TW202039991A - 旋轉閥內燃機 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種旋轉閥內燃機，包括一燃燒室，部分地由活塞和汽缸的燃燒端所定義；一閥罩，固定於汽缸之燃燒端之外部，並定義一孔和由一滾珠軸承的一旋轉閥，該滾珠軸承可在該孔中環繞一旋轉閥軸旋轉。該旋轉閥安裝於該閥罩中，以透過一齒輪傳動系並藉由曲軸旋轉，該齒輪傳動系具有隨該旋轉閥快速旋轉的一從動齒輪。於軸承與該從動齒輪之間設有一間隙，該間隙包含一彈性元件，以使閥偏置成與軸承嚙合。軸承在內圈與外圈之間具有一密封件，並具有通往進氣口的一排放通道，以限制燃燒氣體透過軸承到達該彈性元件。

Description

旋轉閥內燃機
本發明是關於一種旋轉閥內燃機，其中，借助於旋轉閥達到對於燃燒氣體的進氣和排氣之控制。
一種習知旋轉閥內燃機，其包括：一活塞，連接一曲軸並於一汽缸中往返，汽缸具有一燃燒端，一燃燒室部分地由活塞和汽缸之燃燒端所定義；一閥罩，固定於汽缸之燃燒端之外部，並於閥罩中定義一孔和沿該孔中的一旋轉閥軸旋轉的一旋轉閥，旋轉閥具有一中空閥體，中空閥體具有一內容積，以形成燃燒室之一部分，其中中空閥體的內容積於燃燒過程中容納燃燒氣體，且於其壁還具有一接口，用於在閥旋轉時於閥罩內藉由進氣口和排出口提供流體流通依序至燃燒室和自燃燒室。
本發明試圖提供一種具有改良結構特徵的發動機。
依據本發明，提供了一種旋轉閥內燃機，其包括一活塞，連接一曲軸並可於一汽缸中往復，汽缸具有一燃燒端，一燃燒室部分地由活塞和汽缸之燃燒端所定義；一閥罩，固定於汽缸之燃燒端之外部，並於閥罩中定義一孔和沿該孔中的一旋轉閥軸旋轉的一旋轉閥，旋轉閥具有一中空閥體，中空閥體具有一內容積，以形成燃燒室之一部分，其中中空閥體之內容積於燃燒過程中容納燃燒氣體，且於其壁部分還具有一接口，用於在閥旋轉時於閥罩內藉由進氣口和排出口提供流體流通依序至燃燒室和自燃燒室，其中旋轉閥安裝於閥罩中，以透過一齒輪傳動系並藉由曲軸旋轉，齒輪傳動系包含可沿旋轉閥軸旋轉的一從動齒輪，驅從齒輪隨旋轉閥快速旋轉，其中於從動齒輪與安裝有旋轉閥的軸承之間設置有一預定的軸向間隙，軸承包括一單圈滾珠軸承，其中軸承內圈與外圈之間的空間由一密封件密封，以防止燃燒氣體通過軸承。
於一較佳實施例中，軸承內圈與外圈之間的空間由一密封件密封，以實質上限制燃燒氣體通過軸承，其中密封件位於單圈滾珠軸承的閥側上，從而保護軸承免受燃燒氣體的影響。
較佳地，從動齒輪具有一環形條，以對齊軸承的內圈，軸向間隙形成於環形條與軸承的內圈之間。
較佳地，彈性元件位於軸向間隙中。
較佳地，密封件由金屬製成，且較佳形式中包括一波形彈簧元件。
較佳地，彈性元件為環形，與旋轉閥同軸。
較佳地，彈性元件為一波形彈簧。
於一較佳實施例中，設置有一排氣通道，以將從閥體與閥罩之間的空間逸出的燃燒氣體排放回進氣口。
