二冲程柴油机及其进气方法
阅读说明：本技术 二冲程柴油机及其进气方法 (Two-stroke diesel engine and air intake method thereof ) 是由 覃壮革 沈捷 廖升友 覃文 于 2021-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种二冲程柴油机及其进气方法,二冲程柴油机包括气缸盖、气缸体以及设置在气缸体的缸筒内的活塞,气缸盖包括上进气道、上层进气道及下层进气道；上进气道的一端与进气管的上出气口连通,另一端通过上进气门与缸筒连通；上层进气道的一端与进气管的上出气口连通；下层进气道的一端与进气管的下出气口连通；其中上层进气道的另一端与下层进气道的另一端通过短进气门连通；气缸体包括下进气道,下进气道的一端与进气管的下出气口连通。本发明的二冲程柴油机采用增加上进气道以及上下层进气道的换气方式,使得柴油机废气扫除更彻底,新鲜空气填充更充分,提高柴油机热效率,从而提高柴油机的经济性、动力性,降低柴油机的热负荷。(The invention discloses a two-stroke diesel engine and an air inlet method thereof, wherein the two-stroke diesel engine comprises a cylinder cover, a cylinder body and a piston arranged in a cylinder barrel of the cylinder body, wherein the cylinder cover comprises an upper air inlet channel, an upper air inlet channel and a lower air inlet channel; one end of the upper air inlet channel is communicated with an upper air outlet of the air inlet pipe, and the other end of the upper air inlet channel is communicated with the cylinder barrel through the upper air inlet valve; one end of the upper layer air inlet channel is communicated with an upper air outlet of the air inlet pipe; one end of the lower air inlet channel is communicated with a lower air outlet of the air inlet pipe; the other end of the upper layer air inlet channel is communicated with the other end of the lower layer air inlet channel through a short inlet valve; the cylinder block includes lower intake duct, and the one end of lower intake duct communicates with the lower gas outlet of intake pipe. The two-stroke diesel engine adopts the ventilation mode of adding the upper air inlet passage and the upper and lower air inlet passages, so that the waste gas of the diesel engine is more thoroughly swept, the fresh air is more fully filled, the heat efficiency of the diesel engine is improved, the economical efficiency and the dynamic property of the diesel engine are improved, and the heat load of the diesel engine is reduced.)
技术领域
本发明是关于发动机领域，特别是关于一种二冲程柴油机及其进气方法。
背景技术
现代四冲程和二冲程柴油机都成功的使用在各个领域，他们都有各自的特点，一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机，而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多。在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发功机的功率比四冲程发动机增加60～70％左右。
