一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸
阅读说明：本技术 一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸 (Closed low-exhaust backflow scavenging passage cylinder for small gasoline engine ) 是由 刘永根 杨慧明 刘运申 姜雪琨 秦义明 宋雄伟 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸,包括缸体,缸体内腔向上拱起形成燃烧室；缸体一侧缸壁下部设有进气口、另一侧缸壁设有排气口,进气口、排气口之间的缸体两侧缸壁分别设有扫气口,其中一个扫气口作为主扫气口,另一个扫气口作为辅扫气口,缸体缸壁外表面对应每个扫气口位置分别罩盖固定有侧盖,由侧盖和缸体对应位置缸壁围成扫气道。本发明气缸结构新颖,性能可靠,不仅达到减少尾气排放和满足排放法规的要求,而且降低了气缸的工作温度并提高了小型汽油机的功率。(The invention discloses a closed low-exhaust backflow scavenging passage cylinder for a small gasoline engine, which comprises a cylinder body, wherein the inner cavity of the cylinder body is arched upwards to form a combustion chamber; the lower part of one side cylinder wall of the cylinder body is provided with an air inlet, the other side cylinder wall of the cylinder body is provided with an air outlet, the cylinder walls at the two sides of the cylinder body between the air inlet and the air outlet are respectively provided with a scavenging port, one scavenging port is used as a main scavenging port, the other scavenging port is used as an auxiliary scavenging port, the position of the outer surface of the cylinder wall of the cylinder body corresponding to each scavenging port is respectively covered and fixed with a side cover, and a scavenging passage is enclosed by the side cover and the cylinder wall at the corresponding position of the cylinder body. The cylinder has novel structure and reliable performance, not only achieves the requirements of reducing exhaust emission and meeting emission regulations, but also reduces the working temperature of the cylinder and improves the power of the small gasoline engine.)
技术领域
本发明涉及汽油机气缸领域，具体是一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸。
背景技术
小型二冲程汽油机具有升功率高、运转平稳、工作可靠、体积小、重量轻，广泛应用于割灌机、链锯、吹风机等手持式园林工具领域。其中气缸是小型汽油机的重要零部件,它承受很高的机械负荷和热负荷,而且几何形状复杂,各部分受热不均。
小型汽油机工作时,在最高爆发压力和缸壁内外温差的作用下,气缸受到相当大的机械应力和热应力,由于受到气缸体结构及冷却气流环绕气缸流动的影响,气缸体上、中、下部及四周的温度分布很不均匀,这使得气缸体变形较大,如果气缸本身润滑条件较差,就会加剧气缸的磨损,增加机油的消耗量。此外活塞对气缸的侧压力和滑动摩檫,使气缸发生弯曲应力和磨损。降低发动机的耐久生命周期.另一方面,为了符合日趋严格的排放法规要求,气缸内部必须采取机内净化措施,再配合采用三元催化剂作为触媒介质净化尾气,才能满足环保法规要求。而触媒与尾气反应属于放热反应,直接造成汽油机温度偏高,导致机器的可靠性下降。
