CN1740546A - 用于低排放单缸发动机的空气流动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低排放单缸发动机，其采用可提高引入发动机的进气和发动机排放的尾气的流动效率的空气流动装置。

Description

用于低排放单缸发动机的空气流动装置

技术领域

本发明通常涉及发动机，更具体而言，涉及低成本的单缸发动机。

背景技术

有关小发动机尾气排放的政府法规越来越严格，其中，小发动机诸如那些在剪草机、割草拖拉机、线绳修剪器等中使用的发动机。更具体而言，这些法规规定了发动机碳氢化合物和一氧化二氮的排放量。目前，多种不同的发动机技术可用于降低碳氢化合物的排放，例如诸如改进的燃料喷射系统和尾气催化装置。这些或其它更多的改进技术难于引入小发动机，并且十分昂贵。

发明内容

本发明提供一种用于低排放单缸发动机的空气流动装置，其改进了空气与燃料在化油器式发动机中的混合，并能够正确调整空气-燃料的混合气。

该空气流动装置包括：发动机壳体；进气口，设在发动机壳体第一侧；排气口，设在邻近第一侧的发动机壳体第二侧；以及进气跨接通道，用于将进气引向发动机。该进气跨接通道从离开第二侧的位置吸取进气。该空气流动装置还包括进气道，限定在进气口下游的发动机壳体中。该进气道具有分别由基本上横向穿过进气道的第一和第二平面限定的第一和第二横截面。第一横截面大于第二横截面，并且比第二横截面更远离进气口，以提高进气通过进气道的流动效率。该空气流动装置还包括排气道，限定在排气口上游的发动机壳体中。该排气道具有分别由基本上横向穿过排气道的第三和第四平面限定的第三和第四横截面。第三横截面大于第四横截面，并且比第四横截面更靠近排气口，以提高尾气通过排气道的流动效率。

本领域技术人员在阅读了下列详细描述、权利要求和附图的基础上，将理解本发明的其它特征和方面。

附图说明

在附图中，相同的标注数字指示相同的部件，其中：

图1是本发明的低排放空冷单缸发动机的分解透视图。

图2是图1发动机的发动机壳体的俯视图，示出了进气口和加强的气缸筒。

图3是图2发动机壳体的侧视图，示出了加强的气缸筒。

图4是图2发动机壳体的另一侧视图，示出了排气口和通气腔。

图5是图2发动机壳体的端视图，示出了设在发动机壳体的气缸筒内的活塞。

图6是图5发动机壳体沿剖面线6-6剖开的的剖视图，示出了锥形的进气道和排气道。

图7a是图5发动机壳体沿剖面线7a-7a剖开的放大截面图，示出了活塞环和气缸筒之间的接触面。

图7b是图7a所示活塞环和气缸筒的放大图。

图8是图2发动机壳体的放大图，示出了从通气腔分解出的通气器；以及

图9是图2发动机壳体的放大俯视透视图，示出了从发动机壳体分解出的进气跨接通道。

图10是图1发动机的活塞的放大俯视透视图。

图11是图1发动机的活塞的侧视图。

图12是图1发动机的活塞的仰视图。

在详细说明任何本发明特征之前，应当理解，本发明并不将其应用限于在下列描述中阐述的或于附图中示出的零件的结构与布置。本发明允许其它的实施方式，并以多种方式付诸于实践或实现。而且，应当理解，在此采用的措辞与术语目的在于描述而不应当作限制。“包括(including)”、“具有(having)”和“包含(comprising)”以及它们变体的使用，在此意味着包括其后列出的项目及其等效物以及额外的项目。标示方法或过程中的要素的字母仅用于标识，而不意味着指示这些要素应当按照特别的次序执行。

具体实施方式

图1-12示出了低排放四冲程单缸发动机10(只示出了该发动机的一部分)的各种特征和方面。这种“小”发动机10可以设计成低为1马力而高为20马力的动力输出，以便操纵发动机驱动的室外动力设备(例如，剪草机、割草拖拉机、除雪机等)。所示发动机10被设计成大约3.5马力的单缸空冷发动机，排量大约为9立方英寸。所示发动机10还被设计成立轴式发动机，然而，所示发动机10也可以被设计成水平轴式发动机。

