專利名稱：二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，特別設(shè)計(jì)一種換氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國專利6,367,432披露了一種二沖程循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)，其具有一個(gè)四級西紐采法掃氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能確保一對第二掃氣通道的容量大于一對第一掃氣通道的容量，以便在活塞的下降期間，允許在導(dǎo)入空氣-燃料混合物之前，從第二掃氣通道將空氣導(dǎo)入燃燒室內(nèi)，同時(shí)，與從第二掃氣通道導(dǎo)入空氣的時(shí)間長度相比，允許以更長的時(shí)間，從第一掃氣通道，將較大量的空氣導(dǎo)入燃燒室內(nèi)。
美國專利6,223,705披露了一種二沖程的內(nèi)燃機(jī)，其具有一個(gè)西紐采法掃氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一對第一掃氣口和一對第二掃氣口。將通過從成對的第一掃氣口吹出的一對掃氣氣流靠緊排氣口形成的內(nèi)部水平掃氣角以及遠(yuǎn)離排氣口形成的外部水平掃氣角設(shè)定為116～124度。將通過從成對的第二掃氣口吹出的一對掃氣氣流靠緊排氣口形成的內(nèi)部水平掃氣角以及遠(yuǎn)離排氣口形成的外部水平掃氣角分別設(shè)定為126～135度以及146～154度。
由于提高了環(huán)境污染排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，不斷要求在二沖程內(nèi)燃機(jī)中降低內(nèi)燃機(jī)的排放。排放問題產(chǎn)生的一個(gè)原因在于由于在關(guān)閉排氣口之前，活塞在向上行程期間，流出排氣口的燃料的短路而導(dǎo)致排出未燃燒的碳?xì)浠衔?。因此，需要將存在于排出的廢氣中的新鮮短循環(huán)燃料的損失降至最低。這種最低化能夠產(chǎn)生較低碳?xì)浠衔锏呐欧挪⑻岣呷剂闲省?br>
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括一個(gè)氣缸；以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在氣缸中的活塞。所述氣缸包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口。換氣口包括第一對換氣口，這對換氣口與遠(yuǎn)離排氣口設(shè)置的第二對換氣口相比，更靠緊排氣口設(shè)置。第一對換氣口彼此相對呈大約70°～85°的第一角度，第二對換氣口彼此相對呈大約120°～150°的第二角度。從換氣口流出的掃氣的方向性排放建立了掃氣的流動(dòng)路徑，以使進(jìn)入排氣口內(nèi)的新鮮未燃燒燃料的損失降至最低。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括一個(gè)氣缸；以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在氣缸內(nèi)的活塞。所述氣缸包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口。兩個(gè)換氣口包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口。換氣口中的兩個(gè)包括一個(gè)在氣缸底部的公共底部通道以及獨(dú)立的相應(yīng)頂部通道，所述底部通道伸入氣缸的側(cè)壁。氣缸包括一個(gè)隔壁，該隔壁在兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道之間延伸以形成兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種將掃氣導(dǎo)入二沖程內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的方法，該方法包括以下步驟提供一個(gè)氣缸，該氣缸具有一個(gè)排氣口和兩對換氣口，與成對換氣口中的第二換氣口相比，成對換氣口中的第一換氣口更靠近所述排氣口；在活塞打開第一對換氣口之前，當(dāng)活塞朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過內(nèi)燃機(jī)的活塞，使第二對換氣口通向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室；以及通過所述活塞打開第一對換氣口。在使第一對換氣口通向燃燒室之前，使更遠(yuǎn)離排氣口設(shè)置的第二對換氣口通向燃燒室。