CN102713228A

CN102713228A - 用于内燃机的进气系统

Info

Publication number: CN102713228A
Application number: CN2010800613373A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·施塔克; 切奇莉·阿克松
Original assignee: Husqvarna AB
Current assignee: Husqvarna AB
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2012-10-03
Also published as: RU2012134547A; WO2011087409A1; JP2013517419A; BR112012017568A2; EP2524131A4; US20120318143A1; EP2524131A1; RU2511910C2; US9091235B2

Abstract

本发明提供了一种包括空气过滤器（1）和流阻装置（2）的用于内燃机的进气系统（100）。空气过滤器（1）包括一个或多个过滤器元件（12）、内部腔室（3）和抽吸开口（6）。抽吸开口（6）设置为将内部腔室（3）连接到发动机的抽吸通道（7）。在发动机的操作过程中，燃烧空气流经一个或多个过滤元件（12）进入到内部腔室（3）并且从内部腔室（3）进入到抽吸通道（7）中。此外，所述内部腔室（3）、抽吸开口（6）和抽吸通道（7）一起限定燃烧空气流径。所述流阻装置（2）设置在燃烧空气流径中。在发动机操作期间，燃烧空气的一部分流动通过流阻装置（2）。

Description

用于内燃机的进气系统

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的空气过滤器，具体地说本发明涉及一种在手持电动工具中使用的两冲程内燃机，所述手持电动工具例如但是不限于电锯、修整器等。

背景技术

两冲程内燃机广泛地用于手持电动工具中。通常地，两冲程内燃机包括设置在发动机的抽吸通道中的空气过滤器。空气过滤器主要确保发动机的正确操作。空气过滤器捕获存在于压缩空气中的粉尘和其他颗粒物质并且将清洁空气提供到发动机。通常地，空气过滤器包括内部腔室、一个或多个过滤器元件以及用于将空气过滤器连接到发动机的抽吸通道的抽吸开口。在发动机的操作过程中，燃烧空气流经一个或多个过滤器元件而进入到内部腔室，并且进一步穿过抽吸开口进入到发动机的抽吸通道中。

如本领域中众所周知的，在两冲程内燃机中，抽吸通道进一步连接到曲轴箱或者缸体。在发动机的操作期间，存在于曲轴箱中的未燃烧燃料和润滑剂的混合物可以流回到抽吸通道中。未燃烧燃料和润滑剂的混合物从曲轴箱的向回流入到抽吸通道中被称作回流或者回吐（back spit）。在两冲程内燃机的情形中，在未设有系统来控制回流或者回吐的地方，未燃烧燃料和润滑剂的混合物可能过早地阻塞并且填塞空气过滤器，并且因此空气过滤器需要被非常频繁地清洗或更换。

通常地，空气过滤器的成本是很低的，并且空气过滤器的更换是与其他维护工作一起进行的小的附加阻扰。然而，在电动工具用于满是灰尘的环境（诸如高性能应用、工业和农业应用）中的情形中，更换空气过滤器的成本可能是极大的，并且因此可能需要显著增加过滤器的性能和寿命。在现有技术中，为了将回流最小化，可以在曲柄和/或抽吸通道中使用阀。然而，这种阀的设计和安装相当地复杂和昂贵。

因此，需要用于通过控制两冲程内燃机中的回流来改进两冲程内燃机的且具体地空气过滤器的使用寿命的装置。此外，需要用于沿着空气过滤器的抽吸方向控制燃烧空气的流动的装置。

发明内容

鉴于以上,本发明的一个目的是解决或者至少减小上述问题。具体地说，该目的是提供一种用于在电动工具中使用的两冲程内燃机的改进的进气系统。所述进气系统具有简单的设计，并且防止由于回流或者回吐而导致的空气过滤器的阻塞。

该目的通过新颖的进气系统来实现，其中进气系统包括空气过滤器和流阻装置。空气过滤器包括一个活多个过滤器元件、内部腔室和抽吸开口。抽吸开口设置为将内部腔室连接到发动机的抽吸通道。在发动机的操作过程中，燃烧空气流经一个或多个过滤器元件进入到内部腔室并且从内部腔室进入到抽通道中。此外，内部腔室、抽吸开口以及抽吸通道限定燃烧空气流径，并且流阻装置设置在燃烧空气流径中。在发动机操作期间，燃烧空气的一部分流动通过流阻装置。燃烧空气的流经流阻装置的部分可以在20%-100%的范围内，这意味着燃烧空气的至少20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或者燃烧空气的至少90%，或者燃烧空气的甚至100%。

