CN1016002B - 旋转阀内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明包括三个基本部分，其中一个是曲轴箱(2)，还有至少一个标准化设计的缸筒-和一气缸盖铸件(8，10)，它的缸筒部分可滑动地装在由曲轴箱(2)所提供的各弯的膛孔(3)内，并达到流体封严要求，一个圆柱形零件(19)自由地并可旋转地装入一个由曲轴箱(2)的壁(6)上的和在每个标准化的气缸盖(10)上的相似的孔洞所形成的通孔之中，以这样的方式，它又起了一个象销钉一样把各标准化设计的另部件组在一起的作用。
Description
本发明涉及一种旋转阀内燃机，在这种内燃机中，被压缩气体的密封是自动实现的。如技术文献中所指出的技术现状表明，内燃机的局限性特别在噪声水平和运转速度方面的局限性至少在某种程度上受制于进气阀和排气阀的具体实施方案，发动机的运行正是通过这两个阀门来调节和控制的;这样的观察结论同样适用于奥托内燃机和狄塞尔内燃机。
当前的文献类同地表明，克服这种局限性的办法有赖于采用旋转阀来取代常规的菌形阀。
更确切地说，传统的菌形阀是一种用弹簧装置使其返回的往复运动组件;因而，它所能达到的循环周期数必然取决于弹簧装置的特性并且它的使用寿命终究是有限的。此外，菌形阀的往复运动致使在每个冲程的未尾产生一个金属对金属的碰撞，从而产生一定水平的噪声。
与此相反，旋转阀的运动却容许获得特别高的运转速度和异常低水平的噪声，因为这种阀没有使用弹簧返回装置，也没有冲击碰撞。
此外，旋转阀易于为气体流动提供较大的横截面积，进而提高发动机的效率;再者，采用旋转阀设计，燃烧室可以被做得更紧凑，并可直接被安放在进气和排气气流的通道之中。
在其欠缺的一面，旋转型阀门仍受制于一个尚未解决的问题，即它的密封作用不令人满意，以至于使它不适于大量生产的内燃机。
正确无误的密封作于对于发动机的正确运行事实上是必不可缺的，由于燃烧室里的压力损失导致其功率输出的损失，从总体上说，继而导致发动机在低于额定状态运行。
保证一个有效的密封作用，对于旋转零件来说一般已是足够困难的了，在内燃机条件下，其压力和温度是周期性变化的，而不是固定不变的，且都达到特别高的值，这就更难以解决。
所谈到的这个困难还可被相当大数目现已公布的在此题目上的专利说明书所证明，其中大部分揭示出尖端的、复杂的密封结构，这些不但没有提供对此问题的完备的解决办法，从成本上也是相当难以接受的。
例如，申请号为DE-OS3241722的西德专利申请提出一个使阀门的两相配合表面中的一个表面硬化，并干性润滑其另一个比较不硬的表面的解决办法。硬化可由多种工艺实现，从裸露金属的淬火到陶瓷涂料的应用，或者使用一种分开的衬套，借助于外力或加热安装在一起;干性润滑是用碳或硫化钼来实现。足够
明显，这样的解决办法对器具来说是如此昂贵和困难，以致于仅可适用于一些特殊的场合，其时间和耗费能被认为是合算的场合，或类似的为特殊目的而设计的需要这种密封的昂贵的设备。US4517938公开了一种旋转阀装置，其中使用了为数众多的密封环，并与阀门的轴承有关的采用干性密封件。在此也一样，相配合接触的零件在材料上有多种实施办法，包括采用金属陶瓷，碳，和那些具有低热膨胀系数或低导热系数的材料。
美国专利US4169434公开了一种旋转阀内燃机，包括：
-一个曲轴箱，设置着至少一个从曲轴所述的滑油腔延伸出的膛孔，而曲轴穿过此滑油腔，由曲轴箱的壁所支撑，并处于垂直于膛孔的轴线的位置上;
-至少一个圆筒形气缸套，与所述的曲轴箱相连接，容纳各自的活塞，所述的活塞与所述的曲轴机械连接，并且与相应于离所述的曲轴最远端设置的汽缸盖，相结合而形成各燃烧室，所述的汽缸盖设置了至少一组横向设置的同轴的第一组孔;
-至少一个圆柱体的阀门旋转体，可旋转地装在气缸盖上的所述的第一组孔内，并且通过传动皮带装置与曲轴相连，并设置了进气口和排气口流进和分别流出所述的燃烧室的横向通道，每个气缸盖相应于它的第一组孔设置了相应的进气口和出气口，它们通过圆柱体的阀门旋转体的横向通道相连通使得设置在所述的气缸盖上的进气和/或出气管道与各自的燃烧室相连通，每个气缸盖设置了至少一个从外壁往各自的燃烧室延伸，用来把点火或注入可燃混合物的装置装入各自的燃烧室的孔