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其具有一個(gè)氣缸以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在其中的活塞。氣缸限定有一個(gè)排氣口和至少一對相對的換氣口，這對換氣口以大致離開朝向一相對氣缸壁的排氣口的方式向內(nèi)朝向一橫向中心線，其中，來自至少一對換氣口的進(jìn)氣會(huì)聚在氣缸中央軸線和前壁之間的緊湊聚集區(qū)中。聚集區(qū)與氣缸軸線的距離優(yōu)選大于氣缸半徑.4倍、最好大于.5～.8倍。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括一個(gè)氣缸以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在其中的活塞。該氣缸包括一個(gè)排氣口和至少一對在其相對側(cè)上留有間隔的換氣口，所述換氣口能夠以向內(nèi)并大致離開排氣口的方式導(dǎo)引進(jìn)氣填充氣，排氣口在TDC之后打開116°～121°，最好在TDC之后打開117°～120°。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)氣缸以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在其中的活塞。該氣缸包括一個(gè)排氣口和至少一對在其相對側(cè)上留有間隔的換氣口，所述換氣口能夠以向內(nèi)并大致離開排氣口的方式導(dǎo)引進(jìn)氣填充氣，其中，換氣口在排氣口打開之后打開8°～15°，最好在排氣口打開之后打開10°～12°。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供了一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)氣缸以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在其中的活塞。該氣缸包括一個(gè)排氣口和至少一對在其相對側(cè)上留有間隔的換氣口，所述換氣口能夠以向內(nèi)并大致離開排氣口的方式導(dǎo)引進(jìn)氣填充氣，其中，排氣口具有一有限的掃氣區(qū)區(qū)域，該區(qū)域能夠最初就打開，從而提供整個(gè)排氣口面積的20％～30％，掃氣區(qū)域具有遠(yuǎn)小于最大排氣口周長的周長，并且優(yōu)選為最大排氣口周長的大約50％。


圖1為帶有本發(fā)明特征的內(nèi)燃機(jī)的局部示意圖；圖2為圖1中所示內(nèi)燃機(jī)中氣缸的剖面圖；圖3為沿線3-3的圖2中所示的氣缸的剖面圖；圖4為圖2中所示的氣缸的剖面圖，其顯示了排氣口；圖5顯示了包括本發(fā)明中一種可選擇實(shí)施例的一部分內(nèi)燃機(jī)的示意圖；圖6為沿線6-6的圖5中所示的氣缸的剖面圖；圖7為沿線7-7的圖5中所示的氣缸的剖面圖；圖8為示意圖，其顯示了包括本發(fā)明中另一種可選擇實(shí)施例的一部分內(nèi)燃機(jī)；圖9為示意圖，其顯示了包括本發(fā)明中另一種可選擇實(shí)施例的一部分內(nèi)燃機(jī)；圖10為正時(shí)圖，在該圖中，與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相比，對于本發(fā)明而言，以曲柄角度顯示了相對于活塞位置的排氣口和換氣口的打開面積。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，其顯示了帶有本發(fā)明特征的內(nèi)燃機(jī)10的局部示意圖。雖然參照附圖所示的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是，應(yīng)理解可以采用多種可選擇的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。另外，可以利用任意適當(dāng)?shù)某叽纾螤詈皖愋偷脑虿牧稀?br> 所述內(nèi)燃機(jī)10為二沖程內(nèi)燃機(jī)，其具有一個(gè)氣缸12，一個(gè)活塞15，一根曲軸16，一個(gè)曲軸箱18，一個(gè)燃料輸送系統(tǒng)20，以及一個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)22。內(nèi)燃機(jī)10的一種特定用途可用于小型高速二行程內(nèi)燃機(jī)，如用于手持動(dòng)力工具(如葉片鼓風(fēng)機(jī)，線繩式修剪器，圓盤式修剪器，鏈鋸等)中。
點(diǎn)火系統(tǒng)22通常包括一個(gè)火花塞24以及一個(gè)與火花塞24相連的電發(fā)生器26。但是，在可選擇的實(shí)施例中，可使用任意適合類型的點(diǎn)火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)22在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
