专利名称：机械式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机，尤其涉及一种具有较高性能的机械式发动机，属于机械制造领域。
背景技术：
要制造出一种高速、低噪音、低排放、低成本的发动机，特别是一种紧凑型的发动机，其问题主要集中在发动机的箱体、箱盖、汽缸头和配气机构的设计方面，一个良好的设计对于发动机的制造、成本的控制、零部件的互换性以及制造装配工艺的展开等等各个方面都具有良好的作用，因为要制造一种结构紧凑的发动机所面临的主要任务不是发动机的性能，而是发动机的可大批量制造的特性，所以在设计此类发动机时应该综合各方面的因素进行综合的考量。同时为了满足发动机小型化的要求，发动机在设计时零部件要尽可能地少，又为了充分利用设计空间，各个零件的物理形状就要设计得非常不规则，但是这样就为设计的变更和生产制造带来较大的困难。
例如同样是设计一款3-4马力的汽油发动机，紧凑型的加工难度要远远高于非紧凑型的，这是因为其中的发动机的变形以及其衍生形式和生产工艺可变的弹性大大减低，从而造成制造成本大大增加(特别是加工成本和人工成本)，随着社会经济的发展，产品的材料成本会逐步降低，而人工成本和时间成本是不断提高的，所以苛刻地追求材料成本的减低而忽视其他方面是不行的，并且紧凑型的结构还会对发动机的热性能产生不利影响，因此要特别重视发动机的散热问题。国外小型发动机的设计比较先进，现以本田公司为例进行主要说明。如图3、图4是本田公司生产的大约3.5马力的汽油发动机的机体和箱盖，其配气机构主要由时规同步带、带轮、凸轮和气门摇臂等组成，是OHC型(顶置凸轮)，因为凸轮转速必须是曲轴的1/2，所以通过时规同步带带动凸轮和带轮完成动力传递和减速，这种结构使得配气机构的重量小，运转惯性低，噪音小，适合相对高的转速工作，但发动机的箱体19′和汽缸头18′合二为一，从设计的角度讲减少了零件的数量，使发动机的体积有所减小，但是从发动机零件的加工工艺和装配工艺角度讲，由于箱体19′和箱盖18′是通过倾斜面K、K′来加工和装配的，从而造成加工基准和设计基准的不重合，使得零件的加工变得比较困难，加工的形位公差有增大的趋向，极易造成大量的报废零件，使得整机的成本反而上升；并且从图3中可以看出，W部位完全遮住了此处的汽缸和汽缸头18′，如果发动机的冷却气流是从此部位吹来的，那对发动机的散热是极其不利的。图5是本田公司生产的大约1.7马力的汽油发动机的机体(箱体18＂与汽缸头19＂制成一体，箱体18＂与箱盖的安装配合面K＂为斜面)，采用的是一种原始OHV(即下置凸轮式，配气机构由气门上摇臂、挺柱和凸轮构成，凸轮机构在曲轴箱内)结构，虽然结构简单，可靠性高，并且不存在散热困难，但是配气机构是往复运动，外加机件质量和高转惯性比较大，极高转速工作下挺柱会因为惯性跳离摇臂，产生哒哒的噪音，所以这种形式的发动机不适合相对高速运转。从技术角度来分析，同步带发动机对顶杆的要求较高，特别是需要一条过硬的湿式同步带，而这种设计并不能发挥出发动机应有的特性。另外，在发动机转速位于4000-5000转的范围之内采用同步带的OHC型发动机并没有很大的制造和技术优势。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺点，提供一种高速、低噪音、低排放、低成本的发动机。
本发明机械式发动机的技术方案是包括箱体，箱体连接汽缸头和箱盖，在箱体、汽缸头和箱盖组成的空腔内装有曲轴连杆活塞系和配气机构，箱体底部装有油位传感器，曲轴连杆活塞系是曲轴的直轴部分安装正时齿轮和调速甩油齿轮，正时齿轮驱动配气机构，调速甩油齿轮驱动润滑和冷却系统，曲轴的曲拐处连接连杆，连杆另一端连接活塞，活塞装入箱体的汽缸孔中，曲轴一端伸出箱体连接执行元件，其特征在于汽缸头顶部制有槽式支架，槽式支架内设有左、右两个安装座，两安装座呈倒八字型，槽式支架下面制有两个推杆安装槽；所述的配气机构是固定在箱体上的凸轮，凸轮上部两面分别与进气下摇臂和排气下摇臂相接触，两摇臂通过下摇臂销相连接并分别连接推杆，两推杆穿过汽缸头上的推杆安装槽，并向上张开呈倒八字型，一根推杆连接进气上摇臂，进气上摇臂连接进气门，排气下摇臂经推杆连接排气上摇臂，排气上摇臂连接排气门，排气上摇臂和进气上摇臂分别固定在左、右安装座上，进气门和排气门的运动轴线方向与发动机活塞的运动轴线方向相同；箱体与箱盖的配合安装面为平面。
