CN115370464A - 一种多端空气进气的燃料混合发动机 - Google Patents

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CN115370464A CN202210996026.0A CN202210996026A CN115370464A CN 115370464 A CN115370464 A CN 115370464A CN 202210996026 A CN202210996026 A CN 202210996026A CN 115370464 A CN115370464 A CN 115370464A
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曹政坤
殷海红
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孙伟
张卫杰
赖艳华
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Abstract

本发明涉及发动机进气技术领域，具体地说，涉及一种多端空气进气的燃料混合发动机。其包括气缸、活塞以及曲轴链轮，所述气缸包括气缸顶盖和气缸体，所述气缸顶盖设置在气缸体的顶部，所述活塞在气缸体内滑动，活塞和曲轴链轮之间设置有曲柄、连杆机构。本发明中通过中间管道和侧管道对燃料和空气进行一个相对性的分流，分流后使大部分的空气通过两侧的侧管道实现多端进入，而且进入到燃烧腔室后与中间管道进入的燃料呈水平分布，这样在燃烧腔室压缩过程中，两侧的空气会进行横向移动，然后与燃料混合，这时候压缩这个阶段就结束了，混合后的燃料和空气还没来得及分层，火花塞就点火了，从而保证点火时燃料和空气能够充分混合。

Description

一种多端空气进气的燃料混合发动机
技术领域
本发明涉及发动机进气技术领域，具体地说，涉及一种多端空气进气的燃料混合发动机。
背景技术
发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(往复活塞式发动机)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、喷气发动机、电动机等。
现有技术中常常对混合发动机的进气口进行改进，中国专利公开号：CN202091034U公开的燃气混合发动机在电子控制器的控制下实现根据发动机各种工况的需要，由进气门口处多点低压喷射实现在缸内双点燃烧，提高燃料的利用率和大幅度降低排放气体中的有害成份，达到节能环保的目标。
虽然通过多点低压喷射实现在缸内双点燃烧，但是活塞对燃烧腔室进行压缩是一个阶段性的动作，只有在这个阶段完成火花塞才能进行点火，而这时候的燃料混合着空气已经存储在燃烧腔室内了，由于燃料密度要大于空气密度，所以在压缩这一阶段燃料主要集中在底部，而空气主要集中在顶部，并不能充分的混合，为此，亟需提出一种多端空气进气的燃料混合发动机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多端空气进气的燃料混合发动机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了一种多端空气进气的燃料混合发动机，其包括气缸、活塞以及曲轴链轮，所述气缸包括气缸顶盖和气缸体，所述气缸顶盖设置在气缸体的顶部，所述活塞在气缸体内滑动，活塞和曲轴链轮之间设置有曲柄、连杆机构，活塞通过曲柄、连杆机构和曲轴链轮连接，活塞和气缸顶盖之间形成燃烧腔室，所述气缸顶盖的顶部设置有火花塞和排气管道，排气管道位于进气管组的相对侧，所述进气管组包括中间管道和两个侧管道，两个侧管道设置在中间管道的两侧，且侧管道和中间管道的连接处处于向下倾斜的状态，以使密度大的燃料直接由中间管道进入燃烧腔室，密度小的空气受压由侧管道进入燃烧腔室，通过中间管道和侧管道对空气和燃料进行相对性的分流。
作为本技术方案的进一步改进，所述侧管道和中间管道由水平线向下倾斜35°-45°。
作为本技术方案的进一步改进，所述排气管道底部设置有排气控制管，排气管道通过排气控制管与燃烧腔室连通，排气控制管内设置有排气控制阀。
