专利名称：用于小型内燃机的进气歧管的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，更具体地说涉及一种V型小型内燃机的进气歧管，所述内燃机一般用于割草机、清雪机、发电机等等。
2.背景技术的描述内燃机是将化学能转换成机械能，其被广泛的应用。例如，一个典型的内燃机通过燃烧在多个汽缸内的气体和可燃碳氢化合物的混合物，例如汽油，从而将热量转化成动力，在其中的每个汽缸中都有一个可移动的活塞。
一个“内”燃机之所以这样命名是因为它描述一种燃料在发动机本身内燃烧的发动机。燃料与空气中的氧结合，且在其中点燃，形成气体。该气体膨胀，体积达到其液态形式体积的几百倍，该体积增大发生在不到一秒钟的时间内。热气体的膨胀力使得发动机中的工作部件发生运动。
大多数内燃机的燃料用汽油。例如，几乎所有承载乘客的汽车和卡车的动力来自汽油发动机，还如割草机、清雪机、发电机、拖拉机、小型摩托艇、摩托车、小型机车、所有地形的运输工具等等。然而，这些发动机不是燃烧纯汽油，而是燃烧如前所述空气和汽油的混合物的喷雾。
喷雾在不同类型的内燃机中可由不同的方式形成。例如，原始燃料直接射入汽缸中在每个汽缸内形成一个球状喷雾，或者空气和燃料在汽缸上游的汽化器混合，喷雾经由连接汽缸盖的进气歧管通到汽缸中。无论如何，当每个汽缸中的火花塞点火时，汽油发生相变推动在汽缸中的活塞运动。
非罕见地，这多个汽缸设置成两排，在一个共同的曲柄箱上相互倾斜排列。一个具有这种汽缸的发动机一般被称为“V型”内燃机，因为汽缸排列成一个V型形状。当然，汽缸也可以排列成其他方式，例如发动机的汽缸连接成一排和其它相反状态。
在内燃机中汽缸的数量通常可以是一个到十二个，尽管也有16汽缸的构成的16汽缸内燃机。汽缸数目大的发动机通常用于功率大的场合，其它的内燃机是小型内燃机，只具有一个或两个小汽缸，用于低或中等功率的场合，例如一般常见的割草机、清雪机、发电机等等。在一个小型内燃机中，几乎没有给发动机中的工作部件留下空间。因此，小型发动机设计中必须认识和解决大型发动机中所没有遇到的独特问题。
所有型号和尺寸的发动机由于燃烧过程都会产生大量的热。热量通过一个冷却系统散发，借此使发动机的汽缸可被空气冷却或者液体冷却。在一个被液体冷却的发动机中，冷却系统包括一个冷却剂歧管，其可将冷却剂通入到一个辐射器装置中，从而使燃烧热可以通过与空气进行热交换而散热，空气通过一个旋转冷却风扇循环。这种辐射器一般通过不同的安装支架与发动机连接，这些支架位于发动机周围不同的位置并具有不同的结构。
在较低的冷却剂温度下，已经知道使发动机冷却剂临时转向离开辐射装置。传统的旁通冷却装置的方式是通过在汽缸盖安装一个温度调节装置和在进气歧管的下游安装一个流量控制装置来实现的。虽然获得了满意的结果，但是对小型内燃机有限空间苛刻要求通常使传统的旁通装置更难得到成功使用。
发明概要简要地说，本发明包括一个改进的用于一个小型内燃机的进气歧管。歧管包括一对整体形成的支臂，其从位于中央的汽化器法兰向外朝相反的方向延伸。空气通道形成在每个支臂中且终止于各支臂的末端。空气通道将形成于汽化器法兰的一个空气入口连接到形成于支臂末端的空气出口。另外，冷却剂室与支臂一体形成且置于两支臂之间。冷却剂通道形成于各支臂中且在支臂的末端具有一个冷却剂入口。冷却剂通道将每个冷却剂入口连接到冷却剂室，因此第一冷却剂通道将冷却剂室连接到冷却装置，而第二冷却剂通道将冷却剂室直接连接到冷却剂泵。最后，将一个温度调节阀置于冷却剂室中，且可操作地与从第一冷却剂通道或从第二冷却剂通道接收的冷却剂相连通，从而起到控制发动机冷却剂温度的作用。不论分开还是整体描述，进气歧管还包括一个整体冷却装置支撑件，其用于连接冷却装置而不需要在发动机上设置各种安装支架。
