专利名称：活塞式换缸配气发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于活塞式内燃发动机，具体来说是采用活塞式换缸配气发动机的歇缸变容技术和气缸增压技术的活塞式换缸配气发动机。
背景技术：
两冲程发动机比较四冲程凸轮配发动机来说，具有结构很简单的特点；但是由干，两冲程发动机的燃油空气的混合气是先进入曲轴箱内进行预压缩，同时曲轴箱内曲轴转动也需要润滑油润滑，因此，两冲程发动机都以一定比例在燃油中混合润滑油，该类混合油短时内难以完全燃烧，燃烧后随废气排出，这就使得两冲程发动机容易造成污染；两冲程发动机还有ー个缺点，就是进气与排气过程几乎需要同时进行，这样排出的废气中有可能含有未尽燃烧的燃料，造成污染和浪费；另ー方面，虽然四冲程凸轮配气发动机没有上述两冲程发动机的上述缺点，或者 说用凸轮配气方式克服了上述缺点，正是因为凸轮配气这ー优势，反过来束缚了凸轮配气发动机在低成本条件下普及应用歇缸变容和增压技术方面的发挥，尤其是，发动机歇缸变容技术的普及在节能方面有很大竞争力和市场潜力，具有重要意义；现在是高油价和限制超排放时代，如何降低发动机油耗和排放是汽车制造业应该大力解决的重要课题，而普及性的歇缸技术可以从根本上解决这ー问题。发动机歇缸变容是以节约能源为目的，在多缸工作的发动机中，根据需要将部分工作状态中的气缸“关闭”，转入歇缸状态，能有效的对发动机进行歇缸变容管理。但实际中歇缸技术的应用并不广泛，要实现变容歇缸，不仅仅是关闭该缸的供油和电源；还须要使该气缸的进气门和排气门在歇缸期间恒定关闭，才能做到歇缸气缸与非歇缸气缸在使同一曲轴情况下，使歇缸气缸的活塞处于无压缩阻カ状态下空转，才能达到歇缸的目的；还要能在撒消歇缸后迅速恢复原工作状态；但是，由于活塞式凸轮配气发动机的工作方式和结构，决定了要在传统的活塞式凸轮配气发动机上实现歇缸技术，要么结构太复杂或是成本太高，很难普及。还因为，每个単独气缸都能作为ー个独立工作単元的传统活塞式凸轮配气发动机，要实现气缸无阻力空转状态的歇缸比较因难，因为，通常实现歇缸都是将进气门和排气门在歇缸期间恒定关闭，那么，活塞在关闭的气缸中运动，气缸内不可能是真空，气缸内气体必然对活塞上下运动产生周期性的正压和负压，虽然活塞回程释放压カ时可以抵消部分阻力，但是，活塞由于正压和负压以及释放压力加速度，都不可能与其他气缸产生的曲轴加速度同步，因此会始终产生对曲轴的很大阻力，无法实现真正意义的气缸无阻力空转状态的歇缸。在发动机增压技术方面现有技术中发动机的涡轮增压装置或机械增压装置，其实就是ー种独立于气缸以外的空气压缩机，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲カ来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，最明显的是动カ输出反应滞后，因此，瞬间加速度较差。虽然采用了诸多方式如一大ー小两只涡轮的双涡轮增压器、单涡轮双涡管增压器、可变截面涡轮增压器等方式，但这些都是以大幅増加制造成本为代价的。说是利用发动机排出的废气惯性冲力作为涡轮增压的动力，准确说，应该是增加了气缸排气阻力，也就是增加了活塞强排的动力消耗；就是说现有的所有增压方式，包括机械增压方式都会消耗发动机动カ。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有两冲程发动机和四冲程发动机存在的上述问题，而提供一种活塞式换缸配气发动机，以实现真正意义的无阻力空转状态下的歇缸，并使活塞式发动机的配气结构更加简单，功能更加強大，对发机的容量和动カ的可操控性更加广泛。