CN105556103A - 小型内燃机的焊接发动机缸体 - Google Patents

Abstract

一种小型气冷式内燃机，包括铝制气缸体以及焊接于铝制气缸体的铝制气缸盖。

Description

小型内燃机的焊接发动机缸体

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2013年7月9号申请的第61/844,364号美国临时申请案以及2014年5月9号申请的第61/991,275号美国临时申请案的权益，二案通过引用全部并入本文。

技术领域

本申请总地涉及小型气冷式内燃机领域，具体涉及小型气冷式内燃机的发动机缸体领域。

发明内容

本发明的一个实施例涉及包括铝制气缸体和焊接于铝制气缸体的铝制气缸盖的小型气冷式内燃机。

本发明的另一个实施例涉及包括实质上密封的发动机缸体的小型气冷式内燃机。

本发明的另一个实施例涉及包括铝制气缸体和焊接于铝制气缸体的铝制气缸总成的小型气冷式内燃机。

可选的示例性实施例会涉及如在权利要求中大体列举的其他特征和特征组合。

附图说明

结合附图，本公开通过下述详细说明会得到更加充分的理解。

图1是根据示例性实施例的标准小型气冷式发动机的分解立体图。

图2是根据示例性实施例的发动机缸体和曲轴箱盖的分解立体图。

图3是根据图2的发动机缸体的立体图。

图4是根据图2的发动机缸体和气缸盖的分解立体图。

图5是从图4的气缸盖上方看时的立体图。

图6是从图4的气缸盖下方看时的立体图。

图7是图4的气缸盖激光焊接于图2的发动机缸体的截面图。

图8是根据示例性实施例的推杆外壳的立体图。

图9是图8的推杆外壳的部分的细节图。

图10是根据示例性实施例的双缸气缸盖的立体图。

图11是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的立体图。

图12是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的另一个立体图。

图13是依照另一个示例性实施例的发动机缸体和气缸盖总成的侧视图。

图14是依照另一个示例性实施例的推杆歧管，发动机缸体以及气缸盖总成的侧视图。

图15是依照另一个示例性实施例推杆歧管和发动机缸体的部分的等距视图。

图16是依照另一个示例性实施例的推杆歧管的后视图。

图17是依照另一个示例性实施例的推杆歧管的侧视图。

图18是依照另一个示例性实施例的推杆歧管通气阀盖的立体图。

图19是依照又一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的立体图。

图20是依照又一个示例性实施例的气缸盖总成，气缸以及推杆导向槽的侧视图。

图21是图20的气缸盖总成，气缸以及推杆导向槽的前视图。

图22是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的后视图。

图23是图22的发动机气缸总成的立体图。

图24是图22的发动机的部分分解立体图。

图25是图22的发动机的部分的细节图。

具体实施方式

在转向详细图示示例性实施例的附图之前，应该理解的是本申请不限于说明书所陈述或附图所图示的细节或方法。还应该理解的是术语仅是为了说明的目的而不应视为限定。

参见附图1，它图示了标准小型气冷式发动机100。发动机100包括具有气缸体110和曲轴箱115的发动机缸体105。气缸体110包括一个或多个缸膛120，每个都可接收活塞。气缸盖125在缸膛120之上固定于气缸体110，以闭合缸膛120。气缸盖垫圈130设置于气缸盖125和气缸体110之间以密封气缸体110和气缸盖125之间的连接。气缸体110和气缸盖125每个均包括多个设置于缸膛120周围的安装位置或凸台135,140。安装孔口或开口145,150形成为分别穿过安装位置135,140的每个，并且螺钉155插入每对孔口145,150以将气缸盖125固定于气缸体110。如附图1所示，四个螺钉155用来将气缸盖125固定于气缸体110。安装孔口145,150位于气缸壁厚度160的外部。气缸壁厚度160大体上对于缸膛120的长度恒定。散热片可以从气缸壁的外表面伸出。

气缸体110还包括内部设置进气阀170的进气口165以及内部设置排气阀180的排气口175。气门阀座185,190在每个进气口165和排气口170的孔口(例如开口)周围压接到气缸体110。

曲轴箱115内置联接于活塞的机轴并且也作用为用于发动机100内部构件的润滑剂(例如油)的容器。曲轴箱115包括固定至发动机缸体105以闭合曲轴箱115(例如通过多个螺钉)的曲轴箱盖或曲轴箱底壳195。曲轴箱盖195是可移除的以能够进入发动机110的内部构件。曲轴箱垫圈197设置于气缸体110和曲轴箱盖165之间以密封气缸体110和曲轴箱盖165之间的连接。

气缸体110和气缸盖125之间以及发动机缸体105和曲轴箱盖165之间的连接为可能流入或流出发动机缸体105的泄漏(例如空气，油气混合物，油等的泄漏)提供了位置。另外，这些连接处或附近的位置，特别是在气缸体110和气缸盖125之间(例如安装位置135,140)需要大量的材料以制造连接。对将气缸盖125固定于气缸体110上所需的夹紧力的潜在不利影响减到最低来说，大量的材料是必需的。在安装位置135，140使用材料的形状和量，至少部分由当气缸盖125用螺钉固定于气缸体110时，对缸膛120造成的变形程度的控制或最小化需求决定。这样的变形(例如缸膛120的圆度和/或偏心率的变形)可导致流入或流出缸膛120的泄漏(例如流入或流出曲轴箱115)。

安装位置135,140的大量的材料也会导致在这些位置出现和热传递相关的失效模式。例如，在安装位置135,140及其附近的热膨胀和发动机100使用期间气缸体110和气缸盖125的密封面以及发动机100停止时这些区域随后的冷却可导致气缸体110和气缸盖125之间夹紧力减弱(例如由于拉伸的螺钉155引起的“松动的”气缸盖125)。这种减弱的夹紧力会导致气缸盖垫圈130不能保持良好的密封而使允许泄露穿过气缸盖垫圈130。流入缸膛120的空气泄漏提高了燃烧气体温度，这会导致发动机100过热。在一些情况下，这种过热可能导致气缸体110的变形(例如缸膛120的变形)。作为另一个示例，由于过度的温度变化，冷却安装位置135,140和/或阀门175,180周围位置的大量材料的困难可能导致缸膛120变形和/或气门阀座圈松动或移动。当发动机100运行温度高于正常发动机温度，缸膛120会膨胀并且可能会变形(例如在排气阀附近)。缸膛120的变形可阻止活塞环形成合适的密封，由此向燃烧气体提供了通向曲轴箱的路径。由于气缸体110的围绕气门阀座的部分和气门阀座185,190自身的热膨胀之间的差异，阀门170,180附近的缸膛120的变形可能导致气门阀座185,190松动或移动。

消除气缸体110和气缸盖125之间和发动机缸体105和曲轴箱盖195之间的螺钉连接或其他固定的连接有助于减少与夹紧力、热膨胀以及这些构件之间的泄漏相关的失效模式并且可减少在这些位置制造螺钉连接所需的大量的材料。气缸体110与气缸盖125之间和发动机缸体105与曲轴箱盖195之间的焊接连接有助于减少螺钉连接的缺陷。但是，作为发动机缸体、气缸盖和曲轴箱盖的优选材料的铝，会较难进行焊接。

铝压铸法的改进使得压铸的发动机缸体、气缸盖和曲轴箱盖具有适合于焊接的材料属性。具体地，为了能够焊接，铝的氢气气孔率必须减少。在一些实施例中，当铸铝的气孔率为0.30毫升/100克铝或更少时，铝(例如压铸铝)能够被焊接。在其他的实施例中，铸铝的气孔率为0.15毫升/100克铝或更少。使用E505ASTM(美国材料与试验协会)标准的铸造件优先等级，优选等级为1或2，等级3也有可能被接受。等级4被认为不可接受。

在低溶解度气体(例如氩、二氧化碳等)的环境中或在防止铝和空气之间接触的熔剂(flux)之下，气孔率可通过熔化被惰性气体覆盖的铝而降低。铸造过程期间，气孔率可以通过几种方式降低。向模具倾倒液体铝形成的湍流会将气体引入熔融铝，所以模具可被设计为减少这样的湍流。铸造工艺(特别是压铸)的电子控制中的改进，允许熔融铝相对缓慢地注入钢模并对注入过程进行限定性控制，这就导致铸铝具有相对低水平的气孔率。另外，熔融铝注入模具之前和/或熔融铝注入模具期间将模具抽真空的各种真空压铸技术可导致铸铝具有相对低水平的孔隙率。

参见附图2到6，它们图示了小型气冷式立轴内燃机200的多个部分。发动机200包括发动机缸体205，气缸盖210以及曲轴箱盖215。气缸盖210焊接于发动机缸体205并且曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205。在一些实施例中，这些构件彼此之间激光焊接。在其他实施例中，这些构件彼此之间搅拌摩擦焊接。在其他实施例中，这些构件彼此之间MIG(惰性气体保护电弧焊)或TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接。在一些实施例中，气缸盖210焊接于发动机缸体205并且曲轴箱盖215通过其他手段(例如螺钉连接，粘合剂固定等等)焊接于发动机缸体205。在其他实施例中，曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205并且气缸盖210通过其他手段(例如螺钉连接，粘合剂固定等等)固定于发动机缸体205。可选地，小型气冷式横轴发动机包括铝制发动机缸体以及一个或多个铝制气缸盖。

焊接这些连接处消除了这些连接处的潜在泄漏点。消除这些潜在泄漏点会使发动机200消耗更少的油并且以比标准小型气冷式发动机更低的油温运行。在一些实施例中，发动机200可能消耗标准小型气冷式发动机所消耗的一半油量。降低油消耗量也会减少维护周期(例如换油之间的时间)。

发动机缸体205包括气缸体220。气缸体220包括一个或多个缸膛225，每个可接收活塞。气缸壁230具有气缸壁厚度235。在一些实施例中，气缸壁厚度235大体上恒定不变。气缸体220的端面或安装面240配置为和气缸盖210匹配(例如接合，邻接)，这样气缸盖210可被焊接于气缸体220。一个或多个散热片245从气缸壁230的外表面伸出。在一些实施例中，散热片245环绕气缸壁230的整个360°。在其它实施例中，散热片覆盖气缸壁230的不到360°(例如330°,315°,300°,270°等等)。

发动机缸体205内形成两个推杆开口250,255以允许每个推杆从凸轮轴延伸到摇臂。推杆外壳260(如附图8到9图示)固定并且密封于发动机缸体205。推杆外壳260围绕并且保护推杆。推杆外壳包括两个导管265,270。推杆位于每个导管265,270之内。在一些实施例中，推杆外壳260由塑料制成并且在外壳260和发动机缸体205以及阀盖之间的连接点处具有注塑的垫圈275(例如橡胶垫圈)。在一些实施例中，垫圈275以其他合适方式和/或以其他合适材料形成。

气缸盖210包括具有气缸壁厚度285的端面或安装面280。在一些实施例中，气缸壁厚度285大体上恒定不变。安装面280配置为和气缸体220的安装面240匹配(例如接合，邻接)，这样气缸盖210可被焊接于气缸体220。附图7图示了将气缸盖210焊接于气缸体220的激光焊接缝287。气缸盖210也包括一个或多个散热片290。气缸盖210内形成进气口295和排气口300。气门阀座在每个进气口295和排气口300的孔口(例如开口)周围的气门阀座安装位置305,310处固定于气缸盖210的底部。在一些实施例中，气门阀座焊接于气缸盖210(例如激光焊接，摩擦焊接，MIG焊接，TIG焊接)。气缸盖210内部也形成了接收火花塞的孔口或开口315。

将气缸盖210焊接于发动机缸体205消除了对气缸盖垫圈(例如气缸盖垫圈130)的需要。气缸盖垫圈为多孔的。发动机运行期间，油被圈闭在气缸盖垫圈的气孔中(例如垫圈通过毛细作用将油从缸膛带入垫圈)。被圈闭的油在发动机运行期间燃尽。移除气缸盖垫圈可消除由于油被燃尽而导致的油耗来源，由此减少了耗油量，并且通过消除这种燃油的源头而改善了排放量。尽管气缸盖垫圈被优化为允许热量借之传送，但是气缸盖垫圈还作为气缸体和气缸盖之间的绝缘体。因此，气缸盖垫圈的移除通过消除气缸盖垫圈的绝缘效果改善了气缸体和气缸盖之间的热传递。移除气缸盖垫圈还消除了维修或替换气缸盖垫圈的必要性。

将气缸盖210焊接于发动机缸体205也消除了由螺钉施加的夹紧力引起的缸膛变形，螺钉在标准小型气冷式发动机(例如发动机100)内用于气缸体和气缸盖之间的螺钉连接。

将气缸盖210焊接于发动机缸体205使得这些连接处的结构(例如形状和量)得以改良，从而比标准小型气冷式发动机(例如发动机100)使用更少的材料(例如更少的量)。这有助于减少标准小型气冷式发动机的这些连接处或其附近发现的和大量材料相关的热变形。这种连接处需要的材料的量可减少(例如通过消除发动机100的安装位置135,140)。和通常在标准小型气冷式发动机(例如发动机100)上发现的缩短散热片相反，材料的减少通过允许散热片围绕缸膛外部充分伸展使得外部散热片(例如散热片245)的表面积增加。材料的减少和增加的散热片表面积还减少了这种连接处的热膨胀，由此降低和热膨胀相关的失效模式的可能性。材料的减少改善了贯穿气缸体和气缸盖总成的温度分布，由此减少发动机操作期间的过热点。材料的减少还减少了发动机缸体和气缸盖的成本和重量。在一些实施例中，材料的减少可使发动机比标准小型气冷式发动机少使用1.3磅的铝。在一些实施例中，气缸盖使用的材料减少了大约50％。比标准小型气冷式发动机的气缸盖相比，材料的减少也使得气缸盖的入口设置得更加接近气缸盖的外围。入口的这种设置保持进入的空气更冷和更稠密。

将气缸盖210焊接于发动机缸体205允许将推杆导管从发动机缸体移除并且允许使用外部导管(例如推杆外壳260)。推杆导管从发动机缸体移除消除了对包围导管的材料的需要，并且允许气门口在气缸盖内的布置有更大的灵活性。

将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205消除了曲轴箱垫圈的必要性(例如曲轴箱垫圈197)。这就提供了和将气缸盖210焊接于发动机缸体205相似的优势，包括消除了潜在泄漏点和减少了在这种连接处使用的材料的量。将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205也允许移除向曲轴箱供油的加油管和通常插入加油管以密封管子并且向用户提供曲轴箱内油位指示的量油计。因为没有必要形成加油管以及没有必要提供量油计，因此移除这些构件会减少生产和供给成本。

将气缸盖210焊接于发动机缸体205和将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205使得发动机200或发动机缸体205“实质上密封”。这样的“实质上密封的发动机”或“实质上密封的发动机缸体”没有包括气缸盖垫圈，没有包括曲轴箱垫圈，或没有包括气缸盖垫圈和曲轴箱垫圈。“实质上密封的发动机”或“实质上密封的发动机缸体”可包括一些垫圈，例如将气门盖密封于气缸盖的气门盖垫圈，将排气管或消音器密封于排气口的排气垫圈，和/或将推杆管(例如推杆管265,270)密封于发动机缸体和气缸盖的垫圈，但是缸膛和曲轴箱为永久密封(例如除非破坏性地打开缸膛和/或曲轴箱否则就不能进入)。实质上密封的发动机或发动机缸体通过消除或降低发动机200换油的必要性而减少了用户维护。在一些实施例中，发动机200的油永不更换。实质上密封的发动机可在工厂或经销商处上油然后密封，消除了用户在第一次启动发动机前没有给发动机上油的可能性。因为潜在泄漏点已经被移除并且发动机能够在更低发动机油温下运行，因此不必更换发动机油。和标准小型气冷式发动机(例如发动机100)相比，更低的温度会减缓或防止油分解。

铝制气缸盖210也使得气门阀座焊接于或局部合铸于气缸盖210而非如标准小型气冷式发动机(例如发动机100)的压接。相似地，气门导管可焊接于气缸盖210而非压接。将气门阀座焊接于或局部合铸于气缸盖降低了由于气缸盖的热膨胀造成气门阀座松动或被移动的机会。这就可以降低维修或替换气门阀座的必要性。在一些实施例中，气门阀座和/或气门导管为激光焊接或合铸。在其他实施例中，这些构件是搅拌摩擦焊接。在其他实施例中，这些构件为MIG或TIG焊接。

作为可被焊接的压铸铝件的铝制发动机缸体205、铝制气缸盖210以及铝制曲轴箱盖215允许额外的构件焊接到发动机200。压力清洗机水泵的泵壳可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。发电机的交流发电机外壳可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。剪草机的甲板可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。这种额外的构件可由铝制成并且被焊接到铝制发动机(例如激光焊接，搅拌摩擦焊接，TIG焊接或MIG焊接)。可选地，将钢焊接于铝的优势可允许这些额外的构件由钢制造并且焊接于铝制发动机。

参见附图10，它图示了双缸铝制气缸盖320。双缸铝制气缸盖320包括焊接至铝质基板或顶板330的铝制气缸盖325，当阀盖固定于铝制底板330时，铝制气缸盖325形成阀罩或“摇杆箱(rocketbox)”。铝制气缸盖325和以上描述的铝制气缸盖210相似并且包括端面或安装面335以及一个或多个散热片340。另外，铝制气缸盖325也包括用于进气阀的导向槽345、用于排气阀的导向槽350、以及两个推杆导管355和360。进气阀的阀杆延伸通过导向槽345并且排气阀的阀杆延伸通过导向槽350。推杆延伸通过每个推杆导管355和360。铝制底板330包括分别接收导向槽345和导向槽350的阀门孔口或开口365和370。阀门弹簧座371,373分别环绕阀门开口365和370。阀门弹簧接合、倚靠或接触每个阀门弹簧座371和373。铝制底座330也包括分别接收导管355和360的推杆孔口或开口375和380。铝制底板330在导向槽345和阀门开口365、导向槽350和阀门开口370、导管355和推杆开口375、以及导管360和推杆开口380之间的相交处的圆周附近焊接(例如激光焊接，搅拌摩擦焊接，MIG焊接或TIG焊接)于铝制气缸盖320。铝制底板330也包括两个摇杆孔口或开口385和390，它们每个配置为可接收枢转安装摇臂的摇杆。在一些实施例中，摇杆开口385和390可伸入铝制气缸盖320。在其他实施例中，摇杆开口385和390没有伸入铝制气缸盖320，这允许移除通常在标准气缸盖上的摇杆凸台。相较于包括相似特征的标准气缸盖，双缸铝制气缸盖320提供了众多优势。对于标准气缸盖，底板可被螺钉连接或通过紧固件以其它方式连接于气缸盖或者底板可与气缸盖整体浇铸。双缸铝制气缸盖320比标准单缸气缸盖质量更轻(例如节省了1.4磅的铝)，这节省了材料和成本。对于双缸铝制气缸盖320，也可提高循环率和生产率。

现在参见附图11和附图12，它们显示了具有焊接气缸盖的铝制发动机的另一个示例性实施例。这里显示了发动机400的局部视图，为了清楚起见，移除了发动机400的一些构件。发动机400包括铝制发动机缸体402和铝制气缸盖416。如上所述，铝制气缸体402和铝制气缸盖416是通过焊接结合的独立构件，优选为激光焊接或搅拌摩擦焊接，如上文所述。与用来生产铝制发动机的常规“盲目的(blind)”镗孔工艺不同，将发动机缸体和气缸盖焊接简化了装配，因为阀门等可在气缸盖内预装配，同时活塞、贮油槽等可在发动机缸体内预装配。焊接步骤可为装配过程的第一步或最后一步，这使得生产工艺的定制性和流线型更强。

发动机400还包括安装于发动机缸体402的通风机蜗壳410。和常规气冷式发动机一样，通风机蜗壳410包围安装于发动机曲轴(没有示出)的飞轮和风扇(也没有示出)，以使冷却空气有效地传送到发动机的各个区域。围绕发动机缸体402的缸膛的多个散热片414还可使发动机缸体402散热。点火线圈415和位于飞轮内部的磁铁相互作用，以产生传递到安装在气缸盖416内的火花塞的点火讯号。常规顶板408和常规摇杆盖409安装于气缸盖416顶部。

发动机400也显示了安装于支架407的空气滤清器底座404，其中支架407还支撑其上的化油器406。虽然没有示出，空气滤清元件会过滤进入化油器406的环境空气，其中化油器406将按计量的空气/燃料混合物传送到由气缸盖416和发动机缸体402的接合面构成的燃烧室。化油器406通过具有整合通气阀腔415的推杆歧管412联接于气缸盖416，通气阀腔415与通气阀盖413连通，通气阀盖413又与空气滤清底座404相通。推杆歧管412的补充细节及其在发动机400内的功能会在下文进一步描述。

附图13和附图14图示了具有铝制发动机缸体402的铝制发动机的多个部分，铝制气缸体402依照示例性实施例通过焊接接头420联接于铝制气缸盖416。推杆歧管412附接于发动机缸体402和气缸盖416之间，使得推杆歧管412为发动机的单独的并可移除的构件。在这种配置下，在沿着焊接接头420将气缸盖416和发动机缸体402结合的焊接工艺之后，推杆歧管412可被插入和附接于发动机。这允许在发动机的装配过程期间(例如围绕发动机缸体402和气缸盖416之间的接头(连接处、接合面)激光焊接)制造连续的环形焊缝。在常规发动机铸件中，一对推杆管被浇铸到发动机缸体内，这会干扰到连续的环形焊接操作，由此使得气缸盖和发动机缸体的焊接更加麻烦并且减少了一致性，进而降低焊接的完整度。可选地，推杆歧管412的推杆管425可被压接到发动机缸体402。

推杆歧管412包括通气阀腔415、一对推杆管425,426、化油器适配器422，以及倾斜接合面424。通气阀腔415和发动机缸体402的曲轴箱相通以释放发动机缸体402内部形成的内压。通常，通气阀腔浇铸到发动机缸体内部并且通过软管或其他管路总成和空气滤清器相通。但是，依照示例性实施例，为了更加简易的生产和获得额外的变型，通气阀腔415可被整合入推杆歧管412。例如，弯曲路径可添加到通气阀腔415，其中这样的路径在常规铸件构件中(如果不是不可能的话)也是很难获得的。并且，将通气阀腔415形成为推杆歧管412的构件而非发动机缸体的构件，可保持通气阀腔415更冷，从而提高了其性能。如附图12所示，通气阀腔415通过通气阀盖413和空气滤清器底座404相通。通气阀盖413并入直接连接于空气滤清器底座404后部的通气阀管。但是，通气阀盖413也可仅通过常规的管连接至空气滤清器底座404。

推杆管425,426整体地形成在推杆歧管412内，以分别引导进气阀和排气阀(没有示出)的推杆。常规的发动机包括发动机气缸和气缸盖的铸件内的这些推杆导向槽。但是，如上所述，在独立推杆歧管412内提供这些推杆管使得气缸盖416更好和更有效地焊接于发动机缸体402。推杆歧管412优选地具有倾斜接合面424，其和气缸盖416的倾斜接合面接触。这种倾斜接合面424的一个目的是使推杆管425、426能够与已安装的气缸盖416和底座408装配。倾斜接合面424的另一个目的是允许推杆歧管412进行热膨胀。推杆歧管412优选由具有和铝制气缸盖416的热膨胀性能完全不同的热膨胀性能的塑料材料制成。倾斜接合面424允许塑料构件不用显著改变构件的密封性质而进行更大的膨胀。推杆歧管412可由例如30％玻璃填充的PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)构成。但是，推杆歧管412可为任何其他塑料或聚合物，或其他合适非塑料材料。在一些实施例中，推杆歧管412可制造(例如由铝压铸)为单件或双件或更多件。多件的推杆歧管412可焊接在一起。用铝制造的推杆歧管412使其能够焊接于发动机缸体402和气缸盖416的其中之一或二者。

推杆歧管412的另一个并入特征是化油器适配器422，其从歧管412伸出以将化油器406联接于燃烧室进气通路。通常，制作这种连接需要独立的歧管。因此，推杆歧管412将原本的多个独立构件(例如推杆管，通气阀，通气阀管，进气歧管)结合并且将它们并入为单个的塑料构件。

附图15显示发动机缸体402的内视图。一对推杆导向槽430、431位于发动机缸体402的铸件内，通气阀旋塞433也是。铸件内也制造了排泄孔434，这样所有进入推杆歧管412和推杆歧管412所包括的通气阀的油都可流回发动机缸体402的贮油槽内。

现在参见附图16到17，它们显示了依照示例性实施例的推杆歧管412的更多细节。如上所述，推杆歧管412包括通气阀腔415，一对推杆管425、426，化油器适配器422，以及倾斜接合面424。推杆歧管412也包括通气簧片阀428的位置，其中通气簧片阀428指向排泄管以使得油流回发动机缸体402。在推杆歧管412的底部，配置一对推杆管底座430、432以滑入发动机缸体402内形成的相关的凹部处，其中接头通过O形环或整体的垫圈密封。由于热膨胀/收缩，此接合面可允许推杆歧管412和发动机缸体402之间进行一些移动，并且由此设计为不用起封接合面就能进行这样的运动。附图18显示通气阀盖413，其具有从其伸出的通气阀管434。通气阀盖413安装于通气阀腔415之上，允许通气阀管434和空气滤清器底座相通。虽然通气阀管434显示为模塑到或以其它方式形成到通气阀盖413的一部分，但是通气阀管434也可为软管或连接于通气阀盖413中的孔的其它导管。

然后，对于附图19到21，它们显示了依照另一示例性实施例的铝制发动机500。如上描述的铝制发动机400，铝制发动机500包括通过焊接操作连接在一起的发动机缸体和气缸盖。但是，不像铝制发动机400，发动机500没有利用具有整合的通气阀腔和整合的化油器适配器的推杆歧管。而是，铝制发动机500包括仅仅具有形成在其上的一对推杆管504、506的推杆歧管502。推杆歧管502优选为塑料材料，但是可为任何适合的材料。在这种配置下，发动机的许多构件和传统气冷式立轴发动机配置的构件实质上保持相同。例如，通气阀腔508直接浇铸到发动机缸体510内，同时化油器适配器512浇铸到气缸盖514内。但是，因为推杆歧管502为独立构件，在发动机缸体510和气缸盖514通过例如激光焊接操作焊接在一起后，它可装配到铝制发动机500。用这种方法，焊接操作可在单个圆周通道内完成，这就简化了生产工艺并且极大地改良了焊接特性。

附图20和附图21显示了发动机500的附加视图。推杆歧管502安装在发动机缸体510和顶板516之间。推杆管504、506的端部插入顶板516并且随后固定于发动机缸体510上的倾斜凸缘接合面518。在气缸盖514焊接至发动机缸体510后，安装推杆歧管502。化油器适配器512从气缸盖514和推杆管504，506之间伸出以和发动机的化油器匹配。

现在参见附图22到24，它们显示了铝制发动机的另一个示例性实施例。这里图示了发动机600的局部视图，为清晰起见，移除了发动机600的一些构件。发动机600设置为V型双配置的双缸发动机。发动机600包括铝制发动机缸体602和两个气缸总成606和606。每个气缸总成包括缸膛608和气缸盖610。如上，铝制发动机缸体602和气缸总成606和606为通过焊接连接在一起的独立构件，如上所述，优选为激光焊接或搅拌摩擦焊接。相似地，参见附图23，对每个气缸总成604和606，铝制缸膛608和铝制气缸盖610为通过焊接连接在一起的独立构件，如上所述，优选为激光焊接或搅拌摩擦焊接。

独立发动机缸体602和气缸总成604和606提高了发动机600的可制造性。焊接缸膛608和气缸盖610涉及相对简单的焊接固定装置，因为固定装置不需额外的发动机构件。并且，可制造和库存大量的气缸总成604和606供以后用。在多个不同尺寸发动机之间甚至在一个和两个气缸发动机之间可能共用相同的气缸总成，这样通用气缸总成和多种发动机设计可一起使用。这会使得多种发动机设计的装配更加模块化，使得多个发动机，包括一个和两个气缸设计、横轴、立轴和/或不同排量(displacements)的发动机可在装配线上装配。将气缸总成604或606的其一焊接于发动机缸体还涉及相对简单的焊接固定装置，因为焊接固定装置仅需固定两个构件(例如发动机缸体和气缸总成)。可选地，气缸总成可通过在缸膛和气缸盖之间的与所显示的位置不同之处的接头或接合面形成。同样，缸膛和气缸盖可被浇铸为单个统一的构件。

如附图23所示，发动机膛608包括多个围绕其圆周延伸的散热片609。发动机膛608(例如本质上具有散热片的气缸)相对简单的设计使得其可被压铸入具有相对较小数量腔室(例如6个或更多的腔室)的钢模，并且简化发动机膛608的钻孔，珩磨和焊接。因为缸膛608与发动机缸体602和气缸盖610分离，因此缸膛在其被焊接于这些构件的任何一个之前可被机械加工和珩磨。这也使得缸膛608绕其外径被夹紧，这就有助于确定机械操作中气缸608的位置并且减少作为缸膛608部件的加工待锻(stock)铸件的数量。缸膛608的发动机缸体端部可包括导入腔室611以使得活塞环相对简易地安装到缸膛608。在气缸总成焊接于发动机缸体之前或之后可安装活塞环。

参见附图22，气缸盖610也能被压铸入具有相对较小数量腔室(例如4个腔室)的钢模。如所图示的，为翘起的或倾斜的阀门(例如相对缸膛608的纵轴倾斜)设置气缸盖610；但是，也可使用常规的阀门布置。

两个气缸每个也包括顶板612，摇杆盖614，火花塞616，以及一对推杆管618。顶板612可由铝制造并且焊接于气缸盖610。在一些实施例中，顶板612和/或火花塞616可在气缸总成焊接于发动机缸体602之前附接于气缸总成(606或606)。

在气缸总成606和606焊接于附接于气缸盖610的顶板612以及发动机缸体618之后，推杆管618装配到发动机内。穿过对应的顶板612的开口插入各个管618。还穿过对应开口620插入管618，开口620穿过发动机缸体602的壁而构成。如附图25所示，插入发动机缸体602的管618的端部包括缩小直径的部分622，缩小直径的部位622对推杆起到挺杆导管作用。管618的主体626和部位622之间的过渡部分624包括一个或多个孔洞628，其允许油流过发动机缸体602和气缸盖610之间的管618。推杆管618与气缸总成606和606分离并且在气缸总成604和606之后装配到发动机600，允许围绕缸膛608和发动机缸体602之间的接合面或接头的整个圆周进行焊接，简化了此焊接操作。

包括作为推杆管618的整体构件的挺杆导管也简化了发动机缸体602。伸入曲轴箱630的挺杆导管不必制造为发动机缸体602的一部分。缸膛608及其散热片609一起与发动机缸体602分离，允许发动机缸体602被压铸入具有相对较小数量腔室(例如2个腔室)的钢模。相似设计也可用于单气缸发动机，其也可被压铸入具有相对较小数量腔室(例如3个腔室)的钢模。如所图示的，曲轴箱630设置为容纳两个凸轮轴，每个气缸具有一个凸轮轴。

对于本文所讨论的铝制发动机(例如发动机200,400，500和600)，额外的构件可用铝制造并且焊接于发动机剩余的部分。这些构件可包括焊接于发动机缸体，顶板，气门阀座，气门导管等的贮油槽或贮油槽的一部分和曲轴箱或曲轴箱的一部分。贮油槽可设计为在特定成品中使用。例如，对于压力清洗机，贮油槽可包括用于压力清洗机的水泵的部分外壳。例如，对于发电机，贮油槽可包括传送带或其他传动装置的部分外壳。可选地，泵壳或传送带或传送外壳可由铝制造并且焊接于贮油槽。和发动机一起使用的曲轴箱可由多种铝制构件制造并且焊接在一起。额外的铝制构件可焊接于曲轴箱的铝制动力外送器(“PTO”)。这些构件包括空气泵，通风机，冷却风扇等等。

铝制发动机的立轴和横轴设计都是可预期的。立轴和横轴的设计会共用许多相同的构件(例如气管总成，推杆歧管，推杆管等等)，由此在单个位置中改善多个设计的可制造性。

对于发动机多个铝制构件的焊接，构件之间的焊接接头可为圆形的或其他合适的形状。沿着接头的整个圆周(即全部360度，不论圆形还是其他形状)可进行单次或多次(即720度的焊接通道)焊接过程。制造多个通道可减少和劣质焊接相关的问题并且可允许在制造发动机时使用具有低于理想材料特质(例如气孔水平)的铸件。虽然本文主要讨论了激光焊接，也可使用包括搅拌摩擦焊接，电子束焊接，TIG焊接，以及MIG焊接在内的其他类型的焊接。搅拌摩擦焊接由于存在与其焊接类型相关的相对高的压力，可能会引入变形。TIG焊接由于存在与其焊接类型相关的相对较高的局部加热，可能引入变形。焊接操作可在焊接构件任何一边(例如，内部或外部，顶部或底部)进行。例如，将缸膛结合到气缸体的焊接操作可在发动机缸体外部或发动机缸体的内部(即曲轴箱部分)完成。并且，结合的构件之间也可提供空间以进行焊接操作。在一些实施例中，线可被注入这个空间以填充构件之间的空间。填充线的焊接也可允许在制造发动机时使用具有低于理想材料特质(例如气孔水平)的铸件。

焊接构件之间的接头可采用不同的形式(例如对接接头，嵌接接头等)。构件可包括对准特征以帮助构件之间相互排列。这些对准特征可为位于每个构件上的可视化指标或可为物理相互作用特征，这样一个构件上的对准特征可接合另一个构件的对准特征，由此有效地将两个构件相对于彼此定位。

