ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПОСЛОЙНОЙ ПРОДУВКОЙ
TWO-CYCLE ENGINE WITH LAYER-BY-LAYER BLOWDOWN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к двухтактному двигателю с послойной продувкой. В частности, настоящее изобретение относится к двухтактному двигателю с послойной продувкой воздухом, в котором предварительная продувка выполняется воздухом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Публикация японской патентной заявки №2001-254624 (Документ 1) раскрывает двухтактный двигатель с послойной продувкой воздухом. Этот двухтактный двигатель имеет поршень, цилиндр, в который поршень помещен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения, коленчатый вал, соединенный с поршнем посредством шатуна, и картер, в который коленчатый вал помещен с возможностью вращения. Этот двухтактный двигатель также имеет образованный в нем канал воздушно-топливной смеси для введения топливно-воздушной смеси (смеси топлива и воздуха) в картер, продувочный канал, который продолжается между продувочным впускным отверстием, открывающимся в картер, и продувочным окном, открывающимся в цилиндр, и воздушный канал, соединенный с продувочным каналом в промежуточном положении.
В этом двухтактном двигателе отрицательное давление, которое создается в картере, воздействует на продувочный канал через продувочное впускное отверстие во время хода поршня вверх, за счет чего воздух вводится из воздушного канала в продувочный канал. Воздух, введенный в продувочный канал, вводится в цилиндр перед воздушно-топливной смесью во время хода поршня вниз. Воздушный слой образуется между отработавшим газом и воздушно-топливной смесью, когда отработавший газ удаляется из цилиндра. Образование этого воздушного слоя предотвращает прорыв воздушно-топливной смеси, снижая выброс несгоревшего газа.
Другой двухтактный двигатель с послойной продувкой воздухом раскрыт в WO 98/57053 (Документ 2). В этом двухтактном двигателе воздушный канал соединяется с продувочным окном поршнем во время хода поршня вверх. Следовательно, воздух заполняет продувочный канал из продувочного окна. Эта конструкция может предотвратить нахождение воздушно-топливной смеси вблизи продувочного окна, когда воздух заполняет продувочный канал.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
В традиционных двухтактных двигателях, при заполнении продувочного канала воздухом, воздух, который поступает в продувочный канал из воздушного канала, протекает через продувочный канал к продувочному впускному отверстию картера. Затем воздух, поступающий в продувочный канал, течет к продувочному окну цилиндра через продувочный канал и вводится в цилиндр. Другими словами, в традиционных двухтактных двигателях воздуху, заполняющему продувочный канал, приходится менять свое направление потока на обратное при введении в цилиндр. В этой конструкции, однако, воздушно-топливная смесь из картера легко смешивается с воздухом, заполняющим продувочный канал. Следовательно, топливо попадает в воздух, вводимый в цилиндр раньше, приводя к выбросу несгоревшего газа.
Настоящее изобретение решает эти проблемы, описанные выше. Настоящее изобретение обеспечивает технологию для снижения объема выброса несгоревшего газа в двухступенчатом двигателе с послойной продувкой воздухом.
РЕШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ
Двухтактный двигатель с послойной продувкой, осуществленный в настоящем изобретении, включает в себя поршень; цилиндр, который вмещает поршень способом, позволяющим возвратно-поступательное перемещение; коленчатый вал, который соединен с поршнем посредством шатуна; картер, который вмещает коленчатый вал способом, позволяющим вращение; канал газовой смеси, который вводит газовую смесь в картер; продувочный канал, который продолжается между продувочным впускным отверстием, которое открывается в картер, и продувочным окном, которое открывается в цилиндр; и воздушный канал, который соединен с продувочным каналом в промежуточном положении. В этом двигателе, на части хода поршня вверх, во время которого поршень перемещается к противоположной стороне по отношению к картеру, картер, в котором создается отрицательное давление, соединяется с продувочным каналом через продувочное окно.
Для удобства настоящее описание часто называет направление, параллельное оси цилиндра и продолжающееся к противоположной стороне по отношению к картеру, «вверх/выше» и направление, параллельное оси цилиндра и продолжающееся к картеру, «вниз/ниже». Следовательно, ход, в котором поршень перемещается к противоположной стороне по отношению к картеру, часто называется «ходом вверх», и ход, в котором поршень перемещается к картеру, часто называется «ходом вниз».
В двигателе, осуществленном в настоящем изобретении, по меньшей мере, часть воздуха, вводимого в продувочный канал, может втекать в цилиндр, не меняя своего направления потока. Поток воздуха почти не возмущается в продувочном канале, и может быть предотвращено смешивание газовой смеси с воздухом, вводимым в продувочный канал. Количество топлива, которое содержится в воздухе, вводимом в цилиндр раньше, может быть значительно снижено, и может быть предотвращен выброс несгоревшего газа наружу.
В продувочном канале, предпочтительно, чтобы бóльшая часть воздуха, вводимого из воздушного канала, протекала не к продувочному впускному отверстию, а к продувочному окну. Соответственно, становится возможным не только предотвратить возмущение потока воздуха в продувочном канале, но также эффективно предотвратить смешивание газовой смеси с вводимым воздухом. В этой связи двухтактный двигатель предпочтительно имеет, по меньшей мере, одно из следующих отличий.
Во-первых, предпочтительно, чтобы в продувочном канале сопротивление потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному окну, было ниже сопротивления потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию. Согласно этой конструкции, больше воздуха, введенного из воздушного канала в продувочный канал, может протечь к продувочному окну с низким сопротивлением.
