CN115263528B - 一种发动机驱气结构及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机驱气结构及发动机，发动机驱气结构包括：缸筒，周壁设有进气口、排气口和两个驱气口，所述进气口、排气口和两个驱气口沿周向错开设置，且两个所述驱气口位置相对；缸套，套设于缸筒外周，设有与进气口、排气口对应的进气道和排气道，且内壁内凹并与缸筒外壁形成两个文氏驱气道，两个所述文氏驱气道上端分别与两个所述驱气口连通；缸盖，盖设于缸筒上端，以与缸筒形成活塞腔。本发明压缩的高压混合油气从文氏驱气道底端汇入活塞腔内，由于两个驱气口相对设置，使得高压混合油气从文氏驱气道充入活塞腔内时会抵消部分动能，有效的避免了发动机爆震、积碳、爆缸、混合气燃烧不充分、工作不稳定等危害。

Description

一种发动机驱气结构及发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种发动机驱气结构及发动机。

背景技术

目前，点燃式二冲程小型航空重油发动机的设计难点在于追求大的功重比，用于路面装备以及舰船装备上的压燃式重油发动机的技术相对成熟，但是用于小型舰载巡飞无人机的重油发动机技术目前还在探索阶段。

小型舰载巡飞无人机用重油发动机设计要求功率大、体积小、重量轻，对功重比和稳定性的要求高；该发动机在设计上不能采用常规的压燃方式、高压共轨等技术路线，采用高压预混、高速进气、高压缩比、火花塞预燃式燃烧系统、恒定高压电子喷射系统，以减少缸体壁厚达到减轻发动机自身的重量；同时高压缩比容易使发动机爆燃、驱气道内混合气的流速大于1马赫，气道内产生激波，使气道内壁压强增加、缸体温度升高，两者叠加就会使发动机爆震、积碳、混合气燃烧不充分、爆缸等，大大降低发动机的寿命和工作稳定性，甚至损坏发动机，危害性极大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种发动机驱气结构，能够减少气缸内激波叠加，避免发动机故障。

根据本发明的第一方面实施例的一种发动机驱气结构，包括：缸筒，周壁设有进气口、排气口和两个驱气口，所述进气口、排气口和两个驱气口沿周向错开设置，且两个所述驱气口位置相对；缸套，套设于缸筒外周，设有与进气口、排气口对应的进气道和排气道，且内壁内凹并与缸筒外壁形成两个文氏驱气道，两个所述文氏驱气道上端分别与两个所述驱气口连通；缸盖，盖设于缸筒上端，以与缸筒形成活塞腔。

根据本发明实施例的一种发动机驱气结构，至少具有如下技术效果：压缩的高压混合油气从文氏驱气道底端汇入活塞腔内，由于两个驱气口相对设置，使得高压混合油气从文氏驱气道充入活塞腔内时会抵消部分动能，有效的避免了发动机爆震、积碳、爆缸、混合气燃烧不充分、工作不稳定等危害。

根据本发明的一些实施例，所述驱气口下端外边缘中部设有第一曲激波面，两侧设有第一斜激波面和第二斜激波面，所述文氏驱气道的油气经过驱气口时，经过所述第一曲激波面、第一斜激波面、第二斜激波面的油气在活塞腔中心交汇。

根据本发明的一些实施例，所述排气口下端外边缘两侧设有第二曲激波面。

根据本发明的一些实施例，所述第二曲激波面沿排气口竖向中线对称设置。

根据本发明的一些实施例，所述进气口上端中部设有分散块。

根据本发明的一些实施例，所述缸筒下端环绕排列有多个浸溅润滑槽孔。

根据本发明的一些实施例，所述进气道和排气道均朝外呈扩口状。

根据本发明的一些实施例，所述缸筒顶端设有向外凸起的定位凸缘。

根据本发明的第二方面实施例的一种发动机，包括上述的发动机驱气结构。

根据本发明实施例的一种发动机，至少具有如下技术效果：通过驱气结构的设计，减少高压混合气流的动能，有效的避免了发动机爆震、积碳、爆缸、混合气燃烧不充分、工作不稳定等危害。

