专利名称：双冲程内燃发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及双冲程内燃发动机，尤其涉及能减少混合气的漏气(日文吹t抜汁) 的双冲程内燃发动机。
背景技术：
双冲程内燃发动机由于零部件个数少、轻量且紧凑，因此适用于链锯或灌木切割机的动力源。双冲程发动机一般具有利用活塞的上下动作对形成于汽缸的排气口进行开闭的结构，而且，由于一边向燃烧室填充混合气一边排出燃烧室内的已燃气体，因此，存在填充到燃烧室内的混合气被直接排出到外部这样的所谓“漏气”的问题。该混合气的漏气不仅使燃料消耗率恶化，而且会导致废气排放中的未燃烧成分(HC)的增加。
专利文献I以减少混合气的漏气为目的提出了以下方案设置多个面向燃烧室的换气出口，将混合气从其中的配设于远离排气口的位置处的换气出口导入燃烧室，将新鲜空气从配设于靠近排气口的位置的换气出口导入燃烧室。根据该提案，除了利用混合气之外，还利用导入燃烧室内的新鲜空气来进行换气，因此能减少从排气口漏出的混合气的量。 这种换气方法一般称为“层状换气”。
专利文献2提出了其它形式的层状换气。以下对专利文献2中公开的内容进行具体说明。专利文献2中公开的发明是以为了减少双冲程发动机的漏气而优选对导入燃烧室的新气(混合气)与燃烧室内的已燃气体的混合进行抑制这一方式为前提。而且，专利文献 2提出了以下的发明。即，专利文献2中公开的发动机中，将换气出口配设在相对于连接缸膛中心与排气口中心的假想线对称的位置上。而且，各换气出口被间隔壁划分为一对分割换气出口，且利用间隔壁来限定从各换气出口流出的混合气的流向。此外，在缸膛的内壁， 在夹着该缸膛的中心位于与排气口相反一侧的位置上形成有凹部、即换气流衰减室。而且， 一对分割换气出口中的位于排气口一侧的第一分割换气出口指向远离排气口的方向且朝向上方。另一方面，位于换气流衰减室一侧的第二分割换气出口指向换气流衰减室。
根据该专利文献2的发明，流动方向因间隔壁而指向换气流衰减室的、从左右的第二分割换气出口排出的换气流在换气流衰减室中发生碰撞的同时与换气流衰减室的壁面进行碰撞，利用换气流衰减室抑制扩散。另一方面，从左右的第一分割换气出口排出的换气流朝向汽缸上方流动，一边相互碰撞一边将已燃气体朝排气口推出。由此，能使从第一分割换气出口、第二分割换气出口导入燃烧室的换气气体即混合气分布在与排气口相反一侧的汽缸内空间、即与燃烧室的排气口相反一侧的区域，另一方面，在排气口一侧的区域分布已燃气体，因此能进行层状换气。
专利文献3着眼于双冲程内燃发动机中的、将面向燃烧室的换气出口与曲柄室连通的换气通路，提出了改进上述“漏气”问题的方案。具体而言，专利文献3的发明提出了以下方案与主换气通路及和该主换气通路相连的第一换气出口隔着间隔壁而配设有副换气通路及和该副换气通路相连的第二换气出口，利用经由该副换气通路及第二换气出口流入燃烧室的第二换气流，来对从第一换气出口排出的第一换气流进行控制。该提案是利用从第二换气出口排出的速度相对较快的第二换气流来控制第一换气流的流向的方法，作为典型例，专利文献3中公开了阻止第一换气流的一部分发生短路而流入排气口的例子。
专利文献4以高输出功率和低排放为目的，提出了对双冲程内燃发动机的截面呈近似矩形的换气出口的两个侧壁的角度进行限定的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :日本专利特开昭59 — 170423号公报
专利文献2 :日本专利特开昭59— 173518号公报
专利文献3 :日本专利特开昭60 — 156933号公报
专利文献4 =USP第6848398号说明书
本案发明人对面向燃烧室的换气出口的配置位置与“漏气”间的关系进行了研究。 图10是示意表示现有的典型的双冲程内燃发动机的图。在图中，附图标记I表示排气口。 在连接缸膛的中心O与排气口 I的宽度方向上的中心的假想线CL的左右，分别配设有第一换气出口 2、第二换气出口 3，而且，该第一换气出口 2、第二换气出口 3指向远离排气口 I的方向。这种包括多换气出口的发动机是一共具有四个换气出口 2、2、3、3的、所谓的四气流换气式发动机。