Во-вторых, предпочтительно, чтобы в продувочном канале сопротивление потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию, было выше сопротивления потоку из продувочного впускного отверстия к промежуточному положению, где присоединен воздушный канал. Эта конструкция может предотвратить не только протекание воздуха, введенного в продувочный канал, к продувочному впускному отверстию, но также может плавно подавать в цилиндр газовую смесь, которая затем протекает из картера в продувочный канал.
В-третьих, предпочтительно, чтобы в продувочном канале положение между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным впускным отверстием, было по существу закрыто, пока картер, в котором создано отрицательное давление, соединен с продувочным каналом через продувочное окно. Согласно этой конструкции, воздух, введенный из воздушного канала в продувочный канал, может плавно течь к продувочному окну, не протекая к продувочному впускному отверстию.
В-четвертых, предпочтительно, чтобы в продувочном канале количество воздуха, вытекающего из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию, было равно или меньше 10 процентов от общего количества воздуха, введенного из воздушного канала в продувочный канал. Было доказано, что такая конструкция может не только достаточно предотвратить возмущение потока воздуха в продувочном канале, но также может значительно предотвратить смешивание газовой смеси с воздухом, вводимым в продувочный канал.
Эти отличия, описанные выше, могут быть осуществлены различными конструкциями и таким образом не ограничены конкретной конструкцией. Однако в наиболее предпочтительном варианте выполнения первый контрольный клапан для препятствования течению воздуха в продувочное впускное отверстие обеспечен в секции продувочного канала между продувочным впускным отверстием и промежуточным положением, где присоединен воздушный канал. Эта конструкция может осуществить двухтактный двигатель, содержащий все вышеперечисленные отличия. Кроме того, почти весь воздух, вводимый из воздушного канала в продувочный канал, течет к продувочному окну, не меняя своего направления в продувочном канале. В результате может быть осуществлена идеальная послойная продувка.
Предпочтительно, чтобы в продувочном канале бóльшая часть воздуха вводилась в секцию между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным окном. Таким образом, в продувочном канале секция между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным окном, предпочтительно длиннее секции между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным впускным отверстием продувочного канала. Альтернативно секция между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным окном, предпочтительно больше по объему секции между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным впускным отверстием.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно двухтактному двигателю настоящего изобретения, объем выброса несгоревших газов может быть снижен. В результате экологические характеристики двухтактного двигателя могут быть существенно улучшены.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид в вертикальном сечении двигателя по варианту выполнения.
Фиг.2 - вид в сечении, взятом по линии II-II, показанной на ФИГ.1.
Фиг.3 - вид, показывающий последнюю стадию хода поршня вверх.
Фиг.4 - вид, показывающий положение, в котором поршень находится в верхней мертвой точке.
Фиг.5 - вид, показывающий среднюю стадию хода поршня вниз.
Фиг.6 - вид, показывающий последнюю стадию хода поршня вниз.
Фиг.7 - вид, показывающий среднюю стадию хода поршня вверх.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ
(Признак 1) По крайней мере, часть продувочного окна открывается в нижней части поршня на части хода поршня вверх. В результате продувочный канал соединяется из продувочного окна с картером, в котором создается отрицательное давление. Однако конструкция соединения продувочного канала из продувочного окна с картером, в котором создается отрицательное давление, не ограничивается вышеописанной конструкцией, применяемой в варианте выполнения. Например, сквозное отверстие может быть образовано в боковой поверхности поршня, и продувочное окно может быть сообщено со сквозным отверстием на боковой поверхности поршня во время части хода поршня вверх. Альтернативно канавка, продолжающаяся до нижнего конца поршня, может быть образована в боковой поверхности поршня, и продувочное окно может быть сообщено с канавкой на боковой поверхности поршня во время части хода поршня вверх. Отметим, что как сквозное отверстие, так и канавка могут быть образованы на боковой поверхности поршня.
(Признак 2) В продувочном канале первый пластинчатый клапан обеспечен в секции между продувочным впускным отверстием и промежуточным положением, где присоединен воздушный канал. Первый пластинчатый клапан, тип контрольного клапана, установлен в направлении, которое препятствует течению воздуха к продувочному впускному отверстию. Отметим, что первый пластинчатый клапан может быть заменен контрольным клапаном другого типа.
(Признак 3) Поскольку продувочный канал снабжен первым пластинчатым клапаном, сопротивление потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному окну ниже сопротивления потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию. Следовательно, бóльшая часть воздуха, введенного из воздушного канала, может течь не к продувочному впускному отверстию, а к продувочному окну. Отметим, что первый пластинчатый клапан настоящего варианта выполнения может полностью закрывать продувочный канал для потока из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию; однако, первый пластинчатый клапан может частично закрывать продувочный канал для потока из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию.
(Признак 4) Поскольку продувочный канал снабжен первым пластинчатым клапаном, сопротивление потоку из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию выше сопротивления потоку из продувочного впускного отверстия к промежуточному положению, где присоединен воздушный канал. Следовательно, возможно не только предотвратить протекание воздуха, введенного в продувочный канал, к продувочному впускному отверстию, но также газовая смесь, текущая затем из картера в продувочный канал, может плавно подаваться в цилиндр. Отметим, что первый пластинчатый клапан настоящего варианта выполнения может полностью препятствовать протеканию воздуха из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию; однако, первый пластинчатый клапан может частично препятствовать протеканию воздуха из промежуточного положения, где присоединен воздушный канал, к продувочному впускному отверстию.
