機械式發動機的製作方法

2023-10-11 02:26:34 2

專利名稱：機械式發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機，尤其涉及一種具有較高性能的機械式發動機，屬於機械製造領域。

背景技術：
要製造出一種高速、低噪音、低排放、低成本的發動機，特別是一種緊湊型的發動機，其問題主要集中在發動機的箱體、箱蓋、汽缸頭和配氣機構的設計方面，一個良好的設計對於發動機的製造、成本的控制、零部件的互換性以及製造裝配工藝的展開等等各個方面都具有良好的作用，因為要製造一種結構緊湊的發動機所面臨的主要任務不是發動機的性能，而是發動機的可大批量製造的特性，所以在設計此類發動機時應該綜合各方面的因素進行綜合的考量。同時為了滿足發動機小型化的要求，發動機在設計時零部件要儘可能地少，又為了充分利用設計空間，各個零件的物理形狀就要設計得非常不規則，但是這樣就為設計的變更和生產製造帶來較大的困難。
例如同樣是設計一款3-4馬力的汽油發動機，緊湊型的加工難度要遠遠高於非緊湊型的，這是因為其中的發動機的變形以及其衍生形式和生產工藝可變的彈性大大減低，從而造成製造成本大大增加(特別是加工成本和人工成本)，隨著社會經濟的發展，產品的材料成本會逐步降低，而人工成本和時間成本是不斷提高的，所以苛刻地追求材料成本的減低而忽視其他方面是不行的，並且緊湊型的結構還會對發動機的熱性能產生不利影響，因此要特別重視發動機的散熱問題。國外小型發動機的設計比較先進，現以本田公司為例進行主要說明。如圖3、圖4是本田公司生產的大約3.5馬力的汽油發動機的機體和箱蓋，其配氣機構主要由時規同步帶、帶輪、凸輪和氣門搖臂等組成，是OHC型(頂置凸輪)，因為凸輪轉速必須是曲軸的1/2，所以通過時規同步帶帶動凸輪和帶輪完成動力傳遞和減速，這種結構使得配氣機構的重量小，運轉慣性低，噪音小，適合相對高的轉速工作，但發動機的箱體19′和汽缸頭18′合二為一，從設計的角度講減少了零件的數量，使發動機的體積有所減小，但是從發動機零件的加工工藝和裝配工藝角度講，由於箱體19′和箱蓋18′是通過傾斜面K、K′來加工和裝配的，從而造成加工基準和設計基準的不重合，使得零件的加工變得比較困難，加工的形位公差有增大的趨向，極易造成大量的報廢零件，使得整機的成本反而上升；並且從圖3中可以看出，W部位完全遮住了此處的汽缸和汽缸頭18′，如果發動機的冷卻氣流是從此部位吹來的，那對發動機的散熱是極其不利的。圖5是本田公司生產的大約1.7馬力的汽油發動機的機體(箱體18＂與汽缸頭19＂製成一體，箱體18＂與箱蓋的安裝配合面K＂為斜面)，採用的是一種原始OHV(即下置凸輪式，配氣機構由氣門上搖臂、挺柱和凸輪構成，凸輪機構在曲軸箱內)結構，雖然結構簡單，可靠性高，並且不存在散熱困難，但是配氣機構是往復運動，外加機件質量和高轉慣性比較大，極高轉速工作下挺柱會因為慣性跳離搖臂，產生噠噠的噪音，所以這種形式的發動機不適合相對高速運轉。從技術角度來分析，同步帶發動機對頂杆的要求較高，特別是需要一條過硬的溼式同步帶，而這種設計並不能發揮出發動機應有的特性。另外，在發動機轉速位於4000-5000轉的範圍之內採用同步帶的OHC型發動機並沒有很大的製造和技術優勢。


發明內容
