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    中國牛人發明新型二沖程發動機,打破傳統已申請專利,即將上市

    原創
    2020-02-16  制造原理

    本文由制造原理粉絲BANKER班撰寫并授權發布,整理編輯風云哥,前方高能,信息量超大,全文3935字,請做好準備。

    Hello大家好,我是風云哥

    小伙伴們對二沖程發動機了解嗎?記得當年上物理課,那四幅插圖簡直是要教人發狂呀。在如今這個四沖程發動機大行其道的時代,似乎已經沒有人去關注簡單粗暴的二沖程發動機了。

    但是后臺有個小伙伴留言說他有新的發明就是有關二沖程發動機的,風云哥頓時就來了精神,接下來我們就看看這位小伙伴的發明吧!                            

    活塞式發動機分四沖程與二沖程兩種,四沖程發動機較二沖程發動機節能、環保耐用;二沖程發動機的理論功率是四沖程的兩倍,實際功率1.5~1.6倍。

    但二沖程發動機卻有著耗油高、污染大、機體溫度高,潤滑差的缺點,目前僅有一部分追求動力的越野摩托車在使用。

    (1)普通二沖程發動機沒有獨立潤滑系統,必須用機油混合燃油參與燃燒,造成機油燃燒后冒出白煙,此潤滑系統效果也較差。

    (2)另外二沖程發動機的排氣口設置在較高位置,做功燃氣未完全膨脹已被排出,浪費了部分有用功。

    (3)其進氣以掃氣的形式工作、掃氣過程中,掃氣角與排氣角重疊嚴重,未經燃燒做功的混合氣中有30%左右隨費氣排出,那么就有約30%的燃油浪費,而且加重了廢氣污染。

    (4)二沖程發動機是每兩個沖程做功一次,比四沖程做功多一次,那么它的熱量也比四沖程發動機多一倍,由于溫度高,導致機件磨損也快,再加上潤滑系統較差,造成了易拉缸的嚴重技術缺陷。

    這四點技術缺陷是導致普通二沖程發動機在一般大眾化市場里消失的原因.

    但由于新能源汽車的出現,使得燃油動力發動機被推到風口浪尖上,以后發動機或許只能當后備動力和私人小飛機的動力出現了,而且要求體積小,重量輕。新型二沖程發動機是混合動力汽車和增程器的首選動力!別無它選!

    而當四沖程發動機成熟的技術看似走到頭時,不妨換個思維去想想另外的解決方法,或許被我們曾經丟棄的東西就是最好的解決問題方法。

    汽車用二沖程發動機的研究在90年代時驟然興起,他深深的吸引著人們。據情報,現在至少有 17 家公司正在實施二沖程發動機的研究計劃,其中日本 9 家,歐洲 5 家,美國 3 家。

    盡管各家公司的新型發動機采用不同的技術與具體設計,但他們遇到共同的棘手任務,是如何巧妙地使發動機的廢氣排放符合標準。

     為什么發動機的設計師們會重新在二沖程發動機上下功夫呢?因為目前他們設計產品時,不得不兼顧政府的各項法令、燃料消耗標準以及消費者對高性能的要求。但與此同時,四沖程發動機的研究幾乎到了頂點,再想大幅度提高其性能將很困難。所以,設計師們又想到了二沖程發動機。

    大家知道,要提高發動機的性能,主要是利用以下兩個基本手段:提高燃燒時氣缸的工作壓力或提高發動機的轉數。現在,這兩個手段,設計師們在設計四沖程發動機時都充分的運用了。但轉數的提高并不是無限的,現在的四沖程汽車發動機的轉數幾乎到了極限。

    毋庸置疑,為擺脫上述困境,發動機廠商正在尋找一條新的途徑來引導今后的設計,而二沖程發動機,正是其中的嘗試。因為二沖程發動機的活塞每次上行到上止點( TDC )時均點火做功,而不像四沖程發動機那樣每隔一次點火一次。

    也就是說二沖程發動機的做功行程比四沖程發動機整整多一倍,故同排量的二沖程發動機只需一半的汽缸壓力,就可以產生與四沖程發動機一樣的輸出功率和轉數。汽缸工作壓力的減小,則意味著可大幅度地降低氮氧化合物的排放含量,以及熱負荷的降低和發動機的設計尺寸更輕小。

    做功行程多一倍的收益可被用在很多方面,例如:輸出功率與四沖程發動機一樣功率的新型二沖程發動機,其體積和重量只有四沖程發動機的一半;或者換句話說,如果功率和扭矩是設計時追求的目標,那么與四沖程發動機等重量體積的新型二沖程發動機,將有更強勁的動力。

