专利名称：四冲程发动机的通气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通气系统(breather system),更具体地，涉及一种对发 动机的气门室和凸轮室进行通风同时防止油和串缸混合气(pass-by gas)散 发到大气中的通气系统。
背景技术：
在内燃机的使用过程中，发动机气缸内的燃烧过程中会产生燃烧气体 (也称为串缸混合气)。在上凸轮发动机中，这些串缸混合气可能会通过泄 漏路径沿着气门杆和活塞环进入气门室和凸轮室。该串缸混合气会在气门室 和凸轮室内产生过高压力，并且可能会损坏油封和其它部件。因此，为了将 这些气体从气门室、凸轮室和曲轴箱中排出，有些发动机包括通气系统。
目前生产的有些通气系统采用与发动机的进气系统连接的中空曲轴或 中空凸轮轴。从而，在操作过程中，通气系统允许串缸混合气再循环至发动 机的进气系统中。然而，这些通气系统在发动机不再运转时仍然保持开放。 因此，如果使用者以非垂直方向放置发动机时，油可能会进入并阻塞通气系 统。
发明内容
本发明旨在消除和/或在某些程度上减轻有关或影响目前使用的通气系 统的问题。
根据本发明的一种实施方式，发动机的通气系统包括安装在凸轮室内的 凸轮轴，该凸轮轴具有带有入口的轴向的通气通道、与该通气通道的入口流 体连通的径向开口以及设置在该径向开口内的阀门，该阀门能够在开启位置和关闭位置之间移动，其中，当凸轮轴静止时该阀门处于关闭位置，并且其 中，随着所述凸轮轴的转动，所述阀门从所述关闭位置进入所述开启位置， 以允许串缸混合气进入所述通气通道。
优选地，所述径向开口穿过位于所述凸轮轴上的至少一个凸轮凸角而设置。
优选地，所述阀门为球形止回阀。所述球形止回阀可以包括球，该球 能够在所述阀门内移动；弹簧，该弹簧能够与所述球配合；座表面，该座表 面位于所述阀门的端部内以容纳所述球；以及通孔，该通孔穿过所述座表面 设置并与所述通气系统的入口流体连通。
优选地，所述阀门为减压阀，该减压阀包括具有开孔的销和减压平衡块， 该减压平衡块能够根据施加的离心力而在所述关闭位置和所述开启位置之 间移动，其中，当所述阀门处于所述开启位置时，所述开孔与所述径向开口 对准。所述减压平衡块可以为大致圆形的臂，该臂具有大致凹形的内表面。
优选地，所述通气系统还包括位于所述凸轮轴上的大致圆形的盘，其中， 所述径向开口穿过所述盘设置。所述阀门可以为球形止回阀。所述球形止回 阀可以包括球，该球能够在所述阀门内移动；弹簧，该弹簧能够与所述球 配合；座表面，该座表面位于所述阀门的端部内以容纳所述球；以及通孔， 该通孔穿过所述座表面设置并与所述通气系统的入口流体连通。
优选地，所述阀门为减压阀，该减压阀包括具有开孔的销和减压平衡块， 该减压平衡块能够根据施加的离心力而在所述关闭位置和所述开启位置之 间移动，其中，当所述阀门处于所述开启位置时，所述开孔与所述径向开口 对准。所述减压阀可以包括扭簧，该扭簧围绕所述盘上连接的突起缠绕，并 与所述减压平衡块连结，从而当所述发动机不运转时使所述减压平衡块保持 在所述关闭位置。所述减压平衡块可以为大致圆形的臂，该臂具有大致凹形 的内表面。所述大致圆形的盘可以包括外周缘延伸件，该外周缘延伸件包围所述阀门的部件。
优选地，在所述外周缘延伸件与所述大致圆形的臂的外表面之间形成有 止动件，或者在所述盘的内径与所述大致圆形的臂的大致凹形的内表面之间 形成有止动件。
优选地，所述通气通道的出口与所述发动机的进气系统流体连通。所述 通气系统还可以包括油分离室，该油分离室位于所述通气通道的出口与所述 进气系统之间，并且与所述发动机的曲轴箱流体连通。
