CN220955829U - 双活塞二冲程发动机结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双活塞二冲程发动机结构，属于发动机技术领域。该双活塞二冲程发动机结构包括缸体、曲轴箱和火花塞，还包括：自由活塞，将缸体内腔分隔为上腔体和燃烧室，缸体侧壁设有排气口，排气口与燃烧室连通，排气口的上方设有限位机构，限位机构用于在自由活塞向下运动时防止上腔体与排气口连通，自由活塞上设有阀体；气路系统，包括第一止回阀、导气孔和第二止回阀，导气孔一端与曲轴箱内腔连通，导气孔另一端通过第二止回阀与上腔体连通。本实用新型的双活塞二冲程发动机结构，能够保持发动机排气和扫气过程的同时发生但独立进行，达到排气彻底、进气充分的目的，增加了发动机动力输出、燃油经济性和使用寿命。

Description

双活塞二冲程发动机结构

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，具体涉及一种双活塞二冲程发动机结构。

背景技术

二冲程发动机是指在两个冲程(发动机活塞在缸体内由下止点运动到上止点，或者由上止点运动到下止点，即发动机曲轴转动半圈，为一个冲程)内完成一次做功循环的活塞式发动机。该类发动机在活塞由下止点运动到上止点的第一冲程中，同时完成缸内压缩和曲轴箱进气过程；在活塞由上止点运动到下止点的第二冲程中，首先同时完成做功和曲轴箱混合气预压，当活塞接近下止点时，同时完成排气和缸内进气(扫气)，至此完成一次做功循环。与四冲程发动机相比，二冲程发动机在两个冲程，即发动机曲轴转动一圈，即可完成一次做功，对于相同排量的发动机，理论上二冲程发动机的功率可达到四冲程发动机功率的两倍。

现有常见的二冲程发动机结构，一般包括缸体、曲轴箱、曲柄连杆机构、火花塞和供气装置，缸体外壁设有多个散热片，缸体侧壁设有排气口，火花塞设于缸体内腔内，供气装置以及排气口均与缸体内腔连通，曲轴箱设于缸体内腔一侧，曲柄连杆机构设于曲轴箱内，曲柄连杆机构的主活塞滑动连接于缸体内腔内。为简化配气机构，发动机的排气口和扫气口(进气口)由活塞运动控制开闭，仅当活塞下行运动至下止点附近时，排气口和扫气口才先后或同时打开，活塞处于其他位置时，活塞壁均阻挡排气和扫气口，使其关闭。为使排气与缸内进气能够同步发生，二冲程发动机的排气口和扫气口相对设置于接近活塞下止点的缸体两侧。当活塞下行至下止点附近、排气口和扫气口打开时，一方面缸内余压使废气自行排出；另一方面，预压后的曲轴箱可燃气沿一定射入角度冲入缸体内腔进行进气，迫使缸内内腔中的废气从缸体顶部向排气口方向快速排出，从而完成排气和缸内进气过程。

现有的二冲程发动机在排气和进气过程中，燃烧废气和新鲜可燃混合气体之间并无物理装置的分隔，因此在发动机运转的过程中，不可避免的出现废气排出不彻底和混合气未经燃烧直接排出的问题，由此导致油耗增大和污染物排放增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的问题，提供双活塞二冲程发动机结构，能够保持发动机排气和进气过程的同时发生但独立进行，避免了废气与可燃气体混合的问题，从而达到排气彻底、进气充分的目的，降低了发动机油耗和污染物排放；同时避免了对排气和进气不充分的顾虑，适当增加主活塞行程，可降低发动机平均转速并提高压缩比，增加了动力输出、燃油经济性和使用寿命。

本实用新型提供了双活塞二冲程发动机结构，包括缸体、曲轴箱、曲柄连杆机构和火花塞，其特征在于，还包括：

自由活塞，设于所述缸体内腔，所述自由活塞将缸体内腔分隔为上腔体和燃烧室，所述火花塞设于所述上腔体，上腔体连通有供气装置，所述燃烧室设于自由活塞与发动机曲柄连杆机构的主活塞之间；

阀体，设于自由活塞上，上腔体通过阀体与燃烧室连通；

排气口，设于缸体侧壁，所述排气口与燃烧室连通，排气口能被主活塞封闭；

限位机构，设于燃烧室侧壁并位于排气口的上方，所述限位机构用于在自由活塞向下运动时防止上腔体与排气口连通。

较佳的，所述限位机构包括单向限位楔和弹簧，所述燃烧室内壁位于排气口的上侧设有滑孔，所述单向限位楔滑动连接于所述滑孔内，单向限位楔的上端面用于对自由活塞进行限位，单向限位楔朝向燃烧室一端侧壁为楔形面结构，所述曲柄连杆机构的主活塞能与单向限位楔朝向燃烧室一端抵接并将整个单向限位楔按压进滑孔内，所述弹簧设于滑孔内，弹簧与单向限位楔远离燃烧室一端侧壁抵接。