(Признак 5) Поскольку продувочный канал снабжен первым пластинчатым клапаном, секция между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным впускным отверстием по существу закрыта, пока продувочный канал соединен через продувочное окно с картером, в котором создано отрицательное давление. В результате воздух, введенный из воздушного канала в продувочный канал, может плавно течь к продувочному окну, не протекая к продувочному впускному отверстию. Отметим, что вместо первого пластинчатого клапана двигатель настоящего варианта выполнения может быть снабжен подвижным клапаном, который открывает и закрывает продувочный канал в соответствии с циклами поршня и коленчатого вала. Более того, продувочное впускное отверстие продувочного канала может быть закрыто в соответствии с циклами поршня или коленчатого вала путем снабжения противовеса коленчатого вала поверхностью клапана, обращенной к продувочному впускному отверстию продувочного канала. Регулирование диапазона углов, образующих поверхность клапана, может по существу закрыть секцию между промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, и продувочным окном, пока продувочный канал соединен из продувочного окна с картером, в котором создано отрицательное давление.
(Признак 6) Поскольку продувочный канал снабжен первым пластинчатым клапаном, почти весь воздух, введенный из воздушного канала в продувочный канал, течет к продувочному окну. В результате идеальная послойная продувка может быть осуществлена, поскольку направление потока воздуха не меняется на обратное в продувочном канале. Однако даже когда бóльшая часть введенного воздуха не течет к продувочному окну, можно предотвратить возмущение потока воздуха в продувочном канале, при условии, что количество воздуха, текущего к продувочному впускному отверстию, равно или меньше 10 процентов общего количестве введенного воздуха.
(Признак 7) На начальной стадии хода поршня вверх верхний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен ниже верхнего конца продувочного окна, и нижний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен ниже нижнего конца продувочного окна. Другими словами, на начальной стадии хода поршня вверх продувочное окно открыто выше поршня, и продувочный канал соединен с цилиндром через продувочное окно. На средней стадии хода поршня вверх верхний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен выше верхнего конца продувочного окна и нижний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен ниже нижнего конца продувочного окна. Другими словами, на средней стадии хода поршня вверх продувочное окно закрыто боковой поверхностью поршня. На последней стадии хода поршня вверх верхний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен выше верхнего конца продувочного окна и нижний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, расположен выше нижнего конца продувочного окна. Другими словами, на последней стадии хода поршня вверх продувочное окно открыто ниже поршня, и продувочный канал соединен с картером через продувочное окно.
(Признак 8) Нижний конец боковой поверхности поршня, обращенной к продувочному окну, снабжен вырезом. Вырез и продувочное окно, открывающее в цилиндр, предпочтительно расположены в положении, в котором ось коленчатого вала продолжается относительно оси картера.
(Признак 9) Воздушный канал снабжен вторым контрольным клапаном для препятствования течения воздуха к противоположной стороне продувочного канала. Второй контрольный клапан может предотвращать течение воздуха или газовой смеси обратно из продувочного канала в воздушный канал. Воздух или газовая смесь из продувочного канала могут плавно подаваться в цилиндр.
(Признак 10) Множество продувочных окон обеспечено внутри цилиндра. Продувочный канал разветвляется к каждому из продувочных окон в секции ближе к множеству продувочных окон, чем промежуточному положению, где присоединен воздушный канал. Другими словами, в продувочных каналах воздушный канал присоединен в положении ближе по ходу положения разветвления, где продувочный канал разветвляется к продувочным окнам. Согласно этой конструкции, нет необходимости соединять воздушный канал с каждым из разветвляющихся продувочных каналов.
(Признак 11) Секция продувочного канала между продувочным впускным отверстием и промежуточным положением, где присоединен воздушный канал, воздушный канал и канал газовой смеси обеспечены в одном направлении относительно оси цилиндра. Эта конструкция позволяет уменьшить размер двигателя. Кроме того, выполнение воздушного канала или канала газовой смеси коротким может снизить сопротивление потоку в каждом канале.
(Признак 12) Воздушный канал соединен с продувочным каналом ниже канала газовой смеси. Другим словами, воздушный канал обеспечен ниже уровня канала газовой смеси относительно осевого направления цилиндра, и промежуточное положение продувочного канала, где присоединен воздушный канал, также обеспечено ниже уровня канала газовой смеси. Более того, воздушный канала и канал газовой смеси по существу параллельны друг другу. Поскольку некоторые двухтактные двигатели не имеют пространства вокруг цилиндров, большинство двухтактных двигателей имеют пространство вокруг картеров. Таким образом, размещением воздушного канала ниже канала газовой смеси и соединением воздушного канала с продувочным каналом ниже канала газовой смеси мертвое пространство может быть эффективно использовано и размер двигателя может быть уменьшен. Также соединением воздушного канала с продувочным каналом ниже канала газовой смеси секция продувочного канала между промежуточным положением, где присоединен воздушный канала, и продувочным окном может быть удлинена, и большее количество воздуха может быть введено в продувочный канал.
