CN114483354B

CN114483354B - 用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置及方法

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Publication number: CN114483354B
Application number: CN202111622730.1A
Authority: CN
Inventors: 韩志强; 杨强; 刘杰; 吴学舜; 田维
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: CN114483354A

Abstract

本发明公开了一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置及方法，二冲程发动机包括曲轴箱及与曲轴箱连通的燃烧室，曲轴箱与燃烧室之间设有活塞，在燃烧室侧壁上设有扫气道及排气口，扫气道将燃烧室与曲轴箱连通，在曲轴箱侧壁上设有进气孔；辅助装置包括与二冲程发动机燃烧室连通的供油系统及设置于曲轴上的润滑油道；通过喷油器将燃油在排气过程中直接喷入燃烧室内，减少了混合气从排气口直接流走的数量，能够有效提升燃油利用率，减少燃油损耗；同时一方面提高了润滑能力和润滑效率，另一方面，因为采用的是燃油润滑，因此不会发生烧机油现象也就不会有更多的积碳产生，独立的润滑系统可以减少发动机的曲轴箱存油现象。

Description

用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置及方法

技术领域

本发明涉及活塞式发动机领域，具体涉及到一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置及方法。

背景技术

二冲程汽油机因为其结构设计简单，技术成熟、成本较低，以及较高的功率重量比指标，同时该类型发动机可安置在任何方位上运转，大大增加发动机的灵活性和安全性，这使得二冲程汽油机在航空、农业等诸多领域有着独特的优势。但是一方面，由于二冲程发动机的结构原因，其没有单独的进气行程，因此其油气混合时间相比于四冲程短很多，由此造成了二冲程发动机的混合气形成相对困难，进而导致混合气品质低，最终导致发动机整机的油耗偏高，容易生成积碳。另一方面经曲轴箱扫气的混合气存在大量短路的现象，造成燃油损失。

另外目前二冲程发动机都存在一个共同的问题，那就是零部件润滑较差尤其是活塞部分。传统的润滑方式有两种，一种是混合润滑，即将燃油和机油混合，通过燃油供给系统直接进入曲轴箱、气缸中，该方式的缺点是润滑油利用不充分，大部分与燃油一起燃烧掉了，即不经济而且气缸容易产生积碳；另一种是分离润滑，采用独立机油泵为各部件提供机油，但该方法不能有目的性的将机油输送到各个需要润滑的部位，因此机油利用率也不高。

因此需要一种能够有效提高二冲程发动机燃油雾化能力、提升油气混合气体品质，同时又不会出现积碳、混合燃油气浪费的二冲程发动机。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置及方法，存在如下问题：

1、现有的二冲程发动机存在由于油气混合时间短导致混合气品质低，容易产生积碳的问题；

2、由于混合气存在大量气体短路现象即在排气过程中，部分由曲轴箱进入燃烧室内的燃油及空气的混合气体从排气口中被排出燃烧室，造成燃油损失的问题；

3、现有的二冲程发动机存在燃油和机油混合通过燃油供给系统进入发动机中导致大部分机油随燃油一同燃烧，产生浪费及积碳，以及机油利用率不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，所述二冲程发动机包括曲轴箱及与曲轴箱连通的燃烧室，燃烧室内设有火花塞孔，所述曲轴箱与燃烧室之间设有通过曲轴带动，并作往复运动的活塞，在所述燃烧室侧壁上设有扫气道及排气口，所述扫气道将燃烧室与曲轴箱连通，在所述曲轴箱侧壁上设有进气孔；所述辅助装置包括与二冲程发动机燃烧室连通的供油系统及设置于曲轴上的润滑油道；

所述供油系统包括固定于燃烧室外壁扫气道处的喷油器，扫气道侧壁开有供喷油器喷出的燃油穿过的小孔，燃油经过小孔从扫气道内穿过扫气口中心处；所述排气口设置于扫气口的活塞上行方向一侧；还包括与油箱连通主油管，所述主油管分为三根分支油管，其中两根分支油管与所述喷油器连接，并在分支油管上设有压力阀；另一根分支油管与设置于曲轴上的主燃油加注孔连接；还包括与所述喷油器电连接的电控单元；

所述润滑油道包括设置于曲轴的前端轴线端面上的主燃油加注孔，所述主燃油加注孔与曲轴内部的燃油加注孔道连通，所述燃油加注孔道从前端轴线处依次经过第一曲柄臂、第一连杆轴颈、中曲柄、第二连杆轴颈后进入第二曲柄臂，并从第二曲柄臂远离第二连杆轴颈一端通向外部；所述燃油加注孔道在第一曲柄臂中靠近第一连杆轴颈一端向外延伸有通向外部的第一油道，在第一连杆轴颈远离转动轴线一侧设有与第一油道平行的第二油道，所述第二油道与外部连通；燃油加注孔道位于中曲柄中的部分向两端延伸有与外部连通的第三油道，在第二连杆轴颈的远离转动轴线一侧设有与第三油道平行的第四油道，所述第四油道与外部连通。

