專利名稱：二沖程發(fā)動機運行方法及二沖程內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械工程，特別是涉及發(fā)動機設計，更特別地是涉及內燃機的設計和運行方法。
發(fā)明RUC1,2017993描述了一種二沖程發(fā)動機的運行方法，它包括活塞向上止點運動時氣缸內的新鮮充量被壓縮和燃燒過程，活塞離開上止點向下運動時氣缸內的燃燒產物的膨脹過程，通過被活塞上緣打開的排氣口、排氣通道和滑動氣門將燃燒廢氣從氣缸排出到排氣管的過程，活塞接近下止點時通過掃氣口的壓縮新鮮充量對氣缸進行掃氣和充氣的過程，其中，當活塞接近下止點時，滑動氣門切斷排氣通道和排氣管的聯(lián)通，并使它們在氣缸被掃氣和充氣后重新聯(lián)通。
上述方法的問題是由于充氣效率低而使比特性差，以及活塞、排氣口和排氣系統(tǒng)整體承受的熱應力高。
另一種二沖程內燃機運行的傳統(tǒng)方法包括活塞向上止點運動時氣缸內的新鮮充量被壓縮和燃燒過程，活塞離開上止點向下運動時氣缸內的燃燒產物的膨脹過程，通過被活塞上緣打開的進-排氣口、一個進-排氣通道和一滑動氣門將燃燒廢氣從氣缸排出到排氣管的過程，活塞接近下止點時通過掃氣口的壓縮新鮮充量對氣缸進行掃氣和充氣的過程，其中，在活塞接近下止點時，滑動氣門將進-排氣通道與排氣管切斷聯(lián)通，并通過滑動氣門將進-排氣通道與進氣管聯(lián)通(見美國專利A1,5081961)。與先有技術的所述第一種方法相比，該方法由于改進了進氣分布元件的時間-截面比而使氣缸的充氣效率提高。這一效果緣于排氣通道和排氣口在完成其主要功能即排氣之外，它們還可作為進氣元件。發(fā)動機零部件的熱應力也因新鮮充量的冷卻而降低。
然而，上述措施不足以提供最高的比特性參數(shù)。而且，先有技術的實施例有兩個滑動氣門，與相同參考資料中所描述的具有一個滑動氣門的實施例相比，它不能充分利用由于時間-截面比的改進所帶來的巨大優(yōu)勢。
專利SU,A1,56419公開了一種二沖程發(fā)動機，它包括內裝有一曲軸的曲軸箱，與曲軸箱相連的至少一個氣缸，安裝在氣缸上并與曲軸動態(tài)連接的一活塞，該氣缸包括與壓縮新鮮充量源相通的一掃氣口和與一進-排氣通道相通的進-排氣口，安裝在進-排氣通道內使該通道與一進氣管和-排氣管交替聯(lián)通的一滑動氣門。
上述發(fā)動機具有與傳統(tǒng)運行方法相同的問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有改進的比特性參數(shù)和增強的可靠性的發(fā)動機。
本發(fā)明的這一目的通過提供一種二沖程內燃機的運行方法來實現(xiàn)，該方法包括如下的步驟活塞向上止點運動時氣缸內的新鮮充量被壓縮和燃燒過程，活塞離開上止點向下運動時氣缸內的燃燒產物的膨脹過程，通過被活塞上緣打開的進-排氣口、一個進-排氣通道和一滑動氣門將燃燒廢氣從氣缸排出到排氣管的過程，活塞接近下止點時通過掃氣口的壓縮新鮮充量對氣缸進行掃氣和充氣的過程，其中，在活塞接近下止點時，滑動氣門將進-排氣通道與排氣管切斷聯(lián)通，并通過滑動氣門將進-排氣通道與進氣管聯(lián)通，其中，根據(jù)本發(fā)明，在氣缸充氣之前，新鮮充量通過滑動氣門、進-排氣通道和活塞向上止點運動時被其下緣打開的進-排氣口進入曲軸箱室，氣缸的掃氣和充氣步驟由使來自曲軸箱室的充量通過而完成。
新鮮充量可以在過壓下通過進氣管被引入。
曲軸箱室內的新鮮充量可以與氣缸內的膨脹燃燒產物同時被壓縮。