本发明的机械式发动机，汽缸头顶部的槽式支架结构使得汽缸头上的推杆安装槽和其固定螺栓孔B容易布置，同时可在汽缸盖上形成冷却通道E、F，这些通道对于冷却汽缸盖上的热三角区域G是非常有利的，并能提高发动机的性能；其配气机构的结构及其与汽缸头之间的安装布局，使得上摇臂的主受力点和下摇臂的动力输出点近似位于以上两个力点和上摇臂及气门的接触点所形成的平面内，根据机械原理，这样的布置使得推杆(推杆用来连接这两个力点)在运动时产生的横向摆动最小，从而对其运动的传动比不会产生过大的影响，保证凸轮的外型曲线既能较好地符合气门的生程规律，又可以避免凸轮的从动件不致产生异响和脱槽现象。此外，配气机构的结构使得箱体与箱盖的配合安装面可制成平面，简化了零件的加工工艺，使得零件的质量得到保证，减少了零部件生产的报废率，降低了材料成本，并且采用已经成熟的零件加工工艺和组装工艺便于组织大批量的生产，进一步降低单机成本。
本发明的机械式发动机，其推杆顶部朝各自的气门中心线倾斜，并且推杆与曲轴轴线的夹角β是锐角，便于布置冷却通道，使得安装位置较为合理。其凸轮外安装从动齿轮，从动齿轮与正时齿轮相啮合，通过正时齿轮直接驱动凸轮，结构简单，传动可靠。槽式支架与汽缸头分体制造，槽式支架与汽缸头分别单独后，再将槽式支架组装到汽缸头上。其所述的与凸轮上部两面相接触的进气上摇臂与排气上摇臂呈八字型，传动可靠。其所述的左安装座和右安装座分别制有两片耳朵，两片耳朵之间制有卡槽，一个卡槽内安装进气上摇臂，另一个卡槽内安装排气上摇臂，分别经摇臂轴相固定，结构强度好。
图1是本发明的装配右剖视图； 图2是本发明的装配主视图； 图3是本田公司生产的大约3.5马力的汽油发动机的机体； 图4是本田公司生产的大约3.5马力的汽油发动机的箱盖； 图5是本田公司生产的大约1.7马力的汽油发动机的机体； 图6是本发明的配气机构的结构示意图； 图7是本发明的汽缸头的俯视图； 图8是本发明的汽缸头的M—M剖视图； 图9是本发明的汽缸头的N—N剖视图。
具体实施例方式 本发明公开了一种机械式发动机，如图1所示，包括箱体19，箱体19连接汽缸头18和箱盖22，在箱体19、汽缸头18和箱盖22组成的空腔内装有曲轴连杆活塞系和配气机构，箱体19底部装有油位传感器25，曲轴连杆活塞系是曲轴31的直轴部分安装正时齿轮32和调速甩油齿轮33，正时齿轮32驱动配气机构，调速甩油齿轮33驱动润滑和冷却系统，曲轴的曲拐处经连杆螺栓36和连杆盖35连接连杆29，连杆另一端连接活塞28，活塞28装入箱体19的汽缸孔48中，曲轴通过轴承341、342安装于箱体上的轴承安装孔中，曲轴31一端伸出箱体19连接执行元件；曲轴连杆活塞系通过调速甩油齿轮33与搅油调速齿轮37相啮合来驱动，正时齿轮32驱动配气机构，其特征在于汽缸头18顶部制有槽式支架185(如图7-图9所示)，槽式支架185可以和汽缸头18做成一体，也可单独制造后组装与汽缸头18上面，槽式支架185内设有左、右两个安装座183、184，两安装座183、184呈倒八字型(左安装座183和右安装座184的结构可以分别制成两片耳朵，两片耳朵之间制有卡槽186，一个卡槽内安装进气上摇臂13，另一个卡槽内安装排气上摇臂131，分别经摇臂轴7相固定)，槽式支架185下面制有两个推杆安装槽181、182；所述的配气机构(其结构如图6所示)是固定在箱体19上的凸轮2，凸轮2外安装从动齿轮45，通过从动齿轮45与正时齿轮32相啮合来直接驱动凸轮2，凸轮2上部两面分别与进气下摇臂3和排气下摇臂4相接触，并且进气上摇臂13与排气上摇臂131安装后呈八字型，两摇臂3、4通过下摇臂销12相连接并分别连接推杆5，两推杆5穿过汽缸头上的推杆安装槽181、182，并向上张开呈倒八字型，一根推杆5连接进气上摇臂13，进气上摇臂13连接进气门11，排气下摇臂4经推杆5连接排气上摇臂131，排气上摇臂131连接排气门9，排气上摇臂131和进气上摇臂13分别固定在左、右安装座183、184上，推杆5顶部最好朝各自的气门中心线倾斜，并且使推杆5与曲轴31轴线的夹角β成锐角，这样有利于布置冷却通道，使得安装位置较为合理，进气门11和排气门9的运动轴线方向与发动机活塞28的运动轴线方向相同；箱体19与箱盖22的配合安装面为平面。
