一种活塞发动机正负压交替驱动的油气比例调节及油气供给器的制作方法

本发明涉及活塞发动机供油进气组件，具体涉及一种活塞发动机正负压交替驱动的油气比例调节及油气供给器，尤其适用于直喷二冲程活塞发动机的油气比例调节及油气供给系统。

背景技术：

1、二冲程发动机结构简单、功重比高，广泛应用于小型通用动力、航模动力、园林机械等领域，供油进气系统直接决定发动机成本、可靠性与燃油经济性。目前二冲程发动机主流供油方案分为化油器式与直喷式，二者均存在显著技术缺陷：

2、常规化油器式二冲程发动机采用预混进气，扫气过程中混合气短路流失严重，油耗高、排放差，油气比调节精度低，无法适配全工况稳定运行需求，且混合气易发生回流，负压稳定性差。

3、 直喷式二冲程发动机虽能解决混合气短路问题，但整体结构复杂，需配套高压油泵、精密喷油器、电控控制单元等部件，零部件加工精度要求高，制造、装配、维修成本大幅上升，同时系统故障率高、维护难度大，大幅限制了其在小型低成本二冲程动力上的应用。

4、现有技术缺少集成储油腔的供油结构，进油、出油通路无稳定储油缓冲结构，供油连续性差；同时常规供油结构节流模式单一，缺少系统化防回流设计，扫气通路形式单一，难以兼顾多工况调节需求。

技术实现思路

1、发明目的

2、本发明主要针对现有直喷式二冲程发动机结构复杂、制造成本高昂、零部件精密依赖度高的技术痛点，同时解决化油器式二冲程发动机混合气短路流失、油气比调节单一、介质易回流、供油无稳定储油结构的问题，提供一种带集成储油腔、进气口、进油口与出油口均和储油腔配对连通的活塞发动机正负压交替驱动的油气比例调节及油气供给器。

3、技术方案

4、一种活塞发动机正负压交替驱动的油气比例调节及油气供给器，包括储油腔、进油口、进气口、出油口，进气气道，进气止回阀，进气节流阀，进油节流阀，进油止回阀，出油止回阀，总气道，总节流阀；

5、其中，所述进气节流阀、进油节流阀、总节流阀属于所述节流阀组件；所述进气止回阀、进油止回阀、出油止回阀属于所述止回阀组件。

6、所述进油口与出油口均与储油腔配对连通；

7、所述进油止回阀设置于进油通路中，用于防止储油腔内燃油回流至油箱；

8、所述进气止回阀设置于进气通路中，用于防止曲轴箱内的空气回流至大气；

9、所述出油止回阀设置于出油通路中，用于防止油管内气体与燃油回流至储油腔；

10、总气道一端连通曲轴箱连接端，另一端分为两路，分别连通储油腔和进气气道；

11、所述装置还设有节流组件，所述节流组件包括进油节流阀、进气节流阀、总节流阀中的至少一个，

12、包括以下七种并列实施方式之一：

13、1. 同时设置进油节流阀、进气节流阀，不设置总节流阀；

14、2. 同时设置进油节流阀、总节流阀，不设置进气节流阀；

15、3. 同时设置进气节流阀、总节流阀，不设置进油节流阀；

16、4. 进油节流阀、进气节流阀、总节流阀三者同时设置；

17、5.仅设置进油节流阀，不设置进气节流阀与总节流阀；

18、6.仅设置进气节流阀，不设置进油节流阀与总节流阀；

19、7.仅设置总节流阀，不设置进油节流阀与进气节流阀；

20、进一步地，所述进气节流阀和进油节流阀分别用于单独调节进气量和进油量，以改变油气混合比；二者也可按固定比例同步联动，在基本不改变油气比的前提下调节油气供给总量。所述总节流阀用于同步调节进油量与进气量，在基本保持油气比不变的前提下调节油气供给总量和发动机总功率。

21、 所述出气口为扫气口，采用以下两种互斥的并列结构之一：

22、① 机匣连通扫气结构：保留发动机曲轴箱与气缸之间原有的内置扫气道完整连通，扫气气流依托机体原有通道流通，本装置壳体上不单独开设任何出气口；

23、② 外置直通扫气结构：完全切断发动机曲轴箱与气缸内置扫气道的连通，在本装置壳体上或曲轴箱上增设独立出气口，通过外置直通管路直接连通气缸扫气位，形成独立扫气通路。

