CN107178434A - 顶置凸轮轴发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种顶置凸轮轴发动机。在具有由气缸座(11)支撑的第一轴承(21)和由在曲柄轴箱室(12)内附装至气缸座的轴承保持构件(60)支撑的第二轴承(22)的顶置凸轮轴发动机中，曲柄轴设置有直径减小部分(24b)，该直径减小部分(24b)的外部直径比所述曲柄轴的位于所述第二轴承的背离限定在所述发动机主体中的气缸(15)那一侧的邻接部分的外部直径小，并且曲柄轴带轮(53)安装在该直径减小部分上。

Description

顶置凸轮轴发动机
技术领域
本发明涉及一种改进的顶置凸轮轴发动机。
背景技术
期望使用尽可能少的数量的零部件形成限定气缸和曲柄箱室的发动机主体，并且就结构完整性和组装容易性方面以有利的方式支撑发动机的曲柄轴。在JP2002-349340A中公开的已知顶置凸轮轴发动机中，发动机主体包括与气缸盖一体形成的气缸座，并且用于支撑凸轮轴的第一端的第一轴承装配在形成于气缸座中的孔内。气缸座的下端由倾斜地横跨曲柄轴延伸的平面限定，并且具有对应的上端的曲柄箱附装至气缸座的下端以与气缸座协作而限定曲柄箱室。曲柄箱形成有一孔，并且用于支撑曲柄轴的第二端的第二轴承装配在形成于该曲柄箱中的孔内。
在这种发动机中，凸轮轴设置在发动机的上部中，并通过正时带由曲柄轴致动，该正时带围绕装配在曲柄轴上的曲柄轴带轮和装配在凸轮轴上的凸轮轴带轮延伸。在四冲程发动机的情况下，凸轮轴带轮在直径方面需要是曲柄轴带轮的两倍大。曲柄轴带轮定位在曲柄轴的位于第二轴承和邻接的曲柄臂之间或位于第二轴承和发动机气缸之间的部分上。
该部分是发动机的承受载荷部分(从发动机的活塞传递来的弯曲载荷)，并且需要具有相对较大直径，通常与曲柄轴的由第二轴承支撑的部分的直径相同。因此，作为曲柄轴直径和两倍曲柄轴带轮的毂的厚度的和给出的曲柄轴带轮的有效直径相当大。凸轮轴带轮的有效直径需要是曲柄轴的有效直径的两倍大，并且发动机的阀致动室需要足够大才能容纳凸轮轴带轮。
结果，不利地使得曲柄轴带轮和凸轮轴带轮的质量很大，并且不利地使得发动机的总高度很大。此外，不利地使得发动机的组装变得复杂。
发明内容
鉴于现有技术的这些问题，本发明的主要目的是提供一种能够被构造成紧凑单元的顶置凸轮轴发动机。
本发明的第二目的是提供一种容易组装的顶置凸轮轴发动机。
本发明的第三目的是使顶置凸轮轴发动机中的运动部件的质量最小化。
为了实现这些目的中的至少一些目的，本发明提供了一种顶置凸轮轴发动机10，该顶置凸轮轴发动机10包括：设置在发动机主体11上的第一轴承21和第二轴承22；曲柄轴20，该曲柄轴20具有由所述第一轴承可旋转地支撑的第一端23和由所述第二轴承可旋转地支撑的第二端24；凸轮轴51，该凸轮轴51被可旋转地支撑在所述发动机主体的上部中以致动所述发动机的进气阀和排气阀；曲柄轴带轮52，该曲柄轴带轮52装配在所述曲柄轴的第二端上；凸轮轴带轮53，该凸轮轴带轮53装配在所述凸轮轴上；以及正时带54，该正时带54围绕所述凸轮轴带轮和所述曲柄轴带轮延伸，其中所述曲柄轴设置有直径减小部分24b，该直径减小部分24b的外部直径比所述曲柄轴的位于所述第二轴承背的离限定在所述发动机主体中的气缸15那一侧的邻接部分的外部直径小，并且所述曲柄轴带轮安装在该直径减小部分上。
该直径减小部分只需要承受驱动所述正时带所需的载荷，因此与曲柄轴的邻接部分相比能够显著地减小直径。因此，能够减小曲柄轴带轮的直径，并且能够以相应的方式减小凸轮轴带轮的直径。因此，能够使发动机的总体尺寸特别是高度最小化，并且能够使曲柄轴带轮和凸轮轴带轮的质量最小化。而且，曲柄轴带轮定位在第二轴承的外侧方便发动机的组装和维护。
