CN1198049C - 两冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

一种曲柄箱扫气的两冲程内燃机(1)，其中，具有长度L_ai的至少一个以活塞为活门的空气通道布置在空气进口(2)和多个传送管道(3、3′)的各扫气孔(31、31′)之间，该多个传送管道(3、3′)具有长度L_s，从扫气孔到曲柄箱，其特征在于：空气通道从空气进口开始布置，该空气进口装备有节流阀(4)，该节流阀由至少一个发动机参数控制，例如汽化器节流控制，空气进口通过至少一个连接管道(6、6′)伸向在发动机气缸壁(12)上的至少一个连接孔(8、8′)，该连接孔布置成这样，当活塞位于上死点时，该连接孔与活塞(13)中的凹口形式的流动通路(10、10′)相连，该流动通路延伸到多个传送管道(3、3′)的上部，且在活塞中的各流动通路布置成这样，即，与各扫气孔(31、31′)相交的活塞中的凹口(10、10′)布置成使空气供给期间基本与内燃机的进气期间一样长，且加入燃料的进口的长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.6倍，即0.6倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.4倍，即1.4倍(L_ai+L_s)。

Description

两冲程内燃机

技术领域

本发明涉及两冲程曲柄箱扫气的内燃机，其中，以活塞为活门的空气通道布置在空气进口和多个传送管道的上部之间。新鲜空气添加到传送管道的顶部，并将作为后面的空气/燃料混合物的缓冲剂(buffer)。该缓冲剂的大部分在扫气过程中流出到排气口内。因此，能减小燃料消耗和排气辐射。该发动机主要用于手提式工具。

背景技术

很久以来就已知上述类型的燃烧发动机。它们减小了燃料消耗和排气辐射，但是难于控制在该发动机中的空气/燃料比例。

US5425346表示了一种发动机，该发动机的设计与上述情况有点区别。这时，在发动机的活塞中布置有槽道，该槽道在特定的活塞位置，并与布置在气缸中的管道对齐。因此，如图7所示，新鲜空气或排气能够添加到传送管道的上部。这种情况只能在特定的活塞位置发生，在该活塞位置，在活塞和气缸中的管道对齐。且这在活塞向下运动时和当活塞在远离上死点处向上运动时发生。为了防止在后一种情况下形成沿错误方向的不希望的流动，单向阀布置在通向传送管道的上部的进口处。该类型的单向阀通常称为簧片阀，不过，该类型单向阀有一些缺点，它们经常发生共振，并难于处理高转速情况，而该高转速是很多两冲程发动机所能够达到的。此外，它导致增加成本和增加发动机部件数目。所添加的新鲜空气的量通过可变进口而变化，即通过能够在工作循环中提前或滞后的进口来进行变化。不过，这是非常复杂的方法。

国际专利申请WO98/57053表示了一种稍有不同的发动机实施例，其中，空气通过活塞中的L形或和T形凹口供给传送管道。因此，没有单向阀。在全部实施例中，活塞凹口在它与各传送管道相会处有非常有限的高度，该高度基本等于实际传送孔的高度。该实施例的一个结果是，空气通过活塞传递给传送孔的通道的打开明显迟于通过活塞进行的、使空气/燃料混合物通向曲柄箱的通道的打开。因此，空气供给期间明显比空气/燃料混合物的供给期间短，其中，该期间可以计算为曲柄角度或时间。这使得发动机的总空气/燃料比例的控制变得复杂。这还意味着能够传递给传送管道的空气的量明显有限，由于低压驱动，该附加空气将大量减少，因为在空气供给打开的某一期间内，该进口孔总是打开。这意味着空气供给的期间和驱动力都很小。而且，在所示L形和T形管道中的流阻将相对较高，这部分由于管道的横截面积在靠近传送孔处相对较小，部分由于L形或T形引起的急速弯曲。总之，这将会增加流阻和减小能够传递给传送管道的空气的量，从而使通过该装置来减小燃料消耗和排气辐射的可能性减小。

