CN100470007C - 用于旋转阀式气缸发动机的冷却机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于旋转阀式气缸发动机的冷却机构。旋转阀式气缸发动机(1)包括可转动地安装在外部筒形阀件(8)中的旋转阀式气缸(3)，旋转阀式气缸(3)和外部筒形阀件(8)分别形成有各自的阀口(51、71、81)，旋转阀式气缸(3)可相对于外部筒形阀件(8)转动到阀口(51、71、81)对准的位置。该冷却机构包括形成于旋转阀式气缸(3)和外部筒形阀件(8)中的流体通道(11、28)，在使用中冷却油流过所述流体通道。
Description
技术领域
本发明涉及用于旋转阀式气缸发动机的冷却机构。
背景技术
旋转阀式气缸发动机包括具有形成有阀口的内燃烧室的旋转阀式气缸以及至少形成有进气阀口和排气阀口的外部筒形件。旋转阀式气缸设置在外部筒形件内并可相对于外部筒形件转动到其中旋转阀式气缸的阀口与外部筒形件的进气阀口或排气阀口对准的位置。当这样对准时，进料(inletcharge)或排气可通过对准的阀口流入或流出旋转阀式气缸的燃烧室。
尽管现在已经证明旋转阀式气缸发动机是一种实用的发动机设计，但是已经发现早期版本发动机的发动机容积效率比较低。已经发现，这主要是由于通过进气歧管和旋转阀式气缸导致进料过热引起的。此外，发现发动机内的某些部件，尤其是旋转阀式气缸，变得过热。结果发现，为了优化旋转阀式气缸发动机的性能，必须尽可能保持旋转阀式气缸冷却。
在较早版本的发动机中已经提出，通过穿过发动机的外部筒形阀件并穿越旋转阀式气缸的下部外表面泵送流体来进行冷却。
但是，这种冷却系统不仅对旋转阀式气缸的冷却不适当，而且引起流体泄漏的严重问题，导致油耗过高。
在英国专利申请GB2020739A和美国专利US 5191863中公开了这种类型的已知发动机。美国专利US 5191863中公开了一种旋转阀式气缸发动机，包括安装在外部筒形阀件中的旋转阀式气缸，所述旋转阀式气缸和所述外部筒形阀件分别形成有各自的阀口，旋转阀式气缸可相对于外部筒形阀件转动到阀口对准的位置，所述旋转阀式气缸具有圆形顶面，该圆形顶面封闭旋转阀式气缸的一端以在该顶面的下侧与位于旋转阀式气缸内部的活塞的顶部之间限定燃烧室，所述发动机包括形式为带有至少一个油通道的翅片的冷却机构。
在历史上，这种类型的发动机容易由于过热而导致失灵。这部分地由于在旋转阀式气缸和外部筒形阀件之间希望具有非常紧密的公差，以便防止在旋转阀口和固定阀口之间的界面处的燃烧气体泄漏。这个问题由于跨越发动机的温差而恶化，邻近阀口的燃烧室区域总是最热的区域。本发明致力于提供该问题的解决方案。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种旋转阀式气缸发动机，所述发动机包括可转动地安装在外部筒形阀件中的旋转阀式气缸，所述旋转阀式气缸和所述外部筒形阀件分别形成有各自的阀口，旋转阀式气缸可相对于外部筒形阀件转动到阀口对准的位置，其中，所述旋转阀式气缸包括圆形顶面，该圆形顶面封闭旋转阀式气缸的一端以在该顶面的下侧与位于旋转阀式气缸内部的活塞的顶部之间限定燃烧室，所述发动机包括冷却机构，所述冷却机构包括至少一个形成于旋转阀式气缸中的通道，在使用中冷却流体流过所述通道，其特征在于，冷却流体被驱动经过旋转阀式气缸的圆形顶面以冷却该旋转阀式气缸的圆形顶面。
优选地，流体冷却通道包括多个通道，当沿旋转阀式气缸的旋转轴线观察时，这些通道绕旋转阀式气缸壁的周边以及绕旋转阀式气缸的周边基本均匀分布地沿轴向延伸。