燃料輸送系統(tǒng)20通常包括一個(gè)化油器28，一個(gè)空氣過濾器30，一個(gè)伸入氣缸12內(nèi)的主空氣入口32以及一個(gè)進(jìn)入氣缸12底部的燃料空氣入口33。但是，在可選擇的實(shí)施例中，可以使用任意適當(dāng)類型的燃料輸送系統(tǒng)。例如，燃料輸送系統(tǒng)20可包括一個(gè)本領(lǐng)域眾所周知的傳統(tǒng)燃料輸送系統(tǒng)。作為可選擇的方案，燃料輸送系統(tǒng)20可包括一個(gè)燃料注射系統(tǒng)或一個(gè)更新型的有效燃料輸送系統(tǒng)，如在可在本申請中參考使用的美國專利Nos.6,295,957；6,293,235；6,286,469；以及6,382,176中披露的燃料輸送系統(tǒng)。
活塞14可移動(dòng)地安裝在氣缸12中，并且以常規(guī)方式可操縱地與曲軸16相連。參見圖2，使氣缸12的底部40與曲軸箱18相連。除了入口32以外，氣缸12還包括一個(gè)排氣口34以及多個(gè)換氣口36?？梢詫⒁粋€(gè)消音器(未示出)固定至排氣口34。氣缸12包括一個(gè)主內(nèi)部區(qū)域38，活塞14在該區(qū)域往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且該區(qū)域形成了一個(gè)燃燒腔室42。
仍參見圖3，在該實(shí)施例中，所述氣缸包括兩組換氣口36。第一組換氣口44包括一對第一換氣口48。第二組換氣口46包括一對第二換氣口50。但是，在可選擇的實(shí)施例中，氣缸可包括多于兩組的換氣口，每一組換氣口均包括多于或少于兩個(gè)換氣口。與更遠(yuǎn)離排氣口34設(shè)置的第二組換氣口46相比，第一組換氣口44更靠緊排氣口34設(shè)置。
如圖3所示，換氣口36的輸送通道壁相對于氣缸的軸線60以及從所述輸送通道壁伸出的假想平面的交點(diǎn)61傾斜。第一換氣口48以第一角度52彼此相對地傾斜。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，第一角度52為大約70°～大約85°。在一種特定形式的實(shí)施例中，第一角度52為大約79°。第二換氣口50以第二角度54彼此相對傾斜。在一最佳實(shí)施例中，第二角度54為大約120°～大約150°。在一個(gè)特定形式的實(shí)施例中，第二角度54為大約141°。
在一種實(shí)施例中，氣缸12的主內(nèi)部區(qū)域38直徑為大約1.375英寸。可以朝氣缸軸線60相距距離66的交點(diǎn)的內(nèi)部最常用區(qū)域61導(dǎo)引從換氣口36流出的流體。對于大約1.375英寸的直徑而言，該距離66可以為大約0.3英寸～大約0.412英寸。
換氣口36沿離開換氣口34的方向朝氣缸的前部傾斜。換氣口36從氣缸的底部40向上延伸至氣缸的中部。換氣口36從主內(nèi)部區(qū)域38向外伸入氣缸12的內(nèi)部側(cè)壁內(nèi)。換氣口36最好在它們的基底、接近底部40、隨后在它們的頂端56，58加寬。頂端56，58是大致扁平的。但是，在可選擇的實(shí)施例中，頂端可具有任意適當(dāng)類型的形狀。
如在圖2中能最清楚地看到的那樣，第一換氣口48比第二換氣口50的頂端58短。當(dāng)活塞14在氣缸12的主內(nèi)部區(qū)域38上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對于燃燒室42打開和關(guān)閉換氣口36。由于第一和第二換氣口48，50的頂端56，58之間的高度差，因此，當(dāng)活塞在氣缸中朝下死點(diǎn)(BDC)位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在第二換氣口50相對于第一換氣口48的開啟正時(shí)差。更為特別的是，當(dāng)活塞14在氣缸12中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在打開第一對換氣口48之前，使第二對換氣口50通向燃燒室42。當(dāng)活塞14繼續(xù)朝其下死點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)，隨即打開第二對換氣口50。由于與第一換氣口48相比，第二換氣口50更遠(yuǎn)離排氣口34，因此，與排氣口34距離最遠(yuǎn)的換氣口首先打開。不同類型的換氣口的相繼打開與換氣口的傾斜形狀的結(jié)合有助于防止新鮮的未燃燒燃料進(jìn)氣的短循環(huán)存在于排氣口34。
