本发明涉及航空发动机技术领域，特别是涉及了一种小型二冲程双缸航空汽油发动机。
背景技术
二冲程活塞发动机由于其独特的结构紧凑特点，可获得比传统直列发动机更高的机械效率和燃烧效率，以及高的能量密度与功重比等优点，广泛用于中小型无人机动力。传统的二冲程多缸小型航空发动机以双缸和四缸为典型结构，虽然技术成熟，但存在体积较大、燃油经济性较差、多个进气与供油机构同步控制复杂等问题。
公告号cn203403952u的中国专利公布了“一种小型二冲程双缸航空发动机”，包括曲轴箱、两个缸体、两个化油器、点火机构、油门操纵机构，两个缸体水平对置的装在曲轴箱的两侧；两个化油器通过隔离法兰分别装在两个缸体进气口上；油门操纵机构由底座、销轴、摇臂、拉杆、拐臂节气门蝶阀、扭簧组成，点火机构给两个缸体同步点火。
公告号cn103807014a的中国专利公布了“一种双缸对置活塞式汽油发动机”，其主要包括气缸、曲轴箱、曲轴、连杆、活塞、气门机构,曲轴箱包括上曲轴箱、下曲轴箱和曲轴箱底座，曲轴箱底座可在0—90°范围内转动，实现发动机整体安装方式的改变，以便满足不同的使用需求。
公告号cn203347935u的中国专利公布了“一种航空活塞式发动机”，其特征在于：活塞的头部设计为凸面，较平面结构刚度更好，压缩比高；活塞的圆柱侧面设计有深度为0.01—0.015mm，节距为0.2mm的螺旋槽，可贮存润滑油，在配合处形成液体摩擦，缩小配合间隙，防止拉缸；活塞的环槽设计为梯形，可以提高活塞环的抗积碳能力。
上述专利中，前两个发动机均为水平对置双缸二冲程汽油航空发动机，差异在于该第一项专利所提供发动机由于其化油器机构设置曲轴箱侧边的汽缸前部，均在明显的曲轴箱润滑问题，特别是曲轴与曲柄机构不能得到良好润滑，存在润滑及冷却不足引起曲柄轴承过热风险，进而影响发动机功率输出甚至失效，而且二个进气供油机构控制风门控制复杂，同步调整费时费力。第二项专利发动机结构上无任何创新，仅是安装底座为可转动形式，且该底座与发动机本身无关。第三项专利是对常规发动机的活塞进行改进以提高耐磨性。
提升小型二冲程活塞式航空汽油发动机性能，提高可靠性，主要途径在于发动机本体核心机部分结构的改善与改进。改进发动机曲轴、连杆以及曲轴箱结构、改进汽缸体与活塞部件结构，减轻重量，改善运动副润滑条件等。同时，减小发动机体积和迎风面积，简化进气与供油附件机构，提高功重比和燃油效率等，获得高的升功率，需要通过改善发动机本体核心机零部件的设计结构来解决。
技术实现要素：
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型二冲程双缸航空汽油发动机，通过曲轴、连杆、汽缸、曲轴箱等结构的改进和进气与供油附件机构的简化，以减轻重量，提高强度，改善润滑状况等。
技术方案
一种小型二冲程双缸航空汽油发动机，包括二个汽缸体、排气管、磁电机、曲轴箱、火花塞、点火电缆、磁电机转子、单向阀、化油器、空气滤清器、联轴器、后机箱、曲轴、连杆和活塞；曲轴箱上装有曲轴，二个汽缸体沿曲轴错位对置，曲轴通过连杆与两个汽缸体内的活塞相连接；联轴器与曲轴后端固定连接，并处于后机箱腔体之中；磁电机安装于曲轴箱前端并与曲轴箱固定连接，磁电机的腔体内之为与曲轴前端固定连接的磁电机转子，磁电机与点火电缆相连接，点火电缆另一端连接有火花塞，火花塞通过螺纹连接在汽缸体上，磁电机、磁电机转子、点火电缆与火花塞共同组成发动机点火机构；曲轴箱上部进气口端部固定连接单向阀，单向阀的另一端连接化油器，化油器的另一端连接空气滤清器，共同组成进气机构；两个汽缸体向下法兰口部各连接一个90°弯状排气管，控制排气方向；其特征在于所述曲轴为整体式曲轴结构，包括三个曲