CN102425467A - 凸凹盘杠杆式配气机构及配套的内燃机 - Google Patents

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本发明是一种凸凹盘杠杆式配气机构及配套的内燃机。配气机构包括缸盖，缸盖上面通过立轴设有凸凹盘和杠杆，杠杆上设有气门和推杆，气门和推杆的顶端与凸凹盘的底面相接触，凸凹盘上设有凸部和凹部，凸凹盘的顶面设有锥齿，一锥状齿轮与锥齿啮合，锥状齿轮与锥齿的齿数比为1∶2。内燃机包括缸体箱，缸体箱内并排的设有多个气缸，每个气缸上都设有一个凸凹盘杠杆式配气机构，缸体箱上设有水平轴，水平轴上设有锥状齿轮，水平轴通过链轮与曲轴连接。由于气门上没有气门弹簧，所以大大减轻了曲轴的负担，提高了内燃机的效率；由于凸部比较长，所以可留出很大的位置用于使气门开到最大，这就大大提高了进气和排气的量，使内燃机的效率大大提高。

Description

凸凹盘杠杆式配气机构及配套的内燃机
技术领域
本发明是一种配气机构及配套的内燃机，特别是一种凸凹盘杠杆式配气机构及配套的内燃机。
背景技术
目前的内燃机，其配气机构仍然沿用着原始的凸轮配气机构，凸轮配气机构由凸轮轴、凸轮、气门弹簧、气门等部件组成。凸轮设于凸轮轴上，凸轮的轮边压在气门的顶部，凸轮由曲轴带动，凸轮转动时，凸轮上的凸部和圆周部将交替压在气门的顶端，当凸部压在气门的顶端时，将压迫气门弹簧使气门打开，当圆周部压在气门的顶端时，气门弹簧回位而使气门关闭。
凸轮配气机构及配套的内燃机主要有如下缺点：
一.在凸轮配气机构中，气门弹簧的作用是尽快地使气门回位而关闭气门，但在气门回位的同时，气门弹簧将用极大的力压在气门上，这个压力约为30公斤，当气门开到最大时，压力则变为50公斤，这时凸轮就要用30公斤到50公斤力去打开气门，由于凸轮是由内燃机的曲轴直接带动的，所以使曲轴不堪重负，严重地阻碍了内燃机效率的提高。
二.由于凸轮的凸部又短又弯，所以设计空间小，设计难度大，难以通过对凸轮的设计来改进内燃机的性能。
三.在凸轮配气机构中，气门打开到最大时所停留的时间只是一瞬间，气门刚开到最大，马上就得关上，导致进气不充分，排气不顺畅，所以严重地阻碍了内燃机效率的提高。
四.在凸轮配气机构中，凸轮是在竖直面上转动，所以凸部就在竖直面上不断地往复运动，当凸部从高处飞快地冲下来时，其与气门的摩擦和碰撞是显而易见的，这就导致了不可避免的振动和噪音；特别是凸部向上运动时，还需要通过曲轴不断地向它提供势能，这就额外的增加了曲轴的负担。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有凸轮配气机构及配套的内燃机曲轴负担重、效率难提高、振动噪音大的缺陷，发明一种无气门弹簧无凸轮的凸凹盘杠杆式配气机构及配套的内燃机。
本发明的目的是按如下的方式来实现的：所述凸凹盘杠杆式配气机构，包括一缸盖，缸盖内设有进气腔和排气腔，进气腔上设有进气管，排气腔上设有排气管，进气腔和排气腔的底部分别设有气孔，进气腔和排气腔的顶部分别设有导向孔，气孔和导向孔上下相对，两个气门分别从两腔的气孔穿入，再从导向孔穿出，气门的底端压在气孔上，气门的顶端露出在缸盖的顶面，气门上设有限位环，其特征在于：所述两个气门位于半径为R1的同一圆周上，两气门所夹的角度为α；缸盖的顶面设有一立轴，立轴的中部设有挡圈，挡圈上设有轴承，立轴的顶部设有紧固螺母，紧固螺母压在轴承的顶部；轴承上设有凸凹盘，凸凹盘的底面与气门的顶端相接触；在凸凹盘的底面与