内燃机的制作方法

专利名称：内燃机的制作方法
技术领域：
本发明是关于内燃机的发明。
内燃机主要有两种类型，一般指往复活塞式发动机和旋转式发动机。往复活塞发动机通常由一个或若干个缸体组成，每个缸体中都装有活塞，活塞的横截面为圆形。每个活塞经连杆与曲轴的曲柄连结。活塞的往复运动是由缸内气体燃烧作用在活塞上的压力所致，活塞的往复运动经曲轴转化为旋转运动。
往复活塞式内燃机也分两种主要类型，即轻油/燃气发动机和重油发动机，轻油发动机指从石油中提炼出的易挥发燃料，如汽油或燃气，在发动机燃烧室中与气体混和，压缩，电子打火。这种类型的发动机就是通常所指的电火花式发动机。
重油发动机一般利用不挥发燃料和在燃烧室中加压后的空气，在燃烧室中注入燃料并且压缩气体的温度足以点燃烧料，这种类型的发动机就是通常所指的压燃式发动机。
这两种发动机的每一种又进一步分为四冲程和两冲程发动机。虽然本发明是关于一种两冲程的轻油发动机，但其结构原理可以应用在上述任何一种发动机上。
尽管两冲程电打火发动机在不断发展，但仍有某些缺点，如耗油过大。这是因为这种发动机需要是汽化之前，使油润滑与汽油混和起来；或者为了向发动机的运动部分提供足够的润滑作用，需要从吸气口直接注入润滑油。由于汽油和润滑油混和物中仅有一小部分润滑油作用在发动机需要润滑的位置，因此，为了保证足够的润滑作用，需在汽油中掺入大量的比需要量多的润滑油，结果两冲程发动机很容易排出过量的污染烟雾。
另一个由通常的结构产生的缺点是，在发动机的缸壁上设置进出口，利用它来将气体吸进和排出缸体，进出口随活塞的往复运动依次打开和关闭。为获得足够的气体流量，进出口有必要稍稍大些，这将引起活塞环和活塞环下面的活塞裙的过度磨损。
另一缺点是缸体气体进出口的设置很难作出获得最佳燃烧的最优结构的选择。
还有一缺点是，为获得满意的燃烧气体的换气，不得不这样设置气体进入口和排出口的位置，以致于大部分输入燃料和排出燃烧气体混和在一起，这样导致发动机效率低下。
发明的目的是提供一种活塞式发动机的新设计，它能使上述缺点减小到最低程度，或者至少向公众提供一种有用的选择。
本发明的一种结构形式包括一具有发动机缸体的内燃机，缸体包括一燃烧室，一增压室和一活塞。活塞在发动机缸体中被迫绕中心轴作旋转摆动。
上述活塞具有第一圆弧形密封面和第二圆弧形密封面，第二圆弧形密封面沿径向偏离第一圆弧形密封面，两面按预先设定的圆周路径绕中心轴运动，活塞还有一底板，底板在第一、二圆弧形密封面之间沿径向延伸。
燃烧室有四个壁，四壁中的其中两个相对，并与活塞能密封的相应壁形成相对的壁。燃烧室的第三壁是圆弧形面，形成为绕枢轴旋转的圆周轨迹，它与活塞第一圆弧形密封面可密封的壁相对。燃烧室的第四壁由第二圆弧形密封面形成；第二圆弧形密封面将燃烧室和加压室隔离开。
在一种改进型中，活塞可以包括一第二输送通道，该输送通道设置在活塞上。当活塞摆到燃烧室中预定的位置上时，用来连通吸气室和燃烧室。
在另一种改进型中，发动机可以包括一个或数个提升阀，用以从燃烧室中排出燃烧气。
在另一种改进型中，发动机可以包括一提升阀，用来输入新鲜燃料和排出燃烧气。
在另一种改进型中，加压室可以利用活塞在加压室中的摆动与吸气室和或燃烧室连通，加压室将气体交替地从加压室中吸入和排出。排出的气体可以从加压室中导入吸气室和或燃烧室。
本发明理想的实施形式将借助于附图进行描述。


图1是发动机的截面局部轮廓图，表示活塞下死点位置。
图2与图1表示的类似，但表示活塞在上死点的位置。
