專利名稱：低排放單缸發動機的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及發動機，更具體而言，涉及低成本的單缸發動機。
背景技術：
有關小發動機尾氣排放的政府法規越來越嚴格，其中，小發動機諸如 那些在剪草機、割草拖拉機、線繩修剪器等中使用的發動機。更具體而言， 這些法規規定了發動機碳氫化合物和一氧化二氮的排放量。目前，多種不 同的發動機技術可用于降低碳氫化合物的排放，例如諸如改進的燃料噴射 系統和尾氣催化裝置。這些或其它更多的改進技術難于引入小發動機，并 且十分昂貴。
發明內容
本發明提供一種用于低排放單缸發動機的空氣流動裝置，其改進了空 氣與燃料在化油器式發動機中的混合，并能夠正確調整空氣-燃料的混合氣。
該空氣流動裝置包括發動機殼體；進氣口，設在發動機殼體第一側； 排氣口，設在鄰近第一側的發動機殼體第二側；以及進氣跨接通道，用于 將進氣引向發動機。該進氣跨接通道從離開第二側的位置吸取進氣。該空 氣流動裝置還包括進氣道，限定在進氣口下游的發動機殼體中。該進氣道 具有分別由基本上橫向穿過進氣道的第一和第二平面限定的第一和第二橫 截面。第一橫截面大于第二橫截面，并且比第二橫截面更遠離進氣口，以 提高進氣通過進氣道的流動效率。該空氣流動裝置還包括排氣道，限定在 排氣口上游的發動機殼體中。該排氣道具有分別由基本上橫向穿過排氣道 的第三和第四平面限定的第三和第四橫截面。第三橫截面大于第四橫截面，并且比第四橫截面更靠近排氣口，以提高尾氣通過排氣道的流動效率。
本領域技術人員在閱讀了下列詳細描述、權利要求和附圖的基礎上， 將理解本發明的其它特征和方面。
在附圖中，相同的標注數字指示相同的部件，其中 圖1是本發明的低排放空冷單缸發動機的分解透視圖。 圖2是圖1發動機的發動機殼體的俯視圖，示出了進氣口和加強的氣 缸筒。
圖3是圖2發動機殼體的側視圖，示出了加強的氣缸筒。 圖4是圖2發動機殼體的另一側視圖，示出了排氣口和通氣腔。 圖5是圖2發動機殼體的端視圖，示出了設在發動機殼體的氣缸筒內 的活塞。
圖6是圖5發動機殼體沿剖面線6-6剖開的的剖視圖，示出了錐形的進 氣道和排氣道。
圖7a是圖5發動機殼體沿剖面線7a-7a剖開的放大截面圖，示出了活 塞環和氣缸筒之間的接觸面。
圖7b是圖7a所示活塞環和氣缸筒的放大圖。
圖8是圖2發動機殼體的放大圖，示出了從通氣腔分解出的通氣器；
以及
圖9是圖2發動機殼體的放大俯視透視圖，示出了從發動機殼體分解 出的進氣跨接通道。
圖10是圖1發動機的活塞的放大俯視透視圖。 圖11是圖1發動機的活塞的側視圖。 圖12是圖1發動機的活塞的仰視圖。
在詳細說明任何本發明特征之前，應當理解，本發明并不將其應用限 于在下列描述中闡述的或于附圖中示出的零件的結構與布置。本發明允許 其它的實施方式，并以多種方式付諸于實踐或實現。而且，應當理解，在 此采用的措辭與術語目的在于描述而不應當作限制。"包括(including)"、 "具有(having)"和"包含(comprising)"以及它們變體的使用，在此意 味著包括其后列出的項目及其等效物以及額外的項目。標示方法或過程中的要素的字母僅用于標識，而不意味著指示這些要素應當按照特別的次序 執行。
具體實施例方式
圖1-12示出了低排放四沖程單缸發動機10 (只示出了該發動機的一部 分)的各種特征和方面。這種"小"發動機IO可以設計成低為1馬力而高 為20馬力的動力輸出，以便操縱發動機驅動的室外動力設備(例如，剪草 機、割草拖拉機、除雪機等)。所示發動機10被設計成大約3.5馬力的單缸 空冷發動機，排量大約為9立方英寸。所示發動機10還被設計成立軸式發 動機，然而，所示發動機10也可以被設計成水平軸式發動機。
參照圖l，發動機10包括發動機上部殼體14，其可以通過任何多個不 同工藝(例如，壓力鑄造、鍛造等)形成為單個工件。發動機殼體14通常 包括容納潤滑劑的曲軸箱18和從曲軸箱18延伸出的氣缸筒22。發動機殼 體14還包括至少部分環繞氣缸筒22的凸緣26。凸緣26基本上為一平面， 以便在其上安裝氣缸蓋28。氣缸蓋28使用多個環繞氣缸筒22外圓周的螺 栓(未示出)固定到凸緣26。氣缸蓋28包括燃燒室，其與氣缸筒22組合 在一起，在發動機10工作期間暴露于空氣/燃料混合氣的燃燒中。
