CN102224324B - 用于发动机套筒阀的联合驱动器 - Google Patents

Abstract

一种用于套筒阀发动机的套筒的驱动系具有使得套筒复合运动的一对驱动器，这提供了改进的气口打开和关闭。一个驱动器利用发动机驱动的第一齿轮来通过凸轮和随动器向套筒提供偏心运动。另一个驱动器利用发动机驱动的第二齿轮来通过偏心销和开槽套筒向套筒提供小的同步旋转。一个驱动器允许轴向响应，且并不阻止对另一驱动器旋转响应。套筒通路允许较高、较窄的气口，这允许活塞环更接近活塞顶，并且这降低了排放。

Description

用于发动机套筒阀的联合驱动器

技术领域

本发明涉及套筒阀发动机，特别是涉及给予套筒阀自身的驱动器。 

背景技术

套筒阀发动机显现出某些局限性，其中之一是由通过球窝连接到套筒尾端的单个套筒曲柄强制进行的气口（port）打开和关闭通道的形状。该通道的形状是椭圆形。优选的是将最顶侧的活塞环布置在活塞顶附近以保证低排放。 

当套筒曲柄的冲程做得足够长，以便获得充分的套筒孔开口时，旋转运动需要宽的气口孔。在奥托循环中在两个气口孔一起打开且活塞处于上死点附近时的交叠时间中，活塞环或至少顶部环将横过气口孔，并将得到不足够的支撑。它们易于"落下"，引起过度的活塞环磨损。 

现代发动机需要高压缩比来获得更好的发动机效率，这意味着活塞顶更接近气缸盖，这减小了余隙容积。最终结果是活塞顶进一步伸入孔区域中。 

在我们的专利号为No.2008901933的共同待审申请中，我们描述了一种套筒阀结构，其中，套筒具有进口孔和出口孔以及在套筒的壁中在这些孔之间的内部冷却剂通道，用于引导燃烧热量离开套筒。这种改进可用于该特殊结构的套筒。 

在美国专利2,411,571中，有对置气缸的套筒阀发动机具有套筒阀驱动器，该套筒阀驱动器使用一对环形齿轮来转动用于各气缸的套筒。套筒的轴向运动是由套筒附近的旋转盘给予套筒的，该旋转盘伸入套筒端部的螺旋槽中。该螺旋槽的节距和长度很微小以便引起足够的往复运动来消除碳移动，否则这些碳会聚集在套筒气口中。这不能有效地帮助形成有利的气口形状。 

发明内容

本发明的装置方面提供了一种套筒阀发动机，其中，打开和关闭气口的套筒阀由使得套筒往复运动的第一套筒驱动器来驱动，同时第二套筒驱动器使得套筒局部旋转。 

在第一驱动器中，套筒附近的块沿偏心通路运动，以便使套筒做往复运动，且该块与从该套筒凸出的随动器啮合，这使得该套筒在往复运动的同时沿弓形通路运动。该随动器具有在前端的止推面和在后端的类似止推面。运动的弧形对应于套筒旋转，足以盖住和露出气缸盖中的这些气口。这些止推面可以相互平行和横过往复运动的轴线布置。第二驱动器包括沿轴向布置的滑块，销以及头部，该滑块从套筒凸出，且具有由间隙中断的大致柱形表面；销进行偏心运动并凸出该间隙中；头部由销承载，该头部的相对端部弯曲，以接触柱形表面，由此，该销使得套筒进行弓形运动，同时允许滑块响应第一驱动器而进行往复运动。 

该块可以偏心地安装在第一齿轮上，该第一齿轮在与气缸轴线成90度布置的轴线上旋转。 

同样地，第二驱动器中的销可以偏心地安装在第二齿轮上，该第二齿轮在也与气缸轴线成90度布置的相同或不同轴线上旋转，并布置成与该第一齿轮径向相对。尽管第一和第二齿轮的这种180度布置很方便，但是当角度小于180度时驱动器同样很好地工作。 

第一和第二齿轮可以是来自半速阀动齿轮的直角驱动器的一部分，这些半速阀动齿轮存在于根据奥托循环的所有阀式发动机中。因此，第一和第二驱动器同时用于套筒运动，并且一起把椭圆形通路加在套筒上。通过链条或有齿皮带，这些阀动齿轮连接成一致地旋转。然而，该通路可以在现有技术所已知的基础上进行修改，改进的椭圆形通路允许改变气口设计。在套筒中可以有多个气口，优选是直到七个。 

