CN1625645B - 曲轴箱扫气式四冲程发动机 - Google Patents

Abstract

一种曲轴箱扫气和润滑的四冲程发动机(1)特别包括：混合气准备装置(15)，它用来供给空气-燃料-润滑剂混合物；进气通道(16)，它连接到曲轴箱或者气缸中，从而至少把空气(13)供给到曲轴箱体积(12)中；溢流通道(17)，它连接到曲轴箱或者气缸及具有进气门(8)的进气口(7)中，从而从曲轴箱体积中把至少空气和润滑剂供给到进气中；气门驱动组件(18)，它由曲轴(4)来驱动，从而驱动进气门(8)和排气门(10)；气门驱动组件壳体(19、20、21、21’、22)，它包括一个或者多个部分(19、20、21、21’、22)，该一个或者多个部分与曲轴箱体积分开，但是通过至少一个小尺寸的通道(23、24、25、26、27)专门与曲轴箱体积相连通，气门驱动组件壳体的每个部分(19、20、21、21’、22)具有最下部，与曲轴箱的最下部相比，该最下部设置成沿着气缸孔的轴向较高，即更加靠近燃烧室。

Description

曲轴箱扫气式四冲程发动机

技术领域

本发明涉及一种曲轴箱扫气式四冲程发动机。它主要用于便携式工具如链锯、修整器或者动力切割机。

背景技术

便携式工具如链锯或者动力切割机用在许多不同的处理位置上，甚至用在颠倒的位置上。因此，它们常常是曲轴箱扫气，润滑剂如润滑油被供给到曲轴箱中。该润滑系统在每个处理位置上进行工作。这些发动机常常是两冲程型，但是也可以是四冲程发动机。

美国专利4708107、5347967、5579735和6145484及DE3022901公开了在燃料发动机中曲轴箱扫出油。它布置成，通过气门驱动组件壳体、经过进气门流入到燃烧室中。该系统提供了较好的润滑，但是大大地加热了与每个热发动机零件相接触的进气。这减少了功率输出。在US6401701和DE3438031中，这也可以应用到一部分流量中。但是，这需要非常复杂的进气系统结构。

也有这样的一些设计，这些设计不是曲轴箱扫气和润滑。在这些设计中，曲轴箱油底壳或者机油箱被填充有机油，以使机油到达推荐油位。因此，不需要把机油供给到燃料中。但是，它们需要尺寸大小较大的机油箱或者曲轴箱油底壳。这种机油箱或者油底壳常常刚好到达曲轴箱平面的下方。因此，发动机的尺寸大小和重量明显增大了。EP1134365和EP1136665就是这样的例子。它们也使用特殊的额外部分来产生油雾。

美国专利6152098公开了一种这样的设计，尺寸大小较大的曲轴箱油底壳向下刚好到达曲轴箱的下方。它被填充有机油，其中机油被填充到规定的油位。与上面的EP专利申请的设计相比，稍微减小了重量和大小，但是重量和大小仍然是个问题。发动机是曲轴箱扫气型发动机，它使用纯燃料，即不与机油相混合。

US6145484公开了一些变形，这些变形不是曲轴箱扫气型发动机，而是具有一些导管，这些导管以复杂的方式从进气导管通到曲轴箱和气门驱动组件中。

发明目的

本发明的目的是基本上减少上述问题并且在许多方面得到优点。

发明内容

上述目的在本发明的曲轴箱扫气型四冲程发动机中实现，这种发动机的特征描述在附加的权利要求中。本发明的曲轴箱扫气型发动机的主要特征在于，它还包括：气门驱动组件壳体，它包括一个或者多个部分，该一个或者多个部分与曲轴箱体积分开，但是通过至少一个小尺寸通道专门与曲轴箱体积相连通，气门驱动组件壳体的每个部分具有最下部，与曲轴箱的最下部相比，该最下部设置成沿着气缸孔的轴向较高，即更加靠近燃烧室。这意味着，没有流体通过气门驱动组件壳体进入到燃烧室中。因此，进气基本上不会被发动机的非常热的部分所加热。这提高了功率输出。小尺寸通道对曲轴箱的泵送能力产生有限的影响。由于没有曲轴箱油底壳或者机油箱，因此发动机更加紧凑并且减少了重量，气门驱动组件壳体的最下部设置成高于曲轴箱。尺寸较小的气门驱动组件壳体意味着，在发动机的正常工作期间，它只收集少量的机油。

