ES2906097T3 - Motor de barrido estratificado y máquina de trabajo portátil - Google Patents

Motor de barrido estratificado y máquina de trabajo portátil Download PDF

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Shiro Yamaguchi
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Abstract

Un motor (10) de barrido estratificado que comprende: un cilindro (20) que tiene un orificio (21) del cilindro; y un pistón (30) alojado en el orificio (21) del cilindro para ser movible de manera alternativa, el cilindro (20) que tiene un puerto (23) de entrada para la entrada de aire de iniciación y un puerto (26a, 26b) de barrido para barrer el gas de combustión, el puerto (23) de entrada y el puerto (26a, 26b) de barrido están abiertos al orificio (21) del cilindro, en donde el pistón (30) tiene una superficie (31) periférica que incluye una ranura (32) de pistón para guiar el aire de iniciación desde el puerto (23) de entrada al puerto (26a, 26b) de barrido, y la ranura (32) del pistón tiene un rebaje (44) cerca del puerto (23) de entrada, en donde la ranura (32) del pistón tiene una cara (41) inferior, y el rebaje (44) está formado en la cara (41) inferior cerca del puerto (23) de entrada, en donde la ranura (32) del pistón tiene un primer borde (45a) y un segundo borde (45b) como un par en la cara (41) inferior con la superficie (31) periférica del pistón (30), y el rebaje (44) está formado en un rango predeterminado desde el primer borde (45a) cerca del puerto (23) de entrada como un origen, por lo cual el rebaje (44) tiene una parte (47) más profunda que está cerca del primer borde (45a), caracterizado porque el rebaje (44) tiene una superficie (48) de pared erigida que tiene un ángulo ascendente pronunciado desde la parte (47) más profunda al primer borde (45a) y una cara (49) inclinada que tiene un ángulo ligeramente ascendente desde la parte (47) más profunda al segundo borde (45b), por lo cual dichos ángulos empinados y ligeramente ascendentes indican las inclinaciones relativas a la dirección tangencial de la parte (47) más profunda, para generar un flujo (V) arremolinado alrededor del rebaje (44), cuando el aire de iniciación regresa desde el puerto (26a, 26b) de barrido a la ranura (32) del pistón es guiado a lo largo de la cara (49) inclinada a la superficie (48) de la pared erigida,

Description

DESCRIPCIÓN
Motor de barrido estratificado y máquina de trabajo portátil
Antecedentes
Campo técnico
La presente invención se refiere a motores de barrido estratificado y máquinas de trabajo portátiles que incluyen dicho motor de barrido estratificado.
Técnica antecedente
Los motores de dos tiempos se utilizan a menudo en máquinas de trabajo portátiles, como sopladores de potencia, desbrozadoras y cadenas de sierra. Dicho motor de dos tiempos incluye un canal de barrido que conecta una cámara de cigüeñal con una cámara de combustión. El canal de barrido alimenta la mezcla de aire y combustible en la cámara del cigüeñal a la cámara de combustión, y la mezcla de aire y combustible barre los gases de escape en la cámara de combustión. Se ha requerido que este tipo de motor de dos tiempos reduzca las emisiones de gases de escape, especialmente para reducir el THC (Hidrocarburo total) que es soplado a través de la mezcla airecombustible (gas nuevo). Con este fin, los motores de barrido estratificado tienen un uso práctico, y están configurados para permitir que el aire de iniciación en primer lugar y la mezcla de aire-combustible en segundo lugar fluyan en la cámara de combustión de manera estratificada para suprimir soplar a través de la mezcla de airecombustible.
Dicho motor de barrido estratificado tiene una ranura de pistón en la superficie periférica del pistón. Esta ranura del pistón guía el aire de iniciación desde el puerto de entrada hasta el puerto de barrido que es la salida del canal de barrido. El aire de iniciación fluye hacia el puerto de barrido corriente abajo del canal de barrido, y la mezcla de airecombustible en la cámara del cigüeñal fluye corriente arriba del canal de barrido. El aire de iniciación corriente abajo primero fluye hacia la cámara de combustión para barrer el gas de combustión. Dicho motor de barrido estratificado envía el aire de iniciación aspirado a través del puerto de entrada al puerto de barrido a través de la ranura del pistón durante el ascenso del pistón. Dado que la ranura del pistón tiene una cara inferior ligeramente curvada, el aire de iniciación regresa a la ranura del pistón desde el puerto de barrido durante el descenso del pistón, lo que provoca el retroceso del aire de iniciación al puerto de entrada.
