CN1300449C - 二循环发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一二循环发动机，特别地适用于一便携式的手动操作装置，其具有一形成在气缸内的燃烧室，燃烧室由一往复运动的活塞划定界限，活塞通过一连接杆驱动安装在曲柄轴箱内的曲轴。发动机具有一入口和一出口，在活塞的规定位置，还有至少一传输通道连接曲柄轴箱和燃烧室。一传送基本上为无燃料空气的空气通道在活塞的规定位置通过一活塞窗与一传输通道的入口窗流体连通地连接至燃烧室内。为了良好的净化结果，沿从曲柄轴箱至燃烧室的流动方向通过传输通道的流动阻力近似地等于沿从燃烧室至曲柄轴箱的流动方向的流动阻力，传输通道具有沿圆周方向测量的宽度和垂直于宽度和流动方向测量的高度，至少一传输通道的沿圆周方向测量的宽度对至少一传输通道的垂直宽度和流动方向测量的高度的比值在至少一传输通道的长度上近似地为常数。

Description

二循环发动机
技术领域
本发明涉及一种二循环发动机，特别地适用于一便携式的手动操作装置，诸如一链锯、一切割器或诸如此类的器具。
背景技术
WO 00/65209公开了一种二循环发动机，在活塞的适当位置，曲柄轴箱和燃烧室通过四传输通道流体连通地互相连接。通过这些传输通道，燃料/空气混合气流入燃烧室。为了将燃料/空气混合气与废气隔开，在气混合之前引入储存在传输通道内的新鲜空气。新鲜空气通过空气入口和活塞窗流入传输通道，且，在净化阶段，防止新鲜混合气逃逸入出口。
本发明的一目的是提供一种前述的普通类型的具有最优化净化结果的二循环发动机。
发明内容
本发明的二循环发动机包括一内部形成有一燃烧室的气缸，燃烧室由一往复运动的活塞划定界限，活塞通过一连接杆驱动可转动地安装在曲柄轴箱内的曲轴；设置一入口以将燃料/空气混合气供给至曲柄轴箱；近似地在入口对面设置一出口以使废气排出燃烧室；设置至少一传输通道以在活塞的规定的位置流体连通地连接曲柄轴箱与燃烧室；传输通道通过一入口窗通入燃烧室并通过一出口窗通入曲柄轴箱；传输通道具有一近似地平行气缸纵向轴线延伸的上升部分，以及一进入燃烧室内的入口部分；提供一空气通道以输送基本上无燃料的空气；在活塞的规定的位置，空气通道通过一活塞窗与传输通道的入口窗流体连通地连接；且传输通道具有一沿从曲柄轴箱至燃烧室的流动方向的流动阻力，该阻力近似地等于沿从燃烧室至曲柄轴箱的流动方向的流动阻力，所述传输通道具有沿圆周方向测量的宽度和垂直于所述宽度和流动方向测量的高度，所述至少一传输通道的沿圆周方向测量的宽度对所述至少一传输通道的垂直所述宽度和流动方向测量的高度的比值在所述至少一传输通道的长度上近似地为常数。
业已表明，对于预先存储的空气量，传输通道的形状或形式具有决定性的影响。在现有设计中传输通道已经优化，特别对于流入燃烧室的燃料/空气混合气。对目前带有净化的发动机，为了也能实现良好的净化空气的净化结果，设置沿从燃烧室至曲柄轴箱的流动方向的通过传输通道的流动阻力近似等于沿从曲柄轴箱至燃烧室的流动方向的流动阻力。这样，在可用的时间内，由于在两方向优化的流动性质，因而可实现传输通道内良好的预先储存的新鲜空气的填充。
传输通道内的流动截面有利地近似不变，由此，流动横截面的变化是出口窗内流动横截面的0-15％。由于在传输通道长度上的流动横截面小的变化，可避免流动与壁的分离以及传输通道内的紊流。传输通道内的流动横截面较佳地从曲柄轴箱至燃烧室减小，特别地在方向变化的区域，和就在先进入燃烧室之前。如果，沿圆周方向测量的传输通道的宽度对在垂直宽度和流动方向测量传输通道的长度上的高度的比值近似为常数，那么能实现有利的流动条件。可实现二循环发动机的一低的全宽度，特别是带有具有近似正方形或矩形的流动横截面的传输通道，由此，特别地，出口窗内的高度等于出口窗内的宽度的10-40％。特别在长、狭窄的传输通道内可产生有利的流动条件。出口窗内的宽度有利地等于传输通道的长度的10-40％，特别是20-35％，而出口窗内的高度较佳地等于传输通道的长度的2-15％，特别是4-10％。为一均匀的净化形式，设置在出口附近的两传输通道，以及远离出口的两传输通道关于气缸的中心平面对称地设置。
