CN101415911B - 旋转阀发动机的改进阀密封件组件 - Google Patents

Abstract

一种用于活塞气缸式内燃机的旋转阀组件的阀密封件，其中气缸盖/燃烧室是按高压缩和长冲程设计的，如同柴油机的设计。旋转阀和阀密封件被这样相互安置，使能用燃油/空气混合物给气缸装料和排空用过的废气，并能调节在阀密封件和阀座内的压力，从而调节在阀密封件和旋转阀之间的压力。

Description

旋转阀发动机的改进阀密封件组件

发明的领域

本发明涉及一种活塞-气缸式内燃机，该内燃机有一球形旋转阀组件，用以将燃油/空气混合物引到该气缸内并排空废气，特别针对这种旋转阀组件的浮动阀密封件和在阀门内、尤其在长冲程、高压缩发动机如柴油机的阀门内调节压力的设施。

背景技术

本发明人在本文中较多关注活塞-气缸式内燃机，特别是如何用球形旋转阀组件来替代包含菌形阀、弹簧、座和相关的凸轮轴在内的菌形阀系统，以便将燃油空气混合物引入到气缸内并排空废气。本申请人同时是下列专利的署名发明人：美国专利4,989,576号“内燃机”；美国专利4,944,261号“内燃机的球形旋转阀组件”；美国专利4,953,527号“内燃机的球形旋转阀组件”；美国专利4,976,232号“旋转阀发动机的阀密封件”；美国专利4,989,558号“内燃机的球形旋转阀组件”；美国专利5,109,814号“球形旋转阀”；美国专利“5,361,739号”用于旋转阀内燃机的“球形旋转阀组件”；美国专利6,308,676 B1号“旋转阀发动机的冷却系统”，和尚在进行中的美国专利申请序号10/280,293。上述这些美国专利按其列出的范围和细节被归并在本文中。

在申请人的现有专利中所描述的阀密封件是一种在阀座内的浮动阀密封件。该阀密封件处在分开式气缸盖组件下半部内靠近气缸进气口和排气口。有一偏压设施处在该阀座内，而该阀密封件处在该偏压设施之上。该阀密封件的上表面为与球形旋转进气阀或球形旋转排气阀组件中该旋转进气阀或旋转排气阀的周边吻合的弧形。而坐落在该阀座内的该阀密封件的下体有一个或多个处在其周围的密封环，与该阀座的外壁作环状的密封接触。在该设计中该阀密封件在该阀座内浮动，在该阀座内壁和该阀密封件之间有一个微小的间隙，这样被压缩的气体便能经该间隙进入阀座内，并在压缩冲程中使在该阀密封件和该阀座之间的区域增压，该增压又使该阀密封件与该球形旋转进气阀和球形旋转排气阀之间产生气密的密封接触。

在短冲程的发动机中，由于活塞的冲程较短和所产生的最终压力，该旋转阀组件无须修改地工作。但在长冲程的发动机如柴油机中，压缩比普通的内燃机大得多，而这种压缩在显著高的压力下实际上造成燃油/空气混合物的爆燃，其中在该浮动的阀密封件上造成过高的压力，并使其与该球形旋转进气阀或球形旋转排气阀的接触，因此柴油机旋转阀组件的阀密封件需在结构上加以修改。

本发明，即本申请的主题涉及该浮动的阀密封件及在其内调节压力的设施。

发明概述

本发明的一个目的是要为旋转阀发动机提供一种新颖而改进的阀密封件。

本发明另一个目的是要为旋转阀发动机提供一种新颖而改进的阀密封件，其中该阀密封件的陶瓷嵌入物被安置在一锁定角内以提高使用寿命。

本发明再一个目的是要为旋转阀发动机提供一种新颖而改进的阀密封件，其中一气密密封由在该气缸和燃烧室内产生的压力保持。

本发明再一个目的是要为不需外部润滑的球形旋转阀组件提供一种新颖而改进的阀密封件。

本发明再一个目的是要为旋转阀发动机提供一种新颖而改进的阀、阀密封件和气缸盖/燃烧室配置。

本发明再一个目的是要为在该阀密封件内调节压力的旋转阀发动机组件提供一种新颖而改进的浮动阀密封件装置。

本发明提供一种用于活塞和气缸式内燃机，诸如柴油机的旋转阀组件的阀密封件，其中该气缸盖/燃烧室是为高压缩和长冲程设计的，而该旋转阀和阀密封件按关系安置，以允许该气缸以燃油/空气混合物充气，并排空废气，并调节在该阀密封件和阀座之内的压力，从而调节在该阀密封件和旋转阀之间的压力。

