專(zhuān)利名稱(chēng)：包括具有兩個(gè)凸起的排氣凸輪的四沖程內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種包括具有兩個(gè)凸起的排氣凸輪的、燃燒氣體膨脹比高于新鮮空氣壓縮比的四沖程內(nèi)燃機(jī)，特別地，本發(fā)明涉及一種四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及一種直噴型的四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是ー種公知的內(nèi)燃機(jī)，其中，柴油在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)釋放的熱能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，純凈的空氣在氣缸內(nèi)被壓縮，在壓縮行程結(jié)束時(shí)，柴油燃料被噴入燃燒室并且遇到高溫的壓縮空氣被點(diǎn)燃。柴油燃料在熱空氣中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞下行。通過(guò)連桿作用，活塞推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在活塞運(yùn)行至下止點(diǎn)·時(shí)，燃燒氣體必須被排出氣缸，然后再把新鮮空氣引入氣缸，從而使下一個(gè)新的周期得以開(kāi)始。為實(shí)現(xiàn)エ質(zhì)在氣缸內(nèi)的這種變化，所需要的能量由飛輪提供，而飛輪內(nèi)儲(chǔ)存的能量由氣缸內(nèi)的燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。額外的能量可由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的兩端輸出并加以利用。四沖程缸內(nèi)直噴汽油(DIG)發(fā)動(dòng)機(jī)是ー種公知的內(nèi)燃機(jī),其中，汽油在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)釋放的熱能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，純凈的空氣被吸入氣缸，汽油燃料直接噴入氣缸內(nèi)，由此汽油與空氣的混合氣被壓縮后被火花塞發(fā)出的電火花點(diǎn)燃。混合氣燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞下行。通過(guò)連桿作用，活塞推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在活塞運(yùn)行至下止點(diǎn)時(shí)，燃燒氣體必須被排出氣缸，然后再把新鮮空氣引入氣缸，使下一個(gè)新的周期得以開(kāi)始。為實(shí)現(xiàn)エ質(zhì)在氣缸內(nèi)的這種變化，所需要的能量由飛輪提供，而飛輪內(nèi)儲(chǔ)存的能量由氣缸內(nèi)的燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。額外的能量可由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的兩端輸出并加以利用。在以上兩種內(nèi)燃機(jī)中，氣缸內(nèi)進(jìn)入了多少體積的新鮮空氣(被壓縮前)，則燃燒后的高溫高壓氣體也只能膨脹到同樣的體積，之后就要被排出氣缸之外。具體來(lái)說(shuō)，四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的ー個(gè)工作循環(huán)通常包括以下步驟第一沖程，進(jìn)氣進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞下降，將新鮮空氣吸入氣缸。第二沖程，壓縮進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞上升，空氣被壓縮到原來(lái)體積的14至25倍。第三沖程，做功進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài)。柴油通過(guò)燃料噴射器被噴入燃燒室內(nèi)，并且遇到被壓縮的高溫高壓空氣后燃燒。溫度和壓カ進(jìn)一歩上升，推動(dòng)活塞向下移動(dòng)。當(dāng)活塞下行到下止點(diǎn)時(shí)，高溫氣體膨脹到空氣被壓縮前的體積。第四沖程，排氣排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)仍處于關(guān)閉狀態(tài)。上升的活塞從氣缸排出已做功的氣體。四沖程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的ー個(gè)工作循環(huán)通常包括以下步驟第一沖程，進(jìn)氣進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞下降，將新鮮空氣吸入氣缸。汽油可在此時(shí)由燃料噴射器噴入氣缸，形成汽油和空氣的混合氣。第二沖程，壓縮進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均關(guān)閉，活塞上升，空氣被壓縮到原來(lái)體積的8至10倍左右。汽油可在此時(shí)由燃料噴射器噴入氣缸，由此形成汽油和空氣的混合氣。第三沖程，做功進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài)?；旌蠚饨?jīng)火花塞發(fā)出的電火花點(diǎn)燃后燃燒。溫度和壓カ迅速上升，推動(dòng)活塞向下移動(dòng)。當(dāng)活塞下行到下止點(diǎn)時(shí)，高溫氣體膨脹到空氣被壓縮前的體積。第四沖程，排氣排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)仍處于關(guān)閉狀態(tài)。上升的活塞從氣缸排出已做功的氣體。從以上運(yùn)行過(guò)程可見(jiàn)，因?yàn)閯?dòng)カ只是在其中的ー個(gè)沖程過(guò)程中產(chǎn)生，其他三個(gè)沖程不但不產(chǎn)生動(dòng)力，而且還要消耗ー些動(dòng)力。所以單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)均勻性很差。相對(duì)地，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)則可以實(shí)現(xiàn)更均勻或更平順的運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)槎喔讬C(jī)曲軸的曲柄彼此交錯(cuò)，因此各個(gè)氣缸并不同時(shí)做功，而是順次進(jìn)行。