下面详细介绍一个安装实例，如图2所示，D平面的上部是汽缸头18，汽缸头18用螺栓和箱体19相连接组成发动机其他零件的安装机架，曲轴连杆活塞系由活塞28、连杆29、连杆螺栓36、曲轴31、调速甩油齿轮33、正时齿轮32、曲轴31的支撑轴承341、342和连杆盖35所组成，其中活塞28和连杆29通过一个销子连接成一个总成首先装入箱体19的活塞孔中；然后把轴承341、调速甩油齿轮33和正时齿轮32采用热压配(即通过加热的方式使需要安装的零件发生热膨胀，然后用加压力的方式安装到另一个零件的配合面上)的安装方式组装于曲轴31上的相应位置，形成一个总成件后，把此总成件的轴承342压入箱体19上的轴承安装孔中，把上述两个总成件相互移动到合适的位置，通过连杆螺栓36和连杆盖35在曲轴31的曲拐处相连接，使之配合形成一个具有相互确定关系能量转换部件。配气机构具体包括凸轮轴1，凸轮2，进气下摇臂3，排气下摇臂4，推杆5，调节螺母6，上摇臂轴7，调节螺钉8，排气门9，进气门油封10，进气门11，下摇臂销12，进气上摇臂13，排气上摇臂131，气门弹簧座14，挡圈15，气门弹簧16，挡圈17。进气下摇臂3、排气下摇臂4、下摇臂销12和挡圈17以图6所示方式组装后，无挡圈的一端装入箱体19上相应的安装孔中。凸轮轴1、凸轮2和挡圈15以类似的方式装入箱体19上的相应安装孔中，并且使进气下摇臂3和排气下摇臂4分别置于凸轮的两面呈八字形。以上各个零件组装完毕后，再进行下一步安装。发动机的箱盖22装有搅油调速齿轮37(参见图1)，搅油调速齿轮37通过固定销38和挡圈39与箱盖22相连接，搅油调速齿轮37可以在固定销38上自由转动，通过与调速甩油齿轮33进行啮合来传递所需的动力。安装箱盖22时使其上面的孔N与凸轮轴1、孔M与下摇臂销12分别对齐，通过皮锤击打，使得轴承342(之前已经被压入箱盖22的轴承安装孔中)的内孔在箱盖22的带动下套在曲轴31的相应位置上，然后锁紧螺栓26。在箱体底部制有一个通孔46用来安装油位传感器25，可以实现的一个方案是由传感器的安装座23、传感器25、固定螺栓43和密封圈41、42组成，装配时把油位传感器25穿过通孔46，使之伸到箱体19内部后，再用固定螺栓43(也可用其他固定方式)把油位传感器25固定到安装座23上，安装座23与箱体19底部相固定。发动机在运转过程中，如果机体中的机油少于某一定量，传感器25就会发出一个信号使发动机停止工作，机油尺27上面刻有可用肉眼分辨的刻度，用来控制操作员加入的机油量，以免人为加入过多的机油而影响发动机的正常工作。
本发明的机械式发动机是四冲程的发动机，其零部件的运动传递和工作过程如下从图2上看，设曲轴31的旋转方向为逆时针，曲轴31上的正时齿轮32带动从动齿轮45，从而带动凸轮2转动，转动方向为图2所示方向，凸轮推动排气下摇臂4运动，通过推杆5、调节螺钉8和排气上摇臂131传递到排气门9，排气门9克服气门弹簧16弹力向下运动，排气门打开，发动机汽缸进行排气。当凸轮转到某一位置时排气门9打开，幅度达到最大(即排气下摇臂4摆动到极限位置)，随着凸轮的转动，排气门9打开幅度从大到小回到原位完成排气过程；相同的道理，凸轮2的凸轮在转动的某一时刻推动进气下摇臂3，通过推杆5、调节螺钉8和进气上摇臂13传递到进气门11，进气门11克服气门弹簧16弹力向下运动，进气门11打开，完成进气过程(排气和进气过程存在一个时间差)；之后，排气门9、进气门11不再运动，随着曲轴31的连续转动发动机的汽缸完成余下的压缩-做功两个过程，随后又重复排气-进气-压缩-做功过程，如此循环，周而复始。