ITTO940969A1

ITTO940969A1 - Sistema di scarico per un motore a due tempi.

Info

Publication number: ITTO940969A1
Application number: IT94TO000969A
Authority: IT
Inventors: Mitsuo Kusa; Kensuke Suzuki; Hiroyuki Sasaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-05-25
Also published as: KR0144104B1; CN1113542A; IT1267631B1; CN1052527C; JP3202458B2; ITTO940969A0; DE4441933A1; FR2712926B1; KR950014537A; JPH07150983A; TW279193B; FR2712926A1

Abstract

La presente invenzione prevede un sistema di scarico per un motore a due tempi che utilizza la pressione pulsante del gas di scarico per aumentare la potenza durante il funzionamento ad un'elevata velocità del motore in grado di ridurre la concentrazione di idrocarburi nel gas di scarico che può aumentare mentre il motore a due tempi funziona ad una bassa velocità del motore per un'apertura limitata della valvola di regolazione senza che ciò comporti una riduzione significativa della potenza.Una camera di valvola (41) è formata nel condotto di scarico (22) del motore a due tempi (16), ed una valvola limitatrice (24) è disposta entro la camera di valvola (41) ed interbloccata con la valvola di regolazione (39) del motore a due tempi (16) in modo da ridurre l'area in sezione del passaggio di scarico quando l'apertura della valvola di regolazione (39) è limitata. La posizione della valvola limitatrice (24) è determinata in modo che 1 6 Kv s 5, in cui Kv rappresenta il rapporto del volume dello spazio interno di una porzione del condotto di scarico (22) tra la superficie del cilindro (22) e la valvola limitatrice (24), o 1,1 6 Ka s 1,35, in cui Ka rappresenta il rapporto tra l'area in sezione della camera di valvola (41) e l'area in sezione del condotto di scarico (22).(Figura 5)

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema di scarico per un motore a due tempi"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di scarico per un motore a due tempi e, più in particolare, ad un sistema di scarico in grado di ridurre la concentrazione di idrocarburi del gas di scarico senza che ciò comporti una riduzione significativa della potenza del motore a due tempi.

Un motore a due tempi utilizza la pulsazione della pressione del gas di scarico per aumentare la potenza; ossia, mentre lo stantuffo in movimento verso l'alto dopo aver oltrepassato il punto morto inferiore chiude prima la luce di lavaggio e quindi chiude la luce di scarico, la pressione positiva del gas di scarico pulsante agisce sulla luce di scarico impedendo il trafilamento della nuova carica.

Poiché il motore a due tempi è realizzato in modo che la pulsazione del gas di ecarico eia in sincronismo con la corsa dello stantuffo mentre il motore a due tempi funziona ad un'elevata velocità del motore, la pulsazione del gas di scarico diventa asincrona con la corsa dello stantuffo mentre il motore a due tempi funziona ad una bassa velocità del motore e di conseguenza è possibile che si verifichi che una pressione negativa agisca sulla luce di scarico prima che la luce di scarico sia chiusa favorendo il trafilamento. Se si verifica un trafilamento mentre l'apertura della valvola a farfalla è limitata, è possibile si verifichi una mancata accensione poiché la quantità di nuova carica aspirata nel motore a due tempi è piccola quanto l'apertura della valvola a farfalla è limitata e di conseguenza aumenta il consumo di combustibile ed aumenta la concentrazione di idrocarburi (HC) del gas di scarico.

Per risolvere tale problema, un dispositivo di regolazione della potenza di un motore descritto nella domanda di modello d'utilità giapponese n. 60-72925 impiega un condotto di scarico collegato alla luce di scarico di un motore, avente una camera di valvola, e provvisto di una valvola a farfalla supportata in modo articolato nella camera di valvola con un gioco tra la parete della camera di valvola e la valvola a farfalla ed interbloccato con la valvola di regolazione del motore .