有時(shí)兩個(gè)先后做功的缸的做功沖程還有一定重疊。根據(jù)實(shí)際需要，可以使用不同數(shù)量的氣缸組合。在以上所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)中，有效壓縮比大致等于幾何壓縮比，也就是燃燒的工作氣體的膨脹比。例如在ー種壓縮比為20 I的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，新鮮的空氣進(jìn)入氣缸后，被壓縮到其初始體積的二十分之一，然后柴油燃料被噴入燃燒室燃燒， 進(jìn)而膨脹的高溫氣體產(chǎn)生高壓推動(dòng)活塞下行。例如在ー種壓縮比為10 : I的缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中,在缸汽油和空氣的混合物壓縮到其初始體積的十分之ー時(shí)，火花塞發(fā)出電火花將其點(diǎn)燃，進(jìn)而膨脹的高溫氣體產(chǎn)生高壓推動(dòng)活塞下行。然而無(wú)論在上述兩種內(nèi)燃機(jī)中的哪ー種中，高溫工作氣體的體積都只能膨脹到進(jìn)入氣缸的純空氣在被壓縮前的體積。然后在排氣沖程中，排氣門(mén)被打開(kāi)，已燃燒做功后的エ作氣體通過(guò)排氣門(mén)排出。盡管此時(shí)工作氣體的溫度仍然很高，攜帯了大量的能量，但當(dāng)活塞被推至下止點(diǎn)后，工作氣體必須被排出，由此在之后才能開(kāi)始下ー個(gè)工作循環(huán)。在這種情況下，由排放氣體所帯走的能量約占之前燃燒所產(chǎn)生的能量的三分之一，因此造成了巨大的浪費(fèi)。在某些情況下，這樣的高溫氣體還可能會(huì)損壞排氣門(mén)和閥座，以及其他內(nèi)燃機(jī)部件。因此內(nèi)燃機(jī)的排氣歧管多采用厚重的鑄鐵制成。該高溫廢氣的排放有時(shí)會(huì)使排氣門(mén)與排氣門(mén)座過(guò)熱，妨礙了內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)ー步提高，從而導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)無(wú)法提高功率。另外，由于缸內(nèi)的平均溫度很高，因此必須要有容量相當(dāng)大的水冷卻系統(tǒng)將熱量從缸壁和缸蓋帶走。這些被冷卻系統(tǒng)所帶走的能量也約占燃料燃燒所產(chǎn)生的能量的三分之一，又造成了巨大的浪費(fèi)。因此現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的熱效率相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種四沖程內(nèi)燃機(jī)，其可以克服以上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種四沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括氣缸蓋和氣缸體，所述氣缸蓋中設(shè)有燃料噴射器以及包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)，所述氣缸體中設(shè)有多個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸內(nèi)設(shè)有ー個(gè)活塞，所述活塞可沿所述氣缸內(nèi)的氣缸壁進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述排氣系統(tǒng)包括排氣門(mén)、傳動(dòng)件和凸輪軸，所述凸輪軸上設(shè)有可經(jīng)由所述傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)的排氣凸輪。其中，每個(gè)所述排氣凸輪具有一個(gè)主凸起和一個(gè)副凸起。所述主凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出燃燒氣體，所述副凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣。所述主凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量比所述副凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量大，并且所述燃燒氣體排出的時(shí)間比所述未參與燃燒的空氣排出的時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)上述四沖程內(nèi)燃機(jī)，有效壓縮在壓縮沖程的后半階段中產(chǎn)生，即排氣門(mén)關(guān)閉之后才產(chǎn)生。因此其有效壓縮比低于本領(lǐng)域中通常應(yīng)用的幾何壓縮比。所謂幾何壓縮比等于氣缸在包括燃燒室容積的情況下的最大容積與最小容積的比值，其中當(dāng)活塞處于氣缸中的下止點(diǎn)處時(shí)氣缸具有最大容積，而當(dāng)活塞處于氣缸中的上止點(diǎn)處時(shí)氣缸具有最小容積。根據(jù)上述四沖程內(nèi)燃機(jī)，當(dāng)其被實(shí)施為四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可以在保持14 I至25 : I的常規(guī)有效壓縮比的前提下，使噴入柴油燃燒的氣體的膨脹率達(dá)到15至50倍，然后才從排氣門(mén)排放出去。當(dāng)其被實(shí)施為四沖程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可以在保持8 I至11 I的正常的有效壓縮比的前提下，使經(jīng)壓縮的汽油和空氣的混合氣的膨脹率達(dá)到9至22倍，然后才從排氣門(mén)排放出去。由此可見(jiàn)，工作氣體的能量較充分地轉(zhuǎn)換成內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械能，內(nèi)燃機(jī)的熱效率可提高很多。燃料得以較充分的燃燒，排放氣體的溫度比現(xiàn)有技術(shù)中要降低很多，排放的氣體也更為環(huán)保。另外，在經(jīng)歷了多個(gè)工作循環(huán)之后，在進(jìn)氣沖程中，熱量由燃燒室壁向氣體傳遞。 而在壓縮沖程的前半段，活塞上行，將部分純空氣經(jīng)排氣門(mén)排出，由此也起到了從內(nèi)部冷卻的效果。因此，使用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)平均溫度大大降低，由水冷系統(tǒng)從缸蓋和缸壁帶走的熱量也大為減少，也就是說(shuō)，冷卻系統(tǒng)的負(fù)載得以減小。