CN1908389B - 小型四冲程内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种适合与便携式或可移动式电动工具一起使用的小型四冲程发动机。本发明的小型四冲程发动机具有一轻质铝合金缸体，该缸体内含有一圆柱形气缸和一内置贮油箱。曲轴被可转动地设置于缸体内，并可沿曲轴的转动中心转动。活塞在气缸内往复运动，并通过连杆与曲轴相连。油泵由凸轮齿轮驱动，该凸轮齿轮与由曲轴驱动的曲柄齿轮啮合，该油泵从贮油箱中吸出润滑油，并将其喷入气缸。该发动机还具有一缸盖，其用来构成燃烧室，该燃烧室含有一对顶置的进气口和排气口以及相应的进气阀和排气阀。本发明的发动机具有重量轻、输出功率高、污染物排放量低等特点。

Description

小型四冲程内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，特别是，涉及一种适合与便携式或可移动式电动工具一起使用的小型四冲程内燃发动机。

背景技术

美国第5,950,590号专利(发明人：Everts等)和美国第6,213,079号专利(发明人：Watanabe)都公开了小型四冲程发动机的现有技术。

便携式电动工具，例如手提割草机、鼓风机/真空机、链锯等，大多数是由二冲程发动机或电动机供应电力。一些可移动式电动工具，例如微耕机/中耕机、发电机等，目前也是由二冲程或四冲程发动机供应电力。随着对空气污染的日益关注，越来越需要降低便携式和可移动式电动设备的污染物排放量，从这个立场来看，应用电动机供应电力是一种较佳的选择。但是，遗憾的是，由于电动机供电能力有限，这限制了电动机与有连接线缆的装置一起使用，另外，由于电动机的电池寿命和供电能力有限，这也限制了电动机与无连接线缆的装置一起使用。

当设备重量不是首要因素的情况下，比如草坪割草机等，可以通过使用较重的四冲程发动机大幅度地降低污染物的排放量，但是如果将其应用于一些电动工具，比如手提割草机、链锯、鼓风机/真空机等，就比较困难。由于需要输出较大的功率，四冲程发动机正在变得越来越重，而且，由于便携式或可移动式电动工具(发电机或微耕机/中耕机除外)必须能够在一个很大的方位范围内工作，所以发动机的润滑也变成了一个很重要的技术问题。另外，对于一些由具有垂直动力轴的四冲程发动机供电的微耕机/中耕机来说，由于其很难使用与具有水平动力轴的四冲程发动机一样的润滑系统，所以发动机的润滑在这种情况下也变成了一个非常重要的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种小型四冲程内燃发动机，其具有较低的污染物排放量，并且还有重量轻、便于携带运输的特点，该发动机适合与手提式或可移动式电动工具一起使用。

本发明的另一个目的是提供一种小型四冲程内燃发动机，其具有一内部润滑系统，该发动机正常操作时，该内部润滑系统能够使该发动机在很大的方位范围内工作，该发动机适合与手提式或可移动式电动工具一起使用。

本发明的另一个目的是提供一种小型轻量四冲程内燃发动机，其具有缸体、顶置阀门机构和润滑系统，该润滑系统喷射润滑油油雾，用以在正常操作位置范围内润滑曲轴箱，该发动机适合与手提式或可移动式电动工具一起使用。

本发明的另一个目的是提供一种润滑油回收系统，润滑完曲轴箱和顶置阀门室内的构件之后，该回收系统将润滑油回收进贮油箱。

为了实现上述目的，本发明提供一种小型四冲程发动机，其适合与便携式或可移动式电动工具一起使用。该发动机具有一缸体，该缸体含有至少一个正常使用时处于直立方向的气缸以及一位于该气缸下方的贮油箱。曲轴被可转动地设置于缸体内。当贮油箱内适当地注入润滑油时，相对于可为任何方向的曲轴转动中心，发动机至少可以转动30度，并且，贮油箱内的油液也不会上升至曲轴平衡块的高度以上。油泵与凸轮齿轮一凸轮单元相连，并被该单元所驱动，油泵从贮油箱吸出润滑油，并将该润滑油喷入气缸。

