CN1260465C - 内燃机和制造该内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

一标准的发动机设计系统使用有选择可替换的零部件，因此可以产生相关的具有不同的输出功率的同族发动机。一第一系列的发动机采用一个可以在该第一预定尺寸的气缸中工作的共同活塞。该发动机设计可以利用一第一或第二曲轴/连杆组合件来改变输出功率。一改进的发动机设计除一第一气缸外还利用一第二气缸。一第二系列的发动机利用一个可以在第二预定尺寸的气缸中工作的较大活塞。该第二系列的发动机与该第一系列的发动机共用一个共同发动机设计。然而，相应的零部件适合于使用更大的活塞/气缸组合件。该第二系列的发动机可以使用一第一或一第二曲轴/连杆组合件来改变输出功率。在每个发动机系列内，都使用标准设计概念来提供输出功率范围。

Description

内燃机和制造该内燃机的方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域和制造该发动机的方法，更具体地说，涉及一种这样的发动机及制造该发动机的方法，即其允许大量的输出功率变化的发动机由相当少量的发动机基本零部件制成。
背景技术
内燃机在现有技术中是公知的。制造这种内燃机的各种方法已经给出并且公开了。
有些方法已经采用了流水线并改进了各内燃机的制造过程。例如Fetouh的美国专利US4622864旨在于公开一种包括一标准传动组件的往复式内燃机。该发明旨在于提供一种重量轻且成本低的发动机结构。
Seifert的美国专利US3941114旨在于公开一种用于一多缸内燃机的曲轴箱，在该多缸内燃机中，曲轴箱由铸件焊接在一起而构成，各铸件串连连接成一气缸体类的部件。
Zornes的美国专利US5456076公开了一种包括一伸缩曲轴箱结构的外部热源发动机。该发动机结构是如此构成的，以致于两个和多个子系统装纳在该专利说明书的一个或多个标准件中。然而，两个或多个动力标准件可以连接在一起，并且借助于改变该连接的相对相位角获得发动机动力和速度控制。
Kaufman的美国专利US4676205旨在于公开一种用于将一两冲程垂直曲轴式内燃机，布置到装纳一四冲程垂直曲轴内燃机的旋转盖板上，因此两种形式的内燃机可以装纳在盖相同的盖板上。
Fink等人的美国专利US4610228旨在于公开一种用于一发动机的曲轴箱组件，以便安装到手动工具上并与该手动工具，例如链锯连接。一个所料曲轴箱连接到该发动机气缸上，而一环形隔离件安装在该气缸和曲轴箱之间。
根据现有技术，仍然存在改进，并且理想的是用于改进发动机，特别是诸如草地维护行业用的小功率内燃机的制造过程的效率和成本。在小型草地维护产品这一行业，产品成本的大部分是发动机本身的成本。例如，在本发明的申请日时，并不是不常见的是，即使一些后行走式割草机安装有一台5马力或更大的内燃机，这些后行走式割草机的成本也低于100美元。成本上的压力使这种产品的零售价格较低，重要的是发动机本身的设计和制造效率的改进是为了使割草机的制造者具有足够的利润。
发明内容
本发明的目的之一是为了提供一种产生动力的内燃机。
本发明的另一个目的是为了提供一种特别是适用于较小马力的使用目的的内燃机，例如草地维护产品，如割草机，骑草机，抛雪机，耕地机等。
本发明的另一个目的是为了提供改变功率生产能力的发动机，该发动机效率高，制造成本低。
本发明的另一个目的是利用相同的发动机零部件提供相关的同族发动机。
本发明的另一个目的是利用每个系列中同族发动机零部件之间的相似设计变化来提供第一和第二系列的发动机。
本发明的另一个目的是提供一种商业制造方法，借助于该方法可以更有效地制造功率产生能量改变的各内燃机。
为实现上述目的，根据本发明一个方面，提供了一种用于提供多种相关发动机的标准发动机设计系统，其中，每个发动机包括至少一个其上形成有气缸的气缸体，其上具有与该气缸连通的孔的曲轴箱，适于在该气缸中往复运动的活塞，适于在曲轴箱内旋转的曲轴，相互连接活塞和曲轴的连杆，及与该曲轴操作关联并用以选择性地控制与该气缸体相关联的阀组件的凸轮轴，该标准发动机设计系统包括：
用于提供与第一输出功率相关联的基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可选择性地替换的各基本发动机零部件形成，其中，所述基本发动机零部件包括：
其上形成有具有第一预定物理尺寸的第一气缸的第一气缸体，
第一曲轴箱，
具有第一预定尺寸的活塞，
第一凸轮轴，
具有长度L1的第一连杆，
第一曲轴，所述第一曲轴和所述第一连杆操作限定第一活塞行程；
用于提供与该基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中所述第二发动机与第二输出功率相关联，所述第二输出功率与所述第一输出功率不同，其中所述第二发动机设计采用：
