二衝程發動機、發動機式作業機的製作方法

2023-05-29 04:43:01 1

本發明涉及一種二衝程發動機構造及使用該二衝程發動機構造的發動機式作業機。

背景技術：

割灌機、鼓風機、鏈鋸(chain saw)、機動切割機(power cutter)等使用小型發動機作為動力源的各種發動機式作業機已為人所知。

例如割灌機是通過由發動機驅動的刀片來將草木等切斷，為了高效地進行作業，要求發動機的輸出高。另一方面，割灌機通常由作業者攜帶使用，所以要求重量輕。因此，特別優選使用小型輕量且能夠獲得高輸出的二衝程發動機作為割灌機所使用的發動機。

在二衝程發動機中，燃料與空氣混合而成的混合氣被導入至氣缸內所形成的燃燒室，活塞上升而對混合氣進行壓縮之後，經壓縮的混合氣被點燃而爆炸。此處，當活塞上升而在燃燒室內進行壓縮時，新的混合氣被吸入至活塞下側的曲軸箱(crank case)內。當活塞因爆炸而下降時，積存在曲軸箱內的新的混合氣被壓縮(單級壓縮)，並通過掃氣通路重新被導入至燃燒室。由此，在燃燒室中反覆地進行如下動作：在將燃燒後的廢氣排出(掃氣)的同時，導入新的混合氣，然後活塞再次上升。

為了提高二衝程發動機的輸出，有效的是提高掃氣效率，即高效地將新的混合氣導入至燃燒室，並高效地使廢氣排出。為了提高掃氣效率，有效的是通過提高單級壓縮比來將更多的混合氣送入至燃燒室，為了提高單級壓縮比，曲軸箱容積減小的構造有效。

例如，專利文獻1中記載了如下二衝程發動機構造，該二衝程發動機構造通過對曲軸箱內部或掃氣通路的構造進行設計，如此提高了掃氣效率。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2000-170538號公報

技術實現要素：

[發明所要解決的問題]

但是，在像專利文獻1所記載的技術那樣，通過對曲軸箱內部或掃氣通路的構造進行設計來提高掃氣效率的情況下，需要在曲軸箱內設置某些構造物。因此，構造變得複雜，且為了設置所述構造物，還需要相應地增大曲軸箱內的容積。因此，所述效果不充分。

因此，難以利用簡單構造來減小曲軸箱內的容積，並提高掃氣效率。

本發明是鑑於所述問題點而成的發明，目的在於提供解決所述問題點的發明。

[解決問題的技術手段]

為了解決所述問題，本發明採用以下所述的結構。本發明的二衝程發動機包括如下結構，導入至曲軸箱內的混合氣隨著活塞的下降，通過掃氣通路導入至形成在所述活塞的上側的燃燒室內，所述曲軸箱設置於在氣缸中進行上下往返運動的所述活塞的下側，所述二衝程發動機的特徵在於：在沿著所述氣缸的內表面滑動的所述活塞的側壁部，局部地從下端側形成缺口部，在所述活塞位於下死點(bottom dead center)時，所述缺口部與所述掃氣通路連通，所述曲軸箱中設置有曲軸箱突出部，所述曲軸箱突出部處於所述掃氣通路的下側，在所述活塞位於下死點時貫穿所述缺口部且向所述氣缸的中心軸側突出。本發明的二衝程發動機的特徵在於：所述缺口部的最上部設置得比所述活塞中的安裝活塞銷(piston pin)的活塞銷銷座(piston pin boss)更靠上側。本發明的二衝程發動機的特徵在於：所述缺口部在所述活塞的圓周方向上夾著所述活塞座的中心地設置，且在夾著所述活塞銷的中心的兩側，分別與相鄰的其他掃氣通路連通。本發明的二衝程發動機的特徵在於：所述曲軸箱突出部中的所述氣缸的中心側的面與上表面的連接部形成為曲面。本發明的二衝程發動機的特徵在於：由所述曲軸箱突出部與所述缺口部形成的所述掃氣通路的入口的面積是所述活塞位於下死點時，所述掃氣通路在所述燃燒室中開口的面積的1.2倍至4倍。本發明的二衝程發動機的特徵在於：所述曲軸箱突出部的從所述活塞的外周向所述活塞的中心軸側突出的量處於所述活塞的外徑的10％～35％的範圍。本發明的二衝程發動機的特徵在於：在通過所述活塞的上下往返運動而旋轉驅動且設置在曲軸箱內的曲軸上固定配重(counter weight)，在所述活塞位於下死點時，所述曲軸箱突出部以向所述配重的上側突出的方式形成。本發明的二衝程發動機的特徵在於：在所述側壁部中形成不與所述缺口部連結的開口部，在所述活塞位於下死點時，所述開口部與所述掃氣通路連通。本發明的二衝程發動機的特徵在於：所述開口部形成得比所述缺口部的最上部更靠上側。本發明的發動機式作業機的特徵在於：將所述二衝程發動機作為動力源。本發明的發動機式作業機的特徵在於：其為割灌機。

[發明的效果]

本發明是以所述方式構成，因此，能夠利用簡單構造來減小曲軸箱內的容積，並提高掃氣效率。

附圖說明

圖1是表示成為本發明的實施方式的割灌機整體的結構的立體圖。

圖2是成為本發明的實施方式的割灌機中的動力部的正視圖。

圖3是成為本發明的實施方式的割灌機中的動力部的A-A方向的剖視圖。

圖4是成為本發明的實施方式的割灌機中的動力部的A-A方向的剖面的局部放大圖。

圖5是本發明的實施方式中所使用的活塞的立體圖。

圖6是成為本發明的實施方式的割灌機中的動力部的B-B方向的剖視圖。

圖7是表示本發明的實施方式中所使用的氣缸、曲軸箱的內部構造的立體圖。

圖8是將本發明實施方式的第一變形例中的動力部的一部分放大後的剖視圖。

圖9是本發明實施方式的第二變形例中所使用的活塞的立體圖。

圖10是本發明實施方式的第二變形例中的動力部的剖視圖。

具體實施方式

對成為本發明的實施方式的發動機式作業機(割灌機)的結構進行說明。圖1是表示該割灌機100的結構的立體圖。該割灌機100中，在前後方向上細長的操作杆101的前端(一端)側設置有旋轉的刀片102。刀片102由設置在操作杆101後端(另一端)側的動力部200中的發動機(未圖示)驅動。因此，操作杆101中設置有用以向前端側傳遞發動機的旋轉運動的傳動軸(未圖示)。在操作杆101的前後方向上的中央附近，設置有在作業時供作業者持握的握把103。動力部200中內置有小型二衝程發動機。

圖2是從前方觀察動力部200的正視圖。圖3是沿著該動力部的A-A方向的剖視圖，其表示了沿著動力部200中的曲軸的剖面構造。此處，曲軸的中心軸處於操作杆101的中心軸的延長線上。如圖2所示，在所述動力部200中，發動機(圖2中未圖示)設置在由氣缸蓋(cylinder cover)201覆蓋的內部，在動力部200的下側安裝有儲存燃料的燃料箱202。燃料從燃料箱202供應至設置在圖2中的右側的氣化器203，該燃料與通過空氣濾清器(air cleaner)204導入至氣化器203的空氣的混合氣被供應至發動機。再者，雖省略了圖示，但在圖2中的左側，使廢氣通過的排氣消聲器也安裝於發動機，該排氣消聲器也由與氣缸蓋201一體化的排氣消聲器蓋覆蓋。因此，圖2中的左右方向成為進氣排氣方向，圖3中表示了與進氣排氣方向垂直的剖面。另外，在安裝於發動機前方側的風扇箱(fan case)205中產生冷卻風，該冷卻風在氣缸蓋201內流動，對發動機或排氣消聲器等進行冷卻。

在所述動力部200中，將二衝程發動機用作成為動力源的發動機，在該發動機的內部構造方面具有特徵。如圖3所示，該二衝程發動機是由氣缸10與曲軸箱20組合而構成，所述氣缸具備在以其中心軸為上下方向的大致圓筒形狀的表面形成有冷卻片的形態，所述曲軸箱處於所述氣缸的下側，內部設置有曲軸21。在氣缸10的內部設置有進行上下往返運動的活塞11，在活塞11的上側形成有燃燒室12。連杆13的上端側通過活塞銷14連結於活塞11的內側，連杆13的下端側與曲軸21連結，由此，活塞11的上下往返運動被轉換為曲軸21的旋轉運動。為了順利地進行所述動作，曲軸21上固定有作為砝碼的配重22。曲軸箱20呈能夠收容可旋轉狀態下的固定有配重22的曲軸21的形狀。配重22也隨著活塞11的上下往返運動而移動，在活塞11位於下死點側的情況下，配重22位於所述活塞11的最上部。

另外，在活塞11處於下死點附近的情況下，活塞11下側的曲軸箱20內、與活塞11上側的燃燒室12通過氣缸10中所形成的掃氣通路15連通。由此，在活塞11下降時，可通過掃氣通路15掃氣。圖3中表示了活塞11處於下死點側的狀態。

另外，在曲軸21的後方(圖3中的右方)安裝有起動裝置30，該起動裝置用以強制地使曲軸21旋轉來使發動機起動。另一方面，在曲軸21的前方(圖3中的左方)固定有冷卻扇31及離心式離合器32。隨著曲軸21的旋轉，由冷卻扇31產生冷卻風，該冷卻風從風扇箱205內流向氣缸蓋201內，由此，對運轉時發熱的氣缸10等進行冷卻。另外，離心式離合器32的外徑在高速旋轉時會擴大，在外徑擴大的情況下，以覆蓋離心式離合器32的方式設置的離合器轂(clutch drum)33的內表面與離心式離合器32的外周接觸。由此，對離心式離合器32(曲軸21)與傳動軸104之間的動力傳遞進行控制，所述傳動軸固定著離合器轂33且同軸地設置在操作杆101內。另外，冷卻扇31上固定有發電用的磁鐵(未圖示)，隨著該磁鐵的旋轉而產生電力。該電力由點火線圈34升壓，並通過火花塞線(spark plug cord)(未圖示)，在適當的點火時機供應至由火花塞蓋35覆蓋的火花塞(未圖示)，由此，發動機工作。

所述結構與通常已知的發動機式作業機中的結構相同，但所述發動機特別在二衝程發動機的與掃氣相關的構造方面具有特徵。以下對該方面進行說明。圖4是放大地表示圖3中的由虛線包圍的區域X的構造的圖。另外，圖5是表示此處所使用的活塞11的形狀的立體圖。圖6是從圖3中的B-B方向觀察所述動力部200的剖視圖。如上所述，在圖3、圖4、圖6中，活塞11位於下死點側。

如圖5所示，此處所使用的活塞11包括大致圓形的活塞上表面111與活塞側壁部(側壁部)112，該活塞側壁部(側壁部)具備與活塞上表面111相同直徑的圓筒形狀的側面且沿著氣缸10的內表面滑動。用以連結連杆13的活塞銷14在橫方向上貫穿所述活塞側壁部112。因此，在活塞側壁部112中，用以卡止活塞銷14的活塞銷銷座113設置在直徑方向上的對稱的兩個部位。圖3、圖4表示沿著圓筒形狀的活塞銷14的中心軸的剖面構造，圖6表示與所述中心軸垂直的剖面構造。再者，圖6表示將活塞11、氣缸10、曲軸箱20的結構要素拔出後的狀態。活塞銷銷座113中設置有供活塞銷14貫穿的圓形的孔部113A，活塞側壁部112的孔部113A的周圍為了以高機械強度支撐活塞銷14，在內側形成得特別厚。

此處，在活塞側壁部112中的活塞銷銷座113的下側周邊，從下端側設置有局部地去除活塞側壁部112而成的缺口部114。即，活塞側壁部112在設置有缺口部114的部位，僅向下側延伸至活塞銷銷座113附近，而在設置有缺口部114的部位以外，進一步向下側(活塞上表面111的相反側)延伸。在圖5中，將未設置缺口部114時的活塞側壁部112的形狀表示為活塞外周H。如圖5所示，缺口部114的最上部在活塞銷銷座113的兩側，設置得比活塞銷銷座113的下端更靠上。所述缺口部114設置在活塞11位於下端側時，與掃氣通路15連通的部位。缺口部114在活塞側壁部112的圓周方向上，在夾著活塞銷銷座113的中心的兩側設置得比活塞座113的下端更靠上，且在兩側分別與相鄰的其他掃氣通路15重疊地連通。

在圖4中，利用箭頭表示了從曲軸箱20內到達至燃燒室12的混合氣流(掃氣流)S。如此處所示，在活塞11處於下死點側的情況下，在活塞11中的與缺口部114相對應的部位，曲軸箱20的內表面向內側(氣缸10的中心軸所處的一側)突出，形成向內側貫穿缺口部114的曲軸箱第一突出部(突出部)20A。另一方面，活塞11中的與未形成有缺口部114的部位相對應的部位的曲軸箱20並不呈向內側突出的形狀。通過組合此種形狀的活塞11、曲軸箱20，能夠使活塞11不幹擾曲軸箱20而進行上下往返運動。此時，通過設置曲軸箱第一突出部20A，能夠減小曲軸箱20內的容積。為了減小曲軸箱20內的容積且順利地進行掃氣，優選以如下方式設定曲軸箱突出部20A，即，比活塞11的外周(圖4中的活塞外周H的右端部)更向活塞11側突出而重疊的量為活塞11外徑(半徑)的10％～35％，且為從活塞銷銷座113到活塞11下端為止的距離的5％～75％。另外，曲軸箱突出部20A的將氣缸10的中心側的面與上表面予以連結的連接部形成為平緩的曲面，引導混合氣順暢地從曲軸箱20的內部流向掃氣通路15。

圖6中表示了圍繞氣缸10的中心軸改變90°的方向的構造。在活塞11處於下死點側的情況下，掃氣通路15在下側通過缺口部114與曲軸箱20內連通，在上側與燃燒室12連通。由此，通過缺口部114進行掃氣。此時，通過在活塞側壁部112設置缺口部114，能夠使掃氣通路15的曲軸箱20側的區域(掃氣入口O)擴大，從而能夠提高掃氣效率。在圖6中，缺口部114與掃氣通路15的重疊部分為所述掃氣入口O，其由影線表示。特別考慮到掃氣效率，掃氣入口O的面積比活塞11位於下死點時，掃氣通路15在燃燒室12中開口的面積更大，優選處於該開口面積的1.2倍至4倍的範圍。

此時，將缺口部144的最上部設定為高位置，具體來說，以使缺口部144的最上部在活塞銷銷座113的兩側，存在於比活塞銷銷座113的下端更靠上的位置的方式來形成缺口部114，由此，能夠進一步增大掃氣入口O的面積，從而能夠進一步提高掃氣效率。此時，缺口部114的存在也不會對活塞銷銷座113中的活塞銷14的支撐造成不良影響。或者，能夠對應於所述缺口部114而將曲軸箱第一突出部20A形成得更靠上側，從而能夠進一步減小曲軸箱20內的容積。

所述結構僅通過在活塞11中設置缺口部114，並將曲軸箱20的內表面形狀設為可設置曲軸箱第一突出部20A的形狀，便減小了曲軸箱20內的容積。即，不新增部件，而僅通過對活塞11或曲軸箱20的形狀進行調整的簡單構造提高了掃氣效率。

如圖5所示的設置有缺口部114的活塞11能夠通過金屬加工容易地製造。另一方面，圖7是表示設置有曲軸箱第一突出部20A的曲軸箱20、氣缸10的內部構造的立體圖。只要在掃氣通路15的下側局部地設置曲軸箱第一突出部20A，也能夠容易地製造該構造。即，能夠容易地製造所述二衝程發動機。

其次，對所述構造的第一變形例進行說明。圖8是表示第一變形例的構造且對應於圖4的剖視圖。在該構造中，除了曲軸箱第一突出部20A之外，還設置有延伸至配重22上方的曲軸箱第二突出部(突出部)20B。圖8中表示了活塞11處於下死點側的情況，因此，配重22位於最上部。

即使設置圖8所示的曲軸箱第二突出部20B，在曲軸21旋轉時，曲軸箱第二突出部20B也不會干擾活塞11、配重22。另一方面，通過設置曲軸箱第二突出部20B，能夠進一步減少曲軸箱20內的容積。顯然也能夠容易地製造還設置有曲軸箱第二突出部20B的曲軸箱20。

另外，對圖4與圖8中的掃氣流S進行比較後，顯而易見，在圖8的結構中，因為設置有曲軸箱第二突出部20B，所以從曲軸箱20內到達燃燒室12的掃氣路徑進一步延長。因此，因為設置有曲軸箱第二突出部20B，所以進一步抑制了掃氣時，廢氣從燃燒室12向曲軸箱20內倒流。由此，也能夠獲得更好的發動機特性。

其次，對第二變形例進行說明。圖9是此處所使用的活塞61的立體圖，其相當於圖5。圖10是此情況下的動力部的相當於圖6的剖視圖。此處所使用的活塞61與所述活塞11同樣地，也在活塞側壁部112設置有缺口部114。但是在該活塞61中，還在活塞側壁部112中設置有與缺口部114不同的活塞開口部(開口部)611。活塞開口部611能夠設置得比缺口部114的最上部更靠上側。

如圖10所示，在活塞61位於下死點側的情況下，活塞開口部611設置在與掃氣通路15重疊的部位。在圖10中，活塞61位於下死點側時，掃氣通路15的曲軸箱20側的區域(掃氣入口O)由影線表示。在此情況下，通過設置活塞開口部611，能夠進一步增大掃氣入口O的面積，從而能夠進一步提高掃氣效率。

再者，對於所述結構來說，只要產生所述效果，則缺口部或曲軸箱突出部的形狀或數量任意。在所述例子中，設置有曲軸箱第一突出部與曲軸箱第二突出部作為曲軸箱突出部，但只要呈在活塞處於下死點側的情況下，貫穿缺口部地向內側(氣缸的中心軸側)突出且不幹擾活塞或配重的形狀，則均能夠用作曲軸箱突出部。另外，開口部的形狀或數量也任意。此時，顯然通過設置缺口部或開口部，也能夠實現活塞整體的輕量化，並由此實現發動機的高輸出化或輕量化。掃氣通路的形態或數量也能夠根據缺口部或開口部來適當地設定。也能夠據此設定曲軸箱突出部的形狀。

利用簡單構造提高了掃氣效率並提高了輸出特性的所述二衝程發動機的重量輕且輸出高，因此，對於由作業者攜帶使用的割灌機特別有效。但是，顯然對於其他發動機式作業機也同樣有效。

[符號的說明]

10：氣缸

11、61：活塞

12：燃燒室

13：連杆

14：活塞銷

15：掃氣通路

20：曲軸箱

20A：曲軸箱第一突出部(曲軸箱突出部)

20B：曲軸箱第二突出部(曲軸箱突出部)

21：曲軸

22：配重

30：起動裝置

31：冷卻扇

32：離心式離合器

33：離合器轂

34：點火線圈

35：火花塞蓋

100：割灌機(發動機式作業機)

101：操作杆

102：刀片

103：握把

104：傳動軸

111：活塞上表面

112：活塞側壁部(側壁部)

113：活塞銷銷座

113A：孔部

114：缺口部

200：動力部

201：氣缸蓋

202：燃料箱

203：氣化器

204：空氣濾清器

205：風扇箱

611：活塞開口部(開口部)

H：活塞外周

O：掃氣通路入口

S：掃氣流