CN102072009A - 空气先导式扫气的二冲程发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用先导空气式扫气的二冲程汽油机，其特征在于：在缸体上对称设置闭式结构扫气道，该结构是通过在缸体的两侧对称设置侧盖来实现，在缸体扫气道的一侧连接空气储气腔，一单向阀组合位于储气腔与进气管之间，化油器和进气管上分别设置2个相对独立的进气通道，在箱体上设置箱体扫气道，该扫气道通过曲轴箱主轴承滚珠间隙将曲轴室和缸体扫气道连通，当曲轴室内可燃混合气经过高速旋转的轴承孔滚珠时被充分混合，燃烧更充分，扫气时储气室内新鲜空气被预压缩的可燃混合气压入缸体先进行扫气。该发明会促进燃料雾化，提高燃烧效率，有效的降低了尾气中的HC和CO等有害成分，改善了发动机的经济性。

Description

空气先导式扫气的二冲程发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是一种空气先导式进行扫气的小型通用二冲程发动机。
背景技术
二冲程发动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。二冲程发动机由缸体、活塞、曲轴连杆、磁电机、化油器等零部件组成，在缸体的筒身部分设置了进气口、排气口和扫气口，这些气口都是由活塞运行来打开或关闭。
发动机的一个工作循环是由活塞运动的两个行程来完成的。在活塞上升时，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，在大气压力作用下，可燃混合气从化油器进入曲轴室。当活塞接近上止点时，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，同时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，然后扫气口打开，受到压缩的可燃混合气从扫气口流入气缸内，对燃烧后的废气进行驱逐，废气经排气口从消音器流入大气中，也就是所谓的“扫气”过程。但用来进行扫气的新鲜可燃混合气则易于同燃烧后的废气混合在一起，这样这部分可燃混合气未经过燃烧就排了出去，所以二冲程发动机相对于四冲程发动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)。因此尽管二冲程发动机的排量并不大，但对大气污染物中有害成分的影响却是显著的，故各国都在严格控制尾气(尤其是碳氢化合物)的排放。
发明内容
常规小型二冲程发动机由于使用新鲜可燃混合气来进行扫气，该混合气易于同燃烧后的废气混合在一起而未经过燃烧就排了出去，致使排出的尾气中含有大量的HC、CO和NOX等有害成分，本发明的目的是提供一种二冲程空气先导式扫气的二冲程发动机，扫气时缸体储气腔内新鲜空气被预压缩的可燃混合气压入缸体燃烧室先进行扫气，然后可燃混合气再进入燃烧室进行扫气，这样大大减少了未燃烧可燃混合气的逃逸，从而达到降低尾气中有害成分(HC+NOx)含量的目的，改善了尾气排放，并有效降低发动机的燃油消耗率，提高其经济性能。
本发明采取的技术方案是一种空气先导式扫气的二冲程发动机，包括缸体、前侧盖、后侧盖、活塞、前箱、后箱、单向阀组合、进气管。在缸体上对称设置有封闭式扫气道，在缸体上进气法兰侧设置空气储气腔，在储气腔和进气管之间放置一单向阀组合，在箱体上设置箱体扫气道，该扫气道通过主轴承滚珠之间的间隙将缸体扫气道和曲轴室连接起来。
缸体结构有一对闭式扫气道，该闭式扫气道结构由缸体和放置在两侧的前侧盖和后侧盖共同实现；缸体上的扫气口在靠近进气口侧比靠近排气口侧更靠近燃烧室；在箱体上设置箱体扫气道，混合气通过箱体主轴承滚珠间隙进入缸体扫气道；单向阀簧片和压板固定到簧片垫板上，共同组成单向阀组合，该簧片需在一定负压下开启，须有较好的弹簧特性。
