CN1068926C - 火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以尽可能地抑制从排气控制阀的两侧缘的排气的漏出的排气控制装置。在火花点火式二冲程内燃机上，上述排气控制阀的构成包括：底面部；两侧面部；以及附设在上述底面部和两侧面部的前端缘上的、并沿上述汽缸孔而弯曲的控制面部。该控制面部的两侧的伸出部，比上述两侧面部沿上述汽缸孔向侧方伸出的形状而形成着。上述排气通路的上流端与上述排气口圆滑地相接续，同时，排气通路的断面形状随着从排气通路的上流侧向下流侧方向前进而被缩小。

Description

火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置
本发明涉及一种在可以对排气的时间周期进行调整的火花点火式二冲程内燃机上，可以尽可能地抑制从排气控制阀的两侧缘的排气的漏出的排气控制装置。
作为现有技术，在具有下列构成的火花点火式二冲程内燃机上：在汽缸孔内开有由活塞的往复运动而被开闭的排气口和换气口，同时形成有分别与该排气口和换气口相连通的排气通路和换气通路，在曲柄室内受到预压的新气经该换气通路和换气口被送到汽缸孔内，在该汽缸孔内受到压缩了的新气由点火栓而被点火，已燃气体从排气口被排出到排气通路；为降低新气的吹走，在排气口设置有排气控制阀，在内燃机为低速运转状态时由该排气控制阀将排气口的上部闭塞，而在内燃机为高速运转状态时使该排气口全开(参照日本专利“特公昭56-54336号”公报和“特开平3-33426号”公报)。
在“特公昭56-54336号”公报所记载的内燃机上，使用着一种将可以与汽缸孔相接的鼓体的一部分切除成排气通路的上部横断面的形状的排气控制阀。但该排气控制阀由于与汽缸孔为线接触，所以排气容易在活塞外周壁和排气控制阀的外周面之间的间隙中以较低的阻力而漏出；在第1图所示的低负荷运转时，由于阀位于闭塞开口的位置上，所以此时排气通路的形状与原来的形状会有很大的不同。这会降低输出，其结果是在低负荷运转时不能允分地发挥排气控制的效果。
并且，在“特开平3-33426号”公报的图2至图4所示的内燃机上，如图29至图31所示，其排气控制阀01的构成包括：扁平阀本体02；从该扁平阀本体02的前端部成直角立起的可挠性薄平板状的遮断部03；以及从上述扁平阀本体02的前端部向汽缸孔05侧延长的，与该汽缸孔05之间以具有狭窄的间隔的方式而相接的圆弧状的端缘部04。扁平阀本体02的基部在排气通路06的大致上为上下的中央部附近，经轴07被可以上下摇动地枢轴支承着；在汽缸体08上，形成有使可挠性薄平板状的遮断部03可以摇动的空腔部09；排气控制阀01可以对应于旋转速度而做上下的摇动。在低速运转状态使排气控制阀01向下方摇动了的场合，当活塞010的上端缘通过排气口011的上端缘而上升时，由于在由汽缸体08的缺口部012、遮断部03、圆弧状的端缘部04、以及活塞010的外周面所围成的空间里关闭有汽缸孔05内的气体，所以会使换气效率和填充效率下降，并降低了压缩比；并且，由于排气通路013为矩形的断面，且扁平阀体02的基部位于该排气通路013的大致上为上下的中央处，所以会使排气流路的断面积产生急剧的变化，引起很大的湍流，使排气压力上升，其结果是不有得到高的内燃机的输出和效率。
进一步，由于可挠性薄平板状的遮断部03是弯曲着在空腔部09内进行滑动的，所以由排气中的残留固体部分，有可能会使这种滑动受到阻碍。