(Признак 13) Двигатель имеет крышку картера, которая прикреплена к картеру и образует, по меньшей мере, часть продувочного канала между картером и крышкой картера. Плоская поверхность, противоположная крышке картера, образована в крышке картера. Плоская поверхность параллельна оси коленчатого вала и составляет угол от 0 до 30 градусов с осью цилиндра. Согласно этой конструкции, длинный и высокообъемный продувочный канал может быть образован без увеличения двигателя. Особенно установкой угла приблизительно 30 градусов продувочный канал может быть выполнен длинным в осевом направлении цилиндра. В этом случае в продувочном канале насыщенная газовая смесь присутствует в нижней секции (сторона картера) и разреженное топливо присутствует в верхней секции (сторона цилиндра) вследствие различия в весе. Поскольку разреженное топливо вводится в цилиндр первым, объем выброса несгоревшего газа может быть значительно снижен.
(Признак 14) Плоская поверхность, образованная в картере, снабжена первым пластинчатым клапаном, расположенным в продувочном канале, чтобы препятствовать течению воздуха к продувочному впускному отверстию. Плоская поверхность образует посадочную поверхность, к которой прилегает и от которой отделяется первый пластинчатый клапан. Поскольку картер имеет плоскую поверхность, первый пластинчатый клапан может быть легко обеспечен на этой плоской поверхности. Более того, размер первого пластинчатого клапан может быть увеличен так, чтобы сопротивление потоку газовой смеси могло быть снижено. Предпочтительным является обеспечение первого пластинчатого клапана в продувочном канале, невзирая на присутствие воздушного канала. Первый пластинчатый клапан, обеспеченный в продувочном канале, может блокировать как картер, так и продувочный канал во время хода поршня вверх. В результате сильное отрицательное давление может быть создано в картере (то есть давление в картере сильно падает), за счет чего больше газовой смеси может быть введено в картер. Первый пластинчатый клапан здесь является первым контрольным клапаном для препятствования течения воздуха к продувочному впускному отверстию. Первый пластинчатый клапан может быть заменен другим типом контрольного клапана (предпочтительно типом, в котором плоская поверхность образует посадочную поверхность).
(Признак 15) На плоской поверхности, образованной в картере, часть продувочного канала, продолжающаяся от продувочного впускного отверстия, и часть продувочного канала, продолжающаяся от продувочного окна, предпочтительно открыты. В этом случае часть продувочного канала, продолжающаяся от продувочного впускного отверстия, и часть продувочного канала, продолжающаяся от продувочного окна, предпочтительно соединены друг с другом крышкой картера.
(Признак 16) Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть воздушного канала была дополнительно образована в крышке картера. В этом случае направляющий выступ образован на внутренней поверхности крышки картера, направляющий выступ образован на границе внутренней поверхности крышки картера, обращенной к продувочному каналу, и внутренней поверхности крышки картера, обращенной к воздушному каналу. Направляющий выступ имеет криволинейную поверхность для направления газовой смеси из картера в продувочный канал, который продолжается до продувочного окна.
(Признак 17) Предпочтительно, чтобы двигатель дополнительно имел воздушный коллектор, который образует, по меньшей мере, часть воздушного канала между крышкой картера и воздушным коллектором. В этом случае воздушный коллектор предпочтительно имеет плоскую поверхность, противоположную крышке картера. Плоская поверхность предпочтительно составляет угол от 80 до 130 градусов с плоской поверхностью картера.
(Признак 18) Предпочтительно, чтобы второй контрольный клапан был расположен на плоской поверхности воздушного коллектора, чтобы препятствовать течению воздуха к противоположной стороне продувочного канала. В этом случае плоская поверхность воздушного коллектора предпочтительно является посадочной поверхностью, к которой прилегает и от которой отделяется второй контрольный клапан.
ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ
Варианты выполнения для осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на чертежи. Фиг.1 - вид в вертикальном сечении двухтактного двигателя 10 с послойной продувкой (ниже называемого просто «двигатель 10») настоящего варианта выполнения. Фиг.2 - вид в сечении, взятом по линии II-II, показанной на Фиг.1. Двигатель 10 настоящего варианта выполнения является компактным, одноцилиндровым двигателем, который может быть установлен, например, в электроинструменты или рабочие инструменты.
Как показано на Фиг.1, двигатель 10 имеет основный корпус 20 двигателя, поршень 32, шатун 80 и коленчатый вал 62. Основной корпус 20 двигателя имеет цилиндр 24, картер 60, крышку 50 картера и воздушный коллектор 42. Картер 60 закреплен под цилиндром 24. Крышка 50 картера прикреплена к боковой части картера 60. Воздушный коллектор 42 прикреплен к верхней части крышки 50 картера.
Цилиндр 24 вмещает поршень 32. Поршень 32 способен совершать возвратно-поступательное перемещение вдоль оси X цилиндра 24. Внутри цилиндра 24 камера 26 сгорания образована над поршнем 32. Свеча 28 зажигания расположена в камере 26 сгорания.
Картер 60 вмещает коленчатый вал 62. Коленчатый вал 62 поддерживается картером 60 с возможностью вращения. Поршень 32 соединен с коленчатым валом 62 шатуном 80 и поршневым пальцем 30. Возвратно-поступательное перемещение поршня 32 внутри цилиндра 24 вращается коленчатый вал 62 внутри картера 60. Отметим, что Фиг.1 не показывает часть шатуна 80. Коленчатый вал 62 является выходной осью двигателя 10, в которой конечная часть коленчатого вала 62 продолжается наружу картера 60.