柄和二个连杆轴径，曲柄呈矩形形状且两个短边为非直线的圆弧状，曲柄平行排列，通过相互平行的连杆轴径固连，连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；曲轴采用双支承结构，即前、后端主轴径为支承轴承位置；曲轴二个外侧曲柄外侧壁上，沿主轴轴线向外分别依次设有前端主轴径、前端锥轴径、前端连接螺纹轴和后端主轴径、后端锥轴径、后端连接螺纹轴；前端锥轴径与后端锥轴径用于发动机外部连接和传递扭矩，二个锥轴外端均设有连接螺纹轴，用于外部连接件的紧固；所述的连杆包括连杆盖、涨裂孔、连杆大头、连杆杆身、连杆小头和二个连杆螺栓；连杆杆身一端为连杆小头，另一端为连杆大头，连杆小头上设有小头孔，连杆大头上设有大头孔；连杆盖通过连杆螺栓在连杆大头的涨断断面处连接，连杆大头孔壁为连续母线，在连杆大头的涨断处对称开设有涨裂孔，涨裂孔位于连杆大头两侧对称设置的二个凸台上，该凸台及涨裂孔均以连杆中心线对称，涨裂孔孔壁上各设置二个涨断槽；连杆杆身的横截面是圆弧过度的工字形断面。
所述的活塞为顶面中凸三维曲面、内腔三条竖向发射状加强筋及一条顶部横加强筋结构，并采用锲面结构的双活塞环。
所述的曲轴箱采用整体式贯穿式结构，采用铝镁合金铸造。
所述的汽缸体采用铝镁合金铸造，汽缸孔壁采用金属镍基复合陶瓷镀覆工作面。
有益效果
本发明提出的一种小型二冲程双缸航空汽油发动机，将混合油气进气口从汽缸体后端改进至曲轴箱上部，使得发动机混合油气直接进入曲轴箱，直接对曲轴、连杆各个运动副轴承进行充分的淋油润滑和冷却，解决了各个运动副润滑需求，避免了曲柄连杆及活塞销轴承过热风险，使得发动机在高空恶劣工况下可连续长时间工作；同时，将两套进气机构合并为一套，有效的改善了风门操纵机构结构复杂及同步调整问题；而且曲轴结构样式的改进简化了结构，增加了强度，减轻了重量，又降低了加工与检测成本；新型的连杆结构，使得高强度调质合金钢得以应用，提高了比强度，减轻了重量，并解决了涨裂变形和成品率低问题，提高了可靠性；汽缸体与活塞的结构改进，也达到了减轻重量，提高强度以及提高散热能力的目的。总之，在于为中小型无人机提供一种新的发动机，具有结构紧凑，重量轻，润滑充分，控制简洁，可靠性高，工艺性好，适应性强的小型活塞式航空发动机。
附图说明
图1是本发明发动机的结构示意图；
图2是本发明发动机的结构示意图的侧视图；
图3是本发明发动机的结构示意图的俯视图；
图4是本发明发动机曲轴的结构示意图；
图5是本发明发动机涨断式连杆的结构示意图；
图6是本发明发动机汽缸体的结构示意图；
图7是本发明发动机汽缸体的剖面结构示意图；
图8是本发明发动机活塞的剖面结构示意图。
附图标注，1—汽缸体、2—排气管、3—磁电机、4—曲轴箱、5—火花塞、6—点火电缆、7—前法兰、8—磁电机转子、9—单向阀、10—化油器、11—空气滤清器、12—联轴器、13—后机箱、14—曲轴、15—连杆、16—活塞；1-1—排气口；15-1—连杆盖、15-2—涨裂孔、15-3—连杆大头、15-4—连杆杆身、15-5—连杆小头、15-6—连杆螺栓。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明提供一种小型二冲程双缸活塞式航空汽油发动机，该发动机采用典型水平对置结构方式，即位于中心对称轴线上的曲轴箱及其内部的曲轴，沿曲轴错位对置的二个缸体，位于曲轴箱中心对称轴线上的混合油气进口；曲轴两端采用锥面及外螺纹结构，便于前后端动力输出和附件连接，曲轴二个曲柄上分别安装一个涨裂式连杆，连杆大头曲柄轴承采用保持架对开式滚针轴承结构，连杆小头通过整体式滚针轴承连接一个活塞，活塞结构为顶面中凸三维曲面、内腔三条竖向发射状加强筋及一条顶部横加强筋结构，并采用锲面结构的双活塞环；曲轴箱采用整体式贯穿式结构，汽缸体采用金属镍基复合陶瓷镀覆工作面；曲轴前端为螺旋桨安装法兰，用以直接安装高速螺旋桨，曲轴后端为发电机安装外锥轴。曲轴箱上部的混合油气进口上的单向阀前部采用直角弯管结构，使得其前部的化油器安装时处于与曲轴平行状态，在节约空间的同时减小了发动机迎风面积；曲轴箱后端为用于发动机与飞机连接的后机箱。
