CN113107661A - 一种分层扫气二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分层扫气二冲程发动机，包括空滤器、化油器、消音器、进气管、汽缸、活塞、曲柄轴和曲轴箱，活塞设置在汽缸内，且活塞与汽缸的缸壁形成一个燃烧室；曲柄轴与曲轴箱设置在汽缸和活塞的下沿；进气管与汽缸的进气通道连通，消音器与汽缸的排气通道连接，空滤器与进气管远离汽缸的一端连接；其中，汽缸设置有独立的汽缸空气存储室和汽缸混合气体存储室，汽缸空气存储室和汽缸混合气体存储室设置为完全分开且独立；活塞设置有全闭式空气通道。本发明的一种分层扫气二冲程发动机，最大限度的减少了混合气随废弃损失到排气系统中，同时大大提高了扫气质量、扫气效率和扫气利用率，大大降低了废气中HC、CO等化合物的含量。

Description

一种分层扫气二冲程发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种分层扫气二冲程发动机。

背景技术

目前，分层扫气二冲程发动机的汽缸，都有采用在汽缸的左、右扫气道预储存一部分空气的方式，在活塞达到上止点后下行，随着排气口完全被打开后，汽缸两侧的扫气口也逐渐打开，与储存在扫气道的空气先行进入燃烧室率先扫气，减少未经燃烧混合气随废弃排除，进而减少废气中HC、CO等有害气体的排出。例如ZL201610350517.2，活塞设有的半闭式内通道预存空气，活塞在汽缸中上行时，空气由进气通道进入活塞的半闭式通道内，继而进入扫气道，随后混合气由混合气通道进入扫气道，扫气时，会有空气先行清扫，混合气再进行清扫，同时混合气通过非对称的扫气道，让混合气产生不同的流动性，进入燃烧室形成涡流，提高扫气效率，降低废气中HC、CO等有害气体的排放。

但是，试验表明机器在高速运行时，半闭式内通道内预存的空气只有少量的进入扫气道进行率先扫气，对燃烧室内的废气，清扫不完全，后段的混合气继续清扫废气，会有部分混合气随着废气流失；又因为活塞两侧的半闭式通道是相通的，扫气道内预储空气和混合气气体，经由活塞半闭式通道相通，导致气体间相互参杂混合，扫气时不仅有空气，也有未经燃烧的混合气参与尾气排出；并且扫气道非对称造成气流对冲不均衡，形成涡流，未经燃烧的混合气会随尾气排出；结果，尾气中HC、CO等有害化合物净化不是很明显，不利于环境保护。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有的分层扫气二冲程发动机因其结构设计的原因，使得空气和混合气不能完全隔离开，无法避免在发动机在运行过程中空气和混合气体相互参杂混合，从而造成未经燃烧的混合气中HC、CO等有害化合物随尾气排出，造成环境污染。本发明提供了一种分层扫气二冲程发动机，具有相互独立的空气进气通道、混合气进气通道，相互独立的空气存储室、混合气体存储室，及相互独立的全闭式空气通道，从而使空气和混合气在进入汽缸的燃烧室之前完全隔离，避免空气和混合气气体间相互参杂混合,扫气时有效的提高分层扫气的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种分层扫气二冲程发动机，包括空滤器、化油器、消音器、进气管、汽缸、活塞、曲柄轴和曲轴箱，活塞设置在汽缸内，且活塞与汽缸的缸壁形成一个燃烧室；曲柄轴与曲轴箱设置在汽缸和活塞的下沿，曲柄轴通过曲柄轴连杆与活塞连接；进气管与汽缸的进气通道连通，消音器与汽缸的排气通道连接，空滤器与进气管远离汽缸的一端连接；