为使传输通道完全由空气填充，设置远离出口的传输通道至少部分地横跨空气通道，由此，在远离出口的传输通道的宽度上的空气通道和传输通道之间的间距近似为常数。在进入燃烧室的入口窗下的空气通道和远离出口的传输通道的布置，活塞窗内形成短的流动通道，因而产生一传输通道的良好填充。
在远离出口的入口窗下的空气通道的结构能形成一紧凑的气缸结构。远离沿宽度的方向设置的出口的传输通道的侧壁较佳地沿近似平行于气缸中心平面延伸。由于这种排列的结果，并带有一最优化的净化的流动方向，可用的全部容积可被充分利用。
在一近似地直角偏移或沿传输室内流体流的方向的变化下产生在两个流动方向的有利的流动条件。为此目的，沿径向方向向外设置的传输通道的侧壁，在上升部分近似地垂直于入口部分内流动的方向延伸。为了确保从空气通道至传输通道内的良好的空气流入，在面对曲柄轴箱的入口窗的边缘处，传输通道围绕朝向燃烧室。从空气通道通过活塞窗至传输通道的入口窗内的流动阻力因而被减小，且避免流入的净化空气的分离。
为了良好的净化结果，所有传输通道的值的总和为二循环发动机的行程容积或活塞位移的25-50％，特别约为30％。在该传输通道的容积下，通过预先储存在传输通道内的空气，形成一良好的废气和燃料/空气混合气的分离。
本发明的其它具体特征随后将详细描述。
附图说明
连同所附的示意图，从以下的说明中，本发明的这一目的和其它目的以及优点将变得越来越明晰。其中：
图1是一二循环发动机的侧视图；
图2是一二循环发动机的局部横截面视图；
图3是沿从曲柄轴箱至燃烧室的观察方向，二循环发动机的气缸内的通道的立体图；
图4是一气缸的横截面图，近似在图3的线IV-IV平面截取；
图5示出在入口部分的区域的传输通道的截面视图的一部分；以及
图6示出一气缸横截面视图的一部分。
具体实施方式
现详细参照附图，示于图1的一侧视图中的二循环发动机1，其具有一气缸2和一形成在气缸2内的燃烧室3(图2所示)。活塞4(图2所示)将燃烧室3与曲柄轴箱6隔开。燃料/空气混合气通过入口9供给至曲柄轴箱6。该混合气在汽化器25(图1所示)内制备，并通过入口通道24供给至入口9。此外，基本上无燃料的空气通过两个安置在入口通道24的两侧的空气通道22供给至二循环发动机1。使废气从燃烧室3撤出的出口10形成在气缸2内。曲轴7通过一轴承装置8，特别是一辊子轴承，可转动地安装在曲柄轴箱6内。
图2示意性地示出一二循环发动机1。其中示出气缸2和曲柄轴箱6的横截面图，而示出活塞4、空气通道22、传输通道11和12以及连同轴承装置8的曲轴7的侧视图。隔开燃烧室3与曲柄轴箱6的活塞4通过连接杆5驱动曲轴7。活塞4在气缸2内从图2所示的上死点位置沿气缸纵向轴线21移动至下死点位置，并往复运动。二循环发动机的行程容积或活塞位移是在活塞4的上死点位置的燃烧室3的容积和在活塞4的下死点位置的燃烧室3的容积之间的差值。燃料/空气混合气通过入口9供给至曲柄轴箱6。在活塞4从下死点位置沿朝向曲柄轴箱6的方向的向下移动过程中，燃料/空气混合气在曲柄轴箱6内被压缩。
在上死点位置的区域内，曲柄轴箱6与燃烧室3通过传输通道11和12流体连通地连接。燃料/空气混合气从曲柄轴箱6通过传输通道11，12流入燃烧室3。在活塞4从下死点位置沿朝向上死点位置的方向的移动过程中，燃烧室3内的燃料/空气混合气被压缩，并在上死点位置附近由火花塞37(图1所示)点燃。在活塞4沿朝向曲柄轴箱6的方向的后继移动过程中，出口10打开，废气通过出口10流出燃烧室3。当废气从燃烧室3逸出时，新鲜燃料/空气混合气已经通过传输通道11，12流回到燃烧室3内。
为减少净化的损失，在传输通道11和12内的新鲜空气在从曲柄轴箱6流出的燃料/空气混合气之前引入。上死点位置的附近，传输通道经入口窗13，14通入燃烧室3，入口窗13，14与空气通道22通过一形成在活塞4内的活塞窗23流体连通地连接。通过活塞窗23，空气通道22供给基本无燃料的空气给传输通道11，12。当沿气缸2的纵向轴线21的方向观察时，空气通道22沿朝向曲柄轴箱6的方向相对于远离出口10的传输通道12的入口窗14偏移。
