CN101463753A - 低排放二冲程汽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低排放二冲程汽油机，包括缸体、活塞、缸腔、前半曲轴箱、后半曲轴箱、由前后半曲轴箱组成的曲轴室，其特征在于：在缸体上对称设置有将曲轴室与缸腔连通的扫气道，所述扫气道结构为闭式结构，该闭式结构是通过在缸体的两侧对称设置端盖来实现，并在扫气道上设置有气体分割壁，气体分割壁将扫气道分割成扫气道一和扫气道二，扫气道被设计成α角度，同时在前半曲轴箱、后半曲轴箱的缸体结合面上设置有节气孔，该节气孔使得下游扫气道中的气流变为湍流，这样显著地降低尾气中有害成分(HC+NOx)的含量，从而改善原始排放，并能有效降低汽油机的燃油消耗率，提高经济性能。

Description

低排放二冲程汽油机

技术领域

本发明涉及汽油机技术领域，特别是一种小型通用二冲程汽油机。

背景技术

二冲程汽油机由于具有结构紧凑、体积小、质量轻、运转提速快等许多显著优点被广泛应用于农业、林业、园艺、家庭等许多产品领域。汽油机由缸体、曲轴连杆组件、运动部件、磁电机、化油器等零部件组成，在缸体的筒干部分设置了一个进气口、一个排气口、两个扫气口，这些气口都是由活塞运行来打开或关闭。汽油机的一个工作循环是由活塞运动的两个行程来完成的，没有专门设置进气冲程和排气冲程。

在活塞上升到将进气口、排气口、扫气口都关闭时，开始压缩工作混合气，同时，在活塞下面的曲轴室内形成真空度。当活塞继续上行时，进气口开启，在大气压力作用下，可燃混合气从化油器进入曲轴室。活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的混合气。燃烧后的高温高压气体膨胀迫使活塞向下移动。进气口逐渐被关闭，流入曲轴室的可燃混合气因活塞下移而被预先压缩。当活塞接近下止点时，排气口开启，废气经排气口从消音器流入大气中，受到压缩的可燃混合气从扫气口流入汽缸内，并驱除废气，也就是所谓的扫气。但用来进行扫气的可燃混合气则易于同燃烧废气混合在一起，这样这部分可燃混合气未经过燃烧就排了出去，所以二冲程汽油机相对于四冲程汽油机不但燃油经济性能较差，而且尾气中含有大量的有害成分，例如HC和CO。因此尽管二冲程汽油机的排量并不大，但对大气污染物中有害成分的影响却是显著的。此外现有的二冲程汽油机通常不能满足行政机关制定的日趋严格的排放法规，尤其是尾气中的HC(碳氢化合物)指标，超出排放法规的限值很多。

目前，解决的方法通常是通过添加催化剂来降低尾气中的HC含量，然而使用催化剂不仅增加了额外成本，还因催化剂化学反应过程中产生大量热能使机器产生过热的问题，因此降低尾气中的原始排放是本领域技术人员一直试图攻克但又尚未攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低排放二冲程汽油机，通过对缸体扫气道结构的改进，使得尾气中的有害成分(HC+NOx)含量能明显地降低，从而达到降低原始排放的目的，同时能有效降低汽油机的燃油消耗率，提高其经济性能；本发明的另一个目的是出于工艺方面考虑，使得生产便于操作实现，降低制造成本。

本发明采取的技术方案是，一种低排放二冲程汽油机，包括缸体、活塞、缸腔、前半曲轴箱、后半曲轴箱、由前后半曲轴箱组成的曲轴室，其特征在于：在缸体上对称设置有将曲轴室与缸腔连通的扫气道，所述扫气道结构为闭式结构，该闭式结构是通过在缸体的两侧对称设置端盖来实现，并在扫气道上设置有气体分割壁，气体分割壁将扫气道分割成扫气道一和扫气道二，扫气道被设计成α角度，同时在前半曲轴箱、后半曲轴箱的缸体结合面上设置有节气孔。