气门相对应的半径同为R1的圆周上设有凸部，凸部所夹的角度为β，在凸凹盘的底面还设有凹部，凹部位于凸部的正对面，凹部所夹的角度也是β，但凹部是位于另一个半径为R2的圆周上，凸部上每一个点的高度与凹部上中心对称点的深度的比值等于R1∶R2；在立轴的下方，一上一下正交地各设有一杠杆轴，杠杆轴上设有杠杆，杠杆两臂的长度分别为R1和R2；杠杆臂为R1的一端搭接在气门的限位环下面，杠杆另一端的正上方设有导向管，导向管通过支撑架固定在缸盖上，导向管内设有推杆，推杆的底端搭接在杠杆上面，推杆的顶端则与凸凹盘的底面相接触；在凸凹盘的顶面设有锥齿，另有一水平轴，水平轴上设有锥状齿轮，锥状齿轮与锥齿啮合，锥状齿轮与锥齿的齿数比为1∶2。
所述推杆上设有配重，用于使杠杆保持平衡。
所述气门和推杆与凸凹盘的接触点以及与杠杆的搭接点构成一平行四边形。
所述凸部和凹部，其两端为斜坡，中间为高度相等或深度相等的平面。
所述轴承为推力轴承。
所述凸部所占据的角度β为100度-130度；两气门所夹的角度α为80度-100度。
所述R1和R2，可以是R1大于R2；也可以是R1小于R2。
所述杠杆设于一套管上，套管在立轴上只能上下移动，不能左右转动，套管下面设一微调螺母，微调螺母上设有锁紧螺母。
所述气门可分成两段，下半段上设有螺帽，下半段和上半段通过螺帽连接与一体，螺帽上设有锁紧螺母。
所述与凸凹盘杠杆式配气机构相配套的内燃机，包括缸体箱，缸体箱内并排的设有多个气缸，每个气缸上都设有一个凸凹盘杠杆式配气机构和一个火花塞，火花塞露出在缸盖的外面，多个配气机构的水平轴连接为一体，缸体箱的两端设有轴架，连接为一体的水平轴设于轴架上，水平轴的两端设有从动链轮，缸体箱的底部设有曲轴，曲轴的两端设有主动链轮，从动链轮和主动链轮的齿数相同并通过链条相连接。
本发明的积极效果如下：
由于气门上没有气门弹簧，所以曲轴就可以用很小的力去打开和关闭气门，减轻了曲轴的负担，提高了内燃机的效率。
凸凹盘的凸部，也需要进行设计，由于凸部是平躺在凸凹盘的底面，所以哪里需要设计高一点，哪里需要设计低一点，都非常直观，加上凸部有足够的长度，所以设计空间大。比起凸轮又短又弯的凸部，凸凹盘凸部的设计，既简单方便，又可靠易行。
由于凸凹盘上的凸部凹部比较长，所以在满足凸部凹部两边斜坡具有适当坡度的前提下，中间部位的水平状态平面就可以相对较长，使气门开到最大时所停留的时间就较多，这就大大提高了进气和排气的量，使内燃机的效率大大提高。
由于凸凹盘是水平转动，不存在凸部上下往复运动的情况，所以可有效降低振动和噪音。
本发明是一个汽缸配一个凸凹盘，一个凸凹盘同时带动两个气门，比起凸轮配气机构一个气门就须配一个凸轮的情况，其结构得以简化。
附图说明
图1是凸凹盘杠杆式配气机构结构图
图2是缸盖立体结构图
图3是凸凹盘立体结构图
图4是杠杆立体结构图
图5是杠杆另一立体结构图
图6是内燃机结构图
图中：1缸盖        2进气腔     3排气腔
      4进气管      5排气管     6气孔
      7导向孔      8气门       9限位环
      10立轴       11挡圈      12配重
      13轴承       14紧固螺母  15凸凹盘
      16凸部       17凹部      18杠杆轴
      19杠杆       20导向管    21支撑架
      22推杆       23锥齿      24水平轴
      25锥状齿轮   26缸体箱    27火花塞
