专利名称：双凸轮内燃机油路的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，具体地涉及单缸内燃机，例如那些用于为割草机、集水坑泵(sump pump)、便携式发电机和其他设备提供动力的单缸内燃机。更具体地，本发明涉及在这种发动机中实现的双凸轮设计和相关的油路。
背景技术：
单缸内燃机通常采用分别允许燃料和空气进入发动机气缸及允许废气排出气缸的进气阀门和排气阀门。这些阀门通常由响应于凸轮的旋转运动而向阀门传递直线运动的气门机构驱动。在许多这样的发动机中，进气阀门和排气阀门在一个方向上由各自的弹簧驱动(以关闭)，而在相反方向上由各自的摇臂驱动(以开启)。摇臂又由跨在各自凸轮上的各自的推杆驱动，所述凸轮由凸轮轴支撑并围绕其旋转，而所述凸轮轴又由发动机的曲轴驱动。同样由曲轴驱动的风扇将空气吹过气缸以对气缸进行冷却。
在这种发动机中，重要的是应至少向曲轴和凸轮轴的主轴承上提供润滑油或者其他润滑剂，并且这种润滑油需经过滤。因此，多数单缸发动机还具有精心设计的润滑系统以提供必要的润滑。润滑系统通常包括储油器、油泵和由一系列通道组成的油路，润滑油通过这些通道从油泵流向滤油器和需要润滑的部件。通常通过在发动机的曲轴箱和罩/油底壳中钻制或者铸造管道的方法来制造油道。
具有这种设计的单缸发动机存在几个局限。首先设置在这种发动机上的凸轮轴和摇臂之间的推杆，相互紧靠地设置在气缸的单侧。同样地，气缸盖上的一对摇臂也相互紧靠地设置在气缸盖的单侧，一对气门也是如此。因此，气缸盖上的气门之间的气门桥(valve bridge)区域，也就是气缸盖上最热的区域，比较狭窄且被部分地遮蔽了由风扇吹过气缸盖的空气。结果，气门桥区域可能未能得到如预期的很好的冷却，这样可最终引起气缸盖的减弱或断裂，或者引起靠近此气门桥区域的气门座的变形/移动。
另外，这种单缸发动机中的油路通常设计复杂且制造昂贵。具体地，为了在曲轴箱壁和罩/油底壳中设置所需的油道而必需的钻孔或铸造，在制造上可能会昂贵和困难。由于需要在发动机材料(如，铝)中使用型芯或铸造金属管，所以管状通道的铸造尤其昂贵。这些钻孔或者(涉及型芯或金属管的)铸造工序增加了发动机制造的复杂性和成本。
而且，由于其复杂性和大量的运动部件，这种发动机的气门机构(包括凸轮轴和曲轴)的设计和制造同样会困难和昂贵。例如，这种发动机的凸轮轴上的两只凸轮通常必须不同地定向，使得其各自的主凸轮凸角分开100度或者更大度数。因此制造带有两只这样不同定向的凸轮的凸轮轴会是困难且昂贵的，特别是在需要将凸轮轴和凸轮整体形成为单一部件的时候。如果需要使用更耐用或者可提供更安静操作的材料来制造这种部件，则这种气门机构部件的制造成本可能会进一步加剧，因为使用这种材料模制或加工复杂的部件通常会更加困难。
所以如果设计出一种能避免或减轻以上问题的新型单缸发动机将会十分有利。特别地，如果能够设计出带有坚固的、工作安静的部件的新型单缸发动机，且其比常规发动机制造更容易且更加成本低廉，尤其是关于涉及气门机构和润滑系统的部件的成本，则会是极为有利的。此外，如果能够设计出比在常规发动机中更有效地冷却气门桥区域的单缸发动机，将会是非常有利的。
发明内容
本发明人已开发出一种新型的、双凸轮单缸发动机设计，该发动机具有两根由曲轴分别驱动的凸轮轴。由于采用了两根凸轮轴，其中一根驱动进气阀的气门机构，另一根驱动排气阀的气门机构，所以将气门分别设置在气缸的相对两侧，使得气门桥区域暴露出来，从而使该区域得到更有效的冷却。双凸轮轴的每根轴包括有延伸各自凸轮轴长度的各自的内部通道。其中一根凸轮轴由油泵支撑。该凸轮轴的旋转驱动油泵，从而将油通过该凸轮轴中的内部通道泵送，并且(在一些实施例中)也抽向曲轴的下轴承。
经过凸轮轴中的内部通道泵送的油随后流经曲轴箱顶部中的铸造通道，首先到达滤油器，然后从滤油器到达曲轴的上轴承以及另一根凸轮轴。通过上轴承和下轴承或者仅通过上轴承提供给曲轴的油，进一步经曲轴中的通道流传送到曲柄销轴承以及支撑配重的偏心轴承。流经曲轴箱顶部中的内部通道到达另一根凸轮轴的油继续流经该凸轮轴，流到该凸轮轴的下轴承。
曲轴箱顶部中的通道是通过在该顶部内铸造沟槽，并使用附加的板覆盖这些沟槽而形成的。由于采用了双凸轮轴，且每根凸轮轴只有单一的凸轮凸角，所以可更容易地使用坚固耐用的、工作安静的材料来制造凸轮轴。另外，由于采用了在曲轴箱顶部和凸轮轴中的通道，所以油路的制造比在常规发动机设计中更容易且更加成本低廉。具体地，与可对比的常规发动机相比，曲轴箱中的钻制通道的数量和复杂性得以降低。因此，可以相对较少的努力和费用制造出发动机，其将加压的油提供给发动机中的多种部件，包括例如，发动机的曲轴上的曲柄销和偏心轴承。
具体地，本发明涉及一种内燃机，其包括曲轴箱；由曲轴箱支撑的油泵，其中该油泵具有进口和第一出口；以及第一凸轮轴，其具有在第一凸轮轴的第一端和第二端之间延伸的第一通道，其中第一凸轮轴端至少间接地由油泵和曲轴箱中之一支撑，且其中润滑剂从上述油泵提供给上述第一通道的第一端并经第一通道传送到第二端。该内燃机进一步包括由曲轴箱支撑的曲轴；第二通道，其将通过第一通道输送到第一凸轮轴的第二端的润滑剂的至少第一部分传送到曲轴的第一曲轴轴承；以及位于曲轴中的第三通道，其接收通过第二通道传送的润滑剂的至少第二部分，并且将润滑剂的第二部分的至少第三部分进一步传送到曲轴上的曲柄销轴承。