其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的所述第一气缸体，
所述第一曲轴箱，
所述第一活塞，
所述第一凸轮轴，
具有长度L2的第二连杆，其中L2不同于L1，所述第二连杆选择性地替换所述第一连杆，及
第二曲轴，所述第二曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第二曲轴和所述第二连杆操作限定与所述第一活塞行程不同的第二活塞行程；
用于提供与该基本发动机相关的第三发动机的第三发动机设计，其中所述第三发动机与第三输出功率相关联，所述第三输出功率与所述第一输出功率和所述第二输出功率不同，所述第三发动机设计采用：
分别在其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的两个所述第一气缸体，
两个所述第一活塞，
两个所述第一连杆，其中每个第一连杆与所述第一活塞的不同活塞操作连接，
改进的曲轴箱，所述改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，所述改进的曲轴箱在其上具有两个孔，每个所述孔与所述第一气缸的不同气缸连通；
第三曲轴，所述第三曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第三曲轴和所述第一连杆操作限定所述第三发动机的每个所述第一活塞的第三活塞行程，其中所述第三活塞行程等于所述基本发动机的所述第一活塞行程；
改进的凸轮轴，用以选择性地控制所述两个阀组件，每个所述阀组件与所述第一气缸体的不同气缸体相关联，所述改进的凸轮轴选择性地替换所述第一凸轮轴；以及
用于提供与该基本发动机相关的第四发动机的第四发动机设计，其中所述第四发动机与第四输出功率相关联，所述第四输出功率与所述第一输出功率不同，所述第四发动机设计采用：
分别在其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的两个所述第一气缸体，
两个所述第一活塞，
两个所述第二连杆，其中每个第二连杆与所述第一活塞中的不同活塞操作连接，
所述改进的曲轴箱，该改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，其中，每个所述孔与所述第一气缸中的不同气缸连通，
第四曲轴，所述第四曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第四曲轴和所述第第二连杆操作限定所述第四发动机的所述每个第一活塞的第四活塞行程，其中所述第四活塞行程等于所述第二发动机的所述第二活塞行程；以及
所述改进的凸轮轴用以选择性地控制所述两个阀组件，每个所述阀组件与所述第一气缸体中的不同气缸体相关联，所述改进的凸轮轴选择性地替换所述第一凸轮轴。
根据本发明另一方面，提供了一种用于提供多个相关发动机的标准发动机设计系统，其包括：
用于提供基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可以选择性地替换的各基本发动机零部件构成，其中所述基本发动机零部件包括：
其上形成有具有第一预定尺寸的第一气缸体的第一气缸体，
第一曲轴箱，所述曲轴箱上具有与所述第一气缸连通的孔；
在所述第一气缸中作往复运动的第一活塞，
适于在所述第一曲轴箱内旋转的第一曲轴；
长度为L1的第一连杆，所述第一连杆将所述第一活塞操作连接到所述第一曲轴上；及
与所述第一曲轴操作关联并用以选择性地控制阀组件的第一凸轮轴，其中所述基本发动机与第一输出功率相关联；及
用于提供与所述基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中至少一个所述基本发动机零部件用与所述基本发动机零部件不同的相应改进的发动机零部件替换，其中所述第二发动机和与所述第一输出功率不同的第二输出功率相关联。
优选地，所述第一曲轴箱包括第一和第二对称的部分。
优选地，所述第一活塞适于沿活塞轴线往复运动，其中所述第一曲轴箱沿相对于所述活塞轴线成一角度的平面分成第一和第二部分。
优选地，所述第一活塞适于沿活塞轴线作往复运动，其中所述第一曲轴箱沿垂至于所述活塞轴线的平面分成第一和第二部分。
优选地，所述第二发动机设计采用：
第二曲轴/第二连杆组合，所述第二连杆的长度为L2，其中L2与L1不同，所述第二曲轴/第二连杆组合选择性地替换所述第一曲轴/第一连杆组合。
优选地，所述第二发动机设计采用：
第二组第一气缸体/第一活塞组合；
