部件11的枢轴31及枢轴座32设置在距离活塞6底部较远并且靠近曲柄22的回转圆边的壳体9或曲轴箱体等的位置上，与枢轴端相对的另一个活动端边则设置在靠近活塞6底部的位置上，这是因为绕枢轴31往复运动的分隔部件11(由其所形成的扇形运动区域可以看出)其大部分气体的活动容积处于活动端一侧，因此，这样设置可以使处于分隔部件11与活塞6底部之间的大部分气体的往复运动行程较短而具有较高的气动效率；将分隔部件11设置在尽量靠近曲轴的位置上(最好也靠近活塞6底部的位置上)以及将该分隔部件11设制成其气压作用面向曲轴方向弯曲的形式，可以使总体结构更紧凑并减少曲轴箱10内无效气态空间而提高气动效率；将分隔部件11的枢轴31的轴心线与曲轴主轴23回转中心线设置成相互平行的形式，不但可以使该分隔部件11与装置在曲轴上并以曲轴主23圆心为回转中心的偏心轮式传动装置的传动性连接的结构及作用都较为简单合理，也可以使该分隔部件11定置在一个较为合理的运动位置上，而且在此基础上将该分隔部件11上的与枢轴31轴心线相垂直的气压作用面中心线位置设置在对应于曲轴两曲柄22间的位置上(在此对于单曲柄等结构形式的曲轴连杆机构来说该位置的设定可根据本发明中相应的原理设置在相应合适的位置上，同理，在这些曲轴上设置传动装置的位置及结构的变通形式也可根据本发明的基本原理导出)，也可以利用曲轴箱10内曲轴两曲柄22间的空隙来作为分隔部件11与活塞6之间的气流通道而获得较好的气体传动效率；为了使分隔部件11的滑动边缘具有较好的密封性能和较低的磨擦阻力，其滑动边缘可以采用具有弹性低磨擦阻力并且耐油的材料并配合适当的结构设计构成，如采用丁氰橡胶或类似的耐油橡胶的弹性材料制成沿环绕滑动边缘方向的横断面形状为角齿状滑舌的结构形式；将分隔部件11的气压作用面的形状(一般为俯视而言)设制成大致矩形或其他形状简单的结构形式，可以使其结构以及与之相对应的壳体9内的滑动面19的结构较为简单容易制造；该分隔部件11的气压作用面的有效工作面积可以设制成大于活塞6的有效工作面积的形式，这样可以使该分隔部件11的运动行程较短，运动线速度较低，从而可获得结构更紧凑、运动效果更好的优点；为了提高分隔部件11的强度并尽量制成轻、薄的结构形式，可以在分隔部件11上设计加强筋结构或其他提高强度的形状结构等。以上所述的枢轴片状分隔部件11的结构形式及装置方式，具有结构紧凑、运动效率高等优点。当然，上述作为枢轴片状分隔部件11及相关部件的具体结构设计方案及原则在相同或相应部分的结构同样也适合作为可变形膜片式分隔部件12(图13中示出)和圆片式分隔部件13(图14中示出)以及分别的相关部件的具体结构设计方案及原则。在此，作为本发明中的分隔部件11(也包括分隔部件12和分隔部件13)的结构形状及装置方式等当然还可以是根据本发明的基本结构原理构成的其他各种合适的结构形式及装置方式。
从曲轴箱10的结构形式和工作原理可知，作为润滑并且也可以冷却曲轴箱10内的曲轴连杆机构、活塞6、气缸5、以及处于曲轴箱10内的传动装置、分隔部件的滑动边缘、壳体9内的滑动面19等运动部件的润滑装置可以是满足曲轴箱10封密性要求的或将该润滑装置与曲轴箱10配合设计成不影响曲轴箱10工作要求的结构形式的所有的各种适用的并且润滑效果好的润滑方式及结构的装置，如油池浸没飞溅式润滑装置、油泵压力飞溅、喷淋润滑等各种润滑方式及装置。图1中(包括后面相关各图)为了表示方便，只示出了一种结构及图示都简单的油池浸没飞溅式润滑装置的示意性结构示图即润滑油池39，在此作为举例说明(当然没有限定采用之意)。这种结构简单的润滑装置是在曲轴箱10内底部设置装置有润滑油的润滑油池39，并且该润滑油池39的油面能将曲轴连杆机构部件的一部分浸没于润滑油中，利用曲轴的旋转和曲轴箱10内气体的往复运动将润滑油飞溅到曲轴箱10内各运动部件上来实现润滑作用，其中，在必要时，还可以在该润滑油池39上设置散热结构或装置，如在润滑油池39壳体内、外表面设置散热片或在润滑油池39内设置通入冷却介质的管道等(当然其他形式的润滑装置也是可以设制相应合适的散热结构或装置)。显然本发明中的润滑装置采用目前四冲程发动机广泛应用的强制循环润滑油回路式润滑方式时，如前面所说的油泵压力飞溅、喷淋润滑等方式可获得更好的润滑效果，由于这些润滑方式的结构形式及工作原理均为人们所熟知，故在此不再赘述。