特别的，扫气道设有若干个，并在燃烧室侧壁上沿圆周方向均匀布置，喷油器位于其中任一扫气道处。

特别的，所述第一油道、第二油道、第三油道及第四油道的孔径小于燃油加注孔道的孔径。

特别的，在所述第一连杆轴颈及第二连杆轴颈上靠近转动轴线一侧均设有辅助油道，所述辅助油道将第一连杆轴颈及第二连杆轴颈内的燃油加注孔道与外部连通。特别的，排气口与扫气口在活塞上行方向的距离对应的曲轴圆心角为20°CA～30°CA。

上述一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置的工作方法，包括如下步骤：

S1、喷油器进行一次喷油少量燃油用于润滑活塞壁；

S2、喷油器进行二次喷油以加入用于燃烧的燃油；

在步骤S1中，一次喷油的喷油量为总喷油量的2%～5%。

更进一步的，在步骤S1中，一次喷油的喷油时机为排气口开启后的0°CA～5°CA。

更进一步的，在步骤S2中，二次喷油的喷油时机为扫气口全开后的0°CA～10°CA。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：通过喷油器将燃油在排气过程中直接喷入燃烧室内，减少了混合气从排气口直接流走的数量，能够有效提升燃油利用率，减少燃油损耗；同时一方面提高了润滑能力和润滑效率，另一方面，因为采用的是燃油润滑，因此不会发生烧机油现象也就不会有更多的积碳产生，独立的润滑系统可以减少发动机的曲轴箱存油现象。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为图1中A处放大结构示意图。

图3为本发明润滑油道结果示意图。

图4为润滑油道中润滑燃油走向示意图。

图5为曲轴使用状态示意图。

图6为本发明喷油时刻时序图。

图7为油箱与喷油器及曲轴连接关系示意图。

图中各标号的释义为：燃烧室—1；火花塞孔—11；活塞—12；扫气道—2；扫气口—21；排气口—3；喷油器—4；喷油口—41；曲轴—5；主燃油加注孔—51；前端—52；燃油加注孔道—53；第一曲柄臂—54；第一油道—541；第一连杆轴颈—55；第二油道—551；中曲柄—56；第三油道—561；第二连杆轴颈—57；第四油道—571；第二曲柄臂—58；辅助油道—59。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以便对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解。

如图1～图2所示，一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，所述二冲程发动机包括曲轴箱及与曲轴箱连通的燃烧室1，燃烧室内设有火花塞孔11，所述曲轴箱与燃烧室1之间设有通过曲轴带动，并作往复运动的活塞12，在所述燃烧室1侧壁上设有扫气道2及排气口3，所述扫气道2将燃烧室1与曲轴箱连通，在所述曲轴箱侧壁上设有进气孔；所述辅助装置包括与二冲程发动机燃烧室1连通的供油系统及设置于曲轴5上的润滑油道；

所述供油系统包括固定于燃烧室1外壁扫气道2处的喷油器4，扫气道2侧壁开有供喷油器4喷出的燃油穿过的小孔，燃油经过小孔从扫气道2内穿过扫气口21中心处；所述排气口3设置于扫气口21的活塞上行方向一侧；还包括与油箱连通的主油管，所述主油管分为三根分支油管，其中两根分支油管与所述喷油器4连接，并在分支油管上设有压力阀；另一根分支油管与设置于曲轴5上的主燃油加注孔51连接；如图3、图4及图5所示，所述润滑油道包括设置于曲轴5的前端52轴线端面上的主燃油加注孔51，所述主燃油加注孔51与曲轴5内部的燃油加注孔道53连通，所述燃油加注孔道53从前端52轴线处依次经过第一曲柄臂54、第一连杆轴颈55、中曲柄56、第二连杆轴颈57后进入第二曲柄臂58，并从第二曲柄臂58远离第二连杆轴颈57一端通向外部；所述燃油加注孔道53在第一曲柄臂54中靠近第一连杆轴颈55一端向外延伸有通向外部的第一油道541，在第一连杆轴颈55远离转动轴线一侧设有与第一油道541平行的第二油道551，所述第二油道551与外部连通；燃油加注孔道53位于中曲柄56中的部分向两端延伸有与外部连通的第三油道561，在第二连杆轴颈57的远离转动轴线一侧设有与第三油道561平行的第四油道571，所述第四油道571与外部连通。