La Literatura de Patente 1, por ejemplo, propone un motor de barrido estratificado configurado para suprimir el retroceso del aire de iniciación al puerto de entrada. El motor de barrido estratificado descrito en la literatura de patente 1 tiene una saliente que sobresale parcialmente de la cara inferior de la ranura del pistón. Esta saliente de la ranura del pistón sobresale en una posición sustancialmente media en la dirección de extensión de la ranura del pistón para bloquear parcialmente el flujo de aire de iniciación desde el puerto de barrido al puerto de entrada. La saliente bloquea una parte del aire de iniciación que regresa del puerto de barrido de esta manera, y tal parte del aire de iniciación permanece en la ranura del pistón para reducir el retroceso al puerto de entrada.
Lista de citas
Literatura de patente
Literatura de patente 1: JP 4286679 B2
Resumen
El motor de barrido estratificado descrito en la literatura de patente 1 tiene una saliente que sobresale de la cara inferior de la ranura del pistón. Esta saliente bloquea no sólo el retroceso del aire de iniciación al puerto de entrada sino también el aire de iniciación durante la introducción desde el puerto de entrada al puerto de barrido. De esta manera, aunque la saliente suprime el retroceso del aire de iniciación, no logra guiar el aire de iniciación sin suavemente hasta el puerto de barrido. Por lo tanto, este motor de barrido estratificado no logra suprimir soplar a través de la mezcla de aire-combustible debido a tal disminución en el aire de iniciación y, por lo tanto, no logra reducir suficientemente el THC.
En vista de los problemas anteriores, la presente invención proporciona un motor de barrido estratificado y una máquina de trabajo portátil que suprimen suficientemente el THC.
Un motor de barrido estratificado de acuerdo con la presente invención incluye: un cilindro que tiene un orificio de cilindro; y un pistón almacenado en el orificio del cilindro para ser movil de manera alternativa. El cilindro tiene un puerto de entrada para la entrada del aire de iniciación y un puerto de barrido para barrer el gas de combustión, estando abierto el puerto de entrada y el puerto de barrido al orificio del cilindro. El pistón tiene una superficie periférica que incluye una ranura de pistón para guiar el aire de iniciación desde el puerto de entrada al puerto de barrido, y la ranura del pistón tiene un rebaje cerca del puerto de entrada.
De acuerdo con la invención, la ranura del pistón tiene una cara inferior y el rebaje está formado en la cara inferior cerca al puerto de entrada.
De acuerdo con la invención, la ranura del pistón tiene un primer borde y un segundo borde como un par en la cara inferior con la cara periférica del pistón, y el rebaje está formado en un rango predeterminado desde el primer borde cerca del puerto de entrada como un origen.
De acuerdo con la invención, el rebaje tiene una parte más profunda que está cerca del primer borde.
De acuerdo con la invención, el rebaje tiene una superficie de pared levantada que tiene un ángulo ascendente empinado desde la parte más profunda hasta el primer borde, y una cara inclinada que tiene un ángulo ligeramente ascendente desde la parte más profunda hasta el segundo borde.
En otro aspecto preferible, el rebaje tiene una profundidad desde el primer borde hasta la parte más profunda que es 3.8% o más y 10.4% o menos de un diámetro del pistón.
En otro aspecto preferible, el puerto de entrada incluye un par de puertos de entrada, el puerto de barrido incluye al menos un par de puertos de barrido correspondientes al par de puertos de entrada, y la ranura del pistón incluye un par de ranuras de pistón correspondientes al par de puertos de entrada.
En otro aspecto preferible, el cilindro incluye un puerto de mezcla aire-combustible para la mezcla aire-combustible de entrada, estando dispuesto el puerto de mezcla aire-combustible debajo del par de puertos de entrada y estando abierto al orificio del cilindro, una parte de la superficie periférica del pistón entre el par de ranuras del pistón define una superficie de bloqueo en un arco en vista en plano para bloquear el puerto de mezcla de aire-combustible, y la distancia entre el par opuesto de rebajes de las ranuras del pistón es menor que la longitud de una cuerda de la superficie del bloqueo
En otro aspecto preferible, el puerto de barrido se comunica con una cámara del cigüeñal a través de un canal de barrido, y cuando se ve lateralmente, el canal de barrido está inclinado mientras se acerca al puerto de entrada desde la cámara del cigüeñal hacia el orificio del cilindro.
