УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВОЗДУХА ДЛЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
TWO-STROKE ICE AIR FEEDER

Области техники
Настоящее изобретение относится к устройству подачи воздуха для двухтактного двигателя внутреннего сгорания. В частности, настоящее изобретение относится к воздухоочистителю устройства подачи воздуха.
Уровень техники
Двухтактные двигатели внутреннего сгорания с послойной продувкой известны в данной области техники. В таких двигателях полный цикл двигателя может включать ход поршня вверх и ход вниз. Во время хода вверх может иметь место впуск свежей топливовоздушной смеси, тогда как во время последующего хода вниз после зажигания может происходить продувка. Продувочный воздух используется во время продувки для создания слоев между отработавшими газами и несгоревшей топливовоздушной смесью, чтобы минимизировать выпуск несгоревшей топливовоздушной смеси с отработавшими газами.
Как правило, используются специальные карбюраторы для снабжения двигателя продувочным воздухом. Такие карбюраторы имеют отдельный канал для смеси и канал для продувочного воздуха (например, см. Патентную Литературу 1). Патентная Литература 1 описывает карбюратор с входным каналом, разделенным на воздушный канал и канал для смеси разделительной перегородкой.
С двухтактным двигателем внутреннего сгорания с послойной продувкой может использоваться обычный карбюратор. Как правило, обычный карбюратор имеет дроссельный клапан и воздушную заслонку в одном канале. Кроме того, обычный карбюратор также может использоваться с множеством двигателей внутреннего сгорания, таких как, но не ограничиваясь ими, двухтактные двигатели внутреннего сгорания, четырехтактные двигатели внутреннего сгорания и т.п.
Патентная Литература
Публикация заявки на патент США № 2005/0073062.
Техническая задача
Такие специальные карбюраторы предусматривают усложненную конструкцию и более дороги, чем обычные карбюраторы, которые имеют только один канал. Кроме того, в некоторых случаях, в продувочном воздушном канале может быть расположен регулирующий пневмоклапан в дополнение к дроссельному клапану в канале для смеси. Кроме того, регулирующий пневмоклапан может требовать специального механизма управления для синхронизации его приведения в действие с действием дроссельного клапана. Это может дополнительно увеличивать стоимость таких карбюраторов.
Когда такой обычный карбюратор используется с двухтактным двигателем внутреннего сгорания с послойной продувкой, часть топливовоздушной смеси может протекать в воздушный канал. Следовательно, продувочный воздух может содержать некоторое количество несгоревшей топливовоздушной смеси, которая выпускается с отработавшими газами. Это может приводить к невысоким характеристикам качества выбросов двигателя.
В свете указанного выше, существует потребность в компактном, простом и экономичном устройстве подачи воздуха в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с послойной продувкой, которое может улучшить качество выбросов двигателя.
Ввиду вышеизложенного, задачей настоящего изобретения является устранение или, по меньшей мере, уменьшение указанных выше проблем. В частности, цель состоит в получении улучшенного устройства подачи воздуха для двухтактного двигателя внутреннего сгорания с послойной продувкой, который может улучшить качество выбросов двигателя. Кроме того, устройство подачи воздуха может иметь простую, компактную и экономичную конструкцию.
Решение задачи
Задача, по меньшей мере, частично решена в соответствии с новым устройством подачи воздуха для двухтактного двигателя внутреннего сгорания с послойной продувкой согласно изобретению.
Устройство подачи воздуха содержит: воздухоочиститель, имеющий выходное отверстие для воздуха и перегородку, которая разделяет выходное отверстие для воздуха на первое отверстие и второе отверстие; и карбюратор, содержащий канал и, по меньшей мере, дроссельный клапан, расположенный в канале, причем дроссельный клапан по существу разделяет канал на часть для воздуха и часть для смеси, при этом:
первое отверстие находится в положении, соответствующем части для воздуха, а второе отверстие находится в положении, соответствующем части для смеси, и проходное сечение первого отверстия отличается от проходного сечения второго отверстия.
