CN1146528A - 扫气二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二冲程发动机，它具有二冲程机的全部优点：结构简单，成本低廉，比功率大和极少的维护工作量，克服了传统方案的不足；新气含机油或需要高精度的扫气泵。它有一根扫气管7，因其容积约等于汽缸排量而其长度远大于其直径，故每一循环中，新气只进出于扫气管内而与曲轴箱内的气体交换极少。故可用四冲程机的方式润滑并且新气中不含机油。将火花塞1换成喷油嘴并去掉化油器9，即为一二冲程柴油机，它不需要高精度的罗茨泵。

Description

扫气二冲程发动机

本发明涉及一种二冲程发动机。

二冲程发动机比功率大，结构简单，成本低廉，同时由于没有四冲程发动机的凸轮阀门机构，因此工作时除了例行保养以外，不需要调整，其优点是非常明显的。

最能体现二冲程发动机优点的就是施努勒扫气二冲程汽油机。这种设计方案采用密闭的曲轴箱做气泵，使得整机的成本很低。但是它的润滑方式是将润滑油混合到汽油中，利用油雾的渗透进行润滑的。混合在燃油中的没有燃烧的润滑油随同废气一同排到大气中。这种润滑方式的一个缺点是润滑油消耗量比较大，同时燃烧不完全的润滑油形成积碳不利于发动机的寿命，另一个缺点是污染环境。尤其是在环境保护日益受到重视的今天，这种发动机已受到严重挑战甚至严厉指责。据资料介绍，一些发达国家已严令禁用此种发动机。但是因为它的优点是这样的突出，以致人们还在努力寻找各种方法，以期扬长避短(《摩托车技术》杂志1994年第1期有文章详细介绍这方面的情况)。但是，这些方法不是未能解决排气含油问题，就是使得发动机变得过于复杂了，以致于二冲程发动机的结构简单，成本低廉的优点被淹没了。

至于二冲程柴油机，由于它的燃料不是象汽油机那样随同空气一同进入汽缸，所以不能用施努勒扫气方式来润滑，它的曲轴的高负荷也不允许它用这样的润滑方式。所以它必须配备专门的扫气泵(通常为罗茨泵)。加工精度要求很高的扫气泵和变得复杂的结构同样减少了二冲程柴油机的优势。

我们需要一种象施努勒扫气那样结构简单，但采用四冲程机润滑方式的二冲程发动机。这样，二冲程发动机就克服了原来的不足，具有了明显的优点。

图1所示结构的发动机就能够较好的实现这一点。

图中1是火花塞，2是汽缸，3是排气口，4是活塞，5是曲柄，6是曲轴箱，7是扫气管，8是空气滤清器，9是化油器，10是簧片阀，11是扫气口。

与传统方式不同的是，增设了扫气管7。扫气管7应内壁光滑，其长度应远大于其径向尺寸，其容积应约等于汽缸排量。当活塞上行时，曲轴箱内产生一定真空度，阀10打开，混合汽被吸至扫气管内，当活塞下行时，曲轴箱内的压力升高，阀10关闭，扫气管内的混合汽也同时被压缩，至扫气口打开时，扫气管内的混合汽喷至汽缸内，完成扫气。扫气管是这样的长，以至于其中的混合汽与含油雾空气混合的数量可以忽略。即使在扫气量很少的时候，也同样如此。因为进气口距离油雾飞溅的曲轴箱毕竟是太远了，在扫气管的进气口一侧油雾的浓度已很低了。可以看到，在这里，曲轴箱并不储存混合汽，它只是用来产生进气和扫气所必须的压力，混合汽是由扫气管来储存的。所以，尽管曲轴箱内油雾飞溅(飞溅润滑——四冲程发动机的润滑方式，但并未将油雾送进汽缸之内，因为有了一根扫气管，隔离了曲轴箱和混合汽。由于扫气管增加了曲轴箱的实际空间，因此进气真空度和扫气压力均将有所降低，升功率将有所下降，尤其是在转速较高的情况下，所以应尽量减少曲轴箱内的空间，换言之，应尽量增大曲柄和连杆的体积。这种方式的优点是的是它只增加了一根扫气管，就解决了排气含油的问题，所以即使它的比功率降至四冲程机的水平，它仍比四冲程发动机有优势——简单的结构，低的生产成本和极少的维护工作量。

在图1中，我们只要将火花塞1换成喷油咀，并去掉化油器9，我们就得到了一个结构简单、不再需要高精度罗茨泵的二冲程柴油机。应该指出的是，因为柴油机进气阻力小，转速较低，所以升功率不会有因扫气压力有所减少而明显下降。因此，它简单的结构，低廉的生产成本和大的比功率会使四冲程机相形见绌。