本发明涉及克服了上述这样的难点的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置的改良问题。在具有下列构成的火花点火式二冲程内燃机上：经排气口向汽缸孔内开口的、其横断面为椭圆形状或将矩形的4角倒圆了的形状的排气通路，和以可以沿该排气口在汽缸孔的中心线方向做自由往复摇动的方式被保持着的、并可以将该排气口的至少位于汽缸盖侧的部分遮断的排气控制阀；本发明的特征为：上述排气控制阀具有与排气通路相面对的底面部和附凤在上述底面部的前端缘上的、与排气口相面对并沿着上述汽缸孔而弯曲的控制面部；该控制面部的两侧部以要比上述两侧面部沿上述汽缸孔向侧方伸出的形状而形成着，上述排气通路的上流端圆滑地与上述排气口相接续；且排气通路以可以使上述排气控制阀的底面部进行移动的形状被形成着。
本发明由于具有上述这样的构成，所以在上述排气控制阀为闭塞状态时在开放状态时也一样，上述汽缸孔内的排气，不会在途中被关闭住，而是可以从上述排气口顺利地流到上述排气通路上；而且，在上述排气控制阀为闭塞的状态时，由从该排气控制阀的控制面部的两侧伸出的两侧伸出部，可以阻止从汽缸孔向排气通路的气体的漏出，使换气效率和填充效率增大，其结果是可以提高内燃机的输出和效率。
并且，通过使本发明具有权利要求2所述的构成，就可以容易地使上述排气控制阀构成为一种构造和形状简单的排气控制阀。
进一步，通过使本发明具有权利要求3所述的构成，在将上述排气控制阀从汽缸体的排气通路的开放端装入后，只需再装上与上述排气通路形成部为一体的盖子部件，所以就可以高效率并且简易地对排气控制装置进行装配。
而且，通过使本发明具有如同权利要求4所述的构成，就可以在削减了部件的数量的同时，使构造简略化，实现低成本。
通过使本发明具有如同权利要求5或6所述的构成，就可以容易使上述排气控制阀的前端控制面沿上下方向圆滑地进行移动。
进一步，通过使本发明具有如同权利要求7或8所述的构成，就可以由上述排气控制阀的两侧伸出部来阻止经绕过上述排气控制阀的两侧缘并通过上述排气口的两侧部的排气的漏出，可以较可靠地防止在该排气控制阀被闭塞时气体的吹走，从而进一步提高内燃机的输出和效率。
以下，对在图1至图23中所示的本发明的一实施形态进行说明。
图1是具有本发明的排气控制装置的火花点火式二冲程内燃机的侧面图。
图2是显示了在图1的纵断侧面图上排气控制阀向下方摇动后的状态的示图。
图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线截断的纵断正面图。
图4是沿图2的Ⅳ-Ⅳ线截断的横断平面图。
图5是沿图4的Ⅴ-Ⅴ线截断的部分纵断侧面图。
图6是沿图5的Ⅵ-Ⅵ线截断的部分纵断正面图。
图7是在排气控制阀向上方摇动后的状态下，与图5相同的部分纵断侧面图。
图8是沿图7的Ⅷ-Ⅷ线截断的部分纵断正面图。
图9是在汽缸体上装着有盖子部件时的主要部分侧面图。
图10是图9的平面图。
图11是图9的Ⅺ-Ⅺ方向的视图。
图12是图9的Ⅻ-Ⅻ方向的视图。
图13是沿图9的ⅩⅢ-ⅩⅢ线截断的横断平面图。
图14是沿图9的ⅩⅣ-ⅩⅣ线截断的纵断正面图。
图15是沿图11的ⅩⅤ-ⅩⅤ线截断的纵断侧面图。
图16是沿图15的ⅩⅥ-ⅩⅥ线截断的横断平面图。
图17是沿图11的ⅩⅦ-ⅩⅦ线截断的纵断面图。
图18是沿图17的ⅩⅧ-ⅩⅧ线截断的纵断面图。
图19是盖子部件的部分被切除了的立体图。
图20是排气控制阀的立体图。
图21是图20的侧面图。
图22是图20的平面图。
图23是图21的ⅩⅩⅢ方向的视图。
图24是其他实施形态的主要部分的横断平面图。
图25为其他又一个实施形态的主要部分纵断侧面图。
图26沿图25的ⅩⅩⅥ-ⅩⅩⅥ线截断的纵断面图。
图27为在关闭着排气控制阀的状态下，与图25相同的主要部分纵断侧面图。
图28为沿图27的ⅩⅩⅧ-ⅩⅩⅧ线截断的纵断面图。
图29为现有的排气控制阀的立体图。
图30为图29的平面图。
图31为沿图30的ⅩⅩⅪ-ⅩⅩⅪ线截断的主要部分纵断面图。
