一种二冲程发动机的制作方法

专利名称:一种二冲程发动机的制作方法
本发明涉及一种适用于割草机、链条锯、树枝剪切机、发电机、切边机、压实机和类似机具的二冲程发动机。从上述实例可以预料，本发明的二冲程发动机不仅可应用于可移动的装置上而且也可应用于固定的装置上。但是，本发明首先是用于割草机的发动机。
常规的采用风扇式扫气的二冲程内燃机包括适于在缸体内能垂直往复运动的活塞，该活塞通过连杆与在配置于缸体下方的并彼此相通的缸体或曲轴箱内可转动的曲轴相连接。第一冲程开始时，活塞处于最高位置。当活塞上方的被压缩的汽油和空气的混合物点燃时，活塞向下推动直到缸体内的排气口打开。在缸体内仍处于高压的燃气能从排气口排出。当活塞进一步下降时，其上表面可以打开缸体内的进气口，使新鲜的汽油和空气的混合物进入缸体内将残余的燃气排出。当活塞在活塞在第二冲程再次上升时，排气口和进气口均关闭一段时间，在该时间内，汽油和空气的混合物被压缩以便开始新的循环。配置于进气口内或靠近进气口的风扇强使新鲜的汽油和空气的混合物进入缸体内。
一般的曲轴箱扫气的二冲程内燃机是不带扫气风扇的，曲轴箱呈气密性密封使其连同活塞能起泵的功能。当活塞上升时，在活塞下表面打开进气口前会在曲轴箱内产生局部真空，这就为新鲜的汽油和空气的混合物进入曲轴箱内打开了通路。当活塞下降时，曲轴箱内的混合物稍微压缩，使得活塞顶面打开缸体内的输气孔或溢流导管就可使被压缩的混合物可以经活塞上方的输气孔进入缸体内，所述的输气孔或溢流导管把曲轴箱与缸体相连接。
在风扇扫气的二冲程发动机中，风扇会增加成本。然而，当取消缸体和曲轴箱之间的输气孔时，曲轴可以用油浸式润滑而不存在曲轴箱的油在缸体内形成其通路的危险。在比较便宜的曲轴箱扫气的发动机中，润滑油是与汽油混合的，或用小型的润滑油泵滴状地向各润滑点供油。进入曲轴箱的油很容易通过输气孔进入缸体，穿过排气口。
上面提到的一般二冲程发动机的缺点是(1)由于曲轴箱与缸体呈开式连通，燃烧生成的燃气对缸体和曲轴箱会腐蚀，而且杂质能进入缸体或曲轴箱对工作表面磨损和破坏，造成经常的维修和检查。
(2)连杆与曲轴和活塞呈转动连接，引起活塞和缸体之间的摩擦，并使曲轴与连杆和活塞与连杆之间的各转动相连接处的过大磨损和损坏。
(3)活动件的数量过多。
(4)传递到使连杆和曲轴相互成转动连接的曲柄销的牵引力不在一条直线上，造成功率损失。
可供参考的二冲程火花点火发动机是止转棒轭曲轴机构上采用的发动机。这种发动机发表在1985年国际非公路和动力装置会议专辑“SAE技术论文辑851518”中的David Kirk的论文中，并于1985年9月9-12日在美国的麦加(Mecca)、密而沃基(Milwaukee)、威斯康辛(Wisconsin)展出。
在这篇论文中，涉及到一种想用于轻型飞机推进装置的二冲程火花点火发动机。采用一种经改进的止转棒轭曲柄机构和二个彼此成直角的往复运动的组合构件得到一种结构紧凑的四缸径向排列的发动机。这种在上述文献中叙述的一般止转棒轭机构包括两个装有整轮的相同管状的活塞杆，该杆通过螺钉与轭件连接，可以前后往复运动。曲轴与滑块如呈滑动安装在轭件上的辊柱连接，且可转动。活塞杆的往复运动使曲轴箱内的曲轴转动。Kirk发动机在其外部配置有一个单永磁电机并直接由曲轴的辅助端驱动。