优选地，流阻装置可以在从内燃机通过燃烧空气路径回流的期间吸收未燃烧的燃料和/或润滑剂。因此，流阻装置可以防止未燃烧的燃料和润滑剂到达一个或多个过滤器元件并且避免由于回流或回吐而引起的过滤器元件的阻塞。

限定在内部腔室、抽吸开口与抽吸通道之间的燃烧空气流径具有的横截面区域位于基本横穿燃烧空气的平均流动方向的平面中。此外，流阻装置可以覆盖所述横截面区域的至少30%到至少70%，诸如所述横截面区域的至少40%、50%、60%、80%或者至少90%、或者甚至100%。

进气系统可以用于两冲程内燃机中。两冲程内燃机包括将内部腔室连接到发动机的一个或多个传送管道并且将额外的空气供应到一个或多个传送管道的空气供应通道。此外，额外空气的一部分可以流经流阻装置。额外空气的流经流阻装置的部分可以在额外空气的10%至100%的范围内，诸如至少10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或90%。可另选地，额外空气可以不流经流阻装置。

流阻装置可以包括塑料或者橡胶泡沫物，或者甚至金属结构。此外，泡沫物/金属结构可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少2mm到至少3mm，并且泡沫物/金属结构的平均单元直径（cell diameter）处于约1000μm至3000μm的范围内。此外，泡沫物/金属结构可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少3mm到至少4mm，并且泡沫物/金属结构的平均单元直径处于约3000μm至5000μm的范围内。此外，泡沫物/金属结构可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少4mm到至少5mm，并且泡沫物/金属结构的平均单元直径处于约5000μm至8000μm的范围内。

泡沫物/金属结构的平均单元直径可以在约2000μm至7000μm的范围内，并且泡沫物/金属结构布置在空气过滤器的内部腔室中。此外，空气过滤器可以包括用以容纳内部腔室的壳体（housing）。壳体由一个或多个壳体壳部（shell）形成。一个壳体壳部可以包括一个或多个过滤器元件，然而另一个壳体壳部可以包括抽吸开口。泡沫物/金属结构可以附接到包括所述一个或多个过滤器元件的壳体壳部。然而，在一些实施方式中，泡沫物/金属结构可以附接到包括抽吸开口的壳体壳部。

泡沫物可以由聚合物材料制成并且聚合物材料的平均密度可以在20kg/m³至50kg/m³之间的范围内。此外，过滤器元件可以由塑料或者橡胶泡沫物、尼龙网（mesh）或毡制成。

本发明还提供了一种用于将燃烧空气吸到发动机的方法。该方法可以包括在燃烧空气流径中提供塑料或者橡胶泡沫物、或者甚至金属结构的步骤。该方法还包括将燃烧空气的一部分抽吸通过泡沫物的步骤。燃烧空气的通过泡沫物或者金属结构的部分可以是燃烧空气的至少30%或者至少40%。优选地，燃烧空气的通过泡沫物的部分可以是至少50%、60%、70%、80%、90%或者甚至100%。

泡沫物/金属结构可以具有2000μm至7000μm范围内的平均单元直径，诸如在3000与6000μm之间并且优选地在3800与5200μm之间。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的内燃机的进气系统100的剖视图；

图2示出了根据本发明实施方式的发动机的空气过滤器的第一壳体壳部4的立体图；以及

图3示出了根据本发明实施方式的发动机的空气过滤器的第二壳体壳部5的正视图。

具体实施方式

现在将在下面参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施方式。然而，本文中本发明可以许多不同的形式体现；当然，提供这些实施方式以使得本公开充分完全，并向本领域的技术人员全面传达发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的内燃机的进气系统100的剖视图。进气系统100将燃烧空气供应到内燃机。尽管该示例性实施方式被示出与内燃机结合使用，但是应该理解的是，本发明可以结合到任何适合类型的发动机或者设备中并且不限于仅在内燃机中使用，并且可以在不同类型的实施方式中结合。内燃机通常可以为汽油发动机或者柴油发动机。典型地，内燃机包括曲轴箱以及至少一个缸体。活塞在缸体中可往复运动并且经由连接杆连接到曲轴。在本发明的多个实施方式中，内燃机可以是用于诸如链锯、动力切割机、修剪器等的手持工作工具的两冲程发动机。

