專利名稱：內冷式發動機的制作方法
技術領域：
涉及四沖程活塞式內燃發動機，電噴及增壓發動機。
背景技術：
活塞式內燃發動機在工作的時候，由于燃燒室內不斷地進行爆燃，發動機溫 度必然隨之升高。發動機的最佳工作溫度的確比常溫要高些，但溫度過高將導致 機械損傷甚至無法工作，因此必須進行冷卻處理。目前發動機的主要冷卻方式為 水冷和風冷，風冷發動機的冷卻能力遜色于水冷。
風冷發動機是指發動機通過缸體、缸頭外部設置許多散熱翅片，在發動機工 作時發動機的溫度升高，其缸體缸頭的熱量傳遞到散熱翅片，散熱翅片將熱量向 四周傳遞(指常溫空氣)。發動機的散熱翅片的設置不能過多，否則會增加發動 機的重量，產生共振等，再者發動機的散熱翅片再多，發動機缸體材料的導熱能 力有限，rfD風冷發動機為了保證較高溫度工況的可靠性，其缸體較厚(相比水 冷)，增加了熱傳遞的難度。
水冷冷卻方式是在發動機的缸體和缸頭設置冷卻水槽，通過葉輪旋轉驅動冷卻 水(或者防凍液)的流動，使冷卻水流過缸體、缸頭、散熱器，不斷地的將熱量 通過冷卻水傳送到散熱器。水冷發動機的散熱能力遠大于風冷發動機的散熱能 力。水冷發動機必須設置安裝散熱器、抵御膨脹和補水作用的水箱、驅動冷卻水 循環的渦輪葉輪及其驅動機構，以及連接各個部位的水管。水冷發動機大多數需 要裝配散熱器的散熱風扇，水文開關等。因此水冷發動機比風冷發動機使用的零 部件多些。對于燃燒室的內部空間來說，缸體、缸頭是外側了，即通過燃燒室機 構的外側進行冷卻。
風冷和水冷發動機都是通過缸體、缸頭的外側進行冷卻。
活塞式發動機在排氣之后進氣過程中，燃燒室內仍然殘余一些廢氣，這個殘 余廢氣不僅溫度高，使燃燒室繼續受熱，而且影響換氣效率，不利于發動機的工 作。
風冷發動機和水冷發動機都不能對活塞進行有效的冷卻。 對發動機尤其是對燃燒室的進一步冷卻有利于發動機的良好工作與動力輸出。
目前發動機增壓技術已經成熟，電噴技術也已經普及。
發明內容
活塞式發動機在排氣之后進氣過程中，燃燒室內仍然殘余一些廢氣，這個殘 余廢氣不僅溫度高，使燃燒室繼續受熱，而且影響換氣效率，不利于發動機的工 作，因此需要最大限度地將廢氣排出。
發動機燃燒室內排氣后殘余一些廢氣、對活塞進行有效的冷卻，以及對發動 機尤其是對燃燒室的進^步冷卻有利于發動機的良好工作與動力輸出。為此設計 出了內冷式發動機。
為了提高發動機的原有的冷卻能力，在原有基礎上進行進一步的冷卻，就是 在發動機燃燒室內部進行冷卻，即內冷式發動機。風冷和水冷相對于內冷就是外 冷。
為了實現內冷式發動機，使其進氣增壓，在以往的四沖程發動機的基礎上使 用涵道副燃燒室發動機，在排氣的后期將新鮮空氣壓入燃燒室，用新鮮的空氣吹 過活塞頂部和缸壁，然后吹過燃燒室的底部，最后從排氣門排出燃燒室。由于新 鮮的空氣是來自常溫的空氣，其溫度比燃燒室內部的溫度低得多。在進氣過程的 中期，噴油器噴油，接著進行繼續混合的吸氣、壓縮、點火做功。
關于涵道副燃燒室發動機，已經向知識產權局申報并受理(申請號 200610114124.8)。
具體過程如下-
利用增壓機構將發動機的進氣進行增壓，增壓的方法有多種如機械增壓， 主要是指發動機曲軸帶動的風機；廢氣增壓，是指利用發動機排出的具有一定溫 度和壓力的廢氣推動排氣側渦輪，來驅動同一軸上的進氣渦輪風機；以及電動增 壓，復合增壓機構。
參見圖-3
在圖3a和圖3b中設定四沖程發動機完成吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖 程的循環，每個周期為720。，且以理論上做功沖程的開始，曲軸針對活塞在上止 點的位置為0° ，那么
O-O為排氣門開啟角，圖例示意為165°
IN-O為進氣門開啟角，圖例示意為335°
