专利名称：空气调节二冲程发动机的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及二冲程发动机，即需要两个活塞冲程或一转来完成一个循环的往复运动内燃机，更详细地说，涉及这类发动机的改进，即用下文中详细描述的空气调节二冲程发动机所实现。
二冲程发动机在结构上相当简单，而且通常省去在四(冲)程循环发动机中为了在具有燃烧室的汽缸中完成运行的一个周期所必需的各种各样的阀门。在二冲程发动机中，为了完成运行的一个二冲程周期，不是把呈空气和燃料的气态混合物形式的燃料气体直接导入或引入燃烧室。而是把严密闭合的曲轴箱和汽缸联系在一起，以便接受从化油器经由燃料输入口来的燃料气体。调节这个入口中的簧片阀或回转阀，即加入二冲程发动机中的唯一的阀门，来控制吸入曲柄腔中的燃料气体的流率。燃料气体输入口以及用来排放用过的燃料或废气的排气口和用来把燃料(空气和燃料的混合物)从曲柄腔更新到汽缸中的燃料室的换气口的打开和闭合动作全部靠汽缸中活塞的二冲程循环运动来控制。
因此，被可滑动地安装在汽缸中并设计成能在其中在通常称为上端死点和下端死点的它的一对死点之间往复运动的活塞可用来打开和关闭燃料输入口，换气口和排气口。一般把汽缸中的活塞设计成形成中空空间的圆顶形式，其上端或靠近燃料室的一端闭合，而其下端或相对的一端与由汽缸和曲柄腔的内部所限定的闭合空间相通。
在这种常规二冲程发动机的运行过程中，从第二死点沿两个方向之一移动的活塞(为了说明简便起见，在下文中称为从其“下端死点”“向上移动”或“上升”)在其中的中空空间中间生抽吸或负压，后者使燃料输入口打开，从而使得有可能把燃料气体(空气和燃料混合物)抽吸或吸入曲柄腔。同时，在汽缸中上升的活塞还使以前的燃料(空气和燃料混合物)在汽缸中活塞上方的燃烧室中被压缩。
活塞上升或沿着那一个方向继续移动，直到它到达其第一死点(以下为“上端死点”)，在该瞬间燃烧室中被压缩的燃料气体被配置其中的火花塞点燃而爆燃性地燃烧，从而驱动活塞从第一死点沿另一个方向移动(在下文中称为从其“上端死点”“下降”或“向下移动”)。
从其上端死点下降的活塞首先打开排气口，使得有可能把燃烧室中用过的燃料或废气即时放出并通过它排出。随着活塞在汽缸中下降，此后使换气口与燃烧室或活塞上方的空间相通，迫使曲柄腔中被压缩的更样的燃料气体(空气和燃料的混合物)从曲柄腔经由换气通路和换气口流动，并被导入当时处于活塞上方的抽吸作用下的空间，以便充满汽缸中的燃烧室。
在活塞到达其下端死点之后，随着活塞上升，换气口被关闭，而使排气口仍然保持在打开状态，直到在活塞到达其上端死点之前，并直到换气口被关闭之后，活塞上方空间或燃烧室中的燃料气体开始被活塞压缩为止。
因此，对于常规二冲程发动机来说，其中不是象在四程循环发动机中那样把燃料气体(空气和燃料的混合物)直接吸入燃烧室，而是必须在一个冲程中完成吸入和压缩，目前已经注意到，特别是吸入燃烧室的空气不足，而且正是由于这个，不能获得发动机足够的转矩输出是不可避免的；即使爆燃性燃烧的每个冲程或周期也不能产生两倍于四程循环发动机所能正常提供的输出。
确实，在直到活塞开始压缩燃烧室中的燃料气体之后，排气口仍然被活塞保持在打开状态的情况下，在发动机的换气，特别是压缩操作的时间间隔内，相当大量的未燃烧的燃料气体从发动机中通过这个出口被排入到环境中。在传统的二冲程发动机运行过程中，这样显著的燃料损耗给它留下了不良的燃料经济性，获得的转矩性能不足，还有缺乏限制环境污染的能力。
因此，本发明的一个目的就是提供具有增加了的转矩输出的改进的二冲程发动机。
本发明的另一个目的就是提供一种改进的二冲程发动机，后者给以此装备的机器(例如车辆)以比用常规二冲程发动机装备的机器所给出的更高的运转性能(例如行驶性能)。
本发明的另一个目的是提供一种改进的二冲程发动机，后者能避免从其汽缸燃烧室中出来的显著的燃料损耗。
本发明进一步的目的是提供一种改进的，具有增强的限制环境污染能力的二冲程发动机。