Una máquina de trabajo portátil de acuerdo con la presente invención incluye el motor de barrido estratificado mencionado anteriormente y un mecanismo de trabajo para ser accionado por el motor de barrido estratificado. En la presente invención, la ranura del pistón incluye un rebaje cerca del puerto de entrada. El aire de iniciación que fluye desde el puerto de entrada hacia la ranura del pistón apenas entra en el rebaje, y el aire de iniciación que regresa desde el puerto de barrido a la ranura del pistón entra fácilmente en el rebaje. Por lo tanto, el rebaje no interfiere con el flujo del aire de iniciación desde el puerto de entrada al puerto de barrido, y así el motor de barrido estratificado de la presente invención envía suficiente aire de iniciación a los puertos de barrido. Una parte del aire de iniciación que regresa del puerto de barrido al puerto de entrada ingresa al rebaje para generar un flujo arremolinado, y este flujo arremolinado aumenta la presión del aire en la ranura del pistón y así suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto de entrada. De esta manera, el motor de barrido estratificado de la presente invención envía el aire de iniciación sin problemas a los puertos de barrido y suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto de entrada. Esto mantiene suficiente aire de iniciación para el barrido y reduce lo suficiente el THC.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un motor de barrido estratificado de la presente realización;
La FIG. 2 es una vista en sección transversal del motor de barrido estratificado de la presente realización;
La FIG. 3 es una vista en perspectiva de un pistón de la presente realización;
La FIG. 4 es una vista en sección transversal del pistón de la presente realización;
Las FIGS. 5A y 5B muestran el flujo de aire de iniciación en la ranura del pistón en un ejemplo comparativo, donde la FIG. 5A muestra el flujo de aire de iniciación desde el puerto de entrada al puerto de barrido, y la FIG. 5B muestra el flujo de aire de iniciación que regresa desde el puerto de barrido al puerto de entrada;
Las FIGS. 6A y 6B muestran el flujo de aire de iniciación en la ranura del pistón en la presente realización, donde la FIG. 6A muestra el flujo de aire de iniciación desde el puerto de entrada al puerto de barrido, y la FIG. 6B muestra el flujo de aire de iniciación que regresa desde el puerto de barrido al puerto de entrada;
Las FIGS. 7A a 7D muestran gráficos de varias especificaciones durante el pico de potencia, donde la FIG. 7A muestra la concentración de THC, la FIG. 7B muestra la cantidad de THC, la FIG. 7C muestra la potencia del motor, y la FIG. 7D muestra el consumo de combustible; y
La FIG. 8 es un gráfico de la relación entre la relación de suministro y la eficiencia de captura.
Descripción detallada
A continuación, se describe una realización de la presente invención con referencia a los dibujos.
[Configuración general del motor 10 de barrido estratificado]
La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un motor de barrido estratificado de la presente realización, y la FIG. 2 es una vista en sección transversal del motor de barrido estratificado de la presente realización.
Como se muestra en la FIG. 1 y la FIG. 2, el motor 10 de barrido estratificado es un tipo de motor de dos tiempos, y está configurado para permitir que el aire de iniciación en primer lugar y la mezcla aire-combustible en segundo lugar fluyan hacia una cámara 22 de combustión de manera estratificada. De esta manera, este motor 10 de barrido estratificado barre el gas de combustión con el aire de iniciación para evitar soplar a través del gas no quemado (mezcla de aire-combustible). El motor 10 de barrido estratificado incluye un cilindro 20 unido en un cárter (no ilustrado). El cilindro 20 tiene un orificio 21 de cilindro para alojar un pistón 30 que es movil de manera alternativa. La pared interior del cilindro 20 (pared interior del orificio 21 del cilindro) y la superficie de la corona del pistón 30 definen la cámara 22 de combustión en el cilindro 20. El volumen de la cámara 22 de combustión cambia con el movimiento alternativo del pistón 30.
El cárter tiene una cámara de cigüeñal (no mostrada), y el pistón 30 divide la cámara de cigüeñal y la cámara 22 de combustión. El pistón 30 tiene una superficie 31 periférica, y un par de ranuras 32 de pistón se forman en la superficie 31 periférica para un canal de aire de iniciación, que se describe más adelante en detalle. El pistón 30 tiene un orificio 33 de pasador en la superficie 31 periférica, y un pasador de pistón (no mostrado) insertado a través del orificio 33 del pasador conecta el pistón 30 con un árbol de cigüeñal (no mostrado) a través de una biela de conexión (no mostrada). El árbol de cigüeñal se conecta a un mecanismo de trabajo de una máquina de trabajo portátil de manera que el movimiento alternativo del pistón 30 se transmite al mecanismo de trabajo a través del árbol de cigüeñal.
Un par de puertos 23 de entrada para entrar el aire de iniciación, un puerto 24 de mezcla aire-combustible para entrar la mezcla aire-combustible, un puerto 25 de escape para emitir el gas de combustión (ver FIG. 2), y puertos 26a y 26b de barrido para barrer el gas de combustión están abiertos al orificio 21 del cilindro. El par de puertos 23 de entrada están dispuestos en el lado de entrada del cilindro 20, y el puerto 24 de mezcla aire-combustible está dispuesto debajo del par de puertos 23 de entrada. El puerto 25 de escape está dispuesto en el lado de escape que se opone a los puertos 23 de entrada en relación con el pistón 30. Los puertos 26a y 26b de barrido están dispuestos en la dirección izquierda y derecha ortogonales a la dirección de entrada-escape, y se oponen entre sí en relación con el pistón 30. Los puertos 26a de barrido están en el lado de entrada y los puertos 26b de barrido están en el lado de escape.