具有本发明的排气装置的火花点火式二冲程内燃机1，为一种以其汽缸体3向上方立起的姿势装在图中未示出的自动二轮车上的单汽缸内燃机(也可以是多汽缸内燃机)。在该火花点火式二冲程内燃机1上，在曲轴箱2的上方依次重叠着相互结合成一体的汽缸体3和汽缸盖4。
并且，在形成于汽缸体3的汽缸孔5，嵌装有可以上下自由滑动的活塞6。该活塞6和曲轴8由连杆7而相互连接着。伴随着活塞6的升降，曲柄8会被旋转驱动。
进一步，与曲柄箱2内的曲柄室9相连通的吸气通路10，位于汽缸体3的后方并形成于曲柄箱2上。在该吸气通路10上，介装有导向阀11。在位于导向阀11的上流侧的通气通路10上，介装有图中未示出的化油器。在汽缸孔5的内周面上，设有换气口12。在该换气口12的上方的与吸气通路10相对的位置上，设有排气口13。换气口12经汽缸体3的换气通路14与曲柄室9相连通，排气口13与汽缸体3的排气通路15相连通。该排气通路15向车体前方开放。
进一步，在汽缸孔5的上方的燃烧室16的凹部上，设有点火栓17。由图中未示出的化油器而与燃料相混合后的新气，在上升行程时经导向阀11被吸入成负压的曲柄室9内，并在下降行程时受到压缩；同时，当活塞6下降，换气口12被开放时，压缩新气由换气通路14被供给到燃烧室16内。由该压缩新气的进入，燃烧室16内的已燃气体的一部分会经排气口13被排出到排气通路15。当由活塞6的上升而使换气口12，随后使排气口13产生闭塞时，燃烧室16的混合气体会由活塞6的上升而受到压缩，在上死点附近由点火栓17而被点火。
而且，在汽缸体3的位于排气口13附近的排气通路15的上部，形成有从侧面看大致为扇形的收纳凹部18。该收纳凹部18，由具有在汽缸体3的排气通路15的下流延长位置上的排气通路41的盖子部件20所覆盖。
进一步，配置在上述收纳凹部18内的排气控制阀21，如图20至图23所示，在侧面视图上为大致的扇形。在该大致扇形的中心形成有轴支承部22，在该轴支承部22上设置有花键孔23；在该排气控制阀21的底面上，形成有在平面视图上其前端缘具有与汽缸孔5的上缘大致相同的曲率的底壁24；从该底壁24的两侧缘向上方直角地立设有侧壁25，同时，从该底壁24的前端缘向上方立设有圆弧面状的控制壁26；在该控制壁26的两侧部上，形成有由上述侧壁25沿汽缸孔5的周面而向侧方伸出的伸出部27；在上述底壁24的大致中央位置设有连通孔28。
而且，如图4所示，在排气控制阀21的花键孔23上嵌合有阀驱动轴29的花键部30，在比该花键部30靠近前端的小径部31上嵌合着轴环35，在该小径部31的前端部上螺纹结合有螺母36，使排气控制阀21与阀驱动轴29成一体地结合着。
而且，阀驱动轴29的基部32具有与轴环35的外径相同的直径，在该基部32的基端小径部33上依次嵌合着滑轮37、轴环38和垫圈39，在靠近该基端的螺纹部34上螺纹结合有螺母40。
而且，盖子部件20，如图11和图15至图19所示，具有与汽缸体3的排气通路15的下流部圆滑地相接续的下流排气通路41；该盖子部件20由包围着该下流排气通路41的上半部的并在其内部形成有冷却水通路42的盖子本体43和能与上述汽缸体3的收纳凹部18内产生松配合的在侧面视图上为扇形的板状排气通路形成部44所构成。在上述盖子本体43上，如图15所示，在由该排气通路形成部44所挟持着的上方空间，在侧面视图上形成有盖子部件20的排气通路形成部44和其中心角比排气控制阀21的侧壁25的要狭小的扇形状的突出分隔壁45。在该突出分隔壁45内，也形成有冷却水通路42。如图11和图12所示，在盖子本体43的接合面46上，在其上下左右的4个位置上设置有经汽缸体3的接合面48的冷却水连通口49，能与汽缸体3的冷却水通路50相连通的冷却水连通口47。在汽缸盖4上，也形成有能与冷却水通路50相连通的冷却水通路51。
