专利名称：三冲程发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及活塞式内燃汽油发动机，特别是使用气门进行配气工作的发动机。
背景技术：
目前的四冲程活塞式内燃发动机，工作方式为连续进行吸气、压缩、做功、 排气四个冲程，采用凸轮轴等方式驱动进气门、排气门，实现对进气、排气的控 制。四个冲程中只有做功冲程的输出是我们所需要的，其他三个冲程是为了实现 做功冲程而存在的，吸气冲程中，将汽油和空气的混合气吸入燃烧室。其吸气、 压縮、排气占工作循环中四分之三，而做功过程在工作循环中只占四分之一，在 考虑提前点火角和排气门提前开启角等因素后，这个比例会更小，因此减少冲程 会利于单位输出功率的提卨'。
在以往的两冲程发动机中，活塞从上止点到下止点，做功之后排气活塞 从>—止点到上止点，进气之后压縮。两冲程汽油发动机使用汽油与机油的混合油 为燃料，汽油用于燃烧做功，而机油的主要功用是润滑。两冲程在吸气过程中， 将汽油和机油与空气的混合气吸入燃烧室，在压缩、点燃做功之后排出废气。由 于其燃料屮的机油难以完全燃烧，因此两冲燃料中的机油是排出的废气中严重污 染环境的主嬰污染源。这个污染严重影响了两冲发动机的推广使用。
因此存在四冲程汽油机比两冲程污染少，而两冲程的汽油发动机单位功率 高，提速快的特点。但目前的两冲程发动机吸入只汽油和空气的混合气，活塞与 缸壁之间得不到润滑，发动机难以正常工作。
目前汽油发动机增压技术，包括机械增压和废气(排气)增压技术已经成 熟并得到应用。
要提高发动机的输出，活塞的行程速度需要提高，但目前的四冲程发动机 的活塞形成速度不能无限制地提高，而活塞的上行、下行也消耗动力，而且活塞
的上行和下行是往复运动，是震动的主要根源。两沖程对活塞运动的利用律相对
来说要高些，但为了让两沖程活塞与缸壁之间得到润滑，14前的两冲程发动机需 要吸入汽油和机油的混合气，两冲程燃油中的机油又成了环保的难题。
发明内容
为了达到两冲程工作而乂环保，不将机油参与燃烧室内的燃烧，通过采用 涵道副燃烧室发动机指向性地进气，进气过程中先是向活塞顶部方向压入空气用 丁-将废气排除，之后在进入含有燃油的混合气或直接在燃烧室内喷射燃油。同时 通过调整进气压力和增压进气将废气排出，每个工作循环具备进气、压缩、做功、 排气四个阶段，每个工作循环为两个冲程。
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)。
在压縮、点火做功过程中，与以往的四冲程区别相似。在每个工作的循环， 在点火之后，混合气爆燃膨胀，推动活塞下行、驱动曲轴旋转，当曲轴旋转一定 角度后，同歩旋转的凸轮轴上的凸轮推动排气门打开排气门。排气门在活塞尚未 到达下止点就提前打开，称做排气提前角，目前的四冲程发动机排气提前角有的 已经达到提前柳。，进气滞后角到达滞后70° ，在此次阐述中，所列举的角度如 图3a和图3b,在实际设计生产中各个发动机的不同需求，这些角度是各不相同 的，要按需要取值。
设定曲轴旋转一周为360° ,上il:点为0° ，初始设定 O-() 为排气门开启角，图例示意为12(T 1N-() 为进气门开启角，图例示意为165° OllT-(:为排气门关闭角，图例示意为210° 1N-(' 为进气门关闭角，图例示意为230° 在阁3b中:
图3b-l:排气门开启关闭周期示意图 图3b-2:进气门开启关闭周期示意图 图3b-3:喷油周期示意图，图中195°喷油器为喷油动作
图3b-4:点火周期示意图，图中345° ~350°火花塞点火动作
