专利名称：一种二冲程增压汽油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二冲程汽油发动机，特别是涉及一种结构精巧但功效较大、经济可靠的二冲程增压汽油发动机。
在现有技术中，二冲程汽油发动机由气缸体、曲轴箱、气缸盖、活塞、曲柄连杆机构、气门组、点火系和化油器等组成，其活塞是圆柱体形，用连杆推动曲轴旋转，气门组包括进气孔、排气孔和扫气孔，它们分别由活塞在行动中来控制定时启闭。发生的两个冲程是第一冲程即辅助冲程，活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸内的工作混合气被压缩，而新的可燃混合气又自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内；第二冲程即作功冲程，活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压。其不足之处是(1)功率难以进一步提高，因为它的气缸是对称换气，进气、排气是同时进行，排气时间略长，既使废气不易排净，又使新气损失较大，导致其容积效率很低，燃烧效率不高，耗油量也较大，经济性比四冲程机差，因此二冲程汽油机一般只用在小型动力上，如机锯、割草机、摩托车和小汽艇等。(2)二冲程机在结构上的特点很难使其体积在功率不变的情况下进一步缩小，尽管它是汽油发动机中结构最为紧凑轻巧的机型，但它们仍是比较复杂，因为发动机需由许多机构和系统组成，如曲柄连杆机构，配气与排气系统、燃料供给系统、点火系统等，且其主要的零部件也往往结构复杂，加工难度较大，如形状不规则的气缸体、精度要求极高的气缸和活塞、以及曲柄与连杆等。如果设置增压器或增加缸数，更会增加气缸体的复杂程度，并大大增加整机的体积。
一般为提高发动机的功率，常采用多缸或增压的方式，特别是增压方式需要配套适当的增压器，通过增压器预压进入内燃机中的空气或混合气，以提高其重度，增加喷油量，从而达到多烧燃料，提高功率的目的增压器有机械式增压、废气涡轮增压及复合式增压等多种，结构较复杂，因此多应用于中等功率以上的四冲程机上，事实上，带连杆牵引、等容加热循环的汽油发动机，根本无法推行增压配气方式，更不可能推行容积增压方式。
本发明的目的就是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种结构既精巧，工艺性好，但功率又能明显提高的二冲程增压汽油发动机。
本发明的目的可以通过以的技术措施来实现本发明由机体、气缸盖、主轴箱、气缸、活塞、曲轴、进气孔、排气孔、扫气孔、点火系和化油器组成，其基本构成与现有技术基本相同，但省略连杆机构，故也没有曲轴箱，同样采用奥托循环原理，但结构上与现有技术截然不同，其特征在于(1)利用活动方型机件，包括气缸、活塞，与固定的方形机体组成容积变化，实现工作循环。其中机体2是一个带矩形通孔、轴线水平的空心柱体(参见图2)，该矩形通孔的两端分别由气缸盖1和主轴箱3封闭形成一矩形空腔，气缸4a则是由一个与机体2分离的独立零件—气缸滑块4的矩形通孔与气缸盖1和主轴箱壁3共同围成，气缸滑块4装在所述的机体2的矩形空腔中，以空腔的上下两平行端面为滑道，气缸滑块4为滑块构成滑轨滑块机构，气缸滑块4可在气缸体之空腔内左右移动，并能在机体的矩形空腔中形成左右两个容积不断变化的腔室2a；可以利用至少1个腔室作增压气室为气缸配气，气缸内的活塞7也是立方体形，可在气缸内上下移动，并可形成一个或两个气缸，因此本发明不但能制成单缸发动机，还可以制成双缸发动机，体积不变，只需增加一套配气及排气系即可；(2)(参见
