专利名称：内冷式发动机的制作方法
技术领域：
涉及四冲程活塞式内燃发动机，电喷及增压发动机。
背景技术：
活塞式内燃发动机在工作的时候，由于燃烧室内不断地进行爆燃，发动机温 度必然随之升高。发动机的最佳工作温度的确比常温要高些，但温度过高将导致 机械损伤甚至无法工作，因此必须进行冷却处理。目前发动机的主要冷却方式为 水冷和风冷，风冷发动机的冷却能力逊色于水冷。
风冷发动机是指发动机通过缸体、缸头外部设置许多散热翅片，在发动机工 作时发动机的温度升高，其缸体缸头的热量传递到散热翅片，散热翅片将热量向 四周传递(指常温空气)。发动机的散热翅片的设置不能过多，否则会增加发动 机的重量，产生共振等，再者发动机的散热翅片再多，发动机缸体材料的导热能 力有限，rfD风冷发动机为了保证较高温度工况的可靠性，其缸体较厚(相比水 冷)，增加了热传递的难度。
水冷冷却方式是在发动机的缸体和缸头设置冷却水槽，通过叶轮旋转驱动冷却 水(或者防冻液)的流动，使冷却水流过缸体、缸头、散热器，不断地的将热量 通过冷却水传送到散热器。水冷发动机的散热能力远大于风冷发动机的散热能 力。水冷发动机必须设置安装散热器、抵御膨胀和补水作用的水箱、驱动冷却水 循环的涡轮叶轮及其驱动机构，以及连接各个部位的水管。水冷发动机大多数需 要装配散热器的散热风扇，水文开关等。因此水冷发动机比风冷发动机使用的零 部件多些。对于燃烧室的内部空间来说，缸体、缸头是外侧了，即通过燃烧室机 构的外侧进行冷却。
风冷和水冷发动机都是通过缸体、缸头的外侧进行冷却。
活塞式发动机在排气之后进气过程中，燃烧室内仍然残余一些废气，这个残 余废气不仅温度高，使燃烧室继续受热，而且影响换气效率，不利于发动机的工 作。
风冷发动机和水冷发动机都不能对活塞进行有效的冷却。 对发动机尤其是对燃烧室的进一步冷却有利于发动机的良好工作与动力输出。
目前发动机增压技术已经成熟，电喷技术也已经普及。
发明内容
活塞式发动机在排气之后进气过程中，燃烧室内仍然残余一些废气，这个残 余废气不仅温度高，使燃烧室继续受热，而且影响换气效率，不利于发动机的工 作，因此需要最大限度地将废气排出。
发动机燃烧室内排气后残余一些废气、对活塞进行有效的冷却，以及对发动 机尤其是对燃烧室的进^步冷却有利于发动机的良好工作与动力输出。为此设计 出了内冷式发动机。
为了提高发动机的原有的冷却能力，在原有基础上进行进一步的冷却，就是 在发动机燃烧室内部进行冷却，即内冷式发动机。风冷和水冷相对于内冷就是外 冷。
为了实现内冷式发动机，使其进气增压，在以往的四冲程发动机的基础上使 用涵道副燃烧室发动机，在排气的后期将新鲜空气压入燃烧室，用新鲜的空气吹 过活塞顶部和缸壁，然后吹过燃烧室的底部，最后从排气门排出燃烧室。由于新 鲜的空气是来自常温的空气，其温度比燃烧室内部的温度低得多。在进气过程的 中期，喷油器喷油，接着进行继续混合的吸气、压縮、点火做功。
关于涵道副燃烧室发动机，已经向知识产权局申报并受理(申请号 200610114124.8)。
具体过程如下-
利用增压机构将发动机的进气进行增压，增压的方法有多种如机械增压， 主要是指发动机曲轴带动的风机；废气增压，是指利用发动机排出的具有一定温 度和压力的废气推动排气侧涡轮，来驱动同一轴上的进气涡轮风机；以及电动增 压，复合增压机构。
参见图-3
在图3a和图3b中设定四冲程发动机完成吸气、压縮、做功、排气四个冲 程的循环，每个周期为720。，且以理论上做功冲程的开始，曲轴针对活塞在上止 点的位置为0° ，那么
O-O为排气门开启角，图例示意为165°
IN-O为进气门开启角，图例示意为335°
OUT-C为排气门关闭角，图例示意为415°
IN-C为进气门关闭角，图例示意为555"
