一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法专利检索-进气冲程四冲程发动机内燃机热机引擎专利检索查询-专利查询网

一种两冲程高功重比重油 活塞 发动机进气 缓冲器及其设计方法

阅读：900发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种应用于两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法，缓冲器位于扫气泵出口和气缸进气口之间，整体是一组长方体状的多个容腔，内部没有其他机械和运动部件，通过多组容腔间的结构截面结构设计，使发动机在扫气时有效地控制气缸内倒流燃气对新鲜进口空气的污染，将倒流出的燃气再次推入气缸内，扫气效率更高，扫气系数更大，发动机每循环的做功量更大。，下面是一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器位于扫气泵出口和气缸进气口之间，并具有至少一个的结构容腔，所述的结构容腔在发动机换气时用以容纳气缸内倒流的燃气。
2.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的发动机为二冲程高功重比重油活塞发动机。
3.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器具有多个结构容腔，相邻容腔的相交界面上开有孔作为容腔内气体的进出口，每个容腔沿气体流动方向上的截面面积大于容腔的进出口面积，使得缓冲器与进气口相交的截面、缓冲器中各相邻容腔相交的截面均存在突变。
4.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器包括第一容腔、第二容腔和第三容腔，其中第三容腔和第二容腔与扫气泵出口直接连通，且第三容腔和第二容腔之间通过孔连通，第二容腔与第一容腔之间也通过孔相连通，第一容腔一端连通第二容腔，另一端作为曲轴箱气体的出口。
5.权利要求4所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述第一容腔的截面积扫气时燃气倒流方向逐渐扩大。
6.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述进气缓冲器与曲轴箱一体化设计，进气缓冲器与发动机的曲轴箱一体铸造成型。
7.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，其特征在于：所述结构容腔的容积大小大于气缸燃气倒流气体的体积2.5倍。
8.带有权利要求1-5任一项所述的缓冲器的二冲程高功重比重油活塞发动机。
9.利用权利要求1-7任一项所述的二冲程高功重比重油活塞发动机的进气缓冲器进行进气缓冲的方法，其特征在于：在发动机正常进气过程中，气缸中的燃气出现倒流，燃气沿着截面逐渐扩张的进气道到流出气缸，流动过程中燃气的速度逐渐减降低；
燃气流过曲轴箱与气缸相连接的出口进入曲轴箱后，首先流经缓冲器第一容腔，第一容腔的截面逐渐扩张，使倒流燃气的速度持续降低；燃气流过第一容腔之后通过第一容腔与第二容腔之间的孔流入第二容腔中，通过小孔产生节流效应，气体的压力降低，且流动损失增大，气体速度降低；
随后气体由第二容腔流入第三容腔时同样产生节流效应，使气体的压力和速度进一步降低；
新鲜空气从扫气泵出口流出，通过第三容腔和第二容腔进入曲轴箱，第三容腔和第二容腔中的新鲜空气一同流过第一容腔，通过曲轴箱的出口进去气缸上的进气道，最后进入气缸中作为工质进行循环。
10.一种权利要求1-7任一项所述的二冲程高功重比重油活塞发动机的进气缓冲器的设计方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据发动机的设计要求，确定发动机气缸进气门打开时的缸内压力和发动机增压器出口的气体压力，并确定气缸进气门打开时气口两侧的气体压力差p1-p2，其中p1为气缸内压力，p2为气缸外压力；
(2)对沿流体流线方向的微分形式方程进行不可压流体和定常流动的简化，如下式所示：
根据简化条件：V＝const，ρ＝const，
得到沿流线方向的不可压流体方程，如下式所示：
式中，ρ为气体密度，V1为气缸内气流速度、V2为气缸外气流速速度，z1和z2为进气口两侧的气体高度；设z1和z2相等；
结合步骤(1)中所述的进气口两侧的压力差p1-p2，由于气缸内部的气流速度为0，设V1等于0，根据等式求出V2即为倒流燃气的平均倒流速度；
(3)根据发动机气缸内的气体膨胀规律，对气体等熵膨胀过程进行数学描述，如下式所示：
上式中，v1为进气门打开时的气体比容，v2为燃气倒流结束的气体比容，n的取值范围为
1.32～1.36。
根据两个气体比容得到在燃气倒流过程中的活塞的下行距离，结合发动机的缸径、行程和转速参数，得到燃气的倒流时间；并对在燃气倒流阶段缸内气体减少量即倒流量进行初步假设，根据假设的倒流量和计算得到的倒流时间得到倒流的平均速度。
(4)通过对倒流量进行修正，使得步骤(3)得到的倒流平均速度和(2)中的计算结果一致；根据步骤(3)中所述的估算结果，并得到修正后的气缸倒流燃气质量；
(5)由步骤(3)中气体比容结合发动机的缸径、行程和转速参数得到的燃气倒流的持续时间和步骤(2)得到的平均倒流速度计算出燃气倒流的距离，以此作为缓冲器的初始长度，由步骤(4)中经修正后得到的倒流燃气质量计算缓冲器的初始截面面积；
(6)根据缓冲器和发动机气缸的进气口面积，以及不可压流体的质量连续方程:
qm＝ρV2A＝const
对倒流燃气的倒流速度进行修正，之后重复步骤(3)-(5)对缓冲器的长度和截面面积进行修正；式中qm为倒流时的质量流量，即单位时间从气缸倒流出的气体质量，A为缓冲器的截面面积。
(7)确定缓冲器的整体轮廓尺寸后对内部的三个容腔进行长度上的划分，保证扫气泵出口的气体进入曲轴箱时尽量均匀，设计容腔第三容腔和第二容腔沿气体流向的长度相等。