本發(fā)明的目的進一步由一臺二沖程內燃機來實現(xiàn)，它包括內裝有一曲軸的曲軸箱，與曲軸箱相連的至少一個氣缸，該氣缸包括與壓縮新鮮充量源相通的一掃氣口和與一進-排氣通道相通的進-排氣口，安裝在氣缸上并與曲軸動態(tài)連接的一活塞，安裝在進-排氣通道內使該通道與一進氣管和一排氣管交替聯(lián)通的一滑動氣門，其中，根據(jù)本發(fā)明，曲軸箱限定了一曲軸箱室，它通過掃氣通道與掃氣口相通并通過滑動氣門、進-排氣通道和活塞向上止點上行時被其下緣打開的進-排氣口與進氣管相連。
曲軸箱室可用作壓縮新鮮充量源。
滑動氣門可裝在一柱腔內并可包括安裝在曲軸一端與曲軸轉動軸線垂直的平面內的一盤狀分離器，該盤狀分離器的徑向表面有一密封蓋，-扇形部件安裝在該分離器的一端面并與曲軸箱的一端面接觸，其中，滑動氣門被安裝在柱腔內，從而形成一進氣接收器和一排氣歧管，它們分別與進氣管和排氣管相連，滑動氣門在該扇形部件的區(qū)域有一排氣通道，進一排氣通道做在曲軸箱的端面上周期地通過排氣通道與排氣歧管相通。
該扇形部件可以做成配重件的形式。
該氣缸可以設置一個與所述進-排氣口對稱的附加進-排氣口，該附加進-排氣口與一附加進-排氣通道相連接，該附加進-排氣通道中裝有一附加滑動氣門，從而交替地將所述附加通道與排氣管和進氣管相連接。
該氣缸可以設置一個通過附加掃氣通道與所述曲軸箱室連通的附加掃氣口。
該掃氣口和進-排氣口可以設置在垂直的平面中。
該發(fā)動機可以包括一與進氣管相連的充氣機。


圖1示出用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的發(fā)動機的截面圖。
圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖。
圖3為沿圖1中B-B線的剖視圖。
圖4為沿圖1中C-C線的剖視圖。
圖5為沿圖1中D-D線的剖視圖。
圖6示意性地說明了發(fā)動機開始排氣時的情況。
圖7為沿B-B線示出滑動氣門位置的類似視圖。
圖8示出了發(fā)動機在掃氣和新鮮充量開始進入氣缸時的情況。
圖9為沿B-B線示出滑動氣門位置的類似視圖。
圖10示出了發(fā)動機在壓縮氣缸中的充量以及充量開始進入曲軸箱室時的情況。
圖11為沿B-B線示出滑動氣門位置的類似視圖。
圖12為如權利要求8所述的發(fā)動機實施例的截面圖。
圖13示出了用于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的連接桿和活塞組件。
圖14為沿圖13中E-E線的類似視圖。
現(xiàn)在詳細參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的方法在-發(fā)動機中實現(xiàn)，該發(fā)動機包括曲軸箱1和氣缸4，該曲軸箱1限定了曲軸箱室2并在其中裝有曲軸3，活塞5安裝在氣缸4內并與曲軸3動態(tài)連接。氣缸4具有通過掃氣通道7與曲軸箱室2連通的掃氣口6，和與進-排氣通道9連接的進-排氣口8?；瑒託忾T10安裝在進-排氣通道9中，用于交替地將通道9與進氣管11和排氣管12相連接。
滑動氣門10位于柱腔13中，并包括盤狀分離器14和扇形部件16。盤狀分離器14安裝在曲軸3的端部，其徑向表面上具有密封件15，扇形部件16位于分離器14的一個端面并與曲軸箱1的端面相接觸?；瑒託忾T10位于柱腔13內，從而形成分別與進氣管11和排氣管12連接的進氣接收器17和排氣歧管18。在扇形部件16的區(qū)域，滑動氣門具有排氣通道19，而進-排氣通道9設置在曲軸箱1的一個端面從而周期性地通過排氣通道19與排氣歧管18連通。
扇形部件16可以作成配重件的形式。
