专利名称：两冲程发动机的排气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及两冲程发动机的排气系统，更具体来说，涉及一种能够减小排出的废气的碳氢化合物(HC)浓度而不显著减小两冲程发动机输出功率的排气系统。
两冲程发动机利用排出的废气的压力脉冲提高输出功率，也就是说，在经过下死点后向上移动的活塞首先封闭扫气孔，然后封闭排气孔，脉动的排出废气的正压力作用在排气孔上以防止新充气的漏失。
由于在两冲程发动机中，当发动机高速工作时，排出废气的脉冲与活塞的冲程是同步的，因而当两冲程发动机以低速工作时，排出废气的脉冲与活塞的冲程量不同步的，因此，容易出现在排气孔封闭前负压作用在排气孔上而形成漏气的现象。当节气门开度小时如出现漏气，容易出现不发火现象，这是因为当节气门开度小时，吸入两冲程发动机的新充气量小的原因。因此使燃油消耗增大且排出废气中碳氢化合物的浓度也增大。
为解决上述问题，日本实用新型申请第60-72925号中公开的发动机输出功率调节装置采用一种连接于发动机排气孔的排气管，其具有一阀室，且设有可摆动地支承在阀室中的一蝶形节流阀，在阀室壁与蝶形节流阀之间有一间隙，该蝶形节流阀与发动机的节气门是互锁的。
这种蝶形节流阀即限流阀的作用是阻碍排出的废气流，使排出废气的碳氢化合物浓度减小以净化排出的废气。但是，设置这种带有与节气门互锁的限流阀的排气管并不是减小废气中碳氢化合物浓度的完善手段，这是因为具有不同排量的发动机也需要不同的排气管并排放不同质量的废气。
由于限流阀增加了对排出的废气流的阻力且阀室作为一膨胀室会在排气管中产生反射波，从而减小了发动机的输出功率。
本发明在排气管中的最佳位置上设置一限流阀并以最佳形状形成容纳限流阀的阀室，因而提供了净化排出的废气又不显著减小发动机输出功率的效果。
本发明提供一种两冲程发动机的排气系统，该系统包括一条设有用作阀室的扩大部分的排气管，以及一设置在阀室中的限流阀，该限流阀与两冲程发动机的节气门互锁从而当节气门开度小时减小了排出废气的通道的横截面积，其中，限流阀设置在满足不等式1≤Kv≤5的位置上，式中Kv是排气管的两冲程发动机气缸表面和限流阀之间的部分的内部空间与两冲程发动机的排量的容积比，而且阀室的横截面积满足不等式1.1≤Ka≤1.35，式中Ka是阀室的截面积与排气管截面积的比。
当限流阀的位置满足不等式1≤Kv≤5时，在节气门小开度情况下，两冲程发动机低速工作时，排出废气的碳氢化合物的浓度可显著降低，而当阀室的横截面积满足不等式1≤Ka≤1.35时，可以有效地防止两冲程发动机输出功率的减小。
现对照以下附图详述本发明
图1是设有按照本发明的排气系统的小型摩托车的侧视图;
图2是排气管的设有限流阀的部分的剖视图;
图3是排气管的设有限流阀的部分的侧视图;
图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线的剖视图;
图5是摩托车的发动机及有关部件的侧视图;
图6是有助于阐述比值Kv的示意图;
图7所示曲线图表示碳氢化合物减小率随比值Kv的变化;
图8所示曲线图所示最大输出功率比随比值Ka的变化;
图9所示曲线图表示最大输出功率比取决于阀室中心线与排气管中心线的错位;
图10(a)至图10(c)表示排气管和阀室之间的布置关系。
图1是设有按照本发明一推荐实施例的排气系统的小型摩托车的侧视图。车身包括前体1，后体2和在前、后体1，2之间延伸的下部底盘组件3。车身的主要结构，主架4在前体1中向下延伸，在底盘组件3之下向后延伸，在后体2中向上向后延伸。车座5安装在后体2上，设有转向手把6的转向头设置在前体上的顶部。
前叉8支承在前体1上，前轮9支承在前叉8上，手把6用于转向操纵。托架10焊接在车架4的后部下表面以便向后延伸，摆动组件12通过联杆11支承在托架10上以便在一垂向平面内摆动，后轮13支承在后轴14上，后轴14支承在摆动组件12的后端。后减振器15在摆动组件12的后端和车架4的后上部之间延伸。
发动机16装在摆动组件12的前部内，通过摆动组件12内的动力传动机构驱动后轮13。燃油箱17在底盘组件3下面固定于车架4。