扫气管的容积一般可取与汽缸排量相等。但为曲轴箱通风用，可使其容积略小于汽缸排量，这样，每个进气循环曲轴箱内的气体都与新气有部分交换。亦即实现了通风的目的。

图2所示结构是为减少二冲程汽油机特有的扫气损失而设计的。图中各序号1至6与图1含义相同，9是空气滤清器，10是化油器。它将图1中的扫气管7分成了两个扫气管7和8，各自分别有阀门12和节气门(油门)11，两个阀门应保持相同的开启压力，节气门同步动作，这样，在曲轴箱为负压时，空气和混合气以一定比例分别存于空气扫管8和混合汽扫管7中，在曲轴箱压力为正时，活塞先打开空气扫气口，空气由空气扫管8喷至汽缸内，驱除废气，而后活塞将混合汽扫气口打开。混合汽充入汽缸，由于先进入汽缸的是纯空气，不含燃油，因此减少了扫气过程中燃料损失。

另一种减少扫气损失的设计如图3所示，可称之为化油器后置方案。这种方式仍需两个同步动作的节气门11，它的缸点是需将化油器置于压力变化的环境中，这就需要密封和专门的供油装置(油泵)，而这增加了复杂性，它的优点是没有阀门同步的问题，因为它只有一个阀门。

采用燃油缸内直接喷射使得这种发动机显得非常简单。如图4所示。图中序号1至8的含义与图1的相同，9是阀门，10是燃油喷射器，当扫气过程快结束时，喷射器将燃油喷射至缸内。虽然是喷射器，但由于是在低力压下工作的，因此要求不象柴油机那样严格(高温高压)，其成本也较低。燃料也可与少量的高压空气混合喷入，当然也可以象柴油机那样从汽缸顶部喷入。这几种方法的共同优点是没有扫气过程中的燃料损失。

采用和传统的四冲程发动机一样的润滑***当然简单，但这种有“油底壳”的方式使发动机的高度增加了，同时也增大了曲轴箱的容积，而这不利于升功率的提高。采用如图5所示的方法可以解决这个问题。图中圆形的曲柄上加工有若干个槽，它们与曲轴箱及在曲轴箱切线方向的开口一起构成了一个离心泵。曲轴箱内的润滑油被不断地泵出曲轴箱，沿着输油管高速流动。流动至滤清器1时，流向急速改变，并且流速减小，油中含有的杂质颗粒由于惯性的作用，冲过滤网2沉淀至滤清器底部，纯净的润滑油沿油管经限压器5送至贮油池3，然后由贮油池3从箭头方向送出。图中4是贮油池盖，加油从此进行，它保持贮油池的密封性。

从贮油池流出的润滑油可以直接注入中间设有油道的曲轴、连杆及活塞销等摩擦副中。在曲柄直径较小的情形下，离心泵在低速区能提供的压力较小，不能满足需要时，可以在将润滑油由贮油池送入上述机构之前再用一齿轮泵或转子泵加压至可用程度。

另一种润滑方式为“喷洒润滑”。它类似于“油雾润滑”。但由于曲轴箱内是粘度较大的机油，没有“油雾润滑”那样好的雾化性，为增加润滑效果，可以在曲轴箱内的适当部位加设若干具有雾化性能的喷油咀，使润滑油从贮油池3出来后经喷油咀喷向需加强润滑的部位。

为进一步加强隔效果，还可以在扫气管中增加一个“自由阀”，如图6所示。图中1和7是弹簧，2是通往曲轴箱的端口，3是扫气管，4是“自由阀”，5是滑杆，“自由阀”可以在杆上自由滑动。 6是扫气管的另一个端口。弹簧的一个作用是为自由阀提供可能必要的缓冲，另一个作用是限制自由阀的位置，避免自由阀走到极限位置而失去作用。实际上，这个“自由阀”不仅能进一步加强隔离效果，它还具有惯性增压的作用。假设它是用铝制成，因为铝的密度是空气的2000多倍，因此0.5毫米厚的“自由阀”其惯性作用就相当于1米多长的空气柱。换言之，使用了“自由阀”以后，只需要很小的体积就能实现无阀时需很大体积才能实现的增压效果，其优点是显而易见的。

