二冲程内燃机

1.一种二冲程内燃机，其包括：
一个位于活塞下方的曲轴室；和
一个位于活塞上方的燃烧作功室；
至少一对将曲轴室与燃烧作功室连通的扫气道，
该至少一对扫气通道相对于排气口的二等分面是对称布置的，从而形成了施 努勒(Schnürle)型扫气系统，
所示燃烧作功室由一个缸筒件围成，所述曲轴室由一个贴接到缸筒件下方的 曲轴箱元件围成，在缸筒件和曲轴箱元件之间设置了一板状元件，
其特征在于：
该至少一对扫气通道的各个扫气道在靠近扫气进口的位置处都实施了节 流，所示板状元件具有节流孔，该节流孔的开口面积小于扫气道在紧邻该板状元 件处的横截面积，从而对各个扫气道中邻近扫气进口的那一部位进行节流。
2.根据权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于：所述节流孔的位置和尺 寸被设计成可使得节流孔下游扫气道中的气流变为湍流。
3.根据权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于：由于设置了节流孔，从 而在靠近各个扫气道的扫气进口区域处形成了一个台阶部。
4.根据权利要求2所述的二冲程内燃机，其特征在于：所说至少一对扫气通道 中各个扫气道的扫气出口处也实施了节流。
5.根据权利要求4所述的二冲程内燃机，其特征在于：由于设置了节流孔，从 而在靠近各个扫气道的扫气进口区域处形成了一个台阶部。
6.根据权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于：所说至少一对扫气通道 中各个扫气道的扫气出口处也实施了节流。
7.根据权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于：在靠近各个扫气道扫气 进口的部位处设置了一个分隔壁，该分隔壁上具有节流孔，其开口面积小于扫气 道中紧邻该分隔壁部位处的横截面积。
8.根据权利要求7所述的二冲程内燃机，其特征在于：节流孔的位置和尺寸被 设计成可使得节流孔下游扫气道中的气流变为湍流。
9.根据权利要求8所述的二冲程内燃机，其特征在于：由于设置了节流孔， 从而在靠近各个扫气道的扫气进口区域处形成了一个台阶部。
10.根据权利要求8所述的二冲程内燃机，其特征在于：所说至少一对扫气通 道中各个扫气道的扫气出口处也实施了节流。
11.根据权利要求7所述的二冲程内燃机，其特征在于：由于设置了节流孔， 从而在靠近各个扫气道的扫气进口区域处形成了一个台阶部。
12.根据权利要求7所述的二冲程内燃机，其特征在于：所说至少一对扫气 通道中各个扫气道的扫气出口处也实施了节流。

技术领域\n本发明涉及一种二冲程内燃机，其例如适于用在便携式动力机具上，尤其 是，本发明涉及这样一种二冲程内燃机：其所排放的尾气比许多现有的二冲程发 动机更为洁净，并能减少未燃烧空燃混合气的吹逸量。\n背景技术\n这种二冲程内燃机通常用在灌木铲除机和链锯等轻便式动力机具中，其包括 一个与活塞配合的汽缸盖、一个燃烧作功室和一个形成曲轴室的曲柄箱壳(尽管 汽缸中的腔室可被称为燃烧室、作功室、汽缸内腔等等，但在本说明书中，汽缸 中的腔室通称为燃烧作功室)。在汽缸的筒干部分上设置了一个进气口、扫气口 和一个排气口，这些气口都由活塞来打开或遮关。发动机的一个工作循环是由活 塞的两个行程完成的，而不是象在四冲程内燃机中那样，还专门设置了空燃混合 气的进气冲程和燃烧气体的排气冲程。\n在活塞的上行冲程中，空燃混合气从进气口吸入到活塞下方的曲轴室中。当 活塞下行时，曲轴室中的空燃混合气被预先压缩，从而形成压缩后的气态混合物， 该气态混合物流入到扫气道中，然后再从扫气口吹入到活塞上方的燃烧作功室 中，这样就可以将燃烧后的废气吹向排气口——因而压缩后的空燃混合气被用来 执行对燃烧废气的“扫气”工作。