本发明还涉及一种系统，其包括能够提供润滑剂的泵；第一通道，其至少部分地连接泵与曲轴轴承，以便将泵提供的润滑剂的至少第一部分传送到曲轴轴承；以及关于曲轴轴承支撑的曲轴。该曲轴进一步包括第一偏心轴承，其中该第一偏心轴承设置为支撑至少一个配重部件；和位于曲轴中的第二通道，其中通过曲轴轴承向该第二通道提供有润滑剂的至少第二部分，并且该第二通道将润滑剂的至少第三部分传送到第一偏心轴承的第一外表面。
本发明还涉及一种单缸内燃机，其包括气缸、曲轴箱、至少间接地由曲轴箱支撑的第一凸轮轴、和至少间接地由曲轴箱支撑的第二凸轮轴，其中该第一凸轮轴包括第一凸轮且第二凸轮轴包括第二凸轮。该发动机还包括至少间接地由曲轴箱支撑的曲轴，其中该曲轴至少间接地与每根第一和第二凸轮轴连接以便曲轴的旋转引起每根第一和第二凸轮轴及其各自凸轮的旋转，并且其中各自凸轮的旋转能够分别产生与气缸关联的第一和第二气门的相应的运动。该发动机另外还包括用于将润滑剂传送到至少一个与曲轴关联的轴承的装置。
本发明还涉及一种在内燃机中传送润滑剂的方法。该方法包括将润滑剂的至少第一部分通过至少一条第一通道传送到曲轴轴承；并且进一步将润滑剂的至少第二部分从曲轴轴承通过曲轴中的至少一条第二通道传送到偏心轴承，其中该偏心轴承设置为用于支撑配重的至少一部分。
图1是从发动机上设置有起动机和气缸盖的一侧观察到的单缸发动机的第一透视图；图2是从发动机上设置有空气滤清器和滤油器的一侧观察到的、图1的单缸发动机的第二透视图；图3是图1的单缸发动机的第三透视图，其中拆除了发动机的部分零件以显示发动机的其它内部零件；图4是图1的单缸发动机的第四透视图，其中拆除了发动机的部分零件以显示发动机的其它内部零件；图5是图1的单缸发动机的第五透视图，其中拆除了曲轴箱的顶部以显示曲轴箱的内部；图6是图1的单缸发动机的第六透视图，其中示出曲轴箱的顶部与曲轴箱的下部分解；图7是图1的单缸发动机的俯视图，示出了发动机的内部部件；图8是图1的单缸发动机的气门机构的部件的透视图；图9是图1的单缸发动机的曲轴箱下部和气缸的俯视图，其中特别示出了油泵；图10是从曲轴箱与气缸相对的一侧观察到的、图1的单缸发动机的曲轴箱下部的正视图；图11和12分别为沿着图10的线11-11和线12-12得到的图9中所示油泵的一个实施例的横剖视图；图13是沿着图9的线13-13得到的、图9-10的曲轴箱的下部和图11-12的油泵的横截面侧视图；图14是沿着图9的线14-14得到的、图9-10的曲轴箱的下部和图11-12的油泵的横截面侧视图，其中特别示出了连接油泵和曲轴轴承的油道；图15是连接油泵和主曲轴轴承的油道的另一实施例的分解图(与图14相对照)；图16是示出图1的单缸发动机中的油路的框图；图17是图6中所示的单缸发动机的曲轴箱顶部的下侧的视图，其中示出用于覆盖顶部中的铸造通道的板与顶部的其余组件相分解；图18是能够用于图1的单缸发动机中的示例性曲轴的侧视图；图19是能够用于图1的单缸发动机中的另一示例性曲轴的相关部件的分解透视图；图20是图19的曲轴的部件沿曲轴的中心轴的横剖视图；以及图21是作为图19的曲轴的一部分的一对凸缘之一的正视图。
具体实施例方式
参考图1和图2，由威斯康星州科勒市的科勒公司设计的新型单缸4冲程内燃机100，包括曲轴箱110和鼓风机壳120，在鼓风机壳中设有风扇130和飞轮140。发动机100还包括起动机150、气缸160、气缸盖170和摇臂盖180。气缸盖170上设有图1中所示的排气口190和图2中所示的进气口200。如本领域中所公知的，在发动机100运行时，活塞210(见图7)在气缸160中朝向和远离气缸盖170进行往返运动。活塞210的运动又引起曲轴220(见图7和图18)的旋转，以及与曲轴连接的风扇130和飞轮140的旋转。风扇130的旋转冷却发动机，而飞轮140的旋转使得可保持相对恒定的旋转动量。
具体地参考图2，发动机100还包括与进气口200连接的空气过滤器230，用于在将空气提供给气缸盖170之前过滤发动机所需的空气。提供给进气口200的空气通过气缸盖170传送到气缸160中，并通过从气缸流经气缸盖，然后流出排气口190而排出发动机。空气通过气缸盖170流入和流出气缸160，是分别由进气阀240和排气阀250控制的(见图8)。此外如图2中所示，发动机100包括滤油器260，发动机100的油流经该过滤器并得到过滤。具体地，滤油器260分别通过输入管路270和输出管路280与曲轴箱110相连接，通过这些管路加压的油流入滤油器中，然后从滤油器返回曲轴箱。
参考图3和图4，所示的发动机100拆除了鼓风机壳120以露出曲轴箱110的顶部290。关于图3，其中还拆除了风扇130和飞轮140，示出了根据风扇130和/或飞轮140的旋转而产生电流的线圈300，其中风扇130和飞轮140共同用作永磁发电机。此外，所示的曲轴箱110的顶部290具有一对凸板310，用以覆盖一对直齿轮320、325(见图5和图7-8)。关于图4，其示出了位于曲轴箱110的顶部290上方的风扇130和飞轮140。此外，图4示出了不带有摇臂盖180的发动机100，以更清楚地显示出一对管330、335，其中一对相应的推杆340、345穿过此对管延伸。推杆340、345在曲轴箱110中的一对相应的摇臂350、355和一对凸轮360、365(见图8)之间延伸，下面将对此进一步说明。