图11表示在曲柄室和燃烧室的范围内沿纵向(与缸膛的轴线平行)延伸的第一换气通路4、第二换气通路5及位于它们上端部的第一换气出口 2、第二换气出口 3的立体形状。从该图11可以理解，在现有的多换气出口方式的双冲程内燃发动机中，对每个换气出口 2、3均准备了换气通路，各换气通路实质上是由独立的通路构成的。图12表示排气口 I、 吸气口 8、第一换气通路4、第二换气通路5与圆筒状的缸膛7之间的配置关系。
图13、图14是与图10相关联的图，图13表示将第一换气出口 2、第二换气出口 3 配置在远离排气口 I的位置的情况，而图14表示将第一换气出口 2、第二换气出口 3配置在接近排气口 I的位置的情况。在图13、图14中，用箭头表示换气流的流动。
在图13的配置例(扫气出口 2、3远离排气口 I的配置)中，气体很难在由第一换气出口 2和排气口 I夹着的汽缸内区域DS内进行充分的交换。另一方面，在图14的配置例 (换气出口 2、3接近排气口 I的配置)中，具有在排气行程的前半程，从第一换气出口 2流出的换气流的一部分发生短路(走捷径)而从排气口 I排出的趋势。发明内容
本发明的目的在于提供一种在不需大幅改变双冲程内燃发动机的典型的结构的情况下能有效地防止漏气的双冲程内燃发动机。
上述技术问题通过提供本发明的如下的双冲程内燃发动机而得以解决，上述双冲程内燃发动机一边将曲柄室内的混合气经由换气通路排出至燃烧室，一边将上述燃烧室内的已燃气体经由排气口朝外部排出，其特征是，包括
第一换气出口，该第一换气出口面向上述燃烧室开口，且指向远离上述排气口的方向；
主换气通路，该主换气通路将上述第一换气出口与上述曲柄室连通；
第二换气出口，该第二换气出口面向上述燃烧室开口，且配置在比上述第一换气出口更远离上述排气口的位置上，并且指向远离上述排气口的方向；以及
分岔换气通路，该分岔换气通路从上述主换气通路开始分岔，并朝向远离上述排气口的方向倾斜地延伸，且与上述第二换气出口相连，
上述分岔换气通路的平均通路截面积小于上述主换气通路的平均通路截面积，
上述第一换气出口和第二换气出口的合计开口面积大于上述主换气通路的面向上述曲柄室的入口部分的通路截面积。
S卩，根据本发明，由于该换气通路的面向燃烧室的换气出口的开口面积大于换气通路的面向曲柄室的入口部分的通路截面积，因此，从换气出口排出的换气流的速度比以往更慢。此外，由于分岔换气通路由比主换气通路更细的通路构成，因此，从与分岔换气通路相连的第二换气出口排出的第二换气流的流速比从位于排气口一侧的第一换气出口排出的第一换气流的流速快。而且，利用倾斜的分岔换气通路，可提高对从第二换气出口排出的第二换气流进行的定向。
由此，从排气口一侧的第一换气出口排出的第一换气流被从配设在远离排气口的位置上的第二换气出口排出的第二换气流吸引。藉此，能减少在排气行程初期，第一换气流的一部分从排气口朝外部流出的走捷径现象。此外，从第一换气出口、第二换气出口排出的第一换气流、第二换气流的速度比较慢，而且，从第一换气出口排出的第一换气流被从第二换气出口排出的第二换气流朝远离排气口的方向吸引，因此，第一换气出口的第一换气流朝远离排气口的方向移动，接着，与缸膛的内壁面发生碰撞而使流向反转，从而使第一换气流移动到排气口为止的移动距离变长。因此，能抑制排气行程后半程的漏气(参照后面说明的图2)。
典型地只要改变现有的四气流换气式发动机的换气通路就能实现本发明的与抑制排气行程初期及后半程的漏气有关的效果。当然，既可以由曲柄室的混合气构成从第二扫气出口喷出的第二扫气流，也可以对分岔换气通路供给新鲜空气，而由该新鲜空气来构成第二换气流。
本发明的其它目的及作用效果可通过以下对本发明的优选实施例的详细说明得以理解。
图I表示实施例的发动机的缸膛及在缸膛上开口的排气口、吸气口、多换气出口， 其是用于说明与多换气出口相连的换气通路的图。
图2是用于说明图I的实施例中包含的换气系统的作用的图。
图3是立体表示图I的实施例中包含的换气系统的换气通路及换气出口的图。
图4是用于说明主换气通路的面向曲柄室的入口部分的通路截面积的图。
图5是用于说明第I变形例的换气通路的图。
图6是用于说明第2变形例的换气通路的图。
图7是用于说明第3变形例的换气通路的图。
图8是用于说明第4变形例的换气通路的图。