本实施例小型二冲程双缸置航空汽油发动机是一种新型无人机用小型活塞发动机，如图1-8所示，其组成包括汽缸体1、排气管2、磁电机3、曲轴箱4、火花塞5、点火电缆6、前法兰7、磁电机转子8、单向阀9、化油器10、空气滤清器11、联轴器12、后机箱13、曲轴14、连杆15、活塞16。曲轴箱4上装有曲轴14，二个汽缸体1沿曲轴4错位对置，曲轴14通过连杆15与两个汽缸体1内的活塞16相连接；联轴器12与曲轴14后端锥轴径固定连接，并处于后机箱13腔体之中。磁电机3安装于曲轴箱4前端并与曲轴箱4固定连接，磁电机3内部腔体之中为与曲轴14前端锥轴径固定连接的磁电机转子8，磁电机3与点火电缆6相连接，点火电缆6另一端连接有火花塞5，火花塞5通过螺纹连接在汽缸体1之上，磁电机3、磁电机转子8、点火电缆6与火花塞5共同组成发动机点火机构。曲轴箱4上部进气口端部固定连接单向阀9，单向阀9上端连接化油器10，化油器10上端连接有空气滤清器11，共同组成进气机构。两个汽缸体1向下法兰口部各连接一个90°弯状排气管2，控制排气方向。
如图1-8所示，本发明二冲程双缸活塞式航空汽油发动机采用典型水平对置结构方式，即位于中心对称轴线上的曲轴箱4及通过二组轴承支承而安装于曲轴箱4中的曲轴14，沿曲轴14错位对置的二个汽缸体1，位于曲轴箱4中心对称轴线上且正对曲轴14曲柄上方的曲轴箱4正上方的一个混合油气进口，该混合油气进口上安装的单向阀9前部采用直角弯管结构，使得其前部的化油器10安装时处于与曲轴14平行状态，在节约空间的同时减小了发动机迎风面积；曲轴14两端采用锥面及外螺纹结构，便于前后端动力输出和附件连接，曲轴14二个连杆主轴径上分别安装一个涨裂式连杆15，连杆15大头曲柄轴承采用保持架对开式滚针轴承结构，连杆15小头通过整体式滚针轴承和活塞销连接一个活塞16，如图8所示，活塞结构为顶面中凸三维曲面、内腔三条竖向发射状加强筋及一条顶部横加强筋结构，并采用锲面结构的双活塞环；曲轴箱4采用整体式贯穿式铸造结构，汽缸体1采用金属镍基复合陶瓷镀覆工作面；曲轴14前端为螺旋桨安装法兰盘前法兰7，用以直接安装高速螺旋桨，曲轴后端为发电机安装外锥轴。曲轴箱后端为用于发动机与飞机连接的后机箱13。
如图4所示，本发明实施例中所述曲轴14为整体式曲轴结构，所述曲轴14包括三个曲柄和二个连杆轴径；曲柄呈矩形形状且两个短边为非直线的圆弧状，曲柄平行排列，通过相互平行的连杆轴径固连，连杆轴径轴线与曲柄相互垂直，这种曲柄结构简单，易获得高的加工精度，使得曲轴获得良好的动平衡；曲轴14采用双支承结构，即前、后端主轴径为支承轴承位置；曲轴14二个外侧曲柄外侧壁上，沿主轴轴线向外分别依次设有前端主轴径、前端锥轴径、前端连接螺纹轴和后端主轴径、后端锥轴径、后端连接螺纹轴；前端锥轴径与后端锥轴径用于发动机外部连接和传递扭矩，二个锥轴外端均设有连接螺纹轴，用于外部连接件的紧固。这种结构使得曲轴结构紧凑简单，高的曲轴整体的刚度和强度，有利于提升产品可靠性；同时，有效的减短了曲轴的长度，并且使曲轴的重量得到控制，便于组织发动机结构，提高了发动机的功重比，而且该曲轴14结构简洁有利于达到更高的加工精度。