传输通道11，12具有一上升的部分17，18，其近似地平行气缸2的纵向轴线21延伸，以及一入口部分19，20，其倾斜于上升部分延伸。在出口10附近的传输通道11通过出口窗15通入曲柄轴箱6，而远离出口10的传输通道12通过出口窗18通入曲柄轴箱。传输通道11，12的出口窗15，16分别地邻接上升部分17，18，并且传输通道11，12的入口窗13，14分别地邻接入口部分19，20。
在图2所示的活塞4的上死点位置的附近，新鲜空气沿朝向曲柄轴箱6的方向、沿流动29，30的方向，流动通过传输通道11，12。在活塞4的下死点位置区域，新鲜空气和后继的燃料/空气混合气沿从曲柄轴箱6的流动27，28的相反方向流出曲柄轴箱6流入燃烧室3。在出口10附近的传输通道11具有一宽度b′和一长度1′，其中宽度b′近似地沿关于气缸2的纵向轴线21的圆周方向测量，而长度1′是传输通道11从出口窗15至入口窗13的延伸。同样，传输通道12具有一宽度b″和一长度1″。
图3示出沿从曲柄轴箱6朝向燃烧室3的观察方向的气缸2。在该连接中，在上半部分，示出通道的边界壁，而在中心平面26以下的半部，示出一横截面视图。入口9安置在出口10的对面。在出口附近的两传输通道11和远离出口的两传输通道12关于中心平面26对称地设置，中心平面近似中心地划分入口9和出口10。远离出口10的传输通道12分别地部分地横跨空气通道22。传输通道12的上升部分18和各自对应的空气通道22之间的间距a在传输通道12的宽度b″上近似地不变。
沿宽度b″的方向、在远离出口10的传输通道12的上升部分18内设置的侧壁31和32近似地平行气缸2的中心平面26延伸。这样，沿气缸2的径向方向观察，在面对入口9的那一侧，排列远离出口的传输通道12，以沿圆周方向关于该排列向外转向。沿宽度b′的方向延伸的侧壁33和34在出口10附近的传输通道11的上升部分17内近似地沿关于气缸2的圆周方向延伸。
沿径向方向向外地设置的那侧壁31在远离出口10的传输通道12的上升部分18内近似地垂直于流动方向28或入口部分20内的相反朝向的流动方向30延伸。同样地，传输通道11的那侧壁33在沿径向方向向外设置的出口10附近的上升部分17内近似地垂直于在出口10附近的传输通道11的入口部分19内的流动方向27或29延伸。
传输通道11，12内的流动横截面具有一近似四边形或矩形的形状，其中宽度b′，b″大于垂直于宽度b′，b″以及流动方向27，28，29，30测量的高度h′，h″。在传输通道11，12的长度l′，l″上的宽度b′，b″对高度h′，h″的比值有利地近似为常数。传输通道11，12内的出口窗15，16的高度h′，h″有利的是该出口窗的宽度b′，b″的10-40％。如果出口窗15，16的宽度b′，b″是各自的传输通道11，12的长度l′，l″的10-40％，特别是20-35％，则在传输通道内可产生有利的流动条件。传输通道11，12的出口窗15，16内的高度h′，h″较佳地是各自的传输通道11，12的长度l′，l″的2-15％，特别是4-10％。入口窗13，14的高度h′，h″较佳地比活塞窗23在各自的入口窗13，14区域，沿气缸2的纵向轴线21的方向的延伸小50％，特别是10-30％。在出口10附近的两传输通道11的容积以及远离出口的两传输通道12的容积之和较佳地是行程容积或活塞位移的25-50％，特别是约30％。传输通道11，12的容积表示出口窗15，16和入口窗13，14之间的填充容积。
图4示出一气缸2的纵向横截面视图。传输通道12与空气通道22通过关于中心平面26对称地设置的活塞窗23流体连通地连接的气缸2内的活塞4的位置示以虚线。图4至6示出通过气缸2和远离出口10并跨越空气通道22的传输通道12的邻接截面。空气通道22和传输通道的上升部分18之间的间距a在传输通道的宽度上近似地不变。
为了沿两个方向有利地流动通过传输通道，传输通道12内沿从曲柄轴箱6至燃烧室3的流动方向28的流动阻力近似地等于沿从燃烧室3至曲柄轴箱6的流动方向30的流动阻力。远离出口10的传输通道12的形状有利于两流动方向28，30，所以可避免与通道壁的流动分离或紊流。同样的情形也适用于出口10附近的传输通道11。传输通道12内的流动阻力在全长度l″上有利的近似为常数。对于完全以空气填充的传输通道，流动阻力较佳地较小。为此目的，传输通道具有一均匀的、低的流动阻力(通过小的横截面变化、大半径以及边缘的避免来实现)。在这种连接中，如图4所示，长度l″从入口窗13延伸至出口窗16。传输通道12内流动横截面的变化较佳地是出口窗16内的流动横截面的0-15％。在该连接中，流动横截面的变化在流动横截面的全长度上特别为常数。结果，可在传输通道内避免突然的变化以及产生的紊流。可倒圆面对燃烧室3的入口窗13的边缘35′。
设置流动横截面从出口窗16至进入燃烧室3内的入口窗13减小。宽度b″(图3所示)对传输通道的高度h″的比值在该连接中在传输通道12的全长度l″上近似为常数。在燃烧室3内传输通道12的入口部分20近似地沿垂直于上升部分18延伸。沿径向方向向外设置的传输通道12的侧壁31，在上升部分18内近似地平行于沿径向方向向内安置的侧壁32延伸，由此，两侧壁31，32近似地沿气缸2的纵向轴线21的方向延伸，但相对轴线倾斜。曲轴7的轴线36相对出口窗16隔开一间距延伸，其中，沿从燃烧室3朝向曲柄轴箱6的方向，曲轴7的轴线36相对出口窗16偏移。在出口10附近的传输通道11，与远离出口的传输通道12对应的方式实施，这样在所有的传输通道12内可产生相似的流动条件。
图5所示的是传输通道11的一部分，而图6内是一气缸2的一部分。入口部分19对应地近似地垂直上升部分17延伸。在入口窗13处，通过入口窗13传输通道11通入燃烧室3，在面对曲柄轴箱6的入口窗13的边缘35处形成有一半径r。该半径减小空气通过活塞窗23(图6所示)流出空气通道22流入传输通道11的流动阻力以及流动分离。在该连接中，半径r的值可近似地在偏移半径s的值的范围内。特别地，偏移半径s小于半径r。在该连接中，偏移半径s是从内侧壁34到入口部分19的偏移半径。同样的半径有利地也形成在远离出口10的传输通道12内。为了传输通道11，12内的良好的填充，设置传输通道11，12内的流动阻力尽可能小。为此目的，偏移半径s和半径r以大为佳。
形成有传输通道11，12和空气通道22的气缸2较佳地以失蜡浇铸工艺生产。这样，传输通道的内部轮廓可形成得光滑利落，这样，可形成均匀的流动横截面而没有阻碍的毛刺或诸如此类疙瘩。
本说明书援引德国专利文件于2002年5月24日归档的10223069.2中公开的相关内容以作参考。
当然，本发明决不限于说明书和附图的具体的说明，但也包括在附后权利要求书的范围内对本发明所作的任何修改。

Claims (16)

1.一种二循环发动机，包括：
一气缸(2)，其内形成有一由往复运动的活塞(4)划定界限的燃烧室(3)，活塞(4)通过一连接杆(5)驱动可转动地安装在曲柄轴箱(6)内的曲轴(7)；其中，设置一入口(9)以将燃料/空气混合气供给至所述曲柄轴箱；其中，近似地在入口(9)对面设置一出口(10)以使废气从所述燃烧室(3)排出；其中，设置至少一传输通道(11，12)以在所述活塞(4)的规定的位置流体连通地连接所述曲柄轴箱(6)与所述燃烧室(3)；其中，所述至少一传输通道(11，12)通过一入口窗(13，14)通入所述燃烧室(3)，并通过一出口窗(15，16)通入所述曲柄轴箱(6)；其中，所述至少一传输通道(11，12)具有一近似地平行于所述气缸(2)的纵向轴线(21)延伸的上升部分(17，18)，以及一进入所述燃烧室(3)内的入口部分(19，20)；其中，设置一空气通道(22)以输送基本上无燃料的空气；其中，在所述活塞(4)的规定的位置，所述空气通道(22)通过一活塞窗(23)与所述至少一传输通道(11，12)的所述入口窗(13，14)流体连通地连接；以及其中，所述至少一传输通道具有一沿从所述曲柄轴箱(6)至所述燃烧室(3)的流动方向(27，28)的流动阻力，该阻力近似地等于沿从所述燃烧室(3)至所述曲柄轴箱(6)的流动方向(29，30)的流动阻力，所述传输通道具有沿圆周方向测量的宽度和垂直于所述宽度和流动方向测量的高度，所述至少一传输通道(11，12)的沿圆周方向测量的宽度对所述至少一传输通道的垂直所述宽度和流动方向测量的高度的比值在所述至少一传输通道的长度上近似地为常数。
2.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，在所述至少一传输通道(11，12)内的流动横截面的变化是所述出口窗(15，16)内的流动横截面的0-15％。
3.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述至少一传输通道(11，12)内的流动横截面从所述曲柄轴箱(6)至所述燃烧室(3)减小。
4.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述至少一传输通道(11，12)的流动横截面具有一近似方形的形状。
5.如权利要求4所述的二循环发动机，其特征在于，所述出口窗(15，16)内的高度等于所述出口窗内的宽度的10-40％。
6.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述出口窗(15，16)内的宽度等于所述至少一传输通道(11，12)的长度的10-40％。
7.如权利要求6所述的二循环发动机，其特征在于，所述出口窗(15，16)内的宽度等于所述至少一传输通道(11，12)的长度的20-35％。
8.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述出口窗(15，16)内的高度等于所述至少一传输通道(11，12)的长度的2-15％。
9.如权利要求8所述的二循环发动机，其特征在于，所述出口窗(15，16)内的高度等于所述至少一传输通道(11，12)的所述长度的4-10％。
10.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，设置在所述出口(10)附近的两个第一传输通道(11)和两个远离所述出口(10)的第二传输通道(12)，其中，所述第一和第二传输通道(11，12)关于所述气缸(2)的中心平面(26)对称地设置。
11.如权利要求10所述的二循环发动机，其特征在于，远离所述出口(10)的所述第二传输通道(12)的其中一个至少部分地横跨所述空气通道(22)，且其中，所述空气通道和所述一第二传输通道(12)之间的间距在所述一第二传输通道的宽度上近似为常数。
12.如权利要求10所述的二循环发动机，其特征在于，至少一远离所述出口(10)的所述第二传输通道(12)的侧壁(31，32)沿所述第二传输通道的宽度的方向设置并近似地平行于所述气缸(2)的所述中心平面(26)延伸。
13.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述至少一传输通道(12，11)的沿径向方向向外延伸设置的一侧壁(31，33)在所述上升部分(18，17)内近似地垂直于所述入口部分(20，19)内的流动方向。
14.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所述至少一传输通道(11，12)面对所述曲柄轴箱(6)朝着所述燃烧室(3)在所述入口窗(13，14)的边缘(35，35′)处倒圆。
15.如权利要求1所述的二循环发动机，其特征在于，所有传输通道(11，12)的容积之和为所述发动机的活塞位移的25-50％。
16.如权利要求15所述的二循环发动机，其特征在于，所述容积的所述之和约为所述发动机的所述活塞位移的30％。
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