本發明的目的是為了克服已有技術存在的缺點，提供一種高速、低噪音、低排放、低成本的發動機。
本發明機械式發動機的技術方案是包括箱體，箱體連接汽缸頭和箱蓋，在箱體、汽缸頭和箱蓋組成的空腔內裝有曲軸連杆活塞系和配氣機構，箱體底部裝有油位傳感器，曲軸連杆活塞系是曲軸的直軸部分安裝正時齒輪和調速甩油齒輪，正時齒輪驅動配氣機構，調速甩油齒輪驅動潤滑和冷卻系統，曲軸的曲拐處連接連杆，連杆另一端連接活塞，活塞裝入箱體的汽缸孔中，曲軸一端伸出箱體連接執行元件，其特徵在於汽缸頭頂部制有槽式支架，槽式支架內設有左、右兩個安裝座，兩安裝座呈倒八字型，槽式支架下面制有兩個推桿安裝槽；所述的配氣機構是固定在箱體上的凸輪，凸輪上部兩面分別與進氣下搖臂和排氣下搖臂相接觸，兩搖臂通過下搖臂銷相連接並分別連接推桿，兩推桿穿過汽缸頭上的推桿安裝槽，並向上張開呈倒八字型，一根推桿連接進氣上搖臂，進氣上搖臂連接進氣門，排氣下搖臂經推桿連接排氣上搖臂，排氣上搖臂連接排氣門，排氣上搖臂和進氣上搖臂分別固定在左、右安裝座上，進氣門和排氣門的運動軸線方向與發動機活塞的運動軸線方向相同；箱體與箱蓋的配合安裝面為平面。
本發明的機械式發動機，汽缸頭頂部的槽式支架結構使得汽缸頭上的推桿安裝槽和其固定螺栓孔B容易布置，同時可在汽缸蓋上形成冷卻通道E、F，這些通道對於冷卻汽缸蓋上的熱三角區域G是非常有利的，並能提高發動機的性能；其配氣機構的結構及其與汽缸頭之間的安裝布局，使得上搖臂的主受力點和下搖臂的動力輸出點近似位於以上兩個力點和上搖臂及氣門的接觸點所形成的平面內，根據機械原理，這樣的布置使得推桿(推桿用來連接這兩個力點)在運動時產生的橫向擺動最小，從而對其運動的傳動比不會產生過大的影響，保證凸輪的外型曲線既能較好地符合氣門的生程規律，又可以避免凸輪的從動件不致產生異響和脫槽現象。此外，配氣機構的結構使得箱體與箱蓋的配合安裝面可製成平面，簡化了零件的加工工藝，使得零件的質量得到保證，減少了零部件生產的報廢率，降低了材料成本，並且採用已經成熟的零件加工工藝和組裝工藝便於組織大批量的生產，進一步降低單機成本。
本發明的機械式發動機，其推桿頂部朝各自的氣門中心線傾斜，並且推桿與曲軸軸線的夾角β是銳角，便於布置冷卻通道，使得安裝位置較為合理。其凸輪外安裝從動齒輪，從動齒輪與正時齒輪相嚙合，通過正時齒輪直接驅動凸輪，結構簡單，傳動可靠。槽式支架與汽缸頭分體製造，槽式支架與汽缸頭分別單獨後，再將槽式支架組裝到汽缸頭上。其所述的與凸輪上部兩面相接觸的進氣上搖臂與排氣上搖臂呈八字型，傳動可靠。其所述的左安裝座和右安裝座分別制有兩片耳朵，兩片耳朵之間制有卡槽，一個卡槽內安裝進氣上搖臂，另一個卡槽內安裝排氣上搖臂，分別經搖臂軸相固定，結構強度好。



圖1是本發明的裝配右剖視圖； 圖2是本發明的裝配主視圖； 圖3是本田公司生產的大約3.5馬力的汽油發動機的機體； 圖4是本田公司生產的大約3.5馬力的汽油發動機的箱蓋； 圖5是本田公司生產的大約1.7馬力的汽油發動機的機體； 圖6是本發明的配氣機構的結構示意圖； 圖7是本發明的汽缸頭的俯視圖； 圖8是本發明的汽缸頭的M—M剖視圖； 圖9是本發明的汽缸頭的N—N剖視圖。

具體實施例方式 本發明公開了一種機械式發動機，如圖1所示，包括箱體19，箱體19連接汽缸頭18和箱蓋22，在箱體19、汽缸頭18和箱蓋22組成的空腔內裝有曲軸連杆活塞系和配氣機構，箱體19底部裝有油位傳感器25，曲軸連杆活塞系是曲軸31的直軸部分安裝正時齒輪32和調速甩油齒輪33，正時齒輪32驅動配氣機構，調速甩油齒輪33驅動潤滑和冷卻系統，曲軸的曲拐處經連杆螺栓36和連杆蓋35連接連杆29，連杆另一端連接活塞28，活塞28裝入箱體19的汽缸孔48中，曲軸通過軸承341、342安裝於箱體上的軸承安裝孔中，曲軸31一端伸出箱體19連接執行元件；曲軸連杆活塞系通過調速甩油齒輪33與攪油調速齒輪37相嚙合來驅動，正時齒輪32驅動配氣機構，其特徵在於汽缸頭18頂部制有槽式支架185(如圖7-圖9所示)，槽式支架185可以和汽缸頭18做成一體，也可單獨製造後組裝與汽缸頭18上面，槽式支架185內設有左、右兩個安裝座183、184，兩安裝座183、184呈倒八字型(左安裝座183和右安裝座184的結構可以分別製成兩片耳朵，兩片耳朵之間制有卡槽186，一個卡槽內安裝進氣上搖臂13，另一個卡槽內安裝排氣上搖臂131，分別經搖臂軸7相固定)，槽式支架185下面制有兩個推桿安裝槽181、182；所述的配氣機構(其結構如圖6所示)是固定在箱體19上的凸輪2，凸輪2外安裝從動齒輪45，通過從動齒輪45與正時齒輪32相嚙合來直接驅動凸輪2，凸輪2上部兩面分別與進氣下搖臂3和排氣下搖臂4相接觸，並且進氣上搖臂13與排氣上搖臂131安裝後呈八字型，兩搖臂3、4通過下搖臂銷12相連接並分別連接推桿5，兩推桿5穿過汽缸頭上的推桿安裝槽181、182，並向上張開呈倒八字型，一根推桿5連接進氣上搖臂13，進氣上搖臂13連接進氣門11，排氣下搖臂4經推桿5連接排氣上搖臂131，排氣上搖臂131連接排氣門9，排氣上搖臂131和進氣上搖臂13分別固定在左、右安裝座183、184上，推桿5頂部最好朝各自的氣門中心線傾斜，並且使推桿5與曲軸31軸線的夾角β成銳角，這樣有利於布置冷卻通道，使得安裝位置較為合理，進氣門11和排氣門9的運動軸線方向與發動機活塞28的運動軸線方向相同；箱體19與箱蓋22的配合安裝面為平面。
下面詳細介紹一個安裝實例，如圖2所示，D平面的上部是汽缸頭18，汽缸頭18用螺栓和箱體19相連接組成發動機其他零件的安裝機架，曲軸連杆活塞系由活塞28、連杆29、連杆螺栓36、曲軸31、調速甩油齒輪33、正時齒輪32、曲軸31的支撐軸承341、342和連杆蓋35所組成，其中活塞28和連杆29通過一個銷子連接成一個總成首先裝入箱體19的活塞孔中；然後把軸承341、調速甩油齒輪33和正時齒輪32採用熱壓配(即通過加熱的方式使需要安裝的零件發生熱膨脹，然後用加壓力的方式安裝到另一個零件的配合面上)的安裝方式組裝於曲軸31上的相應位置，形成一個總成件後，把此總成件的軸承342壓入箱體19上的軸承安裝孔中，把上述兩個總成件相互移動到合適的位置，通過連杆螺栓36和連杆蓋35在曲軸31的曲拐處相連接，使之配合形成一個具有相互確定關係能量轉換部件。配氣機構具體包括凸輪軸1，凸輪2，進氣下搖臂3，排氣下搖臂4，推桿5，調節螺母6，上搖臂軸7，調節螺釘8，排氣門9，進氣門油封10，進氣門11，下搖臂銷12，進氣上搖臂13，排氣上搖臂131，氣門彈簧座14，擋圈15，氣門彈簧16，擋圈17。進氣下搖臂3、排氣下搖臂4、下搖臂銷12和擋圈17以圖6所示方式組裝後，無擋圈的一端裝入箱體19上相應的安裝孔中。凸輪軸1、凸輪2和擋圈15以類似的方式裝入箱體19上的相應安裝孔中，並且使進氣下搖臂3和排氣下搖臂4分別置於凸輪的兩面呈八字形。以上各個零件組裝完畢後，再進行下一步安裝。發動機的箱蓋22裝有攪油調速齒輪37(參見圖1)，攪油調速齒輪37通過固定銷38和擋圈39與箱蓋22相連接，攪油調速齒輪37可以在固定銷38上自由轉動，通過與調速甩油齒輪33進行嚙合來傳遞所需的動力。安裝箱蓋22時使其上面的孔N與凸輪軸1、孔M與下搖臂銷12分別對齊，通過皮錘擊打，使得軸承342(之前已經被壓入箱蓋22的軸承安裝孔中)的內孔在箱蓋22的帶動下套在曲軸31的相應位置上，然後鎖緊螺栓26。在箱體底部制有一個通孔46用來安裝油位傳感器25，可以實現的一個方案是由傳感器的安裝座23、傳感器25、固定螺栓43和密封圈41、42組成，裝配時把油位傳感器25穿過通孔46，使之伸到箱體19內部後，再用固定螺栓43(也可用其他固定方式)把油位傳感器25固定到安裝座23上，安裝座23與箱體19底部相固定。發動機在運轉過程中，如果機體中的機油少於某一定量，傳感器25就會發出一個信號使發動機停止工作，機油尺27上面刻有可用肉眼分辨的刻度，用來控制操作員加入的機油量，以免人為加入過多的機油而影響發動機的正常工作。
本發明的機械式發動機是四衝程的發動機，其零部件的運動傳遞和工作過程如下從圖2上看，設曲軸31的旋轉方向為逆時針，曲軸31上的正時齒輪32帶動從動齒輪45，從而帶動凸輪2轉動，轉動方向為圖2所示方向，凸輪推動排氣下搖臂4運動，通過推桿5、調節螺釘8和排氣上搖臂131傳遞到排氣門9，排氣門9克服氣門彈簧16彈力向下運動，排氣門打開，發動機汽缸進行排氣。當凸輪轉到某一位置時排氣門9打開，幅度達到最大(即排氣下搖臂4擺動到極限位置)，隨著凸輪的轉動，排氣門9打開幅度從大到小回到原位完成排氣過程；相同的道理，凸輪2的凸輪在轉動的某一時刻推動進氣下搖臂3，通過推桿5、調節螺釘8和進氣上搖臂13傳遞到進氣門11，進氣門11克服氣門彈簧16彈力向下運動，進氣門11打開，完成進氣過程(排氣和進氣過程存在一個時間差)；之後，排氣門9、進氣門11不再運動，隨著曲軸31的連續轉動發動機的汽缸完成餘下的壓縮-做功兩個過程，隨後又重複排氣-進氣-壓縮-做功過程，如此循環，周而復始。曲軸31上的調速甩油齒輪33和攪油調速齒輪37嚙合，隨著曲軸31的旋轉，調速甩油齒輪33帶動攪油調速齒輪37旋轉，兩者配合在箱體19內部打起機油的油霧，對發動機的運動零部件進行潤滑和冷卻。本發明的關鍵是通過位於箱體19內的凸輪2向箱蓋22一面的方向移動一個合適的距離，同時配合汽缸頭18上面安裝的推動發動機氣門的兩個上搖臂13、131向一個中心平面(這個平面是以汽缸的軸線和曲軸31軸線形成)的兩面大致對稱的分開，從而使設計一個單獨的小型發動機的合理汽缸頭18成為可能，這樣有利於簡化生產工藝降低生產成本，同時對發動機的散熱性能產生有利的影響，提高發動機的性能。
以上敘述只是本發明的一個較佳示例，非因此而限制本發明的權利範圍，所以運用本發明的說明書和附圖所作的等效技術變化，均同理包含於本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1、機械式發動機，包括箱體，箱體連接汽缸頭和箱蓋，在箱體、汽缸頭和箱蓋組成的空腔內裝有曲軸連杆活塞系和配氣機構，箱體底部裝有油位傳感器，曲軸連杆活塞系是曲軸的直軸部分安裝正時齒輪和調速甩油齒輪，正時齒輪驅動配氣機構，調速甩油齒輪驅動潤滑和冷卻系統，曲軸的曲拐處連接連杆，連杆另一端連接活塞，活塞裝入箱體的汽缸孔中，曲軸一端伸出箱體連接執行元件，其特徵在於汽缸頭(18)頂部制有槽式支架(185)，槽式支架(185)內設有左、右兩個安裝座(183、184)，兩安裝座(183、184)呈倒八字型，槽式支架(185)下面制有兩個推桿安裝槽(181、182)；所述的配氣機構是固定在箱體(19)上的凸輪(2)，凸輪(2)上部兩面分別與進氣下搖臂(3)和排氣下搖臂(4)相接觸，兩搖臂(3、4)通過下搖臂銷(12)相連接並分別連接推桿(5)，兩推桿(5)穿過汽缸頭上的推桿安裝槽(181、182)，並向上張開呈倒八字型，一根推桿(5)連接進氣上搖臂(13)，進氣上搖臂(13)連接進氣門(11)，排氣下搖臂(4)經推桿(5)連接排氣上搖臂(131)，排氣上搖臂(131)連接排氣門(9)，排氣上搖臂(131)和進氣上搖臂(13)分別固定在左、右安裝座(183、184)上，進氣門(11)和排氣門(9)的運動軸線方向與發動機活塞(28)的運動軸線方向相同；箱體(19)與箱蓋(22)的配合安裝面為平面。
2、如權利要求1所述的機械式發動機，其特徵在於推桿(5)頂部朝各自的氣門中心線傾斜，並且推桿(5)與曲軸(31)軸線的夾角(β)是銳角。
3、如權利要求1所述的機械式發動機，其特徵在於凸輪(2)外安裝從動齒輪(45)，從動齒輪(45)與正時齒輪(32)相嚙合。
4、如權利要求1所述的機械式發動機，其特徵在於槽式支架(185)與汽缸頭(18)分體製造。
5、如權利要求1所述的機械式發動機，其所述的與凸輪(2)上部兩面相接觸的進氣上搖臂(13)與排氣上搖臂(131)呈八字型。
6、如權利要求1所述的機械式發動機，其特徵在於所述的左安裝座(183)和右安裝座(184)分別制有兩片耳朵，兩片耳朵之間制有卡槽(186)，一個卡槽內安裝進氣上搖臂(13)，另一個卡槽內安裝排氣上搖臂(131)，分別經搖臂軸(7)相固定。
全文摘要
機械式發動機，包括箱體、汽缸頭和箱蓋，在由三者組成的空腔內裝曲軸連杆活塞系和配氣機構，箱體底裝油位傳感器，曲軸安正時齒輪驅動配氣機構和調速甩油齒輪驅動潤滑和冷卻系統，曲軸經連杆接活塞，曲軸一端連執行元件，其特徵在於汽缸頭頂制槽式支架內有呈倒八字型的左、右安裝座，槽式支架下制安裝槽；配氣機構是凸輪上部與進氣、排氣下搖臂接觸，兩搖臂經下搖臂銷相連並接推桿，兩推桿穿過安裝槽，向上張開呈倒八字型，一推桿經進氣上搖臂連進氣門，排氣下搖臂經推桿和排氣上搖臂連排氣門，排氣、進氣上搖臂固定在左、右安裝座上，進氣門和排氣門的運動軸線方向與活塞的運動軸線方向相同；箱體與箱蓋的配合安裝面為平面。
文檔編號F01L1/14GK101397920SQ20071007157
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者徐道聰, 陳吉明 申請人:陳吉明