24、进一步地，所述出气口可选择性设置止回阀，用于提升装置内部的气密性，间接优化扫气及供油驱动效果。

25、 进一步地，所述储油腔可选择性地采用狭长形腔体结构，通过减小储油腔的径向通流截面积，使储油腔壁面的边界层粘性剪切阻力在总流动阻力中的占比急剧增大，从而显著抑制燃油在储油腔内的自由晃动和液面波动。在发动机倾斜、颠簸、横滚、俯冲等剧烈机动工况下，可有效防止燃油从储油腔的油气连通口意外溢出并流入总气道或进气气道，并从源头上基本消除因为燃油剧烈晃动所产生的气泡；避免油气比发生非预期突变，保障发动机工作稳定。

26、 进一步地，所述储油腔的进油口和出油口均设置于储油腔的最低位置处浸没在油面以下，进油口设置于储油腔的最低位置，可以使活塞上升储油腔负压进油时，储油腔内基本不产生气体空腔与气泡，燃油从底部向上逐步填充，基本从根本上避免了气泡的产生；出油口设置于储油腔最低位置，可致使活塞下降储油腔正压出油时，使储油腔内几乎不会有燃油滞留在储油腔内；保障了不同姿态下供油的平滑连续和油气比的恒定控制精度。

27、 进一步地，本发明还可适配四冲程活塞发动机使用。在所述总通路之中，可串联电子控制阀门或机械驱动阀门，通过阀门启闭控制实现油气供给时刻与四冲程发动机工作循环的时序匹配，从而将本发明应用于四冲程活塞发动机的油气供给系统。

28、进一步地，本发明中所述“狭长形腔体”，指腔体的轴向长度与腔体径向最大宽度的比值大于或等于 3:1 的腔体结构。

29、 进一步地，本发明中所述“总通路”，为曲轴箱至储油腔与进气气道分叉处之间的气体流通路径，包含所述总气道及增设的外置独立管路，在某些简化实施方式中，可不设置独立的总通路， 储油腔与曲轴箱可直接连通，进气道与曲轴箱可直接连通；所述直接连通不排除在连通路径上串联其他功能部件。

30、进一步地，本发明中所述“进油通路”，为燃油箱至储油腔之间的燃油流通通道，包含设置于装置壳体内部的流道及增设的外置独立输油管路。

31、进一步地，本发明中所述“出油通路”，为储油腔至气缸燃烧室之间的燃油流通通道，包含设置于装置壳体内部的流道及增设的外置独立输油管路。

32、 进一步地，本发明中所述“进气通路”，为曲轴箱至大气之间的气体流通通道，包含所述总通路和自储油腔与进气气道分叉处起连接至大气的管路，以及设置于装置壳体内部的流道及增设的外置独立输气管路。

33、进一步地，本发明中所述“扫气通路”，为曲轴箱至气缸之间的气体流通通道，包含发动机曲轴箱连通气缸扫气道及增设的外置独立扫气管路。

34、 工作过程

35、本发明依靠二冲程发动机曲轴箱活塞往复运动产生的负压、正压交替变化完成供油进气，储油腔为核心储油缓冲结构，进油口、出油口均与储油腔配对连通，具体工作过程如下：

36、1. 活塞上行阶段（压缩行程，曲轴箱产生负压）

37、活塞从下止点向上止点运动，曲轴箱内部容积被持续拉大，内部气压低于外界大气压，形成稳定负压，完整状态如下：

38、- 压力传递：曲轴箱负压通过总气道及设置在总气道内部的总节流阀传递至储油腔与进气道，储油腔与进气道内部同步形成负压，为吸油与吸气创造压差条件。

39、 - 进油通路状态：储油腔负压将进油止回阀向上开启，燃油从油箱流出，经过进油节流阀（控制进油量），流入储油腔完成储油；出油止回阀受气缸侧压力作用保持闭合，隔绝气缸内气体，防止出油管内燃油、气体倒灌进入储油腔，保证储油腔负压环境稳定。

40、 - 进气通路状态：曲轴箱负压开启进气止回阀，外界空气经过进气道及设置在进气道内的进气节流阀进入曲轴箱内部；此时活塞裙部完全遮挡气缸侧壁的扫气口（天然止回阀结构），扫气通路处于封闭状态，进入曲轴箱的新鲜空气被留存，为后续扫气作业储备气源。

41、 - 节流阀的调节作用：总节流阀可控制正负压的整体强度，调节总节流阀时，进油量与进气量同步同比例变化，油气比基本保持恒定，基本仅改变油气供给总量；可单独调节进油节流阀、单独调节进气节流阀，或二者共同调节，灵活改变单次进油量与进气量的比例，实现油气混合比的独立调整；总节流阀的作用是在基本保持油气比不变的前提下同步调节进油量与进气量。

