CN100344861C - 二冲程发动机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

二冲程发动机(1)，尤其是用于手持式工具如电动链锯、切割砂轮等，它具有一个气缸(2)，其中设计有一个燃烧室(3)。燃烧室(3)由一个来回运动的活塞(5)限定。活塞(5)通过连杆(6)驱动一个可旋转支承在曲轴箱(4)里的曲轴(7)。燃烧室(3)与曲轴箱(4)在预定的活塞位置上通过至少一个溢流通道(11)相连接。燃烧室(3)有一个排气出口(10)。设有一个空气通道(9)，它使燃烧空气输入曲轴箱(4)里并在这空气通道里布置了一个节流元件。若设置有一个单独的燃料入口(13)至曲轴箱(4)里，该燃料入口由一个燃料计量***(15)供给，那么就可以实现一种紧凑的二冲程发动机(1)的结构型式。燃料计量***(15)同时具有根据节流元件的位置以及/或者根据发动机转速而输入燃料的机构。二冲程发动机(1)的工作方法规定：燃料与通过空气入口(14)输入的燃烧空气在曲轴箱(4)里形成燃料/空气混合物。

Description

二冲程发动机及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种二冲程发动机及其工作方法。
背景技术
由EP 1 176 296 A1已知一种二冲程发动机，它具有一个燃料/空气混合物的入口，这些混合物在一个汽化器里制备处理。此外有一个基本上无燃料的空气至扫气接受器的入口。汽化器比较来说需要许多结构空间，这是因为必须要设计大的通流横断面，以便能够输送足够量的燃料/空气混合物。在汽化器里的文氏管同时也需要许多结构空间。此外汽化器必须布置在一个非临界温度的部位里。
发明内容
本发明的任务是提出一种属于此类的二冲程发动机，它需要较小的结构空间，同时提出一种具有小结构空间的二冲程发动机运行的工作方法。
该项任务通过下述二冲程发动机和方法来解决。
根据本发明的一个方面，提供了一种二冲程发动机，其具有一个气缸，其中设有燃烧室，该燃烧室由可来回运动的活塞限定，其中活塞经过连杆来驱动可旋转地支承在曲轴箱里的曲轴，燃烧室与曲轴箱在规定的活塞位置上通过至少一个溢流孔相连接；还具有一个用于燃烧室出来的废气的出口和可将燃烧空气输入曲轴箱里的空气通道，在该空气通道里布置了节流元件，其中还设有单独的通入曲轴箱的燃料入口，该燃料入口由燃料计量***来供给燃料，其中该燃料计量***具有可根据节流元件的位置和/或根据发动机转速来输入燃料的机构，其特征在于，空气通道通到空气入口处，该空气入口布置在气缸上的活塞区域内，并且在规定的活塞位置上通过至少一个活塞窗口和至少一个溢流通道与曲轴箱连接。
根据本发明的另一方面，提供了一种二冲程发动机的工作方法，其中该二冲程发动机具有气缸，其中设有燃烧室，该燃烧室由可来回上下运动的活塞限定，其中活塞驱动了可旋转支承在曲轴箱里的曲轴，并且燃烧室与曲轴箱在规定的活塞位置上通过至少一个溢流孔相连接，该二冲程发动机还具有用于燃烧空气的空气入口，其中通过单独的燃料入口将燃料输入给曲轴箱，其特征在于，燃烧空气通过空气入口经由活塞的至少一个活塞窗口和至少一个溢流通道输入给曲轴箱，而且燃料与经空气入口输入的燃烧空气在曲轴箱里形成燃料/空气混合物。
规定分开向二冲程发动机输送燃烧空气和燃料。空气通道因而可以温度临界地进行布置。燃料并不在一个汽化器里处理，而是通过一个燃料计量***成滴状或者说作为乳化液输入。燃料与燃烧空气处理成燃料/空气混合物首先在曲轴箱里进行。燃料计量***根据一个节流元件的位置以及/或者根据发动机转速来计量供给燃料，而且不是如在通常的汽化器里那样通过空气流来进行。由于燃料和燃烧空气分别输入就可以单独地调定输入燃料和燃烧空气的控制时间。因而可以有利地影响二冲程发动机的满负荷特性。另外还通过燃料计量***避免了在一般的汽化器时出现的反喷效应。