與傳統(tǒng)的二沖程內(nèi)燃機(jī)不同，前后對換氣口對在它們的打開正時(shí)上具有相位差。當(dāng)活塞向下朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，與使后部氣口(即，第一對換氣口48)露出相比，活塞以大約4～8度更快地使前部氣口(即第二對氣口50)露出。在早期的掃氣操作期間，由于所述氣口的方向性排放特點(diǎn)，更快打開的前部氣口50使新鮮燃料(燃料和空氣)離開排氣口34，并將其排入氣缸內(nèi)。距離排氣口最遠(yuǎn)排出的燃料首先進(jìn)入氣缸內(nèi)，并且行進(jìn)最長的距離。最早進(jìn)入的進(jìn)氣同樣為整個(gè)燃料中最可能進(jìn)入排氣口34內(nèi)的一小部分進(jìn)氣。即使經(jīng)第二換氣口50進(jìn)入的進(jìn)氣首先進(jìn)入，其也必須行進(jìn)最遠(yuǎn)并為從兩組換氣口44，46進(jìn)入的最少量的進(jìn)氣。因此，相對損失也最小。
四個(gè)換氣口中早期打開的前兩個(gè)換氣口50有助于建立以可形成接近完美的排出清除的方式流動(dòng)的進(jìn)氣的流動(dòng)路徑。因此，新鮮進(jìn)氣的流動(dòng)方式以及交錯(cuò)排放能夠使新鮮燃料進(jìn)入排氣口內(nèi)的損失降至最小，從而能夠降低排放并提高燃料經(jīng)濟(jì)性。
可以將第二換氣口50的頂端58設(shè)置在排氣口34的頂端之下。第二換氣口50的寬度可小于第一換氣口48的寬度。在活塞14使第二換氣口50露出時(shí)，沿第二換氣口50高度的錐形的使用還能夠減小第二換氣口打開的側(cè)面。相信在換氣過程期間前側(cè)氣口晚些的有限打開能夠提高排放速度，從而有助于混合。新鮮進(jìn)氣的較小短路損失與改善的混合相結(jié)合能夠顯著減小排氣污染。
參見圖4，在所示的實(shí)施例中，排氣口34包括一個(gè)大致人字形壁。更為特別的是，在所示的實(shí)施例中，排氣口34的頂側(cè)62具有人字形狀，排氣口34的頂側(cè)62具有人字形狀，并且底側(cè)64具有相反的人字形狀。當(dāng)活塞14使排氣口34露出時(shí)，由于僅使上側(cè)人字形壁的頂點(diǎn)露出，因此，排氣口34的最初打開程度較小。當(dāng)活塞14繼續(xù)進(jìn)一步露出排氣口34時(shí)，加大通向排氣口的開口。人字形排氣口提供了能夠形成最佳排放特性的臺(tái)階狀流動(dòng)區(qū)域。內(nèi)燃機(jī)可設(shè)置單獨(dú)的上述換氣口特征，或如圖4所示，與人字形排氣口相結(jié)合。
帶有所提出的發(fā)明的特征的內(nèi)燃機(jī)的試驗(yàn)已證明在不使用催化轉(zhuǎn)換器的情況下，排放低于2004EPA Phase II排放水平。本發(fā)明在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)的實(shí)施可采用比較簡單和現(xiàn)存的硬件(如，活塞等)并且可以使其與上述重新設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)一起使用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明特征的加工成本最小。下面的圖表顯示了在30cc內(nèi)燃機(jī)上的氣口結(jié)構(gòu)的這種測試和變化的結(jié)果。在25cc內(nèi)燃機(jī)上的相似測試已顯示出較低的排放水平。

參照圖5～7，對本發(fā)明的一種可選擇的實(shí)施例進(jìn)行說明。在該實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)70包括一個(gè)燃料輸送系統(tǒng)72，該系統(tǒng)72具有一個(gè)空氣過濾器74以及一個(gè)伸入氣缸78內(nèi)的入口76。氣缸78還包括一個(gè)排氣口34以及四個(gè)換氣口80。換氣口80包括第一組第一換氣口82以及第二組換氣口84。
在氣缸每一側(cè)上的多對換氣口包括一個(gè)公共底部通道86以及多個(gè)獨(dú)立的相應(yīng)頂部通道，其中，所述底部通道在氣缸的底部伸入氣缸的側(cè)壁，所述頂部通道形成兩個(gè)氣口82，84。氣缸78包括一個(gè)隔壁88，該隔壁在兩個(gè)氣口82，84之間延伸以形成兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道。在所示的實(shí)施例中，隔壁88包括一個(gè)大致三角形剖面。但是，在可選擇的實(shí)施例中，壁88可包括任意適當(dāng)?shù)臋M截面形狀。壁88的高度為氣口82高度的大約2/3。在所示的實(shí)施例中，底部通道86的前后側(cè)以角94和96彼此相對傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中，角94為大約80°，而角96為大約130°。但是，在可選擇的實(shí)施例中，可設(shè)置任意適當(dāng)?shù)慕恰？墒乖搶?shí)施例形成圖3的實(shí)施例中所示的相同的角52，54。頂端90，92包括頂部表面，這些表面以排氣口34的方向向下傾斜。每一個(gè)第二換氣口84均包括一個(gè)在端部92的頂部表面，該頂部表面至少局部高出在端部90處的第一換氣口的頂部表面，以便當(dāng)活塞朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二換氣口在第一換氣口之前打開。
