CN1085983A - 二冲程发动机的废气净化器 - Google Patents

Abstract

为了改善不均匀燃烧和降低在低转速及节气门 小开度时产生的碳氢化合物排放量，在利用排气脉动 提高高转速时的功率的二冲程发动机中设废气净化 器，它包括设在排气管中限制废气流通面积的限流 阀，节气门开度较小时，它与节气门联动。限流阀设 计成使它所限制的废气流通面积B与排气管截面积 A之比Ks满足关系式0.02≤Ks≤0.4，并将限流阀 设在这样的位置上，使从汽缸表面到限流阀之间的排 气管内容积D与发动机汽缸工作容积G之比Kv满 足关系式1≤Kv≤5。

Description

本发明涉及一种二冲程发动机的废气净化器，尤其是涉及一种使废气中碳氢化合物含量降低的废气净化器。

在二冲程发动机中，排气脉动被利用来提高输出功率。换句话说，活塞在下死点上方向上移动并在关闭换气口后关闭排气口，在这一时刻，由于排气脉动而在排气口处产生正压力，此正压力可利用来防止漏失新鲜空气。

然而，上述在排气脉动和活塞行程之间的协调一致性，是按发动机在高转速工作时设计的，而在发动机低转速时便失去了此协调一致性。在低转速时，当关闭换气口和排气口时，在排气口处产生的是负压力，此负压力倾向于使新鲜空气漏泄。尤其在节气门开度较小的情况下，由于原始的新鲜空气进气量就比较小，因此在这种情况下发动机有时可能缺火，从而导致不均匀燃烧。其后果是增加了燃料消耗量，并在废气中含有大量未燃烧的碳氢化合物（下文中简称为HC）。

为了解决这一问题，在日本实用新型延迟公开60-72925号中公开的发动机输出功率调节器中，在与发动机排气口相连的排气管中设一空腔，腔内装有可转动的蝶形阀，此蝶形阀与腔的内圆周之间留有间隙，蝶形阀的开和关与节气门联动。

上述先有技术的意图是，通过装设一个限流阀来限制废气流通，限流阀例如为上述的蝶形阀，它用来降低废气中的HC含量，从而净化废气。然而，为了达到这个目的，仅仅在排气管中装设与节气门联动的限流阀是不够的，因为排气管的形状尺寸对各种发动机汽缸工作容积来说是不同的，而且废气量也不相同。

鉴于以上所述的，本发明的目的是，通过更恰当地设计限流阀的形状尺寸和更恰当地选择限流阀在排气管内的位置，来获得足够的废气净化效果。

按照本发明，提供一种用于二冲程发动机的废气净化器，它包括设在排气管中用以限制废气流通面积的限流阀，当节气门开度较小时它与节气门联动，其特征为，限流阀被设计成使在限流阀限制下的废气流通面积B与排气管截面积A之比Ks满足关系式0.02≤Ks≤0.4，并将限流阀设在这样的位置上，即要使从汽缸表面到限流阀之间的排气管的内部容积D与发动机汽缸工作容积C之比Kv满足关系式1≤Kv≤5。

通过具体设计限流阀和确定限流阀在排气管中的位置，以满足上述关系式，可以在发动机低转速和节气门小开度的情况下，有效地降低废气中的HC含量。如果Ks和Kv值在上述规定的范围之外，则不可能得到足够的HC降低率。

下面结合附图对本发明的实施例进行说明。

图1小型摩托车侧视图，包括一个根据本发明的废气净化器;

图2内装有节流阀的排气管部分侧视图;

图3沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的剖面图;

图4表示发动机附近结构的示意图;

图5说明比值Ks的视图;

图6说明比值Kv的视图;

图7表示Ks值与HC下降率之间关系的曲线图;

图8表示Kv与HC下降率之间关系的曲线图。

图1是一辆小型摩托车的侧视图，它有一个根据本发明的废气净化器。车身前部1通过低的底板部3与车身后部2连接。构成车身骨架的车架4在车身前部1内向下延伸，沿底板部3下侧向后，并在车身后部2内向后向上升。车座5设在车身后部2的上部，包括车把6的驾驶转向头7设在车身前部1的上部。