而且，在汽缸体3上的排气通路15，如图6、图8和图14所示，在比能与盖子部件20的排气通路形成部44的下面相接触的阶段部52要靠下方处由部分横断面为椭圆状弯曲的通路壁53所构成；由该通路壁53的内侧弯曲面54、排气通路形成部44的内侧排气通路弯曲面55、以及排气控制阀21的底壁24的下面56形成其长轴为向着左右的水平方向的椭圆形状的排气通路。
进一步，在左右一对的排气通路形成部件44内，如图11和图17所示，从盖子部件20往汽缸体3的方向看，在右方的排气通路形成部44r上设置有定位用贯通孔57；同时，如图20、图21和图23所示，在排气控制阀21的右方的侧壁25r上设置有定位用盲孔58。在上述盖子部件20的盖子本体43和排气通路形成部44上，形成有位于该排气通路形成部件44的扇形中心的对阀驱动轴29进行枢轴支承的枢支孔59(参照图15至图18)。当在左方的枢支孔591上嵌合上轴环35后，在上述左右一对的排气通路形成部44之间配置排气控制阀21；同时将图中未示出的定位棒插入到排气通路形成部44r的定位用贯通孔57和排气控制阀21的侧壁25r的定位用盲孔58而使排气控制阀21定位。而且，在将排气控制阀21的花键孔23的中心与枢支孔59的中心相对合的状态下，通过从右方的枢支孔59r将阀驱动轴29插入到花键孔23和轴环35，并在阀驱动轴29的小径部31上螺合紧固上螺母36，而将排气控制阀21装着在阀驱动轴29上，同时，经该阀驱动轴29，该排气控制阀21能够以可以进行上下自由摇动的方式被枢轴支承在盖子部件20的排气通路形成部44上。
而且，如图3所示，成一体地嵌着在冷却水泵60的旋转轴61上的从动齿轮62与同曲柄轴8为一体的传动齿轮63相啮合。当曲柄轴8旋转时，冷却水泵60被旋转驱动。由该冷却水泵60所排出的冷却水流入汽缸体3的冷却水通路50；其中的一部分由开口49、47的下部流入冷却水通路42后，从开口49、47的上部返回到冷却水通路50，进一步流入汽缸盖4的冷却水通路51。由这样的冷却水使汽缸体3、汽缸盖4和盖子部件20受到冷却。另外，从汽缸盖4的冷却水通路51的冷却水排出口64所排出的冷却水被送到图中未示出的散热器，在该散热器上被冷却后，再返回到冷却水泵60的吸入口65。
进一步，上述滑轮37，以具有在进行上述排气控制阀的定位时所设定了的固定的关系的方式经缆索66与图中未示出的伺服马达的传动滑轮相连接。上述伺服马达，由通过接收火花点火式二冲程内燃机1的旋转速度、节流阀的开度、以及吸气压力等的输入信号后根据所需的控制图而计算出的CPU的控制信号而得到旋转控制。在火花点火式二冲程内燃机1为低速运转状态时，排气控制阀1由该伺服马达而向下方摇动；而在火花点火式二冲程内燃机1为高速运转状态时，排气控制阀21由上述伺服马达而向上方摇动。
在图1至图23中所示的实施形态上，由于具有上述这样的构成，所以在空载运转这样的低速运转状态时，如图7、图8所示，排气控制阀21向下方摇动，使在活塞6的上升行程时的排气口13的闭塞终了时间提前，同时使在活塞6的下降行程时的排气口13的开放开始时间推迟，使压缩比增大，并且还增大了由收纳凹部18和排气控制阀21所包围着的空间部67的容积。
因此，在这样的低速运转状态时，通过增大经连通孔28与由排气通路15、下流排气通路41、以及图中未示出的排气管所组成的排气系统所连通着的空间部67的容积，使该排气系统的实质的管长增大。在低速运转状态时的排气的正压反射波，在排气口13的闭塞终了时合着时间周期到达该排气口13。由这样的正压反射波，在阻止了从排气口13向排气通路15和下流排气通路41的新气(未燃气体)的吹走的同时，使新气的排出得到控制。从而提高了在低速运转状态时的填充效率，使输出增大，同时也降低了燃料费用。
而且，在排气控制阀21下降到下限的状态时，在燃烧室16内残留有大量的已燃气体，并且燃烧室16内的温度被维持在高温；同时，由压缩比的增大，使在上死点附近产生活性热气氛燃烧，避免了输出的大幅度的降低，并可以阻止排气气体中未燃碳氢化合物量的增加。
