CN101949316A - 用于发动机排气的空气喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出具有排气路径空气喷射系统的发动机，包括具有排气口的燃烧室和具有形成于其中的开口的曲轴箱。开口设计成允许通过该开口接收来自曲轴箱内的压力脉冲。发动机还包括具有入口、出口和泵送机构的空气泵。空气泵连接至形成于曲轴箱中的开口。压力脉冲向泵送机构提供动力。发动机还包括连接排气口和泵出口的歧管。

Description

用于发动机排气的空气喷射系统
技术领域
本发明总体上涉及用于动力设备和电动工具的内燃机的领域。更具体地，本发明涉及用于减少来自汽油提供动力的内燃机的废气中的污染排放物的系统。
背景技术
内燃机在其排气中生成污染物。污染物包括碳氢化合物排放物、氮氧化物、二氧化碳和其它污染物。污染物可以由混合在废气中的未耗尽燃料或油生成。
污染物排放物可以通过催化剂消音器的使用而降低。催化剂消音器(或催化转化器)包括贵金属例如铂，它与废气中的污染物反应，将污染物转化成并非污染物的其它副产物。然而，贵金属非常昂贵。另外，催化剂消音器在操作期间会变得相当热。化学反应导致催化剂中与化学反应的热通量成正比的高的温升。
空气喷射系统也可以用来减少废气排放中的污染物。这种系统将新鲜空气注入排气流。当(与其它废气混合的)未耗尽的燃料离开燃烧室时，它很热并且仍然潜在地易燃。在仍然充分地热的时候，未耗尽的燃料可以暴露于新鲜的氧源中，允许未耗尽燃料燃烧或氧化，因此除去污染物源。类似于催化剂消音器，空气喷射系统也导致废气中与化学反应的热通量成正比的温升。然而，温度提高可以均匀地分布在废气中。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种具有排气路径空气喷射系统的发动机。发动机包括具有排气口的燃烧室和具有形成于曲轴箱中的开口的曲轴箱。开口设计成允许通过该开口接收来自曲轴箱内的压力脉冲。发动机还包括具有入口、出口和泵送机构的空气泵。空气泵连接至形成于曲轴箱中的开口。压力脉冲向泵送机构提供动力。发动机还包括连接排气口和泵出口的歧管。
本发明的另一个实施例涉及一种发动机，该发动机包括具有形成于曲轴箱中的开口的曲轴箱。开口设计成允许通过该开口接收来自曲轴箱内的压力脉冲。发动机还包括具有入口、出口、泵送机构、第一止回阀和第二止回阀的空气泵。压力脉冲向泵送机构提供动力。新鲜空气经过第一止回阀进入入口并且经过第二止回阀被指引通过出口。
本发明的另一个实施例涉及用于内燃机的空气喷射系统。该系统包括形成入口、出口和腔室的外壳。而且，该系统包括由来自发动机内的振荡气压提供动力的泵送机构。该系统还包括第一止回阀和第二止回阀。第一止回阀打开以允许新鲜空气进入腔室，这样新鲜空气就由泵送机构拉入腔室中。第二止回阀打开以允许新鲜空气离开腔室，这样新鲜空气就由泵送机构推出腔室。外壳设计成在曲轴箱中的开口上连接至曲轴箱藉此外壳和泵送机构密封该开口，使新鲜空气与曲轴箱空气分开。
可选示例性实施例涉及如权利要求中总体上所述的其它特征和特征的组合。
附图说明
通过下面的详细说明并结合附图，可以更充分地理解本公开，其中相同的参考数字指的是相同的元件，其中：
图1是动力设备的透视图，该动力设备具有依照示例性实施例的用于降低的排放物的发动机真空动力的空气喷射系统。
图2是依照示例性实施例的发动机的一部分的剖面透视图。
图3A是依照示例性实施例的空气喷射系统沿第一取向的示意图。
图3B是图3A的空气喷射系统沿第二取向的示意图。
图4是依照另一个示例性实施例的空气喷射系统的示意图。
图5是依照另一个示例性实施例的空气喷射系统的示意图。
图6是依照另一个示例性实施例的空气喷射系统的示意图。
具体实施方式
在转向详细显示示例性实施例的图之前，应当理解，本发明并不限于在说明书中阐明或是图中所示的细节或方法。还应当理解，术语仅仅出于说明的目的而不应视为限制。
图1显示了依照示例性实施例的动力设备。动力设备为具有发动机112、机架114和压力清洗枪116的压力清洗系统110的形式。基板120、轮122、手柄124、软管卷筒126、控制台128和其它特征联接至机架114。发动机112联接至基板120。发动机112还包括主进气口130、曲轴箱132、罩盖134、气缸盖136、用于排气的空气喷射系统和其它发动机部件。一部分空气喷射系统显示为二次空气入口140。二次空气入口140远离主进气口130并且邻近消音器142联接至发动机112。发动机112的压力清洗系统110向压力清洗泵144提供动力，而压力清洗泵144可以经由软管146联接至压力清洗枪116。