在本发明总体结构布局中，为了使各组成部件能相互处于较为合理的位置上，一般可以将分隔部件11、12、13包括分隔进气装置的相应部分设置在相对于曲轴的上方或曲轴上方至侧方的任何合适位置上，将润滑油池39或集油口等润滑油回流位置设置在曲轴的下方位置上，这样有利于阻止润滑油通过分隔部件11、13的滑动边缘进入分隔进气室3内而混入工作气流中进入气缸5内，也有利于润滑油从各被润滑部件上自然回流到处于曲轴下方的油池或集油口中。同理，活塞6及气缸5位置的布置原则也可以设置在曲轴的上方或曲轴上方至侧方的任何合适位置上。如图1(包括以下其他相关各图)所示的各组成部件的结构布局是一种较为理想的结构方式，其不但结构紧凑、合理，而且还具有运动效率高等优点。
结合图1和图2所示，在本发明二冲程发动机工作时，活塞6通过连杆21推动曲轴沿顺时针方向旋转(即沿图中箭头25所示的方向旋转)，在第一个冲程运行过程中即在活塞6从气缸5的下止点位置(即图2中所示的活塞6位置)向气缸5的上止点位置(即图1中所示的活塞6位置)的运动过程中，与传动装置相联而处于分隔进气室3上止点位置的分隔部件11(即图2中所示的分隔部件11位置)在受到该方向上活塞6运动力所产生的曲轴箱10内气体负压力的作用下(即活寒6的抽吸力作用下)和设置在曲轴上并随曲轴旋转的偏心轮机构36、37传动装置的带动下，该分隔部件11随着活塞6的运动以活塞6相同的对应角速度绕枢轴31沿滑动面19由分隔进气室3的上止点位置向分隔进气室3的下止点位置(即图1中所示的分隔部件11位置)运动，从而使分隔进气室3的容积相应增大形成负压力而将工作气流从进气管1通过簧片阀2抽吸入分隔进气室3内而完成吸气过程，在此过程中，通过连杆21与活塞6相连接的曲轴则相应转过180°相位角；进而在第二个冲程过程中即在活塞6运动到达气缸5的上止点位置后又向气缸5的下止点位置运动的过程中，与活塞6相对应运动到分隔进气室3的下止点位置的分隔部件11在受到与上一冲程方向相反的活塞6运动力所产生的曲轴箱10内气体正压力的作用下和装置在曲轴上并随曲轴旋转的偏心轮机构36、37传动装置的推动下，由分隔进气室3的下止点位置向分隔进气室3的上止点位置运动，由此分隔进气室3的容积受到压缩而将处于分隔进气室3中的工作气流通过气缸进气道4压入气缸5内，从而完成气缸5的进、扫气过程，在此过程中，通过连杆21与活塞6相连的曲轴也同样相应转过180°相位角。以上两个冲程的工作过程为本发明二冲程发动机的一个工作循环过程。在上述工作过程中，分隔进气装置使工作气流与曲轴箱10分隔开而实现分离进气的同时，设置在曲轴箱10内的润滑装置也使曲轴箱10内各运动部件得到循环利用的润滑油的充分润滑，从而实现节约润滑油并且润滑效果好等优点。此外，由上述工作过程原理可知，本发明二冲程发动机的进气运动规律特性与现有的曲轴箱泵气式二冲程发动机的进气运动规律特性基本上是一样的。
图3所示为发明中的另一种结构方式，其与图1及图2中所示的结构方式不同之处在于采用了另一种结构形式的传动装置，即采用由偏心圆轨道16、传动臂14、滑头15构成的传动装置，而其他各部分结构包括总体结构形式及基本工作原理是一样的。由图3-图6中可知，该传动装置是在曲轴箱10内曲轴上设置的类似于偏心轮机构原理的传动机构(图中所示为双组对称结构)，其中，设置在曲柄22外侧平面上的偏心圆轨道16是一个凹槽形光滑轨道，一端固定连接在分隔部件11上另一端设置有凸形滑头15的传动臂14的结构设制成薄片形式，以减小轴承26与曲柄22的间距，在曲柄22与曲轴主轴23相交接处设置有用于限定轴承26装配位置的阶台24，以使传动臂14在曲柄22与轴承26之间具有一个合适的安装及运动位置。在此，所述的偏心圆轨道及相对应的滑头的结构还可以是与上述相反的结构形式，即凸形光滑轨道和凹形滑头的结构，因其结构简单并且可想而知的原因，故未作图示出。显然，图3-图6中所示的传动装置具有结构简单的特点。