在燃烧室内的高温高压气体推动活塞下行到曲轴转角120°时，相当于排 气提前角6"。，这个角度可以加大到7U。 、 80° ，要根据具体情况去做最优选择。 排气门开启，利ffi燃烧室的气体的压力让燃烧后的废气自行向排气管弹出，当曲 轴转角达到165°时，进气门开启，将增压的空气压入燃烧室。这里要说明的是， 虽然离心增压可以将风压升到很高，如果没有先打开排气门将较高的废气压力卸 掉，需要的离心增压的压力太高，不仅消耗太多的功率，而且难以保障nT靠，尤 其是离心增压的压力是与转速的平方成正比，在低速阶段的压力和高速阶段的压 力差值的调节带来了沉重的负担。
在165°打开进气门时，增压的气体通过涵道副燃烧室进入主燃烧室，由于 涵道的作川，进入主燃烧室的气流不是散射状态，而是以气流倾斜地吹.向活塞方 向，到达活塞后受活塞的阻挡在活塞顶部盘旋堆积后，新鲜气体的体积逐渐堆积 抬高将废气通过排气门拱出燃烧室，从排气管出去。
当曲轴转角达到210°时，排气门关闭，进气门仍然开，新鲜的气体随着压 力和气体惯性继续往燃烧室内灌，达到230°时，进气门关闭，活塞上行进行压 縮，直至上止点点火并做功。
在曲轴转角为195°时，排气门与进气门同时为开启状态，增压的空气通过 进气门，进入燃烧室，随即乂通过排气门流出，在此时喷燃油，油雾随气流进入 燃烧室流动，当含有油雾的气流尚未到达排气门是排气门关闭。随后活塞上行乂 将带有油雾的混合气，绝大部分压入剐燃烧室旋转进行进一歩的混合，以达到充 分混合的目的。燃油的喷射时间过早，会在排废气的同时将燃料排除或排出一部 分；燃油的喷射时间过迟，会在进气门关闭前不能将燃料全部送入燃烧室，而且 燃油在随着进气气流进入燃烧室的时候，最好有--定量的空气将粘贴在管壁边的 燃油微粒"吹入"燃烧室。
当然，采用燃油缸内直接喷射是最好，即在关闭气门的同时往燃烧室内喷射 燃油。
这种发动机，大多数零部件相似与四冲程，也使用类似气门凸轮轴等叫冲程
的零部件实现配气等等，而实际工作循环是两个冲程，却不同于以往的的两冲程 发动机燃烧汽油和机油的混合油，它燃烧的仅仅为汽油，是界于两冲程和四冲程 之间的发动机，因此称之为三冲程发动机。
关于增压进气，由于需要将废气顶出燃烧室，因此进气的压力必须保障，在 此次阐述中，举例说明时使用的是机械增压，为了确保在低速时压力有所保障， 在进气部分串接了电动增压器，在着乍、怠速低时能够保障足够的压力-而在转 速较高时，电动增压器停止了工作，但由于曲轴上的增压风机的输出风压与转速 的平方成正比，高的转速时，进气压力过高将影响发动机的正常运行，为此设置 了两个调节单元。 一个是曲轴上增压风机的串联在进气口前的可调自动风阀；另 一个是储气罐前的可调自动风阀。
可调自动风阀与可调风量控制阀、液体流量控制阀相似，通过调节弹簧的 压力，设定K适应的范围。也可以借用类似化油器内混合比处通气阀门，外设一 个带弹簧的可调风阻装置来带动风阔。
曲轴上增压风机的串联在进气口前的可调自动风阀，当进风量过大的时候, 自动挡住部分气道。lfli电动增压风机，通过控制，使其在空气进气压力不足的时 候自动启动。
关于可自动调整风阀，参见图6， IN-1为空气进气的通道，在这个通道内 有个风阀，就象柱塞式化油器里的流量调整板，在风压风量低的时候，这个风阀 为平行于通道，为全歼状态。1N-2是取自增压风机输出，将增压风机的输出气压 去推动调整器的阻风板，风压风速越大，阻风板被如图向上行进，带动风阀关闭。 在风压较低的时候，这个阻风板受弹簧的推力使主通道的风阀为最大开启角度， 即与通道平行。弹簧的推力按需要来设计制作，伹由于需要根据实际情况进行的