说明书全文

一种两冲程高功重比重油 活塞 发动机进气 缓冲器及其设计

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及活塞发动机进气缓冲结构设计领域，具体涉及一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法。

背景技术

[0002] 随着通用航空的发展，两冲程重油活塞发动机逐渐受到人们的重视。二冲程活塞发动机的性能受换气质量的影响较大，一种理想的换气系统，是尽可能在小的过量扫气系数的前提下，获得尽可能大的扫气系数，减少扫气完成之后气缸内的残余废气。

[0003] 对于高功重比要求的航空活塞发动机来说，达到发动机目标功率的结构重量应尽可能低，这就要求在不大幅增加发动机结构重量的情况下优化发动机性能，有利于实现发动机的高功重比。

[0004] 现有防倒流技术多采用各种设计、结构的单向阀体装置来实现流体的单向流动，这些结构由几种构件通过机械式的联动，例如微阻弹簧结构，结构复杂，设计困难，不仅会增加机械的结构重量，还会对流体的流动造成干扰。

发明内容

[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种针对于二冲程高功重比重油活塞发动机扫气进气缓冲器及其设计方法，用于解决气缸燃气倒流污染新鲜进气的问题，同时在相同新鲜进气量的情况下获得较高的扫气系数。本发明通过进行理论计算，得出缓冲器的结构尺寸参数，而且该缓冲器结构与发动机的气缸为一体化设计，与曲轴箱一同铸造加工，在工艺上更加简便，在加工成本上更加低廉，在生产上更加容易实现。

[0006] 本发明完整的技术方案包括：

[0007] 一种发动机进气缓冲器，所述的缓冲器位于扫气泵出口和气缸进气口之间，并具有至少一个的结构容腔，所述的结构容腔在发动机换气时用以容纳气缸内倒流的燃气。

[0008] 所述的发动机为二冲程重油活塞发动机。

[0009] 所述的缓冲器具有多个结构容腔，相邻容腔的相交界面上开有孔作为容腔内气体的进出口，每个容腔沿气体流动方向上的截面面积大于容腔的进出口面积，使得缓冲器与进气口相交的截面、缓冲器中各相邻容腔相交的截面均存在突变。

[0010] 所述的缓冲器包括第一容腔、第二容腔和第三容腔，其中第三容腔和第二容腔与扫气泵出口直接连通，且第三容腔和第二容腔之间通过孔连通，第二容腔与第一容腔之间也通过孔相连通，第一容腔一端连通第二容腔，另一端作为曲轴箱气体的出口。

[0011] 所述第一容腔的截面积扫气时燃气倒流方向逐渐扩大。

[0012] 所述进气缓冲器与曲轴箱一体化设计，进气缓冲器与发动机的曲轴箱一体铸造成型。

[0013] 所述结构容腔的容积大小是气缸燃气倒流气体的体积2.5倍。

[0014] 带有所述的缓冲器的二冲程重油活塞发动机。

[0015] 利用所述的二冲程高功重比重油活塞发动机的进气缓冲器进行进气缓冲的方法，在发动机正常进气过程中，气缸中的燃气出现倒流，燃气沿着截面逐渐扩张的进气道到流出气缸，流动过程中燃气的速度逐渐减降低；

[0016] 燃气流过曲轴箱与气缸相连接的出口进入曲轴箱后，首先流经缓冲器第一容腔，第一容腔的截面逐渐扩张，使倒流燃气的速度持续降低；燃气流过第一容腔之后通过第一容腔与第二容腔之间的孔流入第二容腔中，通过小孔产生节流效应，气体的压力降低，且流动损失增大，气体速度降低；

[0017] 随后气体由第二容腔流入第三容腔时同样产生节流效应，使气体的压力和速度进一步降低；

[0018] 新鲜空气从扫气泵出口流出，通过第三容腔和第二容腔进入曲轴箱，第三容腔和第二容腔中的新鲜空气一同流过第一容腔，通过曲轴箱的出口进去气缸上的进气道，最后进入气缸中作为工质进行循环。

[0019] 所述的二冲程高功重比重油活塞发动机的进气缓冲器的设计方法，包括如下步骤：

[0020] (1)根据发动机的设计要求，确定发动机气缸进气门打开时的缸内压力和发动机增压器出口的气体压力，并确定气缸进气门打开时气口两侧的气体压力差p1-p2，其中p1为气缸内压力，p2为气缸外压力；

[0021] (2)对沿流体流线方向的微分形式方程进行不可压流体和定常流动的简化，如下式所示：

[0022]

[0023] 根据简化条件：V＝const，ρ＝const，

[0024] 得到沿流线方向的不可压流体方程，如下式所示：

[0025]

[0026] 式中，ρ为气体密度，V1为气缸内气流速度、V2为气缸外气流速速度，z1和z2为进气口两侧的气体高度；设z1和z2相等；

[0027] 结合步骤(1)中所述的进气口两侧的压力差p1-p2，由于气缸内部的气流速度为0，设V1等于0，根据等式求出V2即为倒流燃气的平均倒流速度；

[0028] (3)根据发动机气缸内的气体膨胀规律，对气体等熵膨胀过程进行数学描述，如下式所示：

[0029]

[0030] 上式中，v1为进气门打开时的气体比容，v2为燃气倒流结束的气体比容，n的取值范围为1.32～1.36。

[0031] 根据两个气体比容得到在燃气倒流过程中的活塞的下行距离，结合发动机的缸径、行程和转速参数，得到燃气的倒流时间；并对在燃气倒流阶段缸内气体减少量即倒流量进行初步假设，根据假设的倒流量和计算得到的倒流时间得到倒流的平均速度。

[0032] (4)通过对倒流量进行修正，使得步骤(3)得到的倒流平均速度和(2)中的计算结果一致；根据步骤(3)中所述的估算结果，并得到修正后的气缸倒流燃气质量；

[0033] (5)由步骤(3)中气体比容结合发动机的缸径、行程和转速参数得到的燃气倒流的持续时间和步骤(2)得到的平均倒流速度计算出燃气倒流的距离，以此作为缓冲器的初始长度，由步骤(4)中经修正后得到的倒流燃气质量计算缓冲器的初始截面面积；

[0034] (6)根据缓冲器和发动机气缸的进气口面积，以及不可压流体的质量连续方程:

[0035] qm＝ρV2A＝const

[0036] 对倒流燃气的倒流速度进行修正，之后重复步骤(3)-(5)对缓冲器的长度和截面面积进行修正；式中qm为倒流时的质量流量，即单位时间从气缸倒流出的气体质量，A为缓冲器的截面面积。

[0037] (7)确定缓冲器的整体轮廓尺寸后对内部的三个容腔进行长度上的划分，保证扫气泵出口的气体进入曲轴箱时尽量均匀，设计容腔第三容腔和第二容腔沿气体流向的长度相等。

[0038] 该二冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法，利用气动原理，结合发动机进排气的设计参数，通过对方程的求解，得到缓冲器的结构参数。通过理论计算和结构设计，可以有效地控制发动机气缸中的倒流燃气对新鲜进气的污染量，可以有效地提高发动机的换气质量，有利于提高发动机的性能和实现航空活塞发动机的高功重比。

[0039] 如上所述，本发明一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法，具有以下有益效果：

[0040] 1.有效地控制气缸内倒流燃气对新鲜进口空气的污染，提高进气质量。

[0041] 2.将倒流出的燃气再次推入气缸内，在相同的过量扫气系数的情况下，参与扫气的气体质量增加，气缸的扫气系数更大。

[0042] 3.在相同的过量扫气系数的情况下，气缸的扫气效率更高，气缸内的残余废气更少，再次进气时缸内的新鲜空气更多，发动机每循环的做功量更大。

[0043] 4.在不大幅增加发动机结构重量的情况下，使发动机的换气质量提升，使发动机的性能提升，有利于发动机功重比的提高。

[0044] 综上所述，本发明两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法，可以使发动机有效地控制气缸内倒流燃气对新鲜进口空气的污染，保证气缸的进气质量，而且在燃气倒流进缓冲器之后，这部分气体会再次被推入气缸内与扫气气体一同进行扫气，在相同的过量扫气系数的情况下，参与扫气的气体质量增加，气缸的扫气系数更大，气缸的扫气效率更高，气缸内的残余废气更少，再次进气时缸内的新鲜空气更多，发动机每循环的做功量更大。由于本发明的缓冲器是一组长方形容腔，内部不含有其他的机械运动部件，而且其设计尺寸在十几到几十毫米的尺度下，其结构重量很轻，在这种不大幅增加发动机结构重量的情况下，使发动机的换气质量提升，使发动机的性能提升，有利于发动机功重比的提高。附图说明

[0045] 图1为扫气泵出口示意图。

[0046] 图2为本发明所涉及的曲轴箱上进气缓冲器示意图。

[0047] 图3为本发明所涉及的曲轴箱上进气缓冲器截面示意图。

[0048] 图4为曲轴箱与气缸接触面示意图。

[0049] 图5为气缸结构示意图。

[0050] 图中：1-扫气泵出口、2-缓冲器第三容腔、3-缓冲器第二容腔2、4-缓冲器第一容腔3、5-曲轴箱气体出口、6-气缸进气道、7-气缸。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

[0052] 如图1所示，本发明所涉及的进气缓冲器位于扫气泵出口1之后。

[0053] 如图2、3所示，本发明所涉及的进气缓冲器包括了三个气体容腔，即第一容腔4、第二容腔3和第三容腔2。其中第三容腔2和第二容腔3与扫气泵出口直接接触，且第三容腔2和第二容腔3之间通过一开孔连通，第二容腔3与第一容腔4也通过一孔相连通。气体第一容腔4一端连通第二容腔3，另一端作为曲轴箱气体的出口。

[0054] 如图4、5所示，曲轴箱出口5与气缸7通过气缸的进气道6连接，实现气体的流入。

[0055] 在发动机的正常进气过程中，新鲜空气从扫气泵出口1流出，通过第三容腔2和第二容腔3进入曲轴箱，第三容腔2和第二容腔3中的新鲜空气一同流过第一容腔4，通过曲轴箱的出口5进去气缸上的进气道6，最后进入气缸7中作为工质进行循环。

[0056] 在发动机工作时，若想得到较好的气缸扫气效果，增大气门叠开角是十分有效的方法，当提前进气门的开启时间后，会使气缸进气门打开时缸内的压力比进气压力高，缸内的燃气会倒流。若不采用缓冲器，气缸7中的燃气通过进气道6进入曲轴箱，进而继续向前污染新鲜空气。本发明所涉及的进气缓冲器利用气体流动过程中流道的多次扩张和收缩，使倒流燃气的压力和速度迅速降低，并通过一定体积的容腔将到流出的燃气限制在一定的区域内，减慢燃气向前污染进气的速度，从而控制对新鲜进气的污染程度。

[0057] 当气缸7中的燃气出现倒流时，燃气沿着截面逐渐扩张的进气道6到流出气缸，流动过程中燃气的速度逐渐减降低。燃气流过曲轴箱与气缸相连接的出口5进入曲轴箱后，首先流经缓冲器第一容腔4，如图3所示，第一容腔4的截面也呈逐渐扩张状，这样会使倒流燃气的速度持续降低。燃气流过第一容腔4之后通过第一容腔4与第二容腔3之间的孔流入第二容腔3中，如图3所示，气体由第一容腔4流入第二容腔3时通过小孔产生节流效应，气体的压力降低，且流动损失增大，气体速度降低。同样地，气体由第二容腔3流入第三容腔2时也会产生节流效应，使气体的压力和速度进一步降低。气体流过三个容腔时，速度、压力会逐级降低。

[0058] 以下通过具体的设计步骤说明本文所述的一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法。本领域的技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点和效益，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点于应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0059] 请参阅图1-5，需要说明的是，本文中所提供的图示仅以示意方式说明按照本发明中论述的设计方法进行设计后的结果。