虽然上述现有技术的都着眼于改善旋转阀的密封作用这同一问题，但却都没有成功地对这一问题提供技术上完满的及理论上易于理解的解决办法;总之，这些现有技术包括基于使用大量的互相连接的组件的办法，如果这些组件中一个被破坏就能有害地影响整个发动机的平
稳运行，此外，每单个组件都具有基本的成本，很明显都加到总装起来的发动机的成本上去。
本发明的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种改进内燃机旋转阀的不良密封性的旋转阀内燃机，并且使其结构简单，零件数目减少，生产成本降低，噪声低。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种旋转阀内燃机，包括：-一个曲轴箱，设置着至少一个从曲轴所述的滑油腔延伸出的膛孔，而曲轴穿过此滑油腔，由曲轴箱的壁所支撑，并处于垂直于膛孔的轴线的位置上;-至少一个圆筒形气缸套，与所述的曲轴箱相连接，容纳各自的活塞，所述的活塞与所述的曲轴机械连接，并且与相应于离所外的曲轴最远端设置的汽缸盖相结合而形成各燃烧室，所述的汽缸盖设置了至少一组横向设置的同轴的第一组孔;-至少一个圆柱体的阀门旋转体，可旋转地装在气缸盖上的所述的第一组孔内，并且通过传动皮带装置与曲轴相连，并设置了进气口和排气口流进和分别流出所述的燃烧室的横向通道，每个气缸盖相应于它的第一组孔设置了相应的进气口和出气口，它们通过圆柱体的阀门旋转体的横向通道相连通，设置在所述的气缸盖上的进气和/或出气管道与各自的燃烧室相连通，每个气缸盖设置了至少一个从外壁往各自的燃烧室延伸，用来把点火或注入可燃混合物的装置装入各自的燃烧室的孔，按照本发明，所述的气缸盖与从气缸盖
向下延伸并靠近所述的曲轴滑油箱敞开的气缸套结合成一整体，曲轴箱离所述的滑油箱最远的曲轴箱端包括至少一组横向设置的同轴的第二组孔，该第二组孔的轴平行于所述的曲轴的轴线，而直径比同轴的所述的气缸套的第一组孔的直径只大可以容纳一个轴承的尺寸，并且曲轴箱的每个膛孔可以紧密地但是可滑动地容纳一个气缸套，以便在该气缸套放入曲轴箱膛孔中后，可以限定至少一个沿曲轴平行延伸的连续的，并可容纳至少一个用作横向连接销的圆柱形阀门，旋转体的横向孔。
本发明的主要优点根本上在于发动机总体上的结构简单性;事实上，总装的实现可不用一个螺栓，至少对（象在常规的发动机中所公认的）曲轴箱和气缸盖是如此。
根据本发明，此发动机的再一个优点在于阀门密封作用的效率，圆筒形气缸套的轴向膛孔内压力越高，也就是燃烧室的压力越高，密封作用就越稳定。
下面结合附图及实施例来详细地说明本发明，附图中：
图1是根据本发明的四冲程发动机的纵向剖视图，图中某些非基本组件已被删掉;
图2是通过图1的Ⅱ-Ⅱ线的本发明四冲程发动机的剖视图;
图3是通过图1的Ⅱ-Ⅱ的另一剖视图，它描述了根据本发明的一个两冲程发动机;
图4表示了根据本发明的发动机的基本组件和阀门装配体;
图5表示了根据本发明的装有阀门旋转体的四冲程发动机一个循环周期内的不同阶段。
参照这些附图，按照本发明的一个内燃机的基本结构包括三个基本组件：
-一个曲轴箱2;
-一个或多个气缸套8;
-一个阀零件，或旋转体19。
曲轴箱2内设置有至少一个膛孔3（图1），最好是圆柱形的，该膛孔是从发动机曲轴5所在的滑油腔4延伸出来，而曲轴穿过曲轴箱的壁6并被它所支撑。
曲轴箱还设有至少两个同轴孔7，它位于膛孔3离滑油腔4最远的一端（也可见图4a）孔7的轴线布置为与曲轴5的曲线相平行。
曲轴箱2可以是连同一个或多个膛孔3整体铸造的，或者由多个相匹配的标准化单元22组装而成，每个单元具备至少一个膛孔3，至少一个滑油腔4和至少两个孔7，而在包围着滑油腔4的单个单元22的壁6上安装曲轴5。因而在本说明书中简单地采用名称“曲轴箱2”其可代表一个单个的组件，也可指一个整体铸件，或是一个标准化单元22的组装体。
气缸套8，每个都是为曲轴箱上所备的每个膛孔3所设置的，在实施例中它是按标准化设计的，并且其直径（或尺寸）使其能滑动地插入相应的膛孔3内，最好达到流体封严配合。
每个气缸套8提供了一个轴向气缸孔14，它的敞开的底端插到曲轴箱2的相应的滑油腔4中，它的上端与气缸盖铸件10合并为一体（也可见图4b）。一个活塞9，可滑动地装在每一个轴孔14内并与曲轴5机械连接，并且与气缸盖10和轴孔14一道形成一个燃烧室21，下面将作出更清楚的说明。
一个圆柱形的孔11，穿过气缸盖10横向于轴向气缸孔14的轴线，并被安装为与直径大体相同的孔7排成一条直线。
