CN220227038U - 一种二冲程发动机以及动力工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二冲程发动机以及动力工具。二冲程发动机包括缸体、曲轴箱和活塞；活塞滑动设置在缸体内，并在缸体的上侧形成燃烧室；缸体的顶部设有与燃烧室连通的排气通道以及用于启闭排气通道的排气开关；曲轴箱的外壁设有与曲轴箱内部空间连通的进气通道以及用于启闭进气通道的进气开关；活塞上设有分别与曲轴箱内部空间、燃烧室连通的换气通道以及用于启闭换气通道的换气气门；活塞通过连杆与曲轴箱内的曲轴连接；曲轴上设有凸轮体，连杆上设有分别与凸轮体、换气气门配合连接的传动机构，以在凸轮体的驱动下周期性的启闭换气气门。本实用新型具有换气效果好、燃油经济性高和寿命长的优点。

Description

一种二冲程发动机以及动力工具

技术领域

本实用新型涉及一种二冲程发动机以及动力工具。

背景技术

现有技术中的活塞式发动机主要有四冲程发动机和二冲程发动机。普通的四冲程发动机，曲轴旋转两周才会做功一次；而二冲程发动机只要旋转一周就可以完成一次做功，所以理论上，在气缸容积和转速相同的情况下，二冲程发动机的做功效率是四冲程的两倍；实际上，考虑到各种损失，二冲程发动机的做功效率是四冲程的1.5～1.7倍；可以说，二冲程发动机是一种功率密度优秀的活塞往复式发动机。

然而，随着排放法律法规和油耗经济性指标的日趋严格，传统的二冲程发动机逐步被其他类型发动机所替代，主要有以下原因：

1)独有的换气方式导致的油耗高，由此产生一系列排放问题。

传统的二冲程发动机是依靠新的混合气把废气顶出去，在实际的运行过程中，要么废气排不干净，要么会把干净的混合气一起排出去，由此导致燃烧效率低、排放性能较差等问题，甚至在一些二冲程发动机中还会存在燃烧的混合气进到排气管中，会被炙热的排气管直接点燃，最终导致喷火现象的发生。

2)润滑缺陷导致的发动机寿命低。

传统的二冲程发动机的气缸壁上设有换气通道，因此不能设置油环等润滑系统；这就导致了二冲程发动机要么是把汽油和机油混合在一起，要么是把机油喷射到曲轴箱内，然后再进入燃烧室。上述通过烧机油的方式虽然能够起到一定的润滑，但是润滑效果较差，也会导致发动机的寿命大大缩减。

3)由于传统的二冲程发动机特殊的配气方式，采用固定在缸套上的扫气口进行进气和排气，每次进气和排气的时机只取决于活塞在气缸筒内的位置，无法根据实际工况合理调节进气门时机，也就无法调节进排气的重叠角，最终致使全速域高效燃烧不佳。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种二冲程发动机以及动力工具，以克服现有技术中二冲程发动机的诸多不足。

为了实现上述主要目的，本实用新型的第一方面是提供一种二冲程发动机，其包括缸体、曲轴箱和活塞；

活塞滑动设置在缸体内，并在缸体的上侧形成燃烧室；缸体的顶部设有与燃烧室连通的排气通道以及用于启闭排气通道的排气开关；

曲轴箱的外壁设有与曲轴箱内部空间连通的进气通道以及用于启闭进气通道的进气开关；

活塞上设有分别与曲轴箱内部空间、燃烧室连通的换气通道以及用于启闭换气通道的换气气门；

活塞通过连杆与曲轴箱内的曲轴连接；曲轴上设有凸轮体，连杆上设有分别与凸轮体、换气气门配合连接的传动机构，以在凸轮体的驱动下周期性的启闭换气气门。

在本实用新型的上述技术方案中，将换气通道设置在活塞上，通过凸轮体和传动机构、以及活塞运动实现对换气气门的启闭控制，从而打开或关闭该换气通道以实现曲轴箱内与燃烧室内的导通，从而实现周期性换气；并且在进气过程和排气过程是相对独立的，不会造成废气残留和新鲜气体的排出。

进一步的，换气通道位于活塞上形成纵向进气效果，换气效果得到明显提升，避免了传统的横置式进气的二冲程发动机的空气损失，从而提高了换气效率，消除了因换气不彻底所导致的排放不佳、燃油经济性差以及输出功率较低等诸多不足。

作为本实用新型的一种具体实施方式，换气气门为自复位式结构，其包括气门盖、气门杆和弹簧；弹簧套装在气门杆上；气门盖设置在气门杆的上端并位于活塞靠近燃烧室的一侧，气门杆的下端与传动机构相连接。

作为本实用新型的一种具体实施方式，传动机构包括沿连杆的长度方向设置的滑动推杆，滑动推杆的下端与凸轮体配合连接，滑动推杆的上端与气门杆的下端配合连接。

进一步地，连杆上设有与滑动推杆相适配的滑槽/轨。

作为本实用新型的一种具体实施方式，传动机构包括第一滑块、第二滑块和沿连杆的长度方向设置的容置槽；容置槽内注入有不可压缩的油液；容置槽的上下两端形成第一开口和第二开口；第一滑块设置在第一开口处并封堵第一开口，第二滑块设置在第二开口处并封堵第二开口；第一滑块与凸轮体配合连接，第二滑块与气门杆的下端配合连接。

进一步地，第一滑块和第二滑块为活塞式滑块。

作为本实用新型的一种具体实施方式，气门杆的下端设有滑座，活塞上设有用于对滑座进行滑动导向的导向部。

作为本实用新型的一种具体实施方式，换气通道位于活塞的中部。

作为本实用新型的一种具体实施方式，燃烧室的顶部安装有火花塞和高压喷油嘴。

本实用新型的第二目的是提供一种动力工具，其包括如上的二冲程发动机。

本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型中，通过将换气通道设置在活塞上，形成纵向进气方式，燃烧室的换气效果得到明显提升；通过凸轮体和传动机构进行控制换气气门控制的打开或关闭，启闭该换气通道以实现曲轴箱内与燃烧室内的导通，从而实现周期性换气；并且在进气过程和排气过程是相对独立的，不会造成废气残留和新鲜气体的同时排出，具有换气效果好、燃油经济性高的优点。

本实用新型中，换气通道以及换气气门设置在活塞内部，传动机构以及凸轮体均未设置在缸体上，因此无需在缸体内壁的侧边进行开孔，从而可以直接对缸体内壁进行润滑，避免了传统的二冲程发动机需要将润滑油与燃油混合并燃烧的润滑方式，有效提升了二冲程发动机的寿命。

为了更清楚地说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型二冲程发动机实施例1的截面图；

图2是本实用新型二冲程发动机实施例1中活塞的第一位置的立体截面图；

图3是本实用新型二冲程发动机实施例1中活塞第二位置的立体截面图；

图4是本实用新型二冲程发动机实施例1中活塞的一种俯视图；

图5是本实用新型二冲程发动机实施例1中活塞的另一种俯视图；

图6是本实用新型二冲程发动机实施例1中活塞位于接近下止点位置的三处位置状态图；

图7是本实用新型二冲程发动机实施例2的截面图。

具体实施方式

实施例1

图1示出了一种二冲程发动机，其构造成单缸或多缸发动机并作为动力源代替传统二冲程发动机进行使用。二冲程发动机具有缸体10、曲轴箱20和活塞30；曲轴箱20与缸体10之间固连以形成发动机的主体部分，活塞30以可沿缸体10内壁滑动的方式设置在缸体10内。

曲轴箱20提供扫气室21，同时曲轴箱20的内部具有一定空间以用作补入新鲜空气；具体的，曲轴箱20外壁设有与曲轴箱20内部空间连通的进气通道40以及用于启闭进气通道40的进气开关41；进气开关41优选为气门式结构，即进气气门，以更好地实现进气控制；在其他实施例中，也可以采用其他形式能够实现进气控制的进气开关41，这里不再展开介绍。