优选地，旋转阀式气缸包括圆形顶面，该圆形顶面封闭旋转阀式气缸的一端以在该顶面的下侧与位于旋转阀式气缸内部的活塞的顶部之间限定燃烧室，冷却流体被驱动经过旋转阀式气缸的圆形顶面以冷却该旋转阀式气缸的圆形顶面。冷却流体优选为发动机润滑油。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于旋转阀式气缸发动机的冷却机构，所述发动机包括可转动地安装在外部筒形阀件中的旋转阀式气缸，所述旋转阀式气缸和所述外部筒形阀件分别形成有各自的阀口，旋转阀式气缸可相对于外部筒形阀件转动到阀口对准的位置，所述冷却机构包括直接安装在旋转阀式气缸的上部以随旋转阀式气缸转动的散热装置(heatsink)，该散热装置暴露在空气中。
优选地，散热装置包括直接安装到旋转阀式气缸的顶部的分开的部件。或者，散热装置与旋转阀式气缸一体形成，从而该散热装置和旋转阀式气缸一起构成单一部件。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于旋转阀式气缸发动机的冷却机构，所述发动机包括可转动地安装在外部筒形阀件中的旋转阀式气缸，所述旋转阀式气缸和所述外部筒形阀件分别形成有各自的阀口，旋转阀式气缸可相对于外部筒形阀件转动到阀口对准的位置，所述冷却机构包括位于形成于外部筒形阀件上的阀口的内表面的绝热装置，所述绝热装置可操作以将在外部筒形阀件与流经所述阀口的任何气体之间传递的热能减到最小。
优选地，在第二筒形阀件中形成的阀口包括气体通常流过的内表面，绝热装置基本覆盖该内表面，从而气体靠着该绝热装置流动。
优选地，设有向外部筒形阀件中的阀口或从该阀口输送气体的歧管，所述绝热装置包括位于进气歧管上朝向旋转阀式气缸伸入阀口的突出部。
代替歧管和突出部，可选地，绝热装置可通过由绝热材料制成的单独的管状部件形成，所述管状部件适于容纳在阀口中以便基本覆盖阀口的内表面。
附图说明
下面参照附图仅作为示例说明本发明的实施例，附图中：
图1是具有根据本发明的冷却机构的转缸气门发动机的侧视截面图；
图2是图1的转缸气门发动机沿线A-A的俯视截面图；以及
图3是具有根据本发明的冷却机构的另一转缸气门发动机的侧视截面图。
具体实施方式
首先参照图1和2，旋转阀式气缸发动机1包括旋转阀式气缸3，该气缸3包括具有开口的下端部5和封闭的上端部6的筒状外壁4。封闭的上端部6的下表面包括限定在旋转阀式气缸3内的燃烧室7的顶部。旋转阀式气缸3可转动地安装在形成有进气阀口51和排气阀口71的固定的外部筒形阀件8中。外部筒形阀件8包括发动机的气缸盖。
旋转阀式气缸3形成有与燃烧室7相连通的单一的阀口81，旋转阀式气缸3可转动到该单一的阀口与气缸盖8的进气口51或排气口71对准的位置。一活塞组件在旋转阀式气缸3内往复运动，燃烧室7被限定在该活塞组件的活塞的顶部与封闭的上端部6的下表面之间。
筒状顶盖9具有沿径向向外延伸的周向凸缘10，该凸缘10将顶盖9固定到气缸盖8上以便将旋转阀式气缸3密封在气缸盖8内。这种发动机是公知的。
旋转阀式气缸3形成有包括沿旋转的气缸壁4的整个长度延伸的孔的内部油冷却通道11。通道11远离旋转阀式气缸3的上部封闭端6的一端与发动机底部的贮油槽12连通。该连通经由曲轴箱底部的空隙发生，来自通道11的油进入该空隙。该空隙位于贮油槽12上方，来自该空隙的油流入贮油槽12中。通道11的另一端延伸穿过旋转阀式气缸3的封闭的上端部6，从而与旋转阀式气缸3的外部连通。油冷却通道11在气缸壁4中均匀分布，从而在俯视图中观察时，如图2所示，通道11绕旋转阀式气缸3的周边均匀分布。
设有空心的、基本为筒状的插接件14，该插接件包括筒状底部15以及从底部15延伸的筒状凸出部16。筒状底部15固定到旋转阀式气缸3的封闭的上端部6上以限定在插接件14与旋转阀式气缸3的上端部6的上表面之间的上部油腔17。插接件15的周边通过O形圈等密封地接合旋转阀式气缸3的上表面的周边。