這樣既提高了內(nèi)燃機(jī)的熱效率，也減小了水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量。甚至可以省去整個(gè)水冷系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)缸體和缸蓋的冷卻水套、散熱器和冷卻水，從而進(jìn)一歩降低內(nèi)燃機(jī)的制造成本和提高內(nèi)燃機(jī)的可靠性。根據(jù)需要，本發(fā)明的四沖程內(nèi)燃機(jī)還可以提高內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，提高內(nèi)燃機(jī)的功率。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述主凸起和所述副凸起一體成型在所述排氣凸輪上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述主凸起和所述副凸起分別與所述排氣凸輪的基圓平滑連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述內(nèi)燃機(jī)中的進(jìn)氣門(mén)在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程中保持關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述主凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量是所述副凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量的倍數(shù)由發(fā)動(dòng)機(jī)其他設(shè)計(jì)參數(shù)而定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在所述內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)完整工作循環(huán)中，從所述未參與燃燒的空氣的排出開(kāi)始至排出結(jié)束，所述排氣凸輪旋轉(zhuǎn)度數(shù)由發(fā)動(dòng)機(jī)其他設(shè)計(jì)參數(shù)而定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)中可省去水冷系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述燃料噴射器是用于噴射柴油的柴油噴嘴，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)的幾何壓縮比為14 : I至25 : 1，并且燃燒氣體的膨脹率大于其幾何壓縮比、優(yōu)選為15至50倍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述燃料噴射器是用于噴射汽油的汽油噴嘴，所述氣缸蓋中還設(shè)有火花塞，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)的幾何壓縮比為8 I至11 1，并且燃燒氣體的膨脹率大于其幾何壓縮比、優(yōu)選為9至22倍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣凸輪，所述進(jìn)氣凸輪與所述排氣凸輪設(shè)置在相同的凸輪軸上。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中
圖1A-1E示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的四沖程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其分別處于ー個(gè)工作循環(huán)的不同階段中；圖2A-2E示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其分別處于一個(gè)工作循環(huán)的不同階段中；圖3A-3E分別示出了相應(yīng)的圖1A-1E和圖2A-2E中的不同階段；圖4以立體圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的單凸輪軸的一部分凸輪軸；以及圖5以橫截面圖的形式示出了圖4中的單凸輪軸。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1A-1E，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，該實(shí)施方式涉及ー種四沖 程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括氣缸蓋和氣缸體，所述氣缸蓋中設(shè)有燃料噴射器40和火花塞30，并且還設(shè)有包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)。所述氣缸體中設(shè)有多個(gè)氣缸48，每個(gè)氣缸48內(nèi)設(shè)有ー個(gè)活塞44，所述活塞44可沿氣缸內(nèi)的氣缸壁進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣門(mén)36、進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33和凸輪軸11，所述凸輪軸11上設(shè)有可經(jīng)由進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門(mén)36打開(kāi)的進(jìn)氣凸輪13。類(lèi)似地，所述排氣系統(tǒng)包括排氣門(mén)37、排氣門(mén)傳動(dòng)件39和凸輪軸12，所述凸輪軸12上設(shè)有可經(jīng)由排氣門(mén)傳動(dòng)件39驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)的排氣凸輪16。其中，每個(gè)排氣凸輪16均具有一個(gè)主凸起18和一個(gè)副凸起20，主凸起18在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出燃燒氣體，而副凸起20在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣。下面參照?qǐng)D1A-1E和3A-3E詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的四沖程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，其中圖3A-3E示出了相應(yīng)的圖1A-1E中的發(fā)動(dòng)機(jī)在ー個(gè)工作循環(huán)中所處的位置。