CN1067139C - 便携式发动机 - Google Patents

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Abstract

一使用盒式气罐内的燃料气体的便携式发动机，其中，发动机机体具有一润滑油供给装置，该装置用于从一个进气口端提供润滑油，其具有一定量排出润滑油泵，一排出管路系统，一润滑油箱，一吸入管路系统和一回油管路系统。

Description

便携式发动机
本发明涉及一种便携式发动机，如一种带有一个盒体的小型二冲程发动机，该发动机适于装在一个操作位置可任意变化的便携式操作设备，例如一个灌木切割机(brush cutter)上，且该发动机使用一个盒式气罐内的液化石油气如LPG(液态丙烷)和丁烷作为燃料。
使用LP气体(液化石油气)作为燃料的小型二冲程发动机轻便紧凑，因此适于装在如灌木切割机一样的操作设备上。使用这种燃料气体的装置具有如下的特性。
由于燃料是气体的，与以汽油作为燃料的情形相比，燃料供给系统中由于燃料引起的管路系统中的腐蚀而产生的问题减少了，而且由于燃烧更为充分，排出气体中所含的HC和CO减少。还有，由于不需要使用由汽油和润滑油形成的一种混合燃料作为燃料燃烧，所以操作者的手不会由于所用燃料而变得粗糙，而且周围部分不会变得污浊不堪，并且因燃料而造成的危险也减小。另外，由于气体的点燃性要比汽油好，在怠速工作状态下的油门杆位置就可以进行起动，因此不需要阻风门，除此之外，被驱动端的转动速度在起动时为安全起见要低一些。另外，由于燃料被密封在盒式气罐内，所以可以很方便地连接上或拆下，以便更好地处理。
例如，在日本实用新型申请公告第3-4774号中公开了一种使用LP气体作为燃料的小型二冲程发动机。该二冲程发动机带有：一个可拆卸的气罐11；一个压力自动调节装置APC，将气罐11内的高压气体的压力降低，以便将其供到一个与发动机机体1的一个进气口相连的一个文氏管9；一个气体防泄漏装置12；一个气量调节阀13；和一个润滑油泵装置16，如图5所示。而且，包括气体防泄漏装置12的压力自动调节装置APC设置的方式使其暴露在消音器10的冷却风出口10a所排出的风下，以便促进LPG的气化。
气体防泄漏装置12、气量调节阀13和润滑油泵装置16分别位于压力自动调节装置APC的下游，在气体压力调节之后，气体防泄漏装置12与压力自动调节装置APC作成一体，并根据发动机机体1的曲轴箱4内的压力关闭气体流动通道内的气体。气量调节阀13调节流经气体流动通道的气体量，润滑油泵装置16从润滑油箱15中抽吸润滑油以便注入文氏管9中。
另外，润滑油泵装置16的结构是这样的，在固定在润滑油泵装置16的内部的一个泵膜片的两侧分别形成一个脉冲压力室和泵室，并将脉冲压力室与曲轴室相连，由此在曲轴箱4内的脉冲压力作为泵膜片的背压，以便通过冲击膜片来操纵泵。相应地，润滑油箱15内的润滑油被注入文氏管9，以使其雾化，然后与在文氏管9内流动的气体相混合，以便被供给到发动机机体1。
然而，在使用LP气体作为燃料的小型二冲程发动机中，仍有一些问题需要解决。因此在小型发动机中，如上所述的安装在灌木切割机上的小型发动机的例子，由于操作中位置变化很大，因此经常需要发动机能在一倒置的状态下操作。而且为了减轻重量，有必要增加发动机单位重量的输出功率，并基本上在一高转速下操纵。还有，有必要作得尽可能的紧凑。
相反，在使用LP气体作为燃料的小型二冲程发动机中，当然应当将润滑系统作成一个单独的润滑系统，这样就需要润滑油泵装置。而且，还需要气化LP气体的装置和压力调节装置。然而，当增加了润滑油泵装置和燃料供给装置之后，不利于发动机减轻重量和小型化。还有，必需使这些装置适应于发动机的位置变化大和转动速度高的条件。