图7所示的本发明结构方式是与前面图1及图2中所示的结构方式是一样的，其中的传动装置为设置在曲轴箱10内曲轴上且为采用双组对称结构的由偏心轮36、偏心轮连杆37构成的偏心轮机构。从图7-图9中可以看出该传动装置以及相关的分隔部件11等各部件的结构形状，图中设置在曲轴曲柄22外侧面与曲轴主轴23相结合的位置上的偏心轮36是一个随曲轴旋转并以曲轴主轴23圆心为回转中心的偏心轮部件，该偏心轮36的几何圆形边缘的轴向外表面是呈圆柱形的光滑面，与偏心轮36相匹配并装置于其上的偏心轮连杆37的圆环形滑孔(即图7-图9中偏心轮连杆37的大孔)的内表面也相应为圆柱形光滑内表面，并以此相互构成转动副结构。在此，当然还可以设制成其他结构形式的转动副结构，如设制成滚针或滚珠等结构形式。如图所示，分隔部件11与该传动装置的传动性连接是通过设置在分隔部件11处于曲轴箱10内的一面气压作用面上的销轴40穿在偏心轮连杆37的一端小孔上而构成铰链式结构连接来实现的。设置在曲轴主轴23上并处于偏心轮机构与轴承26之间的垫片27的主要目的是对偏心轮机构部件特别是偏心轮连杆37的运动位置起到定位和引导的作用。该偏心轮36在制造时与曲轴曲柄22制成一体时，可使曲轴具有较高的结构强度，当然也可以将偏心轮36单独制造成一个部件后再通过固定件固定在该设定的曲轴位置上。从图7-9中所示的传动装置的结构原理可以看出，该传动装置具有较好的运动和结构可靠性且传动效率高等特点。
图10所示的为本发明二冲程发动机采用枢轴片状分隔部件11及偏心轮机构、枢轴曲臂式传动装置构成的一种结构方式，该结构方式与前面所述的几种结构方式的不同之处在于传动装置部分，其他各部分结构是相同的。参看图10-图12所示，这种传动装置的结构是由设置在伸出曲轴箱10外曲轴主轴23上的偏心轮机构(即图中的偏心轮36、偏心轮连杆37)和在分隔部件11的枢轴31一端设置的枢轴曲臂38构成；从图中可以看出这里的偏心轮机构部分也就是偏心轮36、偏心轮连杆37的结构与前面图7-图9中所示的偏心轮机构的结构基本上是一样的，只是装置位置不同和只需单组结构的形式。如图所示，枢轴曲臂38是在分隔部件11固定相连接的枢轴31上的并且为靠向装置偏心轮机构部件位置的一端沿枢轴轴线方向延长穿过枢轴座32孔伸出至曲轴箱10外的该枢轴端部位置设置的与枢轴31的轴线构成折角的曲臂结构部件。在此，该枢轴曲臂38的另一端设置有一个与偏心轮连杆37的一端小孔相匹配的轴销41并由此相互装配连接构成铰链式的传动性连接。图中的2个垫片27是用来限定和引导偏心轮机构(即偏心轮36、偏心轮连杆37)的运动位置的。图中处于轴承26一侧的为油封29。在此由于传动装置所产生的往复运动力是通过与枢轴曲臂38相连接的一端枢轴传递到分隔部件11上的。因此在制造时该传递扭矩力的枢轴部位可以设计成(如图所示的那样)较大的直径以及采用抗扭强度较高的材料制造，以适合传递相应扭矩力的要求。由以上结构可知，该传动装置具有结构简单，而且由于传动装置是设置在曲轴箱10外的曲轴上，因而装配方便，并且不影响曲轴的结构等特点。
图13所示为本发明采用可变形膜片式分隔部件12构成的一种结构方式，图中的可变形膜片式分隔部件12是一个圆形金属膜片弹簧结构形式的可变形膜片式结构部件，它的周边固定连接装置在曲轴箱10与分隔进气室3之间的壳体9上(也可以是它们之间的合适位置上)，其周边以内的气压作用面可随曲轴箱10内气压变化及传动装置的联动作用在分隔进气室3与曲轴箱10之间作相应变形式往复运动，从图中可以看出，该分隔部件12与传动装置传动性相连接的位置设置在膜片周边以内的中心位置上(当然也可以设置在其他合适的位置上)。根据以上结构原理，该可变形膜片式分隔部件12还可以采用各种合适的材料及结构制成，如橡胶膜片等结构形式。显然，该可变形膜片式分隔部件12具有结构简单，油气隔离效果好等优点。