图3是指与图1、图2相应的活塞结构侧视局部轮廓图。
图4是发动机在上死点位置时的轮廓图。
图5是发动机打火后排气口打开时的轮廓图。
图6是发动机在下死点已燃气排出位置时的轮廓图。
图7是发动机在上死点之前排出口关闭时的轮廓图。
图8是依靠提升阀控制燃烧气体的排气状态时的轮廓图。
在描述本发明的最优实施例中，本发明将参考下述内燃机，它是一两冲程的电火花发动机，在它的燃烧室的室壁上分布有进气排气口。从下文的描述中能够看到，虽然这是一种最优构造，但另一方面运用本发明的活塞结构的发动机不仅是压燃式发动机，还可以是电火花式发动机。从图中能够看到，活塞10装有相应的活塞销11，该销与连杆12的一端连结，连杆12的另一端铰接到曲轴的曲柄上，曲轴支撑在曲轴箱14中，曲轴箱14构成发动机箱体的一部分。可拆卸盖23用螺钉24固定在箱体21上，螺钉24拧进箱体21里。燃烧室20包括有一半球状或其它形状的空腔22，空腔22作在可卸盖23里，并且安装有打火机构，如26所指的火花塞。
吸气口31可以装配一针阀或其它相当的阀门32。吸气口31从化油器(图中未注明)向吸气室30输送燃料/空气混和物，吸气室构成发动机箱体21的曲轴箱内部的一部分，吸气口31可以有如内螺纹那样的适当的连结手段，来接收和固定进气管套34，以便允许空气/燃料混和物进入吸气室30，吸气室还包括一条第1输送管道36，它是沟通吸气室30和燃烧室20的通道。输送管道36终止于燃烧室20室壁上的输送口37。当活塞没有封住输送口37时，加压的空气/燃料混和物从吸气室30进入燃烧室20，这些将在下文进一步描述。
如图3所示，活塞具有第一和第二圆弧形密封面41和42，第二面与第一面沿径向偏离。两密封41和42都形成为绕一共同的中心轴60作圆周运动的轨迹。第一密封面41有一条密封槽43来安装密封装置(图中没有表示)，为的是在活塞运动过程中，第一圆弧形密封面41能抵着燃烧室20相应的圆弧形壁51密封气体。通过安装在槽54上的密封装置，第二圆弧密封面42边能抵着加压室53的圆弧形壁52密封气体，槽54形成于壁52上。活塞还有一底板44，底板44在圆弧形密封面41和42之间延伸。在优选实施中，底板形成为一表面，处于活塞中心轴60的径向位置。如图中所示，底板44作成一平面，但底板也可以是凸面、凹面或其它所需要的合适的形状。虽然底板44的面最好处在中心轴60径面线上，但另一方面底板44的面也可以位于与半径成一角度的线上。
活塞10通过枢轴60被迫在燃烧室10中作的摆动运动，所述的枢轴60包括一个和枢轴销61相连的轴承，而该枢轴销位于上述气缸室的壁上，该壁形成为箱体21的一部分。枢轴60可以包括支承于活塞轴线上的密封装置，如密封垫(未图示)，这样，在活塞10的摆动过程中，吸气室30和加压室被密封分隔开。其它的装置密封可以使用如先有技术中的用于密封两室之间的装置。其中一个方法如位于枢轴60端部的摩擦环。除在弧形表面和枢轴处的密封装置或在枢轴附近的密封装置外，在活塞侧和与活塞侧相邻的燃烧室壁之间设置先有技术中的适当的摩擦密封装置(scraping sealmeans)。
弧形表面41和42各自具有距枢轴中心60为一定的半径尺寸。在活塞10位于图1所示的下死点中心位置时，输送口37向燃烧室20打开，这样，压缩燃料/空气混合物可通过吸气室30进入燃烧室20。图4表示发动机处于上死点位置，此时压缩燃料/空气混合物的点火刚刚发生。在该位置，针阀32仍处于打开状态，且吸气室30中充满新鲜的(未燃)气体，吸气室30由活塞表面41和排气口密封分开。由燃烧产生的力将作用于活塞并驱动它运动，连杆向下运动，以使曲柄沿图中箭头所示的反时针方向旋转。
