技术领域
[0001] 本实用新型涉及二冲程活塞式发动机的技术领域，具体说是一种具有复合
燃烧室实现分层燃烧的二冲程缸内直喷活塞发动机。
背景技术
[0002] 二冲程
汽油机自出现以来，由于其具有结构简单、升功率高、成本低廉的优点而广泛应用于摩托车、无人机、
舷外机和
割草机等领域。传统的非直喷式二冲程发动机在结构上存在固有
缺陷：换气时
气缸内的废气不易排净，同时一部分可燃混合气会随废气同时排出，从而难以满足动
力性和续航能力的要求。二冲程缸内直喷活塞发动机只利用新鲜空气进行扫气，而将燃油直喷到燃烧室内进行混合燃烧，在不同工况下采用不同的混合气燃烧模式：中高负荷工况下采用均质当量比混合气燃烧模式，以满足发动机负荷要求；在低负荷和
冷启动工况则采用分层稀燃混合气燃烧模式，以提高该工况下的燃油经济性。二冲程发动机的缸内直喷技术领域中以Orbital公司的SEFIS、PIAGGIO公司的ET2机械式二冲程
燃油喷射系统和IFP开发的IAPAC系统为代表。
[0003] 现有的二冲程缸内直喷活塞发动机一般都包括缸体、气缸盖、活塞、
喷油器、
火花塞、进气道、排气道、扫气道和
曲轴箱，其中
气缸体和气缸盖相结合形成气缸，活塞设置在气缸内部并连接曲轴，气缸盖与活塞之间形成燃烧室，喷油器和火花塞的前端插入设置在燃烧室内，进气道与排气道设置在缸体上，扫气道连通气缸与曲
轴箱。通常的气缸盖内形成的燃烧室分为半球形、楔形、盆形等，其中半球形燃烧室的火焰传输距离短但不易形成扫气涡旋，楔形燃烧室的火焰传输距离长爆燃倾向较大，盆形燃烧室的
散热损失大同时爆燃的倾向也较大，
现有技术中传统形状的燃烧室都不易实现分层燃烧。
[0004] 另外现有的二冲程汽油机都具有一个共同的缺点，即零件尤其是活塞部分的润滑较差，传统润滑方式一种是将燃油与机油混合，由
燃油供给系统加注机油，机油直接在燃烧过程中直接烧掉，此种方式的机油消耗量大，发动机高速运行时发动机
缸套由于机油附着少而易发生润滑不充分的拉缸现象；另一种是采用独立的润滑机构，采用独立机油
泵为各部件供给机油，机油泵的转速与
发动机转速相关联，其典型是铃木特有的CCI润滑技术，但采用
水平对置多缸发动机时独立润滑机构的效率并不高。实用新型内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是提供具体说是一种实现梯度
空燃比和分层混合气体燃烧的二冲程缸内直喷活塞发动机。
[0006] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007] 本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机，包括缸体、气缸盖、活塞、喷油器、火花塞、进气道、排气道、扫气道和
曲轴箱，其中气缸体和气缸盖相结合形成气缸，活塞设置在气缸内部并连接曲轴，气缸盖与活塞之间形成燃烧室，喷油器和火花塞的前端安装设置在燃烧室内，进气道与排气道设置在缸体上，扫气道连通气缸与曲轴箱，燃烧室为复合结构，包括相互连通的主燃室、预燃室，以及顶部带有凹坑的活塞；预燃室为半球状结构，位于燃烧室的顶部，主燃室为倒置的碟形结构，位于燃烧室的底部；喷油器和火花塞的前端分别设置在预燃室内。
[0008] 本实用新型还可以采用以下技术措施：
[0009] 所述的预燃室与活塞上的凹坑同轴设置，主燃室与气缸同轴设置，预燃室的内壁与主燃室的内壁间平滑过渡；主燃室和预燃室外设置
冷却水套。
[0010] 所述的预燃室的中
心轴相对于气缸轴向扫气道一侧偏心，活塞上的凹坑相对于活塞中心轴为偏心凹坑。
