CN104500211A - 二冲程分层扫气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二冲程分层扫气发动机，主要包括空气扫气部件及混合气扫气部件，所述空气扫气部件主要由空气储气腔（10）及空气扫气通道（15）组成，所述空气扫气通道（15）两端分别与设置在缸体（2）一侧内壁的空气扫气口（16）和空气储气腔（10）相通，所述混合气扫气部件主要包括混合气扫气通道（17，19），所述混合气扫气通道（17，19）为由活塞（6）外表面与在缸体（2）内壁所设置的凹槽共同构成的空腔通道，所述混合气扫气通道（17，19）的两端分别与设于气缸（3）内的混合气扫气口（18，20）及曲轴箱（5）相通。本发明设置为具有独立空气扫气道的分层扫气技术方案，大幅度减少新鲜混合气的短路损失，降低发动机的有害排放。

Description

二冲程分层扫气发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及二冲程分层扫气发动机。

背景技术

高速小排量二冲程发动机具有机械效率高、比功率大和成本低等优点，在农业、林业、建筑、园林植保和运动娱乐等领域占据着巨大的市场空间。但近年来，在能源和环境问题的双重压力下，各国政府分别出台了越来越严格的排放法规，二冲程汽油机由于受到经济性和排放性能较差等因素的影响，特别是HC+NO_x和CO的排放，造成严重的环境污染，其发展受到了一定的限制。造成二冲程汽油机排放差的主要原因是换气过程不彻底：一方面新鲜混合气直接流入排气道，造成短路损失；另一方面上一个循环的燃烧产物仍有部分残留在气缸内。换气过程不彻底不仅造成排放性能差，还会增加二冲程汽油机燃油消耗率。改善二冲程汽油机的排放性能主要有两条途径：（1）改善换气过程，减小短路损失。主要措施有发动机扫气过程优化、分层扫气和燃料喷射等技术；（2）排气后处理技术。主要指排气催化转化技术。扫气过程优化在原二冲程汽油机的基础上，以发动机排放性能为指标，对发动机扫气道结构参数、扫气口和排气口的开启时刻等进行优化，研究表明此类措施和化油器优化匹配和点火提前角优化等措施一样，均可以一定程度上改善二冲程汽油机的排放性能，但并不能从根本上解决换气过程不彻底的问题，对发动机的性能改善效果有限。

目前针对二冲程汽油机的燃料喷射技术主要有混合气喷射技术和燃油直喷技术。混合气喷射技术是指将事先形成的混合气在排气口关闭后再喷入气缸内，其混合气由独立的混合气形成装置（如化油器）提供。燃油直喷技术直接将液态的燃油直接喷入气缸内，主要可分为高压燃油喷射、低压燃油喷射和空气辅助燃油喷射三种类型。燃油喷射技术是降低二冲程发动机短路损失最为有效的措施之一，但在小型非道路汽油机中受到安装空间和成本的限制，其应用前景并不理想。

分层扫气技术使用空气代替新鲜混合气完成前期的扫气功能，使空气承担了主要的扫气损失，因而可以大幅地减少新鲜混合气的短路损失。相关研究表明，分层扫气技术可以大幅降低二冲程汽油机的有害排放，提高发动机的热效率，而且不增加发动机的结构复杂性和成本，是未来小型二冲程发动机上待开发和使用的最实用的技术之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有二冲程发动机技术中的不足，提供一种“二冲程分层扫气发动机”，本发明结构设计合理，低制造成本，是一种安装使用方便，大幅地减少新鲜混合气的短路损失，降低二冲程汽油机的有害排放，有效提高发动机热效率的二冲程分层扫气发动机。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种二冲程分

层扫气发动机， 主要的技术方案是，包括：缸体2、机体4、曲轴箱5、活塞6、曲轴8，8’、空气扫气部件及混合气扫气部件，所述空气扫气部件主要由固定连接在机体4上的膜片9与机体4的内壁所构成的空气储气腔10及空气扫气通道15组成，所述空气扫气通道15两端分别与设置在缸体2一侧内壁的空气扫气口16和空气储气腔10相通。所述混合气扫气部件主要包括混合气扫气通道17，19，所述混合气扫气通道17，19为由活塞6外表面与在缸体2内壁所设置的凹槽共同构成的空腔通道，所述混合气扫气通道17，19的两端分别与设于气缸3 内的混合气扫气口18，20及曲轴箱5相通。