内燃机的进气系统100包括空气过滤器1和流阻装置2。空气过滤器1包括壳体和至少一个过滤器元件（在图1中未示出）。该壳体可以容纳内部腔室3。在本发明的一个实施方式中，壳体可以由第一壳体壳部4和第二壳体壳部5形成。在本发明的另一个实施方式中，第一壳体壳部4包括至少一个过滤器元件，而第二壳体壳部5包括抽吸开口6。抽吸开口6将内部腔室3连接到内燃机的抽吸通道7。燃烧空气流经至少一个过滤器元件12进入到内部腔室3中，并且因此通过抽吸开口6从内部腔室3进入到抽吸通道7中。内部腔室3、抽吸开口6和抽吸通道7一起限定燃烧空气流径。流阻装置2布置在燃烧空气流径中。壳体壳部4和5可以包括用于插入紧固螺钉的一个或多个孔（在图1中未示出）。例如，可以设置螺栓8以将壳体壳部4紧固到第二壳体壳部5。螺钉8插入到存在于第一和第二壳体壳部4和5中的相应孔中。

经过流阻装置2的燃烧空气的最小百分比在下文中称作第一阈值百分比。第一阈值百分比可以取决于流阻装置2的设计。在本发明的一个实施方式中，第一阈值百分比可以是至少20%。在本发明的一个优选的实施方式中，第一阈值百分比可以是至少30%。在本发明的另一个优选的实施方式中，第一阈值百分比可以是至少40%。此外，在本发明的多个实施方式中，第一阈值百分比可以在50-100%的范围内，诸如至少60%、70%、80%或90%。

在发动机周期的进气阶段期间，燃烧空气被抽吸通过进气系统100并且与燃料混合以形成可燃烧混合物。可燃烧混合物可以在燃料供应单元9（可以是汽化器）中形成。

此外，可以设置气阻阀（choke valve）10以改变内燃机的进气系统100中的气压，从而改变进入发动机的燃料和空气量的比率。当启动内燃机时可以使用气阻阀10以便供应更浓的燃料-空气混合物。此外，节流阀11可以设置在气阻阀10的下游以调节进入发动机的燃料空气混合物的量。

可燃烧混合物在发动机中被引燃以便在发动机周期的动力行程中驱动活塞。特别地，在动力行程期间，未燃烧燃料和/或润滑剂中的一些可以与燃烧空气一起回流到进气系统100中。燃料-空气混合物与逃逸到进气系统100中的未燃烧燃料和/或润滑剂一起被整体地称作回流或者回吐。

在本发明的一个实施方式中，流阻装置2吸收从内燃机回流的燃料和/或润滑剂。更具体地说，沿着燃烧空气流径朝向空气过滤器1的流动回吐必须经过流阻装置2。这阻止燃料和/或润滑剂的流动到达空气过滤器1的过滤器元件12，这导致空气过滤器1的服务寿命的提高。

此外，在本发明的多个实施方式中，在流阻装置2中吸收的燃料和/或润滑剂可以在内燃机的进气阶段期间被抽回到内燃机中。这使得能有效使用存在于自内燃机的回流中的燃料和/或润滑剂。

该流阻装置2布置在由内部腔室3、抽吸开口6、和抽吸通道7限定的燃烧空气流径中。燃烧空气流径具有的横截面区域位于基本横穿燃烧空气的平均流动方向的平面中。被流阻装置2覆盖的横截面区域的最小百分比在下文中称作第二阈值百分比。在本发明的一个实施方式中，第二阈值百分比可以是至少30%。在本发明的一个优选的实施方式中，第二阈值百分比可以是至少50%。在本发明的另一个优选的实施方式中，第二阈值百分比可以是至少70%。第二阈值百分比还可以是至少40%、60%、80%、90%或者甚至至少95%。

图2示出了根据本发明实例实施方式的空气过滤器1的第一壳体壳部4的立体图。如图2中所示，第一壳体壳部4包括多个过滤器元件12以及流阻装置2。可以设置用于将第一壳体壳部4紧固到第二壳体壳部5的孔13（在图3中示出）。在本发明的实施方式中，过滤器元件12中的每个均可以由塑料或橡胶泡沫物、尼龙网或毡制成。

在本发明的一个实施方式中，流阻装置2可以是塑料或橡胶泡沫物或者金属结构。此外，在本发明的多个实施方式中，流阻装置2可以沿着燃烧空气流的方向延伸。在本发明的一个实施方式中，流阻装置2可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少2mm并且优选地至少3mm，并且流阻装置2的平均单元直径可以在1000-3000μm的范围内。在本发明的另一个实施方式中，流阻装置2可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少4mm并且优选地大于5mm，并且流阻装置2的平均单元直径可以在3000-5000μm的范围内。此外，在本发明的多个实施方式中，流阻装置2可以沿着燃烧空气流的方向延伸至少4mm并且优选地大于5mm，并且流阻装置2的平均单元直径可以在5000-8000μm的范围内。