    典型的二沖程發動機致命的弱點便是浪費燃料,排污過大。純空氣掃氣加上燃油噴射成為新型二沖程發動機的主要設計思想。澳大利亞ORBITAL發動機公司的低壓噴射式二沖程發動機方案,已經被FORD、GENERALMOTORS、等多家公司采用。

    該公司一臺1.2升三缸新型二沖程發動機被裝在FORD公司的ESCORT牌車上,輸出功率62.5千瓦,比原1.9升發動機減重113.4公斤。RBITAL發動機公司曾向公眾展示了一臺147千瓦的V6新型二沖程發動機,它的重量只有88.9公斤。

    去其糟粕,取其精華,我國的發動機產業不能老跟著別人屁股后面走,這樣只能受制于人。現在分享一下2017年國內最新二沖程技術,此技術卻優于國外技術方案,并于2018年1月19日被授以專利權:雙級活塞式二沖程發動機【ZL:201720767212.1】。

     雙級活塞式二沖程發動機技術方案要點:

    A,本發明創造采用下進頂排直掃式氣配機構,輔以燃油電子噴射技術,克服混合氣直接排出排氣口的高耗油、高污染弊端;

    B,以階梯式活塞與階梯式氣缸來進行自動增壓兼形成氣缸油腔不需要機油參與燃燒,去除了高污染的弊端。

    C,用增壓多余的新鮮空氣來從氣缸內掃氣散熱,避免了二沖程發動機過熱;

    D利用曲軸油道技術將潤滑油經過連桿到達活塞與氣缸壁,由于梯級式活塞與梯級式氣缸的特性,工作過程中形成氣缸腔體作潤滑油循環作用,克服了二沖程發動機燒機油的不良工況。

    至此,二沖程發動機高耗油、高污染、高溫度、潤滑差的四大缺點難題全部被攻克解決。

    本發動機適合用于軍事、航空、混合動力汽車,摩托車等領域。為解決普通二沖程發動機存在的潤滑油參與燃燒的潤滑差、耗油高、污染大、溫度高問題。

    本設計創造將用梯級形活塞與氣缸,輔以獨立潤滑系統,采用氣缸頂部排氣,氣缸壁下部進氣的獨特方式來解決所存在的問題,適用于汽油、柴油、重油、燃氣活塞式發動機。

    實現本創造的詳細技術方案

    (以汽油發動機為例,附圖說明)。

    ①梯級形氣缸,與②梯級形活塞,對氣缸中的混合氣進行壓縮、做功,當活塞做功過程下行至排氣角度時③排氣門開始打開,進行排氣,當②活塞下行至④進氣口時,純空氣開始以渦旋方式進入氣缸掃氣,當掃氣量占總進氣量約25%時,⑤燃油噴射器才開始隨后面的進氣噴射入氣缸。

    由于采用梯級形活塞與氣缸、曲軸箱的吸入儲備氣量是氣缸工作量的1.6倍之多,用25%的純空氣作掃氣先鋒,它將與費氣一起被掃出氣缸。由于這25%是純空氣,這樣并沒有可燃混合氣被排出,而且這部分氣體是常溫氣體,它將高溫的氣 缸壁與活塞頂以及氣門機構作風冷卻作用,使發動機得到關鍵的降溫作用,當活塞下行至下止點又往上行時,進氣管仍繼續掃氣入氣缸,進氣管內設有⑥單向閥,氣缸內的空氣及混合氣是不能返流回曲軸箱的,活塞上行止排氣門關閉角度時,排氣門關閉,這樣混合氣在氣缸內的體積是增壓體積,約是氣缸工作容積的1.3倍。這樣不但不損失混合氣,而且達到了增壓的效果。活塞繼續上行至壓縮點火,完成了一個循環工作。

    以上工作原理解決了油耗高、污染大、溫度高的技術問題,接下來將解決二沖程發動機潤滑差、機油參與燃燒的問題,本發明創造內容含有獨立的潤滑系統,主要由⑦曲軸油道與⑧氣缸油腔組成,潤滑機油由機油泵泵進曲軸油道經曲軸肖與軸瓦后通過(15)油道連桿中的油道至活塞肖排入氣缸油腔,氣缸油腔對活塞與氣缸壁進行潤滑,活塞上下部位均設有氣環與⑨油環,防止多余的機油進氣缸,機油只能經過回油口循環回機油泵。

