CN103452591A - 空气动力发动机的缸盖气门配气结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机用的缸盖系统，具体而言，涉及一种空气动力发动机的缸盖气门配气结构。该缸盖配气结构包括：气门罩（14）、排气门（12）、气门弹簧（4）、气门扁担铁(5)、摇臂(6)、气喉、挺柱、排气凸轮轴的凸轮和缸盖（2）。每个气缸内均安装有两组排气门（12），每组排气门（12）有2个排气门，两根挺柱同时被顶起，进而两组排气门（12）同时排气。所述气喉（16）内设有进气管道，以将来自控制器的压缩空气经进气管道进入膨胀排气室。

Description

空气动力发动机的缸盖气门配气结构

技术领域

本发明涉及一种发动机用的缸盖系统，具体而言，涉及一种空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构。

背景技术

发动机被广泛应用于各行各业中，在现代交通运输工具比如汽车、轮船等中，一般采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题，以压缩空气作为动力源的空气动力发动机正好满足了这种要求。

最早研究压缩空气动力发动机的为法国MDI公司的设计师Guy Negre，他于2002年推出了第一款纯空气动力的经济型家用桥车。关于压缩空气发动机的研究可见FR2731472A1、US6311486B1、US20070101712A1等。

FR2731472A1公开了一种可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。

为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室：吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。

国内对压缩空气发动机的研究起步较晚，目前的研究多属于理论探讨和概念设计阶段，均未能解决压缩空气的排放(通常具有较高的压力，比如30bar左右)以及高压压缩空气的控制和分配问题，离压缩空气发动机的产品化过程还有很长的路要走。

本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为WO2010051668 A1)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机本体、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发电机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备高压空气才能工作足够长的时间。

基于专利申请CN101413403 A所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201110331809.9 的中国申请中公开了一种具有尾气回收回路的压缩空气发动机总成 ，该发动机包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统和后齿轮箱。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且循环利用废气进行做功，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是直列多缸发动机，控制器中的每个控制器气门孔中只安装一个控制器气门，在发动机总体长度一定的情况下，限制了气缸缸数，因而限制了发动机的总输出功率。显然，201110331809.9 号申请所公开的这种直列多缸空气动力发动机总输出功率不高，发动机的构型仍然值得探索。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构，旨在为多缸空气动力发动机提供适用的进气和排气机构，以实现多缸空气动力发动机的功率输出，从而实现经济、高效、零排放的新型压缩空气发动机。

根据本发明的一个方面，提供一种空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构。该空气动力发动机包括：发动机本体，其包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴；高压气罐组，其通过管路与外接加气装置连通；恒压罐，其通过管路与高压气罐组连通；进气控制调速阀，其通过管路与恒压罐连通；控制器中的压缩空气通过连接管、缸盖排气机构中的气喉到达气缸中。该缸盖气门配气结构包括：气门罩、缸盖、排气门、气门弹簧、气门扁担铁、摇臂、气喉和挺柱，其特征在于，所述缸盖由上缸盖和下缸盖组成, 上缸盖和下缸盖通过穿过两组通孔的螺栓可拆卸地密封连接在一起，所述气喉内设有进气管道，以将来自控制器的压缩空气经进气管道进入膨胀排气室。

在本发明的实施例中，所述缸盖内安装有四个排气门，并且每两个排气门为一组，缸盖内安装有排气门、气门弹簧、油封、气门座套，排气门受气门弹簧的预作用力在发动机无需排气时抵靠在气门座套上。