根据本发明用一种空气调节二冲程发动机，即二冲程发动机中的一种改进措施实现了这些以及其它目的。该空气调节二冲程发动机具有可滑动地安装在汽缸中的活塞，以便在其中在第一和第二死点之间往复运动。该活塞是中空的，具有其闭合的第一端以及由活塞裙限定的其中空端，其第一端与汽缸一起限定构成充满燃料气体的燃烧室的第一空间，而其中空端与延伸到燃料吸入腔的汽缸中的第二空间相通，其中向第一死点移动以便压缩第一空间中的燃料气体的活塞在第二空间中产生负压，从而使更新的燃料气体从其外部源头流入吸入腔，而在燃烧室中的燃料爆燃时，驱使由此产生的废气通过排气口即时排出，向第二死点移动的活塞在第二空间中产生压力，以便把更新的燃料气体输送到第一空间，改进措施在于一种结构，利用它在由向第一死点移动的所述活塞于第二空间中产生的负压作用下，把空气从外部大气吸入所述第二空间，由向第二死点移动的所述活塞在所述第二空间中产生的压力作用下，促使把如此吸入的空气输送到所述第一空间，以迫使其中所述未燃烧的燃料气体保持在显著远离所述排气口的位置上。
明确地说，所述汽缸在其壁上形成有适宜于由在所述汽缸中移动的所述活塞打开和闭合的进气口，用所述活塞裙打开所述进气口，以便在所述负压作用下把空气从外部大气吸入所述第二空间。
有利的是，在所述活塞位于其第一死点的情况下，所述进气口完全打开。
有利的是，使所述进气口具有一定尺寸并放在适当位置，使得在活塞到达其上端死点时，它的开口的上端可与所述活塞裙的下端大体上齐平。
所述活塞裙最好具有在它的壁部并穿过该壁部形成的、面向所述汽缸的壁的狭长切口，以便在所述进气口和汽缸中的所述第二空间之间提供空气通路。
有利的是，所述狭长切口沿所述活塞的纵向取向并具有这样的长度和位置，使得在活塞到达其下端死点时，它的上端可进入所述进气口的开口区域。
有利的是，所述狭长切口具有大体上等于或窄于所述进气口的开口宽度或直径的宽度。
所述进气口最好设置有用来控制空气吸入所述汽缸的流率调节阀。有利的是，所述阀是可调节的，以便使所述发动机提供可调节的转矩输出。
所述阀还最好设置有用来净化从外部大气吸入所述汽缸的空气的空气净化器。
根据具有已描述的和在下文中将要进一步具体描述的结构的空气调节二冲程发动机看出，靠通过在汽缸侧面形成的进气口从大气中吸入的空气有利地防止了燃料的损失，除了在使燃料混合物气体爆燃和排出的瞬间之外，该空气于是总是处在汽缸内部或汽缸燃烧室内部的下部区域。这样，不仅改进了燃料的经济性，而且还把对环境可能的空气污染减少到最低限度。此外，消除燃料损失提供具有获得增加的转矩输出的能力的发动机。还有，提供具有可调节开口的空气流率调节阀使得能根据需要把提高了的发动机转矩性能调整到更高或更低的水平。此外，在需要较少数量零件的情况下，可提供根据本发明的空气调节二冲程发动机作为具有优越性能，但却比常规的四程循环发动机重量更轻又较不昂贵的发动机部件。
从下面的详细描述以及表明本发明的某些说明性实施例的附图中将更好地理解本发明。在这方面应该指出，在其附图中所说明的这些实施例决不是用来限制本发明，而是便于其说明和理解，其中
图1是示意地说明体现本发明的空气调节二冲程发动机的前视剖视图；图2A是示意地说明在图1所示的空气调节二冲程发动机中，当活塞到达其上端死点时，活塞和进气口之间的位置关系的侧视剖视图；图2B是示意地说明空气和气体燃料那时如何分布的前视剖视图；图3A是示意地说明在图1所示的空气调节二冲程发动机中，当活塞从其上端死点向其下端死点移动时，活塞和进气口之间的位置关系的侧视剖视图；图3B是示意地说明空气和气体燃料那时如何分布的前视剖视图；图4A是示意地说明在图1所示的空气调节二冲程发动机中，当活塞到达其下端死点时，活塞和进气口之间的位置关系的侧视剖视图；图4B是示意地说明空气和气体燃料那时如何分布的前视剖视图；图5A是示意地说明在图1所示的空气调节二冲程发动机中，当活塞从其下端死点向其上端死点移动时，活塞和进气口之间的位置关系的侧视剖视图；以及图5B是示意地说明空气和气体燃料那时如何分布的前视剖视图。
在下文中，参照在其附图中的插图陈述关于空气调节二冲程发动机的本发明的适用的实施例。
现在参看图1，所表示的体现本发明的空气调节二冲程发动机包括，就象在常规的二冲程发动机结构中那样，一可滑动地安放在汽缸2中并适宜于在其中往复运动的活塞1。图示的汽缸2具有与其构成整体的、在其中形成有曲柄腔4的曲轴箱3。汽缸2中的活塞1通过连杆5与曲柄腔4中的曲柄6机械结合并连接，使得活塞1的往复运动可导致曲柄6联动装置的曲轴7在轴向转动，从而提供发动机的转矩输出。
在这里所示的直立取向的汽缸2中，具有活塞裙1a的活塞1是中凹的，或者就象常用的那样，呈圆顶形状，以便提供中空的内部1b，其顶部闭合，而其底端开向严密封闭的空间8，该空间由汽缸2的圆筒形内壁限定并延伸到曲柄腔4。
为了确保与汽缸壁的严密密封，活塞1还具有安装其上的一个或多个活塞环1c。
所是位于活塞1上方的、由汽缸2的顶部内壁限定的空间9用来在活塞1到达其如图所示的上端死点时提供燃烧室。通过汽缸2的顶壁插入火花塞10，使之面向燃烧室9并用来点燃以产生火花，以使在其中压缩的燃料爆燃。当爆燃驱动活塞1从上端死点向下移动时，由于燃料燃烧产生的废气通过当时与活塞1上方的空间相通的排气口即时流出。
曲轴箱3设置有燃料输入口12，通过它把呈空气和燃料混合物形态的燃料从化油器(未表示)导入曲柄腔4朝向汽缸2的内部空间8。在燃料输入口12设置有片簧阀13，以便调节通过它导入的空气和燃料混合物的流速以及/或者仅仅用作止回阀，以防止被导入曲柄腔4的燃料气体返回化油器。
汽缸2还设置有如图2A,3A,4A和5A所示的由两个构成的输送或换气口14，在图1中只表示出其中的一个，当活塞1继续朝其下端死点向下移动以便通过输送或换气通路15把在曲柄腔4中被下降的活塞1压缩的空气和燃料混合物导入或输送到在下降的活塞1(还请参看图2B)上方的压力减小的空间时，该换气口与活塞1上方的空间相通。
当到达下端死点时，向上移动的活塞1在其中空的空间1b中产生抽吸或负压，使得有可能把燃料气体(从化油器来的新鲜的空气和燃料混合物)通过燃料气体输入口12吸入曲柄腔4。同时，在汽缸2中上升的活塞1用它压缩燃烧室9中早先的燃料(空气和燃料的混合物)。活塞1继续向上移动，直到它重新到达上端的第二死点，在该瞬间通过火花塞10点火使燃烧室9中被压缩的燃料气体爆燃，从而驱动活塞1再一次向下移动。
同时，原来被打开的换气口14由活塞1关闭，从而排气口11保持在打开状态，直到在活塞1到达上端死点之前以及换气口14关闭之后(还请参看图3B)，在活塞1上方的空间中或燃烧室9中的燃料气体开始被活塞1压缩为止。因此，在发动机的换气，特别是压缩冲程的时间间隔内，相当大量的未燃烧的燃料气体(或者在废气被即时从燃烧室中排出之后，被导入活塞1上方的空间内的新鲜的空气和燃料混合物)往往会从发动机中通过排气口11喷出到环境中。
根据本发明这个问题通过这样一种结构解决，在该结构中，在活塞1朝着其上端死点上升以压缩燃烧室9中的空气和燃料混合物并从化油器通过燃料输入口12把更新的燃料(空气和燃料的混合物)吸入曲柄腔4的同时，在活塞1在其中产生的负压作用下，空气从周围大气中被吸入活塞1的内部1b或曲柄腔4上方的汽缸内部空间8，该结构用如此吸入空间8的空气补充曲柄腔4中的将要或正在供应给在活塞1上方形成空间9的燃烧室的更新空气和燃料混合物。
在图示的空气调节二冲程发动机的实施例中，该结构包括进气口16，其用以把空气从周围大气吸入空间8，当活塞1移动以便压缩燃烧室9中早先的空气和燃料混合物时，在该空间8中产生负压。进气口16一般具有通向空间8的圆形开口，该开口或入口16最好位于某个位置并具有一定尺寸，以便至少在或者活塞1到达上端死点时，或者在此之前，向带有活塞裙1a的空间8完全敞开。在实践中，应把进气口16放在适当位置并使之具有一定尺寸，使得在活塞1到达上端死点时，其开口的上端可大体上与活塞裙1a的下端齐平。