在一个实施例中，只有一个没有阀的小尺寸通道，但是也可以有更多的通道，并且它们也可以设置有不同种类的阀。

通过优选实施例的描述，使得本发明的其它特征和优点更加清楚。这些实施例可以结合起来。

附图描述

参照附图，借助各种实施例在下面更加详细地描述本发明，在这些附图中，不同附图中的相同标号表示相互相应的部分。为了方便起见，发动机的上和下指的是附图中的上和下。发动机在不同产品中可以布置在各种位置上，这些产品可以用在不同的位置上。

图1是本发明四冲程发动机的透视图。它示出了发动机的主要部分，尤其示出了气门驱动组件壳体和它的不同部分。

图2是图1的发动机的侧视图。两个盖被抬离。

图3A和3B并排地示出了发动机的两个重要的横剖视图。清楚地示出了曲轴箱体积和具有气门驱动组件的气门驱动组件壳体及它的不同部分。

图4A示出了发动机和小尺寸通道的横剖视图，其中小尺寸通道连接曲轴箱体积和气门驱动组件壳体。

图4B示出了许多不同的小尺寸通道，这些通道借助阀来控制。

图5示出了沿着曲轴看去的发动机的横剖视图。

图6示出了具有顶置凸轮轴的四冲程发动机的替换实施例。

具体实施方式

图1示出了如透视图中所看到的、本发明的曲轴箱扫气型四冲程发动机1。该发动机具有缸2，该缸2具有冷却片和火花塞33。曲轴箱11连接到缸2的下方。溢流通道17连接到曲轴箱或者缸上并且连接到具有进气门的进气口中。用来供给空气-燃料-润滑剂混合物的混合物准备装置15连接到缸上。气门驱动组件18被装入到气门驱动组件壳体19、20、21、21′、22中。

小尺寸通道23连接在曲轴箱11和气门驱动组件壳体的最下部19之间。气门驱动组件壳体20的第二最下部分借助盖34来盖住。该组件壳体的顶部22通过管子21、21′连接到下部20、19上，并且借助盖子35来盖住。

图2示出了从图1的发动机的侧部看去的视图。拆去了盖子34。此外，顶部22的盖子35也被拆去了。因此示出了气门驱动组件18的一部分。示出了两个摇臂36、36′和两个推杆37、37′。也可以看到，曲轴4的两端从曲轴箱11中伸出来。

在图3a和3b中，示出了发动机的两个最重要部分。并排地示出这两个部分，曲轴4位于轴线38上。图3b示出了发动机气缸2，其中活塞3可运动地安装在缸内，从而通过连杆5可旋转地驱动曲轴4。气缸和活塞共同限定出燃烧室6。气缸具有进入口7和进气门8，该进气门8用来打开和关闭进气口。气缸具有排气口9和排气门10，排气门10用来打开和关闭排气口，接着是排气导管28。连接曲轴箱或者气缸和进气口7的溢流通道17被清楚地示出以作为混合物准备装置15。把空气-燃料-润滑剂混合物供给到曲轴箱体积12中。还把空气和润滑剂供给到曲轴箱体积12中。在这种情况下，燃料被供给到溢流通道17中，并且与空气相混合，或者可以直接供给到燃烧室6中。因此，可以是两级装置。曲轴4具有曲柄机构31、31′，该曲柄机构使曲轴与连杆5连接起来。小尺寸通道23使曲轴箱体积12与气门驱动组件壳体19、20、21、21′、22相连接起来。该壳体清楚地示出在图3A中。来自曲轴箱11的小尺寸通道23到达气门驱动组件壳体的最下部19。下一部分即中部20通过管子21、21′连接到顶部22上。

曲轴齿轮29在气门驱动组件壳体的最下部19上布置在曲轴上。该部分的近似半径明显小于曲轴箱的相应半径，因此该部分不能形成曲轴箱油底壳。配合的齿轮39设置有固定凸轮40。两个凸轮从动件41、41′支撑在这个凸轮上。它们中的每一个具有推杆37、37′，这些推杆通过摇臂36、36′驱动气门8、10。这是公知的方式，因此不再描述。

但是，位于曲轴箱体积12和气门驱动组件壳体19、20、21、21′、22之间的小尺寸连接是独特的。气门驱动组件壳体包括一个或者多个部分19、20、21′、21′、22，该部分或者该多个部分与曲轴箱体积分开，但是通过小尺寸通道23而专门与曲轴箱体积相连通。如可以清楚地看到的一样，气门驱动组件壳体的每个部分19、20、21、21′、22的最下部设置成沿着缸孔的轴向高于曲轴箱的最小部，即更加靠近燃烧室。因此，当发动机在正常位置上进行工作时，它们不能形成曲轴箱油底壳。

