雙凸輪內燃機油路的製作方法

2023-05-17 18:01:01 2

專利名稱：雙凸輪內燃機油路的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，具體地涉及單缸內燃機，例如那些用於為割草機、集水坑泵(sump pump)、可攜式發電機和其他設備提供動力的單缸內燃機。更具體地，本發明涉及在這種發動機中實現的雙凸輪設計和相關的油路。
背景技術：
單缸內燃機通常採用分別允許燃料和空氣進入發動機氣缸及允許廢氣排出氣缸的進氣閥門和排氣閥門。這些閥門通常由響應於凸輪的旋轉運動而向閥門傳遞直線運動的氣門機構驅動。在許多這樣的發動機中，進氣閥門和排氣閥門在一個方向上由各自的彈簧驅動(以關閉)，而在相反方向上由各自的搖臂驅動(以開啟)。搖臂又由跨在各自凸輪上的各自的推桿驅動，所述凸輪由凸輪軸支撐並圍繞其旋轉，而所述凸輪軸又由發動機的曲軸驅動。同樣由曲軸驅動的風扇將空氣吹過氣缸以對氣缸進行冷卻。
在這種發動機中，重要的是應至少向曲軸和凸輪軸的主軸承上提供潤滑油或者其他潤滑劑，並且這種潤滑油需經過濾。因此，多數單缸發動機還具有精心設計的潤滑系統以提供必要的潤滑。潤滑系統通常包括儲油器、油泵和由一系列通道組成的油路，潤滑油通過這些通道從油泵流向濾油器和需要潤滑的部件。通常通過在發動機的曲軸箱和罩/油底殼中鑽制或者鑄造管道的方法來製造油道。
具有這種設計的單缸發動機存在幾個局限。首先設置在這種發動機上的凸輪軸和搖臂之間的推桿，相互緊靠地設置在氣缸的單側。同樣地，氣缸蓋上的一對搖臂也相互緊靠地設置在氣缸蓋的單側，一對氣門也是如此。因此，氣缸蓋上的氣門之間的氣門橋(valve bridge)區域，也就是氣缸蓋上最熱的區域，比較狹窄且被部分地遮蔽了由風扇吹過氣缸蓋的空氣。結果，氣門橋區域可能未能得到如預期的很好的冷卻，這樣可最終引起氣缸蓋的減弱或斷裂，或者引起靠近此氣門橋區域的氣門座的變形/移動。
另外，這種單缸發動機中的油路通常設計複雜且製造昂貴。具體地，為了在曲軸箱壁和罩/油底殼中設置所需的油道而必需的鑽孔或鑄造，在製造上可能會昂貴和困難。由於需要在發動機材料(如，鋁)中使用型芯或鑄造金屬管，所以管狀通道的鑄造尤其昂貴。這些鑽孔或者(涉及型芯或金屬管的)鑄造工序增加了發動機製造的複雜性和成本。
而且，由於其複雜性和大量的運動部件，這種發動機的氣門機構(包括凸輪軸和曲軸)的設計和製造同樣會困難和昂貴。例如，這種發動機的凸輪軸上的兩隻凸輪通常必須不同地定向，使得其各自的主凸輪凸角分開100度或者更大度數。因此製造帶有兩隻這樣不同定向的凸輪的凸輪軸會是困難且昂貴的，特別是在需要將凸輪軸和凸輪整體形成為單一部件的時候。如果需要使用更耐用或者可提供更安靜操作的材料來製造這種部件，則這種氣門機構部件的製造成本可能會進一步加劇，因為使用這種材料模製或加工複雜的部件通常會更加困難。
所以如果設計出一種能避免或減輕以上問題的新型單缸發動機將會十分有利。特別地，如果能夠設計出帶有堅固的、工作安靜的部件的新型單缸發動機，且其比常規發動機製造更容易且更加成本低廉，尤其是關於涉及氣門機構和潤滑系統的部件的成本，則會是極為有利的。此外，如果能夠設計出比在常規發動機中更有效地冷卻氣門橋區域的單缸發動機，將會是非常有利的。

發明內容
本發明人已開發出一種新型的、雙凸輪單缸發動機設計，該發動機具有兩根由曲軸分別驅動的凸輪軸。由於採用了兩根凸輪軸，其中一根驅動進氣閥的氣門機構，另一根驅動排氣閥的氣門機構，所以將氣門分別設置在氣缸的相對兩側，使得氣門橋區域暴露出來，從而使該區域得到更有效的冷卻。雙凸輪軸的每根軸包括有延伸各自凸輪軸長度的各自的內部通道。其中一根凸輪軸由油泵支撐。該凸輪軸的旋轉驅動油泵，從而將油通過該凸輪軸中的內部通道泵送，並且(在一些實施例中)也抽向曲軸的下軸承。
經過凸輪軸中的內部通道泵送的油隨後流經曲軸箱頂部中的鑄造通道，首先到達濾油器，然後從濾油器到達曲軸的上軸承以及另一根凸輪軸。通過上軸承和下軸承或者僅通過上軸承提供給曲軸的油，進一步經曲軸中的通道流傳送到曲柄銷軸承以及支撐配重的偏心軸承。流經曲軸箱頂部中的內部通道到達另一根凸輪軸的油繼續流經該凸輪軸，流到該凸輪軸的下軸承。
曲軸箱頂部中的通道是通過在該頂部內鑄造溝槽，並使用附加的板覆蓋這些溝槽而形成的。由於採用了雙凸輪軸，且每根凸輪軸只有單一的凸輪凸角，所以可更容易地使用堅固耐用的、工作安靜的材料來製造凸輪軸。另外，由於採用了在曲軸箱頂部和凸輪軸中的通道，所以油路的製造比在常規發動機設計中更容易且更加成本低廉。具體地，與可對比的常規發動機相比，曲軸箱中的鑽制通道的數量和複雜性得以降低。因此，可以相對較少的努力和費用製造出發動機，其將加壓的油提供給發動機中的多種部件，包括例如，發動機的曲軸上的曲柄銷和偏心軸承。
具體地，本發明涉及一種內燃機，其包括曲軸箱；由曲軸箱支撐的油泵，其中該油泵具有進口和第一出口；以及第一凸輪軸，其具有在第一凸輪軸的第一端和第二端之間延伸的第一通道，其中第一凸輪軸端至少間接地由油泵和曲軸箱中之一支撐，且其中潤滑劑從上述油泵提供給上述第一通道的第一端並經第一通道傳送到第二端。該內燃機進一步包括由曲軸箱支撐的曲軸；第二通道，其將通過第一通道輸送到第一凸輪軸的第二端的潤滑劑的至少第一部分傳送到曲軸的第一曲軸軸承；以及位於曲軸中的第三通道，其接收通過第二通道傳送的潤滑劑的至少第二部分，並且將潤滑劑的第二部分的至少第三部分進一步傳送到曲軸上的曲柄銷軸承。