图5表示在上死点后处于大致95°时的状态，在该阶段，排气口5开始打开，吸气室30中的未燃气体开始被压缩。针阀32关闭。
图6表示内燃机处于下死点位置。在该阶段，已燃气体被排出到排出端口65、并通过排出口66。未燃气体通过一次输送管36和输送口37充入燃烧室20。针阀32仍处于关闭状态。
图7表示压缩冲程，在此过程中，处于燃烧室的未燃气体被压缩，且该燃烧室被换气。输送口和吸气室之间被关闭，该吸气室开始通过打开的针阀32从吸气口31吸入新鲜的未燃气体。在此循环中，通过设定输送口和排出孔的位置可以实现排出气体的适宜换气。
从图中可以看出，活塞最好包括一个形成于活塞体内的附加输送口。一个理想形式的端口是第二输送通道68，它向着吸气室30在活塞的曲柄侧开口。第二输送通道68在活塞的第二密封弧形表面42上形成输送口69(见图3)。在活塞接近下死点(图1)时，第二输送口69和通道68将连通吸气室30和燃烧室20。这种双重的向燃烧室吸气有助于在燃烧室中形成空气/油的涡旋效果。在先有技术中，气口的形式是需要使输送口倾斜一个角度，但在本发明中，由于未燃气体直接流入燃烧室20，所以实现了燃烧室20的最优充气。此外，由于未燃气体同时通过位于对角上相对的输送口输入气体，新鲜的未燃气体为充满燃烧室而移动的距离被降到最小，所以控制该距离和气体的流动方向将有助于在燃烧室中保持纯净未燃气体。
从图中还可以看出，在燃烧室的径向外壁51上的排出口的位置形成了很大的换气区域，所以，在输送口打开之前，可以取得最优的排出效果。所以，和具有较宽的端口壁(进气/排气口壁)的燃烧室相结合，可以取得对有效端口的显著改进。
由于排气口65的简单特性，故可以对排出口配置有效的、可变的正时机构。
内燃机还包括一个室53，该室53是通过和第二密封表面42呈密封接触的壁52形成的，该室的其余部分是由相应的壁和包括端口57的前壁56形成的。从图中可以看出，在本发明较理想的结构中，加压室的壁52形成为这样的形状即沿枢轴61旋转的轨迹。在活塞的摆动过程中，周围的气体将由端口57吸入或排出该室53，室53和端口57通过通路55将其端口和针阀32上游的吸气口31相连，可用作加压室。在活塞的往复运动中，气/油混合气体可以被吸入加压室并通过孔57排至吸气口31。虽然根据需要加压室可以用作或着不用作这种方式，如上所述的使活塞以上述方式工作的加压室的结构应该是这样的。如果加压室不和吸气口31相连，就需要设置一种装置以使进入燃烧室的杂质最少。这种装置对本技术领域的普通的技术人员是显而易见的。
在这种加压室的改进型中，壁52不呈绕枢轴51的圆周轨迹。在这种改进型中，密封装置不形成于弧形密封表面42，取而代之的是在加压室中形成一相应的直线性密封垫，以和活塞弧形表面42形成密封。很显然，这种密封依赖于线性密封的位置和特殊的需要，该活塞不包括第二输入通道。
加压室的运行将参照图4-7进行说明。在图4中，加压室53中的未燃气体通过通道55被出，并通过打开的针阀32进入吸气室30，并且点火刚刚发生。如图5所示，由于燃烧过程，活塞被迫向下移动，针阀32关闭，由于通道55和吸气口31相连通，未燃气体充满加压室53。在内燃机旋转到图6所示的下死点时，加压室将继续充填未燃烧的气体，此气体包括来自化油器的空气/汽油混合物。在内燃机通过图7所示的下死点时，吸气室处于负压状态，从而使针阀打开，汽油/空气的混合物将开始从吸气口31流入吸气室。同时，加压室53中的气体将通过通道55排出，并且将增大来自气化器的气流，通过打开的针阀进入吸气室30。
