CN106703927A - 新型发动机配气机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型发动机配气机构，包括气缸体、活塞、曲轴和连杆，以及火花塞，采用进气气门轴和排气气门轴结构；进气气门轴和排气气门轴上设置旋转气门，其一侧设置有让位缺口作为气流通道，通过驱动机构分别控制进气口旋转气门和排气口旋转气门的时序，实现进气口旋转气门和排气口旋转气门按周期通气或密闭。本发明通过在一根中空轴上的多个空心圆柱型弧面上开口作为进、排气口，旋转气门两边装有金属密封环，气门座左右两边装有与圆柱形气门贴合的金属密封条，根据发动机发火顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气道，使新鲜气体及时进入气缸，废气及时排出气缸。

Description

新型发动机配气机构
技术领域
本发明属于内燃机配气***技术领域，具体涉及一种结构简化且具有气门冷却功能的新型发动机配气机构。
背景技术
现代的汽车发动机配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座及锁片等；气门传动组包括正时齿轮、正时链条（皮带）、凸轮轴、挺杆、推杆、调整螺钉、摇臂、摇臂轴等。其作用是根据发动机点火顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜气体及时进入气缸，废气及时排出气缸。
存在的问题：1、进、排气效率受进、排气门的构造影响，有效时间内不能达到最大进、排气量。进、排气门均为菌型结构，进、排气时，气流均需绕过气门顶部，影响瞬时进、排气量；2、气门组零部件多，摩擦阻力大；3、气门的密闭需在张力弹簧的作用下才能密闭，运行阻力大，消耗发动机功率；4、囿于燃烧室位置所限，迄今为止，现有的发动机均无法在气门座周边布置冷却液通道，冷却液不能流经此处，燃烧室及进、排气门得不到有效冷却。尤其是排气门位置，常时间工作的温度最高，气门烧蚀比进气门严重。高温还容易产生爆震，影响发动机压缩比的进一步提高；5、气门开启、关闭所需传动部件多，其响应速度影响发动机转速进一步提高；6、较多的气门组零部件增加了发动机的体积、重量；7、正时齿轮错位时，容易导致气门、活塞损坏。
发明内容：
本发明采用了一体化构造，将凸轮轴与气门合二为一，形成轴式旋转气门。根据发动机发火顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气道，使新鲜气体及时进入气缸，废气及时排出气缸。
采用的技术方案：一种新型发动机配气机构，包括气缸体、活塞、曲轴和连杆，以及火花塞，位于燃烧室顶部的进气门和排气门分别采用进气气门轴和排气气门轴结构；进气气门轴和排气气门轴上至少设置一个外径大于气门轴外径的凸出的旋转气门；所述旋转气门的一侧设置有让位缺口作为气流通道，让位缺口占用旋转气门圆周的四分之一；位于燃烧室顶部的进气口和排气口分别与相应的旋转气门外表面轮廓匹配并密封接触；通过驱动机构分别控制进气口旋转气门和排气口旋转气门的顺序，实现进气口旋转气门和排气口旋转气门按周期通气或密闭；同时，在所述气门轴的轴心位置设置有轴向冷却通道，轴向冷却通道位于气门轴两端部设置有径向通道，并在径向通道外侧密封安装有与冷却液道相通的气门轴座，与冷却液道相通的气门轴座设置有内腔及液体接口，内腔与相应径向通道对接；通过水泵驱动使冷却液经过所述轴向通道和冷却液道相通的气门轴座构成气门轴冷却***。
在进气口或排气口的两侧与旋转气门接触区域分别设置有气门密封片，同时在所述旋转气门轴的圆周面两端分别设置有密封环，从而密封环与其两侧气门密封片围成密封隔离层。