Такая конфигурация воздухоочистителя может исключать дополнительную стоимость специального карбюратора с отдельными каналами для продувочного воздуха и топливовоздушной смеси и приводит к получению более компактной конфигурации устройства подачи воздуха. Кроме того, благодаря оптимизации проходного сечения первого отверстия и второго отверстия создаются перепад давления и разности скорости потока между частью для воздуха и частью для смеси канала. Это существенно минимизирует поток топливовоздушной смеси, смешанной из части смеси с частью воздуха в ходе работы двигателя. Следовательно, продувочный воздух может содержать минимальное количество топливовоздушной смеси. Таким образом, во время хода поршня вниз количество несгоревшей топливовоздушной смеси, присутствующей в отработавших газах, можно существенно уменьшить, приводя к улучшению стандарта качества отработавших газов двигателя.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению проходное сечение первого отверстия, предпочтительно, может быть больше, чем у второго отверстия.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению проходное сечение первого отверстия, предпочтительно, может быть меньше, чем у второго отверстия.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению цилиндрический элемент, закрывающий выходное отверстие для воздуха, предпочтительно, снабжен внутри воздухоочистителя внутренним цилиндрическим элементом, предпочтительно, разделенным перегородкой на первую секцию и вторую секцию, и первое отверстие и второе отверстие расположены на внешней окружности цилиндрического элемента, при этом первое отверстие соответствует первой секции и второе отверстие соответствует второй секции.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению перегородка, предпочтительно, образована пластиной.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению воздушная заслонка, представляющая собой двухсторонний клапан, предпочтительно, расположена в канале, и перегородка, предпочтительно, принимает воздушную заслонку в полностью открытом состоянии.
В устройстве подачи воздуха согласно изобретению перегородка, предпочтительно, имеет по существу L-образную форму с горизонтальной частью и вертикальной частью, и горизонтальная часть перегородки разделяет выходное отверстие для воздуха на первое отверстие и второе отверстие.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет далее описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид в сечении двухтактного двигателя внутреннего сгорания с послойной продувкой с устройством подачи воздуха согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 2A - вид в перспективе спереди с разнесением деталей воздухоочистителя согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 2B - вид в перспективе сзади с разнесением деталей воздухоочистителя согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 3A - вид в перспективе спереди основного корпуса воздухоочистителя согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 3B - вид спереди основного корпуса согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 3C - вид сзади основного корпуса согласно варианту осуществления изобретения;
фиг. 4A - вид спереди в перспективе корпуса воздухоочистителя в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
фиг. 4B - вид спереди корпуса в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; и
фиг. 4C - вид сзади корпуса в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение будет описано более полно далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты осуществления изобретения, включающие один или более объектов настоящего изобретения. Однако это изобретение может быть осуществлено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное описанными здесь вариантами его осуществления; скорее эти варианты осуществления изобретения даны таким образом, что это описание было полным и законченным и полностью следовало объему изобретения для специалистов в данной области техники. Например, один или более объектов настоящего изобретения могут быть использованы в других вариантах его осуществления и даже в других типах устройств. На чертежах подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 показан двухтактный двигатель внутреннего сгорания 100 с устройством 102 подачи воздуха согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Двухтактный двигатель 100 внутреннего сгорания с послойной продувкой (именуемый далее "двигатель 100") может использоваться в различных механизированных системах, например, но не ограничиваясь ими, цепных пилах, триммерах, машинах для подрезки живой изгороди, газонокосилках, забортных двигателях и автомобилях. Кроме того, могут использоваться любые пригодные размеры, формы или типы элементов или материалов.