发明概述

本发明的目的是明显减小上述问题，并获得很多优点。

上述目的可通过本发明的两冲程燃烧发动机实现，该两冲程燃烧发动机如附加的权利要求中的特征部分所述。

因此，根据本发明的燃烧发动机的主要特征在于：空气通道从空气进口开始布置，该空气进口装备有节流阀，该节流阀由至少一个发动机参数控制，例如汽化器节流控制，所述空气进口通过至少一个连接管道导向在发动机气缸壁上的至少一个连接孔，该连接孔布置成这样，当活塞位于上死点时，该连接孔与活塞中的凹口形式的流动通路相连，该流动通路延伸到传送管道的上部，且该流动通路布置成这样，即，与各传送管道的孔相交的活塞中的凹口布置成使空气供给期间基本与内燃机的进气期间一样长，该空气供给期间表示为曲柄角度或时间，且加入燃料的进口22-25的长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.6倍，即0.6倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.4倍，即1.4倍(L_ai+L_s)。

通过改变将空气引向曲柄箱的管道的长度与进口管道的长度之间的关系，可以简单进行发动机的控制。通过改变这两个系统的相互关系，在各系统中的流量可以随另一系统中的流量同时变化。这样，不管负载等的变化如何，在进口系统中的汽化器将向发动机供给正确的燃料量。

因为在发动机气缸壁中的至少一个连接孔布置成当活塞位于上死点时，它与活塞内的流动通路相连，新鲜空气向传送管道上部的供给可以布置成完全没有单向阀。这是因为当活塞处于或靠近上死点时，传送管道相对于外界空气为低压。因此，以活塞为活门的空气通道可以没有单向阀，这是一个很大的优点。因为空气供给期间很长，可以传送很大量的空气，因此能大幅度减小排气辐射。控制由空气进口中的节流阀进行，并通过至少一个发动机参数控制。这样的控制设计明显比可变进口设计简单。优选是，空气进口有两个连接孔，在一个实施例中，这两个连接孔布置成当活塞处于下死点时覆盖它们。节流阀可以仅通过发动机速度控制，或者与其它发动机参数组合控制。这些和其它特性和优点将在对附图所示的不同实施例的详细说明中清楚表示。

附图的简要说明

下面将通过各种实施例并参考附图更详细地介绍本发明。对于对称布置在发动机上的部件，在一侧的部件以数字表示，而在相对侧的部件以相同数字表示，但是加上′号。在附图中，带′号的部件位于纸平面的上面，因此看不见。

图1表示了本发明的发动机的侧视图。气缸以横截面表示，而活塞表示为在上死点。

图2表示为相应的普通发动机。为了解释本发明，一个假想的分隔壁置于发动机进口管道内，如虚线所示。

具体实施方式

在图1中，参考标号1表示本发明的内燃机。它是两冲程类型，并有传送管道3、3′。传送管道3′看不见，因为它位于纸平面的上面。该发动机有气缸和曲柄箱16、活塞13，该活塞带有连杆17和曲柄机构18。而且，该发动机有具有进口孔23的进口管22和与该进口管相连的中间部分24，该中间部分24再与具有节流阀26的汽化器25相连。通常，汽化器与有过滤器的进口消音器相连。为了清楚，并没有表示这些。发动机的排气孔、排气管道和消音器也由于同样原因而没有表示。它们通常位于气缸的、与进口相对的侧面上。活塞的上侧平面上没有台阶或类似物，因此，周边上的任何位置都与气缸孔同样配合。因此，发动机体的高度与普通发动机相比几乎没有变化。传送管道3和3′有在发动机气缸壁12上的孔31和31′。该发动机有燃烧室32，该燃烧室32有未示出的火花塞。所有这些都是普通部件，因此并不进一步说明。

特别是，装备有节流阀4的空气进口2布置为使得新鲜空气能够供给气缸。该空气进口2有向气缸开槽的连接管道6。从现在起，连接孔是指连接在气缸内部的孔，而在气缸外部的孔称为外部连接孔。空气进口2适于通过过滤器与进口消音器相连，这样，将吸入清洁的新鲜空气。当要求降低时，该过滤器当然并不必须。为了清楚，并没有表示进口消音器。

