CN1671958A - 横流式气缸盖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有改善了冷却功能的横流式气缸盖的内燃机，该气缸盖包括枢接的进气摇臂(350)，该进气摇臂(350)连接靠近气缸盖第一侧(178)的进气推杆(340)，还包括枢接的排气摇臂(352)，该排气摇臂连接靠近气缸盖第二侧(182)的排气推杆(342)，该第二侧与气缸盖的第一侧相对。

Description

横流式气缸盖
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其涉及具有改良冷却功能的横流式气缸盖。
背景技术
内燃机中一般设有从曲轴箱伸出的气缸，气缸内接收封闭气缸一端的往复式活塞，气缸盖封闭气缸的另一端，并在气缸盖和活塞之间限定气缸内的燃烧室。
燃料和助燃气体通过进气通道导入气缸燃烧室内，通过进气通道的燃料和助燃气体流由进气阀来控制。可打开进气阀使燃料和助燃气体流流入，也可以关闭进气阀从而阻碍燃料和助燃气体流入燃烧室。
燃烧室内的热废气通过将废气导出燃烧室的排气通道排出，从燃烧室排出的废气流由排气阀控制，可以打开排气阀使气体从燃烧室流出，也可以关闭排气阀防止气体从燃烧室流出。
燃烧室内的燃料和气体燃烧后会产生了大量的热量，这些热量会使气缸、气缸盖和周围的发动机部件温度升高，从而导致气缸和气缸盖等金属零件发生变形，破坏发动机性能。为保持发动机的工作性能，发动机的冷却是其设计的一个重要方面。
一种已知的冷却发动机的方法就是利用气缸和气缸盖周围通道内冷却液的循环来吸收金属零件上的热量。冷却液是通过散热器传送的，该散热器在液体经过发动机发热部分的再循环之前，从液体中吸收热量。然而，与利用流过发热部件的气体来冷却的发动机相比，使用液体冷却的发动机是比较昂贵的。
如专利号为4,570,584的美国专利中所公开的公知气冷式发动机利用了风扇，其可以在气缸和气缸盖上驱动冷风从而冷却发动机。在美国专利4,570,584中所公开的发动机还采用了一种横流式气缸盖，该气缸盖上具有垂直设置并在相反方向开口的进气通道和排气通道。排气通道与风扇产生的强迫冷却气体是屏蔽的，因此不能充分利用强迫空气的冷却能力。
因此有必要提供一种可充分利用风扇所产生的冷却气体的改良型气缸盖。
发明内容
本发明提供了一种改善了对气缸盖的冷却的内燃机。该发动机包括曲轴箱和具有近端和远端的气缸，气缸的近端固定在曲轴箱上，气缸盖覆盖气缸的远端，并带有进气通道和排气通道。进气通道朝向气缸盖的第一侧开口以便引导可燃材料进入气缸，排气通道朝向气缸盖上与第一侧相对的第二侧开口，并将废气导出气缸。控制可燃物通过进气通道流入气缸筒内的进气阀包括穿过气缸盖的进气阀杆；控制废气通过排气通道排出气缸筒的排气阀包括穿过气缸盖的排气阀杆，进气阀杆和排气阀杆限定了二者之间的中心阀区。进气摇臂相对于气缸盖枢接，进气摇臂具有连接进气阀杆的第一端和朝向气缸盖第一侧延伸的第二端，其中进气摇臂的枢转运动轴向移动进气阀杆，以使进气阀在打开状态和关闭状态间运动。排气摇臂相对于气缸盖枢接，排气摇臂具有连接排气阀杆的第一端和朝向气缸盖第二侧延伸的第二端，其中排气摇臂的枢转运动轴向移动排气阀杆，以使排气阀在打开状态和关闭状态间运动。靠近气缸盖第一侧的进气推杆平行于进气推杆延伸，并连接进气摇臂以使进气摇臂枢转。靠近气缸盖第二侧的排气推杆平行于排气推杆延伸，并连接排气摇臂第二端以使排气摇臂枢转。
本发明的主要目标是改善气缸盖的冷却功能，通过将推杆靠近气缸盖的相对侧设置，从而空出阀杆之间的中心阀区，使更多的冷却气体流过此区域，从而实现这一目标。