图1)曲轴与输出轴同为一体，输出轴5即为曲轴的中心轴部分，它位于主轴箱3内，其轴心线与机体空腔2b的轴心线重合，曲轴的偏心端5a装在活塞7的中心；(3)(参见图1、3)气缸内的排气孔11、扫气孔10以及增压气室2a的送气孔12设置在气缸盖1上的适当位置，增压气室2a的进气孔13则与化油器14之间设置阀门机构。
本发明可以将活塞作增压气室2a的进气孔13与化油器14之间的阀门机构。(参见图4)活塞7内设气室7a，该气室7a一端开口，利用主轴箱壁封闭，该箱壁上开有与主轴箱3连通的气孔3a，无论活塞移动在任何位置，该气孔3a均与活塞内的气室7a连通，从化油器14出来的混合工作气A先进入主轴箱内，再通过气孔3a进入活塞内的气室7a中，当活塞侧壁上的送气孔7b与气缸滑块侧壁上的进气孔13接通时，增压气室2a即开始进入新气A，直至送气孔7b与进气孔13错位—进气孔关闭为止。
本发明利用气缸滑块4与机体空腔、活塞7与气缸4a组成容积变化来实现工作循环，以单缸增压发动机为例(参见图6)，简述本发明的工作循环首先，从化油器14出来的混合气体A由主轴箱3进入活塞7中，当进气孔13开启时，混合气进入增压气室2a，其中图6-a～图6-d所示为第一冲程——辅助冲程，图6-e～图6-h所示属第二冲程——作功冲程。
图6-a；此时活塞7处于下止点，排气孔11开启最大，扫气孔10刚刚开启一点，左边的增压气室2a中的新气A开始进入工作气缸进行扫气过程，由于增压气室2a中已对新气进行预压，而气缸4a内又已先行排气，故二者存在着明显的压差，气缸迅速吸入新气，排出废气8。与此同时，气缸滑块4正处在机体空腔的中间位置，它已对左边的增压气室2a中的新气进行了预压，进气孔13关闭着。
图6-b；此时活塞7已开始从下止点向上移动，曲轴5顺时针旋转至下止点后45°的位置，排气孔11即将被活塞7关闭，扫气孔10仍然开启继续进新气；而气缸滑块4因曲轴的转动继续向左移动，使增压气室2a继续缩小，有助于将新气送入气缸内。
图6-c此时气缸滑块4平移至机体空腔的最左端，增压气室2a的新气全部送入气缸4a内，活塞7则继续上移，使曲轴位于下止点后90°，已关闭扫气孔10，活塞7正对混合气进行压缩。另外活塞送气与气缸滑块上的进气孔13开始接通。
图6-d，活塞7继续上移，使曲轴转至下止点后135°，对混合气加压到晚期，气缸滑块4已由曲轴带动开始向左移动，增压气室进气孔13开启，因增压气室2a与活塞气室7a之间存在压差，故活塞气室的混合气被吸入增压气室，而增压气室将随着气缸滑块右移而逐渐增大，并不断进气。
图6-e活塞7移至上止点，火花塞15发出电火花，点燃被压缩的混合气；此时，气缸滑块4正处于机体空腔中间位置，进气孔开启最大，左边增压气室继续增大进入新气。
图6-f燃烧后的高温高压气体膨胀迫使活塞7向下移动作功，使曲轴顺时针转至上止点后45°，气缸滑块4仍向左移动，左增压气室2a越来越大，持续进气。
图6-g气缸滑块4移至机体空腔的最左端，增压气室2a为最大容积，进气孔13刚刚关闭，进气过程结束；活塞7继续下移作功，此时曲轴在上止点后90°的位置。
图6-h活塞7下移，使曲轴处在上止点后135°，排气孔11即将开启排气，气缸滑块4又被曲轴带动开始左移，使左边的增压气室2a缩小，对混合气进行预压。
活塞7继续下移至下止点，重复图6-g，完成一个工作循环，新的工作循环接着开始，活塞周而复始上下运动，通过曲轴将上下往复运动转变为旋转运动，输出功率。
从前述的工作循环中，我们可以了解到本发明的工作过程与现有技术状况是有区别的(1)活塞自下止点向上移动时，在关闭排气孔以后并不马上对已充入活塞上方气缸腔内的混合气进行压缩，而是继续进新气，即为不对称换气。
