CN116677532A - 小型非增压航空活塞发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型非增压航空活塞发动机，包括缸体、与所述缸体连接的后曲轴箱体、设置于后曲轴箱体上的高压油轨以及与高压油轨连接的高压油泵、第一喷油器和第二喷油器，第一喷油器设置于缸盖上且第一喷油器设置两个，第二喷油器设置于后曲轴箱体上且由第二喷油器将燃油喷射至位于后曲轴箱体内的曲柄总成上，后曲轴箱体上设置让第二喷油器插入的安装孔。本发明的小型非增压航空活塞发动机，通过将高压燃油喷射至曲轴表面，再通过曲轴旋转飞溅出去，具有良好的雾化润滑效果，保证了对发动机内部摩擦副及运动件的润滑效果，从而可以提高发动机内部摩擦件及运动件润滑的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体地说，本发明涉及一种小型非增压航空活塞发动机。
背景技术
现有的小型非增压航空活塞发动机有两种润滑方式，一种是混合润滑，即将机油按一定比例混合在燃油中；另一种润滑方式是分离润滑，即利用机油泵，将机油打入曲轴轴颈等处，然后与新鲜空气混合后一同进入燃烧室内烧掉。
传统的混合润滑方式由于混合比例固定，导致供油量不能随着负荷的变化而变化。为了保证发动机的正常运转，一般给予一个较高的混合比例，以保证发动机在高负荷情况下可以正常工作。由于发动机多数在中小负荷情况下工作，所以大部分润滑油没有被充分利用，而是与燃油一起燃烧掉了，这样不但不经济，而且在汽缸内容易产生积碳，对环境的污染也较严重。
此外，针对发动机内部的摩擦副以及运动件的润滑效果不能保证，尤其是对曲轴以及轴承的润滑，其润滑的可靠性直接决定了发动机的可靠性。
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，本发明提供一种小型非增压航空活塞发动机，目的是提高发动机内部摩擦件及运动件润滑的可靠性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：小型非增压航空活塞发动机，包括缸体、与所述缸体连接的后曲轴箱体、设置于后曲轴箱体上的高压油轨以及与高压油轨连接的高压油泵、第一喷油器和第二喷油器，第一喷油器设置于缸盖上且第一喷油器设置两个，第二喷油器设置于后曲轴箱体上且由第二喷油器将燃油喷射至位于后曲轴箱体内的曲柄总成上，后曲轴箱体上设置让第二喷油器插入的安装孔。
所述高压油轨具有第一出油口和第二出油口，第一出油口设置两个，第二出油口设置一个且第二出油口位于两个第一出油口之间，所述第一喷油器与第一出油口连接，所述第二喷油器与第二出油口连接。
所述高压油轨通过螺栓安装在所述后曲轴箱体上。
所述高压油轨上设置轨压传感器。
所述高压油泵安装在所述后曲轴箱体上。
所述缸盖上设置预热塞，预热塞插入预燃室中。
所述后曲轴箱体内设置进气簧片阀，所述第二喷油器的喷嘴位于进气簧片阀的下方。
本发明的小型非增压航空活塞发动机，通过将高压燃油喷射至曲轴表面，再通过曲轴旋转飞溅出去，具有良好的雾化润滑效果，保证了对发动机内部摩擦副及运动件的润滑效果，从而可以提高发动机内部摩擦件及运动件润滑的可靠性。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明小型非增压航空活塞发动机的结构示意图；
图2是本发明小型非增压航空活塞发动机的主视图；
图3是本发明小型非增压航空活塞发动机的俯视图；
图4是燃油系统的结构示意图；
图5是曲轴后箱体的结构示意图；
图6是曲轴后箱体和高压喷油器安装示意图；
图7是曲轴后箱体和高压喷油器另一安装示意图；
图8是曲轴总成的结构示意图；
图9是润滑作用点截面视图；
图10是第二喷油器安装位置示意图；
图中标记为：1、高压油泵；2、高压油管；3、油管接头；4、高压油轨；5、轨压传感器；6、喷油器油帽；7、第二喷油器；8、后曲轴箱体；9、曲柄总成； 10、第一喷油器；11、缸体；12、进气簧片阀。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图9所示，本发明提供了一种小型非增压航空活塞发动机，包括缸体11、与缸体11连接的后曲轴箱体8、设置于后曲轴箱体8上的高压油轨4 以及与高压油轨4连接的高压油泵1、第一喷油器10和第二喷油器7，第一喷油器10设置于缸盖上且第一喷油器10设置两个，第一喷油器10用于将燃油喷入燃烧室内，第二喷油器7设置于后曲轴箱体8上且由第二喷油器7将燃油喷射至位于后曲轴箱体8内的曲柄总成9上，后曲轴箱体8上设置让第二喷油器7 插入的安装孔，第一喷油器10和第二喷油器7的喷油压力相同。
