CN100585134C - 发动机 - Google Patents

Abstract

一种发动机，包括：凸轮；与凸轮接触的具有第一端和第二端的凸轮从动臂，凸轮从动臂被配置成围绕靠近第一端的枢轴点枢转，且在靠近第二端处接合凸轮；阀、摇臂和推杆，摇臂和推杆将阀连接到凸轮从动臂；具有弯曲槽的曲轴箱；和连接部件，其可旋转地将凸轮从动臂连接到曲轴箱，其中连接部件穿过弯曲槽，并可以移动到弯曲槽中的不同位置，使得枢轴点相对于曲轴箱移动，并且连接部件的移动对阀定时提供精细调节，而对阀定时的粗调可通过改变与凸轮相关联的第一齿轮相对于驱动第一齿轮的附加齿轮的转动位置来实现；从而可以调节凸轮从动臂相对于曲轴箱的位置，使得凸轮从动臂和凸轮的接合发生改变。

Description

发动机

本申请是于2003年7月15日提交的题为“内燃机的凸轮从动臂”的第03821700.7号专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及内燃机。尤其是，本发明涉及利用凸轮从动件的发动机气阀机构。

背景技术

内燃机通常采用阀来控制对发动机汽缸提供空气及燃料，以及控制从汽缸中排除废气和其它一些功能。这些阀常常是通过与凸轮相互作用的气阀机构来启动，随着曲轴的齿轮驱动与凸轮关联的互补齿轮，这些凸轮被发动机的曲轴驱动。随着凸轮的旋转，与凸轮连接的挺杆从动件、液压升降杆、或其它升降杆类型的机构基本上直线地移动来靠近和远离凸轮。在许多这样的发动机中，推杆接着把这些升降杆类型的机构连接到摇臂，摇臂自身被连接到阀上。因此，凸轮的旋转运动转换成使阀开关的直线运动。

根据发动机与操作条件，发动机的阀应在不同的时间被打开和关闭。对于既定的发动机，具体的阀的定时设定可根据各种因素而变化，这些因素包括发动机设计特征和预期的操作条件。对于一些发动机来说，如果阀的定时设定可在这些发动机的制造过程中为不同的发动机而被单独地定制，这也是所期望的。如果不同的发动机用于不同的操作条件，这更是如此。另外，在一些发动机中，也希望在发动机操作过程中，阀的定时设定可以根据操作条件的变化而改变。

尽管希望发动机的阀的时间设定可以这些方式来变化，但具有上述设计的内燃机通常会受到阀的定时设定变化的方式和程度的限制。第一，在发动机制造之后，通常不可能在现场操作过程中改变发动机阀的定时设定。第二，即使在发动机的制造过程中(假定发动机部件不重新设计)，阀的定时设定的变化通常只能通过调节凸轮相对于曲轴的角定位来进行。这通常是通过改变与凸轮相关的齿轮相对于曲轴上的互补齿轮的相对方向来实现的。但是，因为与凸轮相关的齿轮的每个轮齿在各自齿轮上占有较大部分，在该方式中，只可以进行较粗略的阀的定时调节。因而，对上述设计的内燃机的阀的定时设定进行调节的能力受到了很大限制。

除了阀的定时调节的限制之外，具有上述气阀机构的内燃机还有另外的限制。尤其是，虽然诸如挺杆从动件的升降杆类型的机构使得把凸轮的旋转运动转换成直线运动成为可能，但使用这些装置有一定缺点。挺杆从动件或其它升降杆类型的机构通常必须具有连接凸轮的较宽的面，这样升降杆类型的机构随着凸轮的旋转而被保证与凸轮的最近边缘保持接触。这种升降杆类型机构上的面随着时间易于被磨损。另外，为保证升降杆类型的机构与凸轮保持接触，而不从凸轮上滑动下来，还要防止升降杆类型的机构在靠近和远离凸轮之外的方向上移动，这是通过被定位在曲轴箱中的精密孔内而实现。制造这样的精密孔是昂贵的。

因此，如果可以开发具有改进的气阀机构设计的内燃机，以便更容易地对阀的定时设定进行改变，这将是有利的。另外，如果改进的气阀机构设计使对阀的定时设定的微调变得可能，而不是简单地对这些设定进行粗调，也将是有利的。此外，如果改进的气阀机构设计可减少将挺杆从动件或其它升降杆类型的机构相对于和这些机构相连的凸轮维持在适当位置的相关问题，这也将是有利的。