参照图1，发动机10包括发动机上部壳体14，其可以通过任何多个不同工艺(例如，压力铸造、锻造等)形成为单个工件。发动机壳体14通常包括容纳润滑剂的曲轴箱18和从曲轴箱18延伸出的气缸筒22。发动机壳体14还包括至少部分环绕气缸筒22的凸缘26。凸缘26基本上为一平面，以便在其上安装气缸盖28。气缸盖28使用多个环绕气缸筒22外圆周的螺栓(未示出)固定到凸缘26。气缸盖28包括燃烧室，其与气缸筒22组合在一起，在发动机10工作期间暴露于空气/燃料混合气的燃烧中。

曲轴29通过形成在曲轴箱18上的轴颈30(参见图2)在一端、以及通过形成在与曲轴箱18联接的曲轴箱盖32上的相同轴颈在另一端，被可转动地支撑。活塞34通过连杆36连到曲轴29上，如本领域所理解的那样，在气缸筒22中往复运动。

所示发动机10还被设计为侧置气门式或气门侧置式发动机，包括由通过曲轴齿轮206驱动的凸轮轴齿轮202和与凸轮轴齿轮202联接的凸轮轴210组成的气门机构。凸轮轴210包括在其上的进气凸轮凸角214、排气凸轮凸角218，并且，往复运动的进气门50、排气门54分别支撑在发动机壳体14中，接合凸轮轴210上各自的凸轮凸角214、218。

发动机10还可以包括向发动机10工作或运动的零件提供润滑剂的润滑系统。如本领域所理解的，润滑系统可以包括与连杆相联接的汲器或溅洒器(未示出)，从而曲轴的转动使汲器或溅洒器间歇地浸入保持在曲轴箱中的润滑剂中。这种运转导致遍及曲轴箱循环的润滑剂雾润滑发动机10的工作或运动零件。可替换地，如本领域所理解的，甩油器可以被可驱动地联接到曲轴或凸轮轴，以生成润滑剂雾。

参照图7a，活塞34包括在活塞34上轴向隔开的多个活塞环38、42、46。最低的活塞环(如图7a和7b所见)或刮油环38，用于从气缸筒22上擦去润滑剂，从而基本防止润滑剂混入空气/燃料混合气或防止废气接触活塞34的上部。设在刮油环38之上的活塞环42、46或压缩环42、46，偏向气缸筒22，基本上密封活塞34上面的气缸筒22部分，使其与活塞34下面的气缸筒22部分隔开。因而，压缩环42、46允许活塞34在燃烧室中产生压缩。参照美国专利第5,655,433号，其全部内容在此引作参考，用于有关活塞和活塞环补充特征的补充论述。

参照图6，发动机壳体14包括进气口58和进气口58下游的进气道62。进气口58设在发动机壳体14的第一侧66。进气道62由进气口58下游的进气流道67和进气流道67下游的进气孔68组成。在进气孔68内装有进气门50，从而在发动机10工作期间，进气门50的往复运动允许空气/燃料的混合气通过进气口58、穿过进气道62、经过进气门50的头部70，被间歇地吸入气缸盖28的燃烧室和气缸筒22，用于压缩和燃烧。

进气门底座衬套74通过压配合或任何其它已知方法联接到发动机壳体14。进气门底座衬套74包括经过倒角的内围缘，其密封地接合进气门50的头部70，阻止空气/燃料混合气进入燃烧室和气缸筒22。气门弹簧(未示出)可以与进气门50联接，使进气门50偏向“关闭”位置，在该位置中，进气门50的头部70与进气门底座衬套74接合，堵塞进气道62。进气门底座衬套74可以用比发动机壳体14的材料更硬和/或更耐热的材料制造。