(2)换气过程包括两个阶段；第一阶段，活塞作功下移，使曲轴顺时针转到下止点前49°时，换气过程即开始，排气孔开始打开排气，但扫气孔并没有同时打开，而是当曲轴转到下止点前2°时，扫气孔才在气缸滑块平移中开启，受预压的新气流入气缸内，并驱除废气，直至曲轴转到下止点后49°时，排气孔被上升的活塞完全关闭为止，这一过程与现有技术的换气过程近似，称扫气阶段。第二阶段，气缸腔内的排气孔被关闭后，扫气孔仍继续进新气，直至曲轴继续顺时针转至下止点后92°扫气孔关闭为止，这一过程是现有技术中所没有的，称加气阶段。
本发明的排气孔11开在气缸盖1的中部，无论气缸滑块4平移到机体空腔的任何位置，它都是处在气缸工作腔内的下端，它靠活塞的上下移动控制开关。扫气孔10则开在气缸盖1的旁边位置，该孔的高度高于排气孔，靠气缸滑块的移动开启，靠活塞7的上移来关闭。因为该孔高度高于排气孔，所以，当活塞7上升关闭排气孔11时，并不能把它同时关闭，活塞要再上升，使曲轴再转过43°角时，它才会被上升的活塞7关闭。增压气室2a的送气孔12开在气缸盖1的最侧端，与扫气孔10同处一边并有通道联通，增压气室2a的新气A由送气孔12经联通管道通过扫气孔10进入气缸内。
本发明还可以采用两套对称分布的配气和排气系统，在体积不变的情况下，能增加一个工作气缸，即可将气缸下方因活塞上升而形成的空腔也配置配气和排气孔，使它与上工作气缸一样作功，左、右两个增压气室分别给上、下两个工作气缸供应新气，所述两气缸则交替工作，工作时的周期相距约160°，相当于现有的排列式双缸发动机，或两台单缸发动机。
本发明还可以在活塞和气缸的上端面或下端面，或上、下端面共同设置凹槽，以增大气缸的容积，提供燃气量，从而提高功率。
本发明既可采用压燃方式，也可采用火花塞点火方式，相对来说，火花塞点火方式起动容易，效果较好。在结构上，火花塞15安装在气缸盖1相对于气缸4a上端或下端的位置上，以便在活塞7到达上止点时，点燃压缩的混合气。
本发明与现有技术相比有许多优点；
一、本发明以与现有相等工作容积的二冲程汽油机相比，功率明显提高，但结构却大为简化。因本发明(1)采有增压气室为气缸配气，增压气室的容积可比气缸容积大两倍．进行容积增压，增大了发动机排量，气缸所收增压混合气超过工作容积的70～80％；(2)采用气缸不对称换气，提高了气缸的容积效率，使其工作容积效率高达100％；(3)利用平移活塞平方运动原理创成一个机组两个气缸，相当于排列式双缸发动机，因此，本发明的功率大大提高，若总排量为3.5的话，一台本发明发动机相当于5台现有相同气缸工作容积的牵引单缸发动机。
二、利用增压气体扫气，使气缸内的废气清除彻底，不会被废气混合新气，而新气不易损失，即使损失也是微乎其微的，因此本发明油耗较少，比一般相同容积的往复活塞内燃机约低50％。
三、在结构上做了大胆的改进，不采用连杆结构，而是直接依靠曲轴转换机械功输出，同时改用气缸滑块作平移运动代替连杆运动，配气工作循环采用平方运动原理控制定时进、排开关，可完全不用阀门，这样结构大为精简，零件只有10个左右，包括机体、气缸盖、主轴箱、气缸滑块、活塞、曲轴、化油墨以及轴承、垫圈或火花塞等，且活动的零件只有3个，即气缸滑块、活塞和曲轴，因此带来以下诸多优点(1)体积小，重量轻；(2)材料、工时节省，加工成本大大降低；(3)零件形状规整简单，结构简化，工艺性好；(4)降低了发动机本身负荷消耗的机械功；(5)摩擦轻微，平移运动工作平稳，四边容积变化应力平衡，不会产生震摆和波浪压力、惰性和冲击性压力，其噪音很低；(6)减少损坏，零件使用寿命高；(7)安装与维持简单方便。
因此，本发明完全能适应于轮船、车辆、航空、发电、抽水等配用，适应于大批量生产。