其中，汽缸设置有独立的汽缸空气存储室和汽缸混合气体存储室，汽缸空气存储室和汽缸混合气体存储室设置为完全分开且独立；活塞设置有全闭式空气通道。

进一步地，汽缸包括汽缸空气存储室和汽缸混合气存储室，汽缸空气存储室设置在汽缸混合气存储室的上方，汽缸空气存储室通过空气扫气口与汽缸内部相连通；

汽缸混合气存储室通过混合气扫气口与汽缸内部相连通，汽缸混合气存储室的下缘与混合气扫气通道相连通。

进一步地，汽缸空气存储室包括多个，汽缸空气存储室设置于汽缸的侧边，且均衡对称布置；

汽缸混合气存储室包括多个，汽缸混合气存储室设置于汽缸的侧边，且均衡对称布置。

进一步地，汽缸空气存储室和汽缸混合气存储室均设置为2个。

进一步地，活塞的外缘设置有全闭式空气通道和活塞空气存储室，活塞空气存储室位于全闭式空气通道的上部；全闭式空气通道位于活塞裙部进气侧。

进一步地，全闭式空气通道设置为由一侧隧道口以最短不规则通道，相接连通到另一侧隧道口；优选为，全闭式空气通道设置为由活塞进气方向一侧隧道口以最短不规则通道，相接连通到另一侧隧道口。

进一步地，活塞空气存储室和全闭式空气通道包括至少2个，且均衡对称布置。

进一步地，活塞空气存储室和全闭式空气通道的个数与汽缸的空气存储室和混合气存储室的个数相同，活塞空气存储室设置在进气通道的同侧，活塞空气存储室与汽缸的空气存储室呈垂直平分线夹角关系。

进一步地，还包括扫气盖，扫气盖一面呈光滑弧形面且有分层筋条结构形成，与汽缸缸体配合形成完整的汽缸空气存储室、及汽缸混合气存储室。

进一步地，进气管包括上层空气通道和下层混合气通道，上层空气通道的中间设置有多层分流隔板，下层混合气通道的中间设置有多层分流隔板。

进一步地，汽缸的进气通道包括汽缸空气通道和汽缸混合气通道，汽缸空气通道设置在汽缸混合气通道的上方；进气管的上层空气通道与汽缸空气通道连通，进气管的下层混合气通道与汽缸混合气通道连通。

技术效果

本发明的一种分层扫气二冲程发动机，具有独立的空气存储室和空气进气通道，包括独立的汽缸空气进气口，以保证空气在进入汽缸之前，空气和混合气完全分隔开来，避免扫气时将未经完全燃烧的混合气连通尾气一并排出，产生短路损失，从而造成高HC的排放。本发明的一种分层扫气二冲程发动机，在活塞上行过程中，活塞全封闭空气通道和活塞的空气存储室，增加了纯空气在汽缸空气存储室储存量；在扫气时，汽缸两侧的空气储存室有大量的纯空气先行清扫废气，然后混合气再进行清扫，最大限度的减少了混合气随废弃损失到排气系统中，同时大大提高了扫气质量、扫气效率和扫气利用率，大大降低了废气中HC、CO等化合物的含量。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的示意图；

图2是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的汽缸和活塞的剖视图；

图3是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的汽缸的剖视图；

图4是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的活塞的横截面示意图；

图5是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的左视图；

图6是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的右视图；

图7是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的活塞的又一横截面示意图；

图8是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的活塞的另一横截面示意图；

图9是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的活塞的示意图；

图10是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的活塞的立体示意图；

图11是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的曲轴旋转方向示意图；

图12是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的排放值对比图；

图13是本发明的一较佳实施例的一种分层扫气二冲程发动机的汽缸与活塞相配合的截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种分层扫气二冲程发动机1，包括空滤器3、化油器4、消音器17、进气管10、汽缸2、活塞11、曲柄轴12和曲轴箱13，活塞11设置在汽缸2内，且活塞11与汽缸2的缸壁形成一个燃烧室18；曲柄轴12与曲轴箱13设置在汽缸2和活塞11的下沿，曲柄轴12通过曲柄轴连杆14与活塞11连接；进气管10与汽缸2的进气通道8、9连通，消音器17与汽缸2的排气通道16连接，空滤器3与进气管10远离汽缸的一端连接；