优选的是，所述气门罩通过连接螺栓与上缸盖可拆卸地密封连接。

优选的是，所述气门罩内设有摇臂，所述摇臂的一端连接挺柱；所述摇臂另一端连接气门扁担铁，气门扁担铁的下方连接有排气门。

进一步优选的是，所述每个缸盖具有4个排气门和1个气喉。

优选的是，所述缸盖内安装有排气门、气门弹簧、气门弹簧座气门座套，所述排气门受气门弹簧的预作用力在发动机无需排气时抵靠在气门座套上。

进一步地，所述缸盖内设有控制排气门开闭的挺柱，所述挺柱由排气凸轮轴制动。排气凸轮轴由曲轴通过后齿轮箱的曲轴齿轮和过桥齿轮带动，以在发动机工作时，带动挺柱运动，进而实现排气门的开闭。

优选的是，所述气门弹簧安装在气门弹簧座内，并且气门弹簧座安装在气门扁担铁内。

优选的是，所述摇臂内设有控制排气门开闭的挺柱，所述挺柱由排气凸轮轴制动，以接收来自排气凸轮轴的运动。

优选的是，所述摇臂的摇臂轴上座内安装有摇臂轴；摇臂的摇臂轴下座通过摇臂轴下座柱套置于上缸盖的上平面上。

优选的是，所述摇臂轴上座的孔与所述摇臂轴为间隙配合，两个摇臂共用一个摇臂轴，并且在中心线上对称分布，每个摇臂上开有一机油油道；摇臂轴的两端开有摇臂轴卡套卡。

在本发明的另一个方面，缸盖气门配气结构中的缸盖上设有两组直径不同的孔，从上到下依次为气门弹簧孔、油封孔、排气孔、气门座套孔，并且其中，气门座套孔的直径大于油封孔的直径，气门弹簧孔的直径略小于气门座套孔的直径。

优选的是，所述油封安装在油封孔内，并支撑在所述气门弹簧之上，该油封孔内通过所述排气门的气门杆。

优选的是，所述气门弹簧安装在气门弹簧孔内，并通过气门锁夹片紧固在气门弹簧座内；气门弹簧座的较宽孔将气门扁担铁的下部卡住。

通过本发明的缸盖气门配气结构，可以有效地将来自控制器中的压缩空气输送到气缸中，并且将活塞向上运动推出的气体排出，从而实现发动机的连续、可靠地操作。

附图说明

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1为本发明的空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构的正面透视图；

图2为按照本发明的空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构的一优选实施例的侧面剖视图；

图3为按照本发明的空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构的一优选实施例的横向剖视图；

图4为图3的B处局部放大图；

图5为图1中摇臂的结构示意图；

图6为图1中气门锁夹片的结构示意图；

图7为图1中摇臂轴的结构示意图；

图8为图1中气门的结构示意图；

图9为图1中气门弹簧座的结构示意图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

现在参考图1和图2，图1和图2所示的气缸盖为分体式气缸盖25，左侧气缸和右侧气缸的气缸盖25结构、样式相同，但可以分开安装，分别用来密闭左右两侧的缸体。缸盖25和缸体之间设有密封垫，缸盖25为中间空心的大体上长方体的结构，其上端连接有气缸罩14，气缸罩14上开有通孔，以允许进气管道通过并进入设置在气缸盖25上的气喉16，从而允许来自控制器的高压压缩空气进入膨胀排气室。高压气体在膨胀排气室内膨胀做功，推动活塞在气缸套内向下运动，此为做功冲程。做功冲程输出的功通过曲轴连杆系统向外输出动力。活塞在气缸内由下止点位置向上止点位置运动时，排气门12打开，具有一定压力的空气自膨胀排气室中经由排气管道排出，此为排气冲程。在活塞快到上止点时，排气门12关闭，控制器又开始为膨胀排气室供气，进入下一个循环。显然，本发明的发动机的曲轴每转动一圈(360度)，就做功一次，而不像传统的四冲程发动机，在曲轴转动两圈(720度)的过程中完成一次完整的进气、压缩、膨胀和排气冲程。这就如二冲程发动机一样，但又与传统的二冲程发动机不同，因为传统的二冲程发动机通常在气缸底部设有进气口，并在气缸适当位置设有扫气口和排气口。而本发明的二冲程发动机是在气缸的顶部设有用于高压压缩空气进气的气喉16和用于尾气排放的排气门12，并且气喉16的连通和闭合是进气凸轮轴通过控制器实现的，而排气门12的连通和闭合是由曲轴带动排气凸轮轴转动，并通过摇臂6控制排气门的打开和关闭而实现的。因此本发明的二冲程发动机是完全不同于传统的二冲程发动机的，其有效地利用了可直接膨胀做功的高压空气，曲轴每转动一圈活塞就做功一次，因而在相同的排气量情况下，相比较传统的四冲程发动机而言，功率可提高一倍。