但用来进行扫气的新鲜空燃混合气则易于同燃 烧气体(尾气)混和在一起，这样就增大了所谓的“吹逸”量，这部分空燃混合 气未经过燃烧就被排了出去。由于存在吹逸，所以二冲程内燃机相对于四冲程内 燃机不但燃油经济性能较差，而且尾气中含有大量的有害成分—例如HC(燃料中 的未燃烧组分)和CO(未完全燃烧的燃料)。因而，尽管二冲程内燃机的排量并 不大，但其对大气污染物中有害成分的影响却是显著的。另外，现有的二冲程内 燃机通常不能满足行政机关制定的日趋严格的尾气排放法规，尤其是在尾气中HC总含量(总碳氢化合物)指标方面。二冲程内燃机所用的燃料一般是包含汽油和 润滑机油的混合燃料。因而，尾气也会被燃料中的机油成分加重污染。此外，根 据发动机的工作姿态(倾斜度)不同，燃料中的机油成分会过量地进入到燃烧作 功室中，从而造成发动机的运转出现问题。\n发明内容\n本发明致力于克服上述问题。相应地，本发明的一个目的就是设计一种二冲 程内燃机，其所排放的尾气比其它许多现有二冲程内燃机所排放尾气含有的有害 成分都少，并能减少空燃混合气的吹逸量。本发明的另一个目的是无须对发动机 的结构作出大的改动、且不显著增加制造成本地实现如上的性能改进。本发明的 又一个目的是减少二冲程发动机在工作运转方面出现故障的情况。\n为实现上述目的，本发明提供一种二冲程内燃机，其包括：\n一个位于活塞下方的曲轴室；和\n一个位于活塞上方的燃烧作功室；\n至少一对将曲轴室与燃烧作功室连通的扫气道，\n该至少一对扫气通道相对于排气口的二等分面是对称布置的，从而形成了施 努勒(Schnürle)型扫气系统，\n所示燃烧作功室由一个缸筒件围成，所述曲轴室由一个贴接到缸筒件下方的 曲轴箱元件围成，在缸筒件和曲轴箱元件之间设置了一板状元件，\n其特征在于：\n该至少一对扫气通道的各个扫气道在靠近扫气进口的位置处都实施了节 流，所示板状元件具有节流孔，该节流孔的开口面积小于扫气道在紧邻该板状元 件处的横截面积，从而对各个扫气道中邻近扫气进口的那一部位进行节流。\n在本发明的某些实施例中，燃烧作功室可由一个缸筒件围成，曲轴室可由一 个贴接到缸筒件下方的曲轴箱元件围成，且在缸筒件和曲轴箱元件之间设置了一 板状元件。该板状元件有一个节流孔，该节流孔的开口面积小于扫气道在紧邻 该板状元件处的横截面积，从而对各个扫气道中邻近扫气进口的那一部位进行节 流。\n在根据本发明内燃机的其它实施例中，在靠近各个扫气道扫气进口的部位处 设置了一个分隔壁，该分隔壁上设置了一节流孔，其开口面积小于扫气道的横截 面积。\n在根据本发明内燃机的优选实施例中，各个节流孔的位置和尺寸是以这样的 方式设计的：使得在扫气道中的扫气气流中能产生湍流。\n根据本发明的内燃机的优点还在于：由于设置了节流孔，所以在靠近各个扫 气道的扫气进口位置处形成了一个台阶部。\n在根据本发明内燃机进一步的优选实施例中，对所说那对扫气道或多对扫气 道的各个扫气道的扫气出口处也进行了节流。\n在根据本发明的、具有上述结构的二冲程内燃机的工作过程中，在活塞的上 行冲程中，随着曲轴箱中的压力降低，从化油器等空燃混合装置输出的空燃混合 气就被吸入到曲轴箱中，并保留在其中。当活塞上方燃烧作功室中的空燃混合气 被引燃而燃烧时，活塞由于燃烧气体的产生而被向下顶推。由于活塞的下行冲程， 曲轴室和扫气道中的空燃混合气就受到了活塞的压缩。在接近于下死点时，首先 是排气口打开，且当活塞进一步下行时，位于扫气道下游端的扫气出口打开。在 扫气出口开启的扫气阶段，在曲轴室中压缩的空燃混合气冲向扫气道的下游端， 并冲到燃烧作功室中，从而作为扫气气流以一定的水平扫气角度、从扫气出口喷 向汽缸筒上与排气口正对的内壁面部分上。