CN213063774U - 一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，属于发动机技术领域。本实用新型的二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，包括缸体、活塞和火花塞，活塞的顶面具有向内凹陷的凹腔，凹腔的底部中心设有弧形凸起，在活塞的顶面形成ω型燃烧腔体结构。在活塞下止点位置利用ω型燃烧腔体储存由换气孔送入的高压油气混合气，能够减少未燃油气混合气从排气口排出，大大提高了二冲程发动机的燃油经济性；并且在活塞上止点位置，由ω型燃烧腔体与缸体的活塞腔顶部形成燃烧室，使得油气混合气在ω型燃烧腔体内得到进一步压缩，并在弧形凸起位置利用火花塞点火爆燃，活塞做功功率更大，发动机爆发性和热效率性能更好，而且燃烧更加稳定充分。

Description

一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种二冲程发动机，更具体地说，涉及一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置。

背景技术

二冲程发动机是在两个行程内完成一个工作循环的发动机，即二冲程发动机曲轴转一圈，发动机对外作功一次。常见的二冲程发动机的气缸体上有进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭，其工作循环包含以下两个行程：

第一冲程：活塞自下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱；

第二冲程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移作功；这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。

基于二冲程发动机的上述结构原理，其具有结构简单、体积轻巧、生产和维护成本低等优点，常见于一些动力性能要求高，需要轻巧便于携带的场合，如园林设备等手持工具、农业机械、以及无人飞机、摩托艇中。二冲程发动机常被病垢的缺点在于，其燃油利用率不高和尾气污染严重，因此目前二冲程发动机的主要研究方向在于缸内直喷的燃油喷射方式的开发，旨在降低油耗，改善尾气排放。

为了实现降低油耗、改善尾气排放的目的，早期的二冲程发动机主要通过分层扫气技术来实现，如中国专利号ZL200980161220.X公开的一种“两冲程发动机”和中国专利号ZL201010593955.4公开的一种“两冲程发动机、制造它用的砂芯和两冲程发动机运行方法”，目前市面上的大部分园林设备用二冲程发动机依然沿用上述技术，并且至今依然没有在技术上得到实质性改进和优化。上述专利申请案中的二冲程发动机主要缺陷在于需要设计复杂结构的扫气结构，不利于二冲程发动机的轻量化设计，且扫气设计也不能完全解决燃油燃烧充分性和尾气中含有未充分燃烧的油气问题。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有二冲程发动机存在热效率较低、燃油经济性较差、尾气排放污染较大等不足，提供一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，采用本实用新型的技术方案，通过对二冲程发动机的活塞燃烧室进行优化设计，在活塞的顶面设置ω型燃烧腔体结构，在活塞下止点位置利用ω型燃烧腔体储存由换气孔送入的高压油气混合气，能够减少未燃油气混合气从排气口排出，大大提高了二冲程发动机的燃油经济性，改善了二冲程发动机的尾气排放；并且在活塞上止点位置，由ω型燃烧腔体与缸体的活塞腔顶部形成燃烧室，使得油气混合气在ω型燃烧腔体内得到进一步压缩，并在弧形凸起位置利用火花塞点火爆燃，活塞做功功率更大，发动机爆发性和热效率性能更好，而且油气在ω型燃烧腔体内集中燃烧，燃烧更加稳定充分。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，包括缸体、往复移动地设于缸体的活塞腔内的活塞和设于缸体顶部的火花塞，所述的活塞腔内具有通过活塞往复移动控制开闭的进气孔、排气孔和换气孔，所述的换气孔通过缸体上的换气通道与活塞下部的曲轴箱相连通；所述的活塞的顶面具有向内凹陷的凹腔，所述的凹腔的底部中心设有弧形凸起，在活塞的顶面形成ω型燃烧腔体结构；所述的缸体的活塞腔与活塞顶部的凹腔围成燃烧室，在活塞位于下止点时，换气孔位于活塞的凹腔上方，在活塞位于上止点时，火花塞的头部位于活塞的凹腔内且火花塞的点火点位于弧形凸起的上方。