根据本发明的优选实施方式，所述发动机主体包括在其中限定气缸15的气缸座13和附装至所述气缸座的下端以与所述气缸座共同限定曲柄轴箱室32的曲柄轴箱12，并且其中所述第一轴承由所述气缸座支撑，并且所述第二轴承由在所述曲柄轴箱室内附装至所述气缸座的轴承保持构件60支撑。
根据该布置，曲柄轴带轮位于非常容易接近的位置，从而尤其能够简化发动机的组装和维护过程。如果所述曲柄轴箱在横跨所述曲柄轴倾斜地延伸的分型面31处附装至所述气缸座的下端，则尤其能够增强所述曲柄轴带轮和所述第二轴承的可接近性。
典型地，为了简化发动机主体的结构，将所述第一轴承装配在形成于所述气缸座中的孔34内。所述轴承保持构件可以由一体地形成的构件构成，并且可以在所述轴承保持构件中形成用于收纳第二轴承的中央孔61。
根据本发明的特别优选的实施方式，所述发动机主体包括正时带覆盖件17，该正时带覆盖件17从所述发动机主体延伸，使得在所述气缸座的上部与所述正时带覆盖件之间限定出与外界连通的空气空间Sp1。由于所述曲柄轴带轮的有利位置而使得该布置成为可能，并且所述空气空间有益于适当地冷却所述气缸座并因此冷却发动机。如果期望，所述正时带覆盖件可以与所述气缸座一体地形成(通常通过金属铸造)。此外，气缸盖14可以与所述气缸座一体地形成，以简化组装过程。
典型地，所述发动机由单缸发动机构成，并且所述曲柄轴的第一端是所述曲柄轴的输出端。
根据本发明的特别优选的实施方式，所述发动机由空气冷却发动机构成，并且在所述发动机主体的外周表面上形成有多个鳍片16，并且其中所述发动机主体包括限定用于在其中收纳所述正时带的动力传输室55的正时带覆盖件17，该正时带覆盖件包括将所述鳍片与所述正时带分开的壁17a，从而在所述鳍片和所述带覆盖件的所述壁之间形成与外界连通的空气空间Sp1。
因而，通过沿着所述气缸座的冷却鳍片将冷却空气传导到所述鳍片和所述正时带覆盖件的壁之间的空气空间内，能够有利地对气缸座进行冷却。
附图说明
图1是作为本发明的第一实施方式给出的顶置凸轮轴发动机的竖直剖视图；
图2是示出了发动机的轴承保持构件和曲柄轴带轮的放大剖视图；
图3是通过从图示中省略曲柄箱而示出了发动机的轴承保持构件和曲柄轴带轮的放大立体图；
图4是示出了轴承保持构件的主要部分的详细视图；
图5是发动机的分解立体图；
图6是轴承保持构件的立体图；以及
图7是本发明的第二实施方式中安装在曲柄轴的第二端上的曲柄轴带轮的剖视图。
具体实施方式
下面参照图1至图6描述本发明的优选实施方式。
参照图1，图示实施方式的发动机10包括气缸座11，该气缸座11以较常规的布置一体地组合了作为分开的零部件形成的气缸盖部分14和气缸座部分13，并且在其中一体地限定气缸15。该发动机10由单缸空气冷却发动机构成，并且在气缸座部分13的外周边上设置有空气冷却鳍片16。
气缸座11进一步包括当从一侧观看时以字母L的形状向一侧(图1中向右)向上延伸的正时带覆盖部分17，并且在内部限定正时带室55。正时带室55的上端由附装至正时带覆盖部分17的上端的顶盖57封闭以限定凸轮致动机构室50。凸轮轴带轮52由凸轮轴51可旋转地支承在凸轮致动机构室50中，该凸轮轴51设置有以本身公知方式致动发动机10的进气阀和排气阀(未在图中示出)的凸轮(未在图中示出)。
如图1所示，正时带覆盖部分17包括壁17a，该壁17a将正时带室55与气缸座11的带有鳍片的外周边部分分开，从而在气缸座11和正时带覆盖部分17之间形成与外界连通的空气间隙Sp1。包括气缸座部分13、气缸盖部分14和正时带覆盖部分17的气缸座11通常由铸铁、铝合金或任何本身公知的材料制造成整体铸造产品。
气缸座11的下端由倾斜平面31限定，并且曲柄箱12通过使用多个螺栓33在该倾斜平面31处附装至气缸座11的下端。因而，曲柄箱室32由曲柄箱12和气缸座11联合限定。曲柄箱12可以由片状金属冲压而成或者由合适材料的铸造构件制成。在图示实施方式中，曲柄箱12只需要与气缸座11联合限定曲柄箱室32，不需要支撑来自发动机10的任何运动部件的载荷。因此，曲柄箱12可以由特别轻并且/或者经济的材料制成。曲柄箱室32的底部形成用于存储规定量的润滑油Ju的储油部12a，并且油位传感器81设置在储油部12a的低点中以便测量其中的润滑油Ju的油位。气缸座11竖直较长的一侧设置有轴承孔34，由滚珠轴承构成的第一轴承21装配在该轴承孔34内。
气缸座11竖直较短的一侧设置有面向下的基本水平的安装表面35，该安装表面35是气缸座11与气缸座部分13和正时带覆盖部分17之间的结合处相邻的部分。限定用于接收第二轴承22(也由滚珠轴承构成)的中央孔61的轴承保持构件60通过使用一对螺栓73和一对定位销72或暗榫销附装至该安装表面35，该对螺栓73和一对定位销72或暗榫销向上延伸穿过形成在轴承保持构件60中的孔64和65，经过由安装表面35限定的配合表面而进入形成在气缸座部分13中的对应孔内。
如图5和图6中所示，轴承保持构件60具有矩形构造，并且具有相对较小的前后尺寸(曲柄轴20的轴向尺寸)。轴承保持构件60具有平坦的并且抵靠安装表面35的上端表面62。螺栓73在中央孔61的两侧穿过在轴承保持构件60的整个竖直长度上延伸的孔64，并且拧入形成在安装表面35中的对应螺纹孔内。轴承保持构件60的上部分设置有具有相对较小(竖直)厚度并且在轴向方向上向外突出的一对凸缘66，并且用于定位销72的孔65穿过这些凸缘66。
装配有第二轴承22的轴承保持构件60的中央孔61与装配有第一轴承21的气缸座11的轴承孔34同轴。曲柄轴20被收纳在曲柄箱室32中，并且具有由第一轴承21可旋转地支撑的第一端23和由第二轴承22可旋转地支撑的第二端24。曲柄轴20设置有曲柄销26，并且可滑动地收纳在气缸15中的活塞25通过连杆27以本身已知方式连接至曲柄销26。在图示实施方式中，每个轴承21和22的内圈都抵靠限定在曲柄轴20中的对应环状台肩表面。
第一轴承21设置有用于防止发动机润滑油从曲柄箱室32泄漏的油密封件28。第一轴承21的外圈抵靠限定在气缸座11的轴承孔34中的面向内的环状台肩表面，第一轴承21的内圈抵靠限定在曲柄轴20中的面向外的环状台肩表面，从而防止第一轴承21轴向移动。
曲柄轴20的第一端23从第一轴承21向外突出，并且装配有杯状外转子42，杯状外转子42包括同轴的中央盘45和从中央盘45的周边边缘向内轴向延伸的轴向凸缘46。多个永磁体47以规则角间隔固定地附装至外转子42的轴向凸缘46的内圆周表面。内定子41固定地固定至气缸座11的外端面，并且包括以与曲柄轴20成同轴的关系固定地附装至气缸座11的外壁的外侧的芯43以及形成在定子芯43上以致于在外转子42相对于定子芯43旋转时在绕组44中产生电流的多个绕组44。所产生的电流从绕组44传导出，并且用于通过没有在附图中示出的本身公知的点火电路给发动机10的火花塞48供电。曲柄轴20的第一端23用作该发动机10的输出端。
转子42的外侧被发动机罩(未在图中示出)覆盖，该发动机罩被附装至发动机10的外侧以限定冷却空气通道，并且多个冷却风扇(未在图中示出)设置在中央盘45的轴向端表面上以产生通过冷却空气通道传导的冷却空气流。
如图2中最佳所示，第二轴承22通过弹性挡圈71固定就位，该弹性挡圈71装配在形成于轴承保持构件60的中央孔61的外端部分中的环状径向凹槽63内。因而，第二轴承22由于曲柄轴20的环状台肩表面和弹性挡圈71而保持在轴向位置。曲柄轴20的第二端24包括由第二轴承22支撑的轴颈部分24a和设置在第二端24的最外面部分上的直径减小部分24b。曲柄轴带轮53装配在该直径减小部分24b上，并且通过将螺栓56拧入形成在曲柄轴20的第二端24的轴向端内的螺纹孔而固定地紧固在适当位置。如本领域技术人员能够认识到的，弹性挡圈71仅仅是一个示例，可以使用任何其他圆形或部分圆形的保持构件来替代该弹性挡圈71，而不会脱离本发明的精神。
如图4和图6中最佳所示，径向凹槽63在中央孔61的侧部以及上部和下部中仅延伸小角度范围。因此，收纳在径向凹槽63中的弹性挡圈71暴露于其中轴承保持构件60的材料被移除的一对上侧部和一对下侧部。具体而言，弹性挡圈71的邻接每个定位销72的部分被暴露出，并且定位成使得弹性挡圈71的暴露部分位于每个定位销72的下端72a的正下方。由此，通过弹性挡圈71的抵靠定位销72的端表面72b的对应部分而防止每个定位销72向下移动。因此，即使定位销72在向上方向上被推动到对应孔内，也能够防止定位销72脱落，而无需任何特别措施或任何附加零部件。
因为定位销72的下端72a暴露出并且在曲柄箱室32中可见，如图3中所示，所以能够避免在制造或维修过程期间意外遗漏定位销72。而且，轴承保持构件60与每个定位销72邻接的部分被切除，定位销72定位在相对可接近的区域，从而可以没有任何困难地执行定位销72的插入和移除。
如图2中最佳所示，尽管轴颈部分24a(具有外径D2)装配在第二轴承22的内圈的中央孔内，直径减小部分24b(具有外径D1，该外径D1小于轴颈部分24a的外径D2)装配在曲柄轴带轮53的中央孔内。因此，对于曲柄轴带轮53的毂53a的给定厚度Th来说，与不设置直径减小部分并且与轴颈部分24a具有相同外径的部分被装配在曲柄轴带轮53的中央孔内的情况相比，可以减小曲柄轴带轮53的外径Dc。需要凸轮轴带轮52的直径与曲柄轴带轮53的直径具有规定关系，以便使发动机阀门的操作关于曲柄轴20的角位置同步。因此，当曲柄轴带轮53的直径减小时，凸轮轴带轮52的直径能够减小相同因数。因此，曲柄轴带轮53的直径减小有利于减少发动机10的总高度，并因此减少发动机10的重量。
正时带54围绕曲柄轴带轮53和凸轮轴带轮52传送，从而可以以本身公知方式以四冲程发动机所需的同步关系以曲柄轴20的速度的两倍将曲柄轴20的旋转运动传输至凸轮轴51。在图示实施方式中，正时带54由塑料材料制成的齿形带构成，但是也可以由其它类型的带构成，或者可以由链构成。凸轮轴带轮52和曲柄轴带轮53将由链轮构成。
在图示实施方式中，曲柄轴带轮53相对于第二轴承22定位在第二轴承22的外侧或气缸15的另一侧，从而可以使第一轴承21和第二轴承22之间的距离最小化。在图示实施方式中，除了曲柄轴20的曲柄臂和曲柄销之外，在第一轴承21和第二轴承22之间什么都没有。
此外，由于图示实施方式的曲柄轴带轮53的有利定位，正时带54可以被收纳在正时带覆盖部分17中，该正时带覆盖部分17从气缸座部分13延伸，从而可以以有利方式将燃烧热从气缸15传递至冷却鳍片16，而不会因为正时带54的存在而受到阻碍。冷却空气可以被引导到气缸座11的气缸座部分13和正时带覆盖部分17之间的空气间隙Sp1，从而可以提高冷却效率。此外，根据图示实施方式，有利地保护了正时带54免受发动机10的热的影响，从而能够延长正时带54的使用寿命。
如图1至图3中所示，抛油环构件82经由平行于曲柄轴20的轴线延伸的枢转轴84由轴承保持构件60的下延伸部83可旋转地支撑，并且设置有沿着抛油环构件82的外周边形成的第一齿轮86。曲柄轴带轮53沿着其外周边设置有第二齿轮85，并且第一齿轮86和第二齿轮85彼此啮合而使得抛油环构件82在发动机10操作时旋转。
在图示实施方式中，第二齿轮85形成在曲柄轴带轮53的外周边上，从而可以使发动机10的轴向长度最小化，但是由于可在第二轴承22的外侧获得足够空间Sp2，因此该第二齿轮85也可以形成为同轴地装配在曲柄轴20的第二端24上的单独齿轮构件。
图7示出了本发明的第二实施方式。该实施方式与第一实施方式的不同之处在于曲柄轴带轮53装配在曲柄轴20的第二端24上的方式。在该实施方式中，曲柄轴带轮53被压配合在曲柄轴20的第二端24的直径减小部分24b上。该配合是紧配合，从而将曲柄轴带轮53快速旋转地保持至曲柄轴20。