附图说明

图1是沿本发明的发动机的曲轴转动中心和气缸轴所绘的侧视断面图。

图2是沿图1中的II-II线所绘的侧视断面图。

图3是曲轴及其从动机构的放大示意图。

图4是图2所示发动机倒置时的侧视断面图。

具体实施方式

以下参考附图说明本发明的具体实施方式。

图1和图2分别是本发明的四冲程发动机的侧视断面图。该四冲程发动机由一轻质铝合金主体构成，该主体具有一缸体1，缸体1内设有一气缸2。曲轴3按现有技术的方法被可转动地设置于缸体1内。活塞4在气缸2内滑动，并且通过一连杆5与曲轴3相连。缸盖6设置于缸体1上，用来构成内部燃烧室7。缸盖6具有一进气口8，进气口8与绝缘体9和化油器100相连，并且通过进气阀10有选择地与燃烧室7相连。101则是气体滤清装置101的过滤部件，其用来过滤掉进入发动机的气体中的尘埃。缸盖6还具有一与消音器12相连的排气口11，并且通过排气阀13有选择地与燃烧室7相连。

如图1和图2所示，发动机正常使用时，气缸轴14一般为直立的。缸体1与曲轴箱15和曲轴箱16相连，曲轴箱15和曲轴箱16具有贮油箱17。曲轴箱15和曲轴箱16在气缸轴14的界面上相互结合。另外，发动机正常使用时，由于贮油箱17较深，在曲轴3和贮油箱17内的油液面之间会具有明显的间隔。

曲轴3具有中心轴部件18，中心轴部件18具有输出端19，输出端19与飞轮20相连，飞轮20具有输入部件21。中心轴部件18的输入端22与平衡块23相连。曲柄销24设置于平衡块23、25上，与中心轴部件18平行，但在径向上又与中心轴部件18错开。曲柄销24与滚子轴承26一起转动，滚子轴承26安装在连杆5上。曲轴3的中心轴部件18、27则通过一对轴承28、29被可转动地设置于曲轴箱15和曲轴箱16上。曲轴齿轮30位于轴承29的一侧。凸轮轴驱动和阀门挺杆单元参考图1和图3。曲轴齿轮30安装在曲轴3上，用来驱动凸轮齿轮31，由于凸轮齿轮31的齿数是曲轴齿轮30的齿数的两倍，所以凸轮轴32就以曲轴3的一半的速度进行转动。凸轮齿轮31安装在凸轮轴32上，凸轮轴32与缸体1相连，并且还具有一可转动的凸轮凸起部33。本实施例中，采用一个单独的凸轮凸起部来同时驱动进气阀和排气阀。从动机构34、35通过枢销36被可转动地连接于缸体1上。

挺杆37、38位于凸轮从动机构34、35以及缸盖6内的摇臂39、40之间。凸轮、挺杆37、38以及摇臂39、40构成了阀门驱动单元。阀门盖41安装在缸盖6上，用来构成阀门室42。

在进气和排气挺杆37、38的周围，按照现有技术的方法设置了围壁43，用来防止尘埃进入发动机。

为了润滑发动机，在凸轮齿轮31的一侧设置了油泵44，例如摆线泵等。45是油泵44的内转子，46是油泵44的外转子。在其他实施例中，油泵44也可以是齿轮泵或者柱塞泵等。

内转子45由凸轮齿轮31驱动，外转子46则随内转子45的转动而转动。润滑油从通道47被吸入油泵44。通道47的一端与油泵44的油液入口相连，另一端与软管48相连，而软管48的另一端则与一过滤器相连，该过滤器具有一压铁49。在发动机的任何方位上，借助于压铁49，软管48的入口都可以浸到贮油箱17内的油液中。

被油泵44压出的油液通过凸轮轴32上的内孔50以及如图1所示的缸壁上的壁孔51进入气缸2。凸轮轴32上的另一个小孔，即侧孔52，则通过凸轮齿轮31上的通道53将油液送至阀门驱动机构。这样，气缸内和阀门驱动室内的发动机部件就被油雾所润滑，该油雾是借助于转动部件(例如平衡块23、25以及凸轮齿轮31)转动时产生的离心力而喷射的。

如图1和图2所示，第一围壁，即在曲轴3的平衡块23、25周围设置的圆弧围壁54，从曲轴箱15和曲轴箱16开始延伸。圆弧围壁54与平衡块23或25同轴。平衡块23或25和圆弧围壁54的内面之间的距离比较小，原因如下：如图2所示，当油液入口端56处于圆弧围壁54和曲轴箱15以及曲轴箱16之间时，位于平衡块23或25的转动方向下游的圆弧围壁54的一端55，与曲轴箱15或曲轴箱16的内壁相连。