发明内容

本发明的发明人开发了一种改进的内燃机气阀机构，其中，气阀机构采用在一端具有弯曲凸缘(“端块”)的凸轮从动臂。端块的凸起侧压在凸轮上，端块的凹入侧连接气阀结构的推杆。由于连接推杆的端块一侧的凹入形状，以及(在一些实施例中)设计来接受推杆的沿凹入侧的凹坑，所以尽管凸轮从动臂响应凸轮的旋转而运动，推杆还可以保持与端块的接触。因此，不再需要使推杆与凸轮保持接触的具有大表面的挺杆从动件或其它类似升降杆类型的装置。另外，通过改变凸轮从动臂被连接到曲轴箱并相对于曲轴箱旋转的枢轴点，改变了凸轮从动臂相对于凸轮(及曲轴)的旋转的运动定时。因此，凸轮从动臂的位置的细微变化可产生相应的发动机阀的定时的细微变化。

具体而言，本发明涉及内燃机。该内燃机包括具有汽缸的曲轴箱，第一阀，第一推杆，和由曲轴箱支撑并把第一阀连接到第一推杆的第一摇臂。该内燃机还包括可旋转地由曲轴箱支撑的第一凸轮和第一凸轮从动臂，该第一凸轮从动臂具有第一和第二端，并且其在靠近第二端处具有底表面和顶表面。第一凸轮从动臂围绕靠近第一端的第一枢轴点可旋转地由曲轴箱支撑。靠近第二端的底表面滑动地接合第一凸轮，靠近第二端的顶表面接合第一推杆。

本发明进一步涉及内燃机的气阀机构，该气阀机构包括第一凸轮，第一推杆，第一阀，将第一阀连接到第一推杆的第一摇臂，以及接合第一凸轮与第一推杆并使第一凸轮与第一推杆一起运动的装置。

本发明另外涉及内燃机的第一阀操作定时的设定方法。该方法包括在内燃机上提供第一凸轮，提供第一凸轮从动臂，选择被第一凸轮从动臂围绕而旋转的第一枢轴点，其中该第一枢轴点至少从两个不同的枢轴点中选择。该方法进一步包括连接第一凸轮从动臂到内燃机，使得凸轮从动臂相对于第一枢轴点旋转，提供连接第一凸轮从动臂的第一推杆，它反过来滑动地连接第一凸轮，以及提供将第一推杆连接到第一阀的第一摇臂。通过选择第一枢轴点，第一阀的操作定时是被设定为一个期望的设定值。

附图说明

图1是从发动机的一个侧面上看到的单缸发动机的第一透视图，在其侧面上安装有起动器和汽缸盖；

图2是图1中的单缸发动机从发动机的一个侧面上看到的第二透视图，在其侧面上安装有空气过滤器和滤油器；

图3是图1中单缸发动机的第三透视图，其中发动机的一些部分已被移除，以展现发动机内部的其它部分；

图4是图1中单缸发动机的第四透视图，其中发动机的一些部分已被移除，以展现发动机内部的其它部分；

图5是图1中单缸发动机的一些部分的第五个透视图，其中曲轴箱的上部已被移除，以展现曲轴箱的内部；

图6是图1中单缸发动机的一些部分的第六个透视图，其中曲轴箱的上部从曲轴箱的底部被分解地表示；

图7是图1中单缸发动机的顶视图，以虚线表示发动机的内部部件；

图8是图1中单缸发动机的气阀机构的部件的透视图；和

图9是图1中单缸发动机的另一个顶视图，其中发动机的凸轮从动臂是被特别地示出。

具体实施方式

参考图1与2，Wisconsin，Kohler的Kohler公司设计的一个新型单缸4冲程内燃机100包括曲轴箱110和鼓风机壳120，其内部是风扇130和飞轮140。发动机100进一步包括起动器150，汽缸160，汽缸盖170，和摇臂盖180。连接在汽缸盖170上的是图1中所示的排气口190和图2中所示的进气口200。本领域普通技术人员应该知道，发动机100操作过程中，活塞210(见图7)在汽缸160内朝向和远离汽缸盖170往返运动。活塞210反过来引起曲轴220(见图7)的旋转，以及连接到曲轴的风扇130和飞轮140的旋转。风扇130的旋转冷却发动机，飞轮140的旋转使得保持相对恒定的旋转动量。

特别参考图2，发动机100进一步包括连接到进气口200的空气过滤器230，它在供应空气到汽缸盖170之前过滤发动机需要的空气。提供给进气口200的空气通过汽缸盖170进入到汽缸160，并通过汽缸盖从汽缸中并随后从排气口190排出发动机。空气经过汽缸盖170流入和排出汽缸160是分别通过输入阀240与输出阀250来控制(见图8)。还是如图2所示，发动机100包括滤油器260，发动机100的油经过滤油器而被它过滤。特别地，滤油器260分别通过输入油管和输出油管270、280连接到曲轴箱110，由此，加压的油被提供到滤油器，然后从滤油器返回到曲轴箱。