本新型的目的是这样实现的一种活塞式换缸配气发动机，包括工作气缸，设置在工作气缸上的火花塞以及缸内燃油喷嘴，由ー个或ー个以上的工作单元组成，每个工作単元由竖直并列设置的第一气缸和第二气缸组成第一气缸作为进气预压缩气缸，所述第二气缸作为工作气缸，第一气缸的气缸盖上设置有第一气缸进气道，第一气缸进气道上设置有第一单向进气门，第一气缸的气缸盖与第二气缸的气缸盖之间设置有换缸气道，该换缸气道上的第二气缸的气缸盖的位置处设置有第二单向进气门；第二气缸的气缸壁上沿气缸径向的双侧或单侧设置有百叶窗式的排气孔，排气孔上有排气道；当第二气缸的活塞到达下止点吋，活塞顶面低于排气孔的高度；当第二气缸的活塞到达上止点时，活塞下端应盖住排气孔；第一气缸和第二气缸分别经第一连杆和第二连杆与曲轴上的第一曲柄和第二曲柄连接；曲轴上的第一曲柄和第二曲柄之间的角度声为180° <声<(180° + ο;，其中，Qf角的定义是第二气缸的活塞从下止点回程后刚好关闭排气孔位置时与第二气缸的活塞处于下止点位置时曲轴曲柄的转角。上述第一单向进气门和/或第二单向进气门的结构为气门导管固定在上气门座上，气门阀芯滑动插在气门导管上，气门阀芯上部设置有气门限位挡板，气门阀芯上行时气门阀芯下部底座将气门座内的气体入ロ封堵；气门阀芯上行关闭时气门阀芯下部底座受气门座限制，气门阀芯下行打开时气门阀芯上部的限位挡板受上气门座限制。上述气门限位挡板经挡板卡簧设置在气门阀芯上部。上述气门阀芯上的气门限位挡板与上气门座外沿处缸盖之间设置有气门回位弹簧。上述第一气缸的第一单向进气门的气门阀芯结构为下部底座上固联有一圓筒，圆筒下部侧壁上均布有条形进气孔，圆筒上部为实心体，实心体顶部有供卡簧固定的卡槽。上述第二气缸的活塞为具有两侧长裙边的活塞。上述第一气缸的缸径大于或等于第二气缸的缸径，所述第一气缸对应的第一曲柄半径大于等于第二气缸对应的第二曲柄半径。上述每个工作単元根据需要配置歇缸控制机构电机轴上连接涡杆，与涡杆啮合的涡轮的轴上固定有杠杆式摇臂，该摇臂一端能够下压第二气缸的第二单向进气门，而使第二单向进气门恒定开启，同时卡在第一气缸的第一单向进气门上的摇臂另一端上抬而使第一向进气门恒定关闭。上述每个工作単元根据需要配置磁力式歇缸控制机构杠杆式摇臂一端与第二气缸的第二单向进气门的气门阀芯顶部接触，杠杆式摇臂另一端卡套在第一气缸的第一单向进气门的气门阀芯上，杠杆式摇臂的轴上固定的支杆与推拉杆一端铰接，推拉杆另一端位于电カ磁铁的作用范围内，且推拉杆中部设置有一个回位弹簧。本实用新型提供了一种以换缸配气方式的活塞式发动机，以及换缸配气方式的气缸歇缸变容技术和气缸增压技术。 换缸配气发动机用两个气缸作为ー个工作単元，协同工作，第一气缸作为进气预压缩气缸(气缸盖上设有进气道和进气门)，第二气缸作为工作气缸；两气缸之间，通过两缸相通的换缸气道，以及该气道上由气流控制的单向进气门配合两个气缸工作；在第二气缸中活塞下止点附近位置的气缸壁上还设有百叶窗式的单侧或双侧排气孔。本实用新型改变现有活塞式发动机靠凸轮推动(凡尔)气门配气方式，与现有技术相比，其优势是，(I)结构简单可靠；由于无繁杂凸轮轴等配气机构，可以大幅提高发动机实际输出功率；大幅降低发动机制造成本；达到增效节能减排的效果；(2)可以轻易实现部分工作气缸的歇缸与恢复之间切換，实现对发动机的歇缸变容管理；发动机的歇缸变容在动カ机械方面有广泛用途；(3)换缸配气发动机的预压缩气缸本身就是ー个空气压缩机，用増大预压缩气缸容量，即增大预压缩气缸活塞直径和增大活塞行程(就是增大曲轴半径)，实现以预压缩气缸对工作气缸的增压，大幅度提高发动机的功率和扭矩；还可以通过节气门与电脑协调配合对气体的流量控制，达到调节决定是否增压和增压幅度；(4)在换缸配气发动机上同时运用歇缸变容和气缸直接对气缸可控的增压技术，对发机的容量和动カ的可操控性更加广泛；(5)本换缸配气发动机可以低成本，实现普及歇缸变容和气缸增压成为可能提供了ー种新方法。