图9是用于说明第5变形例的换气通路的图。
图10是用于说明现有的双冲程发动机中包含的换气系统的图。
图11是立体表示现有的双冲程发动机的换气通路和与该换气通路相连并面向燃烧室的换气出口的图。
图12表示现有的发动机的缸膛及在缸膛上开口的排气口、吸气口、多换气出口， 其是用于说明与多换气出口相连的换气通路的图。
图13是用于说明将现有的双冲程发动机中包含的换气出口接近吸气口一侧时的问题的图。
图14是用于说明将现有的双冲程发动机中包含的多换气出口接近排气口一侧时的问题的图。
符号说明
10发动机
12缸膛
14吸气口
16排气口
20第一换气出口(排气侧)
22第二换气出口(吸气侧)
24与第一换气出口连通的主换气通路
24a主换气通路的面向曲柄室的通路入口
26与第二换气出口连通的分岔换气通路
26a分岔换气通路的倾斜的上方壁
26b分岔换气通路的倾斜的下方壁
28第一换气流(第一换气出口处的换气流)
30第二换气流(第二换气出口处的换气流)
SI主换气通路的平均通路截面积
S2分岔换气通路的平均通路截面积
S3主换气通路的入口部分的通路截面积
S4第一换气出口的开口面积
S5第二换气出口的开口面积具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施例进行说明。
图I 图3表示本发明的实施例。参照图1，空冷式单缸双冲程内燃发动机10具有由铝压铸制的汽缸座形成的缸膛12。在该缸膛12上开口的吸气口 14和排气口 16处于缸膛12的大致直径方向上相对的位置，从吸气口 14供给而来的混合气填充到曲柄室(未图示)内。
参照图2，以连接缸膛12的中心O与排气口 16的中心的假想线CL为对称轴而呈线对称地配设有成对的第一换气出口 20、第二换气出口 22。利用活塞(未图示)对第一换气出口 20、第二换气出口 22进行开闭。实施例的双冲程内燃发动机10的目前为止结构与现有的四气流换气式发动机相同。
参照示出实施例的发动机10所含的换气系统的图3，靠近排气口 16—侧的第一换气出口 20通过形成于汽缸座(未图示)的、上下方向延伸的主换气通路24而与曲柄室(未图不)连通。该第一换气出口 20与以往相同,指向远离排气口 16的方向。
接着参照图3，双冲程内燃发动机10具有从主换气通路24开始分岔、并朝吸气口 14 一侧倾斜地延伸的分岔换气通路26，该分岔换气通路26具有从主换气通路24朝向吸气口 14 一侧朝斜上方倾斜地延伸的上方壁26a和下方壁26b，上方壁26a和下方壁26b相互基本平行地延伸。分岔换气通路26的截面形状与上述的主换气通路24相同，可以是任意的。分岔换气通路26的上端与第二换气出口 22光滑相连，该第二换气出口 22与上述的第一换气出口 20相同，面向燃烧室开放。而且，第二换气出口 22与以往相同，指向远离排气口 16的方向。
与排气口 16—侧的第一换气出口 20相连的主换气通路24中的、从面向曲柄室的通路入口 24a至第一换气出口 20为止的平均通路截面积S I (图3)与分岔换气通路26中的、从主换气通路24所分岔出的分岔部至第二换气出口 22为止的平均通路截面积S2 (图 3)相比，分岔换气通路26的平均通路截面积S2小于主换气通路24的平均通路截面积SI， 具体而言，分岔换气通路26的平均通路截面积S2是主换气通路24的平均通路截面积SI 的大约O. 56 O. 75倍，优选是分岔换气通路26的最小通路截面积是主换气通路24的最小通路截面积的大约O. 29 O. 38倍。即，分岔换气通路26由比主换气通路24更细的通路构成。
具有上述换气通路结构的发动机I与以往相同，利用活塞(未图示)对排气口 16及第一换气出口 20、第二换气出口 22进行开闭，将曲柄室的混合气填充到燃烧室内，利用流入该燃烧室的混合气进行换气。而且，面向曲柄室的主换气通路24的入口 24a (图3)不仅构成从曲柄室导入混合气的入口以生成从第一换气出口 20排出至燃烧室的第一换气流， 而且还构成从曲柄室导入混合气的入口以生成从第二换气出口 22向燃烧室排出的第二换气流。即，参照图3，实施例的发动机10的换气系统中，曲柄室内的混合气从主换气通路24 的通路入口 24a流入主换气通路24，然后，混合气在经由主换气通路24到达第一换气出口 20的途中被分配到分岔换气通路26。
