[发明专利]一种两冲程高功重比重油活塞发动机进气缓冲器及其设计方法

权利要求书

1.一种发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器位于扫气泵出口和气缸进气口之间，并具有至少一个结构容腔，所述的结构容腔在发动机换气时用以容纳气缸内倒流的燃气,所述的缓冲器具有多个结构容腔，相邻容腔的相交界面上开有孔作为容腔内气体的进出口，每个容腔沿气体流动方向上的截面面积大于容腔的进出口面积，使得缓冲器与进气口相交的截面、缓冲器中各相邻容腔相交的截面均存在突变。

2.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的发动机为二冲程高功重比重油活塞发动机。

3.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器包括第一容腔、第二容腔和第三容腔，其中第三容腔和第二容腔与扫气泵出口直接连通，且第三容腔和第二容腔之间通过孔连通，第二容腔与第一容腔之间也通过孔相连通，第一容腔一端连通第二容腔，另一端作为曲轴箱气体的出口。

4.权利要求3所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述第一容腔的截面积沿扫气时燃气倒流方向逐渐扩大。

5.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于，所述进气缓冲器与曲轴箱一体化设计，进气缓冲器与发动机的曲轴箱一体铸造成型。

6.权利要求1所述的发动机进气缓冲器，其特征在于：所述结构容腔的容积大小是气缸燃气倒流气体的体积2.5倍。

7.带有权利要求1-4任一项所述的缓冲器的二冲程高功重比重油活塞发动机。

8.利用权利要求1-6任一项所述的发动机进气缓冲器进气缓冲的方法，其特征在于：在发动机正常进气过程中，气缸中的燃气出现倒流，燃气沿着截面逐渐扩张的进气道倒流出气缸，流动过程中燃气的速度逐渐降低；

燃气流过曲轴箱与气缸相连接的出口进入曲轴箱后，首先流经缓冲器第一容腔，第一容腔的截面逐渐扩张，使倒流燃气的速度持续降低；燃气流过第一容腔之后通过第一容腔与第二容腔之间的孔流入第二容腔中，通过小孔产生节流效应，气体的压力降低，且流动损失增大，气体速度降低；

随后气体由第二容腔流入第三容腔时同样产生节流效应，使气体的压力和速度进一步降低；

新鲜空气从扫气泵出口流出，通过第三容腔和第二容腔进入曲轴箱，第三容腔和第二容腔中的新鲜空气一同流过第一容腔，通过曲轴箱的出口进入气缸的进气道，最后进入气缸中作为工质进行循环。

9.一种权利要求1-6任一项所述的发动机进气缓冲器的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据发动机的设计要求，确定发动机气缸进气门打开时的缸内压力和发动机增压器出口的气体压力，并确定气缸进气门打开时气口两侧的气体压力差p₁-p₂，其中p₁为气缸内压力，p₂为气缸外压力；

(2)对沿流体流线方向的微分形式方程进行不可压流体和定常流动的简化，如下式所示：

根据简化条件：V＝const，ρ＝const，

得到沿流线方向的不可压流体方程，如下式所示：

式中，ρ为气体密度，V₁为气缸内气流速度、V₂为气缸外气流速度，z₁和z₂为进气口两侧的气体高度；设z₁和z₂相等；

结合步骤(1)中所述的进气口两侧的压力差p₁-p₂，由于气缸内部的气流速度为0，设V₁等于0，根据等式求出V₂即为倒流燃气的平均倒流速度；

(3)根据发动机气缸内的气体膨胀规律，对气体等熵膨胀过程进行数学描述，如下式所示：

上式中，v₁为进气门打开时的气体比容，v₂为燃气倒流结束的气体比容，n的取值范围为1.32～1.36，

根据两个气体比容得到在燃气倒流过程中的活塞的下行距离，结合发动机的缸径、行程和转速参数，得到燃气的倒流时间；并对在燃气倒流阶段缸内气体减少量即倒流量进行初步假设，根据假设的倒流量和计算得到的倒流时间得到倒流的平均速度；

(4)通过对倒流量进行修正，使得步骤(3)得到的倒流平均速度和(2)中的计算结果一致；根据步骤(3)中所述的计算结果，并得到修正后的气缸倒流燃气质量；

(5)由步骤(3)中气体比容结合发动机的缸径、行程和转速参数得到的燃气倒流的持续时间和步骤(2)得到的平均倒流速度计算出燃气倒流的距离，以此作为缓冲器的初始长度，由步骤(4)中经修正后得到的倒流燃气质量计算缓冲器的初始截面面积；

(6)根据缓冲器和发动机气缸的进气口面积，以及不可压流体的质量连续方程:

q_m＝ρV₂A＝const

对倒流燃气的倒流速度进行修正，之后重复步骤(3)-(5)对缓冲器的长度和截面面积进行修正；式中q_m为倒流时的质量流量，即单位时间从气缸倒流出的气体质量，A为缓冲器的截面面积；

(7)确定缓冲器的整体轮廓尺寸后对内部的三个容腔进行长度上的划分，保证扫气泵出口的气体进入曲轴箱时尽量均匀，设计容腔第三容腔和第二容腔沿气体流向的长度相等。