例如，作为有独立润滑系统的小型二冲程发动机的润滑油泵，在多数情况下都使用膜片型润滑油泵，如前面公开中所描述的那样。然而，由于相对于这种泵在发动机高速转动时的曲轴室内的脉冲压力的反应性会恶化，并且增加油的液压也很困难，因此，当发动机在高速负荷工作时，会有润滑油供给量不足的危险。
由于这种类型的小型发动机固定在便携式操作设备等上，如前面所述的灌木切割机，因此会出现相应于操作设备大幅度倾斜或倒置的情形。然而，例如在公开中所描述的便携式发动机中的润滑油箱15中，由于没有专门的装置用来防止润滑油的泄漏，所以在位置变化大，如倾斜和倒置的情况下，就有润滑油从润滑油箱中泄漏的危险。
还有，在公开中所描述的便携式发动机中，为了促进来自气罐11的LPG的气化，压力自动调节装置APC被置于气罐11的附近，并与消音器10的冷却风出口10a相邻。然而由于气罐11和压力自动调节装置APC之间的距离很短，所以存在着LPG在被充分气化之前进入压力自动调节装置APC的危险。除此之外，由于从气罐11的燃料口到文氏管9的燃料气体供给通道由多个部件组成，如压力自动调节装置APC、气体防泄漏装置12以及气体流动管路等，这样就出现了一个问题：组合的部件多，结构复杂。
因此，要实现的第一个目标是获得一种能够安全地向一发动机机体提供润滑油的便携式发动机。
要实现的第二个目标是在实现第一个目标的同时，获得一种无论位置怎样变化都能够防止润滑油泄漏的便携式发动机。
因此，要实现的第三个目标是获得一种小型轻便的便携式发动机，其中LP气体燃料供给系统和润滑油泵系统的结构和配置合理化并且简单化，同时LPG的气化可以可靠地进行。
为实现上述的第一个目标，本发明提供一种便携式发动机，该发动机使用一盒式气罐内的燃料气体作为燃料，并具有一个独立的、用于从一个进气口向发动机机体提供润滑油的润滑油供给装置，所述润滑油供给装置包括：一个定量排出润滑油泵，该泵位于一个分隔室内，而该分隔室位于所述发动机机体的曲轴箱的侧壁和一个置于该侧壁旁边的起动器之间，该泵具有一个由曲轴直接驱动的柱塞；一个排出管路系统，该系统具有一个流量调节阀的节流管，并连通在与所述进气口相连的进气管和所述泵的排出口之间；一个润滑油箱；一个吸入管路系统，该系统使得所述箱和所述泵的吸入口相通；以及一个回油管路系统，该系统使得所述泵的排出端与所述油箱相通。
优选，本发明的便携式发动机中，一个仅允许润滑油从所述润滑油箱的一个箱体的外部流向其内部的单向阀位于所述润滑油箱的箱体的一个润滑油入口部分上。
优选，本发明的便携式发动机中，一个使得所述罐的燃料口能够与其连接和拆下的罐体接头位于一个支持座上，所述气罐可以安于其上和从其上拆下；一个打开和关闭燃料通道的燃料开关位于所述接头上；位于所述进气管的上游的燃料气体调节器的气体入口和所述燃料通道的出口通过一个燃料气体供给管相通，该燃料气体供给管由具有良好导热性的材料制成；并且所述供给管路的中间部分与在所述发动机机体内的一个冷却风出口相邻。
根据上述特点，润滑油泵借助于泵的操作通过吸入管路系统吸入润滑油箱内的润滑油，同时，通过排出管路系统将润滑油排放到进气管，由此将润滑油提供到发动机机体中。此时，流量调节阀控制通过排出管路系统的润滑油流量，以保持恒定排放，相应地，润滑油泵中过量的润滑油借助于该泵的排出压力通过回油管路系统返回到润滑油箱中。
由于以上述方式工作的定量排放型润滑油泵的结构为，其中的柱塞直接与发动机机体的曲轴的动作相连以便来操作泵，即一个与膜片泵不同的直接型泵。该泵直接由曲轴的转动带动，这就大大地提高了泵的反应性，并且通过柱塞的轴向运动，润滑油的供给压力可以提高。
根据上述特点，可以得到以下效果。因为在箱体的入口部分提供的单向阀仅允许润滑油从该箱体的外部向内流动，而不允许其沿相反方向流动，即使在便携式发动机使用期间位置产生大幅度倾斜或倒置时，由于单向阀的反逆向流动作用，箱体内的润滑油不会通过入口向外泄漏。当然，由于单向阀不会干扰润滑油向箱体的供应，并且在泵的操作期间，将通过入口部分从外部进入的空气与润滑油的吸入相通，因此箱体内部不会变成负压。