如前所述，对于设计者来说小型发动机的设计是具有挑战性的。对于小型内燃机，使其在有限的空间中具有最少数量的零部件使其作用到达最大值。因此，本发明中的一个目的为提供一种用于小型发动机的进气歧管，使其在最小的空间中发挥最大的作用。多功能进气歧管特别是在小型发动机应用场合能有效地降低成本并节省空间。本发明的另一个发明目的是提供一种进气歧管，其成本更低并且在整件上功能更多。
通过下问的描述，本发明的前述及其他目的、优点将会更清楚。通过参考附图对本发明进行描述并且利用图示方式对本发明的优选实施例进行展示。然而此实施例不能完全表述本发明的所有范围，在次还必须参照权利要求书来适当地解释本发明的范围。
附图简要说明
图1为本发明中一个V型内燃机沿纵轴的透视图；图2为图1中发动机的俯视图，其中去掉了冷却装置和移动飞轮；图3为图1中进气歧管的透视图；图4为图3中进气歧管另一个的透视图；和图5为沿图4中线5-5方向的剖面图。
本发明的详细描述下面参考附图1-2做具体描述，一个小型水平轴V型内燃机10包括一个曲柄箱12，其对于内燃机10起基础支撑作用。曲柄箱12优选由铝铸成，且其内形成两个汽缸14、16。汽缸14、16在布置上优选为一个汽缸14相对于另一个汽缸16中垂直偏移，从而形成如虚线20所示的V型结构18。每个汽缸14、16都具有一个往复式活塞(图中未示出)，该活塞用于旋转推动曲轴22，该曲轴具有一个第一末端24，其从V型交叉点18的中心处延伸穿过曲柄箱12。汽缸盖26、28通过连接阀盖30、32而将相应的活塞14、16围住。
曲轴22的第一末端24支撑一个飞轮34，飞轮一般置于曲柄箱12的上部且由许多点火模块(module posts)36支撑。曲轴22的第二末端(图中未示出)与油盘(图中未示出)连接，所述油盘安装在曲柄箱12的底部，所述第二端用于旋转操纵设备，例如割草机、清雪机、发电机等等。一个定时齿轮(图中未示出)与曲轴22啮合，以便用于旋转操纵一个凸轮轴(图中未示出)。可旋转安装的凸轮轴置于V形空间18中，其能控制不同的阀门使得在发动机10运转过程中空气和燃料的混合物能够进入和排出汽缸14、16。
用于燃烧的空气通过一个具有空气过滤器40的空气过滤系统进入到汽化器38中。更明确的说，由于当每一个汽缸14、16中活塞向下运动而产生的真空效应空气被吸入汽化器的桶(图中未示出)中。如果在汽化器38前面没有设置空气过滤器40，污垢或灰尘或其它污染物将进入到汽缸14、16中，并通过汽化器38而成为空气和燃料混合物的一部分，这样最终形成部分油膜来润滑发动机10的移动部件，从而造成极大的损害。无论如何，空气和燃料在位于汽缸14、16上游的汽化器38中混合，然后通过与汽缸盖26、28相连的进气歧管42而将喷雾传送到汽缸盖。进气歧管42将在下文做详细论述。
汽缸14、16中的移动活塞附近的热量通过一个冷却系统44来吸收，该冷却系统优选的包括一个冷却泵46，其具有一个入口端48，一个旁路入口端50，和一个公共出口端52。冷却系统44还包括一个冷却装置54，通过旋转冷却风扇56而循环的空气与燃烧产生的热量进行热交换，这样一来将热量带走。一种冷却剂，例如混和水和乙二醇乙烯(ethy1ene glycol)等等，优选的在具有冷却装置54的冷却系统44中循环。更明确地说，一个在冷却泵46中的可旋转驱动的叶轮轴(图中未示出)通过一个孔延伸到一个充满冷却液的工作室中，凭借叶轮轴的旋转使得在工作室中的叶轮片(图中未示出)压缩冷却剂，并迫使冷却剂从出口端52排出，与此同时通过冷却管(图中未示出)将冷却剂传送到汽缸盖26、28中，冷却管优选由现有的能够在压力下处理冷却剂的材料构成，例如钢、橡胶等等。