低排放单缸发动机的制作方法

专利名称：低排放单缸发动机的制作方法
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。


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。
具体实施例方式
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IO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l，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IO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或压縮环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，压縮环42、 46允许活塞34在燃烧室中产生 压縮。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，用于压縮和燃烧。
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IO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 IO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IO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T,大约为1.8mm 2.2mm， 排气门底座衬套110径向厚度T2大约为1.8 mm 2.2 mm。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T,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2.5 mm 5 mm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、 IIO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 IO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Dl。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6 mm 12 mm的尺寸 Dl。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的冷却更加一致和域温度更低，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 IO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),使迸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IO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A,。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IO 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IO采用了预计降低发动机IO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IO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縮环42、 46径向厚度的尺寸， 以利于压縮环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，压縮环42、 46的径向厚度丁3大约为2.3 mm 2.7 mm。
润滑剂控制装置还包括确定压縮环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，压縮环42、 46的轴向厚度T4大约为 lmm 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6 mm， 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IO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的圆孑L，其 通流面积大约为0.2 mm2 3.1 mm2，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 压縮环42、 46径向厚度的尺寸，以利于压縮环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 定压縮环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縮环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 IO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IO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Pl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ll)。
弯曲的第一部分224的这种形状允许活塞34在点Pl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0.013 mm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Pl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IO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 IO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0.013 mm， 间隙CL2可以大约为0.150mm，而间隙CL3可以大约为0.025 rrun。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。
权利要求
1. 一种具有工作方向的单缸空冷发动机，该发动机包括发动机壳体(14)，其包括单气缸筒(22)和曲轴箱(18)；单活塞(34)，其被配置成在单气缸筒(22)内进行反复运动，以产生曲轴箱(18)中的压力脉冲；通气腔(126)，其至少部分地由曲轴箱(18)限定并相邻于单气缸筒(22)布置，所述通气腔(126)包括在工作方向上的最低壁(182)，该最低壁限定出排道(150)，润滑剂通过该排道流入曲轴箱中；以及；通气器(122)，其与曲轴箱(18)相连并与曲轴箱(18)一起完全限定该通气腔，该通气器(122)包括在工作方向上的底部和大体从该在工作方向上的底部竖直延伸的壁，以至少部分地限定该通气器的内部空间，该通气器(122)具有一个空气-润滑剂入口(134)，其被配置成允许空气-润滑剂混合物穿过而到达该通气器中，所述通气器的壁具有一个出口(146)，该出口在底部上方与底部隔开第一非零距离，以便于从通气器内部空间中将润滑剂排放到通气腔(126)，当发动机处于工作方向时，所述出口(146)在所述排道(150)上方与排道隔开第二非零距离(D2)。
2. 根据权利要求l所述的发动机，其特征在于，所述空气-润滑剂入口 (134)包括一个圆孔，且其中所述空气-润滑剂入口 (134)的流通面积由该圆孔的直径来限定。
3. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述出口包括一个圆 孔，且其中所述出口的流通面积由该圆孔的直径限定。
4. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第二非零距离(D2) 为至少6mm。
5. —种定位在工作方向上的发动机，所述发动机包括 发动机壳体，其包括曲轴箱和单气缸筒；单活塞，其配置成在单气缸中往复运动，以产生曲轴箱中的压力脉冲;多个通气腔壁，其形成为所述发动机壳体的零件，以至少部分地限定 一通气腔，所述通气腔壁中在工作方向上的最低者具有排道，其在曲轴箱 和通气腔之间提供流体通道；以及通气器，该通气器包括至少部分地围出一个通气器空间的在工作方向 上的底部以及侧壁，该通气器与发动机壳体相连并与所述多个通气腔壁一 起完全限定该通气腔，该侧壁包括一个空气-润滑剂入口，其在通气腔和通 气器空间之间提供流体连通，以及一出口，其允许流体从该出口流到通气 腔，其中所述通气腔包含有一部分流体，从而流体限定一液面，所述出口 定位在该液面上方一非零距离处。
6. 根据权利要求5所述的发动机，6mm。
7. 根据权利要求5所述的发动机， 面积在0.2mm2禾Q 3.1mm2之间。
8. 根据权利要求5所述的发动机， 实质上大于所述出口。其特征在于，所述非零距离为至少 其特征在于，所述出口限定的流通 其特征在于，所述空气-润滑剂入口
9. 一种发动机，包括发动机壳体，其包括单气缸筒和曲轴箱，所述发动机壳体至少部分地 限定通气腔，该通气腔具有在发动机工作方向上的底部，该通气腔与单气 缸筒相邻布置，并包括排道，用于与曲轴箱之间流体连通；单活塞，其配置成在单气缸筒内进行反复运动，以产生曲轴箱中的压 力脉冲；以及通气器，其与通气腔相邻定位，并包括一通气器空间，该通气器包括 在发动机工作方向上的底部以及壁，该壁包括一空气-润滑剂入口和一出口， 该通气器被配置成通过空气-润滑剂入口接收来自通气腔的空气-油的流动， 将油从该流动中分离出，并通过该出口将油排到通气腔，所述出口定位在 通气腔底部上方非零距离处。
10. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述非零距离为至少 6mm。
11. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述出口的流通面积 在0.2mm2和3.1 mm2之间。
12. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述空气-润滑剂入 口实质上大于所述出口。
13. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述排道穿过腔气腔 的底部形成。
全文摘要
本发明提供一种低排放单缸发动机，包括具有单气缸筒和曲轴箱的壳体；单活塞，其在单气缸筒内反复运动以产生曲轴箱中的压力脉冲；通气腔，其包括在工作方向上限定出排道的最低壁，润滑剂通过该排道流入曲轴箱中；及通气器，其与曲轴箱一起完全限定该通气腔，并包括在工作方向上的底部和从该底部竖直延伸的壁，以至少部分地限定该通气器的内部空间，该通气器具有空气-润滑剂入口，供空气-润滑剂混合物到达该通气器中，通气器的壁具有出口，其在底部上方与底部隔开第一非零距离，以从通气器内将润滑剂排放到通气腔，当发动机处于工作方向时，该出口在排道上方与排道隔开第二非零距离，从而提高引入发动机的进气和发动机排放的尾气的流动效率。
文档编号F02F1/42GK101424225SQ20081017454
公开日2009年5月6日 申请日期2005年8月15日 优先权日2004年8月17日
发明者戴夫·普罗克诺 申请人:布里格斯斯特拉顿公司