图4A示出了小尺寸通道23的一个实施例。该通道布置成导管，从而从曲轴箱11通到气门驱动组件壳体的最下部19中。通道23中没有阀，并且只有一个没有阀的小尺寸通道。小尺寸通道23的面积小于孔的横截面积，该孔的直径是气缸直径的40％，优选地小于30％的气缸直径。出于润滑目的，因此优选地使非常小的横截面积小于孔的横截面，其中该孔的直径为20％的气缸直径，优选地为10％的气缸直径。但是，也可以是一个以上的通道。在这种情况下，总横截面积应该小于所述尺寸大小的横截面积。可以以许多方式来布置一个或者多个通道。如图4A所示，右轴承42即位于曲柄机构31、31′的右侧上的轴承被密封住。因此，在曲轴箱体积12和气门驱动组件壳体之间不会产生泄漏。左轴承43没有被密封。如果那种轴承用在右侧上，那么在这些体积之间会产生明显的泄漏。但是它也可以部分密封以形成合适面积的小尺寸通道。

图4B示出了许多不同通道，这些通道使用了一些阀，因此这些通道可以被打开和关闭。连接曲轴箱体积和由气门驱动组件壳体19、20、21、21′、22所构成的润滑位置的通道24设置有单向阀。该单向阀可以布置成只允许流入到气门驱动组件壳体中。它还可以布置成只允许从气门驱动组件壳体中进行流动。常常地，在任一情况下，它与另一个小尺寸通道相结合，该另一个小尺寸通道可以没有阀，或者通过阀来控制。这也可以应用于通道25、26和27中。通道25借助活塞3来控制，因此在活塞的每个冲程期间，借助活塞来打开和关闭它。通道26借助曲柄机构31′的轴向表面来进行控制。通过与图3B相比较，可以清楚地知道，在曲轴的每转期间，打开和关闭通道26。因此，曲柄机构形成了旋转阀，随着可能下降到通道25的活塞所提供的打开和关闭频率的一半，该阀打开和关闭。因此，旋转阀控制可以提供更多的控制可能性。旋转阀控制的通道的另一个例子是通道27，该通道27借助曲柄机构31的边缘外径来进行控制。

如图5所示一样，溢流通道17设置有单向阀30，以只允许从曲轴箱进行流动。这个提供了发动机的压力充气，以提高它的功率。以与图4B的通道25和26、27所示相同的方式，单向阀30也可以由活塞出口阀(piston ported valve)或者旋转阀来构成。因此，在溢流通道17中可以实现自由流动。如所看到的一样，进气通道16通过活塞3即活塞开口设计(piston ported design)来控制。但是，它也可以通过单向阀或者旋转阀来进行控制。即使溢流通道17和进气通道16通过旋转阀来进行控制，它也可以提高发动机的功率。这个通过进气通道16、溢流通道17和进气门8的所有三个阀的特殊正时来进行布置。如果布置了所谓的重叠度，即所有三个阀同时打开，那么溢流通道17内的流动气体的动量可以用来提高进入燃烧室6中的充气。这将提高发动机的功率。示出了两种不同的旋转阀布置。但是，该旋转阀也可以由凸轮轴所驱动的一些部分来构成，并且以与凸轮轴相同的速度被驱动，即是曲轴速度的一半。这可以提供特殊的调节可能性。

图1-6所描述的发动机使用了用来进行气门控制的推杆装置。它是所谓的OHV式发动机。但是，用来润滑气门驱动组件壳体19、20、21、21′、22的所述原理也可以用于其它类型的气门驱动组件中。不使用齿轮29和39，而是两个相应的链轮与链条结合起来使用。较高的链轮提供有凸轮40。在这种方法中，凸轮40可以设置在发动机的较高上部，以缩短推杆37、37′，或者省去它们。使用位于齿轮29和39之间的一些齿轮来得到相同结果也是可能的。该发动机是所谓的侧置气门式发动机。凸轮从动件41、41′在这种情况下可以直接控制气门。

图6示出了具有凸轮轴45的发动机，该凸轮轴45设置在气门上方并且直接或者通过摇臂来控制它们。这是所谓的OHC式发动机。它使用了皮带轮29′和皮带轮44，这些皮带轮通过带齿皮带46连接起来。这是传统设计，因此不再进行描述。由于皮带不必润滑，因此可以使用只包括顶部22的气门驱动组件壳体。壳体部分22通过至少一个小尺寸通道与曲轴箱体积连通。许多替换物也是可以的。只有一个通道23没有阀。该通道可以通过另一个通道来补充，其中该另一个通道使用了图4b所示出的单向阀24或者活塞出口阀25或者旋转阀26或者27。包括没有阀23的两个通道在内的不同结合及使用阀的一些通道的不同结合也是可以的。使用具有阀的通道可以提高流入到顶部22中的空气和润滑剂的流动。

Claims (20)

