CN107762654B - 用于活塞式发动机的气缸 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于活塞式发动机的气缸(10)，包括气缸体(101)、固定安装于所述气缸体(101)的顶端的气缸头(102)和安装在所述气缸头(102)内的喷油组件(103),其中，所述气缸头(102)内设置有将主燃烧和副燃烧室隔开的间隔构件(104)，所述间隔构件(104)具有底部截面为ω弧形的内壁。本申请通过显著提高活塞发动机的燃烧速度，控制最高爆发压力，以及使气缸结构紧凑密封，来实现活塞发动机的高功重比和高密封性。

Description

用于活塞式发动机的气缸

技术领域

本申请涉及活塞式发动机领域，具体但不排他地，涉及一种用于二冲程航空重油活塞式发动机的气缸。

背景技术

近年来，两冲程航空重油活塞发动机在小型航空器和无人机中扮演越来越重要的角色。其中，重油活塞发动机的气缸结构会直接影响到重油发动机的性能和工作效率。

目前，现有技术中所涉及的活塞发动机的气缸所形成的燃烧室中的燃烧速度并不能适应两冲程发动机高速化的发展，也不能较好地控制发动机燃烧的最大爆发压力，导致发动机的气缸结构增厚，降低了发动机的功重比，难以满足航空发动机安全性的要求。

此外，对于重油活塞发动机气缸盖和气缸体之间的结构连接，传统方式是通过将气缸体，气缸盖和曲轴箱用长螺柱连接成一个整体，结合面处设计有衬垫来实现密封气缸盖处于气缸体的上部，结构不够紧凑。尽管这种螺柱连接的方式可以保证气缸盖拥有足够的强度和刚度，但由于气缸盖受热不均匀，冷却受限等原因，使气缸盖各部分的温差大，造成在热应力较高的地方易发生损坏；另一方面，在热负荷和机械负荷共同作用下使气缸盖产生的变形，气缸体密封效果变差，从而影响发动机的性能。

发明内容

为了至少部分的解决上述已有技术存在的不足，本发明提供一种用于活塞发动机的气缸，通过显著提高活塞发动机的燃烧速度，控制最高爆发压力，以及使气缸结构紧凑密封，来实现活塞发动机的高功重比和高密封性。

根据本发明的一方面，提供一种用于活塞式发动机的气缸，包括气缸体、固定安装于所述气缸体的气缸头以及安装于所述气缸头内的喷油组件，其中，所述气缸头内设置有将主燃烧和副燃烧室隔开的间隔构件，所述间隔构件具有底部截面为ω弧形的内壁。

所述间隔构件具有底部截面为ω弧形的内壁，可以使副燃烧室中保持所形成的强涡流，与喷油器喷出的燃油充分掺混，由此促进副燃烧室中的燃油充分雾化，发生预燃，而预燃后的油气混合物可以进一步帮助主燃烧室提高主燃烧室的燃烧速度，控制发动机的最高爆发压力，从而使发动机气缸轻量化，增大发动机的功重比。

在一些实施方式中，所述间隔构件可以具有底部截面为ω弧形的U形内壁。

在一些实施方式中，所述间隔构件可以以过渡配合的方式内嵌于所述气缸头的底部，这样也可以提高气缸的紧凑度。

在一些实施方式中，所述气缸还可以包括用于使所述间隔构件相对于所述气缸头固定的固定装置，以保证所述间隔构件在气缸内处于高压时不会相对气缸头错位。

在一些实施方式中，所述固定装置可包括位于所述间隔构件的上方的筒状压件和位于所述筒状压件上方的压板，所述筒状压件和所述气缸头的轴向定位端面之间设置有密封件，以防止主燃烧室内的气体泄漏。

在一些实施方式中，所述筒状压件的内壁面具有与所述喷油组件(103)的外壁面螺纹连接的内螺纹段。喷油组件与筒状压件采用螺纹连接，不仅可以保证喷油组件的轴向定位，还可以改善喷油组件与气缸的密封性。