現在參考圖1，其顯示單缸氣冷發動器。該發動機含有容納汽缸2的汽缸罩。活塞1以常規方式連接至曲軸3，而曲軸3安裝成在曲軸箱14中旋轉以在汽缸2中往返。汽缸2的上部由在燃燒室殼體的燃燒室4密封。進氣空氣／燃料混合物和廢氣流入和流出燃燒室4的氣流係由旋轉閥5所控制。於此實施例中，閥5可在燃燒室殼體中的閥罩8內沿與汽缸2之軸線同軸的軸線5a旋轉。於其他實施例中，閥體的旋轉軸偏離汽缸2的軸線5a。
於遠離燃燒室4的一端，旋轉閥5具有同心驅動軸6，同心驅動軸6承載有單圈滾珠軸承7，單圈滾珠軸承7將閥5可旋轉地支撐在閥罩8中。閥驅動軸6固定至同軸從動齒輪9，而同軸從動齒輪9透過從動齒輪9與驅動裝置11的驅動齒輪10嚙合，因此將旋轉閥5連接至曲軸3。驅動裝置11包含驅動軸12，驅動軸12位於汽缸罩中的通道或管17內，並安裝成在與驅動齒輪10相鄰的上軸承18和與曲軸相鄰的下軸承13中旋轉。
通道或管17澆鑄到汽缸罩中。通道或管17與汽缸罩一體成形，其可由鑄造工藝形成。驅動軸11承載有錐齒輪15，錐齒輪15與固定於曲軸上相對應的錐齒輪16嚙合，以便與曲軸3一起旋轉。因此，曲軸3的旋轉以及因此活塞的運動與旋轉閥5的旋轉相互適配，使得發動機以常規的四衝程循環運行。為此，從動齒輪9的直徑為驅動齒輪10的兩倍，使得旋轉閥5以發動機速度的一半旋轉。
現在也參考圖2，其顯示旋轉閥5的更多細節，旋轉閥5包括通常為圓柱形的旋轉閥體5，旋轉閥體5可環繞旋轉閥軸線5a旋轉，並緊密滑動地適配於閥罩8的孔中。旋轉閥5具有中空閥體16，中空閥體16具有內容積19，以形成燃燒室之一部分。閥具有通常為圓柱形的主體部分，主體部分包括閥體16自身，主體部分的直徑略大於軸6，軸6形成肩部14，而滾珠軸承7的內圈28位於肩部14上。閥體16延伸至燃燒室中，且在其內部具有容積20，容積20形成燃燒室4之一部分，且在燃燒過程的所有階段中均用以容納燃燒氣體。閥體19可緊密滑動地適配於閥罩8中的孔中旋轉。閥5和閥罩8由鋁所形成。
旋轉閥5的軸6部分的直徑僅比閥體19略小，以提供肩部14。軸為實心，以提供用於將熱量從閥體16傳導至外部的良好路徑。
於閥旋轉的過程中，旋轉閥體接口21可使流體流通依序至閥的內容積和自閥的內容積以及因此藉由於閥罩中的進氣口和排氣口與燃燒室的流體流通。於此實施例中，接口21為凹口的形式，凹口形成在閥體的壁23的下周邊緣22中，與燃燒室4相鄰，凹口從閥的壁之下邊緣向上延伸以形成位於閥側面的接口21。
進一步參考圖2和圖3，其顯示從動齒輪9與旋轉閥5之間的連接。借助於埋頭螺釘30將從動齒輪9同軸地固定於旋轉閥5上。從動齒輪9具有同心凹部，同心凹部容納軸6的外端，並且凹部具有與滾珠軸承7的內圈28對齊的環形條31。於環形條31與內圈28之間設置有軸向空隙32，以允許較小程度的軸向浮動，此意味著閥5未夾緊在內圈28上，因此可以略微徑向移動以容納任何在軸承7與旋轉閥在其中旋轉的閥孔之間的微小同心偏移。
於運行中，由燃燒氣體所產生的力傾向於使閥體相對於閥罩軸向移動。而為了防止由於閥體16相對於軸承的內圈28之軸向運動而導致的肩部14對軸承7的內圈28之錘擊，波形彈簧24形式的彈性元件偏壓從動齒輪9，以推動閥體16的肩部14向上從而與內圈28的下面接觸，否則將於每個燃燒循環中發生這種情況，如圖4所示，於操作過程中，具有足夠的力以防止兩部件之間的錘擊或顫動，但強度不足以防止閥體發生輕微的徑向運動，故須適應閥與閥罩之間的輕微錯位，而此實際上是由於部件製造公差引起的微小差異而導致。
如圖5a至圖5c所示，波形彈簧由通常為環形的板狀體所組成。特別是如圖5b和圖5c所示，波形彈簧24於其整個環形長度上具有使彈簧從徑向平面彎曲的複數波形。於此實施例中，波形彈簧由彈簧鋼所形成。彈簧元件可由其他材料、設計、或形狀所形成，只要其滿足能夠提供所需的彈性阻尼效果且能夠應付發動機中的惡劣環境條件之目的。
圖6圖示旋轉閥5和具有波形彈簧24的從動齒輪9之示意性透視圖，其中波形彈簧24位於軸承的內圈28與從動齒輪9之間的位置。圖7圖示旋轉閥5和單圈滾珠軸承7固定到位的從動齒輪9相似的示意性透視圖。同樣如圖8所示，藉由金屬密封件26將軸承7的內圈28與外圈29之間的空間於其下邊緣處密封。
實際上已發現一些燃燒氣體於旋轉閥體5與閥罩8之間的介面之間逸出。這些燃燒廢氣可透過軸承7並經過滾珠25，且進入含有從動齒輪和波形彈簧的腔室中，以產生對於閥的性能和耐用性會造成不良影響的積碳，且熱氣的高溫和腐蝕作用會導致波形彈簧提早損壞。為防止或至少減少燃燒氣體洩漏橫跨軸承7，密封件26密封了軸承的內圈28與外圈29之間的間隙，密封件由金屬製成以應付惡劣的環境條件。再者，密封件限制了逸出的燃燒氣體使彈性彈簧免受損壞或破壞。
現參考圖8顯示閥和軸承設備的放大圖，如黑色箭頭40所示，其圖示了一種對於進氣通道37的改進，其中從環形金屬密封件26與閥罩之間的狹窄環形空間28中提供通往進氣口的進氣通道37。此舉具有的優點是逸出的燃燒氣體被饋送回進氣口39，在此其透過發動機再循環以改善發動機的排放性能。
透過正時銷33使旋轉閥5達到相對於閥齒輪的正確位置，以決定發動機的正時。驅動齒輪10具有正時標記34，其指出發動機何時位於上死點。連接至旋轉閥的從動齒輪9具有適用於接收正時銷33的正時孔35，並且驅動齒輪具有相對應的正時孔，而正時銷插入正時孔以將從動齒輪9固定至旋轉閥5，以保持旋轉閥位於其上死點位置。接著插入埋頭螺釘30，以將從動齒輪9固定於在正確正時位置上的旋轉閥5，而螺釘30的埋頭嚙合正時銷33的端部以將其固定到位。諸如螺釘30上的墊圈之類的其他裝置可用於將正時銷33固定到位。
因為旋轉閥於其周壁上具有接口21，所以已知閥的質量在其周圍分布不均，並且在旋轉閥實際旋轉時產生不平衡的力。於發動機的另一實施例中，於汽門結構中製造配重或配重質量，特別是藉由在從動齒輪9中添加材料或從從動齒輪9中的適當位置移除材料。實施例描述的為單缸氣冷發動機，但應理解本發明同樣適用於多缸及／或水冷發動機。
1:活塞 2:汽缸 3:曲軸 4:燃燒室 5:閥 5a:軸線 6:軸 7:軸承 8:閥罩 9:從動齒輪 10:驅動齒輪 11:驅動裝置 12:驅動軸 13:下軸承 14:肩部 15:錐齒輪 16:中空閥體 17:管 18:上軸承 19:內容積 20:容積 21:接口 22:下周邊緣 23:壁 24:波形彈簧 25:滾珠 26:密封件 28:內圈 29:外圈 30:埋頭螺絲 31:環形條 32:軸向空隙 33:正時銷 34:正時標記 35:正時孔 37:進氣通道 39:進氣口 40:黑色箭頭