在图3b中
图3b-l:排气门开启关闭周期示意图，165°排气门开启，415°排气门关闭。 图3b-2:进气门开启关闭周期示意图，335°进气门开启，555°进气门关闭。 图3b-3:喷油周期示意图，图中40(T汽油喷油器为喷油动作，柴油发动机无此 项。
图3b-4:点火周期示意图，图中700° ~715°火花塞点火动作。
在发动机点火做功之后，曲轴转角165°排气门打开，此时燃烧室内的气体 成为废气，通过排气门向外排放；当曲轴转角达到335°时，进气门打开，从涵道 副燃烧室增压的新鲜空气被压入活塞顶部与缸头底部之间的燃烧室，由于涵道副 燃烧的通道具有指向性，为倾斜朝向活塞顶面的方向，压入燃烧室的新鲜空气先 "吹"向活塞顶，然后延着活塞顶面流向缸壁，并围绕缸壁旋转堆积，很快堆积
到一定量后到达缸头底部，最后延缸头底面从排气门流出燃烧室；当曲轴转角达 到400°时，汽油发动机电动喷油器向进气道的进气门处喷射燃油，柴油发动机此 时无此动作，在汽缸内直接喷射的汽油发动机在排气门关闭的同时电动喷油器喷 油；当曲轴转角达到415°时，关闭了排气门，同时燃烧室内继续充气，如果是缸 内直接喷射汽油的电动喷油泵，此时向缸内喷射汽油。在700° ~715°时，燃烧室 内大部分气体多数被活塞上行压入涵道副燃烧室，汽油机火花塞点火接续做功， 柴油机为喷射柴油后接续做功。副燃烧室内高温高压的膨胀气体从涵道副燃烧室 进入主燃烧室，推动活塞做功。做功之后接续着下一个循环，排气、进气......
从335° ~415°历经80°的曲轴转角，在这80°曲轴转角的时间内，常温的 新鲜空气不仅排挤着废气，同时"吹"着热的活塞顶部、热的汽缸内壁上部、热 的缸头底部，这些来自常温的新鲜空气历经进气门一涵道副燃烧室一活塞一上部 缸壁一缸头底部一排气门，自然带走- 些热量，起到了降温冷却的作用。
以往的发动机在排气后期进气初期，虽然有气门叠开的实际应用，但不能将 燃烧室内残余的废气排除干净，尤其是以往的汽油发动机，吸入的是雾化的汽油 和空气的混合气，如果试图用新鲜的混合气将废气排挤出燃烧室，由于发动机的 转速不同以及工况等差异，必然出现将一些已经雾化的汽油直接排出燃烧室，不 仅造成浪费，而且是危险的隐患。而这种发动机排挤废气的是空气而不是混合 气，并且是从活塞顶面旋转向上将废气排挤出排气门，因此采用这种发动机利于 最大限度地将废气排除。
以往的进气，是打开进气门气体边从进气门口处四散进入，而采用涵道副燃 烧室，它不同于其他的副燃烧室，它就象一个导气管，使初始进入主燃烧室时的 空气是倾斜朝向活塞顶部方向气流，这个倾斜向下的气流能够先到达活塞顶面， 然后沿活塞顶面流向缸壁，最后沿缸壁盘旋堆积后流过缸头底部并从排气口出 去。如果是四散进入燃烧室的气体，只能无规则地将燃烧室充满，不能保证流动 的顺序。所以采用涵道副燃烧室保证了进气流动的顺序和方向。
动力输出是燃烧室内气体在上止点后急速膨胀带来的，膨胀的倍数越高，动 力越大。如果吸入的气体本身温度高，那么膨胀的倍数就减小。在风冷或水冷的 发动机上同吋使用内冷方式，增加发动机冷却能力，尤其是增加了燃烧室内的冷 却。发动机燃烧室内温度较高，尽管进行了冷却措施，风冷或水冷，但燃烧室内 还是较热。气体在压缩过程是容积变小、压力变高的过程，气体温度升高，但燃 烧室本身较热也使气体受热而增加了温度。先用新鲜的空气将燃烧室"吹"--
遍，在关闭进气门、排气门之后压縮时有利于减少燃烧室带给被压縮气体的热量。
这种四冲程内冷发动机，不仅能用于水冷方式的发动机，也能用于风冷发 动机；不仅能用于单缸发动机，也能用于双缸、多缸发动机，不仅能用于汽油发 动机，也能用于柴油发动机。
在
