CN108412569B - 一种喷水排气门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷水排气门，包括气门组件和喷水组件，气门组件包括气门座、气门顶柱、气门顶柱复位机构、气门脚和凸轮轴，气门座与气门顶柱通过气门顶柱复位机构活动连接，气门脚自下而上穿过气门座并与气门顶柱相连接，凸轮轴与气门顶柱相连接；喷水组件包括设于气门顶柱上的水压缸和水压预压装置，水压缸的顶部设有水缸阀，水缸阀与气门顶柱复位机构相连接，水压缸连接有进水管和回流管，进水管与水缸阀相连接，回流管与水压缸之间设有回流单向阀，水压预压装置连接有预紧单向阀，预紧单向阀与水压缸相连接。本发明提供的喷水排气门，结构简单，同时具有喷水和排气功能，可以有效降低发动机排放量、提高发动机效能。

Description

一种喷水排气门

技术领域

本发明涉及一种喷水排气门，属于发动机技术领域。

背景技术

随着全球经济的发展，全球汽车保有量迅速增长，不仅增加了能源的消耗，而且形成大量的尾气(如氮氧化合物)排放，对大气环境产生了严重影响。汽车尾气排放量的增加与汽车发动机的设计密切关联，为了提高发动机热效率，在现代设计发动机时通常采用较高的压缩比，但因此会引起缸内温度升高以及排放量增加。

研究发现，发动机喷水(掺水)燃烧可以降低发动机燃烧温度，进而有效降低发动机排放量。目前发动机喷水燃烧主要有直接喷水和进气道喷水两种方式。

直接喷水是指利用原喷油系统或者第二套喷射系统，在高压条件下直接将水喷入气缸，可以在燃烧室内形成油气乳化液，在柴油或汽油燃烧过程中添加水，水油混合燃烧，节能降耗的同时可以有效降低发动机排放量，减少大气污染，但是这种喷水方式需要对发动机系统结构做较大改变，例如：专利CN200620079381、CN200810028699、CN2017108702190等公开的内燃机机油水混合燃烧装置，都需要对发动机系统结构做较大改变，不仅结构复杂，且生产成本较高。

进气道喷水是指将水从进气口喷入，从进气口中喷入的水，在进气道气流的冲散和压气机叶轮高速离心力的作用下，随空气一起进入气缸(例如宝马N55B30型号汽油发动机使用的气缸喷水系统，该发动机即是在进气歧管加入一套喷水系统)；这种喷水方式相较于直接喷水而言，可以控制不同工况下喷入水分的总量，无需对发动机结构进行较大改动，就可以降低燃油消耗率，同时可以大幅降低气体排放量，但是这种方式如果喷水量过大，会使液态水进入气缸，对气缸壁造成腐蚀，同时对颗粒排放没有效果，只能保持颗粒排放不恶化，并且进气道喷水通常而言比较适用于汽油发动机(如宝马N55B30型号汽油发动机)，不适用柴油机(柴油机采用压燃式点火，对进气温度的要求较高，进气道喷水会降低进气温度)；除此以外，虽然这种喷水方式无需对发动机结构进行较大改动，但是对发动机性能要求较高，需要发动机具有高功率输出能力。

另外，发动机的效能与发动机的排放量密切相关，研究发现，发动机效能越高，发动机燃烧越充分，排放量也会越低，为此，目前国内外研究者都致力于研究开发高效能低排放的发动机。涡轮增压器是提高发动机效能的有效手段，利用涡轮增压器来增压供给燃烧气缸的燃烧空气，使燃烧充分。但是目前发动机的涡轮增压器的适应范围较窄，还不能很好的满足发动机的使用需求。

排气门是发动机上的一个不可或少的组成部件，传统的排气门仅具有排气功能，功能较为单一，目前还没有具有喷水功能的喷水排气门的相关报道，更加没有同时适用于汽油机和柴油机喷水，可以有效降低发动机排放量，提高发动机效能的喷水排气门的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、同时具有喷水和排气功能的喷水排气门，以利于有效降低发动机排放量、提高发动机效能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种喷水排气门，包括气门组件和喷水组件，所述气门组件包括气门座、气门顶柱、气门顶柱复位机构、气门脚和凸轮轴，所述气门顶柱设于气门座的上部，气门座与气门顶柱通过气门顶柱复位机构活动连接，所述气门脚设于气门座的下部，气门脚内设有气孔，气门脚自下而上穿过气门座并与气门顶柱相连接，所述凸轮轴与气门顶柱相连接；所述喷水组件包括设于气门顶柱上的水压缸和水压预压装置，所述水压缸的顶部设有水缸阀，所述水缸阀与气门顶柱复位机构相连接，所述水压缸连接有进水管和回流管，所述进水管与水缸阀相连接，所述回流管与水压缸之间设有回流单向阀，所述水压预压装置连接有预紧单向阀，所述预紧单向阀与水压缸相连接。

