CN104100405A - 内燃机二重气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机构造，尤其涉及内燃机配气机构，它包括有二重自动气门机构和二重旋转气门机构两种技术方案。本发明两种技术方案都以单一气缸气门为第一重气门，承受气缸气体高温高压，比较现有气门机构，它可以大幅度增加气缸换气截面及其积分；分别以自动进、排气门或旋转气门为第二重气门机构，控制气缸进、排气过程，它比现有可变气门技术更为简单实用。本发明能明显提高内燃机功率，显著降低内燃机气缸泵气功耗和排放，且构造简单，制造和维护成本较现有内燃机气门机构低，适用于缸内直喷内燃机。

Description

内燃机二重气门机构

技术领域

本发明涉及内燃机构造技术，尤其是涉及内燃机配气机构。

背景技术

内燃机气门机构是用于满足气缸内气体高压作功，低压换气需要的机械装置，现有内燃机的气门机构都没有区分气缸高压与低压的不同工作环境，其进气门和排气门都布置在面积有限的气缸口上部，致使排气口和进气口只能分占部分面积，气缸换气截面积无法大幅度增加，其排气门和进气门先后接替开闭，使气门换气截面积的时间积分无法显著增加，限制了内燃机功率的进一步提升和泵气功耗的进一步降低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有内燃机气门机构的上述不足，提出二种内燃机二重气门机构技术方案：内燃机二重自动气门机构与内燃机二重旋转气门机构；该二种方案都可以最大限度地增加气缸换气截面积及其时间积分，因而可以明显提升内燃机功率，降低泵气功耗和排放，并且还能优化可变气门控制技术。该二种方案的共同之处是它们都只用一个气缸气门组作为第一重气门密封气缸承受气缸气体高温高压，其气缸气门最大升程所对应的活塞顶部大凹坑，与喷油嘴正对的活塞顶部连通大凹坑的小凹坑构成优良的主、副燃烧室；其气缸气门用一次升降替代现有内燃机进气门和排气门的两次升降，可适度降低气缸气门速度的同时大幅增加气缸换气效率。该气缸气门组的致动机构与现有内燃机气门致动机构相似。所述二种内燃机二重气门机构技术方案的第二重气门机构分别是：自动气门机构与旋转气门机构，它们分别与第一重气门机构组成内燃机二重自动气门机构和内燃机二重旋转气门机构，它们适用于缸内直喷内燃机。二重自动气门机构适用于高速内燃机，二重旋转气门机构适用于多功况内燃机。

所述内燃机二重自动气门机构包括有进气管，排气道，总气道，进气门组，进气门控制齿轮组，排气门组，气缸气门组。所述进气管，排气道和总气道在气缸盖中构成气道三通。进气管连通总气道，排气道一端连通总气道，一端连通排气管，总气道连通气缸。进气门组是控制进气管与总气道之间气流通断的唯一阀门，排气门组是控制排气道与总气道之间气流通断的唯一阀门，气缸气门组是控制气缸与总气道之间气流通断的唯一阀门。进气门组布置在进气管中，排气门组布置在排气道中，气缸气门组布置在总气道中。当总气道气压大于排气道气压时，排气门开启，反之则关闭；当进气管气压大于总气道气压时，进气门开启，反之则关闭。进气门组和排气门组都不承受气缸气体工作时的高温高压，可以采用轻质材料气门，用现有技术设计良好的润滑系统和冷却系统，进气门和排气门水平运动只需克服自身惯性力，所耗能量极小。所述进气门控制齿轮组包括进气门升程控制齿轮、中间齿轮、驱动齿轮及其致动机构，进气门升程控制齿轮内齿圈与固定在进气管外侧端上的丝杆相啮合，旋转升降用以控制进气门开度，中间齿轮啮合相邻的两个进气门升程控制齿轮，驱动齿轮驱动中间两个与其啮合的进气门升程控制齿轮可以调节内燃机全部进气门升程控制齿轮，它用以替代节气门调节气缸进气量，比现有可控气门技术更为简单实用。为了降低进气门和排气门冲击力形成的噪音并产生反弹效应，在所述进气门套及排气门套的两端各安有一个缓冲弹垫。所述气缸气门组构造及致动机构与现有内燃机的配气机构相似，不同之处在于它只用一个气门实现气缸的密闭和换气功能，它在气缸排气行程和进气行程都始终处于开启状态，在气缸压缩行程和作功行程始终处于密闭状态。所述气缸气门的直径只受气缸直径和喷油嘴及火花塞位置制约，可以最大限度增加气缸通气截面积，提高气缸充气率，并有利于产生很强进气滚流使燃料充分燃烧，使内燃机功率能有明显提升。