在與進-排氣口8對稱之處，氣缸4可以設置與附加的進-排氣通道21連通的進-排氣口20，進-排氣通道21具有附加的滑動氣門22，用于交替地將附加通道21與排氣管12和進氣管11相連接。
氣缸4可以設置通過附加的掃氣通道24與曲軸箱室2連通的附加掃氣口23。
掃氣口6和23與進-排氣口8和20設置在垂直的平面中。
發(fā)動機可以具有與進氣管11連接的充氣機(未示出)。
活塞5可以通過連接桿25和活塞銷26與曲軸3相連接，活塞銷26包括中心圓柱部分27和與之相連的同軸圓柱部分28。連接桿25的一端安裝在中心部分27上，同軸圓柱部分28由螺紋部件29緊固在活塞5上。
根據(jù)本發(fā)明的方法以下述方式在該發(fā)動機中實現(xiàn)。在氣缸4中的燃燒產物的膨脹過程結束時，向下止點運動的活塞5的上緣打開進-排氣口8，使廢氣通過進-排氣通道9、滑動氣門10中的排氣通道19和排氣歧管18從氣缸4中排出到排氣管12(見圖6和7)。隨著活塞5繼續(xù)向下止點運動，其上緣打開掃氣口6，以使得壓縮新鮮充量開始進入氣缸4并將殘留的廢氣壓出至進-排氣口8，從而對氣缸4腔體進行掃氣。排氣完成時，滑動氣門10旋轉并切斷通道9與排氣歧管18之間的連通，以結束排氣過程，而在掃氣期間被從氣缸4向通道9壓出的新鮮充量或者重新進入進氣管11，或者，取決于滑動氣門的設計，在進-排氣通道9中被截流，從而產生直接導向進-排氣口8的壓力波并防止新鮮充量進一步從氣缸4中逸出(見參考文獻1中描述的運行過程)。與現(xiàn)有技術方法相似，本發(fā)明防止新鮮充量損失到排氣管12中，這顯著地提高了發(fā)動機的效率。在設置了充氣機的情況下(未示出)，排氣過程一結束，壓縮新鮮充量從進氣管11通過進氣接收器17進入進-排氣通道9，而氣缸4同時通過掃氣口6和進-排氣口8被充氣，以使得二沖程發(fā)動機被適當?shù)厣龎旱剿璧某潭?見圖8和9)。在這個運行過程實施例中，掃氣口6和進-排氣口8的時間-截面比比四沖程發(fā)動機中可能的最大時間-截面比大幾倍。當活塞5離開下止點向上運動時充氣過程持續(xù)進行，直到其上緣依次首先關上掃氣口6然后關上進-排氣口8，此時壓縮氣缸4中的新鮮充量的過程開始。隨著活塞5繼續(xù)遠離下止點向上運動，其下緣打開進-排氣口8，由于曲軸箱室2中的負壓或者在充氣機產生的壓力的作用下，新鮮充量從進氣管11通過進氣接收器17和通道9進入曲軸箱室2(見圖10和11)。隨著這種情況的發(fā)生，燃燒產物在氣缸中燃燒并膨脹，從而運行周期重復進行。
滑動氣門10以下述方式運行。盤狀分離器14利用與腔體13的內柱面配合的徑向密封件15將腔體13永久地分成進氣接收器17和排氣歧管18?；瑒託忾T10的扇形部件16與曲軸箱1的端部永久地接觸，設置在滑動氣門10中的排氣通道19繞曲軸3的轉動軸線的半徑與設置在曲軸箱1的端面中的通道9的半徑相同。當通道19和9在滑動氣門10的一預定旋轉角度范圍內對準時，氣缸4的腔體與排氣管12連通并發(fā)生排氣。當通道19和9不連通時，進-排氣通道9通過進氣接收器17與進氣管11永久地連通。
當發(fā)動機設有一對對稱的滑動氣門10和22時(見圖12)，上述過程在兩個相同的系統(tǒng)中同時發(fā)生，這提高了氣體分布部件的時間-截面比。
因此，提高發(fā)動機氣缸4(在本優(yōu)選實施例中具有兩個滑動氣門10和22)的充氣效率的任務是通過使新鮮充量基本上同時經(jīng)過掃氣口6和23及進-排氣口8和20進入氣缸4來對曲軸箱室2進行預充氣來實現(xiàn)的，從而保證與最接近的現(xiàn)有技術(US,A1,5981961)公開的兩滑動氣門實施例相比，進氣的時間-截面比提高兩倍。
