CN106523149A - 一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，涉及内燃机领域，该燃烧系统包括气缸体、气缸体中心的缸体侧壁上布置有喷油器和火花塞，气缸体中心线两侧的缸壁上对称设有左侧排气口和右侧排气口，气缸体中心的缸体内壁上还设有中间隔板，气缸体中心和左侧扫气入口之间布置有能够在气缸体内做往复运动的左侧活塞，气缸体中心和右侧扫气入口之间布置有能够在气缸体内做往复运动的右侧活塞；左侧活塞和右侧活塞的端部均由球面凸起部分和柱面凹坑部分组成，左侧活塞和右侧活塞端部的球面凸起部分均与中间隔板的球面凹坑相配合。本发明中通过优化燃烧室结构，实现充量更换的快速进行和缸内滚流的有效组织，实现油耗和排放的同时降低。

Description

一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，更具体的涉及一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统。

背景技术

内燃机问世至今已经历了100多年的发展历程，现代内燃机无论在结构还是性能方面都已今非昔比，但仍在不断发展和完善。当前内燃机工业的发展主要是以节能为中心，充分兼顾排放和可靠性的要求，从而实现内燃机性能的全面提高。内燃机燃烧消耗的石油燃料占石油消耗总量的60％以上，而因燃烧矿物燃料所产生的CO、HC和NOx的排放量几乎50％来自内燃机。因此，在满足动力性能要求的前提下，降低内燃机的燃油消耗和减少对环境的有害排放，已经作为目前内燃机行业主要面临的问题。

对置活塞二冲程发动机概念早在1890年左右被提出。对置活塞二冲程发动机的对置活塞布置于同一气缸，并取消了气缸盖和气门机构，具有功率密度高、传热损失小、平衡性好等优点。在20世纪后期，由于现代排放法规的不断严格，二冲程发动机普遍存在的排放问题阻止了对置活塞二冲程发动机的发展和应用。近年来，随着现代科技和电控技术的发展，为提高内燃机的动力性和排放性，对置活塞二冲程发动机持续受到关注和发展。同时，汽油机作为一种广泛使用的动力装置，以汽油缸内直喷为代表的新型混合气形成模式的研究与应用有效提高了汽油机的燃油经济性。基于上述两点，对置活塞二冲程缸内直喷汽油机可作为一种满足内燃机发展需求的新型动力，燃油在排气口关闭后进行喷射，可以实现纯空气扫气，避免燃油短路，从而改善油耗和排放。

现有小排量二冲程汽油机大多采用平顶活塞，平顶活塞虽然加工简单，制造成本低，受热面积小，但是缸内无法形成有组织的气流运动。同时，对置活塞二冲程汽油机多采用“气口-气口”式直流扫气方式，缸内容易组织较强的涡流，有利于扫气过程的进行，但是缸内滚流组织较差，不利于油气混合和燃烧过程的组织。要实现汽油机大幅度节能减排，燃烧系统研究是关键。

发明内容

本发明提供一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，通过优化燃烧室结构，促进混合气形成，实现充量更换的快速进行和缸内滚流的有效组织，并有效抑制爆震，实现油耗和排放的同时降低。

具体的，本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，包括：

气缸体、气缸体的两端分别设有左侧扫气入口和右侧扫气入口，气缸体中心的缸体侧壁上布置有喷油器和火花塞，气缸体中心线两侧的缸壁上对称设有左侧排气口和右侧排气口，气缸体中心的缸体内壁上还设有中间隔板，中间隔板的截面为半圆形，中间隔板的两侧设有球面凹坑；

气缸体中心和左侧扫气入口之间布置有能够在气缸体内做往复运动的左侧活塞，气缸体中心和右侧扫气入口之间布置有能够在气缸体内做往复运动的右侧活塞，左侧活塞的顶面和右侧活塞的顶面相对；

左侧活塞和右侧活塞的端部均由球面凸起部分和柱面凹坑部分组成，左侧活塞和右侧活塞端部的球面凸起部分均与中间隔板的球面凹坑相配合；

气缸体中心线两侧的缸体内壁上还对称设有左侧扫气口和右侧扫气口，左侧扫气口与左侧扫气入口连通，右侧扫气口与右侧扫气入口连通。

优选的，喷油器和火花塞位于与中间隔板上表面相对的缸体侧壁上，喷油器与火花塞之间的夹角为30°。

优选的，左侧活塞和右侧活塞的端部的球面凸起部分均与中间隔板的球面凹坑具有相同的曲率。

优选的，左侧活塞端部的球面凸起部分和柱面凹坑部分具有相同的直径，右侧活塞端部的球面凸起部分和柱面凹坑部分具有相同的直径。

优选的，左侧扫气口和右侧扫气口分别设有相对气缸体轴线方向的轴向仰角，两侧的仰角相同。

优选的，气缸体的中部缸体侧壁上还设有散热片。

优选的，左侧扫气口与左侧扫气入口通过扫气通道连通，右侧扫气口与右侧扫气入口通过扫气通道连通，两侧的扫气通道相同。

优选的，中间隔板的高度为气缸体内径的一半。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统的燃烧室主要由气缸体缸体内壁和对置活塞顶面包络形成。

