Система впуска воздуха для двигателя внутреннего сгорания - RU2511910C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к воздушному фильтру для двигателя внутреннего сгорания, в частности, изобретение относится к двухтактному двигателю внутреннего сгорания, используемому в ручном механизированном инструменте, например механизированных пилах, триммерах, но не ограничиваясь этим.

Предпосылки создания изобретения

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания широко используются в ручных механизированных инструментах. Обычно двухтактный двигатель внутреннего сгорания включает в себя воздушный фильтр, предусмотренный во всасывающем канале двигателя. Воздушный фильтр важен для обеспечения правильной работы двигателя. Воздушный фильтр захватывает пыль и другие частицы, присутствующие в воздухе для горения, и подает чистый воздух в двигатель. Обычно воздушный фильтр включает в себя внутреннюю камеру, один или более фильтрующих элементов и всасывающее отверстие для соединения воздушного фильтра с всасывающим каналом двигателя. Во время работы двигателя воздух для всасывания течет через один или более фильтрующих элементов во внутреннюю камеру и далее проходит через всасывающее отверстие во всасывающий канал двигателя.

Как хорошо известно в данной области техники, в двухтактном двигателе внутреннего сгорания всасывающий канал дополнительно присоединен к картеру или цилиндру. Во время работы двигателя смесь несгоревшего топлива и смазка, присутствующая в картере, может течь обратно во всасывающий канал. Обратный поток смеси несгоревшего топлива и смазки из картера во всасывающий канал называется обратным потоком или обратным впрыском. В случае двухтактного двигателя внутреннего сгорания, в котором не предусмотрена система для управления обратным потоком или обратным впрыском, смесь несгоревшего топлива и смазки может преждевременно засорить и заткнуть воздушный фильтр и, следовательно, нужно будет очень часто чистить или заменять воздушный фильтр.

Обычно воздушный фильтр стоит недорого и его замена является небольшой дополнительной заботой по сравнению с другой работой по обслуживанию. Тем не менее, в случае механизированных инструментов, которые используются в запыленной окружающей среде, например в высокопроизводительных применениях, промышленных и сельскохозяйственных применениях, стоимость замены воздушного фильтра может быть значительной и таким образом может требоваться значительное увеличение эффективности и срока службы фильтра. В предшествующем уровне техники для того, чтобы свести к минимуму обратный поток, могут быть использованы клапаны в картере и/или всасывающем канале. Тем не менее, конструкция и установка таких клапанов является довольно сложной и дорогой.

Следовательно, существует потребность в улучшении срока службы двухтактных двигателей внутреннего сгорания и, в частности, воздушных фильтров посредством управления обратным потоком в двухтактных двигателях внутреннего сгорания. Более того, существует потребность в средстве для управления потоком воздуха для горения в направлении всасывания воздушного фильтра.

Краткое изложение сущности изобретения

Ввиду изложенного выше цель заключается в решении или по меньшей мере уменьшении проблем, обсужденных выше. В частности, целью является разработка улучшенной системы впуска воздуха для двухтактного двигателя внутреннего сгорания, используемого в механизированных инструментах. Система впуска воздуха имеет простую конструкцию и предотвращает засорение воздушного фильтра обратным потоком или обратным впрыском.

Цель достигается новой системой впуска воздуха, причем эта система впуска воздуха включает в себя воздушный фильтр и средство сопротивления потоку. Воздушный фильтр включает в себя один или более фильтрующих элементов, внутреннюю камеру и всасывающее отверстие. Всасывающее отверстие предусмотрено для соединения внутренней камеры с всасывающим каналом двигателя. Во время работы двигателя воздух для горения течет через один или более фильтрующих элементов во внутреннюю камеру и из внутренней камеры во всасывающий канал. К тому же внутренняя камера, всасывающее отверстие и всасывающий канал вместе образуют путь потока воздуха для горения, а средство сопротивления давлению предусмотрено на пути потока воздуха для горения. Во время работы двигателя часть воздуха для горения течет через средство сопротивления потоку. Часть воздуха для горения, которая течет через средство сопротивления потоку, может лежать в диапазоне 20%-100%, что означает по меньшей мере 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или по меньшей мере 90% воздуха для горения или даже 100% воздуха для горения.

Предпочтительно средство сопротивления потоку может поглощать несгоревшее топливо и/или смазку во время обратного потока из двигателя внутреннего сгорания через путь воздуха для горения. Таким образом, средство сопротивления потоку может предотвращать достижение несгоревшим топливом и смазкой одного или более фильтрующих элементов и избегать засорения фильтрующих элементов из-за обратного потока или обратного впрыска.