在本发明中，润滑是采用燃油润滑的，润滑用的燃油从主燃油加注孔51进入曲轴5内，并在燃油加注孔道53内行进，依次经过第一油道541、第二油道551、第三油道561及第四油道571后进入到第二曲柄臂58内，一部分在曲轴5旋转过程中，受离心力作用，从第一油道541、第二油道551、第三油道561及第四油道571内被甩到需要润滑的部位及用于轴承润滑，另一部分与进入曲轴箱内的空气混合，作为燃油补充进入燃烧室内。润滑油道的结构在实际使用过程中能够利用曲轴5旋转的离心力将油道中的燃油甩到各个需要润滑的部位，在满足曲轴5强度和轴承润滑的前提下，一方面提高了润滑能力和润滑效率，另一方面，因为采用的是燃油润滑，因此不会发生烧机油现象也就不会有更多的积碳产生，独立的润滑系统可以减少发动机的曲轴箱存油现象；同时喷油器4中喷射的燃油从扫气口21中心处穿过扫气口21一方面能够保证燃油不会喷射到扫气道2的侧壁上造成湿壁，另一方面也能够避免当燃油喷射至活塞12侧壁上时不会出现燃油反弹溅射至扫气道2侧壁上的情况。

作为一个优选的实施例，扫气道2设有若干个，并在燃烧室1侧壁上沿圆周方向均匀布置，喷油器4位于其中任一扫气道2处。

在本实施例中，通过设置多个扫气道2，达到增大空气及与曲轴箱内的润滑燃油与空气的混合气体进入燃烧室1内的气体容量，增大转化效率及输出功率的目的。

作为一个优选的实施例，所述第一油道541、第二油道551、第三油道561及第四油道571的孔径小于燃油加注孔道53的孔径。

在实际转动过程中，润滑油量由发动机转速决定，发动机转速越高，离心力越大，消耗的润滑油越多，进入曲轴的润滑油越多。通过缩小第一油道541、第二油道551、第三油道561及第四油道571的孔径配合曲轴5转速起到控制润滑用燃油的流量的作用，避免润滑用燃油在曲轴5转动过程中被大量甩出造成曲轴箱存油的现象。

作为一个优选的实施例，在所述第一连杆轴颈55及第二连杆轴颈57上靠近转动轴线一侧均设有辅助油道59，所述辅助油道59将第一连杆轴颈55及第二连杆轴颈57内的燃油加注孔道53与外部连通。在本实施例中，设置辅助油道59的作用在于在曲轴5转动过程中，通过辅助油道59配合第二油道551及第四油道571对套设于第一连杆轴颈55及第二连杆轴颈57上的轴承进行足够的润滑，起到辅助润滑的目的。

作为一个优选的实施例，排气口3与扫气口21在活塞12上行方向的距离对应的曲轴5圆心角为20°CA～30°CA。

在本发明的工作过程中，结合后续流程，以活塞12从上行止点作为运动起点，需要活塞12下行依次经过排气口3后再经过扫气口21，因此在活塞12的上行方向上需要存在一段距离差。

上述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置的工作方法，包括如下步骤：

S1、喷油器进行一次喷油少量燃油用于润滑活塞壁；

S2、喷油器进行二次喷油以加入用于燃烧的燃油；

在步骤S1中，一次喷油的喷油量为总喷油量的2%～5%。

作为一个更进一步的实施例，在步骤S1中，一次喷油的喷油时机为排气口开启后的0°CA～5°CA。

作为一个更进一步的实施例，在步骤S2中，二次喷油的喷油时机为扫气口全开后的0°CA～10°CA。

如图6～图7所示，在本发明的方法中，喷油器4会进行两次喷射，分别为一喷及二喷，，一喷用于润滑活塞壁，二喷用于燃烧室1内燃烧，一喷在排气口3开启后0°CA～5°CA开始喷油，此时活塞12完全遮挡住扫气口21，一喷的燃油能够完全喷射在活塞壁上，因只需润滑活塞壁，所需油量较小，因此所述一喷喷油量为所述二喷喷油量的2%～5%。二喷在扫气口21全开后0°CA～10°CA开始喷油，二喷燃油能直接喷入燃烧室1内配合曲轴箱进入燃烧室1内的混合气体，用于火花塞孔11内的火花塞点燃后的燃烧，二喷喷油量由依据实际情况决定。同时一喷及二喷的控制由与喷油器4电连接的电控元件控制。此处的电控元件为成熟的现有技术，因此其电路连接关系及控制流程在此处不做赘述。

