小型内燃机的焊接发动机缸体的制作方法_2

文档序号:9793654阅读:来源:国知局
[0044]焊接这些连接处消除了这些连接处的潜在泄漏点。消除这些潜在泄漏点会使发动机200消耗更少的油并且以比标准小型气冷式发动机更低的油温运行。在一些实施例中,发动机200可能消耗标准小型气冷式发动机所消耗的一半油量。降低油消耗量也会减少维护周期(例如换油之间的时间)。
[0045]发动机缸体205包括气缸体220。气缸体220包括一个或多个缸膛225,每个可接收活塞。气缸壁230具有气缸壁厚度235。在一些实施例中,气缸壁厚度235大体上恒定不变。气缸体220的端面或安装面240配置为和气缸盖210匹配(例如接合,邻接),这样气缸盖210可被焊接于气缸体220。一个或多个散热片245从气缸壁230的外表面伸出。在一些实施例中,散热片245环绕气缸壁230的整个360°。在其它实施例中,散热片覆盖气缸壁230的不到360°(例如330° ,315° ,300° ,270° 等等)。
[0046]发动机缸体205内形成两个推杆开口 250,255以允许每个推杆从凸轮轴延伸到摇臂。推杆外壳260(如附图8到9图示)固定并且密封于发动机缸体205。推杆外壳260围绕并且保护推杆。推杆外壳包括两个导管265,270。推杆位于每个导管265,270之内。在一些实施例中,推杆外壳260由塑料制成并且在外壳260和发动机缸体205以及阀盖之间的连接点处具有注塑的垫圈275(例如橡胶垫圈)。在一些实施例中,垫圈275以其他合适方式和/或以其他合适材料形成。
[0047]气缸盖210包括具有气缸壁厚度285的端面或安装面280。在一些实施例中,气缸壁厚度285大体上恒定不变。安装面280配置为和气缸体220的安装面240匹配(例如接合,邻接),这样气缸盖210可被焊接于气缸体220。附图7图示了将气缸盖210焊接于气缸体220的激光焊接缝287。气缸盖210也包括一个或多个散热片290。气缸盖210内形成进气口 295和排气口 300。气门阀座在每个进气口 295和排气口 300的孔口(例如开口)周围的气门阀座安装位置305,310处固定于气缸盖210的底部。在一些实施例中,气门阀座焊接于气缸盖210(例如激光焊接,摩擦焊接,MIG焊接,TIG焊接)。气缸盖210内部也形成了接收火花塞的孔口或开口 315。
[0048]将气缸盖210焊接于发动机缸体205消除了对气缸盖垫圈(例如气缸盖垫圈130)的需要。气缸盖垫圈为多孔的。发动机运行期间,油被圈闭在气缸盖垫圈的气孔中(例如垫圈通过毛细作用将油从缸膛带入垫圈)。被圈闭的油在发动机运行期间燃尽。移除气缸盖垫圈可消除由于油被燃尽而导致的油耗来源,由此减少了耗油量,并且通过消除这种燃油的源头而改善了排放量。尽管气缸盖垫圈被优化为允许热量借之传送,但是气缸盖垫圈还作为气缸体和气缸盖之间的绝缘体。因此,气缸盖垫圈的移除通过消除气缸盖垫圈的绝缘效果改善了气缸体和气缸盖之间的热传递。移除气缸盖垫圈还消除了维修或替换气缸盖垫圈的必要性。
[0049]将气缸盖210焊接于发动机缸体205也消除了由螺钉施加的夹紧力引起的缸膛变形,螺钉在标准小型气冷式发动机(例如发动机100)内用于气缸体和气缸盖之间的螺钉连接。
[0050]将气缸盖210焊接于发动机缸体205使得这些连接处的结构(例如形状和量)得以改良,从而比标准小型气冷式发动机(例如发动机100)使用更少的材料(例如更少的量)。这有助于减少标准小型气冷式发动机的这些连接处或其附近发现的和大量材料相关的热变形。这种连接处需要的材料的量可减少(例如通过消除发动机100的安装位置135,140)。和通常在标准小型气冷式发动机(例如发动机100)上发现的缩短散热片相反,材料的减少通过允许散热片围绕缸膛外部充分伸展使得外部散热片(例如散热片245)的表面积增加。材料的减少和增加的散热片表面积还减少了这种连接处的热膨胀,由此降低和热膨胀相关的失效模式的可能性。材料的减少改善了贯穿气缸体和气缸盖总成的温度分布,由此减少发动机操作期间的过热点。材料的减少还减少了发动机缸体和气缸盖的成本和重量。在一些实施例中,材料的减少可使发动机比标准小型气冷式发动机少使用1.3镑的铝。在一些实施例中,气缸盖使用的材料减少了大约50%。比标准小型气冷式发动机的气缸盖相比,材料的减少也使得气缸盖的入口设置得更加接近气缸盖的外围。入口的这种设置保持进入的空气更冷和更桐密、。
[0051 ]将气缸盖210焊接于发动机缸体205允许将推杆导管从发动机缸体移除并且允许使用外部导管(例如推杆外壳260)。推杆导管从发动机缸体移除消除了对包围导管的材料的需要,并且允许气门口在气缸盖内的布置有更大的灵活性。
[0052]将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205消除了曲轴箱垫圈的必要性(例如曲轴箱垫圈197)。这就提供了和将气缸盖210焊接于发动机缸体205相似的优势,包括消除了潜在泄漏点和减少了在这种连接处使用的材料的量。将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205也允许移除向曲轴箱供油的加油管和通常插入加油管以密封管子并且向用户提供曲轴箱内油位指示的量油计。因为没有必要形成加油管以及没有必要提供量油计,因此移除这些构件会减少生产和供给成本。