图I是由ー个基本工作单元构成的换缸配气发动机整体结构图(其中气缸盖的各进气道和排气道等结构是以立体透视轮廓形式表示的)。图2是气缸盖上的两个自由短行程单向气门的立体透视轮廓图。图3是自由短行程单向气门关闭吋，沿第一气缸进气道剖开的视图。图4是自由短行程单向气门打开时，沿第一气缸进气道剖开的视图。图5是气缸盖上的两个带有气门回位弹簧的常闭型单向气门的立体透视轮廓图。图6是带有气门回位弹簧的常闭型单向气门关闭时，沿第一气缸进气道剖开的视图。图7是带有气门回位弹簧的常闭型单向气门打开时，沿第一气缸进气道剖开的视图。图8至图12分别是换缸配气发动机运转ー个工作循环周期的各阶段连续依图示箭头运动立体周期图。图13是由两个基本工作单元组成的直列四缸活塞式换缸配气发动机立体图。图14是由四个基本工作单元组成的V型八缸活塞式换缸配气发动机立体图。图15、图16分别是第一种气缸歇缸控制机构中，由电机驱动涡杆涡轮控制摇臂，在非歇缸期间气门不受摇臂的干涉时，两个气门能自由开闭的情形的示意图。图17是图15、图16所示第一种气缸歇缸控制机构中，由电机驱动涡杆涡轮控制摇臂，在歇缸期间，第一气缸气门被关闭和第二气缸气门被开启的情形的不意图。图18是第二种气缸歇缸控制机构中，用推拉杆通过电カ磁铁控制摇臂，在歇缸期间，第一气缸气门被关闭和第二气缸气门被开启的情形的不意图。图19是图18所示第二种气缸歇缸控制机构中，用推拉杆通过电カ磁铁控制摇臂，在非歇缸期间，第一气缸气门和第二气缸气门能自由开闭的情形的不意图。图20是一种气流从气门阀芯通过的自由(短行程)单向气门，在气缸盖上第一气缸进气门上的运用的示意图。图21是气流从气门阀芯通过的自由(短行程)单向气门构成图。图22是ー种气流从气门阀芯通过的带回位弹簧的单向气门，在气缸盖上第一气缸进气门上的运用的示意图。图23是气流从气门阀芯通过的带回位弹簧的单向气门构成图。图24是气缸盖上单气门的口径(也称气门直径)可以设置超过气缸直径的50%的示意图。图25是两个气缸对应的两个曲柄(曲拐)之间角度相差180° + 的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明I、换缸配气发动机的结构本换缸配气发动机用两个气缸作为ー个工作単元，协同工作，第一气缸作为进气预压缩气缸(气缸盖上设有进气道和进气门)，第二气缸作为工作气缸；两气缸之间，通过两缸相通的换缸气道，以及该气道上的单向气流控制气门配合两个气缸工作；在第二气缸中活塞下止点附近位置的气缸壁上还设有百叶窗式的单侧或双侧排气孔。图I不出，本活塞式换缸配气发动机,包括,工作气缸,设置在工作气缸上的火花塞14以及缸内燃油喷嘴15，由ー个或ー个以上的工作单元组成，每个工作単元由竖直并列设置的第一气缸I和第二气缸2组成第一气缸I作为进气预压缩气缸,所述第二气缸2作为工作气缸，第一气缸的气缸盖上设置有第一气缸进气道3,第一气缸进气道上设置有第一单向进气门4,第一气缸的气缸盖与第二气缸的气缸盖之间设置有换缸气道5,该换缸气道上的第二气缸的气缸盖的位置处设置有第二单向进气门6 ;第二气缸的气缸壁上沿气缸径向的双侧或单侧设置有百叶窗式的排气孔11，排气孔上有排气道12 ;当第二气缸的活塞到达下止点吋，活塞顶面低于排气孔11的高度；当第二气缸的活塞到达上止点时，活塞下端应盖住排气孔11 ;第一气缸和第二气缸分别经第一连杆8和第二连杆10与曲轴13上的第一曲柄13a和第二曲柄13b连接；曲轴上的第一曲柄13a和第二曲柄13b之间的角度#为180° <,5<(180° +從)，其中，Qf角的定义是第二气缸2的活塞从下止点回程后刚好关闭排气孔11位置时与第二气缸的活塞处于下止点位置时曲轴曲柄的转角。如图1，所述两个气缸沿曲轴轴线方向竖直并列设置，构成第一气缸I和第二气缸2，两气缸的直径(指内腔直径，下同)相等；在设定为增压发动机时，第一气缸I直径大于第ニ气缸2直径；在第一气缸的气缸盖上设置有第一气缸进气道3,(气缸盖是封闭汽缸上部，构成燃烧室的部分)，在进气道上还设置有第一单向进气门4 ；由第一气缸进气道3和第一单向进气门4结合构成的第一气缸气流单向进气阀(在气门上选择性的设置有回位弹簧，气门上还设置有气门限位档板等在后文的气门结构专门介绍)；在气缸盖上两气缸之间设有两缸相通的换缸气道5，在换缸气道5靠近第二气缸一端的气缸盖上设置有第二单向进气门6，由换缸气道5和第二单向进气门6结合构成的第二气缸气流单向进气阀；在第一气缸I和第二气缸2中，分别设有第一气缸短裙活塞7及第ー连杆8和第二气缸长裙活塞9及第ニ连杆10 (两缸中的第一连杆8和第二连杆10长短可能不一样，比如在气缸增压中，后文叙述)。