虽然图1显示了压力清洗系统110形式的动力设备，但是其它实施例系统可以包括剪草机、辅助电力发电机、吹雪机、前-后-尖头耕作机(front-and rear-tine tillers)、轧边机、切片机、中耕机和利用内燃机的其它动力设备。内燃机包括空气喷射系统，空气通过它喷射到排出气流中以氧化未燃烧的燃料和油，减少污染排放物。
图2显示了内燃机的一部分例如发动机112的视图。显示了几个内部的发动机部件，包括气缸212中的活塞210，且活塞210联接至曲轴214。曲轴214包括平衡重量220、腹板222和曲柄销226。连杆230的大端232可旋转地紧固至曲柄销226。连杆230的小端(未显示)枢转地联接至活塞210。发动机部件还包括显示为进气门234和排气门236的顶置气门。顶置气门的定时由经由推杆260和摇杆262联接至气门234、236的凸轮轴264上的凸耳266控制。在其它实施例中，气门234、236并未布置在如图2中所示的配置中，而是布置在L形燃烧室的足部中、在具有燃烧室的直顶置气门(directoverhead valve)的气缸盖中或在其它发动机配置中。
气门234、236控制燃烧期间通过发动机的燃料和空气的流量，且图2中所示发动机包括进气、压缩、燃烧和排气四冲程过程。空气和燃料的混合物通过进气门234进入燃烧室240中。混合物被压缩然后由火花塞242点燃。燃烧室240中的爆炸推动远离气门234、236平移的活塞210。来自活塞210的运动的功率经由连杆230传递至曲轴214，导致曲轴214旋转。曲轴214的惯性矩保持在飞轮(未显示)的质量内并且驱动连杆230和活塞210从下死点位置回到上死点位置的曲轴214从燃烧室240中排出废气。废气被驱动通过排气口250，经过排气门236。
仍然参见图2，发动机包括空气喷射系统以使新鲜空气与废气结合。空气喷射系统包括联接至歧管254的导管252。歧管254使来自空气喷射系统的新鲜空气与废气合并。新鲜空气中的氧气使废气中未耗尽的燃料氧化或燃烧，降低碳氢化合物排放物和一氧化碳排放物。
图3A和3B均显示了依照示例性实施例的空气喷射系统的示意图。空气喷射系统包括联接至内燃机的曲轴箱312的泵310。泵310包括形成入口322和出口324的外壳320。泵310还包括入口止回阀330、出口止回阀332和在入口止回阀330和出口止回阀332之间的泵送机构。如图3A中所示的泵送机构是使用隔膜334的容积式泵送机构。
泵310由曲轴箱312中的压力脉冲提供动力。隔膜334将泵310中的收集室336与曲轴箱312中的气体分开。随着活塞的来回摆动改变曲轴箱内的可用体积，燃烧过程导致曲轴箱内的气体膨胀和收缩。压力脉冲致使和导致隔膜334以改变泵310的收集室336中的体积的振荡方式前后拉伸。
来自发动机外部的新鲜空气通过入口止回阀330进入收集室336。当曲轴箱312内的压力降低时，泵310的隔膜334拉伸以增大泵310的收集室336中空气的体积。收集室336中生成的较低的压力会打开入口止回阀330并且关闭出口止回阀332。相反地，当曲轴箱312内的压力增大时，隔膜334沿相反方向拉伸并且收集室336内的体积减小。收集室336内的体积减小会增大气压，导致入口止回阀330关闭并且出口止回阀332打开。因此，收集室336中的新鲜空气就从泵310推动到排气流中。
参见图3A和3B中的发动机结构，单独的气流同时移动通过发动机。来自发动机进气口的空气被指引经过其中收集燃料的汽化器，形成空气和燃料混合物340(即，“充量”)。在可选实施例中，空气与经由燃料喷射器的燃料结合。混合物340被指引到燃烧室342中，其中火花塞点燃混合物340。在一些实施例中，燃料通过混合物340在燃烧室中由于高压缩压力的加热而点燃，这会生成足以点燃空气和燃料混合物340的温度而不用火花塞。虽然一些实施例可以包括柴油机，柴油机的排气应该很热足以允许未耗尽燃料的氧化。在混合物340燃烧之后，携带燃烧的(和未燃烧的)燃料的废气344通过排气口从燃烧室342喷出。