插接件14形成有多个贯穿插接件14的底部15和凸出部16沿与插接件14的纵轴线平行的方向延伸的通道19。通道19与在旋转阀式气缸3中形成的通道11连通。在插接件14的顶部与安装在顶盖9中的上回转轴承23之间限定有环形腔21。在旋转阀式气缸3的下端部设有下回转轴承26，旋转阀式气缸3安装在这两个回转轴承23、26上。在上回转轴承23的上方设有上油封33，油封33的径向外表面固定到顶盖9的主体内侧。油封33的径向内表面密封地接合旋转阀式气缸3的最上端。
环形腔21中设有环形油封25，该油封25的径向外表面固定到顶盖9的凸缘10的内侧。该油封的径向内密封面密封地贴靠插接件14的凸出部16，以防止油从环形腔21并绕旋转阀式气缸3的外侧泄漏。由于环形油封25的径向内密封面贴靠插接件14的直径较小的凸出部16，因此可将油封25制成直径较小以便保持油封25的径向内密封面的密封区域最小。这可减小油封25的成本并减小通过油封25的径向内密封面与插接件14的凸出部16的密封接合产生的摩擦损失。
环形腔21与顶盖9中形成的连接通道27连通，该连接通道27延伸入在气缸盖8中形成的通道28内，通道28通向在气缸盖8的底部限定的环形凹槽29。该环形凹槽29与发动机底部的贮油槽12连通。如图2中可明显看出，当在俯视图中观察时，通道28绕气缸盖8的周边均匀分布。
气缸盖8设有包括多个均匀分布、沿径向向外延伸的冷却翅片30的冷却装置，这些冷却翅片暴露在发动机周围的空气中。
在使用中，通过油泵(未示出)将油从贮油槽12泵入气缸盖8的底部的环形凹槽29中。然后油向上经过气缸盖8中的油通道28。图2示出油通道28靠近冷却翅片30。由于油靠近冷却翅片30流动，因此热量从油传递给冷却翅片30然后传递给吹过冷却翅片30的冷却空气，该气流由风扇(未示出)或者例如当安装到车辆时发动机的运动引起。可以理解，第二冷却介质例如水可以流过冷却翅片30以带走热量。
然后油穿过顶盖9中的连接通道27并从那里沿径向向内进入旋转阀式气缸3顶部的环形腔21中。油润滑上气缸轴承23。上油封33防止油从发动机顶部泄漏，环形油封25防止油从旋转阀式气缸3的侧面向下泄漏并进入阀口区域。
由于环形油封25贴靠插接件14的直径较小的凸出部16密封，因此油封25的内径远远小于将旋转阀式气缸3中的阀口的周边靠着气缸盖8密封的阀密封件35的外径。这减小了油封25的摩擦损失。
然后油经过顶部插接件14中的通道19并进入上部油腔17。上部油腔17中的油冷却旋转阀式气缸3的封闭的上端部6，从而带走来自燃烧室7的热量。
然后油流入在旋转阀式气缸壁4中形成的油冷却通道11，朝旋转阀式气缸3的底部流动，从而冷却旋转阀式气缸3。然后油流回贮油槽12。
虽然上文详细说明了其中油供入旋转阀式气缸3的顶部并从旋转阀式气缸3的底部流出的冷却机构，但是应当理解，利用旋转阀式气缸3底部适当的供油装置，可以沿相反的方向穿过旋转阀式气缸3供油，即，在旋转阀式气缸3的底部供入油，然后油流过上部油腔17，穿过旋转阀式气缸3的上部封闭端6流出并通过顶盖9中的油冷却通道27以及气缸盖8中的通道28向下流回贮油槽12。
上述改进直接冷却旋转阀式气缸3。这改善了旋转阀式气缸3的冷却并且简化以及改进了发动机所要求的油控制方法。使用相同的流体(即，油)进行冷却和润滑，简化了发动机设计并且有助于均匀地冷却。在一可选实施例(未示出)中，使用水作为流经通道11、27、28的冷却介质，在这种情况下需要将水和润滑油分开的其它密封件。
参照图3，示出转缸气门发动机的另一实施例，其中相同的特征标以相同的标号。