根据上述特点，可以得到以下效果。由于从气罐到燃料气体调节器的LPG供给通道由包括燃料开关的一个罐体接头和一个燃料气体供给管路组成，因此可以节省大量部件。在此供给通道中，流动通道和由此通过的LPG的关闭均通过打开和关闭燃料开关来实现。而且由于单一燃料气体供给管路由具有良好的热传导性的材料制成，且其中间部分的位置靠近气缸冷却风出口，使其暴露在从气缸冷却风出口流出的风下，所以当LPG流过燃料气体供给管路时，LPG可以被具有较高温度并从冷却风出口流出的风加热。
在下面的详细描述中，将会了解本发明的其它的特点和优点，并且部分可以由描述很容易地看出，也可以从发明的实例中领会。本发明的特点和优点可以利用在所附的权利要求中所特别指出的技术方案和组合方式来实现和得到。
说明书中所附的并作为说明书的一部分的附图示出了本发明的最佳实施例，它与上面的一般性描述和下面将给出的对实施例的详细描述共同来解释本发明的原理，其中：
图1是表示本发明的第一个实施例的具有LPG盒式气罐的小型二冲程发动机的总体结构的侧视图；
图2是沿图1中Z-Z线所作的剖视图，示出了曲轴的一端的周围部分的结构；
图3是表示本发明的第一个实施例的，在具有LPG盒式气罐的小型二冲程发动机中的润滑油的润滑系统的结构的示意图；
图4是沿图1中Y-Y线所作的剖视图，示出了润滑油泵的部分结构；以及
图5是表示传统的具有LPG盒式气罐的小型二冲程发动机的总体结构的侧视图。
下面将参照图1至4说明本发明的第一个实施例的具有LPG盒式气罐的小型二冲程发动机(便携式发动机)。此情形下的发动机固定在例如一个灌木切割机(未示出)上作为动力。
在图1中，参考标号101代表一个发动机机体，机体101的结构为一般结构，包括一个气缸102、一个在气缸102内沿轴向可以自由地来回移动的活塞(未示出)和一个支撑在曲轴箱104(参见图2和图3)内的曲轴121(参见图2和图3)，曲轴箱104位于气缸102的下面，该曲轴能够自由转动并通过一个连接杆(未示出)与活塞相连。气缸102有一个进气口和排出口，它们的侧面部分没有示出。
发动机机体101的结构使得其能将进入到进气口的空气、燃料气体和润滑油的混合气体提供到曲轴箱104的曲轴室中，以便预先加压，再将预先加压过的混合气体提供到气缸102中，以点燃和燃烧，然后将由此产生的燃烧气体通过与其相连的排气口和排气消声器(未示出)排出到外部。而且发动机机体101具有冷却风扇(未示出)，并且其结构使得气缸102被由风扇提供的风强制冷却。图1中的参考标号120代表一个气缸冷却风出口，在气缸102的外部表面上有冷却肋片暴露在外面。
如图1和图3所示，在发动机机体101上固定有一个进气管123(它是绝热体)，该进气管123由绝热材料制成，并与进气口相通，一个空气净化器114通过上游端的一个燃料气体调节器124也固定在该发动机机体上。绝热体123位于气缸102和燃料气体调节器124之间，这样的结构使得气缸102和燃料气体调节器124之间的距离缩短了，这有利于发动机的总体结构的小型化。
位于空气净化器114和进气管123之间的燃料气体调节器124具有一个压力自动调节部分(未示出)，用于自动地保持下述的以一适当值提供到此的LPG的气体压力，还有一个节流阀，用于调节混合气体的流量，换言之，用于增加和降低燃料气体和空气的混合率。而且由一个节流杆(未图示)驱动的节流线路119固定在燃料气体调节器124上，节流阀的打开程度可以通过线路119得以调节。
本发明的发动机使用预先充入盒式气罐的LP气体(液化气体)作为燃料，例如可以使用常见的充满LPG气体的盒式气罐111。如图1所示，气罐111可拆卸地安装在一个作为罐体支持器的座架126上，座架126位于曲轴箱104的下部，对应于本发明发动机的底部。罐体座架126也作为发动机的支撑座。