离开燃烧室342的废气344被指引至歧管346。经由止回阀332离开泵310的新鲜空气与歧管346中的废气344会合。新鲜空气中的氧气与废气344结合以燃烧未耗尽的燃料，减少污染排放物。在一些实施例中，歧管是发动机内的腔室。在其它实施例中，歧管是废气管和来自泵310或其它空气喷射系统的导管的接合点。在其它实施例中，歧管是多个废气管和泵出口324的接合点。
图4显示了依照另一个示例性实施例的空气喷射系统的示意图。空气喷射系统是空气泵系统410的形式，包括过滤进气口412、隔膜泵414和与发动机的曲轴箱或进气歧管连通的导管416。来自曲轴箱或进气歧管的压力脉冲通过导管416连通。空气泵系统410还包括把泵414与进气412和联接至燃烧室排气口的歧管连接起来的导管418、420。此外，泵414包括入口止回阀422、内室424、隔膜426、泵室428和出口止回阀430。
在至少一个实施例中，泵室428与曲轴箱形成一个整体。曲轴箱的壁形成开口，其中开口的横截面形成泵室428的侧面。隔膜426在开口上形成密封并且泵壳432从隔膜426延伸。在一些实施例中，外壳432延伸到曲轴箱中。在其它实施例中，外壳432远离曲轴箱延伸。在其它实施例中，外壳432延伸到曲轴箱中并且从曲轴箱中延伸出去。隔膜426紧邻曲轴箱的内部可以降低泵414中由于导管416中的减小的阻力导致的功率损耗。另外，泵414紧邻燃烧室的排气口还会降低功率损耗。
隔膜426可以由聚合物例如高温橡胶构成。隔膜426应该设计成抵抗燃料和油雾的腐蚀、压力脉冲的疲劳负荷和曲轴箱的往复气体的高温。在一些实施例中，隔膜426由韧性塑料模制。在其它实施例中，隔膜426可以由铝、铝合金、钢或其它金属的柔性板构成。在其中隔膜联接至进气歧管的其它实施例中，隔膜结构和材料应该设计成抵抗来自进气歧管的空气的状况。
在图4的实施例中，止回阀422、430是簧片阀。在一些实施例中，簧片阀可以与标准燃料泵中的簧片阀互换。在其它实施例中，簧片阀可以与用于标准曲轴箱通气管的簧片阀互换。在一些实施例中，簧片阀可以由设计用于长的疲劳寿命的钢扭转弹簧偏压。然而在其它实施例中，入口止回阀包括直列盘式止回阀，且该止回阀包括两个端口。在其它实施例中，可以使用其它类型的阀。
泵系统410的尺寸和配置可以根据发动机尺寸、类型、容量或应用而改变。例如，在一些小型发动机的实施例中，泵系统410设计成生成从大约20每小时立方英尺(cfh)至400cfh且优选地从30cfh到80cfh的空气流速。在至少一个示例性实施例中，流速大约为45cfh，然而最佳速率是发动机尺寸和排气流速的函数。
图5和6显示了依照其它示例性实施例的空气喷射系统。更具体地，图5显示了空气喷射系统的空气泵510。泵510包括入口512、出口514、内室516和泵室518。图6显示了依照另一个示例性实施例的空气喷射系统的空气泵610。泵610还包括入口612、出口614、内室616和泵室618。
参见图5，内室516和泵室518由泵送机构520分开。泵送机构520包括联接至泵510的侧面522和偏压构件526的硬板524，偏压构件例如为弹簧或柔性棒，它吸收和释放经由来自曲轴箱的压力脉冲传递至泵送机构520的能量。泵送机构520的板524在泵510内前后移动以响应来自发动机的压力脉冲来增大或减小泵室518和内室516的体积。
现在参见图6中所示的空气喷射系统，泵送机构620包括联接至泵610的壁622的铰接挡板624。挡板624的一侧铰接至壁622，而另一侧自由地前后滑动。挡板624的运动会将压力脉冲转换成泵送功率。
如各个示例性实施例中所示的用于发动机排气的空气喷射系统的结构和配置仅仅是示意性的。虽然在本公开中已经详细描述了仅仅几个实施例，但是在本质上不脱离在此所述的主题的新颖示教和优点的前提下，许多改进都是可能的(例如大小、尺寸、结构、各种元件的形状和比例、参数值、安装配置、材料的使用、朝向等等的变化)。例如，显示为整体地形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或是以其它方式改变，并且离散元件的性质或数目可以变更或改变。在一些实施例中，喷射系统将空气指引到内燃机的进气侧以提高进入燃烧室的空气的体积或压力。所有方法、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序都可以依照可选实施例而改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的前提下，也可以在各种示例性实施例的设计、运行状况和配置中做出其它的置换、改进、变化和省略。

