专利名称：空气叶轮调速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的调速器，并且尤其涉及空气叶轮调速器。
背景技术：
已知调速器用于内燃机来调节内燃机的速度。在不同的内燃机 中可采用不同类型的调速器，例如飞轮调速器和空气叶轮调速器。 空气叶轮调速器通常包括可旋转飞轮和支承元件，所述支承元件用 于支承具有多个与飞轮一同旋转的间隔开的翼片的风扇。当翼片旋 转时，翼片产生被可枢转的空气叶轮偏转的气流。弹性元件(例如 调速器弹簧)抵抗空气叶轮的运动，因此调节速度由空气叶轮的运 动和调速器弹簧的弹簧力之间的相互作用确定。在通常的空气叶轮调速器中，调速器弹簧被附装至空气叶轮和 节气门阀之间的联杆上。当弹簧被附装至联杆上时，弹簧在联杆上施加侧向力。这种侧向力能使联杆旋转或粘合(binding),这会影 响调速器的稳定性，并产生发动机调速不匀(hunting)或喘振。当发动机上被施加负载时，发动机的速度通常会降低。发动机 的这种速度降低被称为"速降(speed droop)"，其是特殊发动机的 特征。速降部分地由弹簧刚性系数和施加在调速器弹簧上的拉力决 定。速降使发动机的功率损失并能影响发动机的可靠性，尤其是在 某些发动机状态下。发明内容在一个实施例中，本发明提供一种发动机，包括固定部件； 被固定部件支承着旋转的曲轴；能响应曲轴的旋转而旋转的飞轮； 具有多个翼片的风扇，风扇能响应飞轮的运动而旋转；可运动的空 气叶轮，其具有当翼片随着飞轮运动时使空气从翼片偏转的表面； 用于使空气进入的进气通道；包括节气门枢转点和节气门联杆孔的 节气门杆，所述节气门联杆孔和节气门枢转点限定具有第一侧和第 二侧的第一轴线；布置在进气通道中用于控制进入空气流的节气门 阀，所述节气门阀能响应节气门杆的运动而运动；定位成直接或间 接地连接空气叶轮和节气门杆的节气门联杆，所述节气门联杆和可 运动的空气叶轮布置在第一轴线的第一侧；以及弹性元件，其直接 或间接地连接至固定部件，并且在位于节气门杆上第一轴线的第二 侧上的弹性元件孔处连接至节气门杆，所述弹性元件被构造成沿着 背离飞轮的第一方向施加偏压弹性元件孔的偏压力。在另一结构中，本发明提供一种发动机，包括固定部件；被 固定部件支承着旋转的曲轴；用于使空气进入的进气通道；布置在 进气通道中的节气门阀；能绕着枢转点枢转从而使节气门阀运动的 节气门杆；包括可运动的空气叶轮的空气叶轮调速器，所述可运动 的空气叶轮可操作使节气门杆在全开位置和关闭位置之间枢转；以 及单个弹性元件，其至少形成所述固定部件和节气门杆之间的连接 的一部分，所述弹性元件被构造成对节气门杆施加力以朝向全开位 置偏压节气门杆。在又一结构中，本发明提供一种发动机，包括固定部；被固 定部支承并能响应空气-燃料混合物的燃烧而以第一速度旋转的曲 轴；能响应曲轴的旋转而以第二速度旋转的风扇，所述第二速度与 第一速度成比例；位置邻近风扇的空气叶轮，其能响应风扇的旋转 而绕枢转轴线枢转；被可枢转地支承以绕着节气门轴线旋转的节气门杆，其包括节气门联杆孔，所述节气门联杆孔与节气门轴线配合 限定具有第一侧和第二侧的第一轴线，所述节气门杆能在第一位置 和第二位置之间运动以改变第一速度；节气门联杆，其至少形成空 气叶轮和节气门杆之间连接的一部分，使得节气门杆响应空气叶轮 的运动而运动，所述联杆和空气叶轮布置在第一轴线的第一侧；以及弹性元件，其至少形成所述固定部和节气门杆之间的连接的一部 分，所述弹性元件布置在第一轴线的第二侧。通过下面结合附图对本发明的描述，本发明的其它结构和优点 以及操作的控制和方式都将很清楚，其中，类似的元件使用类似的 附图标记。根据详细描述和附图，本发明的其它方面将很清楚。