      28轴架       29从动链轮  30曲轴
      31主动链轮   32链条      33套管
      34微调螺母   35锁紧螺母  36螺帽
具体实施方式
如图1所示，所述凸凹盘杠杆式配气机构，包括一缸盖1，缸盖1内设有进气腔2和排气腔3，进气腔2上设有进气管4，排气腔3上设有排气管5，进气腔2和排气腔3的底部分别设有气孔6，进气腔2和排气腔3的顶部分别设有导向孔7，气孔6和导向孔7上下相对，两个气门8分别从两腔的气孔6穿入，再从导向孔7穿出，气门8的底端压在气孔6上，气门8的顶端露出在缸盖1的顶面，气门8上设有限位环9，其特征在于：所述两个气门8位于半径为R1的同一圆周上，两气门8所夹的角度为α(见图2)；缸盖1的顶面设有一立轴10，立轴10的中部设有挡圈11，挡圈11上设有轴承13，立轴10的顶部设有紧固螺母14，紧固螺母压在轴承13的顶部；轴承13上设有凸凹盘15，凸凹盘15的底面与气门8的顶端相接触；在凸凹盘15的底面与气门8相对应的半径同为R1的圆周上设有凸部16，凸部16所夹的角度为β，在凸凹盘15的底面还设有凹部17，凹部17位于凸部16的正对面，凹部17所夹的角度也是β，但凹部17是位于另一个半径为R2的圆周上(见图3)，凸部16上每一个点的高度与凹部17上中心对称点的深度的比值等于R1∶R2；在立轴10的下方，一上一下正交地各设有一杠杆轴18，杠杆轴18上设有杠杆19，杠杆两臂的长度分别为R1和R2；杠杆臂为R1的一端搭接在气门8的限位环9下面(见图4)，杠杆19另一端的正上方设有导向管20，导向管20通过支撑架21固定在缸盖1上，导向管20内设有推杆22，推杆22的底端搭接在杠杆19上面，推杆22的顶端则与凸凹盘15的底面相接触；在凸凹盘15的顶面设有锥齿23，另有一水平轴24，水平轴24上设有锥状齿轮25，锥状齿轮25与锥齿23啮合，锥状齿轮25与锥齿23的齿数比为1∶2。
所述推杆上设有配重12，用于使杠杆19保持平衡。
所述气门8和推杆22与凸凹盘15的接触点以及与杠杆19的搭接点构成一平行四边形。
所述凸部16和凹部17，其两端为斜坡，中间为高度相等或深度相等的平面。
所述轴承13为推力轴承。
按设计原理，凸部和凹部所占据的角度β应当为90度，在90度的情况下，凸部和凹部的工作是按如下的过程进行：凸部从进气门开始起步，转过第一个90度后，凸部恰好扫完进气门，凹部则恰好扫完推杆，使进气门打开再关上，完成进气冲程；转过第二个90度和第三个90度，完成压缩冲程和爆发冲程，由于凸部在这两个冲程中未与进气门和排气门接触，凹部在这两个冲程中未与推杆接触，所以在这两个冲程中进气门和排气门均为关闭状态；到了第四个90度，凸部的前端到达排气门处，当转过第四个90度后，凸部恰好扫完排气门，凹部则恰好扫完推杆，使排气门打开再关上，完成排气冲程。在以上的过程中，排气门和进气门是在凸部进入对应的冲程时准时打开，在凸部离开对应的冲程时准时关闭，但在配气机构的实际运转中，进气门和排气门都有一个提前打开的提前量和一个滞后关闭的滞后量，所以凸部所占据的角度β就设计为100度-130度，在100度-130度的情况下，排气门和进气门是在前一个冲程还没结束时就被凸部微微打开，是在后一个冲程都已经启动了凸部才将排气门和进气门渐渐关闭。
按设计原理，两气门所夹的角度为α也应当为90度，考虑到进气门和排气门都有一个提前量和滞后量，所以将α设计为80度-100度的范围，这样就可以通过对α的具体设计，达到对提前量和滞后量进行调整的目的。