根据本发明具有上述结构的发动机的工作过程如下：同常规二冲程发动机一样，发动机的一个工作循环是由活塞运动的两个行程来完成的。当活塞上行时，压缩上部工作混合气，同时，在活塞下面的曲轴室内形成真空度，在大气压力作用下，可燃混合气从化油器上的混合气通道通过缸体进气口被吸入曲轴室；不同于常规二冲程发动机，新鲜空气也通过进气管上空气通道和单向阀组合进入缸体储气腔、缸体扫气道，当活塞上行接近上止点时，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，吸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，部分废气经排气口从消音器流入大气中，随着活塞继续下行，扫气口打开，受到压缩的可燃混合气通过高速旋转的主轴承滚珠间隙均匀混合后，沿箱体扫气道将储气腔中的新鲜空气从扫气口压入气缸缸腔内，利用新鲜空气驱除废气，之后可燃混合气再进入缸体，排出废气，直至活塞上行关闭扫气口为止，这就是所谓的空气先导进行扫气的工作过程。
本发明的有益效果是，与传统的二冲程发动机相比，由于使用空气先导进行扫气，在设定动力输出的工况下，能有效的降低尾气中有害成分的含量，特别是HC(碳氢化合物)的含量，其燃油消耗率也有较大幅度的降低。
附图说明
图1是本发明的二冲程发动机
图2是本发明沿A-A线所作的剖面视图
图3是本发明缸体透视图
图4是缸体前侧盖主视图和左视图
图5是缸体后侧盖主视图和左视图
图6是进气管透视图
图7是本发明实施例单向阀组合结构分解透视图及装配示意图
图8是本发明发动机使用化油器主视图
图9是本发明方案发动机与现有技术二冲程发动机尾气中HC+NOx对比实验结果
图10是本发明方案发动机与现有技术二冲程发动机燃油消耗率对比实验结果
附图中序号说明：1.缸体；2.燃烧室；3.后侧盖；4.缸体上扫气道；5.缸体下扫气道；6.曲轴连杆组；7.后箱；8.箱体扫气道；9.主轴承；10.曲轴室；11.前箱；12.油封；13.缸垫；14.磁电机飞轮；15.侧盖空气通道；16.前侧盖；17.磁电机点火器；18.活塞；19.火花塞；20.压板；21.簧片；22.固定垫板；23.螺钉；24.密封材料；25.扫气口；25a.上扫气口；25b.下扫气口；26.储气腔；27.进气管；28.排气口；29.单向阀组合；30.密封垫；31.进气管空气通道；32.进气管混合气通道；33.消音器；34.化油器；35.化油器混合气通道；36.化油器空气通道；37.进气胶管；38.阻风门；39.化油器节气门；40.联动装置；41.进气口。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，根据本发明的空气先导式扫气的二冲程发动机，其构成由缸体1、活塞18、曲轴连杆组6、前箱11、后箱7、磁电机飞轮14、磁电机点火器17、化油器34、单向阀组合29、消音器33等零部件组成。
在缸体1的四周设置了许多散热片，可以带走发动机工作过程中产生的热量，在顶部设置了一个半球状的燃烧室2，在缸盖顶部的孔中旋入了一个火花塞19，在气缸的筒身部分的一侧设置了进气口41，另一侧设置了排气口28，在缸体1的两侧对称设置了两个的扫气口25，且在靠近进气口41侧的上扫气口25a比靠近排气口28侧的下扫气口25b更靠近燃烧室2，这样活塞18向下止点移动时靠近进气侧上扫气口25a首先被打开，空气扫气更彻底。缸体1上对称设置了一对封闭式缸体上扫气道4，该闭式结构是通过在缸体的两侧设置前侧盖16和后侧盖3来实现的。在缸体1的下方是曲轴箱组合，中间设置缸垫13防止在结合面上窜气，曲轴箱组合由前箱11和后箱7围成曲轴室10，箱体上主轴承9支撑着曲轴连杆组6，并在曲轴两端轴颈上设置2个油封12，用来密封曲轴室内混合气。同时在箱体上设置箱体扫气道8，该扫气道通过曲轴箱主轴承9滚珠间隙将曲轴室10和缸体下扫气道5连通，当曲轴室内可燃混合气经过高速旋转的轴承9滚珠间隙时被充分混合，促进燃料雾化更彻底，燃烧更充分，并且更有效的降低了尾气中的HC和CO等有害成分，改善了发动机的经济性；前侧盖16、后侧盖3同缸体1内壁共同组成缸体扫气道，在两侧盖的底部设有侧盖空气通道15，用来连接缸体储气腔26和缸体上扫气道4，扫气时扫气气流以α和β角度冲入气缸燃烧室2。