OUT-C為排氣門關閉角，圖例示意為415°
IN-C為進氣門關閉角，圖例示意為555"
在圖3b中
圖3b-l:排氣門開啟關閉周期示意圖，165°排氣門開啟，415°排氣門關閉。 圖3b-2:進氣門開啟關閉周期示意圖，335°進氣門開啟，555°進氣門關閉。 圖3b-3:噴油周期示意圖，圖中40(T汽油噴油器為噴油動作，柴油發動機無此 項。
圖3b-4:點火周期示意圖，圖中700° ~715°火花塞點火動作。
在發動機點火做功之后，曲軸轉角165°排氣門打開，此時燃燒室內的氣體 成為廢氣，通過排氣門向外排放；當曲軸轉角達到335°時，進氣門打開，從涵道 副燃燒室增壓的新鮮空氣被壓入活塞頂部與缸頭底部之間的燃燒室，由于涵道副 燃燒的通道具有指向性，為傾斜朝向活塞頂面的方向，壓入燃燒室的新鮮空氣先 "吹"向活塞頂，然后延著活塞頂面流向缸壁，并圍繞缸壁旋轉堆積，很快堆積
到一定量后到達缸頭底部，最后延缸頭底面從排氣門流出燃燒室；當曲軸轉角達 到400°時，汽油發動機電動噴油器向進氣道的進氣門處噴射燃油，柴油發動機此 時無此動作，在汽缸內直接噴射的汽油發動機在排氣門關閉的同時電動噴油器噴 油；當曲軸轉角達到415°時，關閉了排氣門，同時燃燒室內繼續充氣，如果是缸 內直接噴射汽油的電動噴油泵，此時向缸內噴射汽油。在700° ~715°時，燃燒室 內大部分氣體多數被活塞上行壓入涵道副燃燒室，汽油機火花塞點火接續做功， 柴油機為噴射柴油后接續做功。副燃燒室內高溫高壓的膨脹氣體從涵道副燃燒室 進入主燃燒室，推動活塞做功。做功之后接續著下一個循環，排氣、進氣......
從335° ~415°歷經80°的曲軸轉角，在這80°曲軸轉角的時間內，常溫的 新鮮空氣不僅排擠著廢氣，同時"吹"著熱的活塞頂部、熱的汽缸內壁上部、熱 的缸頭底部，這些來自常溫的新鮮空氣歷經進氣門一涵道副燃燒室一活塞一上部 缸壁一缸頭底部一排氣門，自然帶走- 些熱量，起到了降溫冷卻的作用。
以往的發動機在排氣后期進氣初期，雖然有氣門疊開的實際應用，但不能將 燃燒室內殘余的廢氣排除干凈，尤其是以往的汽油發動機，吸入的是霧化的汽油 和空氣的混合氣，如果試圖用新鮮的混合氣將廢氣排擠出燃燒室，由于發動機的 轉速不同以及工況等差異，必然出現將一些已經霧化的汽油直接排出燃燒室，不 僅造成浪費，而且是危險的隱患。而這種發動機排擠廢氣的是空氣而不是混合 氣，并且是從活塞頂面旋轉向上將廢氣排擠出排氣門，因此采用這種發動機利于 最大限度地將廢氣排除。
以往的進氣，是打開進氣門氣體邊從進氣門口處四散進入，而采用涵道副燃 燒室，它不同于其他的副燃燒室，它就象一個導氣管，使初始進入主燃燒室時的 空氣是傾斜朝向活塞頂部方向氣流，這個傾斜向下的氣流能夠先到達活塞頂面， 然后沿活塞頂面流向缸壁，最后沿缸壁盤旋堆積后流過缸頭底部并從排氣口出 去。如果是四散進入燃燒室的氣體，只能無規則地將燃燒室充滿，不能保證流動 的順序。所以采用涵道副燃燒室保證了進氣流動的順序和方向。
動力輸出是燃燒室內氣體在上止點后急速膨脹帶來的，膨脹的倍數越高，動 力越大。如果吸入的氣體本身溫度高，那么膨脹的倍數就減小。在風冷或水冷的 發動機上同吋使用內冷方式，增加發動機冷卻能力，尤其是增加了燃燒室內的冷 卻。發動機燃燒室內溫度較高，盡管進行了冷卻措施，風冷或水冷，但燃燒室內 還是較熱。氣體在壓縮過程是容積變小、壓力變高的過程，氣體溫度升高，但燃 燒室本身較熱也使氣體受熱而增加了溫度。先用新鮮的空氣將燃燒室"吹"--
遍，在關閉進氣門、排氣門之后壓縮時有利于減少燃燒室帶給被壓縮氣體的熱量。
這種四沖程內冷發動機，不僅能用于水冷方式的發動機，也能用于風冷發 動機；不僅能用于單缸發動機，也能用于雙缸、多缸發動機，不僅能用于汽油發 動機，也能用于柴油發動機。
在