在入口端56的周围还设置了第二围壁，即弯曲围壁57。如图2所示，弯曲围壁57与圆弧围壁54之间具有一定的距离，该距离随着平衡块的转动而增加。位于平衡块23或25的转动方向上游的弯曲围壁57的一端，与曲轴箱15或曲轴箱16的内壁相连。在圆弧围壁54和弯曲围壁57之间的空间的另一侧还有一个出口端58，其位于贮油箱17的上端。

如图2所示，圆弧围壁54和弯曲围壁57是部分重合的，在接近出口端58的地方，弯曲围壁57还具有一延伸围壁59，延伸围壁59伸向贮油箱17。

在阀门室42内，有一通道61穿过阀门盖41经由另一通道63与气体滤清装置62相连。气体滤清装置62中有一个油分离偏导器102，从导管63来的油雾被油分离偏导器102分离成含油丰富的气体和含油稀少的气体

回收管64与气体滤清装置62相连，并且气缸2的缸壁上还有一回收孔65，回收孔65随活塞4的往复运动而开闭，含油丰富的气体只有当曲轴箱的压力为负时才被回收进曲轴箱，而含油稀少的气体则经由过滤部件101被吸入化油器100。

另外，上面没有说明的部件都与现有技术的四冲程发动机相关。火花塞66安装在缸盖6上的火花塞孔内。67是点火线圈。装有卷线69的启动器68安装在曲轴3的一侧。在曲轴箱16的下面还有一冷却空气入口端70，其用来吸入冷却空气。

燃油箱72设置于用于贮油箱17之下，并且与贮油箱17保持适当的距离。燃料箱72中有燃油过滤器73和燃油管74，燃油经由燃油过滤器73和燃油管74被吸入化油器100。

为了获得较大的输出功率和相对较低的污染物排放量，本发明的四冲程发动机具有一非常紧凑的燃烧室7。如图1所示，当牵引卷线69启动发动机时，借助于转子45、46的转动，润滑油同时也从软管48被吸进油泵44。随后，润滑油经由内孔50和壁孔51喷入气缸2，另外，润滑油还经由侧孔52和通道53喷入阀门驱动室。借助于与软管48相连的压铁49，润滑油在发动机的任何方位上都可被吸入。在安装了阀门驱动单元的阀门驱动室内，润滑油油雾润滑阀门室内的各构件，然后经由通道61、63流入气体滤清装置62。当气缸2内的压力为负时，气缸壁上的回收孔65打开，油雾从气体滤清装置62经由回收管64被回收进气缸2。润滑完阀门驱动单元的剩余润滑油经由返回孔60返回贮油箱17，返回孔60从阀门驱动室延伸至圆弧围壁54和弯曲围壁57之间的空间。

如上所述，圆弧围壁54以一很小的距离围绕在平衡块23、25的周围，而对于弯曲围壁57来说，从圆弧围壁54向平衡块转动方向的距离逐渐增加，并且其与圆弧围壁54部分重合。平衡块23、25喷射油雾，润滑内部的发动机部件。润滑完发动机部件之后，随着平衡块23、25的转动，油液沿弯曲围壁57被回收进贮油箱17。在平衡块23、25和圆弧围壁54之间的润滑油的黏性以及由平衡块23、25转动时产生的向心力的作用下，该回收过程在发动机处于任何方位上都可顺利完成。另外，如图4所示，即使发动机被倾斜成倒置状态，油液也可以借助延伸围壁59滞留在贮油箱17内，而不是流到缸盖6那里。

综上所述，本发明的小型轻量四冲程发动机适合与手提式或可移动式电动工具一起使用，并能减少污染物排放量。尽管现有技术中也记载了很多适合手提式或可移动式电动工具的发动机，但是，大多数都需要一个复杂的阀门检测系统，用来控制发动机中的润滑油的流动，特别地，当发动机被倾斜成倒置时，还要用来防止润滑油流入缸盖部分。然而，本发明并不需要阀门检测机构，也就是说，并不需要多余的部件来构成如现有技术那样的阀门检测系统，因此，本发明可以使发动机的结构更简单，并且还可以降低发动机的重量和制造成本。