扫气气流随后冲击到上述的汽缸筒内 壁面上，然后再从此处折返，从而将燃烧后的废气从排气口排挤出去。\n相比于不设置节流孔的情况，设置在各个扫气道的扫气进口附近的节流孔使 得曲轴箱与各个扫气道中节流孔下游之间产生了较大的压差，这样就造成空燃混 合气是以很高的速度从该节流孔射流喷出，并喷射向下游方向。这样，相比于不 对扫气道的扫气进口附近部位进行节流的情况，设置了节流孔可以增大扫气气流 的压力和流速。扫气气流在通过节流孔后会急剧地膨胀，因而当扫气气流通过扫 气道时，就会在气流中形成湍流状态，然后，湍流态的气流从扫气出口喷出而进 入到燃烧作功室中。如果对扫气出口也进行节流，则能进一步增大从扫气出口流 入到燃烧作功室中的气流的流速。\n相应地，就能促进燃料的雾化，并提高扫气效率(换气效率)，且在同时能 提高燃烧效率。结果就是：可以用更少的燃料消耗来获得设定的动力输出，并有 效地降低了尾气中的有害成分含量，尤其是总碳氢化合物的含量，另外，还可以 改善燃油经济性。\n可在一缸垫形式的板状元件上制出一个节流孔，其开口面积小于扫气道的横 截面积，其中的缸垫被间置在缸筒件和曲轴箱元件的接合部处，从而对各个扫气 道其扫气进口附近部位进行节流。对于这样的结构，并不需要另外再设置一个元 件来对气流进行节流。另外，也无须对汽缸件或曲轴箱元件进行改动，这样，在 加工成本方面，本发明具有很大的优势。\n尽管在二冲程内燃机中，通常使用的是包括燃料(汽油)和润滑机油的混合 燃料，但由于发动机转动而产生的离心分离效果—尤其是在发动机高速转动时， 进入到曲轴室中的空燃混合气中的很大一部分燃油—机油混合物会从空气中分离 出去，而粘着在曲轴室的内壁面上。由于位于扫气道扫气进口附近位置处的节流 部分(即节流孔部分)延展形成了一个台阶部，所以大部分低速流动燃料能与空 气一起进入到扫气道中，但大部分润滑油则由于台阶部的阻挡效果而留在了曲轴 室中。因而，即使输入到发动机中的燃油/空气/润滑油混合物的流速降低，也能确 保对滑动部分进行润滑有足够的滑油量，其中的滑动部分例如为活塞、连杆以及 曲轴，从而避免发动机润滑性能的恶化。\n当发动机在怠速工况中姿态被改变时(例如当链锯向上仰倾时)，如果未设 置上述的台阶部，则留在曲轴室内的燃料—润滑油混合物就会经扫气道过多地流 入到燃烧作功室中，这样就会造成发动机燃烧困难，甚至熄火。当如上所述那样 设置该台阶部，则留在曲轴箱中的燃料—润滑油混合物就被阻挡而不能进入到扫 气道中，这样，就可以避免发动机出现运转困难的情况。\n附图说明\n图1表示根据本发明的二冲程内燃机的第一实施例的纵向剖面图；\n图2是沿图1中的II-II线所作的剖面视图；\n图3是对图1所示发动机的扫气道部分所作的放大剖面图；\n图4A到图4C表示了适于用在图1所示发动机上的缸垫的几种实例；\n图5中的示意图表示了图1所示发动机中扫气道与扫气气流之间的关系；\n图6表示根据本发明的二冲程内燃机的第二实施例的纵向视图；\n图7是沿图6中的VII-VII线所作的剖面图；\n图8中的图线表示了本发明发动机与现有技术发动机的对比试验结果。\n具体实施方式\n如图1和图2所示，根据第一实施例的二冲程内燃机1是一台小型的风冷二冲 程汽油内燃机，其具有一套四元扫气系统，该内燃机适于用在便携式作业机具上。 该发动机1具有一个汽缸10以及一个两件对合式曲轴箱12，其中的汽缸10中容纳了 一个活塞20，而曲轴箱12则通过四个通孔螺栓(图中未示出)衬着一个缸垫40A (下文将对此进行介绍)紧固到汽缸10的下底面上，四个螺栓分别插入到这些元 件的四个对角部分中。