通过下面的描述，可以了解本发明的其它目的和优点。下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，这些实施例不代表本发明的全部范围，本发明还具有其它实施例，所以本发明的保护范围请参考权利要求。
附图说明
图1是在发动机设置起动器和气缸盖一侧所观察到的单气缸发动机的第一透视图，；
图2是在发动机设置空气净化器和滤油器一侧所观察到的单气缸发动机的第二透视图；
图3是图1所示的单气缸发动机的第三透视图，其中拆除了发动机的部分组件以显示发动机的其它内部组件；
图4是图1所示的单气缸发动机的第四透视图，其中拆除了发动机的部分组件以显示发动机的其它内部组件；
图5是图1所示的单气缸发动机部分的第五透视图，其中拆除了曲轴箱顶部以显示曲轴箱的内部；
图6是图1所示的单气缸发动机部分的第六透视图，其中所示的曲轴箱顶部从其底部分解开；
图7是图1所示的单气缸发动机的俯视图，使用灰度显示其内部组件；
图8是图1所示的单气缸发动机气阀机构的透视图；和
图9是图1所示的单气缸发动机气缸盖的平面图，其中拆除了摇臂盖和气缸盖散热片。
具体实施方式
参照图1和图2，由威斯康星州科勒的科勒公司(Kohler)发明的一种新型单气缸4冲程发动机100包括曲轴箱110和鼓风机壳120，在鼓风机壳中设有风扇130和飞轮140。鼓风机壳从风扇引导空气到气缸和气缸盖，发动机100还包括起动器150，气缸160，气缸盖170，和摇臂盖180。
气缸160具有固定在曲轴箱110上并向其开口的近端162，收纳在气缸中的活塞210在气缸160内往复运动并枢接连杆420，连杆420可转动地连接曲轴220(见图7)，而曲轴220可转动地安装在曲轴箱110上，其中活塞210的往复运动使曲轴220和连接在曲轴220上的风扇130及飞轮140旋转。风扇130的旋转迫使冷却气体吹到气缸160和气缸盖162上，而飞轮140的旋转维持相对恒定的旋转动量。从气缸160伸出的散热片164向外散发内燃机工作时所产生的热量，从而冷却发动机100。
如图3-7所示，气缸盖170固定在气缸160的远端166上，其具有本体172和隔开固定在本体172上的摇臂支撑桥174。图1中所示的排气通道190和图2中所示的进气通道200穿过本体172设置，并伸入本体172与摇臂支撑桥174之间的空间176内。进气通道200从气缸盖179的一侧178将易燃物(例如燃料和空气的混合物)引入气缸166中。排气通道190将废气从气缸160导出到气缸盖170的另一侧182。从气缸盖170伸出的散热片184将冷却气体引导至通道190和200，并在发动机工作过程中散热以冷却气缸盖170。
参考图7-9，通道190和200的方向设置基本上与由风扇130产生的吹过气缸盖170的冷却气体流动方向相垂直，从而改善了气缸盖170的冷却效果。优选的，将热废气从气缸160导出的排气通道190从气缸盖本体172朝向摇臂支撑桥174伸出，并伸入到由风扇强迫的冷却气体路径上，从而为气缸盖提供更好的冷却效果。
气缸盖170的进气阀240控制易燃物通过进气通道200进入气缸160。进气阀240包括贯穿气缸盖170和摇臂支撑桥174并连接进气摇臂350的阀杆242。气缸盖170内的排气阀250控制废气通过排气通道190从气缸160排出。与进气阀240相同，排气阀250包括贯穿气缸盖170和摇臂支撑桥174并连接排气摇臂352的阀杆252。优选的，阀杆242、252贯穿延伸在气缸盖本体172和摇臂支撑桥174之间的阀杆管体244、254，其中阀杆管体244、254支撑与本体隔开设置的摇臂支撑桥174。进气阀杆和排气阀杆242、252和它们各自的管体244、254，如果存在，限定阀杆242、252之间的中心阀区186，打开它可以使风扇130吹来的冷却气体流动，从而改善气缸盖172和排气通道的冷却效果。