本發明還涉及一種系統，其包括能夠提供潤滑劑的泵；第一通道，其至少部分地連接泵與曲軸軸承，以便將泵提供的潤滑劑的至少第一部分傳送到曲軸軸承；以及關於曲軸軸承支撐的曲軸。該曲軸進一步包括第一偏心軸承，其中該第一偏心軸承設置為支撐至少一個配重部件；和位於曲軸中的第二通道，其中通過曲軸軸承向該第二通道提供有潤滑劑的至少第二部分，並且該第二通道將潤滑劑的至少第三部分傳送到第一偏心軸承的第一外表面。
本發明還涉及一種單缸內燃機，其包括氣缸、曲軸箱、至少間接地由曲軸箱支撐的第一凸輪軸、和至少間接地由曲軸箱支撐的第二凸輪軸，其中該第一凸輪軸包括第一凸輪且第二凸輪軸包括第二凸輪。該發動機還包括至少間接地由曲軸箱支撐的曲軸，其中該曲軸至少間接地與每根第一和第二凸輪軸連接以便曲軸的旋轉引起每根第一和第二凸輪軸及其各自凸輪的旋轉，並且其中各自凸輪的旋轉能夠分別產生與氣缸關聯的第一和第二氣門的相應的運動。該發動機另外還包括用於將潤滑劑傳送到至少一個與曲軸關聯的軸承的裝置。
本發明還涉及一種在內燃機中傳送潤滑劑的方法。該方法包括將潤滑劑的至少第一部分通過至少一條第一通道傳送到曲軸軸承；並且進一步將潤滑劑的至少第二部分從曲軸軸承通過曲軸中的至少一條第二通道傳送到偏心軸承，其中該偏心軸承設置為用於支撐配重的至少一部分。


圖1是從發動機上設置有起動機和氣缸蓋的一側觀察到的單缸發動機的第一透視圖；圖2是從發動機上設置有空氣濾清器和濾油器的一側觀察到的、圖1的單缸發動機的第二透視圖；圖3是圖1的單缸發動機的第三透視圖，其中拆除了發動機的部分零件以顯示發動機的其它內部零件；圖4是圖1的單缸發動機的第四透視圖，其中拆除了發動機的部分零件以顯示發動機的其它內部零件；圖5是圖1的單缸發動機的第五透視圖，其中拆除了曲軸箱的頂部以顯示曲軸箱的內部；圖6是圖1的單缸發動機的第六透視圖，其中示出曲軸箱的頂部與曲軸箱的下部分解；圖7是圖1的單缸發動機的俯視圖，示出了發動機的內部部件；圖8是圖1的單缸發動機的氣門機構的部件的透視圖；圖9是圖1的單缸發動機的曲軸箱下部和氣缸的俯視圖，其中特別示出了油泵；圖10是從曲軸箱與氣缸相對的一側觀察到的、圖1的單缸發動機的曲軸箱下部的正視圖；圖11和12分別為沿著圖10的線11-11和線12-12得到的圖9中所示油泵的一個實施例的橫剖視圖；圖13是沿著圖9的線13-13得到的、圖9-10的曲軸箱的下部和圖11-12的油泵的橫截面側視圖；圖14是沿著圖9的線14-14得到的、圖9-10的曲軸箱的下部和圖11-12的油泵的橫截面側視圖，其中特別示出了連接油泵和曲軸軸承的油道；圖15是連接油泵和主曲軸軸承的油道的另一實施例的分解圖(與圖14相對照)；圖16是示出圖1的單缸發動機中的油路的框圖；圖17是圖6中所示的單缸發動機的曲軸箱頂部的下側的視圖，其中示出用於覆蓋頂部中的鑄造通道的板與頂部的其餘組件相分解；圖18是能夠用於圖1的單缸發動機中的示例性曲軸的側視圖；圖19是能夠用於圖1的單缸發動機中的另一示例性曲軸的相關部件的分解透視圖；圖20是圖19的曲軸的部件沿曲軸的中心軸的橫剖視圖；以及圖21是作為圖19的曲軸的一部分的一對凸緣之一的正視圖。
具體實施例方式
參考圖1和圖2，由威斯康星州科勒市的科勒公司設計的新型單缸4衝程內燃機100，包括曲軸箱110和鼓風機殼120，在鼓風機殼中設有風扇130和飛輪140。發動機100還包括起動機150、氣缸160、氣缸蓋170和搖臂蓋180。氣缸蓋170上設有圖1中所示的排氣口190和圖2中所示的進氣口200。如本領域中所公知的，在發動機100運行時，活塞210(見圖7)在氣缸160中朝向和遠離氣缸蓋170進行往返運動。活塞210的運動又引起曲軸220(見圖7和圖18)的旋轉，以及與曲軸連接的風扇130和飛輪140的旋轉。風扇130的旋轉冷卻發動機，而飛輪140的旋轉使得可保持相對恆定的旋轉動量。
具體地參考圖2，發動機100還包括與進氣口200連接的空氣過濾器230，用於在將空氣提供給氣缸蓋170之前過濾發動機所需的空氣。提供給進氣口200的空氣通過氣缸蓋170傳送到氣缸160中，並通過從氣缸流經氣缸蓋，然後流出排氣口190而排出發動機。空氣通過氣缸蓋170流入和流出氣缸160，是分別由進氣閥240和排氣閥250控制的(見圖8)。此外如圖2中所示，發動機100包括濾油器260，發動機100的油流經該過濾器並得到過濾。具體地，濾油器260分別通過輸入管路270和輸出管路280與曲軸箱110相連接，通過這些管路加壓的油流入濾油器中，然後從濾油器返回曲軸箱。
參考圖3和圖4，所示的發動機100拆除了鼓風機殼120以露出曲軸箱110的頂部290。關於圖3，其中還拆除了風扇130和飛輪140，示出了根據風扇130和/或飛輪140的旋轉而產生電流的線圈300，其中風扇130和飛輪140共同用作永磁發電機。此外，所示的曲軸箱110的頂部290具有一對凸板310，用以覆蓋一對直齒輪320、325(見圖5和圖7-8)。關於圖4，其示出了位於曲軸箱110的頂部290上方的風扇130和飛輪140。此外，圖4示出了不帶有搖臂蓋180的發動機100，以更清楚地顯示出一對管330、335，其中一對相應的推桿340、345穿過此對管延伸。推桿340、345在曲軸箱110中的一對相應的搖臂350、355和一對凸輪360、365(見圖8)之間延伸，下面將對此進一步說明。