可供参考的美国VN AlbertsoN的专利us3617652也介绍了各种止转棒轭机构的形式。但是该机构是以上述基本原理为基础的。美国专利US981995、1181892、2122676、2122677、2172670、2147666、4013048、4331108和法国专利FR595404也在前面提到的Kirk参考资料中叙述过，但不能认为是与本发明相关的。在前面提到的参考资料的Reitz的美国专利4013048是最有意义的资料，因为它介绍了一种经改进的止转棒曲柄机构。
然而，对于以止转棒曲柄原理为基础的二冲程发动机始终存在一个要求，即能适用于单活塞和缸体装置中，它对于通常需要人力牵引起动的割草机发动机是最为有效的。但是，正如上面所述的那样，大多数割草机发动机的制造一直是基于如上面所说的相应而生的缺点的一般风扇扫气的或曲轴箱扫气的结构。
本发明的任务是提供一种经改进的二冲程内燃机，它减小了上面提到的现存技术的缺点。
本发明的发动机包括有(a)一个单活塞缸体，(b)一个输气孔，(c)一个配置于缸体内的进气口，(d)一个配置于缸体内的排气口，
(e)一个安装于缸体内的活塞，(f)一个与活塞成一体的或与活塞成其它方式刚性固定的连杆，(g)一个安装于与活塞缸体邻接的但彼此呈密封隔开的曲轴箱，(h)一个配置于曲轴箱内的曲轴，(i)位于曲轴和连杆之间能使曲轴易于在曲轴箱内转动的可转动的连接装置，(i)安装在曲轴箱内的电点火装置。
本发明的二冲程发动机是对现有技术特别是对如上所述的止转棒曲柄方案的一种改进，在关连的活塞缸体内不是配置对置活塞而是采用一个单活塞缸体和相关连的活塞接头，该活塞接头通过前面提到过的可转动的连接装置与曲轴相连。
活塞缸体有相应的连续的侧壁、底壁和顶壁。该活塞缸体是圆柱形的，其横截面的形状可以采用任一别的相应形状，如矩形或多边形。活塞缸体最好具有与其连带的冷却装置。活塞缸体有相应的点火装置，如按一般方式安装在顶孔内的火花塞。
活塞缸体的侧壁还相应配置有进气口和排气口，进气口在排气口之下。
活塞的横截面形状与活塞缸体相类似，且有如装在活塞外表面扣槽内密封环之类的密封装置，以便象现有技术所知的那样将活塞顶面与底面隔开密封。
活塞缸体中有一个输气孔，它使液体或气体易于从活塞底面之下输到活塞顶面之上。在一种型式中，它可以是一个溢流导管或者是类似管子通道，导管或通道是与活塞缸体的侧壁相连的。
然而，在一个可供选择的实施例中，输气孔可以配置在带有检验阀的活塞内，如带有弹簧承载的球阀或止回阀的活塞内。
连杆与活塞可以成整体或成刚性连接，使之连杆和活塞的组合件的运动如同一个装置那样。为此目的用的相应刚性连接装置可以是铆钉、螺钉和螺母或类似物。
如上面提到过的活塞缸体的底壁使活塞缸体内部和曲轴箱内部隔开密封。
底壁上相应配置的定位孔使连杆作往复运动。
曲轴箱可以有任何相应的形状，如圆柱形或长方形。曲轴箱配有较好的相应起动装置，如具有一个或多个象现有技术中所知的与可转动的辅助装置相连接那样的转动爪的牵引绳索相连接的转动板。可供选择的方案是采用带有飞轮的起动马达装置。
曲轴箱的安装板与具有联接孔的底面相连接，使之与上述的相应固定或移动装置的支承框架联接。曲轴箱可以配置一个随动套管，以支承或定位驱动轴，该驱动轴与曲轴成一体或成刚性连接。象现有技术那样，驱动轴可有齿轮装置。该驱动轴的外部自由端可以象现有技术那样使割草机的叶片形支承板与其相连接。
可转动的联接装置包括一个与连杆成一体的或通过任何相应的刚性联接装置如螺母和螺栓、铆钉或类似物与连杆成刚性连接的支架或支座。座件可以用螺钉固定在支座的固定孔内，连杆可以用螺钉固定在座件内。
