CN107701258B - 一种发动机高效进气机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机高效进气机构，包括凸轮、活塞套、活塞、气缸盖和气门；活塞套内壁与活塞底端以及气缸盖顶端之间围成活塞腔；活塞顶端安装有滚轮，凸轮内部沿旋转方向设有一圈倒T字形的导向槽，滚轮与导向槽互相配合，凸轮的外轮廓与活塞互相配合；气门杆内部设有通道，该通道一端与活塞腔相通，另一端与进气气道相通。本发明所述的发动机高效进气机构取消了传统的气门弹簧，在气门上升过程和回落过程中进行额外增压，在气门关闭时存储进气能量，可以增大凸轮的丰满系数并降低泵气损失，从而有效提高发动机充气效率。此外，本发明结构简单紧凑，有利于工程化应用。

Description

一种发动机高效进气机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其是涉及一种高效进气机构。
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。
传统发动机的气门都带有气门预紧弹簧，这使得发动机的气门机构设计要考虑运动学设计以及应力设计，避免因转速过高导致气门飞脱以及因接触应力过大导致凸轮磨损破坏。除此之外，传统发动机进气压力波是脉动的，即发动机进气门打开时，气流开始进入缸内；当发动机进气门关闭时，一部分气流又被反射回去，导致进气能量有所耗损。
如何在高转速下保证气门机构可靠性的同时尽可能提高凸轮的丰满系数以及使进气具有一定连续性以提高发动机的充气效率，进而优化燃烧过程提升发动机性能，成为发动机设计者们孜孜不倦的追求
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机高效进气机构，以实现更高凸轮丰满系数以及更大充气效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种发动机高效进气机构，包括凸轮轴，其至少一端固接有凸轮，凸轮上围绕凸轮轴设有导向槽；活塞套，其一端的内部沿其轴向滑动连接有活塞，活塞的外端与凸轮的外轮廓壁相抵；活塞套的另一端固接有气缸盖，气缸盖内设有连通外界的进气气道；活塞套的内部，活塞与气缸盖之间的部分为活塞腔；气门杆，其穿过气缸盖和活塞，并沿活塞套的轴向与两者滑动连接；气门杆的一端伸入导向槽内，另一端固接有气门，气门控制进气气道其中一端开合；气门杆上还设有连通活塞腔和进气气道的通道。
进一步，所述导向槽设于所述凸轮轴的根部；所述凸轮的外轮廓凸起最高点与导向槽的基圆部分相对应。
进一步，所述凸轮轴的两端分别固接有一个所述凸轮，所述气门杆位于两个凸轮之间；气门杆的端部固接有一个“T”型的导向短杆，导向短杆竖直的一端与气门杆的端部固接，水平的两端分别转动连接有一个滚轮，两个滚轮分别置于两个凸轮的所述导向槽内。
进一步，所述滚轮与所述导向槽之间设有气门间隙。
进一步，所述活塞的横截面面积大于所述气门的横截面面积。
进一步，所述活塞、气门杆、气门与活塞套同轴。
相对于现有技术，本发明所述的发动机高效进气机构具有以下优势：
本发明所述的发动机高效进气机构，结构简单紧凑，有利于工程化应用。通过取消传统的气门弹簧，可以有效降低凸轮与气门之间的接触应力，从而可以提高凸轮的加速度，增大凸轮的丰满系数。除此之外，本发明在气门上升过程以及回落过程中可进行额外增压，而在气门关闭时可有效存储进气能量，最终实现发动机充气效率的提高。
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发动机高效进气机构处于气门即将开启状态的主视向剖视图；
图2为本发明实施例所述的发动机高效进气机构处于气门最大升程状态的主视向剖视图；
图3为本发明实施例所述的发动机高效进气机构处于气门回落状态的主视向剖视图；
图4为本发明实施例所述的发动机高效进气机构处于气门即将关闭状态的主视向剖视图；
图5为本发明实施例所述的发动机高效进气机构的凸轮与滚轮相配合的主视图；
图6为图5中A-A向的剖视图。
附图标记说明：