根据本发明的另一种实施方式，发动机的通气系统包括轴向的通气通 道，该通气通道具有穿过凸轮轴设置的入口和出口，所述凸轮轴可转动地位 于凸轮室内。大致圆形的盘安装在所述凸轮轴上。所述盘包括径向开口，该 径向开口与所述通气通道的所述入口流体连通。阀门设置在所述径向开口 内，并能够在开启位置和关闭位置之间移动。油分离室位于所述通气通道的 出口与所述进气系统之间，并且与所述发动机的曲轴箱流体连通，其中，当 所述凸轮轴静止时所述阀门处于所述关闭位置，并且其中，随着所述凸轮轴 的转动，所述阀门从所述关闭位置进入所述开启位置，以允许气体进入所述 通气通道。
优选地，所述阀门为球形止回阀。所述阀门可以为减压阀，该减压阀包 括具有开孔的销和减压平衡块，该减压平衡块能够根据施加的离心力而在所 述关闭位置和所述开启位置之间移动，其中，当所述阀门处于所述开启位置 时，所述开孔与所述径向开口对准。
优选地，所述通气通道的出口与所述发动机的进气系统流体连通。
图1是本发明的通气通道的一种实施方式的俯视剖视图，其中该通气通
道位于发动机的凸轮室内；
8图2是本发明的通气通道的另一种实施方式的俯视剖视图，其中该通气 通道位于发动机的凸轮室内；
图3是根据本发明使用的具有专用盘的凸轮轴的一种实施方式的侧视
图4是图3中的凸轮轴的内部的剖视图，其中专用盘包括球形止回阀；
图5是图3中的凸轮轴的内部的剖视图，其中专用盘包括减压阀；
图6是根据本发明使用的凸轮轴的另一种实施方式的剖视图7是根据本发明的凸轮凸角和专用盘的透视图8是图7中的专用盘的正视图，其中减压阀处于关闭位置；
图9是图7中的专用盘的正视图，其中减压阀处于开启位置；
图10是图7中的专用盘的内部的剖视透视图，其中减压阀处于关闭位
置；
图11是图7中的专用盘的内部的剖视透视图，其中减压阀处于开启位 置；以及
图12是根据本发明的油分离室的一种实施方式的侧视图。
具体实施例方式
参考附图来对本发明进行说明，在附图中类似部件用类似数字来标识。 通过以下说明可以更好地理解本发明的各个部件的关系和功能。除非清楚地 相反说明，否则如此限定的每个方面可以与其它任意一个或多个方面结合。 以下说明的实施方式仅是示例性的，并且本发明不限于附图中显示的实施方 式。
现在参见图1和图2，图中显示了发动机IO。发动机19是具有壳体12 和凸轮室14的四冲程内燃机。凸轮室14具有侧壁16，该侧壁16可以形成 完全封闭的腔室。可选地，为了提供发动机的气门组系的喷雾润滑，小通道可以与发动机的气门室和曲轴箱连通。发动机10的气门室内安装有进气门
18和排气门20。凸轮轴22可旋转地定位在凸轮室14的侧壁16内。在可选 的实施方式中，发动机10可以包括多于一个的凸轮轴。
凸轮轴22与进气门18和排气门20平行地延伸。凸轮轴22可以为大致 的圆柱形，并且跨越凸轮室14的整个宽度。凸轮轴22的一端与凸轮轴齿轮 24联接。凸轮轴齿轮24构造为当发动机10使用时使凸轮轴22转动。至少 一个凸轮凸角位于凸轮轴22上。凸轮凸角26和28构造为分别开启进气门 18和排气门20，同时凸轮轴22以曲轴转速的一半速度转动。每个凸轮凸角 26和28包括凸头25。可以设置摇臂来与凸轮凸角26和28接合工作，以开 启和关闭进气门18和排气门20。
如图1和图2所示，发动机10包括通气系统30，该通气系统30构造为 去除凸轮室14内的气体压力。通气系统30包括通气通道32，该通气通道 32贯穿凸轮轴22轴向设置。通气通道32包括入口 34和出口 36,并且设计 用于去除位于凸轮室14内的串缸混合气。径向开口 38通过入口 34与通气 通道32流体连通。径向开口 38设计用于当凸轮轴22转动时允许串缸混合 气进入通气系统30。在图l和图2所示的实施方式中，径向开口38穿过凸 轮凸角26的凸头25设置。可选地，径向开口 38可以穿过位于凸轮轴22上 的专用盘52设置。现在参见图3，专用盘52大致为圆形，并且与凸轮凸角 26分离。专用盘52也可以与凸轮凸角26形成为一体，如图6所示。可以考 虑的是，专用盘52可以位于沿着凸轮轴22的不同位置上。如图7和图8所 示，专用盘52还包括外周缘延伸件70，该外周缘延伸件70包围气门部件。 参见图6，油封27位于通气通道32的出口36附近的凸轮轴22端部。可以 设置软管配件29以连接通气软管68。
如图1和图2所示，通气软管68与通气通道32的出口 36和发动机10 的进气系统流体连通。从而，当发动机10运行时，经过凸轮轴22的通气通道32的串缸混合气通过再处理而再循环。此外，通过对发动机10内的串缸 混合气进行再处理，防止串缸混合气释放到大气内。可以在通气软管68的 端部设置止回阀，该止回阀构造为控制串缸混合气进入发动机10的进气系 统的流动。
通气系统30包括油分离室66。油分离室66构造为在串缸混合气再次进 入发动机10的进气系统之前分离出串缸混合气至的任何油颗粒。分离出的 油从油分离室66流入发动机10的曲轴箱，这允许在发动机10的使用过程 中对油进行再循环。油分离室66与通气通道32的出口 36和通气软管68流 体连通。在如图l和图2所示的实施方式中，油分离室66安装在发动机10 的气缸体上。在其它实施方式中，油分离室66可以设置在发动机10的任意 位置上，包括但不限于发动机10的曲轴箱盖上。油分离室66可以包括金属 丝网材料82或者本领域普通技术人员公知的任何其它适当的油分离材料。
参见图12，油分离室66包括与发动机10的曲轴箱流体连通的控制通道 84。控制通道84设计为具有相对于通气软管68的直径更小的直径。在一些 实施方式中，控制通道84的直径的大小可以约为通气软管68的直径大小的 五分之一。油分离室66还包括止回阀88，该止回阀88构造为防止串缸混合 气和油通过曲轴22而从曲轴箱室旁通至通气通道32。本领域的普通技术人 员理解，可以在该实施方式中采用其它类型的止回阀，例如伞状阀或者簧片 阀。止回阀86设计为对曲轴箱室和油分离室之间的压力差作出响应。止回 阀6正常地保持在关闭位置，除非曲轴箱室内的压力低于油分离室66内的 压力。活塞的向上运动使得曲轴箱内的压力值降低，并在曲轴箱和油分离室 66之间产生压力差，这使得止回阀86从关闭位置移动到开启位置。相反， 在活塞向下运动过程中，曲轴箱内的压力值升高。曲轴箱和油分离室66之 间的压力差消除，这使得止回阀86返回到关闭位置。从而，当发动机10运 转时，止回阀86相对于活塞的运动而连续地开启和关闭。由金属丝网82分离的液化油滴落到油分离室66的底部。当止回阀86处于开启位置时，由曲 轴箱和油分离室66之间的压力差所产生的负压力使得液化的油滴流经控制 通道84并进入曲轴箱。
通气系统30还包括位于径向开口 38中的阀门。该阀门操作为防止油在 发动机10不运转时进入通气系统30，并且该阀门能够从开启位置和关闭位 置之间移动。可以理解，可以采用各种不同的阀门与通气系统30结合。如 图1和图4所示，阀门可以为由弹簧44加载的球形止回阀42。可选地，在 如图2和图5至图IO中所示的实施方式中，阀门可以为减压阀54，该减压 阀54包括可旋转地安装的减压平衡块56，该减压平衡块56构造为在施加由 曲轴22的转动而导致的离心力时移动。减压阀54将在下文中进一步详细说 明。
参见图1和图4,球形止回阀42包括弹簧44、球46、座表面48和通孔 50。在一种实施方式中，弹簧44为压缩弹簧。然而，应该理解的是，其它 弹簧也可能适用于球形止回阀42。弹簧44用于使得球46抵住座48，从而 当发动机10不运行时在径向开口 38和轴向通气通道32之间形成密封。座 表面48位于球形止回阀42的一端，并且适于容纳球46。座表面48可以具 有多个结构，包括但不限于锥形或平的表面。本领域的普通技术人员理解， 通孔50的直径可以根据通气系统30中所需的给定流率而改变。此外，球46 的直径可以由通孔50的直径、座48的结构和球46与座48之间的所需接触 角度来确定。
运转时，随着发动机10被驱动，凸轮轴22以一定速度转动，该速度是 由凸轮轴齿轮24驱动的发动机凸轮轴的转速的一半。包括串缸混合气在内 的油雾进入凸轮室14。当油雾到达径向开口 38时，油颗粒通过离心力而从 串缸混合气中分离。因为作用在较重的油颗粒上的离心力大于作用在较轻的 串缸混合气上的离心力，所以油颗粒被防止进入径向开口 38，而串缸混合气进入径向开口 38。
随着凸轮轴22转动，球形止回阀42内的球46由于离心力而压缩弹簧 44。从而，球46从座48移动离开，并且打开通孔50。进入径向开口 38的 串缸混合气则穿过通孔50并进入通气通道32的入口 34。串缸混合气通过出 口36离开通气通道32，并且进入油分离室66。串缸混合气经过油分离室66 内的金属丝网材料82，并且串缸混合气内包含的较重的油颗粒在金属丝网材 料82上液化。活塞的向上运动使得曲轴箱内的压力下降，在油分离室66和 曲轴箱之间产生压力差。止回阀86连续地从关闭位置移动至开启位置。止 回阀86处于开启位置时，来自曲轴箱的负压力作用在液化的油颗粒上，从 而油颗粒流经控制通道84并回到曲轴箱。分离的液化油颗粒因此被保存用 于在发动机10的运转过程中循环使用。剩余的串缸混合气进入通气软管68 并通过发动机10的进气系统再次导入。
当发动机10不使用时，由于凸轮轴22不转动，因此径向开口 38和球 形止回阀42上的离心力不再存在。所以，弹簧44按压球46，以使球46复 位而抵住座48。该动作(其使通孔50密封)防止油通过径向开口 38进入通 气通道32。当使用手持设备(例如草坪修剪机，其在在储存过程中可能会被 使用者放置在不同位置)的四冲程发动机时，该通气通道32的密封尤其有 利。
现在参见图2、图5和图7至图11，阀门也可以为减压阀54，该减压阀 54包括减压平衡块56和销58。如图2所示，减压平衡块56通过销58而可 旋转地安装在凸轮凸角上。可选地，在另一种实施方式中，减压平衡块56 通过销58可枢转地安装在专用盘52上。如图7至图11所示，减压阀54的 部件被包围在专用盘52的外周缘延伸件70内。减压平衡块56能够在开启 位置和关闭位置之间移动。
具体地参见图8，减压平衡块56显示为处于关闭位置。减压平衡块56为具有内表面76和外表面78的大致圆形壁74。减压平衡块56的内表面76的结构大致为凹形，并且在关闭位置时适于与专用盘52的内径72匹配。专用盘52的内径72用作减压平衡块56的止动件。扭簧62与减压平衡块56联接，并由突起64a和64b支撑。扭簧62构造为与专用盘52的内径72共同作用，以便在凸轮轴22静止时将减压平衡块56保持在关闭位置。如图10所示，当减压平衡块56位于关闭位置时，销58的开孔60不与径向开口 38对准。从而，当发动机10不运转时，销58有效地密封径向开口 38，并且防止油进入通气系统30。
现在参见图9，减压平衡块56处于开启位置。当处于开启位置时，减压平衡块56对扭簧62加压。当减压平衡块56处于开启位置时，外周缘延伸件70作为减压平衡块56的止动件。如图11所示，减压平衡块56处于开启位置时，销58旋转至使得开孔60与径向开口 38对准的位置。开孔60与径向开口 38的对准使得径向开口 38能够与通气通道32的入口 34流体连通。从而，当减压平衡块56处于开启位置时，允许串缸混合气进入通气系统30。
在该具体实施方式
中，随着发动机10被驱动，凸轮轴22以一定速度转动，该速度是由凸轮轴齿轮24驱动的发动机凸轮轴的转速的一半。包括串缸混合气在内的油雾进入凸轮室14。当油雾到达径向开口 38时，油颗粒通过离心力而从串缸混合气中分离。因为作用在较重的油颗粒上的离心力大于作用在较轻的串缸混合气上的离心力，所以油颗粒被防止进入径向开口 38，而串缸混合气进入径向开口 38。
随着凸轮轴22的转动，由该转动导致的离心力作用在减压平衡块56上，并使得减压平衡块56的内表面76与专用盘52的内径72接触配合，并克服扭簧62产生的弹力而转动。从而，减压平衡块56从关闭位置转动至打开位置，并对扭簧62加压。减压平衡块56的转动使得销58和开孔60转动。当减压平衡块56到达开启位置时，外周缘延伸件70使得减压平衡块56停止转动。位于销58内的开孔60与径向开口 38对准，这使得径向开口38定位为与通气系统30流体连通。进入径向开口 38的串缸混合气则流经通孔50并进入通气通道32的入口 34。
串缸混合气通过出口 36离开通气通道32并进入油分离室66。串缸混合气流经油分离室66内的金属丝网材料82，并且串缸混合气内所包含的较重的油颗粒在金属丝网材料82上液化。液化的油滴落在油分离室66的底部。活塞的向上运动所产生的真空力使得止回阀86连续地从关闭位置移动到开启位置。止回阀86处于开启位置时，真空力作用在液化的油颗粒上，从而油颗粒流经控制通道84并回到曲轴箱。分离的液化油颗粒66因此被保存用于在发动机10的运转过程中循环使用。剩余的串缸混合气进入通气软管68并通过发动机10的进气系统再次导入。
当发动机10不使用时，由于凸轮轴22不转动，因此径向开口 38和减压阀54上的离心力不再存在。扭簧62产生的弹力按压减压平衡块56，以使得减压平衡块56从开启位置移动至关闭位置。随着减压平衡块56朝关闭位置转动，销58转动，并且开孔60和径向开口 38不再对准。减压平衡块56与专用盘的内径72配合，并停止转动。该作用防止油在发动机不运转并由使用者储存时进入通气通道32。
通常，提供的是用于排出燃烧气体或串缸混合气的发动机的通气系统。通气系统具有位于发动机的凸轮轴内的轴向通气通道。径向开口与轴向通气通道流体连通。阀门位于径向开口内，从而当发动机不运转时防止油进入轴向通气通道。
虽然在附图和上述说明中对本发明进行了详细的阐释和说明，但是该阐释和说明应该认为是说明性的而不是限制性的，应该理解的是，仅显示和说明了示例性的实施方式，其并不以任何方式对本发明的范围进行限制。可以理解，此处说明的任何特征都可以用于任何实施方式。所说明的实施方式并不是唯一的，或者并不排除此处未记载的其它实施方式。因此，本发明还提供了包括一种或多种上述示例性实施方式的组合的实施方式。在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对此处说明的本发明进行修改和变化，因此，本发明仅由所附权利要求书来限制。
权利要求
1.一种发动机的通气系统，该通气系统包括凸轮轴，该凸轮轴可转动地位于凸轮室内，所述凸轮轴具有轴向的通气通道，该通气通道具有入口；径向开口，该径向开口与所述通气通道的所述入口流体连通；以及阀门，该阀门可移动地位于所述径向开口内，所述阀门具有开启位置和关闭位置；其中，当所述凸轮轴静止时所述阀门处于所述关闭位置，并且其中，随着所述凸轮轴的转动，所述阀门从所述关闭位置进入所述开启位置，以允许串缸混合气进入所述通气通道。
2. 根据权利要求1所述的通气系统，其中，所述径向开口穿过位于所述 凸轮轴上的至少一个凸轮凸角而设置。
3. 根据权利要求1所述的通气系统，其中，所述阀门为球形止回阀。
4. 根据权利要求3所述的通气系统，其中，所述球形止回阀包括球， 该球能够在所述阀门内移动；弹簧，该弹簧能够与所述球配合；座表面，该 座表面位于所述阀门的端部内以容纳所述球；以及通孔，该通孔穿过所述座 表面设置并与所述通气系统的入口流体连通。
5. 根据权利要求1所述的通气系统，其中，所述阀门为减压阀，该减压 阀包括具有开孔的销和减压平衡块，该减压平衡块能够根据施加的离心力而 在所述关闭位置和所述开启位置之间移动，其中，当所述阀门处于所述开启 位置时，所述开孔与所述径向开口对准。
6. 根据权利要求5所述的通气系统，其中，所述减压平衡块为大致圆形 的臂，该臂具有大致凹形的内表面。
7. 根据权利要求1所述的通气系统，该通气系统还包括位于所述凸轮轴 上的大致圆形的盘，其中，所述径向开口穿过所述盘设置。
8. 根据权利要求7所述的通气系统，其中，所述阀门为球形止回阀。
9. 根据权利要求8所述的通气系统，其中，所述球形止回阀包括球， 该球能够在所述阀门内移动；弹簧，该弹簧能够与所述球配合；座表面，该 座表面位于所述阀门的端部内以容纳所述球；以及通孔，该通孔穿过所述座 表面设置并与所述通气系统的入口流体连通。
10. 根据权利要求7所述的通气系统，其中，所述阀门为减压阀，该 减压阀包括具有开孔的销和减压平衡块，该减压平衡块能够根据施加的离心 力而在所述关闭位置和所述开启位置之间移动，其中，当所述阀门处于所述 开启位置时，所述开孔与所述径向开口对准。
11. 根据权利要求10所述的通气系统，其中，所述减压阀包括扭簧， 该扭簧围绕所述盘上连接的突起缠绕，并与所述减压平衡块连结，从而当所 述发动机不运转时使所述减压平衡块保持在所述关闭位置。
12. 根据权利要求10所述的通气系统，其中，所述减压平衡块为大致 圆形的臂，该臂具有大致凹形的内表面。
13. 根据权利要求12所述的通气系统，其中，所述大致圆形的盘包括外周缘延伸件，该外周缘延伸件包围所述阀门的部件。
14. 根据权利要求13所述的通气系统，其中，在所述外周缘延伸件与 所述大致圆形的臂的外表面之间形成有止动件。
15. 根据权利要求13所述的通气系统，其中，在所述盘的内径与所述 大致圆形的臂的大致凹形的内表面之间形成有止动件。
16. 根据权利要求1所述的通气系统，其中，所述通气通道的出口与 所述发动机的进气系统流体连通。
17. 根据权利要求16所述的通气系统，该通气系统还包括油分离室， 该油分离室位于所述通气通道的出口与所述进气系统之间，并且与所述发动 机的曲轴箱流体连通。
18. —种发动机的通气系统，该通气系统包括轴向的通气通道，该通气通道具有穿过凸轮轴设置的出口和入口，所述 凸轮轴可转动地位于凸轮室内；大致圆形的盘，该盘安装在所述凸轮轴上，所述盘包括与所述通气通道 的入口流体连通的径向开口；阀门，该阀门设置在所述径向开口内，并能够在开启位置和关闭位置之 间移动；以及油分离室，该油分离室与位于所述通气通道的出口和进气系统之间的发 动机的曲轴箱流体连通；其中，当所述凸轮轴静止时所述阀门处于所述关闭位置，并且其中，随 着所述凸轮轴的转动，所述阀门从所述关闭位置进入所述开启位置，以允许气体进入所述通气通道。
19. 根据权利要求18所述的通气系统，其中，所述阀门为球形止回阀。
20. 根据权利要求18所述的通气系统，其中，所述阔门为减压阀，该 减压阀包括具有开孔的销和减压平衡块，该减压平衡块能够根据施加的离心 力而在所述关闭位置和所述开启位置之间移动，其中，当所述阀门处于所述 开启位置时，所述开孔与所述径向开口对准。
21. 根据权利要求18所述的通气系统，其中，所述通气通道的出口与 所述发动机的进气系统流体连通。
全文摘要
用于排出燃烧气体或串缸混合气的发动机的通气系统。该通气系统具有位于发动机的凸轮轴内的轴向通气通道。径向开口与该轴向通气通道流体连通。阀门位于该径向开口内，从而当发动机不运转时能够防止油进入所述轴向通气通道。
文档编号F01M13/00GK101684741SQ200910203740
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月10日 优先权日2008年7月8日
发明者B·M·莱诺宁, D·C·金, N·S·马韦纳哈里, P·T·斯科特, 戴维·R·布劳尔 申请人:创科实业有限公司