而且，从低速运转状态，随着曲柄轴8的加速，如图5和图6所示，由于排气控制阀21被向上方摇动，使在活塞6的上升行程时的排气口13的闭塞终了时间推迟，同时使在活塞6的下降行程时的排气口13的开放时间提前，并使空间部67的容积缩小，所以大量的气体交换可以顺利地进行，能够实现排气压的脉动效果。同时，在高速运转状态时的排气的正压反射波，在排气口13的闭塞终了时合着时间周期到达该排气口13，由该正压反射波抑制从排气口13的新气的排出。从而有可能在保持较低的燃料费用，可以增大输出。
进一步，上述空间部67的容积，由于可以对应于排气控制阀21的上下摇动的程度而连续地变化，使排气系统的实质的管长也随之产生连续的变化，所以与在现有的火花点火式二冲程内燃机上其排气系统的实质的管长是取大小2个值的情况不同，本实施例可以在从低速运转区到高速运转区的宽广的范围内具有高的排气压脉动效果。
而且，在具有下流排气通路41的盖子部件20上，由于其下流排气通路41的外周由冷却水通路42所包围着，所以下流排气通路41的外周壁会得到充分的冷却。同时，盖子部件20由于受到大致均等的冷却，所以在盖子部件20上可以避免发生大的热变形。
进一步，如图5和图6所示，在排气控制阀21向上方摇动，排气口13为坌开着的状态时，从汽缸体3的排气口13所排出的排气气体的下半部沿汽缸体3的排气通路15而流动；同时，该排气气体的上半部，如图6所示，沿着以与该排气通路15的内侧弯曲面54圆滑地相接续的形状而形成着的排气通路形成部44的内侧的排气通路弯曲面55和排气控制阀21的底壁24的下面56而流动。随后，两者在下流排气通路41上以不产生激烈的湍流的方式相合流并顺利地流动，使在燃烧室16内的气体交换可以顺利地进行。
并且，如图7和图8所示，在排气控制阀21向下方摇动，排气口13被颈缩了的状态时，从排气控制阀21的控制壁26向两侧方伸出的伸出部27与排气通路形成部44的前端面相密接，使从前方覆盖住该排气通路形成部44的内侧的排气通路弯曲面55；并且，由于由排气控制阀21的底壁24的下面56与排气通路15的通路壁53的内侧弯曲面54相对着而构成流路上面，所以仍然可以使排气不产生湍流，而是顺利地流下到下流排气通路41。从而在低速运转状态时也可以顺利地进行气体的交换。
再者，在排气控制阀21向下方摇动，排气口13被颈缩了的场合，当活塞6的上端缘位于排气口13的上端缘和排气控制阀21的底壁24的下面之间时，汽缸孔5内的燃烧气体可以由向排气控制阀21的控制壁26的两侧方伸出的伸出部27和在汽缸体3的排气口13的两侧部上的比伸出部27的端缘要向中心方向突出的突出部68(参照图4)，如图8所示，而被阻止流到位于排气通路形成部44的内侧排汽通路弯曲面55和排气控制阀21的侧壁25的外面69之间的间隔里。由此可以防止燃烧气体从汽缸孔5向下流排气通路41的漏出，增大换气效率和填充效果。其结果是可以提高火花点火式二冲程内燃机1的输出和效率。
进一步，如图4所示，由于在盖子部件20上设置有排气通路形成部44，所以可以将具有伸出部27的排气控制阀21不受位于汽缸体3的排气口13上的突出部68的阻碍地装入到排气通路15内。
在图1至图23所示的实施形态上，盖子部件20的接合面46，如图16所示，为通过枢支孔59的中心的半缺面；阀驱动轴29仅由形成于盖子部件20的排气通路形成部44上的枢支孔59所枢轴支承着。但如图24所示，也可以使汽缸体3的接合面48和盖子部件20的接合面46从阀驱动轴29的中心向汽缸体3的外方错开，使阀驱动轴29由盖子部件20的枢支孔59和汽缸体3的枢支孔70共同地以可以自由摇动的方式而被枢轴支承着。