[0053]将气缸盖210焊接于发动机缸体205和将曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205使得发动机200或发动机缸体205 “实质上密封”。这样的“实质上密封的发动机”或“实质上密封的发动机缸体”没有包括气缸盖垫圈,没有包括曲轴箱垫圈,或没有包括气缸盖垫圈和曲轴箱垫圈。“实质上密封的发动机”或“实质上密封的发动机缸体”可包括一些垫圈,例如将气门盖密封于气缸盖的气门盖垫圈,将排气管或消音器密封于排气口的排气垫圈,和/或将推杆管(例如推杆管265,270)密封于发动机缸体和气缸盖的垫圈,但是缸膛和曲轴箱为永久密封(例如除非破坏性地打开缸膛和/或曲轴箱否则就不能进入)。实质上密封的发动机或发动机缸体通过消除或降低发动机200换油的必要性而减少了用户维护。在一些实施例中,发动机200的油永不更换。实质上密封的发动机可在工厂或经销商处上油然后密封,消除了用户在第一次启动发动机前没有给发动机上油的可能性。因为潜在泄漏点已经被移除并且发动机能够在更低发动机油温下运行,因此不必更换发动机油。和标准小型气冷式发动机(例如发动机100)相比,更低的温度会减缓或防止油分解。
[0054]铝制气缸盖210也使得气门阀座焊接于或局部合铸于气缸盖210而非如标准小型气冷式发动机(例如发动机100)的压接。相似地,气门导管可焊接于气缸盖210而非压接。将气门阀座焊接于或局部合铸于气缸盖降低了由于气缸盖的热膨胀造成气门阀座松动或被移动的机会。这就可以降低维修或替换气门阀座的必要性。在一些实施例中,气门阀座和/或气门导管为激光焊接或合铸。在其他实施例中,这些构件是搅拌摩擦焊接。在其他实施例中,这些构件为MIG或TIG焊接。
[0055]作为可被焊接的压铸铝件的铝制发动机缸体205、铝制气缸盖210以及铝制曲轴箱盖215允许额外的构件焊接到发动机200。压力清洗机水栗的栗壳可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。发电机的交流发电机外壳可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。剪草机的甲板可被焊接于发动机200(例如曲轴箱盖215或发动机缸体205)。这种额外的构件可由铝制成并且被焊接到铝制发动机(例如激光焊接,搅拌摩擦焊接,TIG焊接或MIG焊接)。可选地,将钢焊接于铝的优势可允许这些额外的构件由钢制造并且焊接于铝制发动机。
[0056]参见附图10,它图示了双缸铝制气缸盖320。双缸铝制气缸盖320包括焊接至铝质基板或顶板330的铝制气缸盖325,当阀盖固定于铝制底板330时,铝制气缸盖325形成阀罩或“摇杆箱(rocket box)”。铝制气缸盖325和以上描述的铝制气缸盖210相似并且包括端面或安装面335以及一个或多个散热片340。另外,铝制气缸盖325也包括用于进气阀的导向槽345、用于排气阀的导向槽350、以及两个推杆导管355和360。进气阀的阀杆延伸通过导向槽345并且排气阀的阀杆延伸通过导向槽350。推杆延伸通过每个推杆导管355和360。招制底板330包括分别接收导向槽345和导向槽350的阀门孔口或开口 365和370。阀门弹簧座371,373分别环绕阀门开口 365和370。阀门弹簧接合、倚靠或接触每个阀门弹簧座371和373。铝制底座330也包括分别接收导管355和360的推杆孔口或开口 375和380。铝制底板330在导向槽345和阀门开口 365、导向槽350和阀门开口 370、导管355和推杆开口 375、以及导管360和推杆开口 380之间的相交处的圆周附近焊接(例如激光焊接,搅拌摩擦焊接,MIG焊接或TIG焊接)于铝制气缸盖320。铝制底板330也包括两个摇杆孔口或开口 385和390,它们每个配置为可接收枢转安装摇臂的摇杆。在一些实施例中,摇杆开口 385和390可伸入铝制气缸盖320。在其他实施例中,摇杆开口 385和390没有伸入铝制气缸盖320,这允许移除通常在标准气缸盖上的摇杆凸台。相较于包括相似特征的标准气缸盖,双缸铝制气缸盖320提供了众多优势。对于标准气缸盖,底板可被螺钉连接或通过紧固件以其它方式连接于气缸盖或者底板可与气缸盖整体浇铸。双缸铝制气缸盖320比标准单缸气缸盖质量更轻(例如节省了 1.4镑的铝),这节省了材料和成本。对于双缸铝制气缸盖320,也可提高循环率和生产率。
[0057]现在参见附图11和附图12,它们显示了具有焊接气缸盖的铝制发动机的另一个示例性实施例。这里显示了发动机400的局部视图,为了清楚起见,移除了发动机400的一些构件。发动机400包括铝制发动机缸体402和铝制气缸盖416。如上所述,铝制气缸体402和铝制气缸盖416是通过焊接结合的独立构件,优选为激光焊接或搅拌摩擦焊接,如上文所述。与用来生产铝
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