    只需在連桿大小頭內加設防漏⑩油封圈即可,因為曲軸箱內有脈沖式高壓,壓力在外面施加,用防漏油封圈是可行的。這樣機油非但不進入氣缸燃燒,而且實現了良好的潤滑循環工作系統,潤滑與環保問題得到解決。

    有效效果:本創造相比四沖程發動機,創優出了功率大一倍,體積與重量小一倍,無須加裝渦輪增壓器也有增壓的效果;相比以往的二沖程發動機,創優出了功率更大,潤滑更完善,油耗低得多,污染小得多,甚至優于四沖程的環保率,溫度更低,機件更耐磨耐用的效果。

    結構與功能:本創造梯級活塞式二沖程發動機屬于活塞機結構,為體積小、功率大的機型,兼顧了環保節能、穩定耐用的功能,其特性更適合于水平對置設計上,曲軸柄兩端需要設⑾軸封,水平對置發動機共用一個曲軸箱,軸封用量就更少,用量越少越好。這種高效高能機械更適應于水平對置設計來抵消工作中的震動與動平衡。

    請參考:梯級活塞式二沖程發動機附圖A(水平對置式雙缸型),B(直立式單缸型)說明書。

    具體實施方式

    實現本創造的最佳方式為:

    一,采用多排氣門技術,頂置式多排氣門數應大于1個,排氣門數量與面積決定著排氣質量與轉速,這技術已普遍用于先進的西方國家發動機上;

    二、用于汽油機上應該每氣缸用2—3個⑿火花塞為佳,火花塞點火位置與數量決定著火焰傳播速度與爆發力,這種技術已在航空汽油機上使用多年,而本發明創造屬于二沖程范疇,更需要多火花塞點火觸發其應有的爆發力,讓混合氣體更快更充分燃燒。

    三、⑦曲軸油道技術已在大型貨車發動機上運用多年,只需在連桿大小頭上設防漏⑩油封圈即可。

    四、關于⑾曲軸軸封的問題,一般二沖程發動機均有曲軸油封,一般3—5萬公里更換,有些發動機油封10萬公里也有繼續用。

    五、燃油噴射技術,已在四沖程發動機應用多年,在二沖程發動機上,已有日本雅馬哈和奧地利KTM公司和其它公司使用。

    1、梯級式活塞:用于二沖程發動機的梯級形活塞,分為上梯級和下梯級的圓柱幾何形狀活塞裙,其上部與一般活塞一樣,其下部是直徑較大的圓柱形活塞。

    其特征:上小下大,上部有于壓縮氣缸內的混合氣進行做功,下部較大面積用于吸入與預壓曲軸箱內的空氣,各自有氣環與油環,活塞下級截面積設計大于活塞上級面積,這樣,吸入曲軸箱的氣體體積就大于做功氣缸的工作容積,用多余的氣體作掃氣冷卻和增壓所用。梯級式活塞與一般二沖程活塞外觀明顯不同,更大區別是梯級式活塞能配合曲軸箱吸入更多的空氣,其活塞內設有與油環連通的回油孔道,便于油環回油。

    2、梯級式氣缸體:用于二沖程發動機的梯級形氣缸,分為上部做功氣缸和下部較大直徑的氣缸,上部氣缸為掃入混合氣進行 壓縮和做功沖程用,下部較大直徑氣缸作吸氣和預壓氣體用,由于下部缸徑大于上部做功缸徑,氣缸與活塞配合,吸進曲軸箱的氣體體積大于做功氣缸容積,多余的氣體作掃氣冷卻增壓所用。

    其特征:梯級式氣缸體與一般發動機氣缸體外觀明顯不同,更大區別是它與梯級活塞配合能形成氣缸油腔,供發動機循環潤滑油所用,確保氣缸與活塞充分潤滑與冷卻。

    3、油道式連桿:用于二沖程發動機的具有中心油道,且大小頭內有油封圈槽的連桿。

    其特征:是讓連桿大小頭得到充分的潤滑,而且不讓潤滑油滲漏到曲軸箱去,還起著通道的作用將潤滑油輸送到氣缸油腔去。其外觀與一般發動機連桿并無不同,但內結構卻有油道與油封圈防潤滑油滲漏,既解決潤滑問題,又解決燒機油問題。

    4、多點點火排氣式氣缸頭:用于二沖程發動機具有多點點火,且氣門全是排氣門的氣缸頭。

    其特征:多點點火是為了提高點火效率與傳播更快的爆發速度,多氣門全是排氣用則是為了更快排氣,能提升發動機轉速。

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