Канал 36 газовой смеси, продувочный канал 66, воздушный канал 44 и выпускной канал 70 выполнены в основном корпусе 20 двигателя. Канал 36 газовой смеси и выхлопной канал 70 выполнены в цилиндре 24. Продувочный канал 66 образован картером 60, крышкой 50 картера и цилиндром 24. Воздушный канал 44 образован крышкой 50 картера и воздушным коллектором 42.
Внутренняя поверхность 24a цилиндра 24 имеет образованное в ней всасывающее окно 34, множество продувочных окон 68 и выпускное окно 72. Всасывающее окно 34, множество продувочных окон 68 и выпускное окно 72 открываются/закрываются возвратно-поступательным перемещением поршня 32 внутри цилиндра 24. Всасывающее окно 34 и продувочные окна 68, обращенные друг к другу, выполнены в направлении, перпендикулярном оси Y коленчатого вала 62 относительно оси X цилиндра 24. Множество продувочных окон 68 выполнено в направлении, перпендикулярном оси Y коленчатого вала 62 относительно оси X цилиндра 24. Отметим, что Фиг.1 показывает два из продувочных окон 68, однако, еще два продувочных окна, которые не показаны, образованы так, чтобы быть обращенными к этим двум продувочным окнам 68. Другими словами, всего четыре продувочных окна образованы на внутренней поверхности 24a цилиндра 24.
Канал 36 газовой смеси соединен с всасывающим окном 34. Канал 36 газовой смеси снабжен карбюратором 38 для смешивания топлива с воздухом, введенным снаружи. Горючая газовая смесь, созданная карбюратором 38, подается к всасывающему окну 34 через канал 36 газовой смеси. Всасывающее окно 34 открыто ниже поршня 32 с последней стадии хода поршня 32 вверх (перемещение поршня к противоположной стороне по отношению к картеру 60) до начальной стадии хода поршня 32 вниз (перемещение поршня к стороне картера 60). Пока всасывающее окно 34 открыто ниже поршня 32, отрицательное давление, которое создается внутри картера 60, вводит газовую смесь из канала 36 газовой смеси в картер 60.
Продувочный канал 66 соединен с продувочными окнами 68. Продувочный канал 66 продолжается от продувочного впускного отверстия 56, которое открывается в картер 60, до продувочных окон 68, которые открываются в цилиндр 24. Как показано на Фиг.1 и 2, продувочный канал 66 разветвляется к множеству продувочных окон 68 из положения 66b разветвления на канале. Продувочные окна 68 открываются выше поршня 32 с последней стадии хода поршня 32 вниз до начальной стадии хода поршня 32 вверх. Пока продувочные окна 68 открыты выше поршня 32, положительное давление, которое создается внутри картера 60, подает газовую смесь картера 60 в цилиндр 24 через продувочный канал 66.
Продувочные окна 68 дополнительно открываются ниже поршня 32 с последней стадии хода поршня 32 вверх до начальной стадии хода поршня 32 вниз. Пока продувочные окна 68 открыты ниже поршня 32, картер 60, в котором создается отрицательное давление, соединен с продувочным каналом 66 из продувочных окон 68. Воздушный канал 44 для введения воздуха снаружи соединен с продувочным каналом 66.
Первый пластинчатый клапан 54 обеспечен в секции продувочного канала 66 между продувочным впускным отверстием 56 и положением 66a присоединения воздушного канала 44. Первый пластинчатый клапан 54, контрольный клапан для препятствования течению воздуха к продувочному впускному отверстию 54 позволяет течение воздуха только к продувочным окнам 68. Следовательно, пока продувочные окна 68 открыты ниже поршня 32, воздух вводится из воздушного канала 44 в продувочный канал 66, и введенный воздух течет к продувочным окнам 68. В результате секция продувочного канала 66 между положением 66a присоединения воздушного канала 44 и продувочными окнами 68 заполняется воздухом. Как будет подробно описано ниже, воздух, введенный в продувочный канал 66, вводится в цилиндр 24 перед газовой смесью, чтобы удалить отработавший газ (газ после сгорания) из цилиндра 24. Отметим, что первому пластинчатому клапану 54 нет необходимости полностью препятствовать течению воздуха к продувочному впускному отверстию 56, но он может создавать значительное сопротивление потоку воздуха к продувочному впускному отверстию 56. Это может позволить большей части воздуха, введенного в продувочный канал 66, течь к продувочным окнам 68.
Выпускной канал 70 соединен с выпускным окном 72. Выпускной канал 70 снабжен глушителем 74. Выпускное окно 72 открывается выше поршня 32 с последней стадии хода поршня 32 вниз до начальной стадии хода поршня 32 вверх. Пока выпускное окно 72 открыто выше поршня 32, отработавший газ внутри цилиндра 24 выбрасывается в выпускной канал 70 через выпускное окно 72. Выброс отработавшего газа осуществляется давлением отработавшего газа, воздухом, текущим из продувочных окон 68, и продувкой с использованием газовой смеси.
Цельная конструкция двигателя 10 настоящего варианта выполнения описана выше. Подробная конструкция каждой части двигателя 10 описана далее.