如图5所示，本发明实施例中所述连杆15为一种高强度调质合金钢裂解式连杆，其包括连杆体和连杆盖15-1并通过螺栓连接而成，具体为连杆盖15-1、涨裂孔15-2、连杆大头15-3、连杆杆身15-4、连杆小头15-5、二个连杆螺栓15-6组成。所述连杆的右端为连杆小头15-5，其上并设有小头孔，中部为连杆杆身15-4，左端为连杆大头15-3，其上并设有大头孔；所述连杆体与连杆盖15-1通过连杆螺栓15-6在连杆大头15-3的涨断断面处连接，特别的连杆大头15-3孔壁为连续母线，在连杆大头15-3的涨断处对称开设有涨裂孔15-2，涨裂孔15-2位于连杆大头15-3两侧对称设置的二个凸台之上，该凸台及涨裂孔15-2均以连杆中心线对称；所述连杆杆身15-4的横截面是圆弧过度的工字形断面。所述连杆15的材料采用高强度合金调质钢并对局部采用渗碳、淬火处理，本实施例也可以采用氮化工艺。本发明的这种技术方案，涨断槽不设置在连杆大头孔壁之上，而是在连杆大头两侧凸台之上设置涨裂孔15-2，涨裂孔15-2孔壁上各设置二个涨断槽，涨断时也不从大头孔中施加机械力的一种新结构，解决了调质合金钢连杆的涨断断裂面结构问题，使得连杆涨断工艺过程简化，便于过程控制，减少了涨断面受力面积，使涨断力减小，涨断后缺损尺寸减少，涨断时连杆大头孔不受力，减少了连杆大头孔变形，改善了接合面的质量，使连杆承载能力、抗剪切能力与装配质量提高；该结构使连杆涨断后外表面缺损减少，实现了高强度调质合金钢连杆的涨断；同时，也实现了连杆大头孔母线连续，连杆大头孔壁可直接作为曲柄连杆滚针轴承外圈，使得连杆结构简洁，便于组织发动机结构，拓宽了小型航空活塞发动机的使用范围；该连杆结构紧凑、强度高、刚性好、重量轻且工艺性好，有效的提升了产品可靠性。
本发明实施例中，所述曲轴箱4采用整体式贯穿式结构，采用铝镁合金铸造，集成了曲轴前、后安装孔，汽缸安装孔、进气口、润滑通道、冷却系统、燃油系统、前后端附件连接口等多个系统的发动机曲轴箱体。所述曲轴箱4左、右两侧二个汽缸安装孔在发动机前后方向上的间距为曲轴相邻曲拐连杆径位置差值；进气系统位于曲轴箱上方对称中心线上，为矩形结构气道并与曲轴曲拐位置相对应，以利于混合油气对曲轴箱4中的曲轴连杆机构润滑、冷却，从而提高发动机运行的可靠性和稳定性。
如图6、7所示，本发明实施例中，所述汽缸体1设置有排气口1-1和扫气口。三个扫气口设置在排气口1-1两侧及对面的汽缸体1上，与活塞上设置的扫气凹槽通道配合完成扫气，扫气口通道的另一端与曲轴箱4相通。采用三扫气通道在扫气时有效的提高了油气混合汽的通气量和效率，进而提高了发动机的能量转换效率。所有扫气通道设置有导向坡口，所述导向坡口设置在扫气通道的扫气出口处，其中与排气口1-1相邻二个导向坡口向所述第三个扫气口方向倾斜，引导气流向第三个扫气口处的方向流动，使得油气混合汽体流向远离排气口1-1侧，减少了油气混合汽体通过排气口1-1逃逸的现象，提高了油气混合汽体利用率，节约了能源。同时各扫气通道的四角为圆弧结构。四角为圆弧的扫气通道能够避免扫气通道出现死角，进而防止出现气流流动死角，避免油气混合汽体堆积，同时保持了油气混合汽体的不断流动，避免了油气混合汽体燃烧后的废气的堆积，提高了油气混合汽体燃烧效率，并且保证了发动机的顺畅高效的工作。相应的所述排气口1-1为圆弧形能够克服气流流动死角，同时能够有效防止油气混合汽体在扫气的时候通过排气口1-1排出，减少了能源的浪费。更进一步的，汽缸体1采用铝镁合金铸造，汽缸孔壁采用金属镍基复合陶瓷镀覆工作面，金属镍基复合陶瓷材料，其与铝合金基体具有良好的结合性，并且摩擦系数小，与镀铬工艺相比也具有很大的环保优势，进一步提高了发动机的可靠性和使用寿命。