作为优选方案，气门座与气门顶柱之间留有间隙。

作为优选方案，所述气门顶柱复位机构为若干平行排列的复位弹簧。

作为优选方案，所述水压预压装置包括若干平行排列的水压预紧弹簧。

作为优选方案，所述水压缸上设有水压缸复位机构，水压缸通过水压缸复位机构与气门顶柱活动连接。

作为进一步优选方案，所述水压缸复位机构为若干平行排列的复位弹簧。

作为更进一步优选方案，水压缸复位机构与气门顶柱复位机构的固有频率不同。

作为优选方案，所述水压缸设于气门顶柱的末端，与气门座的内表面相接触，所述水压缸与气门座的接触面设有密封圈。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

本发明提供的喷水排气门，无需对发动机结构进行改动，只需在排气门的气门顶柱中设置喷水系统，结构简单、喷水量稳定，用于发动机上，可以在排气过程中向气缸中喷水，以利于有效降低发动机排放量，减少大气污染；并且，本发明提供的喷水排气门不仅适用于汽油机也适用于柴油机，尤其是对于涡轮增压式柴油机而言，由于本发明提供的喷水排气门可以在排气过程中向气缸中喷水，使得气缸中的水雾可以在排气歧管中发生二次燃烧，可使燃烧更为充分，从而可提高柴油机涡轮增压器的适应范围，进而可有效提高发动机效能；另外，本发明提供的喷水排气门，结构紧凑，节约空间，工作效率高，喷水系统由机械控制，没有电子系统介入，可靠性高，成本低廉，具有极强的实用价值和显著性进步。

附图说明

图1是本发明提供的喷水排气门处于初始状态时的结构示意图；

图2是本发明提供的喷水排气门处于喷水状态时的结构示意图；

图3是本发明提供的喷水排气门处于回水状态时的结构示意图；

图4是本发明提供的喷水排气门处于进水状态时的结构示意图；

图5是本发明提供的喷水排气门回到初始状态时的结构示意图；

图中标号示意如下：1-气门座；2-气门顶柱；3-气门顶柱复位机构；4-气门脚；41-气孔；5-凸轮轴；6-水压缸；7-水压预压装置；71-水压预紧弹簧；8-水缸阀；9-进水管；10-回流管；11-回流单向阀；12-预紧单向阀；13-水压缸复位机构；14-密封圈。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步清楚、完整地描述。

实施例

请结合图1至图5所示：本发明提供的一种喷水排气门，包括气门组件和喷水组件，所述气门组件包括气门座1、气门顶柱2、气门顶柱复位机构3、气门脚4和凸轮轴5，所述气门顶柱2设于气门座1的上部，气门座1与气门顶柱2通过气门顶柱复位机构3活动连接，所述气门脚4设于气门座1的下部，气门脚4内设有气孔41，气门脚4自下而上穿过气门座1并与气门顶柱2相连接，所述凸轮轴5与气门顶柱2相连接(如图中所示，凸轮轴5安装于气门顶柱2的顶部)；所述喷水组件包括设于气门顶柱2上的水压缸6和水压预压装置7，所述水压缸6的顶部设有水缸阀8，所述水缸阀8与气门顶柱复位机构3相连接，所述水压缸6连接有进水管9和回流管10，所述进水管9与水缸阀8相连接，所述回流管10与水压缸6之间设有回流单向阀11，所述水压预压装置7连接有预紧单向阀12，所述预紧单向阀12与水压缸6相连接。

气门座1与气门顶柱2之间留有间隙(图1中气门座1与气门顶柱2之间的空白区域即是)，以方便润滑油进入。

如图1至图5所示，所述气门顶柱复位机构3为若干平行排列的复位弹簧，若干复位弹簧对称的分布于气门顶柱2上。

所述水压预压装置7包括若干平行排列的水压预紧弹簧，水压预压装置7即水压预紧弹簧的预紧压力根据水缸喷水压力进行设置。

所述水压缸6上设有水压缸复位机构13，水压缸6通过水压缸复位机构13与气门顶柱2活动连接。

所述水压缸复位机构13为若干平行排列的复位弹簧，若干平行排列的复位弹簧对称的分布于水压缸6上。

水压缸复位机构13与气门顶柱复位机构3的固有频率不同，即水压缸6上的复位弹簧的固有频率与气门顶柱上的复位弹簧的固有频率不同，以防止两者发生共振，两种复位弹簧都可采用高疲劳强度弹簧，以保证其使用寿命。

所述水压缸6设于气门顶柱2的末端，与气门座1的内表面相接触，所述水压缸6与气门座1的接触面设有密封圈14，以保证高压设备整体的密封性。所述气门座1的轴心线、气门顶柱2的轴心线与气门脚4的轴心线在一条直线上，以保证排气门整体的平衡性。

本发明所述的喷水排气门直接安装在发动机上使用即可，安装到发动机上使用时，进水管9、回流管10之间可以通过三通连接到一起，然后外接水箱即可，由于管道通过外接水箱进行供水属于本领域的公知常识，因此在此就不再一一赘述。