在單滑動氣門實施例中，該效果能實現(xiàn)，是由于驅動充氣機的機械損耗減小，或者由于根本不采用充氣機(利用曲軸箱室2中的抽吸和壓縮效應)，或者由于壓縮充量的進入更加平穩(wěn)(除了在活塞5的側表面關閉進-排氣口8期間的短暫間隔，和排氣開始的時刻)，從而降低了對充氣機壓力和瞬時流速升高的需求，并且在采用離心式充氣機的情況下在氣體動態(tài)特性方面改進了運行狀況。這意味著即使在單缸發(fā)動機中，新鮮充量也是以基本上不間斷的方式進入的。
內燃機的改進的時間-截面比使得有可能提高其軸的旋轉頻率而不降低有效功率。這是由于對氣缸充氣的時間減少。
傳統(tǒng)發(fā)動機能部分地完成降低發(fā)動機熱應力(具體地說，是活塞底部、氣體分布口的邊緣和排氣通道的熱應力)的任務。在兩篇對比文件中公開的運行過程中，由于讓冷新鮮充量通過上述部分而減少了這些部分中的熱應力。但是，根據(jù)本發(fā)明的運行過程使得新鮮充量還能經(jīng)過曲軸箱室2進入，保證通過排氣部件的冷充量的量增加三倍。于是將還沒有滲透到材料深處的所有過熱從最熱部分(進-排氣口8的邊緣、通道9的壁和活塞5)的表面去除掉，因此(同時也由于發(fā)動機氣缸的充氣效率提高)改進了運行過程參數(shù)而不會對其運行可靠性產生不利影響。而且，在運行過程中利用曲軸箱室2保證整個活塞5的熱應力大大減小，這不僅是因為通過進-排氣口8和20的冷充量對其壁吹風，而且是因為進入曲軸箱室2并在其中壓縮的新鮮充量通過掃氣對活塞內表面進行急劇冷卻。
滑動氣門10和曲軸3的轉動軸線對準，使得排氣通道19的尺寸最好地適應于發(fā)動機氣體分布相位，而對重量和尺寸特性沒有實質的影響。至于傳統(tǒng)發(fā)動機(參考文件2和3)，滑動氣門的形狀和構造使得由它們開關的通道的時間-截面比無法改進。
另外，滑動氣門和曲軸的軸線對準使得有可能在滑動氣門上安裝一配重件。在相對大的轉動半徑處安裝配重件能夠大大減少要平衡的重量，有選擇地相對設置活塞5和扇形部件16允許將后者當作配重件。在這種情況下，將配重件從曲軸箱室移除可以使箱室更緊密并使其中的閑置空間最小。因此，上述的技術方案顯著提高了發(fā)動機的比重量和尺寸特性。
另外，應該指出，帶有圓柱部分28的活塞銷26的臺階式形狀使得有可能在安裝了連接桿25端部的其中心部分27的大直徑處減少活塞5的整體重量，使得其更靠近曲軸3并縮短連接桿25的長度和重量。中心部分27的直徑相對大則允許減小其寬度并由此提高活塞銷26的負荷能力，這是因為增加了承受氣體負荷的表面積、增強了活塞銷的剛度并消除了其中的彎曲力。由于活塞銷26的部分28被螺紋部件29壓緊在活塞5的下面，連接桿和活塞可以容易地組裝在一起，特別是在中心部分27和連接桿25端部是通過滾動部件嚙合的情況下更容易組裝?？s短連接桿25的長度可以減少曲軸箱室2中的閑置空間并提高運行過程的氣體動態(tài)參數(shù)。
本發(fā)明可以應用在二沖程內燃機的設計和制造中。根據(jù)本發(fā)明的二沖程內燃機及其運行方法解決了二沖程內燃機的基本問題，例如由掃氣期間的大的新鮮充量損失和驅動充氣機的機械損耗導致的低效率，以及活塞和排氣系統(tǒng)元件的高熱應力。結合二沖程發(fā)動機的傳統(tǒng)優(yōu)點例如比重量和尺寸特性、結構簡單、運行可靠及成本低，上述問題的解決提供了一種改進二沖程發(fā)動機的參數(shù)以達到“方程式”馬達容積量水平的裝置，其壽命可達到數(shù)萬小時。
權利要求