在一些实施方式中，所述间隔构件的顶端和所述喷油组件之间可以设置有套筒，所述套筒与所述喷油组件的接合端面之间可设置有密封件，以在喷油组件与筒状压件螺纹连接的基础上进一步改善喷油组件与气缸的密封性，所述套筒与所述间隔构件的接合端面之间可设置有密封件，以防止副燃烧室内的气体泄漏。在一些实施方式中，所述间隔构件还可以具有底部截面为ω弧形的外壁。在一些实施方式中，所述间隔构件的外壁的ω弧形的弧半径可以大于其内壁的ω弧形。

在一些实施方式中，所述间隔构件的底部可以设置有相对于其中心线径向偏置的多个偏置通孔，和与所述喷油组件同中心线的起动孔。

在活塞上行过程中，气缸内形成的压缩空气通过上述多个偏置通孔，可以在副燃烧室中强制产生强涡流，在燃烧过程中，副燃烧室中预燃后的油气混合物通过该多个偏置孔，可以进一步帮助主燃烧室提高旋流强度，提高主燃烧室的燃烧速度，控制发动机的最高爆发压力，使发动机气缸轻量化，增大发动机的功重比。另外，该多个偏置孔可以使副燃烧室和主燃烧室之间的流道相对面积增大，减少节流损失。

在发动机起动时，喷油组件喷射的部分油可通过同其同中心线的起动孔，直接喷射到主燃烧室中,给主燃烧室输送直喷油，从而帮助发动机起动，提高主燃烧室的燃烧速度。

在一些实施方式中，所述气缸体的内壁面可具有内细牙螺纹段，所述气缸头的外壁面可具有与所述内细牙螺纹段相配合的外细牙螺纹段。气缸头与气缸体采用细牙螺纹连接，可以进一步改善密封性。同时，螺纹连接可以使气缸头压在气缸套外沿上的作用力比常规螺母螺柱连接气缸体和气缸头的相对小，从而使气缸套薄壁化，实现气缸的轻量化。

在一些实施方式中，所述气缸体与所述气缸头之间可设置有用于防止所述内细牙螺纹段和所述外细牙螺纹段螺纹连接松动的螺纹防松特征。

在一些实施方式中，所述气缸体与所述气缸头的非螺纹接触面之间设置有密封件，提高气缸的密封性。

在一些实施方式中，所述气缸体、所述气缸头、所述间隔构件可以同中心线。

在一些实施方式中，所述气缸可以用于两冲程活塞发动机。

在一些实施方式中，所述气缸可以用于两冲程重油活塞发动机。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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它的附图。

图1是本申请的用于活塞式发动机的气缸的剖面示意图。

图2是图1的A处的放大示意图。

图3是图1的B处的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

图1是本申请的用于活塞式发动机的气缸的剖面示意图，其中，用10来总体表示气缸。如图1所示，气缸10包括筒状气缸体101、柱状气缸头102以及筒状气缸套108。其中，气缸套108同轴安装气缸体101内，其外壁面与气缸体101的内壁面的下部过盈配合，并且其顶端通过凸台配合，轴定向安装于气缸体101。

气缸体101的内壁面的上部设置有内螺纹段，气缸头102的外壁面设置有外螺纹段，与气缸体101的内螺纹段相配合，以使气缸头102能够旋入气缸体1的上部。特别地，气缸体101和气缸头102的非螺纹接触面之间设置有密封件S4。

与传统的通过螺柱预紧力压紧气缸密封衬垫来保证燃烧室的密封性的发动机相比，本申请的旋入式气缸通过螺纹使气缸体101与气缸头102连接，有效提高了密封性能。另外，由于气缸体101和气缸头102之间的密封件S4处于气缸体内，没有与外界相连接，所以通过气缸头的拧紧力矩就可以提高燃烧室的密封性能。