其中，如图5和图6所示，汽缸2设置有独立的汽缸空气存储室22、30和汽缸混合气体存储室38、39，汽缸空气存储室22、30和汽缸混合气体存储室38、39设置为完全分开且独立；如图10所示，活塞设置有全闭式空气通道24、32。具有全闭式空气通道的活塞模具需要较高的开模技术，毛胚成型较复杂。具有全闭式空气通道的活塞在高温受热时,外圆形状规律受热，散热均衡；而开放式通道活塞两侧凹陷，高温受热时外圆容易变形，更容易导致混合气与空气混杂，因此，具有全闭式空气通道的活塞从功能及使用寿命等来说均优于具有开放式通道的活塞。

如图5和图6所示，汽缸2包括汽缸空气存储室22、30和汽缸混合气存储室38、39，汽缸空气存储室22、30设置在汽缸混合气存储室38、39的上方，汽缸空气存储室22、30通过空气扫气口与汽缸内部相连通；汽缸混合气存储室38、39通过混合气扫气口与汽缸内部相连通，混合气存储室38、39的下缘与混合气扫气通道相连通。汽缸空气存储室22、30包括多个，汽缸空气存储室设置于汽缸的侧边，且均衡对称布置；汽缸混合气存储室包括多个，汽缸混合气存储室设置于汽缸的侧边，且均衡对称布置。本实施例中，汽缸空气存储室设置为2个，在汽缸的侧边且与汽缸的轴线对称布置；汽缸混合气存储室设置为2个，在汽缸的侧边且与汽缸的轴线对称布置；并且，汽缸空气存储室设置在汽缸混合气存储室的上方。汽缸两侧设置的汽缸空气存储室的总容积范围:0.8~3.5cc。

如图10所示，活塞11的外缘设置有全闭式空气通道24、32和活塞空气存储室23、37，活塞空气存储室23、37位于全闭式空气通道24、32的上部；全闭式空气通道24、32位于活塞11裙部进气侧。全闭式空气通道24、32设置为由活塞进气方向一侧隧道口以最短不规则通道，相接连通到另一侧隧道口。活塞空气存储室和全闭式空气通道包括至少2个，且均衡对称布置。本实施例中，活塞空气存储室和全闭式空气通道均设置为2个，且与活塞的轴向对称布置。

其中，活塞空气存储室和全闭式空气通道，与汽缸的空气存储室和混合气存储室的个数相同；活塞的活塞空气存储室与汽缸的进气通道成同侧方向，且活塞的活塞空气存储室与汽缸的汽缸空气存储室呈接近垂直平分线夹角关系，如图13所示，从活塞与汽缸相配合的横截面中可以看出，活塞的活塞空气存储室与汽缸的汽缸空气存储室呈90°；活塞的活塞空气存储室与汽缸的混合气存储室呈接近垂直平分线夹角关系，且汽缸的混合气存储室与汽缸空气存储室成同侧方向，设置在汽缸空气存储室下方。

如图3所示，汽缸外侧还包括扫气盖27、28，扫气盖一面呈光滑弧形面且有分层筋条结构形成，与汽缸缸体配合形成完整的汽缸空气存储室22、30及汽缸混合气存储室。

如图1所示，进气管10包括上层空气通道10a和下层混合气通道10b，上层空气通道10a的中间设置有多层分流隔板，下层混合气通道10b的中间设置有多层分流隔板。进气通道包括空气通道9和混合气通道8，空气通道9设置在混合气通道8的上方；进气管10的上层空气通道10a与空气通道9连通，进气管10的下层混合气通道10b与混合气通道8连通。

本发明实施例的一种分层扫气二冲程发动机运行时，活塞依序上行时纯空气介由空滤器、化油器，进入进气管上层空气通道，此时打开汽缸空气进气口，纯空气首先进入活塞空气存储室内预存；活塞继续上行，空气进气管中的纯空气被吸入活塞全闭式空气通道内，存储于汽缸空气存储室内；活塞继续再上行，混合气进入进气管下层混合气通道，打开汽缸混合气进气口，混合气经由曲轴室连通到达汽缸混合气通道并存储于汽缸混合气存储室内。