轉到圖5和圖6，所示發動機100的曲軸箱110的頂部290從曲軸箱110的下部370上拆開，以顯示出曲軸箱的內部380。此外在圖5和圖6中，示出了剖切的發動機100，排除了超出氣缸160的發動機的部分，例如氣缸蓋170。關於圖6，以分解圖示出曲軸箱110的頂部290位於曲軸箱的下部370上方。在本實施例中，下部370不僅包括曲軸箱的底板390，還包括曲軸箱的所有四個側壁400，而頂部290隻起到曲軸箱蓋的作用。頂部290和下部370製造為兩個單獨的部件，因此為打開曲軸箱110，需要將頂部從下部物理地移開。此外如圖5中所示，曲軸箱110內的一對齒輪320、325構成各自凸輪軸410、415(也見圖8)的一部分，而所述凸輪軸又由曲軸箱110的下部370支撐。如關於圖9-12進一步說明的，凸輪軸410具體由泵412支撐，而泵又由曲軸箱110的下部370支撐。由於泵412沿著用作儲油器的曲軸箱110的下部370所設置的位置，泵412接收收集在曲軸箱110下部370內的油。泵412進而由於凸輪軸410的旋轉而被驅動。在圖5中還示出了沿著底板390設置的、支撐曲軸220的下曲軸軸承540。
參考圖7，給出了發動機100的俯視圖，其中示出了發動機的其它內部部件。具體地，圖7顯示出氣缸160內的、將通過連杆420連接到曲軸220上的活塞210。曲軸220又與旋轉平衡塊430和配重440相連接，這些平衡部件平衡部分由活塞210施加在曲軸220上的作用力。曲軸220上的齒輪又與每個齒輪320、325相接觸，因此曲軸將旋轉運動傳遞給凸輪軸410、415。圖7還示出了設置在氣缸蓋170上的火花塞450，其在發動機動力衝程中提供火花，使得在氣缸160中產生燃燒。火花塞450的電能由線圈300提供(見圖3)。
繼續參考圖7且另外參考圖8，示出了發動機100的兩個氣門機構460、461的元件。氣門機構460、461分別包括各自的凸輪軸410、415，且凸輪軸分別包括各自的齒輪320、325，還分別包括位於齒輪下方的各自的單凸角凸輪360、365。由於每根凸輪軸410、415隻包括具有單凸角的單個凸輪，(與具有多個凸輪的凸輪軸相比較)凸輪軸可以容易地由單件堅固塑料或其它材料模製或另外加工。使用這種堅固材料可以使凸輪360、365與各自的推桿340、345之間的相互作用更加安靜，從而使發動機100的整體運行更加安靜。在一個實施例中，凸輪360、365整體模製在各自的齒輪320、325的各自的後部，且凸輪410、415是相同的，使得凸輪更易於大批量生產。
此外，可旋轉地安裝在曲軸箱110上的各自的凸輪從動臂470、475伸展放置在各自的凸輪360、365上。各自的推桿340、345又放置在各自的凸輪從動臂470、475上。隨著凸輪360、365的旋轉，推桿340、345由與旋轉凸輪滑動接觸的凸輪從動臂470、475暫時向外推離曲軸箱110。這引起搖臂350、355搖動或旋轉，從而使得各自的氣門240和250朝向曲軸箱110打開。然而，當凸輪360、365繼續旋轉時，推桿340、345可通過凸輪從動臂470、475向內返回到其初始位置。
設置在氣缸蓋170和搖臂350、355之間的一對彈簧480、490分別提供在趨向於關閉氣門240、250的方向上趨向於搖動搖臂350、355的力。而且，作為彈簧480、490在搖臂350、355上的此加壓作用的結果，迫使推桿340、345回復到其原來的位置。氣門機構460、461設計為具有適當的搖臂傳動比(rocker ratio)和質量，以控制對於凸輪360、365的接觸應力水平。圖7還示出了各自的氣門機構460、461的部件設置在氣缸160和氣缸蓋170的相對兩側，從而顯露出氣門橋區域610。
在本實施例中，發動機100為立軸式發動機，能夠輸出15-20馬力，用於例如割草機等多種消費性園藝機械。在其它實施例中，發動機100還可實現為橫軸式發動機、設計成輸出更大或者更小量的功率、和/或用於多種其他類型的機械中，例如吹雪機。此外，在其它實施例中，發動機100中的部件的具體設置可與以上圖示和描述的那些不同。例如，在一個可選實施例中，凸輪360、365可以設置在齒輪320、325的上方而不是齒輪的下方。
仍然參考圖8，凸輪軸410、415具有各自的內部通道500、505，可通過這些通道傳送油或其它潤滑劑。具體地，內部通道500將油從油泵412向上傳送至齒輪320，而內部通道505則將油從齒輪325向下傳送至凸輪軸415的基部，其中該凸輪軸放置在曲軸箱110的底板390上。如參考圖16更完整地討論的，內部通道500、505構成發動機100的整體油路的一部分。
轉到圖9和圖10，其中給出了曲軸箱110的下部370的俯視圖和(從與氣缸160相對的側壁400觀察到的)正視圖。圖9具體示出了由曲軸箱的底板390支撐的油泵412。進一步參考圖11-14，其中更詳細地示出了油泵412。具體參考圖11-12，其分別為沿著圖10的線11-11和線12-12得到的油泵412的剖視圖，如圖中所示，優選實施例中的油泵是具有常規設計的擺線泵(或者可選的是新月形齒輪泵)，其具有設置在外齒圈515內的內齒輪510，該外齒圈的內圓周上設有輪齒。
圖13-14分別為沿著圖9的線13-13和線14-14得到的橫剖視圖，如其中所示，內齒輪510和外齒圈515包含在殼體520內，該殼體520放置在曲軸箱110的底板390中的腔體518中。在所示實施例中，齒輪510、515具體地放置在底板390上，且殼體520圍繞上述齒輪從底板390向上延伸。然而，在可選實施例中，齒輪510、515完全包含在殼體中，殼體再放置於底板390上。該殼體由剛性材料製成，使得圍繞齒輪510、515的空間包絡面更加精確以提供油泵412的改進的性能。
具體地如圖11和圖13中所示，內齒輪510具有內孔524，凸輪軸410貫穿該內孔設置。因而，凸輪軸410的內部通道500一直延伸到內齒輪510的底側528。內齒輪510壓配合或以其它方式連接在凸輪軸410上。因此，當驅動凸輪軸410旋轉時，即引起內齒輪510及外齒圈515在殼體520內旋轉。曲軸箱110的底板390或在可選實施例中殼體520的一部分支撐內齒輪510和凸輪軸410，因此形成該凸輪軸的下凸輪軸軸承555。
參考圖12，與其它擺線泵(或新月形齒輪泵)相同，油泵412的內齒輪510的輪齒數量少於外齒圈515，且兩個齒輪的中心軸彼此稍微錯開。因此當齒輪510和515旋轉時，在油泵412的進口管525中產生部分真空，從而將油經過進入孔550沿著殼體520外側的曲軸箱底板390抽入油泵412中。另外，同時參考圖13，由於油泵的運行而抽入油泵412中的油進而又經過出口通道535和曲軸軸承出口通道530排出油泵。
如圖11、13和14中所示，出口通道535由曲軸箱110的底板390內(或者殼體520內)的槽532構成，該槽在內齒輪下方從內齒輪510和外齒圈515之間徑向延伸至內孔524。由於出口通道535、內齒輪510、凸輪軸410和內部通道500的設置，由出口通道排出的部分油潤滑軸/內齒輪的下軸承555。由出口通道535排出的其它油通過凸輪軸410的內部通道500向上泵送。這部分油為發動機100的多個其它部件提供了潤滑，下面會參考圖16-17進一步說明。
如圖12和圖14中所示，曲軸軸承出口通道530是從油泵412沿著油泵的頂部幾乎延伸到支撐曲軸220的下曲軸軸承540的管道。使用附加的連接裝置585將曲軸軸承出口通道530連接到下曲軸軸承540上，並進一步通過軸承中的孔口587連到軸承內部，從而完成了從油泵412到軸承540的油道。在一個實施例中，連接裝置585是一種橡膠管，其具有設計成伸入曲軸軸承出口通道530內的第一端590和設計成安裝在孔口587內的第二端592。油從曲軸軸承出口通道530流經連接裝置585進入下曲軸軸承540中。在圖14所示的實施例中，曲軸軸承出口通道530還包括減壓閥594，允許油通過該出口通道中的孔597流出曲軸軸承出口通道530，使得如果油壓變得過高時油可以流出該系統。在所示的實施例中，閥594包括球體596和彈簧599，當然也可以使用其它類型的閥門。
參考圖15，示出了圖12和圖14的油道的另一實施例的分解圖。具體地，圖15示出了連接曲軸軸承出口通道530和軸承540的一種可選的連接裝置685。具體地，連接裝置685具有第一端690，其通過邊緣696與第二端692分隔開，該邊緣696在第一端和第二端之間從連接裝置向外延伸。邊緣696使連接裝置685相對於曲軸軸承出口通道530和下曲軸軸承540保持在適當位置上。第一端690具有足夠的長度以延伸經過孔597，並且當連接裝置685插入出口通道530時，第一端690將球-彈簧閥694(或其它類型的閥)支撐在與孔597對準的位置上。
參考圖16，使用框圖示意出發動機100的整體油路545，油通過此迴路從曲軸箱110的底板390泵送至發動機中的各種部件。如圖所示，油從進入孔550抽入進口管525中，其中該進入孔形成了沿著曲軸箱110的底板390的取油器(oil pick-up)。隨後油被提供給油泵412。在所示的實施例中，油泵412將部分油經出口通道535排出到凸輪軸410的下凸輪軸軸承555，而將其餘部分的油經過曲軸軸承出口通道530排出。被泵送出曲軸軸承出口通道530的油再通過連接裝置585(或連接裝置685)提供給下曲軸軸承540，和/或通過減壓閥594(或閥694)和孔597返回到(油泵412外側的)曲軸箱110的底板390。在可選實施例中，部分油經出口通道535排出，而其餘部分的油被泵送至不同於曲軸軸承出口通道530或者除此之外的其他位置。在另外的可選實施例中，所有的油經出口通道535排出。
經出口通道535泵送出的大部分油不會保留在下凸輪軸軸承555處，而是通過凸輪軸410的內部通道500繼續向上，並沿著該凸輪軸的上凸輪軸軸承565流出。隨後大部分的油繼續通過輸入管路270到達濾油器260，油在此得到過濾。一經過濾後，油繼續通過輸出管路280。一部分油沉積在上曲軸軸承570處，而一部分油繼續沿著附加管路598流到軸415的上凸輪軸軸承575處。該部分油的一部分隨後繼續向下沿著軸415的內部通道505流到沿曲軸箱110下部370的、該軸的剩下的下凸輪軸軸承580。
圖17示出了曲軸箱110頂部290的內側600，以進一步闡明油路545的設計。具體地，示出了支撐各自凸輪軸410、415的上凸輪軸軸承565、575和支撐曲軸220的上曲軸軸承570。該圖還示出了模製在頂部290中的凹槽602、604和606，以分別形成連接上凸輪軸軸承565和濾油器260的輸入管路270、連接濾油器和上曲軸軸承570的輸出管路280以及連接濾油器和上凸輪軸軸承575的附加管路598。凹槽602、604和606具有半圓形橫截面，且通過使用板601覆蓋這些凹槽而形成管路270、280和598。
雖然板601可以是平坦的，但在所示的實施例中該板具有槽605、607和609，它們與凹槽602、604和606互補以分別形成管路270、280和598。板601可以通過螺釘或其它緊固件或方法固定在頂部290上。在圖8中所示的輸入管路270和輸出管路280的確切路徑與圖7中所示的管路路徑有些不同，在於圖7中所示的路徑是直線的，而圖8中的路徑更彎曲一些。因此取決於實施例，輸入管路270、輸出管路280和附加管路598可以沿著各種不同的路徑。這種通過模製凹槽和板601形成管路270、280和598的方式，與通過使用型芯、金屬管等將封閉式通道完全鑄造或鑽制在頂部290中的可選方法相比，更為簡單和更加節約成本，雖然在可選實施例中也可使用這樣其它的方法來製造通道。
再次參照圖16且另見圖18，提供給上曲軸軸承570和下曲軸軸承540的油均用於潤滑曲軸軸承本身，同時也用於潤滑沿著曲軸220長度上的其它軸承。如圖18中所示，沿著曲軸220的每個上軸軸承部700和下軸軸承部710均包括各自的環形凹槽712，油通過上曲軸軸承570和下曲軸軸承540(例如，通過這些軸承中的孔)輸送到上述環形凹槽中。在曲軸220中分別鑽制的上孔708和下孔718，從上軸軸承部700和下軸軸承部710的各自的槽712，分別穿過上曲柄臂720和下曲柄臂730，延伸至曲軸的曲柄銷701中延伸的內部通道724，該曲柄銷基本上平行於曲軸220的中心軸726。
如圖所示，上孔708和下孔718相對於中心軸726以傾斜的角度在槽712與曲柄銷701之間延伸。通過以此方式鑽制孔708、718，每個孔708、718可僅通過鑽制單一的直孔而分別形成。然而，在所示的實施例中，必須鑽制三個其它的孔以便將油傳送到沿著曲軸220的三個不同的位置。首先，曲柄銷701包括第一附加孔715，其連接內部通道724與形成曲柄銷軸承702的曲柄銷外表面。因此，通過上孔708和下孔718提供給內部通道724的油接著再傳送到曲柄銷701的外側，以向曲柄銷軸承702提供潤滑。
此外如圖18中所示，曲軸220分別包括第一和第二偏心軸承704和706，用於支撐一個或多個配重440。具體地，第一偏心軸承704沿著曲軸220設置在上曲柄臂720與上軸軸承部700之間，而第二偏心軸承706設置在下曲柄臂730與下軸軸承部710之間。為了向第一和第二偏心軸承704和706提供油，分別鑽制第二和第三附加孔722和732，以分別將各自的上孔708和下孔718與上偏心軸承和下偏心軸承相連接。
第一、第二和第三附加孔715、722和732大體定向為使得這些孔到達曲柄銷軸承702、第一偏心軸承704和第二偏心軸承706的表面並接近這些軸承的側邊緣。即，孔715、722和732大體定向為使得這些孔不到達離中心軸726最遠或者最近的軸承部分附近的軸承表面。這些孔715、722和732的方向選擇為使得在發動機運行期間，由連杆420或者配重440施加給軸承的壓力不會不期望地限制或者過分增強油流出這些孔。
圖16以示意性的形式示出，泵送至上曲軸主軸承570和下曲軸主軸承540的油接著分別經過上孔708和下孔718、通過內部通道724和第一附加孔715，向曲柄銷軸承702泵送，另外還經過第二和第三附加孔722、732泵送至上偏心軸承704和下偏心軸承706。儘管圖16的實施例分別通過上曲軸主軸承570和下曲軸主軸承540向曲軸220提供了雙重的油流動路徑，但在可選實施例中，單一的流動路徑也能滿足需要。例如，如果油不再通過連接裝置585泵送至下曲軸主軸承540，仍然可以通過上曲軸主軸承570將油提供給曲軸220，此外，仍然可以通過上孔708和下孔718以及內部通道724將油提供給下曲軸主軸承540。在希望所有提供給曲軸220的油在提供給曲軸之前經過濾油器260過濾的情況下，這樣的可選流動路徑將會是所期望的。
前述實施例與常規系統相比具有多種優點。具體地，因為油通過凸輪軸410和415傳導，所以不需要為了將油從曲軸箱底板提供到沿著曲軸箱頂部的軸承，而在曲軸箱的壁面內鑄造或以其它方法製造油道。並且，由於頂部290是可拆卸的，且可簡單地製造為包括輸入管路、輸出管路和附加管路，所以製造將油提供給濾油器和沿著曲軸箱頂部的各種軸承的油路的相關費用與傳統設計相比更為減少。而且，由於曲軸220能夠在上曲軸主軸承570和下曲軸主軸承540之間傳導油，因此上曲軸主軸承和下曲軸主軸承只有其中之一需要分別通過輸出管路280或者連接裝置585提供油。
此外，由於包括齒輪320、325和凸輪360、365的第一和第二凸輪軸410、415相應地相同，且每根凸輪軸只包括單個凸輪，所以這些部件可以使用例如堅固塑料等材料通過注射成型而經濟地製造，這樣的材料在發動機運行中，當凸輪與發動機推桿接觸時，產生相對較小的噪音。另外，雙凸輪設計具有的附加的好處在於，與進氣閥門和排氣閥門相對應的推桿、搖臂和氣門都設置在氣缸和氣缸蓋的相對兩側，使得氣門橋區域610更多地暴露於風扇吹送的空氣，從而獲得更有效的冷卻。
此外，通過第二和第三附加孔722、732向上偏心軸承704和下偏心軸承706提供油，與不直接將油泵送到這些軸承的設計相比，可使跨在這些偏心軸承上的配重440更平穩、更有效地運行。本發明旨在包括曲軸油路的其它設計，其中通過孔或者其它通道將油泵送到用於支撐配重的偏心軸承表面，而不管這樣的曲軸油路是否採用了圖18中所示的特殊的孔(例如，上孔708和下孔718)。
關於這一點，在圖19-21中示出了曲軸820及組成部件的第二實施例。具體地，圖19給出了曲軸820和配重440的部件的分解透視圖，而圖20給出了這些部件在完全組裝時的橫剖視圖。如圖所示，曲軸820包括一對主段810、曲柄銷820和一對分別連接曲柄銷與各自主段的曲柄臂830。當組裝在發動機100中時，連杆420將曲柄銷820與活塞210連接(見圖7)。可轉動平衡塊430由一對重塊組成，該對重塊分別是各自曲柄臂830的延伸部分，直徑上越過曲軸820的中心軸840與曲柄銷820對置。在可選實施例中，可旋轉平衡塊430不需要包括兩個分開的重塊，也不需要整體形成為曲柄臂830的一部分。
此外如圖19和圖20中所示，具有偏心邊緣860的凸緣850分別設置在各自的主段810上。當完全組裝到曲軸820上時，凸緣850分別設置為使得凸緣各自的內緣945鄰接相應的曲柄臂830的外側865。在本實施例中，每個凸緣850分別包括遠離中心軸840徑向向外延伸的突起855。具體地，各自的突起855沿著各自曲柄臂830的外側865延伸。而且，各自凸緣850的外緣965(見圖21)圍繞各自的主段810，並由其支撐且與其接觸(例如鄰接)。分別具有重塊部870和帶有圓形空腔890的連接臂880的一對配重440也安裝在曲軸820上，以使圓形空腔890分別配合在偏心邊緣860周圍。由於偏心邊緣860，圓形空腔890的中心軸(未示出)與中心軸840偏移。因此，當曲軸820旋轉時，配重440朝向和遠離曲軸移動，並且用於平衡往復運動的活塞210的部分作用力。兩個配重440通過銷900固定在一起。而且，凸緣850通過附加銷910壓靠在曲柄臂830上。
進一步如圖所示，關於曲軸820設置有曲軸油路，以使潤滑劑可沿著曲軸的整個長度流動而不會受到存在的曲柄臂830和曲柄銷820的阻礙，並且同時將潤滑劑提供給曲柄銷820與連杆420之間的界面以及偏心邊緣860與圓形空腔890之間的界面。圖19和圖20示出曲柄銷820包括潤滑劑可流過其中的通道或者油廊(oil galley)920(也稱為油溝)。油廊920可以在鑄造曲柄銷時簡單地形成在曲柄銷820中。當由曲柄臂830支撐時，曲柄銷820及其油廊920在曲柄臂的外側865之間的整個距離內延伸。在可選實施例中，曲柄銷只延伸至曲柄臂或者部分地穿過曲柄臂，而不是外側865之間的整個距離。在這樣的實施例中，曲柄臂830另外還形成有將油廊920延伸至曲柄臂的外側865的孔。而且，雖然曲柄銷820通常是不同於各自的曲柄臂830的部件，但在某些實施例中將曲柄銷和一個或者兩個曲柄臂整體地形成為單個部件。
另外參照圖21，其給出了一個凸緣850的正視圖，每個凸緣包括沿著凸緣各自的外緣965的第一槽930，而且還包括沿著凸緣各自的內緣945和突起855的第二槽940。當凸緣850設置在曲軸820的主段810上以鄰接各自的曲柄臂830時，第一槽930沿著平行於中心軸840的方向從凸緣各自的內緣945延伸至凸緣的末端，例如至主段810各自的外部815。第二槽940分別從凸緣850各自的外緣965徑向向外延伸足夠遠以使第二槽到達油廊920相應的開口端。
每個凸緣850的第一槽930和第二槽940在凸緣的內緣945和外緣965會合的位置彼此連接。因此，當各自的凸緣850設置在各自的主段810上，使得外緣965鄰接主段810並且內緣945鄰接各自曲柄臂830的外側865時，各自的通道935由各自組的槽930、940形成(如圖20中最佳示出的)。潤滑劑例如油970因此能夠經過主段810的外部815與油廊920之間的通道935流動。當通過曲軸主軸承570、540提供給主段的外部815(其對應於圖18中所示的部分700、710)時，潤滑劑能夠到達通道935，因為提供給這些部分815的一些潤滑劑繼續流入通道935中。
如圖20中所示，在本實施例中，還設置有將油廊920連接到曲柄銷820外部的附加通道950。附加通道950使得油還可在油廊920與曲柄銷820的外表面925(或者曲柄銷軸承)之間流動，從而為曲柄銷和連杆420之間的界面提供潤滑。儘管在圖20中，所示的是附加通道950從油廊920向外延伸至外表面925上距離中心軸840最遠的部分，但在可選實施例中，通道將延伸至外表面上介於距離中心軸840最遠和最近的部分之間的部分，使得流到外表面925的油不會由於連杆420與外表面之間的相互作用而受到阻礙或者過度增強。
進一步如圖21中所示，在某些實施例中，凸緣850包括一個或者更多的附加通道，使得部分通過通道935提供的油向外流到偏心邊緣860上。例如，在一個實施例中，每個凸緣850包括第一出口通道923，其大致定向為沿著第一槽930平行於中心軸840，以使凸緣850的偏心邊緣860與第二槽940連接。在另一個實施例中，每個凸緣850包括第二出口通道926，其大致垂直於中心軸840而且也垂直於第二槽940，以將第二槽連接到偏心邊緣860。此實施例優選於前述實施例，因為油既不被輸送到最靠近中心軸840的偏心邊緣860的部分也不被輸送到距離中心軸最遠的偏心邊緣的部分。因此，如上面關於圖18所示實施例的討論，既不會過度阻礙油流出到偏心邊緣860上也不會過度促使其流到偏心邊緣上。在可選實施例中，偏心邊緣860可替代性地包括一條或者更多連接槽930與偏心邊緣的通道。在另外的可選實施例中，可以製造多條上述的通道。
除了圖19-21以外再次參照圖16，曲軸820的某些部件與圖16中所示的部件702、704、706、708、715、718、722、724和732相對應並且起到大致相同的功能。具體地，曲柄銷軸承702和偏心軸承704、706分別對應於外表面925及第一和第二凸緣850的偏心邊緣860。此外，圖16(以及圖18)中的上孔708和下孔718分別由各自凸緣850的通道935所取代，該通道由每個各自凸緣的內槽930和外槽940構成。曲軸820的油廊920對應於內部通道724，且附加通道950對應於第一附加孔715。最後，每個各自的凸緣850的第一和第二出口通道923、926中的一條或者兩條(或者其他通道，取決於實施例)，對應於圖16和圖18中的第二和第三附加孔722、732。
儘管圖1-8中所示的發動機100為立式曲軸發動機，然而關於圖9-21所描述的油路可以其現有的或者修改的形式用於具有立式或者臥式曲軸的多種發動機中。對於臥式曲軸發動機，由於油被泵送、由於發動機稍微傾斜的定向、或者通過本領域中所公知的其他方法，油可流經曲軸油路。儘管泵送油的方式也可用於立式曲軸發動機，但通常重力單獨就足以使油沿著/穿過曲軸220、820向下流動，流過圖18-21中所示的其各種各樣的通道(例如，通道708、718、724、722、732、715、935、920等)。
在可選實施例中，曲軸220、820以及曲軸的部件例如由孔708、718構成的通道、凸緣850、突起855以及第一和第二槽930、940的確切形狀，可以從圖18-21中所示的那些部件進行修改。例如，在一個可選實施例中，凸緣850可以具有與用以安裝凸緣的曲柄臂830的外側865相同的橫截面形狀(垂直於中心軸840觀察)。另外，可以在主段810和/或曲柄臂830中設置互補槽以與第一和第二槽930、940接合，或者在另外的實施例中，將槽完全設置為主段和曲柄臂830的外表面中的凹槽，而使凸緣850的內緣945和外緣965保持平坦。在另外的可選實施例中，第一和第二槽930、940可以由完全封閉在凸緣850或者其他部件中的第一和第二通道所替代。
此外在某些可選實施例中，可以通過其他方式將潤滑劑提供給形成連杆420與曲柄銷820之間的界面的外表面925，從而不需要附加通道950。在另外的可選實施例中，油廊920不必具有嚴格的圓柱形，也不必完全地在兩個外側865之間延伸。例如，在某些實施例中，曲軸油路的目的將僅僅是使潤滑劑在油廊與其中一個主段810之間流動，而不是使潤滑劑從一個主段經過曲柄銷和曲柄臂流到另一個主段。
另外，雖然在本實施例中，凸緣850同時達到了建立曲軸油路的目的和支撐配重440的目的，但在可選實施例中，可以採用兩個不同的部件以實現此不同的目的。此外，如本實施例所述的油路可以用在不是單缸發動機的發動機，即，不需要配重440且因此不需要支撐配重的凸緣850的發動機中。例如，在一個可選實施例中，可以通過由凸緣或者靠近曲柄臂830設置的其他部件所形成的通道935將油廊920與主段810連接，其中這些部件不具有偏心邊緣860。而且，這樣的多缸發動機可以採用具有一根或者更多曲柄銷和成組曲柄臂的一根或者更多曲軸，其中所有曲軸或者其任意的子集可以採用如上所述的通路/通道/油廊以形成一條或者更多油路。
雖然上述說明書圖示並說明了本發明的優選實施例，但應該理解本發明並不局限於本文所公開的確切結構。在不脫離本發明的精神和本質特性的情況下，本發明還可以其它特定的形式實施。例如，可以使用其它類型的泵來代替所示的擺線泵/新月形齒輪泵。因此，應參考以下的權利要求而不是以上的說明，來確定本發明的範圍。
權利要求
1.一種內燃機，包括曲軸箱；由所述曲軸箱支撐的泵，所述泵包括進口和第一出口；第一凸輪軸，其具有在所述第一凸輪軸的第一端和第二端之間延伸的第一通道，其中第一凸輪軸端至少間接地由泵和曲軸箱之一支撐，並且其中潤滑劑從所述泵提供給所述第一通道的第一端，並經過第一通道傳送到所述第二端；由曲軸箱支撐的曲軸；第二通道，其將通過所述第一通道輸送到第一凸輪軸的第二端的潤滑劑的至少第一部分傳送到所述曲軸的第一曲軸軸承；以及位於所述曲軸中的第三通道，其接收通過第二通道傳送的潤滑劑的至少第二部分，並且進一步將所述潤滑劑的第二部分的至少第三部分傳送到所述曲軸上的曲柄銷軸承。
2.如權利要求1所述的內燃機，其中所述泵和所述曲軸箱的底板之一構成支撐所述第一凸輪軸端的第一凸輪軸軸承，其中潤滑劑還潤滑所述第一凸輪軸軸承。
3.如權利要求1所述的內燃機，其中位於曲軸內的所述第三通道至少包括第一通道部，其從第一曲軸軸承延伸到曲軸的曲柄銷的內部；以及第二通道部，其從所述第一通道部延伸到曲柄銷的外表面，其中所述外表面用作所述曲柄銷軸承。
4.如權利要求3所述的內燃機，其中所述第一通道部為孔，其相對於所述曲軸的中心軸以第一傾斜角度在第一曲軸軸承與所述曲柄銷的內部之間延伸，且所述第二通道部包括第三通道部，其沿著大致平行於所述中心軸的方向在曲柄銷的內部延伸；以及第四通道部，其從所述第三通道部延伸到所述外表面。
5.如權利要求4所述的內燃機，其中所述第三通道還包括第五通道部，其為相對於所述曲軸的中心軸以第二傾斜角度在第二曲軸軸承與所述第三通道部之間延伸的孔，其中在所述第一曲軸軸承提供給第一通道部的潤滑劑的至少一部分被傳送到所述第二曲軸軸承。
6.如權利要求1所述的內燃機，還包括第四通道，其將潤滑劑從所述泵傳送到第二曲軸軸承。
7.如權利要求6所述的內燃機，其中所述曲軸還包括第五通道，其接收由所述第四通道傳送到所述第二曲軸軸承的潤滑劑的至少第一部分，並且進一步將由所述第四通道傳送的所述潤滑劑的第一部分的至少第二部分傳送到所述曲軸上的曲柄銷軸承，從而向所述曲軸雙向地提供潤滑劑流。
8.如權利要求1所述的內燃機，其中所述曲軸包括用以支撐至少一個配重部件的第一偏心軸承，並且其中所述曲軸包括第四通道，其將所述第三通道連接到所述第一偏心軸承的外表面，以將潤滑劑傳送到該處。
9.如權利要求8所述的內燃機，其中所述第三通道和第四通道將潤滑劑傳送到所述曲柄銷軸承和偏心軸承的外表面的部分，這些部分位於距離所述曲軸的中心軸最遠和最近的外表面的其它部分之間。
10.如權利要求8所述的內燃機，其中所述第三通道超過所述曲柄銷軸承延伸至第五通道，其將所述第三通道連接到第二偏心軸承的外表面以將潤滑劑傳送到該處，其中所述第二偏心軸承也用以支撐所述至少一個配重部件，並且其中每個所述第一和第二偏心軸承分別鄰近於各自的曲軸配重設置。
11.如權利要求1所述的內燃機，其中所述曲軸箱包括具有底板和多個側面的主部，還包括可以從所述主部上拆卸的頂部，其中所述頂部是模製的，使得頂部的內表面包括有多個凹槽，當用板覆蓋時形成至少一條通道，其中所述至少一條通道包括所述第二通道的至少一部分。
12.如權利要求1所述的內燃機，還包括至少間接地連接在所述第一凸輪軸的第二端與所述第二通道之間的濾油器，其中提供給所述曲軸的潤滑劑被過濾。
13.一種系統，包括能夠提供潤滑劑的泵；第一通道，其至少部分地連接所述泵與曲軸軸承，以便將所述泵提供的潤滑劑的至少第一部分傳送到所述曲軸軸承；以及關於所述曲軸軸承支撐的曲軸，其中所述曲軸包括第一偏心軸承，其中所述第一偏心軸承設置成用以支撐至少一個配重部件；和位於曲軸中的第二通道，其中通過曲軸軸承向所述第二通道提供有潤滑劑的至少第二部分，並且第二通道將潤滑劑的至少第三部分傳送到所述第一偏心軸承的第一外表面。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述曲軸還包括第二偏心軸承，其中所述第二偏心軸承也設置成用以支撐所述至少一個配重部件，並且其中位於曲軸中的所述第二通道還將潤滑劑的至少第四部分傳送到所述第二偏心軸承的第二外表面。
15.如權利要求13所述的系統，其中所述第二通道包括第一和第二傾斜孔、曲柄銷孔、以及將所述第一和第二傾斜孔分別連接到所述第一和第二外表面的第一和第二附加孔，其中所述曲柄銷孔在所述曲軸的曲柄銷的內部延伸，並且其中第一和第二傾斜孔使曲柄銷孔與第一和第二環形槽連接，所述第一和第二環形槽設置在位於曲軸的第一和第二端的第一和第二曲軸軸承部中。
16.如權利要求13所述的系統，其中所述第二通道將潤滑劑的至少第三部分傳送到偏心軸承外表面上的位置，所述位置介於離曲軸的中心軸距離最大的外表面的第一部分與離所述中心軸距離最小的外表面的第二部分中間。
17.如權利要求13所述的系統，其中所述曲軸還包括設置成與連杆接合的曲柄銷軸承，且其中位於曲軸中的第二通道還將潤滑劑的至少第四部分傳送到曲軸軸承的第二外表面。
18.如權利要求13所述的系統，其中所述第二通道至少部分地通過將凸緣固定到主曲軸部上而形成，其中所述凸緣和主曲軸部之一包括槽，使得一旦將凸緣固定到主曲軸部上即可形成內部通道。
19.一種單缸內燃機，包括氣缸；曲軸箱；至少間接地由所述曲軸箱支撐的第一凸輪軸，其中所述第一凸輪軸包括第一凸輪；至少間接地由所述曲軸箱支撐的第二凸輪軸，其中所述第二凸輪軸包括第二凸輪；至少間接地由所述曲軸箱支撐的曲軸，其中所述曲軸至少間接地與每根第一和第二凸輪軸連接，以使曲軸的旋轉引起每根第一和第二凸輪軸及其各自凸輪的旋轉，並且其中各自凸輪的旋轉能夠分別產生與氣缸關聯的第一和第二氣門的相應的運動；以及用於將潤滑劑傳送到至少一個與曲軸關聯的軸承的裝置。
20.如權利要求19所述的單缸發動機，其中用於傳送潤滑劑的裝置至少包括第一和第二通道，其中所述第一通道形成在第一和第二凸輪軸之一的內部，而所述第二通道至少部分地模製在曲軸箱可拆卸的頂部內。
21.如權利要求19所述的單缸發動機，其中所述曲軸軸承的所述至少一個軸承包括用於支撐至少一個配重的偏心軸承。
22.一種在內燃機中傳送潤滑劑的方法，所述方法包括將潤滑劑的至少第一部分通過至少一條第一通道傳送到曲軸軸承；進一步將潤滑劑的至少第二部分從曲軸軸承通過位於曲軸中的至少一條第二通道傳送到偏心軸承，其中所述偏心軸承設置成用於支撐配重的至少一部分。
23.如權利要求22所述的方法，還包括通過泵的方式泵送潤滑劑，並且其中所述第一通道包括穿過凸輪軸的內部通道。
全文摘要
本發明公開了一種具有油路的發動機和在發動機中傳送油的方法。該發動機包括曲軸箱、泵和凸輪軸，該凸輪軸具有在凸輪軸的第一端和第二端之間延伸的第一通道，其中潤滑劑從上述泵提供給上述第一通道的第一端並經第一通道傳送到第二端。該發動機還包括曲軸；第二通道，其將輸送到第一凸輪軸的第二端的潤滑劑的至少一部分傳送到曲軸軸承；以及位於曲軸內的第三通道，其接收由第二通道傳送的潤滑劑的至少一部分並將潤滑劑的至少一部分傳送到曲軸上的曲柄銷軸承。在一些實施例中，潤滑劑通過第三通道傳送到設置成用於支撐配置的偏心軸承。
文檔編號F16C3/14GK1867756SQ200480029856
公開日2006年11月22日 申請日期2004年8月18日 優先權日2003年8月20日
發明者K·G·邦德, T·M·羅特, R·W·理查茲, D·B·賴因伯德, W·D·柯尼希斯, R·L·漢森 申請人:科勒公司