燃料计量***最好具有一个燃料孔，该孔与一个调节装置相连。由于燃料成滴状或作为乳化液输送给曲轴箱，不需要使燃料在燃料孔处喷成细雾。因而燃料孔可以作得简单，而且调节装置里的压力与喷油嘴处的压力相比可以较低。用于计量供给燃料的机构最好包括有一个调节针阀，它控制着燃料孔的自由横断面。因而得到一种结构简单的燃料计量***。调节针阀的位置最好与节流元件的位置相耦联。若节流元件是一个节气门，它以一个节流轴可转动地支承在空气通道里而且这节流轴有一个部分，这个部分具有一个不是圆形的控制横断面并且作用于调节针阀上，那么就可以实现简单的耦联。有利的是使燃料计量***包括有一个电磁阀。
要使燃料孔汇入一个燃料通道，该通道与燃料入口相连。燃料通道有利地在燃料计量***的上游具有一个空气入口，这种空气作为燃料的载体介质。流经燃料通道的空气保证了：燃料从燃料孔经过燃料入口而抵达曲轴箱里。流过燃料通道的空气量远小于流过空气通道的空气量。燃料通道只有一个小的流通横断面，因而在通道壁上只可能沉积少量燃料。因而避免了在转速突然减小时混合物里油量增加。
为了能够与空气入口无关地来控制燃料入口，燃料入口通过一个薄膜阀与曲轴箱相连。然而也可优选地使燃料入口通过一个单向阀与曲轴箱相连。燃料入口的气口配气也是有利的。因而取消了附加的阀门。
规定要使空气通道在一个空气入口汇入，该空气入口布置在气缸上在活塞部位，而且它在预定的活塞位置上通过至少一个活塞窗口和溢流通道与曲轴箱连接。流过空气通道的空气因而扫过这溢流通道并用于一个基本上无燃料的扫气接受器。入口和溢流通道可以布置在气缸周围的一个大的范围上，这是因为并未设置一个燃料/空气-混合物的入口。活塞窗口最好布置在至少10％的活塞圆周上，优选布置在30％以上，而且特别是超过40％。
有利的是使空气通道在预先规定的活塞位置上直接汇入曲轴箱里。这样就可以使大量的燃烧空气输送给二冲程发动机1。
具有一个基本为无燃料的燃烧空气的空气入口的二冲程发动机的工作方法，要求经过一个单独的燃料入口将燃料输送给曲轴箱，并使燃料与经空气入口输入的燃烧空气在曲轴箱里处理成燃料/空气混合物。燃料/空气混合物在曲轴箱里的处理可以在没有一个单独的汽化器或者一个结构复杂的喷油嘴时使二冲程发动机运转。燃料成滴状或作为乳化液输送给曲轴箱并在曲轴箱里热的曲轴箱壁上的沉积下来。燃料从那里蒸发并与曲轴箱中已有的燃烧空气混合。燃料同时保证了曲轴箱的良好润滑。
燃料优选用作为载体介质的空气输入给曲轴箱。通过燃料入口使0％至20％的总燃烧空气输送给发动机。少量的经燃料入口输入的燃烧空气就可以形成具有一个较小流通横断面的燃料入口，从而对于要非临界温度地设置的燃料入口来说只需要较少的结构空间。相反，比较而言需要许多结构空间的空气入口则可以临界温度地设置，从而使二冲程发动机总共只需要较小的结构空间，而且可以良好地适配于现有的装配关系。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行叙述。所示为：
图1：一个二冲程发动机的简图；
图2：满负荷位置时具有燃料计量***的空气通道和燃料通道的简图；
图3：图2所示***在空转位置上；
图4：图3所示***，在燃料通道里有一个薄膜阀；
图5：图3所示***，在燃料通道里有一个单向阀；
图6：燃料通道和空气通道的布置简图；
图7：气缸和活塞的一个展开示意简图。
具体实施方式
图1中纵向剖视简明表示的二冲程发动机1具有一个气缸2，其中设有一个燃烧室3。出口10从燃烧室3通出。燃烧室3通过一个来回移动的活塞5在曲轴箱4的方向上限定。活塞5经过一个连杆6驱动一个可旋转地支承在曲轴箱5里的曲轴7。连杆6经一个活塞销3 4固定在活塞5上，活塞销通过两个对称布置的活塞销座31而延伸到活塞5里。在气缸2上连通有一个燃料通道8，该通道在活塞5的下死点部位里被活塞5封闭住。在活塞5的上死点部位里这燃料通道8经燃料入口13通入曲轴箱4里。