活塞30通过连杆50与曲轴箱20内的曲轴60连接，在曲轴60与连杆50的协同驱动下，活塞30在缸体10内进行往复运动；其中活塞30内位于活塞30远离曲轴箱20的一侧形成燃烧室11，燃烧室11的顶部安装有火花塞和高压喷油嘴，以形成燃烧。相应的，在缸体10上设有与燃烧室11相连通的排气通道70以及用于启闭排气通道70的排气开关71。

优选的，排气通道70设置在缸体10的顶部，在排气过程中，废气直接进入排气通道70得以快速排出，以使得废气得以彻底排出。同时在活塞30往复运动过程中，排气通道70的入口不会与活塞30直接接触，不对活塞30的往复运动产生干涉，以使得缸体10具有平滑的内壁，从而可以直接对缸体10内壁进行润滑，有效提升了二冲程发动机的寿命。

排气开关71优选为气门式结构，即排气气门，以更好地实现排气控制；在其他实施例中，也可以采用其他形式能够实现排气控制的排气开关71，这里不再展开介绍。其中，排气开关71的数目可以是一个或多个，例如图1中示出有两个排气开关71，以实现快速、彻底地排气。

本实用新型中进气开关41和排气开关71的启闭控制方式可以采用现有技术中的启闭控制方式和结构，这里不再展开介绍。

请继续参阅图1，本实用新型中在活塞30上设有换气通道31以及用于周期性启闭换气通道31的换气气门32，换气通道31分别与燃烧室11和曲轴箱20的内部空间相连通；其中，在进气开关41打开时，换气气门32闭合以完成曲轴箱20的独立进气；在排气开关71打开时的至少部分阶段开启换气气门32，并且保持进气开关41始终闭合，曲轴箱20内的新鲜空气通过换气通道31进入燃烧室11，以完成燃烧室11的排气和换气。具体的，在活塞30下行至接近下止点位置时，进行燃烧室11的排气和换气。

换气通道31设置在活塞30上，一方面能够形成纵向进气效果，换气效果得到明显提升，避免了传统二冲程发动机的换气损失，从而提高了换气效率，消除了因换气不彻底所导致的排放不佳、燃油经济性差以及输出功率较低等诸多不足；另一方面能够保持整个缸体10内壁的整洁性；展开来说，换气通道31的入口和出口均位于活塞30上，这样就无需在缸体10内壁设置进气孔或排气孔，缸体10内壁不对活塞30的往复运动产生干涉，从而可以直接对缸体10内壁进行润滑，有效提升了二冲程发动机的寿命。

进一步的，本实用新型中的二冲程发动机还包括用于对缸体10内壁进行润滑的喷射油道系统80，活塞30上行和/或下行时的部分阶段通过喷射油道系统80向缸体10内壁上喷入润滑油，以对缸体10内壁进行润滑和对活塞30进行冷却润滑。

如图1所示，喷射油道系统80包括位于连杆50上的喷射油道组件81和位于缸体10或曲轴箱20上的活塞润滑冷却喷油嘴组件82，喷射油道系统80的位置不对活塞30或者连杆50的运动产生干涉和其他影响。

具体的，根据喷射油道组件81的喷射方向和喷射频率进行控制喷射，以将润滑油定向定量喷射至缸体10内壁上；活塞30的外周套装有油环，活塞30下行和上行时利用油环对缸体10内壁上的润滑油进行刮擦，以在缸体10内壁上形成润滑用的油膜，实现对缸体10内壁以及活塞30的润滑保护；另外，在活塞30下行和上行时，根据需要控制活塞润滑冷却喷油嘴组件82进行冷却润滑油的定向定量喷射，以对活塞30进行冷却润滑。其他结构的喷射油道系统80亦可直接替换并应用在上述二冲程发动机中，这里不再展开介绍。