所示的进气口16包括片簧阀17，后者用来防止被导入空间8的空气流回环境。进气口16还最好具有与其直接有联系的、用来调节空气通过入口16吸入空间8的速率的流率调节阀18，以及确保被导入空间8的空气清洁度的空气清洁器19。
在图示的空气调节二冲程发动机的实施例中，所述结构最好进一步包括沿活塞1的纵向在活塞裙1a的壁部上贯穿形成的狭长切口或细长开口20，以便通过在进气口16和延伸到汽缸2中的空间8的活塞1内部的空间1b之间提供空气通路，促使通过入口20把空气吸入空间8。该狭长切口或细长开口20应具有大体上等于或窄于进气口16的开口宽度或直径的宽度。在实践中该狭长切口20应具有这样的长度和位置，使得在活塞1到达其下端死点时，其上端位于进气口16的开口区域。
现在参看图2A到5B，以便说明以图示和描述的形式体现的空气调节二冲程发动机的工作。图2A,3A,4A和5A以侧视剖视图的形式依次示意地表示，当活塞1到达上端死点，当它下降，当它到达下端死点以及当它上升时，活塞1和空气吸入口16之间的位置关系。图2B,3B,4B和5B每幅以前视剖视图的形式示意地说明，依次在图2A,3A,4A和5A所表示的状态中，通过燃料输入口12导入的燃料气体(即以空气和燃料混合物的形式)以及通过进气口16引入的空气如何存在和工作。
在每个往复运动循环中，当位于如图4A和4B所示的下端死点的活塞1开始象图5A和5B所示的那样上升时，在相互连通的活塞内部1b、汽缸内部空间8以及曲柄腔4中形成负压或抽吸，负压或抽吸导致从化油器中吸入用标号21表示的燃料气体，以充满曲柄腔4。然后，随着活塞1上升，活塞内部1b位于通过狭长切口20与进气口16流体连通的位置上，从周围大气中吸入用标号22表示的空气，以便陆续从其上部到其下部充满活塞内部1b。汽缸内部空间8占据的、在上面的活塞内部1b和下面的曲柄腔4之间的中间区域充注有用标号23表示的以前的空气(即在前一冲程周期中通过活塞内部1b已经吸入的空气)。在活塞1开始上升以便压缩活塞1上方的空间9中的燃料气体21之后，曾经敞开的换气口14马上被关闭。
此后，在到达上端死点(图2A和2B)之后，当由于燃料气体爆燃的结果而驱动活塞1向下移动时，废气冲出并通过排气口11(图3A和3B)被即时排出。因此，当随着活塞1进一步下降换气口14被打开时，曲柄腔4中的新鲜燃料气体(空气和燃料的混合物)21在压力作用下通过换气通路15被导入活塞1上方的空间9。然后，跟着燃料气体21，在压力作用下储存在曲柄腔4中的燃料气体21上方的汽缸内部空间8中的以前吸入的空气23被供向活塞1上方的空间9中。
由于以前的空气23必须跟在燃料气体21后面到达空间9，将会看到，在排气口11仍保持与空间9相通的同时，构成燃烧室的空间9必然被如图4B和5B所示的那样彼此分开的上层燃料气体21和下层空气23充满。
当活塞1向上移动，开始压缩燃烧室9内部时，占据空间或燃烧室9下面的以前的空气23防止燃料气体21被排出。在图2B到5B中所示并在上面描述的依次发生和重复的过程阶段提供一种工作过程，在该过程中，当更换燃料气体时，在空间9中的燃料气体21被压缩的同时曾从周围大气中吸入的新鲜空气22作为以前的空气23引入其中。这样，除了在使燃料气体21爆燃并将其排出的瞬间之外，由于一层空气23总是存在于空间或燃烧室9的下部区域内，从而有效地防止了就象在常规二冲程发动机中所遇到的那种燃料的显著损耗。
如此产生的燃烧室9中燃料的充分燃烧使得有可能获得充分提高的输出转矩并从而实现高度改进的转矩性能，用描述的空气调节二冲程发动机得到显著效益。
此外，这里不仅增进了燃料的经济性，而且，除了使得有可能排出或漏出混合的气体燃料的排气口11之外，没有提供其它开口，这就把环境的大气污染限制到最低限度。可以指出，通过空气流率调节阀18的开口能容易地调节用进气口16从大气中吸入的空气量。