在气缸2上有一个空气通道9经过一个空气入口14而通入。空气入口14布置在气缸2的部位里。空气入口14可以在活塞5的每个位置上由活塞5封闭住，然而尤其为了输入大量的燃烧空气应使空气入口在活塞5规定的位置上直接通入曲轴箱4里。曲轴箱4和燃烧室3在活塞5规定的位置上，尤其在活塞5的下死点部位处通过溢流通道11液流相连。适合的是设置两个对称布置的溢流通道11，但另外数量的溢流通道11也是适宜的。溢流通道11分别以一个溢流窗口12通入燃烧室3。活塞5具有一个活塞窗口30，它由活塞裙29起径向向里延伸。在活塞5的规定位置上，尤其在上死点部位里，空气通道9经空气入口14、活塞窗口30和溢流通道11与曲轴箱4连接。
在二冲程发动机1运行时燃料经过燃料入口13而输送给曲轴箱4。在活塞5的上死点部位里燃烧空气就经过空气通道9、活塞窗口30和溢流通道11而输送给曲轴箱4。在活塞5的上死点部位里空气通道9可以直接通入曲轴箱4并因此使附加的燃烧空气输入。输入给曲轴箱4的燃料在曲轴箱4里沉积在热的壁上并从那里蒸发。通过这些在曲轴箱4里的运动部件就将燃料击碎成细小油滴。燃料则在曲轴箱4里与这经过空气通道9输入的燃烧空气形成燃料/空气混合物。当活塞5向下移动时溢流通道11的溢流窗口12在活塞5的下死点部位开放通向燃烧室3。经过这溢流通道11首先是位于前面的基本上无燃料的燃烧空气就流入燃烧室3。基本无燃料的燃烧空气避免了：从曲轴箱4里出来的溢流的燃料/空气混合物随同燃烧室3出来的废气可以经过出口10从燃烧室3里逸出。当活塞5向上运动时使燃料/空气混合物在燃烧室3里压缩并由火花塞35在活塞5的上死点部位处点燃。一旦活塞5在其向着曲轴箱4方向向下运动时开通了出口10，那么废气就通过出口10从燃烧室3里溢流，而燃烧空气和燃料/空气混合物就通过溢流通道11而流入燃烧室3里。
燃料通道8由一个燃料计量***15供给，该***表示于图2中。燃料计量***15有一个泵16，它通过一个阀门17向一个调节室18供给燃料。调节腔18经过一个燃料管22与一个燃料孔19连接，该孔设计在一个调节楔20上。也可以有利地使用另一种调节装置来代替调节腔18。在图2简明表示的调节楔20里伸入一个调节针阀21，当在燃料通道8的纵向中心轴线33的方向上移动时这针阀21就改变了燃料19处的自由横断面。通过调节针阀21在纵向中心轴线33的方向上滑动就可以改变输入二冲程发动机1的燃料量。燃料孔19使燃料连续不断地供给燃料通道8。
在空气通道9里布置了一个节气门23，它用一个节流轴24可转动地支承在空气通道9里。也可以使用另一种节流元件来代替节气门23。图2中表示了节气门23处于满负荷位置。在这位置上节气门23沿空气通道9的纵向布置并仅仅不太重要地阻碍了空气通道9里的流动横断面。节流轴24有一个控制横断面32，它具有一个展平部分25。控制横断面32设计成半圆形的，然而也可以为其它控制横断面。在图2所示的满负荷位置时展平部分25垂直于空气通道9的纵向中轴线40而布置。燃料计量***15的调节针阀21贴靠着展平部分25。当节流轴24旋转时调节针阀21通过控制横断面32在燃料通道8的纵向中轴线33的方向上运动。因而调节针阀21的位置与节气门23的位置相耦联。为了避免燃料从燃料计量***15进入到空气通道9里，在燃料计量***15上设置了密封36和37，它们使燃料通道8相对于环境保持密封。空气通道9和燃料通道8分别经过一个概略表示的凸缘42通到二冲程发动机1上。空气通道9和燃料通道8优选具有分开的凸缘42，燃料入口13或者空气入口14就设计在凸缘上。
图3表示了节气门23在关闭位置，也就是在空转位置。在这位置上节气门23基本关闭了空气通道9中的流通横断面。调节针阀21由控制横断面32在空气通道8的纵向中轴线40方向上移动，以至于调节针阀21的尖部38基本封闭住了调节楔20并因此关闭了通入调节楔20里的燃料孔19。因此只有少量燃料经燃料孔19进入燃料通道8里。根据节气门23的位置没有或者只有很少量的燃烧空气经空气通道9流至二冲程发动机1。