Как показано на фиг. 1, двигатель 100 включает блок 104 цилиндра и картер 106. Блок 104 цилиндра включает один цилиндр 108 (именуемый далее "цилиндр 108") с камерой 110 цилиндра. Однако в рамках настоящего изобретения блок 104 цилиндров может включать два или больше цилиндров (не показаны). Картер 106 включает камеру 112 картера, внутри которой расположен коленчатый вал 114. Поршень 116 совершает возвратно-поступательное движение в камере 110 цилиндра и соединен с коленчатым валом 114 шатуном 117. Кроме того, цилиндр 108 включает впускное отверстие 118, выпускное отверстие 120 и один или более продувочных отверстий (не показаны). В качестве альтернативы, впускное отверстие 118 может быть частью картера 106. Продувочные отверстия могут находиться в разных положениях на цилиндре без отхода от сущности настоящего изобретения. Кроме того, впускное отверстие 118 и/или продувочные отверстия могут включать пластинчатые клапаны (не показаны) для регулирования потока жидкости. Продувочные отверстия открыты в продувочные каналы (не показаны), которые соединяют камеру 112 картера с камерой 110 цилиндра. Кроме того, также применяется запальная свеча 122 для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре 108.
Устройство 102 подачи воздуха снабжает двигатель 100 топливовоздушной смесью и продувочным воздухом через впускное отверстие 118 и продувочные отверстия соответственно. Как показано на фиг. 1, устройство 102 подачи воздуха содержит воздухоочиститель 124, карбюратор 126 и изолятор 128. Воздухоочиститель 124 содержит выходное отверстие 130 для воздуха, которое по существу разделено на первую секцию 132 и вторую секцию 134 пластинчатой перегородкой 131. Часть перегородки 131 также может принимать воздушную заслонку 138 в полностью открытом положении.
Как показано на фиг. 1, карбюратор 126 содержит канал 136 с воздушной заслонкой 138 и дроссельный клапан 140, расположенный в канале 136. В качестве альтернативы карбюратор 126 может содержать только дроссельный клапан 140. Как показано на фиг. 1, воздушная заслонка 138 и дроссельный клапан 140 по существу разделяют канал 136 на часть 142 для воздуха (верхняя сторона на фигуре), отдаленную от главного жиклера (не показан), и часть 144 для смеси (нижняя сторона на фигуре) вблизи главного жиклера. Кроме того, часть 142 для воздуха и часть 144 для смеси сообщаются с первой секцией 132 и второй секцией 134, соответственно, выходного отверстия для воздуха 130. Кроме того, как показано на фиг. 1, воздушная заслонка 138 и дроссельный клапан 140 являются двухстворчатыми клапанами. Однако для специалиста в данной области техники может быть очевидно, что воздушная заслонка 138 и дроссельный клапан 140 могут представлять собой любой другой пригодный клапан, который регулирует воздушный поток, например, но без ограничения им, поворотный клапан и т.п. без отхода от объема настоящего изобретения. Одно или более входных отверстий для топлива (не показаны) могут применяться для подачи топлива в воздух, проходящий в части 144 для смеси. Часть 142 для воздуха и часть 144 для смеси соединены с первым каналом 146 и вторым каналом 148, соответственно, изолятора 128. Изолятор 128 также содержит удлиненную часть 150 для приема дроссельного клапана 140 в полностью открытом положении. Удлиненная часть 150 также может по существу предотвращать смешивание топливовоздушной смеси и воздуха. Кроме того, первый канал 146 и второй канал 148 соединены с продувочными отверстиями и впускным отверстием 118, соответственно, двигателя 100. Изолятор 128 может быть выполнен из изолирующего материала для теплоизоляции от двигателя 100 в ходе работы.
Теперь будет описана работа двигателя 100 для лучшего пояснения различных объектов настоящего изобретения. Ход вверх и ход вниз поршня 116 могут в целом составлять рабочий цикл двигателя 100. Ход вверх поршня 116, по существу начинающийся от нижней мертвой точки, вызывает всасывание воздуха из воздухоочистителя 124 в двигатель 100. Топливовоздушная смесь, уже присутствующая в камере 110 цилиндра, также может сжиматься во время хода вверх. В конфигурации с клапаном поршневого типа впускное отверстие и/или продувочные отверстия открываются в соответствии с перемещением поршня 116. В конфигурации с пластинчатым клапаном пластинчатый клапан во впускном отверстии и/или продувочных отверстиях также открыт. Кроме того, воздух от воздухоочистителя 124 проходит через первую секцию 132 и вторую секцию 134 в часть 142 для воздуха и часть 144 для смеси, соответственно.