所说α角度取值范围为120°～150°之间。

缸体的扫气出口一在靠近排气口的一侧设置了一个节气挡板，能明显地减少了扫气出口一的开口面积。

缸体上的扫气道由上扫气道和位于端盖上的下扫气道组成。

在扫气道上设置的节气挡板弧长约为整个扫气道开口弧长的1/2。

根据本发明具有上述结构的低排放二冲程汽油机的工作过程如下：在活塞的上行冲程中，随着曲轴室中的压力降低，在大气压力的作用下，混合气从化油器中吸入到曲轴室并保留在其中。当活塞上方燃烧室中的混合气被点燃而燃烧时，在燃烧气体的推动下，活塞下行，曲轴室和扫气道中的混合气被压缩，在接近下止点时，首先是排气口打开，当活塞继续下行时，位于扫气道下游端的扫气口打开。在扫气出口开启的初始阶段，曲轴室中压缩的混合气冲向扫气道的下游端，并冲到缸腔中，从而作为扫气气流以一定的扫气角度、从扫气出口喷入缸体与排气口正对的内壁面上。扫气气流随后冲击到缸体内壁面上，然后再从此处反折，从而将燃烧后的废气从排气口排出。本发明中的扫气角度α取值范围在120°～150°之间，这既是多次试验结果的理想范围，也是引导气流朝理想方向发展的最佳角度。

本发明的有益效果是，与传统的二冲程汽油机相比，由于设置在曲轴室上的节气孔，使得曲轴室内与各个扫气道中节气孔下游之间产生较大的压差，这样就造成混合气是以很高的速度从该节气孔射流喷出。相比于不对扫气道的扫气进口附近进行节气的情况，设置了节气孔可以增大扫气气流的压力和速度。扫气气流在通过节气孔后会急剧地膨胀，因而当扫气气流通过扫气道时，就会在气流中形成湍流状态，然后，湍流态的气流从扫气出口喷出而进入燃烧室中。扫气道的半封闭结构，使进入缸体扫气时的出口截面小于扫气道的截面积，这样在进行扫气的过程中实施了二次节气，进一步增大从扫气出口流入到燃烧室中的气流速度。

在提高气流速度的同时，也促进了燃料的雾化，并能提高扫气效率，提高了燃烧效率。这样，可以用更少的燃料消耗来获得设定的动力输出，并有效的降低了尾气中有害成分的含量，特别是HC(碳氢化合物)的含量。同时，其燃油消耗率也有较大幅度的降低。

附图说明

图1是根据本发明的二冲程汽油机的纵向剖面视图

图2是沿图1中的A-A线所作的剖面视图

图3是缸体扫气道沿缸体裙部的示意图

图4是扫气道与节气孔部分所作的局部放大视图

图5是后半曲轴箱上的节气孔示意图

图6是前半曲轴箱上的节气孔示意图

图7是端盖示意图

图8是本发明方案与现有技术二冲程汽油机尾气中HC+NOx对比实验结果

图9是本发明方案与现有技术二冲程汽油机燃油消耗率对比实验结果

附图中序号说明：1.火花塞；2.燃烧室；3.缸体；4.散热片；5.扫气道一；5a.扫气出口一；5b.节气挡板；6.活塞；7.节气孔；8.连杆；9.后半曲轴箱；10.起动拨盘；11.曲轴室；12.前半曲轴箱；13.曲轴；14.磁电机；15.排气口；16.进气口；17.扫气道二；17a.扫气出口二；18.气体分割壁；19.螺纹孔；20.缸腔；21.扫气道；22.下扫气道；23.上扫气道；24.端盖。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明的二冲程汽油机，包含缸体3、缸腔20、由缸体3上的上扫气道23和端盖上的下扫气道22组成的扫气道21、前半曲轴箱12和后半曲轴箱9组成的曲轴室组件、曲轴13连杆8活塞6等组成的运动组件、磁电机14火花塞1等组成的点火系统、化油器(图中未示出)、起动拨盘10等部件。

缸体的筒干部分上设计了进气口16、排气口15、扫气道21(包括扫气道一5、扫气道二17、扫气出口一5a、扫气出口二17a)，其中进气口16在竖直方向上的位置低于排气口15和扫气口17a，(保证活塞6在上止点时，活塞6的裙部下边沿不能挡住进气口16)；扫气出口一5a和扫气出口二17a的竖直高度是相同的，且扫气出口5a、17a最上点处的垂直高度要低于排气口15的最高点一定距离，因而，当活塞6下降时，两对扫气出口5a、17a是在排气口15打开之后一段时间打开的；缸体3的四周设置了许多散热片4，可以带走汽油机工作过程中产生的热量；缸体3的顶部有一个半球形的燃烧室2，火花塞1通过一螺纹孔同燃烧室2相通。

在缸体的下方，是曲轴室结构：由前半曲轴箱12和后半曲轴箱9围成曲轴室11，支撑着曲轴13，通过一连杆8使活塞6上下往复运动。

在扫气道一5的上端，有一对扫气出口一5a通入到缸腔20中。同样也有一对扫气出口二17a通入到缸腔20中，扫气出口一5a在靠近排气口15的一侧设置了一个节气挡板5b，同紧邻节气挡板5b的上游部位处的横截面相比，该节气挡板明显的减少了扫气道一5在端口处的开口面积。同样的，扫气出口二17a与扫气道二17的外边沿相比，也明显的进行了紧缩，同样起到节气的作用。