[0011] 所述的喷油器垂直安装于预燃室中央
位置，安装在预燃室的火花塞成对设置，两火花塞沿喷油器的轴向对称设置。
[0012] 所述的喷油器为低压力压缩空气辅助直喷
喷嘴，喷油器连接的压缩空气管外部设置
温度可控的加热套件并嵌入缸体的冷却水套。
[0013] 所述的两火花塞中至少一支火花塞下安装温度可控的加热组件。
[0014] 所述的发动机的曲轴箱处安装温度可控的加热组件。
[0015] 所述的曲轴箱入口处设置
润滑油喷射器，润滑油喷射器的喷射方向朝向曲轴箱。
[0016] 所述的发动机曲轴上安装多齿目标
飞轮，由在曲轴箱
箱体上对称安装设置的
传感器检出发动机转速
信号及
上止点相位角位置。
[0017] 所述的二冲程缸内直喷活塞发动机为气缸
直列发动机或气缸
水平对置发动机。
[0018] 本实用新型具有的优点和积极效果是:
[0019] 本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机中，燃烧室为复合结构，其包括相互连接的主燃室、预燃室，以及顶部带有凹坑的活塞，工作时，喷油器首先在
主燃烧室中预喷形成稀薄的混合气，然后向预燃室中二次喷入燃油形成较浓的混合气，火花塞在预燃室中点火，完全燃烧在主燃室中完成。本实用新型通过复合结构的燃烧室和两次复合喷射控制策略，在主燃室和预燃室中形成分层空燃比组合的可燃混合气，预燃室中的燃油浓度大于主燃室内的燃油浓度，从而在燃烧室内形成分层燃烧，提高了发动机的冷起动性能和高温工作条件下的
抗爆性能。另外，本实用新型通过改变润滑结构提高了发动机的润滑效率。
附图说明
[0020] 图1是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机的第一
实施例中气缸部分的截面示意图；
[0021] 图2是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机的第一实施例中气缸盖内的燃烧室的示意图；
[0022] 图3是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机的气缸部分的外部结构示意图；
[0023] 图4是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机的第二实施例中气缸部分的截面示意图；
[0024] 图5是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机的第二实施例中气缸盖内的燃烧室的示意图；
[0025] 图6是本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机为水平对置结构时的示意图。具体实施方式。
具体实施方式
[0026] 以下依据附图和具体实施例对本实用新型进行详细的说明。
[0027] 实施例一：
[0028] 如图1至图3所示，本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机，包括缸体1、气缸盖2、活塞3、喷油器4、火花塞5、进气道（未图示）、排气道（未图示）、扫气道6和曲轴箱，其中气缸体和气缸盖相结合形成气缸，活塞设置在气缸内部并连接曲轴，气缸盖与活塞之间形成燃烧室，喷油器和火花塞的前端安装设置在燃烧室内，进气道与排气道设置在缸体上，扫气道连通气缸与曲轴箱，燃烧室包括相互连通的主燃室7、预燃室8，以及顶部带有凹坑9的活塞3；预燃室为半球状结构，位于燃烧室的顶部，主燃室为倒置的碟形结构，位于燃烧室的底部；喷油器4和火花塞5的前端分别设置在预燃室内。