在汽缸10的下方，曲轴箱12围出了一个曲轴室18，曲轴箱 12可转动地支撑着一曲轴22，用于通过一连杆24来使活塞20上下往复运动。\n在曲轴箱12的左右两侧分别一体地连接了反冲起动器机壳的底座部分13和 风扇机壳的底座部分19。\n在汽缸10的外周壁上设置了多组冷却翅片16，且在其顶部设置了一个圆穹顶 状(半球形的)燃烧室15a，其构成了所说的燃烧作功室15。在缸盖部分顶部的孔 中旋入了一个火花塞17。\n在汽缸10筒干部分的一侧设置了一个排气口34，而在其另一侧则设置了一个 进气口33，进气口所在位置低于排气口34(也就是说，位于更靠近曲轴室18的位 置)。一对第一扫气道31布置在靠近排气口34的部位处，并相对于排气口34的纵 向等分面F-F对称地位于两侧，这样就形成了Schnürle型扫气系统。另外，对称于 上述纵向面F-F的两侧，在远离排气口34的方向上设置了另一对第二扫气道32，由 此也组成了另一套Schnürle型扫气系统。第一、第二扫气道31、32都从汽缸10延伸 向曲轴箱12。\n如图2和图5所清楚表示的那样，在第一扫气道31的上端(即下游端)，有一 对第一扫气出口31a以设定的水平扫气角通入到燃烧作功室15中。类似地，在第二 扫气道32的上端(下游端)，也有一对第二扫气出口32a以设定的水平扫气角通向 燃烧作功室15。每个第一扫气出口31a都在靠近排气口34的那一侧设置了一个节流 壁面31c，相比于紧邻节流孔壁面31c的上游部位处的横截面，该节流壁面显著地 减小了扫气道在端口处的开口面积。类似地，相比于紧邻第二扫气出口32a的上游 部分的第二扫气道32，第二扫气出口32a也被略微地进行了缩窄。\n在该实施例中，第一扫气出口31a的竖直高度与第二扫气出口32a的高度是相 同的，且扫气出口31a和32a最上点处的垂直高度要低于排气口34的最高点一定距 离。因而，当活塞20下降时，两对扫气出口31a、32a是在排气口34打开很短的一 段时间后同时打开的。\n位于第一和第二扫气道31、32下端(上游端)的扫气进口31b和32b位于曲轴 室18那一侧(曲轴箱侧)，从而间置在汽缸10和曲轴箱12配合面J上的缸垫40A就 起到了一阻挡壁的作用，其分别对第一和第二扫气道31、32上较接近于扫气进口 31b、32b的部分进行密封。\n参见图4(A)，对于缸垫40A的基材及其矩形的形状，这都是公知的内容。 缸垫能保持其自身形状，从而可抵抗由空燃混合气流动而造成的变形。此外，缸 垫40A的中心部位处设置了一圆形孔48，其对应于汽缸孔腔基座部分的外径，且 在四个对角处设置了孔49，用于使紧固螺栓从这些孔中穿过。另外，在缸垫40A 上与第一和第二扫气道31、32相对应的位置处设置了圆形的节流孔41、42，每个 节流孔的截面积都小于第一、第二扫气道31、32的横截面积(下文将对此进行解 释)，从而对第一、第二扫气道31、32的扫气进口31b、32b附近部位进行节流。\n如图4所示，节流孔41、42的位置和尺寸是这样选择的：使得节流孔相对于 各个扫气道的截面中心位置适当地偏移，从而可在扫气气流中生成漩涡状湍流。 在图3中，放大表示了第一扫气道31的结构，图中第一和第二扫气道31、32的扫气 出口31a、32a的截面积用Sa代表；每个第一、第二扫气道31、32中，位于扫气出 口31a和32a上游侧(下侧)的中间段的截面积用Sb代表；各个第一、第二扫气道 中，紧邻节流孔41、42的下游侧(上侧)部分的截面积用Sc代表；且各个节流孔 41、42的开口面积用Sd代表。各个面积的选择要符合如下的关系：Sd≤Sa＜Sb＜Sc。 