作为本技术方案的进一步改进，所述中间管道的底部设置有进气控制管，中间管道通过进气控制管与燃烧腔室连通，进气控制管内设置有进气控制阀。
作为本技术方案的进一步改进，所述侧管道内设置有逆止件，通过逆止件阻止燃烧腔室内的空气和燃料回流至侧管道内。
作为本技术方案的进一步改进，所述逆止件包括封盘，所述侧管道内在封盘远离燃烧腔室的一侧设置有封环，所述封盘位于封环的一侧设置有连接柱，所述连接柱穿过封环并在穿过的一端设置凸缘，所述侧管道内在凸缘靠近封环的一侧设置连接环，凸缘和连接环之间通过弹簧连接固定。
作为本技术方案的进一步改进，所述中间管道和两个侧管道之间设置有控制装置，所述控制装置包括控制板，所述控制板将中间管道以及侧管道分成上下两个部分，其中：
控制板对应中间管道上下两个部分之间开设中间孔，对应侧管道上下两个部分之间开设有侧孔，通过侧孔和中间孔使侧管道以及中间管道上下两个部分进行连通；
所述控制装置还包括压力管，所述控制板内位于侧孔和中间孔之间的位置开设有集压腔，所述压力管的一端与集压腔连通，另一端与燃烧腔室连通；
所述集压腔的外侧壁上位于中间孔外侧的部分为柔性状态，集压腔内压强增大后，中间孔内的空间收缩，直至闭合。
作为本技术方案的进一步改进，所述排气管道的废气排出端设置有涡轮，所述涡轮的气流输出端设置有增压管，增压管与中间管道连接，连接处也设置有一个涡轮。
作为本技术方案的进一步改进，所述增压管的端部设置有废气排出头，通过废气排出头与废气处理装置连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该多端空气进气的燃料混合发动机中，通过中间管道和侧管道对燃料和空气进行一个相对性的分流，分流后使大部分的空气通过两侧的侧管道实现多端进入，而且进入到燃烧腔室后与中间管道进入的燃料呈水平分布，这样在燃烧腔室压缩过程中，两侧的空气会进行横向移动，然后与燃料混合，这时候压缩这个阶段就结束了，混合后的燃料和空气还没来得及分层，火花塞就点火了，从而保证点火时燃料和空气能够充分混合。
2、该多端空气进气的燃料混合发动机中，在侧管道内部的压强能够突破弹簧作用后，封盘才能脱离封环，然后空气和燃料进入到燃烧腔室内，在压缩阶段又与封环贴合，这样不仅能够起到防止空气和燃料回流的作用，还能对侧管道内的空气和少量的燃料进行一个收集，收集的目的有两个：一是延缓大部分空气进入到燃烧腔室的时间，保证点火时空气与燃料不会分层；二是增大侧管道内空气进入到燃烧腔室内的冲击力，提高混合的效果。
3、该多端空气进气的燃料混合发动机中，进入燃烧腔室的燃料接触到活塞顶壁会受到活塞的反作用力折回，折回后集中在燃烧腔室的中心位置，而曲柄都设置在活塞的中心位置，也就是说燃烧产生的作用力大多都集中在活塞的中心位置，不会集中在活塞的外侧，进而避免在活塞受压下移过程中受到曲柄的反作用力，再受到外侧的压力导致活塞向外侧弯曲，提高活塞的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的气缸结构示意图；
图3为本发明的气缸侧面结构示意图；
图4为本发明的控制装置结构示意图；
图5为本发明的侧管道内部的逆止件结构示意图；
图6为本发明的活塞位于下止点燃烧腔室侧面结构示意图；
图7为本发明的活塞上移过程中燃烧腔室侧面结构示意图；
图8为本发明的活塞移动至上节点燃烧腔室侧面结构示意图。
图中各个标号意义为：
100、气缸；
110、活塞；120、排气管道；121、排气控制管；122、排气控制阀；130、曲轴链轮；140、火花塞；100A、气缸顶盖；100B、气缸体；100C、燃烧腔室；
200、进气管组；
210、中间管道；211、进气控制管；212、进气控制阀；220、侧管道；222、凸缘；2221、连接柱；2222、封盘；223、连接环；224、封环；230、控制装置；231、控制板；2311、侧孔；2312、集压腔；2313、中间孔；232、压力管；
