專利名稱：?jiǎn)瘟鲹Q氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
在現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種類型。即二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。二沖式發(fā)動(dòng)機(jī)為曲軸旋轉(zhuǎn)二周做一次功，有復(fù)雜的定時(shí)配氣和排氣機(jī)構(gòu)，制造該機(jī)用材多，重量大，成本高，但使用中燃油的消耗和污染少。而四沖程式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每旋轉(zhuǎn)一周做一次功，與其機(jī)身重量比，功率輸出大，并且沒(méi)有復(fù)雜的配氣機(jī)構(gòu)，制造比較簡(jiǎn)單，使用材料少，重量輕，成本低。但是這種四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)油耗大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，工作容積的利用率也低。下面分析存在于該機(jī)種上這些缺點(diǎn)的原因，這是該發(fā)明所要解決的問(wèn)題。
現(xiàn)有的四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是曲軸箱換氣式，排氣口(圖2-1)和換氣口(圖2-2)設(shè)置在活塞頂部的下止點(diǎn)前面的缸筒壁上，吸氣口(圖2-3)設(shè)置在活塞底邊的上止點(diǎn)以下的位置，其中換氣孔與曲軸箱相通，排氣孔通向機(jī)外，吸氣孔通過(guò)化油器也常開(kāi)于機(jī)外，這些孔之間以及它們與曲軸箱之間的密封條件是受活塞與缸筒內(nèi)徑配合的精密度影響的，當(dāng)它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)中磨損時(shí)，其配合間隙就大了，這時(shí)的密封條件就被破壞了，吸入曲軸箱內(nèi)的混合氣在壓力增高時(shí)就通過(guò)間隙擠出排氣孔和化油器，反流出化油器的混合氣又吸走了化油器中的燃油，以上是結(jié)構(gòu)上造成的泄漏。下面談運(yùn)轉(zhuǎn)中的油料損失，從圖2中分析，換氣過(guò)程中混合氣(實(shí)線箭頭)和廢氣(虛線箭頭)有混流，必然要被廢氣帶走一部分混合氣。圖中示出，排氣孔占據(jù)了沖程長(zhǎng)度的四分之一(L2)，活塞向上運(yùn)行時(shí)就把已經(jīng)換入氣缸的混合氣排出機(jī)外四分之一沖程的容積。活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)，活塞底端的吸氣孔(3)與曲軸箱連通，通過(guò)化油器吸入混合空氣進(jìn)曲軸箱(在此之前曲軸箱內(nèi)為負(fù)壓)，活塞繞過(guò)上止點(diǎn)下行，在封閉吸氣口之前的這段行程是沖程的五分之一，這五分之一的曲軸箱內(nèi)的混合氣又通過(guò)化油器排出機(jī)外，這是加濃的混合氣，因?yàn)檫@股反向的混合氣流又吸走了化油器中的燃料。再一方面是功率的損失，其一是吸氣口未連通曲軸箱之前的負(fù)壓消耗了本身約四分之一的功，再?gòu)膱D2分析看有效做功沖程(L1)，只有四分之三沖程弱，這從換氣角∠可以看出直觀印象來(lái)。
本發(fā)明的技術(shù)特征是用改變這種發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣方法來(lái)全面改善這種發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，達(dá)到節(jié)油和提高功率以及控制環(huán)境污染的目的。
該發(fā)明的這種發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣口為單流閥，位置在活塞頂部見(jiàn)

圖1。1是排氣孔，2是閥片擋圈，3是單流閥片，4是排氣道，5是附加活塞環(huán)，6是吸氣單流閥。附圖4是單流換氣閥坐在活塞頂部的幾何形態(tài)。附圖5是閥片擋圈形態(tài)圖，附圖6是閥片形態(tài)圖，圖1-1的排氣孔呈扁形，多孔均布在缸筒壁上。
換氣孔在活塞上的設(shè)置和吸氣孔(圖1-6)在曲軸箱上的設(shè)置閉免了曲軸箱內(nèi)混合氣的泄漏。如果再用上附加活塞環(huán)圖1-5，其泄漏完全閉免。由于氣缸筒上只有排氣孔圖1-1，其孔的數(shù)量可增加，以增大排氣孔截面積，把排氣孔做成扁狀是用來(lái)減小排氣行程的長(zhǎng)度。該換氣單流閥在活塞上設(shè)置所引發(fā)出的另一個(gè)作用是減掉了現(xiàn)有技術(shù)中缸體上的換氣道，從而縮小了曲軸箱內(nèi)的容積，提高了曲軸箱內(nèi)混合氣壓縮比，加快了換氣速度。由于具備了這些條件，所以減小了換氣角(附圖3)，增加了有效做功沖程的長(zhǎng)度。