具体来讲，例如在一台排量为20到60mL的二冲程内燃机的情况中，如果假定各个 第一、第二扫气道31、32紧邻节流孔41、42下游侧处的截面积Sc为100，则各个节 流孔41、42的开口面积Sd最好应当是在50到55的范围内，扫气道中间段的截面积 Sb最好是在75到80的范围内，且扫气出口31a和32a的截面积最好应当在60到70之 间。\n在第一实施例中具有如上结构的二冲程内燃机1的工作过程中，在活塞20的 上行过程中，随着曲轴室18中的压力逐渐降低，空燃混合气经进气口33就从化油 器等空气—燃油混合装置中抽吸到曲轴室中，并留在其中。\n当活塞20上方燃烧作功室15中的空燃混合气被点燃而燃烧时，由于产生了燃 烧气体而将活塞20向下压。在活塞20的下行行程中，封留在曲轴室18和扫气道31、 32中的空燃混合气就受到了活塞20的压缩。当活塞20接近于下中央死点时，排气 口34打开。在活塞20又下降了少许之后，位于扫气道31、32下游端的扫气出口31a、 32a同时打开。在扫气出口31a和32a打开的扫气期间，曲轴室18中压缩后的空燃混 合气经节流孔41、42喷射向扫气道31、32的下游部分，其中的节流孔41、42位于 扫气进口31b和32b的附近。与此同时，空燃混合气也被抽吸向燃烧作功室15，从 而其作为扫气气流从扫气出口31a和32a以一定的水平扫气角吹出，并射向汽缸筒 上与排气口34正对的壁面部分上。扫气气流冲击到上述的缸筒内壁面部分上，然 后向后折返，从而将燃烧废气从排气口34吹出。\n由于在扫气道31、32的扫气进口31b和32b附近设置了节流孔41、42，所以相 比于未设置节流孔41、42的情况，曲轴室18与扫气道31、32的节流孔41、42下游 部分之间就会形成一个显著的压力差，由此使得空燃混合气可成为射流而从节流 孔41、42喷射出来，并喷流向下游。相比于未对扫气道31、32靠近扫气进口31b、 32b的部位进行节流的情况，设置节流孔41、42能提高扫气气流的压力和流速，这 样，就造成流经节流孔41、42的扫气气流能发生急剧的膨胀，从而在气流中产生 涡旋状的湍流，并如图3和图5所示那样，从扫气出口31a、32a吹出而进入到燃烧 作功室15中。如果扫气出口31a和32a也被进行了节流，则能进一步提高气流的流 速。相应地，就能促进燃油的雾化，提高扫气效率(换气效率)，同时能改善燃 烧效率。结果就是：可以用更少的燃料来达到设定的动力输出，并能有效地减少 尾气中的有害成分，尤其是碳氢化合物的总量，另外，也可以提高燃油经济性。\n用根据上述实施例设计的、排量为22.8mL或25.4mL的一台二冲程内燃机1(本 发明)与一台排量相同的现有二冲程内燃机进行了对比实验，其中的现有二冲程 内燃机除了其扫气道31、32完全没有进行节流之外(现有技术)，其它结构都与 上述实施例完全相同。在相同的测试条件下，得到了图8所示的结果。可以肯定： 相比于现有技术中的发动机，根据本发明的发动机所排放的HC总量(THC)减少 了60％甚至更多。\n由于在缸垫40A中形成了两个节流孔41、42，且这些节流孔的开口面积比扫 气道31、32中任意一处的截面积Sb、Sc都小，从而并不需要另外设置一个元件， 就可对各个扫气道31、32的靠近各个扫气进口31b和32b的部分进行节流。另外， 也不要求对汽缸和曲轴箱进行改动，从而使得本发明在生产成本方面具有很大的 优势。\n另外，尽管二冲程内燃机一般采用的是包含燃料(汽油)和润滑油的混合燃 料，但由于发动机转动时的离心分离效果，尤其是在发动机高速转动时，进入到 曲轴箱18中的空燃混合气中的较大部分燃料—润滑油混合物都与空气相分离，而 沾附在曲轴箱18的内壁面上。同样，由于在扫气道31、32的扫气进口31b、32b附 近的各个节流部分(节流孔41、42)形成了一个台阶部，大部分低速流动的燃料 就能与空气一起进入到扫气道31中，但大部分润滑油则由于台阶部的阻挡效果而 留在了曲轴室18中。