转到图5和图6，所示发动机100的曲轴箱110的顶部290从曲轴箱110的下部370上拆开，以显示出曲轴箱的内部380。此外在图5和图6中，示出了剖切的发动机100，排除了超出气缸160的发动机的部分，例如气缸盖170。关于图6，以分解图示出曲轴箱110的顶部290位于曲轴箱的下部370上方。在本实施例中，下部370不仅包括曲轴箱的底板390，还包括曲轴箱的所有四个侧壁400，而顶部290只起到曲轴箱盖的作用。顶部290和下部370制造为两个单独的部件，因此为打开曲轴箱110，需要将顶部从下部物理地移开。此外如图5中所示，曲轴箱110内的一对齿轮320、325构成各自凸轮轴410、415(也见图8)的一部分，而所述凸轮轴又由曲轴箱110的下部370支撑。如关于图9-12进一步说明的，凸轮轴410具体由泵412支撑，而泵又由曲轴箱110的下部370支撑。由于泵412沿着用作储油器的曲轴箱110的下部370所设置的位置，泵412接收收集在曲轴箱110下部370内的油。泵412进而由于凸轮轴410的旋转而被驱动。在图5中还示出了沿着底板390设置的、支撑曲轴220的下曲轴轴承540。
参考图7，给出了发动机100的俯视图，其中示出了发动机的其它内部部件。具体地，图7显示出气缸160内的、将通过连杆420连接到曲轴220上的活塞210。曲轴220又与旋转平衡块430和配重440相连接，这些平衡部件平衡部分由活塞210施加在曲轴220上的作用力。曲轴220上的齿轮又与每个齿轮320、325相接触，因此曲轴将旋转运动传递给凸轮轴410、415。图7还示出了设置在气缸盖170上的火花塞450，其在发动机动力冲程中提供火花，使得在气缸160中产生燃烧。火花塞450的电能由线圈300提供(见图3)。
继续参考图7且另外参考图8，示出了发动机100的两个气门机构460、461的元件。气门机构460、461分别包括各自的凸轮轴410、415，且凸轮轴分别包括各自的齿轮320、325，还分别包括位于齿轮下方的各自的单凸角凸轮360、365。由于每根凸轮轴410、415只包括具有单凸角的单个凸轮，(与具有多个凸轮的凸轮轴相比较)凸轮轴可以容易地由单件坚固塑料或其它材料模制或另外加工。使用这种坚固材料可以使凸轮360、365与各自的推杆340、345之间的相互作用更加安静，从而使发动机100的整体运行更加安静。在一个实施例中，凸轮360、365整体模制在各自的齿轮320、325的各自的后部，且凸轮410、415是相同的，使得凸轮更易于大批量生产。
此外，可旋转地安装在曲轴箱110上的各自的凸轮从动臂470、475伸展放置在各自的凸轮360、365上。各自的推杆340、345又放置在各自的凸轮从动臂470、475上。随着凸轮360、365的旋转，推杆340、345由与旋转凸轮滑动接触的凸轮从动臂470、475暂时向外推离曲轴箱110。这引起摇臂350、355摇动或旋转，从而使得各自的气门240和250朝向曲轴箱110打开。然而，当凸轮360、365继续旋转时，推杆340、345可通过凸轮从动臂470、475向内返回到其初始位置。
设置在气缸盖170和摇臂350、355之间的一对弹簧480、490分别提供在趋向于关闭气门240、250的方向上趋向于摇动摇臂350、355的力。而且，作为弹簧480、490在摇臂350、355上的此加压作用的结果，迫使推杆340、345回复到其原来的位置。气门机构460、461设计为具有适当的摇臂传动比(rocker ratio)和质量，以控制对于凸轮360、365的接触应力水平。图7还示出了各自的气门机构460、461的部件设置在气缸160和气缸盖170的相对两侧，从而显露出气门桥区域610。
在本实施例中，发动机100为立轴式发动机，能够输出15-20马力，用于例如割草机等多种消费性园艺机械。在其它实施例中，发动机100还可实现为横轴式发动机、设计成输出更大或者更小量的功率、和/或用于多种其他类型的机械中，例如吹雪机。此外，在其它实施例中，发动机100中的部件的具体设置可与以上图示和描述的那些不同。例如，在一个可选实施例中，凸轮360、365可以设置在齿轮320、325的上方而不是齿轮的下方。
仍然参考图8，凸轮轴410、415具有各自的内部通道500、505，可通过这些通道传送油或其它润滑剂。具体地，内部通道500将油从油泵412向上传送至齿轮320，而内部通道505则将油从齿轮325向下传送至凸轮轴415的基部，其中该凸轮轴放置在曲轴箱110的底板390上。如参考图16更完整地讨论的，内部通道500、505构成发动机100的整体油路的一部分。
转到图9和图10，其中给出了曲轴箱110的下部370的俯视图和(从与气缸160相对的侧壁400观察到的)正视图。图9具体示出了由曲轴箱的底板390支撑的油泵412。进一步参考图11-14，其中更详细地示出了油泵412。具体参考图11-12，其分别为沿着图10的线11-11和线12-12得到的油泵412的剖视图，如图中所示，优选实施例中的油泵是具有常规设计的摆线泵(或者可选的是新月形齿轮泵)，其具有设置在外齿圈515内的内齿轮510，该外齿圈的内圆周上设有轮齿。
图13-14分别为沿着图9的线13-13和线14-14得到的横剖视图，如其中所示，内齿轮510和外齿圈515包含在壳体520内，该壳体520放置在曲轴箱110的底板390中的腔体518中。在所示实施例中，齿轮510、515具体地放置在底板390上，且壳体520围绕上述齿轮从底板390向上延伸。然而，在可选实施例中，齿轮510、515完全包含在壳体中，壳体再放置于底板390上。该壳体由刚性材料制成，使得围绕齿轮510、515的空间包络面更加精确以提供油泵412的改进的性能。