[0029] 预燃室、主燃室、气缸、活塞与活塞上的凹坑同轴设置，预燃室的内壁与主燃室的内壁间平滑过渡，主燃室和预燃室之间不能形成尖角；主燃室和预燃室外设置冷却水套10，为气缸进行冷却降温。
[0030] 喷油器4垂直安装于预燃室中央位置，火花塞可以为单个也可成对设置，图中安装在预燃室的火花塞成对设置，两火花塞沿喷油器的轴向对称设置。
[0031] 喷油器为低压力压缩空气辅助直喷喷嘴，喷油器连接的压缩空气管11外部设置温度可控的加热套件12，缸体上也设置冷却水套10，压缩空气管嵌入缸体1的冷却水套。在冷起动时加热套件对进入燃烧室的压缩空气进行预加热，加热套可以选用PTC加
热管、热敏
电阻加热管等常用电加热方式。当发动机正常工作，冷却水套的温度上升时，可以通
过冷却水套与压缩空气管内空气进行热交换而进行加热。
[0032] 两火花塞5中至少一支火花塞下安装温度可控的加热组件13，以保证发动机处于低温冷起动环境下的正常点火。根据实际情况可以在两个火花塞下都安装加热组件，加热组件为常用电加热结构。
[0033] 本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机在工作时，喷油器首先在主燃烧室中预喷形成稀薄的混合气，然后向预燃室中二次喷入燃油形成较浓的混合气，火花塞在预燃室中点火，完全燃烧在主燃室中完成。本实用新型通过复合结构的燃烧室和两次复合喷射控制策略，在主燃室和预燃室中形成分层空燃比组合的可燃混合气，预燃室中的燃油浓度大于主燃室内的燃油浓度，从而在燃烧室内形成分层燃烧，提高了发动机的冷起动性能和高温工作条件下的抗爆性能。
[0034] 二冲程缸内直喷活塞发动机为可直列设置成为气缸直列发动机，或者水平设置成为气缸水平对置发动机，并可分别根据需要对应应用于单缸或多缸的不同应用场合。本
发明的二冲程缸内直喷发动机还可依具体应用需要设置为不同角度排列。
[0035] 实施例二：
[0036] 如图4、图5所示，本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机，包括缸体1、气缸盖2、活塞3、喷油器4、火花塞5、进气道、排气道、扫气道6和曲轴箱，其中气缸体和气缸盖相结合形成气缸，活塞设置在气缸内部并连接曲轴，气缸盖与活塞之间形成燃烧室，喷油器和火花塞的前端安装设置在燃烧室内，进气道与排气道设置在缸体上，扫气道连通气缸与曲轴箱，燃烧室包括相互连通的主燃室7、预燃室8，以及顶部带有凹坑9的活塞；预燃室为半球状结构，位于燃烧室的顶部，主燃室为倒置的碟形结构，位于燃烧室的底部；喷油器和火花塞的前端分别设置在预燃室内。
[0037] 预燃室与活塞上的凹坑同轴设置，主燃室与气缸同轴设置，预燃室的内壁与主燃室的内壁间平滑过渡主燃室和预燃室之间不能形成尖角；主燃室和预燃室外设置冷却水套10，为气缸进行冷却降温。
[0038] 预燃室的中心轴相对于气缸轴向扫气道一侧偏心，活塞上的凹坑相对于活塞中心轴为偏心凹坑，偏心凹坑与预燃室的中心轴仍为同轴设置。
[0039] 喷油器4垂直安装于预燃室8中央位置，火花塞可以为单个也可成对设置，图中安装在预燃室的火花塞5成对设置，两火花塞沿喷油器的轴向对称设置。
[0040] 喷油器为低压力压缩空气辅助直喷喷嘴，喷油器连接的压缩空气管11外部设置温度可控的加热套件并嵌入缸体的冷却水套。在冷起动时加热套件对进入燃烧室的压缩空气进行预加热，加热套可以选用PTC加热管、
热敏电阻加热管等常用电加热方式。当发动机正常工作，冷却水套的温度上升时，可以通过冷却水套与压缩空气管内空气进行热交换而进行加热。