进一步的技术方案是，所述混合气扫气通道17，19至少设置一组，对称设置在缸体2的内壁上，空气扫气通道15至少设置一个，空气扫气通道15、混合气扫气通道17与混合气扫气通道19的空间位置可互换设置。

进一步的技术方案是，在空气储气腔10的外壁设有带有簧片阀12的空气进气口11，设置在空气储气腔10的上端位置，在缸体2的下端与活塞6上下行程相适配位置，设置有混合气进气口13。

进一步的技术方案是，在缸体2一侧的内壁上设置有排气口14，所述的排气口14的位置高度依次高于空气扫气口16、混合气扫气口18，20。

本发明另一主要的技术方案要是，在曲轴8’上设有凸轮，与弹簧21及推杆22共同构成凸轮结构, 所述弹簧21及推杆22置于曲轴8’的外端面与空气储气腔10的内壁之间。

进一步的技术方案是，所述推杆22的一端与膜片9固定连接，另一端与曲轴8’的外端面紧密接触，所述弹簧21卡设于膜片9与机体4的内壁之间，所述推杆22与所述弹簧21设于同一轴心线上，该轴心线垂直于曲轴8的切线方向。

在机体4的另一侧位置设有带有簧片阀12’的混合气进气口13’， 在机体4的底部位置设有与曲轴箱5相通的通风口23 。

进一步的技术方案是，所述空气扫气口16、混合气扫气口18，20及混合气进气口13、13’其开口量的大小由活塞6上下行程位置所决定。

进一步的技术方案是，因所述膜片9变形所引起空气储气腔10的容积变化量为发动机1排气量的10－50%。

再进一步的技术方案是，所述膜片9所用材质为弹性材料，具体为橡胶材料。

本发明具有如下优点：

1、本发明结构设计合理，低制造成本，是一种安装使用方便，大幅度减少新鲜混合气的短路损失，降低二冲程发动机的有害排放，节能降耗、减少环境污染、有效提高发动机热效率的二冲程分层扫气发动机。

2、本发明设置为独立的空气扫气通道和混合气扫气通道，即混合气和纯空气分别通过独立的扫气道和扫气口进入气缸，纯空气代替新鲜混合气完成前期的扫气功能，空气承担了主要的扫气损失，大幅度减少新鲜混合气的短路损失，降低二冲程汽油机的有害排放，有效提高发动机热效率。

3、因在缸体2一侧的内壁上设置有排气口，所述的排气口的位置高度依次高于空气扫气口、混合气扫气口，空气扫气通道15、混合气扫气通道17与混合气扫气通道19的空间位置可互换设置，扫气口位置设置合理,使浓混合气贴着远离排气口的气缸壁面流动,将浓混合气与废气隔离开,实现分层扫气的技术目的，换气彻底、扫气充分，进一步有效减少新鲜混合气的短路损失，降低HC+NO_x和CO的有害排放，节能降耗，减少环境污染。

4、由本发明所设置结构决定，所述膜片9变形所引起空气储气腔10的容积变化量为发动机1排气量的10－50%，以进一步保证实现本发明的技术目的。

5、因在曲轴8’上设有凸轮，与弹簧21及推杆22共同构成凸轮结构, 与膜片9共同构成膜片泵结构，在机体4的另一侧位置设有带有簧片阀12’的混合气进气口13’，以进一步保证所设计膜片9变形量的可靠性。

6、本发明技术方案的实施对发动机的结构复杂性和成本影响较小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

  图2是图1的A－A向截面示意图。

图3是本发明的另一实施例的结构示意图。

图中：１．发动机，２．缸体，３．气缸，４．机体，５．曲轴箱，６．活塞，7、连杆，8、8’、曲轴，9、膜片，10、空气储气腔，11、空气进气口，12、12’、簧片阀，13、13’、混合气进气口，14、排气口，15、空气扫气通道，16、空气扫气口，17、19、混合气扫气通道，18、20、混合气扫气口，21、弹簧，22、推杆，23、通风口。

