专利名称：自控换气两行程内燃机的制作方法
技术领域：
本发明属于内燃机工程领域，是对两行程内燃机的进一步改进。
两行程内燃机，一般用于摩托车及一些小型机械上作用力使用。为什么大型机械不使用两行程内燃机呢？因为两行程机比四行程机耗油率高40%左右，这就严重地影响了两行程机的广泛使用，同时存在着排气污染严重、容易胀缸、起动性不良、滑润不良等问题。
我在专利号为931113466、名称为调容储能两行程发动机的专利中，已提到了调容碰气壁结构，由于碰气壁是直角形的，试制结果，只能解决好换气中损失燃料的百分之五十，同时还有个排气门控制结构复杂的问题。
我们现在设计并试制成功了一种可自控换气、有效内冷的两行程内燃机，它可消除换气中燃料损失的百分之九十，并把两行程机的压缩比，从原来的一比七提高到了一比九点五使用。这样就很好的改善了燃烧性及起动性，解决了严重的排放黑烟及胀缸积炭问题。
具体改进结构为在原两行程机的基础上，把活塞顶端靠近气口的位置，开的主副进气碰气壁，改为先直角后斜坡的形状，使开始打开进气口进入缸腔的气流，遇到碰气壁后直转向上运动，这样既可扫清靠近气口方面缸腔内的废气，又可使新鲜混合气冲向缸腔的顶部，把废气撵向下部。在开设碰气壁时，主进气口的碰气壁，比左右两个副碰气壁，开的要高一个毫米，并把缸上的主进气口开的比副进气口低一个毫米，这样就可形成两个副进气口先打开，主进气口随后打开的时序，让副进气口进来的气流，先到达缸腔的顶部，两气流一碰头，就会形成从缸顶中央扩散性的增压结果，主进气流随后到达时，又会被扩散气流阻挡，使它不可能形成沿着排气口一角的缸壁向下冲去的不良后果。这就防止了进气前期新鲜混合气反冲入排气道中的燃料损失，并不可能在缸腔顶部留下废气。
可是原换气结构还存在一个进气后期新鲜混盒气穿入排气道的燃料损失问题。从换气的全过程来讲，高压燃气在膨胀作功的行程中，燃气就开始有了向下的惯性运动流，当膨胀到后期，开始打开了排气口后，是依靠内压进行排气的。这时气体从上向着排气口方向有了很大的惯性运动速度，于是形成了缸腔上部大大低于排气口附近的压力的结果。到进气门打开后，由于进气道的方向是向上的，进气口的方向是平行的，所以气流方向既不会是向上的，也不可能是平行的，而会是介于垂直与平行之间。但从缸腔内的内压关系来讲，由于上压低，下部压力高，所以又会影响进气流向上倾，而从废气流的方向来讲，又是向下指向排气口的，所以又会影响初进气流向平行倾。综合因素会使初进气流基本向上而倾向平行二十度的方向冲去。设制碰气壁的作用，就是使开始的进气流直上，把原有留在这二十度进气流背后的废气扫清，使副进气口进入缸腔顶的气流形成从顶部增压的后果，防止主进气口进入的气流反冲到排气口去。到了进气的中期，排气的惯性流动力，也逐渐降低到了很小的情况，这时排气也依靠进气形成的压力。而由于进气前期使缸腔上部的压力已与下部形成了基本平衡，进气压力也已降低，再加上进气口的不断开大，碰气壁的效应变得很低了，所以进气流方向也逐渐扫向平行方向。这就正好扫着废气到缸腔的下方。到了进气的后期，排气完全靠进气的压力了，这时进气流方向逐渐已变为平行，所以这时的排气中，会有大量的新鲜混合气被排到废气管中。特别是由两个副进气口进入缸内的气，由于离排气口很近，所以后期会有很多的进气流流入排气道中的。为解决这一问题，一方面我们把打开进气口的转角推后。适当缩短进气时间。这样就可以使进气流来不及转到平行方向，就停止进气，减少进气流进入排气道的机会。但是进气口打开推迟过大，又会形成扫气不清及充气减少的不良后果，所以只能适当推迟。我们又设制了在进气后期，可关闭两副进气口的结构，把两副进气口通向曲轴箱的通道下半部堵死，改进气通道口到活塞腔上部来。也就是把活塞腔靠副进气口的那面壁上，开设通气口，使曲轴箱内的新鲜混合气，在活塞下行到进气口打开转角时，从这个新设的口进入缸腔内，随着活塞的下行，到了进气的后期，这个进气孔又会逐渐自动关闭，这就可大大削除后期的进气流，进入排气道中了。
新结构改变了进气道后还有另外三大好处，第一是由于我们在活塞腔上部对着主副进气道都开设了进气口，使进气流中的80%的气体都从这里经过，这样对活塞的内冷起到了特大的效果。第二由于新鲜混合气从这里的进气口通过，使得每循环的混合气可由原来在曲轴箱内停留一个循环时间，变为停留两个循环时间，这就可使燃料达到更好的气化后果。第三是带有润滑油的新鲜混合气，可通过活塞的上下运行，从新开设的进气口对缸壁进行很好的润滑。