较佳的，所述滑孔上设有限位隔档，所述限位隔档用于限制单向限位楔防止脱出。

较佳的，所述曲轴箱侧壁设有第一止回阀，所述第一止回阀一端连通有供气装置，第一止回阀另一端与曲轴箱内腔连通，第一止回阀用于从供气装置至曲轴箱内腔单向导通，所述缸体上设有导气孔，所述导气孔的一端与曲轴箱内腔连通，导气孔的另一端连通有第二止回阀，所述第二止回阀与所述上腔体连通，第二止回阀用于从导气孔至上腔体单向导通。

较佳的，所述阀体为止回阀，所述阀体用于从上腔体至燃烧室单向导通，火花塞设于缸体内腔的顶端并与阀体处于一条与自由活塞运动方向平行的直线上。

较佳的，所述自由活塞靠近燃烧室一侧为穹形结构，自由活塞靠近上腔体一侧为平面结构。

较佳的，所述排气口高于主活塞在缸体内腔运动的下止点。

较佳的，所述曲柄连杆机构的主活塞通过活塞环与缸体内壁抵接。

较佳的，所述主活塞通过第一轴瓦与曲柄连杆机构的连杆连接。

较佳的，所述曲柄连杆机构的连杆通过第二轴瓦与曲柄连杆机构的曲轴的飞轮连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的双活塞二冲程发动机结构，能够保持发动机排气和进气过程的同时发生但独立进行，避免了废气与可燃气体混合的问题，达到排气彻底、进气充分的目的，降低了发动机油耗和污染物排放；同时避免了对发动机排气不彻底和进气不充分的顾虑，可以适当增加主活塞行程，降低发动机平均转速并提高压缩比，增加了动力输出、燃油经济性和使用寿命。

本发动机结构的限位机构，能在对自由活塞限位的前提下，保证主活塞能正常与自由活塞底端接触并推动自由活塞向上运动，从而正常压缩上腔体内的预压混合气体。通过设置第一止回阀、第二止回阀和导气孔，能在发动机主活塞运动时，自动控制供气装置对上腔体进行供气和断气，从而提升整个装置进气时间节点的精确性，从而进一步保证进气过程的充分性。将火花塞设于缸体内腔的顶端并与阀体处于一条与自由活塞运动方向平行的直线上，能够使得自由活塞在处于缸体内腔顶部时，火花塞点火部精准的推开阀体伸入燃烧室内。将排气口设置为高于主活塞在缸体内腔运动的下止点，能在发动机排气过程中延长排气时间，从而尽可能将废气全部排出燃烧室，从而进一步提升整个发动机的工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型发动机第一冲程的排气与进气工作状态结构示意图；

图2为本实用新型发动机第一冲程的压缩与进气工作状态结构示意图；

图3为本实用新型发动机第二冲程的做功与预压缩工作状态结构示意图；

图4为本实用新型发动机第二冲程的排气与进气工作状态结构示意图；

图5为本实用新型限位机构的结构示意图。

附图标记说明：

101.缸体，102.曲轴箱，103.火花塞，104.自由活塞，105.上腔体，106.燃烧室，107.限位机构，108.主活塞，109.第一止回阀，110.导气孔，111.第二止回阀，112.阀体，113.排气口，201.限位楔，202.弹簧，203.滑孔，3.散热片，4.活塞环，501.第一轴瓦，502.连杆，601.第二轴瓦，602.曲轴，603.飞轮。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

二冲程发动机在排气和进气过程中，燃烧废气和新鲜可燃混合气之间并无物理装置的分隔，因此不可避免的造成废气排出不彻底和混合气未经燃烧直接排出。参与新一轮做功循环的废气改变了缸内燃气的混合比例，使其偏离了设计工况，将造成汽油燃烧不完全或燃烧压力降低做功不足，由此导致油耗增大和污染物排放增加；而部分混合气未经燃烧直接进入排气管直接造成燃油浪费和油耗升高。随着发动机转速的增加，因排气和进气时间同步缩短，这一问题更为突出，特别是当进入排气管的混合气增加到一定比例时，混合气被高温排气管点燃发生不完全燃烧，从而形成排气管喷火，一方面产生燃油浪费，另一方面造成起火隐患。采用膨胀排气管(回压管)能够促进废气排出并回收部分进入排气管的混合气，但不能从根本上解决废气和混合气相互扩散的问题。