附图说明

下面将参考附图介绍本发明的一个实施例，其中： 

图1是工作部件的示意透视图。

图2是图1的工作部件的示意平面图，其中套筒相对曲轴旋转80度。 

图3是图1的工作部件的平面示意图，其中套筒相对曲轴旋转90度。 

图4是图1的工作部件的平面示意图，其中套筒相对曲轴旋转100度。 

图5、6和7是图2、3和4中的套筒驱动器的侧视图。 

图8是一种变化形式的低侧透视图，表示了有齿的皮带驱动器。 

图9是向套筒提供轴向驱动的轮的透视图。 

图10是图9所示的轮的反面的视图。 

图11是图9和10的轮的视图，其中安装有块。 

图12是穿过图11的剖视图，表示了安装的斜齿轮。 

图13是处于与图11不同相位的轮和块的正视图。 

图14是表示用于轴向套筒运动的斜齿轮、轮和块的侧视图。 

图15是用于旋转套筒运动的套筒驱动器的示意平面图。 

图16是图15所示的驱动器的平面图，但是是在它出现在发动机中的时候。 

图17是穿过图16的剖视图。 

具体实施方式

下面参考图1-8，气缸2具有围绕其圆周布置的多对孔4，这些孔与气缸体中的气口对齐，该气口与燃料/空气供给装置（未示出）和排气导管连接。 

套筒阀6同样具有多对孔，这些孔根据奥托循环而运动成与气缸孔对齐和不对齐，并使气缸与进气和排气连接。 

套筒阀的底端超过气缸的端部伸出大约30mm，以便适应通过齿轮10、12和普通有齿皮带14从曲轴8获得的套筒驱动。 

轮12顺时针旋转并且驱动斜齿轮16，并由此驱动斜齿轮18。斜齿轮18位于运动的套筒阀附近，并且具有偏心销20，该偏心销伸到从套筒阀外表面伸出的随动器26的平行止推面22、24之间。这些金属面足够长，以便在套筒阀的20度旋转上保持与由销20啮合的金属块接触。与单独的销相比，块28提供了与这些止推面22、24接触的更好区域，根据图1，定义套筒阀6上靠近气缸2的一端为前端，套筒阀6上靠近曲轴8的一端为后端，则随动器26包括位于套筒阀外部前端的平行止推面22和位于套筒阀外部后端的平行止推面24。 

齿轮10顺时针旋转并且驱动斜齿轮30，并由此驱动斜齿轮32。斜齿轮32同样位于运动的套筒阀附近，相对于斜齿轮18在180度处。斜齿轮32驱动偏心销34。开槽的柱形套筒36与随动器26径向相对地固定在套筒阀6的外表面上。偏心销34穿过该开槽套筒中的间隙38而凸出，并与摇臂40啮合。摇臂40具有与销34等距的弯曲端面，这些端面与套筒36的内部柱形表面匹配。 

这些斜齿轮18，32共线并布置为与曲轴轴线成90度。在摇臂40的块28的行程中，顺时针旋转10度，随后反向旋转10度和逆时针旋转10度。随动器26和开槽套筒36使套筒阀的质量增加很少，但提高了发动机性能，其中，它们允许套筒动作分离成往复和旋转分量。将这些分量分离成两个驱动器将允许改变气口结构。在图8中表示了有齿皮带14从曲轴获得驱动的方法。惰轮42允许进行皮带调整。 

在表示了用于套筒的轴向驱动的图9-14中，滑轮轴承50位于由滑轮12转动的轴56上的簧环52、54之间。润滑孔58进入轴承50。轴56的相对端在滚针轴承60中运转。轴62与轴56成90度延伸，以便支撑斜齿轮18。多个锥形头螺钉64将止推板66夹紧到斜齿轮18上。止推板的两面在图9和10中示出。轴承的直径是90mm，但是只有最外侧的10mm在两面受到来自相邻部件的推力。滑块28承载在以90度从止推轴承66伸出的销12上。 

图12示出了从斜齿轮18的插销（spigot）70伸向销孔72的润滑油通路68。出口孔74使润滑油返回集油槽。 

在图15中示意表示了销34与青铜摇臂40之间的连接。 

在表示了给套筒的旋转驱动的图16和17中，壳体80支承与轴向套筒驱动中相同布置的成角度轴。轴82在轴承84中转动，该轴承抵靠轴肩的环形面。斜齿轮30抵靠轴肩的相对面。轴82的锥形端从壳体伸出，并接收驱动滑轮10的端部。销34为中空，并且允许油从销端部逸出至摇臂40中和润滑开槽套筒36。油通过出口孔86而离开壳体。止推垫圈88被限制在斜齿轮32与摇臂40之间。 

轴向运动

滑轮12顺时针旋转并驱动支承在滚珠轴承50与滚针轴承60之间的轴56。轴承50控制在轴上的轴向和径向力。斜齿轮16干涉配合地压配合到轴56上。转矩能够完全通过干涉配合来进行传递，但是能够利用半圆键（woodroff key）以增强驱动安全性。在斜齿轮16上发展的推力由轴肩来支承。