特别地，气缸体101和气缸头102的连接螺纹段为细牙螺纹段，螺纹深度浅，使得两者的自锁性好，连接可靠，强度高。加工中，为提高连接螺纹的一致精度，气缸体101和气缸头102可分别经一次装夹定位，采用铣削加旋转研磨的工艺方案完成螺纹加工。车削加工可以在螺纹车床上进行，螺纹研具可以由铸铁等较软材料制成，以提高螺纹加工精度。

在一些实施方式中，气缸体101与气缸头102之间设置有用于防止两者螺纹连接松动的螺纹防松特征。特别地，该螺纹防松特征包括密封胶。有利地，气缸体101的顶面上的缸头螺柱连接处设置有缸头压板，该缸头压板通过缸头螺柱和缸头螺母压紧气缸头102，确保气缸头102与气缸体101间的固定，使气缸头102不松动，并提高气缸的密封性。

相较于传统的气缸体和气缸头采用外螺柱螺母的连接方式，本申请的旋入式气缸不仅保证了一定密封性，还可以使气缸头压在气缸套外沿上的作用力比常规连接的小，由此实现气缸套的薄壁化，气缸的轻量化。在一些实施方式中，对于具有相同缸径的活塞发动机，本申请的旋入式气缸的重量可降低10％—20％，有效提高了发动机的功重比，满足了航空轻量化的要求。

此外，显而易见地，本申请的气缸头和气缸体的连接螺纹起了很大的连接作用，分担了气缸螺柱的力和拧紧力矩，使气缸螺柱相对于传统的连接方式所受的力和力矩要小，由此使得气缸头不易压溃，还可以适当减小其厚度，实现其结构的轻量化。

气缸头102与气缸体101的装配方式，可以分两步进行：第一步，采用两个内径与气缸头102的外径相等的半圆环辅助螺纹拧入气缸头，即，先将拼合圆环套在气缸头102上，再将整体定位在气缸体101上端面的定位槽中而后逐渐将气缸头旋入气缸体，由此提高气缸体101和气缸头102的同轴度；第二步：拧入气缸头102，直到气缸头102的下端面与气缸套108的上端面接触，将装配好的气缸体101和气缸头102整体加热到200℃，拧紧两者。这样装配可以提高气缸体101和气缸头102的同轴度，提高装配的便利性。

特别地，气缸头102内设置有喷油组件103和将主燃烧及副燃烧室隔开的间隔构件104。在一些实施方式中，间隔构件104以过渡配合的方式内嵌于气缸头102的底部。特别地，间隔构件104具有底部截面为ω弧形的U形内壁，以与发动机的工作转速下产生的涡流强度相适应，从而利于在副燃烧室内形成涡流流场并保持其强度。

在一些实施方式中，该ω弧形相对于间隔构件104的中心线对称，并且优选地具有单一的弧半径。

在一些实施方式中，间隔构件104的内壁的ω弧形的中央还设置有配置成能够保持形成于副燃烧室内的涡流流场的成圆锥形的中心凸台。

在一些实施方式中，所述间隔构件104的底部设置有相对于其中心线径向偏置的多个偏置通孔，和与喷油组件103同中心线的起动孔。

在一些实施方式中，各偏置通孔的中心线垂直或大致垂直于间隔构件104的内周面的切线。各偏置通孔的偏置距离可以使气流产生不平衡动量矩，大大提高涡流强度。在一些实施方式中，多个偏置通孔的数量为两个或两个以上。应当理解，各偏置通孔可以具有适于在副燃烧室内强制形成涡流的任意截面形状。

与喷油组件103同中心线的起动孔可以使喷油组件103喷射的部分油直接喷射到主燃烧室中，帮助发动机起动，解决组合式燃烧室起动困难的问题。需要注意的是，该起动孔的截面面积应被严格控制，以减少逆流喷射时油束在起动孔中受到的气流强度。特别地，该起动孔的流通面积小于各偏置通孔。