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程如圖IA所示。此時(shí)，活塞44向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36打開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋42中安裝有汽油噴嘴40和火花塞30，在進(jìn)氣沖程過(guò)程中，該汽油噴嘴40不噴射燃料，并且火花塞30不產(chǎn)生電火花。在這ー過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)36被旋轉(zhuǎn)的凸輪軸11上的凸輪13頂開(kāi)。具體來(lái)說(shuō)，凸輪13上的凸起17頂向進(jìn)氣門(mén)36的進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33的桿端，使進(jìn)氣門(mén)36克服進(jìn)氣門(mén)彈簧31的彈カ而向下移動(dòng)，從而打開(kāi)進(jìn)氣通道35。在進(jìn)氣沖程結(jié)束吋，凸起17離開(kāi)進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33的桿端，進(jìn)氣門(mén)彈簧31的弾力使進(jìn)氣門(mén)36向上運(yùn)動(dòng)以關(guān)閉進(jìn)氣道35。在進(jìn)氣沖程中排氣門(mén)37處于關(guān)閉狀態(tài)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程前階段如圖IB所示。此時(shí)，活塞44向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36處于關(guān)閉狀態(tài)，排氣門(mén)37打開(kāi)。此時(shí)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油噴嘴40及火花塞30仍然都不工作。在壓縮沖程中進(jìn)氣門(mén)36處于關(guān)閉狀態(tài)。在這ー過(guò)程中，排氣門(mén)3被旋轉(zhuǎn)的凸輪軸12上的凸輪16頂開(kāi)。具體來(lái)說(shuō)，凸輪16上較小的副凸起20頂向排氣門(mén)37的排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，使排氣門(mén)37克服排氣門(mén)彈簧38的彈カ而向下移動(dòng)，從而排氣通道55打開(kāi)。在壓縮沖程的前階段結(jié)束時(shí)，副凸起20離開(kāi)排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，排氣門(mén)彈簧38的弾力使排氣門(mén)37向上運(yùn)動(dòng)重新關(guān)閉排氣道55。此后壓縮沖程的后階段開(kāi)始。
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程后階段如圖IC所示。此時(shí)，活塞44繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36和排氣門(mén)37仍處于關(guān)閉狀態(tài)，并且汽油噴嘴40向氣缸內(nèi)噴射汽油，由此產(chǎn)生汽油空氣混合氣。火花塞30開(kāi)始并不產(chǎn)生電火花，但當(dāng)活塞44上升到接近上止點(diǎn)的位置時(shí)，火花塞30發(fā)出電火花，點(diǎn)燃汽油空氣混合氣。在此之后，一旦活塞44經(jīng)過(guò)上止點(diǎn)，做功沖程隨即開(kāi)始。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的做功沖程如圖ID所示。此時(shí)，活塞44受高溫高壓燃?xì)馀蛎浀耐屏ο蛳逻\(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36與排氣門(mén)37均處于關(guān)閉狀態(tài)，火花塞30此時(shí)不工作。汽油噴嘴40在做功沖程中可以根據(jù)需要噴射汽油。一旦活塞到達(dá)下止點(diǎn)附近，排氣沖程隨即開(kāi)始。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣沖程如圖IE所示。此時(shí)，活塞44向上運(yùn)動(dòng)，排氣門(mén)37打開(kāi)。汽油噴嘴40在排氣沖程中不噴油，并且火花塞30在排氣沖程中不產(chǎn)生電火花。在這ー過(guò)程中，排氣門(mén)37被旋轉(zhuǎn)的凸輪軸12上的凸輪的主凸起18頂開(kāi)。具體來(lái) 說(shuō)，凸輪軸12上的排氣凸輪16的主凸起18頂向排氣門(mén)37的排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，使排氣門(mén)37克服排氣門(mén)彈簧38的彈カ向下移動(dòng)，從而打開(kāi)了排氣通道55。在排氣沖程結(jié)束時(shí)，主凸起18離開(kāi)排氣門(mén)37的排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，排氣門(mén)彈簧38的彈カ使排氣門(mén)37向上運(yùn)動(dòng)以關(guān)閉排氣道55。在排氣沖程中，進(jìn)氣門(mén)36處于關(guān)閉狀態(tài)。然后，一旦向上運(yùn)動(dòng)的活塞44經(jīng)過(guò)上止點(diǎn)，其重新開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。這樣，又開(kāi)始執(zhí)行下ー個(gè)進(jìn)氣沖程。也就是說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的ー個(gè)新的循環(huán)由此開(kāi)始。參見(jiàn)圖2A-2E，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，該實(shí)施方式涉及ー種四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，相對(duì)于以上所述的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，本實(shí)施方式中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有類(lèi)似的大部分結(jié)構(gòu)，但并不包括火花塞。