1.一種二沖程內燃機的運行方法，包括以下步驟活塞向上止點運動時壓縮并燃燒氣缸中的新鮮充量；活塞離開上止點向下運動時膨脹氣缸中的燃燒產物；通過被活塞上緣打開的進-排氣口、進-排氣通道和滑動氣門將廢氣從氣缸排到排氣管；活塞接近下止點時，通過掃氣口進入的壓縮新鮮充量對氣缸進行掃氣和充氣，其中，當活塞靠近下止點時，滑動氣門切斷進-排氣通道與排氣管的連通，并通過滑動氣門將進-排氣通道與進氣管連通；其特征在于，在氣缸充氣之前，新鮮充量通過滑動氣門、進-排氣通道和由向上止點運動的活塞的下緣打開的進-排氣口進入曲軸箱室，對氣缸掃氣和充氣的步驟是通過使來自曲軸箱室的充量經(jīng)過來實現(xiàn)的。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述新鮮充量是在過壓下通過進氣管進入的。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述壓縮曲軸箱室中的新鮮充量的步驟和所述膨脹氣缸中的燃燒產物的步驟是同時完成的。
4.一種二沖程內燃機，包括內裝有-曲軸的曲軸箱；與曲軸箱相連的至少一個氣缸，該氣缸包括與壓縮新鮮充量源連通的掃氣口和與進-排氣通道相連的進-排氣口；安裝在氣缸內并與曲軸動態(tài)連接的活塞；安裝在進-排氣通道內從而使該通道交替地與進氣管和出氣管相連的滑動氣門；其特征在于，所述曲軸箱限定了一曲軸箱室，該曲軸箱室通過掃氣通道與掃氣口連通并通過滑動氣門、進-排氣通道和由向上止點運動的活塞的下緣打開的進-排氣口與進氣管相連。
5.根據(jù)權利要求4的發(fā)動機，其特征在于，所述曲軸箱室被用作新鮮充量源。
6.根據(jù)權利要求4的發(fā)動機，其特征在于，所述滑動氣門安裝在一柱腔內并包括一盤狀分離器和一扇形部件，該盤狀分離器安裝在曲軸端部與其轉動軸線垂直的平面內，其徑向表面上有一密封件，該扇形部件安裝在盤狀分離器的一個端面上并與曲軸箱的一個端面相接觸，其中，滑動氣門安裝在所述柱腔內，從而形成分別與進氣管和排氣管相連的進氣接收器和排氣歧管，滑動氣門在扇形部件的區(qū)域具有-排氣通道，所述進-排氣通道做在曲軸箱的端面上以周期地通過排氣通道與排氣歧管連通。
7.根據(jù)權利要求6的發(fā)動機，其特征在于，所述扇形部件做成配重件的形式。
8.根據(jù)權利要求4的發(fā)動機，其特征在于，所述氣缸具有一與所述進-排氣口對稱的附加進-排氣口，該附加進-排氣口與一附加進-排氣通道相連接，該附加進-排氣通道中裝有一附加滑動氣門，從而交替地將所述附加通道與排氣管和進氣管相連接。
9.據(jù)權利要求4的發(fā)動機，其特征在于，所述氣缸具有一通過附加掃氣通道與所述曲軸箱室連通的附加掃氣口。
10.據(jù)權利要求9的發(fā)動機，其特征在于，所述掃氣口和所述進-排氣口設置在垂直的平面中。
11.據(jù)權利要求4的發(fā)動機，其特征在于，包括-與進氣管相連的充氣機。
全文摘要
本發(fā)明涉及二沖程發(fā)動機的運行過程。發(fā)動機利用滑動氣門(10),從而在從氣缸(4)排出廢氣之后,與排氣歧管(18)相連的進—排氣通道(9)可以與進氣管相連。然后同時通過由掃氣通道連接至曲軸箱室(2)的掃氣口(6)和與進氣管相連的進—排氣口(8)將新鮮充量引入氣缸(4)。當活塞(5)從下止點移開時,其下緣打開進—排氣口(8)之后,曲軸箱室(2)被充氣。這樣可以實現(xiàn)基本上連續(xù)地向單氣缸發(fā)動機饋送新鮮充量。氣體分布部件的時間—截面比的提高保證了氣缸(4)的充氣效率最大,而將充氣時間和損耗降到最小。排氣后最熱部件表面發(fā)出的熱量被通過這些部件的冷新鮮充量瞬時消除。
文檔編號F02B75/02GK1225150SQ97196310
公開日1999年8月4日 申請日期1997年7月10日 優(yōu)先權日1996年7月11日
發(fā)明者扎哈洛夫·耶夫蓋尼·尼古拉耶維奇, 喬·根尼亞 申請人:扎哈洛夫·耶夫蓋尼·尼古拉耶維奇, 喬·根尼亞