接着，活塞下行，活塞上沿依序打开汽缸体内排气口、空气扫气口，在打开混合气扫气口时，达到分层空气先行清扫，混合气再进行清扫；空气扫气口开启时间比排气口开启时间在曲轴转角上晚α，α=2~12度 ；混合气扫气口开启时间比空气扫气口开启时间在曲轴转角上晚β，β=0.5~13度。

以下将配合图1-10，具体说明本实施例的的一种分层扫气二冲程发动机的具体实现过程：

如图1-10所示的相应位置，当活塞11上行时，压缩汽缸缸体内可燃混合气体，同时在活塞下沿25的曲轴室15容积变大，形成负压。

活塞11依序上行到活塞空气存储室上沿42、43与空气进气口33、34、空气进气通道9、44结合后，纯空气在大气压的作用下，通过空滤器3、化油器4的阻风门5、衔接片6、节气门7上面、进气管10上层的空气通道10a进入到活塞空气存储室23、37预存。

当活塞11依序继续上行至活塞全闭式空气通道进气端上沿40、41与空气进气口33、34结合后，此时预存在活塞空气存储室23、37的纯空气，和空气进气通道9、44内的纯空气，经活塞全闭式空气通道24、32一并被吸入到汽缸空气存储室22、30压缩储存。

当活塞11依序再继续上行，活塞下沿25打开混合气进气口35、混合气进气通道8结合后，可燃混合气体在大气压的作用下，通过空滤器3、化油器4的阻风门5、衔接片6、节气门7下面、进气管10下层的混合气通道10b被吸入到曲轴室15内。

当活塞11依序再继续上行至接近于上止点时，火花塞45发出电火花，点燃被压缩至燃烧室18的混合气，燃烧后的高温高压气体迫使活塞11向下下行，依次关闭混合气进气口35、空气进气口33、34，在此，吸入曲轴室15可燃的混合气体因活塞11向下下行而被预先压缩，曲轴室15内形成正压，曲轴室15内可燃混合气体被压缩进入汽缸混合气通道内26、29，储存在汽缸混合气存储室38、39内。

当活塞11依序下行活塞上沿19打开排气口36，部份尾气经排气通道16流入消音器17内排出大气中，活塞11依序继续下行活塞上沿19打开空气扫气口21、31，此时，汽缸2内的汽缸空气存储室22、30预存的纯空气率先进入燃烧室18内先行清扫废气，紧接活塞上沿19打开混合气扫气口20，汽缸2内汽缸混合气存储室38、39预存可燃混合气体进入燃烧室18再行扫气，由于在汽缸2两侧呈对称专属汽缸空气存储室22、30和专属汽缸混合气存储室38、39相互独立且均衡布置结构，避免纯空气和可燃混合气气体间相互参杂混合，可大大提高汽缸空气存储室22、30纯空气储存量，且在汽缸2两侧呈对称专属空气扫气口21、31和专属混合气扫气口20均衡布置结构，大大提高良好扫气效率，降低未经完全燃烧混合气随尾气排出的现象，从而有效降低尾气中HC、CO等有害化合物。

如图11和12所示，对于排量低于50cc发动机而言，欧五排放法规要求HC+NOx比排放限值为：50g/kw.h，本发明实施例的一种分层扫气二冲程发动机结构，在最佳化设计点上，当空气扫气口开启时间比排气口开启时间在曲轴转角上晚α,α=6.9度；当混合气扫气口开启时间比空气扫气口开启时间在曲轴转角上晚β,β=10.3度；当两侧汽缸空气存储室总容积在：2.15cc，最佳化排放值HC+NOx：37~42g/kw.h，低于欧五排放法的规定。

现有的分层扫气二冲程发动机的使用原理是，在扫气通道内预存空气，而在扫气通道内，从上而下分成：空气，空气和混合气的混合气体，混合气，在计算非常完美的时候，扫气时，是将扫气道内的空气先扫进燃烧室，然后再进入空气和混合气的混合气体，但在实际应用中，计算不能做到非常的精确，无法达到这种理想状态。并且，由于排气口的负压大，当未经燃烧的混合气经过扫气口进入燃烧室时，由于排气口负压大的原因，未经燃烧的混合气在负压的作用下，还未达到燃烧室的底部，即被排出排气口，从而造成环境污染。而本发明实施例的一种分层扫气二冲程发动机，在运行时，先将空气存储室预存的纯空气先键入燃烧室内，带活塞上沿打开混合气扫气口时，排气口的负压已降低，此时混合气进入燃烧室，这样可以有效避免混合气还未经充分燃烧就被排出。