42、 2. 活塞下行阶段（做功行程，曲轴箱产生正压）

43、活塞从上止点向下止点运动，曲轴箱内部容积被压缩，内部气压高于外界大气压，形成稳定正压，完整状态如下：

44、- 压力传递：曲轴箱正压通过总气道及设置在总气道内部的总节流阀传递至储油腔与进气道，储油腔与进气道内部同步形成高压，为供油提供驱动力与关闭进气止回阀。

45、 - 燃油通路状态：储油腔正压将进油止回阀压紧闭合，进油通路彻底关闭，燃油无法回流至油箱；

46、储油腔内储存的燃油在正压推动下，开启出油止回阀，燃油直接从出油口喷入气缸燃烧室，完成单次供油。

47、 - 进气与扫气通路状态：曲轴箱正压压紧进气止回阀，进气通路闭合，空气无法回流至大气；活塞下行至扫气口位置时，裙部露出扫气口，扫气通路开启，进入扫气作业：

48、- 机匣连通扫气结构：依靠活塞启闭扫气口，无额外止回阀；曲轴箱内的高压空气，经气缸与曲轴箱之间的气缸扫气道进入气缸，将燃烧废气推出气缸，完成扫气；

49、- 外置直通扫气结构：完全切断发动机曲轴箱与气缸内置扫气道的连通，在本装置上或曲轴箱上额外开设、

50、打通独立出气口，通过外置管路直连气缸扫气位；依靠活塞启闭扫气口，也可选择性加装出气口止回阀，正压时止回阀打开，空气进入气缸扫气，负压时止回阀闭合，防止气缸废气倒灌回装置内部。

51、 - 节流阀的调节作用：总节流阀单独调节，即可在基本不改变油气比例的情况下，改变油气供给总量大小，进而改变发动机总功率；进油节流阀、进气节流阀二者按固定比例同步联动，也能实现基本不改变油气比只调油气总量和总功率的效果，进气节流阀和进油节流阀主要的作用是调节油气比，可以共同调节，也可以单独调节；

52、3. 完整循环总结

53、活塞上行完成负压储油+进气储备，活塞下行完成正压供油+扫气排气，一次上下行对应发动机一转一做功，供油、进气节奏与二冲程发动机工作循环完全匹配。

54、 有益效果

55、1. 大幅降低制造成本，替代复杂直喷系统：本装置依靠曲轴箱负压驱动供油，无需高压油泵、精密喷油器、电控单元等昂贵精密部件，结构简单、零部件通用易加工，制造成本远低于直喷系统，能够解决直喷二冲程成本高、结构复杂的核心痛点。

56、 2. 储油腔储油稳定，进油出油配对连通：储油腔作为核心储油缓冲结构，进油口、出油口均与储油腔配对连通，配合活塞上行储油、下行供油的工作逻辑，实现燃油稳定存储、连续供给，供油响应平稳，无断油、供油波动问题。

57、 3. 工况匹配精准：完全适配二冲程活塞上行负压吸油进气、下行正压供油扫气的工作循环，供油节奏与做功节奏一一对应，几乎无无效供油浪费。

58、 4. 避免混合气短路损失：通过外置独立供油进气结构，燃油与空气分开输送，有效减少扫气阶段混合气直接排出的问题，改善化油器机型油耗高、排放差的缺陷。

59、 5. 防回流性能稳定：进油口、进气口、出油口均配置止回阀，进油口防止储油腔燃油回流，出油口隔绝气缸气体倒灌储油腔，保证曲轴箱负压驱动持续稳定。

60、 6. 调节模式灵活适配：既可通过单独调节进油节流阀、单独调节进气节流阀或二者共同调节，灵活改变油气比，适配不同海拔、负载、燃油标号的工况需求；也可通过总节流阀实现单阀同步调节，保持油气比恒定、仅调整输出功率，有效解决双阀同步联动难度高、精度差的问题。

61、 7. 通用性强：兼容机匣连通、外置直通两种扫气结构，可直接替换现有化油器或直喷系统，适配所有排量的二冲程发动机。

62、 8.也可在本装置总通路中串联时序控制阀门，实现油气供给与四冲程工作循环的时序匹配，即可将本发明应用于四冲程活塞发动机的油气供给系统。

63、 9.作为优选，储油腔可采用狭长型腔体结构，在发动机倾斜、颠簸晃动时，能保持出油口始终浸没在燃油中，维持不同姿态下供油的平滑连续。