图14所示为本发明采用圆片式分隔部件13构成的一种结构方式，其中的圆片式分隔部件13的气压作用面为圆形片状结构，其圆形边缘为可滑动的边缘，在分隔进气室3的壳体9内有与其滑动边缘相对应匹配构成的圆柱形的滑动面66。在此，为了使该圆片式分隔部件13能够在壳体9内沿圆柱形滑动面66稳定沿直线往复运动，在分隔部件13与偏心轮连杆37之间设制一沿直线运动的导杆42，该导杆42的一端固定连接在该圆片式分隔部件13的中心位置上或合适位置上，导杆42的另一端与传动装置的偏心轮连杆37(变形结构)铰链式传动性相连接，导杆42装置在导杆孔座43上并在传动装置的推动下沿导杆孔座43并带动分隔部件13作直线往复运动，在此导杆孔座43是与发动机固定体部分(如曲轴箱体)固定相连的或制成一体的。从图中可以看出，该圆片式分隔部件13和相对应壳体9内的圆柱滑动面66的结构形式与发动机的活塞气缸结构形式有些类似，但该圆片式分隔部件13在具体结构及运动效果上与后者相比具有结构简单、质量轻、运动效果好等优点。
作为本发明中的气流阻尼装置可以设制成各种满足要求的结构形式，可以是一根从曲轴箱10内腔连接到空气滤清器至气缸进气道4上任何一个合适部位上的并与其中工作气流相通的阻尼性通气管道，也可以是曲轴箱10内腔气体直接或间接与外界大气(压力)相连通的阻尼气流通道或阻尼通气结构。如图15及图16中所示的气流阻尼装置33为一根从曲轴箱10内腔(当然是在油平面上方的气体部分空间位置，以免润滑油通过该管道进入工作气流中)连接到处于进气阀2前方的进气管1上并与其中工作气流相连通的阻尼气流管道。可以看出，该气流阻尼装置33不但结构简单，而且还可以将从气缸壁漏入曲轴箱10内的可燃气等回流到工作气流中循环再利用，减少浪费。
参看图15-图17所示，用于进一步提高本发明二冲程发动机进气效率的簧片阀磁装置是由在簧片阀2活动端位置上设置的磁性物质17和在分隔部件11处于上止点位置时对应于该簧片阀2活动端的磁性物质17位置处的分隔部件11的位置上也设置有与簧片阀2活动端磁性物质17相互吸引的磁性物质18构成。该簧片阀磁装置的作用及原理是利用分隔部件11在由上止点位置(即图16所示的运动位置)向下止点位置(即图15所示的运动位置)运动时的运动力通过该簧片阀磁装置形成的磁力牵引具有相同方向开启的簧片阀2，使簧片阀2在该磁牵引力和在分隔进气室3形成的负压力的共同作用下克服自身弹性阻力而开启，从而减小进气阻力，提高进气效率。结合图15和图16所示，该簧片阀磁装置的运动过程是这样的当分隔部件11由上止点位置向下止点位置运动时通过相互接触吸引的磁性物质17、18牵引簧片阀2打开，在此过程中，当簧片阀2被分隔部件11牵引开启到一定位置后在位移偏差或在簧片阀限位板(一般簧片阀都设有限位板)的作用下被分开(在此该对磁性物质17、18的磁力大小一般设计成在相互分开较短距离后其相互之间的磁力就小于簧片阀的自身弹力的形式)，以使簧片阀2在分隔进气室3进气终了时能在自身弹性力的作用下自动回复到关闭状态。当分隔部件11运动到下止点位置后再由此下止点位置向上止点位置运动过程中，在分隔部件11处于起初的行程位置时，由于两磁性物质17、18的距离较远而基本上互不影响，进而在分隔部件11运动到靠近簧片阀2时，由于该簧片阀2受到分隔进气室3中的工作气流被压缩形成的正压力作用下也始终保持关闭状态，从而在该工作过程中工作气流不受该簧片阀磁装置的影响而完成正常前泵气过程。由上述结构原理可知，在设置该簧片阀磁装置时，应使分隔部件11在处于上止点位置时其上的磁性物质18与簧片阀2活动端的磁性物质17处于接触位置状态，并且在分隔部件11从上止点位置运动到下止点位置之前该对磁性物质17、18应转变为分离状态。上述的一对磁性物质17、18中可以有一个为软磁性材料制成但其中至少有一个为永磁性材料制成(并且最好是高强度永磁材料，以便在尽量轻的条件下满足磁力要求)，该簧片阀磁装置在设计时可以采用轻、薄的结构形式，以获得较好的运动效果。显然，根据上述结构原理，该簧片阀磁装置也可相应变通应用在可变形膜片式分隔部件12或圆片式分隔部件13的本发明结构方式中。