本实用新型中将换气通道31设置在活塞30上，通过换气气门32控制开启或闭合该换气通道31以实现曲轴箱20内与燃烧室11内的导通，从而实现周期性换气；并且在进气过程和排气过程是相对独立的，不会造成废气残留和新鲜气体的排出。

为了更为简洁、快速的实现换气，换气气门32以可沿活塞30厚度方向推出和退回的方式设置在活塞30上，这样既可以保证活塞30结构的简洁性，便于加工制造，又可以降低换气气门32与活塞30之间的接触面积，从而降低所消耗的发动机功率。

进一步的，本实用新型采用凸轮机构在活塞30往复运动过程中实现换气气门32的开启和关闭，以精准控制换气通道31的周期性启闭。二冲程发动机还包括凸轮体61和传动机构，传动机构包括可沿连杆50长度方向滑动的滑动推杆51，凸轮体61设置在曲轴60上并随着曲轴60进行同步转动，滑动推杆51设置在连杆50上以分别与凸轮体61、换气气门32配合连接，以在凸轮体61的驱动下周期性的启闭换气气门。

请再次参阅图1-3，凸轮体61位于曲轴60与连杆50配合的回转轴上并以设定方向固定设置；滑动推杆51的下端与凸轮体61配合连接，以在凸轮体61的驱动下产生往复滑动；滑动推杆51的上端直接作用于换气气门32，以在活塞30运动至位于预定位置范围内时致动换气气门32，从而主动开启换气通道31以进行换气。

其中，滑动推杆51以滑槽/(滑)轨的形式设置在连杆50上，滑动推杆51与凸轮体61形成凸轮往复机构，以实现滑动推杆51相对于连杆50的伸出；因连杆50的上端与活塞30通过一铰接轴34(活塞销)相连接，故该铰接轴34的位置与活塞30的相对位置距离不变，并且活塞销具有与连杆50、滑动推杆51形成避让的孔槽结构，以避免干涉。在连杆50周期性转动的特定阶段进行滑动推杆51的伸出，从而主动开启换气通道31以进行换气。

具体的，在活塞30往复运动至下止点位置时，滑动推杆51相较于连杆50所伸出距离最大，基于此进行设置凸轮体61的角度位置，同时根据所需要的滑动推杆51的伸出距离和伸出时长确定凸轮体61的行程和运动角，以实现对换气气门32的精准控制。

上述凸轮体61可以具有多种形式，例如采用盘形凸轮，其中盘形凸轮可以是具有曲线轮廓的凸轮体61形状，也可以是具有凸轮凹槽的凸轮体61形状；其他能够实现滑动推杆51周期性伸出和退回的结构亦可，这里不再一一列举。

如图1-3所示，换气气门32具有气门盖321、气门杆322和弹簧323。

弹簧323套装在气门杆322上，为了保持弹簧323有效性，在弹簧323的上下两端均设有弹簧座324，并在位于下方的弹簧座324处设有锁片结构325，以进行装配；

气门盖321设置在气门杆322的上端并位于活塞30靠近燃烧室11的一侧，相应的，在活塞30靠近燃烧室11的一侧优选具有与气门盖321配合的密封结构33，以保证在气门盖321处于闭合形态时，实现完全密封效果。具体的，利用气门盖321自身斜面与活塞30上与上述斜面相适配的着座面上的两个斜面相配合，以形成密封。

在气门杆322的下端设有滑座326，活塞30运动至位于预定位置范围内时，滑动推杆51的上端与滑座326相接触，进而通过滑座326驱动气门杆322进行运动；其中，滑动推杆51的上端优选具有弧面接触部以更好地与滑座326进行配合。

较佳地，滑座326呈碗状，还可以对弹簧323进行有效的外周限位，保持弹簧323被压缩时的有效性。

进一步的，为了更充分的保证换气气门32开启和闭合操作的稳定性，活塞30的内部设有与换气气门32形成滑动配合的导向部35，导向部35具有上导向部351和下导向部352，上导向部351用于对气门杆322进行导向，下导向部352用于对滑座326进行导向。