本发明所述喷水排气门的工作原理如下：

首先，如图1所示：喷水排气门处于初始状态，此时凸轮轴5处于基圆位置，不对气门顶柱2施加压力，与气门顶柱2相连接的水缸阀8处于正常状态，进水压力与水压缸6的缸内压力相同，水压缸6内充满水；

接着，如图2所示：凸轮轴5离开基圆位置，开始对气门顶柱2做功，气门顶柱2压缩气门顶柱复位机构3，同时与气门顶柱2相连接的水缸阀8向下移动，从而接近并堵住进水管9，此时进水压力与水压缸6的缸内压力开始不相同，缸内压力随着凸轮轴5的进一步做功越来越大，由于缸内压力不断变大，进而可以推动与水压缸6连接的水压预压装置7，进而打开与水压预压装置7相连接的预紧单向阀12，即可向发动机气缸内部喷水，在此过程中，与气门顶柱2相连接的气门脚4受到压力，打开气孔，从而打开排气门；

接着，如图3所示：凸轮轴5继续旋转，当旋转到最低点时，此时排气门已经全部打开，同时水缸阀8关闭，喷水完毕后，水压缸6向上运动逐渐回归原位，与水压缸6和回流管10相连接的回流单向阀11打开，水压缸6内部开始回水；

接着，如图4所示：凸轮轴5开始向基圆方向旋转，预紧单向阀12关闭，回流单向阀11关闭，回流管11关闭，进水管9开始进剩下行程的水位；

最后，如图5所示：进水管9完成剩下行程的水位后，进水压力与水压缸6的缸内压力逐渐回归相同，水缸阀8回复到初始位置，气门顶柱2在气门顶柱复位机构3的推动下也回复到初始位置，整个排气门装置回归到初始状态，一个循环喷水排气完成。

由上述喷水排气门的工作原理可以得知，当本发明的喷水排气门安装到发动机上使用时，由于喷水组件是安装在排气门的排气组件上的，因此无需在发动机的进气歧管额外加入一套喷水系统，对发动机自身的结构基本没有改动，也就避免了传统进气道喷水的一系列缺陷，另外，由于喷水系统设在排气门上，那么安装有该排气门的发动机在工作时，即可在排气过程中向气缸中喷水，气缸中的水雾能够更好的弥散，水雾在高温高压的气缸中会发生二次燃烧，从而可以有效降低发动机排放量，减少大气污染；也正是由于喷水系统安装于排气门上，使得该喷水排气门不仅适用于汽油机也适用于压燃式点火的柴油机，尤其是对于涡轮增压式柴油机而言，气缸中的水雾在排气歧管中发生二次燃烧，可以提高排气密度和排气能量，进而使得涡轮增压器中的涡轮提前起到增压作用，意味着发动机在更低的转速就可以利用到涡轮增压器，同时对于高转速状态而言，二次燃烧也可以进一步拓宽涡轮的持续转速，使得发动机在高转速下的持续增压能力增强，增压效果更加明显，最终提高了柴油机涡轮增压器的适应范围，进而可以有效提高发动机效能。

另外，本发明提供的喷水排气门是通过凸轮轴旋转使气门顶柱的位置变化实现喷水，完全由机械控制，没有电子系统介入，可靠性高，成本低廉，喷水量稳定可调节。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种喷水排气门，其特征在于：包括气门组件和喷水组件，所述气门组件包括气门座、气门顶柱、气门顶柱复位机构、气门脚和凸轮轴，所述气门顶柱设于气门座的上部，气门座与气门顶柱通过气门顶柱复位机构活动连接，所述气门脚设于气门座的下部，气门脚内设有气孔，气门脚自下而上穿过气门座并与气门顶柱相连接，所述凸轮轴与气门顶柱相连接；所述喷水组件包括设于气门顶柱上的水压缸和水压预压装置，所述水压缸的顶部设有水缸阀，所述水缸阀与气门顶柱复位机构相连接，所述水压缸连接有进水管和回流管，所述进水管与水缸阀相连接，所述回流管与水压缸之间设有回流单向阀，所述水压预压装置连接有预紧单向阀，所述预紧单向阀与水压缸相连接。

2.根据权利要求1所述的喷水排气门，其特征在于：气门座与气门顶柱之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的喷水排气门，其特征在于：所述气门顶柱复位机构为若干平行排列的复位弹簧。

4.根据权利要求1所述的喷水排气门，其特征在于：所述水压预压装置包括若干平行排列的水压预紧弹簧。

5.根据权利要求1所述的喷水排气门，其特征在于：所述水压缸上设有水压缸复位机构，水压缸通过水压缸复位机构与气门顶柱活动连接。

6.根据权利要求5所述的喷水排气门，其特征在于：所述水压缸复位机构为若干平行排列的复位弹簧。

7.根据权利要求6所述的喷水排气门，其特征在于：水压缸复位机构与气门顶柱复位机构的固有频率不同。

8.根据权利要求1所述的喷水排气门，其特征在于：所述水压缸设于气门顶柱的末端，与气门座的内表面相接触，所述水压缸与气门座的接触面设有密封圈。

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