进气管27由绝热材料制成，其中包含进气管空气通道31和进气管混合气通道32。进气管空气通道31一端通过进气胶管37连接化油器空气通道36，另一端通过单向阀组合29上的空气通道连接缸体1上储气腔26，进气管混合气通道32一端连接化油器34上的化油器混合气通道35，另一端通过单向阀组合29上的混合气通道连接缸体1上混合气进气口41，在缸体1和单向阀组合29以及进气管27之间放置密封垫30，单向阀组合29是由压板20、簧片21、固定垫板22以及两个螺钉23组成。当活塞18向上运动时，曲轴室内产生负压，新鲜空气通过簧片21被吸入缸体储气腔26，此时簧片21产生弯曲变形，压板20作用是限制簧片21的弯曲，从而确定簧片21的最大开度。簧片21由弹性材料制成，该簧片只允许新鲜空气通过簧片进入缸体上空气储气腔26，而阻止储气腔内的新鲜空气流向进气管27方向。为保证簧片21和固定垫板22之间的密封，在簧片垫板上涂覆耐热、柔软的密封材料24(比如橡胶等材料)；化油器包括一个化油器空气通道36和一个化油器混合气通道35，化油器空气通道36上设置一阻风门38，混合气通道上也设置了一化油器节气门39，该两处节气门通过联动装置40进行联动控制。
根据本发明、具有上述结构的二冲程发动机的工作过程如下：当活塞18上行时，随着曲轴室10内压力下降，外界大气压力将可燃混合气从化油器34上的混合气通道通过缸体进气口41压入曲轴室10，同时新鲜空气也通过进气管空气通道31和单向阀组合29进入缸体储气腔26，并储存其中。当活塞18上方可燃气体被点燃后，迫使活塞18向下移动，曲轴室10内的混合气而被压缩，当活塞18接近下止点时，排气口28开启，部分废气经排气口从消音器33流入大气中，随着活塞18继续下行，扫气口25打开，受到压缩的可燃混合气通过高速旋转的主轴承9滚珠间隙均匀混合后，沿箱体扫气道8将储气腔26中的新鲜空气从扫气口25以一定的扫气角度压入气缸缸腔内，喷射到缸体1内壁上，利用新鲜空气驱除废气，之后可燃混合气再进入缸体燃烧室2，将燃烧后的废气从排气口排出，直至活塞上行关闭扫气口25为止。这就是所谓的空气先导进行扫气的工作过程。通过采用空气先导进行扫气，混合气在后进行扫气的过程，能有效的降低尾气中有害成分的含量，特别是HC(碳氢化合物)的含量，提高燃油经济性。
根据上述实施例设计的排量为32.6ml的二冲程发动机(本发明)与排量相同的现有技术的二冲程发动机各10台，在标定工况下(油门全开、转速8500r/min)进行了对比试验，得到了图9和图10的试验结果，从试验数据上可以看出，相比于现有技术的二冲程发动机，根据本发明设计的空气先导进行扫气的二冲程发动机所排出尾气中的HC(碳氢化合物)含量较现有技术生产的二冲程发动机减少70％，同时燃油消耗率也较现有技术的二冲程发动机低30％左右。

Claims (6)

1.一种空气先导式扫气的二冲程发动机，包括缸体、前侧盖、后侧盖、活塞、前箱、后箱、单向阀组合、进气管，其特征在于：在缸体上对称设置有封闭式扫气道，在缸体上进气法兰侧设置空气储气腔，在储气腔和进气管之间放置一单向阀组合，在箱体上设置箱体扫气道，该扫气道通过主轴承滚珠之间的间隙将缸体扫气道和曲轴室连接起来。
2.根据权利要求1所述缸体结构为闭式扫气道，该闭式结构由缸体和放置在两侧的前侧盖和后侧盖共同实现。
3.根据权利要求1所述缸体上的储气腔、进气口、排气口以及扫气口都采用直抽芯压铸成型制作。
4.根据权利要求1所述缸体上的扫气口在靠近进气口侧比靠近排气口侧更靠近燃烧室，以便在活塞向下止点移动时靠近进气侧的上扫气口首先被打开。
5.根据权利要求1所述的箱体上设置箱体扫气道，混合气通过箱体主轴承滚珠间隙进入缸体扫气道。
6.根据权利要求1所述的单向阀簧片和压板固定到簧片垫板上，共同组成单向阀组合，在簧片垫板和簧片之间涂覆耐热、柔软的密封材料(比如橡胶等材料)，该簧片需在一定负压下开启，须有较好的弹簧特性，该簧片只允许新鲜空气通过簧片进入空气储气腔，阻止储气腔内的新鲜空气流向进气管方向。
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