[0041] 两火花塞中至少一支火花塞下安装温度可控的加热组件13，以保证发动机处于低温冷起动环境下的正常点火。根据实际情况可以在两个火花塞下都安装加热组件，加热组件为常用电加热结构。
[0042] 本实用新型的二冲程缸内直喷活塞发动机在工作时，喷油器首先在主燃烧室中预喷形成稀薄的混合气，然后向预燃室中二次喷入燃油形成较浓的混合气，火花塞在预燃室中点火，完全燃烧在主燃室中完成。本实用新型通过复合结构的燃烧室和两次复合喷射控制策略，在主燃室和预燃室中形成分层空燃比组合的可燃混合气，预燃室中的燃油浓度大于主燃室内的燃油浓度，从而在燃烧室内形成分层燃烧，提高了发动机的冷起动性能和高温工作条件下的抗爆性能。
[0043] 二冲程缸内直喷活塞发动机为可直列设置成为气缸直列发动机，或者水平设置成为气缸水平对置发动机，并可分别根据需要对应应用于单缸或多缸的不同应用场合。本发明的二冲程缸内直喷发动机还可依具体应用需要设置为不同角度排列。
[0044] 如图6所示的气缸水平对置的二冲程缸内直喷活塞发动机中，两个气缸对置分列左右，分别包括缸体1、气缸盖2、活塞3、喷油器（遮挡未图示）、火花塞5、进气道、排气道和扫气道6，曲轴箱14为中置的共用机构，其中各气缸体和气缸盖相结合形成气缸，活塞设置在各气缸内部并通过
连杆15连接曲轴16，气缸盖与活塞之间形成燃烧室，喷油器和火花塞5的前端安装设置在燃烧室内，进气道与排气道设置在缸体上，各气缸的扫气道位于水平对置的气缸上端，连通气缸与曲轴箱，燃烧室包括相互连通的主燃室7、预燃室8，以及顶部带有凹坑9的活塞3；预燃室为半球状结构，位于燃烧室的顶部，主燃室为倒置的碟形结构，位于燃烧室的底部；喷油器和火花塞的前端分别设置在预燃室内；预燃室的中心轴相对于气缸轴向扫气道一侧偏心，即向气缸轴的正上方偏心，使喷油器偏向上方喷射燃油和机油的混合油，以提高气缸缸套上机油的附着厚度，进而提升活塞与缸套间的润滑程度，活塞上的凹坑相对于活塞中心轴为偏心凹坑，偏心凹坑与预燃室的中心轴为同轴设置。
[0045] 预燃室与活塞上的凹坑同轴设置，主燃室与气缸同轴设置，预燃室的内壁与主燃室的内壁间平滑过渡主燃室和预燃室之间不能形成尖角；主燃室和预燃室外设置冷却水套10，为气缸进行冷却降温。
[0046] 喷油器垂直安装于各预燃室中央位置，喷油器与预燃室和偏心凹坑同轴设置，火花塞可以为单个也可成对设置，图中安装在同一预燃室的火花塞成对设置，两火花塞沿喷油器的轴向对称设置。
[0047] 同一预燃室中的两火花塞中至少一支火花塞下安装温度可控的加热组件，以保证发动机处于低温冷起动环境下的正常点火。
[0048] 发动机的曲轴箱14处安装温度可控的加热组件13，以保证低温状况下发动机的正常运转。加热组件为常用电加热结构。
[0049] 曲轴箱入口处23设置润滑油喷射器17，润滑油喷射器的喷射方向朝向曲轴箱14，润滑油喷射器与
燃料油箱相连接，喷射燃油与机油的混合油，工作时，润滑油喷射器将混合油直接喷入到曲轴箱内，从而为发动机的曲轴等各个部件进行润滑。
[0050] 润滑油喷射器17与油轨18相连接，油轨的两端分别连接油压调节器19和油泵20，油泵连接
燃料油箱并供油，油压调节器调节油轨中的油压，从而调节润滑油喷射器喷出的机油油压，便于控制机油的雾化状态。
[0051] 发动机曲轴上安装多齿目标飞轮21，目标飞轮与曲轴同步转动，由在曲轴箱箱体上对称安装设置的传感器22检出发动机转速信号及上止点相位角位置。传感器为磁电传感器或霍尔传感器。
[0052] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