以上所述的只是本发明中的几种结构方式，在此本发明的结构方式还应包括根据上述本发明的基本结构原理导出的其他相似或变形的，以及改进的结构方式，并且都应视为本发明的所属范围。
由上述本发明的原理结构可知，本发明的二冲程发动机可以根据需要与相关的结构、部件、系统等相匹配，可以构成单缸式、多缸式、化油器式、燃油(燃料)喷射式、气缸壁进排气口式、气缸顶置进排气阀门式、燃油式、燃气式、燃液式等各种类型、结构方式的本发明二冲程发动机，均具有本发明中所述的优良效果。并且本发明二冲程发动机的用途非常广泛，可应用于各种交通工具、机动工具、机械设备等方面的动力源。
权利要求
1．一种二冲程发动机，它包括曲轴箱、进气管、进气阀、气缸进气道、曲轴连杆机构、活塞、气缸，其特征是在进气管(1)及进气阀(2)以及气缸进气道(4)与曲轴箱(10)之间设置有分隔进气装置，并在曲轴箱(10)设置有用于润滑曲轴箱(10)内运动部件的润滑装置(39)；其中，所述的分隔进气装置由与曲轴箱体紧密相连的壳体(9)、壳体(9)内的分隔进气室(3)、设置在分隔进气室(3)与曲轴箱(10)之间具有气密性隔离油气作用并可随曲轴箱(10)内气体压力变化而在此间作相应往复运动的分隔部件(11、12、13)、以及将发动机的机械运动力也传递到分隔部件(11、12、13)上并同时具有保持该分隔部件(11、12、13)的运动位置与活塞(6)的运动位置时时处于正确相对应的运动位置上的即保持分隔部件(11、12、13)正确的往复运动规律的传动装置构成；在所述结构中，进气管(1)通过进气阀(2)与分隔进气室(3)相连通，分隔进气室(3)与气缸进气道(4)相连通，曲轴箱(10)被分隔部件(11、12、13)分隔后形成一个密闭的或基本密闭的腔室。
2．根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是所述的分隔部件(11)为大致呈片状结构的部件，并在其中的一边上设制有枢轴(31)并装置在壳体(9)上或曲轴箱(10)体上或它们之间的位置上设置的枢轴座(32)上，分隔部件(11)可绕此枢轴(31)在分隔进气室(3)与曲轴箱(10)之间设定的工作行程范围内往复运动，其运动的边缘为可滑动的边缘；与分隔部件(11)相匹配的壳体(9)内设置有与该分隔部件(11)滑动边缘的形状及运动轨迹相对应构成的可相互滑动并致密接触的壳体内滑动面(19)。
3．根据权利要求2所述的二冲程发动机，其特征是所述的分隔部件(11)的气压作用面为大致呈矩形平面形或大致呈矩形并向曲轴方向弯曲成弧形的片状结构部件，其枢轴(31)以及枢轴座(32)设置在离活塞(6)底部较远并且靠近曲柄(22)回转圆边的位置上，并且枢轴(31)的轴心线方向与曲轴主轴(23)的轴心线方向平行，与枢轴(31)轴心线垂直的气压作用面中心线位置大致处于曲轴回转中心线上两曲柄(22)之间中间的径向垂直平面上，与枢轴端相对的另一活动端边设置在靠近活塞(6)底部的位置上，该分隔部件(11)的活动端与活塞(6)处于下止点位置时对应其中的地方设计成有利于气体流动的气道结构(20)。
