CN1090013A - 发动机气门旋转式配气机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四冲程顶置凸轮发动机配气机构的改进，其结构特征是在汽缸盖(21)上有一个顶置伞齿轮轴(13)，伞齿轮轴上有一个伞齿轮1(15)，带动气门杆端部的伞齿轮2(16)和气门(1)作旋转运动，气门头部有一个气门孔，配合气门座(6)上的进气孔和排气孔，完成配气顺序的四个冲程。气门旋转式配气机构可以加快气门启闭速度，降低排气孔温度，加大压缩比，达到提高发动机功率，节约燃料，安全运行的效果。

Description

本发明涉及一种四冲程顶置凸轮发动机配气机构的改进。

目前已知的四冲程顶置凸轮发动机，它们的配气机构是靠曲轴驱动凸轮轴旋转，凸轮轴推动摇臂摆动，使气门弹簧压缩或放松，从而带动气门作上下往复地启闭活动。这种配气机构由于受到弹簧往复的惯性力影响，气门启闭速度难以加快。另一方面是传统的气门都有进气与排气之分，由于排气门的高温是造成发动机燃烧室产生早燃与爆震的主要原因之一，限制了加大压缩比的可能性。以上两种不利因素，都影响到发动机功率的进一步提高。据山西车用发动机研究所兵器工业车用发动机专业情报网编的《车用发动机》1993年第1期（总第83期）报道，美国Coates国际公司已研制出一种旋转气门发动机。另据台湾启学出版社于1980年发行的《内燃机讲义》（下册）第246-247页（附件1）译自日本《内燃机》杂志综述，提到一种圆锥状转阀，是由法国Aspin公司研制的旋转式配气机构，此种旋转气门无润滑系统，气门与气门座间是干磨擦，磨损严重，发动机无法正常工作，另一问题是传动系统结构复杂，严重消耗功率，而且容易造成气门在运转中偏向一边。日本等其他国家也在研制，但均未达到实用阶段，也未见到公开的详细技术资料。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种适合于顶置凸轮发动机使用的气门旋转式配气机构，它将传统的顶置凸轮改变为相互啮合的一对伞齿轮，以伞齿轮带动气门作旋转运动。这种旋转气门可以加快气门启闭速度，而且只要一个气门兼负进气和排气两项功能，可以利用进气孔的低温气体对气门降温，从而有可能加大压缩比，既能减少早燃和爆震，又可以提高发动机功率。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：在气缸盖上有一个顶置伞齿轮轴，伞齿轮轴相对于气门杆顶端的部位是伞齿轮轴的偏心部分，伞齿轮轴上有一个伞齿轮1，伞齿轮1的下方有一个与之相啮合的伞齿轮2，伞齿轮2的中心孔以花键与直立的气门杆端部的花键相啮合，气门杆自下而上穿过镶嵌于气缸盖上的气门座、气门弹簧、小轴承和伞齿轮2而达到伞齿轮轴偏心部分的下面，气门杆的底端是气门头部。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：伞齿轮轴的偏心部分仅占偏心轴圆周的110°。伞齿轮2的中心孔铣有花键，其下端有一段可插进滚动轴承内孔的裙部。气门头部开有一个扇形的气门孔，气门孔的展开角为55°，气门杆端部铣有花键。气门座上开有两个与气门头部的气门孔相同的孔，其中一个是进气孔，另一个为排气孔，在进气孔与排气孔相对一边，开有一个火花塞孔，在气门座的中心还开有一个圆孔作为气门导管。气门头部和气门座的切面角度相同，切面与底面间的角度可以在40°-70°，气门头部顶面的直径和气门座底面的直径相同。气门座上的进气孔与排气孔之间相隔55°，在靠近进气孔两侧各有一个长条形的油槽。油槽两端呈半圆形，油槽的长度比气门头部上的气门孔的边略长。油槽内有一根长度与直径比油槽的长度与宽度都小0.2mm的滚针。