改进的曲轴箱，所述改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，所述改进的曲轴箱上具有与所述第二组第一气缸体/第一活塞组合操作关联的第二孔；
一对第一连杆，每个所述连杆与一个所述第一活塞相关联；及
选择性地替换所述第一曲轴的改进的曲轴，所述改进的曲轴与所述对第一连杆操作关联。
根据本发明又一方面，提供了一种提供共享一共同发动机设计规程的同族发动机的方法，该方法包括下列步骤：
提供用于基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可以选择性地替换的各基本发动机零部件构成，其中所述基本发动机零部件包括：
其上限定第一气缸的第一气缸体，该气缸具有第一预定尺寸，
第一曲轴箱，所述第一曲轴箱上具有与所述第一气缸连通的孔；
适于在所述第一气缸中作往复运动的第一活塞，
适于在所述第一曲轴箱内旋转的第一曲轴；
长度为L1的第一连杆，所述第一连杆将所述第一活塞操作连接到所述第一曲轴；及
与所述第一曲轴操作关联并用以选择性地控制阀组件的第一凸轮轴，其中所述基本发动机与第一输出功率相关联；
提供用于与所述基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中至少一个所述基本发动机零部件由与所述基本发动机零部件不同的相应改进的发动机零部件替换，其中所述第二发动机和与所述第一输出功率不同的第二输出功率相关联；
选择优化的输出功率；
选择限定具有预定尺寸的气缸的气缸体；
选择相应于所述选取的气缸体的活塞；
选择连杆；
选择曲轴箱；
选择曲轴；及
选择凸轮轴。
本发明的一个优点是，借助于利用改进的发动机零部件选择性地替换基本发动机零部件，很容易提供宽范围输出功率的发动机。
本发明表现出的其他优点是降低了库存成本并降低了制造成本。
根据本发明一方面的内容，其公开了一种提供一同族发动机的方法，以致于可以获得更高的制造效率。本发明提供了一种用于设计一同族发动机的标准发动机设计系统。处于同族发动机中的该发动机可以输出各种不同的功率，而不需要再设计主要的各发动机零部件。每个发动机包括至少一个其中中限定构成一气缸的气缸体，一个其中具有一个与该气缸连通的气缸孔的曲轴箱，一个适合于在该气缸中作往复运动的活塞，一个与该活塞和曲轴连接的连杆，及一个用于控制该进气阀和排气阀组件的凸轮轴。
根据本发明，该标准发动机设计系统提供了一种可以产生一第一范围的输出功率的基本发动机设计。仅为了说明，而不是限制本发明，该基本发动机例如可以产生大约3.5-4.5马力的功率。该基本发动机使用由字母A表示的基本发动机零部件，各零部件包括：一限定构成一第一预定尺寸的第一气缸A的第一气缸体A，一个第一曲轴箱A，一个第一活塞A，一个第一曲轴A，一个长度为L1的第一连杆A，和一第一凸轮轴A。
根据本发明，该标准发动机设计提供一种第二发动机设计，该第二发动机设计用于提供能产生一比基本发动机的输出功率大的第二范围的输出功率的第二发动机。该标准发动机系统设计使用一组实质上在结构上与基本发动机的完全相同的零部件，以便获得理想的输出功率范围。为了便于图示，用不同的标号来区分结构上与基本发动机零部件不同的各发动机零部件。
例如，该第二发动机设计可以提供一个能产生大约5.0-6.5马力的发动机。该第二发动机设计将使用一组基本发动机零部件。例如，该第二发动机设计可使用一限定一具有相同的预定尺寸的气缸A的第一气缸体A，一第一活塞A，一第一曲轴箱A和一第一凸轮轴A是用在该第二发动机设计中的基本发动机零部件。
然而，在本发明的发动机设计系统中，几个基本发动机零部件可以用改进的各零部件选择性地替换。例如，在示范性的第二发动机设计中，第一连杆A选择性地由长度为L2的第二连杆B替换。相似地，第一曲轴A选择性地由第二曲轴B替换。在该示例中，L2小于L1。输出功率直接与该气缸内活塞的排量或活塞行程相关。在一预定直径的气缸中，更长的行程对应于更大的气缸容积，短的行程对应于小的气缸容积。更短的连杆允许在相同的预定尺寸的气缸内使用更长的行程，因此具有更大的功率。因此，在本发明的标准发动机设计系统中，在保持气缸/活塞尺寸相同的同时，连杆长度的变化使发动机的输出功率从基本发动机变化到该同族发动机设计中的第二发动机的输出功率。
该标准发动机设计系统使用几个共同的发动机零部件，该共同的零部件适用于与改进的发动机零部件一起使用，从而提供各种输出功率的同族发动机。因此，在标准发动机设计系统中，可以获得更高的制造效率。
根据本发明的另一方面内容，提供一第三发动机设计。该第三发动机设计使用一第三曲轴C，该曲轴适合于装纳两个第一连杆(A，A)，每个连杆的长度都为L1，并工作地连接到两个第一活塞(A，A)上。该第三发动机设计使用两个第一气缸体(A，A)，每个气缸体限定构成一个第一预定尺寸的第一气缸A。设置一个改进的曲轴箱B，该曲轴箱具有一个与一个气缸连通的缸孔，和一个与该第二气缸连通的气缸孔。还设置有一改进的凸轮轴B，以便控制与每个气缸/活塞组合件相关的阀组件。
根据本发明另一方面的技术特征，输出功率大于基本发动机的输出功率的一第四发动机通过一第四发动机设计提供。此时再一次使用一组基本发动机零部件。例如，该第四发动机设计使用一个适合于装纳两个第二连杆(B，B)的第四曲轴D，每个连杆的长度为L2，并工作地连接到两个第一活塞(A，A)上。该第四发动机设计使用如上所述的两个第一气缸体(A，A)，和改进的曲轴箱B。该第四发动机设计使用改进的凸轮轴B。
该第二发动机设计与基本发动机设计的区别主要在于活塞的行程不同。该第三发动机设计与基本发动机设计的区别主要在于外加了第二气缸/活塞组合件。每个发动机设计与自己的曲轴相关，以便采用不同的活塞行程和/或活塞数量。
用于相关系列发动机的该标准发动机设计系统的概念，借助于提供一第二系列的发动机设计而在本发明中得到进一步发展。该第二系列的发动机设计使用与该第一系列的发动机采用一共同的发动机设计规程。因此，相同的标准概念用于形成另外的相关同族发动机。该第二系列的基本发动机设计使用一改进的气缸体B，该气缸体限定构成一个比该第一气缸的尺寸大的预定尺寸的改进气缸B。气缸尺寸的变化提供了一系列输出功率比第一系列的相关发动机的输出功率大的发动机设计。一加大的活塞B适合于在该改进的气缸B内作往复运动，并由一长度为L3的改进连杆C连接到另一个改进的曲轴D上。一改进的曲轴箱C中具有一个气缸孔，该气缸孔适合于与该改进的气缸B连通。这种具体的发动机设计使用另一个改进的凸轮轴C。
本发明进一步是为了根据第一系列的基本发动机的变化而对第二系列的基本发动机进行改进。如第一系列那样，该第二系列中的其他发动机是利用一长度L4小于L3的连杆D形成的。该同族发动机中的其他各发动机利用一第二气缸/活塞组合件与更短或更长的连杆形成的。如第一系列发动机设计那样，也对曲轴，曲轴箱和凸轮轴进行了改进。
根据本发明，其提供一种使各同族发动机共用一发动机设计规程的方法。该方法包括提供一个用于具有一第一输出功率的基本发动机的第一发动机设计的步骤。该第一发动机由基本发动机零部件构成，包括一第一气缸体，一第一曲轴箱，一第一活塞，一第一曲轴，一第一连杆和一第一凸轮轴。该方法进一步还包括提供一个用于与该第一发动机相关的一第二发动机的第二发动机设计，其中至少一个基本发动机的零部件可以由一相应的改进发动机零部件选择性地替换，该改进发动机零部件与替换的基本发动机零部件明显不同。按这种方式，该第二发动机的输出功率与第一发动机的输出功率明显不同。
根据本发明的另一方面内容，一共同的发动机设计规程适用于采用一第二发动机气缸体，而不是第一发动机气缸体。因此相应的发动机零部件可以选择性地替换以便与该第二气缸体一起使用。
根据本发明进一步的内容，一个具有一第一输出功率比的发动机包括一个具有基本上对称的第一和第二部分的曲轴箱。
根据本发明进一步的内容，该第一发动机包括一个装在气缸内沿活塞轴线作往复运动的活塞，该发动机包括一个沿相对该活塞轴线成一角度的平面分成第一和第二部分的曲轴箱。
根据本发明进一步的内容，发动机包括一个装在气缸内沿活塞轴线作往复运动的活塞，该发动机包括一个沿基本上垂直于该活塞轴线的平面分成第一和第二部分的曲轴箱。
对本技术领域的普通技术人员来说，在阅读并理解下列详细说明后，可以更清楚本发明的其他优点和好处。
附图说明
本发明可以对某些零部件和零部件的布置进行实物形态说明，一优化实施例将在该说明书中详细说明，并且在构成该说明书的一部分的各附图中图示出来。
图1是本发明第一发动机的一实施例的局部分解透视图；
图2是本发明第二发动机的一实施例的局部分解透视图；
图3是本发明第三发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图4是本发明第四发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图5是本发明第五发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图6是本发明第六发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图7是本发明第七发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图8是本发明第八发动机的一实施例的局部的分解透视图；
图9是根据本发明设计一预定输出功率范围的发动机的流程图。
具体实施方式
现在请参照表示本发明的各优选实施例的各附图。图1表示一个由一组发动机基本零部件构成的基本发动机10。为了便于图示，各发动机基本零部件用字母A表示，而改进的发动机零部件将其他标号表示。基本发动机10包括气缸体12A，该气缸体12A中具有一个称之为气缸14A的圆筒形气缸孔。该基本发动机10还包括一个曲轴箱18A。在优化实施例中，该曲轴箱18A包括一第一半箱体19和一第二半箱体20。再该优化实施例中，该曲轴箱18A沿图中所示的斜线22对半分开。
该曲轴箱18A包括一个用于与气缸14A连通的孔24。一个活塞26A适合于沿一条通过孔24的活塞轴线29并于气缸14A内作往复运动。该活塞26A由连杆30A工作地连接到曲轴35A上。该曲轴箱18A内的第一孔36装纳该曲轴35A的一端38，而该曲轴箱18A中的一第二孔(该图中未示出)装纳该曲轴35A的另一端41。
该基本发动机10还包括一个与该曲轴35A操作关联的凸轮轴42A。设置在该凸轮轴42A上的各凸起44引导阀组件48的运动，该阀组件包括挺杆50，一第一进气阀51和一第一排气阀52。在现有技术中公知的是，各阀根据凸轮轴的旋转运动选择性地开启和关闭。在现有技术中进一步公知的是，通过曲轴和连杆的操作来提供活塞在气缸内的往复运动。
在一优化实施例中，具体的发动机尺寸和预期的功率可以使该基本发动机10产生大约3.5-4.5马力的动力。然而，设计一个如图1所示并且具有一个与此处给出的示例不同的预定输出功率范围的基本发动机10，也是处于本发明的范围内的。
本发明的关键因素是图1所示的基本发动机和同类其他发动机，例如图2-8所示发动机，之间的相互关系。特别是，图1-4表示第一系列发动机，而图5-8表示第二系列发动机。在本发明的标准发动机设计系统中，构成基本发动机10的一个或多个基本发动机零部件由改进的发动机零部件选择性地替换，从而提供具有实质上不同输出功率的相关发动机。例如，图1所示基本发动机10使用某种形式的活塞26A，气缸14A，连杆30A，曲轴35A，凸轮轴42A和曲轴箱18A。这些相同发动机零部件中的许多发动机零部件可以用在具有不同的输出功率的后续发动机中。此外，本发明的概念可以扩大，从而包括其他发动机零部件及上述列举的零部件。这些其他的发动机零部件包括化油器，消声器等。发明人相信将相同的发动机零部件用在多种发动机设计中，每种发动机设计都具有不同的输出功率，将可以提供明显并实质上降低发动机的制造成本的机会。该基本发动机结构使用标准的第一发动机零部件，这些零部件适合于方便地由改进的发动机零部件替代。
例如，参见图2，其示出了一第二发动机110。该发动机110关联于基本发动机10在于，其中该两个发动机设计公用许多共同的零部件。在该图所示示例中，第二发动机110具有气缸体12A，气缸14A，曲轴箱18A，凸轮轴42A和活塞26A。然而，第二发动机110在设计上与基本发动机10的不同之处在于：连杆30A和曲轴35A选择性地由改进的零部件，即由连杆30B和曲轴35B替换。
在第二发动机110中，活塞26A的行程长于基本发动机10中活塞26A的行程。该行程的变化通过具有小于长度L1的长度L2的改进的连杆30B和改进的曲轴35B来实现。即使在两种发动机设计之间，气缸14A的尺寸保持不变，活塞26A的较长的行程也将提供更大的气缸工作容积。本发明的制造效率归功于这样的事实，在图示的各零部件中，只有曲轴35B和连杆30B不同，发动机10和110中的其他零部件都完全相同；但它们却产生不同的输出功率。例如该基本发动机10可以产生大约3.5-4.5马力的功率，而该第二发动机110可以产生例如大约5.0-6.5马力。该发动机10的工作容积约为165立方厘米，而发动机110的工作容积为大约210立方厘米。
参见图3，示出了关联于基本发动机10的一第三发动机210。第三发动机210的结构不同于基本发动机10之处在于：设置了两个气缸/活塞组合。第三发动机210与基本发动机10相比具有明显不同的输出功率，然而，使用了许多基本发动机的零部件来获得这种效果。例如，两个基本气缸体12A各适于装纳两个活塞26A之一。每个活塞26A通过一连杆30A工作地连接到一改进的曲轴35C上。一改进的凸轮轴42B设置用来控制每个气缸/活塞组合的各阀组件48，48’。如图所示，用单一凸轮轴42B来控制两个阀组件48，48’。凸轮轴42B与凸轮轴42A的不同之处在于设置有三个凸起44。单个凸起44控制两个进气阀51，51’，而分开的凸起44控制排气阀52，52’。此外，一改进的曲轴箱18B设置有两个孔24，24’，每个孔都与一个气缸14A连通。
当制造与上述设计一致的发动机时，可以获得增效的优点。例如，用在基本发动机10，第二发动机110和第三发动机210上的各零部件之间的关系已经讨论了。基本发动机10与第二发动机110的区别在于连杆30A或30B的长度不同。基本发动机10与第三发动机210之间的区别在于引入了一第二活塞/气缸组合。在这些设计的每一种中，气缸体12A提供具有恒定尺寸的气缸14A。类似地，在每个设计中都使用共同的活塞26A。
将不同输出功率的相关发动机的两种方法结合起来可以获得相似的效能。例如，参见图4，表示一第四发动机310。设置一对气缸14A，一对活塞26A，和一对改进的连杆30B可以获得另一种相关发动机设计。每一个活塞26A与另一个改进的曲轴35D工作连接。曲轴35D装纳该对连杆30B。该第四发动机310的每个活塞26A的行程与第二发动机110的活塞26A的行程相当。因此，第四发动机310的输出功率与第一发动机10，第二发动机110和第三发动机210的显著不同。第四发动机310利用一凸轮轴42B以类似于第三发动机210的方式控制两套阀组件48，48’。该第三发动机210例如可以产生大约7-9马力的功率，而该第四发动机310例如可以产生10-13马力的功率。
现在参见图5，其表示第五发动机410，该发动机的设计构成了第二系列发动机的基础。尽管使用相似的发动机设计规程，但基本发动机10和第二基础即第五发动机410的基本区别在于每个发动机的各气缸的物理尺寸不同。每个前述的发动机使用具有第一预定尺寸的气缸14A。然而第五发动机410采用的气缸体12B中具有一气缸14B。气缸14B的直径大于气缸14A。第五发动机410还使用更大尺寸的活塞26B，该活塞适合于更大尺寸的气缸14B。
一改进的曲轴箱18C包括用于装纳该更大尺寸活塞26B的孔24B。连杆30C与活塞26B连接并连接到曲轴35E上。在优化实施例中，连杆30C的长度为L3，该长度可以与长度L1或L2相同或不同。与另一系列发动机一样，第五发动机410包括一个与曲轴35C操作关联的凸轮轴42C。一相同的阀组件48以相同的方式与凸轮轴42C操作关联。
图6-8表示与第五发动机410相关的系列发动机。对基本发动机10的改进形式在该第二系列予以重复。例如，图6表示第六发动机510，其中活塞26B由具有长度L4的连杆30D连接到曲轴35F上，L4比L3短，以便使活塞26B的行程更长，从而提供比第五发动机410的输出功率更大的第六发动机510。相似地，一改进的曲轴35F用来完成该加长的行程。
图7表示具有两个更大气缸/活塞组合的第七发动机610。在该实施例中，每个活塞26B通过长度为L3的连杆30C连接到另一改进的曲轴35G上。与42B相似的凸轮轴42D用来控制阀组件48，48’。图7表示一改进的曲轴箱18B，该曲轴箱沿一垂直轴线分为两半。该实施例的曲轴箱可以用在前述任何发动机中，但不脱离本发明的范围。
图8表示本发明的另一个实施例。该第八发动机710的结构与第七发动机610的区别在于使用了改进的连杆30D。改进的曲轴35H用来实现每个活塞26B的加长行程。因此，第八发动机710的输出功率比第五发动机410和第六发动机510(只有一个气缸/活塞组合)及第七发动机610(活塞行程更短)的大。
对本技术领域普通技术人员明显的是，提供一第三基本发动机设计将形成另一系列的相关发动机。
                    表I：标准发动机设计系统
  零部件   基本发动机10   110   210   310
  气缸体12   A   A   A，A   A，A
  气缸14   A   A   A，A   A，A
  活塞26   A   A   A   A
  连杆30   A(L1)   B(L2)   A，A   B，B
  曲轴箱18   A   A   B   B
  凸轮轴42   A   A   B   B
  曲轴35   A   B   C   D
  基本发动机410   510   610   710
  气缸体12   B   B   B，B   B，B
  气缸14   B   B   B，B   B，B
  活塞26   B   B   B，B   B，B
  连杆30   C(L3)   D(L4)   C，C   D，D
  曲轴箱18   C   C   D   D
  凸轮轴42   C   C   D   D
  曲轴35   E   F   G   H
表I表示通过对第一和第二基本发动机设计进行改进而实现的同族发动机设计的优化实施例。在该表中，给出了基本发动机10链同三种改型110，210，310的各设计零部件。也给出了第二基本发动机410及其改型510，610，710的各的设计零部件。可以容易地看出只要对基本发动机10和410进行简单的改进就可以得到输出功率范围宽的各发动机。在上述实施例中，发动机的输出功率从大约3.5马力到大约23马力不等。