在这种场合，为使排气控制阀21的侧壁25和盖子部件20的排气通路形成部44之间的相对位置为一定，在排气控制阀21的轴支承部22上形成有凸部71，同时在盖子部件20上形成有沿圆周方向的缺口72。
进一步，在图1至图24的实施形态中，排气控制阀21具有2个的侧壁25，并由轴支承部22、底壁24、侧壁25和控制壁26形成凹部。但如图25至图28所示，也可以将两侧的侧壁25在宽度方向的中央处合成为一体，在平面视图上形成为“T”字状，从而使排气控制阀74的构成为更简略化的形状。

Claims (8)

1．一种火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，该火花点火式二冲程内燃机的构成包括：经排气口向汽缸孔内开口的、其横断面为椭圆形状或为将矩形的4角倒圆了的形状的排气通路，和以可以沿该排气口在汽缸孔的中心线方向自由往复地被保持着的、并可以将该排气口的至少位于汽缸盖侧的部分遮断的排气控制阀；其特征在于：
该排气控制阀具有与排气通路相面对的底面部，从该底面部的两侧缘向上立起的两侧面部，以及附设在上述底面部的前端缘上的、与排气口相面对并沿上述汽缸孔而弯曲的控制面部；
该控制面部的两侧伸出部，以比上述两侧面部沿上述汽缸孔向侧方伸出的形状而形成；
上述排气通路的上流端与上述排气口圆滑地相接续，并且排气通路以可以使上述排气控制阀的底面部进行移动的形状而形成。
2．一种如同权利要求1所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置。其特征为：上述排气控制阀的底面部的宽度狭窄，并且从该底面部的两侧缘成一体地向上立起形成两侧面部。
3．一种如同权利要求1或2所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：在与汽缸体一起对上述排气控制阀进行密闭的盖子部件上，形成有位于上述排气控制阀的两侧伸出部的下流侧的、与该排气控制阀的两侧面部相邻接并构成排气通路的各侧面的排气通路形成部。
4．一种如同权利要求1或2所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：位于上述排气控制阀的两侧伸出部的下流侧的、与该排气控制阀的两侧面部相邻接并形成排气通路的侧面的排气通路形成部被成一体地设置在汽缸体上。
5．一种如同权利要求3所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：上述排气控制阀，以一种以上述排气通路的下流侧部分为中心而可以摇动的方式被枢轴支承在上述盖子部件/汽缸体上。
6．一种如同权利要求4所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：上述排气控制阀，以一种以上述排气通路的下流侧部分为中心而可以摇动的方式被枢轴支承在汽缸体上。
7．一种如同权利要求5所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：上述排气控制阀的平面形状，被形成为从排气通路的上流侧向下流侧方向的细头状；该排气控制阀的两侧伸出部的两端间的宽度，被设定得比形成于上述排气通路形成部的上流端的排气口的宽度更宽；位于该排气口的下流侧的、以可以容许上述排气控制阀的两侧伸出部的摇动的摇动中心为其中心的圆弧状的缺口部被形成于汽缸体上。
8．一种如同权利要求6所述的火花点火式二冲程内燃机的排气控制装置，其特征为：上述排气控制阀的平面形状，被形成为从排气通路的上流侧向下流侧方向的细头状；上述排气口形成于上述排气通路形成部的上流端；由位于该排气口的汽缸孔侧的上述排气控制阀的控制面和两侧伸出部而对上述排气口进行遮断。
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