1.一种曲轴箱扫气和润滑的四冲程发动机(1)，它包括：

气缸(2)；

活塞(3)，它可运动地安装在气缸中，从而通过连杆(5)可旋转地驱动曲轴(4)；

气缸和活塞共同地限定出燃烧室(6)；

气缸具有进气口(7)和进气门(8)，该进气门用来打开和关闭进气口；

气缸具有排气口(9)和排气门(10)，该排气门用来打开和关闭排气口，排气口后面是排气导管(28)；

混合气准备装置(15)，它用来供给空气/燃料/润滑剂混合物或者用来以两步供给空气/润滑剂混合物和空气/燃料混合物；

曲轴箱(11)，它连接到气缸中，并且与活塞(3)的下侧一起限定出曲轴箱体积(12)，至少空气(13)和润滑剂(14)借助混合气准备装置供给到该体积中；

进气通道(16)，它连接到曲轴箱或者气缸中，从而至少把空气(13)供给到曲轴箱体积(12)中；

溢流通道(17)，它连接到曲轴箱或者气缸及具有进气门(8)的进气口(7)中，从而从曲轴箱体积中把至少空气和润滑剂供给到进气中；

气门驱动组件(18)，它由所述曲轴(4)来驱动，从而驱动进气门(8)和排气门(10)，其特征在于，它还包括：

气门驱动组件壳体(19、20、21、21′、22)，它包括一个或者多个部分(19、20、21、21′、22)，该一个或者多个部分与曲轴箱体积分开，但是通过至少一个小尺寸的通道(23、24、25、26、27)专门与曲轴箱体积相连通，气门驱动组件壳体的每个部分(19、20、21、21′、22)具有最下部，与曲轴箱的最下部相比，该最下部设置成沿着气缸孔的轴向较高，即更加靠近燃烧室。

2.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，气门驱动组件具有布置在曲轴上的曲轴齿轮(29)或者链轮，包围着齿轮的气门驱动组件壳体的最下部(19)具有这样的近似半径，该半径明显小于曲轴箱的相应半径，因此不会形成油底壳。

3.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，至少一个小尺寸通道(23)没有阀。

4.如权利要求3所述的四冲程发动机，其特征在于，只有一个小尺寸通道(23)没有阀。

5.如权利要求1、2或者3所述的四冲程发动机，其特征在于，至少一个小尺寸通道(24)或者导管连接曲轴箱体积和润滑位置，该润滑位置由气门驱动组件壳体(19、20、21、21′、22)来构成，该至少一个小尺寸通道或者导管设置有单向阀。

6.如权利要求5所述的四冲程发动机，其特征在于，单向阀布置成只允许流入到气门驱动组件壳体中。

7.如权利要求5所述的四冲程发动机，其特征在于，单向阀布置成只允许从气门驱动组件壳体中进行流动。

8.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，至少一个通道(25)通过活塞(3)来打开和关闭。

9.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，至少一个通道(26、27)借助旋转阀来控制。

10.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，该至少一个小尺寸通道(23、24、25、26、27)具有这样的总横截面积，该横截面积小于孔的横截面积，该孔的直径为40％的气缸直径。

11.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，该至少一个小尺寸通道(23、24、25、26、27)具有这样的总横截面积，该横截面积小于孔的横截面积，所述孔的直径为30％的气缸直径。

12.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，该至少一个小尺寸通道(23、24、25、26、27)具有这样的总横截面积，该横截面积小于孔的横截面积，该孔的直径为20％的气缸直径。

13.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，该至少一个小尺寸通道(23、24、25、26、27)具有这样的总横截面积，该横截面积小于孔的横截面积，所述孔的直径为10％的气缸直径。

14.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，混合气准备装置为化油器或者低压喷射系统，从而把空气/燃料/润滑剂混合物提供到曲轴箱体积中。

15.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，混合气准备装置为两级装置，第一级使来自油箱的润滑剂与进气导管或者曲轴箱体积中的空气进行混合，第二级使溢流通道(7)中的燃料和空气进行混合。

16.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，溢流通道(17)设置有单向阀(30)，从而只允许从曲轴箱中流出。

17.如权利要求1所述的四冲程发动机，其特征在于，溢流通道(17)借助旋转阀来进行控制。

18.如权利要求15所述的四冲程发动机，其特征在于，溢流通道(17)和进气通道(16)借助旋转阀来控制。

19.如权利要求9、15或者16所述的四冲程发动机，其特征在于，旋转阀由曲柄机构(31、31′)来构成。

20.如权利要求9或者15所述的四冲程发动机，其特征在于，旋转阀由凸轮轴驱动的部分来构成，或者以与凸轮轴相同的速度被驱动，即是曲轴速度的一半。

Images