调节针阀21的位置也可以与发动机转速耦联。尤其是这调节针阀21的位置与一个节流元件的尤其是节气门23的位置以及发动机转速相耦联。有利的是：燃料计量***包括有一个电磁阀，从而用电代替机械进行耦联。在图2和3所示的实施例中燃料通道8如在图1中所示那样通入活塞5的部位里并由活塞5进行气口配气。
在图4所示的一个燃料计量***15的实施例中，燃料通道8经过一个薄膜阀26通入到曲轴箱4上。燃料通道8和曲轴箱4的连接因此与压力有关的进行控制。薄膜阀26具有一个薄膜28，图4表示其打开状态。在薄膜阀26的关闭状态下薄膜28贴靠在一个密封座39上。在按图4所示的实施例中燃料通道8有一个入口41，用于作为燃料载体介质的空气从中流过，它与空气通道9相连接。然而入口41也可以在一个空气滤清器的清洁侧上通入。入口优选布置在燃料计量***15的上游在燃料通道8里。这燃料通道8只具有一个小的流通横断面，以致于在输送给二冲程发动机1的所有燃烧空气中有0％至20％流过燃料通道8。80％至100％的燃烧空气流过空气通道9。燃料通道8只有一个小的流通横断面。在燃料通道8的壁上因此可能只有少量的燃料发生沉积。当转速突然减小时因此就避免了在曲轴箱4里所形成的燃料/空气混合物的多余的油量增加。流过燃料通道8的燃烧空气用作为燃料的载体介质。
如图5所示，可以在燃料通道8里设一个单向阀27来代替薄膜阀26。薄膜阀26或者单向阀27优选布置在至曲轴箱的燃料入口13的部位里。
图6简明表示了空气通道9和燃料通道8的布置。燃料通道8布置在空气通道9的侧面，也就是说在节流轴24的方向上偏置于空气通道9。节流轴24因此相交于空气通道9的纵向中轴线40以及燃料通道8的纵向中轴线33。在燃料通道8处节流轴24具有控制横断面32。
图7表示了气缸2和活塞裙29的展开图。气缸2在其圆周上具有出口10，两个溢流窗口12和一个在一个指向曲轴箱4的方向上布置于溢流窗口12对面的空气入口14。这空气入口14在圆周方向上看布置在溢流窗口12之间。入口窗口14的宽度b大于圆周方向上测得的在溢流窗口12之间的距离c，从而形成侧边的搭接部位a。在活塞裙29里设计了一个活塞窗口30。活塞窗口30有利地布置在至少10％的活塞圆周上，优选布置在至少30％以及尤其是至少40％的活塞圆周上。活塞窗口30在圆周方向上有利地布置在活塞5的大约50％的圆周上。活塞窗口30相对于活塞销座31在指向轴箱4的方向上偏置布置。活塞窗口30设计成大致直角形的，但也可以是其它形状。也可能是多个，尤其是两个活塞窗口。当活塞5在指向燃烧室3的方向上运动时活塞窗口30滑过空气入口14和溢流窗口12并在空气入口14和溢流通道11之间建立起一种液流连接。这样燃烧空气就可以经过空气入口14、活塞窗口30和溢流通道11而流入曲轴箱4里。由于不设燃料/空气混合物的入口，因而空气入口14和溢流窗口12具有大的溢流横断面，从而保证了足够量的燃烧空气输送至曲轴箱4。

Claims (16)

1.二冲程发动机，具有一个气缸(2)，其中设有一个燃烧室(3)，所述燃烧室(3)由一个来回运动的活塞(5)限定，其中活塞(5)经过一个连杆(6)来驱动一个可旋转地支承在曲轴箱(4)里的曲轴(7)，其中燃烧室(3)与曲轴箱(4)在规定的活塞位置上通过至少一个溢流孔(11)相连接；还具有一个用于燃烧室(3)出来的废气的出口(10)和一个将燃烧空气输入曲轴箱(4)里的空气通道(9)，在该空气通道(9)里布置了一个节流元件，其中还设有一个单独的通入曲轴箱(4)的燃料入口(13)，所述燃料入口由一个燃料计量***(15)来供给燃料，其中该燃料计量***(15)具有根据节流元件的位置和/或根据发动机转速来输入燃料的机构，
其特征在于，空气通道(9)通到空气入口(14)处，该空气入口(14)布置在气缸(2)上的活塞区域内，并且在规定的活塞位置上通过至少一个活塞窗口(30)和至少一个溢流通道(11)与曲轴箱(4)连接。