如图1-4所示，本实用新型提供的双活塞二冲程发动机结构，包括缸体101、曲轴箱102、曲柄连杆机构和火花塞103，其特征在于，还包括：自由活塞104、阀体112、排气口113和限位机构107。自由活塞104设于所述缸体101内腔，所述自由活塞104将缸体101内腔分隔为上腔体105和燃烧室106，所述火花塞103设于所述上腔体105，上腔体105连通有供气装置，所述燃烧室106设于自由活塞104与发动机曲柄连杆机构的主活塞108之间；阀体112设于自由活塞104上，上腔体105通过阀体112与燃烧室106连通；排气口113设于缸体101侧壁，所述排气口113与燃烧室106连通，排气口113能被主活塞108封闭；限位机构107设于燃烧室侧壁并位于排气口113的上方，所述限位机构107用于在自由活塞104向下运动时防止上腔体105与排气口113连通。

现简述实施例1的工作原理：

第一冲程：主活塞108越过下止点向上运动时，第一冲程：主活塞108越过下止点向上运动时，此时阀体112(可以是电磁阀或行程阀处于关闭状态)，燃烧室106内的废气与上腔体105内新鲜的混合气体相互隔离，主活塞108在上移过程中挤压燃烧室106内的废气，从而将燃烧室106内的废气从排气口113排出缸体101内腔。当主活塞108运动到自由活塞104底部时，燃烧室106内的废气被挤压干净，使得排气更彻底，此时，排气口113被主活塞108封闭，限位机构107被主活塞108挤压收缩，排气过程结束。主活塞108推动自由活塞104继续上行，压缩过程开始，自由活塞104挤压上腔体105内的预压混合气体，直至自由活塞104上的阀体112与设于缸体101内腔顶部的火花塞103接触时，控制阀体112打开，上腔体105内的高压混合气体通过阀体112进入燃烧室106，火花塞103的点火部也穿过阀体112伸入燃烧室106内，压缩过程结束。

第二冲程：火花塞103点火，燃烧室106内的混合气燃烧膨胀，自由活塞104被燃烧室106内的气压抵在缸体101内腔顶部，主活塞108在气压的作用下下行做功，主活塞108下行至排气口113与燃烧室106连通时，限位机构107自动弹出，燃烧室106内废气排出后气压迅速降低，阀体112关闭，供气装置向上腔体105内通进预压混合气体，上腔体105内气压增大，气压推动自由活塞104向下运动，燃烧室106通过排气口113与大气连通，发动机排气和进气过程相互独立，混合气体不会与废气向混合，使得进气过程更加充分。当自由活塞104运动至限位机构107处时，在限位机构107的限位作用下，能防止上腔体105与排气口113连通，从而防止上腔体105内混合气体通过排气口113排出。

由于排气口113设置在尽可能靠近曲柄连杆502机构的曲轴602一端，且避免了对发动机排气不彻底和进气不充分的顾虑，可以适当增加曲轴602的曲柄长度以及连杆502长度，使得主活塞108拥有更大的行程，从而能够可降低发动机平均转速并提高发动机的压缩比，从而增加曲轴602能输出的功率和燃油经济性并降低曲轴602的磨损增加发动机的使用寿命。

本实用新型的双活塞二冲程发动机结构，能够保持发动机排气和进气过程的同时发生但独立进行，避免了废气与可燃气体混合的问题，达到排气彻底、进气充分的目的，降低了发动机油耗和污染物排放；同时避免了对发动机排气不彻底和进气不充分的顾虑，可以适当增加主活塞108行程，降低发动机平均转速并提高压缩比，增加了动力输出、燃油经济性和使用寿命。

在上述实施例的基础上，为了能使限位机构107对自由活塞104限位的前提下，保证主活塞108能正常与自由活塞104底端接触并推动自由活塞104向上运动，以压缩上腔体105内的预压混合气体。

如图1-5所示，其中，所述限位机构107包括单向限位楔201和弹簧202，所述燃烧室106内壁位于排气口113的上侧设有滑孔203，所述单向限位楔201滑动连接于所述滑孔203内，单向限位楔201的上端面用于对自由活塞104进行限位，单向限位楔201朝向燃烧室106一端侧壁为楔形面结构，所述曲柄连杆机构的主活塞108能与单向限位楔201朝向燃烧室106一端抵接并将整个单向限位楔201按压进滑孔203内，所述弹簧设于滑孔203内，弹簧202与单向限位楔201远离燃烧室106一端侧壁抵接。