更进一步地，所述的弧形凸起为球面状结构。

更进一步地，所述的凹腔在活塞上向进气孔一侧偏心设置。

更进一步地，所述的换气孔在活塞腔内对称设有两组，两组换气孔的出气朝向均偏向于活塞的凹腔偏心一侧。

更进一步地，所述的活塞的顶面与换气孔相对应的位置处设有导向槽，所述的导向槽偏向于活塞的凹腔偏心一侧。

更进一步地，所述的导向槽为设于活塞顶面边缘处的斜面缺口槽。

更进一步地，所述的活塞顶面的凹腔内侧壁上沿周向分布有若干用于防止油气混合气在凹腔内旋转的分隔筋。

更进一步地，所述的分隔筋为由凹腔内侧壁向凹腔中心延伸的叶片结构。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其活塞的顶面具有向内凹陷的凹腔，凹腔的底部中心设有弧形凸起，在活塞的顶面形成ω型燃烧腔体结构；缸体的活塞腔与活塞顶部的凹腔围成燃烧室，在活塞位于下止点时，换气孔位于活塞的凹腔上方，在活塞位于上止点时，火花塞的头部位于活塞的凹腔内且火花塞的点火点位于弧形凸起的上方；通过对二冲程发动机的活塞燃烧室进行优化设计，在活塞下止点位置利用ω型燃烧腔体储存由换气孔送入的高压油气混合气，能够减少未燃油气混合气从排气口排出，大大提高了二冲程发动机的燃油经济性，改善了二冲程发动机的尾气排放；并且在活塞上止点位置，由ω型燃烧腔体与缸体的活塞腔顶部形成燃烧室，使得油气混合气在ω型燃烧腔体内得到进一步压缩，并在弧形凸起位置利用火花塞点火爆燃，活塞做功功率更大，发动机爆发性和热效率性能更好，而且油气在ω型燃烧腔体内集中燃烧，燃烧更加稳定充分；

(2)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其弧形凸起为球面状结构，利用火花塞点火时，由球面状的凸起位置点火，点火稳定性好，点火后沿着弧形凸起向凹腔底部产生爆燃膨胀，油气燃烧更加稳定完全；

(3)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其凹腔在活塞上向进气孔一侧偏心设置，远离排气孔一侧，这样能够进一步防止排气过程中带走部分未燃烧的燃油，进一步提高了燃油经济性，同时废气排放更加清洁，废气污染小；

(4)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其换气孔在活塞腔内对称设有两组，两组换气孔的出气朝向均偏向于活塞的凹腔偏心一侧，利用该换气孔配合优化的活塞结构，能够在换气过程中利用高压作用将混合油气稳定压入ω型燃烧腔体内，使燃油燃烧更加充分；

(5)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其活塞的顶面与换气孔相对应的位置处设有导向槽，导向槽偏向于活塞的凹腔偏心一侧，利用导向槽设计能够在换气过程中稳定地将混合油气导入ω型燃烧腔体内，保证了二冲程发动机换气稳定，无需设计复杂的扫气结构；

(6)本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其活塞顶面的凹腔内侧壁上沿周向分布有若干用于防止油气混合气在凹腔内旋转的分隔筋，利用分隔筋能够有效防止油气在ω型燃烧腔体内旋转而发生燃油与空气分离，且分隔筋将混合油气分隔形成独立的小油气区域，燃烧过程中能够防止油气形成翻转的不良气流，提高了燃烧稳定性和充分性，更加节能环保。

附图说明

图1为本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置中活塞处于下止点的剖视结构示意图；

图2为本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置中活塞处于上止点的剖视结构示意图；

图3为本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置的换气通道方向的剖视结构示意图；

图4为本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置的换气孔与活塞方位布置示意图；

图5为本实用新型的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置中的活塞的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、缸体；1-1、活塞腔；1-2、进气孔；1-3、排气孔；1-4、换气孔；1-5、换气通道；2、火花塞；3、曲轴箱；4、活塞；4-1、凹腔；4-2、弧形凸起；4-3、导向槽；4-4、分隔筋；5、连杆；6、曲轴；6-1、配重平衡块。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

[实施例]