在一些实施方式中，喷油组件103的针阀的水平位置大致在间隔构件104的中间。

在一些实施方式中，所述间隔构件104还具有底部截面为ω弧形的外壁，以与发动机工作转速下进气道产生的旋流强度相适应，并可与燃烧过程中上述多偏置通孔中预燃混合气产生的旋流强度相适应，以有利于旋流流场形成保持其强度。

在一些实施方式中，该外壁弧半径大于内壁ω弧形的弧半径。

在一些实施方式中，气缸还包括用于使间隔构件104相对于气缸头固定的固定装置。在一些实施方式中，该固定装置包括位于间隔构件104的上方的筒状压件105和位于该筒状压件105上方的压板106，筒状压件105和气缸头103的轴向定位端面之间设置有密封件S1。如图2所示，筒状压件105可以为变径套筒。

在一些实施方式中，筒状压件105的内壁面具有与喷油组件103的外壁面螺纹连接的内螺纹段。

在一些实施方式中，筒状压件105内壁的非螺纹段和喷油组件103之间设置有套筒107，该套筒107与喷油组件103的接合端面之间设置有密封件S2，该套筒107与间隔构件103的接合端面之间也设置有密封件S3。

在一些实施方式中，气缸头102的下端面与气缸套108的上端面间可设置有例如软材料石棉网密封垫的密封垫，该密封垫置于气缸套108上端面的外周凹槽内，当气缸头102压在气缸套108端面上时，密封垫被压紧，避免水和空气进入气缸体1内部，到达密封效果。优选地，石棉网密封垫厚度为1.5mm。

在一些实施方式中，气缸体101、气缸头102、间隔构件104同中心线。

在一些实施方式中，喷油器103、起动孔、副燃烧室以及主燃烧室同中心线。

在一些实施方式中，气缸10可用于两冲程活塞式发动机。

以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于活塞式发动机的气缸(10)，包括气缸体(101)、固定安装于所述气缸体(101)的气缸头(102)以及安装于所述气缸头(102)内的喷油组件(103)，其特征在于，所述气缸头(102)内设置有将主燃烧和副燃烧室隔开的间隔构件(104)，所述间隔构件(104)具有底部截面为ω弧形的内壁，所述间隔构件(104)具有底部截面为ω弧形的外壁，所述间隔构件(104)的底部设置有与所述喷油组件(103)同中心线的起动孔，所述间隔构件(104)以过渡配合的方式内嵌于所述气缸头(102)的底部；所述间隔构件(104)底部截面的ω弧形的外壁和ω弧形的内壁弯曲朝向相同；

所述间隔构件(104)的顶端和所述喷油组件(103)之间设置有套筒(107)，所述套筒(107)与所述喷油组件(103)的接合端面之间设置有密封件(S2)，所述套筒(107)与所述间隔构件(103)的接合端面之间设置有密封件(S3)；

还包括用于使所述间隔构件(104)相对于所述气缸头(102)固定的固定装置；

所述固定装置包括位于所述间隔构件(104)的上方的筒状压件(105)和位于所述筒状压件(105)上方的压板(106)，所述筒状压件(105)和所述气缸头(103)的轴向定位端面之间设置有密封件(S1)；

所述筒状压件(105)的内壁面具有与所述喷油组件(103)的外壁面螺纹连接的内螺纹段；

所述间隔构件(104)的底部设置有相对于其中心线径向偏置的多个偏置通孔；

所述气缸体(101)的内壁面具有内细牙螺纹段，所述气缸头(102)的外壁面具有与所述内细牙螺纹段相配合的外细牙螺纹段，所述气缸体(101)与所述气缸头(102)之间设置有用于防止所述内细牙螺纹段和所述外细牙螺纹段螺纹连接松动的螺纹防松特征；

所述气缸体(101)与所述气缸头(102)的非螺纹接触面之间设置有密封件(S4)；

所述气缸(10)用于两冲程活塞发动机。

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