CN2893185Y - 一种二冲程直流扫气点燃式内燃机 - Google Patents

Abstract

一种二冲程直流扫气点燃式内燃机，旨在降低缸盖气门热负荷，减少扫气损失燃油、能燃烧稀混合气、润滑不受安装位置限制并可减少所用贵金属催化剂。方案要点是缸盖上有扫气道气门，排气口在气缸下部，排气口后设圆筒形旋转阀，阀前阀内有涂催化剂栅板。气门偏于气缸一侧时，缸盖及活塞一部为斜面，活塞另一部为凹腔。气门及燃烧室在气缸中心时，活塞为平顶，扫气道为螺旋形。当曲轴箱作扫气泵且燃料为燃油加润滑油时，空气滤清器后设纯空气道及其阀，扫气道设空气簧片阀及调节阀，配气机构由润滑油雾润滑。当专设扫气泵及燃油喷射时，不设前述各阀及纯空气道，结构上将压力润滑油通到配气机构。本机作车用及通用机械动力。

Description

一种二冲程直流扫气点燃式内燃机

所属技术领域

本实用新型是关于一种二冲程直流扫气点燃式内燃机。尤其是扫气道在气缸盖的二冲程直流扫气点燃式内燃机。

背景技术

目前公知的二冲程点燃式内燃机多采用回流扫气方式，见图1。由于气缸内清扫程度较差，残留废气多及新气短路等原因，其燃油耗及尾气排放等指标较差。如采用直流扫气方式，由气缸下部进入新气，废气由缸盖排气门排出，如图2，则缸内清扫较干净，新气短路少，已在柴油机亦即压燃式内燃机中应用。此方式仍有不足之处，与同排量四冲程内燃机相比，在转速相同时，缸盖及气门热负荷更高，用于点燃式内燃机时，在缸盖及排气门处易形成热点，引起爆燃、炽热点火、活塞烧顶、排气门断头、气缸变形造成拉缸等事故。

也已公知，若在点燃式内燃机气缸内形成回转气流(气流回转轴垂直于气缸轴线者为滚流，气流绕气缸轴线者为旋流)，并在压缩终了仍保持回转运动及挤气流，涡流及紊流，则加速了点火后火焰传播速度及燃烧，有利于使用稀混合气，避免使用稀混合气带来的燃烧慢，排气温度高、各循环间在缸内压力变动大等不利因素，从而降低燃油耗及排放。

也已公知，为减少二冲程点燃式回流扫气内燃机扫气时因短路而损失的新鲜混合气，已出现一种扫气方式即“空气头扫气”，亦即使纯空气进入扫气道内，而新鲜混合气进入曲轴箱，扫气时，纯空气首先进入气缸清扫废气，并有一部分随废气排出，随后新鲜混合气才进入气缸，这就减少了扫气时损失的新鲜混合气，降低燃油耗及排放的HC。现有的大多数回流扫气二冲程点燃式内燃机不能采用“空气头扫气”，因如图3所示，活塞在上死点时，活塞裙部下边缘将扫气口露出，因此扫气道内不能保证存在纯空气。

当配气机构采用压力润滑时，需考虑润滑油向曲轴箱回油，因此内燃机安装位置(如立式、斜置、卧式或立轴等)不能任意选用，以免影响发动机润滑。

为满足尾气排放标准，需要尾气催化器，多位于消声器内，采用贵金属催化剂，在我国属于紧缺资源，需考虑减少贵金属用量。

发明内容

为了克服现有结构的二冲程点燃式(指回流扫气及气缸下部进气的直流扫气)内燃机的缸盖、气门热负荷高，且难以用空气头扫气来减少扫气时短路损失的新鲜混合气，为了在缸内形成促进稀混合气正常燃烧的回转气流，为了内燃机安装位置不受限制，也为了减少尾气催化器使用的贵金属催化剂，本实用新型是通过下述技术方案实现的(结合图4及图9说明)：

将扫气气门及一部分扫气道设在气缸盖上，而排气口设在气缸下部，则排气不经过气缸盖，缸盖受热较轻，热负荷不高。

如图4所示，使气门偏于气缸一侧，缸盖及活塞一部分为斜面，活塞另一部分为凹腔，形成燃烧室，扫气时，气缸内可形成回转气流亦即滚流。压缩终了活塞顶的斜面产生挤气流，加强了空腔内涡流、紊流，加速了火焰传播及燃烧，有利于使用稀混合气。

