本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，具體為一種可變排氣的大功率二沖程工業(yè)發(fā)動機。

背景技術(shù)：

1、二沖程發(fā)動機是一種通過單個活塞往復(fù)運動即可完成完整動力循環(huán)的內(nèi)燃機。其工作原理可分為兩個沖程：當(dāng)活塞向上運動時，同時完成廢氣排出和新鮮混合氣的壓縮過程；當(dāng)活塞向下運動時，則實現(xiàn)混合氣的燃燒膨脹與部分排氣功能。這類發(fā)動機廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。其獨特的進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計為：曲軸箱上開設(shè)的進(jìn)氣口允許燃油與空氣在曲軸箱內(nèi)預(yù)先混合并形成一定壓力，隨后通過掃氣口將預(yù)混氣體導(dǎo)入氣缸參與燃燒。這種預(yù)壓縮結(jié)構(gòu)雖能提升充氣效率，但不可避免地會導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)的機油參與燃燒，從而產(chǎn)生含未充分燃燒物質(zhì)的有害尾氣排放，形成環(huán)境污染問題。

2、經(jīng)大量檢索，公開號為cn116122954a，公開了一種改進(jìn)型二沖程發(fā)動機，包括發(fā)動機本體、曲軸箱、活塞及活塞連桿，所述曲軸箱的頂部固定連接有缸筒，所述缸筒的頂部固定連接有缸蓋，所述活塞上下滑動連接在所述缸筒內(nèi)，所述缸筒的側(cè)壁且對應(yīng)活塞下移行程的低位開設(shè)有進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口連接有進(jìn)氣閥門，所述進(jìn)氣口與外部增壓器連接，所述缸蓋上開設(shè)有排氣口，所述排氣口連接有排氣閥門，所述進(jìn)氣閥門與排氣閥門使用配氣機構(gòu)控制同步開閉，所述缸蓋上固定連接有點燃缸筒內(nèi)混合油氣的火花塞。

3、但上述技術(shù)其簧片閥采用固定銷軸結(jié)構(gòu)，未集成動態(tài)反饋機制，導(dǎo)致金屬疲勞風(fēng)險高且控制精度受限，同時，其電磁閥控制僅針對進(jìn)氣系統(tǒng)，未與排氣組件聯(lián)動，導(dǎo)致三元催化器在瞬態(tài)工況下效率不足，為此提出一種可變排氣的大功率二沖程工業(yè)發(fā)動機來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種可變排氣的大功率二沖程工業(yè)發(fā)動機，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種可變排氣的大功率二沖程工業(yè)發(fā)動機，包括：發(fā)動機主體，由曲軸箱及與曲軸傳動連接的活塞缸體構(gòu)成；排氣組件，由依次連接的進(jìn)氣管、三元催化組件和出氣管構(gòu)成；

3、所述曲軸箱的底部兩側(cè)分別配置有第一支撐架和第二支撐架，曲軸箱正面開設(shè)有連通外部氣源的進(jìn)氣槽；所述活塞缸體與曲軸箱內(nèi)曲軸形成聯(lián)動機構(gòu)；所述曲軸箱于進(jìn)氣槽處配置有進(jìn)氣控制單元；

4、所述進(jìn)氣控制單元包括：簧片閥，由閥座及至少兩片層疊分布的彈性金屬簧片構(gòu)成，所述簧片通過可調(diào)式銷軸鉸接于閥座頂部，其弧形自由端與閥座底部形成動態(tài)開合的楔形氣流通道；空氣濾清器，以多層褶皺濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置于簧片閥的進(jìn)氣端；電子控制單元，內(nèi)置有與發(fā)動機聯(lián)動的微處理器及驅(qū)動電路，通過總線連接布置于曲軸端的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器；干簧管，以磁屏蔽封裝結(jié)構(gòu)嵌設(shè)于簧片閥閥體外周，干簧管的觸點開關(guān)與電子控制單元形成閉環(huán)反饋控制回路，用于實時調(diào)節(jié)簧片閥（32）的開啟角度；

5、所述電子控制單元根據(jù)實時采集的轉(zhuǎn)速脈沖信號與油門開度模擬量，通過模糊算法生成占空比可調(diào)的驅(qū)動信號，經(jīng)干簧管的電磁致動作用精準(zhǔn)調(diào)節(jié)簧片閥的開啟角度與頻率，實現(xiàn)活塞缸體掃氣效率的動態(tài)優(yōu)化，同時通過氣壓反饋機制同步控制排氣組件的背壓閥開度。

6、優(yōu)選的，所述發(fā)動機主體還包括安裝于曲軸箱一側(cè)的傳動組件，傳動組件通過花鍵聯(lián)軸器與曲軸箱內(nèi)的曲軸形成動力傳輸連接。

