二冲程复合气门发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机、车船用发动机以及螺旋桨航空发动机技术领域。
【背景技术】
[0002]传统二冲程发动机曲轴每转动一圈做功一次但燃油效率较低，四冲程发动机燃油效率较高但曲轴每转动两圈做功一次，因此综合效率都有缺陷。
[0003]目前发动机研发领域在更高效率、更小体积、更轻重量等新技术层出不穷，但内燃机的基本做功的机构、机理并没有大的改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一款仅用二冲程做功兼有四冲程燃油效率的发动机。实现本发明目的的技术解决方案为:较高的进气压力和复合气门机构。所谓复合气门包含以下三重物理含义:
[0005]1.排气阀开启的后半程与进气阀开启的前半程重叠共同作用；
[0006]2.同轴的进气阀仅与排气阀机械连接且依赖排气阀的运动；
[0007]3.进气阀的运动兼受机、电、气复合运动控制。
[0008]本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0009]1.兼有二冲程发动机的做功效率和四冲程发动机的燃油效率，在相同汽缸容积下可大幅提尚输出功率；
[0010]2.在相同功率指标下大幅减小发动机的体积和重量，间接做到节能环保；
[0011]3.没有进气阀凸轮机构，相对降低系统复杂程度；
[0012]4.冷空气与热废气强迫快速置换时的温度和密度场梯度有利于燃油效率的提尚;
[0013]5.电子传感器与进气阀电磁辅助驱动器件的参与有利于进一步提高系统效率。
[0014]设曲轴顺时针转动角与时钟时针角对应，设四冲程发动机曲轴在O点位置，活塞处于最上方位置时点火(本说明书不对点火角等精确位置控制描述)，则O点至6点期间为燃烧做功活塞下行，6点至12点期间活塞上行排出废气，12点至18点期间活塞下行吸入空气，18点至O点期间活塞上行压缩空气，至此完成两圈四冲程工作过程。与之对应的本发明二冲程复合气门发动机的做功时序为O点至5点期间燃烧做功活塞下行，5点开启排气阀开始排气，6点开启进气阀开始空气置换，7点关闭排气阀开始压缩空气，8点关闭进气阀，8点至12点期间活塞上行压缩空气，至此一圈完成所有过程。本设计给出的复合气门进排气系统配合较高的进气压力即可完成将原先占有12个时针角区间的进排气任务压缩到3至4个时针角区间。
[0015]本发明的二冲程复合气门发动机仅为原理设计。主要相关部件仅有汽缸盖、进排气道、复合气门等，本说明仅对该部分给出示意附图并加以叙述说明。有关发动机的汽缸、活塞、曲轴、连杆等机构，进排气及凸轮机构、供油以及点火等系统与常规发动机类同且不在本发明诉求之内，本说明不再给出相关附图及叙述。下面结合附图对本设计进一步描述。
【附图说明】
[0016]附图1、二冲程复合气门发动机示意轴侧图；
[0017]附图2、二冲程复合气门发动机局部剖面示意图；
[0018]附图3、二冲程复合气门发动机汽缸盖各面示意图；
[0019]附图4、二冲程复合气门发动机进排气门各部细节示意图；
【具体实施方式】
[0020]附图1为二冲程复合气门发动机示意轴侧图。包括缸盖体(I)、进气阀(2)、排气阀⑶、进气阀弹簧⑶、排气阀弹簧(9)、排气阀压板(10)、进气管道(11)、排气管道(12)、火花塞安装孔(13)、压力温度传感器安装孔(14)、活塞(15)、喷油嘴(16)等主要部件构成。
[0021]附图2为二冲程复合气门发动机局部剖面示意图。包括进气阀(2)、排气阀(3)、进气阀啮合面⑷、排气阀啮合面(5)、进气阀永磁体(6)、进气阀电磁线圈(7)、排气阀弹簧
(8)、进气阀弹簧(9)、排气阀压板(10)、进气管道(11)、排气管道(12)、喷油嘴(16)等主要部件构成，还包括环绕在排气阀(3)体上的进气道(20)。
[0022]附图3为缸盖体(I)的各部细节示意图，主要为展示进排气相关部位，包括进气管道(11)、排气管道(12)、火花塞安装孔(13)、喷油嘴(16)、汽缸对齐企口(21)以及排气阀啮合面(22)等主要部分构造。
[0023]附图4为进气阀(2)、排气阀(3)各部细节示意图，主要为展示进气阀啮合面(4)、排气阀啮合面(5)和排气阀体上的进气管道(20)等构造，以及两者同轴的配合关系。
[0024]设定进气道气压略高于常规气压(可适度增大进气增压功率，对于固定翼飞机发动机适度增大迎风面进气口面积等，这里不再赘述)。仍以O点为点火时间，O点至5点期间燃烧做功活塞下行，5点时刻与曲轴同步的排气阀凸轮通过排气阀压板(10)克服排气阀弹簧(8)和缸内压力下压排气阀(3)，废气通过比常规排气门大数倍的排气阀气隙(5)通道泄出，此时进气阀(2)随排气阀(3)下行且在汽缸内部压力和进气阀弹簧(8)作用下保持进气道关闭；到达6点附近位置时，排气阀(3)到达极限位置，缸压也大幅降低，进气阀(2)随排气阀(3)下行的惯性和进气道的压力迫使进气阀(2)下行并开始进气；在6点至7点期间两气门均为开启状态，进气的压力和进气阀气隙(4)的喷嘴构造迫使进入的空气从活塞面开始将残留废气经排气阀气隙(5)快速排出，同时进气阀(2)保持开启状态随排气阀
(3)开始上行；到达7点附近位置时，排气阀(3)在排气阀弹簧(8)作用下到达关闭位置并停止排气；在7点至8点期间随着进气压力与缸压趋于平衡，被排气阀(3)拖动的进气阀(2)的上行惯性和进气阀弹簧(9)共同作用以及活塞上行对空气的压缩，最终迫使进气阀
(2)关闭；其后的8点至12点期间为空气进一步压缩过程并进入下一轮做功周期。
[0025]其间，排气阀凸轮机构的相位角和排气阀弹簧⑶的弹力决定排气阀(3)开启窗口的起始和关闭角，进气压力、进气阀弹簧(8)、进气阀(2)自身质量以及排气阀(3)行程长度影响进气阀⑵开关的滞后时间宽度；进气阀永磁体(6)、进气阀电磁线圈(7)提供了电子调控进气阀(2)开关滞后时间宽度和双向加力的功能，配合电子节气门、电子喷油嘴
(16)以期达到冷车启动、加减速、怠速等不同应用的优化控制。
【主权项】
1.本发明所述发动机的二冲程机理与进排气机理，其特征在于进气和排气过程超前、重叠、滞后的气体置换过程设计和时序设计。
2.本发明所述发动机进、排气道和同轴的排气阀与进气阀，其特征在于进气阀位于排气阀中间位置以及排气阀体上的进气通道。
3.本发明所述发动机无凸轮机构的机、气、电(包括三者或其中两者)共同作用的进气阀运动机理，其特征在于该进气阀不直接依靠曲轴驱动的凸轮机构运动。
【专利摘要】本发明公开的技术是二冲程复合气门发动机。包括由汽缸盖、复合气门等组成。本发明所述发动机技术兼有二冲程发动机的做功效率和四冲程发动机的燃油效率，在相同汽缸容积下可大幅提高输出功率。
【IPC分类】F01L1-38
【公开号】CN104712389
【申请号】CN201510035631
【发明人】李凌军
【申请人】李凌军
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月21日