安装在支架或支座中的可以是能固定孔中往复运动而呈滑动安装的滑块或滚筒。这种滑块的材质应具有相当的摩擦材料，如塑料或DELRIN。与滑块连接的可以是与曲轴成一体或成刚性连接的曲柄销，并用一个弹簧垫圈固定在适当位置。曲柄销可以象上述的方式那样与起动装置连接。
曲轴可以有任一相应的形状，如具有能使可转动联接装置的重量配平装置的实心圆盘，该配平装置可以是与可转动联接装置靠近配置的周边切口、槽或开口。
如果需要，曲轴还可以配置一块磁铁，该磁铁是通过可拆卸的相应联接装置如螺钉固定的联接板或滑块设置在曲轴的固定槽内。
曲轴箱还可以有点火装置，该点火装置通过一个相应的支架与曲轴箱的内表面成可拆卸连接。电点火装置是呈电性与火花塞连接的，这样，当电点火装置与火花塞成电性连接使曲轴上的磁铁与电点火装置导通时，就会感应出流向火花塞的电流，以致需要时点燃缸体内的燃气。即活塞到达其向上运动的极限时点燃缸体内的燃气。
现在参照在下列附图中所示的本发明的最佳实施例图1是根据本发明构成的二冲程发动机的透视图。
图2是装有如图1所示二冲程发动机的割草机的透视图。
图3是图1所示的表示二冲程发动机工作循环的各阶段视图。
图4是图1所示的二冲程发动机的分解透视图。
图5是根据本发明并结合实施例而构成的二冲程发动机的分解透视图。
图6是用于安装其支承装置可轴向运动的电点火装置的支承装置的剖面图。
图7和图8是适于配置在活塞顶部的减压阀视图，当减压阀打开时，气体通过减压阀入口流向活塞下面的活塞缸体腔室。
图9是本发明所采用的经改进的减压阀视图。
图10至图13是沿图7线A-A的本发明采用的阀件的各种结构。
图1中的发动机10包括一个具有侧壁12和冷却肋片13的活塞缸体11，进气口14和排气口15。活塞11的顶端部16和底壁17通过螺栓18和螺母19彼此连接，顶壁16有冷却的肋片20和装在其中的火花塞21。活塞22在缸体11中呈滑动式往复运动，与活塞22成一体的连杆23穿过底壁17的定位孔24。曲轴箱25封住与连杆23成刚性连接的安装架26和滑块27，以便在其中能作滑动式往复运动。曲柄销28与曲轴29成一体或成刚性连接，曲柄销28是通过垫圈30和可拆卸的紧固件31与滑块27连接，曲轴29与驱动轴32成为一体。图中还配置有由控制元件34控制的电点火装置33，点火装置33和火花塞21由电缆34A彼此连接。
装有发动机10的割草机35具有靠地面接触轮37支承的底盘36、手柄38、横向构件39和40、和后部收集器41。牵引起动致动器42按上述方式与曲柄销28连接。图中所示的操纵杆43能使手柄38相对横向构件40绕枢轴转动实现输送的目的，燃油控制元件44装在手柄38上。
图3示出了图1中发动机运行的工作顺序。在图3(A)中，装在曲轴29上的磁铁45与电点火装置33接通，使电流经电缆34A流到火花塞21，致使活塞22上方的空气和汽油的混合物燃烧，活塞22随之被如图3(B)所示那样向下推动。在图3(A)中，气体可以经进气口14进到活塞缸体11，当活塞22如图3(B)中所示那样下降时，它将压缩活塞22下面的活塞缸体11内的混合气体，排气口15打开，排出燃气。
在图3(C)中，输气孔46是打开的，气体可以从下面流到活塞22上方的活塞缸体11内，燃气仍可经排气口15排出。当活塞22按图3(D)上升时，排气口15和输气孔46被关闭，气体在活塞22上方被压缩。曲轴箱25是由端壁17与活塞缸体11隔开密封的，因此滑块27可以通过与支架26刚性连接的连杆23的作用在支架26内作前后的自由往复运动。曲柄销28与随滑块27转动的曲轴29成刚性连接，曲轴29上的磁铁45使如图3(A)所示那样将活塞22上方的气体点燃。图中所示的减压阀29A在下面作更详细的说明。