参见图9，一表示本发明另一方面的流程图被示出。本发明对效率的贡献是巨大的，并且对制造方法的各个方面都存在影响。例如，由于因采用本发明而具有较少的零部件数，因此原材料、发动机中包含的部件和子部件的供给也较少。零部件的库存也较少。制造过程将占用更少的场地空间，原因是多种发动机设计可以最大可能地在同一条生产线上生产。在图9中，以流程图的形式示出了一条这样的生产线。第一个方框1000表示选择要制造的发动机设计的步骤。例如，这一资料针对可用单一活塞尺寸制造的四种不同的发动机10、110、210和310以及可以用另一种不同的单一活塞尺寸制造的另外四种不同的发动机410、510、610和710。特定发动机的选择在很大程度上由该发动机产生的马力大小确定。
继续参见图9，下一个方框1002表示选择对应于在步骤1000中选取的发动机设计的气缸体(各气缸体)的下一个步骤。
继续参见图9，下一个方框1006表示选择对应于在方框1002中选取的发动机气缸体中的气缸(各气缸)的下一个步骤。取决于发动机设计，可以选择一个或两个活塞。
继续参见图9，下一个方框1008表示对应于步骤1000中选取的发动机设计的连杆(或各连杆)的下一个步骤。
继续参见图9，下一个方框1010表示选择对应于步骤1000中选取的发动机设计的曲轴箱的下一个步骤。
继续参见图9，下一个方框1014表示选择对应于步骤1000中选取的发动机设计的曲轴的下一个步骤。
继续参见图9，下一个方框1018表示选择对应于步骤1000中选取的发动机设计的凸轮轴的下一个步骤。
可以设想在本发明中在采用一个或者两个气缸/活塞组合的发动机中只使用一个凸轮轴42。除具有一个额外的凸起44外，两气缸发动机的凸轮轴42与单气缸发动机用的凸轮轴相似。
同样，阀组件48可以使用相同的凸起44来控制采用两气缸的发动机中的两气缸14的进气阀51。单气缸发动机和两气缸发动机使用相同的进气阀51和排气阀52。进气阀51的设计与各排气阀52不同。
可以设想，在本发明的范围中可以提供水平和垂直对齐的两种发动机10。在采用垂直对齐的发动机中，很容易对曲轴箱18进行改进。
可以设想基于发动机标准设计的润滑系统。油泵可以装载在一空心的凸轮轴42上，并且通过该凸轮轴的内部泵送润滑油。该润滑油将通过该凸轮轴向上流到上部主轴承并流入该曲轴中。该曲轴可以是空心的，从而将润滑油输送给连杆和下主轴承。
已经参见各优化实施例对本发明进行了说明。明显的是，在阅读并理解该说明书后，其他人可以作出各种改进和变型。因此所有这些改进和变型，只要处于所附的各权利要求或等效物的范围内，都应该包括在本发明内。

Claims (8)

1，一种用于提供多种相关发动机的标准发动机设计系统，其中，每个发动机包括至少一个其上形成有气缸的气缸体，其上具有与该气缸连通的孔的曲轴箱，适于在该气缸中往复运动的活塞，适于在曲轴箱内旋转的曲轴，相互连接活塞和曲轴的连杆，及与该曲轴操作关联并用以选择性地控制与该气缸体相关联的阀组件的凸轮轴，该标准发动机设计系统包括：
用于提供与第一输出功率相关联的基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可选择性地替换的各基本发动机零部件形成，其中，所述基本发动机零部件包括：
其上形成有具有第一预定物理尺寸的第一气缸的第一气缸体，
第一曲轴箱，
具有第一预定尺寸的活塞，
第一凸轮轴，
具有长度L1的第一连杆，
第一曲轴，所述第一曲轴和所述第一连杆操作限定第一活塞行程；
用于提供与该基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中所述第二发动机与第二输出功率相关联，所述第二输出功率与所述第一输出功率不同，其中所述第二发动机设计采用：
其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的所述第一气缸体，
所述第一曲轴箱，
所述第一活塞，
所述第一凸轮轴，
具有长度L2的第二连杆，其中L2不同于L1，所述第二连杆选择性地替换所述第一连杆，及
第二曲轴，所述第二曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第二曲轴和所述第二连杆操作限定与所述第一活塞行程不同的第二活塞行程；
用于提供与该基本发动机相关的第三发动机的第三发动机设计，其中所述第三发动机与第三输出功率相关联，所述第三输出功率与所述第一输出功率和所述第二输出功率不同，所述第三发动机设计采用：
分别在其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的两个所述第一气缸体，
两个所述第一活塞，
两个所述第一连杆，其中每个第一连杆与所述第一活塞的不同活塞操作连接，
改进的曲轴箱，所述改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，所述改进的曲轴箱在其上具有两个孔，每个所述孔与所述第一气缸的不同气缸连通；