接下来参考图3，由于高压压缩空气在膨胀做功室后，仍具有较大的压力，及时将做功后的空气排出气缸就异常重要，本发明的排气机构不同于传统的多缸发动机，其采用4个排气门12，即两个排气门由一个排气凸轮轴凸轮、一个排气挺柱、一个摇臂6和一个气门扁担铁5组成的排气驱动机构控制。由于每一个气缸对应两个排气凸轮轴凸轮，因而每个气缸采用了4个排气门12。与此大为不同的是，本发明的进气机构则取消了传统的进气阀，而通过一个气缸一个气喉16的形式实现。这样一来，就可以在排气冲程中迅速地将尾气排出，从而提高发动机的效率。

接下来参阅图4-图9，其为空气动力V型多缸发动机的缸盖气门配气结构的零部件结构示意图。缸盖气门配气结构包括气门罩14、排气门12、气门弹簧4、气门扁担铁5、摇臂6、气喉16、挺柱、排气凸轮轴的凸轮和缸盖25。其中，气门罩14通过连接螺栓与上缸盖2可拆卸地密封连接，缸盖25内设有摇臂6，所述摇臂6的一端连接挺柱，另一端连接气门扁担铁5，气门扁担铁5下接合有排气门12，通过排气门12的打开来将气缸中的气体排出。每个缸盖25具有4个排气门12和1个气喉16。缸盖25内安装有排气门12、气门弹簧4、油封、气门座套3，排气门12受气门弹簧4的预作用力在发动机无需排气时抵靠在气门座套3上。缸盖25内设有控制排气门开闭的挺柱，挺柱由排气凸轮轴制动。排气凸轮轴由曲轴通过后齿轮箱的曲轴齿轮和过桥齿轮带动，以在发动机工作时，带动挺柱运动，进而实现排气门的开闭。所述气门弹簧4安装在气门弹簧座13内，并且气门弹簧座13安装在气门扁担铁5内。当发动机工作时，排气凸轮轴开始转动，排气凸轮轴上的排气凸轮轴的凸轮触碰到挺柱的底端将使挺柱向上运动，从而摇臂6向左倾斜压在气门扁担铁5顶部，气门扁担铁5向下移动，进而气门扁担铁5将压紧排气门12上的气门弹簧4，排气门12将被从气门座13中压出，气缸中的气体将顺着气门孔进入到排气孔中，再经出气管道排出。以上所述的气缸在本发明的二冲程空气动力发动机中为12个，每个气缸内均安装有两组排气门12，每组排气门有2个排气门12，两根挺柱同时被顶起，进而两组排气门同时排气，也就说气缸内的4个排气门12同时排气，或同时关闭。

如图1所示，缸盖25上设有两组直径不同的孔，从上到下依次为气门弹簧孔、油封孔、排气孔、气门座套孔，并且其中，气门座套孔的直径大于油封孔的直径，气门弹簧孔的直径略小于气门座套孔的直径。气门座套3安装在气门座套孔内。排气门12受气门弹簧4的预作用力在发动机无需排气时抵靠在气门座套3上。排气孔为空腔，其与出气管道连通，以在排气门12打开时，将来自气缸的气体排出。另外，缸盖25的中心处开有气喉16，气喉16与连接管相连接，将来自控制器的压缩空气经气喉16进入气缸。气喉16的一端与连接管连通，另一端通向气缸内，其保持常通，因而可在控制器打开时，将压缩空气送入气缸中，从而驱动活塞向下运动。