在图4所示的分解视图中，活塞22上的扣槽47是作为配置密封环48用的。连杆23在安装座49中与开口簧环50连接，连杆23带螺纹的端部50A装在安装支架26的配合孔51中，其中的孔51是设置在凸台52中。电点火元件34是通过与固定支架53连接的螺钉54装在曲轴箱25的内表面。
控制元件34也是通过与固定凸耳55连接的螺钉56装在曲轴箱25的内表面，磁铁45通过固定凸耳57和螺钉58装在安装凹槽53A内，曲轴29设置有配平槽或配平切口60，滑块27装在滑块27的安装孔61中，曲轴29的轴32配置有能与叶片形安装板(未示出)连接的切口62且可穿过曲轴箱25的孔63。
在本发明的另一实施例中，电点火装置能从如图3A所示的按相对于上止点导前或滞后位置的位置移运。相应的导前位置可以为上止点前35°，而相应滞后位置可以为上止点后5°。这些数值代表着火花塞点燃随之燃油燃烧的范围。
在实现这一目的的一种结构中，为能实现如上述那样的导前或滞后的位置，电点火装置是可移动的。这对发动机空转的和转好的性能之间起动是有利的。因此，在某些情况下，电点火装置从某一滞后位置移动到某一导前位置是有益的。电点火装置可以在发动机起动时先置于滞后位置和移动到功率显著高的导前位置。对于这一点来说，因为较低的压缩阻力和较快的燃烧，所以发动机在滞后位置起动更为容易。
这个实施例在图5至6中示出，活塞缸体11A的侧壁具有冷却肋片13A和排气口15A，进气口被视图挡住。活塞缸体11A的前壁16A配置有冷却肋片20A，在孔21A内装火花塞21，活塞22A可在缸体11A内呈滑动式往复运动且有与其一体的连杆23A。曲轴箱25A围住安装支架26A，该安装支架26A与连杆23A成刚性连接，连杆23A带有螺纹的端部50A与支架26A的配合孔51A连接且穿过安装座49。支架26A有一槽26B，曲柄销28在槽26B内成滑配。曲轴29A与驱动轴3A成整体结构，由控制元件34A控制的电点火装置的一端与火花塞21连接的电缆34B连接，活塞22A上的扣槽47A是装密封环48的，磁铁45由固定凸耳57定位，曲轴29A上配置有配平槽60A，滚筒形滑块27A装在安装柱61A上，轴32A配置有能与叶片型安装板(未示出)连接的切口62A且穿过曲轴箱25A的孔63A。
在上述的实施例中，安装件64是供电点火装置33A安装用的。该安装件64包括环形部分65和具有能供电点装置33A安装用联接孔67的连接凸耳66，用螺钉54A将点火装置33A与凸耳66固定，螺钉54A可以穿过点火装置33A与凸耳部分53B的配合孔53A，电缆68将安装件64与化油器相互连接起来并在需要时可使安装件64转动。
在图7和图8中，示出了一种相应结构形式的减压阀69，该减压阀可以设置在活塞22或22A的顶壁70内。阀69包括可移动的阀件71和一个环形阀头72。环形横截面的阀杆73可以在阀孔74内呈往复运动的滑动配合，阀杆73与支承肋75接触。阀孔74底的弹簧76由簧环77固定其中。该图中还示出了活塞22或22A的中空空间78和活塞杆79。