结合图1至图5所示，本实施例的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，包括缸体1、往复移动地设于缸体1的活塞腔1-1内的活塞4和设于缸体1顶部的火花塞2，活塞腔1-1内具有通过活塞4往复移动控制开闭的进气孔1-2、排气孔1-3和换气孔1-4，进气孔1-2和换气孔1-4相对设置，换气孔1-4通过缸体1上的换气通道1-5与活塞4下部的曲轴箱3相连通，换气孔1-4设于进气孔1-2和排气孔1-3之间的活塞腔1-1内壁上，进气孔1-2、排气孔1-3和换气孔1-4的位置与现有二冲程发动机的设计类似，进气孔1-2位于活塞腔1-1偏下的位置，排气孔1-3和换气孔1-4均高于进气孔1-2，排气孔1-3和换气孔1-4的高度接近，在活塞4位于上止点位置时(如图2所示)，进气孔1-2连通活塞4下方空间及曲轴箱3，同时利用活塞4外侧壁关闭排气孔1-3和换气孔1-4，利用活塞4上行产生的负压从进气孔1-2吸气，在活塞4位于下止点位置时(如图1所示)，进气孔1-2被活塞4外侧壁关闭，排气孔1-3和换气孔1-4打开，与活塞腔1-1相通，利用活塞4下行压缩由进气孔1-2吸入的混合气，并通过换气孔1-4将压缩的高压混合气送入活塞腔1-1内，同时将废气从排气孔1-3排出。与现有二冲程发动机不同的是，在本实施例中，活塞4的顶面具有向内凹陷的凹腔4-1，凹腔4-1的底部中心设有弧形凸起4-2，在活塞4的顶面形成ω型燃烧腔体结构。缸体1的活塞腔1-1与活塞4顶部的凹腔4-1围成燃烧室，在活塞4位于下止点时(如图1所示状态)，换气孔1-4位于活塞4的凹腔4-1上方；在活塞4位于上止点时(如图2所示状态)，火花塞2的头部位于活塞4的凹腔4-1内且火花塞2的点火点位于弧形凸起4-2的上方。通过对二冲程发动机的活塞燃烧室进行上述优化设计，在活塞4下止点位置利用ω型燃烧腔体储存由换气孔1-4送入的高压油气混合气，油气混合气被压在ω型燃烧腔体内，能够减少未燃油气混合气从排气孔1-3排出，大大提高了二冲程发动机的燃油经济性，改善了二冲程发动机的尾气排放；并且，在活塞上止点位置，由ω型燃烧腔体与缸体1的活塞腔1-1顶部形成燃烧室，使得油气混合气在ω型燃烧腔体内得到进一步压缩，并在弧形凸起位置利用火花塞2点火爆燃，活塞做功功率更大，发动机爆发性和热效率性能更好，而且油气在ω型燃烧腔体内集中燃烧，燃烧更加稳定充分。

如图5所示，在本实施例中，上述的弧形凸起4-2优选为球面状结构，利用火花塞2点火时，由球面状的凸起位置点火，点火稳定性好，点火后沿着弧形凸起向凹腔底部产生爆燃膨胀，油气燃烧更加稳定完全。另外，优选地，上述凹腔4-1在活塞4上向进气孔1-2一侧偏心设置，即凹腔4-1偏向于远离排气孔1-3的一侧，这样能够进一步防止排气过程中带走部分未燃烧的燃油，进一步提高了燃油经济性，同时废气排放更加清洁，废气污染小。结合图4所示，在本实施例中，换气孔1-4在活塞腔1-1内对称设有两组，两组换气孔1-4的出气朝向均偏向于活塞4的凹腔4-1偏心一侧，换气孔1-4的出气朝向偏角可设计为30～45°，利用该换气孔1-4配合优化的活塞结构，能够在换气过程中利用高压作用将混合油气稳定压入ω型燃烧腔体内，使燃油燃烧更加充分。为了方便混合油气进入ω型燃烧腔体内，在活塞4的顶面与换气孔1-4相对应的位置处设有导向槽4-3，导向槽4-3偏向于活塞4的凹腔4-1偏心一侧，利用导向槽4-3能够在换气过程中稳定地将混合油气导入ω型燃烧腔体内，保证了二冲程发动机换气稳定，无需设计复杂的扫气结构。上述的导向槽4-3优选为设于活塞4顶面边缘处的斜面缺口槽，加工制作方便。

如图4和图5所示，在本实施例中，活塞4顶面的凹腔4-1内侧壁上沿周向分布有若干用于防止油气混合气在凹腔4-1内旋转的分隔筋4-4，该分隔筋4-4优选在凹腔4-1内均匀设置，如图5中均匀设置5个分隔筋4-4，将凹腔4-1分隔为5个小区域，利用分隔筋4-4能够有效防止油气在ω型燃烧腔体内旋转而发生燃油与空气分离，且分隔筋4-4将混合油气分隔形成独立的小油气区域，燃烧过程中能够防止油气形成翻转的不良气流，提高了燃烧稳定性和充分性，更加节能环保。具体地，分隔筋4-4可为由凹腔4-1内侧壁向凹腔4-1中心延伸的叶片结构，与凹腔4-1内壁与底壁之间采用圆滑过渡，易于加工成型，且抗冲击性能强。

活塞4的其他结构与现有的二冲程发动机活塞类似，在活塞4的外侧壁上设有至少一圈活塞环，活塞环与活塞腔1-1内壁密封配合，活塞4上还设有用定位活塞环的限位销，活塞4内部还设有与连杆5连接的销轴座等，在此不再一一说明。