Questa valvola a farfalla, ossia una valvola limitatrice, è destinata ad ostruire il flusso del gas di scarico in modo che la concentrazione di HC del gas di scarico sia ridotta depurando il gas di scarico. Tuttavia la disposizione del condotto di scarico con tale valvola limitatrice interbloccata con la valvola di regolazione non costituisce un mezzo perfetto per ridurre la concentrazione di HC del gas di scarico, poiché motori aventi rispettivamente cilindrate differenti richiedono condotti di scarico differenti e scaricano gas di scarico di masse differenti, rispettivamente.

Poiché la valvola limitatrice aumenta la resistenza al flusso del gas di scarico e la camera funge da camera di espansione che genera un'onda di riflessione nel condotto di scarico, la potenza del motore è ridotta.

La presente invenzione dispone una valvola limitatrice in una posizione ottimale nel condotto di scarico e forma una camera di valvola destinata a contenere la valvola limitatrice in una forma ottimale per fornire un effetto di depurazione del gas di scarico senza che ciò comporti una riduzione significativa della potenza.

La presente invenzione prevede un sistema di scarico per un motore a due tempi, comprendente un condotto di scarico provvisto di una porzione espansa che funge da camera di valvola, ed una valvola limitatrice disposta nella camera di valvola e interbloccata con la valvola di regolazione del motore a due tempi in modo da ridurre l'area di passaggio del gas di scarico quando l'apertura della valvola di regolazione è limitata, in cui la valvola limitatrice è disposta in una posiziono che soddisfa una disuguaglianza 1 ≤ K, ≤ 5, in cui K, rappresenta il rapporto del volume dello spazio interno di una porzione del condotto di scarico tra la superficie del cilindro del motore a due tempi e la valvola limitatrice rispetto alla cilindrata del motore a due tempi, e la camera di valvola ha un'area in sezione che soddisfa una disuguaglianza: 1,1 ≤ K, < 1,35, in cui K, rappresenta il rapporto tra l'area in sezione della camera di valvola e l'area in sezione del condotto di scarico.

La concentrazione di HC del gas di scarico può essere notevolmente ridotta mentre il motore a due tempi funziona ad una bassa velocità del motore con un'apertura limitata della valvola di regolazione quando la posizione della valvola limitatrice soddisfa la dieuguaglianza: 1 < < 5, e la riduzione della potenza del motore a due tempi può essere efficacemente impedita quando l'area in sezione della camera di valvola soddisfa la disuguaglianza: 1,1 ≤ K, ≤ 1,35.

L'invenzione sarà descritta con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

la figura 1 rappresenta una vista laterale di un ciclomotore del tipo motoretta provvisto di un sistema di scarico in accordo con la presente invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista in sezione schematica di una porzione di un condotto di scarico provvista di una valvola limitatrice;

la figura 3 rappresenta una vieta laterale di una porzione del condotto di scarico provvista della valvola limi— tatrice;

la figura 4 rappresenta una vista in sezione lungo la linea IV-IV della figura 3;

la figura 5 rappresenta una vista laterale schematica del motore e dei componenti associati del ciclomotore;

la figura 6 rappresenta una vista schematica di aiuto per spiegare un rapporto Kv;

la figura 7 rappresenta un grafico che mostra la variazione del rapporto di riduzione di HC con il rapporto Kv; la figura 8 rappresenta un grafico che mostra la variazione del massimo rapporto di potenza massima con un rapporto Ka;

la figura 9 rappresenta un grafico che mostra la dipendenza del massimo rapporto di potenza massima dallo spostamento dell'asse della camera di valvola rispetto a quello del condotto di scarico; e

la figura 10 rappreeenta una vista schematica che mostra la relazione posizionale tra il condotto di scarico e la camera di valvola.

La figura 1 rappresenta una vista laterale di un ciclomotore del tipo motoretta provvisto di un sistema di scarico in una forma di attuazione preferita in accordo con la presente: invenzione. Una carrozzeria comprende una carrozzeria anteriore 1, una carrozzeria posteriore 2 ed un'unità a pianale basso 3 che si estende tra la carrozzeria anteriore 1 e la carrozzeria posteriore 2. Un telaio principale 4, una struttura principale della carrozzeria, si estende verso il basso nella carrozzeria anteriore 1, si estende all'indietro sotto l'unità di pianale 3 e si estende verso l'alto e all'indietro nella carrozzeria 2. Un sedile 5 è montato sulla carrozzeria posteriore 2, ed un cannotto di sterzo 7 provvisto di un manubrio 6 è disposto sulla sommità della carrozzeria anteriore 1.