摇臂盖180(如图3所示)固定在摇臂支撑桥174上，并覆盖分别控制进气阀240和排气阀250的摇臂350，352。进气摇臂350枢接在摇臂支撑桥174上，且具有连接进气阀杆242的第一端354，这样进气摇臂350的枢转运动可以使进气阀杆242轴向移动，从而使阀240在打开位置和关闭位置之间移动。进气摇臂350的第二端356朝向气缸盖170靠近进气通道200的一侧178延伸，并连接进气推杆340。
排气摇臂352枢接在摇臂支撑桥174上，且具有连接排气阀杆252的第一端358，这样排气摇臂352的枢转运动轴向移动排气阀杆252，从而使排气阀250在打开关闭位置之间移动。排气摇臂352的第二端362朝向气缸盖170靠近排气通道190的相反侧182延伸，并连接排气推杆342。
推杆340，342在各自的摇臂350，352和曲轴箱110内的一对凸轮360(见图8)之间延伸。优选的，推杆340，342贯穿在气缸盖本体172和摇臂支撑桥174之间延伸的推杆管体344，346内，其中推杆管体344，346支撑与本体172隔开设置的摇臂支撑桥174。优选的，推杆340，342和它们各自的管体344，346设置在中心阀区186之外，以使冷却气流相对不受阻碍地流过中心阀区186。如图9所示，进气推杆340和进气阀杆242及它们各自的管体344，244(如果有的话)位于第一平面348。同样，排气推杆342和排气阀杆252及它们各自的管体346，254(如果有的话)位于第二平面358内。优选的，进气推杆340和排气推杆342如此设置，使得平面348，358相交形成一定角度A，更优选的是，角度A至少为90°，以保证推杆340，342与中心阀区186间隔一定距离设置。
进气推杆340在靠近进气通道200处穿过气缸盖本体166，排气推杆342在靠近排气通道190处穿过气缸盖本体。优选的，将推杆340，342靠近各自通道190，200设置，可进一步打开摇臂支撑桥174和本体166之间的中心阀区186以外的区域，从而更好地改善气缸盖170的冷却效果。
设置在气缸盖摇臂支撑桥174和摇臂350，352之间的一对弹簧480，490分别提供在使阀240，250趋向关闭的方向上摇动摇臂350，352的力。弹簧480，490在摇臂350，352上作用力的结果还使得推杆340，342回复到其原来的位置。
特别参考图2，发动机100还包括连接在进气口200上的气体过滤器230，在将气体供给气缸盖170之前过滤发动机所需的气体。同时参考图2，发动机100包括滤油器260，发动机100的油通过此滤油器并被过滤。特别的，滤油器260分别通过导入管270和导出管280连接在曲轴箱110上，从而使得加压油被供应到滤油器中，然后从滤油器返回到曲轴箱内。
参考图3和图4，所示的发动机100中拆除了鼓风机壳120以暴露曲轴箱110的顶部290。参考图3，其中风扇130和飞轮140都被拆掉，因而示出由于风扇130和/或飞轮140的旋转而产生电流的线圈300，它们共同工作时可作为电磁机使用。此外，所示的曲轴箱110的顶部290带有一对覆盖齿轮320(见图5和图7-8)的凸角(lobe)310。
参考图4，风扇130和飞轮140示出在曲轴箱110的上方。此外，为更清楚显示推杆340穿过的一对管体330，图4所示的发动机100不带有气缸盖散热片，也不带有摇臂盖180。
返回到图5和图6，所示发动机100的曲轴箱110的顶部290从曲轴箱110的底部370上拆开，以显示曲轴箱的内部380。此外在图5和图6中，所示的发动机是切开状态的，其不包括发动机的超出气缸160的部件(如气缸盖170)。参考图6，在分解图中，曲轴箱110的顶部290示出在底部370之上。