Положение 66a присоединения, где воздушный канал 44 присоединен к продувочному каналу 66, обеспечено ближе к продувочному впускному отверстию 56 на стороне картера 60, а не продувочным окнам 68 на стороне цилиндра 24. Другими словами, в продувочном канале 66 секция между продувочными окнами 68 и положением 66a присоединения воздушного канала 44 длиннее секции продувочного канала 66 между продувочным впускным отверстием 56 и положением 66a присоединения воздушного канала 44. Кроме того, секция между продувочными окнами 68 и положением 66a присоединения воздушного канала 44 больше по объему, чем секция продувочного канала 66 между продувочным впускным отверстием 56 и положением 66a присоединения воздушного канала 44. Следовательно, при заполнении продувочного канала 66 воздухом из воздушного канала 44 продувочный канал 66 может быть заполнен бóльшим количеством воздуха. В двигателе 10 настоящего варианта выполнения, чем дальше положение 66a присоединения воздушного канала 44 от продувочных окон 68, тем большее количество воздуха может заполнить продувочный канал 66.
В продувочном канале 66 положение 66a присоединения воздушного канала 44 обеспечено ближе к продувочному впускному отверстию 56 (стороне картера 60), чем положению 66b разветвления продувочного канала 66. Другими словами, продувочный канала 66 выполнен так, что воздух подается из воздушного канала 44 в положении ближе по ходу положения 66b разветвления продувочного канала 66. Согласно этой конструкции, воздух может быть подан единым воздушным каналом 44 к каждому из разветвленных воздушных каналов 66. При подаче воздуха в положении ближе по ходу положения 66b разветвления, нет необходимости соединять воздушный канал 44 с каждым из разветвляющихся продувочных каналов 66.
Нижний конец 32b поршня 32 снабжен вырезом 33, чтобы снизить вес поршня 32 (то есть длина юбки поршня уменьшена). Вырез 33 обеспечен в направлении, параллельном оси Y коленчатого вала 62, направлении, соответствующем направлению, в котором образованы продувочные окна 68. Когда положение внутри цилиндра 24, где образованы продувочные окна 68, соответствует положению внутри поршня 32, где образован вырез 33, продувочные окна 68 могут быть открыты ниже поршня 32, не сильно открывая продувочные окна 68 снизу.
Воздушный канал 44 снабжен вторым пластинчатым клапаном 48 и клапаном 40 управления воздухом. Второй пластинчатый клапан 48, контрольный клапан для препятствования течению воздуха к противоположной стороне продувочного канала 66, позволяет воздуху течь только к продувочному каналу 66. Второй пластинчатый клапан 48 может препятствовать течению воздуха или газовой смеси внутри воздушного канала 66 обратно через воздушный канал 44. Клапан 40 управления воздухом управляет открытием воздушного канала 44, чтобы управлять воздушным потоком в воздушном канале 44. Клапан 40 управления воздухом соединен с клапаном 38a управления газовой смесью карбюратора 38, чтобы управлять совместно с клапаном 38a управления газовой смесью.
Секция продувочного канала 66 между продувочным впускным отверстием 56 и положением 66a присоединения воздушного канала 44, воздушный канала 44 и канал 36 газовой смеси обеспечены в одном положении по отношению к оси X цилиндра 24. Воздушный канал 44 и канал 36 газовой смеси обеспечены приблизительно параллельно друг другу. Более того, воздушный канал 44 обеспечен ниже канала 36 газовой смеси относительно направления, параллельного оси X цилиндра 24 (осевого направления), и соединен с продувочным каналом 66 ниже канала 36 газовой смеси. Имеется больше пространства под каналом 36 газовой смеси, чем над каналом 36 газовой смеси. Таким образом, размещение воздушного канала 44 ниже канала 36 газовой смеси 36 и соединение воздушного канала 44 с продувочным каналом 66 ниже канала 36 газовой смеси позволяет эффективное использование мертвого пространства, уменьшая размер двигателя 10. Установкой уменьшенного двигателя 10 в переносные электроинструменты или рабочие инструменты (например, цепные пилы, кусторезы), эксплуатационные качества таких электроинструментов или рабочих инструментов могут быть значительно улучшены.
Как показано на Фиг.1, плоская поверхность 58, противоположная крышке 50 картера, образована в картере 60. Плоская поверхность 58 картера 60 обеспечена параллельной оси Y коленчатого вала 62 и наклонена вниз, чтобы образовать угол приблизительно 18 градусов с осью X цилиндра 24. Угол Θ, образованный плоской поверхностью 58 и осью X цилиндра 24, не обязательно составляет 18 градусов. Однако угол θ, образованный плоской поверхностью 58 и осью X цилиндра 24, предпочтительно составляет от 0 до 30 градусов.
На плоской поверхности 58 картера 60 задняя по ходу часть продувочного канала 66, продолжающаяся от продувочного впускного канала 56, и передняя по ходу часть продувочного канала 66, продолжающаяся до продувочных окон 68, открыты. Задняя по ходу часть продувочного канала 66, продолжающаяся от продувочного впускного канала 56, и передняя по ходу часть продувочного канала 66, продолжающаяся до продувочных окон 68, соединены друг с другом крышкой 50 картера, противоположной плоской поверхности 58.
Первый пластинчатый клапан 54, описанный ранее, прикреплен к плоской поверхности 58 картера 60. Плоская поверхность 58 картера 60 образует посадочную поверхность, к которой прилегает и от которой отделяется первый пластинчатый клапан 54. Первый пластинчатый клапан 54 открывает/закрывает продувочный канал 66 прилеганием к или отделением от плоской поверхности 58 картера 60.