(2)对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统通过对置活塞在气缸内分别相对两端的扫气口和排气口的运动实现缸内双回流扫气；同时，通过扫气口的轴向仰角设计和气缸体中间隔板的导流面设计进行缸内滚流的组织，在内止点附近通过对置活塞顶面的球形挤流面设计实现缸内挤流的组织；通过不同流动形式的组织实现缸内混合气的形成和燃烧。

(3)双回流扫气方式的特点应用于对置活塞汽油机能够实现充量更换的快速进行和缸内流动的有效组织。

(4)通过优化燃烧室结构，可以促进混合气形成，稳定和加速燃烧过程，并有效抑制爆震。

(5)实现油耗和排放的同时降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统总体结构示意图；

图2是本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统气缸体结构示意图；

图3是本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统内止点时燃烧室结构示意图；

图4是本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统双回流扫气通道结构示意图；

图5是本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统活塞示意图。

附图标记说明：

1-气缸体，2-左侧排气口，3-喷油器，4-火花塞，5-右侧排气口，6-右侧扫气口，7-右侧活塞，8-中间隔板，9-散热片，10-左侧扫气口，11-左侧活塞，12-左侧扫气入口，13-固定螺栓孔，14-喷油器孔，15-火花塞孔，16-扫气通道，17-柱面凹坑部分，18-球面凸起部分。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，示例性的示出了本发明提供的对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，该燃烧系统主要包括：气缸体1、气缸体1的两端分别设有左侧扫气入口12和右侧扫气入口，气缸体1中心的缸体侧壁上布置有喷油器3和火花塞4，气缸体1中心线两侧的缸壁上对称设有左侧排气口2和右侧排气口5，气缸体1中心的缸体内壁上还设有中间隔板8，中间隔板8的截面为半圆形，中间隔板8的两侧设有球面凹坑，中间隔板8的高度为气缸体1内径的一半。

气缸体1中心和左侧扫气入口12之间布置有能够在气缸体1内做往复运动的左侧活塞11，气缸体1中心和右侧扫气入口之间布置有能够在气缸体1内做往复运动的右侧活塞7，左侧活塞11的顶面和右侧活塞7的顶面相对。

左侧活塞11和右侧活塞7的端部均由球面凸起部分18和柱面凹坑部分17组成，左侧活塞11和右侧活塞7端部的球面凸起部分18均与中间隔板8的球面凹坑相配合。

气缸体1中心线两侧的缸体内壁上还对称设有左侧扫气口10和右侧扫气口6，左侧扫气口10与左侧扫气入口12连通，右侧扫气口6与右侧扫气入口连通。

左侧扫气口10和右侧扫气口6用于向气缸体1内输送新鲜空气，并将已燃废气通过左侧排气口2和右侧排气口5经排气总管排出，左侧扫气口10和右侧扫气口6分别设有相对气缸体1轴线方向的轴向仰角，可实现气缸体1内滚流运动的组织，扫气口和排气口的开启和关闭分别通过对置活塞的运动位置进行控制，当活塞滑过气口上沿时气口关闭，反之则气口打开，气口高度和活塞运动规律共同决定了对置活塞汽油机的扫气正时和气口开启的角面值，中间隔板8截面为半圆形，两侧设有球面凹坑，一方面可在扫气过程中进行导流而组织滚流，另一方面可有效避免气缸体1两端回流扫气过程的气流干涉。

如图2所示，气缸体1水平布置且中心缸体侧壁上设有喷油器安装孔14和火花塞安装孔15，分别对应安装喷油器3和火花塞4，喷油器3和火花塞4位于与中间隔板8上表面相对的缸体侧壁上，保证了燃油能够在较短的时间内喷入气缸体1中，喷油器3与火花塞4之间的夹角为30°，对喷油器3和火花塞4之间位置的合理分布可使在点火时气缸体1内在点火时形成均匀混合气，喷油器3采用多孔喷油器结构进行燃油喷射，可根据发动机循环定时、定量将高压燃油喷入气缸体1，气缸体1的中部缸体侧壁上还设有散热片9，确保发动机工作过程的风冷散热，气缸体1两端分别设计有4个固定螺栓孔13，可通过螺栓与曲轴箱可靠连接。