根据本发明的一些实施例，还包括：曲轴壳，与缸套底部连接，内设有曲轴腔，所述曲轴壳与活塞腔通过文氏驱气道连通；活塞，活动安装于活塞腔并与活塞腔周壁密封接触；曲轴，活动安装于曲轴腔，与活塞传动相连并能在活塞的传动下绕自身轴线旋转；其中所述排气口和进气口沿与曲轴的轴线平行的方向相对布置在活塞腔的侧壁上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明发动机驱气结构实施例的安装结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是缸套的结构示意图；

图4是缸筒的结构示意图；

图5是缸筒的另一角度结构示意图；

图6是发动机的结构示意图；

图7是发动机另一角度的结构示意图；

图8是发动机的剖视图；

图9是图8的B-B处剖视图；

图10是进气管处结构的分解示意图；

图11是进气管的结构示意图。

附图标记：

缸筒100、活塞腔101、进气口110、分散块111、排气口120、第二曲激波面121、驱气口130、第一曲激波面131、第一斜激波面132、第二斜激波面133、浸溅润滑槽孔140、定位凸缘150；

缸套200、进气道210、排气道220、文氏驱气道230、中心孔240；

缸盖300、冷却管件310、火花塞320、曲轴壳330、曲轴腔331、活塞340、传动杆341、曲轴350；

进气管400、进气通道410、轴孔420、沉槽430、连接座440、第一连接耳450、限位耳460、螺孔461、注油器470、安装架480、卡块481；

转轴500、插入部510、阀板520；

驱动机构600、摆杆610、连接孔611、第一铰接件620、连接块630；

角度传感器700、定位部710、插口711、第二连接耳720；

第一连接件800、中间杆810、铰接部820、铰耳821；

第二连接件900、限位部910、铰接孔920、第二铰接件930。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图5，本发明实施例的一种发动机驱气结构，包括缸筒100、缸套200和缸盖300。

缸筒100周壁设有进气口110、排气口120和两个驱气口130，所述进气口110、排气口120和两个驱气口130沿周向错开设置，且两个所述驱气口130位置相对；缸套200套设于缸筒100外周，缸套200中心设有中心孔240以供缸筒100嵌入。

缸套200设有与进气口110、排气口120对应的进气道210和排气道220，且缸套200内壁内凹并与缸筒100外壁形成两个文氏驱气道230，两个所述文氏驱气道230上端分别与两个所述驱气口130连通；缸盖300盖设于缸筒100上端，以与缸筒100形成活塞腔101。

本发明提供的一种发动机驱气结构，压缩的高压混合油气从文氏驱气道230底端汇入活塞腔101内，由于两个驱气口130相对设置，使得高压混合油气从文氏驱气道230充入活塞腔101内时会抵消部分动能，有效的避免了发动机爆震、积碳、爆缸、混合气燃烧不充分、工作不稳定等危害。

参照图4，在本发明的一些实施例中，所述驱气口130下端外边缘中部设有第一曲激波面131，外边缘即第一曲激波面131形成在缸筒100的外周壁，第一曲激波面131为一曲面，且向上朝内倾斜，驱气口130下端外边缘两侧设有第一斜激波面132和第二斜激波面133，所述文氏驱气道230的油气经过驱气口130时，经过所述第一曲激波面131、第一斜激波面132、第二斜激波面133的油气在活塞腔101中心交汇；即高压高速的油气经过第一曲激波面131会产生曲激波，经过第一斜激波面132和第二斜激波面133，会产生斜激波；使气道内斜激波与曲激波共存交汇形成强烈的阻滞，互相消耗动能降低为亚音速区。