具体地说，如图1至图9所示，本发明的小型非增压航空活塞发动机为二冲程发动机，后曲轴箱体8与缸体11固定连接，缸体11内设置两个气缸筒，气缸筒内设置活塞。高压油轨4通过螺栓安装在后曲轴箱体8上，高压油轨4 位于后曲轴箱体8的外部，高压油轨4具有第一出油口和第二出油口，第一出油口设置两个，第二出油口设置一个且第二出油口位于两个第一出油口之间，第二出油口和两个第一出油口处于与高压油轨4的长度方向相平行的同一直线上，第一喷油器10与第一出油口连接，第二喷油器7与第二出油口连接。
如图1、图2和图4所示，高压油轨4上设置轨压传感器5，轨压传感器5 是用于检测燃油压力。轨压传感器5设置于高压油轨4的长度方向上的一端，高压油泵1与高压油轨4的长度方向上的另一端连接。高压油泵1安装在后曲轴箱体8上。高压油泵1上设有挺柱组件，挺柱组件由设在发动机曲轴上的凸轮直接驱动进而驱动高压油泵1，形成高压。挺柱组件位于后曲轴箱体8的内部，高压油泵1由设在曲轴上的凸轮直接驱动，取消了传动高压油泵1和曲轴的之间传动齿轮和相关连接件，进而减小了系统中量，提高了燃油系统和发动机整机的功重比，满足轻量化要求。
发动机启动后，由高压油泵1将高压燃油通过高压油管2以及油管接头3 送入高压油轨4中，通过对高压油轨4内的油压实现精确控制，使高压油管2 压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机转速对供油压力的影响，高压油轨4内的高压燃油通过高压油管2以及喷油器油帽6输送到第二喷油器7 中，由第二喷油器7喷射高压燃油到曲柄总成9上，保证了对曲轴润滑的可靠性。第二喷油器7安装在专门设计的后曲轴箱体8上，保证了结构的紧凑性和可靠性。
本发明中，通过高压油泵1上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对高压油轨4内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。
本发明中，通过第二喷油器7上的电磁阀控制喷射定时、喷射油量以及喷射速率。保证了不同负荷给予合适的油量。
本发明中，为了保证曲轴以及曲轴箱内运动件、摩擦副的润滑，专门采用了一个单独的第二喷油器7将燃油喷射到曲轴上，为了保证第二喷油器7能够稳定的工作以及保证曲轴箱体的密封性，专门为第二喷油器7设计了带有专门安装口的后曲轴箱体8，保证了第二喷油器7与后曲轴箱体8的完美适配，提高了工作效率，保证了润滑油量的稳定性，同时提高了曲轴箱体的密封性，又大大提高了结构的紧凑性，降低了整体结构的重量，降低了成本。
本发明中，通过第二喷油器7喷射高压共轨系统提供的高压燃油至高速旋转的曲轴表面，将高压雾化的高压燃油飞溅润滑至整机内部的摩擦副及运动件。大大提高了整机内部的摩擦副及运动件润滑的效果及可靠性。
第二喷油器7为电控喷油器，本发明中，根据发动机负荷，通过电控喷油器调节喷油量，既节约了成本，又减少了积碳的产生。
如图10所示，后曲轴箱体8内设置进气簧片阀12，第二喷油器7的喷嘴位于进气簧片阀12的下方。第二喷油器7的喷嘴安装在进气簧片阀12下方，根据安装位置匹配喷雾锥角，以使燃油喷入曲轴箱时，在进气引流作用下加强雾化，并在曲轴箱内高速旋转气流作用下与空气充分混合，最终形成相对均质的稀薄混合气，并通过进气口进入气缸中。第二喷油器7的位置通过喷油器喷雾特性与流场计算匹配确定，发动机电控单元根据标定工况要求确定喷油参数，控制第二喷油器7的喷油时刻和喷油量，在喷射压力、进气引导和曲轴箱内运动湍流作用下，得到相对均匀，空燃比偏大的稀薄预混合气。
两个缸盖上各设置一个预热塞和一个第一喷油器，预热塞插入预燃室中，预燃室为涡流式预燃室。在燃烧室结构上选择了涡流式预燃室方案以适应低压喷射要求，为改善预燃室结构导致的燃烧扩散慢的问题，采取了扩散燃烧与预混合均质压燃燃烧结合的复合燃烧方式，部分燃油首先喷入曲轴箱内完成预混合，再进入缸内压缩后通过预燃室内的再次喷油完成着火，在扩散燃烧中复合均质混合气的同时着火方式完成燃烧过程。第一喷油器向涡流式预燃室喷射燃油，第二喷油器向曲轴箱内喷射燃油。通过合理的设置压缩比和混合气当量比，使预混气体在压缩行程中不会被压缩自燃。此时再通过另一套安装到涡流式预燃室中的喷油器来实现点火，预燃室中的喷油器按照电控单元(ECU)指令完成喷油，在预燃室中形成局部浓度较高的燃油浓混合气，根据设定辅助启用预热塞，预燃室中的混合气首先着火燃烧，燃烧热流从涡流式预燃室进入扩散燃烧室，迅速加热并压缩扩散燃烧室中的预混合气，使预混合气着火燃烧，由于这部分混合气近似均质混合，以HCCI同时着火方式完成燃烧，极大的提高了这一阶段的燃烧速度，达到燃烧效率提升的目的。