在排气口后设圆筒形旋转阀，阀前及阀内设有金属栅板，板上涂有能在高温下起氧化作用的催化剂，如Ni、Cr、Co、Cu等金属氧化物。由于阀紧靠排气口，阀温度接近排气温度(约600℃左右)，适合于非贵金属催化剂起催化作用的温度，故排气进入消声器内的催化器之前已得到一定程度净化，从而减少催化器的负担，也减少了其质量、体积及贵金属用量。

当用曲轴箱扫气亦即曲轴箱作为扫气泵，且燃料为燃油加润滑油时，在空气滤清器之后设纯空气道及其阀(即图4中纯空气控制阀)，在缸盖扫气道上另设空气阀(即图4中的空气簧片阀)，在缸盖扫气道气门前设调节阀。就可使扫气前纯空气进入扫气道，扫气时，纯空气首先进入气缸清扫废气，随后新鲜混合气才进入气缸，从而实现“空气头扫气”。

在本方案结构上，新鲜混合气在途中扫过凸轮摇臂等配气机构，故配气机构处于混合气润滑油油雾润滑之中，此种润滑方式使发动机采用立式、斜置、卧式或立轴都不影响发动机润滑。

由于扫气道较长，且与配气机构摇臂室连通，故增加了曲轴箱余隙容积减少了曲轴箱压缩比，尤其在低负荷时进气量小，扫气压力低，扫气流速低，对扫气效果不利。为此在扫气道内设一调节阀，在低负荷时，调节阀开度小，维持扫气流速不致过低。

如图9所示，当气门及燃烧室在气缸中心时，活塞为平顶，扫气道为螺旋形，燃烧室处于缸盖内。扫气时，汽缸内形成旋流，压缩终了，旋流被挤入缸盖燃烧室内，仍保持回转运动并有挤气流及强紊流，加速了点火后火焰传播速度及燃烧，有利于使用稀混合气。在曲轴箱做扫气泵且燃料为燃油加润滑油时，仍在空气滤清器后设纯空气道及其阀(即图9中纯空气控制阀)，在缸盖扫气道设空气簧片阀，缸盖扫气道设调节阀，同样可实现“空气头扫气”。且在结构上同样使配气机构处于混合气润滑油油雾润滑之中。

本实用新型的有益效果是减少缸盖气门热负荷、增加其工作可靠性，减少扫气时因短路而损失的新鲜混合气，并有助于燃烧稀混合气，从而降低燃油耗及排放。内燃机安装位置可以不受限制，还可减少贵金属催化剂的用量。

附图说明

图1是采用回流扫气方式的二冲程点燃式内燃机扫气示意图。

图2是采用直流扫气方式的二冲程内燃机，新气由气缸下部进入，废气由缸盖气门排出的示意图。

图3是表示由于结构参数的限制，扫气道内保存不了纯空气，难以采用空气头扫气的示意图。

图4是本实用新型第一个实施例方案，是当扫气道在缸内产生滚流时，处于扫气状态的示意图。

图5是第一个实施例中，压缩终了，点火前缸内、扫气道与管路内的气流示意图。

图6是第一个实施例中，大负荷时，扫气道内调节阀位置图。

图7是第一个实施例中，小负荷时，扫气道内调节阀位置图。

图8是扫气道内的调节阀结构形状图。

图9是本实用新型第二个实施例方案，是当扫气道在缸内产生旋流时，处于扫气状态的示意图。

图10是第二个实施例中，压缩终了，点火前缸内、扫气道与管路内的气流示意图。

图11是第二个实施例中，大负荷时，扫气道内调节阀位置图。

图12是第二个实施例中，小负荷时，扫气道内调节阀位置图。

图13是排气口后的旋转阀在常用的中小负荷下，处于小开度位置的示意图。

图14是该旋转阀的俯视剖视图。

图15是该旋转阀的结构形状图。

图中：1.曲轴箱  2.排气口及排气道  3.活塞  4.气缸  5.扫气道及管路6.扫气道内空气簧片阀  7.纯空气道  8.配气机构  9.缸盖及火花塞10.纯空气控制阀  11.空气滤清器  12.化油器  13.进气簧片阀14.调节阀  15.旋转阀

具体实施方式

图4及图9为同一构思的两个方案，图4方案在缸内形成滚流，图9方案在缸内形成旋流，以下结合附图对本实用新型作详细说明。

图4所示为扫气状态，此时阀6及13关闭，曲轴箱内新鲜混合气(含燃油及润滑油油雾)经过扫气道5，扫过配气机构8的凸轮、摇臂及缸盖扫气道进入气缸形成回转气流亦即滚流，而混合气途中，凸轮、摇臂等配气机构就处于混合气中润滑油油雾的润滑之中。

