CN104234818A - 一种二冲程内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二冲程内燃机，解决了部分未燃烧混合汽直接排出以及与废气一起排出的技术问题，内燃机润滑良好提高有效功率，同时延长内燃机寿命。该二冲程内燃机包括遮挡鳍片(1)和避让槽(2)；遮挡鳍片(1)为矩形结构，遮挡鳍片(1)固定在气缸盖(3)上，遮挡鳍片(1)沿气缸盖直径方向，且位于进气道(8)与排气道(9)之间，遮挡鳍片(1)将进气道(8)与排气道(9)分隔，遮挡鳍片(1)上端与喷油器喷油口对应位置设置横向通槽(12)，避让槽(2)设置在活塞(5)上，避让槽(2)位于燃烧室(10)中心，且避让槽(2)的位置与遮挡鳍片(1)的位置对应。

Description

一种二冲程内燃机
技术领域
本发明属于内燃机燃烧室技术领域，具体涉及一种二冲程内燃机。
背景技术
传统二冲程内燃机通常包括缸体和活塞，传统二冲程内燃机缸体上的进气口、排气口设置在气缸壁下部，排气口与进气口位置比较近，致使扫气短路，即进入缸体的部分气体直接从排气口排出，气缸顶部扫气不充分，且部分混合气未燃烧直接从排气口排入大气，造成燃料浪费和废气HC(碳氢)高的技术问题。
由于传统二冲程内燃机的进气口、排气口设置在气缸壁底部，因此为避免润滑油通过进气口窜入燃烧室，导致曲轴箱内不能加入润滑油，无法对活塞、曲轴等运动部件进行润滑。采用在燃油中添加二冲程内燃机专用润滑油的方式润滑，因此润滑效果差，内燃机寿命短，且润滑油参与燃烧造成排放污染物高，并且燃烧室容易形成积碳，同时活塞环容易被积碳卡死，造成燃烧室漏气，进一步使内燃机效率降低。
公开号为CN1034247A专利文献中公开了一种二冲程内燃机技术方案，该两冲程内燃机包括气缸盖、汽缸体、活塞、进气门、排气门和喷油嘴，该内燃机还包括突起部分，气缸盖的内壁上形成有一个朝燃烧室突起的突起部分，该凸起部分沿气缸盖内壁的整个直径长度延伸，且位于进气道与排气道之间，凸起部分将进气道与排气道分隔。该遮挡物与气缸盖是一体成型，由于火花塞点燃混合气，燃烧终了的温度为2000～2500摄氏度，火花塞周围温度会更高一些。遮蔽物棱角部分会发生烧蚀问题，火花塞处烧蚀更为严重，严重烧蚀后需要整体更换气缸盖。
该遮挡物为倒三角形，遮挡物进气侧平面斜向排气侧下方，进入气缸的气体延遮挡物进气侧平面被导向排气侧下部，造成新鲜气体与燃烧后的废气混合排出，没有形成环流扫气效果，同时进气阀下部的废气无法排除，降低扫气效果。
该遮挡物为倒三角形，由于遮蔽物根部较宽影响火焰传播速度，造成燃烧效率下降。
该遮挡物靠近进气阀设置，遮挡了三分之一的进气阀的进气口，降低了进气效果，降低的换气效果，内燃机功率下降。
该遮蔽物的位置和形状，造成燃烧从遮挡物一侧开始燃烧，然后火焰传导到该遮蔽物的另一侧。首先造成燃烧速度慢，内燃机功率、燃油效率都会下将，并且内燃机会出现过热问题，气缸盖、气缸和活塞热变形大，影响使用寿命。其次，燃烧总是从一侧开始，燃烧压力分布不均，造成活塞在气缸中出现摆动，活塞与汽缸壁出现敲击、不正常磨损问题，减低内燃机效率和寿命。同时由于遮蔽物两侧压力不均，所以遮蔽物需要比较坚固，导致体积较大，根部较宽，占用了气缸盖燃烧室较大面积，从而进气阀、排气阀就只能减小，影响近排气效果。第三，燃烧室温度分布不均，造成气缸盖、汽缸壁和活塞受热不均，进气阀总比排气侧温度要高一些，气缸盖、气缸和活塞发生热变形，造成不正常磨损，功率、效率和寿命均会下降。
为了解决上述技术问题，通常采用四冲程内燃机，但四冲程内燃机结构复杂，且内燃机功率密度比二冲程内燃机功率密度低50％左右，导致相同功率输出情况下四冲程内燃机占用空间大、重量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种二冲程内燃机，解决了部分未燃烧混合汽直接排出以及与废气一起排出的技术问题，降低废气中HC的含量，提高了进气、排气和换气效率，提高内燃机有效功率，减小了气缸盖、气缸和活塞热变形，延长内燃机寿命，且结构紧凑。