В части 144 для смеси воздух смешивается с топливом для формирования свежей топливовоздушной смеси. Воздух в части 142 для продувочного воздуха используется в качестве продувочного воздуха и не смешивается с топливом.
Приведение в действие воздушной заслонки 138 и дроссельного клапана 140 в канале 136 может быть определено различными параметрами, например, но не ограничиваясь ими, фазой рабочего цикла двигателя 100, типом работы двигателя (например, холостой ход, полная нагрузка) и т.д. Продувочный воздух и свежая топливовоздушная смесь затем проходят в первый канал 146 и второй канал 148 изолятора 128, соответственно. Впоследствии свежая топливовоздушная смесь и продувочный воздух могут входить во впускное отверстие 118 и продувочные отверстия, соответственно. Свежая топливовоздушная смесь тогда может заполнять камеру 112 картера. Кроме того, топливовоздушная смесь, уже присутствующая в камере 110 цилиндра, воспламеняется запальной свечой 122, когда поршень 116 по существу достигает верхней мертвой точки. В качестве альтернативы, зажигание может произойти до или после того, как поршень 116 достигает верхней мертвой точки. Во время последующего хода вниз поршня 116 от верхней мертвой точки отработавшие газы выпускаются из камеры 110 цилиндра через выпускное отверстие 120. Продувочный воздух может содействовать выпуску отработавших газов. Свежая топливовоздушная смесь тогда может наполнять цилиндрическую камеру 110 через каналы продувки.
Специалист в данной области техники может понимать, что разделение выходного отверстия 130 для воздуха воздухоочистителя 124 на первую секцию 132 и вторую секцию 134 перегородкой 131 позволяет использовать обычный карбюратор, подобный карбюратору 126, показанному на фиг. 1, для использования с двухтактным двигателем внутреннего сгорания с послойной продувкой. Это может позволять исключать дополнительную стоимость специального карбюратора с отдельными каналами для продувочного воздуха и топливовоздушной смеси и получать более компактную конфигурацию устройства 102 подачи воздуха. В этом примерном варианте осуществления изобретения создается перепад давлений между частью 142 для воздуха, сообщающейся с первой секцией 132 канала 136, и частью 144 для смеси, которая сообщается со второй секцией 134 (будет описана ниже со ссылками на Фиг. 3A-3C), таким образом, что топливовоздушная смесь, генерируемая на стороне части 144 для смеси, не смешивается с продувочным воздухом, проходящим через часть 142 для воздуха.
Более конкретно, часть 144 для смеси может находиться под большим отрицательным давлением, чем часть 142 для воздуха. Это может существенно минимизировать поток топливовоздушной смеси из части 144 для смеси в часть 142 для воздуха в ходе работы двигателя 100. Следовательно, продувочный воздух может содержать минимальное количество топливовоздушной смеси. Таким образом, во время хода вниз поршня 116 количество несгоревшей топливовоздушной смеси, присутствующей в отработавших газах, можно существенно уменьшить, приводя к получению улучшенных стандартов качества отработавших газов двигателя 100.
Для специалиста в данной области техники может быть очевидно, что детали двигателя 100 и устройства 102 подачи воздуха, описанные выше, даны только с целью иллюстрации, и двигатель 100 и устройство 102 подачи воздуха могут иметь другие конфигурации без отхода от сущности настоящего изобретения. Например, изолятор 128 может включать множество каналов для продувочного воздуха.