Una forcella anteriore 83 supportata sulla carrozzeria anteriore 1, una ruota anteriore 93 supportata sulla forcella anteriore 8 e il manubrio 3 utilizzato per lo sterzo. Una staffa 10 è saldata alla superficie inferiore di una porzione posteriore del telaio 4 della carrozzeria, in modo da sporgere all 'indietro, un'unità oscillante 12 è supportata per un movimento oscillante in un piano verticale sulla staffa 10 mediante una leva 11 ed un ruota posteriore 3 supportata su un asse posteriore 14 supportato sull’estremità posteriore dell'unità oscillante 12. Un ammortizzatore posteriore 15 si estende tra l'estremità posteriore dell'unità oscillante 12 e la porzione superiore posteriore del telaio 4 della carrozzeria.

Un motore 16 è incorporato nella porzione anteriore dell'unità oscillante 12 per azionare la ruota posteriore 13 attraverso un meccanismo di trasmissione di potenza incluso nell'unità oscillante 12. Un serbatoio di combustibile 17 è fissato rigidamente al telaio 4 della carrozzeria sotto l'unità di pianale 3.

Il motore 15 è un motore a due tempi. Una miscela ariacombustibile è alimentata da un carburatore 18 attraverso un condotto di ammissione 19 nella camera di manovella del motore 16. Aria fresca è aspirata attraverso un filtro dell'aria 20 nel carburatore 18. Un condotto di scarico 22 collegato alla luce di scarico 21 del motore 16 si estende verso il basso davanti all'unità oscillante 12 ed all'indietro lungo il lato destro della superficie inferiore dell'unità oscillante 12 ed è collegato ad un silenziatore 23 disposto sul lato destro della carrozzeria.

La lunghezza del condotto di scarico 22 è determinata selettivamente in modo che la pulsazione del gas di scarico impedisca il trafilamento della nuova carica mentre il motore 16 funziona ad un'elevata velocità del motore; ossia la lunghezza del condotto di scarico 22 è determinata in modo che la pressione pulsante del gas di scarico in corrispondenza della luce di scarico 21 raggiunga una pressione positiva nello stadio finale della corea di lavaggio per impedire il trafilamento della nuova carica. Tuttavia il sincronismo tra la pulsazione del gas di scarico e la cosa di lavaggio è interrotto quando il motore 16 funziona ad una bassa velocità del motore ed esiste una pressione negativa in corrispondenza della luce di scarico 21 nello stadio finale della corsa di lavaggio favorendo il trafilamento della nuova carica, il che aumenta la quantità di HC incombusti nel gas di scarico. Inoltre, poiché la quantità di nuova carica alimentata al motore è piccola, mentre l'apertura della valvola di regolazione è limitata, è possibile si verifichi una mancata accensione e la concentrazione di HC del gas di scarico aumenta ulteriormente.

In questa forma di attuazione, una valvola limitatrice 24 è disposta all'estremità posteriore del condotto di scarico 22 per ridurre l'area in sezione del paesaggio di scarico mediante la valvola limitatrice 24 quando l'apertura della valvola di regolazione è limitata applicando una resistenza al flusso del gas di scarico. Poiché il livello della pressione del gas di scarico può così essere aumentato, la pressione negativa che può essere prodotta in corrispondenza della luce di scarico 21 nello stadio finale della corsa di lavaggio è aumentata ad una pressione positiva, per cui è possibile prevenire il trafilamento della nuova carica.

Come illustrato nella figura 2, la valvola limitatrice 24 3 disposta entro una camera di valvola formata da una dilatazione dell'estremità posteriore del condotto di scarico 22. Il condotto di scarico 22 è unito ad una porzione anteriore ad imbuto 23a del silenziatore 23. Nella figura 2, con linee tratteggiate è indicata l'estremità posteriore di un condotto di scarico ordinario non provvisto della camera di valvola 41 ed unito alla porzione ad imbuto 23a del silenziatore 23.