因此，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在這兩個(gè)實(shí)施方式中將采用相同的附圖標(biāo)記表示類(lèi)似的構(gòu)件，并且部分類(lèi)似的描述將在下文中省去。特別地，在所述四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)排氣凸輪16同樣具有一個(gè)主凸起18和一個(gè)副凸起20，主凸起18在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出燃燒氣體，而副凸起20在壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣。下面參照?qǐng)D2A-2E和3A-3E詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，其中圖3A-3E示出了相應(yīng)的圖2A-2E中的發(fā)動(dòng)機(jī)在ー個(gè)工作循環(huán)中所處的位置。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程如圖2A所示。此時(shí)，活塞44向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36打開(kāi)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋42中安裝有柴油噴嘴40，在進(jìn)氣沖程過(guò)程中，該柴油噴嘴40不噴射燃料。在這ー過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)36被旋轉(zhuǎn)的凸輪軸11上的凸輪13經(jīng)由進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33頂開(kāi)。在進(jìn)氣沖程結(jié)束吋，凸起17離開(kāi)進(jìn)氣門(mén)傳動(dòng)件33的桿端，進(jìn)氣道35關(guān)閉。在進(jìn)氣沖程中排氣門(mén)37處于關(guān)閉狀態(tài)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程前階段如圖2B所示。此時(shí)，活塞44向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36關(guān)閉，排氣門(mén)37打開(kāi)，并且柴油噴嘴40仍然不工作。在壓縮沖程中進(jìn)氣門(mén)36處于關(guān)閉狀態(tài)。在這ー過(guò)程中，排氣門(mén)3被旋轉(zhuǎn)的凸輪16經(jīng)由排氣門(mén)傳動(dòng)件39頂開(kāi)。具體來(lái)說(shuō)，凸輪16上較小的副凸起20頂向排氣門(mén)37的排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，使排氣門(mén)37克服排氣門(mén)彈簧38的彈カ而向下移動(dòng)，從而排氣通道55打開(kāi)。在壓縮沖程的前階段結(jié)束時(shí)，副凸起20離開(kāi)排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，排氣門(mén)彈簧38的弾力使排氣門(mén)37向上運(yùn)動(dòng)重新關(guān)閉排氣道55。此后壓縮沖程的后階段開(kāi)始。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程后階段如圖2C所示。此時(shí)，活塞44繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36、排氣門(mén)37和柴油噴嘴41仍然關(guān)閉。但當(dāng)活塞44上升到接近上止點(diǎn)的位置吋，柴油噴嘴41開(kāi)始向氣缸內(nèi)噴射柴油燃料，由此柴油與熱空氣一起燃燒。一旦活塞經(jīng)過(guò)上止點(diǎn)，做功沖程隨即開(kāi)始。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的做功沖程如圖2D所示。此時(shí)，活塞44受高溫高壓燃?xì)馀蛎浀耐屏ο蛳逻\(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)36與排氣門(mén)37均關(guān)閉，柴油噴嘴41在做功沖程的初始階段仍然噴射柴油燃料。一旦活塞到達(dá)下止點(diǎn)附近，排氣沖程隨即開(kāi)始。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣沖程如圖2E所示。此時(shí)，活塞44向上運(yùn)動(dòng)，排氣門(mén)37打開(kāi)，并且柴油噴嘴40在排氣沖程中不噴油。在這ー過(guò)程中，排氣門(mén)37被凸輪的主凸起18經(jīng)由排氣門(mén)傳動(dòng)件39頂開(kāi)。在排氣沖程結(jié)束時(shí)，主凸起18離開(kāi)排氣門(mén)傳動(dòng)件39的桿端，排氣道55關(guān)閉。在排氣沖程中，進(jìn)氣門(mén)36處于關(guān)閉狀態(tài)。最后，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的ー個(gè)新的循環(huán)重新開(kāi)始。
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盡管在以上實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)被示出為具有雙頂置凸輪軸的形式，但本發(fā)明并不限于此，相反，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)也可以采取單凸輪軸、側(cè)置凸輪軸或下置凸輪軸的形式。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，以上所述的進(jìn)、排氣門(mén)傳動(dòng)件可以包括推桿、挺桿、搖臂等部件。圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施方式，其中，根據(jù)本發(fā)明的四沖程內(nèi)燃機(jī)具有單凸輪軸10的設(shè)計(jì)，在其上設(shè)有進(jìn)氣凸輪13和排氣凸輪16。每個(gè)進(jìn)氣凸輪13具有一個(gè)凸起17，而每個(gè)排氣凸輪16具有一個(gè)主凸起18和一個(gè)相對(duì)較小的副凸起20。