在本发明的进一步实施例中，所述排气口120下端外边缘两侧设有第二曲激波面121，高压高速的油气经过第二曲激波面121，会产生曲激波，且两侧曲激波方向相对并交汇在活塞腔内，抵消动能。另外，二冲程发动机的排气气流受排气管的阻力会产生排气背压，当排气背压过大时，会导致排气阻力增加，排气速率降低，使发动机燃烧效率下降，动力性能下降。本实施例排气口120的设计，让排气回压波在排气管道内形成的背压遇上排气口的废气喷射形成的离体激波和曲激波交汇降低背压；离体激波是由高压废气经过收窄的排气口，发生拉瓦尔效应而形成；本发明的实施例排气畅通、提升发动机的燃烧效率、提升发动机的动力性能，特别适用于小型重油发动机。

在本发明的一些具体实施例中，所述第二曲激波面121沿排气口竖向中线对称设置，使得两侧产生的曲激波能对称抵消，动能抵消效果更加明显。

在本发明的一些具体实施例中，所述进气口110上端中部设有分散块111，起到将油气分散的作用，使得活塞腔内油气分布更加均匀，方便充分燃烧。

在本发明的一些具体实施例中，所述缸筒100下端环绕排列有多个浸溅润滑槽孔140。二冲程发动机因其结构特点决定了没有独立的润滑系统，发动机在长时间高速运转容易过热使活塞表面发生熔着性磨损，活塞纵向表面产生机械划痕和刮伤导致发动机拉缸，喷溅润滑槽孔可以让燃油混合气在高压作用下经喷溅润滑槽孔喷射在活塞表面形成油膜，达到润滑活塞与缸体的作用。

在本发明的一些具体实施例中，所述进气道210和排气道220均朝外呈扩口状，使得进气道210起到预压缩空气的作用，排气道220能够迅速且顺畅的排气，提高排气顺畅度。

在本发明的一些具体实施例中，所述缸筒100顶端设有向外凸起的定位凸缘150，缸套200上端与定位凸缘150相抵，使得缸筒100和缸套200的连接定位更加可靠和精确。

参照图6至图11，本发明还提供一种发动机，包括上述发动机驱气结构。

在本发明的一些具体实施例中，一种发动机还包括曲轴壳330、活塞340和曲轴350。

曲轴壳330与缸套200底部连接，曲轴壳330内设有曲轴腔331，所述曲轴壳330与活塞腔101通过文氏驱气道230连通；活塞340活动安装于活塞腔101并与活塞腔101周壁密封接触；曲轴350活动安装于曲轴腔331，曲轴350与活塞340传动相连并能在活塞340的传动下绕自身轴线旋转，具体的，曲轴350与活塞340通过传动杆341传动相连；其中所述排气口和进气口沿与曲轴350的轴线平行的方向相对布置在活塞腔101的侧壁上。

通常发动机安装于管道类似的腔体内时，曲轴的轴线会和管道腔体平行设置，如图6所示，曲轴的轴线方向即图6的前后方向，排气口和进气口分别设置在活塞腔101的前后侧壁上，这样使得发动机在与曲轴的轴线垂直的方向(左右方向)的尺寸减少，方便发动机安装于管状腔体内，利用管状腔体的长度方向(管状腔体的轴线方向)上的空间来安装进气口的进气机构和排气口上的排气机构，即进气口上的进气机构和排气口上的排气机构可沿管道的长度方向布置，空间充裕。

活塞腔101上端由缸盖300密封，缸盖300的两相对侧分别设有冷却管件310和火花塞320，且冷却管件310和火花塞320沿与曲轴的轴线平行的方向相对设置，即如图6所示，冷却管件310和火花塞320分别设于缸盖300的前后侧，且为减少上下方向的整体尺寸，冷却管件310水平插入缸盖300内，火花塞320斜向插入活塞腔101内。使得发动机在左右方向的尺寸上不增加，方便装入管状腔体内。