Путь потока воздуха для горения, образованный между внутренней камерой, всасывающим отверстием и всасывающим каналом, имеет площадь поперечного сечения, лежащего в плоскости, по существу, поперечной среднему направлению потока воздуха для сгорания. К тому же средство сопротивления потоку может перекрывать от по меньшей мере 30% до по меньшей мере 70% площади поперечного сечения, например по меньшей мере 40%, 50%, 60%, 80% или по меньшей мере 90% или даже 100% площади поперечного сечения.

Система впуска воздуха может быть использована в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания включает в себя проход подачи воздуха, который соединяет внутреннюю камеру с одним или более передающими каналами двигателя и подает дополнительный воздух в один или более передающих каналов. К тому же часть дополнительного воздуха может течь через средство сопротивления потоку. Часть дополнительного воздуха, которая течет через средство сопротивления потоку, может лежать в диапазоне от 10% до 100% дополнительного воздуха, например по меньшей мере 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%. В качестве альтернативы, дополнительный воздух может не течь через средство сопротивления потоку.

Средство сопротивления потоку может включать в себя структуру из пластиковой или резиновой пены или даже из металла. К тому же структура из пены/металла может простираться на от по меньшей мере 2 мм до по меньшей мере 3 мм в направлении потока воздуха для горения, и средний диаметр ячейки структуры из пены/металла лежит в диапазоне примерно от 1000 до 3000 мкм. К тому же структура из пены/металла может простираться на от по меньшей мере 3 мм до по меньшей мере 4 мм в направлении потока воздуха для горения, а средний диаметр ячейки структуры из пены/металла лежит в диапазоне примерно от 3000 до 5000 мкм. К тому же структура из пены/металла может простираться на от по меньшей мере 4 мм до по меньшей мере 5 мм в направлении потока воздуха для горения, а средний диаметр ячейки структуры из пены/металла лежит в диапазоне примерно от 5000 до 8000 мкм.

Средний диаметр ячейки структуры из пены/металла может лежать в диапазоне примерно от 2000 мкм до 7000 мкм и структура из пены/металла расположена во внутренней камере воздушного фильтра. К тому же воздушный фильтр может включать в себя кожух для вмещения в себя внутренней камеры. Кожух образован одной или более оболочками кожуха. Одна оболочка кожуха может включать в себя один или более фильтрующих элементов, тогда как другая оболочка кожуха может включать в себя всасывающее отверстие. Структура из пены/металла может быть прикреплена к оболочке кожуха, которая включает в себя один или более фильтрующих элементов. Тем не менее в некоторых вариантах осуществления структура из пены/металла может быть прикреплена к оболочке кожуха, которая включает в себя всасывающее отверстие.

Пена может быть выполнена из полиэстерного материала и средняя плотность полиэстерного материала может быть в диапазоне от 20 кг/м³ до 50 кг/м³. К тому же фильтрующий элемент может быть выполнен из пластиковой или резиновой пены, нейлоновой сетки или войлока.

В настоящем изобретении также разработан способ всасывания воздуха для горения в двигатель. Способ может включать в себя этапы предусмотрения структуры из пластиковой или резиновой пены или даже из металла на пути потока воздуха для сгорания. Способ дополнительно включает в себя этап всасывания части воздуха для сгорания через пену. Часть воздуха для сгорания, которая проходит через структуру из пены или металла, может быть по меньшей мере 30% или по меньшей мере 40% от воздуха для горения. Предпочтительно часть воздуха для горения, которая проходит через пену, может быть по меньшей мере 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или даже 100%.

Структура из пластика/металла может иметь средний диаметр ячейки в диапазоне от 2000 мкм до 7000 мкм, например от 3000 до 6000 мкм и предпочтительно от 3800 до 5200 мкм.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет описано далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг.1 изображен вид в разрезе системы 100 впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

На фиг.2 изображен вид в перспективе первой оболочки 4 кожуха воздушного фильтра двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

На фиг.3 изображен вид спереди в вертикальной проекции второй оболочки 5 кожуха воздушного фильтра двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

Далее в этом документе настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. Тем не менее, это изобретение может быть осуществлено множеством разных форм в этом документе; эти варианты осуществления скорее предусмотрены так, чтобы это описание было исчерпывающим и завершенным и полностью передавало объем изобретения для специалистов в данной области техники. На чертежах одинаковые номера относятся к одинаковым элементам.