下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述；图1是本发明实施例之一的主视剖面图；图2是图1去掉气缸盖的左视图；图3是图1所示气缸盖的右视图；图4是本发明主轴室与活塞气室联通的局部剖视图；图5是本发明扫气示意图，A表示新气，B表示废气；图6是本发明为单缸时的一个工作循环示意图；图7是图1所示实施例的一个工作循环示意图；图8是本发明另一实施例的主视剖面图。
图1～图5和图7所示的二冲程增压汽油发动机是本发明的实施例之一，它是一台双缸增压汽油发动机，由气缸盖1、机体2、主轴箱3、气缸滑块4、气缸4a、活塞7、曲轴5、扫气孔10、排气孔11、进气孔13、增压气室送气孔12、活塞气室送气孔7b、化油墨14、火花塞15和滑片8组成，三个固定件即气缸盖1、机体2和主轴箱3外均带散热片，其特征在于；机体1和气缸滑块4均为带矩形通孔、轴线水平的空心柱体，气缸滑块4套于机体2的矩形通孔中，由气缸盖1和主轴箱3壁分别封闭机体通孔的两端，而形成机体空腔和气缸4a，气缸滑块4以机体空腔的上、下两端面为滑道，可作左右往复运动，并在机体空腔中形成右、左两增压气缸室2a；曲轴5与输出轴同为一体，输出轴为曲轴的中心轴部分，它安装在主轴箱3内，并一端伸出箱外，在其上安装一飞轮20；曲轴的偏心部分5a安装在活塞7的中心，活塞7也为矩形块，在矩形气缸内可作上下运动，并带动曲轴5做旋转运动，曲轴5又通过活塞带动气缸滑块4左右平移，创成十字线运动的模式和四边的容积变化；以工作循环图为依据，配气与排气孔有两套，在机构内对称分布，其中，两套扫气孔10、排气孔11、增压气室2a的送气孔12均开设在气缸盖1上，两扫气孔10为扇形在气缸盖的对角线上分布，两送气孔12为长条形分别位于气缸盖1的左右两侧端，并分别与各自对应的扫气孔10通孔联通，两排气孔11为长条形，位于气缸盖1中部一上一下排布，相对于气缸4a为上、下工作腔的下端；两增压气室2a的进气孔13分别开在气缸滑块左右两侧壁上，以水平中心线为界，左进气孔13开在中心线以上，右进气孔开在中心线以下；活塞7内设气室7a，该气室依靠主轴箱3壁封闭，活塞7在气缸4a内上下运动时，始终与主轴箱壁和气缸盖密切接触，活塞气室7a依靠主轴箱3上的气孔3a与主轴箱联通，以便于接收来自化油器14的混合气体；活塞7的左右侧壁开设送气孔7b，与进气孔13的情况对称，它也是以活塞水平中心线为界，但左孔位于中心线以下，右孔位于中心线以上；上述配气与排气孔是由活塞7和气缸滑块4控制定时开关，其中进气孔13、排气孔11由活塞7的运动控制开关，而扫气孔10则由气缸滑块4控制开，活塞7控制关。它们的定时开关的情况可参见表1《一个工作循环中的配气定时情况表》，本实施例的工作循环参见图7，与单缸的情况相同，只是本发明双缸交替作功，工作周期相差约160°，其工作的平衡性较好，功率也大增，本实施例的机械参数参见表2《机械参数表》。
本实施例在机体与气缸盖1和主轴箱3的结合面上设置了滑片8，滑片8可采用高硬度耐磨的材料制成，以减少活动件与固定件间的磨损，提高零件的寿命，同时降低成本，便于维修。
本实施例采用火花塞点火，两火花塞15分别安装在气缸盖1的上、下两端。
本实施例在气缸4a和活塞7的上、下两端面均开有凹槽以增大气缸的有效容积。
图8所示的二冲程增压汽油发动机是本发明的实施例之二，它也是一个双缸增压发动机，较前例小型，活塞的工作行程为前例的一半，它由气缸盖1、机体2、主轴箱3、气缸滑块4、曲轴5、活塞7、化油器14、火花塞15以及配气、排气孔组成，其结构与前例基本相同，但有4小处区别(1)增压气室2a是直接从化油器14吸取新鲜的混合气，因此增压气室2a要设置进气阀门，同时也可简化活塞7和主轴箱3的结构。(2)输出轴上安装有平稳块16。(3)只在活塞上、下两端面上开有凹槽，气缸壁较薄不宜开凹槽。(4)两排气孔11各自直接通外，不象前例两排气孔11汇合一起后通外。本实施例的配气定时情况和机械参数分别参见下列表1和表2。