调整，在弹簧的上面设置r一个调整螺丝。由于进入调整器UN-2)的气流是取 自增压输出，因此其压力高于主通道内的气压，而取样进入调整器后容易产生气 体的泄露以及噪音，将泄露或向外排放转变为主动地将流过阻风板的气'流通过调 整器与主通道的通气孔导入主通道。升压的气流是消耗了功率得到的，将输出的 气流排出不如导入主通道，减少了能量、功率的流失。
关于气体运动的流程，参见阁4b，空气通过空滤一电动增压风机一可调自
动风阀一曲轴上增压风机一储气罐自动风阀一发动机进气道一涵道副燃烧室—主 燃烧室一排气管。
其中储气罐自动风阀是个旁通性质的阀门，其作用是在高转速压力高的时 候调整高气压的流量，因为输气压力由于一端的开放，如进气门的打开，致使压 力减少过快，而且是压力的不同，降低的速度、范围也不同。通过储气罐的自动 调整阀门的控制，使储气罐参与进气压力、流量参与进气管内贮备的量得到控制。 关于电动风机，可采用12伏特的车上的电源，目前市场上已有现成的产品， 其控制可以通过加入压力传感器来实现。风压、压力传感器的也已经是很普及的 产品，品牌种类很多。
图示说明 图l侧视阁 图2俯视图
图3三冲程发动机模型图 图3a 配气角度 图31>~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
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，增压风机叶轮扇卟 22，增压风机叶轮
23，机械增压机出气口 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，压力调整嫘丝
42, 嫘丝固定口
43, 弹簧
44, 通气孔
45, 主通气迸
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 邻，风阀上的转轴 51,输出反馈的风压
这种发动机对机械的品质有一定稍高的要求，在强度、抗疲劳、加工精度 等，曲轴卜.的增压风机的工作需要消耗功率，而活塞的往复运动也消耗功率，对 比而言，曲轴上的增压风机消耗了- 点功率之后，但减少活塞的无用件.'复消耗， 功率、扭距动力输出等方面都得到大幅度提高。这种发动机适合单缸、双缸形式, 也适合多缸发动机。
权利要求
1，一种使用气门配气机构增压活塞式汽油发动机，其特征是通过采用涵道副燃烧室发动机指向性地进气，同时通过调整进气压力和增压进气将废气排出，每个工作循环具备进气、压缩、做功、排气四个阶段，每个工作循环为两个冲程。
2，根据权利要求l,增压风机进口具有可自动调整进气的进气输出反馈调整器， 问时又在进1L]前端串联电子增压风机。
3,根据权利要求1，其配气驱动采用上置单凸轮无摇臂驱动气门，驱动排"门 外还驱动在副燃烧室进气门。
4，根据权利要求l，进气过程中先是向活塞顶部方向压入空气用于将废气排除, 之后在进入含有燃油的混合气或直接在燃烧室内喷射燃油。
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，其配气驱动采用上置单凸轮无摇臂驱动气门，通过采用涵道副燃烧室发动机指向性地进气，同时通过自动调整进气压力的增压进气将废气排出，每个工作循环具备进气、压缩、做功、排气四个阶段，每个工作循环为两个冲程，增压风机进口具有可调整输出反馈的进气调整器，同时又在进气口前端串联电子增压风机。提高了发动机的动力输出。是燃烧汽油，不需要汽油和机油混合做燃料的两冲程发动机。
文档编号F02B25/02GK101178023SQ20061011431
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月6日 优先权日2006年11月6日
发明者王治平 申请人:王治平