La figura 3 rappresenta una vista laterale della camera di valvola 41 e la figura 4 rappresenta una vista in sezione lungo la linea IV-IV della figura 3. La valvola limitatrice 24 à una valvola a farfalla montata rigidamente su un alberino 25 che si estende trasversalmente attraverso la camera di valvola 41. Una puleggia 26 è montata rigidamente su un'estremità dell 'alberino 25 sporgente dalla parete laterale della camera di valvola 41. Una sporgenza 27 è rivolta radialmente verso l'esterno dalla circonferenza della puleggia 26. Arresti 28 e 29 per limitare il campo angolare di rotazione della puleggia 26 sull'albero 25 a 90° sporgono dalla superficie'esterna della parete della camera di valvola 41. La sporgenza 27 è disposta nel campo tra gli arresti 28 e 29. Perciò la puleggia 26, l'alberino 25 e la valvola limitatrice 24 sono in grado di ruotare in un campo angolare di circa 90° tra una posizione in cui la sporgenza è in contatto con l'arresto 28 ed una posizione in cui la sporgenza è in contatto con l'altro arresto 29.

Una molla di torsione 30 è disposta tra la puleggia 26 e la parete della camera di valvola 41 per spingere elasticamente la puleggia 30 verso una posizione in cui la sporgenza 27 è in contatto con l'arresto 28 come illustrato nella figura 3. Quando la sporgenza 27 è in contatto con l'arresto 28, la valvola limitatrice 24 si estende in direzione sostanzialmente perpendicolare agli assi del condotto di scarico 22 e della camera di valvola 41. Il diametro esterno della valvola limitatrice 24 è minore del diametro della camera di valvola 41. Percid la camera di valvola 41 non è perfettamente chiusa dalla valvola limitatrice 24 ed un passaggio 32 è formato tra la parete della camera di valvola 41 e la valvola limitatrice 24 quando la sporgenza 27 è in contatto con l'arresto 28.

Un cavo 31 ha una porzione di estremità avvolta intorno alla puleggia 26 ed ha un'estremità 31a fissata alla puleggia 26. Quando il cavo 31 è tirato nella direzione di una freccia a (figura 3) in modo che il cavo 31 sia evolto dalla puleggia 26, la puleggia 26 è fatta ruotare di circa 90° fino a quando la sporgenza 27 non entra in contatto con l'altro arresto 29, dove la valvola limitatrice 24 si estende parallelamente all'asse del condotto di scarico 22 aprendo completamente il condotto di scarico 2.

La figura 5 rappresenta una tipica vista del motore e dei componenti associati. Il gas di scarico scaricato dal motore 16 entro il condotto di scarico 22 si espande nella camera di espansione 33 del silenziatore 31 ed è scaricato all 'indietro attraverso un diffusore 34 dal silenziatore 23. Il cavo 31 si estende in modo scorrevole attraverso un tubo di guida fisso 35 (figura 3) e l'altra estremità del cavo 31 è collegata ad una giunzione di cavo 36 fissata alla carrozzeria in una posizione appropriata.

La giunzione di cavo 36 ’è provvista di pulegge 37a e 37b, che sono unite coassialmente insieme per ruotare solidalmente. Il cavo 31 è collegato ad un connettore 31b collegato alla puleggia 37a. Un cavo dell'acceleratore 38a ha un'estremità collegata ad una manopola dell'acceleratore, non rappresentata, montata sul manubrio 6 e l'altra estremità collegata ad un connettore 38c fresato alla puleggia 37b. Un secondo cavo dell'acceleratore 38c ha un'estremità collegata all'altra estremità del cavo dell'acceleratore 38a attraverso un connettore 38d e l'altra estremità collegata alla valvola di regolazione 39 del carburatore 18.