前轮9通过前叉8悬挂在车身前部1上，它可由车把6操纵。托架10焊在车架4的下后部，并向后延伸。摆动部件12通过连接杆11可绕枢轴垂直摆动地支承在托架10上。后轮13借助于车后轴14可旋转地支承在摆动部件12的后端部。后减震器15装在摆动部件12后部与车架4后上部之间。

发动机16与摆动部件12的前部装成一体。后轮13通过设在摆动部件12中的动力传输机构，由发动机16驱动。燃料箱17装在底板部3的下部，固定在车架4上。

发动机16是二冲程发动机，来自化油器18的油气混合气，经进气管19供入发动机曲轴箱。数字20表示空气滤清器，用来净化进入化油器18的空气。与发动机16排气口连接的排气管22，绕过摆动部件12的前部向下并向后通往左侧，此排气管与车身右侧的排气消音器23相连。

排气管22的长度选择为，在发动机16高速动转时，利用排气脉动能防止新鲜空气漏泄。亦即，由于排气脉动，在换气冲程的末期，在排气口21处产生一个正压力，这个正压力可防止新鲜空气漏泄。顺便指出，在长度一定的排气管22内，排气脉动的周期（换句话说，是由于废气在消音器23内膨胀引起的反射压力波到达排气口21所需的时间）与发动机转速无关，它是个常数。反之，一个换气冲程所需要的时间却随发动机转速改变而改变。因此，当发动机速度降低时，便失去了在换气冲程和排气脉动之间的协调一致性，从而在换气冲程末期，在排气口21处产生一个负压力。其结果是造成新鲜空气的漏失，这就造成末燃烧的HC排入废气的现象。

此外，在节气门开度较小的情况下，由于新鲜空气原始的总进气量就比较小，所以容易使发动机缺火，从而导致不均匀燃烧。因此在废气中的HC排放量会进一步增加。

为解决上述问题，在排气管22的后端部，设一个限流阀24。于是，在节气门开度较小的情况下，限流阀限制了废气流通面积，给废气造成一个流动阻力。其结果是，废气压力增加，从而将换气冲程末期排气口21处产生的负压力转化为正压力，由此避免了新鲜空气的流失。

图2是装有限流阀的排气管22局部侧视图，图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的剖面图。限流阀24包括一个固定在心轴25上的蝶形阀，蝶形阀可横过排气管22转动。心轴25的一端穿过排气管22的管壁伸到外部，滑轮26固定在此外伸端上。滑轮上有一个沿径向向外突出的外伸件27。另一方面，与外伸件27接触的挡块28和29设在排气管22上，相对于心轴而言，它们之间构成一个大约为90°的角。外伸件27定位于挡块28和29之间。因此，滑轮26、心轴25和限流阀24，可以在外伸件27和挡块28接触的位置与外伸件27和挡块29接触的位置之间，在大约为90°的范围内转动。

扭转弹簧30装在滑轮26和排气管22之间。如图2所示，滑轮26在弹簧30的力的作用下而倾向于在一个使外伸件27与挡块28接触的位置。如图3所示，在这样的位置下，限流阀24几乎垂直于排气管22的轴线。然而，由于限流阀24的外周边小于排气管22的内径，排气管22并未被限流阀24完全关闭，所以废气还可以通过排气管22和限流阀24之间空余的部分32流动。

钢索31环绕着滑轮26外圆周，钢索31的端头31a与滑轮26连接。因此，当钢索31沿着从滑轮26上反绕的方向（如图2箭头a所示）抽拉时，滑轮26大约转动90°，直至外伸件27与挡块29接触为止，所以限流阀24此时顺着排气管22的轴向，使排气管22完全打开。

图4示意表示上述发动机附近部件的结构。来自发动机16并进入排气管22的废气，在消音器23的膨胀室33内膨胀，然后，通过排气消音器34排往车身后侧。钢索31可滑动地穿过固定导管35（见图2），延伸到固定在车身适当位置上的钢索连接装置36，并固定在此钢索连接装置36上。

钢索连接装置36由两个滑轮37a和37b组成，这两个滑轮一起转动。钢索31与滑轮37a在连接点31a处连接。滑轮37b在连接点38c与节气门钢索38a的另一端连接，此节气门钢索38a与设在车把6上的节气门手柄（图中未表示）联动。此节气门钢索38a的另一端，在连接点38d与第二条节气门钢索38b的一端连接。此节气门钢索38b的另一端，连接在上述化油器18的节气门39上。

当节气门钢索38a在节气门手柄操纵下沿箭头a的方向抽拉时，节气门钢索38b也被沿箭头a的方向拉，使得节气门39开度增加，如图中实线所示。于是使发动机16的转速增加。但另一方面由于滑轮37a与滑轮37b制成一体，所以在节气门钢索38a按以上所述受拉时，滑轮37a按图中逆时针方向转动。其结果是，钢索31被沿箭头a的方向拉（与图2中箭头a所指方向相同），以便转动滑轮26到使外伸件27与挡块29接触的位置，于是限流阀24处于全开位置，如图4中实线所示。因此，如所设计的，可以有效地利用排气脉动，并因此有助于提高功率。

当节气门手柄从上述这样的状态返回时，节气门钢索38a和38b以及钢索31在恰当设置的回位弹簧作用下，沿箭头a的反方向滑动，因此将节气门39置于一个小开度位置，并同时将限流阀24置于限流位置。图4用虚线表示了这些位置。这样，在节气门处于小开度的情况下，与节气门39联动的节流阀24，对废气流动面积加以限制。

取代上述的钢索连接，可以设一个检测节气门开度的节气门传感器，限流阀24可以根据传感器的检测值，由一个伺服马达驱动。

本发明人发现了下列事实，即在低转速和节气门小开度的情况下，采用上述节流阀24降低HC排放量的效果，与以下所述的Ks和Kv值关系很大。

Ks是排气管在装有限流阀24的地方被限流阀24限流后的流通面积B（废气流通部分32的截面积，图5（b）中的斜线部分），与排气管截面积A（图5（a）中的斜线部分）之比，其表达式为

Ks＝B/A

图6是排气管22的示意图。发动机16的汽缸40与排气管22相连，限流阀24设在排气管22之中。如此图中斜线所示，假定汽缸40的工作容积为C（在排气管22与多个汽缸相连时则为多个汽缸总的工作容积），从汽缸表面亦即排气口21到限流阀24的排气管内容积为D，则比值Kv的表达式为

Kv＝D/C

取三种处于怠速工作状态的发动机，改变Ks值，并测量每种发动机废气中的HC含量。这样，根据测得的HC值，可得到一个下降率（净化率），亦即由于安装了限流阀24后带来的HC降低量与没有设置限流阀24时HC量的百分比。图7的曲线表示了上述结果，图中横坐标表示Ks值，纵坐标表示HC下降率。这些不同发动机的测量结果，分别表示为曲线E、F和G。此外，相应于曲线E的发动机汽缸工作容积为最大，相应于曲线G的发动机汽缸工作容积最小。

由图7明显可见，任何发动机的HC下降率均取决于Ks值。为了获得20%或更大的HC下降率，Ks值必须在0.02-0.4范围内。

对三种处于怠速工作状态的发动机，改变限流阀24在排气管22内的位置，亦即改变Kv值，并按以上所述相同的方法，获得每种发动机的HC下降率。所得的这些测量结果在图8中表示为曲线E、F和G，图中横坐标表示Kv值，纵坐标表示HC下降率。

由图8明显可见，HC下降率还取决于Kv值。为了获得20%或更大的HC下降率，Kv值必须在1-5的范围内。

因此，在此实施例中，要将限流阀设计成，使限流阀24限流时的废气流通面积B与排气管截面积A之比Ks满足关系式0.02≤Ks≤0.4，并将限流阀设在这样一个位置，即要使从汽缸表面21到限流阀24的排气管内容积D与发动机汽缸工作容积C之比Kv满足关系式1≤Kv≤5。

在根据本发明的废气净化器中，排气管中的限流阀设计成具有最佳形状尺寸，并设置在最佳位置，因此，可以获得极好的废气净化效果。

Claims (1)

1. 用于二冲程发动机的废气净化器，它包括设在排气管中用以限制废气流通面积的限流阀，当节气门开度较小时它与节气门联动，其特征为：限流阀被设计成，使在限流阀限制下的废气流通面积B与排气管截面积A之比Ks满足关系式0.02≤Ks≤0.4，并将限流阀设置在这样的位置上，即使从汽缸表面到限流阀之间的排气管内容积D与发动机汽缸工作容积C之比Kv满足关系式1≤Kv≤5。

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