類(lèi)似地，主凸起18在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出燃燒氣體，而副凸起20在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)37打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，以上所述的實(shí)施方式中的各個(gè)技術(shù)特征可以分別地或組合地應(yīng)用于與上述結(jié)構(gòu)不同的內(nèi)燃機(jī)。此外，雖然在以上說(shuō)明和附圖中均以水冷形式的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例來(lái)描述本發(fā)明，但是這不等于將本發(fā)明限制于這些細(xì)節(jié)之內(nèi)。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明教導(dǎo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本發(fā)明的思想針對(duì)示例的各個(gè)裝置及其工作方法進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的精簡(jiǎn)、改進(jìn)、替換和更改。
權(quán)利要求
1.一種四沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括氣缸蓋和氣缸體，所述氣缸蓋中設(shè)有燃料噴射器以及包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)，所述氣缸體中設(shè)有多個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸內(nèi)設(shè)有ー個(gè)活塞，所述活塞可沿所述氣缸內(nèi)的氣缸壁進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中所述排氣系統(tǒng)包括排氣門(mén)、傳動(dòng)件和凸輪軸，所述凸輪軸上設(shè)有可經(jīng)由所述傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)的排氣凸輪， 其特征在于，每個(gè)所述排氣凸輪具有一個(gè)主凸起和一個(gè)副凸起，所述主凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出燃燒氣體，所述副凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣， 其中所述主凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量比所述副凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量大，并且所述燃燒氣體排出的時(shí)間比所述未參與燃燒的空氣排出的時(shí)間長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述主凸起和所述副凸起一體成型在所述排氣凸輪上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述主凸起和所述副凸起分別與所述排氣凸輪的基圓平滑連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣門(mén)，并且所述進(jìn)氣門(mén)在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程中保持關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)中省去了水冷系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射器用于噴射柴油，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)的幾何壓縮比為14 : I至25 : I，并且燃燒氣體的膨脹率大于其幾何壓縮比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃燒氣體的膨脹率為15至50倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射器用于噴射汽油，所述氣缸蓋中還設(shè)有火花塞，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)的幾何壓縮比為8 : I至11 : 1，并且燃燒氣體的膨脹率大于其幾何壓縮比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃燒氣體的膨脹率為9至22倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣凸輪，所述進(jìn)氣凸輪與所述排氣凸輪設(shè)置在相同的凸輪軸上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括具有兩個(gè)凸起的排氣凸輪的四沖程內(nèi)燃機(jī)，其排凸輪軸上設(shè)有可經(jīng)由所述傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)的排氣凸輪。每個(gè)排氣凸輪具有一個(gè)主凸起和一個(gè)副凸起。所述主凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的排氣沖程中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出燃燒氣體，所述副凸起在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的壓縮沖程的開(kāi)始階段中驅(qū)動(dòng)所述排氣門(mén)打開(kāi)以排出一部分未參與燃燒的空氣。所述主凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量比所述副凸起使所述排氣門(mén)產(chǎn)生的最大升程量大，并且所述燃燒氣體排出的時(shí)間比所述未參與燃燒的空氣排出的時(shí)間長(zhǎng)。特別地，所述四沖程內(nèi)燃機(jī)是一種四沖程缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，或者是一種四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F01L1/08GK102852577SQ20111018952
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者周同慶 申請(qǐng)人:周同慶