图5所示为活塞上行到压缩终了，点火前状态。此时扫气道气门已关闭，回转气流被挤到活塞顶空腔内，仍保持回转或分散为几个小涡流。而活塞顶斜面产生挤气流也加强了空腔内涡流及紊流，从而加速了点火后火焰传播速度及燃烧。此外，在活塞上行时，曲轴箱产生负压，新鲜混合气经进气簧片阀13进入曲轴箱，纯空气经阀10(亦即纯空气控制阀)及纯空气道7与扫气道内空气阀6(亦即空气簧片阀)进入扫气道形成“空气头”，此时扫气道5内为纯空气，而非新鲜混合气。当点火燃烧膨胀作功，活塞下行打开排气口排出废气，然后缸盖气门打开，扫气道内纯空气首先进入气缸清扫废气，并有一部分随废气排出，随后新鲜混合气才进入气缸，减少了扫气时损失的新鲜混合气。当缸盖只设一个扫气道及气门时，扫气道气门前的调节阀14在大负荷时位置如图6，小负荷时位置如图7，阀的特定形状如图8。其特点和优点是：调节阀处于调节范围内任一位置，气流对阀作用力合力总是穿过阀旋转轴，故不会产生转动力矩，因此调节机构对阀的驱动力不需很大，只须克服摩擦力。该阀的形状特征是阀壁及与之配合的气道壁面都是圆弧形，其中心即是阀轴中心。当缸盖设两个扫气道及气门时，在一个扫气道内设蝶型阀，低负荷时关闭一个扫气道来维持扫气流速不过低。

图9方案中，缸盖内为螺旋气道，图中所示为扫气状态，阀6及13关闭，新鲜混合气经扫气道5扫过配气机构进入气缸形成旋流。当活塞上行到压缩终了点火前状态如图10，缸内旋流被挤入缸盖燃烧室内，仍保持回转运动，并有挤气流及强紊流，促进了点火后火焰传播速度及燃烧。新鲜混合气经阀13进入曲轴箱1，纯空气经阀10(亦即纯空气控制阀)、纯空气道7与扫气道内空气阀6(亦即空气簧片阀)进入扫气道，当扫气时先进入气缸。调节阀的特定形状与图8所示相似，大负荷时调节阀14位置如图11，小负荷时阀14的开度较小，如图12。

采用“空气头扫气”的纯空气流量用阀10(亦即纯空气控制阀)控制。在常用的中小负荷下，纯空气流量可以大些，在怠速及接近最大功率工况下，需要浓混合气，故纯空气流量应小或等于零。

排气口处所设圆筒形旋转阀15如图13，在常用的中小负荷下，旋转阀开度小(见图13)，可以增加活塞的有效行程，而且因阀对排气节流，可在扫气时减少新鲜混合气逃逸。在高负荷时，阀开度大，流阻小，故不影响最大功率。

本实用新型发动机也可以不用曲轴箱扫气，而用外部专设的扫气泵。也可不用化油器，而用在扫气道内低压喷射燃油，或在气缸内高压直接喷射燃油。这种情况下，不采用“空气头扫气”，而且扫气道不连通缸盖配气机构，故在结构上配气机构不处于混合气润滑油油雾润滑之中，而由带压力的润滑油供给配气机构，亦即由压力润滑系统润滑。

Claims (2)

1.一种二冲程直流扫气点燃式内燃机由曲轴箱、排气口、活塞、气缸、扫气道及缸盖构成，其特征是在缸盖上有扫气气门及一部分扫气道，而排气口在气缸下部，在排气口后设有圆筒形旋转阀，在阀前及阀内设有金属栅板，栅板上涂有催化剂，气门偏于气缸一侧时，缸盖及活塞的一部分为斜面，活塞的另一部分为凹腔，气门及燃烧室在气缸中心时，活塞为平顶，扫气道为螺旋形，燃烧室处于缸盖内，当曲轴箱作为扫气泵且燃料为燃油加润滑油时，在空气滤清器之后设纯空气道及阀，亦即纯空气控制阀，并在缸盖扫气道上设空气簧片阀，缸盖扫气道的气门前设有调节阀，在结构上，缸盖配气机构处于混合气润滑油油雾润滑之中，当采用专设扫气泵及燃油喷射时，则不设空气滤清器后的纯空气道及其阀，也不设缸盖扫气道上的空气簧片阀及扫气道气门前的调节阀，而在结构上，则有压力润滑油通到配气机构处。

2.按权利要求1所述的内燃机，其特征是在气门前所设的调节阀的阀壁及与之配合的扫气道壁都是圆弧型，圆弧中心都是阀的轴心。