CN108323176B - 用于内燃机的带缓慢旋转气门的气门装置 - Google Patents

用于内燃机的带缓慢旋转气门的气门装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的具有缓慢旋转气门的气门装置，基于下面的技术问题而开发：由凸轮轴控制气门系统的内燃机，当其时间控制装置发生故障(例如由于楔形皮带断裂而引起的)是导致发动机损坏的一种潜在原因；气门加上凸轮轴和正时链条，是造成噪音的一部分原因，并在持续运行状态下造成振动；这种传统的气门结构及其控制机制所需的制造成本很高；受这种借助凸轮轴的结构的限制，会导致发动机比较高、也比较重。本发明的解决方案：用于气体交换、由多个围绕气缸壁缓慢旋转的气门所组成的气门装置，每个旋转气门是独立分开控制的，具有对称分布的开口；旋转气门开口的数量相当于每转动一圈的工作循环的次数；旋转气门的开口数量越多旋转得越慢；通过每个旋转气门独立分开的驱动方式及其开口的数量，可以实现不同的相位移、气门重叠及开启持续时间。本发明的领域为四冲程发动机。

Description

用于内燃机的带缓慢旋转气门的气门装置
技术领域
本发明涉及四冲程发动机领域的一种用于内燃机的带缓慢旋转气门的气门装置。
背景技术
众所周知，由凸轮轴控制气门的内燃机，当气门时间控制装置发生故障(比如由于楔形皮带断裂而引起的)是导致发动机损坏的一个潜在原因。气门加上凸轮轴和正时链条是造成噪音的一部分原因，并在持续运行状态下造成振动。这种传统的气门结构及其控制机制所需的制造成本很高。受这种借助凸轮轴的结构的限制，会导致发动机比较高、也比较重。
发明内容
本申请的发明基于上述问题而开发，并且以一套由紧凑且易于制造的旋转气门所组成的气门装置作为基础。这套气门装置不会像使用凸轮轴的气门那样，在控制装置不能正确工作时会造成发动机损坏。它能够节省驱动所需的动力，同时降低内燃机的振动、噪音及结构高度。
依据本申请所列举的所有特征，使得传统气门所有上述问题均得以解决。
本发明所带来的优点尤其在于，这样一种气门装置是可以利用紧凑且较少的组件完成组装。使用这种气门装置的内燃机，由于避免使用普通的凸轮轴结构，从而具有更低、更简单、更轻重量、更轻噪音、更少振动以及易于保养和便于快速安装等众多优点。
附图说明
图1，具有两个开口的旋转气门示意图；
图2，旋转气门的横截面示意图；
图3，具有锥形面的旋转气门剖视图；
图4，关闭状态下气门及气缸壁的截面图；
图5，四冲程发动机气缸、具有2个开口的环绕旋转气门的截面图；
图6，四冲程发动机气缸、具有4个开口的环绕旋转气门的截面图；
图7，含有一个上方旋转气门的四冲程发动机的截面图；
图8，含有一套由两部分组成的(上方的和下方的)气门装置的四冲程发动机的截面图。
具体实施方式
本发明涉及一种旋转气门(图1)，该气门在侧面具有等距离、对称分布排列的开口。如此，该旋转气门的重心位于其旋转轴上。除此以外，因为气缸的进气口(以及出气口)也具有对称分布的排列方式，在一个完整工作循环当中的压差，仅沿着旋转轴的方向产生一个轴向力。此关键特征能够在旋转气门的运行期间避免出现不平衡振动。
本发明还涉及一种利用气门装置驱动内燃机运行的方法，其中，围绕气缸壁设置有一个或多个旋转气门，所述气门的旋转轴平行于气缸轴(图4)。
可选择地，将气缸和旋转气门的不同开口加以组合搭配。例如：a)一个气缸对应出气口设置一个上方的旋转气门，对应有进气口设置一个下方的旋转气门(图8)；或b)一个配有成对的进气口和出气口的气缸，只对应设置一个(上方的)旋转气门(图5，图6)。
旋转气门的内壁与气缸的外壁由于具有同样走向的表面而形成一个滑动面。这个滑动面并非完全精确地平行于旋转轴，而是略呈锥形，这样可以使旋转气门不会由于热膨胀不同而卡住不动(图3)。除此以外这里保持小的锥形角度，从而仅需要很小的轴向挤压力，即可使旋转气门保持在气门座内，即便当内外之间的压差达到最大值时也是如此。同样的呈锥形的结构设计，也用于旋转气门的外壁和进气/排气管道。
气门或气缸的开启角度可以在设计时加大或减小，以便针对气体交换实现不同的开启持续时间。
可选择地，可以通过增加旋转气门的开口的数量(图5，图6)，来降低运行中该气门的旋转速度。旋转气门的开口的数量对应于完整转动一圈(360°)情况下有负荷的工作循环的次数。也就是说，旋转气门相对于发动机的工作循环具有1/n的系数，其中的n是旋转气门开口的数量。例如：对于一台四冲程发动机来说，每个工作循环需要曲轴转动两圈，而旋转气门相对于曲轴自动减慢为1/(2×n)。由此，一台四冲程发动机内的带有4个开口的旋转气门，当曲轴转动八圈时只需要转动一圈(图6)。
通过具有多个(图8中为两个)彼此间独立分开控制的旋转气门的气门装置，可以实现进气和排气时间点的相位移(比如借助旋转气门驱动装置通过斜齿啮合的圆柱形齿轮)。

Claims (2)

1.一种用于内燃机的气门装置，包括至少两个独立的环状旋转气门，所述至少两个独立的环状旋转气门彼此间贴近但无接触地围绕其旋转轴线旋转，该旋转轴线与气缸的轴线相同，所述至少两个独立的环状旋转气门彼此上下重叠排列，环绕设置在活塞的上死点上方的气缸壁外侧的外侧，其中，旋转气门和气门座具有对称于所述旋转轴线分布排列的开口和贴附在整个横向滑动面上的锥形面，通过增加开口数量来减慢每个旋转气门一个工作循环的旋转速度，这些旋转气门彼此间独立分开地进行控制，以便实现相位移。
2.一种环状的旋转气门，包括对称于旋转轴分布排列的侧面开口和贴附在整个横向滑动面上的锥形面，其内置于如权利要求1所述的气门装置内。
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