在所述气缸体的内壁中部设置有气缸体冷却腔，通过水泵构成缸体冷却***。
所述气门轴冷却***和缸体冷却***是通过水泵驱动冷却液进入冷却***后构成冷却环路。
位于所述径向通道外侧的冷却液道相通的气门轴座与气门轴表面之间设置有圆周密封环。气门轴安装在与气缸盖一体的气门轴轴承底座上，气门轴轴承上盖通过螺栓将气门轴固定，气门轴在里面旋转。
本发明通过在一根中空轴上的N个空心圆柱型弧面上开口作为进、排气口，旋转气门两边装有金属密封环，气门座左右两边装有与圆柱形气门贴合的金属密封片，根据发动机发火顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气道，使新鲜气体及时进入气缸，废气及时排出气缸。具有如下有益效果：
1、避免了现有气门菌型构造的进、排气阻力，提高进排、气效率；
2、大大减少了配气机构的零部件，减少摩擦力；
3、运行阻力小，减少发动机功率消耗；
4、中空的进、排气轴及与轴一体的中空旋转气门，可以让流经的冷却液迅速带走热量，燃烧室顶部得到有效冷却，提高压缩比和抗爆震能力；
5、进、排气机构无多余的传动部件，可进一步提高发动机转速；
6、减少了发动机的体积、重量，发动机重心也可相应降低，增加了车辆的稳定性。
7、在正时齿轮错位时，不会损坏活塞等其他零部件。
8、可提高燃油经济性。
附图说明：
图1是气门轴式发动机的剖面结构示意图；
图2是图1的四冲程状态示意图；
图3是图1中进气门轴的局部剖面结构示意图；
图4是图3转动90度后的状态示意图；
图5是图4中A-A剖面结构示意图；
图6是图5的传动部分侧面结构示意图。
图中，标号1为气缸体，2为活塞，3为曲轴，4为连杆，5为连杆轴承，6为燃烧室，7为气门轴，81为进气口旋转气门，82为排气口旋转气门，91为进气口，92为排气口，10为气流通道，11为轴向冷却通道，12为气缸体冷却腔，13为气门密封片一，14为气门密封片二，15为缸体裙部（曲轴箱），16为油底壳，17为火花塞，18为密封环，19为与冷却液道相通的气门轴座进口端，20为与冷却液道相通的气门轴座出口端，21为进液口，22为出液口，23为径向通道，24为圆周密封环，25为气门轴座，25’为轴承上盖，26为气门轴正时齿轮，27为主动齿轮，27为蜗杆，28为驱动机构，29为气门轴承上盖固定螺栓，30为冷却***及水泵。
具体实施方式：
如图1所示的发动机配气机构，包括如传统发动机结构的气缸体1、活塞2、曲轴3和连杆4，以及火花塞17等部件。在传统发动机的基础上，将位于燃烧室顶部的进气门和排气门分别设计为进气气门轴和排气气门轴结构。
具体地，参见图3和图4，在进气气门轴和排气气门轴上设置四个（数量不限）外径大于气门轴外径的凸出的旋转气门。旋转气门的一侧设置有让位缺口作为气流通道10，让位缺口占用旋转气门圆周的四分之一。
位于燃烧室顶部的进气口91和排气口92分别与相应的旋转气门外表面轮廓匹配并密封接触。例如，在进气口91或排气口92的两侧与旋转气门接触区域分别设置有气门密封片，同时在所述旋转气门轴的圆周面两端分别设置有密封环18，从而密封环18与其两侧气门密封片围成密封隔离层。
通过驱动机构28（或正时链条）分别控制进气口91旋转气门81和排气口旋转气门82的顺序，实现进气口旋转气门81和排气口旋转气门82按周期通气或密闭。驱动机构28可以通过电机驱动主动齿轮27（或蜗杆27’）旋转，然后再驱动气门轴正时齿轮26转动，气门轴正时齿轮26安装于相应气门轴上，如图4-图6所示。