Quando la manopola dell'acceleratore è azionata in modo da tirare il cavo dell'acceleratore 38a nella direzione della freccia à, il cavo dell'acceleratore 38b è tirato nella direzione della freccia a e la valvola di regolazione 39 è spostata in una posizione indicata con linee tratteggiate aprendo la valvola di regolazione 30 ad un'apertura elevata e di conseguenza il motore 16 funziona ad un'elevata velocità del motore. Quando il cavo dell'acceleratore 38a è cosi tirato, la puleggia 37a ruota in verso antiorario, rispetto alla figura 5, insieme con la puleggia 37b tirando il cavo 31 nella direzione della freccia a (figura 3) fino a quando la sporgenza 27 non è portata in contatto con l'arresto 29, in modo che la valvola limitatrice 24 sia disposta in una posizione completamente aperta, come indicato con linee continue nella figura 5, per utilizzare la pulsazione della pressione del gas di scarico in modo efficace come è previsto per migliorare la potenza del motore.

Quando la manopola dell'acceleratore è lasciata ruotare nella direzione opposta, i cavi dell'acceleratore 38a e 38b, ed il cavo 31 sono fatti muovere in una direzione opposta alla direzione della freccia a da molle da richiamo. Di conseguenza la valvola di regolazione 39 è aperta con un'apertura limitata e la valvola limitatrice 24 è disposta in una posizione di limitazione come indicato con linee tratteggiate nella figura 5. Così l'apertura della valvola limitatrice 24 varia in accordo con l'apertura della valvola di regolazione 39, e riduce l'area in sezione del passaggio di scarico quando l'apertura della valvola di regolazione 39 è limitata.

E ' possibile impiegare invece della giunzione di cavo 36 un dispositivo comprendente un sensore di posizione della valvola di regolazione per rilevare l'apertura della valvola di regolazione 39 ed un servomotore per azionare la valvola limitatrice 24 in accordo con la posizione della valvola di regolazione 39.

Gli inventori della presente invenzione hanno trovato che l'effetto della valvola limitatrice 24 sulla riduzione della concentrazione di HC del gas di scarico mentre l'apertura della valvola di regolazione è limitata ed il motore funziona ad una bassa velocità del motore dipende in notevole misura dal valore di Kv, che sarà descritto in seguito.

La figura 6 rappresenta una vista schematica del cilindro 40 del motore 16, del condotto di scarico 22 (la camera di valvola 41 è omessa nel disegno) collegato al cilindro 40, e della valvola limitatrice 24 disposta sul condotto di scarico 22. Kv = D/C, in cui C rappresenta la cilindrata del cilindro 40 (se il condotto di scarico 22 è collegato ad una molteplicità di cilindri, C rappresenta la somma delle rispettive cilindrate della molteplicità di cilindri), e D rappresenta il volume dello spazio interno di una porzione del condotto di scarico 22 tra la superficie del cilindro, ossia la luce di scarico 21 del cilindro, e la valvola limitatrice.

La figura 7 rappresenta un grafico che mostra la variazione del rapporto di riduzione di HC (rapporto di depurazione) calcolato sulla base della concentrazione di HC nel gas di scarico, ossia il rapporto percentuale tra la quantità di HC ridotta dall'effetto della valvola limitatrice 24 e la quantità di HC contenuta nel gas di scarico quando la valvola limitatrice 24 non è utilizzata per tre motori, aventi rispettivamente cilindrate differenti, in cui è misurato sull'asse delle ascisse e il rapporto di riduzione di HC è misurato sull'asse delle ordinate. Le curve E, F e G sono rispettivamente tracciate per questi motori. La cilindrata del motore corrispondente alla curva E è quella massima, e quella del motore corrispondente alla curva G è quella minima.

Come è ovvio dalla figura 7, il rapporto di riduzione di HC dipende notevolmente dal valore di Kv ed il valore di Kv deve essere compreso nel campo tra 1 e 5 per ridurre efficacemente la concentrazione di HC ad un rapporto di riduzione di HC del 20% o più.