因而，即使燃料(燃油—润滑油混合物)的输送流速降低了 (空燃混合气的歉供状态)，也能保证各个滑动部分所需的润滑具有足够的润滑 油量，其中的滑动部分例如是活塞20、连杆24以及曲轴22，从而不会使内燃机的 润滑性能恶化。\n另外，当内燃机1的姿态改变时，例如对于便携式作业机具，在发动机怠速 运转时，姿态的改变是经常会发生的(例如当链锯的链带向上倾斜时)，如果未 设置上述的台阶部，曲轴室18中的燃料—润滑油混合物经常会经扫气道31、32过 多地流入到燃烧作功室15中，从而造成发动机运转困难甚至熄火。反之，如果设 置了上述的台阶部，则曲轴室18中的燃料—润滑油混合物就被阻挡而不能流入到 扫气道31、32中，从而可克服发动机在工作方面的一些问题。\n制在缸垫40A上的节流孔41、42可以通过在左右两侧切出两个部43来形 成，要使这两个切口部分能与扫气道31、32部分地重叠，这样就形成了在图4(B) 所示缸垫40B情况下的节流孔44、45。作为备选方案，在图4(C)所示的缸垫40C 的情况下，与第一扫气道31相对应的左右一对节流孔46的面积要大于第二扫气道 32中节流孔47的面积。\n在图6和图7所示的第二实施例中，与上述第一实施例中的功能部件或部分相 对应的功能部件和部分用相同的数字标号指代，并不再作进一步的描述。下面将 主要介绍第一、第二实施例的主要不同之处。\n在根据第二实施例的二冲程内燃机2中，汽缸10A与上曲轴箱12A制成一个整 体，而形成了一个单体的气缸曲柄箱10′。下曲轴箱部件12B紧密地贴接到气缸曲 柄箱10′的底面上，从而，曲轴箱18是由构成上曲轴箱12A的曲轴箱12′和下曲轴箱 12B围成的。在曲轴箱18的底部制出了一个带有簧片阀(图中未示出)的进气口33′\n尽管在各个扫气道31、32中，在位于扫气出口31a、32a的下方处设置了一段 短内壁面36，但该短壁面36下方的部分(即短壁面36的上游侧)却是露空的，因 而这种扫气道31、32也被称为是半壁型扫气道。因而，除了扫气出口31a和32a之 外，短壁面36下方的露空部分也能被活塞20的裙部20a遮闭或打开。\n在第二实施例中，在靠近扫气道31、32的扫气进口31b、32b处设置了成对的 分隔壁50A、50B，它们都设置有节流孔51、52，这些节流孔的开口面积小于扫气 道31、32的横截面积。第二实施例与第一实施例的工作方式相同。如同在第一实 施例中那样，设置在扫气道31、32的扫气进口31b和32b附近的节流孔51、52造成 曲轴箱18与扫气道31、32中节流孔51、52的下游侧之间产生了显著的压力差，由 此使得空燃混合气能作为高速射流从节流孔51、52喷射到下游位置处。上述的效 果提高了扫气气流的压力和流速，并在第二实施例中，也实现了扫气气流在从扫 气道排入到汽缸燃烧作功室时形成涡旋状湍流。相应地，就能促进燃油的雾化， 提高扫气效率(换气效率)，同时能改善燃烧效率。结果就是：可以用更少的燃 料来达到设定的动力输出，并能有效地减少尾气中的有害成分，尤其是碳氢化合 物的总量，另外，也可以提高燃油经济性。且由于台阶部的阻挡作用，大部分润 滑油也被挡留在了曲轴箱18中。\n尽管上文对本发明的示例实施方式进行了描述，并表示在附图中，但可以理 解：本发明并不仅限于这些实施例，而是可在不超越所附权利要求书限定的发明 思想和保护范围的前提下，进行改动。\n本发明提供了一种二冲程内燃机，其所排放的尾气中所含的有害成分(例如 HC)更少，且并不需要对发动机的结构作出大的改动、或显著地增加生产成本， 且这种内燃机能减少由于过多的机油从扫气道进入到燃烧作功室中而引起发动机 工作困难的情况。