活塞开始上行时，两行程机有二次排气的性能。二次排气实质上就是活塞上行在压缩气体及关闭进排气门时。在这一过程中，被压缩的气体会从排气口流出，形成二次排气，直到进排气门完全关闭为止。在二次排气中，更会有大量的燃气被排出缸外。为解决这一问题，我们设制了尾气回收机构。因为尾气存在于排气管中，接近排气口的部位。情况是越靠近排气口，含新鲜混合气越浓。所以我们把活塞的下部开设了两个缺口，使它在上行吸气到快要结束时，接通排气口，把排气道中含有大量可燃混合气回收回来参与燃烧。在原两副进气道的位置，新结构又设了两个调容螺塞，可调节曲轴箱内的容积，使其形成的进气预压力适合换气时综合参数形成的不同进气压要求。我们把调容螺塞调出来，容积就增大，相应的进气预压力就降低。我们把调容螺塞紧进去，容积就缩小，相应的进气预压力就会增高。曲轴箱内的预压力高低，在扫气中起着很重要的作用，我们设了这两个调压螺塞后，既可调节在制造过程中有关参数的加工误差形成的不良影响，又可调节在使用过程中出现的误差形成的不良影响。
这里我们再结合说明书附图
作进一步的说明。附图一二三四是原结构换气时的气体流动示意图。图五六七八是改造后新结构换气时的气体流动示意图及改造特征。新旧结构都是由缸体1、缸盖2、活塞6、曲轴箱7、曲轴箱内的进气门8构成的。新结构只增加了两个调容螺塞12。两个调容罗塞孔盖11。新结构主要是在零件形状上作了很多改变，活塞头靠三个进气口的边处开了三个碰气壁如13。又在活塞的周围靠副进气口的方向开设了两个导气口如17。在向主进气口的方向开设了导气口15。在活塞的下部靠排气口的方向又设了回收气口18。在缸体的主进气口下面又开设了导气口14。在副进气口下又开设了导气口16。图中实箭头3，代表进气流方向，其箭头密度代表气体在各部位的即时密度。空箭头10，代表废气流动方向及即时密度。9指的是排气口及排气道。5指的是主进气道及进气口。4指的是两个副进气道及进气口。
首先看一至四说明书附图。图(一)是原结构排气口打开后，依靠缸腔内压排放废气后期，而进气口初打开后的换气情况图。以进气箭头(3)所指进气流方向及气流密度来看，气流因受进气口方向的影响，不是直向上方的，这就会使三个进气口的进气流背后，靠缸壁的一面存留如图中所示的不少废气(空箭头所示)，这些存留废气因始终处于进气流的背后，所以不可能排入排气道中去了。结果是存留了废气，因废气占据了容积，而使进入缸腔的新鲜混合气少了存在的空间。随着进气门的不断扩大，缸腔顶部压力的不断增高，进气压力的不断降低，到了进气的中期，进气流方向就扫下，如图(二)所示。进气流方向已开始弯向排气口，有少量的新鲜混合气已混入排气道中去了。随着进气口的继续打开，到了进气的后期，排气就主要依靠进气压了，废气的惯性流动力已变得很低，所以进气流方向基本是对着排气口了，如图(三)所示，这时会有比例很大的新鲜混合气随着排气流进入排气道中去，特别是靠近排气口两副进气口进来的燃气，这时基本都流入排气道中去了。到了活塞开始上行压缩行程后，因压缩形成了二次排气如图(四)所示。这时排入排气道中的气体大多数是新鲜混合气。总合整个换气过程穿入排气道中的新鲜混合气占进气的百分至三十到四十。这就是两行程机比四行程机耗燃料率偏高百分至四十左右的根本原因。
图五六七八是改造后新结构的换气示意图。图中(13)为增设的碰气壁，如图(五)所示。由于主进气口及副进气口进入缸内的气流在开始打开进气口就碰到了碰气壁，所以气流方向就必然转为靠着缸壁直向上流。这就可消除了旧结构在靠缸壁处留下废气的不良后果。图五是刚打开进气口时前期进气图，剖面是以两副进气口剖视的，从图中的进气流实箭头的流动方向及分布情况可看到，进气流背后没有留下废气，两进气流到缸腔顶部后碰头后，就在缸腔中心的顶部形成扩散性增压。前面说明中我们已讲到，主进气口(5)是在副进气口(4)先打开的情况下才打开的，这就形成了副进气流先在缸的顶部形成扩散气流后，主进气流才可到达，结果主进气流在遇到扩散性气流后，也会变为扩散性气流，这就把所有的进气流都在缸腔顶部的中心转变成了扩散性气流，形成了理想的扫废气的前题条件。