由于活塞的曲率，因此，提供了排放角98的上升。隔壁88不必一直延伸至活塞14，該實(shí)施例的一個(gè)特征為可以在比較緊湊的區(qū)域中設(shè)置成對的換氣口82，84。其允許可以將本發(fā)明的特征用于尺寸較小的氣缸中。在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，換氣口的頂端是大致直線和水平狀的，而活塞的頂部表面可傾斜以允許形成使燃料進(jìn)入燃燒室的臺(tái)階狀上升。在另一可選擇的實(shí)施例中，換氣口的頂部表面可以不采用直線狀，反而可以是曲線狀。
圖8顯示了另一可選擇的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，氣缸100包括具有第一種換氣口102和第二種換氣口84的換氣口，第一和第二換氣口102，84包括一公共頂部通道86。隔壁88位于底部通道86的頂部并使兩個(gè)氣口102，84彼此分離。該實(shí)施例不同于圖5所示的實(shí)施例，兩者的不同點(diǎn)在于換氣口102的頂端104是大致直線和水平狀的。但是，第二換氣口84的頂端92向下傾斜。
圖9顯示了本發(fā)明的另一可選擇的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)110包括近似位于氣缸相對側(cè)上的兩個(gè)換氣口112。每一換氣口112均包括一個(gè)傾斜頂部表面114。
以下的圖表在0表示活塞的頂部死點(diǎn)(TDC)而180表示活塞的底部死點(diǎn)(BDC)的情況下，以曲柄角度說明作為活塞位置函數(shù)的排氣口和換氣口面積。如大致在圖1～4中所示，已計(jì)算出排量范圍為25cc～40cc的四臺(tái)內(nèi)燃機(jī)W～Z具有四種換氣口設(shè)計(jì)。為了比較，提供了一種現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)二沖程內(nèi)燃機(jī)，其具有30cc的排量以及一對換氣口。

所有的面積測量以sqmm為單位




為了與現(xiàn)有技術(shù)相比，更好地說明本發(fā)明中換氣口和排氣口區(qū)域的相對尺寸和正時(shí)，在圖10中提供了氣口面積與曲柄角度正時(shí)的關(guān)系曲線圖。所述標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)的二沖程內(nèi)燃機(jī)由排氣口面積曲線120和換氣口面積曲線122表示。內(nèi)燃機(jī)Y為使用了本發(fā)明的尺寸較大的內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)Y具有與曲柄角度曲線124相關(guān)的排氣口面積。相對于標(biāo)準(zhǔn)排氣口面積曲線120，本發(fā)明不僅在最大面積上略小一些，而且在一正時(shí)間之后以10°大約位移。當(dāng)最初打開時(shí)，非常難理解但重要的是排氣口的面積曲線120的形狀。由于前面所述的人字形排氣口，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，排氣口最初就能更平穩(wěn)地增大。
內(nèi)燃機(jī)Y的排氣口具有燃燒室掃氣區(qū)域，該區(qū)域占整個(gè)氣口面積的20％～30％，所述整個(gè)氣口面積相對于能夠?qū)е赂椒€(wěn)的氣口增大和關(guān)閉的剩余氣口區(qū)域，具有減小的周長。該較小尺寸燃燒室掃氣區(qū)域允許有效地收集進(jìn)氣填充氣，同時(shí)仍允許有效的排放和排氣，以便不會(huì)降低內(nèi)燃機(jī)的功率。最好，排氣區(qū)距離排氣口剩余部分具有為最大周長50％的圓周氣口長度。
如圖10所示，除了用于內(nèi)燃機(jī)W-Z的正時(shí)圖表，在TDC之后，最好在TDC之后的117°～120°，排氣口優(yōu)選打開116°～121°。排氣口最好在TDC之后打開118°～119°。
除了延遲排氣口的打開以及排氣口的打開幾何形狀以外，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)較早地打開換氣口。換氣口的結(jié)合面積會(huì)使換氣口更平穩(wěn)地打開。在圖10中，在通過曲線128說明第一換氣口面積的同時(shí)，如曲線126所示，第二換氣口最初打開。通過曲線130說明兩個(gè)換氣口的結(jié)合面積。如圖10示意性所示的那樣，除了在內(nèi)燃機(jī)圖表W～Z中以外，在BDC處的第一換氣口的最大面積大于在BDC處的第二換氣口。第二換氣口優(yōu)選具有BDC面積，其比在BDC處的第一換氣口的BDC面積小90％。更為優(yōu)選的是，第二換氣口的面積為BDC處的第一換氣口的65％～90％，并且最好為在BDC處的第二換氣口的80％～90％。