因此，本发明实施例的一种分层扫气二冲程发动机，在汽缸缸体内有专属纯空气存储室和专属混合气存储室，隔绝纯空气和可燃混合气气体间相互参杂混合，纯空气经由活塞的空气存储室、活塞的全封闭空气通道连通，提高了在汽缸内汽缸空气存储室纯空气储存量，且汽缸缸体内有专属空气扫气口和专属混合气扫气口，扫气时达到分层大量纯空气先行清扫，然后混合气再进行清扫，大大提高了扫气质量、扫气效率、扫气利用率，降低可燃混合气随尾气排出的现象，从而大大降低尾气中HC、CO等有害化合物。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，包括空滤器、化油器、消音器、进气管、汽缸、活塞、曲柄轴和曲轴箱，所述活塞设置在所述汽缸内，且所述活塞与所述汽缸的缸壁形成一个燃烧室；所述曲柄轴与所述曲轴箱设置在所述汽缸和所述活塞的下沿，所述曲柄轴通过曲柄轴连杆与所述活塞连接；所述进气管与所述汽缸的进气通道连通，所述消音器与所述汽缸的排气通道连接，所述空滤器与所述进气管远离所述汽缸的一端连接；所述汽缸设置有独立的汽缸空气存储室和汽缸混合气体存储室，所述汽缸空气存储室和所述汽缸混合气体存储室设置为相互独立且完全分开；活塞设置有全闭式空气通道。

2.如权利要求1所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述汽缸包括汽缸空气存储室和汽缸混合气存储室，所述汽缸空气存储室设置在所述汽缸混合气存储室的上方，所述汽缸空气存储室通过空气扫气口与所述汽缸内部相连通；

所述汽缸混合气存储室通过混合气扫气口与所述汽缸内部相连通，所述汽缸混合气存储室的下缘与混合气扫气通道相连通。

3.如权利要求2所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述汽缸空气存储室包括多个，所述汽缸空气存储室设置于所述汽缸的侧边，且均衡对称布置；

所述汽缸混合气存储室包括多个，所述汽缸混合气存储室设置于所述汽缸的侧边，且均衡对称布置。

4.如权利要求3所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述汽缸空气存储室设置2个，所述汽缸混合气存储室设置为2个。

5.如权利要求1所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述活塞的外缘设置有全闭式空气通道和活塞空气存储室，所述活塞空气存储室位于所述全闭式空气通道的上部；所述全闭式空气通道位于所述活塞裙部进气侧。

6.如权利要求5所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述全闭式空气通道设置为由活塞进气口一侧隧道口以最短不规则通道，相接连通到另一侧隧道口。

7.如权利要求5所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述活塞空气存储室设置为2个，且均衡对称布置；所述全闭式空气通道包括2个，且均衡对称布置；所述活塞空气存储室设置在所述进气通道的同侧；所述活塞空气存储室与所述汽缸的空气存储室呈垂直平分线夹角关系。

8.如权利要求1所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，还包括扫气盖，所述扫气盖一面呈光滑弧形面且有分层筋条结构形成，与汽缸缸体配合形成完整的汽缸空气存储室及汽缸混合气存储室；其中，所述分层筋条与所述混合气存储室相配合。

9.如权利要求1所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述进气管包括上层空气通道和下层混合气通道，所述上层空气通道的中间设置有多层分流隔板，所述下层混合气通道的中间设置有多层分流隔板。

10.如权利要求9所述的一种分层扫气二冲程发动机，其特征在于，所述汽缸的进气通道包括汽缸空气通道和汽缸混合气通道，所述汽缸空气通道设置在所述汽缸混合气通道的上方；所述进气管的上层空气通道与所述汽缸空气通道连通，所述进气管的下层混合气通道与所述汽缸混合气通道连通。

Images