因此，在实施例的换气系统中，与面向曲柄室的共用的入口通路部分24b的截面 (图4)的通路面积S3相比，面向燃烧室的多个换气出口、即第一换气出口 20和第二换气出口 22的合计开口面积(S4 + S5 :图3)更大。具体而言，在实施例中，第一换气出口 20和第二换气出口 22的合计开口面积(S4 + S5)是入口通路部分24b的通路截面积S3的大约I.2 I. 4倍。因此，可使从第一换气出口 20、第二换气出口 22流出的第一换气流28、第二换气流30的速度比以往更慢。
而且，如上所述，与位于吸气口 14 一侧的第二换气出口 22相连的分岔换气通路26 从位于排气口 16 —侧的主换气通路24朝向吸气口 14 一侧朝斜上方倾斜地进行延伸，但该分岔换气通路26的延伸方向与第二换气出口 22的指向方向相同，因此，能利用分岔换气通路26加强对从第二换气出口 22排出的第二换气流30进行的定向。
通过强化对从该第二换气出口 22排出的第二换气流30的流向进行的定向，从排气口 16 —侧的第一换气出口 20排出的第一换气流28被第二换气流30拖拽。由此，能减少在排气行程初期，第一换气流28的一部分从排气口 16向外部流出的短路(走捷径)现象。
此外，从第一换气出口 20、第二换气出口 22向燃烧室排出的第一换气流28、第二换气流30由于其合计开口面积大于共用的通路进口 24a，因此，可使第一换气流28、第二换气流30的流速较慢。而且，从与主换气通路24相连的排气口 16 —侧的第一换气出口 20 排出的第一换气流28被从吸气口 14 一侧的第二换气出口 22排出的第二换气流30吸引到吸气口 14 一侧，因此，第一换气出口 20的流速较慢的第一换气流28便会朝吸气口 14 一侧移动，接着，与缸膛12的内壁面发生碰撞而使流向反转，从而使第一换气流28移动到排气口 16为止的移动距离实质上变长。能利用第一换气流28、第二换气流30的较低流速及第一换气流28的移动距离的扩大来抑制排气行程后半程的漏气。
另外，为了确认效果而制作了试制发动机，与现有的发动机相比，确认了发动机的输出可提高大约I. 3 3. 3%, HC的排出可减少大约30%。
以上，对本发明的实施例进行了说明，但关于第一换气出口 20、第二换气出口 22， 例如，也可以如USP第6848398号说明书(上述的专利文献4)中公开的那样，对第一换气出口 20、第二换气出口 22的各侧壁20a、20b、22a、22b (图2)的角度、即第一换气出口 20的两个侧壁20a、20b和/或第二换气出口 22的两个侧壁22a、22b相对于连接缸膛12中心O 和排气口 16中心的对称轴线CL (图2)的交叉角度进行限定。关于该交叉角度，详细记载在USP第6848398号说明书中，因此，在此援引USP第6848398号说明书的全文，而省略其说明。
此外，在上述实施例中，对主换气通路24及分岔换气通路26形成在汽缸座上的例子进行了说明，但主换气通路24和/或分岔换气通路26也可以由与汽缸座分体的构件构成。即，例如既可以通过将通路形成构件能自由拆装地固定于汽缸座来形成主换气通路24 及分岔换气通路26，也可以利用能自由拆装地连接到汽缸座的管构件来形成主换气通路 24及分岔换气通路26。
图5 图10是用于说明变形例的图。图5表不将主换气通路24的下端部朝排气口 16 —侧进行位移、用倾斜的通路来构成主换气通路24的例子。图6表示将主换气通路 24进一步倾斜直到主换气通路24的下端部位于排气口 16下方的例子。
图7是表示对一个主换气通路24设置多个分岔换气通路26 (26A、26B)且使分岔换气通路26A、26B的下端上下分开地与主换气通路24相连接的例子的图。另外，在图7中， 示出了主换气通路24沿纵向立起设置的情况，但也可以如图5及图6所说明的那样将该主换气通路24倾斜配置。
图8与上述图7相同，表示对一个主换气通路24设置多个分岔换气通路26(26A、 26B)的例子，但该图8的例子示出了可以将一个分岔换气通路26A与主换气通路24连通， 并通过对这一个分岔换气通路26A进行分岔来形成另一个分岔换气通路26B的情况。