本发明与现有技术相比具有如下积极效果：发动机的功率受气缸工作容积、压缩比和发动机转速三者制约，而且都与此三者的大小呈正相关。由于本发明设计了顶置伞齿轮轴取代传统的凸轮轴，以伞齿轮1和伞齿轮2带动气门旋转，取消了传统的气门往复运动，排除了气门弹簧往复的惯性力影响，可以加快气门旋转速度，也就加快气门的启闭速度，推动发动机加快转速，提高发动机的功率。另一方面，加大压缩比也可以提高发动机的功率。但是，据实践经验，在传统的发动机中，压缩比过大时，即表明活塞在气缸中压缩终了时，超出合理的止点，这时燃烧室中的混合气体温度和压力过高，尤其是排气门周围的温度可达到850℃左右，高温、高压气体就会不等火花塞点火而超前燃烧，即产生早燃和爆震，反而降低发动机的功率。若要防止早燃和爆震发生，一是减少活塞在气缸中的行程，放大燃烧室，降低压缩比，其结果是降低了发动机的功率。二是降低燃烧室温度，提高压缩比，即本发明所提出的实施方案。将传统的进气和排气两个气孔在气门头部上合二为一，当气门头部旋转一周时，其上的气门孔既经过气门座上的进气孔，也经过排气孔，当经过排气孔后温度骤升的气门孔继续运行，瞬间到达进气孔时，气门孔便立即受到新鲜混合气体的冷却降温，使燃烧室内的温度也随之下降，使之达不到产生早燃与爆震的临界点，这就为发动机提高压缩比创造了条件。据计算排气门温度每降低100℃，便可提高压缩比1.0，所以，本发明既可提高发动机的转速，又加大了压缩比，发动机的功率也就随之得到提高，还可以收到节约燃料和安全运行的效果。本发明还可以在柴油机上运用，达到同样的效果。

本发明附图的图面说明如下：

图1是气门结构的剖视图;

图2是气门结构的底视图;

图3是气门座结构的剖视图;

图4是气门座结构的底视图;

图5是伞齿轮轴正面图;

图6是伞齿轮轴偏心部分剖面图;

图7是中心花键孔的伞齿轮2剖视图;

图8是气门弹簧座剖视图;

图9是锁片夹剖视图;

图10是锁片剖视图;

图11是锁片半圆组合图;

图12是气门及配气机构装配图。

其中有下列部件：气门（1），气门头部（2），气门杆（3），气门孔（4），花键（5），气门座（6），进气孔（7），排气孔（8），火花塞孔（9），气门导管（10），油槽（11），滚针（12），伞齿轮轴（13），偏心部分（14），伞齿轮1（15），伞齿轮2（16），气门弹簧座（17），锁片夹（18），锁片（19），锁片半圆（20），气缸盖（21），气门弹簧（22），小轴承（23），滑动轴承（24），滚动轴承（25），滚动轴承（26），止推垫板（27），链齿轮（28）。