曲軸29通過形成在曲軸箱18上的軸頸30 (參見圖2)在一端、以及 通過形成在與曲軸箱18聯接的曲軸箱蓋32上的相同軸頸在另一端，被可 轉動地支撐。活塞34通過連桿36連到曲軸29上，如本領域所理解的那樣， 在氣缸筒22中往復運動。
所示發動機IO還被設計為側置氣門式或氣門側置式發動機，包括由通 過曲軸齒輪206驅動的凸輪軸齒輪202和與凸輪軸齒輪202聯接的凸輪軸 210組成的氣門機構。凸輪軸210包括在其上的進氣凸輪凸角214、排氣凸 輪凸角218，并且，往復運動的進氣門50、排氣門54分別支撐在發動機殼 體14中，接合凸輪軸210上各自的凸輪凸角214、 218。
發動機10還可以包括向發動機10工作或運動的零件提供潤滑劑的潤 滑系統。如本領域所理解的，潤滑系統可以包括與連桿相聯接的汲器或濺 灑器(未示出)，從而曲軸的轉動使汲器或濺灑器間歇地浸入保持在曲軸箱 中的潤滑劑中。這種運轉導致遍及曲軸箱循環的潤滑劑霧潤滑發動機10的 工作或運動零件。可替換地，如本領域所理解的，甩油器可以被可驅動地聯接到曲軸或凸輪軸，以生成潤滑劑霧。
參照圖7a，活塞34包括在活塞34上軸向隔開的多個活塞環38、 42、 46。最低的活塞環(如圖7a和7b所見)或刮油環38，用于從氣缸筒22上 擦去潤滑劑，從而基本防止潤滑劑混入空氣/燃料混合氣或防止廢氣接觸活 塞34的上部。設在刮油環38之上的活塞環42、 46或壓縮環42、 46，偏向 氣缸筒22，基本上密封活塞34上面的氣缸筒22部分，使其與活塞34下面 的氣缸筒22部分隔開。因而，壓縮環42、 46允許活塞34在燃燒室中產生 壓縮。參照美國專利第5,655,433號，其全部內容在此引作參考，用于有關 活塞和活塞環補充特征的補充論述。
參照圖6，發動機殼體14包括進氣口 58和進氣口 58下游的進氣道62。 進氣口 58設在發動機殼體14的第一側66。進氣道62由進氣口 58下游的 進氣流道67和進氣流道67下游的進氣孔68組成。在進氣孔68內裝有進 氣門50，從而在發動機10工作期間，進氣門50的往復運動允許空氣/燃料 的混合氣通過進氣口58、穿過進氣道62、經過進氣門50的頭部70，被間 歇地吸入氣缸蓋28的燃燒室和氣缸筒22，用于壓縮和燃燒。
進氣門底座襯套74通過壓配合或任何其它已知方法聯接到發動機殼體 14。進氣門底座襯套74包括經過倒角的內圍緣，其密封地接合進氣門50 的頭部70，阻止空氣/燃料混合氣進入燃燒室和氣缸筒22。氣門彈簧(未示 出)可以與進氣門50聯接，使進氣門50偏向"關閉"位置，在該位置中， 進氣門50的頭部70與進氣門底座襯套74接合，堵塞進氣道62。進氣門底 座襯套74可以用比發動機殼體14的材料更硬和/或更耐熱的材料制造。
進氣門50支撐在發動機殼體14中，用于通過與殼體14成一體的導管 78進行往復運動。更具體而言，進氣門50的桿部82由導管78支撐。如圖 6所示，桿密封86聯接到發動機殼體14,以便容納進氣門50的桿部82。 桿密封86可用于在進氣門50往復運動時擦拭桿部82，從而基本上防止桿 部82上的潤滑劑進入燃燒室。參照美國專利第6，202，616號，其在此引作 參考，用于有關桿密封86結構和操作的補充論述。
進氣道62還可以與進氣系統導通，以提供空氣/燃料混合氣。這種進氣 系統可以例如包括空氣濾清器(未示出)、化油器(未示出)和包含進氣跨 接通道的進氣歧管90 (參見圖9)。空氣濾清器過濾進氣，化油器將燃料添 加到進氣中，進氣跨接通道將空氣/燃料混合氣導向進氣口 58。參照圖6，發動機殼體14還包括排氣口 94和位于排氣口 94上游的排 氣道98。排氣口 94設在鄰近發動機殼體14第一側66的第二側102，而第 一側66具有進氣口 58。排氣道98由排氣口 98上游的排氣流道99和排氣 流道99上游的排氣孔100組成。在排氣孔100內裝有排氣門54，從而在發 動機10工作期間，排氣門54的往復運動允許廢氣經過排氣門54的頭部106、 穿過排氣道98、通過排氣口94，間歇地排出燃燒室和氣缸筒22。
排氣門底座襯套110通過壓配合或其它已知方法聯接到發動機殼體14。 排氣門底座襯套110包括經過倒角的內圍緣，其密封地接合排氣門54的頭 部106，阻止廢氣從燃燒室和氣缸筒22出來。氣門彈簧(未示出)可以與 排氣門54聯接，使排氣門54偏向"關閉"位置，在該位置中，排氣門54 的頭部106與排氣門底座襯套110接合，堵塞排氣道98。排氣門底座襯套 110可以用比發動機殼體14的材料更硬和/或更耐熱的材料制造。