进气门50支撑在发动机壳体14中，用于通过与壳体14成一体的导管78进行往复运动。更具体而言，进气门50的杆部82由导管78支撑。如图6所示，杆密封86联接到发动机壳体14，以便容纳进气门50的杆部82。杆密封86可用于在进气门50往复运动时擦拭杆部82，从而基本上防止杆部82上的润滑剂进入燃烧室。参照美国专利第6,202,616号，其在此引作参考，用于有关杆密封86结构和操作的补充论述。

进气道62还可以与进气系统导通，以提供空气/燃料混合气。这种进气系统可以例如包括空气滤清器(未示出)、化油器(未示出)和包含进气跨接通道的进气歧管90(参见图9)。空气滤清器过滤进气，化油器将燃料添加到进气中，进气跨接通道将空气/燃料混合气导向进气口58。

参照图6，发动机壳体14还包括排气口94和位于排气口94上游的排气道98。排气口94设在邻近发动机壳体14第一侧66的第二侧102，而第一侧66具有进气口58。排气道98由排气口98上游的排气流道99和排气流道99上游的排气孔100组成。在排气孔100内装有排气门54，从而在发动机10工作期间，排气门54的往复运动允许废气经过排气门54的头部106、穿过排气道98、通过排气口94，间歇地排出燃烧室和气缸筒22。

排气门底座衬套110通过压配合或其它已知方法联接到发动机壳体14。排气门底座衬套110包括经过倒角的内围缘，其密封地接合排气门54的头部106，阻止废气从燃烧室和气缸筒22出来。气门弹簧(未示出)可以与排气门54联接，使排气门54偏向“关闭”位置，在该位置中，排气门54的头部106与排气门底座衬套110接合，堵塞排气道98。排气门底座衬套110可以用比发动机壳体14的材料更硬和/或更耐热的材料制造。

排气门54支撑在发动机壳体14中，用于通过设在壳体14内的气门导管114进行往复运动。更具体而言，排气门54的杆部118由气门导管114支撑。与排气门底座衬套110类似，气门导管114可以用比发动机壳体14的材料更硬和/或更耐热的材料制造。因而，支撑排气门54杆部118的气门导管114，可以改进排气门54和排气门底座衬套110的密封。

排气道98还可以与排气系统(未示出)导通，以排出废气。这种排气系统可以例如包括排气歧管，用于从排气口94和消声器接收废气。

参照图8，发动机10还可以包括通气器122，其可与形成在发动机14内的通气腔126接合。通气器122通常去除曲轴箱18中存在的空气/润滑剂混合气中夹带的润滑剂(及润滑剂雾)。在发动机10的工作期间，当曲轴箱压力在活塞34的工作行程或进气行程(即，在活塞34的下冲程期间，如图7a所示)期间增高时，一些空气/润滑剂混合气通过进气通道130从曲轴箱18排入通气腔126。

如图8所示，通气器122包括空气/润滑剂入口134，以接收通气腔126中的空气/润滑剂混合气或通气器燃气。通气器122内部包括阻挡结构，从汲入润滑油的通气器燃气中分离出夹带的润滑剂。该阻挡结构使夹带的润滑剂从混合气中析出并蓄积在通气器122的底部，同时通气器燃气从通气器122经第一出口138排出。发动机壳体14包括通道142，用于使通气器燃气从通气器122回流到空气滤清器下游的进气系统，从而通气器燃气可以由发动机10燃烧。

通气器122还包括第二出口146，其面向通气器122底部设置(如图8所示)。分离出的润滑剂从通气器经第二出口146排出，并回到通气腔126。通气腔126包括导通通气腔126和曲轴箱18的排道150，从而分离出的润滑剂可以从通气腔126排回到曲轴箱18，供发动机10再次使用。

可以预见，与其它四冲程单缸小发动机相比，发动机10特征和方面的多种组合将能使发动机10不用改进的燃料喷射系统或昂贵的尾气催化剂，就工作在较低碳氢化合物排放的理想水平。可以预见，在此所述的发动机10特征和方面的多种组合，将能够使碳氢化合物排放量降低50％，而不用使用改进的燃料喷射系统或昂贵的尾气催化剂。