附图简要说明

人们将会明白本发明的上述这些和其他一些优点和改进，特别是在参考下面这些图示以后，其中：

图1为球形旋转阀组件气缸盖的端视横截面图示出球形旋转阀对气缸、活塞和阀密封件的关系；

图2为本发明的改进的阀密封件的顶视图；

图3为本发明的改进的阀密封件和阀座沿图2中的平面3-3切开的侧视图；及

图4为本发明的改进的阀密封件的压力调节环的顶视图。

本发明的详细说明

参阅图1，其中示出本申请人早先专利中球形旋转阀组件的一个实施例的端视横截面图，该图详细描绘了封装在分开式气缸盖组件上半部12和下半部14内的旋转进气阀10与其周围的关系。该分开式气缸盖组件被固定到一具有气缸16的发动机体上，而活塞18可在该气缸16内往复移动。

该分开式气缸盖组件具有上半部12和下半部14，形成一个鼓状容纳空腔20，旋转进气阀10就安置在其内一根延伸通过该旋转进气阀10中心孔24的轴22上。如同在以前公开的本申请人早先的专利中所详述的那样，旋转进气阀10利用被安置在该旋转阀10的球周面21上，接续与通往气缸16的进入口32对准的孔30使燃油空气进入口26和气缸16连通。

在鼓状容纳空腔20内轴22上旋转的进气阀10与安置在通往气缸16的进入口32周围的环形槽38内的阀密封件35接触。阀密封件35具有下列功能：在进气冲程中提供密封以确保燃油/空气混合物从旋转进气阀10通到气缸16内。在压缩冲程中与旋转进气阀10一道提供密封以确保燃油/空气混合物的点燃发生在气缸16内而不会移到鼓状容纳空腔20内。另外，在排气冲程中与旋转进气阀10一道提供密封以确保废气通过旋转排气阀排出。

本文关于阀密封件的说明是就图1所示的旋转进气阀作出的。对于球形旋转阀组件中的旋转排气阀，如同本申请人在前面标出的以前的专利中所公开的那样，阀密封件具有相同的设计并用于相同的目的和功能。还应知道每一个气缸都有至少一个旋转进气阀和至少一个旋转排气阀，并且每一个阀都各有一个阀密封件。

现在参阅图2和3，这两图分别为一个改进的阀密封件的顶视图和切开视图，其中示出阀体37和陶瓷碳素嵌入润滑环52，后面还将详述。当阀密封件36坐落在环形槽或座38内时，阀密封件36的中心孔40可与进入口32对准。阀体37的上部环形表面42向内向孔40的中心弯曲，曲率与旋转进气阀10的球周面曲率23相当。阀体37的上表面42制有一个由内侧壁46和外侧壁48形成的环形槽44。内侧壁46形成一个90度的角度，而外侧壁48形成一个比90度小的角度。环形槽44用来接纳陶瓷碳素嵌入润滑环52。该陶瓷碳素嵌入润滑环52被安置在环形槽44内使其上表面54与阀体37上表面42的曲率相当。在将碳素嵌入润滑环配装到阀体37上时须将阀体37加热使它略有膨胀，然后可将该润滑环52嵌入到加热的环形槽44内。随后使该阀体37冷却。由于环形槽的外侧壁48在内侧壁46的方向上略为偏离90度，该润滑环52便被这个“锁定角”锁定在位并可确保停留在该位置，不管在内燃内的燃烧过程中该阀密封件36会变得如何炽热。当固定该阀密封件的内燃机是用天然气或柴油为动力时，因为能比传统的汽油燃料产生高得多的温度和压力，这一点特别重要。

阀密封件36的外侧壁54呈阶梯形并制有一个间隔开的环形肋56以便接纳并安置至少一个功能与活塞环很相像的密封环58，从而在阀密封件36侧壁54和进入口32周围环形槽或座38周边之间建立密封。在本实施例中只是示出一个肋56和一个密封环58。但若侧壁54的深度增加，密封环的数目也可增加。