按设计要求，凸部16的半径R1和凹部17的半径R2只要不相同就可以了，所以R1和R2，可以是R1大于R2；也可以是R1小于R2。
在具体实施中，可以将杠杆19设计在一套管33上(见图5)，套管33在立轴10上只能上下移动，不能左右转动，套管33下面设一微调螺母34，通过调节微调螺母34的松紧，就能调节气门和推杆与凸凹盘之间接触状态，微调螺母上设有锁紧螺母35，以维持调节效果的长久性。
在具体实施中，可以将气门8分成两段，下半段设有螺帽36，下半段和上半段通过螺帽36连接于一体(见图5)，螺帽36上设有锁紧螺母35。转动螺帽可以使气门上下微动，使气门与气孔密接得更紧密，确保汽缸不漏气。
以上所述的只是凸凹盘杠杆式配气机构，我们必须把该结构运用到内燃机上，由此设计出与凸凹盘杠杆式配气机构相配套的内燃机，本内燃机的结构如图6所示，其包括缸体箱26，缸体箱26内并排的设有多个气缸，每个气缸上都设有一个凸凹盘杠杆式配气机构和一个火花塞27，火花塞27露出在缸盖1的外面，多个配气机构的水平轴24连接为一体，缸体箱26的两端设有轴架28，连接为一体的水平轴24设于轴架28上，水平轴24的两端设有从动链轮29，缸体箱26的底部设有曲轴30，曲轴30的两端设有主动链轮31，从动链轮29和主动链轮31的齿数相同并通过链条32相连接。
配气机构的工作原理如下：本配气机构主要是利用凸凹盘带动杠杆上下摆动，设有气门的臂向下摆动时，打开气门，向上摆动时，关闭气门。在曲轴的带动下，凸凹盘不断地转动，凸凹盘的转动使凸部从气门的顶部扫过，与此同时，凹部则从推杆的顶部扫过。凸部扫过气门以及凹部扫过推杆的过程，就是气门打开和关闭的过程。在打开气门时，右边的气门在凸部作用下下行，左边的推杆则在杠杆作用下顺着凹部而上行，使气门顺利打开，气门下行多大，推杆就按R1∶R2的比例上行多大，当气门到达凸部的最低处时，气门就被打开到最大；在关闭气门时，凸部渐渐离开气门，这时凸部并没有带动气门同步上行，但这时候的推杆在凸凹盘转动时渐渐离开凹部而下行，推杆下行时就通过杠杆带动气门上行，使气门顺利关闭，推杆下行多大，气门就按R1∶R2的比例上行多大，当推杆离开凹部时，气门就被完全关上了。由于气门上没有气门弹簧，而杠杆的摆动也无须什么力，所以凸凹盘只须用很小的力就能将气门打开和关上。
配气机构是由于锥状齿轮带动凸凹盘才能工作，锥状齿轮带动凸凹盘需要用力，这个力既要克服凸凹盘与转轴之间的转动摩擦，又要克服凸凹盘与气门和推杆之间的滑动摩擦，凸凹盘与转轴的摩擦可以通过轴承来解决，而凸凹盘与气门和推杆的摩擦，则通过气门和推杆与凸凹盘的接触状态来解决。只要气门和推杆与凸凹盘保持恰好接触的状态，就能使压在凸凹盘底面的正压力几乎为零，所以凸凹盘在转动时，除了气门和推杆顺着凸部或凹部两端的斜坡上行时会有一点摩擦外，凸凹盘与气门和推杆之间几乎是无摩擦，这就大大减轻了锥状齿轮带动凸凹盘转动所用的力，也就大大减轻了曲轴的负担。
内燃机的工作原理如下：爆发冲程带动曲轴，曲轴通过链轮带动水平轴，水平轴上的锥状齿轮带动凸凹盘转动，凸凹盘带动气门使其打开和关闭，如此循环往复，就使曲轴转动不息。凸凹盘的转速是曲轴的一半，曲轴每转180度为一个冲程，而凸凹盘则是每转90度为一个冲程，凸凹盘上的凸部和凹部所占据的角度约为110-130度，所以气门的一开一关，只在这110-130度的角位移中完成。

Claims (10)