在本实施例中，底部370不仅包括曲轴箱的底板390，还包括曲轴箱的所有六个侧壁400，而顶部290只起到曲轴箱盖的作用。顶部290和底部370是作为两个单独部件来加工制造的，使得为打开曲轴箱110，只需要将顶部从底部物理移开即可。同时如图5所示，曲轴箱110内的一对齿轮320由各自的轴410支撑并在其上旋转，而各个轴又由曲轴箱110的底部370来支撑。
参考图7，其是发动机100的俯视图，其中用灰度示出了发动机的其它内部组件。具体而言，图7显示了气缸160内通过连杆420连接在曲轴220上的活塞210，而曲轴220又与旋转平衡块430和往复作用的重块440相连，以平衡活塞210施加在曲轴220上的作用力。曲轴220还与每一个齿轮320相接触，从而将旋转运动传输给齿轮。
在本实施例中，支撑齿轮320的轴410能够从曲轴箱110的底板390(见图5)向上将油传递给齿轮320。滤油器260的导入270与其中一个轴410相连以接收润滑油，而滤油器的导出管280与曲轴220相连为其提供润滑。图7还示出了设置在气缸盖170上的火花塞450，其可以在内燃机的工作冲程中产生火花，从而在气缸160中引燃，火花塞450的电能由线圈300提供(见图3)。
进一步参考图7和图8，此两图示出了发动机100中气阀机构460的部件。气阀机构460包括设置在轴410上的齿轮320，还包括分别位于齿轮下方的凸轮360。此外，可转动地安装在曲轴箱110上的各个凸轮从动臂470延伸放置在每个凸轮360上，而各自的推杆340，342放置在各自的凸轮从动臂470上。当凸轮360旋转时，推杆340，342暂时受凸轮从动臂470力的作用而轴向向外远离曲轴箱110，从而使得摇臂350，352摇动或者旋转，并因此使得各自的气阀240和250朝向曲轴箱110轴向移动。然而，当凸轮360继续旋转时，推杆340，342通过凸轮从动臂470向内返回到其初始位置。
在本实施例中，发动机100是立轴式发动机，能够输出用于操作割草机等各类草坪和园艺工具所需的15-20马力。在一些优选实施例中，发动机100还可以做成横轴式内燃机，所设计的输出功率可以更大或者更小，和/或用于其他类型的机器中，例如吹雪机等。而且在一些可选实施例中，可以对上面图示和描述的发动机100的部件具体结构进行变换和更改。例如在一个可选实施例中，凸轮360可以设置在齿轮320的上方而不是齿轮的下方。
虽然前面已通过结合附图并参考优选实施例的方式对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于前述所公开的具体内容，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明还可以包含其他形式和结构。因此，本发明所要求保护的范围并不局限于以上的描述，其保护范围应当以权利要求所限定的为准。

Claims (19)

1、一种内燃机，包括：
曲轴箱；
具有近端和远端的气缸，所述近端固定在所述曲轴箱上；
气缸盖，覆盖所述气缸的所述远端；
设置在所述气缸盖内的进气通道，其朝向所述气缸盖的第一侧开口，以便将易燃物导入所述气缸；
设置在所述气缸盖内的排气通道，其朝向所述气缸盖上与所述第一侧相对的第二侧开口，以便将废气从所述气缸中导出；
进气阀，控制易燃物通过所述进气通道流入到所述气缸筒内，所述进气阀包括贯穿所述气缸盖的进气阀杆；
排气阀，控制废气通过所述排气通道从所述气缸筒中流出，所述排气阀包括贯穿所述气缸盖的排气阀杆，其中所述进气阀杆和所述排气阀杆限定二者之间的中心阀区；
枢接在所述气缸盖上的进气摇臂，所述进气摇臂具有连接所述进气阀杆的第一端和朝向所述气缸盖的所述第一侧延伸的第二端，其中所述进气摇臂的枢转运动轴向移动所述进气阀杆，从而使所述进气阀在打开位置和关闭位置之间移动；