参考图3与4，其中所示的发动机100的鼓风机壳被移去，暴露出曲轴箱110的顶部290。参考图3，其中风扇130与飞轮140也被移去，示出了线圈300，该线圈基于风扇130和/或飞轮140的旋转产生电流，它们一起操作作为磁电机。另外，曲轴箱110的顶部290示出了具有覆盖一对齿轮320、325(见图5与7-8)的一对凸角310。对于图4，风扇130与飞轮140示出在曲轴箱110的顶部290之上。另外，图4表示的发动机100没有汽缸盖170和摇臂盖180，以更清楚地展现一对管子330、335，一对各自的推杆340、345延伸穿过这些管子。推杆340、345在曲轴箱110内的一对各自的摇臂350、355和一对凸轮360、365之间延伸(见图8)，下面将详细介绍。

参考图5与6，所示的发动机100从曲轴箱110的底部370移去了曲轴箱110的顶部290，以展现曲轴箱的内部380。另外在图5与6中，所示的发动机100被切去了延伸超出汽缸160的发动机的一些部分，如汽缸盖170。关于图6，曲轴箱110的顶部290在分解视图中示出在曲轴箱的底部370之上。在本实施例中，底部不仅包括曲轴箱的底板390，而且包括曲轴箱的所有六个侧壁400，而顶部290只是作为曲轴箱的顶板。顶部290与底部370被制造为两个分离的部件，使得为了打开曲轴箱110，可以将顶部从底部上移开。同样，如图5中所示，曲轴箱110内的一对齿轮320、325是由各自的轴410、415(见图8)支撑，并围绕各自的轴410、415旋转，这些轴反过来是由曲轴箱110的底部370支撑。

参见图7，提供了发动机100的一个顶视图，其中发动机另外的内部部件被表示。尤其是，图7示出汽缸160内的活塞210，它通过连杆420被连接到曲轴220。曲轴220反过来连接到旋转的平衡配重430与互补配重440，用来平衡曲轴220通过活塞210施加的力。曲轴220上的齿轮进一步与每个齿轮320、325接触，因而，曲轴将旋转运动传送给凸轮360、365。在本实施例中，支撑齿轮320、325与凸轮360、365的轴410、415能从曲轴箱110的底板390(见图5)将油向上传递到齿轮320、325。到滤油器260的输入油管270被连到轴410来接收油，而来自滤油器的输出油管280被连接到曲轴220来为其提供润滑油。图7进一步示出位于汽缸盖170上的火花塞450，它在发动机的工作冲程过程中提供火花，以在汽缸160内引起燃烧。火花塞450的电能由线圈300提供(见图3)。

进一步参考图7，并参考图8，示出了发动机100的气阀机构460的部件。气阀机构包括轴410、415上的齿轮320、325，还包括分别位于这些齿轮下面的凸轮360、365。另外，可转动地安装在曲轴箱110上的凸轴从动臂470、475分别延伸放置在各个凸轮360、365上。各自的推杆340、345反过来搁在各自的凸轮从动臂470、475上。随着凸轮360、365旋转，推杆340、345通过凸轮从动臂470、475暂时地被向外推离曲轴箱110，凸轮从动臂470、475滑动地接合旋转凸轮。这引起摇臂350、355摇动或旋转，结果引起各自的阀240与250向曲轴箱110打开。但随着凸轮360、365继续旋转，凸轮从动臂470、475使得推杆340、345向内恢复到其原来位置。位于汽缸盖170与摇臂350、355之间的一对弹簧480、490分别提供在关闭阀240、250的方向上摇动摇臂的力。进一步作为弹簧480、490对摇臂350、355施加压力作用的结果，推杆340、345被推回其原来的位置。

在本实施例中，发动机100是能够输出15-20马力的竖轴发动机，用于制造如割草机的各种草坪与园艺机器。在其它实施例中，发动机100还可用于横轴式发动机，被设计来输出更大或更小的功率，和/或在各种其它类型机器中应用，如在吹雪机中。另外，在一些替代实施例中，发动机100内部部件的具体配置可以不同于上面所示和介绍的内容。例如，在一个替代实施例中，凸轮360、365可位于齿轮320、325上面，而不是齿轮的下面。