具体实施方式

下面通过非限制性实施例，进一步阐述本发明，理解本发明。

实施例1

本发明如图1、图2 所示，一种二冲程分层扫气发动机， 主要的技术方案

是，包括：缸体2、机体4、曲轴箱5、活塞6、曲轴8、空气扫气部件及混合气扫气部件，所述空气扫气部件主要由固定连接在机体4上的膜片9与机体4的内壁所构成的空气储气腔10及空气扫气通道15组成，所述空气扫气通道15两端分别与设置在缸体2一侧内壁的空气扫气口16和空气储气腔10相通。所述混合气扫气部件主要包括混合气扫气通道17，19，所述混合气扫气通道17，19为由活塞6外表面与在缸体2内壁所设置的凹槽共同构成的空腔通道，所述混合气扫气通道17，19的两端分别与设于气缸3 内的混合气扫气口18，20及曲轴箱5相通。

所述混合气扫气通道17、19设置两组，对称设置在缸体2的内壁上，空气扫气通道15设置一个，空气扫气通道15、混合气扫气通道17与混合气扫气通道19的空间位置可互换设置。

在空气储气腔10的外壁设有带有簧片阀12的空气进气口11，设置在空气储气腔10的上端位置，在缸体2的下端与活塞6上下行程相适配位置，设置有混合气进气口13。

在缸体2一侧的内壁上设置有排气口14，所述的排气口14的位置高度依次高于空气扫气口16、混合气扫气口18，20。

所述空气扫气口16、混合气扫气口18，20及混合气进气口13其开口量的大小由活塞6上下行程位置所决定。

因所述膜片9变形所引起空气储气腔10的容积变化量为发动机1排气量的10－50%。

所述膜片9所用材质为橡胶材料。

实施例2

本发明如图1、图2 、图3所示，一种二冲程分层扫气发动机， 主要的技术方案是，包括：缸体2、机体4、曲轴箱5、活塞6、曲轴8’、空气扫气部件及混合气扫气部件，所述空气扫气部件主要由固定连接在机体4上的膜片9与机体4的内壁所构成的空气储气腔10及空气扫气通道15组成，所述空气扫气通道15两端分别与设置在缸体2一侧内壁的空气扫气口16和空气储气腔10相通。所述混合气扫气部件主要包括混合气扫气通道17，19，所述混合气扫气通道17，19为由活塞6外表面与在缸体2内壁所设置的凹槽共同构成的空腔通道，所述混合气扫气通道17，19的两端分别与设于气缸3 内的混合气扫气口18，20及曲轴箱5相通。

所述混合气扫气通道17，19设置两组，对称设置在缸体2的内壁上，空气扫气通道15设置一个，空气扫气通道15、混合气扫气通道17与混合气扫气通道19的空间位置可互换设置。

在缸体2一侧的内壁上设置有排气口14，所述的排气口14的位置高度依次高于空气扫气口16、混合气扫气口18，20。

在曲轴8’上设有凸轮，与弹簧21及推杆22共同构成凸轮结构, 所述弹簧21及推杆22置于曲轴8’的外端面与空气储气腔10的内壁之间。

所述推杆22的一端与膜片9固定连接，另一端与曲轴8’的外端面紧密接触，所述弹簧21卡设于膜片9与机体4的内壁之间，所述推杆22与所述弹簧21设于同一轴心线上，该轴心线垂直于曲轴8的切线方向。

在机体4的另一侧位置设有带有簧片阀12’的混合气进气口13’， 在机体4的底部位置设有与曲轴箱5相通的通风口23 。

所述空气扫气口16、混合气扫气口18，20及混合气进气口13’其开口量的大小由活塞6上下行程位置所决定。

因所述膜片9变形所引起空气储气腔10的容积变化量为发动机1排气量的10－50%。

所述膜片9所用材质为橡胶材料。

下面进一步说明本发明的分层扫气过程。

本发明具有独立空气扫气道的分层扫气方案，即混合气和纯空气分别通过独立的扫气道和扫气口进入气缸，在进气行程，纯空气先进入一个与曲轴箱相隔离的空气储气腔，空气储气腔与空气扫气道相连，控制纯空气在扫气行程进入气缸。