另外，本发明的油泵可以由射出成形法和粉末压缩成形法等方法比较容易地制成，所以其制造成本很低。再有，本发明的另一个优点是具有较好的冷却效果。现有技术中，一些发动机使用干油池式润滑，但采用干油池式润滑时，过热的油液会破坏润滑效果。如图2所示，本发明的润滑方式看起来类似干油池式润滑，但与干油池式润滑相比具有以下不同之处：第一，油泵输送大量的油液。第二，在圆弧围壁与弯曲围壁之间存在一空间，该空间可以阻止曲轴室和贮油箱之间的热量流动，所以，与采用干油池式润滑的发动机相比，本发明的发动机的贮油箱中的油液温度比较低。另外，如图1所示，冷却空气在贮油箱周围被吸入，由于贮油箱的温度较低，冷却空气不会象采用干油池式润滑方式的发动机那样被加热得很高，所以，发动机能够被有效地冷却。因此，这种改善的冷却方式可以通过降低发动机的冷却能量来减少污染物排放量。

本发明并不局限于上述具体实施例，只要不脱离权利要求书的范围，亦可采用其他变化形式代替，但那些变化形式仍属于本发明所涉及的范围。

Claims (9)

1.一种安装在电动工具上的、单缸四冲程火花点火式内燃发动机，它具有：

缸体，它含有气缸、缸盖以及在所述气缸内作往复运动的活塞，所述缸盖构成一空气燃油燃烧室；

空气燃油进气口和排气口，它们位于所述缸盖上；

阀门盖，它位于所述缸盖上，并构成一阀门室；

进气阀和排气阀，它们分别安装在所述进气口和所述排气口上，实现在开口位置和闭口位置之间的往复运动；

阀门驱动机构，它含有至少一个摇臂和至少一个阀门挺杆单元，所述至少一个阀门挺杆单元的一端延伸至所述阀门室并与所述摇臂啮合；

曲轴，它被可转动地安装在曲轴箱内，含有一曲柄部和至少一个平衡块；

连杆，它的一端与所述活塞铰接，另一端与所述曲柄部铰接，用以形成一活塞-连杆-曲轴传动机构；

凸轮，它被可转动地安装在凸轮箱内，并具有一凸轮齿轮，所述凸轮与所述曲轴相连，并以所述曲轴的速度的一半的速度被所述曲轴所驱动，所述至少一个阀门挺杆单元的另一端与所述凸轮相连，所述至少一个阀门挺杆单元被所述凸轮转动时产生的往复运动所驱动；

润滑油贮油箱，它位于所述曲轴箱的下方；

油泵，它与所述凸轮齿轮一凸轮单元相连，并被该油泵驱动机构所驱动，所述油泵从所述润滑油贮油箱吸出润滑油，并将该润滑油喷入所述气缸和所述阀门室，用以润滑所述气缸和所述阀门室内的发动机部件；

第一围壁，它至少部分围绕所述至少一个平衡块，并且，所述第一围壁与所述至少一个平衡块之间的距离很小；以及，

第二围壁，它至少部分围绕所述第一围壁，并且，所述第二围壁与所述第一围壁之间的距离沿所述至少一个平衡块转动的下游方向逐渐增加，

其中，

所述至少一个平衡块喷射所述润滑油，用以润滑内部的所述发动机部件，润滑完内部的所述发动机部件之后，所述至少一个平衡块转动时，由于所述至少一个平衡块和所述第一围壁之间的所述润滑油的黏性，所述润滑油被强制沿所述第二围壁流动，进而回收进所述润滑油贮油箱。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中，

它还具有：

气体滤清装置，它经由第一通道与所述阀门室相连，所述润滑油的油雾在第一导管内流动；

第二通道，它将所述气体滤清装置与所述曲轴箱或者所述缸体相连；以及，

调节阀，它位于所述第二通道至所述曲轴箱的入口处，

其中，所述调节阀的开关由所述活塞的往复运动所控制，当所述曲轴箱内的压力为负时，所述调节阀打开，而当所述曲轴箱内的压力为正时，所述调节阀关闭，所述调节阀构成一润滑油的油雾流动回路，该油雾流动回路从所述阀门室经由所述气体滤清装置至所述曲轴室或者所述缸体。

3.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述油泵设置于所述凸轮或所述凸轮齿轮上，并与所述凸轮或所述凸轮齿轮成为一体。

4.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述油泵为摆线泵。

5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述油泵为齿轮泵。

6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述油泵为柱塞泵。

7.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述第二围壁具有一延伸围壁，当所述发动机倾斜时，该延伸围壁防止所述润滑油从所述润滑油贮油箱内流出。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的发动机，其中，所述第一围壁和所述第二围壁与所述曲轴箱一起制成。

9.一种便携式、可移动式或固定式电动工具，它由权利要求1所述的发动机所驱动，其中，所述电动工具由水平、垂直或倾斜的动力轴驱动。

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