这种增大气流作用将使化油器提高效率，这是由于因加压室不同相作用，可以得到比在此之前更平稳的通过化油器的气流。
这种内燃机的优点在于，因为活塞是被枢支的，故由活塞加于室壁上的推力载荷被降低到最小。此外，由作用于一定角度上的连杆上而引起的作用于活塞枢轴上的载荷被作用于包括燃烧室的径向内壁的活塞的一部分抵消。还有，因不设接受活塞的室壁，和先有技术相比减少了需润滑的范围。轴承和密封可以直接被计量润滑，从而与先有技术的二冲程内燃机相比可以大幅度减少润滑油量。
由于没有活塞裙部以及由于活塞的多重功能，可以取得活塞的适度冷却，并且，横穿活塞下部凸起区域部分的未燃气体的流动和活塞输送口将增加活塞达到过热前的活塞的潜在的功率。
特别是在使用室53作为加压室时，因加压室和吸气室30工作相反，故可以加速吸气室30的充填过程，这样，在针阀上的推-拉效果将保证吸气室吸入最大量的气体。
本发明的另一优点是，由活塞销的圆周运动产生的径向轨迹产生了较理想的曲柄旋转方向，该旋转方向使得活塞具有最优的加速特性和机械扭矩，并且在作功行程最初阶段驱动曲柄。再者，在活塞打开排气孔时，曲柄销的径向轨迹使曲柄销相对于上死点和下死点产生偏离，这在排气口的时序上产生了“早开，早关”的效果，而在上死点和下死点之间仍然保持180°的间隔。和输送口关闭以及排气口关闭相比，这种效果扩展至在排气口打开和输送口打开之间的定时性能。
本发明的另外一个优点是，吸气室30比燃烧室20具有更大的换气区域，这将利于未燃气体的输送及优化燃烧室的充气过程，尤其是内燃机高速运转时更是如此。
在上述的说明中，内燃机的结构侧重了二冲程火花塞式内燃机，该内燃机具有形成于室壁上的排出口以及活塞上和形成于室壁上的排出口相连的输送口，但这仅是本发明最佳的一个实施例。如图8所示，内燃机可以包括一个提升阀或阀60，此阀和排气口61相连，以用于控制燃烧气体在二冲程点火或火花点火式内燃机中的排出。在这种结构中，吸气口62形成于燃烧室64的室壁上，且通过相应的通道和汽油/空气混合物源相连。该燃烧室64也具有和汽油/空气源相连的通道66，所述的气源可以和吸气口62的气源相同或不同。上述的空气/汽油可以正常的被吸入或通过公知的压缩机压入上述室中。
在另一个实施形式中，燃烧室上的吸气口和活塞上的吸气口可省略，而使用公知的进气和排气提升阀结构。在这种形式中，形成裙部41(图8)的弧形密封表面41可以被省略或大幅度降低其尺寸。可以预见，任何一种实施方式作为压燃式内燃机都会取得令人满意的工作性能。
通过上述描述，任何本领域的普通技术人员都会理解本发明的原理及实质。但本发明绝不仅限于上述的实施例。只要不超发明的权利要求范围，都属于本发明保护的内容。
权利要求
1.一种内燃机，具有内燃机缸体，缸体包括一个燃烧室，一加压室和一个活塞，所述活塞被迫在缸体中作绕枢轴的摆动运动，其中，上述活塞具有第一圆弧密封表面和偏离第一圆弧密封表面的第二圆弧密封表面，上述两表面具有绕上述枢轴的网周表面，所述活塞还具有一个位于上述第一和第二弧形密封表面之间的沿径向延伸的底板，上述燃烧室具有四个壁，其中两个相对并形成和活塞密封侧相对的壁，燃烧室的第三壁具有圆弧形状，并形成为绕上述枢轴的圆周轨迹，该第三壁由上述第一圆弧密封表面密封，上述的燃烧室的第四壁由活塞的第二圆弧密封表面形成，其中，上述活塞的第二圆弧密封表面将燃烧室和加压室密封分隔开。