La valvola limitatrice 24 disposta sul condotto di scarico 22 limitata il flusso del gas di scarico aumentando la resistenza di scarico, e l'onda di pressione del gas di scarico il riflessa all'estremità di scarico del condotto di scarico che sbocca nella camera di valvola 41, e di conseguenza la potenza del motore è ridotta.

Gli inventori della presente invenzione hanno trovato che il grado di riduzione della potenza del motore dipende in misura notevole dal valore di

Ka = B/A, in cui A rappresenta l'area in sezione del condotto di scarico 22 e B rappresenta l'area in sezione della camera di valvola 41 (figura 2).

La figura 8 rappresenta un grafico che mostra la variazione del rapporto di potenza massima in percentuale della massima potenza del motore di ognuno dei motori suddetti quando il condotto di scarico 22 è provvisto della valvola limitatrice 24 rispetto alla massima potenza dello stesso motore quando il condotto di scarico 22 non è provvisto della valvola limitatrice 24 con Ka.

Come è ovvio dalla figura 8, il rapporto di riduzione di potenza è 5% o meno per tutti i motori quando K4 si trova nel campo compreso tra 1,1 a 1,35.

Di conseguenza, in accordo con la presente invenzione, il condotto di scarico 22 e la camera di valvola 41 sono realizzati in modo che 1 < K, < 5 e 1,1 < K4 < 1,35.

In questa forma di attuazione, l'asse centrale C, del condotto di scarico 22 e l'asse centrale C2 della camera di valvola 42 sono allineati tra loro come illustrato nella figura 10(a). La figura 9 rappresenta un grafico che mostra la variazione della massima potenza del motore con lo spostamento verso il basso e dell'asse centrale C2 della camera di valvola 41 rispetto all'asse centrale C1 del condotto di scarico 22 come illustrato nella figura 10(b) e con lo spostamento verso l'alto e dell'asse centrale C2 della camera di valvola 41 rispetto all'asse centrale C1 del condotto di scarico 22 come illustrato nella figura 10(c).

Nella figura 9 le ascisse indicano il valore di deviazione in cui il punto centrale zero indica l'allineamento dell'asse centrale C3 con C2; il lato sinistro indica il valore di deviazione verso il basso e con il valore negativo (-) ed il lato destro indica il valore di deviazione verso l'alto e con il valore positivo (+).

Come è ovvio dalla figura 9, la massima potenza del motore diminuisce con l'aumento dello spostamento dell'asse centrale C2 della camera di valvola 41 dall'asse centrale C1 del condotto di scarico 22. Di conseguenza è desiderabile che gli assi centrali e C2 siano allineati tra loro.

Come è evidente dalla descrizione precedente, in accordo con la presente invenzione, in un motore a due tempi che utilizza la pulsazione della pressione del gas di scarico per il miglioramento della potenza mentre il motore a due tempi funziona ad un'elevata velocità del motore, l'aumento della concentrazione di HC nel gas di scarico che può verificarsi quando l'apertura della valvola di regolazione è limitata ed il motore a due tempi funziona ad una bassa velocità del motore, può essere soppresso senza che ciò comporti una riduzione significativa della potenza.

Claims

RIVENDICAZIONE Sistema di scarico per un motore a due tempi, comprendente un condotto di scarico provvisto di una porzione espansa che funge da camera di valvola, e una valvola limitatrice disposta nella camera di valvola ed interbloccata con la valvola di regolazione del motore a due tempi in modo da ridurre l’area di passaggio del gas di scarico quando l'apertura della valvola di regolazione è limitata; caratterizzato dal fatto che la valvola limitatrice è disposta in una posizione che soddisfa una disuguaglianza: 1 < K, ≤ 5, in cui K,,rappresenta il rapporto del volume dello spazia interno di una porzione del condotto di scarico tra la superficie del cilindro del motore a due tempi e la valvola limitatrice rispetto alla cilindrata del motore a due tempi, e la camera di valvola ha un'area in sezione che soddisfa una disuguaglianza: 1,1 < K4 ≤ 1,35, in cui Ka rappresenta il rapporto tra l'area in sezione della camera di valvola e l'area in sezione del condotto di scarico.