如图10所示，发动机运转过程中，在进气阶段，第二喷油器开始向曲轴箱内喷射燃油，有相对较长的混合时间，通过进气导流雾化和曲轴箱内的旋转混合作用，以实现近似的均质混合。然后在曲轴箱中形成的均质预混合气通过曲轴箱内进气口进入气缸筒，在活塞上行作用下混合气被压缩，由于使用较低的压缩比并控制了混合气浓度，在压缩过程中缸内温度低于预混合自燃温度，混合气不会自燃着火。混合气在气缸筒内被压缩后，通过连接通道进入涡流式预燃室中，连接通道为倾斜设置，连接通道与涡流式预燃室切向相连，促使进入的混合气形成强烈的压缩涡流。在活塞接近上止点附近时，发动机ECU控制第一喷油器将燃油喷入涡流式预燃室内，在压缩涡流作用下形成局部浓混合气，并在涡流式预燃室内自燃着火，着火燃烧使涡流式预燃室内温度和压力迅速升高，将燃烧的与尚未燃烧的可燃混合气从连接通道喷出，进入扩散燃烧室中，使扩散燃烧室中的温度和压力迅速升高，已均匀预混的混合气以预混合均质压燃燃烧(HCCI)方式同时着火燃烧，同时进一步促进了从预燃室中喷出的混合燃气的扩散燃烧速度，提高了整体燃烧速度，实现了降低油耗的目的。
上述结构的小型非增压航空活塞发动机，具有如下的优点：
1、多功能集成，无外围油路、水路，发动机布置紧凑、可靠性高。
2、通过独立的高压共轨系统将具有稳定压力的燃油通过喷油器喷射至曲轴表面，再通过高速旋转的曲轴旋转飞溅润滑整机内部的摩擦副及运动件。
3、为了保证喷油器能够稳定的工作以及保证曲轴箱体的密封性，专门为喷油器设计了带有专门安装口的后曲轴箱体8，保证了喷油器与后曲轴箱体8的完美适配，提高了工作效率，保证了润滑油量的稳定性，同时提高了曲轴箱体的密封性，又大大提高了结构的紧凑性，降低了整体结构的重量，降低了成本。
4、独立设计的高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵1、共轨腔及高压油管2、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。由高压油泵1把高压燃油输送到高压油轨4，通过对高压油轨4内的油压实现精确控制，使高压油管2压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。
5、通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时、喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量，以针对不同负荷情况下给予适当的油量，保证其润滑效果。
6、高压的燃油喷射至曲轴表面，由于其具有足够的压力，再通过曲轴旋转飞溅出去，具有良好的雾化润滑效果，保证了对发动机内部摩擦副及运动件的润滑效果。
7、可以实现部分HCCI燃烧方式，提高了发动机效率。
8、使用同一种燃油，不需要为引燃混合气单独配置低燃点燃料。
9、使用单一压燃方式，不需要增加火花塞点火系统。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.小型非增压航空活塞发动机，包括缸体和缸盖，其特征在于：还包括与所述缸体连接的后曲轴箱体、设置于后曲轴箱体上的高压油轨以及与高压油轨连接的高压油泵、第一喷油器和第二喷油器，第一喷油器设置于缸盖上且第一喷油器设置两个，第二喷油器设置于后曲轴箱体上且由第二喷油器将燃油喷射至位于后曲轴箱体内的曲柄总成上，后曲轴箱体上设置让第二喷油器插入的安装孔。
2.根据权利要求1所述小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述高压油轨具有第一出油口和第二出油口，第一出油口设置两个，第二出油口设置一个且第二出油口位于两个第一出油口之间，所述第一喷油器与第一出油口连接，所述第二喷油器与第二出油口连接。
3.根据权利要求1或2所述的小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述高压油轨通过螺栓安装在所述后曲轴箱体上。
4.根据权利要求1或2所述的小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述高压油轨上设置轨压传感器。
5.根据权利要求1或2所述的小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述高压油泵安装在所述后曲轴箱体上。
6.根据权利要求1或2所述的小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述缸盖上设置预热塞，预热塞插入预燃室中。
7.根据权利要求1或2所述的小型非增压航空活塞发动机，其特征在于：所述后曲轴箱体内设置进气簧片阀，所述第二喷油器的喷嘴位于进气簧片阀的下方。
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