下面参照附图进一步描述本发明的实施例。但是，应该理解， 附图中公开的本发明只是示例性的。下面描述和显示的各种元件以 及元件的组合可以不同方式布置和组织以产生不脱落本发明的实 施例。图1是本发明的发动机的俯视透视图。图2是图1所示的发动机的一部分的俯视图，示出了在节气门全开位置的节气门杆。图3是与图2类似的俯视图，示出了处于关闭位置的节气门杆。图4是处于节气门全开位置的节气门杆的俯视图。图5是处于关闭位置的节气门杆的俯视图，示出了节气门。
具体实施方式
在详细解释本发明的各个实施例之前，应当理解，本发明的应 用并不限于在下面的说明书中所述或是下面的附图中所示的部件 的构造和配置的细节。本发明可以具有其它实施例并且能够以各种 方式实践或是实施。而且应当理解，此处使用的措辞和术语仅仅出于说明的目的而不应视为限制。在此中所使用的"包括(including)"、 "包含(comprising)"或"具有(having)"及其变体旨在包含其后所 列项和其等效物以及附加项。除非指定或是限制，否则术语"安装 (mounted)"、"连接(connected)"、"支承(supported)"和"联 接(coupled)"及其变体均被广义地使用并且包括直接和间接安装、 连接、支承和联接。另外，"连接"和"联接"并不限于物理或机械连 接或联接。图1示出了本发明一个实施例的发动机10。发动机IO包括固 定部，所述固定部包括发动机壳体、燃料箱14和支架18。在所示 结构中，支架18被附装至燃料箱14。发动机10还包括空气叶轮 22。空气叶轮22响应由联接至发动机曲轴28的风扇26产生的气 流而运动，并与曲轴一起旋转。这样，空气叶轮22根据发动机的 速度运动。风扇26包括多个翼片30，并且与发动机10的飞轮34 相连。空气叶轮包括表面36，当翼片30与飞轮34 —起运动时表 面36使气流从翼片30偏转。发动机10还包括进气通道38，空气通过进气通道38进入发动 机10的燃烧室。进气通道38包括进气端40和排气端41。通过进 气通道38的气流由节气门阀42 (如图5虚线所示)控制，其中节 气门阀42控制通过进气通道38的排气端41进入发动机10的空气 的多少。节气门阀42和空气叶轮22被以机械方式连接在一起，使 得空气叶轮22的运动改变节气门阀42在进气通道38内的位置。参照图2和图3，发动机10包括节气门联杆，节气门联杆互联在空气叶轮22和节气门杆50之间。在所示实施例中，节气门联杆 包括单个节气门连杆46，但可以理解，在其它实施例中节气门联 杆可以是不同的结构。节气门杆50绕着节气门枢转点54枢转，并 且，节气门杆50的运动使节气门阀42运动。节气门阀42能在节 气门全开位置和高速无载位置或关闭位置之间运动。由于节气门杆 50可与节气门阀42 —起运动，节气门杆50能在对应于节气门阀 42的节气门全开位置的位置(图2和图4所示)和对应于节气门 阀42的高速无载节气门位置的关闭位置(图3和图5所示)之间 运动。在本申请的其余部分，将节气门杆50的位置称为节气门全 开位置和关闭位置，应该理解，节气门在高速无载位置和关闭位置 没有完全关闭。位于进气通道38的排气端41上的止挡突起56防 止节气门杆50在任何一个方向上过旋转。节气门连杆46在节气门连杆孔58处被附装到节气门杆50上。 如图4所示，节气门连杆孔58和节气门枢转点54限定第一轴线 62，其限定了第一侧和第二侧。节气门连杆46与空气叶轮22—起 定位在第一轴线62的第一侧上。在支架18和节气门杆50之间互联弹性元件(也就是说，直接 相连或间接相连)。弹性元件在节气门杆50上的弹性元件孔74处 连接至节气门杆50。弹性元件在节气门杆50上施加通常朝向背离 飞轮34方向的力。这样，当空气叶轮22沿一个方向运动时，上述 力抵抗空气叶轮22的运动，并且当空气叶轮22沿相反方向运动时， 上述力帮助空气叶轮22的运动。在所示实施例中，弹性元件包括 弹簧70。但是，应当理解，在其它实施例中也可以应用其它类型 的弹性元件，例如扭转弹簧和压縮弹簧，或多个弹性元件，并且， 弹性元件还可以连接至燃料箱14的一部分上，而不是连接至支架 18。