罐体座架126在其端部有一个罐体接头127，在接头127内有一个打开和关闭燃料通道(未示出)的燃料开关128安装在接头127上。燃料开关128可以人工操作。LPG气罐111的燃料口111a可以插入罐体接头127内，也可从其上拆下。当气罐111位于罐体座架126内时，包括在燃料口111a内的一个阀(未示出)自动打开，以便气罐111内的LPG流出到燃料通道。
燃料气体供给管路129的一端与罐体接头127的燃料通道出口相连，管路129的另一端与燃料气体调节器124的气体入口相连。燃料气体供给管路129是由一种导热性能良好的材料制成的连续的金属管路，如铜合金管路等。管路129和罐体接头127形成从罐111到燃料气体调节器124的LPG供给通道。而单一燃料气体供给管路129的中间部分靠近冷却风出口120，使其直接暴露在从气缸冷却风出口120流出的风下，如图1所示，并且使其在周围移动，以围绕冷却风出口120，由从气缸冷却风出口120排出的具有较高温度的风加热。
如图2所示，曲轴121的输出端和相对端的轴端部分从曲轴箱侧壁104a突出出来。在轴端部分有一个螺杆121a，一个起动器，例如，一个反冲起动器118的旋转部件118a通过一个螺母稳固地连接在轴端部分上。反冲起动器118支撑一个间隔部件122位于其盖118b和曲轴箱侧壁104a的外表面之间，由多个螺栓119穿过盖118b和间隔部件122将该起动器固定到曲轴箱侧壁104a上。在此情形下，图1中，参考标号118c代表反冲起动器118的一个起动器手柄，由拉动操作。
如图2和3所示，间隔部件122是环形的，在间隔部件122、曲轴箱侧壁104a和反冲起动器118之间形成一个分隔室S，曲轴121的轴端部分和旋转部件118a位于分隔室内，轴端部分的位置使其通过间隔部件122的中心部分。在分隔室S内还有一个定量排出型润滑油泵130。在此情形下，图2中的参考标号104b代表一个泵支持部分，它从曲轴箱侧壁104a中伸出。
如图3所示，润滑油泵130具有：一个泵体133，固定在泵支持部分104b上；柱塞131，其在曲轴121的轴端部分侧的端部形成有一个凸轮131a，并且在其上有一个蜗轮132；一个滑销135，从泵体133的油室133a的底部(参见图3和图4)伸出；弹簧136，环绕销135并沿轴向向上推动柱塞131；销134，在泵体133内固定；等等。图4中的参考标号137代表一个用来接受弹簧的止动环。
柱塞131插入泵133上提供的一个柱塞安装孔133b中，以便自由转动并在轴向上移动。柱塞131被装在位于柱塞安装孔133b的中心轴线上的滑销135上，使得它可以自由转动并相对于销135在轴向方向上移动。
置于柱塞安装孔133b的外部的柱塞131的蜗轮132与曲轴121的螺杆121a相啮合。借此啮合，柱塞131可以直接地移向曲轴121。柱塞131的凸轮131a由弹簧136的弹力可滑动地与销134接触。
因此，随其转动，柱塞131可借助销134抵抗弹簧136的弹力，向止动环137轴向移动(图3中向下压)，此后，又由弹簧136的弹力作用向销134轴向移动(图3中向上运动)，这样柱塞131可以产生轴向的摆动。
柱塞131有一个孔131b和与滑销135装配的轴向销安装孔131c成直角。在泵133上分别有一个润滑油吸入口138、一个润滑油排出口139以及一个润滑油回油口140，如图4所示，连接柱塞安装孔133b和油室133a的通道133c位于其间。吸入口138和排出口139的位置使得它们分别与柱塞安装孔133b相通，润滑油回油口140的位置使其能与油室133a相通。