在第二气缸中活塞下止点附近位置的气缸壁上(即气缸套上)，沿气缸径向的气缸双侧或单侧设有百叶窗式的排气孔11 ;以及排气孔11向缸体外延伸的排气道12。所说的长裙活塞9的活塞两侧裙边长度设定为，当活塞在气缸中上止点时，參见图10，其长裙活塞两侧裙边长度应盖住下止点附近位置的排气孔11，换句话说长裙活塞9的高度是，当活塞顶端在气缸中上止点时，活塞下端应盖住下止点附近位置的排气孔11，以防止曲轴箱内机油从活塞下端窜入到排气管内。两气缸下端的同一曲轴13的第一、第二曲柄13a、13b对应的连杆曲颈与相应连杆配合连接，曲轴13上的两气缸对应的两个曲柄(曲拐)之间角度相差180°，使两缸活塞能一上一下运动，第一曲柄13a半径等于第二曲柄13b半径；但是，在设定用増大曲轴半径方式对预压缩气缸增压时，第一曲柄13a半径大于第二曲柄13b半径，具体说就是预压缩气缸对应的曲柄半径(曲轴半径)大于工作气缸对应的曲柄半径(曲轴半径)。这里所说的曲柄半径就是指主曲颈圆心到连杆曲颈圆心的距离，简称为曲轴半径。第二气缸盖上还设置有火花塞14、缸内燃油喷嘴15。2、气门的种类和结构单向气门是气阀中是最常见最简单的ー种，但具体应用有所不同。所述气流单向气门的开闭是受活塞运动引起的气门两端(气缸内外)气压差驱动的，从功能说大致分为两种类型的气门图2 图6示出，第一单向进气门4和/或第二单向进气门6的结构为气门导管18固定在上气门座20上，气门阀芯19a滑动插在气门导管上，气门阀芯上部设置有气门限位挡板16，气门阀芯上行时气门阀芯下部底座将气门座19内的气体入口封堵。气门限位挡板16经挡板卡簧17设置在气门阀芯上部。气门阀芯19a上的气门限位挡板16与上气门座20之间设置有气门回位弹簧21。ー种是自由短行程单向气门，如图2、图3、图4所示，其中图2是自由短行程单向气门在气缸盖上与气道配合立体图。图3、图4是沿第一气缸进气道剖开后，气门开启和关闭的视图。这是ー种完全自动的气流单向气门，它适用于气门(行程)开度较小的气门；另ー种是带有气门回位弹簧的常闭型单向气门。如图5、图6、图7所示。其中图5是带有气门回位弹簧的常闭型单向气门在气缸盖上与气道配合立体图。图6、图7是沿第ー气缸进气道剖开后，气门开启和关闭的视图。这是ー种适应范围更广的气压单向气门。见图3，或图6气门杆身的上端设置有气门限位档板16和档板卡簧17 ;气门活动的设置在气门导管18内，气门导管18起对气门的滑动稳定作用和耐磨作用；气门开闭行程(开度)限制在气门座19和上气门座20之间，具体说是气门上行关闭时受气门座19限制，气门下行打开时受上气门座20限制(这一点与凸轮控制气门不一样，凸轮控制气门打开的大小，是靠凸轮头长短推开决定气门行程，气门上端弹簧盖板不会接触到所说的上气门座)。图1，图6在气门上设置有气门回位弹簧21，是ー种常闭型单向气门，所述回位弹簧的弹カ强度，设定在克服气门自身重量和气门与气门导管孔间的磨擦カ范围内，同时參考气缸容量大小和气门大小的比所能产生的气体流量大小来综合确定弹簧的弹カ强度。(一般来说，用手较轻触动气门上端即可推开气门)，设置这样的弹簧，可以增加气门回位对气压变化的灵敏度，并且可以保证气门关闭的可靠性。图20、图22不出，第一气缸的第一单向进气门4的气门阀芯结构为下部底座上固联有一圓筒，圆筒下部侧壁上均布有条形进气孔，圆筒上部为实心体，实心体顶部有供卡簧固定的卡槽。还有ー种气流从气门阀芯通过的气门，如图20，图22，将气流从气门阀芯通过的气门专门设置用于第一气缸进气ロ，因为第一气缸进气主要是活塞下行形成负压吸气(第ニ气缸则是在排气时被第一气缸预压缩气压推开)，目的是使气流正向通过阀芯，减少气流对气门的侧向冲カ，提高气门的使用寿命。