一种对置活塞二冲程发动机

1.本发明涉及热力发动机技术领域，尤其是涉及一种对置活塞二冲程发动机。


背景技术：

2.对置活塞二冲程发动机的气缸由两个对置的活塞封闭所形成，具有比质量小、结构简单、大功率、大扭矩等优点。同时，因无缸盖设计，降低了热损失和摩擦损失，使对置活塞二冲程发动机具有较高的热效率。此外，由于活塞的对置式布局，其振动也相对较小。其中点燃式相对于压燃式，其质量更小、成本更低、工作柔和，特别适合陆用交通等领域。
3.为了达到良好的换气效果，二冲程发动机通常采用过量的新鲜空气进行扫气，导致尾气中存在大量未被利用的氧气。但是，点燃式发动机最为高效且通用的后处理方法是采用三元催化剂对未燃碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物进行催化氧化和还原。其中，针对氮氧化物的高效还原需要在氧含量极低的情况下进行，这就与二冲程发动机的扫气和燃烧过程产生不可调和的矛盾。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的不足，本发明设计了一种对置活塞二冲程发动机，通过对扫气道的结构进行优化，形成气缸轴线egr、外围空气的分层扫气结构，将egr取代空气被排出，实现了对废气中氧浓度的控制。
5.一种对置活塞二冲程发动机，包括气缸，
6.分别设置在所述气缸内的进气侧活塞和排气侧活塞；
7.自进气侧至排气侧，在气缸上沿环向依次设置egr输入口、外部空气入口、egr输出口和尾气出口；所述egr输出口与egr输入口之间通过管路连接中冷器，将排气侧egr输入进气侧；所述外部空气入口向气缸内输入空气；所述尾气出口将尾气排出气缸；
8.在外部空气入口和egr输出口之间设置主燃烧室喷油器、预燃室。
9.进一步，环绕在气缸周向设置扫气道ⅰ，扫气道ⅰ与气缸之间沿周向设置若干个扫气口ⅰ，所述扫气口ⅰ为egr输入口，所述egr输入口沿气缸的径向设置。
10.进一步，环绕在气缸周向设置排气道ⅰ，排气道ⅰ与气缸之间沿周向设置若干个排气口ⅰ，所述排气口ⅰ为egr输出口。
11.进一步，所述扫气道ⅰ通过冷却egr导管连接中冷器，所述排气道ⅰ通过中冷器入口导管连接中冷器。
12.进一步，环绕在气缸周向设置扫气道ⅱ，扫气道ⅱ与气缸之间沿周向设置若干个扫气口ⅱ；所述扫气口ⅱ为外部空气入口；所述扫气口ⅱ沿气缸内壁的切向设置。
13.进一步，所述扫气口ⅱ连接增压器，向缸内输入空气。进一步，环绕在气缸周向设置排气道ⅱ，排气道ⅱ与气缸之间沿周向设置若干个排气口ⅱ11；所述排气口ⅱ为尾气出口。
14.进一步，所述排气口ⅱ连接尾气处理装置。
15.进一步，所述预燃室包括火花塞和预燃室喷油器，所述火花塞和预燃室喷油器朝向预燃室的预燃室内腔设置。
16.进一步，所述主燃烧室喷油器和预燃室沿气缸的径向相对设置。
17.有益效果
18.(1)本发明中通过分层调控扫气，形成气缸轴线egr、外围空气的分层扫气结构，将egr取代新鲜空气被排出，实现了对废气中氧浓度的控制，从而达到三元催化剂对nox的高效转化条件，显著降低nox排放。
19.(2)本发明在不影响对置活塞二冲程发动机扫气过程的情况下实现了egr的引入，降低了缸内燃烧温度，从源头上降低了nox的生成量。
20.(3)本发明在对置活塞二冲程发动机中采用预燃室射流点燃着火方式，提高了发动机燃烧稳定性。
附图说明
21.为了更清晰地阐述本发明的实施案例和技术方案，下面对实施方案所需的附图进行简要介绍和解释说明。
22.图1为本发明所述点燃式二冲程发动机气缸结构图。
23.图2为本发明所述点燃式二冲程发动机扫气过程的轴线气体流动示意图。
24.图3为本发明所述点燃式二冲程发动机扫气过程中egr入口、空气入口、气缸中心、排气孔4个位置径向截面的气体流动和分布示意图。
25.图4为本发明所述点燃式二冲程发动机预燃室内部结构图
26.附图标记说明：
27.1-进气侧活塞；2-排气侧活塞；3-排气侧曲轴箱；4-进气侧曲轴箱；5-扫气口ⅰ；6-扫气口ⅱ；7-主燃烧室喷油器；8-排气道ⅰ；9-排气道ⅱ；10-排气口ⅰ；11-排气口ⅱ；12-扫气道ⅰ；13-扫气道ⅱ；14-预燃室；15-中冷器入口导管；16-中冷器；17-冷却egr导管；18-外部空气；19-尾气；20-缸内热废气；21-缸内空气；22-冷却egr；23-火花塞；24-预燃室喷油器；25-预燃室内腔；26-预燃室射流孔。
具体实施方式