在第一冲程过程中，当主活塞108和限位机构107的单向限位楔201脱离接触时，单向限位楔201在弹簧202弹性力的作用下弹出。自由活塞104在上腔体105内预压混合气体气压的作用下与单向限位楔201的上端面抵接，在单向限位楔201上端面的限位作用下固定于排气口上方。在第二冲程过程中：主活塞108推动自由活塞104继续上行时，主活塞108与单向限位阀朝向燃烧室106一端侧壁抵接，从而将单向限位楔201抵入滑孔203内，滑孔203内的弹簧202压缩，从而保证主活塞108能正常与自由活塞104底端接触并推动自由活塞104向上运动，从而正常压缩上腔体105内的预压混合气体。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述滑孔203上设有限位隔档，所述限位隔档用于限制单向限位楔201防止脱出。通过设置限位隔档，能防止单向限位楔201从滑孔203内脱出，从而保证限位机构能够正常运行。

作为一种优选方案，如图1所示，其中，所述曲轴箱102侧壁设有第一止回阀109，所述第一止回阀109一端连通有供气装置，第一止回阀109另一端与曲轴箱102内腔连通，曲轴箱102内腔与缸体101内腔位于主活塞108下方一端连通，第一止回阀109用于从供气装置至曲轴箱102内腔单向导通，所述缸体101上设有导气孔110，所述导气孔110的一端与曲轴箱102内腔连通，导气孔110的另一端连通有第二止回阀111，所述第二止回阀111与所述上腔体105连通，第二止回阀111用于从导气孔110至上腔体105单向导通。在第一冲程主活塞108越过下止点向上运动时，缸体101内腔位于主活塞108下方一端体积增加，由于曲轴箱102内腔与缸体101内腔位于主活塞108下方一端连通，且由于第二止回阀111的单向导通作用，导气孔110与上腔体105的连通被阻断，因此，曲轴箱102内气压减小，第一止回阀109因气压作用自动打开，混合气体通过第一止回阀109被吸入曲轴箱102内腔内，与此同时，由于导气孔110与上腔体105的连通被阻断，主活塞108推动自由活塞104对上腔体105内的混合气体进行压缩；在第二冲程主活塞108越过上止点向下运动时，缸体101内腔位于主活塞108下方一端体积减小，曲轴箱102内腔内的混合气体被主活塞108挤压，由于第一止回阀109的单向导通作用，曲轴箱102内腔与供气装置之间的连通被阻断，曲轴箱102内腔内的混合气体通过导气孔110和第二止回阀111被挤压进上腔体105中，从而自动完成进气过程。通过设置第一止回阀109、第二止回阀111和导气孔110，能在发动机主活塞108运动时，自动控制供气装置对上腔体105进行供气和断气，从而提升整个装置进气时间节点的精确性，从而进一步保证进气过程的充分性。

作为一种优选方案，如图1所示，其中，所述阀体112为止回阀，所述阀体112用于从上腔体105至燃烧室106单向导通，火花塞103设于缸体101内腔的顶端并与阀体112处于一条与自由活塞104运动方向平行的直线上。将阀体112设置为为止回阀，利用阀体112的单向导通性，只有在自由活塞104向上运动至缸体内腔的最高处时，设置在自由活塞104上的阀体112与火花塞103接触后被火花塞103顶开，上腔体105内的压缩混合气进入燃烧室106，而在自由活塞104上的阀体112未与火花塞103接触时，阀体112处于关闭状态，从而防止燃烧室106内的高温气体逆流进入上腔体105内，保证燃烧室106内的高温气体能正常推动自由活塞104向上运动。并且，可将缸体101上火花塞103安装孔与自由活塞104上阀体112安装孔处于一条与自由活塞104运动方向平行的直线上，能够使得自由活塞104在处于缸体101内腔顶部时，火花塞103点火部精准的推开阀体112伸入燃烧室106内。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述自由活塞104靠近燃烧室106一侧为穹形结构，自由活塞104靠近上腔体105一侧为平面结构。将自由活塞104靠近燃烧室106一侧设为穹形结构，自由活塞104靠近上腔体105一侧设置为平面结构，能够改善自由活塞104的受力结构，能够在保证自由活塞104强度的前提下，减轻自由活塞104的体积和自重。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述排气口113高于主活塞108在缸体101内腔运动的下止点。将排气口113设置为高于主活塞108在缸体101内腔运动的下止点，能在发动机排气过程中延长排气时间，从而尽可能将废气全部排出燃烧室106，从而进一步提升整个发动机的工作可靠性。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述曲柄连杆机构的主活塞108通过活塞环4与缸体101内壁抵接。通过设置活塞环4，能够提升主活塞108和缸体101内壁之间的密封性以及主活塞108的耐磨性，从而进一步提升整个发动机的工作可靠性。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述主活塞108通过第一轴瓦501与曲柄连杆机构的连杆502连接。通过设置第一轴瓦，能够降低主活塞108与曲柄连杆机构的连杆502之间的摩擦力，从而降低主活塞108与连杆502连接处的磨损，从而提升整个发动机的使用寿命。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述曲柄连杆机构的连杆502通过第二轴瓦601与曲柄连杆机构的曲轴602的飞轮603连接。通过设置第二轴瓦601，能够降低曲轴602的飞轮603与连杆502之间的摩擦力，从而降低飞轮603与连杆502之间的磨损，从而提升整个发动机的使用寿命。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.双活塞二冲程发动机结构，包括缸体(101)、曲轴箱(102)、曲柄连杆机构和火花塞(103)，其特征在于，还包括：