Claims (20)

1.一种具有排气路径空气喷射系统的发动机，该发动机包括：
具有排气口的燃烧室；
具有形成于其中的开口的曲轴箱，该开口设计成允许来自曲轴箱内的压力脉冲由此贯穿接收；
具有入口、出口和泵送机构的空气泵，该空气泵联接至形成于曲轴箱中的开口，其中，所述压力脉冲向泵送机构提供动力；和
联接排气口和泵出口的歧管。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，歧管与燃烧室相邻。
3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，泵送机构使曲轴箱空气与流经泵的新鲜空气分开。
4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，泵送机构包括隔膜。
5.如权利要求4所述的发动机，其特征在于，发动机是构造成由汽油作为燃料的单缸或双缸的四冲程循环的内燃机之一。
6.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，还包括联接至燃烧室的主进气口，藉此流经主进气口的空气就被导引至燃烧室，并且其中，空气泵入口联接至主进气口。
7.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，还包括主进气口和二次空气入口，其中，泵入口联接至二次空气入口。
8.如权利要求7所述的发动机，其特征在于，二次空气入口包括空气过滤器。
9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，空气泵和二次空气入口连接至发动机与消音器相邻。
10.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，发动机并不包括催化转化器。
11.一种发动机，包括：
具有形成于其中的开口的曲轴箱，其中，该开口配置成允许来自曲轴箱内的压力脉冲由此贯穿接收；
具有入口、出口、泵送机构、第一止回阀和第二止回阀的空气泵，其中，所述压力脉冲向泵送机构提供动力，并且其中，新鲜空气经过第一止回阀进入入口并且经过第二止回阀被导引通过出口。
12.如权利要求11所述的发动机，其特征在于，还包括歧管，其中，来自泵的新鲜空气与来自发动机内的第二来源的空气在歧管中结合。
13.如权利要求12所述的发动机，其特征在于，第二来源包括燃烧室的排气口。
14.如权利要求13所述的发动机，其特征在于，发动机是构造成由汽油作为燃料的单缸或双缸的四冲程循环的内燃机之一。
15.如权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述泵是容积式泵。
16.如权利要求15所述的发动机，其特征在于，泵送机构使曲轴箱空气与流经泵的新鲜空气分开。
17.如权利要求16所述的发动机，其特征在于，泵送机构包括隔膜。
18.一种用于内燃机的空气喷射系统，包括：
形成入口、出口和腔室的外壳；
由来自内燃机内的振荡气压提供动力的泵送机构；
第一止回阀，其中第一止回阀打开以允许新鲜空气进入腔室，新鲜空气由泵送机构拉入腔室中；和
第二止回阀，其中第二止回阀打开以允许新鲜空气离开腔室，新鲜空气由泵送机构推出腔室；
其中，外壳配置成在曲轴箱中的开口上连接至曲轴箱，这样外壳和泵送机构就密封该开口，使新鲜空气与曲轴箱空气分开。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，当第二阀打开时第一阀关闭，并且当第一阀打开时第二阀关闭。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，泵送机构包括隔膜。
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