下面将结合附图列举实施例对本发明作进一步详述。

如图1和图2所示的气门（1），由气门头部（2）与气门杆（3）构成，气门头部（2）开有一个展开角为55°的呈扇形的气门孔（4），气门杆（3）垂直于气门头部（2）的中心，气门杆（3）的上端部铣有花键（5）。如图3和图4所示的气门座（6），其底部可与气门头部（2）的面部完全吻合，气门座（6）上开有两个与气门头部（2）上的气门孔（4）形状与大小相同的孔，两个孔之间相隔55°，其中一个作为进气孔（7），另一个为排气孔（8），在进气孔（7）与排气孔（8）相对的一边，开有一个火花塞孔（9），在气门座（6）的中心有一个刚好能让气门杆（3）通过的孔作为气门导管（10），气门导管（10）的直径应大于气门杆（3）的直径0.025-0.06mm。在进气孔（7）与排气孔（8）之间和靠近进气孔（7）一侧，各开有一个长条形的油槽（11），油槽（11）的宽度可以是2-4mm，其两端为半圆形，两端各比气门孔（4）长1.5-2.5mm。油槽（11）可以只铣至一定深度，再往油槽（11）底部钻出8-10个直径为0.8-1.2mm的小孔，以便润滑油从气缸盖（21）通过油槽（11）小孔对气门座（6）与气门头部（2）的接触面起润滑作用。油槽（11）也可以完全铣通成为一个长孔，而在气缸盖（21）上对准油槽（11）的位置内钻孔作为润滑油的通道。在油槽（11）内装有一根长度与直径比油槽（11）的长度与宽度均小0.2mm的滚针（12），滚针（12）的作用是一方面可以控制润滑油的流量，另一方面是当气门孔（4）转到油槽（11）下方时，可以防止气缸内的高压气体通过油槽（11）进入气缸盖（21）。当气门孔（4）转到油槽（11）位置时，由于油槽（11）中的滚针（12）两端均比气门孔（4）的边更长1.3-2.3mm，所以滚针（12）不会通过气门孔（4）掉入气缸内。整个气门座（6）是用耐热合金钢加工而成，气门座（6）的外径应大于活塞直径3-5mm。如图5所示的伞齿轮轴（13）上有一个伞齿轮1（15），伞齿轮轴（13）相对于气门杆（3）顶端的部位是伞齿轮轴（13）的偏心部分（14），偏心部分（14）的结构如图6所示，偏心部分仅占偏心轴圆周的110°，它的作用是可以减轻气门头部（2）与气门座（6）间的摩擦力。图7所示的是另一个伞齿轮2（16），伞齿轮2（16）的中心孔铣有花键，以便与气门杆（3）端部的花键（5）相啮合。伞齿轮2（16）下端有一定长度的裙部，用于插进滚动轴承（25）的内孔。图8所示的气门弹簧座（17）的中心孔应稍大于气门杆（3）。图9的锁片夹（18）中心孔是上口大、下口小，具有一定斜度，这一斜度应与图10所示的锁片（19）外圈的斜度一致，锁片（19）是由如图11的两个锁片半圆（20）组合起来的，两个锁片半圆（20）组成一个圆形时，圆心直径位置有隔开0.5mm的缝隙。

气门旋转式配气机构的安装和运行程序是：如图12所示，将气门座（6）镶嵌在气缸盖（21）上，必须注意气门座（6）的底边应突出气缸盖（21）的下平面0.1-0.15mm，这样在紧固气缸盖（21）螺栓时，可将气门座（6）压得更紧。气缸盖（21）上的进气道道口与排气道道口也相应的加工成与气门孔（4）相同的扇形。气门座（6）上的进气孔（7）、排气孔（8）、火花塞孔（9）、气门导管（10）和油槽（11）等各孔均应同气缸盖（21）上的各个相应孔和通道的形状、大小一致，并逐一对准。然后，在气门座（6）上按序装好气门弹簧（22）、气门弹簧座（17）和小轴承（23），这时将气门杆（3）从气门座（6）下通过气门座（6）的气门导管（10）向上穿过气门弹簧（22）、气门弹簧座（17）和小轴承（23），再在小轴承（23）上面装好锁片夹（18）和锁片（19）。气门弹簧（22）将气门（1）紧压在气门座（6）上的同时，也将小轴承（23）紧压在锁片夹（18）上。之后，气门杆（3）端部插进装在滚动轴承（25）上的伞齿轮2（16）的内孔中，使两者的花键相互啮合。这时气门杆（3）的上端部穿过伞齿轮2（16）而达到伞齿轮轴（13）的偏心部分（14）的下面。气门杆（3）顶端应距伞齿轮轴（13）底边1-2mm。伞齿轮2（16）下端的裙部用冷缩方法装入一个与其直径相同的滚动轴承（25）内孔，滚动轴承（25）安装在气缸盖（21）上铣出的凹位内，在气缸盖（21）上加工此凹位时，应使凹位的中心点与活塞顶部的中心点垂直对正，如此则伞齿轮2（16）连同滚动轴承（25）安装在凹位时，伞齿轮2（16）的花键孔中心点与活塞顶部的中心点也就垂直对正。最后，在气缸盖（21）上安装伞齿轮轴（13），伞齿轮轴（13）在气缸盖（21）上的位置必须在活塞顶部中心平分线的正上方。在伞齿轮轴（13）两端分别装上滑动轴承（24）、滚动轴承（26）、止推垫板（27）和链齿轮（28）。