目前常用的气缸,整体铝压铸成型并且散热片布局不合理,气缸体沿四周的温差很大,易造成变形及磨损大,降低了汽油机机的使用寿命并增加了操作者的安全风险；另一方面,通常为单扫气结构,扫气口和排气口相对布置,由于扫气气流十分不稳定,易在气缸内壁形成短路扫气,废气不易排出并且部分新鲜可燃混合气直接由排气口逃逸,造成排放情况恶化和功率下降，满足不了法规要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸，以解决现有技术汽油机用气缸存在的散热结构不合理以及单扫气结构带来的扫气不稳定的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸，包括缸体(11)，缸体(11)底部敞口用于连接曲轴箱，缸体(11)顶部安装有向缸体(11)内点火的火花塞(10)，缸体(11)内腔顶部向上拱起形成燃烧室(8)，所述火花塞(10)向燃烧室(8)内点火；
缸体(11)一侧缸壁下部设有进气口(2)用于连接化油器，进气口(2)相对的缸体(11)另一侧缸壁设有排气口(5)，排气口(5)所在位置高于所述进气口(2)，进气口(2)、排气口(5)之间的缸体两侧缸壁分别设有扫气口(6)，所述扫气口(6)的上沿所在高度低于所述排气口(5)的上沿所在高度，且排气口(5)上沿与缸体(11)顶部之间距离为扫气口(6)上沿与排气口(5)上沿之间距离的13-14倍；
其中一个扫气口作为主扫气口，另一个扫气口作为辅扫气口，主扫气口截面积大于辅扫气口截面积，主、辅扫气口中心轴线分别与气缸缸体(11)中心轴线之间形成夹角，且主扫气口中心轴线与气缸缸体(11)中心轴线之间夹角大于辅扫气口中心轴线与气缸缸体(11)中心轴线之间夹角，所述缸体(11)缸壁外表面对应每个扫气口(6)位置分别罩盖固定有侧盖，由侧盖和缸体(11)对应位置缸壁围成扫气道，且扫气道底部分别与缸体(11)内腔底部连通。
进一步的，所述缸体(11)内腔顶部的燃烧室(8)为向上拱起的半球型腔室。
进一步的，所述火花塞(10)的点火部位于所述燃烧室中间位置。
进一步的，所述主扫气口中心轴线与气缸缸体(11)中心轴线之间夹角为130°，辅扫气口中心轴线与气缸缸体(11)中心轴线之间夹角为110°。
进一步的，所述缸体(11)的缸壁上部环套固定有多个水平散热片(7)，最上层的水平散热片顶面与缸体(11)顶面齐平，缸体(11)的顶面固定有多个纵向散热片(9)，且各个纵向散热片(9)两端分别延伸至与最上层水平散热片顶面对应位置接触并相连为一体。
进一步的，相邻水平散热片(7)间距与相邻纵向散热片(9)间距相等。
进一步的，相邻水平散热片(7)间距与相邻纵向散热片(9)间距均为4毫米。
进一步的，所述排气口(5)上沿与缸体(11)顶部之间距离为扫气口(6)上沿与排气口(5)上沿之间距离的13.6倍。
本发明能使空气与燃料充分混合，提高扫气效率并稳定扫气方向，降低了气缸的工作温度的同时，可有效提高发动机的功率并降低尾气排放值。
本发明中，首先根据可燃混合气形成和燃烧方式布置出合理的半球型燃烧室及性能良好的气道,火花塞点火位置布置在燃烧室的中间来保证可燃混合气燃烧充分,它能保证最小的火焰传播距离、较高的紊流强度；与此同时降低燃烧室的面容比,避免爆燃及早燃现象,保持合理的压缩比,较小的挤气间隙，力求使汽油机性能良好。
本发明其次合理布局散热片形状和结构,采用水平和纵向混合式散热片,水平散热片布置在气缸主体部位,纵向散热片布置在燃烧室顶部,水平和纵向相连,不仅使热量能在散热片上合理分配,而且也可以对冷却空气有导向作用,减少气道阻力；保持散热片表面积的大小与散出的热量相适应,使整个气缸的温度平均分布并且温度最低。
另外本发明中优化布置扫气道结构形式,采用双通道扫气道结构,分别是截面积大小和角度不同的主副扫气口；附加独立的左右侧盖,保持弯道引导扫气气流首先冲向排气口对面的气缸壁,在缸壁的导引下折向向上,再沿着燃烧室顶部折转向下,流向排气口。增大了扫气截面和更好的组织了扫气气流,避免了短路扫气损失。
最后本发明优化设计了排气口的高度，一方面，该高度保证了扫气口打开时气缸压力要降到与曲轴箱压力接近，以避免废气从扫气口大量导流入曲轴箱，另一方面，避免了排气窗口高度造成的有效行程损失，过后排气时间过程，经济和排放指标变差。
本发明气缸结构新颖,性能可靠,不仅达到减少尾气排放和满足排放法规的要求，而且降低了气缸的工作温度并提高了小型汽油机的功率。
附图说明
图1是本发明与曲轴箱装配后结构侧向剖视图。
图2是本发明外部结构侧视图。
图3是本发明内部结构侧剖视图。
图4是本发明外部结构后视图。
图5是本发明与扫气侧盖装配爆炸图。
图6是本发明内部装配活塞位于上止点时结构正剖视图。
图7是本发明内部装配活塞位于下止点时结构正剖视图。
图8是本发明的扫气口与排气口的高度差示意图。
图中标记说明：1化油器；2进气口；3曲轴箱；4深沟球轴承；5排气口；6扫气口；7水平散热片；8燃烧室；9纵向散热片；10火花塞；11气缸；12熄火开关；13左扫气侧盖；14右扫气侧盖；15活塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图7所示，本发明一种小型汽油机用封闭式低排回流扫气通路气缸，包括缸体11，缸体11底部敞口，并且缸体11顶部封闭，缸体11底部敞口并固定连接于曲轴箱3，曲轴箱3内通过深沟球轴承转动安装曲轴，缸体11内腔中滑动安装活塞15，曲轴箱3内的曲轴与缸体11内的活塞15之间通过连杆连接。