在不脱离本发明范围的情况下，冷却剂也可以连续传送到每个汽缸盖26、28中，从而没有脱离本发明范围。无论如何，冷却剂从汽缸盖26、28流入到冷却套(图中未示出)中，上述冷却套围绕汽缸14、16从而使其冷却。冷却剂从围绕在汽缸14、16的水套冷却剂直接进入进气歧管42，由此，如果冷却剂非常热将其直接进入冷却装置54中，否则，直接返回到冷却泵46中，上述内容将在下文中具体描述。
下面参考附图3-4，进气歧管42如图所示从发动机10中移出，它包括一个汽化器法兰60，法兰在形状和结构上可利用公知的方法连接汽化器38，例如用许多螺纹孔62连接例如螺钉(图中未示出)的紧固装置。更确切地说，通过汽化器法兰60的内表面64确定孔62，内表面64确定一个可通过法兰60延伸的空气入口66。
来自汽化器的空气和燃料的混合物被输送并通过空气入口66，该空气入口与位于一对支臂76、78大相应末端72、74内的空气出口68、70连通。支臂76、78优选的从汽化器法兰60处基本上成放射状向外相对的方向分枝。每个支臂76、78都有一个在其内延伸的密封空气通道80、82，以便将空气和燃料的混合物从空气入口66输送到空气出口68、70，进气歧管42的内部形状为从空气入口66到支臂76、78基本上成T形连接。支臂76、78的相应末端72、74优选与各个汽缸盖26、28密封连接，其连接通过公知的紧固方法，例如在各个末端72、74上用许多螺纹孔83、85连接例如螺钉(图中未示出)的紧固装置。另外，在汽缸盖26、28和支臂76、78的末端72、74之间优选使用密封连接，从空气入口66的中心点测得各个支臂76、78基本上具有相同的长度1。最后，各个支臂76、78的末端72、74优选安置在相对于发动机10的V型空间18的中心处。
此外，每个末端72、74还具有各自在其内延伸穿过的冷却剂入口84、86。冷却剂入口84、86与安置在中心的冷却剂室88相连通，该冷却剂室为歧管42的一部分。冷却剂入口84、86通过贯穿于每个支臂76、78中的密封冷却剂通道90、92与冷却剂室88相连通。在发动机10的运转过程中，液状发动机冷却剂从汽缸盖26、28流入到冷却剂入口84、86使其传送到整体冷却剂室88中。在一个优选实施例中，冷却剂室88布置在基本接近于汽化器法兰60和基本位于支臂76、78的中心处。在一个优选的实施例中，在冷却剂室88外部形成的圆周表面91具有一个温度调节孔93。传统的温度调节孔93只作为温度调节装置自身的一部分，本发明中的温度调节孔93是进气歧管42整体的一部分。
冷却剂室88的特征在于其具有第一冷却剂出口94和第二冷却剂出口96，借此，发动机冷却剂可以直接通过相应的第一冷却剂通道或者第二冷却剂通道以便降低发动机温度。更具体地说，冷却剂室88构成为能接纳一个温度调节室98(如图2所示)，它们通过公知的紧固方法，例如用许多螺纹孔100连接例如螺钉(图中未示出)的紧固装置。此外，第一冷却剂出口94的外部圆周91与温度调节室98之间优选为密封连接。设置温度调节室98是为了在其中放置一个温度调节装置，其通过冷却剂出口94、96来直接调节冷却剂，从而起到调节发动机冷却剂温度的作用。例如，可以使用一个包含温度石蜡(temperature wax)的温度调节装置，由此，石蜡温度提高使得其膨胀并且有效的通过推动一个活塞(图中未示出)来控制阀门，使其堵住第二冷却剂出口96，从而使得大部分的冷却液从第一冷却剂出口94通过，而不通过第二冷却剂出口96。即使在发动机冷却液处于低温状态时，第二冷却剂出口96也不能完全关闭，因为在发动机10运转期间也允许微量的冷却剂流过。而且，温度调节室98优选布置成朝向进气歧管42的中部，这样一来当旁通操作时也就是当发动机升温时允许有平衡流，上述内容将在下文中具体描述。
由于降低发动机冷却剂的温度使其最趋向于温度调节装置，温度调节装置置于传统的位置也就是汽缸盖26、28，能够产生通过冷却系统44的不平衡流动。为了解决上述问题，本发明中容纳温度调节室98的冷却剂室88作为进气歧管42的一个整体元件。因此，流动控制装置的最佳位置是靠近进气歧管42的中间位置，每个汽缸14、16的压降将达到平衡，通过冷却系统44的冷却剂将基本上平均分配。通过使用具有相同长度1和相同直径的组件，连通到汽缸14、16的两个流道的压降达到平衡，这样形成相同流动通道，由此，每个汽缸14、16具有相同和充足的冷却剂从而避免了冷却剂和发动机10温度的变动。因此，通过整体冷却剂室88连接温度调节装置和在进气歧管42中的温度调节室98，提供了一个理想的整体旁路。
第一冷却通路将冷却剂室88与冷却装置54相连接。更具体地说，冷却剂从温度调节室98流动到冷却装置54中，由此通过旋转冷却风扇使空气循环，循环空气与燃烧产生的热量进行热交换，从而热量散失败者。发动机冷却剂的运送是利用上文已描述的许多冷却剂管102(图中未示出)将发动机冷却剂从温度调节室98输送到冷却装置54。而后，应用已知方法使冷却剂通过冷却装置54，且从冷却系统中通过许多其它的冷却剂管104排出，途经冷却剂泵46，从入口端48排出用于通过冷却系统44的附加循环。
另一方面，如果发动机冷却剂的温度不足以被冷却，其能够通过旁路流经冷却装置54，这可归因于第二冷却剂出口96作为冷却剂室88整体的一部分。更具体地说，第二冷却剂通道将冷却剂室88直接与冷却剂泵46相连通，这样在进气歧管42的铸件中形成了一个整体的旁通控制装置。在操作上，第二冷却剂出口96通过冷却剂旁通管105与冷却剂泵50直接相连，冷却剂旁通管与冷却剂泵46的旁通入口端50连通。当发动机冷却剂通过冷却系统44流经此通道，通过冷却装置54的冷却剂可被有效地旁通掉。上述作用是通过旁路直接与进气歧管42连通实现的，旁路冷却剂管105通过现有方法例如螺纹装置106与进气歧管42连为一体。
因此，发动机冷却剂一般通过两条通道流过发动机10，当发动机处于热状态时其流经第一通道，当发动机处于冷状态时流经第二通道，通道的确定与温度调节阀的控制有关。例如，如果发动机冷却剂的温度足够高需要通过冷却装置54冷却，它将通过长的连续通道流经发动机10的下列部件连通冷却剂泵出口50；冷却剂管(图中未示出)；汽缸14、16；进气歧管42相应的冷却剂入口84、86；相应的冷却剂通道90、92；冷却剂室88；第一冷却剂出口94；温度调节室98；冷却剂管102；冷却装置54；冷却剂管104；入口端48；冷却剂泵46；最终通过冷却剂泵流回出口端50。另一方面，如果发动机冷却剂的温度不够高不需要通过冷却装置54冷却，它将通过短的连续通道流经发动机10的下列部件连通冷却剂泵出口50；冷却剂管(图中未示出)；汽缸14、16；进气歧管42各自的冷却剂入口84、86；相应的冷却剂通道90、92；冷却剂室88；第二冷却剂出口96；冷却剂旁通管105；旁路入口端50；冷却剂泵46；最终通过冷却剂泵流回出口端50。这样，根据发动机冷却剂的操作温度进气歧管42中的发动机冷却剂或是直接进入冷却装置54或是直接返回冷却剂泵46，操作温度通过温度调节阀来实施监控和控制，该温度调节阀位于与进气歧管42连接的温度调节装置98中。
在一个具体实施例中，当发动机冷却剂的温度范围在环境温度和大约为170华氏温度之间时，优选使用旁路。在环境温度下，仅仅有一小部分发动机冷却剂流过第一冷却出口94，大部分的冷却剂直接流过第二冷却出口96。因此，随着发动机冷却剂温度的逐渐升高，温度调节阀开启逐渐变大，冷却流量随之增加，在冷却剂返回冷却剂泵46用于再循环之前，冷却剂通过冷却装置54实现循环。最终，当达到170华氏温度之上时，仅有上述一小部分发动机冷却剂流过第二冷却出口96，大部分冷却剂直接通过第一冷却出口94进入冷却装置54中。
为了防止发动机冷却剂温度过热时使得通过冷却装置54的通道失效或者受损，在进气歧管42上设置开口108(如图3-4所示)作为一个温度开关。作为公知技术，为了防止发动机冷却剂温度超过温度开关的极限温度，温度开关中设置一个自动防故障冷却剂通道。因此，本发明的整体式进气歧管42具有一个用于容纳安全阀温度开关的开口108。
本发明对现有技术的改进还在于，本发明中的进气歧管42中形成有空气通道80、82和冷却剂通道90、92，当空气和燃料的混合物通过空气通道80、82且发动机冷却剂通过冷却剂通道90、92时，它们之间逆流换热。在图4中，这些逆流关系用箭头F1和F2表示箭头F1表示通过空气通道80、82中燃烧空气和燃烧混合物的方向，箭头F2表示通过冷却剂通道90、92中发动机冷却剂的方向。这些逆流通道可使两者的热交换达到最大值，因此，使得燃烧空气在排入汽缸14、16中之前被加热，热的冷却剂在进入冷却装置54之前已完全被冷却。
上述对实施例的描述中无论是分开描述还是整体描述，进气歧管42中还都包括一个整体散热器支撑件110，其用于与冷却装置54相连接。更具体地说，散热器支撑件110与进气歧管42连成一体且向外延伸至安装端112，此安装端112通过如下方式优选地与冷却装置54相连，通过一个被钻的纵向穿孔容纳如双头螺栓等的冷却安装件以便将冷却装置54固定于发动机10上。另外，散热器支撑件110优选为一个细长柱形部件，其在与进气歧管42相连的基座116处较宽，然后逐渐变细。由此将压力和振动传递给支撑件110。而且，支撑件110采用与进气歧管42同样的铝铸成。由于散热器支撑件110与进气歧管42连为一体，所以发动机10的部件由此减少了安装支架等，且不再需要发动机10中的冷却装置54的支撑件。
本发明的精髓不仅限于上述的实施例中。并且，在此根据需要一个可效仿的实施例的细节和特征已被本发明披露。本领域的技术人员所作的其它改进将不超出本发明的范围。因此，本发明的详细描述及附图仅为举例示意其是为了便于理解，不是对本发明的限制。
为了公开本发明的范围，权利要求如下
权利要求
1.一种用于小型内燃机的进气歧管，包括一对一体形成的支臂，其从中心地设置的汽化器法兰在基本上相对方向向外延伸且终止于相应的末端；一个形成在支臂中的空气通道，并在汽化器法兰中形成一空气入口，空气通道用于连接汽化器法兰和每个支臂的末端，从而形成了在其中的空气出口；一个与支臂一体形成的冷却剂室其位置在支臂的两个末端之间；一个形成于支臂中的冷却剂室，其在支臂的末端形成了相应的冷却剂入口，冷却剂通道用于连接每个冷却剂入口和冷却剂室；一个第一冷却剂通道，其用于连接冷却剂室和冷却装置；一个第二冷却剂通道，其用于连接冷却剂室和冷却剂泵；和一个设置在冷却剂室中的温度调节阀，其有效地将通过冷却剂通道接收的冷却剂连接到第一和第二冷却剂通道，从而起到调节发动机冷却剂温度的作用。
2.如权利要求1所述的进气歧管，其中，当空气和燃料混合物直接通过空气通道且发动机冷却剂直接通过冷却剂通道时，空气通道和冷却剂通道为逆流热交换关系。
3.如权利要求1所述的进气歧管，其中冷却剂室构造成用于安放温度调节阀的壳体。
4.如权利要求1所述的进气歧管，其中每个支臂具有基本上相同的长度。
5.如权利要求1所述的进气歧管，其中冷却剂室基本上在支臂的内部中央处。
6.如权利要求1所述的进气歧管，其中冷却剂室基本上最接近于汽化器法兰。
7.如权利要求1所述的进气歧管，其中冷却剂室具有一个整体温度调节出口。
8.如权利要求1所述的进气歧管，其中每个支臂的末端构造成对汽缸侧体的汽缸盖为密封接合。
9.如权利要求1所述的进气歧管，其中还包括一个用于温度开关的开孔。
10.如权利要求1所述的进气歧管，其中歧管由铸造形成。
11.如权利要求1所述的进气歧管，其中还包括一个散热器支撑件，其与支臂一体形成且从那里延伸到一个安装末端；和一个形成于安装末端的安装件，其用于散热器装置的连接。
12.如权利要求11所述的进气歧管，其中散热器支撑件是一个细长的柱形部件。
13.如权利要求12所述的进气歧管，其中细长的柱形部件在连接到支臂的基座处较宽。
14.如权利要求11所述的进气歧管，其中安装件包括一个纵向钻孔其大小可容纳一个散热器安装紧固件。
15.一个用于小型内燃机的进气歧管，包括一对一体形成的支臂，其从中心地设置的汽化器法兰在基本上相对方向向外延伸且终止于相应的末端；一个形成在支臂中的空气通道并且在汽化器法兰中形成一个空气入口，空气通道将汽化器法兰连接于每个支臂的末端以形成在其中的各自的空气出口；一个形成在支臂中的冷却剂通道，并且在支臂的末端形成有各自的冷却剂入口，冷却剂通道使每个冷却剂入口和冷却剂出口相连；和一个散热器支撑件，其与支臂一体形成并且从那里向外延伸到一个安装末端；和一个形成于安装末端的安装件，其用于散热器装置的连接。
16.如权利要求15所述的进气歧管，其中当空气和燃料混合物直接通过空气通道和发动机冷却剂直接通过冷却剂通道时，空气通道和冷却剂通道为逆流热交换关系。
17.如权利要求15所述的进气歧管，其中每个支臂具有基本上相同的长度。
18.如权利要求15所述的进气歧管，其中每个支臂的末端构造成对汽缸侧体的汽缸盖为密封连接。
19.如权利要求15所述的进气歧管，其中还包括一个用于温度开关的开孔。
20.如权利要求15所述的进气歧管，其中歧管由铸造形成。
21.如权利要求15所述的进气歧管，其中散热器支撑件是一个细长的柱状部件。
22.如权利要求21所述的进气歧管，其中该细长的柱状部件在连接到支臂的基座处较宽。
23.如权利要求15所述的进气歧管，其中安装件包括一个纵向钻孔其大小可容纳一个散热器安装紧固件。
全文摘要
一个用于小型内燃机(10)的进气歧管(42)包括一对支臂(76，78)，支臂中具有形成在其中的空气通道(80，82)和冷却剂通道(90，92)。空气通道(80，82)是从汽化器法兰(60)中的空气入口端(66)连接到支臂(76，78)各末端的空气出口(68)。冷却剂通道(90、92)是从支臂(76，78)末端的冷却剂入口(84，86)到冷却剂室(88)，冷却剂室具有第一和第二冷却剂出口，第一冷却剂出口(94)具有连接从冷却剂室(88)到冷却装置(54)的第一冷却剂通道，和第二冷却剂出口(96)具有连接从冷却剂室(88)直接到冷却剂泵(46)的第二冷却剂通道。一个温度调节阀置于冷却剂室(88)中直接控制发动机冷却剂沿第一和第二冷却剂通道流动从而起到调节冷却剂温度的作用。
文档编号F01P3/18GK1444692SQ01813274
公开日2003年9月24日 申请日期2001年6月27日 优先权日2000年6月28日
发明者A·L·科菲, T·S·蒂尔 申请人:科勒公司