下面通过图6、图7、图8、图10和图11对进气口处的进气结构进行介绍。进气结构包括进气管400、转轴500、驱动机构600和角度传感器700。

进气管400与进气道210连通，进气管400具有沿进气管400轴向贯通的进气通道410，进气通道410周壁设有贯穿两侧的轴孔420，轴孔420沿进气通道410的径向将进气通道410的周壁贯穿，直至延伸至进气管400外周壁；转轴500两端穿设于两侧的轴孔420上并能沿自身轴线旋转，转轴500与轴孔420直径适配，转轴500中部连接有位于进气通道410内的阀板520，阀板520能随转轴500旋转以调节角度和进气通道410的开闭大小，进气通道410的开闭大小由转轴500的旋转角度决定。进气管400在阀板520与进气口中间安装有注油器470，将油喷入进气通道410并与空气混合，获得油气混合气。驱动机构600与转轴500传动相连以驱动转轴500旋转，实现转轴500旋转角度和进气通道开闭大小的控制。角度传感器700与转轴500插接配合，以检测转轴500的旋转角度。驱动机构600控制转轴500的旋转角度来控制进气通道410的开闭大小，实现角度的精确控制；再利用角度传感器700来获得转轴500的旋转角度信息，以此获得进气通道410的开闭大小监测，使得控制精度得到监测。本机构配合发动机的控制系统可实现角度的精确调整和控制，角度传感器700通过对转轴500的旋转角度进行监测，当监测到旋转角度和预设存在偏差，控制系统可控制驱动机构600进行调整，使得转轴的旋转角度达到预设值，提高控制精度。

在本发明的一些实施例中，驱动机构600通过传动机构与转轴500相连，使得驱动机构600的安装位置更加多样，可调整驱动机构600的安装位置以优化空间和装配。

在本发明的一些实施例中，传动机构包括第一连接件800和第二连接件900，驱动机构600的输出部连接有摆杆610，驱动机构600具体可以为电机，输出部即为电机的输出轴，驱动机构600能驱动摆杆610旋转；第二连接件900一端与第一连接件800的一端铰接，另一端与转轴500连接以传递扭矩；第一连接件800的另一端与摆杆610铰接，且第一连接件800与摆杆610的铰接位置偏离摆杆610的旋转中心。通过摆杆610、第一连接件800和第二连接件900的依次铰接，实现多连杆传动，从而带动转轴500旋转，且转轴500的旋转范围得到一定的控制，不需要转轴500进行360度旋转。

在本发明的进一步实施例中，第一连接件800包括中间杆810和两个连接于中间杆810两端的铰接部820，铰接部820外端设有铰耳821，两个铰耳821分别与摆杆610和第二连接件900铰接，结构精简，且拆分式结构可实现规格可调，选用不同长度的中间杆810即可实现铰耳821间距的不同，来适配不同需求的传动。在进一步实施例中，摆杆610上设有多个沿径向排列的连接孔611，与摆杆610铰接的铰耳821与其中一个连接孔611对齐并通过第一铰接件620铰接，通过在不同连接孔611上的对齐铰接，即可调整传动系统的传动配合，调整转轴500旋转的角度范围，调整简单方便。第一铰接件620设有安装孔位，第一铰接件620的安装孔位与连接孔611对齐并通过螺栓和螺母连接固定，铰耳821则套设在第一铰接件620上，并被螺栓头或螺母限位，以此实现铰接。同理，第二连接件900上也设有沿转轴径向排列的多个铰接孔920，铰接孔920与对应的铰耳821对齐并通过第二铰接件930实现铰接，第二铰接件930与铰接孔920对齐并通过螺栓连接固定，铰耳821套设于第二铰接件930上。

在本发明的进一步实施例中，铰接部820螺纹连接于中间杆810以调节两个铰耳821的间距，即中间杆810两端设有螺纹，铰接部820设有与中间杆810对应端的螺纹孔，铰接部820螺纹套接在中间杆810上，通过相对旋转调节位置，以此实现两个铰耳间距的调节。这样，限定铰接部820旋转后，转动中间杆810即可实现缩小或扩大两个铰耳的间距，以达到调节传动运动的效果。

在本发明的进一步实施例中，第二连接件900背对第一连接件800的一侧向外凸出有限位部910，进气管400外周壁设有限位耳460，限位耳460位于限位部910的活动路径上以对限位部910的活动行程进行限制。为了可以调节行程限制，限位耳460上设有螺孔461，螺孔461上可螺纹连接限制柱，限位柱上端用于供限位部910相抵限位，通过限制柱的旋拧调节高度以达到调节行程限制的作用。