本发明的技术方案是，一种二冲程内燃机包括气缸盖、缸体、活塞、进气阀、排气阀、喷油器、导流鳍片和避让槽。导流鳍片为矩形结构，导流鳍片固定在气缸盖上，导流鳍片沿气缸盖直径方向，且位于进气道与排气道之间，导流鳍片将进气道与排气道分隔，导流鳍片上端与喷油器喷油口对应位置设置横向通槽，避让槽设置在活塞上，避让槽位于燃烧室中心，且避让槽的位置与导流鳍片的位置对应。
所述导流鳍片横截面形状为弧形，即导流鳍片与进气道相对应的表面为内凹形。
所述导流鳍片下端设置两个涡流通槽，两个涡流通槽方向沿导流鳍片的横向，两个涡流通槽沿导流鳍片纵向分布，且两个涡流通槽外侧壁分别与燃烧室外侧壁对正。通槽与燃烧室环形结构对应。
本发明的有益效果是，1)本发明采用了顶置进气阀、排气阀、喷油器和导流鳍片的结构，解决了部分未燃烧混合汽直接排出以及与废气一起排出的技术问题；2)本发明采用的导流鳍片结构，解决了导流鳍片烧蚀技术问题，改善了火焰传播速度，即解决了燃烧速度慢的问题，提高了进气、排气和换气效率；3)本发明发扬了四冲程内燃机的优点，且有效提高了内燃机的功率密度和机械效率、降低了排放；4)本发明润滑良好，减小摩擦损失，提高有效功率，减小了气缸盖、气缸和活塞热变形，延长内燃机寿命，结构紧凑可靠，工作稳定；5)此种结构的内燃机通过对比实验发现，相同排量下功率提高70％到100％，增压系统的帮助下，功率和可以进一步提高，以较小的内燃机体积得到更大的功率，同时节省了生产内燃机的原材料和加工生产成本。同等功率下内燃机可以转速更低，磨损更小、寿命更长且更加节油，降低使用成本。
附图说明
图1为本发明一种二冲程内燃机的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明在内燃机浅盆形燃烧室中的应用结构示意图；
图4为图3的C-C剖视图；
图5为图1的B-B剖视图；
图6为本发明工作过程时序示意图；
图7为本发明工作过程中换气示意图。
图8为本发明中的导流鳍片结构示意图。
图中1.导流鳍片、2.避让槽、3.气缸盖、4.缸体、5.活塞、6.进气阀、7.排气阀、8.进气道、9.排气道、10.燃烧室、13.喷油器、20.导流鳍片根部、21.导流鳍片根部安装槽
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种二冲程内燃机包括导流鳍片1、避让槽2、气缸盖3、缸体4、活塞5、进气阀6、排气阀7和喷油器13。
导流鳍片1的根部两端有凸沿，导流鳍片1的纵截面轮廓为矩形结构，导流鳍片1固定在气缸盖3上，导流鳍片1沿气缸盖直径方向，且位于进气道8与排气道9之间，导流鳍片1将进气道8与排气道9分隔，导流鳍片1上端与喷油器喷油口对应位置设置横向通槽12，横向通槽12保证喷油器正常喷油，喷油器可以将燃油同时喷向导流鳍片1的两侧，达到导流鳍片1两侧能够同时充分燃烧的目的，并且避免燃油喷射到导流鳍片1上造成部分燃油不能燃烧的问题。避让槽2设置在活塞5上，避让槽2位于燃烧室10中心，且避让槽2的位置与导流鳍片1的位置对应，避让槽2的设置可以使得活塞尽可能的接近气缸盖3的内表面，提高内燃机的压缩比，进而提高内燃机的功率和效率。
如图1所示，导流鳍片1横截面一侧轮廓为弧形，导流鳍片1高度为进气阀升程的1倍到3倍，即导流鳍片1从气缸盖3向下延伸1倍到3倍的进气阀6的升程，导流鳍片弧度半径取值范围在1/8倍到4倍进气阀6的直径。根据不同的气缸直径和活塞升程进行适当选择取得适宜的导流鳍片延伸长度和弧度，避免喘振发生，同时导流鳍片的弧形结构可以将进气引导到进气门的下方，解决进气门下方扫气不良的问题。
导流鳍片1选用耐烧蚀及韧性较好材料制成，同时兼顾与缸盖的材料的膨胀系统，优选陶瓷基复合材料或镍基合金。
如图5所示，气缸盖3内表面对应导流鳍片1位置开有导流鳍片根部安装槽21，导流鳍片根部安装槽21两端延伸出气缸盖3内表面，导流鳍片根部20紧配合嵌入气缸盖3内表面的导流鳍片根部安装槽21内，在装配中由气缸盖3与缸体4进行夹紧紧固。此结构加工便利，更换方便，可维修性强。当出现导流鳍片损伤时不必更换整体气缸盖3，维修成本低。