2.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料计量***(15)具有一个燃料孔(19)，这个孔与一个调节装置连接，其中用于计量供给燃料的机构包括一个调节针阀(21)，该调节针阀控制燃料孔(19)的自由横断面。
3.按权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于，所述调节针阀(21)的位置与节流元件的位置耦联。
4.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，节流元件是一个节气门(23)，该节气门用一个节流轴(24)可转动地支承在空气通道(9)里，其中节流轴(24)具有一个部分，该部分具有不是圆形的控制横断面(32)并作用于一个调节针阀(21)上。
5.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料计量***包括一个电磁阀。
6.按权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料孔(19)通入一个燃料通道(8)，该通道与燃料入口(13)连接。
7.按权利要求6所述的二冲程发动机，其特征在于，所述燃料通道(8)在燃料计量***(15)的上游有一个入口(41)，用于作为燃料载体介质的空气从中通过。
8.按权利要求2所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料入口(13)通过一个薄膜阀(26)与曲轴箱(4)连接。
9.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料入口(13)通过一个单向阀(27)与曲轴箱(4)连接。
10.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，燃料入口(13)是缝式配气的。
11.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，所述活塞窗口(30)布置在活塞(5)圆周的至少10％上。
12.按权利要求11所述的二冲程发动机，其特征在于，所述活塞窗口(30)布置在活塞(5)圆周的40％以上。
13.按权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，空气通道(9)在规定的活塞位置上直接通入曲轴箱(4)里。
14.一种二冲程发动机(1)的工作方法，其中该二冲程发动机(1)具有一个气缸(3)，其中设有一个燃烧室(3)，所述燃烧室(3)由一个来回上下运动的活塞(5)限定，其中活塞(5)驱动了一个可旋转支承在一个曲轴箱(4)里的曲轴(7)，并且燃烧室(3)与曲轴箱(4)在规定的活塞位置上通过至少一个溢流孔(11)相连接，该二冲程发动机(1)还具有一个用于燃烧空气的空气入口(14)，其中通过一个单独的燃料入口(13)将燃料输入给曲轴箱(4)，
其特征在于，燃烧空气通过空气入口(14)经由活塞(5)的至少一个活塞窗口(30)和至少一个溢流通道(11)输入给曲轴箱(4)，而且燃料与经空气入口(14)输入的燃烧空气在曲轴箱(4)里形成燃料/空气混合物。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，用空气作为载体介质将燃料输入给曲轴箱(4)。
16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，经过燃料入口(13)使所有燃烧空气的0％至20％输入给二冲程发动机(1)。
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