圖1中的"24"，為排氣門及其氣門座，在活塞到達上止點的時候為了讓 壓入的空氣能夠將廢氣排擠出燃燒室，以及為了保障讓來自常溫的新鮮空氣歷經 進氣門一涵道副燃燒室一活塞一上部缸壁一缸頭底部一排氣門，排氣門需要繼續 開啟，而這種涵道副燃燒室的發動機結構的缸頭頂部是平面的，開啟的排氣門
(被壓下)將會發生與活塞相碰撞。為此內冷發動機的排氣門及其氣門座入圖所 示向上升高，為排氣門留出一定的行程空間。這個為排氣門留出的行程空間，形 狀類似一個幾個毫米厚的錐臺空間。細節見圖7。這種排氣門座向上收縮的優點是 在活塞位于上止點時，排氣門壓下打開以便于氣體的流出，不回發生排氣門與活 塞相撞。
為了良好地將燃燒室內的氣體壓縮到副燃燒室，壓縮時活塞與缸頭之間的間 距越小越好，那么平頂的活塞頂部與平頂的缸頭底部最具有優勢。如果不采用排 氣門座向上收縮的方法，將減少排氣與進氣相與所在的曲軸旋轉角度。
發動機采用內冷技術，提高了換氣效率，進一步降低了燃燒室的溫度，尤 其是對活塞的降溫是以往難以實現的，有利于發動機的品質、性能的提高。
圖示說明 圖1側視圖 圖2俯視圖
圖3內冷發動機模型圖 圖3a 配氣角度 圖3b 配氣角度
圖4a進氣增壓風機正視示意圖
圖4b進氣排氣過程示意圖
圖5a涵道副燃燒室壓縮時氣體走向示意圖
圖5b涵道副燃燒室進氣時氣體走向示意圖
圖6可調自動風閥
圖7進氣門座示意圖，上為側視圖，下為底視圖 圖中號碼說明
1，汽缸壁
2，活塞
3，曲軸
4，連桿
5,副燃燒室
6，主燃燒室
7，進氣管
8'排氣管
9，進氣門
10，排氣門
11，凸輪軸
12，進氣凸頭
13，排氣凸頭
14，火花塞
15，進氣方向
16，排氣方向
17，凸輪軸齒盤
18，涵道通道
19,涵道通道口
20，機械增壓機進氣口
21，增壓風機葉輪扇葉
22，增壓風機葉輪
23，機械增壓機出氣口
24，排氣口及其氣門座 25，燃燒室底部 31，空氣濾清器 32，電動風機
33，曲軸上增壓風機進氣口前風閥
34，曲軸上增壓風機
35，曲軸上增壓風機的出風口
36，儲氣罐調整閥
37，儲氣罐
38，排氣消音器
39，增壓風機反饋風壓給進氣道調整風閥的反饋管
41,壓力調整螺絲
42，螺絲固定口
43，彈簧
44，通氣孔
45，主通氣道
46，阻風板
47，壓力調整器與主風閥轉盤連桿 48，主風閥
49，固定在風閥上轉軸的轉盤 50，風閥上的轉軸 51，輸出反饋的風壓e
權利要求
1，一種發動機冷卻的方法及其裝置，它是使用氣門和凸輪配氣的活塞式增壓發動機，通過采用上置單凸輪無搖臂驅動氣門的涵道副燃燒室發動機，在進氣前期將空氣指向性地通過副燃燒室向主燃燒室增壓進氣，氣流在排氣后期將燃燒室的廢氣排擠出燃燒室，同時對燃燒室內起到降溫作用。
2，根據權利要求l，其氣門分別采用了設置在涵道副燃燒室和排氣門座向 上收縮的方法，以便活塞在上止點時能夠繼續進行壓入空氣和排出的連續流動。
全文摘要
本發明涉及使用氣門和凸輪配氣的活塞式增壓發動機，其特征是通過采用上置單凸輪無搖臂驅動氣門的涵道副燃燒室發動機指向性地向主燃燒室增壓進氣，進氣前期為不含有燃料的純空氣，進氣氣流依次盤旋流向活塞頂部、缸壁、缸頭底部，使其盤旋堆積后將廢氣排擠出燃燒室，同時使活塞頂部、缸壁、缸頭底部等溫度降低。它與風冷、水冷的在燃燒室外側的冷卻方式的區別是直接在燃燒室內側對缸頭底部、活塞頂部等直接用新鮮空氣進行吹過降溫，實現了活塞的降溫，且大幅度提高了排氣效率，利于提高發動機的品質性能。
文檔編號F02B25/02GK101178024SQ20061011437
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優先權日2006年11月8日
發明者王治平 申請人:王治平