权利要求
1.一种二冲程增压汽油发动机，由气缸盖、机体、主轴箱、气缸、活塞、曲轴、配气和排气系、化油器组成，机体外带有散热片，其特征在于(1)机体为带有矩形通孔、轴线水平的空心柱体，该通孔的两端分别由气缸盖和主轴箱壁封闭形成一矩形空腔；气缸则由一个气缸滑块的矩形通孔与气缸盖、主轴箱壁共同围成，气缸滑块装在机体的矩形空腔中，以空腔的上下两平行端面为滑道可作左右平，并在机体矩形空腔中形成左右两个腔室，至少可利用1个腔室作增压气室为气缸配气；气缸内的活塞也是立方体形；(2)曲轴与输出轴同为一体，输出轴即为曲轴的中心轴部分，它位于主轴箱内，其轴心线与机体空腔的轴心线重合，曲轴的偏心端装在活塞的中心；(3)气缸内的排气孔、扫气孔以及增压气室的送气孔设置在气缸盖上，增压气室的进气孔则与化油器之间设置阀门机构。
2.根据权利要求1所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于所述的排气孔开在气缸盖1的中部，处在气缸工作腔的下端；扫气孔开在气缸盖的旁边位置，该孔高度高于排气孔；增压气室的送气孔则开在气缸盖与扫气孔同侧的最侧端。
3.根据权利要求2所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于可以采用两套对称分布的配气和排气孔，使左、右两个增压气室分别给气缸内上、下两个工作气缸供新气，可使两个工作气缸交替工作。
4.根据权利要求1或2或3所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于可将活塞作为所述的进气孔与化油器之间的阀门机构，在活塞内设置气室，其侧壁上开有送气孔，该气室一端由主轴箱封闭，箱壁上开有与主轴箱连通的气孔，使活塞气室与主轴箱始终连通，化油器则与主轴箱连通。
5.根据权利要求1或2或3所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于机体与气缸盖和主轴箱的结合面之间可加设一滑片。
6.根据权利要求4所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于机体与气缸盖和主轴箱的结合面之间可加设一滑片。
7.根据权利要求5所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于活塞的上端或下端面均可开设凹槽，以增大气缸的容积。
8.根据权利要求6所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于活塞的上端或下端面均可开设凹槽，以增大气缸的容积。
9.根据权利要求7或8所述的二冲程增压汽油发动机，其特征在于气缸的上、下端面可开设凹槽，以增大气缸容积。
全文摘要
一种二冲程增压发动机，它由气缸盖、机体、主轴、气缸滑块、气缸、活塞、曲轴、扫气孔、排气孔、进气孔、化油器等组成，其特征在于机体内通孔和气缸滑块、气缸活塞均为矩形，机体由气缸盖和主轴箱封闭，分别形成矩形的机体腔和气缸，气缸内活塞上、下运动，带动曲轴转动，输出动力，同时曲轴又使气缸滑块在机体空腔中左右移动形成增压气室，并使之进气和预压，作容积增压及不对称换气，从而达到提高容积效率和充气效率，提高功率、简化结构的目的。
文档编号F02B75/02GK1135016SQ9511424
公开日1996年11月6日 申请日期1995年11月13日 优先权日1995年11月13日
发明者张乃强 申请人:张乃强