如图2-3所示出的立体截面图，为了使换气通道31的具有足够大的换气截面，以保证换气量，上导向部351形成为一字型并位于活塞30的中部，在上导向部351的中央设置有上导向孔3511以供气门杆322穿过，同时对气门杆322进行导向限位；上述结构同时可以将换气气门32置于活塞30的中部，形成规则的对称结构。

同理，下导向部352也形成为一字型，并且下导向部352位于上导向部351的正下方，以避免换气过程中对气流形成多重阻碍，如图4所示；当然在满足换气量或者换气效率的基础上，下导向部352也可以按照其他形式设置，例如将下导向部352和上导向部351呈十字交叉状设置；此外，上导向部351和下导向部352也可以同时具有其他形式，如图5所示出的十字型等等，这里不再一一列举。其中，下导向部352上设有下导向孔3521，以供滑座326穿过，同时对滑座326形成导向限位。

具体的，下导向孔3521的截面可以是圆形孔，也可以是多段弧线所形成的类圆形孔。其中，在活塞30往复运动过程中，滑座326优选始终位于下导向孔3521内而不会从下导向孔3521穿出，以保持长时间运动的稳定性。

此外，在其他实施例中，在图2-3所示出上下层叠设置的一字型上导向部351和下导向部352的基础上，可以将上导向部351和下导向部352进行连接为一体，以在导向部35的相对两侧形成换气通道31，并通过同一个换气气门32同时实现启闭；还可以在弹簧323的外周增设套管，以进一步降低因阻流影响所可能出现的湍流现象。

本实用新型上述结构的一个具体的示例性周期运动过程为：

以图6中的中间图示作为第一位置(即下止点位置)，此时处于排气和换气阶段，即换气气门32开启至最大位置，此时换气量处于最大；同样的，排气相应也为最大。此时，进气开关41处于闭合状态，即不进行进气。

以图6中的右侧图示作为第二位置，此时排气和换气刚好完成，燃烧室11内完全换入新鲜空气。

接着活塞30继续上行，进行缸内压缩，直至活塞30运动至上止点位置处进行缸内燃烧，在这个阶段中阶段性打开进气开关41以完成曲轴箱20内的完全进气；

然后燃料做功，活塞30下行直至图6中左侧图示的第三位置，此时开始进行排气，打开排气开关71；并控制在打开排气开关71之后使得滑动推杆51的上端与滑座326抵接以打开换气气门32，进行换气；

最后，活塞30继续下行至下止点位置处，完成一个周期；

上述只是以一个周期运动为例进行介绍，只是为了便于介绍整个过程将下止点位置作为初始位置，应当理解，并非是限制周期开始的初始位置和终止位置。本实用新型的一个周期内可以实现活扫气室吸气、换气气门打开实现缸内吸气、缸内封闭、缸内压缩、缸内燃烧、膨胀做功、活塞下行和活扫气室吸气的全工作流程。

本实施例中，传动机构在活塞30运动至位于预定位置范围内时致动换气气门32，使得换气通道31打开；活塞30运动至位于预定位置范围外时，换气气门32自动复位，使得换气通道31闭合。

本实施例中，换气气门32的开启构造为与活塞30的往复运动互相关联，通过活塞30或者与活塞30同步运动的连杆50的运动位置变化，进行传动机构与换气气门32的协同配合，从而实现换气通道31周期性启闭的精准控制；这种利用机械配合所实现的动作变化在发动机中具有重要意义，机械配合能够在超长时间使用过程中依旧保持准确的配合关系和完美的可重复性，在重复的周期性运动过程中不会受到外部因素影响，可以实现对换气量的精准控制。

如图6所示，以活塞30运动至下止点位置时曲轴60的角度为0°位置，活塞30下行运动至与滑动推杆51的上端抵动时的角度为+α，活塞30上行运动至与滑动推杆51的上端分离时的角度为-α，其中，α＜60°。

具体的，图6中所示出的α的具体值为50°，在其他实施例中，可以根据设计需求进行调整α的大小，旨在满足换气气门32具有足够的开启时长，以通过换气通道31向燃烧室11内补入充足的新鲜空气。