在一些实施例中，弹性元件可以附装至发动机10的固定部上的可调节支架。相对于将弹簧附装至节气门联杆的调速器，将弹簧 70附装至节气门杆50消除了前面所述的粘合问题。这使得调速更加稳定，且允许发动机的速降更小。再次参照图4，弹性元件孔74 位于第一轴线62的第二侧上而不是具有节气门连杆46的第一侧 上。弹性元件孔74的位置影响发动机10的速降量，因此影响调速 器的稳定性。将弹性元件孔74定位在相对于第一轴线62与节气门 连杆46相同的一侧上，当节气门杆50和弹簧70朝向过中心 (overcenter)位置运动时就增加了弹簧粘合的可能性。为了降低 粘合的风险，将弹性元件孔74定位在相对于第一轴线62与节气门 连杆46相反的一侧上。可以理解，孔74在第一轴线62相反一侧 上的其它位置也是可以的，仍然落入本发明的保护范围。应用当前 用于其它调速器设计中的具有近似长度和弹簧刚度的弹簧70，将 孔74布置在如图4和5所示的位置使发动机10内的速降最小化， 从而增加了调速器的稳定性。弹性元件孔74的尺寸也影响发动机10的速降的量。如果孔太 小，由于加工误差的问题，节气门杆50的可加工性很差。如果孔 太大，当节气门杆50在节气门全开位置和关闭位置之间运动时， 由于弹簧70在孔内滑动使得弹簧70的位置将变化。这种在孔内位 置的变化会增大发动机的速降。本发明的孔74的直径应该在0.041 英寸(1.04mm)和0.060英寸(1.52mm)之间。在优选实施例中， 该直径等于0.060英寸(1.52mm)。弹性元件孔74和节气门枢转点54限定第二轴线78，弹簧70 限定第三轴线82。如图5所示，当节气门杆50处于关闭位置时， 第二轴线78和第三轴线82之间的角度86小于90度。在所示实施 例中，角度86等于65度。通过使角度86保持小于90度，调速器的稳定性得到最优化。在工作中，发动机io燃烧空气-燃料混合物以产生曲轴的旋转。曲轴旋转使风扇26旋转，风扇26的旋转速度与曲轴的速度成比例。 空气叶轮22响应来自风扇26的气流偏转，从而移动联杆或节气门 连杆46，联杆或节气门连杆46又枢转节气门杆50以改变空气-燃 料混合物的流量从而改变发动机10的速度。弹簧70沿着方向100 对节气门杆50施加力，其将节气门朝向全开位置(图4所示)移 动。弹簧70还沿着背离飞轮34的方向施加偏压弹性元件孔74的 力。当负载被施加到发动机IO上时，发动机10的起始反应是速度 降低。当发动机10速度降低时，较少的空气被吹到空气叶轮22上， 因此其偏转减小。弹簧70沿着方向100拉动节气门杆50，其打开 节气门以增加到达发动机10的空气-燃料混合物的流量。当速度增 大时，附加的空气撞击在空气叶轮22上，因此使空气叶轮22向外 偏转。空气叶轮22的这种运动使节气门杆50沿着与由弹簧"70施 加的力的方向相反的方向105产生相应的运动。这种运动一直持续 到由弹簧70产生的力和由空气叶轮22施加的力相对于节气门杆 50的枢转点54平衡。如图4和5所示，节气门杆50、弹簧70和节气门连杆46的布 置是这样的，即，节气门连杆46和弹簧70沿着相反的方向100， 105延伸。例如，图4示出了在节气门全开位置的节气门杆50。如 图所示，节气门连杆46沿着方向105延伸，而弹簧70沿着基本与 方向105相反的方向100延伸。在所示结构中，方向100和方向 105之间的角度基本为0或180度(S卩，方向IOO和105基本平行)， 并且优选小于30度。利用图5所示的处于高速无载或关闭位置的 节气门杆50，节气门连杆46又沿着方向105延伸，弹簧70沿着 与方向105基本相反且平行的方向100延伸。如图所示，方向100和方向105之间的角度110在节气门杆50的整个运动过程中保持 小于30度。