图1中的"24"，为排气门及其气门座，在活塞到达上止点的时候为了让 压入的空气能够将废气排挤出燃烧室，以及为了保障让来自常温的新鲜空气历经 进气门一涵道副燃烧室一活塞一上部缸壁一缸头底部一排气门，排气门需要继续 开启，而这种涵道副燃烧室的发动机结构的缸头顶部是平面的，开启的排气门
(被压下)将会发生与活塞相碰撞。为此内冷发动机的排气门及其气门座入图所 示向上升高，为排气门留出一定的行程空间。这个为排气门留出的行程空间，形 状类似一个几个毫米厚的锥台空间。细节见图7。这种排气门座向上收縮的优点是 在活塞位于上止点时，排气门压下打开以便于气体的流出，不回发生排气门与活 塞相撞。
为了良好地将燃烧室内的气体压縮到副燃烧室，压縮时活塞与缸头之间的间 距越小越好，那么平顶的活塞顶部与平顶的缸头底部最具有优势。如果不采用排 气门座向上收縮的方法，将减少排气与进气相与所在的曲轴旋转角度。
发动机采用内冷技术，提高了换气效率，进一步降低了燃烧室的温度，尤 其是对活塞的降温是以往难以实现的，有利于发动机的品质、性能的提高。
图示说明 图1侧视图 图2俯视图
图3内冷发动机模型图 图3a 配气角度 图3b 配气角度
图4a进气增压风机正视示意图
图4b进气排气过程示意图
图5a涵道副燃烧室压縮时气体走向示意图
图5b涵道副燃烧室进气时气体走向示意图
图6可调自动风阀
图7进气门座示意图，上为侧视图，下为底视图 图中号码说明
1，汽缸壁
2，活塞
3，曲轴
4，连杆
5,副燃烧室
6，主燃烧室
7，进气管
8'排气管
9，进气门
10，排气门
11，凸轮轴
12，进气凸头
13，排气凸头
14，火花塞
15，进气方向
16，排气方向
17，凸轮轴齿盘
18，涵道通道
19,涵道通道口
20，机械增压机进气口
21，增压风机叶轮扇叶
22，增压风机叶轮
23，机械增压机出气口
24，排气口及其气门座 25，燃烧室底部 31，空气滤清器 32，电动风机
33，曲轴上增压风机进气口前风阀
34，曲轴上增压风机
35，曲轴上增压风机的出风口
36，储气罐调整阀
37，储气罐
38，排气消音器
39，增压风机反馈风压给进气道调整风阀的反馈管
41,压力调整螺丝
42，螺丝固定口
43，弹簧
44，通气孔
45，主通气道
46，阻风板
47，压力调整器与主风阀转盘连杆 48，主风阀
49，固定在风阀上转轴的转盘 50，风阀上的转轴 51，输出反馈的风压e
权利要求
1，一种发动机冷却的方法及其装置，它是使用气门和凸轮配气的活塞式增压发动机，通过采用上置单凸轮无摇臂驱动气门的涵道副燃烧室发动机，在进气前期将空气指向性地通过副燃烧室向主燃烧室增压进气，气流在排气后期将燃烧室的废气排挤出燃烧室，同时对燃烧室内起到降温作用。
2，根据权利要求l，其气门分别采用了设置在涵道副燃烧室和排气门座向 上收縮的方法，以便活塞在上止点时能够继续进行压入空气和排出的连续流动。
全文摘要
本发明涉及使用气门和凸轮配气的活塞式增压发动机，其特征是通过采用上置单凸轮无摇臂驱动气门的涵道副燃烧室发动机指向性地向主燃烧室增压进气，进气前期为不含有燃料的纯空气，进气气流依次盘旋流向活塞顶部、缸壁、缸头底部，使其盘旋堆积后将废气排挤出燃烧室，同时使活塞顶部、缸壁、缸头底部等温度降低。它与风冷、水冷的在燃烧室外侧的冷却方式的区别是直接在燃烧室内侧对缸头底部、活塞顶部等直接用新鲜空气进行吹过降温，实现了活塞的降温，且大幅度提高了排气效率，利于提高发动机的品质性能。
文档编号F02B25/02GK101178024SQ20061011437
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月8日 优先权日2006年11月8日
发明者王治平 申请人:王治平