实施例2

图7示出了一种二冲程发动机。与实施例1相比，实施例2中提供了一种不同的传动机构，具体如下：

传动机构包括沿连杆50的长度方向设置的容置槽52、第一滑块54和第二滑块55，容置槽52内注入有不可压缩的油液53；容置槽52的两端形成第一开口和第二开口，第一滑块54设置在第一开口处并封堵第一开口，第二滑块55设置在第二开口处并封堵第二开口；优选的，第一滑块54和第二滑块55为活塞式滑块。

第一滑块54与凸轮体61配合连接，第二滑块55与气门杆322的下端配合连接，具体是与滑座326相抵接。在活塞30运动至位于预定位置范围内时，通过凸轮体61对第一滑块54施加作用力，进而通过油液53推动第二滑块55，从而主动开启气门盖321以进行换气。

具体的，上述结构中，以不可压缩油液53、第一滑块54和第二滑块55所形成的类似刚性杆的结构形式，实现在特定位置处第二滑块55的伸出和退回，即在连杆50周期性转动的特定阶段进行第二滑块55的伸出，使伸出的第二滑块55与滑座326相抵接以开启换气气门32，从而打开换气通道31实现换气。

虽然本实用新型以具体实施例揭露如上，但这些具体实施例并非用以限定本实用新型实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的发明范围内，当可作些许的变化/修改，即凡是依照本实用新型所做的同等变化/修改，应为本实用新型的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种二冲程发动机，其特征在于：包括缸体、曲轴箱和活塞；

所述活塞滑动设置在所述缸体内，并在所述缸体的上侧形成燃烧室；所述缸体的顶部设有与所述燃烧室连通的排气通道以及用于启闭所述排气通道的排气开关；

所述曲轴箱的外壁设有与所述曲轴箱内部空间连通的进气通道以及用于启闭所述进气通道的进气开关；

所述活塞上设有分别与所述曲轴箱内部空间、所述燃烧室连通的换气通道以及用于启闭所述换气通道的换气气门；

所述活塞通过连杆与所述曲轴箱内的曲轴连接；所述曲轴上设有凸轮体，所述连杆上设有分别与所述凸轮体、所述换气气门配合连接的传动机构，以在所述凸轮体的驱动下周期性的启闭所述换气气门。

2.如权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于：所述换气气门为自复位式结构，其包括气门盖、气门杆和弹簧；所述弹簧套装在所述气门杆上；所述气门盖设置在所述气门杆的上端并位于所述活塞靠近所述燃烧室的一侧，所述气门杆的下端与所述传动机构相连接。

3.如权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于：所述传动机构包括沿所述连杆的长度方向设置的滑动推杆，所述滑动推杆的下端与所述凸轮体配合连接，所述滑动推杆的上端与所述气门杆的下端配合连接。

4.如权利要求3所述的二冲程发动机，其特征在于：所述连杆上设有与所述滑动推杆相适配的滑槽/轨。

5.如权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于：所述传动机构包括第一滑块、第二滑块和沿所述连杆的长度方向设置的容置槽；

所述容置槽内注入有不可压缩的油液；

所述容置槽的上下两端形成第一开口和第二开口；所述第一滑块设置在所述第一开口处并封堵所述第一开口，所述第二滑块设置在所述第二开口处并封堵所述第二开口；

所述第一滑块与所述凸轮体配合连接，所述第二滑块与所述气门杆的下端配合连接。

6.如权利要求5所述的二冲程发动机，其特征在于：所述第一滑块和所述第二滑块为活塞式滑块。

7.如权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于：所述气门杆的下端设有滑座，所述活塞上设有用于对所述滑座和/或所述气门杆进行滑动导向的导向部。

8.如权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于：所述换气通道位于所述活塞的中部。

9.如权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于：所述燃烧室的顶部安装有火花塞和高压喷油嘴。

10.一种动力工具，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的二冲程发动机。