7、采用上述技術(shù)方案時，將傳動組件與曲軸箱內(nèi)的曲軸通過花鍵聯(lián)軸器連接，實現(xiàn)了動力傳輸?shù)母咝耘c穩(wěn)定性?；ㄦI聯(lián)軸器的剛性連接設(shè)計減少了傳統(tǒng)柔性聯(lián)軸器在高速運轉(zhuǎn)時的振動損耗。在傳統(tǒng)柔性聯(lián)軸器工作過程中，因其具有一定彈性，在高速旋轉(zhuǎn)時會不可避免地產(chǎn)生彈性變形，這種變形會引發(fā)振動，不僅消耗大量能量，還會使聯(lián)軸器自身以及與之相連的部件受到額外的交變應(yīng)力作用。長時間處于這種狀態(tài)下，部件容易出現(xiàn)疲勞磨損，降低設(shè)備使用壽命。而花鍵聯(lián)軸器憑借其剛性連接特性，極大程度地降低了振動產(chǎn)生的可能性。在實際工業(yè)應(yīng)用場景中，例如大型礦山機械，其發(fā)動機在驅(qū)動設(shè)備運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速較高且負(fù)載較大，若采用傳統(tǒng)柔性聯(lián)軸器，在高速運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的振動不僅會導(dǎo)致動力傳輸效率降低，還可能使機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動，影響設(shè)備正常運行?；ㄦI聯(lián)軸器的應(yīng)用有效避免了這些問題，確保了動力能夠穩(wěn)定、高效地從曲軸傳遞到傳動組件。

8、優(yōu)選的，所述簧片閥的簧片采用高彈性鈦合金材質(zhì)，簧片表面設(shè)有氮化鈦涂層，簧片的自由端經(jīng)倒角處理形成平滑過渡邊緣。

9、采用上述技術(shù)方案時，簧片閥的簧片采用高彈性鈦合金材質(zhì)、表面涂覆氮化鈦涂層及自由端倒角處理，實現(xiàn)了簧片抗疲勞性能與耐磨性的顯著提升。鈦合金具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)賦予了它良好的彈性和高強度。在微觀層面，鈦合金原子排列緊密有序，使其具備出色的抗變形能力。與傳統(tǒng)鋼制簧片相比，高彈性鈦合金簧片在承受高頻開合動作時表現(xiàn)更為優(yōu)異。在發(fā)動機工作過程中，簧片閥需要頻繁開合以控制進(jìn)氣量，傳統(tǒng)鋼制簧片在經(jīng)過一定次數(shù)的高頻開合后，極易因承受疲勞應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋，甚至斷裂。通過實驗測試對比，在相同的工作時長和開合頻率下，傳統(tǒng)鋼制簧片出現(xiàn)疲勞裂紋的概率遠(yuǎn)高于高彈性鈦合金簧片。高彈性鈦合金簧片憑借其優(yōu)良的抗疲勞性能，大大延長了簧片閥的使用壽命，減少了因簧片損壞而導(dǎo)致的發(fā)動機故障，降低了維護(hù)成本。

10、優(yōu)選的，所述干簧管內(nèi)部的磁感應(yīng)元件通過非接觸式檢測銷軸的旋轉(zhuǎn)角度變化，實時生成簧片開度反饋信號并傳輸至電子控制單元。

11、采用上述技術(shù)方案時，通過干簧管的非接觸式檢測銷軸旋轉(zhuǎn)角度變化，實現(xiàn)了簧片開度信號的實時精準(zhǔn)反饋。干簧管內(nèi)部的磁感應(yīng)元件采用先進(jìn)的非接觸式檢測技術(shù)，能夠敏銳地感知銷軸的旋轉(zhuǎn)角度變化。在發(fā)動機運行過程中，隨著簧片閥的開合，銷軸會相應(yīng)轉(zhuǎn)動，干簧管內(nèi)的磁感應(yīng)元件能迅速捕捉到這一變化，并實時生成簧片開度反饋信號。

12、優(yōu)選的，所述三元催化組件內(nèi)部設(shè)有可旋轉(zhuǎn)擋板，擋板通過步進(jìn)電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)開度調(diào)節(jié)，步進(jìn)電機與電子控制單元信號連接，擋板開度與電子控制單元接收的進(jìn)氣量信號相關(guān)聯(lián)。

13、采用上述技術(shù)方案時，通過三元催化組件內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)的擋板與電子控制單元的信號聯(lián)動，實現(xiàn)了排氣背壓與催化溫度的動態(tài)匹配。三元催化組件內(nèi)部設(shè)有可旋轉(zhuǎn)擋板，擋板通過步進(jìn)電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)開度調(diào)節(jié)，步進(jìn)電機與電子控制單元信號連接，擋板開度與電子控制單元接收的進(jìn)氣量信號相關(guān)聯(lián)。

14、在本發(fā)明中，電子控制單元根據(jù)實時進(jìn)氣量信號，精確控制步進(jìn)電機調(diào)節(jié)擋板開度。當(dāng)進(jìn)氣量增加，排氣量隨之增加，電子控制單元控制擋板開度增大，使排氣更順暢，降低排氣背壓。同時，保證催化器內(nèi)有足夠的氣體流量來維持合適的溫度，優(yōu)化催化反應(yīng)條件。從催化反應(yīng)動力學(xué)原理可知，合適的排氣背壓和氣體流量能促使有害氣體在三元催化組件內(nèi)更充分地轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。

15、優(yōu)選的，還包括燃料及潤滑油供給組件，燃料及潤滑油供給組件由燃油及潤滑油一體箱、燃油泵和潤滑油泵構(gòu)成，活塞缸體頂部設(shè)有蓋體，蓋體采用一體化鑄造結(jié)構(gòu)，蓋體頂部設(shè)有與燃油泵連通的燃油供給口及與點火系統(tǒng)連接的火花塞。

16、采用上述技術(shù)方案時，通過燃油及潤滑油一體箱和一體化鑄造蓋體的設(shè)計，實現(xiàn)了燃油供給與密封性能的協(xié)同優(yōu)化。一體化鑄造結(jié)構(gòu)減少了傳統(tǒng)分體式蓋體的泄漏風(fēng)險。在傳統(tǒng)分體式蓋體設(shè)計中，由于各個部件之間需要通過螺栓或其他連接件進(jìn)行組裝，在長期使用過程中，受到發(fā)動機振動、溫度變化等因素影響，連接件可能會松動，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，出現(xiàn)燃油或潤滑油泄漏的情況。而一體化鑄造的蓋體是一個整體結(jié)構(gòu)，不存在連接件松動的問題，大大提高了密封性能。例如，在一些惡劣的工作環(huán)境下，如高溫、高振動的工業(yè)現(xiàn)場，一體化鑄造蓋體能夠有效防止燃油和潤滑油泄漏，保證發(fā)動機的正常運行，減少了因泄漏而導(dǎo)致的安全隱患和環(huán)境污染。

17、優(yōu)選的，所述燃油泵包括并聯(lián)設(shè)置的主泵體和副泵體，主泵體通過第一燃料排管向燃油供給口提供燃油，副泵體通過第二燃料排管從燃油及潤滑油一體箱抽取燃油。

18、采用上述技術(shù)方案時，通過將燃油泵采用主泵體與副泵體并聯(lián)設(shè)置，實現(xiàn)了供油系統(tǒng)的冗余性與穩(wěn)定性。主泵體負(fù)責(zé)高壓燃油供給，副泵體通過第二燃料排管實現(xiàn)油箱內(nèi)燃油循環(huán)，避免油路氣阻，在發(fā)動機啟動時，副泵體提前進(jìn)行燃油循環(huán)，為發(fā)動機啟動提供了充足的燃油準(zhǔn)備，確保發(fā)動機能夠順利啟動。在發(fā)動機運行過程中，即使遇到一些可能導(dǎo)致氣阻的情況，如長時間爬坡導(dǎo)致油溫升高，副泵體也能通過循環(huán)燃油，保證燃油供應(yīng)的連續(xù)性，確保不同工況下的燃油供應(yīng)穩(wěn)定性，提高了發(fā)動機的可靠性和適應(yīng)性。

19、優(yōu)選的，所述燃油及潤滑油一體箱的側(cè)壁上方設(shè)有獨立的燃料出油口和燃料進(jìn)油口，燃油及潤滑油一體箱側(cè)壁底部設(shè)有潤滑油進(jìn)油口和潤滑油出油口，潤滑油泵通過潤滑油排管將潤滑油從燃油及潤滑油一體箱抽出并輸送至曲軸箱內(nèi)。

20、采用上述技術(shù)方案時，燃油及潤滑油一體箱的獨立油口分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)了燃油與潤滑油的高效區(qū)分管理。燃料出油口與潤滑油出油口的分設(shè)避免了油液混合污染，潤滑油泵通過獨立排管精準(zhǔn)輸送潤滑油，減少曲軸箱內(nèi)機油的燃燒損耗。

21、優(yōu)選的，所述曲軸箱內(nèi)設(shè)有迷宮式油氣分離器，油氣分離器內(nèi)部設(shè)有多級交錯分布的導(dǎo)流板及離心葉輪，分離后的潤滑油經(jīng)潤滑油排管回流至燃油及潤滑油一體箱。

22、采用上述技術(shù)方案時，通過在曲軸箱內(nèi)設(shè)置迷宮式油氣分離器，實現(xiàn)了潤滑油與廢氣的有效分離。多級交錯導(dǎo)流板與離心葉輪的組合設(shè)計，通過慣性碰撞與離心力作用雙重分離機制，大幅提升油氣分離效率，減少潤滑油隨廢氣排放造成的污染與浪費。

23、優(yōu)選的，所述電子控制單元內(nèi)置多通道數(shù)據(jù)采集模塊，通過can總線協(xié)議與外部診斷終端傳輸進(jìn)氣流量、排氣溫度及潤滑油壓力數(shù)據(jù)，并在參數(shù)異常時觸發(fā)報警信號。

24、采用上述技術(shù)方案時，電子控制單元的多通道數(shù)據(jù)采集模塊與can總線協(xié)議通信，實現(xiàn)了發(fā)動機運行參數(shù)的實時監(jiān)控與診斷。進(jìn)氣流量、排氣溫度及潤滑油壓力的異常數(shù)據(jù)可觸發(fā)報警信號，為預(yù)防性維護(hù)提供依據(jù)，提升系統(tǒng)可靠性與故障響應(yīng)速度。

25、電子控制單元內(nèi)置的多通道數(shù)據(jù)采集模塊能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地采集進(jìn)氣流量、排氣溫度及潤滑油壓力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。進(jìn)氣流量反映了發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)氣流量出現(xiàn)異常時，可能意味著空氣濾清器堵塞、進(jìn)氣管道泄漏或進(jìn)氣閥門故障等問題。排氣溫度則是發(fā)動機燃燒過程和排氣系統(tǒng)工作狀況的重要指標(biāo)，過高的排氣溫度可能表示發(fā)動機燃燒不充分、三元催化器故障或冷卻系統(tǒng)異常等。潤滑油壓力直接關(guān)系到發(fā)動機各部件的潤滑效果，壓力過低可能導(dǎo)致部件磨損加劇，壓力過高則可能表明潤滑系統(tǒng)存在堵塞等問題。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

27、本發(fā)明通過設(shè)置可調(diào)式銷軸鉸接的簧片閥與干簧管的閉環(huán)反饋控制回路，達(dá)到了動態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量以優(yōu)化掃氣效率的效果。

28、簧片閥采用可調(diào)式銷軸鉸接設(shè)計，結(jié)合干簧管的非接觸式角度檢測，通過磁屏蔽封裝消除外部電磁干擾，實時生成簧片開度信號并反饋至電子控制單元，形成精準(zhǔn)的閉環(huán)控制回路?；善牧线x用高彈性鈦合金，表面涂覆氮化鈦涂層，結(jié)合自由端的倒角平滑處理，顯著提升其抗疲勞性能與長期工作穩(wěn)定性。電子控制單元基于實時采集的轉(zhuǎn)速脈沖信號與油門開度模擬量，通過模糊算法動態(tài)匹配簧片閥的開啟角度與發(fā)動機工況需求，從而降低掃氣效率的波動范圍，并減少燃油消耗率。該方案從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)中因開環(huán)控制導(dǎo)致的進(jìn)氣響應(yīng)滯后、簧片閥易疲勞斷裂及掃氣效率不穩(wěn)定的技術(shù)問題，實現(xiàn)了進(jìn)氣系統(tǒng)的智能化動態(tài)優(yōu)化。

29、本發(fā)明通過設(shè)置三元催化組件的可旋轉(zhuǎn)擋板與電子控制單元的前饋-反饋聯(lián)動機制，達(dá)到了排放控制與進(jìn)氣量協(xié)同優(yōu)化的效果。

30、三元催化組件內(nèi)部的可旋轉(zhuǎn)擋板通過步進(jìn)電機驅(qū)動，其開度與電子控制單元接收的實時進(jìn)氣量信號線性關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)排氣背壓與催化器溫度的動態(tài)匹配。電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速脈沖信號與油門開度模擬量生成驅(qū)動信號，同步調(diào)節(jié)簧片閥開度與擋板開度，使進(jìn)氣量、排氣背壓及催化效率形成前饋-反饋協(xié)同控制回路。通過進(jìn)氣與排氣的聯(lián)動優(yōu)化，催化器在瞬態(tài)工況下能夠快速穩(wěn)定至高效工作溫度區(qū)間，顯著降低未充分燃燒物質(zhì)的排放量。該設(shè)計徹底解決了現(xiàn)有技術(shù)中因進(jìn)氣系統(tǒng)與排氣組件獨立控制導(dǎo)致的催化效率不足、排放超標(biāo)問題，實現(xiàn)了功率輸出與環(huán)保性能的雙重提升。