1.一种凸凹盘杠杆式配气机构，包括一缸盖，缸盖内设有进气腔和排气腔，进气腔上设有进气管，排气腔上设有排气管，进气腔和排气腔的底部分别设有气孔，进气腔和排气腔的顶部分别设有导向孔，气孔和导向孔上下相对，两个气门分别从两腔的气孔穿入，再从导向孔穿出，气门的底端压在气孔上，气门的顶端露出在缸盖的顶面，气门上设有限位环，其特征在于：所述两个气门位于半径为R1的同一圆周上，两气门所夹的角度为α；缸盖的顶面设有一立轴，立轴的中部设有挡圈，挡圈上设有轴承，立轴的顶部设有紧固螺母，紧固螺母压在轴承的顶部；轴承上设有凸凹盘，凸凹盘的底面与气门的顶端相接触；在凸凹盘的底面与气门相对应的半径同为R1的圆周上设有凸部，凸部所夹的角度为β，在凸凹盘的底面还设有凹部，凹部位于凸部的正对面，凹部所夹的角度也是β，但凹部是位于另一个半径为R2的圆周上，凸部上每一个点的高度与凹部上中心对称点的深度的比值等于R1∶R2；在立轴的下方，一上一下正交地各设有一杠杆轴，杠杆轴上设有杠杆，杠杆两臂的长度分别为R1和R2；杠杆臂为R1的一端搭接在气门的限位环下面，杠杆另一端的正上方设有导向管，导向管通过支撑架固定在缸盖上，导向管内设有推杆，推杆的底端搭接在杠杆上面，推杆的顶端则与凸凹盘的底面相接触；在凸凹盘的顶面设有锥齿，另有一水平轴，水平轴上设有锥状齿轮，锥状齿轮与锥齿啮合，锥状齿轮与锥齿的齿数比为1∶2。
2.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述推杆上设有配重。
3.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述气门和推杆与凸凹盘的接触点以及与杠杆的搭接点构成一平行四边形。
4.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述凸部和凹部，其两端为斜坡，中间为高度相等或深度相等的平面。
5.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述轴承为推力轴承。
6.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述凸部所占据的角度β为100度-130度；两气门所夹的角度α为80度-100度。
7.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述R1和R2，可以是R1大于R2；也可以是R1小于R2。
8.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述杠杆设于一套管上，套管在立轴上只能上下移动，不能左右转动，套管下面设一微调螺母，微调螺母上设有锁紧螺母。
9.根据权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构，其特征在于：所述气门可分成两段，下半段上设有螺帽，下半段和上半段通过螺帽连接与一体，螺帽上设有锁紧螺母。
10.一种与权利要求1所述的凸凹盘杠杆式配气机构相配套的内燃机，包括缸体箱，缸体箱内并排的设有多个气缸，其特征在于：每个气缸上都设有一个凸凹盘杠杆式配气机构和一个火花塞，火花塞露出在缸盖的外面，多个配气机构的水平轴连接为一体，缸体箱的两端设有轴架，连接为一体的水平轴设于轴架上，水平轴的两端设有从动链轮，缸体箱的底部设有曲轴，曲轴的两端设有主动链轮，从动链轮和主动链轮的齿数相同并通过链条相连接。
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