同樣在圖10的曲線圖以及圖表W～Z中說明了第一和第二換氣口打開的相對正時(shí)。第二換氣口在第一換氣口之前打開超過3°，優(yōu)選在第一換氣口之前打開3°～10°，最好在第一換氣口之前打開4°～8°在四個(gè)換氣口實(shí)施例中，進(jìn)氣填充氣進(jìn)入氣缸的流體最初來自第二換氣口，所述第二換氣口如圖3所示，彼此相對以夾角120°～150°定位。當(dāng)活塞向下移動(dòng)并打開第一換氣口時(shí)，將補(bǔ)充的進(jìn)氣填充氣引入氣缸內(nèi)并如圖3所示，對于第一換氣口之間的夾角而言，相對于橫向中心線的更明顯的角度為70°～85°。經(jīng)過所有四個(gè)換氣口的氣體會(huì)聚在一換氣口聚集區(qū)63。換氣口聚集區(qū)63在氣缸軸線60和相對于排氣口34的氣缸前壁之間，沿橫向中心線設(shè)置。最理想的是，會(huì)聚區(qū)與氣缸套軸線60留有間距，在圖1～4的四點(diǎn)實(shí)施例中，該距離大于氣缸半徑的.4倍，優(yōu)選為氣缸半徑的.4～.9倍，最好為氣缸半徑的.5～.8倍。
在圖6和7所示的可選擇的實(shí)施例中，換氣口聚集區(qū)略微靠緊與排氣口相對的氣缸壁。應(yīng)理解可以使用圖3所示的四氣口設(shè)計(jì)，或使用圖6和7所示的可選擇的氣口的設(shè)計(jì)。在換氣口完全打開時(shí)，在進(jìn)氣循環(huán)后期導(dǎo)引進(jìn)氣時(shí)，以相對氣口之間的較大夾角導(dǎo)引最初進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣填充氣。這種設(shè)計(jì)能夠使掃氣效率以及進(jìn)氣紊流達(dá)到最大，同時(shí)使進(jìn)氣填充氣短路損失降至最小。排氣口和換氣口正時(shí)的結(jié)合優(yōu)點(diǎn)能夠在無需追加使用昂貴的修正硬件的情況下，就能顯著地改善排放。
雖然已對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行的說明，但是，不應(yīng)認(rèn)為這些實(shí)施例說明和描述了本發(fā)明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性的，而不是說明性的，應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明思想和范圍的情況下，可作出各種改進(jìn)。
正時(shí)圖更好地說明。
權(quán)利要求
1.一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括氣缸；以及可移動(dòng)地安裝在氣缸中的活塞，其中，所述氣缸包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口，所述換氣口包括第一對換氣口，這對換氣口與遠(yuǎn)離排氣口設(shè)置的第二對換氣口相比，更靠近排氣口設(shè)置，第一對換氣口彼此相對呈大約70°～85°的第一角度，第二對換氣口彼此相對呈大約120°～150°的第二角度；從換氣口流出的掃氣的方向性排放建立了掃氣的流動(dòng)路徑，以使進(jìn)入排氣口內(nèi)的新鮮未燃燒燃料的損失降至最低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述第二對換氣口包括頂部表面，這些頂部表面至少部分高出第一對換氣口的頂部表面，以便當(dāng)活塞朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二對換氣口在第一對換氣口之前打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中每一個(gè)所述第二對換氣口的頂部表面均在最靠近排氣口的側(cè)面包括一個(gè)向下傾斜的傾斜表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中每一個(gè)所述第一對換氣口的頂部表面均在最靠近排氣口的側(cè)面上包括一個(gè)向下傾斜的傾斜表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中第一對換氣口的頂部表面不朝排氣口傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中兩個(gè)換氣口包括一個(gè)延伸到在氣缸底部的公共底部通道以及獨(dú)立的相應(yīng)頂部通道，所述底部通道伸入氣缸的側(cè)壁中，氣缸包括一個(gè)隔壁，該隔壁在兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道之間延伸以形成兩個(gè)氣口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口包括一個(gè)大致人字形頂壁，該頂壁具有一個(gè)臺(tái)階狀流動(dòng)區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口包括一個(gè)大致人字形狀部分，其具有一個(gè)臺(tái)階狀流動(dòng)區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一角度為大約79°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述第二角度為大約141°。