在该实施例中，省略了冷却通道11、连接通道27、通道28、气缸盖翅片30、顶盖9以及贮油槽12。
该实施例中的回转轴承23、26都位于旋转阀式气缸3的上部封闭端6下方并且位于该旋转阀式气缸3中形成的阀口下方。从而上轴承23在阀口下方但是靠近阀口，而下轴承26位于旋转阀式气缸3的底部。使用挡圈和轴承预加载弹簧将这两个轴承23、26以及旋转阀式气缸3装配入气缸盖8中。
旋转阀式气缸3的上部封闭端6的上表面沿径向向内逐渐缩小从而在该旋转阀式气缸3的顶部限定凹槽40。火花塞41穿过凹槽40的底部沿轴向延伸并且伸入发动机的燃烧室7中。
在该实施例中，冷却机构包括外部散热装置43，该散热装置在凹槽40处直接固定到旋转阀式气缸3的封闭的上端部6以便随旋转阀式气缸3转动。
散热装置43包括筒状体44，所述筒状体44具有多个沿径向向外延伸的环形凸缘45。每个凸缘45与相邻凸缘45间隔开以便所述凸缘构成冷却凸缘。筒状体44的底部向下逐渐变细从而形成为与旋转阀式气缸3顶部的锥形凹槽40直接配合。因此，散热装置43远离旋转阀式气缸3的上部封闭端6沿轴向延伸，而凸缘45沿径向向外延伸使得其直径大于旋转阀式气缸3的直径。从而散热装置43的横截面为蘑菇形。
设有螺栓47以将散热装置43固定到旋转阀式气缸3上，但是也可以使用任何其它适当的固定装置。在散热装置43与气缸盖8之间设有环形油封48，该油封48位于在散热装置43的下部凸缘45中形成的环形槽49内。
散热装置43还可以与旋转阀式气缸3一体形成从而构成旋转阀式气缸3的延伸部。在散热装置43与旋转阀式气缸3之间提供良好的热接合很重要。这可以通过精确匹配的配合面以及适当的粘合剂实现。
外部旋转的散热装置43处于自由空气中，为旋转阀式气缸3提供直接的冷却装置。经过散热装置43的气流由风扇(未示出)、叶轮(未示出)或者如果例如安装到车辆中时发动机的运动提供，并且通过散热装置43随旋转阀式气缸3的旋转而增强，这增强了到空气的热传递。
散热装置43与旋转阀式气缸3直接热接触。通过旋转阀式气缸轴承23、26的重新定位增加了热接触区域的大小，因为该重新定位使得旋转阀式气缸3的上部封闭端6可自由地在旋转阀式气缸3的尽可能大的区域内接纳散热装置43。这增强了散热装置43提供的冷却功能。
此外，应该将旋转阀式气缸3的上部封闭端6的厚度减到最小，以使燃烧室7与散热装置43固定于其上的旋转阀式气缸3的封闭的上端部6的上表面之间的距离减到最小。
除了散热装置43，图3的发动机包括通过设置覆盖所考虑的进气口或排气口的内表面的绝热装置来将穿过外部筒形阀件的进气口或排气口传递的热能减到最小的附加冷却机构。尽管没有示出，但是该附加冷却结构也可结合入图1的实施例中。
所示的示例是针对形成于气缸盖8中并且形成于旋转阀式气缸3中形成的阀口与之对准的进气口。然而，以下说明同样适用于形成于气缸盖8中的任何其它端口，包括排气口。
设有固定到进气阀口51上的进气歧管50，来自化油器或其它燃料供给装置(未示出)的进料经过该进气歧管进入发动机。在进气阀口51区域的进气歧管50包括横截面为矩形的管状区53，该管状区53形成有贴靠固定到气缸盖8上的空心、绝热的安装架57的外部凸肩(spigot)55。这减少了从气缸盖8到进气歧管50的直接的热传递。安装架57由耐热塑料或其它绝热材料制成。
