CN110439671A - 一种自由活塞发动机扫气结构 - Google Patents

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scavenging air
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马宗正
刘忠宝
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    • F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
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Abstract

本发明公开了一种自由活塞发动机扫气结构，包括气缸以及设在气缸上的排气道，还包括左扫气道、右扫气道，左扫气道、右扫气道关于气缸直径线对称，左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜。采用对称式扫气道布置方式，实现扫气气流的合理分布；左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，这种周流式扫气道结构，实现扫气气流的周向流动；左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜，达到扫气道采用倾斜式结构的目的，能够有向上的气流分量，实现气流的垂直流动。

Description

一种自由活塞发动机扫气结构
技术领域
本发明涉及新能源汽车增程用的自由活塞发动机技术领域，具体地说是一种自由活塞发动机扫气结构。
背景技术
能源消耗、环境污染和全球变暖是目前全世界人类共同面临的环境问题。作为新兴的自由活塞发动机，体积小、质量轻和热效率高等优点，在一定程度上提高了燃油的利用效率。但是普通自由活塞发动机在扫气的过程中有一明显缺点：自由活塞发动机的活塞行程不固定，有时能够到达上止点和下止点位置，有时会出现到不了的情况，因此普通的扫气结构会造成扫气过程不完全，造成活塞和扫气口的相对位置会发生变化，对扫气过程造成影响。
对普通自由活塞到不了上止点位置的情况进行了简单分析，活塞行程分别是38mm2、36mm2和34mm2，发现随着活塞的行程不断减少，气缸内部氧气质量分数不断降低，即缸内的扫气过程明显变弱，主要原因是扫气道与气缸的接触时间变短，导致扫气过程变差。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种自由活塞发动机扫气结构，采用对称式扫气道布置方式，实现扫气气流的合理分布；左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，这种周流式扫气道结构，实现扫气气流的周向流动；左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜，达到扫气道采用倾斜式结构的目的，能够有向上的气流分量，实现气流的垂直流动。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种自由活塞发动机扫气结构，包括气缸以及设在气缸上的排气道，还包括左扫气道、右扫气道，左扫气道、右扫气道关于气缸直径线对称，左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜。
所述左扫气道包括左一气道、左二气道，右扫气道包括右一气道、右二气道，左一气道、右一气道关于所述的气缸直径线对称，左二气道、右二气道关于所述的气缸直径线对称。
其特征是，所述左一气道、右一气道中心线所成夹角B范围为115-125°，所述的左二气道、右二气道中心线所成夹角A范围为145-155°。
所述左一气道、左二气道、右一气道、右二气道中心线与气缸轴线夹角α范围均为67-73°。
所述左一气道、左二气道、右一气道、右二气道均采用渐缩结构。
还包括中扫气道，中扫气道的中心线和所述的气缸直径线重合，中扫气道与排气道相对。
所述的左扫气道、右扫气道分别在下部汇合，汇合后的气道通过下扫气口连通至气缸，右一气道、右二气道分别通过右一气口、右二气口连通至气缸，右一气口、右二气口上下边缘均平齐。
所述的下扫气口下边缘与发动机的下止点位置平齐；
在活塞运行到上止点时，右一气口、右二气口的下边缘与活塞下边缘平齐。
所述的左扫气道的气口结构与右扫气道气口对称布置，右一气口中心与气缸中心距离a范围为±0.05D、右二气口中心距气缸中心的距离b为0.23D—0.28D，其中D为缸径。
所述的右一气口、右二气口轴向高度为Hs，右一气口、右二气口圆周方向的弧长之和为bs；具体公式如下：
其中：
λc＝0.20-0.32
Ss为发动机扫气量
βs＝bs/D
σ＝Hs/S
λ＝0.52-0.62
D——缸径(米)
S——冲径(米)
N——转速(转/分)
i——扫气口数目(个)
γ——垂直扫气角(度)
比时间截面Zs由下表参考选择：
本发明的有益效果是：
1、采用对称式扫气道布置方式，实现扫气气流的合理分布；左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，这种周流式扫气道结构，实现扫气气流的周向流动；左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜，达到扫气道采用倾斜式结构的目的，能够有向上的气流分量，实现气流的垂直流动。
2、扫气道采用对称式的结构，在左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜情况下，能够使扫气气流在气缸中部远离排气道位置相遇，碰撞后流动方向转向排气道，在自由活塞发动机扫气的时候，均匀的将缸内燃烧产生的废气排出燃烧室。
3、角度A和B，是实现四个气道向远离排气道的方向倾斜，实现了气流沿气缸壁流动至后方中部，汇合后反吹向排气道，同时在中扫气道气流吹动下，流向排气道的气流强度增大，实现了更好的扫气。
4、扫气道采用气道向上倾斜的结构，扫气气流能够有向上的气流分量，尤其是在活塞由上止点下行的时候，四个气道顶部配合活塞顶慢慢打开，气流向上流动，更有助于扫气彻底。
5、渐缩结构使气体在流动过程中能够提高速度，进而更有利于扫气。
附图说明
图1为本发明删除气缸等结构的扫气道实体视图；
图2为本发明扫气道相对气缸经线角度和气口中心和气缸中心距离视图；