所述内燃机二重旋转气门机构包括有：进气道，排气道，旋转气道，旋转气道齿轮，驱动齿轮及气其步进电机和气缸气门组。所述旋转气道是连通气缸与进气道和排气道的唯一气流通道，它被密封在气缸盖一个与其同轴心的圆柱腔中，两者为滑动配合；它有两个开口，其底口连通气缸，其侧口在不同的旋转角度或分别与所述进气道、排气道连通，或同时与该进气道一部分、该排气道一部分连通，或完全被封闭；在顶部的调隙垫圈作用下，它只能在气缸盖圆柱腔中顺畅旋转，不能作其它运动。所述进气道、排气道的孔径以及所述旋转气道侧口直径大约为气缸盖圆柱腔周长的四分之一，该进气道和排气道轴心与旋转气道侧口圆心在同一平面，该两气道较窄鼻梁部的宽度大约为五分之一气道孔径。所述旋转气道齿轮，驱动齿轮及与其联轴的步进电机组成旋转气道的致动机构，该驱动齿轮与固定在旋转气道上的旋转气道齿轮相啮合。驱动该驱动齿轮的步进电机的四个步位对应前述的四个不同旋转角度，每角度期间时长由内燃机电控单元控制。所述气缸气门组是控制气缸与所述旋转气道之间气流通断的唯一阀门，其构造与所述内燃机二重自动气门机构的气缸气门组相似。所述进气道一端通所述气缸盖圆柱腔，一端连通进气管。所述排气道一端通所述气缸盖圆柱腔，一端连通排气管。所述旋转气道底口直径略大于气缸气门座口直径。

附图说明

图1为本发明二重自动气门机构示意图。

图2为本发明二重旋转气门机构示意图。

图中：101-进气管，102-排气道，103-总气道，104-进气门，105-排气门，106-气缸气门，107-进气门升程控制齿轮，108-中间齿轮，109-缓冲弹垫，110-气缸盖；201-进气道，202-排气道，203-旋转气道，204-气缸气门，205-旋转气道齿轮，206-驱动齿轮，207-驱动齿轮轴承，208-调隙垫圈，209-气缸盖。

具体实施方式

本发明以一台四冲程内燃机的一个气缸的一个工作循环对内燃机二重自动气门机构作进一步说明。进气行程：内燃机电控单元根据操控指令，内燃机工况和进气管气流波动等信息，令进气门控制齿轮组步进电机转动，与其联轴的驱动齿轮带动相邻进气门升程控制齿轮107，与通过中间齿轮108带动的其它进气门升程控制齿轮107一道，在各自进气管外侧端的丝杆上旋转升降，进气门升程控制齿轮的升程确定进气门的往复行程长短；驱动齿轮通过进气门控制齿轮组将内燃机全部进气门升程调节到同一相应位置；气缸气门106已处于最大升程，气缸活塞在上止点，排气气流的惯性力使总气道103中的气压下降，进气门104开启，进气管101气流将总气道103中的气体扫入排气道102；气缸活塞下行使总气道103中的气压进一步下降，排气门105在排气道102中的稍高气压作用下关闭，进气门104在进气管101中的气流稍高气压作用下保持开启，进气管101气流经总气道103进入气缸。压缩行程：气缸活塞下止点上行初段气缸气门106尚未完全关闭，低速小负荷时，进气门104开度小在气缸气流回波作用下先于气缸气门106关闭，减少进气回流，高速大负荷时，气缸活塞速度快，气流惯性大，进气门104开度大，进气门104后于气缸气门106关闭，进气管101气流在惯性力作用下继续进入气缸；气缸活塞上行，气缸气门106完全关闭使总气道103和进气管101中的气流回流，总气道103气压高于进气管101的气压，进气门104关闭；气缸活塞继续上行到上止点，气缸气压气温升高，总气道103气压不变。作功行程：气缸活塞下行末段，气缸气门106开启，气缸中高温气体进入总气道103与总气道103中的新鲜空气混合燃烧残余燃料，混合气体冲开排气门105进入排气管；气缸活塞下行至下止点转入排气行程。排气行程：气缸气门106开启到最大升程，气缸活塞将气缸高温气体经总气道103、排气道102压入排气管，与总气道103中的剩余新鲜气体进一步混合，将残余燃料充分燃烧干净；气缸活塞至上止点，转入下一工作个循环。气缸气门106开闭角度和升程按全负荷工况设定。

本发明以一台四冲程内燃机的一个气缸的一个工作循环对内燃机二重旋转气门机构作进一步说明。进气行程：气缸气门204处在最大开度，气缸活塞临近上止点，步进电机驱动驱动齿轮206，通过旋转气道齿轮205带动旋转气道203转到其侧口同时连通排气道202一部分和进气道201一部分的角度，内燃机电控单元根据操作指令和内燃机工况等信息调节其转动相位和期间时长，气缸排气气流的惯性力使旋转气道203和排气道中的气压都低于进气道201中的气压，进气道201中的气体流入旋转气道203进行扫气；气缸活塞下行，驱动齿轮205驱动旋转气道203转到其侧口正对进气道201的角度，进气管气流经进气道201和旋转气道203大量进入气缸；如果有废气再利用的操作指令，气缸活塞在上止点和下行初段，旋转气道203侧口延长正对排气道202的时间，重新吸入部分废气后再两步并作一步转到正对进气道201位置吸入新鲜空气；内燃机电控单元根据操作指令和内燃机负荷等信息调节旋转气道203在各角度期间时长。压缩行程：气缸活塞上行初段气缸气门204尚未完全关闭，在全负荷工况下，旋转气道203的侧口仍在进气道201角度，进气管气流在惯性力作用下继续进入气缸；在中、低负荷工况下，旋转气道203的侧口已转到完全被封闭的角度位置，气缸中的气体少部分返流入旋转气道203中；在米勒循环操作指令下，旋转气道203侧口已转到排气道202位置，气缸中的气体部分经旋转气道203和排气道202返流入排气管；气缸活塞继续上行，气缸气门204完全关闭，旋转气道203的侧口转到排气道位置等候。作功行程：气缸活塞下行末段，气缸气门204开启，气缸中高温气体进入旋转气道203和排气道202中，与旋转气道203中的新鲜空气混合，燃烧气缸气体中的残余燃料，气缸活塞下行至下止点转入排气行程。排气行程：气缸气门204开度升至最大，气缸活塞上行将气缸中的高温气体经旋转气道203和排气道202压入排气管和其中的剩余新鲜空气进一步混合，将气缸气体中的全部残余燃料燃烧干净；气缸活塞上行至上止点转入下一工作个循环。所述内燃机二重旋转气门机构可以选择性暂时关闭部分气缸换气通道，降低内燃机油耗。气缸气门204开闭角度和升程按全负荷设定。该内燃机无需节气门机构。

Claims (13)

1.一种内燃机二重自动气门机构，其包括有进气管(101)、排气道(102)、总气道(103)、进气门组、排气门组、进气门控制齿轮组和气缸气门组。

2.一种内燃机二重旋转气门机构，其包括有进气道(201)、排气道(202)、旋转气道(203)和气缸气门组。

3.根据权利要求1所述的总气道(103)，其特征是：它与进气管(101)、排气道(103)在气缸盖(110)中共同构成气道三通。

4.根据权利要求1所述的气缸气门组，其特征是：它是控制气缸与总气道(103)之间气流通断的唯一阀门。

5.根据权利要求1所述的进气门组，其特征是：它是控制进气管(101)与总气道(103)之间气流通断的唯一阀门。

6.根据权利要求1所述的排气门组，其特征是：它是控制排气道(102)和总气道(103)之间气流通断的唯一阀门。

7.根据权利要求1所述的进气门控制齿轮缸组，其特征是：它包括有进气门升程控制齿轮(107)、中间齿轮(108)和驱动齿轮及其控制机构。

8.根据权利要求5、6所述的进、排气门组，其特征是：在其气门套两端各安有一个降噪弹垫，用以缓冲气门惯性冲力。

9.根据权利要求2所述的气缸气门组，其特征是：它是控制气缸与旋转气道(203)之间气流通断的唯一阀门。

10.根据权利要求2所述的旋转气道(203)，其特征是：它是气缸连通进气道(201)和排气道(202)的唯一气流通道。

11.根据权利要求10所述的旋转气道(203)，其特征是：它被密封在气缸盖(209)的圆柱腔中，能且只能顺畅旋转。

12.根据权利要求11所述的旋转气道(203)，其特征是：它与旋转气道齿轮(205)同轴心固接。

13.根据权利要求12所述的旋转齿轮(205)，其特征是：它与驱动齿轮(206)相啮合。