发动机工作时，链条带动伞齿轮轴（13）及伞齿轮1（15）转动，伞齿轮1（15）带动与之相啮合的伞齿轮2（16）转动，伞齿轮2（16）带动气门杆（3）及气门（1）一起转动。这时气门杆（3）上的小轴承（23）可与气门杆（3）一起转动，而气门弹簧（22）则不会转动。在进气行程时，气门孔（15）转到进气孔（7）进行吸气，由于齿轮轴（13）偏心部分（14）的推动作用，使气门（1）在进气行程与气门座（6）间有0.05-0.08mm的间隙，这样可以减轻气门头部（2）与气门座（6）底部接触的压力，延长使用寿命。在压缩行程时，气门孔（4）转到气门座（6）的密封部位，当气门孔（4）转到火花塞孔（9）位置时，火花塞对气缸点火，进到做功行程，此后气门孔（4）又转到气门座（6）的密封部位，当气门孔（4）转到排气孔（8）位置时，气缸进到排气行程。在气门弹簧（22）的压力作用下，气门孔（4）处在气门座（6）的密封部位时，都能紧密地贴合在气门座（6）上，保证气门（1）与气门座（6）之间始终处于密封状态，由于气门杆（3）顶端距伞齿轮轴（13）底边1-2mm，即使气门头部（2）与气门座（6）接触面受到磨损，只要磨损程度不超过0.5mm，仍然不须调整发动机。

Claims (9)

1、一种四冲程顶置凸轮发动机的气门旋转式配气机构，其特征是在气缸盖(21)上有一个顶置伞齿轮轴(13)，伞齿轮轴(13)相对于气门杆(3)顶端的部位是伞齿轮轴(13)的偏心部分(14)，伞齿轮轴(13)上有一个伞齿轮1(15)，伞齿轮1(15)的下方有一个与之相啮合的伞齿轮2(16)，伞齿轮2(16)的中心孔以花键与直立的气门杆(3)端部的花键(5)相啮合，气门杆(3)自下而上穿过镶嵌于气缸盖(21)上的气门座(6)、气门弹簧(22)、小轴承(23)和伞齿轮2(15)而达到伞齿轮轴(13)偏心部分(14)的下面，气门杆(3)的底端是气门头部(2)。

2、根据权利要求1所述的气门旋转式配气机构，其特征是伞齿轮轴（13）的偏心部分（14）仅占偏心轴圆周的110°。

3、根据权利要求1所述的气门旋转式配气机构，其特征是伞齿轮2（16）的中心孔铣有花键，其下端有一段可插进滚动轴承（25）内孔的裙部。

4、根据权利要求1所述的气门旋转式配气机构，其特征是气门头部（2）开有一个扇形的气门孔（4），气门孔（4）的展开角为55°，气门杆（3）端部铣有花键（5）。

5、根据权利要求1所述的气门旋转式配气机构，其特征是气门座（6）上开有两个与气门头部（2）的气门孔（4）相同的孔，其中一个是进气孔（7），另一个为排气孔（8），在进气孔（7）与排气孔（8）相对一边，开有一个火花塞孔（9），在气门座（6）的中心还开有一个圆孔作为气门导管（10）。

6、根据权利要求1所述的气门旋转式配气机构，其特征是气门头部（2）和气门座（6）的切面角度相同，切面与底面间的角度可以在40°-70°，气门头部（2）顶面的直径和气门座（6）底面的直径相同。

7、根据权利要求1或5所述的气门旋转式配气机构，其特征是气门座（6）上的进气孔（7）与排气孔（8）之间相隔55°，在靠近进气孔（7）两侧各有一个长条形的油槽（11）。

8、根据权利要求7所述的气门旋转式配气机构，其特征是油槽（11）两端呈半圆形，油槽（11）的长度比气门头部（2）上的气门孔（4）的边略长。

9、根据权利要求7所述的气门旋转式配气机构，其特征是油槽（11）内有一根长度与直径比油槽（11）的长度与宽度都小0.2mm的滚针（12）。

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