为了进一步理解本实用新型的技术内容，现结合图1和图2进一步阐述应用本实用新型的高爆发换气燃烧装置的二冲程发动机的工作原理。

该二冲程发动机具有两个冲程动作，具体工作过程如下：

第一冲程：活塞4由图1所示的下止点向上移动至图2所示的上止点，在图1所示的下止点位置，活塞腔1-1内换气进入可燃混合气，并在活塞4上行过程中由活塞4关闭进气孔1-2、排气孔1-3和换气孔1-4，此时活塞4压缩活塞腔1-1内的混合气；同时，在活塞4上行过程中，曲轴箱3内形成负压，负压作用从进气孔1-2吸入可燃混合气。

第二冲程：当活塞4压缩到图2所示的上止点位置，活塞腔1-1内的可燃混合气被压缩进入活塞4的顶部凹腔4-1内，可燃混合气在凹腔4-1内被分隔筋4-4隔离为多个小区域，同时利用分隔筋4-4防止了油气在凹腔4-1内旋转或翻转，有效避免了油气在凹腔4-1内产生油气分离；然后火花塞2在弧形凸起4-2的中心位置点燃可燃混合气，可燃混合气在凹腔4-1和活塞腔1-1内爆燃膨胀，推动活塞4向下移动做功，通过连杆5带动曲轴箱3内的曲轴6旋转，配合曲轴6上的配重平衡块6-1进行连续旋转运动做功；在活塞4下行过程中，活塞4关闭进气孔1-2，使密闭在曲轴箱3内的可燃混合气被压缩，当活塞4下行接近下止点位置时，活塞4打开排气孔1-3进行排气；同时换气孔1-4被打开，曲轴箱3内被压缩的高压可燃混合气经过换气通道1-5和换气孔1-4冲入活塞腔1-1，并在高压作用下使油气混合物被集中压在活塞4顶部的凹腔4-1内，冲入活塞腔1-1的油气混合物进一步驱除活塞腔1-1内的废气从排气孔1-3排出，完成换气动作。

通过上述工作过程可以看出，在活塞下止点位置利用ω型燃烧腔体储存由换气孔送入的高压油气混合气，能够减少未燃油气混合气从排气口排出，大大提高了二冲程发动机的燃油经济性，改善了二冲程发动机的尾气排放；并且在活塞上止点位置，由ω型燃烧腔体与缸体的活塞腔顶部形成燃烧室，使得油气混合气在ω型燃烧腔体内得到进一步压缩，并在弧形凸起位置利用火花塞点火爆燃，活塞做功功率更大，发动机爆发性和热效率性能更好，而且油气在ω型燃烧腔体内集中燃烧，燃烧更加稳定充分。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，包括缸体(1)、往复移动地设于缸体(1)的活塞腔(1-1)内的活塞(4)和设于缸体(1)顶部的火花塞(2)，所述的活塞腔(1-1)内具有通过活塞(4)往复移动控制开闭的进气孔(1-2)、排气孔(1-3)和换气孔(1-4)，所述的换气孔(1-4)通过缸体(1)上的换气通道(1-5)与活塞(4)下部的曲轴箱(3)相连通；其特征在于：所述的活塞(4)的顶面具有向内凹陷的凹腔(4-1)，所述的凹腔(4-1)的底部中心设有弧形凸起(4-2)，在活塞(4)的顶面形成ω型燃烧腔体结构；所述的缸体(1)的活塞腔(1-1)与活塞(4)顶部的凹腔(4-1)围成燃烧室，在活塞(4)位于下止点时，换气孔(1-4)位于活塞(4)的凹腔(4-1)上方，在活塞(4)位于上止点时，火花塞(2)的头部位于活塞(4)的凹腔(4-1)内且火花塞(2)的点火点位于弧形凸起(4-2)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的弧形凸起(4-2)为球面状结构。

3.根据权利要求1所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的凹腔(4-1)在活塞(4)上向进气孔(1-2)一侧偏心设置。

4.根据权利要求3所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的换气孔(1-4)在活塞腔(1-1)内对称设有两组，两组换气孔(1-4)的出气朝向均偏向于活塞(4)的凹腔(4-1)偏心一侧。

5.根据权利要求4所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的活塞(4)的顶面与换气孔(1-4)相对应的位置处设有导向槽(4-3)，所述的导向槽(4-3)偏向于活塞(4)的凹腔(4-1)偏心一侧。

6.根据权利要求5所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的导向槽(4-3)为设于活塞(4)顶面边缘处的斜面缺口槽。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的活塞(4)顶面的凹腔(4-1)内侧壁上沿周向分布有若干用于防止油气混合气在凹腔(4-1)内旋转的分隔筋(4-4)。

8.根据权利要求7所述的一种二冲程发动机高爆发换气燃烧装置，其特征在于：所述的分隔筋(4-4)为由凹腔(4-1)内侧壁向凹腔(4-1)中心延伸的叶片结构。

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