实例分别对具有相同的50cc的小容量的两种摩托车进行了行驶试验，其一是常规的二冲程发动机而另一个是具有根据本发明的上述性能的空气调节二冲程发动机，两者都以每小时30公里的恒定速度行驶。人们发现，从具有本空气调节二冲程发动机的摩托车排出的废气中所含的一氧化碳(CO)的量平均减少到从具有常规二冲程发动机的摩托车排出的废气中所含一氧化碳量的1/8。而且，HC(碳氢化合物)浓度减少到1/3。进一步表明，在消耗了100cc汽油的情况下测量，与具有常规二冲程发动机的摩托车平均行驶4.2公里相比，具有空气调节二冲程发动机的摩托车平均行驶了6.5公里。从这些测试结果中从而看出，本空气调节二冲程发动机胜过常规二冲程发动机。
在上文中根据其某个说明性实施你陈述本发明的同时，显而易见，精通技术者将容易理解，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，能作出它的许多变更，从中省略和补充进去一些东西。因此，应该理解，本发明的意图不是局限于上述的它的特定实施例，而是包括在根据附加的权利要求中逐一提出的性能的范围内可能作出的它的所有可能的实施例，并包括它的所有等价物。
权利要求
1．一种二冲程发动机，具有可滑动地安装在汽缸中的活塞，以便在其中的第一和第二死点之间往复运动，活塞是中空的，具有其封闭的第一侧以及其由活塞裙限定的中空侧，其第一侧与汽缸一起限定构成充满燃料气体的燃烧室的第一空间，中空侧与延伸到燃料吸入腔的汽缸中的第二空间相通，其中向第一死点移动以便压缩第一空间中的燃料气体的活塞在第二空间中产生负压，把燃料气体从外部源头吸进吸入腔，而在燃烧室中的燃料气体爆燃时，驱使产生的废气通过排气口即时排出，向第二死点移动的活塞在第二空间中产生压力，该压力促使其中的燃料气体输送到第一空间，其特征在于，其具有这样一种结构，使得在由向第一死点移动的所述活塞在其中产生的负压作用下，空气从外部大气中被吸入所述第二空间，在由向第二死点移动的所述活塞在所述第二空间中产生的压力作用下，促使如此吸入的空气输送到所述第一空间，以在其中迫使并保持未燃烧的燃料气体基本上远离所述排气口。
2．如权利要求1所述的二冲程发动机，其中，所述汽缸在其壁上形成有一进气口，后者适宜于由在所述汽缸中移动的所述活塞打开和关闭，所述进气口由所述活塞裙打开，以便在所述负压作用下从外部大气中把空气吸入所述第二空间。
3．如权利要求2所述的二冲程发动机，其中，在所述活塞位于其第一死点时，所述进气口完全打开。
4．如权利要求3所述的二冲程发动机，其中，所述进气口的位置和尺寸如此设定，使得在活塞到达其上端死点时，其开口的上端与所述活塞裙的下端大体上齐平。
5．如权利要求2所述的二冲程发动机，其中，所述活塞裙在其面向所述汽缸壁的壁部上形成有一贯穿过该壁部的狭长切口，用以在所述气口和汽缸中的所述第二空间之间提供空气通路。
6．如权利要求5所述的二冲程发动机，其中，所述狭长切口沿所述活塞的纵向取向并具有这样的长度和位置，使得在活塞到达其下端死点时，它的上端可进入所述进气口的开口区域。
7．如权利要求5所述的二冲程发动机，其中，所述狭长切口具有大体上等于或窄于所述进气口的开口宽度或直径的宽度。
8．如权利要求2或5所述的二冲程发动机，其中，所述进气口设置有用来控制空气吸入所述汽缸的气流调节阀。
9．如权利要求8所述的二冲程发动机，其中，所述阀是可调节的，以使所述发动机提供可调节的转矩输出。
10．如权利要求5所述的二冲程发动机，其中，所述进气口设置有空气清洁器，以便净化从外部大气吸入所述汽缸的空气。
全文摘要
一种空气调节二冲程发动机,包括进气口,后者由移动的以便产生压缩和进气冲程的活塞有选择地打开,以便把空气从外部吸入气缸内部空间。在其它方面可能是常规结构的这种发动机迫使在燃料输送冲程的时间间隔内把吸入的空气输送到燃烧室,然后调节燃烧室中燃料气体的陈列,以便使其中未燃烧的燃料气体始终保持在显著地远离排气口的位置上。可形成这样的活塞,在活塞裙中具有在进气口和汽缸内部空间之间提供空气通路的切口。
文档编号F02B25/22GK1217421SQ98122340
公开日1999年5月26日 申请日期1998年11月18日 优先权日1997年11月18日
发明者木下敏二 申请人:木下敏二, 小岛广一