下面将描述具有上述结构的润滑油泵130的操作。当柱塞131的孔131b与泵体133的吸入口138重合时，柱塞131由弹簧136的弹力推向吸入端(蜗轮132端)，这样从吸入口138吸入到泵体133的润滑油被储存在销安装孔131c内，过量的润滑油经通道133c，被储存在油室133a内。当柱塞131的孔131b与泵体133的排出口139重合时，柱塞131由凸轮131a和销134的动作，被移向止动环137端(润滑油压出和供给端)，这样储存在销安装孔131c内的润滑油被压向并提供到排出口139，储存在油室133a内的过量的润滑油被压向并供到润滑油回油口140。
主要包括以上述方式工作的润滑油泵130的润滑油供给装置带有润滑油箱125、吸入管路系统163、排出管路系统162和回油管路系统164，如图3所示。
润滑油箱125包括：一个箱体165，在其上部有一个用于提供润滑油的入口部分165a；一个通过螺纹可拆卸地连接安装在入口部分165a上的盖169；一个安装在入口部分165a和盖169之间的中间盖170；和一个环形衬垫171。润滑油箱125竖直布置，与直接和进气管123相连的燃料气体调节器124相邻，如图1所示。这样的布置方式使得整个发动机的凸出部分减小，发动机的整体布置可以更紧凑。
使润滑油仅从箱体165的外部向内部流动的单向阀172安装在中间盖170上。因此润滑油和空气可以经过单向阀172进入箱体165，而且单向阀172可以防止箱体内的润滑油在止回(checking)操作中向外泄漏。
吸入管路系统163包括一个位于箱体165的底部和泵体133的吸入口138之间的管路和一个安装在位于箱体165内的管路的末端部分的滤油器167，从而连接在润滑油箱125和吸入口138之间。回油管路系统164包括一个位于箱体165的底部和泵体133的润滑油回油口140之间的管，从而连接在润滑油箱125和润滑油回油口140之间。吸入管路系统163和回油管路系统164聚集在润滑油箱125的一端，由一个橡胶支持器166以液体密封方式固定在箱体165上。
排出管路系统162的结构是这样的，它包括：一个安装在泵体133的排出口139上且用作流量调节阀的节流管161；一个一端与节流管161相连的管路；和一个与该管路的另一端相连的止回阀168。节流管161的结构使其能够限制流经排出管路系统162的润滑油流量，以便由于限流而产生的过量的润滑油以前述的方式返回到油室133a。在此情形下，流量调节阀160可以位于排出管路系统162的任一部分。止回阀168与进气管123相连，它的结构使其允许润滑油从排出口139流向进气管123，但不能反方向流动。
流经具有上述结构的排出管路系统162并从润滑油泵130被加压供出的润滑油在其出口处被雾化，被注入进气管123。相应地，雾化后的润滑油与进气管123内流动的空气和燃料气体混合，形成包含有空气、气体和润滑油的混合气体，这样形成的混合气体被供到发动机机体101的气缸102。
由于反冲起动器118的牵引操作引起的活塞(未示出)在气缸102内的垂直移动，具有上述结构的发动机从进气口吸入包含有空气和燃料气体的混合气体，点燃在曲轴箱104内预加压后的混合气体，然后立即从排出口向气缸102外部排出燃烧气体，从而使发动机起动。
由于使用LPG作为燃料且以上述方式起动的发动机可利用一个节流阀杆(未示出)通过燃料气体调节器124控制燃料气体的混合率，借此获得起动所必需的空气和燃料气体的混合率，在起动时不需要阻风门，这样可以很容易地进行起动操作。而且，由于发动机使用LPG气体作燃料，具有良好的点燃性能，发动机可以在怠速状态下被起动，起动时被驱动端的转速很小，可以达到安全起动。
使用盒式气罐111内的LPG气体作为燃料的二冲程发动机结构紧凑、轻便，且燃料气罐111的连接和拆卸都很方便。由于燃料是LPG，排出气体中的未燃气体(HC和CO)的含量很少，而且由于不必制作包含有汽油和润滑油的混合燃料，所以周围部分和操作者的手不会弄脏。还有一个优势，即不再存在燃料供给系统中的由燃料引起的腐蚀问题，所以这种发动机适于装在在使用过程中位置变化很大的便携式操作设备上，如灌木切割机。