在本发明的一些实施例中，进气管400外周壁设有沉槽430，角度传感器700设有嵌入沉槽430的定位部710，进气管400外周壁设有位于沉槽430周侧的第一连接耳450，角度传感器700设有与第一连接耳450对应的第二连接耳720，第一连接耳450与第二连接耳720设有对应的孔位以通过紧固件连接固定。沉槽430与定位部710的配合起到定位作用，再利用第一连接耳450与第二连接耳720的连接，实现角度传感器的精确安装。另外如图10所示，转轴500一端设有插入部510，插入部510伸入沉槽430内，定位部710内设有能旋转活动的转动部，转动部设有与插入部510适配的插口711，插入部510截面呈扁平状以实现扭矩传递。插入部510插入插口711实现插接，并带动转动部旋转，角度传感器则可以获得转动部的旋转角度信息，以此获得转轴的旋转角度和间接获得进气通道410开闭大小信息。

在本发明的一些实施例中，还包括安装架480，进气管400和驱动机构600均固定安装于安装架480，安装架480起到间接连接的作用，方便各个部件连接安装。具体的，进气管400底部设有连接座440，连接座440与安装架480上表面相贴并通过螺钉连接固定。

在本发明的一些实施例中，安装架480一端的两侧设有朝下延伸的卡块481，驱动机构600部分嵌入两个卡块481中间，且驱动机构600外壁设有连接块630，连接块630与卡块481相贴并设有相应的孔位以通过紧固件连接固定，卡块481起到辅助定位和连接安装的作用，方便驱动机构600定位安装。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种发动机驱气结构，其特征在于包括：

缸筒（100），周壁设有进气口（110）、排气口（120）和两个驱气口（130），所述进气口（110）、排气口（120）和两个驱气口（130）沿周向错开设置，且两个所述驱气口（130）位置相对；所述驱气口（130）下端外边缘中部设有第一曲激波面（131），两侧设有第一斜激波面（132）和第二斜激波面（133）；

缸套（200），套设于缸筒（100）外周，设有与进气口（110）、排气口（120）对应的进气道（210）和排气道（220），且内壁内凹并与缸筒（100）外壁形成两个文氏驱气道（230），两个所述文氏驱气道（230）上端分别与两个所述驱气口（130）连通；所述文氏驱气道（230）的油气经过驱气口（130）时，经过所述第一曲激波面（131）、第一斜激波面（132）、第二斜激波面（133）的油气在活塞腔（101）中心交汇；

缸盖（300），盖设于缸筒（100）上端，以与缸筒（100）形成活塞腔（101）。

2.根据权利要求1所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述排气口（120）下端外边缘两侧设有第二曲激波面（121）。

3.根据权利要求2所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述第二曲激波面（121）沿排气口竖向中线对称设置。

4.根据权利要求1所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述进气口（110）上端中部设有分散块（111）。

5.根据权利要求1所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述缸筒（100）下端环绕排列有多个浸溅润滑槽孔（140）。

6.根据权利要求1所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述进气道（210）和排气道（220）均朝外呈扩口状。

7.根据权利要求1所述的发动机驱气结构，其特征在于：所述缸筒（100）顶端设有向外凸起的定位凸缘（150）。

8.一种发动机，其特征在于包括：权利要求1至7任一项所述的发动机驱气结构。

9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，还包括：

曲轴壳（330），与缸套（200）底部连接，内设有曲轴腔（331），所述曲轴壳（330）与活塞腔（101）通过文氏驱气道（230）连通；

活塞（340），活动安装于活塞腔（101）并与活塞腔（101）周壁密封接触；

曲轴（350），活动安装于曲轴腔（331），与活塞（340）传动相连并能在活塞（340）的传动下绕自身轴线旋转；

其中进气口（110）、排气口（120）沿与曲轴（350）的轴线平行的方向相对布置在活塞腔（101）的侧壁上。