穿过每个气缸盖10的孔11通过各自的进气口12和排气口13与相应的燃烧室21相连通，并与一个或多个进气和/或排气管道15相连通，管道15是在气缸盖10内形成并伸出气缸盖外，每单个气缸盖10中的通道15的实际数量大体上将取决于发动机的类型：一个两冲程实施例将仅有一个排气管道15b（图中未示出），而四冲程实施例将有两个进气管道15a和两个排气管道15b（图1）。
每一个铸造气缸盖10上也至少设有一个孔18，它从外壁伸进相应的燃烧室21，是用来安装点火装置或可燃混合物进入燃烧室21的装置。
在图1和2的例子中，气缸盖10的横向尺寸，也就是它在与曲轴5的轴线及膛孔3的轴线垂直方向上的尺寸，比曲轴箱2的横向尺寸要大，这样可以使图2所示的装配得以实现，在该装配中孔7和11基本上是相互同轴的。
阀门零件，或旋转体19，在本实施例中是圆柱形的，并且它是自由地装入在曲轴箱2上的气缸盖10上同轴设置的第一组孔11和第二组孔7内，但是达到精密的配合装配。相应地，阀门旋转件19又具有另外一个功能，即做为一种把曲轴箱2和气缸盖和气缸套组件10-8相互装配在一起的装置，一旦旋转体19装入分开的孔7和11，它们就不能分开了。因此，孔7和孔11的尺寸差只在于第一组孔7按要求应能装入支撑气缸盖和气缸套组件10-8和阀门旋转体19装配件的装置，也就是轴承或滑架，在图中标号为33，它与用来支撑曲轴5的轴承是相似的。
至少有一个横向通气孔20贯穿于这个装配件一阀旋转体19，该横向通道20用以连通气缸盖上的废气进气口12及排气口13。无须说，通气孔20在数量上将与进气口12及排气口13的对数相同。在图中，横向的通气孔20是径向安排的，从一侧到另一侧整个贯穿这个装配件一旋转体19，并且，进排气口12和13位于旋转体径向上相对的位置;这种设置只是一种说明的实例，并不作为本发明的限制。
阀门旋转体19与曲轴5机械相连接，例如图1所示，该连接装置是正时皮带25，因此，旋转体19的转动与曲轴5同步。这两个转动件5和19之间的传动比，在图示情况，对四冲程发动机（图1和2）至少为1∶4，而对两冲程发动机（图3）至少为1∶2。
其实，所描述的发动机1的结构大多与四冲程实施例有关，而两冲程实施例与之区别仅在于其燃烧室21位于处在曲轴箱2的气缸套8的端头，并且气缸套本身设有多个进气口27，在活塞处于下死点时，进气口27被露出。
根据本发明的发动机还装有任何已知类型的冷却装置，可以是一种外散热片，或在图示的实施例中，是一套冷却液在内部进行循环的冷却通道。图2和3表示出在气缸盖10上形成的多个这种冷却通道17，在旋转体19内形成又一对冷却通道，及由曲轴箱2的内表面与相应的各个气缸套8的外表面所形成的冷却套23。
在一个实施例的内燃机中，阀门旋转体19执行着多元功能，即：
-一个阀门元件的功能，通过简单的旋转运动能够引导进入的和排出的气体通过相关的管道15进入和排出燃烧室21，并确保适当的气流量通过气缸盖;
-一种旋转的联结装置的功能，用这个装置把气缸盖和气缸套组件10-8与曲轴箱2连在一起，这个汽缸盖和气缸套组件10-8取代了常规发动机的等效的分立零部件，由此而淘汰了大量的常用的单个零部件，即气缸盖密封垫，气缸盖螺栓，和用于常规的菌形阀装置的正时系统，其中包括凸轮轴，弹簧，摇臂，挺杆等等;
-用一个单个零件的旋转运动取代传统的多个菌形阀门的往复运动的功能;
-确保对于压缩气体自动密封作用的功能：事实上，每当活塞9被曲轴5所驱动进入它的压缩冲程，或者以相反方向返回而得以膨胀时，在燃烧室21里便产生一个力，把它们驱策在一起并消除气缸盖10和旋转体19之间的间隙;于是，上述的力便保证了燃烧室21的气门口12和旋转体19之间流体封严的贴合。
由于最后提到的这一性能，前面提出的本发明目的可以极其经济地实现;燃烧室21内部的压力越高，那么所获得的密封作用越有效，从而它具备有一种实际上保证机械公隙被自动地消除的手段。
图5a到图5e描述了在活塞9的运动过程中旋转体19所取的各个位置，他们是：进气，图5a和5b;压缩一点燃，图5c;膨胀，图5d;和排气，图5e。进气通道和进气口是用粗实线画出的，其标号各自为20b和20b，而排气通道和排气口20a和12a是用虚线画出的。
这种发动机的操作的简单性（这一点将立即明了）可归因于气缸盖10和旋转体19组装件的特殊的构造;把阀门通气道20a和20b径向地安放在旋转体19的内部，并以预先确定的成角度的距离交错开，便使选择精确的排气口和进气口的开启和关闭时刻之间的
延迟时间间隔成为可能。采用曲轴5和阀门旋转体19之间的驱动比1比4而获得的四冲程正时，这两个旋转的零部件都能达到很明显的高运转速度，这个速度至今对采用传统的往复运动式的阀门的装置是不可思议的。
Claims (8)
1、一种旋转阀内燃机，包括：
-一个曲轴箱(2)，设置着至少一个从曲轴(5)所处的滑油腔(4)延伸出的膛孔(3)，而曲轴(5)穿过此滑油腔(4)，由曲轴箱(2)的壁(6)所支撑，并处于垂直于膛孔(3)的轴线的位置上；
-至少一个圆筒形气缸套(8)，与所述的曲轴箱(2)相连接，容纳各自的活塞(9)，所述的活塞(9)与所述的曲轴(5)机械连接，并且与相应于离所述的曲轴最远端设置的汽缸盖(10)相结合而形成各燃烧室(21)，所述的汽缸盖(10)设置了至少一组横向设置的同轴的第一组孔(11)；
-至少一个圆柱体的阀门旋转体(19)，可旋转地装在气缸盖(10)上的所述的第一组孔(11)内，并且通过传动皮带装置与曲轴相连，并设置了进气口和排气口流进和分别流出所述的燃烧室(21)的横向通道(20)，每个气缸盖(10)相应于它的第一组孔(11)设置了相应的进气口和出气口(12，13)，它们通过圆柱体的阀门旋转体的横向通道(20)相连通使得设置在所述的气缸盖(10)上的进气和出气管道(15)与各自的燃烧室(21)相连通，每个气缸盖(10)设置了至少一个从外壁往各自的燃烧室(21)延伸，用来把点火或注入可燃混合物的装置装入各自的燃烧室(21)的孔(18)，
其特征在于所述的气缸盖(10)与从气缸盖(10)向下延伸并靠近所述的曲轴滑油箱(4)敞开的气缸套(8)结合成一整体，曲轴箱离所述的滑油箱(4)最远的曲轴箱端包括至少一组横向设置的同轴的第二组孔(7)，该第二组孔(7)的轴平行于所述的曲轴的轴线，而直径比同轴的所述的气缸套(8)的第一组孔(11)的直径只大可以容纳一个轴承的尺寸，并且曲轴箱(2)的每个膛孔(3)可以紧密地但是可滑动地容纳一个气缸套(8)，以便在该气缸套(8)放入曲轴箱膛孔(3)中后，可以限定至少一个沿曲轴平行延伸的连续的，并可容纳至少一个用作横向连接销的圆柱形阀门旋转体的横向孔。
2、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于所述的曲轴箱（2）为一个或多个标准化设计的彼此可连接的单元（22），每一个可提供至少一个从至少一个相应的滑油腔（4）延伸的膛孔（3），并且提供至少两个与其成直角安排的同轴圆柱形孔（7），曲曲（5）在滑油腔（4）中穿过，并被每个标准化单元（22）的壁（6）所支撑，而占据着相应的滑油腔（4）。
3、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于与每个气缸套（8）相连系的气缸盖（10）上设有至少一个内部通道（17）同相邻的气缸盖（10）的通道或通道组相连接，通过这个通道一股液体冷却剂流被导引流过。
4、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于每个气缸套（8）与曲轴箱（2）上的相应部分结合组成一个冷却套（23），通过它一股液体冷却剂被导引流过。
5、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于所述的阀门旋转体（19）中设有至少一个通道（24），一股液体冷却剂流被导引流过该通道。
6、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于所述的阀门旋转体（19）用正时皮带（26）在机械上与曲轴（5）相连接。
7、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于与所述的圆柱形气缸套（8）相连的所述的气缸盖（10）或所述的曲轴箱（2）在外部装设有散热片。
8、根据权利要求1的旋转阀发动机，其特征在于与所述的圆柱形缸套（8）相连的所述的气缸盖（10）和所述的曲轴箱（2）都在外部装设有散热片。
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