除此之外，由于仅允许润滑油从箱体165的外部流向内部的单向阀172位于其入口部分165a中，即使在灌木切割机操作过程中位置变化很大，以致于整个发动机大幅度地倾斜或倒置时，也能够防止箱体165内部的润滑油向外泄漏而污染环境。因此，如灌木切割机这类的操作设备装有这种发动机后，还可以更容易地处理。更进一步，由于单向阀172使从外部引入的空气在流经箱体165的入口部分之后流出，箱体165的内部在润滑油供给装置动作时变为负压，这样吸入润滑油就永远不困难。
在此发动机中，虽然在操作期间润滑油供给装置的润滑油泵130的动作为发动机机体101提供润滑油，作为主要部件的定量型润滑油泵130是一个直接型，其中柱塞131直接与发动机机体101内的曲轴121的螺杆121a的转动相连接，借此使泵发挥作用。因此，与传统膜片型泵不同，由于这种泵直接响应曲轴121的转动，反应性大大提高，并且由柱塞131的轴向移动可得到较高的润滑油供给压力。所以这种泵能够充分地适应高速度高负荷的发动机的操作，因而能够稳定地向发动机机体101提供润滑油。
还有，在此发动机中，由于从气罐111延伸到燃料气体调节器124的LPG供给通道上的燃料气体供给管路129由具有良好的热传导性的材料制成，并且其中间部分位于气缸102的气缸冷却风出口部分120，以便暴露在从气缸冷却风出口120出来的风下，LPG当其通过燃料气体供给管129期间能够被从冷却风出口120流出的具有较高温度的风加热，由此LPG可以被稳定地气化，并提供到燃料气体调节器124。
由于LPG供给通道由带燃料开关128的罐体接头127和燃料气体供给管路129构成，部件数量减少了，结构可以简化。
本领域的技术人员很容易对本发明进行改进和优化，所以广泛地讲，本发明并不局限于以上的描述和特定的实施例，相应地，在不偏离本发明宗旨和所附的权利要求中所表述的发明思想和范围内，可以对本发明进行各种修改。

Claims (3)

1．一种便携式发动机，该发动机使用一盒式气罐内的燃料气体作为燃料，并具有一个独立的、用于从一个进气口向发动机机体提供润滑油的润滑油供给装置，其特征在于：
所述润滑油供给装置包括：
一个定量排出润滑油泵(130)，该泵位于一个分隔室(S)内，而该分隔室位于所述发动机机体(101)的曲轴箱的侧壁(104a)和一个置于该侧壁旁边的起动器(118)之间，该泵具有一个由曲轴(121)直接驱动的柱塞(131)；
一个排出管路系统(162)，该系统具有一个流量调节阀的节流管(161)，并连通在与所述进气口相连的进气管(123)和所述泵的排出口(139)之间；
一个润滑油箱(125)；
一个吸入管路系统(163)，该系统使得所述箱(125)和所述泵的吸入口相通；以及
一个回油管路系统(164)，该系统使得所述泵(130)的排出端与所述油箱(125)相通。
2．如权利要求1所述的便携式发动机，其特征在于：一个仅允许润滑油从所述润滑油箱(125)的一个箱体的外部流向其内部的单向阀(172)位于所述润滑油箱(125)的箱体(165)的一个润滑油入口部分(165a)上。
3．如权利要求1或2所述的便携式发动机，其特征在于：一个使得所述罐的燃料口能够与其连接和拆下的罐体接头位于一个支持座(126)上，所述气罐(111)可以安于其上和从其上拆下；一个打开和关闭燃料通道的燃料开关(128)位于所述接头上；位于所述进气管(123)的上游的燃料气体调节器(124)的气体入口和所述燃料通道的出口通过一个燃料气体供给管(129)相通，该燃料气体供给管(129)由具有良好导热性的材料制成；并且所述供给管路(129)的中间部分与在所述发动机机体(101)内的一个冷却风出口(120)相邻。
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