参照图6，发动机10采用了预计降低碳氢化合物排放的气门密封装置。在所示结构中，进气门底座衬套74径向厚度T1大约为1.8mm～2.2mm，排气门底座衬套110径向厚度T2大约为1.8mm～2.2mm。在发动机10的一些实施例中，进气门底座衬套74的轴向厚度大约等于径向厚度T1的两倍。在发动机10的其它实施例中，排气门底座衬套110的轴向厚度大约等于径向厚度T2的两倍。

通过根据上面的参考值来确定进气门底座衬套74、排气门底座衬套110径向厚度的尺寸，衬套74、110对来自气门50、54的热量的耗散，表现出很低的阻碍，这是因为热量在到达发动机壳体14之前经过较短的距离传导。因而，很少的热量被衬套74、110“捕获”，并可以发生更加一致的来自气门50、54的热量的耗散，导致衬套74、110和气门50、54温度的降低，并减少衬套74、110和气门50、54的扭曲或变形。而且，可以预见，通过根据上面的参考值来确定进气门底座衬套74、排气门底座衬套110径向厚度的尺寸，可以允许在发动机工作期间更有效地密封进气门50、排气门54和各自的衬套74、110，尽可能地延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

气门密封装置还可以包括使进气门底座衬套74、排气门底座衬套110相隔大约2.5mm～5mm的壁厚W。通过根据上面的参考值来确定壁厚W的尺寸，可以减少衬套74、110之间的热传递，使衬套74、110的温度更加一致。结果，衬套74、110更加一致的温度，可以降低衬套74、110在发动机工作期间的变形。而且，通过根据上面的参考值来确定壁厚W的尺寸，可以使进气门50、排气门54和各自的衬套74、110在发动机工作期间更有效的密封。因此可以预见，这样改进的气门密封，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

气门密封装置还可以包括将气门导管114设置在发动机壳体14的加强部，以便稳定气门导管114，并因此支撑排气门54的杆部118，使排气阀54稳定地进行往复运动。另外，气门密封装置还可以包括加强一部分发动机壳体14，对进气门50的杆部82提供辅助支撑，使进气门50稳定地进行往复运动。具体而言，参照图2，加强筋154形成在支撑进气门50杆部82的发动机壳体14的部分上。加强筋154基本上可以防止进气门50在发动机10工作期间的侧向运动。通过在往复运动期间稳定进气门50、排气门54，促使气门头部106与进气门底座衬套74、排气门底座衬套110之间的密封在发动机工作期间更加有效。因而，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图6，气门密封装置还可以包括将杆密封86设为在进气门50的往复运动期间与进气门50的杆部82滑动接触。如上所述，杆密封86擦拭进气门50的杆部82，以便基本上防止润滑剂进入进气道62和被吸入燃烧室而与空气/燃料混合气进行燃烧。润滑剂的这种燃烧可以导致增加碳氢化合物的排放。通过基本上密封润滑剂以防止进入进气道62以及被吸入燃烧室，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

气门密封装置还可以包括使排气口94与排气流道99相隔尺寸D1。高温废气从排气口94排出。同样，使排气口94与排气门底座衬套110相隔尺寸D1，可以利于排气门底座衬套110的冷却更加一致和/或温度更低。参照图6，排气流道99与排气门底座衬套110相隔约6mm～12mm的尺寸D1。通过根据上面的参考值将排气流道99与排气门底座衬套110隔开，可以导致排气门底座衬套110的冷却更加一致和/或温度更低，这又可以促使排气门54和排气门底座衬套110在发动机工作期间的密封更有效。因而，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图5、6和9，发动机10采用了预计降低发动机10碳氢化合物排放的空气流动装置。该空气流动装置包括在进气歧管90内形成进气跨接通道(参见图9)，使进气跨接通道具有沿其长度基本恒定的横截面，以提高进气通过该通道的流动效率。参考2004年2月13日提交的美国专利申请第10/779,363号，其全部内容在此引作参考，用于有关进气跨接通道的补充论述。该进气跨接通道可以限定截面恒定的形状，继而限定恒定的横截面积，或者该进气跨接通道可以限定截面变化的形状，而同时保持恒定的横截面积。通过提高进气和/或空气/燃料混合气通过进气跨接通道的流动效率，可以导致发动机10工作期间更有效的燃烧。因此可以预见，这样改进空气流动，可以提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

而且，进气跨接通道从与排气口94隔开的位置吸入进气。更具体而言，进气跨接通道从邻近发动机壳体14第三侧160的位置吸入进气，第三侧160与第二侧102相反。这能够使发动机10将更冷却的进气(即空气/燃料混合气)吸入燃烧室。

参照图6，进气道62具有分别由基本上横向穿过进气道62的第一和第二平面161、162限定的第一和第二横截面。第一横截面大于第二横截面，并且比第二横截面更远离进气口58，以提高进气和/或空气/燃料混合气通过进气道62的流动效率。在所示结构中，进气孔68基本上为圆锥形，限定了大约为8°～15°的夹角A1。通过提高进气和/或空气/燃料混合气通过进气道62的流动效率，可以导致发动机10工作期间更有效的燃烧。因此可以预见，这样改进空气流动，可以提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

同样，排气道98具有分别由基本上横向穿过排气道98的第三和第四平面163、164限定的第三和第四横截面。第三横截面大于第四横截面，并且比第四横截面更靠近排气口94，以提高尾气通过排气道98的流动效率。在所示结构中，排气流道99基本上为圆锥形，限定了大约为4°～10°的夹角A2。通过提高尾气通过排气道98的流动效率，可以导致发动机10工作期间更有效的燃烧。因此可以预见，这样改进空气流动，可以提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图9，发动机10采用了预计降低发动机10碳氢化合物排放的润滑剂控制装置。参照图9，润滑剂控制装置包括加强发动机壳体14邻近凸缘26的部分170，以降低凸缘26和/或气缸筒22在发动机10工作期间的挠曲。发动机壳体14的加强部170在发动机壳体14第一侧66上，处于在进气歧管90与发动机壳体14联接时由进气歧管90所覆盖的位置。

如果没有有效加强发动机壳体14邻近凸缘26的部分，则在发动机工作期间作用于气缸盖28上的力，可以引发凸缘26和/或气缸筒22的挠曲。更具体而言，在发动机工作期间作用于气缸盖28上的力，企图使气缸盖26与发动机壳体14分离。然而，气缸盖28通过多个螺栓紧固到发动机壳体14上。结果，这些力被发动机壳体14吸收。围绕气缸筒22的无效加强可以使气缸筒22挠曲，这可以阻止活塞环38、42、46在发动机工作期间对气缸筒22有效地进行密封。如果活塞环38、42、46不能对气缸筒22有效地进行密封，则可以使润滑剂进入燃烧室并被燃烧。因此，燃烧的润滑剂可以在活塞34上或者在燃烧室内生成沉淀物，这极可能导致发动机10性能的下降以及增加发动机10碳氢化合物的排放。

然而，通过在发动机壳体14中设置加强部170，气缸筒22很少可能在发动机10工作期间挠曲。而且，发动机壳体14的加强部170可以改进活塞环38、42、46在发动机工作期间对气缸筒22的密封，籍此降低进入气缸筒22和燃烧室的润滑剂的量。这样改进活塞环38、42、46在发动机工作期间对气缸筒22的密封，还可以减少进入曲轴箱18的燃气漏气。因此可以预见，这样改进润滑剂控制，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图7a，润滑剂控制装置还包括确定压缩环42、46径向厚度的尺寸，以利于压缩环42、46的径向对外挠曲，以便更加有效地对气缸筒22进行密封。在所示结构中，压缩环42、46的径向厚度T3大约为2.3mm～2.7mm。

润滑剂控制装置还包括确定压缩环42、46轴向厚度的尺寸，以利于对气缸筒22进行密封。在所示结构中，压缩环42、46的轴向厚度T4大约为1mm～1.5mm。通过为压缩环42、46设定较小的径向和轴向厚度，润滑剂很少可能在发动机工作期间进入燃烧室。因此可以预见，这样改进的润滑剂控制，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

润滑剂控制装置还包括使用刮油环38，优先在发动机10的工作冲程和进气冲程期间从气缸筒22上擦去润滑剂。换言之，刮油环38被设计成优先在一个方向上从气缸筒22擦去润滑油。在所示结构中，刮油环38包括两个擦拭器174，该擦拭器偏向气缸筒22并向下倾斜，以从气缸筒22上擦去润滑油，使润滑油返回到曲轴箱18。一些刮油环所使用的擦拭器被设计成在活塞向上和向下往复运动时都从气缸上擦去润滑油。这种设计在从气缸上擦去润滑油时效率较低，并且可以使一些润滑剂进入燃烧室。

通过提供具有方向性擦拭器174的刮油环38，润滑剂很少可能在发动机工作期间进入燃烧室。因此可以预见，这样改进的润滑剂控制，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图8，润滑剂控制装置还包括在通气器122中设置第二出口146，处于通气腔126中润滑剂蓄积水平线(用线178表示)的上方。在所示结构中，设置第二出口146离通气腔126最低壁182的尺寸D2至少6mm，使第二出口146在发动机工作期间，基本上保持处于蓄积在通气腔126中的分离的润滑剂的上方。如图8所示的第二出口146的设置，还允许发动机10在正常工作期间倾斜，而不会将第二出口146浸在通气腔126蓄积的润滑剂中。

如果第二出口146基本上设置在图8所示的线下，则由于活塞34的往复运动而引起的通气腔126中的压力脉冲，可以引发蓄积的润滑剂通过第二出口146重新进入通气器122。如果使蓄积的润滑剂重新进入通气器122，则润滑剂可以与通气器122中的空气重新混合并从出口138排出，重新引入发动机10。如果允许这一情况发生，则可以使润滑剂进入燃烧室并被燃烧。因此，燃烧的润滑剂可以在活塞34上或者在燃烧室内生成沉淀物，这极可能导致发动机10性能的下降以及增加发动机10碳氢化合物的排放。

然而，通过提供改进的具有基本上远离通气腔126最低壁182隔开的第二出口146的通气器122，蓄积的润滑剂很少可能通过第二出口146重新进入通气器122，籍此更加有效地防止润滑剂进入燃烧室并被燃烧。因此可以预见，这样改进的润滑剂控制，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

另外，确定第二出口146的尺寸，以便控制返回曲轴箱18的空气泄漏。更具体而言，第二出口146被形成为直径大约为0.5mm～2mm的圆孔，其通流面积大约为0.2mm2～3.1mm2，而入口134被形成为通流面积基本上大于第二出口146的圆孔。如上所述确定第二出口146的尺寸，通过减少经过第二出口146泄漏的汲入润滑油的通气器燃气的量，提高了通气器122的效率，同时利于在通气器122中析出的润滑油，通过第二出口146排入通气腔126。

参照图7a-8，发动机10采用了预计降低发动机10碳氢化合物排放的曲轴箱通气器装置。更具体而言，参照图7a，曲轴箱通气器装置包括确定压缩环42、46径向厚度的尺寸，以利于压缩环42、46的径向对外挠曲，以便更加有效地对气缸进行密封，如上所述。曲轴箱通气器装置还包括确定压缩环42、46轴向厚度的尺寸，以利于对气缸进行密封，如上所述。

通过根据上述值确定压缩环42、46的尺寸，活塞34可以更加有效地对气缸筒22进行密封。结果，极少可能发生燃烧空气/燃料混合气的漏气，通气器122可以运行得更加高效。因此可以预见，这样改进的曲轴箱通气，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图8，曲轴箱通气器装置还包括在通气器122中设置第二出口146，处于通气腔126中润滑油蓄积水平线的上方，如上所述。通过提供改进的具有基本上远离通气腔126最低壁182隔开的第二出口146的通气器122，蓄积的润滑剂很少可能通过第二出口146重新进入通气器122，籍此更加有效地防止润滑剂进入燃烧室并被燃烧。因此可以预见，这样改进的曲轴箱通气，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图10-12，活塞34包括基本圆形的头部212和从头部212延伸的活塞裙216。基本圆形的头部212通常在其外圆周限定圆柱面220(参见图10)。头部212包括多个槽沟，在这些槽沟内安装环38、42、46，如上所述。

继续参照图10，活塞裙216包括弯曲的第一部分224，它的至少一部分与圆柱面220共面。活塞裙216还包括具有孔232的基本扁平的第二部分228，通过孔232容纳连接销(未示出)。如本领域所理解的，连接销可转动地联接活塞34和连杆36。活塞裙216还包括基本椭圆的第三部分236，其连接弯曲的第一部分224和基本扁平的第二部分228。如图12所示，基本扁平的第二部分228和基本椭圆的第三部分236位于圆柱面220的径向内侧。

参照图12，弯曲的第一部分224的至少一部分位于圆柱面220的径向内侧。具体而言，弯曲的第一部分224外圆周上的点P1，位于弯曲的第一部分224与圆柱面220共面的部分，而弯曲的第一部分224外圆周上的点P2、P3，分别位于弯曲的第一部分224与圆柱面220径向向内相隔的部分。换言之，弯曲的第一部分224与气缸壁240之间的间距最小在点P1，而弯曲的第一部分224与气缸筒22的气缸壁240之间的间距，在从点P1向P2以及从点P1向P3运动时增大。在所示结构中，全部点P1、P2、P3位于穿过活塞裙216中间的共同水平面(未示出)上(参见图11)。

弯曲的第一部分224的这种形状允许活塞34在点P1与气缸筒22紧配合。在发动机10的一些结构中，在弯曲的第一部分224与气缸壁240之间在点P1可以采用0.013mm的间隙。点P2、P3位于弯曲的第一部分224在发动机10工作期间经历较大热膨胀量的部分。通过将弯曲的第一部分224上的这些部分与气缸筒22内部隔开，允许这些部分变大，而基本上不会影响发动机10的工作。活塞34可以与气缸筒22在点P1紧配合，以在其在气缸筒22内运动时提供改进的活塞34稳定性，同时允许点P2、P3处有足够的间隙用于发动机10工作期间的热膨胀。增加活塞34在气缸筒22内的稳定性的结果在于，还可以稳定活塞环38、42、46在气缸筒22中的运动。因此可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以降低润滑油的消耗，以及减少燃烧的润滑油沉淀在活塞34和/或燃烧室内的量，籍此降低发动机10炭氢化合物的排放。还可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以减少进入曲轴箱18的燃气漏气，籍此减少通过通气器122和进入燃烧室的燃气的量。而且，可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

参照图11，活塞裙216的第一部分224与气缸壁240相隔可变间隙，该间隙从邻近头部212的活塞裙216的一端到活塞裙216的对端可变。更具体而言，活塞裙216的第一部分224与气缸壁240之间的最小间隙(用CL1表示)大约在活塞裙216相对端之间的中途产生。而且，活塞裙216的第一部分224与气缸壁240之间的较大间隙(用CL2和CL3表示)朝向活塞裙216相对端产生。在所示结构中，间隙CL1可以大约为0.013mm，间隙CL2可以大约为0.150mm，而间隙CL3可以大约为0.025mm。

结果，如图11所示，弯曲的第一部分224基本上为弧形，在活塞裙216符合间隙CL1的位置上与气缸壁240紧配合。加大的间隙CL2允许活塞裙216朝向气缸壁240热膨胀。加大的间隙CL3提供用于改进活塞裙216与气缸壁240之间润滑的附加间隙。因此在工作中，活塞34的最终配合在其在气缸筒22内运动时提供改进的活塞34稳定性。增加活塞34在气缸筒22内的稳定性的结果在于，还可以稳定活塞环38、42、46在气缸筒22中的运动。因此可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以降低润滑油的消耗，以及减少燃烧的润滑油沉淀在活塞34和/或燃烧室内的量，籍此降低发动机10碳氢化合物的排放。还可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以减少进入曲轴箱18的燃气漏气，籍此减少通过通气器122和进入燃烧室的燃气的量。而且，可以预见，这样改进活塞和环的稳定性，可以延长发动机10的使用寿命，提高发动机10的性能，以及降低发动机10碳氢化合物的排放。

应当理解，本发明的低排放单缸发动机10，可以引入一个或多个气门密封装置、润滑剂控制装置、空气流动装置以及曲轴箱通气器装置。

本发明的多个方面阐述在下面的权利要求中。

Claims (13)

1.一种用于低排放单缸发动机的空气流动装置，该装置包括：

发动机壳体；

进气口，设在发动机壳体第一侧；

排气口，设在邻近第一侧的发动机壳体第二侧；

进气跨接通道，用于将进气引向发动机，该进气跨接通道从离开第二侧的位置吸取进气；

进气道，限定在进气口下游的发动机壳体中，该进气道包括位于进气口下游的进气流道和位于进气流道下游的进气孔，从而进气门位于进气孔内，进气孔为大体圆锥形，以提高进气通过进气道的流动效率；以及

排气道，限定在排气口上游的发动机壳体中，该排气道包括位于排气口上游的排气流道和位于排气流道上游的排气孔，从而排气门位于排气孔中，排气流道大体为圆锥形以提高尾气通过排气道的流动效率。

2.权利要求1的空气流动装置，其中，进气口基本上为圆形。

3.权利要求1的空气流动装置，其中，进气跨接通道从邻近发动机第三侧的位置吸取进气，第三侧与第二侧相反。

4.权利要求1的空气流动装置，其中，进气孔的所述大体圆锥形部分在该进气孔的相对侧面间限定了大约为8°～15°的夹角。

5.权利要求1的空气流动装置，其中，排气流道的所述大体圆锥形部分在该排气流道的相对侧面间限定了大约为4°～10°的夹角。

6.权利要求1的空气流动装置，还包括进气门底座衬套，其密封地接触进气门头部，其中进气门底座衬套具有围缘和径向厚度，并且其中，进气门底座衬套的径向厚度尺寸定为大约1.8mm～2.2mm，以提高通过它的热传递，并减少进气门底座衬套的变形。

7.权利要求6的空气流动装置，还包括密封，其在进气门的往复运动中与进气门杆滑动接触，其中，该密封基本上防止发动机润滑剂接触进气门头部。

8.权利要求1的空气流动装置，还包括排气门底座衬套，其密封地接触排气门头部，其中排气门底座衬套具有围缘和径向厚度，并且其中，排气门底座衬套的径向厚度尺寸定为大约1.8mm～2.2mm，以提高通过它的热传递，并减少排气门底座衬套的变形。

9.权利要求8的空气流动装置，其中，该排气流道与排气门底座衬套相隔大约6mm～12mm，使排气流道远离排气门底座衬套，以降低排气门底座衬套的温度和变形。

10.权利要求8的空气流动装置，还包括气门导管，适于在排气门的往复运动中支撑排气门，使排气门头部间歇地密封接触排气门底座衬套，其中，该气门导管设在发动机壳体的加强部，以便稳定气门导管。

11.权利要求1的空气流动装置，还包括：

进气门底座衬套，其具有围缘，并密封地接触进气门头部；以及

排气门底座衬套，其具有围缘，并密封地接触排气门头部，其中，进气门底座衬套和排气门底座衬套的各自围缘彼此相隔大约2.5mm～5mm，以降低进气门底座衬套和排气门底座衬套之间的热传递。

12.权利要求11的空气流动装置，其中，进气门底座衬套的轴向厚度大约等于进气门底座衬套径向厚度的两倍，并且其中，排气门底座衬套的轴向厚度大约等于排气门底座衬套径向厚度的两倍。

13.权利要求1的空气流动装置，其中，进气跨接通道沿该进气跨接通道的长度限定了基本上恒定的横截面，以增加进气通过进气跨接通道的流动效率。

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