发动机16是两冲程发动机。燃油空气混合物从汽化器18通过进气管19送入发动机16的曲轴室。新鲜空气通过空气滤清器20吸入汽化器18。连接于发动机16的排气孔21的排气管22在摆动组件12之前向下延伸，沿着摆动组件12的下表面的右侧向后延伸，连接于车身右侧设置的消声器23。
排气管22的长度可选择确定，以便当发动机16高速工作时使排气的脉冲可防止新充气的漏失;也就是说，决定排气管22的长度时要使得在扫气冲程的最后阶段在排气孔21处的排气脉冲压力达到正压力，以防止所充气的漏失。但是，当发动机16以低速工作时，排出废气的脉动与扫气冲程之间的同步受到破坏，以及在扫气冲程的最后阶段在排气孔21处呈负压，促使新充气的漏失，这样就增加了在排出废气中未燃尽的碳氢化合物的量。
另外，供给发动机的新充气量当节气门小开度时小，容易产生不点火现象，进一步增加了排出废气的碳氢化合物浓度。
在这个实施例中，在排气管22的后端放置一限流阀24，以便当节气门开度小时，由限流阀减小废气通道的横截面积，从而对排出的废气流施加阻力。由于这样可提高排出废气的压力水平，在扫气冲程的最后阶段在排气孔21处可产生的负压力就增大至一正值，因此可防止新充气的漏失。
如图2所示，限流阀24设置在排气管22的后端扩大而形成的阀室中。排气管22连接于消声器23的前部的漏斗形部分23a。在图2中，未设置阀室41，连接于消声器23的漏斗形部分23a的普通排气管的后端部由虚线表示。
图3是阀室41的侧视图，图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线的剖视图。限流阀24是一种碟形节流阀，其固定在横向穿过阀室41的轴25上。滑轮26安定地安装在轴25的从阀室41的侧壁突出的一端上。突起27从滑轮26的圆周上径向向外突出。用于限制滑轮26在轴25上转动的角度范围(90°)的止动器28和29从阀室41的壁的外表面突出。突起27位于止动器28和29之间的范围内。因此，滑轮26，轴25和限流阀24可以在突起与止动器28接触的位置和突起与止动器29接触的位置之间，在一个大约90°的范围内转动。
在滑轮26和阀室41的壁之间设有一扭簧30以便将滑轮26偏压向图3所示的突起27与止动器28接触的位置。当突起27与止动器28接触时，限流阀24基本垂直于排气管22和阀室41的轴线。限流阀24的外径小于阀室41的直径。因此，当突起27与止动器28接触时，阀室41不能被限流阀24完全地封闭，在阀室41的壁和限流阀24之间形成一通道32。
绳索31具有绕在滑轮26上的一端部和固定在滑轮26上的一端31a。当以箭头a(图3)的方向拉动绳索31使其从滑轮26上开绕时，滑轮26转动大约90°直至突起27接触止动器29时为止，此时限流器24平行于排气管22的轴线，使排气管22完全打开。
图5是发动机和有关部件的典型视图。从发动机16排入排气管22中的废气在消声器23的膨胀室33中膨胀，并通过扩散器34从消声器23向后排出。绳索31可滑动地穿过一条固定导管35(图3)，绳索31的另一端连接于在适当位置固定在车身上的绳索接头36上。
绳索接头36设有滑轮37a和37b，这两个滑轮共轴连接在一起转动。绳索31连接于一接点31b，接点31b连接于滑轮37a。节气门绳索38a的一端连接于一个安装在转向手把6上的节气门柄(未画)上，其另一端连接于装在滑轮37b上的接点38c。第二节风门绳索38c装于滑轮37b。第二节风门绳索38c的一端通过接点38d连接于节风门绳索38a的所述另一端，第二节风门绳索38c的另一端连接于汽化器18的节风门39。
当操纵节风门柄，以便沿箭头a的方向拉动节风门绳索38a时，节风门绳索38b沿箭头a的方向被拉动，节风门39被移至虚线所示位置以高速打开节风门39，因此，发动机16以高速工作。当这样拉动节风门绳索38a时，滑轮37a如图5所示与滑轮37b一起逆时针方向转动，从而沿箭头a(图3)的方向拉动绳索31，使突起27与止动器29接触，从而使限流阀24位于图5实线所示的完全打开位置，有效地利用排出废气的压力脉冲，借以提高发动机输出功率。
当使节风门柄反向转动时，节风门绳索38a和38b借助回位弹簧以箭头a相反的方向移动。因此，节风门39以小开度打开，限流阀24位于图5中虚线所示的限流位置。这样，限流阀24的开度按照节风门39的开度而变化，当节风门39的开度小时减小排气通道的横截面积。