28.下面结合本发明附图中的实施案例对本发明的技术方案进行描述。该实施方案仅是本发明的部分实施案例，不代表所有可行方案。基于该实施案例，在本领域的普通技术人员没有做出其他创新性的劳动前提下所得的其他实施方案均属本发明保护范围。
29.本案例提供了一种对置活塞二冲程发动机，包括气缸，气缸的左右两端分别是进气侧曲轴箱4和排气侧曲轴箱3；在进气侧曲轴箱4内设置进气侧活塞1，排气侧曲轴箱3内设置排气侧活塞2。
30.自进气侧至排气侧，在气缸外部依次套装扫气道ⅰ12、扫气道ⅱ13、排气道ⅰ8和排气道ⅱ9；其中，扫气道ⅰ12通过冷却egr导管17连接中冷器16，排气道ⅰ8通过中冷器入口导管15连接中冷器16，可以将排气侧的缸内热废气20输入中冷器16进行冷却，再输至进气侧。
31.更具体地，扫气道ⅰ12与气缸之间沿周向设置5个扫气口ⅰ5，扫气口ⅰ5为egr输入口，述egr输入口沿气缸的径向设置，经过中冷器16处理后的缸内热废气20自扫气口ⅰ5沿径
向进入气缸，在气缸内沿轴线向排气侧移动，如图3所示。
32.更具体地，环绕在气缸周向设置扫气道ⅱ13，扫气道ⅱ13与气缸之间沿周向设置5个扫气口ⅱ6；扫气道ⅱ13连接增压器，向扫气道ⅱ13内输入空气，扫气道ⅱ13内的空气经过扫气口ⅱ6进入气缸内。所有扫气口ⅱ6沿着气缸内壁的切向设置，且朝向相同，故经扫气口ⅱ6进入气缸内的空气形成径向旋转气流，在离心力的作用下贴壁旋转流动，并缓慢向排气侧移动，如图3所示。
33.更具体地，环绕在气缸周向设置排气道ⅰ8，排气道ⅰ8与气缸之间沿周向设置5个排气口ⅰ10，排气口ⅰ10为egr输出口。排气口ⅰ10沿气缸的径向设置，将缸内热废气20自中冷器入口导管15导入中冷器16，如图3所示。
34.更具体地，环绕在气缸周向设置排气道ⅱ9，排气道ⅱ9与气缸之间沿周向设置5个排气口ⅱ11；排气口ⅱ11为尾气出口，如图3所示。
35.更具体地，在扫气道ⅱ13和排气道ⅰ8之间设置主燃烧室喷油器7、预燃室14，主燃烧室喷油器7和预燃室14沿气缸的径向相对设置；如图4所示，预燃室14包括火花塞23和预燃室喷油器24，所述火花塞23和预燃室喷油器24朝向预燃室14的预燃室内腔25设置。
36.以下结合本发明一种对置活塞二冲程发动机气缸的工作过程进行详细说明，如图1和图2所示，当进气侧活塞1和排气侧活塞2相背运行至做功行程后期，排气口ⅰ10与气缸连通，缸内热废气20经排气道ⅰ8和中冷器入口导管15进入中冷器16进行冷却。
37.同时，或稍后，扫气口ⅱ6经扫气道ⅱ13与外部连通，外部新鲜空气18被增压器压入气缸内。其中，如图3所示，扫气口ⅱ6的径向截面为螺旋状，使得气缸内形成径向旋转气流，进入气缸内的缸内空气21在离心力的作用下贴壁旋转流动，并缓慢向排气侧移动。
38.当进气侧活塞1和排气侧活塞2继续向两侧运动，排气口ⅱ11与气缸连通，缸内热废气20经排气口ⅱ11和排气道ⅱ9进入尾气处理装置。
39.同时，或稍后，扫气口ⅰ5经扫气道ⅰ12与中冷器16连通，中冷器16内的冷却egr22经扫气口ⅰ5进入气缸内。其中，如图3所示，扫气口ⅰ5的径向截面为直筒状，使得进入气缸内的冷却egr22在中心汇聚并沿气缸轴线向排气侧运动。
40.受流动方向和外部增压器作用，冷却egr22轴向运动速度大于缸内空气21的轴向运动速度，冷却egr22先于缸内空气21到达排气侧。
41.最终，在下止点处形成如图2和图3所示的气流结构。气缸主体区域内，缸内空气21包裹冷却egr22，排气侧无新鲜空气或新鲜空气较少，相对于常规的二冲程发动机，冷却egr22代替缸内空气21被排出气缸外，实现排气氧浓度的可控性。
42.在压缩过程中，缸内新鲜空气21被压入预燃室14内，并形成较低egr率的混合气体。
43.随后，主燃烧室喷油器7向主燃室内喷射燃料，在气缸内形成包含新鲜空气、冷却egr和燃料的均匀混合气
44.压缩接近终了时，预燃室内14的预燃室喷油器24向预燃室25内腔喷射燃料，并由火花塞23点火，燃烧火焰经预燃室射流孔26喷向主燃室，点燃主燃室内的混合气。
45.需要特别说明的，本发明不局限于上述的示范性案例细节。在不违背本发明基本特征和应用领域中产生效果的前提下，本发明的表达形式较为多样，能够以其他的具体方案和形式实现本发明的内容。因此，将权利要求等同要件的含义和范围内的所有变化包含
在本发明中。
46.本说明书中采用了具体案例对本发明进行阐述，上述实例只是用于理解本发明的技术核心。本说明书内容不应理解为对本发明的限制内容。