На фиг. 2A и 2B показаны виды в перспективе с пространственным разделением деталей воздухоочистителя 124 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Воздухоочиститель 124 включает крышку 202, опорную пластину 204, фильтрующий элемент 206 и корпус 208 воздухоочистителя. Крышка 202 включает кнопку 210 для прикрепления или отсоединения крышки 202 для осуществления ремонта или обслуживания воздухоочистителя 124. Кроме того, крышка 202 включает множество отверстий 211 для впуска окружающего воздуха. Опорная пластина 204 применяется для сохранения зафиксированного положения и формы фильтрующего элемента 206. Опорная пластина 204 также включает множество отверстий 212 таким образом, что воздух может проходить через отверстия 212 и входить в фильтрующий элемент 206 для очистки. Фильтрующий элемент 206 может быть бумажным фильтром, пенистым фильтром и т.п.
Как показано на фиг. 2A и 2B, корпус 208 воздухоочистителя включает основной корпус 214 и крепежный элемент 216. Крепежный элемент 216 включает одно или более установочных отверстий 218 для установки крышки 202 на основном корпусе 208 воздухоочистителя. По существу цилиндрический элемент 220, соответствующий выходному отверстию 130 для воздуха, расположен в корпусе 214 для закрывания выходного отверстия 130 для воздуха. Цилиндрический элемент 220 включает крепежную часть 222 для крепления фильтрующего элемента 206 и опорной пластины 204 к корпусу 208 воздухоочистителя. Описанная выше перегородка 131 расположена внутри цилиндрического элемента 220 для разделения пространства в пределах цилиндрического элемента 220 на первую секцию 132 на верхней стороне на фигуре и вторую секцию 134 на нижней стороне.
Для специалиста в данной области техники может быть очевидно, что описанные выше детали воздухоочистителя 124 даны только для иллюстративных целей, и воздухоочиститель 124 может иметь любую другую конфигурацию или форму в рамках изобретения. Например, может применяться множество фильтрующих элементов 206. Кроме того, опорная пластина 204 может не быть отдельной частью и может быть интегрирована с крышкой 202 или корпусом 208 воздухоочистителя.
На фиг. 3A-3C показаны различные виды основного корпуса 214 с удаленным крепежным элементом 216 согласно этому примерному варианту осуществления изобретения. Первое отверстие 302 и второе отверстие 304, которые соответственно открыты, соответствуя первой секции 132 и второй секции 134, расположены на внешней окружности цилиндрического элемента 220. Таким образом, первое отверстие 302 соответствует части 142 для воздуха канала 136, и второе отверстие 304 соответствует части 144 для смеси. Как показано на фиг. 3B, проходное сечение первого отверстия 302 отличается от проходного сечения второго отверстия 304. Более конкретно, проходное сечение первого отверстия 302 больше, чем проходное сечение второго отверстия 304. Кроме того, стенки 306 и 308 цилиндрического элемента 220 также служат для разделения воздуха, проходящего в первое отверстие 302 и второе отверстие 304. Так как проходное сечение первого отверстия 302 большое и проходное сечение второго отверстия 304 небольшое, давление во второй секции 134 и части 144 для смеси дальше второго отверстия 304 становится ниже, чем давление в первой секции 132 и части 142 для воздуха дальше первого отверстия 302. Кроме того, скорость потока топливовоздушной смеси, проходящей через часть 144 для смеси, становится большей, чем скорость потока продувочного воздуха, проходящего через часть 142 для воздуха. Соответственно, топливовоздушная смесь на стороне части 144 для смеси приобретает тенденцию протекать прямо ко второму каналу 148, таким образом, что топливовоздушная смесь не будет смешиваться с продувочным воздухом на стороне части 142 для воздуха.