如图8所示，导流鳍片1的上部称为导流鳍片根部20，导流鳍片根部20用于嵌入气缸盖3的导流鳍片根部安装槽21。
如图2所示，导流鳍片1下端设置两个涡流通槽14，两个涡流通槽14方向沿导流鳍片1的横向，两个涡流通槽14沿导流鳍片1纵向分布，且两个涡流通槽14外侧壁分别与燃烧室10外侧壁对正，涡流通槽14与燃烧室10的环形结构对应，用于涡流通过，达到空气和燃油更好的混合燃烧效果。
本发明的工作过程是，如图1、图6所示，本发明是一种二冲程内燃机未工作时，活塞5处于缸体下部，内燃机启动后，驱动马达带动曲轴旋转，活塞5上移，排气门关闭，进气门关闭，活塞5到达上止点之前，活塞5接近气缸盖3时，导流鳍片1进入活塞的避让槽2中，同时活塞5在向气缸盖3运行时，将空气压缩到燃烧室10中，喷油器13喷油并点火，缸体4内气体燃烧，曲轴继续旋转，活塞5下移，然后排气阀7打开，此时的排气过程处于临界状态，大部分燃烧后的废气在缸体4内废气压力作用下迅速从排气道9排出。然后进气阀6打开，空气在气泵压力下被压入缸体4内，并对气缸内的废气进行挤压扫气操作，此时排气阀7与进气阀6均处于打开状态，在导流鳍片1的作用下，阻碍进气直接排出，且进气在导流鳍片1作用下改变流动放向，有助于扫气和喷油燃烧充分。扫气完成后排气阀7关闭，空气在压力及惯性作用下继续进入缸体4，然后进气阀6关闭。随着曲柄的旋转以及活塞5向气缸盖方向移动，进行下一个压缩做功等循环。
内燃机采用F178直喷柴油机，气缸容积为298cc，标定功率(KW/r/min)为3.68KW/3000，燃油消耗率为276.1/3000。该内燃机采用本发明结构后，在未经特别优化的基础上，通过试验，输出功率为7.728KW/3000，功率增加了110％，燃油消耗为253g/(kW·h)，降低约8％。经过48小时全速、全负荷工况下测试，测试后经拆解测量，各零部件没有出现异常磨损和疲劳损伤情况。再经后续优化功率可以进一步提高，得到比现有商用内燃机更高的功率和更低的排放。

Claims (6)

1.一种二冲程内燃机，该二冲程内燃机包括气缸盖(3)、缸体(4)、活塞(5)、进气阀(6)、排气阀(7)和喷油器(13)，其特征是：该二冲程内燃机还包括导流鳍片(1)和避让槽(2)；导流鳍片(1)为两端有凸沿的纵截面轮廓为矩形结构，导流鳍片(1)由气缸盖(3)和缸体(4)夹紧，导流鳍片(1)沿气缸盖直径方向，且位于进气道(8)与排气道(9)之间，导流鳍片(1)将进气道(8)与排气道(9)分隔，导流鳍片(1)上端与喷油器喷油口对应位置设置横向通槽(12)，避让槽(2)设置在活塞(5)上，避让槽(2)位于燃烧室(10)中心，且避让槽(2)的位置与导流鳍片(1)的位置对应。
2.按照权利要求1所述的一种二冲程内燃机，其特征在于：所述导流鳍片(1)横截面一侧轮廓为弧形，即导流鳍片(1)与进气道相对应的表面为内凹形。
3.按照权利要求1所述的一种二冲程内燃机，其特征在于：所述导流鳍片(1)高度为进气阀(6)升程的1倍到3倍，导流鳍片(1)的弧度半径取值范围在1/8倍到4倍进气阀(6)的直径。
4.按照权利要求1所述的一种二冲程内燃机，其特征在于：所述导流鳍片(1)的根部，即导流鳍片根部(20)安装于气缸盖3内表面的导流鳍片根部安装槽(21)内，气缸盖(3)内表面对应导流鳍片(1)的位置开有导流鳍片根部安装槽(21)，导流鳍片根部(20)两端凸沿纵向延伸出气缸盖(3)内表面的部分，在装配中由气缸盖3与缸体4进行夹紧紧固。
5.按照权利要求1或2所述的一种二冲程内燃机，其特征在于：所述导流鳍片(1)下端设置两个涡流通槽(14)，两个涡流通槽(14)方向沿导流鳍片(1)的横向，两个涡流通槽(14)沿导流鳍片(1)纵向分布，且两个涡流通槽(14)外侧壁分别与燃烧室(10)外侧壁对正，涡流通槽(14)与燃烧室(10)的环形结构对应。
6.按照权利要求1所述的一种二冲程内燃机，其特征在于：所述导流鳍片(1)选用陶瓷基复合材料或镍基合金。
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