这种气门也分为两种一种是气流从气门阀芯通过的自由单向气门，图20、图21，其特征是气门阀芯为空心鸟笼形状，气流从阀芯中穿过，该气门的上气门座为ー卡簧，其结构见图21。另ー种是气流从气门阀芯通过的带回位弹簧的单向气门，图22、图23，其结构见图23。单向阀的种类形式很多，比如在气道上设置ー个簧片就是ー个簧片式单向阀，还有如球体单向阀等等。但无论如何，换缸配气发动机的方式方法就是在笫ー气缸进气口和笫ニ气缸的换缸进气ロ设置气流单向气门，通过气体预压缩和换缸方式配气。由于受气流控制的单向气门只适合在同一气道上(或同一只气缸上)设置ー个气门，如果为了有更大的进气量(第一气缸和第二气缸)，气缸上单气门的口径(也称气门直径)可以设置超过气缸直径(内径)的50%，如图24，其中，在第一气缸通向第二气缸的出口，可从靠近沿气缸边设置，可以使单气门设置得更大。这种优势是换缸配气方式才具有的；如进气门与排气门各两个气门的传统凸轮配气方式的气门，其中进气门(或排气门)口径不可能超过气缸直径的50%。2、换缸配气发动机的工作过程和原理我们用换缸配气发动机运转ー个工作循环周期，来说明进气门和换缸进气门所起的配气作用第一行程(曲轴依图中箭头方向转动)图8到图9，第二气缸中活塞从下止点向上运动压缩气体，图9，第二气气缸中气压增高，同时还因为，第一气缸中活塞从上止点向下运动，第一气缸中气压降低，所以，第二气缸气压大于第一气缸气压，使第二气缸换缸气道的单向进气门被关闭，第二气缸中的气流不能倒流到第一气缸中；由于，第一气缸中活塞从上止点向下运动，活塞吸气，气缸中气压降低，低于气缸外大气压，使第一气缸的单向进气门受气压差被打开进气。图10第一行程结束时，第一气缸中活塞进气到达下止点，第二气缸中活塞压缩气体到达上止点。第二行程图10到图11，第一气缸中活塞从下止点向上运动，气缸开始预压缩空气，第一气缸的单向进气门受气压增大而关闭；同时，第二气缸中活塞在上止点被缸内喷嘴喷射燃油与压缩空气混合并火花塞点火燃爆，气体膨胀使第二气缸中活塞从上向下运动，第二气缸中气体燃爆膨胀压力远大于第一气缸中开始压缩气压，因此，第二气缸的单向进气门不会被第一气缸中开始压缩的气体压カ正向推开，仍处于关闭状态；图12燃爆中期，第二气缸中活塞随燃爆膨胀继续向下运动做功，第一气缸中活塞继续向上运动气压有所增，但此时，仍然是第二气缸中气体燃爆膨胀压カ大于第一气缸中期压缩气压，第二气缸的单向进气门仍然不会被第一气缸中压缩中期的气体压力正向推开，仍处于关闭状态； 图12到图8，燃爆后期，第二气缸中活塞随燃爆膨胀继续向下运动做功，在活塞到达并扫过气缸下止点附近的排气孔时，第二气缸开始排气，缸内气压迅速降低，同时，第一气缸中活塞到达上止点，气压増大到最大，此时，第二气缸中排气后气体压カ小于第一气缸中压缩气压，因此，第二气缸的单向进气门被第一气缸中压缩气体压カ正向推开，气体从第一气缸换缸进入第二气缸。随着第二气缸中活塞从下止点回程，扫过并关闭气缸下止点附近的排气孔后开始压缩，此时，第二气缸中气压增大单向进气门又被关闭。周期性重复上述过程。3、以上叙述的仅仅是活塞式换缸配气发动机，由两个气缸组成的ー个基本工作单元，用换缸配气发动机的基本工作単元的不同组合，可以制造出，如图13所示的.由两个基本工作单元组成的直列四缸活塞式换缸配气发动机；如图14所示的，由四个基本工作単元组成的V型八缸活塞式换缸配气发动机等等。4、换缸配气发动机可以很容易实现发动机的歇缸变容正因为本换缸配气发动机不需凸轮參与工作，使问题变得简单了，而且是用两个气缸协同工作，所以能很容易的在多气缸(多个工作単元)发动机工作中实现部分气缸歇缸变容，能迅速切换歇缸和恢复，在曲轴不停止推动活塞运动前提下，能很好的解決，在进排气门都关闭状态下，活塞在气缸中运动不产生正负压阻力的问题，实现真正义意无阻カ歇缸。