現在將參考附圖而以實施例描述本發明之較佳實施例，其中： 圖1顯示一種單缸氣冷旋轉閥內燃機之剖視圖。 圖2為旋轉閥體和驅動齒輪之一部分的放大示意圖。 圖3顯示旋轉閥驅動和從動齒輪的平面圖。 圖4顯示旋轉閥和驅動齒輪的放大剖視圖。 圖5a至圖5c分別顯示波形彈簧的平面圖和側視圖。 圖6顯示閥和從動齒輪的透視圖。 圖7顯示閥和滾珠軸承的透視圖。 圖8顯示燃燒氣體逸出的路徑。
1:活塞
2:汽缸
3:曲軸
4:燃燒室
5:閥
5a:軸線
6:軸
7:軸承
8:閥罩
9:驅動齒輪
10:驅動齒輪
11:驅動裝置
12:驅動軸
13:下軸承
14:肩部
15:錐齒輪
16:中空閥體
17:管
18:上軸承

Claims (8)

  1. 一種旋轉閥內燃機，包括： 一活塞，連接一曲軸並可於一汽缸中往返，該汽缸具有一燃燒端，一燃燒室部份地由該活塞和該汽缸之該燃燒端所定義； 一閥罩，固定於該汽缸之該燃燒端之外部，並於該閥罩中定義一孔和沿該孔中的一旋轉閥軸旋轉的一旋轉閥，該旋轉閥具有一中空閥體，該中空閥體具有一內容積，以形成該燃燒室之一部份，其中該中空閥體之該內容積於燃燒過程中容納燃燒氣體，且於其壁部分還具有一接口，用於在該閥旋轉時於該閥罩內藉由進氣口和排出口提供流體流通依序至該燃燒室和自該燃燒室，於該旋轉閥之主體的表面與該閥罩中之該孔的連續表面之間形成密封功能，其中該旋轉閥安裝於該閥罩中，以透過一齒輪傳動系並藉由曲軸旋轉，該齒輪傳動系包含可沿該旋轉閥軸旋轉的一從動齒輪，該從動齒輪隨該旋轉閥快速旋轉； 一軸承，提供於該驅動齒輪與該閥體之間，該軸承包括一單軸承，其中該軸承內圈與外圈之間的空間由一密封件封閉，以實質上限制燃燒氣體通過該軸承。
  2. 如請求項1所述之旋轉閥內燃機，其中該密封件位於該單圈滾珠軸承的該閥側上，從而保護該滾珠軸承免受燃燒氣體的影響。
  3. 如請求項1或2所述之旋轉閥內燃機，其中該密封件由金屬製成。
  4. 如前述請求項任一項所述之旋轉閥內燃機，其中設置有一排氣通道，以將從該閥體與該閥罩之間的空間排出的燃燒氣體排放回進氣口，該排氣口由一鑽孔或於閥孔表面上的一凹槽所組成。
  5. 如前述請求項任一項所述之旋轉閥內燃機，其中於該從動齒輪與安裝有該旋轉閥的該軸承之間設置有一預定的軸向間隙。
  6. 如請求項5所述之旋轉閥內燃機，其中該從動齒輪具有一環形條，以對齊該軸承的該內圈，該軸向間隙形成於該環形條與該軸承的該內圈之間。
  7. 如前述請求項任一項所述之旋轉軸內燃機，其中該密封件包括一環形的彈性元件，與該旋轉閥同軸。
  8. 如前述請求項任一項所述之旋轉閥內燃機，其中該彈性元件為一波形彈簧。
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