该发动机特别适合于用作给各种类型的设备诸如(不排它地)割草机、发电机和除雪机提供动力的通用发动机。
尽管已经就本发明的优选实施方式描述了本发明，但是对本领域的技术人员明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变和修改。

Claims (11)

1.一种顶置凸轮轴发动机，该顶置凸轮轴发动机包括：
设置在发动机主体上的第一轴承和第二轴承；
曲柄轴，该曲柄轴具有由所述第一轴承可旋转地支撑的第一端和由所述第二轴承可旋转地支撑的第二端；
凸轮轴，该凸轮轴被可旋转地支撑在所述发动机主体的上部中以致动所述发动机的进气阀和排气阀；
曲柄轴带轮，该曲柄轴带轮装配在所述曲柄轴的所述第二端上；
凸轮轴带轮，该凸轮轴带轮装配在所述凸轮轴上；以及
正时带，该正时带围绕所述凸轮轴带轮和所述曲柄轴带轮延伸，
其中所述曲柄轴设置有直径减小部分，该直径减小部分的外部直径比所述曲柄轴的位于所述第二轴承的背离限定在所述发动机主体中的气缸那一侧的邻接部分的外部直径小，并且所述曲柄轴带轮安装在该直径减小部分上。
2.根据权利要求1所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述发动机主体包括在其中限定所述气缸的气缸座和附装至所述气缸座的下端以与所述气缸座共同限定曲柄轴箱室的曲柄轴箱；并且
其中所述第一轴承由所述气缸座支撑，并且所述第二轴承由在所述曲柄轴箱室内附装至所述气缸座的轴承保持构件支撑。
3.根据权利要求2所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述曲柄轴箱在横跨所述曲柄轴倾斜地延伸的分型面处附装至所述气缸座的所述下端。
4.根据权利要求2所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述第一轴承装配在形成于所述气缸座中的孔内。
5.根据权利要求2所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述轴承保持构件由一体地形成的构件构成，并且在所述轴承保持构件中形成有用于收纳所述第二轴承的中央孔。
6.根据权利要求2所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述发动机主体包括正时带覆盖件，该正时带覆盖件从所述发动机主体延伸，使得在所述气缸座的上部与所述正时带覆盖件之间限定出与外界连通的空气空间。
7.根据权利要求6所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述正时带覆盖件与所述气缸座一体地形成。
8.根据权利要求2所述的顶置凸轮轴发动机，其中气缸盖与所述气缸座一体地形成。
9.根据权利要求1所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述发动机由单缸发动机构成。
10.根据权利要求1所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述曲柄轴的所述第一端是所述曲柄轴的输出端。
11.根据权利要求1所述的顶置凸轮轴发动机，其中所述发动机由空气冷却发动机构成，并且在所述发动机主体的外周表面上形成有多个鳍片，并且其中所述发动机主体包括限定用于在其中收纳所述正时带的动力传输室的正时带覆盖件，该正时带覆盖件包括将所述鳍片与所述正时带分开的壁，使得在所述鳍片和所述正时带覆盖件的所述壁之间形成与外界连通的空气空间。
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