由于换缸配气发动机的气门是受活塞运动引起的气门两端(气缸内外)气压差驱动的，还由于气门没有凸轮之类的工作部件干渉，所以，实现换缸配气发动机某工作单元气缸的歇缸比较容易，只需要将第一气缸进气门恒定关闭和将第二气缸换缸气门恒定开启(同时断开点火电源和供油)，就可以实现无阻カ歇缸，就这么简単；其结果是，活塞在歇缸气缸中运动不会产生阻力，因为，在两个气缸中，第一气缸进气门恒定关闭，两气缸之间第ニ气缸的换缸气门恒定开启，活塞ー上一下运动，一个气缸活塞上行压气，另ー个气缸活塞下行必然吸收，气流在两气缸间来回流动，活塞无阻カ上下运动，实现了歇缸曲轴无阻力空转；取消歇缸时只需要放开(断开)对上述两个气门的操控(同时恢复点火电源和供油)，便可即刻恢复常态，能轻易实现歇缸变容目的。相对来说，现有的活塞式凸轮配气发动机，即每个气缸都是ー个独立工作単元的发动机，要实现气缸歇缸是很难的，及便是花大量金钱，很好的解决了凸轮对气门的干渉，使进排气门恒定关闭，也很难解决，活塞在封闭气缸中运动会产生正负压阻力的问题。本换缸配气发动机气缸歇缸的具体方法实现多气缸(多个工作単元)的换缸配气发动机的某个气缸歇缸，只需要将ー个独立工作単元的两个气缸的气门，也就是将所述第一气缸进气门改变为常闭状态，将第二气缸进气门改变为常开状态，持续的给该气门一个常开或常闭的カ即可；恢复时撒消该作用カ即可；因为达到的目的很简单，所以给カ的方法很多不可枚举。下面举两例概括说明其方法实施例一，如图15，图16，图17 ;图中只示出了气缸盖和配气道轮廓以及气门和歇 缸控制机构(配置于每ー工作単元)。歇缸就是控制配气，所以图中缸盖以下部位略去。图15示出，每个工作单元还配置有歇缸控制机构电机25轴上连接涡杆26，与涡杆啮合的涡轮24的轴上固定有杠杆式摇臂22，该摇臂一端能够下压第二气缸的第二单向进气门6，而使第二单向进气门恒定开启，同时卡在第一气缸的第一单向进气门4上的摇臂另一端上抬而使第一向进气门恒定关闭。图15，假设图中这两气缸是ー个需要歇缸的工作単元(歇缸是指在有多个可独立工作単元的系统中，关闭部分工作単元)，在曲轴与活塞不可能停止运动和关闭供油供电的前提下，歇缸方法是在缸盖上的第一气缸气门和第二气缸换缸气门之间，设置一个杠杆式摇臂22，摇臂转轴23上一体化(与涡轮轴联接)设置有控制轴转动的涡轮24，该涡轮由电机25上的涡杆26控制(涡杆控制涡轮有很好的自锁功能)，涡轮旋转可驱动摇臂两端上下运动，即杠杆连动方式，图17中，摇臂一端压下控制第二气缸换缸气门，使之常开；ー端抬起控制第一气缸进气门，使之常闭，实现气缸歇缸；相反的，图15和图16当电机控制涡杆涡轮反向旋转，驱动摇臂22摇臂的两端离开先前压下或抬起相应的气门，使其不受摇臂的干渉，气门恢复自由行程，就可立刻取消气缸歇缸，恢复原工作状态(同时需要恢复供油供电)。图15是非歇缸期间气门不受摇臂的干涉时，两个气门都自由关闭的情形；图16是非歇缸期间气门不受摇臂的干涉时，两个气门都自由开启的情形。换缸控制机构实施例ニ，如图18所示，每个工作单元还配置有磁力式换缸控制机构杠杆式摇臂22 —端与第二气缸的第二单向进气门的气门阀芯顶部接触,杠杆式摇臂22另一端卡套在第一气缸的第一单向进气门的气门阀芯上，杠杆式摇臂22的轴上固定的支杆与推拉杆27 —端铰接，推拉杆另一端位于电カ磁铁28的作用范围内，且推拉杆中部设置有ー个回位弹簧29。上述方式也可以用推拉杆27通过电カ磁铁28控制摇臂。对电カ磁铁通电，拉动摇臂转动时，可实现上述相同过程的气缸歇缸；图19电カ磁铁关闭时，推拉杆上的回位弹簧29使摇臂两端离开而不干渉气门，气门恢复自由行程，就可立刻取消气缸歇缸，恢复原工作状态。上述ニ例中有个细节，由于工作中气门在不断开闭之间上下跳动，所以，驱动歇缸摇臂工作的时间应在第二气缸活塞在下止点排气时，也就是在换缸气门打开时，这时驱动歇缸摇臂动作，禁止气门移动实现歇缸，就不会产生或减少产生因气门跳动与摇臂之间产生的碰撞声，这ー过程由传感器采集气门或活塞的位置信号，通过电脑控制电动器件工作。