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在活塞處于BDC時(shí)，所述第二組換氣口的最大面積小于第一對換氣口的最大面積的90％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在活塞處于BDC時(shí)，所述第二組換氣口的最大面積為第一對換氣口的最大面積的65％～90％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在活塞處于BDC時(shí)，所述第二組換氣口的最大面積為第一對換氣口的最大面積的80％～90％。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在第一對換氣口之前，第二對換氣口打開超過3個(gè)曲軸角度。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在第一對換氣口之前，第二對換氣口打開超過3～10個(gè)曲軸角度。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在第一對換氣口之前，第二對換氣口打開超過4～8個(gè)曲軸角度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中進(jìn)氣填充氣流會(huì)聚在沿氣缸橫向中心線設(shè)置的并位于氣缸軸線和與排氣口相對的前部區(qū)域氣缸壁之間的中央聚集區(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中換氣口聚集區(qū)的中央以大于氣缸半徑4倍的量與孔徑中央軸線分離。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中換氣口聚集區(qū)的中央以等于氣缸半徑.4～.9倍的量與氣缸中央軸線分離。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中換氣口聚集區(qū)的中央以等于氣缸半徑.5～.8倍的量與氣缸中央軸線分離。
21.一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括氣缸；以及可移動(dòng)地安裝在氣缸內(nèi)的活塞，其中，所述氣缸在其中形成排氣口和至少一對相對設(shè)置的換氣口，這對換氣口設(shè)置在排氣口的相對側(cè)且朝橫向氣缸軸線向內(nèi)并通常離開排氣口導(dǎo)引進(jìn)氣填充氣，來自至少一對換氣口的燃料會(huì)聚在設(shè)置在氣缸軸線與相對于排氣口的氣缸的前壁之間的緊湊換氣口聚集區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述換氣口聚集區(qū)與氣缸軸線的距離大于.4倍的氣缸半徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述換氣口聚集區(qū)與氣缸軸線的距離為.5～.8倍的氣缸半徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口在TDC之后以116°～121°打開。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口在TDC之后以117°～120°打開。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在所述排氣口打開之后，所述換氣口打開8°～15°。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在所述排氣口打開之后，所述換氣口打開10°～12°。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口具有一個(gè)掃氣區(qū)域，該區(qū)域首先打開并為整個(gè)排氣口面積的20％～30％，掃氣區(qū)域具有沿氣缸壁的周長，該周長遠(yuǎn)小于排氣口剩余部分的平均周長，從而在不會(huì)顯著降低內(nèi)燃機(jī)功率的情況下，允許實(shí)現(xiàn)有效的掃氣和流動(dòng)以及有效的收集進(jìn)入燃料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口的掃氣區(qū)域具有大約為最大排氣口周長的50％的圓周排氣口長度。