这样，连接管道6与外部连接孔7相连。这样很有利。在该孔处或在该孔后，该管道被分成两个分支11、11′，这两个分支分别导向连接孔8、8′。它们对称布置，如前所述，带有′的部件位于纸平面的上面。这样，外部连接孔7位于进口管22的下面，这意味着有多个优点，例如空气温度较低和能更好地利用通常有燃料箱的手持式工具的空间。

不过，连接孔7还可以位于进口管22的上面，这时该进口管的方向将更加水平。无论它们位于何处，都可以采用两个外部连接孔7、7′。它们也可以位于该进口管22的两侧。

流动通路10、10′布置在活塞内，这样，当活塞处于上死点位置处时，流动通路使得各连接孔8、8′与传送管道3、3′的上部相连。该流动通路10、10′由活塞内的局部凹口形成。该活塞简单制造成有该局部凹口，通常通过铸造来制造。

通常，连接孔8、8′在气缸轴向方向上布置成当活塞位于其下死点时覆盖该连接孔8、8′。因此，排气不能穿过该连接孔和进一步流向可能有的空气过滤器。但是，还可以使连接孔8、8′的位置提高，这样，当活塞位于其下死点时，该连接孔8、8′的一部分打开。因此，合适量的排气将供给到连接管道6内。连接孔的位置提高还可以减小空气在从连接孔转向扫气孔31时的流阻。

空气从连接孔8、8′向扫气孔31、31′供给的时间非常重要，它在很大程度上由活塞中的流动通路决定，即由活塞内的凹口决定。

优选地是，该凹口的上边缘的位置高度为这样，活塞从下死点向上到达各孔31、31的下边缘的同时，活塞的下边缘向上到达进口孔的下边缘。因此，在连接孔8、8′和扫气孔31、31′之间的空气连接打开，同时进口打开。当活塞再从上死点向下运动时，空气连接和进口将同时关闭，因此给出基本等长的时间。希望进口期间和空气期间基本等长。优选是，空气期间是进口期间的90％-110％。因为这两个期间都由曲柄箱内的压力足够低的最大期间限制，从而能有最大入流。优选是，这两个期间都最大和等长。因此，凹口10、10′的上边缘位置决定了该凹口能在多早与各扫气孔31、31′分别接触。因此，优选是，分别与各孔31、31′相交的活塞内凹口10、10′在该孔处的局部轴向高度大于各扫气孔的高度的1.5倍，优选是大于扫气孔的高度的2倍。这使得该孔可以为正常高度，这样，当活塞位于其下死点时，活塞的顶面与扫气孔的底面等高，或者仅凸出几毫米。

优选地是，该凹口向下形成为使凹口10、10′和连接孔8、8′之间的连接最大，因为这将减小流阻。这意味着当活塞位于其上死点时，优选是凹口达到这样的下部位置，即完全不覆盖连接孔8、8′，如图1所示。总的来说，分别与各连接孔8、8′相交的活塞内凹口10、10′在该孔处的局部轴向高度大于各连接孔的高度的1.5倍，优选是大于该连接孔高度的2倍。

连接孔8、8′和扫气孔31、31′的相对位置可以有相当大的变化，只要该孔横向交错，即研气缸的切线方向交错，如图1所示。图1表示了连接孔和扫气孔31、31′有轴向交叠的情况，即各连接孔的上边缘沿气缸的轴向方向上分别位于与各扫气孔的下边缘等高或高于该下边缘。这样的优点是两个孔可以在该类型装置中更加彼此对齐，这能在空气从连接孔向扫气孔输送时减小流阻。因此，可以输送更多的空气，这能够提高该装置的积极效果，即减小燃料消耗和排气辐射。对于很多两冲程发动机，当活塞处于下死点时，活塞的顶面与排气出口的下边缘和扫气孔的下边缘等高。不过，还通常是，活塞伸出到扫气孔下边缘上面一毫米或几毫米。当扫气孔的下边缘进一步降低时，可以在连接孔和扫气孔之间形成甚至更大的轴向交叠。当空气供给扫气道时，由于孔更加彼此对齐和由于扫气孔有更大的表面积，这使得流阻减小。