以上各图中给出的只是原理示意图，并不表示实际的工艺结构。扫气与式完全可以和传统的二冲程发动机相同。但采用定向对称扫气结构简单而效果较好，如图7所示。图中1是整流片，2是汽缸体，3是排气口，4是扫气管的一个端口，5是扫气口。所谓定向扫气就是在扫气道中增加一组整流片，它们将扫气道分成若干个较小的扫气道，使得气流的方向得到较好的控制(关于定向扫气及其效果，在申请号为94221803的专利说明书中有较详细的说明)。当然也可以采用有凸轮控制排气的直式扫气。

各图中给出的进气阀门均为簧片阀。实际上，旋转阀或凸轮控制的阀门等都可以应用，只要使其按着正确的相位开闭即可。只是簧片阀是其中结构最简单的一种，它的低速性能较好，缺点是有一定的压力损失。

以上各图中扫气管与曲轴箱的联接只是示意图。实际上，扫气管最好接在与曲柄旋平面垂直的方向上，以尽量减少油雾的影响。扫气管不一定是直的，它可以是弯曲的，例如是圆弧状，螺旋状，或直管折叠的等等，但它应与水平有一角度，以便混在空气中的润滑油在管壁上凝结时够流回曲轴箱。

在多缸应用时，化油器前置方案有它的优点：它只需要一只化油器。当然扫气管各自是独立的 ，包括阀门。图8所示方案使化油后置方式也可以只用一只化油器。图中1是两个汽缸的扫气管，它不再直接通往扫气道，而是分别通过一个簧片阀6汇到一起，然后再分别通过同步动作的节气门2、空气通道3和化油器通道4通向各自的扫气口。图中5是化油器箭头表示气流方向，其中单箭头表示空气流向，宽箭头表示混合汽流向。簧片阀的作用是保证空气只能从扫气管的进气口进入扫气管，不会造成各缸之间的相互干扰。当然也可以用其它形式的阀门，但以簧片阀为最简单。显然，这个方法对多缸也是同样适用的。如果我们把图中化油器5换成燃油喷射装置，并适当控制其喷射时刻，我们不需要专门的空气扫气道也同样能实现“分层扫气”。即令扫气口刚打开时，喷射器不喷油，经一定时间后，才开始喷射，并在扫气口关闭前结束。在种方法对双缸机是最适用的。缸数再增加时，可再增加喷射器的数量并将空气分成若干路，每路一个喷射器，负责两个汽缸。

在多缸应用时，润滑***也可以部分公用或全部公用。可以将润滑油全部泵入一个公共的贮油池，然后分别送入各润滑部位(可以加压)。在这种方式中，因为各曲轴箱通过输油管已连在了一起，因此将会使进气量有所将低。如果我们能使各“离心泵”的出口压力远大于曲轴箱内的压力，或将其流量限制在一个可以接受的范围内，这一影响将很小。尤其是在公共贮油池之后经过再次加压的情况下。因此，在多缸的时候，我们有时只是为了减小各缸之间的干扰而使用了加压泵。

Claims (10)

1、一种二冲程发动机，其特征在于，它每个汽缸至少有一个扫气管7，扫气管的一端与曲轴箱6相通，另一端与扫气口11相通，并通过阀门与进气口10相通。阀门在曲轴箱内为负压时打开，为正压时关闭。

2、一种如权利要求1的发动机，其特征在于：扫气管的总容积是汽缸排量的0.5-5倍，长度为其直径的2-20倍。

3、一种如权利要求1和2的发动机，其特征在于：在扫气口处装有燃油喷射器10。

4、一种如权利要求1和2的发动机，其特征在于：在扫气管中装有自由阀。

5、一种如权利要求1和2的发动机，其特征在于：扫气管7在扫气口与阀门之间的部分分成两个扫气管，在此两个扫气管中，装有两个同步动作的节气门11，并在其中一个扫气管中装有化油器10。

6、一种如权利要求1和2的发动机，其特征在于：它有两个扫气管7和8，在这两个扫气管中，装有同步动作的阀门12和节气门11，在其中位于下面的扫气管中装有化油器10。

7、一种如权利要求1和2的发动机，其特征在于：其曲柄是圆形的，并在其端面开有若干个槽，在其曲轴箱内圆的切线向开有出口，构成了一个离心泵，该泵可以将曲轴箱内的机油不断泵出。

8、一种如权利要求7的发动机，其特征在于：它还有有机油滤清器1限压器5和贮油池3。

9、一种如权利要求7和8的发动机，其持征在于：贮油池是密闭的，其中的机油经出油口直接送至中间开有油道的曲轴连杆之中。

10、一种如权利要求8和9的发动机，其特征在于：贮油池中的机油是经喷油咀喷入曲轴箱内。

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