На фиг.1 изображен вид в разрезе системы 100 впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Система 100 впуска воздуха подает воздух для горения в двигатель внутреннего сгорания. Несмотря на то что изображенный иллюстративный вариант осуществления предназначен для использования с двигателем внутреннего сгорания, следует понимать, что настоящее изобретение может быть встроено в любой подходящий тип двигателя или оборудования и не ограничено использованием только в двигателе внутреннего сгорания и может быть встроено в различные типы вариантов осуществления. Двигатель внутреннего сгорания может быть в целом как бензиновым двигателем, так и дизельным двигателем. Обычно двигатель внутреннего сгорания включает в себя картер и по меньшей мере один цилиндр. Поршень выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения в цилиндре и присоединен к кривошипному валу через соединительный шток. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания может быть двухтактным двигателем для ручных инструментов, таких как бензопилы, механизированные резаки, триммеры и так далее.

Система 100 впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания включает в себя воздушный фильтр 1 и средство 2 сопротивления потоку. Воздушный фильтр 1 включает в себя кожух и по меньшей мере один фильтрующий элемент (не изображен на фиг.1). Кожух может вмещать в себя внутреннюю камеру 3. В варианте осуществления настоящего изобретения кожух может быть выполнен из первой оболочки 4 кожуха и второй оболочки 5 кожуха. В другом варианте осуществления настоящего изобретения первая оболочка 4 кожуха включает в себя по меньшей мере один фильтрующий элемент, тогда как вторая оболочка 5 кожуха включает в себя всасывающее отверстие 6. Всасывающее отверстие 6 соединяет внутреннюю камеру 3 с всасывающим каналом 7 двигателя внутреннего сгорания. Воздух для горения течет через по меньшей мере один фильтрующий элемент 12 во внутреннюю камеру 3 и, следовательно, из внутренней камеры 3 через всасывающее отверстие 6 во всасывающий канал 7. Внутренняя камера 3, всасывающее отверстие 6 и всасывающий канал 7 вместе образуют путь потока воздуха для горения. Средство 2 сопротивления потоку расположено на пути потока воздуха для горения. Оболочки 4 и 5 кожуха могут включать в себя одно или более отверстий (не изображенных на фиг.1) для вставления крепежных винтов. Например, может быть предусмотрен винт 8 для прикрепления первой оболочки 4 кожуха ко второй оболочке 5 кожуха. Винт 8 вставлен в соответствующие отверстия, присутствующие в первой и второй оболочках 4 и 5 кожуха.

Минимальный процент воздуха для горения, который проходит через средство 2 сопротивления потоку, далее в этом документе называется первым пороговым процентом. Первый пороговый процент может зависеть от конструкции средства 2 сопротивления потоку. В варианте осуществления настоящего изобретения первый пороговый процент может быть по меньшей мере 20%. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый пороговый процент может быть по меньшей мере 30%. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый пороговый процент может быть по меньшей мере 40%. К тому же в различных вариантах осуществления настоящего изобретения первый пороговый процент может быть в диапазоне 50-100%, например по меньшей мере 60%, 70%, 80% или 90%.

Во время фазы всасывания воздуха цикла двигателя воздух для горения всасывается через систему 100 впуска воздуха и смешивается с топливом для образования горючей смеси. Горючая смесь может быть образована в узле 9 подачи топлива, который может быть карбюратором.

К тому же воздушная заслонка 10 может быть предусмотрена для изменения давления воздуха в системе 100 впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания, посредством этого изменяя отношение количества топлива и воздуха, входящих в двигатель. Воздушная заслонка 10 может быть использована для подачи более богатой воздушно-топливной смеси при запуске двигателя внутреннего сгорания. Более того, дроссельная заслонка 11 может быть предусмотрена вниз по потоку от воздушной заслонки 10 для регулирования количества воздушно-топливной смеси, входящей в двигатель.

Горючая смесь зажигается в двигателе для приведения поршня при рабочем ходе цикла двигателя. Особенно во время рабочего хода некоторое количество несгоревшего топлива и/или смазки может течь обратно вместе с воздухом для горения в систему 100 впуска воздуха. Воздушно-топливная смесь вместе с несгоревшим топливом и/или смазкой, которая утекает в систему 100 впуска воздуха, называется в целом обратным потоком или обратным впрыском.

В варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку поглощает топливо и/или смазку, текущие обратно из двигателя внутреннего сгорания. Более конкретно, обратный впрыск, текущий по пути потока воздуха для горения к воздушному фильтру 1, должен пройти через средство 2 сопротивления потоку. Это не позволяет потоку топлива и/или смазки достигать фильтрующего элемента (элементов) 12 воздушного фильтра 1, результатом чего является улучшение срока службы воздушного фильтра 1.

К тому же в различных вариантах осуществления настоящего изобретения топливо и/или смазка, которые поглощаются в средстве 2 сопротивления потоку, могут быть отведены назад в двигатель внутреннего сгорания во время фазы впуска воздуха двигателя внутреннего сгорания. Результатом этого является эффективное использование топлива и/или смазки, присутствующих в обратном потоке от двигателя внутреннего сгорания.

Средство 2 сопротивления потоку расположено на пути потока воздуха для горения, образованном внутренней камерой 3, всасывающим отверстием 6 и всасывающим каналом 7. Путь потока воздуха для горения имеет площадь поперечного сечения, лежащего в плоскости, по существу, поперечной среднему направлению потока воздуха для горения. Минимальный процент площади поперечного сечения, которая перекрыта средством 2 сопротивления потоку, далее в этом документе называется вторым пороговым процентом. В варианте осуществления настоящего изобретения второй пороговый процент может быть по меньшей мере 30%. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения второй пороговый процент может быть по меньшей мере 50%. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения второй пороговый процент может быть по меньшей мере 70%. Второй пороговый процент может быть также по меньшей мере 40%, 60%, 80%, 90% или даже по меньшей мере 95%.

На фиг.2 изображен вид в перспективе первой оболочки 4 кожуха воздушного фильтра 1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как видно из фиг.2, первая оболочка 4 кожуха включает в себя множество фильтрующих элементов 12 и средство 2 сопротивления потоку. Может быть предусмотрено отверстие 13 для прикрепления первой оболочки 4 кожуха ко второй оболочке 5 кожуха (показанной на фиг.3). В варианте осуществления настоящего изобретения каждый из фильтрующих элементов 12 может быть выполнен из пластиковой или резиновой пены, нейлоновой сетки или войлока.

В варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может быть структурой из пластиковой или резиновой пены, или металла. К тому же в различных вариантах осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может простираться в направлении потока воздуха для горения. В варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может простираться по меньшей мере на 2 мм и предпочтительно по меньшей мере на 3 мм в направлении потока воздуха для горения и средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 1000-3000 мкм. В другом варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может простираться по меньшей мере на 4 мм и предпочтительно более чем на 5 мм в направлении потока воздуха для горения и средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 3000-5000 мкм. К тому же в различных вариантах осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может простираться по меньшей мере на 4 мм и предпочтительно более чем на 5 мм в направлении потока воздуха для горения и средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 5000-8000 мкм.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 2000-7000 мкм. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 3000-6000 мкм. К тому же в другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средний диаметр ячейки средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 3800-5200 мкм. В варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может быть во внутренней камере 3 расположено предпочтительно вблизи от воздушного фильтра 1 или в нем. Как видно из фиг.2, средство 2 сопротивления потоку может быть прикреплено к первой оболочке 4 кожуха, которая включает в себя фильтрующие элементы 12. Тем не менее, в другом варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может быть прикреплено ко второй оболочке 5 кожуха, которая включает в себя всасывающее отверстие 6.

К тому же в варианте осуществления настоящего изобретения средство 2 сопротивления потоку может быть пеной, сделанной из полиэстерного материала. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет понятно, что средство 2 сопротивления потоку может быть выполнено из других материалов. В варианте осуществления настоящего изобретения средняя плотность средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 20-50 кг/м³. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средняя плотность средства 2 сопротивления потоку может лежать в диапазоне 23-35 кг/м³.

На фиг.3 изображен вид спереди в вертикальной проекции второй оболочки 5 кожуха воздушного фильтра 1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Вторая оболочка 5 кожуха может включать в себя множество отверстий 14 для вставления крепежных винтов для прикрепления второй оболочки 5 кожуха, например, к узлу 9 подачи топлива (видимому только на фиг.1), такому как карбюратор. Винт 8 может проходить через отверстие 13 (видимое только на фиг.2) в первой оболочке 4 кожуха и через соответствующее отверстие во второй оболочке 5 кожуха. В альтернативной конфигурации воздушный фильтр не прикреплен непосредственно к узлу подачи топлива. Тогда может быть предусмотрена по меньшей мере одна отдельная труба между воздушным фильтром и узлом подачи топлива для проведения воздуха для горения и/или дополнительного воздуха. Это может быть преимущественным из-за ограничений пространства или других причин. Как видно из фиг.3, средство 2 сопротивления потоку, которое может быть структурой из пластиковой или резиновой пены или металла, прикреплено ко второй оболочке 5 кожуха. К тому же всасывающий канал 7 может простираться во внутреннюю камеру 3 (смотри фиг.1) и оканчиваться полукруглой стенкой 18 (также видимой на фиг.1). Средство 2 сопротивления потоку предусмотрено на пути потока воздуха для горения так, что двигатель внутреннего сгорания всасывает воздух через средство 2 сопротивления потоку. Воздух для горения, как показано стрелками 15, всасывается во всасывающий канал 7 после прохождения через средство 2 сопротивления потоку. Воздух для горения предпочтительно направляется посредством стенок первой 4 и/или второй 5 оболочек кожуха, таких как полукруглая стенка 18, так, что воздух для горения, по существу, входит в продолговатый всасывающий канал сверху, как видно на фиг.3. Согласно предпочтительной конфигурации настоящего изобретения воздух для горения может быть направлен так, что до 100% воздуха для всасывания течет через средство 2 сопротивления потоку.

В варианте осуществления настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания может быть двухтактным двигателем внутреннего сгорания с картерной продувкой с проходом 16 подачи воздуха. Проход подачи воздуха может соединять внутреннюю камеру 3 с одним или более передающими каналами (не показанными на чертежах) двигателя внутреннего сгорания. В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения воздушный клапан 17 может быть предусмотрен в проходе 16 подачи воздуха для регулирования количества воздуха, входящего в один или более передающих каналов. Проход подачи воздуха предоставляет дополнительный воздух в один или более передающих каналов двигателя через управляемое поршнем окно при уменьшении давления в картере. Это обеспечивает буферизацию свежего воздуха в передающем канале (каналах), и камера сгорания, сообщающаяся с передающим каналом (каналами), может быть продута свежим воздухом перед тем, как в нее будет подана воздушно-топливная смесь. Продувка означает, что очень маленькое количество несгоревшего топлива/смазки может покинуть двигатель. В варианте осуществления настоящего изобретения дополнительный воздух может течь через средство 2 сопротивления потоку. Минимальный процент дополнительного воздуха, который течет через средство 2 сопротивления потоку, далее в этом документе называется третьим пороговым процентом. В варианте осуществления настоящего изобретения третий пороговый процент может быть по меньшей мере 10% или по меньшей мере 20%. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения третий пороговый процент может быть по меньшей мере 30% или по меньшей мере 40%. В другом альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения третий пороговый процент может быть по меньшей мере 50% или по меньшей мере 60%, 70%, 80% или 90%, или даже 100%. К тому же в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительный воздух может не течь через средство 2 сопротивления потоку.

На чертежах и в описании были описаны предпочтительные варианты осуществления и примеры изобретения, и несмотря на то что использованы конкретные термины, они использованы только в общем и описательном смысле и не направлены на ограничение объема изобретения, изложенного в последующей формуле изобретения.

Реферат

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система (100) впуска воздуха для двигателя внутреннего сгорания содержит воздушный фильтр (1), который включает в себя фильтрующий элемент, внутреннюю камеру (3), и всасывающее отверстие (6) для соединения внутренней камеры (3) с всасывающим каналом (7) двигателя внутреннего сгорания. Воздух для горения течет через фильтрующий элемент во внутреннюю камеру (3) и из внутренней камеры (3) через всасывающее отверстие (6) во всасывающий канал (7). Двигатель выполнен с проходом подачи воздуха, который соединяет внутреннюю камеру (3) с передающим каналом двигателя для подачи дополнительного воздуха в передающий канал. Система (100) впуска воздуха дополнительно содержит средство (2) сопротивления потоку. Внутренняя камера (3), всасывающее отверстие (6) и всасывающий канал (7) образуют путь потока воздуха для горения. Средство (2) сопротивления потоку представляет собой пластиковую или резиновую пену, расположенную на пути потока воздуха для горения. По меньшей мере 30% и предпочтительно по меньшей мере 40% воздуха для горения течет через средство (2) сопротивления потоку так, что средство (2) сопротивления потоку поглощает топливо и/или смазку, текущие назад из двигателя внутреннего сгорания через путь воздуха для горения в направлении по меньшей мере одного фильтрующего элемента. Посредством этого предотвращается попадание топлива и смазки на фильтрующий элемент. Технический результат заключается в предотвращении попадания топлива и смазки на фильтрующий элемент. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула