CN111963330B - 一种柴油机低流阻换气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柴油机低流阻换气装置，包括缸盖、进气门和排气门，缸盖内部设有与外部连通的腔体，进气门的气门杆自上而下依次套接第一挡圈、进气套筒和第二挡圈，进气门与进气套筒下侧之间形成第一空气腔，进气套筒与腔体内壁之间设有一号限位机构；排气门的气门杆自上而下依次套接第三挡圈、排气套筒和第四挡圈，排气门与排气套筒下侧之间形成第二空气腔，第二空气腔与第一空气腔连通，排气套筒与所述腔体内壁之间设有二号限位机构；所述进气凸轮和排气凸轮的形状与正时相同。本发明所述的柴油机低流阻换气装置，可以在柴油机缸盖底板面积受限的情况下，进一步增大发动机进排气流通面积，从而有效降低气体流动阻力。

Description

一种柴油机低流阻换气装置
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其是涉及一种柴油机低流阻换气装置。
背景技术
内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，应用非常广泛，然而随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要内燃机满足更严格的油耗标准和排放法规。传统柴油机为了实现较高的热效率，几何压缩设定较高，缸盖底板难以像汽油机设置成屋脊形状，随着发动机功率的进一步提高，发动机需要更多的进气量，由于气道通常为渐缩形式，受气道喉口面积限制，存在进排气阻力大，流通能力受限问题，制约功率与热效率的提高，因此如何在高转速下大流量进气条件下尽可能降低进排气阻力提升发动机性能，成为发动机设计者们孜孜不倦的追求。二冲程气阀式柴油机经历燃烧-膨胀-排气-进气-压缩过程，其排气过程与进气过程大部分重叠，相比四冲程换气时间更短，其换气质量需要进一步的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机低流阻换气装置，以降低柴油机的进排气阻力，提高充气效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种柴油机低流阻换气装置，包括凸轮轴、缸盖、进气门和排气门，所述凸轮轴转速与发动机转速相同，所述凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，所述缸盖下设有发动机气缸，所述进气门上方与缸盖顶部之间设有进气门弹簧，所述排气门与所述缸盖顶部之间设有排气门弹簧，所述缸盖内部设有一号腔体和二号腔体，一号腔体通过进气道与外部连通，二号腔体通过排气道与外部连通，所述进气门的气门杆自上而下依次套接第一挡圈、进气套筒和第二挡圈，其中进气套筒与进气门的气门杆滑动连接，所述进气门与所述进气套筒下侧之间形成第一空气腔，所述进气套筒与所述一号腔体内壁之间设有一号限位机构；所述排气门的气门杆自上而下依次套接第三挡圈、排气套筒和第四挡圈，其中排气套筒与排气门的气门杆滑动连接，所述排气门与所述排气套筒下侧之间形成第二空气腔，第二空气腔与第一空气腔连通，所述排气套筒与所述二号腔体内壁之间设有二号限位机构；所述进气凸轮和排气凸轮的形状与正时相同，所述进气套筒上侧、所述排气套筒上侧均与外界环境相通。
进一步的，所述一号限位机构包括第一定位珠，第一定位珠安装在进气套筒外旋转表面，一号腔体内壁上设有用于镶嵌第一定位珠的第一凹槽。
进一步的，所述二号限位机构包括第二定位珠，第二定位珠安装在排气套筒外旋转表面，二号腔体内壁上设有用于镶嵌第二定位珠的第二凹槽。
进一步的，所述凸轮轴每旋转一周，所述进气门和排气门往复运动一次。
进一步的，所述发动机进排气压力高于外界环境压力。
进一步的，所述进气套筒与所述缸盖内壁间隙滑动配合，所述排气套筒与所述缸盖内壁间隙滑动配合。
相对于现有技术，本发明所述的柴油机低流阻换气装置具有以下优势：
(1)本发明所述的柴油机低流阻换气装置，可以在柴油机缸盖底板面积受限的情况下，进一步增大发动机进排气流通面积，从而有效降低气体流动阻力，提高充气效率，结构紧凑，有利于工程化应用。
(2)本发明所述的柴油机低流阻换气装置，设置的限位机构，结构紧凑，能够有效限定套筒的运动位置。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的柴油机低流阻换气装置处于气门关闭时的示意图；
图2为本发明实施例所述的柴油机低流阻换气装置处于发动机排气时的示意图；
图3为本发明实施例所述的柴油机低流阻换气装置处于发动机进气时的示意图；
图4为本发明实施例所述的柴油机低流阻换气装置处于气门即将关闭时的示意图；
图5为图4中的进气门与进气套筒配合的示意图；
图6为图4中的排气门与排气套筒配合的示意图。
附图标记说明：
1.凸轮轴；2.进气门弹簧；3.进气凸轮；4.排气凸轮；5.排气门弹簧；6.排气套筒；7.排气道；8.第二空气腔；9.排气门；10.通道；11.进气门；12.第一空气腔；13.进气道；14.进气套筒；15.缸盖；16.进气孔；17.第一定位珠；18.第一挡圈；19.第二挡圈；20.第二定位珠；21.第三挡圈；22.第四挡圈。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种柴油机低流阻换气装置，如图1至图6所示，包括凸轮轴1、缸盖15，进气门11、排气门9，所述凸轮轴1转速与发动机转速相同，所述凸轮轴1上设有分别驱动进气门11的进气凸轮3以及驱动排气门9的排气凸轮4，所述缸盖15下设有发动机气缸，所述缸盖15内部设有一号腔体和二号腔体，一号腔体通过进气道13与外部连通，二号腔体通过排气道7与外部连通，所述进气门11上方与缸盖15顶部之间设有进气门弹簧2，所述排气门9与所述缸盖15顶部之间设有排气门弹簧5；所述进气门11的气门杆自上而下依次套接第一挡圈18、进气套筒14和第二挡圈19，其中进气套筒14与进气门11的气门杆滑动连接，使得第一挡圈18和第二挡圈19可随进气门11的运动，驱动所述进气套筒14上下移动；所述进气门11与所述进气套筒14下侧之间形成第一空气腔12，所述进气套筒14与所述一号腔体内壁之间设有一号限位机构；所述排气门9的气门杆自上而下依次套接第三挡圈21、排气套筒6和第四挡圈22，其中排气套筒6与排气门9的气门杆滑动连接，使得第三挡圈21和第四挡圈22可随所述排气门9的运动，驱动所述排气套筒6上下移动；所述排气门9与所述排气套筒6下侧之间形成第二空气腔8，第二空气腔8与第一空气腔12经通道10连通，所述排气套筒6与所述二号腔体内壁之间设有二号限位机构；所述进气套筒14侧壁设有一进气孔16，所述进气凸轮3和排气凸轮4的形状与正时相同，以保证所述进气门11和所述排气门9的运动规律一致；所述柴油机为增压柴油机，所述进气套筒14上侧、所述排气套筒6上侧与外界环境相通。所述进气道13和排气道7位于所述缸盖15两侧，且位置相对。
第一挡圈18、第二挡圈19均与进气门11的气门杆固定连接，因此第一挡圈18、第二挡圈19可随所述进气门11的运动，驱动所述进气套筒14上下移动；同理，第三挡圈21、第四挡圈22可随所述排气门9的运动，驱动所述排气套筒6上下移动。
所述一号限位机构包括第一定位珠17，第一定位珠17安装在进气套筒14外旋转表面，一号腔体(缸盖15内壁)内壁上设有用于镶嵌第一定位珠17的第一凹槽。第一定位珠17与第一凹槽配合可限定所述进气套筒14向上运动的位置。
所述二号限位机构包括第二定位珠20，第二定位珠20安装在排气套筒6外旋转表面，二号腔体内壁(缸盖15内壁)上设有用于镶嵌第二定位珠20的第二凹槽。第二定位珠20与第二凹槽配合可限定所述排气套筒6向上运动的位置。
所述凸轮轴1每旋转一周，所述进气门11和排气门8往复运动一次。
进气套筒14上下移动可实现进气道13与第一空气腔12的通断。排气套筒6上下移动可实现排气道7与第二空气腔8的通断。
所述发动机进排气压力高于外界环境压力。
所述进气套筒14与所述缸盖15内壁间隙滑动配合，所述排气套筒6与所述缸盖15内壁间隙滑动配合，以减小阻力。
一种柴油机低流阻换气装置的工作原理为：
如图1所示，所述进气凸轮3的凸起端与所述进气门11不接触，所述排气凸轮4的凸起端与所述排气门9不接触，在进气门弹簧2和排气门弹簧5的作用力下，所述进气门11和所述排气门9都处于关闭状态。进气套筒14与第二挡圈19接触，第一定位珠17与缸盖15内壁面第一凹槽配合，进气道13与第一空气腔12处于断开状态。由于发动机排气压力大于外界环境压力，排气套筒6在合力的驱动下处于最上端与第三挡圈21接触，此时排气道7与第二空气腔8处于连通状态。
如图2所示，随着凸轮轴1的旋转，所述进气凸轮3的凸起端与所述进气门11接触，所述排气凸轮4的凸起端与所述排气门9接触，克服进气门弹簧2和排气门弹簧5的作用力，所述进气门11和所述排气门9都处于开启状态。此时第一定位珠17与缸盖15内壁面第二凹槽配合，进气道13与第一空气腔12仍处于断开状态。排气门9上的第三挡圈21带动排气套筒6向下方移动，此时排气道7与第二空气腔8仍处于连通状态，缸内的废气一部分通过排气门9和第二空气腔8进入所述排气道7，另一部分通过进气门11、第一空气腔12、通道10和第二空气腔8进入所述排气道7，实现充分排气。
如图3所示，随着凸轮轴1的继续旋转，所述进气凸轮3的凸起端与所述进气门11接触，所述排气凸轮4的凸起端与所述排气门9接触，克服进气门弹簧2和排气门弹簧5的作用力，所述进气门11和所述排气门9仍处于开启状态。此时第一挡圈18开始与进气套筒14接触，并驱动进气套筒14向下移动，所述进气孔16开始与进气道13相通。排气门9上的第三挡圈21带动排气套筒6向下方移动，使第二空气腔8与排气道7相隔断。进气道13内部的新鲜空气一部分通过进气孔16、第一空气腔12和进气门11进入缸内，另一部分通过进气孔16、第一空气腔12、通道10、第二空气腔8和排气门9进入缸内，实现充分进气。
如图4所示，随着凸轮轴1的继续旋转，所述进气凸轮3的最高凸起端远离进气门11，所述排气凸轮4的最高凸起端远离排气门9，所述进气门11和所述排气门9仍处于开启状态，但逐渐回落，气门即将关闭。第一定位珠17与缸盖15内壁面第一凹槽配合，进气道13与第一空气腔12处于断开状态。第二定位珠20与缸盖15内壁面第二凹槽配合，排气道7与第二空气腔8处于断开状态，此时第四挡圈22开始与排气套筒6接触，并即将驱动排气套筒6向上运动。
随着凸轮轴1的继续旋转，气门将重新处于关闭状态，如图1所示。在第四挡圈22的带动下，第二定位珠20脱落缸盖15内壁面第二凹槽，且由于所述发动机进排气压力高于外界环境压力，排气套筒6向上运动，直至与所述第三挡圈21接触。
综上，本发明在进排气过程中，进气门和排气门都处于打开状态，有效增大气门喉口流通面积，可以有效降低阻力，提高发动机充气效率，本发明结构简单紧凑，有利于工程化应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柴油机低流阻换气装置，包括凸轮轴、缸盖、进气门和排气门，所述凸轮轴转速与发动机转速相同，所述凸轮轴上设有进气凸轮和排气凸轮，所述缸盖下设有发动机气缸，所述进气门顶部与缸盖顶部之间设有进气门弹簧，所述排气门顶部与所述缸盖顶部之间设有排气门弹簧，其特征在于：所述缸盖内部设有一号腔体和二号腔体，一号腔体通过进气道与外部连通，二号腔体通过排气道与外部连通，所述进气门的气门杆自上而下依次套接第一挡圈、进气套筒和第二挡圈，其中进气套筒中部与进气门的气门杆滑动连接，进气套筒外壁与所述一号腔体滑动连接，所述进气门与所述进气套筒下侧之间形成第一空气腔，所述进气套筒与所述一号腔体内壁之间设有一号限位机构；所述排气门的气门杆自上而下依次套接第三挡圈、排气套筒和第四挡圈，其中排气套筒中部与排气门的气门杆滑动连接，排气套筒外壁与所述二号腔体内壁滑动连接，所述排气门与所述排气套筒下侧之间形成第二空气腔，第二空气腔与第一空气腔连通，所述排气套筒与所述二号腔体内壁之间设有二号限位机构；所述进气凸轮和排气凸轮的形状与正时相同，所述进气套筒上侧、所述排气套筒上侧均与外界环境相通，
在排气阶段，所述进气门和所述排气门都处于开启状态，进气道与第一空气腔处于断开状态，排气道与第二空气腔处于连通状态，缸内的废气一部分通过排气门和第二空气腔进入排气道，另一部分通过进气门、第一空气腔、通道和第二空气腔进入所述排气道，实现充分排气；
在进气阶段，所述进气门和所述排气门处于开启状态，进气孔与进气道相通，第二空气腔与排气道相隔断，进气道内部的新鲜空气一部分通过进气孔、第一空气腔和进气门进入缸内，另一部分通过进气孔、第一空气腔、通道、第二空气腔和排气门进入缸内，实现充分进气。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机低流阻换气装置，其特征在于：所述一号限位机构包括第一定位珠，第一定位珠安装在进气套筒外旋转表面，一号腔体内壁上设有用于镶嵌第一定位珠的第一凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机低流阻换气装置，其特征在于：所述二号限位机构包括第二定位珠，第二定位珠安装在排气套筒外旋转表面，二号腔体内壁上设有用于镶嵌第二定位珠的第二凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种柴油机低流阻换气装置，其特征在于：所述凸轮轴每旋转一周，所述进气门和排气门往复运动一次。
5.根据权利要求1所述的一种柴油机低流阻换气装置，其特征在于：所述发动机进排气压力高于外界环境压力。
6.根据权利要求1所述的一种柴油机低流阻换气装置，其特征在于：所述进气套筒与所述缸盖内壁间隙滑动配合，所述排气套筒与所述缸盖内壁间隙滑动配合。
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