现有技术，二冲程柴油机在两个冲程内完成四冲程柴油机的进气、压缩、做功和排气的过程，其扫气系统是基础。二冲程柴油机的扫气机构，主要有曲轴箱扫气结构和扫气泵扫气结构。后者强制从扫气孔进气。对于增压二冲程柴油机，可直接由压气机提供新鲜充量进行扫气。
如图1所示，目前，二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构，利用活塞与气口的配合完成配气。二冲程柴油机为了排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须安装一个由运动件带动的专用的扫气泵(增压器)，及贮存压力空气的扫气箱。
二冲程柴油机的换气过程：空气经过扫气泵提高压力以后，经过装在气缸外部的空气室和气缸套上的许多小孔进入气缸，废气经过气缸盖上的排气门排出。
如图2所示，二冲程柴油机主要有a横流、b回流及c直流三种不同形式的扫气系统或换气方案。
二冲程柴油机比较典型的是排气阀—扫气口直流扫气
如图3所示，气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀。空气从气缸下部进气口端进入气缸，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖上的排气阀排出气缸。
无论采用哪种扫气方式和扫气结构，当前二冲程柴油机都存在以下缺点：
(1)二冲程柴油机油耗大，因为它的燃油利用率要低些，有相当一部分的油气没有燃烧或燃烧不充分就被排放出去，所以尾气中的碳氢化合物比四冲程的高好几倍。
(3)扫气过程时间短，扫气不如四冲程机完全，造成对增压器的依赖。
(4)二冲程柴油机的活塞、气缸盖、气缸、气阀的温度都比四冲程发动机高许多。
(5)换气质量差、热效率低。
(6)热负荷较高。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二冲程柴油机，其采用增加上进气道以及上下层进气道的换气方式，使得柴油机废气扫除更彻底，新鲜空气填充更充分，提高柴油机热效率，从而提高柴油机的经济性、动力性，降低柴油机的热负荷。
本发明的另一目的在于提供一种二冲程柴油机的进气方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种二冲程柴油机，包括气缸盖、气缸体以及设置在气缸体的缸筒内的活塞，气缸盖包括上进气道、上层进气道及下层进气道；上进气道的一端与进气管的上出气口连通，另一端通过上进气门与缸筒连通；上层进气道的一端与进气管的上出气口连通；下层进气道的一端与进气管的下出气口连通；其中上层进气道的另一端与下层进气道的另一端通过短进气门连通；气缸体包括下进气道，下进气道的一端与进气管的下出气口连通。
在一优选的实施方式中，沿垂直于活塞的中轴线方向观看，上层进气道与下层进气道上下堆叠设置形成双层进气道。
在一优选的实施方式中，沿活塞的中轴线方向观看，上进气道与双层进气道并排设置。
在一优选的实施方式中，气缸体还包括多个下进气口，其均匀的环设在缸筒的下部，多个下进气口与下进气道的另一端连通。
在一优选的实施方式中，每个下进气口的中心线的延长线与缸筒半径的二分之一处的圆周相切。
在一优选的实施方式中，多个下进气口的下边缘至缸筒顶面的距离小于活塞的行程。
为实现上述另一目的，本发明还提供了一种进气方法，其应用于如前述的二冲程柴油机，进气方法包括：活塞下行，排气门开启，缸筒内的压力废气从排气门排出；活塞继续下行使多个下进气口初步打开时，短进气门开启，增压空气或混合气从进气管的上出气口进入上层进气道，并经过短进气门、下层进气道、进气管的下出气口、下进气道以及多个下进气口进入至缸筒，并在缸筒内形成旋转向上的直流扫气流，进一步吹扫缸筒内的压力废气从排气门排出；以及活塞下行至下止点，多个下进气口完全开启后，活塞开始上行直至将多个下进气口完全封闭后，短进气门关闭。
在一优选的实施方式中，进气方法还包括：在多个下进气口初步打开之前，上进气门开启，增压空气或混合气从进气管的上出气口经过上进气道以及上进气门进入至缸筒以内，并吹扫缸筒内的压力废气从排气门排出；以及在短进气门关闭且延迟一段时间之后，上进气门及排气门关闭。
与现有技术相比，本发明的二冲程柴油机及其进气方法具有以下有益效果：其采用增加上进气道以及上下层进气道的换气方式，使得柴油机废气扫除更彻底，新鲜空气填充更充分，提高柴油机热效率，从而提高柴油机的经济性、动力性，降低柴油机的热负荷。解决了二冲程柴油机扫气不完全，充气效率低的问题。
附图说明
图1是根据现有技术一实施方式的曲轴箱扫气式二冲程发动机的结构示意图；
图2是根据现有技术一实施方式的二冲程柴油机的换气方案示意图；
图3是根据本发明一实施方式的气门一窗孔直流扫气的二冲程柴油机的工作原理图；
图4是根据本发明一实施方式的二冲程柴油机的主视示意图；
图5是图4的A—A处的剖视示意图；
图6是图5的C—C处的剖视示意图；
图7是图5的D—D处的剖视示意图；
图8是图5的E—E处的剖视示意图；
图9是图5的F—F处的剖视示意图；
图10是图8的G—G处的剖视示意图；
图11是图8的H—H处的剖视示意图；