可以使用一个包括用于检测节风门39的开度的节风门传感器和用于按照节风门39的位置驱动限流阀24的伺服马达的装置以替代绳索接头36。
本发明人发现，当节风门39开度小且发动机以低速工作时，限流阀24的减小排出废气的碳氢化合物浓度的效果，很大程度上取决于Kv的值，这一点下文将详述。
在图6所示的示意图中，排气管22(图中略去了阀室41)连接于发动机16的气缸40，限流阀24设置在排气管22中。Kv＝D/C其中C为气缸40的排量(如果排气管22连接于多个气缸，则C为多个气缸的排量总和)，D为排气管22的气缸表面即气缸排气孔至限流阀24间的部分的内部空间。
图7所示的曲线图表示碳氢化合物减小率(净化率)的变化，这是以测出的排气的碳氢化合物浓度为基础计算的，对于具有不同排量的三个发动机来说，上述减小率就是借助限流阀24所减少的碳氢化合物量对于不同限流阀24时排出废气中所含碳氢化合物量的百分率，图中横座标表示测得的Kv，纵座标表示碳氢化合物的减小率。曲线E，F和G分别表示这三个发动机。相应于曲线E的发动机的排量最大，相应于曲线G的发动机的排量最小。
如图7所示，碳氢化合物的减小率很大程度取决于Kv的值，为了有效减小将碳氢化合物浓度，使碳氢化合物的减小率为20%或20%以上，Kv的值必须在1至5的范围内。
设置在排气管22中的限流阀24可限制排出废气的流动以增大排气阻力，排出废气的压力波反射在通入阀室41的排气管22的排放端，因此减小了发动机的输出功率。
本发明人发现，发动机输出功率减小的程度很大程度上取决于Ka的值。
Ka＝B/A，其中，A为排气管22的横截面积，B为阀室41的横截面积。
图8所示曲线表示当排气管22设有限流阀24时上述每一个发动机的最大输出功率对于当排气管22不设限流阀24时相同发动机的最大输出功率的最大输出功率百分比随Ka的变化。
如图8所示，当Ka在1.1至1.35的范围内时，对于所有发动机来说，输出功率减小率为5%或5%以下。
因此，按照本发明，排气管22和阀室41被设计成使1≤Kv≤5，1.1≤Ka≤1.35。
在这个实施例中，排出管22的中心轴线C1和阀室41的中心轴线C2是相互对准的，如图10a所示。图9所示曲线图表示发动机最大输出功率随阀室41的中心轴线C2从排气管22的中心轴线C1的向下错位e(图10(b)变化的情况，以及随阀室41的中心轴线C2从排气管22的中心轴线C1的向上错位e(图10(c)变化的情况。
在图9中，横座标表示错位的大小，零点表示中的轴线C1与中心轴线C2重合，左侧由负(-)值表示向下的错位e，右侧由正(t)值表示向上的错位。
如图9所示，发动机最大输出功率随着阀室41的中心轴线C2从排气管22的中心轴线C1的错位的增加而减小。因此，中心轴线C1和C2最好相互对准。
从前面的描述可以看出，按照本发明，在利用排出废气的压力脉冲来提高发动机高速工作时的输出功率的两冲程发动机中，当节风门开度小和两冲程发动机低速工作时易发生的排出废气的碳氢化合物浓度增大的情况，可以受到抑制而又不显著减小发动机的输出功率。
权利要求
1.一种用于两冲程发动机的排气系统，它包括设有用作阀室的扩大部分的排气管和设在所述阀室中的，与两冲程发动机的节气门互锁的限流阀，以便当节气门开度小时减小排气通道的横截面积；其特征在于所述限流阀设置在一个满足不等式1≤Kv≤5的位置上，式中，Kv为排气管的在两冲程发动机气缸表面和限流阀之间的部分的内部空间与两冲程发动机排量的容积比值，所述阀室的横截面积满足不等式1.1≤Ka≤1.35，式中Ka为阀室横截面积与排气管横截面积的比值。
全文摘要
两冲程发动机的排气系统包括设有用作阀室的扩大部分的排气管和设在阀室中，且与发动机节气门互锁的限流阀，以便当节气门开度小时减小排气通道的横截面积，限流阀设在满足不等式1≤Kv≤5的位置上，式中Kv为排气管的气缸表面和限流阀间部分的内部空间与发动机排量之容积比，阀室的横截面积满足不等式1.1≤Ka≤1.35，式中Ka为阀室横截面积与排气管横截面积之比。该系统可减小在两冲程发动机低速工作时容易增加的排气的HC浓度，又不显著减小发动机的输出功率。
文档编号F02B27/06GK1113542SQ94119818
公开日1995年12月20日 申请日期1994年11月25日 优先权日1993年11月26日
发明者草光男, 铃木健辅, 佐佐木裕行 申请人:本田技研工业株式会社