本发明包括两个重要的原理，用于改变或调节这两个管道系统。一个原理是，基本在空气/燃料混合物通向曲柄箱的进口打开的同时，打开空气向传送管道的供给。这在前面进行了详细说明。另一原理是，两系统中的长度可以彼此调节。通过学习图2，可以更好地说明该原理，图2表示了一种相应的普通发动机，该普通发动机没有用于传送管道的空气供给系统。在该普通发动机中，没有分隔壁36，如进口管道中虚线所示。因此，该普通发动机只有一个进口管道，在该进口管道中，整个吸入气流流过汽化器并与燃料流37作用，从而形成合适的空气/燃料比例，因为汽化器向发动机供给的燃料与进口空气的量成比例。因此，当布置有如图1的分离系统，以便向发动机供给空气时，只有空气通过连接管道6，而空气/燃料混合物将通过进口22-25。因此，只有发动机的进口空气量的较小部分经过汽化器，在连接管道6中的新鲜空气流将不会影响在进口中的燃料流37。不过，由于可以专门调节该发动机中的两管道系统，因此还可以来对它们进行相同的气动调节。这可以通过假想在图2的普通发动机中布置一个纵向分隔壁36而以最简单的方式来理解。该分隔壁36将进口管分成两部分，同时不改变它们的特性和特征。全部燃料37都供给该管的一部分。在该管中由该分隔壁36分开的两部分中的流量彼此成比例变化。例如，当一部分中的流量倍增时，另一部分中的流量也倍增。基本原则是该进口管的特性和特征不会改变，因为该面积由纵向分隔壁分开。下面，当将该原理转到图1时，这时我们有进口系统，即进口22-25，全部燃料37都供给该进口22-25。进口系统的长度为L_i，如图中所示。该长度能够增加或减小，这表示成在靠近进口管外端处的切断。用于新鲜空气的另一进口系统从空气进口2伸出，并一直到传送管道3在曲柄箱中的嘴38。这包括两个部分。以L_ai表示的第一部分从进口2伸出，并一直到扫气孔31的嘴。因此，它穿过连接管道6和连接分支11延伸，并穿过连接孔8，然后穿过活塞凹口19，直到扫气孔31。显然，这是当活塞位于靠近上死点的位置处的情况，这时，活塞凹口10使得两孔8和31相连。从扫气孔31到嘴38的传送管道的长度L_s表示空气进口系统的后一部分。因此，该系统的总长度为L_ai+L_s。该连接管道6以分开形式表示，这是为了指出它的长度可以变化。为了缩短长度L_ai+L_s，可以使得空气进口2靠近外部连接孔7。当长度L_i基本与长度L_ai+L_s一样长时，即使全部燃料都供给到正常进口内，也能在不同的速度和负载范围内获得稳定的空气/燃料比例。尤其是，你可以取图2中的进口管道的下面部分，并用它作为从进口2到曲柄箱中的出口38的空气管道。当然，发动机的设计还会受到对不同性能的实际要求的影响，这使得长度之间很难完全相同。希望使将加入燃料的进口的长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.6倍，即0.6倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.4倍，即1.4倍(L_ai+L_s)。优选是，长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.8倍，即0.8倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.2倍，即1.2倍(L_ai+L_s)。

重要的是，活塞中的凹口10与孔8和31布置成当空气在孔之间转换时流阻很小，这样，调节不会被扰乱。该调节主要在两阀26和4完全打开时进行。当阀部分关闭时，将形成多种不同状态。