技术特征：
1.一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，包括气缸，分别设置在所述气缸内的进气侧活塞(1)和排气侧活塞(2)；自进气侧至排气侧，在气缸上沿环向依次设置egr输入口、外部空气入口、egr输出口和尾气出口；所述egr输出口与egr输入口之间通过管路连接中冷器(16)，将排气侧egr输入进气侧；所述外部空气入口向气缸内输入空气；所述尾气出口将尾气排出气缸；在外部空气入口和egr输出口之间设置主燃烧室喷油器(7)、预燃室(14)。2.根据权利要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，环绕在气缸周向设置扫气道ⅰ(12)，扫气道ⅰ(12)与气缸之间沿周向设置若干个扫气口ⅰ(5)，所述扫气口ⅰ(5)为egr输入口，所述egr输入口沿气缸的径向设置。3.根据权利要求2所述的一种对置活塞二冲程发动机气缸，其中特征在于，环绕在气缸周向设置排气道ⅰ(8)，排气道ⅰ(8)与气缸之间沿周向设置若干个排气口ⅰ(10)，所述排气口ⅰ(10)为egr输出口。4.根据权利要求3所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，所述扫气道ⅰ(12)通过冷却egr导管(17)连接中冷器(16)，所述排气道ⅰ(8)通过中冷器入口导管(15)连接中冷器(16)。5.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一种对置活塞二冲程发动机气缸，其中特征在于，环绕在气缸周向设置扫气道ⅱ(13)，扫气道ⅱ(13)与气缸之间沿周向设置若干个扫气口ⅱ(6)；所述扫气口ⅱ(6)为外部空气入口；所述扫气口ⅱ(6)沿气缸内壁的切向设置。6.根据权利要求5所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，所述扫气口ⅱ(6)连接增压器，向缸内输入空气。7.根据权利要求5所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，环绕在气缸周向设置排气道ⅱ(9)，排气道ⅱ(9)与气缸之间沿周向设置若干个排气口ⅱ(11)；所述排气口ⅱ(11)为尾气出口。8.根据权利要求7述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，所述排气口ⅱ(11)连接尾气处理装置。9.根据权利要求1所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，所述预燃室(14)包括火花塞(23)和预燃室喷油器(24)，所述火花塞(23)和预燃室喷油器(24)朝向预燃室(14)的预燃室内腔(25)设置。10.根据权利要求9所述的一种对置活塞二冲程发动机，其中特征在于，所述主燃烧室喷油器(7)和预燃室(14)沿气缸的径向相对设置。

技术总结
本发明公开了一种对置活塞二冲程发动机，包括气缸，分别设置在气缸内的进气侧活塞和排气侧活塞；自进气侧至排气侧，在气缸上沿环向依次设置EGR输入口、外部空气入口、EGR输出口和尾气出口；EGR输出口与EGR输入口之间通过管路连接中冷器，将排气侧EGR输入进气侧；外部空气入口向气缸内输入空气；尾气出口将尾气排出气缸；在外部空气入口和EGR输出口之间设置主燃烧室喷油器、预燃室。本申请将EGR输入口沿气缸的径向设置，外部空气入口沿气缸内壁的切向设置，形成气缸轴线EGR、外围空气的分层扫气结构，将EGR取代新鲜空气被排出，实现了对废气中氧浓度的控制。氧浓度的控制。氧浓度的控制。


技术研发人员：金煜 邢默尘 冷先银 何志霞 杨康 冯择昊
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/7/6