枢接在所述气缸盖上的排气摇臂，所述排气摇臂具有连接所述排气阀杆的第一端和朝向所述气缸盖的所述第二侧延伸的第二端，其中所述排气摇臂的枢转运动轴向移动所述排气阀杆，从而使所述排气阀在打开位置和关闭位置间移动；
靠近所述气缸盖的所述第一侧的进气推杆，平行于连接所述进气摇臂的所述进气推杆延伸，从而使所述进气摇臂枢转；和
靠近所述气缸盖的所述第二侧的排气推杆，平行于连接所述排气摇臂的所述排气推杆延伸，从而使所述排气摇臂枢转。
2、如权利要求1所述的内燃机，其中可转动地安装在所述曲轴箱上的风扇强制冷却空气吹到所述排气通道，所述排气通道的设置使得所述排气通道基本上与所述冷却气流垂直。
3、如权利要求1所述的内燃机，其中至少所述进气推杆和所述排气推杆其中之一贯穿所述气缸盖。
4、如权利要求1所述的内燃机，其中所述进气推杆与进气阀杆位于一个进气平面上，所述排气推杆与所述排气阀杆位于与所述进气平面相交的排气平面上。
5、如权利要求1所述的内燃机，其中所述进气推杆靠近所述进气通道。
6、如权利要求1所述的内燃机，其中所述排气推杆靠近所述排气通道。
7、如权利要求1所述的内燃机，其中所述进气平面与所述排气平面相交形成的角度至少为90°。
8、如权利要求1所述的内燃机，其中所述气缸盖包括本体和与所述本体隔开设置的桥架，其中至少一个所述阀杆贯穿所述本体和所述桥架。
9、如权利要求8所述的内燃机，其中所述排气通道伸入由所述桥架和所述本体限定的空间内。
10、如权利要求8所述的内燃机，其中至少一个所述推杆贯穿一个管体，所述管体至少有一部分在所述本体和所述桥架之间延伸。
11、如权利要求10所述的内燃机，其中所述管体支撑从所述本体隔开设置的所述桥架。
12、一种横流式气缸盖装置，包括：
气缸盖本体；
与所述气缸盖本体隔开设置的桥架；
设置在所述气缸盖本体内的进气通道，其朝向所述气缸盖本体的第一侧开口，以便将易燃物导入一个气缸内；
设置在所述气缸盖本体内的排气通道，其朝向所述气缸盖本体与所述第一侧相对的第二侧开口，以便将废气从所述气缸中导出；
第一管体，延伸在所述本体和桥架之间，用于收纳进气阀杆；
第二管体，延伸在所述本体和桥架之间，用于收纳排气阀杆，其中所述第一管体与所述第二管体二者之间限定一个中心阀区；
枢接在所述桥架上的进气摇臂，所述进气摇臂具有连接进气阀杆的第一端和朝向所述气缸盖本体的所述第一侧并连接进气推杆的第二端，其中所述进气摇臂的枢转运动轴向移动进气阀杆；
枢接在所述桥架上的排气摇臂，所述排气摇臂具有连接排气阀杆的第一端和和朝向所述气缸盖本体的所述第二侧并连接排气推杆的第二端，其中所述排气摇臂的枢转运动轴向移动排气阀杆；
第三管体，靠近所述气缸盖的所述第一侧，并在所述本体和所述桥架之间延伸，用以接收进气推杆；和
第四管体，靠近所述气缸盖的所述第二侧，并在所述本体和所述桥架之间延伸，用以接收排气推杆，该排气推杆连接所述排气摇臂第二端以使所述排气摇臂枢转。
13、如权利要求12所述的气缸盖，其中至少所述第三管体和第四管体之一与穿过所述气缸盖本体的开口同轴。
14、如权利要求12所述的气缸盖，其中所述第一管体和所述第三管体位于一个进气平面内，所述第二和所述第四管体位于与所述进气平面相交的一个排气平面内。
15、如权利要求12所述的气缸盖，其中所述第三管体靠近所述进气通道。
16、如权利要求12所述的气缸盖，其中所述第四管体靠近所述排气通道。
17、如权利要求12所述的气缸盖，其中所述进气平面与所述排气平面相交形成的角度至少为90°。
18、如权利要求12所述的气缸盖，其中至少所述管体之一支撑从所述本体隔开的桥架。
19、如权利要求12所述的气缸盖，其中所述排气通道伸入由所述桥架和所述本体所限定的空间内。
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