300、涡轮；310、增压管；320、废气排出头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图3所示，本实施例目的在于，提供了一种多端空气进气的燃料混合发动机，其包括气缸100、活塞110以及曲轴链轮130，气缸100包括气缸顶盖100A和气缸体100B，气缸顶盖100A设置在气缸体100B的顶部，活塞110在气缸体100B内滑动，活塞110和曲轴链轮130之间通过曲柄和连杆(即曲柄、连杆机构)连接，活塞110和气缸顶盖100A之间形成燃烧腔室100C，具体工作时，
首先雾化后的燃料结合着空气通过设置在气缸顶盖100A顶部的进气管组200进入到燃烧腔室100C内，也就是说进气管组200需要与燃烧腔室100C连通的，此时的活塞110位于下止点，受到曲轴链轮130转动产生的惯性作用使活塞110由下止点移向上止点，在此过程中，燃烧腔室100C被活塞110逐渐压缩，这时候进入到燃烧腔室100C内的燃料和空气处于高压状态，然后设置在气缸顶盖100A顶部的火花塞140点火，混合后的燃料和空气燃烧，燃烧后产生的废气通过设置在气缸顶盖100A顶部的排气管道120排出，排气管道120具体设置在进气管组200的相对侧，且底端与燃烧腔室100C连通，最后燃烧产生的压力推动活塞110下移，再受到曲轴链轮130转动产生的惯性作用使活塞110在气缸体100B内往复移动，往复移动的同时配合着曲柄和连杆带动曲轴链轮130转动，这就是发动机的主要工作原理，可是活塞110对燃烧腔室100C进行压缩是一个阶段性的动作，只有在这个阶段完成火花塞140才能进行点火，但这时候燃料混合着空气已经存储在燃烧腔室100C内了，由于燃料密度要大于空气密度，所以在压缩这一阶段燃料主要集中在底部，而空气主要集中在顶部，并不能充分的混合，为此本实施例还提出来以下实施方式：
第一实施方式，请参阅图2所示，图中进气管组200包括中间管道210和两个侧管道220，两个侧管道220设置在中间管道210的两侧，且侧管道220和中间管道210的连接处处于向下倾斜的状态，具体由水平线向下倾斜35°-45°，优选倾斜45°，从而保证能够有空气和部分燃料进入到侧管道220内，由于燃料密度大于空气密度，大部分燃料都沿着中间管道210进入到燃烧腔室100C内，少部分燃料进入到侧管道220，而且空气密度小受到推力的作用会进入到侧管道220内，从而通过中间管道210和侧管道220对燃料和空气进行一个相对性的分流(并不是完全分流，因为中间管道210内也会有空气，侧管道220内也会有燃料，只能说相对的将燃料和空气分离，另外：以下均以中间管道210内进入燃烧腔室100C内燃料、侧管道220内进入燃烧腔室100C内空气进行原路上的说明)，从而使大部分的空气通过两侧的侧管道220实现多端进入，而且进入到燃烧腔室100C后与中间管道210进入的燃料呈水平分布，这样在燃烧腔室100C压缩过程中，两侧的空气会进行横向移动，然后与燃料混合，这时候压缩这个阶段就结束了，混合后的燃料和空气还没来得及分层，火花塞140就点火了，从而保证点火时燃料和空气能够充分混合。
需要说明的是，排气管道120底部设置有排气控制管121，排气管道120通过排气控制管121与燃烧腔室100C连通，排气控制管121内设置有排气控制阀122，在排气时排气控制阀122打开，其余阶段均关闭，中间管道210的底部设置有进气控制管211，中间管道210通过进气控制管211与燃烧腔室100C连通，进气控制管211内设置有进气控制阀212，进气控制阀212在进气阶段(即空气和燃料进入燃烧腔室100C的阶段)打开，压缩阶段关闭；
侧管道220内设置有逆止件，通过逆止件防止进入到燃烧腔室100C内的空气和燃料回流至侧管道220内。
第二实施方式，请参阅图5所示，图中逆止件包括封盘2222，侧管道220内在封盘2222远离燃烧腔室100C的一侧设置有封环224，封盘2222位于封环224的一侧设置有连接柱2221，连接柱2221穿过封环224并在穿过的一端设置凸缘222，侧管道220内在凸缘222靠近封环224的一侧设置连接环223，凸缘222和连接环223之间通过弹簧连接固定，这样封盘2222受到弹簧的作用贴合封环224，只有在侧管道220内部的压强能够突破弹簧作用后，封盘2222才能脱离封环224，然后空气和燃料进入到燃烧腔室100C内，在压缩阶段又与封环224贴合，这样不仅能够起到防止空气和燃料回流的作用，还能对侧管道220内的空气和少量的燃料进行一个收集，收集的目的有两个：一是延缓大部分空气进入到燃烧腔室100C的时间，保证点火时空气与燃料不会分层；二是增大侧管道220内空气进入到燃烧腔室100C内的冲击力，提高混合的效果。