参考图9，气阀机构的一些部件，特别是凸轮360、365，一个推杆345，两个凸轮从动臂470、475，被进一步详细表示，相对于曲轴箱110被使用。尤其是，图9示出了分别具有主臂部580、585的两个凸轮从动臂470、475，它们分别通过螺拴500、505或其它紧固设备在各自枢轴点510、515处被连接到曲轴箱110上，这样，凸轮从动臂可围绕枢轴点旋转。在主臂部580、585的另外一端，各个凸轮从动臂470、475具有各自的端块(shoe)520、525，端块520、525分别搁在凸轮360、365上。分别搁在凸轮360、365上的端块520、525的底面530、535是凸出的。推杆340、345分别搁在各个端块520、525的各自顶表面540、545上。

如图所示，顶表面540、545是凹入的，这样推杆340、345保持与端块520、525的接触，尽管凸轮从动臂470、475在运动。根据本实施例，推杆340、345的尖端还可通过端块中的凹坑/孔，或通过曲轴箱110中的钻出的引导通道(未标出)，来相对于端块520、525保持在位置上。凸轮从动臂470、475可由各种材料制成，但在本实施例中，是由金属板冲压或由粉末金属制成，以降低制造成本。在本实施例中，凸轮从动臂470、475的主臂部580、585具有狭窄的横截面，这是沿在各自枢轴点510、515的各自螺栓500、505的轴测量的，端块520、525构成基本是向外垂直于主臂部580、585延伸的凸缘。但是在替代实施例中，凸轮从动臂470、475可采用许多其它的形状。例如，主臂部可以具有基本上等于端块520、525的宽度的一个厚度。

还是参考图9，只示出了推杆345，而另一个推杆340未在视图中示出，以便更清楚地展现凸轮从动臂470的可能的不同配置。如图所示，根据本实施例，凸轮从动臂470通过螺栓500(或其它连接设备)连接到曲轴箱110的枢轴点510可以在凸轮360周围的不同位置。尽管未标出，另一个凸轮从动臂475也可以通过改变枢轴点515而改变其相对于凸轮365的位置。因为凸轮从动臂470、475的端块520、525相当长，并具有凹入的表面540、545，所以即使凸轮从动臂的位置在相当大的位置范围内改变，推杆340、345仍然可以搁在端块上。

通过改变任何一个凸轮从动臂470、475的定位，可以改变各个凸轮从动臂相对于其各自凸轮360、365的运动的定时，因而改变相对于驱动这些凸轮的曲轴220的运动的定时。各个凸轮从动臂470、475的运动定时的这些变化又使得各个推杆340、345，摇臂350、355，和阀240、250的运动定时产生变化。因此，阀240、250的定时可相对于相应的凸轮360、365和曲轴220改变。这样，由于随着各个凸轮360、365响应同一个曲轴220的旋转而旋转，改变凸轮从动臂470、475之一或两个的位置会使阀240、250的定时相对于彼此而变化。

图9特别地表示了位于第一和第二位置的凸轮从动臂470，在第一位置时以实线表示，第二位置以虚线表示。在图9的实施例中，凸轮360在发动机100操作过程中逆时针旋转。同样，凸轮从动臂470的第二位置与第一位置时相比，相对于凸轮360是进一步的逆时针方向，这样凸轮从动臂的端块520的底面530在其第一位置连接凸轮360时，比凸轮从动臂在其第二位置时是在某种更加逆时针的位置。结果，与其第二位置时相比，当在其第一位置时凸轮从动臂470提供了超前的阀的定时。

改变凸轮从动臂470、475的位置并不是唯一的方式来使阀240、245的定时相对于曲轴220以及彼此之间改变。阀的定时也可简单地通过改变凸轮360、365的相对角度方向而变化。但是在实际中，凸轮360、365的角度方向的改变受到离散数目设置的限制，该设定对应于连接曲轴220的齿轮320、325上的不同的轮齿(未标出)。即，假定曲轴220在特定旋转位置，通过在该特定旋转位置改变连接曲轴220的齿轮320、325的轮齿，凸轮360、365的每一个只能采用一定数量的相对于曲轴以及相对于另一个的旋转位置。

凸轮360、365的这种相对于曲轴220的角度方向的变化可以允许凸轮从动臂470、475的定时有大的改变，从而允许阀240、250都相对于曲轴220和相对于彼此的定时有大的改变。因此，假定齿轮320、325的每个轮齿占据齿轮上的一个特定部分，因此确定了改变的特定角度(如6度)，在实践中，不需要以大于该特定角的量来改变各个凸轮从动臂470、475的定位，因为这样大的改变可以简单地通过相对于曲轴重新定向齿轮而容易地获得。事实上，一旦凸轮360、365相对于曲轴220的的定位已被设定，各个凸轮从动臂470的定位的改变通常被用来对阀的定时进行“微调”(如2度)。通过结合为获得阀的定时的微调而改变凸轮从动臂470、475在曲轴箱110上的定位，和为获得阀的定时的粗调而改变凸轮相对于曲轴220的相对定位，可以得到所希望的任何的定时设定。