[0060] 本发明一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器设计方法，包括以下步骤：

[0061] 二冲程高功重比重油活塞发动机的进气缓冲器的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

[0062] (1)根据发动机的设计要求，确定发动机气缸进气门打开时的缸内压力和发动机增压器出口的气体压力，并确定气缸进气门打开时气口两侧的气体压力差p1-p2，其中p1为气缸内压力，p2为气缸外压力；

[0063] (2)对沿流体流线方向的微分形式方程进行不可压流体和定常流动的简化，如下式所示：

[0064]

[0065] 简化条件：V＝const，ρ＝const,，

[0066] 得到沿流线方向的不可压流体方程，如下式所示：

[0067]

[0068] 式中，ρ为气体密度，V1为气缸内气流速度、V2为气缸外气流速速度，z1和z2为进气口两侧的气体高度；设z1和z2相等；

[0069] 结合步骤1中所述的进气口两侧的压力差p1-p2，由于气缸内部的气流速度为0，设V1等于0，根据等式可以求出V2即为倒流燃气的平均倒流速度；

[0070] (3)根据发动机气缸内的气体膨胀规律，对气体等熵膨胀过程进行数学描述，如下式所示：

[0071]

[0072] 上式中，v1为进气门打开时的气体比容，v2为燃气倒流结束的气体比容，n的取值范围为1.32～1.36。

[0073] 在发动机的排气时期，气缸内的气体压力在不断降低，根据步骤(3)中给出的公式，从进气门打开的初始状态到燃气倒流结束，缸内的气体压力逐渐下降至等于扫气压力。对应于进气门开启和倒流结束的两个状态，分别有各自状态下对应的气体比容，而气体比容与气缸容积有关，即与活塞下行距离有关。根据两个状态下的气体比容可以得到在燃气倒流过程中的活塞的下行距离，

[0074] 结合发动机的缸径、行程和转速参数，即可得到燃气的倒流时间。结合对在燃气倒流阶段缸内气体减少量的初步假设，对燃气倒流的持续时间和平均倒流速度进行估算；具体为先假设一个发动机气缸的倒流量，如燃气总量的10％，之后再对该量进行修正。根据假设的倒流量和计算得到的倒流时间可以得到倒流的平均速度。

[0075] (4)通过对倒流量进行多次假设，使得第三步得到的倒流平均速度和第二步中的计算结果一致。根据步骤(3)中所述的估算结果，对气缸的倒流燃气质量进行初步计算；

[0076] (5)由步骤(3)中气体比容结合发动机的缸径、行程和转速参数得到的燃气倒流的持续时间和步骤(2)得到的平均倒流速度计算出燃气倒流的距离，以此作为缓冲器的初始长度，由步骤(3)中经修正后得到的倒流燃气质量计算缓冲器的初始截面面积；

[0077] (6)根据缓冲器和发动机气缸的进气口面积，以及不可压流体的质量连续方程:

[0078] qm＝ρV2A＝const

[0079] 对倒流燃气的倒流速度进行修正，之后重复步骤(3)-(5)对缓冲器的长度和截面面积进行修正；式中qm为倒流时的质量流量，即单位时间从气缸倒流出的气体质量，A为缓冲器的截面面积

[0080] (7)确定缓冲器的整体轮廓尺寸后对内部的三个容腔进行长度上的划分，保证扫气泵出口的气体进入曲轴箱时尽量均匀，设计容腔第三容腔和第二容腔沿气体流向的长度相等。

[0081] 通过上述技术，可以有效地控制发动机气缸地换气质量，并通过提高发动机的换气质量来使发动机的整体性能得到提升，从而使发动机的结构简单轻便，有利于发动机实现高功重比。

[0082] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
层状扫气式两冲程内燃发动机及其空气滤清器以及进气方法	2020-05-13	826
带进气注射泵的二冲程发动机	2020-05-11	327
深冷进气二冲程发动机进气结构	2020-05-11	284
进气系统相连式机械增压二冲程内燃机	2020-05-12	700
进气系统独立式机械增压四冲程内燃机	2020-05-12	870
四冲程气体发动机进气方法及其装置	2020-05-11	976
四冲程内燃机双向进气方法及其装置	2020-05-11	347
一种二冲程空气导式发动机进气系统	2020-05-12	237
通过气缸盖进气的二冲程发动机	2020-05-13	85
双路进气二冲程汽油发动机	2020-05-13	917

一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法

一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：