30.一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括氣缸；以及可移動(dòng)地安裝在氣缸內(nèi)的活塞，其中，所述氣缸包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口，所述換氣口中的兩個(gè)包括一個(gè)在氣缸底部的公共底部通道以及獨(dú)立的相應(yīng)頂部通道，所述底部通道伸入氣缸的側(cè)壁，氣缸包括一個(gè)隔壁，該隔壁在兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道之間延伸以形成兩個(gè)獨(dú)立的頂部通道。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述換氣口包括更靠近所述排氣口設(shè)置的第一對換氣口，所述第一對換氣口彼此相對呈大約70°～85°的第一角度，第二對換氣口彼此相對呈大約120°～150°的第二角度，從所述換氣口流出的掃氣的方向性排放建立了掃氣的流動(dòng)路徑，以使進(jìn)入排氣口內(nèi)的新鮮未燃燒燃料的損失降至最低，并且兩個(gè)換氣口包括一個(gè)來自兩對換氣口中每一對的一個(gè)換氣口。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述兩個(gè)換氣口中的第二個(gè)換氣口包括一個(gè)頂部表面，該表面至少部分高出兩個(gè)換氣口中的第一換氣口的頂部表面，以便當(dāng)活塞朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二換氣口在第一換氣口之前打開。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述第二換氣口的頂部表面在最靠近排氣口的側(cè)面上包括一個(gè)向下傾斜的傾斜表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一換氣口的頂部表面均在最靠近排氣口的側(cè)面上包括一個(gè)向下傾斜的傾斜表面。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中第一換氣口的頂部表面不朝排氣口傾斜。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口包括一個(gè)大致人字形頂壁，該頂壁具有一個(gè)臺(tái)階狀流動(dòng)區(qū)域。
37.一種將掃氣導(dǎo)入二沖程內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的方法，該方法包括以下步驟提供一個(gè)氣缸，該氣缸具有排氣口和兩對換氣口，與成對換氣口中的第二換氣口相比，成對換氣口中的第一換氣口更靠近所述排氣口；在活塞打開第一對換氣口之前，當(dāng)活塞朝下死點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過內(nèi)燃機(jī)的活塞使第二對換氣口通向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室；以及通過所述活塞打開第一對換氣口；其中，在使第一對換氣口通向燃燒室之前，使更遠(yuǎn)離排氣口設(shè)置的第二對換氣口通向燃燒室。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中提供氣缸的步驟包括提供彼此相對角度為大約70°～85°的第一對換氣口以及彼此相對角度為大約120°～150°的第二對換氣口。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中提供氣缸的步驟包括提供帶有頂部表面的第二對換氣口，所述頂部表面沿朝排氣口的方向向下傾斜。
全文摘要
一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，其包括一個(gè)氣缸；以及一個(gè)可移動(dòng)地安裝在氣缸中的活塞。氣缸包括一個(gè)排氣口和多個(gè)換氣口。換氣口包括第一對換氣口，這對換氣口與遠(yuǎn)離排氣口設(shè)置的第二對換氣口相比，更靠緊排氣口設(shè)置。第一對換氣口彼此相對呈大約70°～85°的第一角度，第二對換氣口彼此相對呈大約120°～150°的第二角度。從換氣口流出的掃氣的方向性排放建立了掃氣的流動(dòng)路徑，以使進(jìn)入排氣口內(nèi)的新鮮未燃燒燃料的損失降至最低。
文檔編號F02B33/04GK1703572SQ200380100869
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月4日
發(fā)明者J·D·謝爾登, N·S·馬韋納哈里 申請人:創(chuàng)科實(shí)業(yè)有限公司