該發(fā)明單流換氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣原理是活塞做功下行至排氣口排出廢氣，當(dāng)廢氣的排放壓力降至小于曲軸箱內(nèi)混合氣壓力時(shí)，活塞頂部的單流閥片被推開(kāi)，曲軸箱內(nèi)的混合氣從活塞中央直沖向上換入氣缸，又從頂點(diǎn)擴(kuò)散擠向下方把廢氣排出，如圖3所示，這一過(guò)程沒(méi)有混流。當(dāng)活塞繞過(guò)下止點(diǎn)上行至排氣口上邊時(shí)，其換氣單流閥片3自動(dòng)閉合而活塞進(jìn)入壓縮沖程，此時(shí)曲軸箱內(nèi)則從吸氣單流閥孔吸入混合氣進(jìn)入曲軸箱。換氣單流閥片的自動(dòng)閉合是受三種作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即閥片的上、下兩面的正負(fù)壓差作用和活塞高速運(yùn)動(dòng)的貫性力，由于這三種力的作用，其單流閥不設(shè)彈簧。如設(shè)彈簧，其彈簧與活塞體接觸面積小而不能散熱，熱的積壘將使彈簧燒紅而導(dǎo)至混合氣的早燃，并且彈簧將失去彈性。
由于與現(xiàn)有技術(shù)相比，該機(jī)種的曲軸箱內(nèi)壓縮比增加了，壓力也增加了，換氣速度也增加了，就給換氣單流閥孔的截面積減小提供了依據(jù)，因?yàn)槭芑钊麕缀涡螒B(tài)的限制，其換氣單流閥孔不可能設(shè)計(jì)得很大。其換氣孔截面積可設(shè)計(jì)為氣缸工作容積÷＞30即可。(在研制新機(jī)時(shí)可以把沖程設(shè)計(jì)短些，活塞直徑設(shè)計(jì)大些，用來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞頂部的閥座設(shè)計(jì))。
由于活塞頂部設(shè)置了單流換氣閥，而導(dǎo)至了活塞受熱面積的增加，但又因?yàn)榛钊c缸筒的接觸面積大，是能夠把熱量傳導(dǎo)出去的。換氣單流閥片的熱量是由換氣時(shí)的冷態(tài)混合氣流沖掉的，同時(shí)又沖掉了活塞上的一部分熱量，這有利于增加混合氣的溫度而使其燃燒充分。該活塞和閥片可用硬鋁制造，也可將閥片和其接觸部位做成其它硬金屬材料以增加壽命，這對(duì)于設(shè)計(jì)師而言是不難辦到的。圖4、5、6是活塞及單流閥組件的幾何形態(tài)，供設(shè)計(jì)者參考。由于排氣孔園周布置于缸筒上，固排氣道(圖1的A-A剖面1)則是環(huán)形于缸體上，與氣缸筒偏心布置，其最寬處的通氣截面積要大于排氣孔截面積的總和，排氣管也與此相同。附圖A-A剖面中1是排氣道，2是缸筒排氣孔，3是排氣管。
從現(xiàn)有技術(shù)圖2和發(fā)明圖3的對(duì)比來(lái)計(jì)算發(fā)明的實(shí)用效果圖2為現(xiàn)有技術(shù)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)性能及原理圖，圖中有效做功沖程L1為四分之三沖程弱，換氣行程L2為四分之一強(qiáng)，∠為換氣角約140度，吸氣口L3為五分之一沖程。
圖3為本發(fā)明單流換氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及原理圖。圖中有效做工功沖程L1為九分之八沖程，L2為換氣行程，∠為換氣角約80度。
1.計(jì)算功率輸出率的增加計(jì)算式1(L1′-L1+P)×100即(8/9-3/4+1/4)×100＝38.88%2.計(jì)算油料節(jié)約率應(yīng)注意的是本發(fā)明機(jī)型的換氣角很小，在換氣過(guò)程中，活塞在下止點(diǎn)前段是排氣，后段是換氣，換氣終了時(shí)活塞已把排氣口封閉，不會(huì)把混合氣排出機(jī)外，不在計(jì)算之內(nèi)。
計(jì)算公式 100/(I+L3×2+L2+C) ×L3×2+C即 100/(I+1/5×2+1/4+1/10) ×1/5×2+1/4+1/10＝42.85%1式中L1′ 為發(fā)明機(jī)型有效做功長(zhǎng)度率L1 為現(xiàn)有機(jī)型有效做功長(zhǎng)度率P 為現(xiàn)有機(jī)型負(fù)壓功率損失率100 為百分率2式中I 為現(xiàn)有機(jī)型應(yīng)需燃油率L3 為吸氣口燃油損耗率L2 為排氣口燃油損耗率C 為間隙泄漏和排氣混流損油率100 為百分率從以上計(jì)算表明，與同等容積的現(xiàn)有機(jī)型相比，該單流換氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可提高輸出功率38.88%;節(jié)約燃油42.85%。