应当注意，节气门连杆46可以只是一个联杆部件，弹簧70可 以只是一个偏压元件的部件。这样，联杆和偏压元件此处描述为形 成两个部件之间的至少一个连接部分。该术语应该理解为包括这样 的结构，即，在该结构中，单个连杆(例如节气门连杆46)禾口/或 单个偏压元件(例如弹簧70)形成整个连接并因此直接连接两个 部件。该术语还应该理解为包括这样的结构，即，在该结构中，联 杆包括彼此直接相连或通过一或多个中间部件彼此相连的若干部 件，偏压元件是彼此相连以完成两个部件之间的连接的若干部件之 间的一个。本发明的各个特征在权利要求书中阐明。
权利要求
1.一种发动机，包括固定部件；被固定部件支承着旋转的曲轴；能响应曲轴的旋转而旋转的飞轮；具有多个翼片的风扇，风扇能响应飞轮的运动而旋转；可运动的空气叶轮，其具有当翼片随着飞轮运动时使空气从翼片偏转的表面；用于使空气进入的进气通道；包括节气门枢转点和节气门联杆孔的节气门杆，所述节气门联杆孔和节气门枢转点限定具有第一侧和第二侧的第一轴线；布置在进气通道中用于控制进入空气流的节气门阀，所述节气门阀能响应节气门杆的运动而运动；定位成直接或间接地连接空气叶轮和节气门杆的节气门联杆，所述节气门联杆和可运动的空气叶轮布置在第一轴线的第一侧；以及弹性元件，其直接或间接地连接至固定部件，并且在位于节气门杆上第一轴线的第二侧上的弹性元件孔处连接至节气门杆，所述弹性元件被构造成沿着背离飞轮的第一方向施加偏压弹性元件孔的偏压力。
2. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于节气门杆能 在节气门全开位置和关闭位置之间枢转，并且，所述偏压力沿着 第一方向朝向节气门全开位置偏压节气门杆。
3. 根据权利要求2所述的发动机，其特征在于节气门枢转 点和弹性元件孔限定第二轴线，弹性元件限定第三轴线，并且， 当节气门杆处于关闭位置时，第二轴线和第三轴线之间形成的角 度小于90度。
4. 根据权利要求3所述的发动机，其特征在于所述角度是大约65度。
5. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于所述弹性元 件孔的直径在0.041英寸(1.04mm)禾B 0.060英寸(1.52mm)之间。
6. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于所述弹性元 件包括弹簧。
7. 根据权利要求6所述的发动机，其特征在于弹簧是直接 或间接地连接至节气门杆的唯一弹性元件。
8. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于可运动的空 气叶轮对节气门杆施加第二力，在发动机工作在预定速度过程中， 所述力和所述第二力相对于所述枢转点基本平衡。
9. 一种发动机，包括 固定部件；被固定部件支承着旋转的曲轴；用于使空气进入的进气通道；布置在进气通道中的节气门阀；能绕着枢转点枢转从而使节气门阀运动的节气门杆；包括可运动的空气叶轮的空气叶轮调速器，所述可运动的空 气叶轮可操作使节气门杆在全开位置和关闭位置之间枢转；以及单个弹性元件，其至少形成所述固定部件和节气门杆之间的 连接的一部分，所述弹性元件被构造成对节气门杆施加力以朝向 全开位置偏压节气门杆。
10. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于空气叶轮调 速器包括具有多个翼片的风扇，所述风扇响应曲轴的旋转而旋转。
11. 根据权利要求IO所述的发动机，其特征在于所述可运 动的空气叶轮包括使空气从翼片偏转的表面。
12. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于所述可运动 的空气叶轮对节气门杆施加第二力，在发动机工作在预定速度过 程中，所述力和所述第二力相对于所述枢转点基本平衡。
13. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于发动机还包 括节气门联杆，所述节气门联杆至少形成空气叶轮和节气门杆之 间连接的一部分，并且在节气门杆上的节气门联杆孔处连接。
14. 根据权利要求13所述的发动机，其特征在于所述节气 门枢转点和节气门联杆孔限定第一轴线，并且，所述节气门联杆 和可运动的空气叶轮位于第一轴线的第一侧。
15. 根据权利要求14所述的发动机，其特征在于偏压元件 位于第一轴线的与第一侧相反的第二侧。
16. 根据权利要求14所述的发动机，其特征在于所述弹性 元件在节气门杆上的弹性元件孔处连接至节气门杆，并且，弹性 元件孔位于第一轴线的第二侧。
17. 根据权利要求16所述的发动机，其特征在于弹性元件 孔和节气门枢转点限定第二轴线，弹性元件限定第三轴线，节气 门杆能在全开位置和关闭位置之间枢转，并且，当节气门杆处于高速无载位置时，第二轴线和第三轴线之间形成的角度小于卯度。
18. 根据权利要求17所述的发动机，其特征在于所述角度是大约65度。
19. 根据权利要求9所述的发动机，其特征在于所述弹性元件包括弹簧。
20. —种发动机，包括 固定部；被固定部支承并能响应空气-燃料混合物的燃烧而以第一速度旋转的曲轴；能响应曲轴的旋转而以第二速度旋转的风扇，所述第二速度 与第一速度成比例；位置邻近风扇的空气叶轮，其能响应风扇的旋转而绕枢转轴 线枢转；被可枢转地支承以绕着节气门轴线旋转的节气门杆，其包括 节气门联杆孔，所述节气门联杆孔与节气门轴线配合限定具有第 一侧和第二侧的第一轴线，所述节气门杆能在第一位置和第二位 置之间运动以改变第一速度；节气门联杆，其至少形成空气叶轮和节气门杆之间连接的一 部分，使得节气门杆响应空气叶轮的运动而运动，所述联杆和空 气叶轮布置在第一轴线的第一侧；以及弹性元件，其至少形成所述固定部和节气门杆之间的连接的 一部分，所述弹性元件布置在第一轴线的第二侧。
21. 根据权利要求20所述的发动机，其特征在于联杆沿着 第一方向从节气门联杆孔延伸，弹性元件沿着与第一方向基本相反并平行的第二方向从弹性元件延伸。
22. 根据权利要求21所述的发动机，其特征在于第一方向和第二方向之间限定的角度低于30度。
23. 根据权利要求20所述的发动机，其特征在于弹性元件孔和节气门枢转点限定第二轴线，弹性元件限定第三轴线，并且， 当节气门杆处于第一位置时，第二轴线和第三轴线之间形成的角度小于90度。
24. 根据权利要求23所述的发动机，其特征在于所述角度 是大约65度。
25. 根据权利要求20所述的发动机，其特征在于联杆对节 气门杆施加第一力，弹性元件对节气门杆施加第二力，当发动机 工作在预定速度过程中，所述第一力和所述第二力相对于所述枢 转点基本平衡。
全文摘要
发动机包括固定部件；被固定部件支承旋转的曲轴；响应曲轴旋转而旋转的飞轮；风扇具有多个翼片且响应飞轮运动旋转；可运动空气叶轮具有当翼片随飞轮运动时使空气从翼片偏转的表面；使空气进入的进气通道和包括节气门枢转点和节气门联杆孔的节气门杆，节气门联杆孔和节气门枢转点限定具有第一侧和第二侧的第一轴线；节气门阀布置在进气通道中控制进入空气流，节气门阀响应节气门杆的运动而运动；节气门联杆直接或间接连接空气叶轮和节气门杆，节气门联杆和空气叶轮置于第一轴线第一侧；弹性元件直接或间接连接至固定部件，在位于节气门杆上第一轴线第二侧上的弹性元件孔处连接至节气门杆，弹性元件背离飞轮的第一方向施加偏压弹性元件孔的力。
文档编号F02D33/00GK101245737SQ20081000489
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月13日
发明者D·威尔逊, J·沃克, R·考德威尔, S·本森 申请人:布里格斯斯特拉顿公司