图3为本发明扫气道相对气缸轴线角度视图
图4为本发明右扫气道的气口视图。
图中：1-左扫气道，2-右扫气道，3-中扫气道，4-排气道，11-左一气道，12-左二气道，21-右一气道，22-右二气道，23-右一气口，24-右二气口，25-下扫气口。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种自由活塞发动机扫气结构，包括气缸以及设在气缸上的排气道4，还包括左扫气道1、右扫气道2，左扫气道1、右扫气道2关于气缸直径线对称，左扫气道1、右扫气道2向远离排气道4的方向倾斜，左扫气道1、右扫气道2向气缸顶部倾斜。
采用对称式扫气道布置方式，实现扫气气流的合理分布；左扫气道1、右扫气道2向远离排气道4的方向倾斜，这种周流式扫气道结构，实现扫气气流沿着气缸壁周向流动；左扫气道1、右扫气道2向气缸顶部倾斜，达到扫气道采用倾斜式结构的目的，能够有向上的气流分量，实现气流的垂直流动。
所述左扫气道1包括左一气道11、左二气道12，右扫气道2包括右一气道21、右二气道22，左一气道11、右一气道21关于所述的气缸直径线对称，左二气道12、右二气道22关于所述的气缸直径线对称。
扫气道采用对称式的结构，在左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜情况下，能够使扫气气流在气缸中部远离排气道位置相遇，碰撞后流动方向转向排气道1，在自由活塞发动机扫气的时候，均匀的将缸内燃烧产生的废气排出燃烧室。
其特征是，所述左一气道11、右一气道21中心线所成夹角B范围为115-125°，所述的左二气道12、右二气道22中心线所成夹角A范围为145-155°。还包括中扫气道3，中扫气道3的中心线和所述的气缸直径线重合，中扫气道3与排气道4相对。
这里的角度A和B，是实现四个气道向远离排气道4的方向倾斜，实现了气流沿气缸壁流动至后方中部，汇合后反吹向排气道4，即流动方向转向排气道4，同时在中扫气道3气流吹动下，流向排气道4的气流强度增大，实现了更好的扫气。
所述左一气道11、左二气道12、右一气道21、右二气道22中心线与气缸轴线夹角α范围均为67-73°。
扫气道采用气道向上倾斜的结构，扫气气流能够有向上的气流分量，尤其是在活塞由上止点下行的时候，四个气道顶部配合活塞顶慢慢打开，气流向上流动，更有助于扫气彻底。
所述左一气道11、左二气道12、右一气道21、右二气道22均采用渐缩结构。使气体在流动过程中能够提高速度，进而更有利于扫气。
所述的左扫气道1、右扫气道2分别在下部汇合，汇合后的气道通过下扫气口25连通至气缸，右一气道21、右二气道22分别通过右一气口23、右二气口24连通至气缸，右一气口23、右二气口24上下边缘均平齐。
所述的下扫气口25下边缘与发动机的下止点位置平齐；
在活塞运行到上止点时，右一气口23、右二气口24的下边缘与活塞下边缘平齐。
如图2所示，所述的左扫气道1的气口结构与右扫气道2气口对称布置，右一气口23中心与气缸中心距离a范围为±0.05D、右二气口24中心距气缸中心的距离b为0.23D—0.28D，其中D为缸径。
上述气口参数均是列举的右扫气道2相关参数，左扫气道1与右扫气道2对称，左扫气道1的参数和右扫气道2参数相同。
所述的右一气口23、右二气口24轴向高度为Hs即图3中的标记Hs，右一气口23、右二气口4圆周方向的弧长之和为bs，即附图2中的弧长bs1和弧长bs2之和；具体公式如下：
其中：
λc＝0.20-0.32
Ss为发动机扫气量
βs＝bs/D
σ＝Hs/S
λ＝0.52-0.62
D——缸径(米)
S——冲径(米)
N——转速(转/分)
i——扫气口数目(个)
γ——垂直扫气角(度)
比时间截面Zs由下表参考选择：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自由活塞发动机扫气结构，包括气缸以及设在气缸上的排气道，其特征是，还包括左扫气道、右扫气道，左扫气道、右扫气道关于气缸直径线对称，左扫气道、右扫气道向远离排气道的方向倾斜，左扫气道、右扫气道向气缸顶部倾斜。
2.根据权利要求1所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述左扫气道包括左一气道、左二气道，右扫气道包括右一气道、右二气道，左一气道、右一气道关于所述的气缸直径线对称，左二气道、右二气道关于所述的气缸直径线对称。
3.根据权利要求2所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述左一气道、右一气道中心线所成夹角B范围为115-125°，所述的左二气道、右二气道中心线所成夹角A范围为145-155°。
4.根据权利要求3所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述左一气道、左二气道、右一气道、右二气道中心线与气缸轴线夹角α范围均为67-73°。
5.根据权利要求4所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述左一气道、左二气道、右一气道、右二气道均采用渐缩结构。
6.根据权利要求1所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，还包括中扫气道，中扫气道的中心线和所述的气缸直径线重合，中扫气道与排气道相对。
7.根据权利要求6所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述的左扫气道、右扫气道分别在下部汇合，汇合后的气道通过下扫气口连通至气缸，右一气道、右二气道分别通过右一气口、右二气口连通至气缸，右一气口、右二气口上下边缘均平齐。
8.根据权利要求7所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述的下扫气口下边缘与发动机的下止点位置平齐；
在活塞运行到上止点时，右一气口、右二气口的下边缘与活塞下边缘平齐。
9.根据权利要求8所述的一种自由活塞发动机扫气结构，其特征是，所述的左扫气道的气口结构与右扫气道气口对称布置，右一气口中心与气缸中心距离a范围为-0.05D—0.05D、右二气口中心距气缸中心的距离b为0.2D—0.3D，其中D为缸径。
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