多种示例性实施例所显示的装置，系统和方法的结构和设置仅为说明性的。虽然本公开仅详细描述了少许实施例，许多变型(例如各种元件的尺寸，规格，结构，形状和性质参数值，安装设置，材料的用途，颜色，方向等的变化)皆有可能。例如，显示为一体成型的一些元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可能被翻转或以其他方式变化并且离散元件或位置的性质或数量可能改变或变化。因此，所有这样的变型旨在包括于本公开的范围之内。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据可选实施例而变化或重新排序。在不偏离本公开的范围的情况下，可对示例性实施例的设计、操作条件和设置方式而做出其他替换，变型，变换和省略。

虽然附图可能会显示或说明书会提供方法步骤的特定顺序，步骤的顺序也可能和所描述的不同。并且，两个或更多的步骤可同时或部分同时地实施。这样的变化取决于包括所选择的软件和硬件系统在内的多种因素以及设计者的选择。所有这样的变化均在本公开的范围之内。同样，软件安装启用可通过基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术而完成进而完成不同的连接步骤，工艺步骤，对照步骤和决定步骤。

Claims (27)

1.一种小型气冷式内燃机，

包括：铝制气缸体；以及

铝制气缸盖，所述铝制气缸盖焊接于所述铝制气缸体。

2.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

气门阀座，所述气门阀座焊接于所述铝制气缸盖。

3.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

铝制曲轴箱盖，所述铝制曲轴箱盖焊接于所述铝制气缸体。

4.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

气门阀座，所述气门阀座局部铸于所述铝制气缸盖。

5.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

铝制顶板，所述铝制顶板焊接于所述铝制气缸盖。

6.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

第二铝制气缸盖，所述第二铝制气缸盖焊接于所述铝制气缸体。

7.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，其中在所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间的接头周围形成连续的环形焊缝路径。

8.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

推杆歧管，所述推杆歧管包括多个导管，其中所述推杆歧管附接于所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间；以及

推杆，所述推杆位于每个导管内部。

9.根据权利要求8所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管由塑料制成。

10.根据权利要求8所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管包括通气阀腔。

11.根据权利要求8所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管包括化油器适配器。

12.根据权利要求1所述的小型气冷式内燃机，还包括：

一对推杆管，所述推杆管附接于所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间。

13.一种小型气冷式内燃机，包括：

实质上密封的发动机缸体。

14.根据权利要求13所述的小型气冷式内燃机，其中所述实质上密封的发动机缸体包括焊接于铝制气缸盖的铝制气缸体；并且

其中所述实质上密封的发动机缸体不包括位于所述铝制气缸盖和所述铝制气缸体之间的气缸盖垫圈。

15.根据权利要求14所述的小型气冷式内燃机，其中所述实质上密封的发动机缸体还包括焊接于所述铝制气缸体的铝制曲轴箱盖；并且

其中所述实质上密封的发动机缸体不包括位于所述铝制曲轴箱盖和所述铝制气缸体之间的曲轴箱垫圈。

16.根据权利要求15所述的小型气冷式内燃机，其中所述实质上密封的发动机缸体不包括加油管。

17.根据权利要求14所述的小型气冷式内燃机，还包括：

推杆歧管，所述推杆歧管包括多个导管，其中所述推杆歧管附接于所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间；以及

推杆，所述推杆位于每个导管的内部。

18.根据权利要求17所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管由塑料制成。

19.根据权利要求17所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管包括整合的通气阀腔。

20.根据权利要求17所述的小型气冷式内燃机，其中所述推杆歧管包括化油器适配器。

21.根据权利要求13所述的小型气冷式内燃机，其中所述实质上密封的发动机缸体包括压铸的铝制气缸体，所述压铸的铝制气缸体具有0.30毫升/100克铝或更少的气孔率。

22.一种小型气冷式内燃机，包括：

铝制气缸体；以及

铝制气缸总成，所述铝制气缸总成焊接于所述铝制气缸体。

23.根据权利要求22所述的小型气冷式内燃机，其中所述铝制气缸总成包括铝制缸膛以及铝制气缸盖，所述铝制气缸盖焊接于所述铝制缸膛。

24.根据权利要求23所述的小型气冷式内燃机，还包括：

一对推杆管，所述推杆管附接于所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间。

25.根据权利要求23所述的小型气冷式内燃机，还包括：

推杆歧管，所述推杆歧管包括至少两个导管，其中所述推杆歧管附接于所述铝制气缸体和所述铝制气缸盖之间；以及

推杆，所述推杆位于每个导管的内部。

26.根据权利要求22所述的小型气冷式内燃机，还包括：

第二铝制气缸总成，所述第二铝制气缸总成焊接于所述铝制气缸体。

27.根据权利要求26所述的小型气冷式内燃机，其中所述第二铝制气缸总成包括第二铝制缸膛以及第二铝制气缸盖，所述第二铝制气缸盖焊接于所述第二铝制缸膛。