图9是示意表示利用新鲜空气进行换气的例子的图。该图9表示向分岔换气通路 26供给新鲜空气、使新鲜空气经由分岔换气通路26流入燃烧室来进行换气的例子，但关于该新鲜空气的供给，也可以如专利文献I中公开的那样，向主换气通路24供给新鲜空气，并将新鲜空气从第一换气出口 20排出至燃烧室，也可以从第一换气出口 20、第二换气出口 22 将新鲜空气排出至燃烧室。
在上述的实施例及变形例中，关于排气口 16 —侧的第一换气出口 20和吸气口 14 一侧的第二换气通路22的相对于水平面的倾斜角度(仰角)，优选将第二换气出口 22的仰角设定得比第一换气出口 20的仰角大。通过将第二换气出口 22的仰角设定为相对较大的角度，能对燃烧室内的已燃气体立体地进行换气。
本发明适用于链锯、灌木切割机、绿篱修剪机、鼓风机等移动操作机或小型操作机的动力源。
权利要求
1.一种双冲程内燃发动机，该双冲程内燃发动机一边将曲柄室内的混合气经由换气通路排出至燃烧室，一边将所述燃烧室内的已燃气体经由排气口朝外部排出，其特征在于，具有 第一换气出口，该第一换气出口面向所述燃烧室开口，且指向远离所述排气口的方向； 主换气通路，该主换气通路将所述第一换气出口与所述曲柄室连通； 第二换气出口，该第二换气出口面向所述燃烧室开口，且配置在比所述第一换气出口更远离所述排气口的位置，并且指向远离所述排气口的方向；以及 分岔换气通路，该分岔换气通路从所述主换气通路开始分岔，并朝向远离所述排气口的方向倾斜地延伸，且与所述第二换气出口相连， 所述分岔换气通路的平均通路截面积小于所述主换气通路的平均通路截面积， 所述第一换气出口和第二换气出口的合计开口面积大于所述主换气通路的面向所述曲柄室的入口部分的通路截面积。
2.如权利要求I所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，所述分岔换气通路的最小通路截面积是所述主换气通路的最小通路截面积的大约O. 29 O. 38倍。
3.如权利要求I或2所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，所述第一换气出口和第二换气出口的合计开口面积是所述主换气通路的面向所述曲柄室的入口部分的通路截面积的大约I. 2 I. 4倍。
4.如权利要求I至3中任一项所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，向所述主换气通路或所述分岔换气通路供给新鲜空气。
5.如权利要求I至4中任一项所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，所述主换气通路沿上下延伸。
6.如权利要求I至5的任一项所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，随着从所述主换气通路的面向所述曲柄室的入口部分起朝向所述第一换气出口，所述主换气通路越朝远离所述排气口的方向倾斜地延伸。
7.如权利要求I至6的任一项所述的双冲程内燃发动机，其特征在于，所述第二换气出口的仰角大于所述第一换气出口的仰角。
全文摘要
一种双冲程内燃发动机，其不需要改变其典型的结构就能有效防止漏气。对燃烧室供给曲柄室内的混合气来进行换气的主换气通路(24)具有从所述主换气通路(24)开始分岔的分岔换气通路(26)，分岔换气通路(26)朝向吸气口(12)一侧朝斜上方倾斜地延伸。主换气通路(24)与位于排气口(16)一侧的第一换气出口(20)相连。分岔换气通路(26)与位于吸气口一侧的第二换气出口(22)相连。分岔换气通路(26)的平均通路截面积比主换气通路(24)的平均通路截面积小。主换气通路(24)的面向曲柄室的入口(24a)的附近部分(24b)的通路截面积比第一换气出口(20)和第二换气出口(22)的合计开口面积小。
文档编号F02B25/20GK102926883SQ20121023813
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月10日 优先权日2011年8月10日
发明者大辻孝昌, 小林武平 申请人:株式会社山彦