第三曲轴，所述第三曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第三曲轴和所述第一连杆操作限定所述第三发动机的每个所述第一活塞的第三活塞行程，其中所述第三活塞行程等于所述基本发动机的所述第一活塞行程；
改进的凸轮轴，用以选择性地控制所述两个阀组件，每个所述阀组件与所述第一气缸体的不同气缸体相关联，所述改进的凸轮轴选择性地替换所述第一凸轮轴；以及
用于提供与该基本发动机相关的第四发动机的第四发动机设计，其中所述第四发动机与第四输出功率相关联，所述第四输出功率与所述第一输出功率不同，所述第四发动机设计采用：
分别在其上形成有具有所述第一预定物理尺寸的所述第一气缸的两个所述第一气缸体，
两个所述第一活塞，
两个所述第二连杆，其中每个第二连杆与所述第一活塞中的不同活塞操作连接，
所述改进的曲轴箱，该改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，其中，每个所述孔与所述第一气缸中的不同气缸连通，
第四曲轴，所述第四曲轴选择性地替换所述第一曲轴，所述第四曲轴和所述第二连杆操作限定所述第四发动机的所述每个第一活塞的第四活塞行程，其中所述第四活塞行程等于所述第二发动机的所述第二活塞行程；以及
所述改进的凸轮轴用以选择性地控制所述两个阀组件，每个所述阀组件与所述第一气缸体中的不同气缸体相关联，所述改进的凸轮轴选择性地替换所述第一凸轮轴。
2，一种用于提供多个相关发动机的标准发动机设计系统，其包括：
用于提供基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可以选择性地替换的各基本发动机零部件构成，其中所述基本发动机零部件包括：
其上形成有具有第一预定尺寸的第一气缸体的第一气缸体，
第一曲轴箱，所述曲轴箱上具有与所述第一气缸连通的孔；
在所述第一气缸中作往复运动的第一活塞，
适于在所述第一曲轴箱内旋转的第一曲轴；
长度为L1的第一连杆，所述第一连杆将所述第一活塞操作连接到所述第一曲轴上；及
与所述第一曲轴操作关联并用以选择性地控制阀组件的第一凸轮轴，其中所述基本发动机与第一输出功率相关联；及
用于提供与所述基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中至少一个所述基本发动机零部件用与所述基本发动机零部件不同的相应改进的发动机零部件替换，其中所述第二发动机和与所述第一输出功率不同的第二输出功率相关联。
3，如权利要求2所述发动机设计系统，其中所述第一曲轴箱包括第一和第二对称的部分。
4，如权利要求2所述发动机设计系统，其中所述第一活塞适于沿活塞轴线往复运动，其中所述第一曲轴箱沿相对于所述活塞轴线成一角度的平面分成第一和第二部分。
5，如权利要求2所述发动机设计系统，其中所述第一活塞适于沿活塞轴线作往复运动，其中所述第一曲轴箱沿垂至于所述活塞轴线的平面分成第一和第二部分。
6，如权利要求2所述发动机设计系统，其中所述第二发动机设计采用：
第二曲轴/第二连杆组合，所述第二连杆的长度为L2，其中L2与L1不同，所述第二曲轴/第二连杆组合选择性地替换所述第一曲轴/第一连杆组合。
7，如权利要求2所述发动机设计系统，其中所述第二发动机设计采用：
第二组第一气缸体/第一活塞组合；
改进的曲轴箱，所述改进的曲轴箱选择性地替换所述第一曲轴箱，所述改进的曲轴箱上具有与所述第二组第一气缸体/第一活塞组合操作关联的第二孔；
一对第一连杆，每个所述连杆与一个所述第一活塞相关联；及
选择性地替换所述第一曲轴的改进的曲轴，所述改进的曲轴与所述对第一连杆操作关联。
8，一种提供共享一共同发动机设计规程的同族发动机的方法，该方法包括下列步骤：
提供用于基本发动机的第一发动机设计，所述基本发动机由可以选择性地替换的各基本发动机零部件构成，其中所述基本发动机零部件包括：
其上限定第一气缸的第一气缸体，该气缸具有第一预定尺寸，
第一曲轴箱，所述第一曲轴箱上具有与所述第一气缸连通的孔；
适于在所述第一气缸中作往复运动的第一活塞，
适于在所述第一曲轴箱内旋转的第一曲轴；
长度为L1的第一连杆，所述第一连杆将所述第一活塞操作连接到所述第一曲轴；及
与所述第一曲轴操作关联并用以选择性地控制阀组件的第一凸轮轴，其中所述基本发动机与第一输出功率相关联；
提供用于与所述基本发动机相关的第二发动机的第二发动机设计，其中至少一个所述基本发动机零部件由与所述基本发动机零部件不同的相应改进的发动机零部件替换，其中所述第二发动机和与所述第一输出功率不同的第二输出功率相关联；
选择优化的输出功率；
选择限定具有预定尺寸的气缸的气缸体；
选择相应于所述选取的气缸体的活塞；
选择连杆；
选择曲轴箱；
选择曲轴；及
选择凸轮轴。
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