四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用極為廣泛，汽車、船只、摩托車、拖拉機(jī)、小型發(fā)電機(jī)無(wú)電源的機(jī)械設(shè)備、各種動(dòng)力工具等都需要它做為動(dòng)力來(lái)源。所以，研制和推廣這種單流換氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，使之將現(xiàn)有機(jī)型逐步淘汰，將會(huì)節(jié)約大量能源，控制環(huán)境污染，給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)向前前發(fā)展的速度。
權(quán)利要求
現(xiàn)有的四沖內(nèi)然發(fā)動(dòng)機(jī)為曲軸箱換氣式，當(dāng)活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，曲軸箱內(nèi)被壓縮的混合氣通過(guò)兩個(gè)氣缸體上的換氣道和氣缸筒上的兩個(gè)換氣口換入氣缸，排氣口和吸氣口也設(shè)在氣缸筒上，這些口之間以及口與曲軸箱之間的密封是受活塞與氣缸筒的配合精度影響的，捎有磨損時(shí)其密封條件就被破壞，造成混合氣的泄漏，在排氣過(guò)程中且有混合氣的混流排出，在吸氣口段的活塞回程中又有曲軸箱內(nèi)的混合氣反排出化油器。經(jīng)計(jì)算，油料的這些無(wú)功損失為所消耗總合的42.85%。造成了能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。另外，吸氣前的曲軸箱內(nèi)負(fù)壓消耗了自身的能量，而排氣口在氣缸筒內(nèi)設(shè)置過(guò)長(zhǎng)而縮短了有效做功沖程的長(zhǎng)度，使功率輸出量受到限制。最相近解決方案在氣缸筒上只設(shè)排氣口，扇狀，多孔，均布在缸筒園周上以增加作功長(zhǎng)度，換氣孔設(shè)在氣缸體上為單流閥式，吸氣口為單流閥設(shè)在曲軸箱上，活塞底端設(shè)密封活塞環(huán)，則泄漏完全閉免，又增加了輸出功率。這種設(shè)計(jì)要加長(zhǎng)兩個(gè)換氣道而導(dǎo)至減小了曲軸箱內(nèi)壓縮比使混合氣壓不足。換氣單流閥要有彈簧，而彈簧將積熱燒紅使其失去彈性，并且造成混合氣早燃。又由于曲軸箱內(nèi)壓力不足使換氣單流閥難于開(kāi)啟。本發(fā)明是提供一個(gè)最完善的解決方案1、其特征是活塞頂部設(shè)置換氣單流閥，在活塞底端設(shè)有密封活塞環(huán)，在曲軸箱上設(shè)吸氣單流閥，在氣缸筒上設(shè)排氣孔，孔形扇狀，多孔，均布在缸筒園周上，換氣單流閥不設(shè)彈簧，在氣缸體上設(shè)偏置的環(huán)形排氣道，其最寬處接排氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述撰寫學(xué)術(shù)論文和書刊。
全文摘要
本發(fā)明為單流換氣式四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)本發(fā)明改變了現(xiàn)有技術(shù)四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣方法。其特點(diǎn)是把換氣孔設(shè)計(jì)成單流閥式，設(shè)置在活塞頂部(見(jiàn)圖)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸筒(套)上只設(shè)有排氣孔，孔形扁狀，多孔，均布在活塞頂部下止點(diǎn)前。氣缸體上有環(huán)形排氣道，偏置于缸筒中心，其最寬處接排氣管，單流吸氣閥設(shè)在曲軸箱上。該發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)有的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，提高功率輸出額為38.88％，節(jié)約燃油42.85％。所以，對(duì)節(jié)約能源，控制環(huán)境污染，本發(fā)明能起到很好的作用。
文檔編號(hào)F02B75/02GK1094787SQ93103788
公開(kāi)日1994年11月9日 申請(qǐng)日期1993年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月22日
發(fā)明者張盛義 申請(qǐng)人:張盛義