气体分割壁18将扫气道分割成扫气道一5和扫气道二17，同时起到增强缸体3刚性，减少缸体内孔形位公差的作用。

如图5、图6示，前半曲轴箱12和后半曲轴箱9通过螺纹孔19用螺钉连接在缸体3上，在所示平面上，与扫气道一5、扫气道二17相对应的位置设置节气孔7。节气孔7的位置和尺寸是这样确定的：使节气孔7相对于各个扫气道的截面中心位置适当偏移，从而可在扫气气流中生成旋涡状湍流；节气孔7的大小，应保证截面积都小于扫气道一5、扫气道二17的截面积。如图4示，表示活塞在上止点时扫气示意图，图中扫气出口一5a、扫气出口二17a的截面积用Sd表示，扫气道中间段的截面积用Sc表示，扫气道开始段的截面积用Sb表示，前半曲轴箱12和后半曲轴箱9上的节气孔的截面积用Sa表示，各个截面积的选择应符合如下的关系：Sa<Sd<Sc<Sb。

二冲程汽油机的工作过程如下：

在活塞6的上行冲程中，随着曲轴室11中的压力降低，在大气压力的作用下，混合气从化油器中吸入到曲轴室11并保留在其中。当活塞6上方燃烧室2中的混合气被点燃而燃烧时，在燃烧气体的推动下，活塞6下行，曲轴室11和扫气道中的混合气被压缩，在接近下止点时，首先是排气口15打开，当活塞6进一步下行时，位于扫气道下游端的扫气口打开。在扫气出口开启的初始阶段，曲轴室11中压缩的混合气冲向扫气道的下游端，并冲到燃烧室2中，从而作为扫气气流以一定的水平扫气角度、从扫气出口喷向缸体3与排气口15正对的内壁面上。扫气气流随后冲击到缸体内壁面上，然后再从此处反折，从而将燃烧后的废气从排气口15排出。

与传统的二冲程汽油机相比，由于设置在前半曲轴箱12和后半曲轴箱9上的节气孔7，使得曲轴室11内与扫气道一5、扫气道二17之间产生较大的压差，这样就造成混合气是以很高的速度从该节气孔7射流喷出。相比于不对扫气道21的扫气进口附近进行节气的情况，设置了节气孔7可以增大扫气气流的压力和速度。扫气气流在通过节气孔7后会急剧地膨胀，因而当扫气气流通过扫气道21时，就会在气流中形成湍流状态，然后，湍流态的气流从扫气出口喷出而进入缸腔20中。扫气道的半封闭结构，使进入缸体扫气时的出口截面积Sd小于扫气道的截面积Sb，这样在进行扫气的过程中实施了二次节气，进一步增大从扫气出口流入到燃烧室中的气流速度。

根据上述发明设计的排量为42.7CC的二冲程汽油机与现有技术设计的相同排量的二冲程汽油机各10台在标定工况下(油门全开、转速7000r/min)检测，结果如图8、图9所示：从图中可以看出，其尾气中HC+NOx含量较现有技术生产的二冲程汽油机减少60％，燃油消耗率较现有技术生产的二冲程汽油机减少30％。

Claims (4)

1、一种低排放二冲程汽油机，包括缸体(3)、活塞(6)、缸腔(20)、前半曲轴箱(12)、后半曲轴箱(9)、由前后半曲轴箱组成的曲轴室(11)，其特征在于：在缸体(3)上对称设置有将曲轴室(11)与缸腔(20)连通的扫气道(21)，所述扫气道(21)结构为闭式结构，该闭式结构是通过在缸体(3)的两侧对称设置端盖(24)来实现，并在扫气道(21)上设置有气体分割壁(18)，气体分割壁(18)将扫气道(21)分割成扫气道一(5)和扫气道二(17)，扫气道(21)被设计成α角度，同时在前半曲轴箱(12)、后半曲轴箱(9)的缸体结合面上设置有节气孔(7)。

2、根据权利要求书1所述的一种低排放二冲程汽油机，其特征在于所说α角度取值范围为120°～150°之间。

3、根据权利要求书1所述的一种低排放二冲程汽油机，其特征在于所说缸体(3)的扫气出口一(5a)在靠近排气口(15)的一侧设置了一个节气挡板(5b)，能明显地减少了扫气出口一(5a)的开口面积。

4、根据权利要求书1或3所述的一种低排放二冲程汽油机，其特征在于所说缸体(3)上的扫气道(21)由上扫气道(23)和位于端盖(24)上的下扫气道(22)组成。

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