图12是根据本发明一实施方式的下进气口的剖视结构示意图；
图13是根据本发明一实施方式的二冲程柴油机的配气相位概念示意图；
图14是根据本发明一实施方式的二冲程柴油机的进气原理示意图；
图15是根据本发明一实施方式的二冲程柴油机的进气原理示意图。
主要附图标记说明：
1-气缸盖，11-上进气道，12-上层进气道，13-下层进气道，2-气缸体，21- 下进气道，22-下进气口，23-缸筒，3-活塞，4-进气管，5-短进气门，6-上进气门，7-排气门。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图4至图11所示，根据本发明优选实施方式的一种二冲程柴油机，包括气缸盖1、气缸体2以及设置在气缸体2的缸筒23内的活塞3。气缸盖1 包括上进气道11、上层进气道12及下层进气道13。气缸体2包括下进气道 21及多个下进气口22。上进气道11的一端与进气管4的上出气口连通，另一端通过上进气门6与缸筒23连通。上层进气道12的一端与进气管4的上出气口连通。其中上层进气道12的另一端与下层进气道13的另一端通过短进气门5连通。下进气道21的一端与进气管4的下出气口连通。下层进气道 13的一端与进气管4的下出气口连通。多个下进气口22均匀的环设在缸筒 23的下部，多个下进气口22与下进气道21的另一端连通。
请参阅图5至图11，在一些实施方式中，沿垂直于活塞3的中轴线方向观看，上层进气道12与下层进气道13上下堆叠设置形成双层进气道。沿活塞3的中轴线方向观看，上进气道11与双层进气道并排设置。
在一些实施方式中，本实施例的上进气道11和下层进气道13的截面形状近似呈圆形，而上层进气道12的截面形状近似呈方形，但本发明并不以此为限。
请参阅图6和图12，在一些实施方式中，每个下进气口22的中心线的延长线与缸筒23半径的二分之一处的圆周相切。这样设置为了使从缸筒23底部进入缸筒23的气体容易形成旋转向上的直流扫气流，更容易将残留在缸筒 23内部的压力废气排出。
如图14至图15所示，在一些实施方式中，多个下进气口22的下边缘至缸筒23顶面的距离小于活塞3的行程。也就是说，活塞3行驶到下止点时，能够保证下进气口22完全打开。
在一些实施方式中，活塞3和短进气门5都可以控制进气的通断。短进气门5的设置意义在于：活塞3在缸筒23内上下运动时，当缸筒23上的一圈切向下进气口22处于活塞环下方时，如果没有短进气门，此时高压的空气或混合气体就会通过活塞裙部外圆和缸筒23的间隙进入曲轴箱，造成曲轴箱压力升高，发动机呼吸器大量窜气窜油。而本方案的短进气门5的意义就是在此种情况下，切断下进气，保证没有高压气体进入曲轴箱。
如图13所示，同时请参阅图14至图15，根据本发明优选实施方式的一种进气方法，该进气方法应用于如前述的二冲程柴油机，进气方法包括：活塞3下行，排气门7(本实施例为双排气门形式柴油机)开启，缸筒23内的压力废气从排气门7排出；活塞3继续下行使多个下进气口22初步打开时，短进气门5开启，增压空气或混合气从进气管4的上出气口进入上层进气道 12，并经过短进气门5、下层进气道13、进气管4的下出气口、下进气道21 以及多个下进气口22进入至缸筒23，并在缸筒23内形成旋转向上的直流扫气流，进一步吹扫缸筒23内的压力废气从排气门7排出；以及活塞3下行至下止点，多个下进气口22完全开启后，活塞3开始上行直至将多个下进气口 22完全封闭后，短进气门5关闭。
在一些实施方式中，进气方法还包括：在多个下进气口22初步打开之前，上进气门6开启，增压空气或混合气从进气管4的上出气口经过上进气道11 以及上进气门6进入至缸筒23以内，并吹扫缸筒23内的压力废气从排气门7 排出；以及在短进气门5关闭且延迟一段时间之后，上进气门6及排气门7 关闭。
在一些实施方式中，前述的上进气门6开启时间以及上进气门6和排气门7的关闭时间只是示意性的，本发明并不以此为限。上进气门6和排气门7 的关闭时间可以是同时的，也可以不同时关闭。而且上进气门6和排气门7 的关闭时间哪个在前哪个在后，本发明在此不做特别限定，可以根据具体情况以及计算确定。
综上所述，本发明的二冲程柴油机及其进气方法具有以下优点，本提案的配气机构在缸盖上设置进气门增加进气量，同时下部的进气口沿缸孔圆周切线布置，使得进入缸内的新鲜充量高速旋转，形成“气垫活塞”，既避免新鲜充量与废气的过多掺混，又向上加速推出废气，改善换气质量。缸盖上设置排气门，从缸套下部开始扫气，从缸套顶部排气，使扫气气流沿气缸轴线运动，改善了换气质量。由于沿整个气缸周边都可以布置扫气孔，在扫气总截面积不变的条件下，可以多开孔而减小气孔高度，从而减少了作功行程的损失。此种方式还使扫气对活塞的冷却均匀，受力也均衡。这样采用增加上进气道以及上下层进气道的换气方式，使得柴油机废气扫除更彻底，新鲜空气填充更充分，提高柴油机热效率，从而提高柴油机的经济性、动力性，降低柴油机的热负荷。解决了二冲程柴油机扫气不完全，充气效率低的问题。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
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