工作时，阀69因发动机10不工作时下止点的弹簧作用而打开，因活塞22或22A上方燃烧室内压力升高时到达上止点的活塞使其关闭。当阀关闭时，发动机点火，点火后活塞22或22A上方燃烧室内的压力迅速升高，利用燃烧室内的压力大于弹簧76的恢复力使阀69保持关闭状态。当阀69打开时，气体能从活塞22或22A上方的腔室经排气口80排入活塞下方的腔室，如图8的箭头所示。图7表示阀处于被关闭的位置。
然而，除了上述的发动机起动时阀69会被关闭之外，在向下冲程中，当活塞22或22A接近下止点时，因为气体会经输气孔46送到活塞上方的腔室，引成真空或使压力减少的区域，从而使阀69保持关闭。向上冲程接近上止点时，阀会保持象上面所述那样的关闭状态。
在图9中，示出了一种经改进的减压阀81，其中的阀件71与活塞82连接。该减压阀81还包括一个真空孔83，当马达10不工作时阀81是打开的。
当发动机起动和牵引冲程开始运行时，活塞22或22A下方腔室的压力会维持阀81打开。当活塞22或22A通过下止点时，活塞22下方的腔室压力减小，使阀81因气体经真空孔83排出而关阀。当活塞22或22A接近上止点时，活塞上方腔室的压力会使阀81保持关闭。
活塞22或22A顶壁装有减压阀的基本优点在于当减压阀处于打开位置时，为活塞上方腔室中的气体提供了流入下方腔室的通道。这意味着，上方腔室的压力会大大的减小，使发动机易于起动。可以置信上方腔室压力能有效减小40%。这样一来，对于一般的二冲程发动机来说，上方腔室的压力通常为130～150磅/吋2。对于按本发明构成的二冲程发动机而言，该压力可减小约70～90磅/吋2。
在图10至图13中简要示出了能使上方腔室的空气流入下方腔室的各种通口的形式。图10表示阀杆73A穿过具有通口85和86的导向件84。图11表示阀杆73B穿过导向件87或导向肋87，借以提供通口88。图12表示导向件84和通口90围着阀杆73C。图13表示导向件91围着带有通口92的阀杆73D。
由本发明的二冲程发动机和象最佳实施例所示出的二冲程发动机的优点如下(ⅰ)可以明显地减小活塞缸体的摩擦。因为活塞在缸体中可具有均匀的速度，这样可消除活塞运动终端的速度增加，而这种速度的增加在现有技术中是存在的。因此，这种发动机可以在较低的温度下运转且以每秒钟转数表示的回转速度较高。
(ⅱ)曲轴可以用较轻的材料如铝制造，以减轻重量，并在曲轴箱内使用了内部电点火装置。
(ⅲ)曲轴油可以被密封，因为油在曲轴上没有通道。
(ⅳ)因为活塞和连杆是单件组合成一体的，消除了对活塞销、支承的簧环和一些机械的硬化和磨削工序的需要。
(ⅴ)滑块可以用相对轻的材料如DELRIN，以减小重量、磨损和噪音。
(ⅵ)如图4所示，整个发动机装置可以在短时间内拆卸和组装。
(ⅶ)活塞缸体具有一个较大效率而体积较小的内腔室。
(ⅷ)该发动机易于采用可安装在活塞内的内部减压装置。
(ⅸ)作用在曲柄销的力或冲击是呈直线的，因而大部分力可以传递给曲柄销。
(ⅹ)滑块和安装支架的采用减小了惯性应力。
(ⅹⅰ)减少了发动机的构件数量。
(ⅹⅱ)根据上述优点(ⅰ)，活塞缸体或气缸可以用铝制造，从而减轻了整体的重量。
(ⅹⅲ)滑块本身可调整，从而减小甚至在发动机磨损情况下工作的噪音。
(ⅹⅳ)曲轴箱和活塞缸体是分离的，从而减少了燃气的腐蚀作用。
(ⅹⅴ)由于机械加工量少，使发动机的制造容易，造价较低。
(ⅹⅵ)发动机具有多功能性，要求小型发动机的场合均可适用。
(ⅹⅶ)根据情况，本发动机可以与现有的或新的割草机相匹配。
权利要求