根据本发明的一个实施方式，流阻装置2的平均单元直径可以在2000-7000μm的范围内。在本发明的一个优选的实施方式中，流阻装置2的平均单元直径可以在3000-6000μm的范围内。此外，在本发明的另一个优选的实施方式中，流阻装置2的平均单元直径可以在3800-5200μm的范围内。在本发明的一个实施方式中，流阻装置2可以布置在内部腔室3中。流阻装置2可以优选地布置在空气过滤器1附近或者布置在所述空气过滤器中。如图2中所示，流阻装置2可以附接到包括过滤器元件12的第一壳体壳部4。然而，在本发明的另一个实施方式中，流阻装置2可以附接到包括抽吸开口6的第二壳体壳部5。

此外，在本发明的一个实施方式中，流阻装置2可以是由聚合物材料制成的泡沫物。然而，本领域的普通技术人员可以理解的是，流阻装置2可以由其他材料制成。在本发明的一个实施方式中，流阻装置2的平均密度可以在20-50kg/m³的范围内。在本发明的一个优选的实施方式中，流阻装置2的平均密度可以在23-35kg/m³的范围内。

图3示出了根据本发明的示例性实施方式的空气过滤器1的第二壳体壳部5的正视图。第二壳体壳部5可以包括用于插入紧固螺钉的多个孔14，以用于将第二壳体壳部5紧固到例如燃料供应单元9（诸如汽化器）（仅在图1中涉及）。螺钉8可以穿过第一壳体壳部4中的孔13（仅在图2中涉及）以及在第二壳体壳部5中的相应孔。在一个另选的构造中，空气过滤器未直接地附接到燃料供应单元。然后，在空气过滤器与燃料供应单元之间可以具有至少一个分离的管道以便引导燃烧空气和/或额外的空气。由于空间限制或者其他原因这可能是有利的。如图3中所示，可以是塑料或橡胶泡沫物、或者金属结构的流阻装置2附接到第二壳体壳部5。此外，抽吸通道7可以延伸进入到内部腔室3（参见图1）并且终止于半圆形壁18（仍参见图1）。流阻装置2设置在燃烧空气流径中，以使得内燃机抽吸空气通过流阻装置2。如箭头15所示的燃烧空气在经过流阻装置2以后被吸入到抽吸通道7中。燃烧空气优选地被第一壳体壳部4和/或第二壳体壳部5的壁引导，比如半圆形壁18，以便使燃烧空气基本上从上方进入延伸的抽吸通道，如图3中所示。根据本发明一个优选的构造，燃烧空气可以被引导以使得高达100%的燃烧空气流经流阻装置2。

在本发明的一个实施方式中，内燃机可以是具有空气供应通道16的曲轴箱扫气（scavenged）两冲程内燃机。空气供应通道可以将内部腔室3与内燃机的一个或多个传送管道（图中未示出）连接。在本发明的另一个实施方式中，空气阀17可以设置在空气供应通道16中以便调节进入一个活多个传送管道的空气的量。一旦曲轴箱中的压力减小，空气供应通道就经由活塞控制端口将额外的空气提供到发动机的一个或多个传送管道。这使得新鲜空气能够在传送导管（一个或多个）中缓冲，并且与传送通道（一个或多个）连通的燃烧室可以在其被供以空气/燃料混合物之前填充新鲜空气。填充意味着可以是非常少量的未燃烧燃料离开发动机。在本发明的一个实施方式中，额外的空气可以流经流阻装置2。流经流阻装置2的额外空气的最小百分比在下文中称作第三阈值百分比。在本发明的一个实施方式中，第三阈值百分比可以是至少10%或者至少20%。在本发明的一个另选实施方式中，第三阈值百分比可以是至少30%或者至少40%。在发明的另一个另选实施方式中，第三阈值百分比可以是至少50%，诸如至少60%、70%、80%、或90%、或者甚至100%。此外，在本发明的一个优选的实施方式中，额外的空气可以不流经流阻装置2。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的优选实施方式和实例，并且，尽管使用了特定的术语，但这些术语仅在一般和描述意义上使用并且不旨在限制，本发明的范围在下面的权利要求书中阐述。

Claims

1.一种用于内燃机的进气系统（100），所述进气系统（100）包括：

空气过滤器（1），所述空气过滤器包括至少一个过滤器元件（12）；内部腔室（3）；以及抽吸开口（6），所述抽吸开口用于将所述内部腔室（3）连接至所述内燃机的抽吸通道（7）；其中燃烧空气流经所述至少一个过滤器元件（12）进入所述内部腔室（3）内并且通过所述抽吸开口（6）从所述内部腔室（3）进入所述抽吸通道（7）内；以及

所述进气系统（100）还包括流阻装置（2）；

其特征在于，所述内部腔室（3）、所述抽吸开口（6）和所述抽吸通道（7）限定燃烧空气流径，其中所述流阻装置（2）布置在所述燃烧空气流径中，以使得所述燃烧空气的至少20%并且优选地至少30%并且甚至更优选地至少40%流经所述流阻装置（2）。

2.根据权利要求1所述的进气系统（100），其中，所述燃烧空气的至少50%并且优选地至少60%并且甚至更优选地至少70%流经所述流阻装置（2）。

3.根据权利要求2所述的进气系统（100），其中，所述燃烧空气的至少80%并且优选地至少90%并且甚至更优选地100%流经所述流阻装置（2）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）吸收从所述内燃机通过所述燃烧空气路径朝向所述至少一个过滤器元件（12）向回流动的燃料和/或润滑剂，并且从而防止所述燃料和润滑剂到达所述至少一个过滤器元件（12）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的进气系统（100），其中，所述燃烧空气流径具有位于基本横穿平均流动方向的平面中的横截面区域，其中所述流阻装置（2）覆盖所述横截面区域的至少30%并且优选地至少50%并且甚至更优选地至少70%。

6.根据前述权利要求中任一项所述的进气系统（100），其中，所述内燃机是具有空气供应通道（16）的曲轴箱扫气两冲程内燃机，所述空气供应通道将所述内部腔室（3）与所述内燃机的至少一个传送管道相连以便将额外空气供应至所述至少一个传送管道。

7.根据权利要求6所述的进气系统（100），其中，所述额外空气的至少10%并且优选地至少30%并且甚至更优选地至少50%流经所述流阻装置（2）。

8.根据权利要求6所述的进气系统（100），其中，所述额外空气不流经所述流阻装置（2）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）是塑料或橡胶泡沫物或者金属结构。

10.根据权利要求9所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）沿着所述燃烧空气流的方向延伸至少2mm并且优选地至少3mm，并且所述平均单元直径在1000与3000μm之间。

11.根据权利要求9所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）沿着所述燃烧空气流的方向延伸至少3mm并且优选地至少4mm，并且所述平均单元直径在3000与5000μm之间。

12.根据权利要求9所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）沿着所述燃烧空气流的方向延伸至少4mm并且优选地至少5mm，并且所述平均单元直径在5000与8000μm之间。

13.根据权利要求9所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）的单元直径在2000与7000μm之间并且优选地在3000与6000μm之间并且甚至更优选地在3800与5200μm之间。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）布置在所述内部腔室（3）中。

15.根据权利要求9-13中任一项所述的进气系统（100），其中，所述空气过滤器（1）包括容纳所述内部腔室（3）的壳体，所述壳体由至少一个壳体壳部（4,、5）形成，所述壳体的至少一个壳体壳部（4、5）包括所述至少一个过滤元件（12）。

16.根据权利要求15所述进气系统（100），其中，一个壳体壳部（4、5）包括所述抽吸开口（6）。

17.根据权利要求15或16所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）附接至包括所述至少一个过滤元件（12）的壳体壳部（4、5）。

18.根据权利要求16或17所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）附接至包括所述抽吸开口（6）的壳体壳部（4、5）。

19.根据权利要求9-18中任一项所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）是由聚合物材料制成的泡沫物。

20.根据权利要求9-19中任一项所述的进气系统（100），其中，所述流阻装置（2）具有在20与50kg/m³之间并且优选地在23与35kg/m³之间的平均密度。

21.根据前述权利要求中任一项所述的进气系统（100），其中，所述过滤元件（12）优选地由塑料或者橡胶泡沫物、尼龙网或毡制成。

22.一种用于将燃烧空气抽吸到内燃机的方法，所述方法包括如下步骤：在燃烧空气流径内提供塑料或橡胶泡沫物、或者金属结构，并且将所述燃烧空气的至少30%并且优选地至少40%抽吸通过所述泡沫物或者金属结构，其中所述燃烧空气流径在至少一个空气过滤元件（12）与所述内燃机的燃料供应单元（9）之间延伸。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述燃烧空气的至少40%并且优选地至少50%并且甚至更优选地至少60%抽吸通过所述泡沫物/金属结构。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，将所述燃烧空气的至少70%并且优选地至少80%并且甚至更优选地至少90%抽吸通过所述泡沫物/金属结构。

25.根据权利要求22-24所述的方法，其中，所述泡沫物/金属结构具有在2000与7000μm之间并且优选地在3000与6000μm之间并且更优选地在3800与5200μm之间的平均单元直径。