本方法既能够润滑活塞，降低活塞温度，增加活塞寿命，也能够缩短燃料混合时间，提高燃油利用率。通过直接向发动机扫气道2内喷射燃料，一方面可以利用发动机燃烧室1缸体的温度加热燃料，促进燃料的混合，润滑活塞壁，同时通过两缸喷油的独立控制，减少缸间差异，提升发动机的工作性能，提高发动机的冷启动性能和改善发动机低温环境条件下的工作性能；另一方面，通过采用此喷油装置及喷油方法，很少或没有燃油流入曲轴箱，且在排气过程中，从气缸流失的大部分新鲜充量最好时仅仅是空气，最差时也只是很稀薄的混合气。从而达到减少燃油的短路损失，提高燃油利用率的目的，相较于现有的二冲程发动机来说具有较大的技术进步，能够取得极大的经济效益。

本发明描述中出现的“连接”、“固定”，可以是固定连接、加工成型、焊接，也可以机械连接，具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明描述中，出现的术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系仅为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有的特定的方位，因此并不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所描述的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，所述二冲程发动机包括曲轴箱及与曲轴箱连通的燃烧室（1），燃烧室内设有火花塞孔（11），所述曲轴箱与燃烧室（1）之间设有通过曲轴带动，并作往复运动的活塞（12），在所述燃烧室（1）侧壁上设有扫气道（2）及排气口（3），所述扫气道（2）将燃烧室（1）与曲轴箱连通，在所述曲轴箱侧壁上设有进气孔；其特征在于，所述辅助装置包括与二冲程发动机燃烧室（1）连通的供油系统及设置于曲轴（5）上的润滑油道；

所述供油系统包括固定于燃烧室（1）外壁扫气道（2）处的喷油器（4），扫气道（2）侧壁开有供喷油器（4）喷出的燃油穿过的小孔，燃油经过小孔从扫气道（2）内穿过扫气口（21）中心处；所述排气口（3）设置于扫气口（21）的活塞上行方向一侧；还包括与油箱连通的主油管，所述主油管分为三根分支油管，其中两根分支油管与所述喷油器（4）连接，并在分支油管上设有压力阀；另一根分支油管与设置于曲轴（5）上的主燃油加注孔（51）连接；所述润滑油道包括设置于曲轴（5）的前端（52）轴线端面上的主燃油加注孔（51），所述主燃油加注孔（51）与曲轴（5）内部的燃油加注孔道（53）连通，所述燃油加注孔道（53）从前端（52）轴线处依次经过第一曲柄臂（54）、第一连杆轴颈（55）、中曲柄（56）、第二连杆轴颈（57）后进入第二曲柄臂（58），并从第二曲柄臂（58）远离第二连杆轴颈（57）一端通向外部；所述燃油加注孔道（53）在第一曲柄臂（54）中靠近第一连杆轴颈（55）一端向外延伸有通向外部的第一油道（541），在第一连杆轴颈（55）远离转动轴线一侧设有与第一油道（541）平行的第二油道（551），所述第二油道（551）与外部连通；燃油加注孔道（53）位于中曲柄（56）中的部分向两端延伸有与外部连通的第三油道（561），在第二连杆轴颈（57）的远离转动轴线一侧设有与第三油道（561）平行的第四油道（571），所述第四油道（571）与外部连通；在所述第一连杆轴颈（55）及第二连杆轴颈（57）上靠近转动轴线一侧均设有辅助油道（59），所述辅助油道（59）将第一连杆轴颈（55）及第二连杆轴颈（57）内的燃油加注孔道（53）与外部连通。

2.如权利要求1所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，其特征在于，扫气道（2）设有若干个，并在燃烧室（1）侧壁上沿圆周方向均匀布置，喷油器（4）位于其中任一扫气道（2）处。

3.如权利要求1所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，其特征在于，所述第一油道（541）、第二油道（551）、第三油道（561）及第四油道（571）的孔径小于燃油加注孔道（53）的孔径。

4.如权利要求1所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置，其特征在于，排气口（3）与扫气口（21）在活塞上行方向的距离对应的曲轴圆心角为20°CA～30°CA。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、喷油器进行一次喷油少量燃油用于润滑活塞壁；

S2、喷油器进行二次喷油以加入用于燃烧的燃油；

在步骤S1中，一次喷油的喷油量为总喷油量的2%～5%。

6.如权利要求5所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置的工作方法，其特征在于，在步骤S1中，一次喷油的喷油时机为排气口开启后的0°CA～5°CA。

7.如权利要求5所述的一种用于提高二冲程发动机燃油雾化能力的辅助装置的工作方法，其特征在于，在步骤S2中，二次喷油的喷油时机为扫气口全开后的0°CA～10°CA。