本发明采用独立的空气扫气道实现分层扫气，空气的供给通过以下两种方式供给空气：

（1）在曲轴箱和储气腔之间设置一个膜片，如图1、图2所示。在进气行程，在连杆7通过曲轴8带动活塞向上运动时，曲轴箱内压力减小，膜片向曲轴箱侧运动，从而引起储气腔内压力减小，空气经过簧片阀进入储气腔；在扫气行程，活塞向下运动时，曲轴箱内压力增大，膜片向储气腔侧运动，储气腔内压力上升，此时簧片阀关闭，空气经过空气扫气道进入气缸，代替混合气完成扫气功能。

（2）采用由曲轴驱动的膜片泵供给空气，如图1、图2、图3所示.在进气行程，膜片在弹簧的作用下向储气腔外侧运动，空气通过簧片阀进入储气腔；在扫气行程，曲轴驱动膜片向储气腔侧运动，簧片阀关闭，压缩空气从空气扫气道进入气缸。

  综上所述，本发明与空气和混合气共用扫气道的分层扫气技术相比，本发明设置为具有独立空气扫气道的分层扫气技术方案，扫气口位置设置合理，大幅度减少新鲜混合气的短路损失，降低发动机的有害排放，节能降耗、减少环境污染，通过本发明的实施，发动机的排放性能可满足美国EPA第三阶段标准和欧洲第二阶段标准。

Claims (10)

1.一种二冲程分层扫气发动机， 主要包括：缸体（2）、机体（4）、曲轴箱（5）、活塞（6）、曲轴（8，8’）、空气扫气部件及混合气扫气部件，其特征在于，所述空气扫气部件主要由固定连接在机体（4）上的膜片（9）与机体（4）的内壁所构成的空气储气腔（10）及空气扫气通道（15）组成，所述空气扫气通道（15）两端分别与设置在缸体（2）一侧内壁的空气扫气口（16）和空气储气腔（10）相通，所述混合气扫气部件主要包括混合气扫气通道（17，19），所述混合气扫气通道（17，19）为由活塞（6）外表面与在缸体（2）内壁所设置的凹槽共同构成的空腔通道，所述混合气扫气通道（17，19）的两端分别与设于气缸（3）内的混合气扫气口（18，20）及曲轴箱（5）相通。

2.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，所述混合气扫气通道（17，19）至少设置一组，对称设置在缸体（2）的内壁上，空气扫气通道（15）至少设置一个，空气扫气通道（15）、混合气扫气通道（17）与混合气扫气通道（19）的空间位置可互换设置。

3.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，在空气储气腔（10）的外壁设有带有簧片阀（12）的空气进气口（11），设置在空气储气腔（10）的上端位置，在缸体（2）的下端与活塞（6）上下行程相适配位置，设置有混合气进气口（13）。

4.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，在缸体（2）一侧的内壁上设置有排气口（14），所述的排气口（14）的位置高度依次高于空气扫气口（16）、混合气扫气口（18，20）。

5.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，在曲轴（8’）上设有凸轮，与弹簧（21）及推杆（22）共同构成凸轮结构, 所述弹簧（21）及推杆（22）置于曲轴（8’）外端面与空气储气腔（10）的内壁之间。

6.根据权利要求5所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，所述推杆（22）的一端与膜片（9）固定连接，另一端与曲轴（8’）的外端面紧密接触，所述弹簧（21）卡设于膜片（9）与机体（4）的内壁之间，所述推杆（22）与所述弹簧（21）设于同一轴心线上，该轴心线垂直于曲轴（8’）的切线方向。

7.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，在机体（4）的另一侧位置设有带有簧片阀（12’）的混合气进气口（13’），在机体（4）的底部位置设有与曲轴箱（5）相通的通风口（23）。

8.根据权利要求1所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，所述空气扫气口（16）、混合气扫气口（18，20）及混合气进气口（13，13’）其开口量的大小由活塞（6）上下行程位置所决定。

9.根据权利要求1－8任一项权利要求所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，因所述膜片（9）变形所引起空气储气腔（10）的容积变化量为发动机（1）排气量的10－50%。

10.根据权利要求9所述的一种二冲程分层扫气发动机，其特征在于，所述膜片（9）所用材质为弹性材料。