具体地如图11和图13中所示，内齿轮510具有内孔524，凸轮轴410贯穿该内孔设置。因而，凸轮轴410的内部通道500一直延伸到内齿轮510的底侧528。内齿轮510压配合或以其它方式连接在凸轮轴410上。因此，当驱动凸轮轴410旋转时，即引起内齿轮510及外齿圈515在壳体520内旋转。曲轴箱110的底板390或在可选实施例中壳体520的一部分支撑内齿轮510和凸轮轴410，因此形成该凸轮轴的下凸轮轴轴承555。
参考图12，与其它摆线泵(或新月形齿轮泵)相同，油泵412的内齿轮510的轮齿数量少于外齿圈515，且两个齿轮的中心轴彼此稍微错开。因此当齿轮510和515旋转时，在油泵412的进口管525中产生部分真空，从而将油经过进入孔550沿着壳体520外侧的曲轴箱底板390抽入油泵412中。另外，同时参考图13，由于油泵的运行而抽入油泵412中的油进而又经过出口通道535和曲轴轴承出口通道530排出油泵。
如图11、13和14中所示，出口通道535由曲轴箱110的底板390内(或者壳体520内)的槽532构成，该槽在内齿轮下方从内齿轮510和外齿圈515之间径向延伸至内孔524。由于出口通道535、内齿轮510、凸轮轴410和内部通道500的设置，由出口通道排出的部分油润滑轴/内齿轮的下轴承555。由出口通道535排出的其它油通过凸轮轴410的内部通道500向上泵送。这部分油为发动机100的多个其它部件提供了润滑，下面会参考图16-17进一步说明。
如图12和图14中所示，曲轴轴承出口通道530是从油泵412沿着油泵的顶部几乎延伸到支撑曲轴220的下曲轴轴承540的管道。使用附加的连接装置585将曲轴轴承出口通道530连接到下曲轴轴承540上，并进一步通过轴承中的孔口587连到轴承内部，从而完成了从油泵412到轴承540的油道。在一个实施例中，连接装置585是一种橡胶管，其具有设计成伸入曲轴轴承出口通道530内的第一端590和设计成安装在孔口587内的第二端592。油从曲轴轴承出口通道530流经连接装置585进入下曲轴轴承540中。在图14所示的实施例中，曲轴轴承出口通道530还包括减压阀594，允许油通过该出口通道中的孔597流出曲轴轴承出口通道530，使得如果油压变得过高时油可以流出该系统。在所示的实施例中，阀594包括球体596和弹簧599，当然也可以使用其它类型的阀门。
参考图15，示出了图12和图14的油道的另一实施例的分解图。具体地，图15示出了连接曲轴轴承出口通道530和轴承540的一种可选的连接装置685。具体地，连接装置685具有第一端690，其通过边缘696与第二端692分隔开，该边缘696在第一端和第二端之间从连接装置向外延伸。边缘696使连接装置685相对于曲轴轴承出口通道530和下曲轴轴承540保持在适当位置上。第一端690具有足够的长度以延伸经过孔597，并且当连接装置685插入出口通道530时，第一端690将球-弹簧阀694(或其它类型的阀)支撑在与孔597对准的位置上。
参考图16，使用框图示意出发动机100的整体油路545，油通过此回路从曲轴箱110的底板390泵送至发动机中的各种部件。如图所示，油从进入孔550抽入进口管525中，其中该进入孔形成了沿着曲轴箱110的底板390的取油器(oil pick-up)。随后油被提供给油泵412。在所示的实施例中，油泵412将部分油经出口通道535排出到凸轮轴410的下凸轮轴轴承555，而将其余部分的油经过曲轴轴承出口通道530排出。被泵送出曲轴轴承出口通道530的油再通过连接装置585(或连接装置685)提供给下曲轴轴承540，和/或通过减压阀594(或阀694)和孔597返回到(油泵412外侧的)曲轴箱110的底板390。在可选实施例中，部分油经出口通道535排出，而其余部分的油被泵送至不同于曲轴轴承出口通道530或者除此之外的其他位置。在另外的可选实施例中，所有的油经出口通道535排出。
经出口通道535泵送出的大部分油不会保留在下凸轮轴轴承555处，而是通过凸轮轴410的内部通道500继续向上，并沿着该凸轮轴的上凸轮轴轴承565流出。随后大部分的油继续通过输入管路270到达滤油器260，油在此得到过滤。一经过滤后，油继续通过输出管路280。一部分油沉积在上曲轴轴承570处，而一部分油继续沿着附加管路598流到轴415的上凸轮轴轴承575处。该部分油的一部分随后继续向下沿着轴415的内部通道505流到沿曲轴箱110下部370的、该轴的剩下的下凸轮轴轴承580。
图17示出了曲轴箱110顶部290的内侧600，以进一步阐明油路545的设计。具体地，示出了支撑各自凸轮轴410、415的上凸轮轴轴承565、575和支撑曲轴220的上曲轴轴承570。该图还示出了模制在顶部290中的凹槽602、604和606，以分别形成连接上凸轮轴轴承565和滤油器260的输入管路270、连接滤油器和上曲轴轴承570的输出管路280以及连接滤油器和上凸轮轴轴承575的附加管路598。凹槽602、604和606具有半圆形横截面，且通过使用板601覆盖这些凹槽而形成管路270、280和598。