值得说明的是，因为弹簧自身具有一定的厚度，所以凸缘222不会与连接环223贴合，而且连接环223与连接柱2221之间存在间隙，这样能够保证空气能够顺利的穿过连接环223，而且本实施例中弹簧的承受压强控制在55-60Kpa。
第三实施方式，请参阅图2和图3所示，中间管道210和两个侧管道220之间设置有控制装置230，控制装置230包括控制板231，控制板231将中间管道210以及侧管道220分成上下两个部分，请参阅图4所示，控制板231对应中间管道210上下两个部分之间开设中间孔2313，对应侧管道220上下两个部分之间开设有侧孔2311，通过侧孔2311和中间孔2313保证侧管道220以及中间管道210上下两个部分之间能够连通，控制装置230还包括压力管232，控制板231内位于侧孔2311和中间孔2313之间的位置开设有集压腔2312，压力管232的一端与集压腔2312连通，另一端与燃烧腔室100C连通，首先集压腔2312以及压力管232与燃烧腔室100C连通后任然是一个密封的腔体；
其次，集压腔2312的外侧壁上位于中间孔2313外侧的部分为柔性状态，也就是说集压腔2312内压强增大后，靠近中间孔2313的侧壁相对于中间孔2313来说会内收的，以实现中间孔2313内空间上的收缩，且在过高的压力下闭合，具体原理如下：
请参阅图6所示，在活塞110处于下止点时燃烧腔室100C还未被压缩，这样中间管道210内的燃料以及侧管道220内的空气都正常进入到燃烧腔室100C内，请参阅图7所示，在活塞110向上至点移动时，进气控制阀212关闭，此时燃烧腔室100C内压强逐渐增大，但不足以使侧管道220内的逆止件关闭，而集压腔2312内压强也增大，迫使中间孔2313关闭，这样空气和燃料都通过侧管道220进入燃烧腔室100C内，请参阅图8所示，随着活塞110进一步的上移，最后通过侧管道220进入燃烧腔室100C内的空气和燃料压强是非常大的，这样进入燃烧腔室100C的燃料接触到活塞110顶壁会受到活塞110的反作用力折回，折回后集中在燃烧腔室100C的中心位置，而曲柄都设置在活塞110的中心位置，也就是说燃烧产生的作用力大多都集中在活塞110的中心位置，不会集中在活塞110的外侧，进而避免在活塞110受压下移过程中受到曲柄的反作用力，再受到外侧的压力导致活塞110向外侧弯曲，提高活塞110的使用寿命。
进一步说明的是，本实施方式还可以通过中间管道210上的进气控制阀212实现上述中间管道210的关闭，但是进气控制阀212和排气控制阀122的控制需要提前预设时间点，不仅增加了进气控制阀212和排气控制阀122的工作负担，而且燃烧腔室100C内产生的压强无法固定，所以时间点是一个变化状态的，这样通过上述原理更容易找准压强点，因为中间孔2313外侧的部分只有在固定压强(200-220Kpa)下才能使中间孔2313闭合。
第四实施方式，请参阅图1所示，排气管道120的废气排出端设置有涡轮300，涡轮300的气流输出端设置有增压管310，增压管310与中间管道210连接，并且在连接处也设置有一个涡轮300，增压管310的端部设置有废气排出头320，通过废气排出头320与废气处理装置连接，例如：三元催化装置，这样不仅能够排气而且还能通过涡轮300对增压管310以及中间管道210进行增压。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种多端空气进气的燃料混合发动机，其包括气缸(100)、活塞(110)以及曲轴链轮(130)，所述气缸(100)包括气缸顶盖(100A)和气缸体(100B)，所述气缸顶盖(100A)设置在气缸体(100B)的顶部，所述活塞(110)在气缸体(100B)内滑动，活塞(110)和曲轴链轮(130)之间设置有曲柄、连杆机构，活塞(110)通过曲柄、连杆机构和曲轴链轮(130)连接，活塞(110)和气缸顶盖(100A)之间形成燃烧腔室(100C)，所述气缸顶盖(100A)的顶部设置有火花塞(140)和排气管道(120)，排气管道(120)位于进气管组(200)的相对侧，其特征在于：所述进气管组(200)包括中间管道(210)和两个侧管道(220)，两个侧管道(220)设置在中间管道(210)的两侧，且侧管道(220)和中间管道(210)的连接处处于向下倾斜的状态，以使密度大的燃料直接由中间管道(210)进入燃烧腔室(100C)，密度小的空气受压由侧管道(220)进入燃烧腔室(100C)，通过中间管道(210)和侧管道(220)对空气和燃料进行相对性的分流。