进气歧管50的横截面也是矩形的管状突出部59从凸肩55延伸并伸入气缸盖8中的进气阀口51中。在机械上可行的情况下，突出部59伸入进气阀口51至尽可能靠近旋转阀式气缸3，以便基本覆盖进气阀口51所有的内表面61。当沿阀口51的纵轴线观察时，阀口51及其内表面的横截面都应是矩形。歧管突出部59外侧的宽度和高度小于进气阀口51的内表面61的宽度和高度，从而在进气歧管突出部59的外侧与进气口51的内表面61之间形成小气隙63，该气隙63提供绝热。在使用中，当安装到进气口51时，空心绝热的安装架57、绝热的突出部59以及绝热气隙63使从气缸盖8以及其它外部的发动机部件传递到进料的热能减少到最小，从而使进料的容积效率达到最大。
当配合到排气口时，管状绝热的安装架57、绝热的突出部59以及绝热气隙63使从排气传递到气缸盖8以及其它外部的发动机部件的热能减少到最小，从而减小发动机的冷却需求。这在使用中降低了发动机的总体温度。
Claims (31)
1.一种旋转阀式气缸发动机，包括可转动地安装在外部筒形阀件中的旋转阀式气缸，所述旋转阀式气缸和所述外部筒形阀件分别形成有各自的阀口，旋转阀式气缸可相对于外部筒形阀件转动到阀口对准的位置，其中，所述旋转阀式气缸包括圆形顶面，该圆形顶面封闭旋转阀式气缸的一端以在该顶面的下侧与位于旋转阀式气缸内部的活塞的顶部之间限定燃烧室，所述发动机包括冷却机构，所述冷却机构包括至少一个形成于旋转阀式气缸中的通道，在使用中冷却流体流过所述通道，其特征在于，冷却流体被驱动经过旋转阀式气缸的圆形顶面以冷却该旋转阀式气缸的圆形顶面。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述旋转阀式气缸包括其中形成有流体冷却通道的筒状气缸壁。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，旋转的气缸壁中的流体冷却通道基本沿旋转的气缸壁的长度延伸。
4.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，所述流体冷却通道沿与旋转阀式气缸的旋转轴线基本平行的方向延伸。
5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述旋转阀式气缸形成有多个流体冷却通道。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，当沿旋转阀式气缸的旋转轴线方向观察时，所述流体冷却通道基本绕旋转阀式气缸壁的周边延伸。
7.根据权利要求5或6所述的发动机，其特征在于，旋转的气缸中的流体冷却通道绕旋转的气缸的周边基本均匀地分布。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述流体冷却通道限定在内部气缸与外部气缸之间，所述内部气缸容纳于所述外部气缸中以共同限定旋转阀式气缸，内部气缸和外部气缸中的至少一个形成有限定油冷却通道的凹槽。
9.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，流体流动路径包括在所述外部筒形阀件内形成的通道。
10.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述旋转阀式气缸的上部形成有至少一个绕所述圆形顶面的周边的通道，在使用中冷却流体流过所述通道。
11.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，靠近旋转阀式气缸的圆形顶面形成有上部流体冷却腔。
12.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，旋转阀式气缸壁中的流体冷却通道经由在旋转阀式气缸的上部中形成的通道与所述上部流体冷却腔连通。
13.根据权利要求11或12所述的发动机，其特征在于，旋转阀式气缸壁中的流体冷却通道在所述上部流体冷却腔的周边与该上部流体冷却腔连通。
14.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，在使用中，冷却流体在旋转阀式气缸上端靠近旋转阀式气缸顶面的位置处进入旋转阀式气缸。
15.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，冷却流体从旋转阀式气缸下端远离旋转阀式气缸的圆形顶面的位置处流出。
16.根据权利要求10所述的发动机，其特征在于，流体在旋转阀式气缸顶面的供给位置进入旋转阀式气缸，在紧靠该流体供给位置的下方设有流体密封件，该流体密封件在使用中阻止任何流体从流体供给位置流入旋转阀式气缸的阀口区域。
17.根据权利要求16所述的发动机，其特征在于，流体通过在直径小于旋转阀式气缸外径的凸出部中形成的通道进入旋转阀式气缸的顶面。
18.根据权利要求17所述的发动机，其特征在于，上部流体冷却腔位于所述凸出部与旋转阀式气缸的顶面之间，从而流体向下流过形成于该凸出部中的通道以便在流体密封件的内径内部流动，并流入上部流体冷却腔。
19.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，通过位于旋转阀式气缸顶面的基本空心的插接件形成上部流体冷却腔，所述插接件的周边紧靠旋转阀式气缸顶面的周边密封，在插接件的壁和顶部与旋转阀式气缸的顶面之间限定流体冷却腔。
20.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，在使用中，流体流经所述上部流体冷却腔从而直接接触旋转阀式气缸的顶面以便直接冷却该旋转阀式气缸的顶面，继而冷却燃烧室顶部。
21.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述外部筒形阀件设有冷却装置，该冷却装置可将热能从流体传递到外部筒形阀件并传递到第二筒形阀件周围的空气中。
22.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述外部筒形阀件设有冷却装置，该冷却装置可将热能从流体传递到外部筒形阀件并传递到第二筒形阀件周围的空气中。
23.根据权利要求21所述的发动机，其特征在于，所述冷却装置包括至少一个从外部筒形阀件向外延伸的翅片。
24.根据权利要求23所述的发动机，其特征在于，所述冷却装置包括绕外部筒形阀件的至少一部分彼此隔开的多个翅片。
25.根据权利要求22所述的发动机，其特征在于，在外部筒形阀件中形成的流体通道靠近所述冷却装置，以便最大限度地将热能从流体传递到外部筒形阀件以及该外部筒形阀件周围的空气。
26.根据权利要求25所述的发动机，其特征在于，在外部筒形阀件中形成的流体通道绕该外部筒形阀件基本均匀地分布。
27.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，外部筒形阀件设有冷却装置，该冷却装置可将热能从流体传递到容纳在形成于外部筒形阀件中的套内的液体冷却介质。
28.根据权利要求27所述的发动机，其特征在于，所述套靠近在外部筒形阀件中形成的流体通道。
29.根据权利要求27或28所述的发动机，其特征在于，所述液体冷却介质是基于水的冷却介质。
30.根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，流体冷却介质是油。
31.根据权利要求30所述的发动机，其特征在于，所述油是发动机润滑油。
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