同时，如图1-图5所示，在所述气门轴的轴心位置设置有轴向冷却通道11，轴向冷却通道11位于气门轴两端部设置有径向通道23，并在径向通道23外侧密封安装有与冷却液道相通的气门轴座，与冷却液道相通的气门轴座设置有内腔及液体接口，冷却液道相通的气门轴座的内腔与相应径向通道23对接。如图3中，与冷却液道相通的气门轴座进口端19和与冷却液道相通的气门轴座出口端。通过水泵驱动使冷却液经过所述轴向通道和冷却液道相通的气门轴座构成气门轴冷却***。位于所述径向通道23外侧的冷却液道相通的气门轴座与气门轴表面之间设置有圆周密封环24。气门轴安装在与气缸盖一体的气门轴轴承底座上，气门轴轴承上盖通过螺栓将气门轴固定，气门轴在里面旋转。
另外，在所述气缸体1的内壁中部也设置有气缸体冷却腔12，通过驱动机构及水泵构成缸体冷却***。
所述气门轴冷却***或缸体冷却***是通过水泵驱动冷却液进入冷却***后构成冷却环路。
如图2中A所示的进气行程。进气气门轴进气开口与进气管接通，气流可以无阻碍地进入气缸，完成发动机第一个工作行程—进（吸）气。此时活塞处于下止点位置，排气气门轴上排气开口则处于关闭状态。
如图2中B所示的压缩行程。进气侧气门轴进气开口旋转90°，使进气道与燃烧室断开，气缸内形成密闭空腔，将进入气体进行压缩，完成发动机工作第二个行程——压缩行程；此时活塞处于上止点位置，排气气门轴上排气开口旋转90°，仍处于关闭状态。
如图2中C所示的爆发（做功）行程。火花塞点燃燃烧室压缩可燃混合气体，推动活塞做工下行至下止点，进、排气轴继续同时旋转90°，气缸仍为密闭空间，完成发动机工作第三个行程—爆发（作功），输出动力。
如图2中D所示的排气行程。活塞由下止点上行时，排气气门轴旋转90°，排气开口与排气管相通，废气在活塞上行推力作用下排出气缸。此时，进气门轴也同时旋转90°。待活塞下行时，，进、排气轴继续同时旋转90°，进气轴开口与进气道相通，排气轴开口关闭，以进行下一次进（吸）气行程。
轴式旋转气门的驱动方式也可采用正时链条（皮带）传动和电动机驱动二种方式。

Claims (6)

1.一种新型发动机配气机构，包括气缸体、活塞、曲轴和连杆，以及火花塞，其特征是：位于燃烧室顶部的进气门和排气门分别采用进气气门轴和排气气门轴结构；进气气门轴和排气气门轴上至少设置一个外径大于气门轴外径的凸出的旋转气门；所述旋转气门的一侧设置有让位缺口作为气流通道，让位缺口占用旋转气门圆周的四分之一；位于燃烧室顶部的进气口和排气口分别与相应的旋转气门外表面轮廓匹配并密封接触；通过驱动机构分别控制进气口旋转气门和排气口旋转气门的顺序；同时，在所述气门轴的轴心位置设置有轴向冷却通道，轴向冷却通道位于气门轴两端部设置有径向通道，并在径向通道外侧密封安装有与冷却液道相通的气门轴座，与冷却液道相通的气门轴座设置有内腔及液体接口，内腔与相应径向通道对接；通过水泵驱动使冷却液经过所述轴向通道和冷却液道相通的气门轴座构成气门轴冷却***。
2.根据权利要求1所述的新型发动机配气机构，其特征是：在进气口或排气口的两侧与旋转气门接触区域分别设置有气门密封片，同时在所述旋转气门轴的圆周面两端分别设置有密封环，从而密封环与其两侧气门密封片围成密封隔离层。
3.根据权利要求1所述的新型发动机配气机构，其特征是：在所述气缸体的内壁中部设置有气缸体冷却腔，通过驱动机构构成缸体冷却***。
4.根据权利要求1或3所述的新型发动机配气机构，其特征是：所述气门轴冷却***或缸体冷却***是通过水泵驱动冷却液进入冷却***后构成冷却环路。
5.根据权利要求1所述的新型发动机配气机构，其特征是：位于所述径向通道外侧的冷却液道相通的气门轴座与气门轴表面之间设置有圆周密封环。
6.根据权利要求1所述的新型发动机配气机构，其特征是：气门轴安装在与气缸盖一体的气门轴轴承底座上，气门轴轴承上盖通过螺栓将气门轴固定，气门轴在里面旋转。
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