缸盖气门配气结构还包括油封，所述油封安装在油封孔内，并支撑气门弹簧4之上，其内通过排气门12的气门杆。气门弹簧4安装在气门弹簧孔内，并通过气门锁夹片7紧固在气门弹簧座13内；气门弹簧座 13的较宽孔将气门扁担铁5的下部卡住。另外，摇臂6的摇臂轴上座10内安装有摇臂轴11；摇臂6的摇臂轴下座8通过摇臂轴下座柱套9置于上缸盖2的上平面上；摇臂轴上座10的孔与摇臂轴11为间隙配合，两个摇臂6共用一个摇臂轴11，并且在中心线上对称分布。每个摇臂6上开有一机油油道6-1，对摇臂轴下座柱套9进行润滑防止其生锈；摇臂轴11的两端开有摇臂轴卡套卡，从而保证了摇臂6不会从摇臂轴11上滑落下来，另外摇臂轴11上还开有润滑油孔，防止摇臂轴11生锈。

本说明书详细地公开了本发明，包括最佳模式，并且也能使本领域的任何人员实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何引入的方法。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (10)

1.一种空气动力发动机的缸盖气门配气结构，所述缸盖气门配气结构包括：气门罩（14）、缸盖（25）、排气门（12）、气门弹簧（4）、气门扁担铁(5)、摇臂(6)、气喉(16)和挺柱，其特征在于，所述缸盖（25）由上缸盖（2）和下缸盖（15）组成, 上缸盖（2）和下缸盖（15）通过穿过两组通孔（17）的螺栓可拆卸地密封连接在一起，所述气喉（16）内设有进气管道，以将来自控制器的压缩空气经进气管道进入膨胀排气室。

2.根据权利要求1所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述气门罩（14）通过连接螺栓（1）与所述上缸盖（2）可拆卸地密封连接。

3.根据权利要求1所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述气门罩（14）内设有所述摇臂(6)，所述摇臂(6)的一端连接挺柱，另一端连接所述气门扁担铁（5），所述气门扁担铁（5）的下方连接有所述排气门（12）。

4.根据权利要求2所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述每个缸盖（25）具有4个所述排气门(12)和1个所述气喉(16)。

5.根据权利要求1或4所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述缸盖（25）内安装有所述排气门（12）、所述气门弹簧（4）、气门弹簧座（13）、气门座套（3），所述排气门（12）受所述气门弹簧（4）的预作用力在发动机无需排气时抵靠在所述气门座套（3）上。

6.根据权利要求5所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述气门弹簧（4）安装在所述气门弹簧座（13）内，并且所述气门弹簧座（13）安装在所述气门扁担铁（5）内。

7.根据权利要求1或3所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述摇臂（6）内设有控制所述排气门(12)开闭的挺柱，所述挺柱由排气凸轮轴制动，以接收来自排气凸轮轴的运动。

8.根据权利要求1或3所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述摇臂（6）的摇臂轴上座（10）内安装有摇臂轴（11）；所述摇臂（6）的摇臂轴下座（8）通过摇臂轴下座柱套（9）置于所述上缸盖（2）的上平面上。

9.根据权利要求7所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述摇臂（6）的摇臂轴上座（10）内安装有摇臂轴（11）；所述摇臂（6）的摇臂轴下座（8）通过摇臂轴下座柱套（9）置于所述上缸盖（2）的上平面上。

10.根据权利要求8所述的缸盖气门配气结构，其特征在于，所述摇臂轴上座（10）的孔与所述摇臂轴（11）为间隙配合，两个摇臂（6）共用一个摇臂轴（11），并且在中心线上对称分布，每个摇臂（6）上开有一机油油道（6-1）；摇臂轴（11）的两端开有摇臂轴卡套卡。

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