曲轴31上的调速甩油齿轮33和搅油调速齿轮37啮合，随着曲轴31的旋转，调速甩油齿轮33带动搅油调速齿轮37旋转，两者配合在箱体19内部打起机油的油雾，对发动机的运动零部件进行润滑和冷却。本发明的关键是通过位于箱体19内的凸轮2向箱盖22一面的方向移动一个合适的距离，同时配合汽缸头18上面安装的推动发动机气门的两个上摇臂13、131向一个中心平面(这个平面是以汽缸的轴线和曲轴31轴线形成)的两面大致对称的分开，从而使设计一个单独的小型发动机的合理汽缸头18成为可能，这样有利于简化生产工艺降低生产成本，同时对发动机的散热性能产生有利的影响，提高发动机的性能。
以上叙述只是本发明的一个较佳示例，非因此而限制本发明的权利范围，所以运用本发明的说明书和附图所作的等效技术变化，均同理包含于本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1、机械式发动机，包括箱体，箱体连接汽缸头和箱盖，在箱体、汽缸头和箱盖组成的空腔内装有曲轴连杆活塞系和配气机构，箱体底部装有油位传感器，曲轴连杆活塞系是曲轴的直轴部分安装正时齿轮和调速甩油齿轮，正时齿轮驱动配气机构，调速甩油齿轮驱动润滑和冷却系统，曲轴的曲拐处连接连杆，连杆另一端连接活塞，活塞装入箱体的汽缸孔中，曲轴一端伸出箱体连接执行元件，其特征在于汽缸头(18)顶部制有槽式支架(185)，槽式支架(185)内设有左、右两个安装座(183、184)，两安装座(183、184)呈倒八字型，槽式支架(185)下面制有两个推杆安装槽(181、182)；所述的配气机构是固定在箱体(19)上的凸轮(2)，凸轮(2)上部两面分别与进气下摇臂(3)和排气下摇臂(4)相接触，两摇臂(3、4)通过下摇臂销(12)相连接并分别连接推杆(5)，两推杆(5)穿过汽缸头上的推杆安装槽(181、182)，并向上张开呈倒八字型，一根推杆(5)连接进气上摇臂(13)，进气上摇臂(13)连接进气门(11)，排气下摇臂(4)经推杆(5)连接排气上摇臂(131)，排气上摇臂(131)连接排气门(9)，排气上摇臂(131)和进气上摇臂(13)分别固定在左、右安装座(183、184)上，进气门(11)和排气门(9)的运动轴线方向与发动机活塞(28)的运动轴线方向相同；箱体(19)与箱盖(22)的配合安装面为平面。
2、如权利要求1所述的机械式发动机，其特征在于推杆(5)顶部朝各自的气门中心线倾斜，并且推杆(5)与曲轴(31)轴线的夹角(β)是锐角。
3、如权利要求1所述的机械式发动机，其特征在于凸轮(2)外安装从动齿轮(45)，从动齿轮(45)与正时齿轮(32)相啮合。
4、如权利要求1所述的机械式发动机，其特征在于槽式支架(185)与汽缸头(18)分体制造。
5、如权利要求1所述的机械式发动机，其所述的与凸轮(2)上部两面相接触的进气上摇臂(13)与排气上摇臂(131)呈八字型。
6、如权利要求1所述的机械式发动机，其特征在于所述的左安装座(183)和右安装座(184)分别制有两片耳朵，两片耳朵之间制有卡槽(186)，一个卡槽内安装进气上摇臂(13)，另一个卡槽内安装排气上摇臂(131)，分别经摇臂轴(7)相固定。
全文摘要
机械式发动机，包括箱体、汽缸头和箱盖，在由三者组成的空腔内装曲轴连杆活塞系和配气机构，箱体底装油位传感器，曲轴安正时齿轮驱动配气机构和调速甩油齿轮驱动润滑和冷却系统，曲轴经连杆接活塞，曲轴一端连执行元件，其特征在于汽缸头顶制槽式支架内有呈倒八字型的左、右安装座，槽式支架下制安装槽；配气机构是凸轮上部与进气、排气下摇臂接触，两摇臂经下摇臂销相连并接推杆，两推杆穿过安装槽，向上张开呈倒八字型，一推杆经进气上摇臂连进气门，排气下摇臂经推杆和排气上摇臂连排气门，排气、进气上摇臂固定在左、右安装座上，进气门和排气门的运动轴线方向与活塞的运动轴线方向相同；箱体与箱盖的配合安装面为平面。
文档编号F01L1/14GK101397920SQ20071007157
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者徐道聪, 陈吉明 申请人:陈吉明