图1结合图5所示，左侧活塞11和右侧活塞7的端部均由球面凸起部分18和柱面凹坑部分17组成，左侧活塞11和右侧活塞7端部的球面凸起部分18均与中间隔板8的球面凹坑相配合，具体的，左侧活塞11和右侧活塞7的端部的球面凸起部分18均与中间隔板8的球面凹坑具有相同的曲率，保证对置活塞位于内止点附近可实现较好的挤流效应，如图3所示，左侧活塞11端部的球面凸起部分18和柱面凹坑部分17具有相同的直径，右侧活塞7端部的球面凸起部分18和柱面凹坑部分17具有相同的直径，共同配合组成对置活塞汽油机内止点位置的最小燃烧室结构，减小燃烧室的面容比，同时，保证内止点位置时活塞与火花塞4和喷油器3不发生干涉，柱面凹坑部分17的设计可有效提高排气口开启初始气口的流量系数，有利自由排气过程的进行，对对置活塞顶面的合理设计，相对平顶活塞而言，燃烧室面容较小，内止点附近可有效组织缸内挤流和逆挤流。

图4为对置活塞汽油机双回流燃烧系统扫气通道结构示意图，扫气通道16对称布置在气缸体1两端，扫气通道16的一端为扫气口，另一端为扫气入口。曲轴箱的压缩空气经两侧的扫气入口分别进入对应的扫气通道16，由右侧扫气口6和左侧扫气口10进入气缸体1，右侧扫气口6和左侧扫气口10用于向气缸体1内输送新鲜空气，右侧扫气口6和左侧扫气口10分别设计有相对气缸轴线方向的轴向仰角，可实现缸内滚流运动的组织。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，包括：

气缸体(1)、所述气缸体(1)的两端分别设有左侧扫气入口(12)和右侧扫气入口，所述气缸体(1)中心的缸体侧壁上布置有喷油器(3)和火花塞(4)，所述气缸体(1)中心线两侧的缸壁上对称设有左侧排气口(2)和右侧排气口(5)，所述气缸体(1)中心的缸体内壁上还设有中间隔板(8)，所述中间隔板(8)的截面为半圆形，所述中间隔板(8)的两侧设有球面凹坑；

所述气缸体(1)中心和所述左侧扫气入口(12)之间布置有能够在所述气缸体(1)内做往复运动的左侧活塞(11)，所述气缸体(1)中心和所述右侧扫气入口之间布置有能够在所述气缸体(1)内做往复运动的右侧活塞(7)，所述左侧活塞(11)的顶面和所述右侧活塞(7)的顶面相对；

所述左侧活塞(11)和右侧活塞(7)的端部均由球面凸起部分(18)和柱面凹坑部分(17)组成，所述左侧活塞(11)和右侧活塞(7)端部的球面凸起部分(18)均与所述中间隔板(8)的球面凹坑相配合；

所述气缸体(1)中心线两侧的缸体内壁上还对称设有左侧扫气口(10)和右侧扫气口(6)，所述左侧扫气口(10)与所述左侧扫气入口(12)连通，所述右侧扫气口(6)与所述右侧扫气入口连通。

2.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述喷油器(3)和所述火花塞(4)位于与所述中间隔板(8)上表面相对的缸体侧壁上，所述喷油器(3)与火花塞(4)之间的夹角为30°。

3.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述左侧活塞(11)和右侧活塞(7)的端部的球面凸起部分(18)均与所述中间隔板(8)的球面凹坑具有相同的曲率。

4.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述左侧活塞(11)端部的球面凸起部分(18)和柱面凹坑部分(17)具有相同的直径，所述右侧活塞(7)端部的球面凸起部分(18)和柱面凹坑部分(17)具有相同的直径。

5.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述左侧扫气口(10)和右侧扫气口(6)分别设有相对气缸体(1)轴线方向的轴向仰角。

6.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述气缸体(1)中部的缸体侧壁上还设有散热片(9)。

7.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述左侧扫气口(10)与所述左侧扫气入口(12)通过扫气通道(16)连通，所述右侧扫气口(6)与所述右侧扫气入口通过扫气通道(16)连通。

8.根据权利要求1所述的一种对置活塞汽油机双回流扫气燃烧系统，其特征在于，所述中间隔板(8)的高度为所述气缸体(1)内径的一半。