1.一种二冲程发动机，它包括(a)一个单活塞缸体，(b)一个输气孔，(c)一个配置于缸体内的进气口，(d)一个配置于缸体内的排气口，(e)一个安装于缸体内的活塞，(f)一个与活塞成一体的或与活塞成其他方式刚性连接的连杆，(g)一个安装于与活塞缸体邻接但彼此隔开密封的曲轴箱，(h)一个配置于曲轴箱内的曲轴，(i)位于曲轴和连杆之间能使曲轴箱内的曲轴转动的可转动连接装置，(j)安装在曲轴箱内的电点火装置。
2.根据权利要求
1所述的二冲程发动机，其中活塞缸体有一个底壁，该底壁使活塞缸体的内部与曲轴箱的内部隔开密封。
3.根据权利要求
1或2所述的二冲程发动机，其中可转动的连接装置包括一个与连杆成一体或成刚性连接的安装支架或支座，并配置有一个能在安装支架或支座中往复运动的呈滑配的滑块或滚筒。
4.根据权利要求
3所述的二冲程发动机，其中安装支架或支座有一个与曲轴成一体的或成刚性连接的曲柄销。
5.根据上述任一权利要求
所述的二冲程发动机，其中曲轴上配置有一个当其导通时能使电点火装置点燃发动机的磁铁。
6.根据上述任一权利要求
所述的二冲程发动机，其中电点火装置固定安装在曲轴箱的内表面上。
7.根据权利要求
1至5其中的任一项所述的二冲程发动机，其中电点火装置可在曲轴箱中移动到上止点的导前或滞后的某一位置。
8.根据权利要求
7所述的二冲程发动机，其中导前位置可达上止点前35°，滞后位置可达上止点后5°。
9.根据权利要求
7或8所述的二冲程发动机，其中电点火装置安装在一个安装件上，该安装件可以在曲轴箱内有选择地转动，以达导前位置或滞后位置。
10.根据上述任一权利要求
所述的二冲程发动机，其中在活塞的顶部配置有一个使发动机易于起动的减压阀。
11.根据权利要求
10所述的二冲程发动机，其中减压阀包括一个可在活塞的一个配合孔中移动的阀件，当阀处于打开位置时，从活塞上方的活塞缸体腔室出来的气体可流入活塞下方的缸体的腔室。
12.根据权利要求
11所述的二冲程发动机，其中配合孔的侧壁有一个使所述气体流动的排气口。
13.根据权利要求
11或12所述的二冲程发动机，其中阀件是通过一个压缩弹簧或别的弹性元件偏置于打开的位置。
14.根据权利要求
12所述的二冲程发动机，其中减压阀处于真空状态下工作，在配合孔的侧壁上有一真空孔，所述阀件底端有一个活塞。
15.根据权利要求
10至14任一项所述的二冲程发动机，其中阀件适于与配合孔中的一个或多个导向件成支承接触。
16.根据权利要求
15所述的二冲程发动机，其中导向件有一个或多个进入孔。
17.一种基本上与参照附图所述的二冲程发动机。
专利摘要
一种二冲程发动机，它包括(a)一个单活塞缸体，(b)一个输气孔，(c)一个配置于缸体内的进气口，(d)一个配置于缸体内的排气口，(e)一个安装于缸体内的活塞，(f)一个与活塞成一体的或与活塞成其他方式刚性固定的连杆，(g)一个安装于与活塞邻接的曲轴箱，(h)一个配置于曲轴箱内的曲轴，(i)位于曲轴和连杆之间能使曲轴易于在曲轴箱内转动的可转动的连接装置，(j)安装在曲轴箱内的电点火装置。曲轴最好配置一个磁铁，当磁铁导通时，电点火装置在曲轴箱内移动，使其处于上止点导前或滞后的某一位置。活塞顶部配置一个减压阀更使发动机易于起动。
文档编号A01D34/00GK87102814SQ87102814
公开日1987年10月7日 申请日期1987年3月21日
发明者罗杰·马丁·霍尔 申请人:罗杰·马丁·霍尔导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan