專利名稱：用于發(fā)動機排氣的空氣噴射系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于動力設備和電動工具的內(nèi)燃機的領域。更具體地，本發(fā)明 涉及用于減少來自汽油提供動力的內(nèi)燃機的廢氣中的污染排放物的系統(tǒng)。
背景技術：
內(nèi)燃機在其排氣中生成污染物。污染物包括碳氫化合物排放物、氮氧化物、二氧化 碳和其它污染物。污染物可以由混合在廢氣中的未耗盡燃料或油生成。污染物排放物可以通過催化劑消音器的使用而降低。催化劑消音器(或催化轉化 器)包括貴金屬例如鉬，它與廢氣中的污染物反應，將污染物轉化成并非污染物的其它副 產(chǎn)物。然而，貴金屬非常昂貴。另外，催化劑消音器在操作期間會變得相當熱?；瘜W反應導 致催化劑中與化學反應的熱通量成正比的高的溫升?？諝鈬娚湎到y(tǒng)也可以用來減少廢氣排放中的污染物。這種系統(tǒng)將新鮮空氣注入排 氣流。當(與其它廢氣混合的)未耗盡的燃料離開燃燒室時，它很熱并且仍然潛在地易燃。 在仍然充分地熱的時候，未耗盡的燃料可以暴露于新鮮的氧源中，允許未耗盡燃料燃燒或 氧化，因此除去污染物源。類似于催化劑消音器，空氣噴射系統(tǒng)也導致廢氣中與化學反應的 熱通量成正比的溫升。然而，溫度提高可以均勻地分布在廢氣中。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例涉及一種具有排氣路徑空氣噴射系統(tǒng)的發(fā)動機。發(fā)動機包括 具有排氣口的燃燒室和具有形成于曲軸箱中的開口的曲軸箱。開口設計成允許通過該開口 接收來自曲軸箱內(nèi)的壓力脈沖。發(fā)動機還包括具有入口、出口和泵送機構的空氣泵?？諝?泵連接至形成于曲軸箱中的開口。壓力脈沖向泵送機構提供動力。發(fā)動機還包括連接排氣 口和泵出口的歧管。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種發(fā)動機，該發(fā)動機包括具有形成于曲軸箱中的開 口的曲軸箱。開口設計成允許通過該開口接收來自曲軸箱內(nèi)的壓力脈沖。發(fā)動機還包括具 有入口、出口、泵送機構、第一止回閥和第二止回閥的空氣泵。壓力脈沖向泵送機構提供動 力。新鮮空氣經(jīng)過第一止回閥進入入口并且經(jīng)過第二止回閥被指引通過出口。本發(fā)明的另一個實施例涉及用于內(nèi)燃機的空氣噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括形成入口、 出口和腔室的外殼。而且，該系統(tǒng)包括由來自發(fā)動機內(nèi)的振蕩氣壓提供動力的泵送機構。該 系統(tǒng)還包括第一止回閥和第二止回閥。第一止回閥打開以允許新鮮空氣進入腔室，這樣新 鮮空氣就由泵送機構拉入腔室中。第二止回閥打開以允許新鮮空氣離開腔室，這樣新鮮空 氣就由泵送機構推出腔室。外殼設計成在曲軸箱中的開口上連接至曲軸箱藉此外殼和泵送 機構密封該開口，使新鮮空氣與曲軸箱空氣分開。可選示例性實施例涉及如權利要求中總體上所述的其它特征和特征的組合。
通過下面的詳細說明并結合附圖，可以更充分地理解本公開，其中相同的參考數(shù) 字指的是相同的元件，其中圖1是動力設備的透視圖，該動力設備具有依照示例性實施例的用于降低的排放 物的發(fā)動機真空動力的空氣噴射系統(tǒng)。圖2是依照示例性實施例的發(fā)動機的一部分的剖面透視圖。圖3A是依照示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)沿第一取向的示意圖。圖3B是圖3A的空氣噴射系統(tǒng)沿第二取向的示意圖。圖4是依照另一個示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的示意圖。圖5是依照另一個示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的示意圖。圖6是依照另一個示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式在轉向詳細顯示示例性實施例的圖之前，應當理解，本發(fā)明并不限于在說明書中 闡明或是圖中所示的細節(jié)或方法。還應當理解，術語僅僅出于說明的目的而不應視為限制。圖1顯示了依照示例性實施例的動力設備。動力設備為具有發(fā)動機112、機架114 和壓力清洗槍116的壓力清洗系統(tǒng)110的形式?；?20、輪122、手柄124、軟管卷筒126、 控制臺128和其它特征聯(lián)接至機架114。發(fā)動機112聯(lián)接至基板120。發(fā)動機112還包括 主進氣口 130、曲軸箱132、罩蓋134、氣缸蓋136、用于排氣的空氣噴射系統(tǒng)和其它發(fā)動機部 件。一部分空氣噴射系統(tǒng)顯示為二次空氣入口 140。二次空氣入口 140遠離主進氣口 130 并且鄰近消音器142聯(lián)接至發(fā)動機112。發(fā)動機112的壓力清洗系統(tǒng)110向壓力清洗泵144 提供動力，而壓力清洗泵144可以經(jīng)由軟管146聯(lián)接至壓力清洗槍116。雖然圖1顯示了壓力清洗系統(tǒng)110形式的動力設備，但是其它實施例系統(tǒng)可 以包括剪草機、輔助電力發(fā)電機、吹雪機、前-后-尖頭耕作機(front-and rear-tine tillers)、軋邊機、切片機、中耕機和利用內(nèi)燃機的其它動力設備。內(nèi)燃機包括空氣噴射系 統(tǒng)，空氣通過它噴射到排出氣流中以氧化未燃燒的燃料和油，減少污染排放物。圖2顯示了內(nèi)燃機的一部分例如發(fā)動機112的視圖。顯示了幾個內(nèi)部的發(fā)動機部 件，包括氣缸212中的活塞210，且活塞210聯(lián)接至曲軸214。曲軸214包括平衡重量220、 腹板222和曲柄銷226。連桿230的大端232可旋轉地緊固至曲柄銷226。連桿230的小端 (未顯示)樞轉地聯(lián)接至活塞210。發(fā)動機部件還包括顯示為進氣門234和排氣門236的 頂置氣門。頂置氣門的定時由經(jīng)由推桿260和搖桿262聯(lián)接至氣門234、236的凸輪軸264 上的凸耳266控制。在其它實施例中，氣門234、236并未布置在如圖2中所示的配置中，而 是布置在L形燃燒室的足部中、在具有燃燒室的直頂置氣門(directoverhead valve)的氣 缸蓋中或在其它發(fā)動機配置中。氣門234、236控制燃燒期間通過發(fā)動機的燃料和空氣的流量，且圖2中所示發(fā)動 機包括進氣、壓縮、燃燒和排氣四沖程過程。空氣和燃料的混合物通過進氣門234進入燃燒 室240中。混合物被壓縮然后由火花塞242點燃。燃燒室240中的爆炸推動遠離氣門234、 236平移的活塞210。來自活塞210的運動的功率經(jīng)由連桿230傳遞至曲軸214，導致曲軸 214旋轉。曲軸214的慣性矩保持在飛輪(未顯示)的質量內(nèi)并且驅動連桿230和活塞210
5從下死點位置回到上死點位置的曲軸214從燃燒室240中排出廢氣。廢氣被驅動通過排氣 口 250，經(jīng)過排氣門236。仍然參見圖2，發(fā)動機包括空氣噴射系統(tǒng)以使新鮮空氣與廢氣結合?？諝鈬娚湎到y(tǒng) 包括聯(lián)接至歧管254的導管252。歧管254使來自空氣噴射系統(tǒng)的新鮮空氣與廢氣合并。 新鮮空氣中的氧氣使廢氣中未耗盡的燃料氧化或燃燒，降低碳氫化合物排放物和一氧化碳 排放物。圖3A和3B均顯示了依照示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的示意圖?？諝鈬娚湎?統(tǒng)包括聯(lián)接至內(nèi)燃機的曲軸箱312的泵310。泵310包括形成入口 322和出口 324的外殼 320。泵310還包括入口止回閥330、出口止回閥332和在入口止回閥330和出口止回閥332 之間的泵送機構。如圖3A中所示的泵送機構是使用隔膜334的容積式泵送機構。泵310由曲軸箱312中的壓力脈沖提供動力。隔膜334將泵310中的收集室336 與曲軸箱312中的氣體分開。隨著活塞的來回擺動改變曲軸箱內(nèi)的可用體積，燃燒過程導 致曲軸箱內(nèi)的氣體膨脹和收縮。壓力脈沖致使和導致隔膜334以改變泵310的收集室336 中的體積的振蕩方式前后拉伸。來自發(fā)動機外部的新鮮空氣通過入口止回閥330進入收集室336。當曲軸箱312 內(nèi)的壓力降低時，泵310的隔膜334拉伸以增大泵310的收集室336中空氣的體積。收集 室336中生成的較低的壓力會打開入口止回閥330并且關閉出口止回閥332。相反地，當曲 軸箱312內(nèi)的壓力增大時，隔膜334沿相反方向拉伸并且收集室336內(nèi)的體積減小。收集 室336內(nèi)的體積減小會增大氣壓，導致入口止回閥330關閉并且出口止回閥332打開。因 此，收集室336中的新鮮空氣就從泵310推動到排氣流中。參見圖3A和3B中的發(fā)動機結構，單獨的氣流同時移動通過發(fā)動機。來自發(fā)動機進 氣口的空氣被指引經(jīng)過其中收集燃料的汽化器，形成空氣和燃料混合物340(即，“充量”)。 在可選實施例中，空氣與經(jīng)由燃料噴射器的燃料結合?；旌衔?40被指引到燃燒室342中， 其中火花塞點燃混合物340。在一些實施例中，燃料通過混合物340在燃燒室中由于高壓 縮壓力的加熱而點燃，這會生成足以點燃空氣和燃料混合物340的溫度而不用火花塞。雖然 一些實施例可以包括柴油機，柴油機的排氣應該很熱足以允許未耗盡燃料的氧化。在混合物 340燃燒之后，攜帶燃燒的(和未燃燒的)燃料的廢氣344通過排氣口從燃燒室342噴出。離開燃燒室342的廢氣344被指引至歧管346。經(jīng)由止回閥332離開泵310的新 鮮空氣與歧管346中的廢氣344會合。新鮮空氣中的氧氣與廢氣344結合以燃燒未耗盡的 燃料，減少污染排放物。在一些實施例中，歧管是發(fā)動機內(nèi)的腔室。在其它實施例中，歧管 是廢氣管和來自泵310或其它空氣噴射系統(tǒng)的導管的接合點。在其它實施例中，歧管是多 個廢氣管和泵出口 324的接合點。圖4顯示了依照另一個示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的示意圖。空氣噴射系統(tǒng)是 空氣泵系統(tǒng)410的形式，包括過濾進氣口 412、隔膜泵414和與發(fā)動機的曲軸箱或進氣歧管 連通的導管416。來自曲軸箱或進氣歧管的壓力脈沖通過導管416連通。空氣泵系統(tǒng)410 還包括把泵414與進氣412和聯(lián)接至燃燒室排氣口的歧管連接起來的導管418、420。此外， 泵414包括入口止回閥422、內(nèi)室424、隔膜426、泵室428和出口止回閥430。在至少一個實施例中，泵室428與曲軸箱形成一個整體。曲軸箱的壁形成開口，其 中開口的橫截面形成泵室428的側面。隔膜426在開口上形成密封并且泵殼432從隔膜426延伸。在一些實施例中，外殼432延伸到曲軸箱中。在其它實施例中，外殼432遠離曲軸箱 延伸。在其它實施例中，外殼432延伸到曲軸箱中并且從曲軸箱中延伸出去。隔膜426緊 鄰曲軸箱的內(nèi)部可以降低泵414中由于導管416中的減小的阻力導致的功率損耗。另外， 泵414緊鄰燃燒室的排氣口還會降低功率損耗。隔膜426可以由聚合物例如高溫橡膠構成。隔膜426應該設計成抵抗燃料和油霧 的腐蝕、壓力脈沖的疲勞負荷和曲軸箱的往復氣體的高溫。在一些實施例中，隔膜426由韌 性塑料模制。在其它實施例中，隔膜426可以由鋁、鋁合金、鋼或其它金屬的柔性板構成。在 其中隔膜聯(lián)接至進氣歧管的其它實施例中，隔膜結構和材料應該設計成抵抗來自進氣歧管 的空氣的狀況。在圖4的實施例中，止回閥422、430是簧片閥。在一些實施例中，簧片閥可以與標 準燃料泵中的簧片閥互換。在其它實施例中，簧片閥可以與用于標準曲軸箱通氣管的簧片 閥互換。在一些實施例中，簧片閥可以由設計用于長的疲勞壽命的鋼扭轉彈簧偏壓。然而 在其它實施例中，入口止回閥包括直列盤式止回閥，且該止回閥包括兩個端口。在其它實施 例中，可以使用其它類型的閥。泵系統(tǒng)410的尺寸和配置可以根據(jù)發(fā)動機尺寸、類型、容量或應用而改變。例如， 在一些小型發(fā)動機的實施例中，泵系統(tǒng)410設計成生成從大約20每小時立方英尺(cfh)至 400cfh且優(yōu)選地從30cfh到80cfh的空氣流速。在至少一個示例性實施例中，流速大約為 45cfh，然而最佳速率是發(fā)動機尺寸和排氣流速的函數(shù)。圖5和6顯示了依照其它示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)。更具體地，圖5顯示了 空氣噴射系統(tǒng)的空氣泵510。泵510包括入口 512、出口 514、內(nèi)室516和泵室518。圖6顯 示了依照另一個示例性實施例的空氣噴射系統(tǒng)的空氣泵610。泵610還包括入口 612、出口 614、內(nèi)室616和泵室618。參見圖5，內(nèi)室516和泵室518由泵送機構520分開。泵送機構520包括聯(lián)接至泵 510的側面522和偏壓構件526的硬板524，偏壓構件例如為彈簧或柔性棒，它吸收和釋放 經(jīng)由來自曲軸箱的壓力脈沖傳遞至泵送機構520的能量。泵送機構520的板524在泵510 內(nèi)前后移動以響應來自發(fā)動機的壓力脈沖來增大或減小泵室518和內(nèi)室516的體積?，F(xiàn)在參見圖6中所示的空氣噴射系統(tǒng)，泵送機構620包括聯(lián)接至泵610的壁622 的鉸接擋板624。擋板624的一側鉸接至壁622，而另一側自由地前后滑動。擋板624的運 動會將壓力脈沖轉換成泵送功率。如各個示例性實施例中所示的用于發(fā)動機排氣的空氣噴射系統(tǒng)的結構和配置僅 僅是示意性的。雖然在本公開中已經(jīng)詳細描述了僅僅幾個實施例，但是在本質上不脫離在 此所述的主題的新穎示教和優(yōu)點的前提下，許多改進都是可能的(例如大小、尺寸、結構、 各種元件的形狀和比例、參數(shù)值、安裝配置、材料的使用、朝向等等的變化)。例如，顯示為整 體地形成的元件可以由多個零件或元件構成，元件的位置可以顛倒或是以其它方式改變， 并且離散元件的性質或數(shù)目可以變更或改變。在一些實施例中，噴射系統(tǒng)將空氣指引到內(nèi) 燃機的進氣側以提高進入燃燒室的空氣的體積或壓力。所有方法、邏輯算法或方法步驟的 次序或順序都可以依照可選實施例而改變或重新排序。在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下， 也可以在各種示例性實施例的設計、運行狀況和配置中做出其它的置換、改進、變化和省 略。
權利要求
一種具有排氣路徑空氣噴射系統(tǒng)的發(fā)動機，該發(fā)動機包括具有排氣口的燃燒室；具有形成于其中的開口的曲軸箱，該開口設計成允許來自曲軸箱內(nèi)的壓力脈沖由此貫穿接收；具有入口、出口和泵送機構的空氣泵，該空氣泵聯(lián)接至形成于曲軸箱中的開口，其中，所述壓力脈沖向泵送機構提供動力；和聯(lián)接排氣口和泵出口的歧管。
2.如權利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，歧管與燃燒室相鄰。
3.如權利要求2所述的發(fā)動機，其特征在于，泵送機構使曲軸箱空氣與流經(jīng)泵的新鮮 空氣分開。
4.如權利要求3所述的發(fā)動機，其特征在于，泵送機構包括隔膜。
5.如權利要求4所述的發(fā)動機，其特征在于，發(fā)動機是構造成由汽油作為燃料的單缸 或雙缸的四沖程循環(huán)的內(nèi)燃機之一。
6.如權利要求5所述的發(fā)動機，其特征在于，還包括聯(lián)接至燃燒室的主進氣口，藉此流 經(jīng)主進氣口的空氣就被導引至燃燒室，并且其中，空氣泵入口聯(lián)接至主進氣口。
7.如權利要求5所述的發(fā)動機，其特征在于，還包括主進氣口和二次空氣入口，其中， 泵入口聯(lián)接至二次空氣入口。
8.如權利要求7所述的發(fā)動機，其特征在于，二次空氣入口包括空氣過濾器。
9.如權利要求8所述的發(fā)動機，其特征在于，空氣泵和二次空氣入口連接至發(fā)動機與 消音器相鄰。
10.如權利要求8所述的發(fā)動機，其特征在于，發(fā)動機并不包括催化轉化器。
11.一種發(fā)動機，包括具有形成于其中的開口的曲軸箱，其中，該開口配置成允許來自曲軸箱內(nèi)的壓力脈沖 由此貫穿接收；具有入口、出口、泵送機構、第一止回閥和第二止回閥的空氣泵，其中，所述壓力脈沖向 泵送機構提供動力，并且其中，新鮮空氣經(jīng)過第一止回閥進入入口并且經(jīng)過第二止回閥被 導引通過出口。
12.如權利要求11所述的發(fā)動機，其特征在于，還包括歧管，其中，來自泵的新鮮空氣 與來自發(fā)動機內(nèi)的第二來源的空氣在歧管中結合。
13.如權利要求12所述的發(fā)動機，其特征在于，第二來源包括燃燒室的排氣口。
14.如權利要求13所述的發(fā)動機，其特征在于，發(fā)動機是構造成由汽油作為燃料的單 缸或雙缸的四沖程循環(huán)的內(nèi)燃機之一。
15.如權利要求14所述的發(fā)動機，其特征在于，所述泵是容積式泵。
16.如權利要求15所述的發(fā)動機，其特征在于，泵送機構使曲軸箱空氣與流經(jīng)泵的新 鮮空氣分開。
17.如權利要求16所述的發(fā)動機，其特征在于，泵送機構包括隔膜。
18.一種用于內(nèi)燃機的空氣噴射系統(tǒng)，包括形成入口、出口和腔室的外殼；由來自內(nèi)燃機內(nèi)的振蕩氣壓提供動力的泵送機構；第一止回閥，其中第一止回閥打開以允許新鮮空氣進入腔室，新鮮空氣由泵送機構拉 入腔室中；和第二止回閥，其中第二止回閥打開以允許新鮮空氣離開腔室，新鮮空氣由泵送機構推 出腔室；其中，外殼配置成在曲軸箱中的開口上連接至曲軸箱，這樣外殼和泵送機構就密封該 開口，使新鮮空氣與曲軸箱空氣分開。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，當?shù)诙y打開時第一閥關閉，并且當?shù)谝?閥打開時第二閥關閉。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，泵送機構包括隔膜。
全文摘要
本發(fā)明提出具有排氣路徑空氣噴射系統(tǒng)的發(fā)動機，包括具有排氣口的燃燒室和具有形成于其中的開口的曲軸箱。開口設計成允許通過該開口接收來自曲軸箱內(nèi)的壓力脈沖。發(fā)動機還包括具有入口、出口和泵送機構的空氣泵?？諝獗眠B接至形成于曲軸箱中的開口。壓力脈沖向泵送機構提供動力。發(fā)動機還包括連接排氣口和泵出口的歧管。
文檔編號F01N3/32GK101949316SQ20101022506
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權日2009年7月8日
發(fā)明者J·J··拉希 申請人:布里格斯斯特拉頓公司