Estos puertos 26a y 26b de barrido se comunican con la cámara del cigüeñal a través de los canales 27a y 27b de barrido, respectivamente. El par de ranuras 32 de pistón corresponden al par de puertos 23 de entrada y los puertos 26a y 26b de barrido, de modo que el aire de iniciación que fluye hacia el par de puertos 23 de entrada es guiado a los puertos 26a y 26b de barrido a través del par de ranuras 32 de pistón. Una parte de la superficie 31 periférica del pistón 30 distinta de las ranuras 32 del pistón define una superficie de bloqueo para bloquear estos puertos y canales. El movimiento alternativo del pistón 30 abre y cierra el par de puertos 23 de entrada, el puerto 24 mezcla aire-combustible, el puerto 25 de escape y los puertos 26a y 26b.de barrido
Durante el ascenso del pistón 30 de dicho motor 10 de barrido estratificado desde el centro muerto inferior al centro muerto superior, el puerto 24 de mezcla aire-combustible se abre a la cámara del cigüeñal y los puertos 23 de entrada por encima del puerto 24 de mezcla aire-combustible se comunican con las ranuras 32 de pistón del pistón 30. Posteriormente, las ranuras 32 del pistón se comunican con los puertos 26a y 26b de barrido de manera que el aire de iniciación fluye corriente abajo (cerca de la cámara 22 de combustión) de los canales 27a, 27b de barrido desde los puertos 26a, 26b de barrido, y la mezcla aire-combustible fluye corriente arriba (cerca de la cámara del cigüeñal) de los canales 27a, 27b de barrido desde la cámara del cigüeñal. Esto llena corriente abajo de los canales 27a, 27b de barrido con el aire de iniciación y llena corriente arriba de los canales 27a, 27b de barrido con la mezcla aire-combustible. Durante el barrido del gas de combustión, el aire de iniciación primero fluye hacia la cámara 22 de combustión, para evitar soplar a través de la mezcla aire-combustible.
[Estructura del pistón 30]
La FIG. 3 es una vista en perspectiva de un pistón de la presente realización, y la FIG. 4 es una vista en sección transversal del pistón de la presente realización.
Como se muestra en la FIG. 3 y la FIG. 4, un par de anillos 35 de pistón superior e inferior están unidos a la superficie 31 periférica del pistón 30 cerca del extremo superior. Estos anillos 35 de pistón mantienen la estanqueidad en el orificio 21 del cilindro. El pistón 30 tiene el par de ranuras 32 de pistón en la superficie 31 periférica cerca del extremo inferior, y el par de ranuras 32 de pistón guía el aire de iniciación desde el par de puertos 23 de entrada a los puertos 26a y 26b de barrido. El pistón 30 tiene el orificio 33 del pasador entre los anillos 35 del pistón y el par de ranuras 32 del pistón, y el orificio 33 del pasador está conectado a la biela de conexión a través del pasador de pistón como se indicó anteriormente. El pistón 30 tiene un interior hueco para aligerar su peso, y una parte del pistón 30 para soportar el pasador de pistón, por ejemplo, está parcialmente reforzada.
Cada ranura 32 de pistón se extiende desde alrededor del puerto 23 de entrada hasta alrededor del puerto 26b de barrido en el lado de escape. Esto significa que la distancia entre las ranuras 32 del pistón como un par en la superficie 31 periférica es más estrecha en el lado de entrada del pistón 30 y es más ancha en el lado de escape del pistón 30. Una parte de la superficie 31 periférica del pistón 30 en el lado de entrada y entre el par de ranuras 32 del pistón define una superficie 36 de bloqueo para bloquear el puerto 24 de mezcla aire-combustible, y una parte de la superficie 31 periférica del pistón 30 en el lado de escape y entre el par de ranuras 32 de pistón define una superficie 37 de bloqueo para bloquear el puerto 25 de escape. Cada ranura 32 del pistón tiene la cara 41 inferior, la cara 42 lateral superior 42 y la cara 43 lateral inferior para definir una ranura angular en forma de letra U en la superficie 31 periférica del pistón 30.
La cara 41 inferior de cada una de las ranuras 32 de pistón como un par tiene un rebaje 44 cerca del correspondiente puerto 23 de entrada para no interferir con el suministro de aire de iniciación a los puertos 26a, 26b de barrido. El rebaje 44 suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada y genera un flujo V arremolinado (ver FIG. 6B) en el aire de iniciación que regresa del puerto 26a, 26b de barrido a la ranura 32 del pistón. Como se describe más adelante en detalle, dicho flujo V arremolinado debido al rebaje 44 de la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada aumenta la presión del aire en la ranura 32 del pistón para suprimir el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada.
La distancia entre estos rebajes 44 opuestos como un par es menor que la longitud de la cuerda de la superficie 36 del bloqueo en el arco en la vista en plano. Esto significa que cada rebaje 44 tiene una forma rebajada que es parcialmente profunda en la cara 41 inferior de la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada. Cada ranura 32 del pistón tiene un par de bordes 45a y 45b en la cara 41 inferior con la cara 31 periférica del pistón 30. El rebaje 44 se forma en un rango predeterminado desde el borde 45a cerca del puerto 23 de entrada como origen. En el ejemplo mostrado, el rebaje 44 alcanza una parte sustancialmente media de la cara 41 inferior de la ranura 32 del pistón. Esto forma el rebaje 44 para estar más cerca del puerto 23 de entrada.
Más específicamente, el rebaje 44 tiene una parte 47 más profunda que está cerca de un borde 45a. La superficie de pared desde la parte 47 más profunda hacia el borde 45a es una superficie 48 de pared levantada que tiene un ángulo ascendente empinado (alrededor de 90 grados). Mientras la superficie de pared desde la parte 47 más profunda hacia el otro borde 45b es una cara 49 inclinada que tiene un ángulo ligeramente ascendente (alrededor de 30 grados). Estos ángulos empinados y ligeramente ascendentes indican las inclinaciones relativas a la dirección tangencial de la parte 47 más profunda (dirección de entrada y escape donde el puerto 23 de entrada y el puerto 25 de escape son opuestas). La cara 49 inclinada del rebaje 44 continúa ligeramente hasta la cara 41 inferior de la ranura 32 del pistón, y define una cara guía del aire de iniciación que regresa desde los puertos 26a, 26b de barrido al puerto 23 de entrada.
La presente realización describe solo un ejemplo que tiene el rebaje 44 en la cara 41 inferior de la ranura 32 del pistón. En otro ejemplo, el rebaje 44 puede estar formado en al menos una de la cara 41 inferior, la cara 42 lateral superior y la cara 43 lateral inferior de la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada siempre que el rebaje 44 esté en la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada. Dicho rebaje 44 formado en la cara 42 lateral superior o la cara 43 lateral inferior de la ranura 32 del pistón y no en la cara 41 inferior también genera un flujo V arremolinado en la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada.
[Flujo de aire de iniciación en la ranura 32 del pistón]
Refiriéndose a las FIGS. 5A y 5B, a continuación, se describe en primer lugar un ejemplo comparativo que muestra una ranura de pistón típica, seguida de descripciones de la presente realización con referencia a las FIGS. 6A y 6B. Las FIGS. 5A y 5B muestran el flujo de aire de iniciación en la ranura del pistón en el ejemplo comparativo. Las FIGS. 6A y 6B muestran el flujo de aire de iniciación en la ranura del pistón en la presente realización. Las FIG. 5A y la FIG. 6A muestran el flujo de aire de iniciación desde el puerto de entrada al puerto de barrido, y la FIG. 5B y la FIG. 6B muestran el flujo de aire de iniciación que regresa desde el puerto de barrido al puerto de entrada.
Como se muestra en la FIG. 5A, el pistón 50 en el ejemplo comparativo es diferente del pistón 30 de la presente realización en que cada una de las ranuras 51 del pistón como un par no tiene un rebaje en la cara 52 inferior. El ascenso del pistón 50 permite que el aire de iniciación se envíe desde los puertos 53 de entrada como un par a los puertos 54a y 54b de barrido a través del par de ranuras 51 del pistón. El aire de iniciación que fluye hacia los puertos 54a y 54b de barrido barre el gas de combustión, y esto suprime soplar a través de la mezcla airecombustible. Sin embargo, el descenso del pistón 50 como se muestra en la FIG. 5B, permite que el aire de iniciación regrese desde los puertos 54a y 54b de barrido al par de ranuras 51 de pistón, y esto provoca un retroceso a los puertos 53 de entrada.
Por el contrario, como se muestra en la FIG. 6A, el pistón 30 en la presente realización tiene el rebaje 44 en la cara 41 inferior de cada una de las ranuras 32 del pistón como un par cerca del puerto 23 de entrada. Este rebaje 44 está más rebajado que la cara 52 inferior (ver la FIG. 5A) de la ranura 51 del pistón del ejemplo comparativo indicado con la línea L discontinua, es decir, que la cara inferior tiene una forma aerodinámica. El ascenso del pistón 30 permite que el aire de iniciación se envíe desde los puertos 23 de entrada como un par a los puertos 26a y 26b de barrido a través del par de ranuras 32 del pistón. Debido a la superficie 48 empinada de la pared erigida desde el borde 45a hasta el rebaje 44, el aire de iniciación del puerto 23 de entrada apenas entra en el rebaje 44. En cambio, el aire de iniciación es guiado sin problema desde el par de puertos 23 de entrada a los puertos 26a y 26b de barrido.
Como se muestra en la FIG. 6B, el descenso del pistón 30 permite que el aire de iniciación regrese desde los puertos 26a y 26b de barrido al par de ranuras 32 del pistón. Una parte del aire de iniciación que regresa es guiada a lo largo de la cara 49 inclinada del rebaje 44 hacia la cara 48 de la pared erigida para chocar con la cara 48 de la pared erigida. Esto genera un flujo V arremolinado alrededor del rebaje 44 de la ranura 32 del pistón. Este flujo V arremolinado aumenta la presión del aire en la ranura 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada y, así, suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada. De esta forma, la presente realización envía el aire de iniciación sin problemas a los puertos 26a y 26b de barrido, y suprime el retroceso del aire de iniciación. Esto mantiene suficiente aire de iniciación para el barrido y reduce suficientemente el THC.
Cuando se ve lateralmente, el canal 27a, 27b de barrido de la presente realización está inclinado mientras se acerca al puerto 23 de entrada desde la cámara del cigüeñal ubicada debajo del cilindro 20 hacia el orificio 21 del cilindro (ver FIG. 1). Tal inclinación del canal 27a, 27b de barrido facilita la aspiración del aire de iniciación desde la ranura 32 del pistón al canal 27a, 27b de barrido durante el ascenso del pistón 30, pero facilita el aire de iniciación cargado en el canal 27a, 27b de barrido para volver a la ranura 32 del pistón durante el descenso del pistón 30. Incluso con dicho canal 27a, 27b de barrido, el rebaje 44 en la cara 41 inferior de la ranura 32 del pistón genera un flujo V arremolinado cerca del puerto 23 de entrada y así suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada. Dicho motor 10 de barrido estratificado puede incluirse en una máquina de trabajo portátil (no mostrada), tal como un soplador de potencia, una desbrozadora o una cadena de sierra. Dicha máquina de trabajo portátil incluye un mecanismo de trabajo, tal como un ventilador, una cuchilla o una cadena de sierra, que es accionada por el motor 10 de barrido estratificado. Este mecanismo de trabajo se conecta al árbo de salida, tal como el cigüeñal del motor 10 de barrido estratificado, y es accionado por el movimiento alternativo del pistón 30 en el cilindro 20. La máquina de trabajo portátil que incluye el motor 10 de barrido estratificado como se indicó anteriormente reduce el THC y satisface así la necesidad de protección ambiental.
[Experimentos]
A continuación, se describe un ejemplo de experimentos. Las FIGS. 7A a 7D muestran gráficos de diversas especificaciones durante el pico de potencia. La FIG. 8 es un gráfico de la relación entre la relación de suministro y la eficiencia de captura. La FIG. 7A muestra la concentración de THC, la FIG. 7B muestra la cantidad de THC, la FIG. 7C muestra la potencia del motor, y la FIG. 7D muestra el consumo de combustible.
Se prepararon pistones que tenían rebajes de 0 mm (sin rebaje), 2 mm, 4 mm y 5.5 mm de profundidad y de 53 mm de diámetro. Para estos pistones, la concentración de THC [ppmC], la cantidad de THC [g/h-kW], la potencia del motor [kW] y el consumo de combustible [g/h] se midieron con las revoluciones del motor correspondientes a la potencia pico. Luego, se calcularon las tasas de aumento-disminución de las mediciones de la concentración de THC, la cantidad de THC, la potencia del motor y el consumo de combustible con los pistones que tenían las profundidades de rebaje de 2 mm, 4 mm y 5.5 mm en relación con las mediciones con el pistón sin rebaje (ver las FIGS. 5A y 5B). Obsérvese aquí que la profundidad del rebaje 44 se refiere a una distancia lineal desde el borde 45a hasta la parte 47 más profunda del rebaje 44 en el pistón 30 (ver FIG. 4).
Como se muestra en la FIG. 7A, la concentración de THC con los pistones que tienen profundidades de rebaje de 2 mm, 4 mm y 5.5 mm disminuyó en alrededor de 4.0 %, alrededor de 10.0 % y alrededor de 7.0 %, respectivamente, de la concentración de THC con el pistón sin rebaje. Como se muestra en la FIG. 7B, la cantidad de THC con los pistones que tienen profundidades de rebaje de 2 mm, 4 mm y 5.5 mm disminuyó alrededor de 6.0 %, alrededor de 17.0 % y alrededor de 14.0 %, respectivamente, de la cantidad de THC con el pistón sin rebaje. Esto demuestra que los rebajes reducen más el THC. Obsérvese aquí que cuando la profundidad del rebaje supera los 4 mm, la cantidad de disminución de THC se reduce ligeramente.