虽然板601可以是平坦的，但在所示的实施例中该板具有槽605、607和609，它们与凹槽602、604和606互补以分别形成管路270、280和598。板601可以通过螺钉或其它紧固件或方法固定在顶部290上。在图8中所示的输入管路270和输出管路280的确切路径与图7中所示的管路路径有些不同，在于图7中所示的路径是直线的，而图8中的路径更弯曲一些。因此取决于实施例，输入管路270、输出管路280和附加管路598可以沿着各种不同的路径。这种通过模制凹槽和板601形成管路270、280和598的方式，与通过使用型芯、金属管等将封闭式通道完全铸造或钻制在顶部290中的可选方法相比，更为简单和更加节约成本，虽然在可选实施例中也可使用这样其它的方法来制造通道。
再次参照图16且另见图18，提供给上曲轴轴承570和下曲轴轴承540的油均用于润滑曲轴轴承本身，同时也用于润滑沿着曲轴220长度上的其它轴承。如图18中所示，沿着曲轴220的每个上轴轴承部700和下轴轴承部710均包括各自的环形凹槽712，油通过上曲轴轴承570和下曲轴轴承540(例如，通过这些轴承中的孔)输送到上述环形凹槽中。在曲轴220中分别钻制的上孔708和下孔718，从上轴轴承部700和下轴轴承部710的各自的槽712，分别穿过上曲柄臂720和下曲柄臂730，延伸至曲轴的曲柄销701中延伸的内部通道724，该曲柄销基本上平行于曲轴220的中心轴726。
如图所示，上孔708和下孔718相对于中心轴726以倾斜的角度在槽712与曲柄销701之间延伸。通过以此方式钻制孔708、718，每个孔708、718可仅通过钻制单一的直孔而分别形成。然而，在所示的实施例中，必须钻制三个其它的孔以便将油传送到沿着曲轴220的三个不同的位置。首先，曲柄销701包括第一附加孔715，其连接内部通道724与形成曲柄销轴承702的曲柄销外表面。因此，通过上孔708和下孔718提供给内部通道724的油接着再传送到曲柄销701的外侧，以向曲柄销轴承702提供润滑。
此外如图18中所示，曲轴220分别包括第一和第二偏心轴承704和706，用于支撑一个或多个配重440。具体地，第一偏心轴承704沿着曲轴220设置在上曲柄臂720与上轴轴承部700之间，而第二偏心轴承706设置在下曲柄臂730与下轴轴承部710之间。为了向第一和第二偏心轴承704和706提供油，分别钻制第二和第三附加孔722和732，以分别将各自的上孔708和下孔718与上偏心轴承和下偏心轴承相连接。
第一、第二和第三附加孔715、722和732大体定向为使得这些孔到达曲柄销轴承702、第一偏心轴承704和第二偏心轴承706的表面并接近这些轴承的侧边缘。即，孔715、722和732大体定向为使得这些孔不到达离中心轴726最远或者最近的轴承部分附近的轴承表面。这些孔715、722和732的方向选择为使得在发动机运行期间，由连杆420或者配重440施加给轴承的压力不会不期望地限制或者过分增强油流出这些孔。
图16以示意性的形式示出，泵送至上曲轴主轴承570和下曲轴主轴承540的油接着分别经过上孔708和下孔718、通过内部通道724和第一附加孔715，向曲柄销轴承702泵送，另外还经过第二和第三附加孔722、732泵送至上偏心轴承704和下偏心轴承706。尽管图16的实施例分别通过上曲轴主轴承570和下曲轴主轴承540向曲轴220提供了双重的油流动路径，但在可选实施例中，单一的流动路径也能满足需要。例如，如果油不再通过连接装置585泵送至下曲轴主轴承540，仍然可以通过上曲轴主轴承570将油提供给曲轴220，此外，仍然可以通过上孔708和下孔718以及内部通道724将油提供给下曲轴主轴承540。在希望所有提供给曲轴220的油在提供给曲轴之前经过滤油器260过滤的情况下，这样的可选流动路径将会是所期望的。
前述实施例与常规系统相比具有多种优点。具体地，因为油通过凸轮轴410和415传导，所以不需要为了将油从曲轴箱底板提供到沿着曲轴箱顶部的轴承，而在曲轴箱的壁面内铸造或以其它方法制造油道。并且，由于顶部290是可拆卸的，且可简单地制造为包括输入管路、输出管路和附加管路，所以制造将油提供给滤油器和沿着曲轴箱顶部的各种轴承的油路的相关费用与传统设计相比更为减少。而且，由于曲轴220能够在上曲轴主轴承570和下曲轴主轴承540之间传导油，因此上曲轴主轴承和下曲轴主轴承只有其中之一需要分别通过输出管路280或者连接装置585提供油。
此外，由于包括齿轮320、325和凸轮360、365的第一和第二凸轮轴410、415相应地相同，且每根凸轮轴只包括单个凸轮，所以这些部件可以使用例如坚固塑料等材料通过注射成型而经济地制造，这样的材料在发动机运行中，当凸轮与发动机推杆接触时，产生相对较小的噪音。另外，双凸轮设计具有的附加的好处在于，与进气阀门和排气阀门相对应的推杆、摇臂和气门都设置在气缸和气缸盖的相对两侧，使得气门桥区域610更多地暴露于风扇吹送的空气，从而获得更有效的冷却。
此外，通过第二和第三附加孔722、732向上偏心轴承704和下偏心轴承706提供油，与不直接将油泵送到这些轴承的设计相比，可使跨在这些偏心轴承上的配重440更平稳、更有效地运行。本发明旨在包括曲轴油路的其它设计，其中通过孔或者其它通道将油泵送到用于支撑配重的偏心轴承表面，而不管这样的曲轴油路是否采用了图18中所示的特殊的孔(例如，上孔708和下孔718)。
关于这一点，在图19-21中示出了曲轴820及组成部件的第二实施例。具体地，图19给出了曲轴820和配重440的部件的分解透视图，而图20给出了这些部件在完全组装时的横剖视图。如图所示，曲轴820包括一对主段810、曲柄销820和一对分别连接曲柄销与各自主段的曲柄臂830。当组装在发动机100中时，连杆420将曲柄销820与活塞210连接(见图7)。可转动平衡块430由一对重块组成，该对重块分别是各自曲柄臂830的延伸部分，直径上越过曲轴820的中心轴840与曲柄销820对置。在可选实施例中，可旋转平衡块430不需要包括两个分开的重块，也不需要整体形成为曲柄臂830的一部分。
此外如图19和图20中所示，具有偏心边缘860的凸缘850分别设置在各自的主段810上。当完全组装到曲轴820上时，凸缘850分别设置为使得凸缘各自的内缘945邻接相应的曲柄臂830的外侧865。在本实施例中，每个凸缘850分别包括远离中心轴840径向向外延伸的突起855。具体地，各自的突起855沿着各自曲柄臂830的外侧865延伸。而且，各自凸缘850的外缘965(见图21)围绕各自的主段810，并由其支撑且与其接触(例如邻接)。分别具有重块部870和带有圆形空腔890的连接臂880的一对配重440也安装在曲轴820上，以使圆形空腔890分别配合在偏心边缘860周围。由于偏心边缘860，圆形空腔890的中心轴(未示出)与中心轴840偏移。因此，当曲轴820旋转时，配重440朝向和远离曲轴移动，并且用于平衡往复运动的活塞210的部分作用力。两个配重440通过销900固定在一起。而且，凸缘850通过附加销910压靠在曲柄臂830上。
进一步如图所示，关于曲轴820设置有曲轴油路，以使润滑剂可沿着曲轴的整个长度流动而不会受到存在的曲柄臂830和曲柄销820的阻碍，并且同时将润滑剂提供给曲柄销820与连杆420之间的界面以及偏心边缘860与圆形空腔890之间的界面。图19和图20示出曲柄销820包括润滑剂可流过其中的通道或者油廊(oil galley)920(也称为油沟)。油廊920可以在铸造曲柄销时简单地形成在曲柄销820中。当由曲柄臂830支撑时，曲柄销820及其油廊920在曲柄臂的外侧865之间的整个距离内延伸。在可选实施例中，曲柄销只延伸至曲柄臂或者部分地穿过曲柄臂，而不是外侧865之间的整个距离。在这样的实施例中，曲柄臂830另外还形成有将油廊920延伸至曲柄臂的外侧865的孔。而且，虽然曲柄销820通常是不同于各自的曲柄臂830的部件，但在某些实施例中将曲柄销和一个或者两个曲柄臂整体地形成为单个部件。
另外参照图21，其给出了一个凸缘850的正视图，每个凸缘包括沿着凸缘各自的外缘965的第一槽930，而且还包括沿着凸缘各自的内缘945和突起855的第二槽940。当凸缘850设置在曲轴820的主段810上以邻接各自的曲柄臂830时，第一槽930沿着平行于中心轴840的方向从凸缘各自的内缘945延伸至凸缘的末端，例如至主段810各自的外部815。第二槽940分别从凸缘850各自的外缘965径向向外延伸足够远以使第二槽到达油廊920相应的开口端。
每个凸缘850的第一槽930和第二槽940在凸缘的内缘945和外缘965会合的位置彼此连接。因此，当各自的凸缘850设置在各自的主段810上，使得外缘965邻接主段810并且内缘945邻接各自曲柄臂830的外侧865时，各自的通道935由各自组的槽930、940形成(如图20中最佳示出的)。润滑剂例如油970因此能够经过主段810的外部815与油廊920之间的通道935流动。当通过曲轴主轴承570、540提供给主段的外部815(其对应于图18中所示的部分700、710)时，润滑剂能够到达通道935，因为提供给这些部分815的一些润滑剂继续流入通道935中。
如图20中所示，在本实施例中，还设置有将油廊920连接到曲柄销820外部的附加通道950。附加通道950使得油还可在油廊920与曲柄销820的外表面925(或者曲柄销轴承)之间流动，从而为曲柄销和连杆420之间的界面提供润滑。尽管在图20中，所示的是附加通道950从油廊920向外延伸至外表面925上距离中心轴840最远的部分，但在可选实施例中，通道将延伸至外表面上介于距离中心轴840最远和最近的部分之间的部分，使得流到外表面925的油不会由于连杆420与外表面之间的相互作用而受到阻碍或者过度增强。
进一步如图21中所示，在某些实施例中，凸缘850包括一个或者更多的附加通道，使得部分通过通道935提供的油向外流到偏心边缘860上。例如，在一个实施例中，每个凸缘850包括第一出口通道923，其大致定向为沿着第一槽930平行于中心轴840，以使凸缘850的偏心边缘860与第二槽940连接。在另一个实施例中，每个凸缘850包括第二出口通道926，其大致垂直于中心轴840而且也垂直于第二槽940，以将第二槽连接到偏心边缘860。此实施例优选于前述实施例，因为油既不被输送到最靠近中心轴840的偏心边缘860的部分也不被输送到距离中心轴最远的偏心边缘的部分。因此，如上面关于图18所示实施例的讨论，既不会过度阻碍油流出到偏心边缘860上也不会过度促使其流到偏心边缘上。在可选实施例中，偏心边缘860可替代性地包括一条或者更多连接槽930与偏心边缘的通道。在另外的可选实施例中，可以制造多条上述的通道。
除了图19-21以外再次参照图16，曲轴820的某些部件与图16中所示的部件702、704、706、708、715、718、722、724和732相对应并且起到大致相同的功能。具体地，曲柄销轴承702和偏心轴承704、706分别对应于外表面925及第一和第二凸缘850的偏心边缘860。此外，图16(以及图18)中的上孔708和下孔718分别由各自凸缘850的通道935所取代，该通道由每个各自凸缘的内槽930和外槽940构成。曲轴820的油廊920对应于内部通道724，且附加通道950对应于第一附加孔715。最后，每个各自的凸缘850的第一和第二出口通道923、926中的一条或者两条(或者其他通道，取决于实施例)，对应于图16和图18中的第二和第三附加孔722、732。
尽管图1-8中所示的发动机100为立式曲轴发动机，然而关于图9-21所描述的油路可以其现有的或者修改的形式用于具有立式或者卧式曲轴的多种发动机中。对于卧式曲轴发动机，由于油被泵送、由于发动机稍微倾斜的定向、或者通过本领域中所公知的其他方法，油可流经曲轴油路。尽管泵送油的方式也可用于立式曲轴发动机，但通常重力单独就足以使油沿着/穿过曲轴220、820向下流动，流过图18-21中所示的其各种各样的通道(例如，通道708、718、724、722、732、715、935、920等)。
在可选实施例中，曲轴220、820以及曲轴的部件例如由孔708、718构成的通道、凸缘850、突起855以及第一和第二槽930、940的确切形状，可以从图18-21中所示的那些部件进行修改。例如，在一个可选实施例中，凸缘850可以具有与用以安装凸缘的曲柄臂830的外侧865相同的横截面形状(垂直于中心轴840观察)。另外，可以在主段810和/或曲柄臂830中设置互补槽以与第一和第二槽930、940接合，或者在另外的实施例中，将槽完全设置为主段和曲柄臂830的外表面中的凹槽，而使凸缘850的内缘945和外缘965保持平坦。在另外的可选实施例中，第一和第二槽930、940可以由完全封闭在凸缘850或者其他部件中的第一和第二通道所替代。
此外在某些可选实施例中，可以通过其他方式将润滑剂提供给形成连杆420与曲柄销820之间的界面的外表面925，从而不需要附加通道950。在另外的可选实施例中，油廊920不必具有严格的圆柱形，也不必完全地在两个外侧865之间延伸。例如，在某些实施例中，曲轴油路的目的将仅仅是使润滑剂在油廊与其中一个主段810之间流动，而不是使润滑剂从一个主段经过曲柄销和曲柄臂流到另一个主段。
另外，虽然在本实施例中，凸缘850同时达到了建立曲轴油路的目的和支撑配重440的目的，但在可选实施例中，可以采用两个不同的部件以实现此不同的目的。此外，如本实施例所述的油路可以用在不是单缸发动机的发动机，即，不需要配重440且因此不需要支撑配重的凸缘850的发动机中。例如，在一个可选实施例中，可以通过由凸缘或者靠近曲柄臂830设置的其他部件所形成的通道935将油廊920与主段810连接，其中这些部件不具有偏心边缘860。而且，这样的多缸发动机可以采用具有一根或者更多曲柄销和成组曲柄臂的一根或者更多曲轴，其中所有曲轴或者其任意的子集可以采用如上所述的通路/通道/油廊以形成一条或者更多油路。
虽然上述说明书图示并说明了本发明的优选实施例，但应该理解本发明并不局限于本文所公开的确切结构。在不脱离本发明的精神和本质特性的情况下，本发明还可以其它特定的形式实施。例如，可以使用其它类型的泵来代替所示的摆线泵/新月形齿轮泵。因此，应参考以下的权利要求而不是以上的说明，来确定本发明的范围。
权利要求
1.一种内燃机，包括曲轴箱；由所述曲轴箱支撑的泵，所述泵包括进口和第一出口；第一凸轮轴，其具有在所述第一凸轮轴的第一端和第二端之间延伸的第一通道，其中第一凸轮轴端至少间接地由泵和曲轴箱之一支撑，并且其中润滑剂从所述泵提供给所述第一通道的第一端，并经过第一通道传送到所述第二端；由曲轴箱支撑的曲轴；第二通道，其将通过所述第一通道输送到第一凸轮轴的第二端的润滑剂的至少第一部分传送到所述曲轴的第一曲轴轴承；以及位于所述曲轴中的第三通道，其接收通过第二通道传送的润滑剂的至少第二部分，并且进一步将所述润滑剂的第二部分的至少第三部分传送到所述曲轴上的曲柄销轴承。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中所述泵和所述曲轴箱的底板之一构成支撑所述第一凸轮轴端的第一凸轮轴轴承，其中润滑剂还润滑所述第一凸轮轴轴承。
3.如权利要求1所述的内燃机，其中位于曲轴内的所述第三通道至少包括第一通道部，其从第一曲轴轴承延伸到曲轴的曲柄销的内部；以及第二通道部，其从所述第一通道部延伸到曲柄销的外表面，其中所述外表面用作所述曲柄销轴承。
4.如权利要求3所述的内燃机，其中所述第一通道部为孔，其相对于所述曲轴的中心轴以第一倾斜角度在第一曲轴轴承与所述曲柄销的内部之间延伸，且所述第二通道部包括第三通道部，其沿着大致平行于所述中心轴的方向在曲柄销的内部延伸；以及第四通道部，其从所述第三通道部延伸到所述外表面。
5.如权利要求4所述的内燃机，其中所述第三通道还包括第五通道部，其为相对于所述曲轴的中心轴以第二倾斜角度在第二曲轴轴承与所述第三通道部之间延伸的孔，其中在所述第一曲轴轴承提供给第一通道部的润滑剂的至少一部分被传送到所述第二曲轴轴承。
6.如权利要求1所述的内燃机，还包括第四通道，其将润滑剂从所述泵传送到第二曲轴轴承。
7.如权利要求6所述的内燃机，其中所述曲轴还包括第五通道，其接收由所述第四通道传送到所述第二曲轴轴承的润滑剂的至少第一部分，并且进一步将由所述第四通道传送的所述润滑剂的第一部分的至少第二部分传送到所述曲轴上的曲柄销轴承，从而向所述曲轴双向地提供润滑剂流。
8.如权利要求1所述的内燃机，其中所述曲轴包括用以支撑至少一个配重部件的第一偏心轴承，并且其中所述曲轴包括第四通道，其将所述第三通道连接到所述第一偏心轴承的外表面，以将润滑剂传送到该处。
9.如权利要求8所述的内燃机，其中所述第三通道和第四通道将润滑剂传送到所述曲柄销轴承和偏心轴承的外表面的部分，这些部分位于距离所述曲轴的中心轴最远和最近的外表面的其它部分之间。
10.如权利要求8所述的内燃机，其中所述第三通道超过所述曲柄销轴承延伸至第五通道，其将所述第三通道连接到第二偏心轴承的外表面以将润滑剂传送到该处，其中所述第二偏心轴承也用以支撑所述至少一个配重部件，并且其中每个所述第一和第二偏心轴承分别邻近于各自的曲轴配重设置。
11.如权利要求1所述的内燃机，其中所述曲轴箱包括具有底板和多个侧面的主部，还包括可以从所述主部上拆卸的顶部，其中所述顶部是模制的，使得顶部的内表面包括有多个凹槽，当用板覆盖时形成至少一条通道，其中所述至少一条通道包括所述第二通道的至少一部分。
12.如权利要求1所述的内燃机，还包括至少间接地连接在所述第一凸轮轴的第二端与所述第二通道之间的滤油器，其中提供给所述曲轴的润滑剂被过滤。
13.一种系统，包括能够提供润滑剂的泵；第一通道，其至少部分地连接所述泵与曲轴轴承，以便将所述泵提供的润滑剂的至少第一部分传送到所述曲轴轴承；以及关于所述曲轴轴承支撑的曲轴，其中所述曲轴包括第一偏心轴承，其中所述第一偏心轴承设置成用以支撑至少一个配重部件；和位于曲轴中的第二通道，其中通过曲轴轴承向所述第二通道提供有润滑剂的至少第二部分，并且第二通道将润滑剂的至少第三部分传送到所述第一偏心轴承的第一外表面。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述曲轴还包括第二偏心轴承，其中所述第二偏心轴承也设置成用以支撑所述至少一个配重部件，并且其中位于曲轴中的所述第二通道还将润滑剂的至少第四部分传送到所述第二偏心轴承的第二外表面。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述第二通道包括第一和第二倾斜孔、曲柄销孔、以及将所述第一和第二倾斜孔分别连接到所述第一和第二外表面的第一和第二附加孔，其中所述曲柄销孔在所述曲轴的曲柄销的内部延伸，并且其中第一和第二倾斜孔使曲柄销孔与第一和第二环形槽连接，所述第一和第二环形槽设置在位于曲轴的第一和第二端的第一和第二曲轴轴承部中。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述第二通道将润滑剂的至少第三部分传送到偏心轴承外表面上的位置，所述位置介于离曲轴的中心轴距离最大的外表面的第一部分与离所述中心轴距离最小的外表面的第二部分中间。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述曲轴还包括设置成与连杆接合的曲柄销轴承，且其中位于曲轴中的第二通道还将润滑剂的至少第四部分传送到曲轴轴承的第二外表面。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述第二通道至少部分地通过将凸缘固定到主曲轴部上而形成，其中所述凸缘和主曲轴部之一包括槽，使得一旦将凸缘固定到主曲轴部上即可形成内部通道。
19.一种单缸内燃机，包括气缸；曲轴箱；至少间接地由所述曲轴箱支撑的第一凸轮轴，其中所述第一凸轮轴包括第一凸轮；至少间接地由所述曲轴箱支撑的第二凸轮轴，其中所述第二凸轮轴包括第二凸轮；至少间接地由所述曲轴箱支撑的曲轴，其中所述曲轴至少间接地与每根第一和第二凸轮轴连接，以使曲轴的旋转引起每根第一和第二凸轮轴及其各自凸轮的旋转，并且其中各自凸轮的旋转能够分别产生与气缸关联的第一和第二气门的相应的运动；以及用于将润滑剂传送到至少一个与曲轴关联的轴承的装置。
20.如权利要求19所述的单缸发动机，其中用于传送润滑剂的装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轮轴之一的内部，而所述第二通道至少部分地模制在曲轴箱可拆卸的顶部内。
21.如权利要求19所述的单缸发动机，其中所述曲轴轴承的所述至少一个轴承包括用于支撑至少一个配重的偏心轴承。
22.一种在内燃机中传送润滑剂的方法，所述方法包括将润滑剂的至少第一部分通过至少一条第一通道传送到曲轴轴承；进一步将润滑剂的至少第二部分从曲轴轴承通过位于曲轴中的至少一条第二通道传送到偏心轴承，其中所述偏心轴承设置成用于支撑配重的至少一部分。
23.如权利要求22所述的方法，还包括通过泵的方式泵送润滑剂，并且其中所述第一通道包括穿过凸轮轴的内部通道。
全文摘要
本发明公开了一种具有油路的发动机和在发动机中传送油的方法。该发动机包括曲轴箱、泵和凸轮轴，该凸轮轴具有在凸轮轴的第一端和第二端之间延伸的第一通道，其中润滑剂从上述泵提供给上述第一通道的第一端并经第一通道传送到第二端。该发动机还包括曲轴；第二通道，其将输送到第一凸轮轴的第二端的润滑剂的至少一部分传送到曲轴轴承；以及位于曲轴内的第三通道，其接收由第二通道传送的润滑剂的至少一部分并将润滑剂的至少一部分传送到曲轴上的曲柄销轴承。在一些实施例中，润滑剂通过第三通道传送到设置成用于支撑配置的偏心轴承。
文档编号F16C3/14GK1867756SQ200480029856
公开日2006年11月22日 申请日期2004年8月18日 优先权日2003年8月20日
发明者K·G·邦德, T·M·罗特, R·W·理查兹, D·B·赖因伯德, W·D·柯尼希斯, R·L·汉森 申请人:科勒公司