随着三个进气口的逐渐开大，进气流的方向也逐渐扫着向下转，但与原结构的扫气情况有了很大的不同情况。首先是扫气流后面没有留下废气，其次是扫气流是从上部增压的稳定情况下，向下压废气的，这就可减少两种气的乱流混合量。第三是更不会形成像原结构那样有新鲜气流沿着排气口一面的缸壁向下冲入排气道中的情况。到了进气的后期，才可能有少量的新鲜气混在排气道中来，如图(六)的实箭头所示。新鲜混合气所以不可能大量混入排气道中，除上面所讲的扫气流原因外，我们设制的副进气道在进气的后期已逐渐关闭也是个原因。如图(六)中所示开设在缸体副进气口下的导气口(16)，与开设在活塞上的导气口(17)已成为错位的关闭情况，副进气口这时已停止了进气，也就减少了流入排气道的损失。附图(七)是二次排气时的气体流动示意图，新结构在二次排气时会有一些新鲜混合气进入排气道的，这是因为两行程机是利用进气流去扫废气的，气流之间不可能不形成一点混杂存在，同时我们设计的多种有关换气参数也不可能绝对没有误差，再加上加工中的误差，都会形成少量的新鲜混合气进入排气道的后果，如果我们把进气压设计得低一些，进气口设计得小一些，都可减少新鲜混合气进入排气道，但是这样会减少充气量、降低功率的。为解决好尾气中混有新鲜混合气的问题，我们在活塞的下部对排气口的方向，又开设了一个废气回收口，如附图(八)中所示(18)，这是在活塞上行到上止点前，曲轴箱内吸气到快要完的时候，废气道就通过(18)这个口与曲轴箱接通了，于是存在于排道中含可燃混合气多的尾气被吸收回活塞腔内，进行再循环燃烧。另外我们又在原结构的副进气道位置(新结构不用了的气道位置)设了两个螺塞调容结构，如附图(五)中的(11)、(12)所指。利用这两个可调曲轴箱内容积的结构来调试合适的进气预压力，这就可消除各参数的设计误差及制造误差所形成的换气不良问题，同时在使用期间由积炭改变排气口参数后，也可以调高进气预压来调节换气到良好情况。
权利要求
1.本发明主要由缸体(1)、缸盖(2)、活塞(6)、曲轴箱(7)及连杆曲轴构成，其特征在于活塞顶部开了对着进气口的三个碰气壁(13)、活塞中部开了五个可对着进气口的导气口(11)、(15)。活塞下部又开设了可接通排气口的回收气口(18)、缸体上在进气口的下方开设了导气口(16)、(14)、进排气口由原来的铸造口改为机加工口，曲轴箱上增设了两个可调容螺塞(11)、(12)。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征是把碰气壁(13)的直角碰气壁的深度，由原来的四毫米，改为0.5-1.5毫米之间，其上部增设斜面碰气壁，其斜面碰气壁的斜度在二十五度到三十度之间，主进气口的斜面碰气壁比副进气口的斜面碰气壁位置高一毫米。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征是在活塞中部开设的五导气口，其中导气口(15)在活塞运行时可与缸体上开设的导气口(14)接通，(17)在活塞的运行中可与缸体上开设的导气口(16)接通，并在活塞继续下行到下死点时可关闭导气口。
4.根据权利要求1所述的结构及权利要求3所述，其特征是在缸体上开设的主导气口(14)比副导气口(16)位置低一毫米。
5.根据权利要求1所述结构，其特征在于又在曲轴箱上增设了两个调容螺塞(11)、(12)。
6.所有进气口与排气口，由原来的铸造公差要求，改为机加工及其机加工的公差要求。
7.根据权利要求1所述结构，其特征在于在活塞尾部，对着排气口的方位，开设了回收气口。
全文摘要
本发明自控换气两行程内燃机，是两行程内燃机的改造型。原两行程机存在耗油率高及排黑烟严重等问题。因而没有广泛使用开来。本发明的这种两行程内燃机，通过设制碰气壁，导气口、回收气口，调容螺塞及结构参数的改变，使它的耗油率相似于四行程机了，起动性、积炭，胀缸，内冷，润滑，气化性这八项，试制样机结果都优于日产两行程机，两行程机结构简单，体积小，重量轻，价格低，易维修，在高转速的情况下，两行程机没有四行程机气门结构的不适应弱点。
文档编号F02B75/02GK1112984SQ9411412
公开日1995年12月6日 申请日期1994年10月18日 优先权日1994年10月18日
发明者郭正礼 申请人:郭正礼