Como se muestra en la FIG. 7C, la potencia del motor con los pistones que tienen profundidades de rebaje de 2 mm, 4 mm y 5.5 mm aumentó alrededor de 1.0 %, alrededor de 1.0 % y alrededor de 0.5 %, respectivamente, de la potencia del motor con el pistón sin rebaje. Esto muestra que la profundidad del rebaje en el rango de 2 mm a 5.5 mm no afecta la potencia del motor. Como se muestra en la FIG. 7D, el consumo de combustible con los pistones que tienen profundidades de rebaje de 2 mm, 4 mm y 5.5 mm mejoró alrededor de 1.0 %, alrededor de 4.0 % y alrededor de 4.0 %, respectivamente, del consumo de combustible con el pistón sin rebaje. Obsérvese aquí que el consumo de combustible con el pistón que tiene una profundidad de rebaje de 5.5 mm disminuyó ligeramente del consumo de combustible con el pistón que tiene una profundidad de rebaje de 4.0 mm. Esto demuestra que los rebajes mejoran el consumo de combustible. Los experimentos anteriores muestran que la profundidad de los rebajes es preferiblemente del 3.8 % o más y del 10.4 % o menos del diámetro del pistón para reducir el THC, y es preferiblemente del 7.5 % para disminuir más el THC y mejorar el consumo de combustible.
La FIG. 8 muestra una comparación de la relación de suministro frente a la eficacia de captura entre la operación con el pistón sin rebaje (ver FIGS 5A y 5B) y la operación con el pistón con rebajes de 2 mm de profundidad. El resultado muestra que la eficacia de captura de la operación con el pistón con el rebaje de 2 mm de profundidad mejoró alrededor de 0.7% que la de la operación con el pistón sin rebaje. La relación de suministro se obtiene dividiendo la masa de aire suministrada durante un ciclo por el volumen de aire que ocupa el desplazamiento del motor. Una mayor relación de suministro significa una mayor potencia. La eficiencia de captura es la eficiencia de uso del aire suministrado. Una mayor eficiencia de captura significa menos soplar a través de la mezcla airecombustible y, así disminuye más el THC.
Aunque no se muestra, se realizó una comparación del efecto de estratificación durante el barrido por aire de iniciación entre la operación con el pistón sin el rebaje y la operación con el pistón con el rebaje de 2 mm de profundidad. El efecto de estratificación se calcula, por ejemplo, dividiendo la relación entre la cantidad de soplar a través de la mezcla de aire-combustible y la cantidad total de soplar a través por la relación entre la cantidad de soplar a través de aire de iniciación y la cantidad total de soplar a través. El resultado muestra que el efecto de estratificación de la operación con el pistón con una profundidad de rebaje de 2 mm mejoró en alrededor de 8% que el de la operación con el pistón sin rebaje. El efecto de estratificación aumenta con un aumento en la cantidad de aire de iniciación durante el barrido, y un gran efecto de estratificación significa una capa más gruesa del aire de iniciación y, por lo tanto, suprime más soplar a través de la mezcla aire-combustible.
Como se describió anteriormente, el motor 10 de barrido estratificado de la presente realización tiene el rebaje 44 en cada una de las ranuras 32 del pistón cerca del puerto 23 de entrada. El aire de iniciación que fluye desde el puerto 23 de entrada a la ranura 32 del pistón apenas entra en el rebaje 44, y el aire de iniciación que regresa desde el puerto 26a, 26b de barrido a la ranura 32 del pistón entra fácilmente en el rebaje 44. Por lo tanto, el rebaje 44 no interfiere con el flujo del aire de iniciación desde el puerto 23 de entrada al puerto 26a, 26b de barrido, y así el motor 10 de barrido estratificado de la presente realización envía aire de iniciación suficiente a los puertos 26a y 26b de barrido. Una parte del aire de iniciación que regresa del puerto 26a, 26b de barrido al puerto 23 de entrada entra al rebaje 44 para generar un flujo V arremolinado, y este flujo V arremolinado aumenta la presión del aire en la ranura 32 del pistón y así suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada. De esta forma, la presente realización envía el aire de iniciación sin problemas a los puertos 26a y 26b de barrido, y suprime el retroceso del aire de iniciación al puerto 23 de entrada. Esto mantiene suficiente aire de iniciación para el barrido y reduce suficientemente el THC.
La presente realización describe la estructura que incluye un par de ranuras de pistón en la superficie periférica del pistón como solo un ejemplo. En otra estructura, el pistón puede tener una única ranura de pistón en la superficie periférica, o puede tener tres o más ranuras de pistón en la superficie periférica.
La presente realización describe la estructura que incluye un par de puertos de entrada para un par de ranuras de pistón como solo un ejemplo. En otra estructura, un solo puerto de entrada puede comunicarse con un par de ranuras de pistón.
La presente realización describe la estructura que tiene cuatro puertos de barrido como solo un ejemplo. En otra estructura que tiene una única ranura de pistón en la superficie periférica, el pistón puede tener un único puerto de barrido.
La presente realización describe la estructura que incluye un rebaje formado en un rango predeterminado desde uno de los bordes de la ranura del pistón como solo un ejemplo. Siempre que dicho rebaje esté cerca del puerto de entrada de la ranura del pistón, el rebaje puede generar un flujo arremolinado en la ranura del pistón cerca del puerto de entrada.
Descripción de los símbolos
10 Motor de barrido estratificado
20 Cilindro
21 Orificio del cilindro
Puerto de entrada
Puerto de mezcla aire-combustible a Puerto de barrido
b Puerto de barrido
a Canal de barrido
b Canal de barrido
Pistón
Superficie periférica
Ranura del pistón
Superficie de bloqueo
Cara inferior
Rebaje
a Borde
b Borde
Parte más profunda
Superficie de pared erigida Cara inclinada

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un motor (10) de barrido estratificado que comprende: un cilindro (20) que tiene un orificio (21) del cilindro; y un pistón (30) alojado en el orificio (21) del cilindro para ser movible de manera alternativa, el cilindro (20) que tiene un puerto (23) de entrada para la entrada de aire de iniciación y un puerto (26a, 26b) de barrido para barrer el gas de combustión, el puerto (23) de entrada y el puerto (26a, 26b) de barrido están abiertos al orificio (21) del cilindro, en donde
el pistón (30) tiene una superficie (31) periférica que incluye una ranura (32) de pistón para guiar el aire de iniciación desde el puerto (23) de entrada al puerto (26a, 26b) de barrido, y
la ranura (32) del pistón tiene un rebaje (44) cerca del puerto (23) de entrada, en donde la ranura (32) del pistón tiene una cara (41) inferior, y el rebaje (44) está formado en la cara (41) inferior cerca del puerto (23) de entrada, en donde la ranura (32) del pistón tiene un primer borde (45a) y un segundo borde (45b) como un par en la cara (41) inferior con la superficie (31) periférica del pistón (30), y el rebaje (44) está formado en un rango predeterminado desde el primer borde (45a) cerca del puerto (23) de entrada como un origen, por lo cual el rebaje (44) tiene una parte (47) más profunda que está cerca del primer borde (45a), caracterizado porque el rebaje (44) tiene una superficie (48) de pared erigida que tiene un ángulo ascendente pronunciado desde la parte (47) más profunda al primer borde (45a) y una cara (49) inclinada que tiene un ángulo ligeramente ascendente desde la parte (47) más profunda al segundo borde (45b), por lo cual dichos ángulos empinados y ligeramente ascendentes indican las inclinaciones relativas a la dirección tangencial de la parte (47) más profunda, para generar un flujo (V) arremolinado alrededor del rebaje (44), cuando el aire de iniciación regresa desde el puerto (26a, 26b) de barrido a la ranura (32) del pistón es guiado a lo largo de la cara (49) inclinada a la superficie (48) de la pared erigida,
2. El motor (10) de barrido estratificado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el rebaje (44) tiene una profundidad desde el primer borde (45a) hasta la parte (47) más profunda que es 3,8% o más y 10,4% o menos de un diámetro del pistón (30).
3. El motor (10) de barrido estratificado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el puerto (23) de entrada incluye un par de puertos (23) de entrada,
el puerto (26a, 26b) de barrido incluye al menos un par de puertos (26a, 26b) de barrido correspondientes al par de puertos (23) de entrada, y la ranura (32) del pistón incluye un par de ranuras (32) del pistón correspondientes al par de puertos (23) de entrada.
4. El motor (10) de barrido estratificado de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el cilindro (20) incluye un puerto (24) de mezcla aire-combustible para entrar la mezcla de aire-combustible, el puerto (24) de mezcla de airecombustible está dispuesto debajo del par de puertos (23) de entrada y estando abierto al orificio (21) del cilindro, una parte de la superficie (31) periférica del pistón (30) entre el par de ranuras (32) del pistón define una superficie (36) de bloqueo en un arco en vista en plano para bloquear el puerto (24) de mezcla de aire-combustible, y la distancia entre el par de rebajes (44) opuestos de las ranuras (32) del pistón es menor que la longitud de una cuerda de la superficie (31) de bloqueo.
5. El motor (10) de barrido estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el puerto (26a, 26b) de barrido se comunica con una cámara del cigüeñal a través de un canal (27a, 27b) de barrido, y cuando se ve lateralmente, el canal (27a, 27b) de barrido está inclinado mientras se acerca al puerto (23) de entrada desde la cámara del cigüeñal hacia el orificio (21) del cilindro.
6. Una máquina de trabajo portátil que comprende el motor (10) de barrido estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, y un mecanismo de trabajo para ser accionado por el motor (10) de barrido estratificado.
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