在阀体和旋转进气阀10之间的接触由被安置在阀座环形接纳槽内的环状碟形弹簧60来保持。这样做时要被保持向上作用在阀体上的压力在1到4盎司之间。

另外，在阀座38的内壁62上安置有一个压力调节环64。在本申请人以前的实施例中，在压缩和动力冲程中在气缸内增加的燃气压力曾被用来增大阀体与旋转阀周面之间的密封，办法是使用环形通道66。曾经发现，在短冲程的发动机的压缩和动力的冲程中在阀座内增加的压缩并不需要调节。但在长冲程和高压缩的发动机如柴油机中，在阀座内增加阀体与旋转阀周边表面接触的压力必须加以调节，否则该密封会对旋转阀的旋转产生制动的效果。因此，要在压缩和动力冲程时压缩燃气从气缸出来的路径上将压力调节环64安置在阀座38内壁上的环形槽65内，这样压力调节不64便与阀体36的内部环形表面接触。在压力调节环64的外圆周上制有多个孔眼66，来自气缸的压缩燃气可流动通过这些孔眼66进入到阀体36下面的阀座38内，这样便可减少旋转阀的周边表面在阀体上增加的压力。图4为本发明的压力调节环的顶视图。孔眼66的形式为在密封环64的外周上制出的半圆形孔眼。

在此以前，本申请人的“浮动”阀密封件体是让压缩和动力冲程中的压缩燃气通过阀体内周壁和阀座38内周壁之间的环形间隙66流到阀座内。压力调节环64用来限制压缩燃气通过这条路径，它把该路径堵塞，只留下多个孔眼66以便将压缩燃气引入到阀体36下面的阀座38内。孔眼66的数目可根据合适的测量技术测出的发动机的冲程和压缩来变化。

本申请人/发明人从以前样机的阀密封件和阀座知道阀座应该用摩擦配合在分开式气缸盖组件下半部的环形槽内。本发明的阀和阀座也可用摩擦配装在这种环形槽内。但由于本发明的阀和阀座是针对具有比普通汽车内燃内高得多的压缩和长冲程的发动机，阀座可在外部用螺纹固定在外周面70上，也可用螺纹固定在气缸盖组件下半部的环形槽内。

虽然本发明已用其示范实施例进行说明，但应知道本行业的行家可在不离开本发明的精神和范围的情况下，作出许多修改和变化，因此显然本发明只能由权利要求书及其等同物所限定。

Claims (5)

1.一种具有高压缩和长冲程的活塞气缸式内燃机的旋转阀组件的阀密封件，该旋转阀组件被安置在一个两件式气缸盖内，所说气缸盖限定多个鼓状容纳空腔，以接纳多个旋转进气阀和旋转排气阀，上述旋转进气阀和旋转排气阀具有由该球的两个平行平面限定的球形部分，所说平面被对称地设置在所说球中心的周围，限定一个球形周面和平面端壁，所说旋转进气阀和所说旋转排气阀被安装在所说鼓状容纳空腔内的轴设施上，分别与一进气口和一排气口成气密地密封接触，所说旋转进气阀和所说旋转排气阀具有贯通其间的通道，分别供燃油空气混合物向该发动机的引入或中止以及从该发动机排空废气，所说旋转进气阀和所说旋转排气阀分别与所说进气口和所说排气口的气密地密封接触是由一阀密封件和一阀座完成的，该阀密封件和阀座具有：

一个横截面基本为圆形的阀体件，所说阀体件有一与所说进气阀或所说排气阀的球周面相同的弧形环状上表面，有一个由一与所说进气口或所说排气口的所说孔一致的内圆侧壁限定的贯通孔，在所说孔周围的所说弧形上表面上制有一个环状接纳槽，以接纳一润滑嵌入环，所说润滑嵌入环具有一个与所说阀体件的所说弧形上表面互补的弦形上表面；

所说阀体件还具有一个外周侧壁，在其上制有多个安装肋，用以将多个密封环安置在所说阀体件的外周侧壁的周围，从而使所说阀体件与所说阀座的外壁密封接触；

所说阀座具有一个外壁和一个内壁，两者限定一条环形槽，用以接纳所说阀体，所说阀座的内壁在其内表面上制有一环形槽，用以接纳与所说阀体接触的一压力调节环，所说压力调节环具有多条贯通的通道，供压缩燃气在所说发动机的压缩冲程和动力冲程期间通过，从而对所说阀体施加向上的密封压力。

2.一种按权利要求1所说的旋转阀组件的阀密封件，其特征在于所说压力调节环通道为半圆形，并在所说压力调节环的外周面上制出。

3.一种按权利要求1所说的旋转阀组件的阀密封件，其特征在于在所说压力调节环内的所说通道的数目确定了所需施加在所说阀体上的向上压力。

4.一种按权利要求1所说的旋转阀组件的阀密封件，其特征在于所说阀座借助摩擦被安置在所说两件式气缸盖内的槽中。

5.一种按权利要求1所说的旋转阀组件的阀密封件，其特征在于所说阀座用螺纹固定在所说两件式气缸盖内的环形槽中。

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