В дополнение к части продувочного канала 66 часть воздушного канала 44 также образована в крышке 50 картера. Направляющий выступ 52 обеспечен на границе внутренней поверхности 50a крышки 50 картера, обращенной к продувочному каналу 66, и ее внутренней поверхности 50b, обращенной к воздушному каналу 44. Направляющий выступ 52 имеет направляющую поверхность 52a для направления газовой смеси от продувочного впускного отверстия 56 (картер 60) к передней по ходу части продувочного канала 66. Направляющая поверхность 52a изогнута по направлению к передней по ходу части продувочного канала 66.
Плоская поверхность 46, противоположная крышке 50 картера, образована в воздушном коллекторе 42. Плоская поверхность 46 воздушного коллектора 42 параллельна оси Y коленчатого вала 62 и образует угол приблизительно 105 градусов с плоской поверхностью 58 картера 60. Здесь угол, образованный плоской поверхностью 46 воздушного коллектора 42 и плоской поверхностью 58 картера 60, не обязательно составляет 105 градусов. Однако угол, образованный двумя плоскими поверхностями 46, 58, предпочтительно составляет от 80 до 130 градусов.
Второй пластинчатый клапан 48, описанный ранее, разъемно прикреплен к плоской поверхности 46 воздушного коллектора 42. Плоская поверхность 46 воздушного коллектора 42 также образует посадочную поверхность, к которой прилегает и от которой отделяется второй пластинчатый клапан 48. Второй пластинчатый клапан 48 закрывает/открывает воздушный канал 44 прилеганием к и отделением от плоской поверхности 46 воздушного коллектора 42.
Далее, со ссылкой на Фиг.3-7 будет описана работа двигателя 10 за один цикл. Двухтактный двигатель 10 выполняет один цикл, когда поршень 32 осуществляет ход вверх и ход вниз. На Фиг.3-7 черные круги (•) обозначают газовую смесь и белые круги (о) обозначают воздух. Перекрестия (×) обозначают отработавший газ.
Фиг.3 показывает последнюю стадию хода поршня 32 вверх. На последней стадии хода поршня 32 вверх выпускное окно 72 закрыто поршнем 32, в то время как всасывающее окно 34 открыто ниже поршня 32. Кроме того, продувочные окна 68 открыты в нижней части поршня 32. Другими словами, верхний конец 32a на боковой поверхности поршня 32, который обращен к продувочным окнам 68, расположен выше верхнего конца 68a каждого продувочного окна 68. Нижний конец 32b на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68 (то есть нижний конец 32b на вырезе 33 поршня 32), расположен выше нижнего конца 68b каждого продувочного окна 68.
На последней стадии хода поршня 32 вверх газовая смесь, которая введена в предыдущем цикле, сжимается в камере 26 сгорания, расположенной над поршнем 32. С другой стороны, сильное отрицательное давление создается внутри картера 60 под поршнем 32 вследствие подъема поршня 32. Внутри картера 60, в котором создается отрицательное давление, канал 36 газовой смеси соединен через всасывающее окно 34. В результате газовая смесь течет от всасывающего окна 34 в картер 60, расположенный под поршнем 32.
Кроме того, на последней стадии хода поршня 32 вверх продувочный канал 66 соединен из продувочных окон 68 с картером 60, в котором создано отрицательное давление. В результате отрицательное давление внутри картера 60 воздействует на продувочный канал 66 через продувочные окна 68, и воздух течет из воздушного канала 44 в продувочный канал 66. В этот момент воздух, введенный в продувочный канал 66, течет через продувочный канал 66 к продувочным окнам 68. Поскольку отрицательное давление создано внутри картера 60, первый пластинчатый клапан 54 закрыт и продувочный канал 66 полностью закрыт. Следовательно, препятствуется течение воздуха, введенного в продувочный канал 66, к продувочному впускному отверстию 56. В результате секция продувочного канала 66 между положением 66a присоединения воздушного канала 44 и продувочными окнами 68 заполняется воздухом, как показано на Фиг.3
Далее, Фиг.4 показывает положение, в котором поршень 32 находится в верхней мертвой точке. Когда поршень 32 находится в верхней мертвой точке, выпускное отверстие 72 закрыто поршнем 32, в то время как всасывающее окно 34 открыто ниже поршня 32. Продувочные окна 68 также открыты ниже поршня 32. Другими словами, верхний конец 32a на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен выше верхнего конца 68a каждого продувочного окна 68, в то время как нижний конец 32b на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен выше нижнего конца 68a каждого продувочного окна 68.
Когда поршень 32 достигает верхней мертвой точки, сжатие газовой смеси, введение газовой смеси в картер 60 и введение воздуха в продувочный канал 66 фактически завершены. С этого положения газовая смесь воспламеняется свечой 28 зажигания. Отработавший газ, полученный горением газовой смеси, быстро расширяется и толкает поршень 32 вниз. Ход поршня 32 затем переключается на ход вниз.
Далее, Фиг.5 показывает среднюю стадию хода поршня 32 вниз. На средней стадии хода поршня 32 вниз выпускное окно 72 открыто выше поршня 32, в то время как всасывающее окно 34 закрыто поршнем 32. Продувочные окна 68 также закрыты поршнем 32. Другим словами, верхний конец 32a на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен выше верхнего конца 68a каждого продувочного окна 68, в то время как нижний конец 32b на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен ниже нижнего конца 68a каждого продувочного окна 68.