在图9中的实施例中，凸轮从动臂470、475分别通过螺栓500、505可旋转地连接在各自的枢轴点510、515处，螺栓500、505安装在曲轴箱110的相应孔中。如果其它的孔被钻入(或以其它方式提供在)曲轴箱110中，凸轮从动臂470、475只能被移动到不同的位置，以在其它位置接受螺栓500、505。这样，在特定实施例中，曲轴箱110在多个特定位置具有接受每个螺栓500、505的多个孔。但是在替代实施例中，接受螺栓500、505的孔具有弯曲的槽的形状，槽具有约与螺栓500、505的厚度相同的一个宽度，但小于螺栓头的直径。在这样的实施例中，螺栓500、505可沿着槽的长度而位于任何位置上，这样，凸轮从动臂470、475可以在一定位置范围内的任何位置上。

在这些实施例中，其中采用螺栓500、505或其它连接装置来把凸轮从动臂470、475连接在特定枢轴点上，如曲轴箱110上的枢轴点510、515或由曲轴箱支撑的其它部件上，凸轮从动臂470、475的定位通常是在发动机的制造过程中设定的。但是在替代实施例中，也希望在发动机操作过程中或其它时间能够改变发动机的阀的定时，以修改发动机的各种操作特征，或为在特殊操作条件下的操作而定制发动机。本发明旨在包含这样的替代实施例，其中在发动机制造之后还可改变凸轮从动臂470、475的定位。

在一些这样的实施例中，需要技师或其它人员人工地对凸轮从动臂470的位置进行改变。例如，技师可以松开螺栓500、505，将凸轮从动臂470、475移动到不同的位置(如上述弯曲槽内的不同位置)，然后重新紧固螺栓。但在其它一些实施例中，如果在发动机操作过程中凸轮从动臂470可以机械地甚至自动地移动，这将是所希望的。凸轮从动臂470、475的这种重新定位可通过这种方式来实现，即不把凸轮从动臂直接连接到曲轴箱110上，而是将其连接到可调节的定位设备上，该定位设备反过来又连接到曲轴箱上。这样的可调节定位设备可允许操作员、发动机内的机械部件或发动机控制器来改变凸轮从动臂470、475的定位，从而调节阀的定时和发动机性能。在一个这样的实施例中，可调节定位设备将响应(或包括)一个离心调速器而操作。

所示的发动机100是一个单缸发动机，它只具有一个进气阀240和一个排气阀250，只有两组凸轮从动臂470、475，推杆340、345和摇臂350、355。然而，在替代实施例中，上述的凸轮从动臂可以用于具有不同配置的发动机中，发动机可包括多个汽缸，只有一个或超过两个凸轮，只有一个或超过两个阀。即，上述类型的凸轮从动臂可应用于所有类型的通过连接凸轮的推杆把运动传递给阀的发动机。

尽管前面的说明阐释和描述了本发明的一些优选实施例，但可以理解的是，本发明不限于这里公开的具体构造。本发明可包含在其它特别形式中，而不脱离本发明的精神或实质特征。因此，本发明的范围是由下文中的权利要求，而不是前面的说明所限定。

Claims (2)

1、一种发动机，包括：

凸轮；

与所述凸轮接触的凸轮从动臂，其中所述凸轮从动臂包括第一端，且所述凸轮从动臂被配置成围绕靠近所述第一端的枢轴点枢转，而且所述凸轮从动臂还包括第二端，且所述凸轮从动臂被配置成在靠近所述第二端处接合凸轮；

阀、摇臂和推杆，所述摇臂和所述推杆将所述阀连接到所述凸轮从动臂；

具有弯曲槽的曲轴箱；和

连接部件，其可旋转地将所述凸轮从动臂连接到所述曲轴箱，

其中所述连接部件穿过所述弯曲槽，并可以移动到所述弯曲槽中的不同位置，使得所述枢轴点相对于所述曲轴箱移动，并且所述连接部件的移动对阀定时提供精细调节，而对阀定时的粗调可通过改变与所述凸轮相关联的第一齿轮相对于驱动所述第一齿轮的附加齿轮的转动位置来实现；

从而可以调节所述凸轮从动臂相对于所述曲轴箱的位置，使得所述凸轮从动臂和所述凸轮的接合发生改变。

2、如权利要求1所述的发动机，其中所述发动机还包括在发动机工作过程中自动将所述连接部件移动至不同的所述位置的机构。

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