在完全节流操作中，即在不节流的运转中，两系统中的流量之间的关系取决于各流动通路的横截面积。优选是，该横截面尽可能规则，但是当不规则时，横截面积可以取平均值。因此，在图2的模拟中，这对应于该分隔壁36位于何处。为了获得高效装置，优选是大量的空气通过有进口2的空气供给系统来加入。优选是，具有长度L_ai+L_s的空气流动通路的横截面积为具有长度L_i的进口的横截面积的100-200％，这样，在完全节流操作时，进入空气的量为进入气体总量的50-67％。优选是，具有长度L_ai+L_s的空气流动通路的横截面积设置为具有长度L_i的进口的横截面积的120-180％，这样，在完全节流操作时，进入空气的量为进入气体总量的55-64％。本发明有多个优点。可以用一个正常的标准汽化器安装在进口管道中。然后，因为进口管道的横截面积被分半，或者被大致分半，因此可以采用更小的标准汽化器，这将减小它的价格、容积和成本。两个进口系统的长度可以在制造过程中确定，不会受到环境或时间的影响，因此，空气/燃料比例也不会受到这些因素的影响。通过这样的简单结构，在一定范围的速度和负载内可以获得可控制空气/燃料比例。与普通发动机相比，只需要添加简单类型的节流阀4，以便调节空气供给系统中的空气量。该阀在空载时完全或几乎完全关闭，而当节流阀打开时，它将逐渐打开成越来越大。例如，它可以由连杆驱动，该连杆将从节流阀传递所希望的运动。

Claims (11)

1.一种曲柄箱扫气的两冲程内燃机(1)，其中，具有长度L_ai的至少一个以活塞为活门的空气通道布置在空气进口(2)和多个传送管道(3、3′)的各扫气孔(31、31′)之间，该多个传送管道(3、3′)具有长度L_s，从扫气孔到曲柄箱，其特征在于：空气通道从空气进口(2)开始布置，该空气进口装备有节流阀(4)，该节流阀由至少一个发动机参数控制，空气进口通过至少一个连接管道(6、6′)伸向在发动机气缸壁(12)上的至少一个连接孔(8、8′)，该连接孔布置成这样，当活塞位于上死点时，该连接孔与活塞(13)中的凹口(10、10′)形式的流动通路相连，该流动通路延伸到多个传送管道(3、3′)的上部，且在活塞中的各流动通路布置成这样，即，与各扫气孔(31、31′)相交的活塞中的凹口(10、10′)布置成使空气供给期间基本与内燃机的进气期间一样长，且加入燃料的进口的长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.6倍，即0.6倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.4倍，即1.4倍(L_ai+L_s)。

2.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：加入燃料的进口的长度L_i大于以活塞作为活门的空气通道的长度L_ai与传送管道长度L_s之和的0.8倍，即0.8倍(L_ai+L_s)，但是小于该长度的1.2倍，即1.2倍(L_ai+L_s)。

3.根据权利要求1-2中任意一个所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：空气供给的期间大于进气期间的90％，但是小于进气期间的110％。

4.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：所述与传送管道的各扫气孔(31、31′)相交的活塞中的凹口(10、10′)在该孔处的局部轴向高度大于相应扫气孔(31、31′)的高度的1.5倍。

5.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：所述与传送管道的各扫气孔(31、31′)相交的活塞中的凹口(10、10′)在该孔处的局部轴向高度大于相应扫气孔(31、31′)的高度的2倍。

6.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：空气进口(2)有至少两个在发动机气缸壁(12)上的连接孔(8、8′)。

7.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：在发动机气缸壁(12)上的连接孔(8、8′)的位置为这样，即当活塞位于其下死点时，该活塞覆盖它们。

8.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：在发动机气缸壁(12)上的连接孔(8、8′)的位置为这样，即当活塞位于其下死点时，该活塞不覆盖它们，而是气缸的排气能够通过空气进口。

9.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：活塞中的流动通路(10、10′)至少部分布置成在活塞周边上的至少一个凹口(10、10′)的形式。

10.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：具有长度L_ai+L_s的空气流动通路的横截面积是具有长度L_i的进口的横截面积的100-200％，这样，在完全节流操作时，进入空气的量为进入气体总量的50-67％。

11.根据权利要求1所述的曲柄箱扫气的内燃机(1)，其特征在于：具有长度L_ai+L_s的空气流动通路的横截面积是具有长度L_i的进口的横截面积的120-180％，这样，在完全节流操作时，进入空气的量为进入气体总量的55-64％。

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