4．根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是所述的分隔部件(12)是一个周边固定连接装置在曲轴箱(10)与分隔进气室(3)之间的壳体(9)上或它们之间的合适位置上，其周边以内的气压作用面可随曲轴箱(10)内气压变化及传动装置的联动作用在分隔进气室(3)与曲轴箱(10)之间作相应变形式往复运动的可变形膜片式结构部件；其与传动装置相连接的位置设置在膜片周边以内的中心位置或合适位置上。
5．根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征是所述的分隔部件(13)是一个其气压作用面为圆形片状结构的部件，其圆边为可滑动的边缘，与其滑动边缘相对应匹配构成的壳体(9)内滑动面(66)为圆柱形的滑动面。
6．根据权利要求1-5中任一权利要求所述的二冲程发动机，其特征是所述的传动装置是由偏心轮(36)、偏心轮连杆(37)构成的偏心轮机构；该偏心轮机构是设置在曲轴箱(10)内曲柄(22)外侧面与曲轴主轴(23)相结合的位置上或曲轴箱(10)内曲轴合适的位置上的并以曲轴主轴(23)圆心为回转中心的结构部件；其中，该偏心轮(36)的几何圆形边缘的轴向外表面是一个圆柱形光滑面结构形式的边缘，所述的偏心轮连杆(37)连接于分隔部件(11、12、13)与偏心轮(36)之间，该偏心轮连杆(37)一端与分隔部件(11、12、13)传动性相连接，另一端为一个与偏心轮(36)的圆形边缘相匹配并装置于其上构成转动副结构的圆环形滑孔。
7．根据权利要求2、3中任一权利要求所述的二冲程发动机，其特征是所述的传动装置是由偏心轮(36)、偏心轮连杆(37)、枢轴曲臂(38)构成；其中所述的由偏心轮(36)、偏心轮连杆(37)构成的偏心轮机构设置在伸出曲轴箱(10)外的曲轴主轴(23)上，所述的枢轴曲臂(38)是在分隔部件(11)固定相连接的枢轴(31)上的且靠向装置偏心轮机构部件位置的一端沿枢轴轴线方向延长穿过枢轴座(32)孔伸出至曲轴箱(10)外的该枢轴端部位置设置的与枢轴(31)轴线构成折角的曲臂结构部件，该枢轴曲臂(38)的另一端与所述的偏心轮连杆(37)相应的一端为传动性相连接。
8．根据权利要求1-5中任一权利要求所述的二冲程发动机，其特征是所述的曲轴箱(10)上设置有气流阻尼装置(33)，该气流阻尼装置(33)是一根从曲轴箱(10)内腔连接到空气滤清器至气缸进气道(4)上任何一个合适部位上的并与其中工作气流相通的阻尼性通气管道或者是曲轴箱(10)内腔气体直接或间接与外界大气(压力)相连通的阻尼气流通道或阻尼通气结构。
9．根据权利要求1-5中任一权利要求所述的二冲程发动机，其特征是所述的进气阀(2)为簧片阀。
10．根据权利要求9所述的二冲程发动机，其特征是所述的簧片阀(2)的活动端设置有磁性物质(17)，在分隔部件(11、12、13)处于上止点位置时对应于该簧片阀(2)活动端磁性物质(17)位置处的分隔部件(11、12、13)位置上也设置有与簧片阀(2)活动端磁性物质(17)相互吸引的磁性物质(18)；并且分隔部件(11、12、13)处于上止点位置时其上的磁性物质(18)与簧片阀(2)活动端的磁性物质(17)处于接触位置状态，在分隔部件(11、12、13)从上止点位置运行到下止点位置之前该对磁性物质(17、18)则转变为分离状态；上述的一对磁性物质(17、18)中至少其中的一个为永磁性磁体。
全文摘要
本发明属于一种分离进气式的二冲程发动机,它是由一个分隔进气装置将工作气流与曲轴箱分隔开,使工作气流不进入曲轴箱内,并在与工作气流分隔开的曲轴箱设置润滑装置来实现对曲轴箱内的曲轴连杆机构、气缸、活塞等运动部件的润滑作用,同时,还利用传动装置和曲轴箱的泵气效能实现对工作气流的泵气作用。由此构成的本发明二冲程发动机具有结构简单、不燃烧润滑油、润滑效果好、排气污染低、机械效率高等优点。
文档编号F01M11/08GK1326045SQ00108459
公开日2001年12月12日 申请日期2000年5月26日 优先权日2000年5月26日
发明者陈维机 申请人:陈维机