С начальной стадии хода поршня 32 вниз до его средней стадии камера 26 сгорания над поршнем 32 начинает выбрасывать отработавший газ через открытое выпускное окно 72. С другой стороны, внутри картера 60 под поршнем 32 создается положительное давление, по мере того как поршень 32 опускается. В результате газовая смесь внутри картера 60 течет в продувочный канал 66 через продувочное впускное отверстие 56. Газовая смесь, текущая в продувочный канал 66, течет через продувочный канал 66 к продувочным окнам 68. Направление потока газовой смеси внутри продувочного канала 66 соответствует направлению потока воздуха, введенного в продувочный канал 66 на предыдущем ходе. Следовательно, предотвращается смешивание газовой смеси, текущей в продувочный канал 66, с воздухом внутри продувочного канала 66. В результате в продувочном канале 66 воздушный слой образуется в продувочных окнах 68, и слой газовой смеси образуется в продувочном впускном отверстии 56.
Далее, Фиг.6 показывает последнюю стадию хода поршня 32 вниз. На последней стадии хода поршня 32 вниз выпускное окно 72 открыто выше поршня 32, в то время как всасывающее окно закрыто поршнем 32. Продувочные окна 68 также открыты выше поршня 32. Другими словами, верхний конец 32a на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен ниже верхнего конца 68a каждого продувочного окна 68, в то время как нижний конец 32b на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен ниже нижнего конца 68a каждого продувочного окна 68.
С последней стадии хода поршня 32 вниз до начальной стадии хода поршня 32 вверх камера 26 сгорания над поршнем 32 удаляет отработавший газ путем использования воздуха и газовой смеси, заполняющей продувочный канал 66. Сначала воздух, заполняющий воздушный канал 66, выталкивается из продувочных окон 68 в камеру 26 сгорания. Следовательно, отработавший газ внутри камеры 26 сгорания выбрасывается из открытого выпускного окна 72. Затем газовая смесь внутри продувочного канала 66 и картера 60 выталкивается из продувочных окон 68 в камеру 26 сгорания. В результате отработавший газ и воздух внутри камеры 26 сгорания вытолкнуты из открытого выпускного окна 72.
Далее, Фиг.7 показывает среднюю стадию хода поршня 32 вверх. На средней стадии хода поршня 32 вверх выпускное окно 72 открыто выше поршня 32, в то время как всасывающее окно закрыто поршнем 32. Продувочные окна 68 также закрыты поршнем 32. Другими словами, верхний конец 32a на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен выше верхнего конца 68a каждого продувочного окна 68, в то время как нижний конец 32b на боковой поверхности поршня 32, которая обращена к продувочным окнам 68, расположен ниже нижнего конца 68a каждого продувочного окна 68. На средней стадии хода поршня 32 вверх воздух, оставшийся в цилиндре 24, выбрасывается из открытого выпускного окна 72 в результате подъема поршня 32. Затем выпускное окно 72 закрывается поршнем 32 и начинается сжатие газовой смеси.
Как описано выше, в двигателе 10 настоящего варианта выполнения воздух, введенный из воздушного канала 44 в продувочный канал 66, течет через продувочный канал 66 к продувочным окнам 68 внутри цилиндра 24, чтобы заполнить продувочный канал 66. Воздух, заполняющий продувочный канал 66, затем снова течет к продувочным окнам 68 и вводится в цилиндр 24. Таким образом, в двигателе 10 настоящего варианта выполнения, когда воздух, заполняющий продувочный канал 66, вводится в цилиндр 24, нет необходимости менять направление этого потока на обратное. Поэтому предотвращается смешивание воздуха, заполняющего продувочный канал 66, с газовой смесью из картера 60. Имеется небольшое количество топлива, содержащегося в воздухе, введенном ранее в цилиндр 24, и количество топлива, которое может быть выброшено без горения (несгоревший газ), может быть значительно снижено.
Выше были подробно описаны варианты выполнения настоящего изобретения, но эти варианты выполнения являются только примерами настоящего изобретения и не ограничивают объем формулы изобретения. Технологии, описанные в формуле изобретения, включают в себя множество примеров, полученных путем модификации и изменения вышеописанных вариантов выполнения.
Например, в вариантах выполнения, описанных выше, продувочные окна 68 открыты ниже поршня 32 и картер 60, в котором создано отрицательное давление, соединен с продувочным каналом 66 из продувочных окон 68. При этом канавка или отверстие, например, может быть образовано на поршне 32, и картер 60, в котором создано отрицательное давление, может быть сообщен с продувочными окнами 68 канавкой или отверстием, образованным на поршне 32.
Технические элементы, описанные в настоящем описании или чертежах, могут быть использованы отдельно или объединены с другими элементами, чтобы показать техническую полезность, и не должны ограничиваться комбинациями формулы изобретения, представленными на момент подачи этой заявки. Технологии, показанные в этом описании или чертежах, решают множество задач одновременно и обеспечивают техническую полезность просто достижением одной из задач.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10: двигатель
20: основной корпус двигателя
24: цилиндр
26: камера сгорания
32: поршень
33: вырез
34: всасывающее окно
36: канал газовой смеси
42: воздушный коллектор
44: воздушный канал
46: плоская поверхность воздушного коллектора
48: второй пластинчатый клапан
50: крышка картера
52: направляющий выступ
52a: направляющая поверхность направляющего выступа
54: первый пластинчатый клапан
56: продувочное впускное отверстие
58: плоская поверхность крышки картера
60: картер
62: коленчатый вал
66: продувочный канал
68: продувочное окно
68a: верхний конец продувочного окна
68b: нижний конец продувочного окна
70: выпускной канал
72: выпускное окно.