用12个M5锥形头螺钉64来将斜齿轮18固定到轴62上。这种配置在机动车后轮驱动行星差速齿轮中心的冕状齿轮附件中得到很好的证明。可替代地，轴和斜齿轮能够制造成一个单元。 

轴62支承在普通轴颈轴承上。面90、面92和轴62的表面接收油压供给。图17表示了这些部件的剖视图。这三个表面保持精确的轴位置，对抗套筒6的加速和减速的轴向惯性力以及斜齿轮啮合力。 

内部油通路68也向偏置销2供给，并因此向青铜滑块28的内部孔供给。该块还具有连通孔90，该连通孔90向青铜/套筒接合面上的滑动表面22、24供油。这样，全部滑动面都接收油压供给。 

正是因为存在充足的供油，有刮刀边缘96的驱动齿轮壳体80的精心设计将清除多余油，并且使该油返回至发动机集油槽。 

油压供给还向斜齿轮的啮合区域中提供油喷雾。 

平行止推面足够长，以便在套筒阀的20度旋转上保持与青铜块28的接触。最大惯性力出现在TDC和BDC，在这些位置，这些平行面定心在青铜块28上。 

旋转运动

轮10顺时针旋转并且通过轴70驱动斜齿轮30，并由此驱动斜齿轮32。斜齿轮32同样位于运动的套筒阀附近并在与斜齿轮18成180度的位置处。轴向和旋转齿轮组不是必须需要分开180度。

斜齿轮32驱动偏心销34。开槽的柱形套筒36固定在套筒阀6的、与随动器26径向相对的外表面上。偏心销34穿过该开槽套筒中的间隙38凸出，并与青铜摇臂40啮合。摇臂40具有与销34等距的柱形面，这些柱形面与套筒36的内部柱形表面匹配。 

用于旋转运动的轴82与轴向运动的轴56相同，并且由相同的轴颈油压供给表面支承。 

当套筒6达到其最大旋转限值时，青铜摇臂40上的惯性荷载达到最大值。在该角度下在开槽套筒36与青铜圆形衬套40之间能够获得最大承载面，以便使应力保持在可接受的水平。 

通过使得套筒的轴向和旋转运动分离的这种结构，气口设计能够进行变化。这种变化使得更窄更高的气口成为可能，这种气口更好地支撑活塞环。这又保证顶部气缸环能够横过这些气口而没有任何增大的磨损。著名的底特律柴油机V8二冲程筒形发动机是这个原理的证据。作为增压的、涡轮增压的和二冲程的发动机，它需要在活塞冲程底部的许多气口，以便引入新鲜充气。四个排气阀处于气缸盖中。这些发动机运行数百万公里，且活塞环在每一圈都经过这些气口。 

我们已经发现了上述实施例的优点是： 

1.气口形状能够较高和较窄。较窄的气口允许活塞环在活塞上的位置高度向上更接近活塞顶。

2.附加部件不复杂。 

应当理解，整个说明书中使用的词语"包括"应解释成其包含的形式，即，词语"包括"的使用并不排除附加其它元件。 

应当理解，在不脱离本发明基本性质的情况下，可以做出对本发明的各种变化和/或增添。因此认为这些变化和/或增添落入本发明范围内。 

Claims (4)

1.一种套筒阀发动机，打开和关闭气口的套筒阀由使得套筒往复运动的第一套筒驱动器来驱动，同时，第二套筒驱动器驱动套筒局部旋转，在第一驱动器中，块偏心地安装在第一齿轮上，该第一齿轮在与气缸轴线成90度布置的轴线上旋转，块与从套筒凸出的随动器啮合，第二套筒驱动器中销偏心地安装在第二齿轮上，该第二齿轮也在与气缸轴线成90度布置的轴线上旋转，并布置成与所述第一齿轮径向相对，其特征在于：开槽的柱形套筒与所述随动器径向相对地固定在所述套筒阀的外表面上，所述销穿过该开槽的柱形套筒中的间隙凸出，并与摇臂啮合，摇臂具有与所述销等距的弯曲端面，这些端面与所述开槽的柱形套筒的内部柱形表面匹配。

2.如权利要求1所述的套筒阀发动机，其特征在于：所述随动器具有位于套筒阀前端的平行止推面和位于套筒阀后端的平行止推面。

3.如权利要求2所述的套筒阀发动机，其特征在于：所述止推面相互平行和横过往复运动的轴线布置。

4.如权利要求1所述的套筒阀发动机，其特征在于：所述第一和第二齿轮是来自半速阀动齿轮的直角驱动器的一部分。