自由活塞(104)，设于所述缸体(101)内腔，所述自由活塞(104)将缸体(101)内腔分隔为上腔体(105)和燃烧室(106)，所述火花塞(103)设于所述上腔体(105)，上腔体(105)连通有供气装置，所述燃烧室(106)设于自由活塞(104)与发动机曲柄连杆机构的主活塞(108)之间；

阀体(112)，设于自由活塞(104)上，上腔体(105)通过阀体(112)与燃烧室(106)连通，所述火花塞(103)能穿过阀体(112)伸入燃烧室(106)；

排气口(113)，设于缸体(101)侧壁，所述排气口(113)与燃烧室(106)连通，排气口(113)能被主活塞(108)封闭；

限位机构(107)，设于燃烧室侧壁并位于排气口(113)的上方，所述限位机构(107)用于在自由活塞(104)向下运动时防止上腔体(105)与排气口(113)连通。

2.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述限位机构(107)包括单向限位楔(201)和弹簧(202)，所述燃烧室(106)内壁位于排气口(113)的上侧设有滑孔(203)，所述单向限位楔(201)滑动连接于所述滑孔(203)内，单向限位楔(201)的上端面用于对自由活塞(104)进行限位，单向限位楔(201)朝向燃烧室(106)一端侧壁为楔形面结构，所述曲柄连杆机构的主活塞(108)能与单向限位楔(201)朝向燃烧室(106)一端抵接并将整个单向限位楔(201)按压进滑孔(203)内，所述弹簧设于滑孔(203)内，弹簧(202)与单向限位楔(201)远离燃烧室(106)一端侧壁抵接。

3.如权利要求2所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述滑孔(203)上设有限位隔档，所述限位隔档用于限制单向限位楔(201)防止脱出。

4.如权利要求2所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述曲轴箱(102)侧壁设有第一止回阀(109)，所述第一止回阀(109)一端连通有供气装置，第一止回阀(109)另一端与曲轴箱(102)内腔连通，曲轴箱(102)内腔与缸体(101)内腔位于主活塞(108)下方一端连通，第一止回阀(109)用于从供气装置至曲轴箱(102)内腔单向导通，所述缸体(101)上设有导气孔(110)，所述导气孔(110)的一端与曲轴箱(102)内腔连通，导气孔(110)的另一端连通有第二止回阀(111)，所述第二止回阀(111)与所述上腔体(105)连通，第二止回阀(111)用于从导气孔(110)至上腔体(105)单向导通。

5.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述阀体(112)为止回阀，所述阀体(112)用于从上腔体(105)至燃烧室(106)单向导通，火花塞(103)设于缸体(101)内腔的顶端并与阀体(112)处于一条与自由活塞(104)运动方向平行的直线上。

6.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述自由活塞(104)靠近燃烧室(106)一侧为穹形结构，自由活塞(104)靠近上腔体(105)一侧为平面结构。

7.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述排气口(113)高于主活塞(108)在缸体(101)内腔运动的下止点。

8.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述曲柄连杆机构的主活塞(108)通过活塞环(4)与缸体(101)内壁抵接。

9.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述主活塞(108)通过第一轴瓦(501)与曲柄连杆机构的连杆(502)连接。

10.如权利要求1所述的双活塞二冲程发动机结构，其特征在于，所述曲柄连杆机构的连杆(502)通过第二轴瓦(601)与曲柄连杆机构的曲轴(602)的飞轮(603)连接。