由于发动机工作时气门是温度比较高的部件，上两例中所用的摇臂、涡杆涡轮或推拉杆等可以起到电控器件远离热源的作用。因此，可以概括来说，如果用电控器件作为动力，通过ー个或多个延伸的中间零部件对气门施カ，而不应该用电控器件直接对气门施カ。用电控器件作为动カ控制气门的最大优势是反应迅速准确可靠，容易控制结构简单成本低廉。除电控对气门施力外，也可以，比如用气动或液压驱动方式对气门施力，具体工作方式很多，比如对每个气缸的气门，可以单独设置干涉气门工作的控制臂等等。5、本换缸配气发动机可以很容易实现气缸增压功能任何ー种发动机增压都是为了提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，比如传统的涡轮增压器、机械增压器实际上就是ー个空气压缩机。本换缸配气发动机由于使用了双气缸以换缸配气方式协同工作，其中，(第一气缸)进气预压缩气缸本身的就是空气压缩机，因此，在换缸配气发动机上实现对工作气缸(第二气缸)增压是很容易的事，可以用两种方式实现，ー种方式是在一定范围内増大预压缩气缸的缸径，并使用更大口径的活塞；第二种方式是增大预压缩气缸活塞行程，也就是在一定范围内增大对应曲轴的半径，并使用与曲轴匹配的连杆；并且，这两种方式可以同时使用，目的都是为提高预压缩气缸容量，从而增大对工作气缸(第二气缸)的进气量。并且，在 换缸配气方式下，是以气缸直接对气缸增压，节气门在预压缩气缸进气道前端，也就是节气门控制的是预压缩气缸的进气量，所以，可以通过节气门与电脑协调配合对气体的流量控制，达到调节决定是否增压和增压幅度大小；由节气门调节决定是否增压和增压幅度，是因为，在低开度节气门时，进气歧道内会产生一定的真空度，使预压缩气缸的进气量不足，也就低于气缸容量的饱和值，不起增压作用，因此，节气门开度越小，预压缩气缸增压的可能就越小，这就起到了节气门调节决定是否增压的目的；相反的，加大节气门开度，因为，增压的预压缩气缸有足够的气缸容量，预压缩气缸的进气量就按照节气门的供量，接近或达到预压缩气缸容量的饱和值，这就起到了节气门调节决定增压幅度的目的；为了增强预压缩气缸对工作气缸增压的有效充气量和时长，可以将预压缩气缸的曲轴与工作气缸曲轴之间的相对夹角进行调整，作为ー种选择性设定，方法是推迟预压缩气缸充气增压的结束时间，也就是在工作气缸曲轴转过下止点后，回程到关闭排气门时，预压缩气缸的曲轴才到达上止点，根据需要，可以将两气缸间的曲轴设定为曲轴两曲柄相差180° +CK角，见图 25。具体描述为两气缸间曲轴的两曲柄相差180° +角的定义是第一气缸I中活塞在上止点时曲轴曲柄为零度，第二气缸2中曲轴曲柄为180° +β, 是工作气缸中活塞从下止点回程后刚好到关闭排气孔位置时与下止点之间曲轴的转角。所以，换缸配气发动机中，独立工作単元的两个气缸对应的两个曲柄(曲拐)之间角度相差值的可设定范国是大于等于180°小于等于180° +α·之间。从曲轴平衡角度考虑，独立工作単元的两个气缸对应的两个曲柄(曲拐)之间角度相差值设定为等于180°为宜，其状况如图I。
权利要求1.一种活塞式换缸配气发动机，包括，设置在工作气缸上的火花塞(14)以及缸内燃油喷嘴(15)，其特征是，由ー个或ー个以上的工作单元组成，每个工作単元由竖直并列设置的第一气缸(I)和第二气缸(2)组成 第一气缸(I)作为进气预压缩气缸,所述第二气缸(2)作为工作气缸，第一气缸的气缸盖上设置有第一气缸进气道(3),第一气缸进气道上设置有第一单向进气门(4),第一气缸的气缸盖与第二气缸的气缸盖之间设置有换缸气道(5),该换缸气道上的第二气缸的气缸盖的位置处设置有第二单向进气门(6);第二气缸的气缸壁上沿气缸径向的双侧或单侧设置有百叶窗式的排气孔(11)，排气孔上有排气道(12);当第ニ气缸的活塞到达下止点吋，活塞顶面低于排气孔(11)的高度；当第二气缸的活塞到达上止点时，活塞下端应盖住排气孔(11);第一气缸和第二气缸分别经第一连杆(8)和第二连杆(10)与曲轴(13)上的第一曲柄(13a)和第二曲柄(13b)连接；曲轴上的第一曲柄(13a)和第二曲柄(13b)之间的角度声为180°彡声彡(180° +な)，其中，な角的定义是第二气缸(2)的活塞从下止点回程后刚好关闭排气孔(11)位置时与第二气缸的活塞处于下止点位置时曲轴曲柄的转角。