2.根据权利要求1所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述侧管道(220)和中间管道(210)由水平线向下倾斜35°-45°。
3.根据权利要求1所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述排气管道(120)底部设置有排气控制管(121)，排气管道(120)通过排气控制管(121)与燃烧腔室(100C)连通，排气控制管(121)内设置有排气控制阀(122)。
4.根据权利要求1所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述中间管道(210)的底部设置有进气控制管(211)，中间管道(210)通过进气控制管(211)与燃烧腔室(100C)连通，进气控制管(211)内设置有进气控制阀(212)。
5.根据权利要求1所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述侧管道(220)内设置有逆止件，通过逆止件阻止燃烧腔室(100C)内的空气和燃料回流至侧管道(220)内。
6.根据权利要求5所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述逆止件包括封盘(2222)，所述侧管道(220)内在封盘(2222)远离燃烧腔室(100C)的一侧设置有封环(224)，所述封盘(2222)位于封环(224)的一侧设置有连接柱(2221)，所述连接柱(2221)穿过封环(224)并在穿过的一端设置凸缘(222)，所述侧管道(220)内在凸缘(222)靠近封环(224)的一侧设置连接环(223)，凸缘(222)和连接环(223)之间通过弹簧连接固定。
7.根据权利要求6所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述中间管道(210)和两个侧管道(220)之间设置有控制装置(230)，所述控制装置(230)包括控制板(231)，所述控制板(231)将中间管道(210)以及侧管道(220)分成上下两个部分，其中：
控制板(231)对应中间管道(210)上下两个部分之间开设中间孔(2313)，对应侧管道(220)上下两个部分之间开设有侧孔(2311)，通过侧孔(2311)和中间孔(2313)使侧管道(220)以及中间管道(210)上下两个部分进行连通；
所述控制装置(230)还包括压力管(232)，所述控制板(231)内位于侧孔(2311)和中间孔(2313)之间的位置开设有集压腔(2312)，所述压力管(232)的一端与集压腔(2312)连通，另一端与燃烧腔室(100C)连通；
所述集压腔(2312)的外侧壁上位于中间孔(2313)外侧的部分为柔性状态，集压腔(2312)内压强增大后，中间孔(2313)内的空间收缩，直至闭合。
8.根据权利要求1所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述排气管道(120)的废气排出端设置有涡轮(300)，所述涡轮(300)的气流输出端设置有增压管(310)，增压管(310)与中间管道(210)连接，连接处也设置有一个涡轮(300)。
9.根据权利要求8所述的多端空气进气的燃料混合发动机，其特征在于：所述增压管(310)的端部设置有废气排出头(320)，通过废气排出头(320)与废气处理装置连接。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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