排氣門54支撐在發動機殼體14中，用于通過設在殼體14內的氣門導 管114進行往復運動。更具體而言，排氣門54的桿部118由氣門導管114 支撐。與排氣門底座襯套110類似，氣門導管114可以用比發動機殼體14 的材料更硬和/或更耐熱的材料制造。因而，支撐排氣門54桿部118的氣門 導管114,可以改進排氣門54和排氣門底座襯套110的密封。
排氣道98還可以與排氣系統(未示出)導通，以排出廢氣。這種排氣 系統可以例如包括排氣歧管，用于從排氣口 94和消聲器接收廢氣。
參照圖8，發動機10還可以包括通氣器122，其可與形成在發動機14 內的通氣腔126接合。通氣器122通常去除曲軸箱18中存在的空氣/潤滑劑 混合氣中夾帶的潤滑劑(及潤滑劑霧)。在發動機10的工作期間，當曲軸 箱壓力在活塞34的工作行程或進氣行程(即，在活塞34的下沖程期間， 如圖7a所示)期間增高時， 一些空氣/潤滑劑混合氣通過進氣通道130從曲 軸箱18排入通氣腔126。
如圖8所示，通氣器122包括空氣/潤滑劑入口 134,以接收通氣腔126 中的空氣/潤滑劑混合氣或通氣器燃氣。通氣器122內部包括阻擋結構，從 汲入潤滑油的通氣器燃氣中分離出夾帶的潤滑劑。該阻擋結構使夾帶的潤 滑劑從混合氣中析出并蓄積在通氣器122的底部，同時通氣器燃氣從通氣 器122經第一出口 138排出。發動機殼體14包括通道142，用于使通氣器 燃氣從通氣器122回流到空氣濾清器下游的進氣系統，從而通氣器燃氣可以由發動機10燃燒。
通氣器122還包括第二出口 146，其面向通氣器122底部設置(如圖8 所示)。分離出的潤滑劑從通氣器經第二出口 146排出，并回到通氣腔126。 通氣腔126包括導通通氣腔126和曲軸箱18的排道150，從而分離出的潤 滑劑可以從通氣腔126排回到曲軸箱18，供發動機IO再次使用。
可以預見，與其它四沖程單缸小發動機相比，發動機10特征和方面的 多種組合將能使發動機10不用改進的燃料噴射系統或昂貴的尾氣催化劑， 就工作在較低碳氫化合物排放的理想水平。可以預見，在此所述的發動機 IO特征和方面的多種組合，將能夠使碳氫化合物排放量降低50%，而不用 使用改進的燃料噴射系統或昂貴的尾氣催化劑。
參照圖6，發動機IO采用了預計降低碳氫化合物排放的氣門密封裝置。 在所示結構中，進氣門底座襯套74徑向厚度T,大約為1.8mm 2.2mm， 排氣門底座襯套110徑向厚度T2大約為1.8 mm 2.2 mm。在發動機10的 一些實施例中，進氣門底座襯套74的軸向厚度大約等于徑向厚度T,的兩倍。 在發動機10的其它實施例中，排氣門底座襯套110的軸向厚度大約等于徑
向厚度T2的兩倍。
通過根據上面的參考值來確定進氣門底座襯套74、排氣門底座襯套110 徑向厚度的尺寸，襯套74、 110對來自氣門50、 54的熱量的耗散，表現出 很低的阻礙，這是因為熱量在到達發動機殼體14之前經過較短的距離傳導。 因而，很少的熱量被襯套74、 110"捕獲"，并可以發生更加一致的來自氣 門50、 54的熱量的耗散，導致襯套74、 110和氣門50、 54溫度的降低， 并減少襯套74、 110和氣門50、 54的扭曲或變形。而且，可以預見，通過 根據上面的參考值來確定進氣門底座襯套74、排氣門底座襯套110徑向厚 度的尺寸，可以允許在發動機工作期間更有效地密封進氣門50、排氣門54 和各自的襯套74、 110，盡可能地延長發動機10的使用壽命，提高發動機 10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的排放。
氣門密封裝置還可以包括使進氣門底座襯套74、排氣門底座襯套110 相隔大約2.5 mm 5 mm的壁厚W。通過根據上面的參考值來確定壁厚W 的尺寸，可以減少襯套74、 110之間的熱傳遞，使襯套74、 110的溫度更 加一致。結果，襯套74、 110更加一致的溫度，可以降低襯套74、 110在 發動機工作期間的變形。而且，通過根據上面的參考值來確定壁厚W的尺寸，可以使進氣門50、排氣門54和各自的襯套74、 IIO在發動機工作期間 更有效的密封。因此可以預見，這樣改進的氣門密封，可以延長發動機10 的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的排 放。
氣門密封裝置還可以包括將氣門導管114設置在發動機殼體14的加強 部，以便穩定氣門導管114，并因此支撐排氣門54的桿部118，使排氣閥 54穩定地進行往復運動。另外，氣門密封裝置還可以包括加強一部分發動 機殼體14，對進氣門50的桿部82提供輔助支撐，使進氣門50穩定地進行 往復運動。具體而言，參照圖2，加強筋154形成在支撐進氣門50桿部82 的發動機殼體14的部分上。加強筋154基本上可以防止進氣門50在發動 機10工作期間的側向運動。通過在往復運動期間穩定進氣門50、排氣門 54，促使氣門頭部106與進氣門底座襯套74、排氣門底座襯套110之間的 密封在發動機工作期間更加有效。因而，可以延長發動機10的使用壽命， 提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的排放。
參照圖6，氣門密封裝置還可以包括將桿密封86設為在進氣門50的往 復運動期間與進氣門50的桿部82滑動接觸。如上所述，桿密封86擦拭進 氣門50的桿部82，以便基本上防止潤滑劑進入進氣道62和被吸入燃燒室 而與空氣/燃料混合氣進行燃燒。潤滑劑的這種燃燒可以導致增加碳氫化合 物的排放。通過基本上密封潤滑劑以防止進入進氣道62以及被吸入燃燒室， 可以延長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機 IO碳氫化合物的排放。
氣門密封裝置還可以包括使排氣口 94與排氣流道99相隔尺寸Dl。高 溫廢氣從排氣口 94排出。同樣，使排氣口 94與排氣門底座襯套110相隔 尺寸D1，可以利于排氣門底座襯套110的冷卻更加一致和/或溫度更低。參 照圖6，排氣流道99與排氣門底座襯套110相隔約6 mm 12 mm的尺寸 Dl。通過根據上面的參考值將排氣流道99與排氣門底座襯套110隔開，可 以導致排氣門底座襯套110的冷卻更加一致和域溫度更低，這又可以促使 排氣門54和排氣門底座襯套110在發動機工作期間的密封更有效。因而， 可以延長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機 IO碳氫化合物的排放。
參照圖5、 6和9，發動機10采用了預計降低發動機10碳氫化合物排放的空氣流動裝置。該空氣流動裝置包括在進氣歧管90內形成進氣跨接通 道(參見圖9),使迸氣跨接通道具有沿其長度基本恒定的橫截面，以提高 進氣通過該通道的流動效率。參考2004年2月13日提交的美國專利申請 第10/779,363號，其全部內容在此引作參考，用于有關進氣跨接通道的補 充論述。該進氣跨接通道可以限定截面恒定的形狀，繼而限定恒定的橫截 面積，或者該進氣跨接通道可以限定截面變化的形狀，而同時保持恒定的 橫截面積。通過提高進氣和/或空氣/燃料混合氣通過進氣跨接通道的流動效 率，可以導致發動機10工作期間更有效的燃燒。因此可以預見，這樣改進 空氣流動，可以提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的 排放。
而且，進氣跨接通道從與排氣口 94隔開的位置吸入進氣。更具體而言， 進氣跨接通道從鄰近發動機殼體14第三側160的位置吸入進氣，第三側160 與第二側102相反。這能夠使發動機IO將更冷卻的進氣(即空氣/燃料混合 氣)吸入燃燒室。
參照圖6，進氣道62具有分別由基本上橫向穿過進氣道62的第一和第 二平面161、 162限定的第一和第二橫截面。第一橫截面大于第二橫截面， 并且比第二橫截面更遠離進氣口 58，以提高進氣和/或空氣/燃料混合氣通過 進氣道62的流動效率。在所示結構中，進氣孔68基本上為圓錐形，限定 了大約為8° 15°的夾角A,。通過提高進氣和/或空氣/燃料混合氣通過進氣 道62的流動效率，可以導致發動機10工作期間更有效的燃燒。因此可以 預見，這樣改進空氣流動，可以提高發動機10的性能，以及降低發動機IO 碳氫化合物的排放。
同樣，排氣道98具有分別由基本上橫向穿過排氣道98的第三和第四 平面163、 164限定的第三和第四橫截面。第三橫截面大于第四橫截面，并 且比第四橫截面更靠近排氣口 94，以提高尾氣通過排氣道98的流動效率。 在所示結構中，排氣流道99基本上為圓錐形，限定了大約為4° 10°的夾 角A2。通過提高尾氣通過排氣道98的流動效率，可以導致發動機10工作 期間更有效的燃燒。因此可以預見，這樣改進空氣流動，可以提高發動機 10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的排放。
參照圖9，發動機IO采用了預計降低發動機IO碳氫化合物排放的潤滑 劑控制裝置。參照圖9，潤滑劑控制裝置包括加強發動機殼體14鄰近凸緣26的部分170，以降低凸緣26和/或氣缸筒22在發動機10工作期間的撓曲。 發動機殼體14的加強部170在發動機殼體14第一側66上，處于在進氣歧 管90與發動機殼體14聯接時由進氣歧管90所覆蓋的位置。
如果沒有有效加強發動機殼體14鄰近凸緣26的部分，則在發動機工 作期間作用于氣缸蓋28上的力，可以引發凸緣26和/或氣缸筒22的撓曲。 更具體而言，在發動機工作期間作用于氣缸蓋28上的力，企圖使氣缸蓋26 與發動機殼體14分離。然而，氣缸蓋28通過多個螺栓緊固到發動機殼體 14上。結果，這些力被發動機殼體14吸收。圍繞氣缸筒22的無效加強可 以使氣缸筒22撓曲，這可以阻止活塞環38、 42、 46在發動機工作期間對 氣缸筒22有效地進行密封。如果活塞環38、 42、 46不能對氣缸筒22有效 地進行密封，則可以使潤滑劑進入燃燒室并被燃燒。因此，燃燒的潤滑劑 可以在活塞34上或者在燃燒室內生成沉淀物，這極可能導致發動機10性 能的下降以及增加發動機10碳氫化合物的排放。
然而，通過在發動機殼體14中設置加強部170，氣缸筒22很少可能在 發動機10工作期間撓曲。而且，發動機殼體14的加強部170可以改進活 塞環38、 42、 46在發動機工作期間對氣缸筒22的密封，籍此降低進入氣 缸筒22和燃燒室的潤滑劑的量。這樣改進活塞環38、 42、 46在發動機工 作期間對氣缸筒22的密封，還可以減少進入曲軸箱18的燃氣漏氣。因此 可以預見，這樣改進潤滑劑控制，可以延長發動機10的使用壽命，提高發 動機10的性能，以及降低發動機IO碳氫化合物的排放。
參照圖7a，潤滑劑控制裝置還包括確定壓縮環42、 46徑向厚度的尺寸， 以利于壓縮環42、 46的徑向對外撓曲，以便更加有效地對氣缸筒22進行 密封。在所示結構中，壓縮環42、 46的徑向厚度丁3大約為2.3 mm 2.7 mm。
潤滑劑控制裝置還包括確定壓縮環42、 46軸向厚度的尺寸，以利于對 氣缸筒22進行密封。在所示結構中，壓縮環42、 46的軸向厚度T4大約為 lmm 1.5mm。通過為壓縮環42、 46設定較小的徑向和軸向厚度，潤滑劑 很少可能在發動機工作期間進入燃燒室。因此可以預見，這樣改進的潤滑 劑控制，可以延長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降 低發動機10碳氫化合物的排放。
潤滑劑控制裝置還包括使用刮油環38，優先在發動機10的工作沖程和 進氣沖程期間從氣缸筒22上擦去潤滑劑。換言之，刮油環38被設計成優先在一個方向上從氣缸筒22擦去潤滑油。在所示結構中，刮油環38包括 兩個擦拭器174，該擦拭器偏向氣缸筒22并向下傾斜，以從氣缸筒22上擦 去潤滑油，使潤滑油返回到曲軸箱18。 一些刮油環所使用的擦拭器被設計 成在活塞向上和向下往復運動時都從氣缸上擦去潤滑油。這種設計在從氣 缸上擦去潤滑油時效率較低，并且可以使一些潤滑劑進入燃燒室。
通過提供具有方向性擦拭器174的刮油環38，潤滑劑很少可能在發動 機工作期間進入燃燒室。因此可以預見，這樣改進的潤滑劑控制，可以延 長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫 化合物的排放。
參照圖8，潤滑劑控制裝置還包括在通氣器122中設置第二出口 146， 處于通氣腔126中潤滑劑蓄積水平線(用線178表示)的上方。在所示結 構中，設置第二出口 146離通氣腔126最低壁182的尺寸D2至少6 mm， 使第二出口 146在發動機工作期間，基本上保持處于蓄積在通氣腔126中 的分離的潤滑劑的上方。如圖8所示的第二出口 146的設置，還允許發動 機IO在正常工作期間傾斜，而不會將第二出口 146浸在通氣腔126蓄積的 潤滑劑中。
如果第二出口 146基本上設置在圖8所示的線下，則由于活塞34的往 復運動而引起的通氣腔126中的壓力脈沖，可以引發蓄積的潤滑劑通過第 二出口 146重新進入通氣器122。如果使蓄積的潤滑劑重新進入通氣器122， 則潤滑劑可以與通氣器122中的空氣重新混合并從出口 138排出，重新引 入發動機10。如果允許這一情況發生，則可以使潤滑劑進入燃燒室并被燃 燒。因此，燃燒的潤滑劑可以在活塞34上或者在燃燒室內生成沉淀物，這 極可能導致發動機10性能的下降以及增加發動機10碳氫化合物的排放。
然而，通過提供改進的具有基本上遠離通氣腔126最低壁182隔開的 第二出口 146的通氣器122，蓄積的潤滑劑很少可能通過第二出口 146重新 進入通氣器122，籍此更加有效地防止潤滑劑進入燃燒室并被燃燒。因此可 以預見，這樣改進的潤滑劑控制，可以延長發動機10的使用壽命，提高發 動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的排放。
另外，確定第二出口 146的尺寸，以便控制返回曲軸箱18的空氣泄漏。 更具體而言，第二出口 146被形成為直徑大約為0.5mm 2mm的圓孑L，其 通流面積大約為0.2 mm2 3.1 mm2，而入口 134被形成為通流面積基本上大于第二出口 146的圓孔。如上所述確定第二出口 146的尺寸，通過減少 經過第二出口 146泄漏的汲入潤滑油的通氣器燃氣的量，提高了通氣器122 的效率，同時利于在通氣器122中析出的潤滑油，通過第二出口 146排入 通氣腔126。
參照圖7a-8，發動機10采用了預計降低發動機10碳氫化合物排放的 曲軸箱通氣器裝置。更具體而言，參照圖7a，曲軸箱通氣器裝置包括確定 壓縮環42、 46徑向厚度的尺寸，以利于壓縮環42、 46的徑向對外撓曲， 以便更加有效地對氣缸進行密封，如上所述。曲軸箱通氣器裝置還包括確 定壓縮環42、 46軸向厚度的尺寸，以利于對氣缸進行密封，如上所述。
通過根據上述值確定壓縮環42、 46的尺寸，活塞34可以更加有效地 對氣缸筒22進行密封。結果，極少可能發生燃燒空氣/燃料混合氣的漏氣， 通氣器122可以運行得更加高效。因此可以預見，這樣改進的曲軸箱通氣， 可以延長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機 IO碳氫化合物的排放。
參照圖8，曲軸箱通氣器裝置還包括在通氣器122中設置第二出口 146， 處于通氣腔126中潤滑油蓄積水平線的上方，如上所述。通過提供改進的 具有基本上遠離通氣腔126最低壁182隔開的第二出口 146的通氣器122， 蓄積的潤滑劑很少可能通過第二出口 146重新進入通氣器122，籍此更加有 效地防止潤滑劑進入燃燒室并被燃燒。因此可以預見，這樣改進的曲軸箱 通氣，可以延長發動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低 發動機IO碳氫化合物的排放。
參照圖10-12，活塞34包括基本圓形的頭部212和從頭部212延伸的 活塞裙216。基本圓形的頭部212通常在其外圓周限定圓柱面220 (參見圖 10)。頭部212包括多個槽溝，在這些槽溝內安裝環38、 42、 46，如上所述。
繼續參照圖10，活塞裙216包括彎曲的第一部分224，它的至少一部 分與圓柱面220共面。活塞裙216還包括具有孔232的基本扁平的第二部 分228，通過孔232容納連接銷(未示出)。如本領域所理解的，連接銷可 轉動地聯接活塞34和連桿36。活塞裙216還包括基本橢圓的第三部分236， 其連接彎曲的第一部分224和基本扁平的第二部分228。如圖12所示，基 本扁平的第二部分228和基本橢圓的第三部分236位于圓柱面220的徑向 內側。參照圖12，彎曲的第一部分224的至少一部分位于圓柱面220的徑向 內側。具體而言，彎曲的第一部分224外圓周上的點P1，位于彎曲的第一 部分224與圓柱面220共面的部分，而彎曲的第一部分224外圓周上的點 P2、 P3，分別位于彎曲的第一部分224與圓柱面220徑向向內相隔的部分。 換言之，彎曲的第一部分224與氣缸壁240之間的間距最小在點P1，而彎 曲的第一部分224與氣缸筒22的氣缸壁240之間的間距，在從點Pl向P2 以及從點P1向P3運動時增大。在所示結構中，全部點P1、 P2、 P3位于穿 過活塞裙216中間的共同水平面(未示出)上(參見圖ll)。
彎曲的第一部分224的這種形狀允許活塞34在點Pl與氣缸筒22緊配 合。在發動機10的一些結構中，在彎曲的第一部分224與氣缸壁240之間 在點P1可以采用0.013 mm的間隙。點P2、 P3位于彎曲的第一部分224在 發動機10工作期間經歷較大熱膨脹量的部分。通過將彎曲的第一部分224 上的這些部分與氣缸筒22內部隔開，允許這些部分變大，而基本上不會影 響發動機10的工作。活塞34可以與氣缸筒22在點Pl緊配合，以在其在 氣缸筒22內運動時提供改進的活塞34穩定性，同時允許點P2、 P3處有足 夠的間隙用于發動機IO工作期間的熱膨脹。增加活塞34在氣缸筒22內的 穩定性的結果在于，還可以穩定活塞環38、 42、 46在氣缸筒22中的運動。 因此可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可以降低潤滑油的消耗，以 及減少燃燒的潤滑油沉淀在活塞34和/或燃燒室內的量，籍此降低發動機 10炭氫化合物的排放。還可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可以減 少進入曲軸箱18的燃氣漏氣，籍此減少通過通氣器122和進入燃燒室的燃 氣的量。而且，可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可以延長發動機 IO的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合物的 排放。
參照圖11，活塞裙216的第一部分224與氣缸壁240相隔可變間隙， 該間隙從鄰近頭部212的活塞裙216的一端到活塞裙216的對端可變。更 具體而言，活塞裙216的第一部分224與氣缸壁240之間的最小間隙(用 CL1表示)大約在活塞裙216相對端之間的中途產生。而且，活塞裙216 的第一部分224與氣缸壁240之間的較大間隙(用CL2和CL3表示)朝向 活塞裙216相對端產生。在所示結構中，間隙CL1可以大約為0.013 mm， 間隙CL2可以大約為0.150mm，而間隙CL3可以大約為0.025 rrun。結果，如圖11所示，彎曲的第一部分224基本上為弧形，在活塞裙216 符合間隙CL1的位置上與氣缸壁240緊配合。加大的間隙CL2允許活塞裙 216朝向氣缸壁240熱膨脹。加大的間隙CL3提供用于改進活塞裙216與 氣缸壁240之間潤滑的附加間隙。因此在工作中，活塞34的最終配合在其 在氣缸筒22內運動時提供改進的活塞34穩定性。增加活塞34在氣缸筒22 內的穩定性的結果在于，還可以穩定活塞環38、 42、 46在氣缸筒22中的 運動。因此可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可以降低潤滑油的消 耗，以及減少燃燒的潤滑油沉淀在活塞34和/或燃燒室內的量，籍此降低發 動機10碳氫化合物的排放。還可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可 以減少進入曲軸箱18的燃氣漏氣，籍此減少通過通氣器122和進入燃燒室 的燃氣的量。而且，可以預見，這樣改進活塞和環的穩定性，可以延長發 動機10的使用壽命，提高發動機10的性能，以及降低發動機10碳氫化合 物的排放。
應當理解，本發明的低排放單缸發動機10，可以引入一個或多個氣門 密封裝置、潤滑劑控制裝置、空氣流動裝置以及曲軸箱通氣器裝置。 本發明的多個方面闡述在下面的權利要求中。
權利要求
1. 一種具有工作方向的單缸空冷發動機，該發動機包括發動機殼體(14)，其包括單氣缸筒(22)和曲軸箱(18)；單活塞(34)，其被配置成在單氣缸筒(22)內進行反復運動，以產生曲軸箱(18)中的壓力脈沖；通氣腔(126)，其至少部分地由曲軸箱(18)限定并相鄰于單氣缸筒(22)布置，所述通氣腔(126)包括在工作方向上的最低壁(182)，該最低壁限定出排道(150)，潤滑劑通過該排道流入曲軸箱中；以及；通氣器(122)，其與曲軸箱(18)相連并與曲軸箱(18)一起完全限定該通氣腔，該通氣器(122)包括在工作方向上的底部和大體從該在工作方向上的底部豎直延伸的壁，以至少部分地限定該通氣器的內部空間，該通氣器(122)具有一個空氣-潤滑劑入口(134)，其被配置成允許空氣-潤滑劑混合物穿過而到達該通氣器中，所述通氣器的壁具有一個出口(146)，該出口在底部上方與底部隔開第一非零距離，以便于從通氣器內部空間中將潤滑劑排放到通氣腔(126)，當發動機處于工作方向時，所述出口(146)在所述排道(150)上方與排道隔開第二非零距離(D2)。
2. 根據權利要求l所述的發動機，其特征在于，所述空氣-潤滑劑入口 (134)包括一個圓孔，且其中所述空氣-潤滑劑入口 (134)的流通面積由該圓孔的直徑來限定。
3. 根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，所述出口包括一個圓 孔，且其中所述出口的流通面積由該圓孔的直徑限定。
4. 根據權利要求1所述的發動機，其特征在于，所述第二非零距離(D2) 為至少6mm。
5. —種定位在工作方向上的發動機，所述發動機包括 發動機殼體，其包括曲軸箱和單氣缸筒；單活塞，其配置成在單氣缸中往復運動，以產生曲軸箱中的壓力脈沖;多個通氣腔壁，其形成為所述發動機殼體的零件，以至少部分地限定 一通氣腔，所述通氣腔壁中在工作方向上的最低者具有排道，其在曲軸箱 和通氣腔之間提供流體通道；以及通氣器，該通氣器包括至少部分地圍出一個通氣器空間的在工作方向 上的底部以及側壁，該通氣器與發動機殼體相連并與所述多個通氣腔壁一 起完全限定該通氣腔，該側壁包括一個空氣-潤滑劑入口，其在通氣腔和通 氣器空間之間提供流體連通，以及一出口，其允許流體從該出口流到通氣 腔，其中所述通氣腔包含有一部分流體，從而流體限定一液面，所述出口 定位在該液面上方一非零距離處。
6. 根據權利要求5所述的發動機，6mm。
7. 根據權利要求5所述的發動機， 面積在0.2mm2禾Q 3.1mm2之間。
8. 根據權利要求5所述的發動機， 實質上大于所述出口。其特征在于，所述非零距離為至少 其特征在于，所述出口限定的流通 其特征在于，所述空氣-潤滑劑入口
9. 一種發動機，包括發動機殼體，其包括單氣缸筒和曲軸箱，所述發動機殼體至少部分地 限定通氣腔，該通氣腔具有在發動機工作方向上的底部，該通氣腔與單氣 缸筒相鄰布置，并包括排道，用于與曲軸箱之間流體連通；單活塞，其配置成在單氣缸筒內進行反復運動，以產生曲軸箱中的壓 力脈沖；以及通氣器，其與通氣腔相鄰定位，并包括一通氣器空間，該通氣器包括 在發動機工作方向上的底部以及壁，該壁包括一空氣-潤滑劑入口和一出口， 該通氣器被配置成通過空氣-潤滑劑入口接收來自通氣腔的空氣-油的流動， 將油從該流動中分離出，并通過該出口將油排到通氣腔，所述出口定位在 通氣腔底部上方非零距離處。
10. 根據權利要求9所述的發動機，其特征在于，所述非零距離為至少 6mm。
11. 根據權利要求9所述的發動機，其特征在于，所述出口的流通面積 在0.2mm2和3.1 mm2之間。
12. 根據權利要求9所述的發動機，其特征在于，所述空氣-潤滑劑入 口實質上大于所述出口。
13. 根據權利要求9所述的發動機，其特征在于，所述排道穿過腔氣腔 的底部形成。
全文摘要
本發明提供一種低排放單缸發動機，包括具有單氣缸筒和曲軸箱的殼體；單活塞，其在單氣缸筒內反復運動以產生曲軸箱中的壓力脈沖；通氣腔，其包括在工作方向上限定出排道的最低壁，潤滑劑通過該排道流入曲軸箱中；及通氣器，其與曲軸箱一起完全限定該通氣腔，并包括在工作方向上的底部和從該底部豎直延伸的壁，以至少部分地限定該通氣器的內部空間，該通氣器具有空氣-潤滑劑入口，供空氣-潤滑劑混合物到達該通氣器中，通氣器的壁具有出口，其在底部上方與底部隔開第一非零距離，以從通氣器內將潤滑劑排放到通氣腔，當發動機處于工作方向時，該出口在排道上方與排道隔開第二非零距離，從而提高引入發動機的進氣和發動機排放的尾氣的流動效率。
文檔編號F02F1/42GK101424225SQ20081017454
公開日2009年5月6日 申請日期2005年8月15日 優先權日2004年8月17日
發明者戴夫·普羅克諾 申請人:布里格斯斯特拉頓公司