缸体11上部缸壁外侧面环套固定有多层水平散热片7，其中最上层水平散热片顶面与缸体11顶面齐平，缸体11顶面固定有多个纵向散热片9，各个纵向散热片9分别垂直于水平散热片7，每个纵向散热片9延伸方向两端分别延伸至与最上层水平散热片接触并固定连接为一体。
缸体11内腔顶部向上成型为半球型的拱起从而形成燃烧室8，缸体11顶部安装有火花塞10，火花塞10的点火部位于燃烧室8内中间位置，由火花塞10向燃烧室8内点火。
缸体11后侧缸壁下部设有进气口2，缸体11前侧缸壁设有排气口5，排气口5所在位置高于进气口2。缸体11左、右侧缸壁分别设有有扫气口6。汽油机的化油器1装配在缸体11的后侧缸壁并与进气口2连通。
缸体11左、右侧缸壁外表面对应扫气口6位置分别罩盖固定有扫气侧盖，左扫气侧盖13、右扫气侧盖14分别与缸体11对应位置缸壁围成扫气道，扫气道底部分别与缸体11内腔底部连通。由左、右扫气侧盖13、14分别与对应位置扫气口6配合形成左右两个可燃混合气气流通道。
首先，当活塞15上行时，到达某一位置时，其裙部打开进气口2，可燃混合气从化口油器1通过进气口2进入缸体11下部与曲轴箱3结合处。活塞15继续上行，到达上止点附近，此时火花塞10开始点火，可燃混合气在半球型燃烧室8里面点火燃烧；燃烧室8结构紧凑，面容比较小，并与活塞15之间形成较小的挤气间隙。同时火花塞10布置在燃烧室的中间，火焰中心到四周边缘的传播距离最短。此时受压的新鲜可燃混合气在短时间剧烈燃烧放热，产生高温高压气体膨胀做功，推动活塞15向下行走，依靠活塞15向下运动在曲轴箱3内部产生的压力差加压之前吸入的可燃混合气并推动其进入缸体11侧面的扫气道。
当活塞15继续下行到某一位置时，其顶部开始打开排气口5，燃烧室8里面的高温废气以声速冲向排气口5，开始排气，该排气口5的高度，保证了扫气口打开时气缸压力要降到与曲轴箱3压力接近，以避免废气从扫气口大量导流入曲轴箱，又避免了排气窗口高度造成的有效行程损失经济和排放指标变差。
当活塞15上行时，缸体11内壁从扫气口5关闭到排气口6关闭这段距离，它是靠活塞15上行强制把充量排出，若排气口5高度远远高于扫气口6高度，这时由于进气已结束，气缸中大量的新鲜混合气也随废气一起被排出，导致油耗增加，同时使HC排放增加，因此缸体11内壁从扫气口6关闭到排气口5关闭这段距离愈小愈好。利用活塞15的顶面开关排气口5和扫气口6,所以这两种类型的气口的开关时间只与它们的上沿位置有关。排气口5、扫气口6距离缸体11顶面的距离十分重要，在保证有效压缩比的情况下，距离越短越有利于提高发动机的转速，因为在高速时，清除废气的时间变短，提前开启，也就加长了排气和扫气的时间。如图8所示，本发明中，排气口5上沿与缸体11顶部之间距离为扫气口6上沿与排气口5上沿之间距离的13-14倍，优选为13.6倍，例如，排气口5上沿与缸体11顶面的距离为25.8mm，则扫气口6上沿与排气口5上沿的距离为1.9mm。
当活塞15继续下行，此时位于缸体11左右两侧的扫气口6打开，缸体11为左右两侧双通道结构，其扫气口中左侧扫气口为主扫气口，右侧扫气口为辅扫气口，对应的左扫气道为主扫气道，右扫气道为辅扫气道。主扫气口截面积大于辅扫气口，左扫气口中心轴线与缸体11中心轴线之间形成130°夹角，辅扫气口中心轴线与缸体11中心轴线之间形成110°的夹角。其中主扫气口的出气清扫底部的废气，辅扫气口的出气清扫顶部的废气。之前预压缩的新鲜可燃混合气开始进入扫气道并通过对应扫气口6冲向排气口5对面的气缸壁,在缸壁的导引下折向向上,推动燃烧室8里的可燃混合气燃烧后排出的高温废气沿顶部折转向下流向排气口5，即利用经过扫气口整流处理的加压新鲜混可气驱赶燃烧后高温废气。
活塞到达下止点后接着上行，依次关闭扫气口6和排气口5，同时在某一时刻其裙部又打开进气口2，可燃混合气开始进气并压缩，如此完成一个循环，周而复始，循环往复。
本发明在满足严苛法规的同时有效的提高了发动机的使用性能。针对气小型汽油机工作时传给气缸的大量热量，尤其是燃烧室周围的温度最高；分别在缸体11圆周按4毫米间距布置水平散热片7，并在缸体11顶部等间距4毫米布置纵向散热片9。水平散热片7集中布置在燃烧室8周围、火花塞10两侧以及进、排气口的周围，而纵向散热片9则布置在进排口上部的区域。可燃混合气在燃烧室8里燃烧产生热量形成的热流方向与水平散热片7及纵向散热片9方向一致,能使该区域的热量直接传给散热片,效果较好。同时对冷却空气有导向作用，散热片之间的间距为4毫米时，冷却空气之间的层流层远离，湍流层加强，使相邻两散热片之间形成紊流运动，减少空气阻力，加强了散热效果；保持散热片表面积的大小与散出的热量相适应,使整个缸体11的温度平均分布并且温度最低,有效减少发动机的热负荷,提高整机的耐久使用寿命。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
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