Однако разности проходных сечений различных частей основного корпуса 214 указаны только для описания, и проходные сечения других компонентов могут быть оптимизированы любым другим образом в рамках настоящего изобретения для улучшения качества выбросов двигателя 100. Кроме того, проходное сечение первого отверстия 302 может быть меньшим, чем проходное сечение второго отверстия 304. В такой конфигурации давление на стороне части 142 для воздуха вероятно станет меньшим. Однако так как скорость потока продувочного воздуха на стороне части 142 для воздуха может быть сделана значительно более высокой, чем скорость потока топливовоздушной смеси на стороне части 144 для смеси в соответствии с заданием проходных сечений, топливовоздушная смесь из части 144 для смеси отклоняется на границе между частью 144 для смеси и частью 142 для воздуха, предотвращая вхождение топливовоздушной смеси в часть 142 для воздуха, таким образом, также предотвращая смешивание топливовоздушной смеси с продувочным воздухом.
Кроме того, перегородка 131 может быть наклонена под углом относительно горизонтальной оси Н1 основного корпуса 214. Дополнительно, по меньшей мере, одно из первого отверстия 302 и второго отверстия 304 может быть наклонено под углом относительно вертикальной оси V1 основного корпуса 214.
На фиг. 4A-4C показаны различные виды корпуса 402 воздухоочистителя 124 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Различные другие компоненты воздухоочистителя 124 не показаны с иллюстративными целями. Корпус 402 имеет пластину 404, прикрепленную к основному корпусу 402. Пластина 404 может быть присоединена к корпусу 402 механическими креплениями, клеями и т.п. Как показано на фиг. 4A-4C, пластина 404 имеет по существу L-образную форму с горизонтальной частью 406 и вертикальной частью 408. Вертикальная часть 408 также может быть наклонной (например, 100 градусов) относительно горизонтальной части 406 в рамках настоящего изобретения. Кроме того, вертикальная часть 408 пластины 404 включает отверстие 410 для вставки крепежного элемента (например, болта) воздухоочистителя 124. Горизонтальная часть 406 по существу разделяет выходное отверстие 130 для воздуха воздухоочистителя 124 на первую секцию 132 и вторую секцию 134. Горизонтальная часть 406 также может принимать воздушную заслонку 138 в полностью открытом положении. Проходное сечение первого отверстия 302, открытое в первой секции 132, отличается от проходного сечения второго отверстия 304, открытого во второй секции 134. Более конкретно, проходное сечение первого отверстия 302 больше, чем проходное сечение второго отверстия 304. Для специалиста в данной области техники может быть очевидно, что пластина 404 может иметь альтернативные формы и конфигурации в рамках настоящего изобретения. Например, пластина 404 может быть сформирована как дуга окружности без острых кромок.
На чертежах и в описании были раскрыты предпочтительные варианты и примеры осуществления изобретения, и, хотя использовались специфические термины, они используются только в общем и описательном смысле, а не с целью ограничения объема изобретения, сформулированного в следующей формуле изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может применяться для получения устройства подачи воздуха для двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
Перечень ссылочных позиций
100 - двигатель;
102 - устройство подачи воздуха;
104 - блок цилиндров;
106 - картер;
108 - цилиндр;
110 - камера цилиндра;
112 - камера картера;
114 - коленчатый вал;
116 - поршень;
117 - шатун;
118 - впускное отверстие;
120 - выпускное отверстие;
122 - запальная свеча;
124 - воздухоочиститель;
126 - карбюратор;
128 - изолятор;
130 - выходное отверстие для воздуха;
131 - перегородка;
132 - первая секция;
134 - вторая секция;
136 - канал;
138 - воздушная заслонка;
140 - дроссельный клапан;
142 - часть для воздуха;
144 - часть для смеси;
146 - первый канал;
148 - второй канал;
150 - удлиненная часть;
202 - крышка;
204 - опорная пластина;
206 - фильтрующий элемент;
208 - корпус воздухоочистителя;
210 - кнопка;
211 - множество отверстий;
212 - множество отверстий;
214 - основной корпус;
216 - крепежный элемент;
218 - установочные отверстия;
220 - цилиндрический элемент;
222 - крепежная часть;
302 - первое отверстие;
304 - второе отверстие;
306, 308 - стенка;
402 - корпус;
404 - пластина;
406 - горизонтальная часть;
408 - вертикальная часть;
410 - отверстие.