2.根据权利要求I所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述第一单向进气门(4)和/或第二单向进气门(6)的结构为气门导管(18)固定在上气门座(20)上，气门阀芯(19a)滑动插在气门导管上，气门阀芯上部设置有气门限位挡板(16 )，气门阀芯上行时气门阀芯下部底座将气门座(19)内的气体入口封堵。
3.根据权利要求2所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述气门限位挡板(16)经挡板卡簧(17)设置在气门阀芯上部。
4.根据权利要求3所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述气门阀芯(19a)上的气门限位挡板(16)与上气门座外沿处缸盖之间设置有气门回位弹簧(21)。
5.根据权利要求2或3或4所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述第一气缸的第一单向进气门(4)的气门阀芯结构为下部底座上固联有一圓筒，圆筒下部侧壁上均布有条形进气孔，圆筒上部为实心体，实心体顶部有供卡簧固定的卡槽。
6.根据权利要求I或2所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述第二气缸的活塞为具有两侧长裙边的活塞。
7.根据权利要求I或2所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述第一气缸的缸径大于或等于第二气缸的缸径，所述第一气缸对应的第一曲柄(13a)半径大于等于第二气缸对应的第二曲柄(13b)半径。
8.根据权利要求I或2所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述每个需要的工作单元还配置有歇缸控制机构电机(25)轴上连接涡杆(26)，与涡杆啮合的涡轮(24)的轴上固定有杠杆式摇臂(22),该摇臂一端能够下压第二气缸的第二单向进气门(6),而使第二单向进气门恒定开启，同时卡在第一气缸的第一单向进气门(4)上的摇臂另一端上抬而使第一向进气门恒定关闭。
9.根据权利要求I或2所述的活塞式换缸配气发动机，其特征是，所述每个需要的工作单兀还配置有磁力式歇缸控制机构杠杆式摇臂(22) —端与第二气缸的第二单向进气门的气门阀芯顶部接触，杠杆式摇臂(22)另一端卡套在第一气缸的第一单向进气门的气门阀芯上，杠杆式摇臂(22)的轴上固定的支杆与推拉杆(27)—端铰接，推拉杆另一端位于电カ磁铁(28)的作用范围内，且推拉杆中部设置有ー个回位弹簧(29)。
专利摘要一种活塞式换缸配气发动机，由一个或一个以上的工作单元组成，每个工作单元由竖直并列设置的第一气缸和第二气缸组成第一气缸作为进气预压缩气缸，第二气缸作为工作气缸，第一气缸与第二气缸之间设有换缸气道以及相应的单向进气门；第二气缸的气缸壁上有排气孔；当第二气缸的活塞到达下止点时，活塞顶面低于排气孔的高度；当第二气缸的活塞到达上止点时，活塞下端应盖住排气孔；第一气缸和第二气缸分别经连杆与曲轴上的两个曲柄连接；本实用新型配气结构更简单、功能更强大，对发动机容量和动力的可操控性更广泛，能够实现无阻力空转状态下的歇缸。
文档编号F02B33/02GK202645723SQ20122029446
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者刘若丹 申请人:刘若丹