CN106460659B - 具有各种排量的发动机构造 - Google Patents

Abstract

各种实施方案提供了改变发动机排量的方法。方法包括确定为获得发动机排量预定容积的变化所需的冲程距离的变化。方法包括机加工曲轴箱的顶表面以便从曲轴箱移除一定高度的材料。计算该高度以对应于为获得发动机排量的容积变化所需的发动机冲程的变化。方法还包括将曲轴箱联接到发动机的发动机缸体部分。

Description

具有各种排量的发动机构造

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月26日提交的题为“ENGINE CONFIGURATION HAVINGVARIOUS DISPLACEMENTS”的美国临时专利申请第62/017,496号的优先权和权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于制造发动机的系统和方法。

背景技术

鉴于制造特别是大量地制造发动机缸体所涉及的部件的数量和所需的精度，发动机制造是复杂且昂贵的过程。例如，用于发动机的发动机缸体可通过铸造工艺制造。为了大量地生产缸体，可以产生铸模且制造设备可以被配置为通过铸造工艺处理铸模。因此，改变与发动机缸体相关的发动机的排量通常需要重新设计或修改显著数量的部件，并且还可能需要生产新的模具以及重新配置配置为处理模具的复杂制造设备。

发明内容

各种实施方案提供了改变发动机排量的方法和配置为允许这种改变排量的内燃发动机组件。

在特定实施方案中，提供了一种改变发动机排量的方法，其包括确定为获得发动机排量的预定容积变化所需的发动机冲程距离的变化。方法包括机加工曲轴箱的顶表面以从曲轴箱移除一定高度的材料。计算该高度以对应于为了获得发动机排量的容积变化所需的发动机冲程的变化。方法还包括将曲轴箱联接到发动机的发动机缸体部分。

在特定实施方案中，发动机缸体部分与气缸盖部分一体地形成。根据特定实施方案，方法包括将阀芯组件(valve cartridge assembly)联接到发动机缸体部分的气缸盖部分。阀芯组件包括芯壳体，该芯壳体包括端口和界定阀座开口的阀座。阀联接到芯壳体且部分地定位在芯壳体内。阀包括阀杆和阀头。在闭合构造中阀头定位在芯壳体的阀座内，且在打开构造中阀头延伸出阀座开口。阀芯组件包括阀弹簧，阀弹簧联接到芯壳体和阀的阀杆，朝向闭合构造偏压阀。在特定的实施方案中，将阀芯组件联接到气缸盖部分包括穿过发动机缸体部分的气缸开口使阀芯组件插入到盖部分处的芯槽内。

在特定的实施方案中，提供了包括芯壳体的阀芯组件，该芯壳体包括端口和界定阀座开口的阀座。阀联接到芯壳体且部分地定位在芯壳体内。阀包括阀杆和阀头。在闭合构造中阀头定位在芯壳体的阀座内，且在打开构造中阀头延伸出阀座开口。阀芯组件包括阀弹簧，阀弹簧联接到芯壳体和阀的阀杆，朝向闭合构造偏压阀。阀芯组件可包括将阀弹簧联接到阀杆的弹簧限位器。根据特定的实施方案，芯壳体将阀座开口流体地联接到端口。

在特定的实施方案中，提供了包括发动机缸体的发动机组件，该发动机缸体包括与气缸盖部分一体地形成的发动机缸体部分。发动机缸体部分包括多个圆柱形气缸缸体开口，和第一配合表面。发动机组件包括联接到发动机缸体部分的曲轴箱。曲轴箱可包括第二配合表面，第二配合表面包括曲轴箱延伸部，曲轴箱延伸部配置为从曲轴箱移除以改变发动机组件的排量。在特定的实施方案中，阀芯组件联接到发动机缸体的气缸盖部分。阀芯组件包括芯壳体，该芯壳体包括端口和界定阀座开口的阀座。阀布置在芯壳体中，阀包括阀杆和阀头。在闭合构造中阀头定位在阀座内，且在打开构造中阀头延伸出阀座开口。阀芯组件包括阀弹簧，阀弹簧联接到芯壳体和阀的阀杆，朝向闭合构造偏压阀。

应认识到，前述概念和在下面更详细讨论的另外的概念(假定这样的概念不相互不一致)的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的部分。特别是，出现在本公开末尾的所要求保护的主题的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的部分。

附图说明

本领域技术人员将理解，附图主要是为了解说性的目的，且不旨在限制本文所描述的主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，本文公开的主题的各个方面在附图中可被夸大或放大地示出，以有利于对不同特征的理解。在附图中，相同的参考标记通常指代相同的特征(例如，功能上相似和/或结构上相似的元件)。

图1是根据示例性实施方案，被配置为改变发动机排量的发动机组件的透视图。

图2是根据示例性实施方案，被配置为改变发动机排量的发动机组件的侧剖视图。

图3是示出了根据示例性实施方案的改变发动机排量的方法的流程图。

图4是用于与根据示例性实施方案的发动机组件一起使用的芯组件的侧视图。

图5是图4中芯组件的侧剖视图。

图6是根据示例性实施方案的包括图4中芯组件的发动机组件的侧剖视图。

根据下面结合附图所阐述的详细描述中，本文公开的发明概念的特征和优点将变得更明显。

具体实施方式

下面是改变发动机排量和各种内燃发动机部件的相关的各种概念和实施方案的更详细描述。应当理解，上面介绍的和下面更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种来实现，因为所公开的概念不限于任何特定的实现方式。主要是为了解说性的目的，提供具体实现和应用的示例。

图1是根据示例性实施方案，被配置为用于变化的发动机排量的发动机组件的透视图。发动机组件100包括组合的气缸盖和气缸缸体部分101和曲轴箱部分102。组合的气缸盖和气缸缸体部分101包括与气缸盖部分一体地形成的发动机缸体部分。发动机缸体部分容纳多个气缸103，每个气缸界定了容纳振荡活塞的圆柱形孔。每个活塞经由杆与旋转的曲轴连通地接合，使得曲轴的旋转驱动活塞的振荡。

气缸盖部分被配置为容纳多个进气阀和排气阀，且将这些阀分别地联接到进气歧管和排气歧管。由于是单一的整体构造，组合的气缸盖和气缸缸体部分101消除了对盖垫圈的需求(即，否则在缸体和盖结合处可能需要)，从而允许更高的峰值气缸压力。根据示例性实施方案，组合的气缸盖和气缸缸体部分101可通过铸造来制造。在特定的实施方案中，组合的气缸盖和气缸缸体部分101可部分地或整体地由灰铸铁和铝合金中的一种或多种构成。

曲轴箱部分102容纳曲轴，且被配置用于改变发动机组件100的排量。例如且在一个具体实施中，基于多个气缸103的数量和直径和由曲轴箱部分102允许的用于活塞、活塞杆和联接到容纳在曲轴箱部分内的曲轴的连接杆的冲程长度，发动机组件100可具有3.9升的初始排量。为了减少该3.9升排量，可机加工曲轴箱部分102的顶表面(即配置为充当曲轴箱部分102的配合表面，以接合组合的气缸盖和气缸缸体部分101)，例如移除曲轴箱部分102的5毫米的层。在一个实施中，移除曲轴箱部分102的5毫米的层有效地将布置在内部的曲轴朝向组合的气缸盖和气缸缸体部分101相应地提升5毫米，从而在所有气缸103处减少了排量。

在一个实施中，曲轴箱部分102的顶表面可包括在制造期间铸造到曲轴箱中的5毫米曲轴箱延伸部。曲轴箱延伸部允许顶层的可选择的机加工，使得机加工的曲轴箱被配置为匹配地接合组合的气缸盖和气缸缸体部分101的气缸缸体部分底表面104。可选地，以相同的方式，未机加工的曲轴箱可以接合气缸缸体部分底表面104。换句话说，曲轴箱延伸部可以以不同的程度被移除(例如，在曲轴箱延伸部为5毫米高的情况下，根据期望的排量减小以从0毫米到5毫米变化的任何高度移除)，然后接合到组合的气缸盖和气缸缸体部分101。

机加工的曲轴箱可以与新的曲轴或曲轴组件安装在一起，以适应由曲轴延伸部的移除导致的更短的冲程长度。例如，被配置为与完全的曲轴箱延伸部(即没有曲轴箱延伸部被移除)一起操作的曲轴的尺寸可能与曲轴箱延伸部被移除的发动机组件冲突。在一些布置中，可以选择曲轴以进一步减少气缸103内的冲程容积，从而进一步减少排量。例如，具有较大的第一旋转周长的第一曲轴在操作中可以导致相关联的杆和活塞沿较长的冲程距离行进。相应地，具有较小的旋转周长的替换的第二曲轴在操作中可以导致相关联的杆和活塞沿较短的冲程距离行进。这样，除了机加工曲轴箱延伸部，曲轴可以被取代为具有较小旋转直径以有效地减少发动机组件的排量。

图2是根据示例性实施方案，被配置为用于变化的发动机排量的发动机组件200的侧剖视图。发动机组件200包括组合的气缸盖和气缸缸体部分201和曲轴箱部分202(例如，分别与图1中组合的气缸盖和气缸缸体部分101和曲轴箱部分102类似)。曲轴箱部分202经由多个螺栓203联接到组合的气缸盖和气缸缸体部分201。曲轴箱部分202包括安装在其内的曲轴204。发动机组件200可以包括定位在曲轴箱部分202和组合的气缸盖部分和气缸缸体部分201的各自配合表面之间的垫圈或密封件。组合的气缸盖部分和气缸缸体部分201在组合的气缸盖部分和气缸缸体部分201的气缸盖部分内容纳多个阀芯组件400(在图4-6中更详细地图示)。阀芯组件包括多个上文讨论的进气阀和排气阀。

图3是根据示例性实施方案的示出了改变发动机排量的方法300的流程图。在过程301中，确定发动机的基本排量。基本排量是根据发动机内气缸的数量、多个气缸中每个的直径和由曲轴以及在多个气缸中每个内的相关联的杆和活塞提供的冲程距离确定。在过程302中，计算冲程长度的改变。鉴于发动机内恒定的气缸的直径和恒定的气缸的数量，冲程长度的改变取决于所需求的发动机排量的体积改变。一旦基于发动机排量的改变和发动机内多个气缸的直径计算出冲程长度的改变，发动机的曲轴箱的顶表面(即配合表面)被机加工去移除足以适应在过程303中计算出的冲程长度的改变的一定高度的曲轴箱材料。从配合表面移除该高度的曲轴箱材料有效地允许相关联的曲轴更接近发动机的缸体和气缸盖部分被布置，从而减小每个气缸内的冲程长度。在过程304中，机加工的曲轴箱联接到发动机的组合的气缸盖和气缸缸体部分，例如通过使用螺栓。根据特定的实施方案，机加工的曲轴箱可能需要新曲轴或曲轴组件(即相对于加工之前适合于曲轴箱部分的曲轴)。适应冲程的改变和发动机排量的对应改变的新曲轴联接到机加工的曲轴箱。

图4是根据示例性实施方案的阀芯组件400的侧视图。如在图2中所示，阀芯组件400容纳至少一个阀且被配置为布置在发动机的气缸盖部分内。图5是图4中阀芯组件400的侧剖视图。阀芯组件400包括芯壳体401，芯壳体401具有界定阀座开口402的阀座和进气/排气端口开口403。芯壳体401容纳可移动地定位在芯壳体401内的阀404。阀404包括布置在阀杆406的一端部处的近端410和布置在阀杆406的对应另一端部处的阀头405。

阀芯组件400包括联接到阀404的阀杆406的阀弹簧407。在特定实施方案中，阀弹簧407经由近端410处的弹簧限位器408和阀校准件409联接到阀杆406。弹簧限位器408和阀校准件409将阀弹簧407保持在阀杆406和阀杆406延伸穿过的芯壳体401之间。在一些实施方案中，弹簧限位器408、阀校准件409和芯壳体401中的至少一个被配置为限制阀404的横向移动(即，使得阀404大体上被限制为二向移动)。例如，芯壳体401可以包括导引通道411，导引通道411是沿着芯壳体401内的中心轴线412的孔口，该孔口从进气/排气端口开口403向上延伸且穿过芯壳体401的近端(即朝向近端410)。导引通道411在直径上刚好足够大以容纳布置在其中的阀杆406的直径和长度。这样，阀404可以在导引通道411内沿着芯壳体401的中心轴线向上和向下平移，但不可以明显地从中心轴线径向地或横向地平移。

在一些布置中，阀芯组件400包括多个阀404。例如，单个芯壳体401可包括用于多个阀404中的每一个的相应的一个进气/排气端口开口403、一个阀座开口402、一个导引通道411等等。这样，给定的阀芯组件400可以是包括多个进气/排气阀的单个整体。

在操作中，阀404在芯壳体401内从就座位置(闭合)到离座位置(开放)是可移动的，在就座位置，其中阀头405定位在阀座上，在离座位置，其中阀头405延伸出阀座开口402(即远离芯壳体401)。在就座位置，阀头405定位在阀座上以防止在阀座开口402和进气/排气端口开口403之间的流体连通。在离座位置，阀404的阀杆406延伸到阀座开口402中，从而举起阀头离开阀座且允许在进气/排气端口开口403和阀座开口402之间的流体连通。

为了打开阀芯组件400(即，为了使阀404从就座位置平移到离座位置)，驱动器，如在进气或排气凸轮轴上的凸轮，抵靠阀杆406的近端410施加力。该力使阀杆406的近端410相对于芯壳体401移动且从而压缩阀弹簧407。当阀杆406的近端410被移动更靠近芯壳体401时，阀芯组件400在阀头405在阀座开口402处从阀座离座时打开。当阀芯组件400打开时，其允许进气流动穿过芯壳体401且进入容纳阀芯组件的发动机的发动机气缸的燃烧室中，或允许排气从发动机气缸流动穿过芯壳体401。当由凸轮施加的驱动力被施加时，来自压缩弹簧407的偏压力推动阀404回到就座构造，从而当阀头405重新就座在阀座开口402中时，闭合阀芯组件400。

图6是根据示例性实施方案的包括图4中阀芯组件400的发动机组件200的剖视图。发动机组件200在发动机组件200的组合的气缸盖和气缸缸体部分201的气缸盖部分内容纳阀芯组件400。阀芯组件插入到布置在组合的气缸盖和气缸缸体部分201的气缸盖部分的芯槽603。阀芯组件400可以经由对应的气缸601插入到芯槽603。一旦插入到芯槽603，阀芯组件400将进气/排气端口开口403流体地联接到进气/排气端口通道602。在一些布置中，芯槽603是从气缸601且延伸穿过组合的气缸盖和气缸缸体部分201的气缸盖部分的孔口。这样，在将阀芯组件400插入到芯槽中时，阀芯组件400的近端(例如，包含阀404和阀弹簧407的至少部分)可以从气缸盖部分外部地突出。致动器(例如，对应的凸轮轴上的凸轮)然后可以力选择地施加到阀芯组件400的近端上以打开和闭合阀404。

在图6中，发动机组件还包括多个水套604。多个水套604是穿过组合的气缸盖和气缸缸体部分201的气缸盖部分布置的流体管道，并且与压力源(例如，水泵)和流体源(例如，冷却液储器)相关联。压力源促使流体源内的冷却液行进穿过多个水套604。当冷却液行进时冷却液与邻近水套604的材料和部件交换热量。多个水套604可以邻近芯槽603布置。这样，自气缸601流进打开配置中的阀芯组件400并流出穿过进气/排气端口通道602的排气的热量可以传递到相邻的多个水套604的冷却液中。

为了本公开的目的，术语“联接”表示两个构件直接地或间接地彼此连接。这种连接本质上可以是静止的或可移动的。这种连接可以用两个构件或彼此一体地形成为单个整体的两个构件和任何附加的中间构件，或用两个构件或附接至彼此的两个构件和任何附加的中间构件来实现。这种连接本质上可以是永久性的，或者在本质上可以是可移除的或可释放的。

应当指出的是，根据其它的示例性实施方案不同构件的定向可以不同，并且这种变化意在被本公开所涵盖。应该意识到，所公开的实施方案的特征可合并到其它公开的实施方案中。

重要的是，注意在各种示例性实施方案中示出的装置或其部件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施方案，查阅本公开的本领域中的技术人员将容易认识到，很多修改(例如在各元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等上的变化)是可能的，而实质上不偏离公开的主题的新颖教导和优点。例如，所示的整体形成的元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或者以其它方式改变，并且分立的元件的性质或数目，或位置可以发生改变或变化。根据可选的实施方案，任何工艺或方法步骤的顺序或次序可以改变或者重新排列。也可在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置方面做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本公开的范围。

虽然本文已经描述并示出了不同的创造性实施方案，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文描述的功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点的多种其它机构和/或结构，并且这些改变和/或修改中的每一个都被认为在本文描述的创造性实施方案的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，除非另有说明，否则本文所描述的任何参数，尺寸，材料和构造意在是示例性的，并且实际参数，尺寸，材料和/或配置将取决于本发明教导所用于的具体应用或多个应用。本领域技术人员使用仅仅常规实验将意识到或者能够确定本文描述的具体创造性实施方案的许多等同物。因此，应当理解，前述实施方案只是以示例的方式呈现并且在附加权利要求和其等同物的范围内，创造性实施方案可以按具体描述和要求保护的之外的方式实施。本公开的创造性实施方案针对本文所描述的每个单个的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的创造性范围之内，如果这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不互相矛盾的话。

此外，本文描述的技术可以作为已经提供了其至少一个示例的方法来实施。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序，除非另有特别说明。因此，可以构造其中以不同于所示的顺序执行动作的实施方案，其可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施方案中被示为顺序动作。

除非清楚地相反指示，否则本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应当被理解为是指“至少一个”。

在权利要求中以及在上面的说明书中，所有过渡短语如“包含(comprising)，“包括(including,)”，“具有”，“涉及”和类似的短语应被理解为开放式的，即意指包括但不仅限于。

权利要求不应当理解为限于所描述的顺序或元件，除非声明是这种效果。应当理解的是，本领域普通技术人员可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求的范围和精神。要求保护在以下权利要求和其等同物的精神和范围内的所有的实施方案。

Claims (16)

1.一种改变发动机排量的方法，包括：

确定多个气缸中的每一个内的冲程距离的变化，需要所述发动机的所述冲程距离的所述变化以获得所述发动机的排量的预定容积的变化；

机加工曲轴箱的曲轴箱延伸部的顶表面以便从所述曲轴箱延伸部移除一定高度的材料，所述曲轴箱延伸部能够以不同的程度被移除至所述曲轴箱延伸部的高度范围内的任何高度，计算所述高度的材料以对应于获得所述发动机的排量的体积的变化所需的所述发动机的所述冲程距离的变化；以及

将机加工的曲轴箱延伸部的所述顶表面联接到所述发动机的发动机缸体部分的配合表面，所述发动机缸体部分与所述发动机的气缸盖部分一体地形成。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述曲轴箱中安装曲轴，所述曲轴被选择以适应被移除的材料的所述高度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述曲轴被选择以减小所述冲程距离。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在芯槽处将阀芯组件联接到所述发动机缸体部分的所述气缸盖部分，所述阀芯组件包括：

芯壳体，其包括端口和界定阀座开口的阀座；

阀，其联接到所述芯壳体且部分地定位在所述芯壳体内，所述阀包括阀杆和阀头，在闭合构造中，所述阀头放置在所述芯壳体的所述阀座内，并且在打开构造中，所述阀头延伸出所述阀座开口；以及

阀弹簧，其联接到所述芯壳体和所述阀杆，朝向所述闭合构造偏压所述阀。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述阀芯组件联接到所述气缸盖部分包括将所述阀芯组件穿过所述发动机缸体部分内的所述多个气缸中的一个且插入到所述气缸盖部分处的所述芯槽。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括形成所述气缸盖部分以包括邻近多个芯槽中的每一个的至少一个水套，其中阀芯组件联接到所述多个芯槽中的每一个。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述芯壳体包括多个阀，和对应的多个所述阀座、所述阀座开口和所述阀弹簧。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括基于布置在所述发动机内的气缸的数量、所述多个气缸中的每一个的直径和在所述多个气缸中的每一个内的所述冲程距离确定所述发动机的基本排量，其中所述冲程距离的变化基于所述基本排量。

9.一种发动机组件，包括：

发动机，其包括与气缸盖部分一体地形成的发动机缸体部分，所述发动机缸体部分包括第一配合表面和多个圆柱形的气缸缸体开口，所述发动机缸体部分界定进气/排气端口通道；

曲轴箱，其联接到所述发动机缸体部分，所述曲轴箱包括第二配合表面，所述第二配合表面包括曲轴箱延伸部，所述曲轴箱延伸部被配置为从所述曲轴箱移除以改变所述发动机组件的排量；以及

阀芯组件，其联接到所述气缸盖部分，所述阀芯组件包括：

芯壳体，所述芯壳体包括端口和界定阀座开口的阀座，所述端口将所述进气/排气端口通道与所述阀座开口流体地联接；

阀，其布置在所述芯壳体内，所述阀包括阀杆和阀头，在闭合构造中，所述阀头定位在所述阀座内，且在打开构造中，所述阀头延伸出所述阀座开口；以及

阀弹簧，其联接到所述芯壳体和所述阀杆，朝向所述闭合构造偏压所述阀。

10.根据权利要求9所述的发动机组件，还包括安装在所述曲轴箱内的曲轴，所述曲轴选择成适应所述曲轴箱延伸部的移除部分的高度。

11.根据权利要求10所述的发动机组件，其中所述曲轴被选择以减小所述发动机组件的排量。

12.根据权利要求9所述的发动机组件，其中所述芯壳体还包括导引通道，所述导引通道容纳所述阀杆且将所述阀限制成二向移动。

13.根据权利要求9所述的发动机组件，其中所述芯壳体包括多个阀，和对应的多个所述阀座、所述阀座开口和所述阀弹簧。

14.根据权利要求9所述的发动机组件，其中将所述阀芯组件联接到所述气缸盖部分包括将所述阀芯组件穿过所述发动机缸体部分内的多个气缸中的一个且插入到所述气缸盖部分处的芯槽。

15.根据权利要求9所述的发动机组件，还包括形成所述气缸盖部分以包括邻近多个芯槽中的每一个的至少一个水套，其中阀芯组件联接到所述多个芯槽中的每一个。

16.根据权利要求9所述的发动机组件，还包括弹簧限位器，所述弹簧限位器将所述阀弹簧联接到所述阀杆。

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