2.如权利要求1的内燃机，其中，在燃烧室壁上形成一个吸气口和一个排气口，上述吸气口通过输送通道和活塞下面的吸气室相连，并具有吸气室充添油/空气混合物的装置，上述排气口和排气管口相连。
3.如权利要求2所述的内燃机，其中，上述的吸气室位于活塞2的下部，在上述吸气口由活塞打开时，由第一输送通路和燃烧室连通。
4.如权利要求2的内燃机，其中，在排气口活塞打开时，位于燃烧室壁上的排气口和燃烧室相连。
5.如权利要求3的所述的内燃机，其中，当活塞在燃烧室中摆动一个预定的位置时，形成于活塞中的第二输送通路将上述吸气室和燃烧室连通。
6.如权利要求1所述的内燃机，其中，在上述第一圆弧密封表面形成有一个密封槽，用于固定封闭，以在它和上述的燃烧室壁之间形成密封。
7.如权利要求1的内燃机，其中，上述加压室包括一个壁，该壁具有在和上述第二圆弧密封面之间形成密封的装置。
8.一种内燃机，具有内燃机缸体，缸体包括一个燃烧室，一加压室和一个活塞，所述活塞被迫在缸体中作绕枢轴的摆动运动，其中，上述活塞具有第一圆弧密封表面和偏离第一圆弧密封表面的第二圆弧密封表面，上述两表面具有绕上述枢轴的圆周表面，所述活塞还具有一个位于上述第一和第二弧形密封表面之间的沿径向延伸的底板，上述燃烧室具有四个壁，其中两个相对并形成和活塞密封侧相对的壁，燃烧室的第三壁具有圆弧形状，并形成为绕上述枢轴的圆周轨迹，该第三壁由上述第一圆弧密封表面密封，上述的燃烧室的第四壁由活塞的第二圆弧密封表面形成，其中，上述活塞的第二圆弧密封表面将燃烧室和加压室密封分隔开。并且，在活塞达到一个在燃烧室的预定位置时，燃烧室上的一个口被打开，第一输送通道将位于活塞下面的吸气室和燃烧室连通，以使空气/油的混合物从吸气室进入燃烧室，当活塞在燃烧室达到一个预定位置时，位于燃烧室壁上的排气孔被活塞打开，以使燃烧过的气体从燃烧室排出。
9.如权利1所述的内燃机，上述加压室包括一个圆弧壁面，该壁是绕上述枢轴旋转形成的圆弧轨迹，上述壁面包括一个密封上述活塞的第二圆弧密封表面的装置。
10.如权利要求1所述内燃机，其中，包括一个将油/空气混合物通过一个提升阀输送到燃烧室的吸气口。
11.如权利要求1所述的内燃机，其中，包括一个排气口，该排出口通过提升阀将排气管口和燃烧室连通。
12.如权利要求1所述的内燃机，其中，上述加压室通过一个通道和吸气口连通，该吸气口和位于活塞下面的吸气室相连通。
13.如权利要求12所述的内燃机，其中，针阀控制上述吸气口和吸气室的连通。
全文摘要
一种内燃机，活塞(10)绕一个枢轴(60)摆动，活塞(10)的远离枢轴(60)的一端和连杆(12)相连的驱动连杆，活塞具有第一圆弧密封表面(41)和径向偏离第一圆弧表面(41)的第二圆弧表面(42)。上述的第一、二圆弧表面由底板(44)相连，第一圆弧密封表面密封燃烧室(20)的相应圆弧壁面(52)。而形成为燃烧室(20)的一个壁面的第二圆弧密封表面(42)则密封加压室(53)的一个壁面(52)。该内燃机可以是压燃式或火花塞式，可以是二冲程也可以是四冲程。
文档编号F02B3/00GK1131452SQ94193418
公开日1996年9月18日 申请日期1994年9月16日 优先权日1993年9月16日
发明者保罗·迈克拉赫兰 申请人:枢轴转动工程技术有限公司