1-凸轮；101-凸轮轴；2-活塞；3-活塞套；4-活塞腔；5-气缸盖；6-气门；601-气门杆；602-导向短杆；7-进气气道；701-倒角；8-通道；9-滚轮；10-导向槽。
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。
如图1-6，本发明提出一种发动机高效进气机构，包括凸轮轴101，其至少一端固接有凸轮1，凸轮1上围绕凸轮轴101设有导向槽10；活塞套3，其一端的内部沿其轴向滑动连接有活塞2，活塞2的外端与凸轮1的外轮廓壁相抵；活塞套3的另一端固接有气缸盖5，气缸盖5内设有连通外界的进气气道7；活塞套3的内部，活塞2与气缸盖5之间的部分为活塞腔4；气门杆601，其穿过气缸盖5和活塞2，并沿活塞套3的轴向与两者滑动连接；气门杆601的一端伸入导向槽10内，另一端固接有气门6，气门6控制进气气道7其中一端开合；气门杆601上还设有连通活塞腔4和进气气道7的通道8。
活塞2可沿活塞套3的内壁上下间隙滑动。气门杆601分别与气缸盖5和活塞2间隙滑动配合。凸轮1的外轮廓壁与活塞2的外端(背离活塞腔4的一端)接触，限定了活塞2的最高位置。
上述导向槽10设于上述凸轮轴101的根部；上述凸轮1的外轮廓凸起最高点与导向槽10的基圆部分相对应。该结构使得当活塞腔4的容积由最大变为最小的过程中，气门6完成一次由闭合到开启再到闭合的过程。之后，气门6保持闭合状态，直到活塞腔4的容积由最小恢复到最大。
上述凸轮轴101的两端分别固接有一个上述凸轮1，上述气门杆601位于两个凸轮1之间；气门杆601的端部固接有一个“T”型的导向短杆602，导向短杆602竖直的一端与气门杆601的端部固接，水平的两端分别转动连接有一个滚轮9，两个滚轮9分别置于两个凸轮1的上述导向槽10内。
上述滚轮9与上述导向槽10之间设有气门间隙。该结构一方面可避免气门6受热膨胀被凸轮1顶开；另一方面可避免滚轮9与所述导向槽10之间卡死。
上述活塞2的横截面面积大于上述气门6的横截面面积。
上述活塞2、气门杆601、气门6与活塞套3同轴。
上述位于气缸盖5外端的进气气道7端口处设有倒角701；上述气门6的侧壁倾斜设置，并与倒角701相配合。
本发明的工作过程如下：
如图1，初始时，活塞腔4的容积为最大状态。滚轮9位于导向槽10(凸轮环槽)内的基圆部分，凸轮1的基圆部分与活塞2的外端接触。此时，导向槽10未提供给滚轮9向下作用力。同时，一方面发动机增压气流依次通过进气气道7和通道8进入活塞腔4，由于活塞2的横截面面积大于气门6的横截面面积，发动机增压气流对活塞2向上的作用力大于发动机增压气流对气门6向下的作用力；另一方面发动机缸内的高压气流也对气门6产生向上的作用力，因此气门6为闭合(封堵进气气道7的端口)状态。
如图2，随着凸轮1转动，滚轮9进入到导向槽10的凸起部分，导向槽10向滚轮9施加向下作用力，带动活塞2和气门6向下移动，气门6开启。由于取消了传统的气门弹簧，导向槽10、活塞2和气门6的加速度可以更大，可以实现更大的丰满系数，有利于高速进气。气门6开启过程中，凸轮1外轮廓的凸起部分逐渐与活塞2接触，并推动活塞2向下移动，使得活塞腔4的容积逐渐减小。活塞腔4内的气体通过通道8进入进气气道7以及发动机气缸内，以实现在气门6刚开启时实现迅速进气，从而有效降低泵气损失。
如图3，随着凸轮1的继续转动，滚轮9从导向槽10的凸起部分向基圆部分移动，气门6逐渐趋于闭合。在此过程中，凸轮1的外轮廓凸起部分继续接近活塞2，对活塞腔4继续压缩。活塞腔4中的气体也继续通过通道8进入进气气道7以及发动机气缸内，在气门6回落过程中仍可以对发动机进行增压，从而进一步提高进气能力。
如图4，随着凸轮1的继续转动，滚轮9进入到导向槽10的基圆部分，气门6完全闭合。此时，凸轮1的外轮廓凸起部分与活塞2的外端接触，活塞腔4的容积达到最小。
随着凸轮1的继续转动，凸轮1的外轮廓凸起部分又远离活塞2，活塞腔4的体积增大，发动机增压气流通过进气气道7、通道8进入活塞腔4内，准备进入下一个循环。
本发明实现发动机持续进气，有效减小进气压力波的脉动效应。
本发明所述的发动机高效进气机构，结构简单紧凑，有利于工程化应用。通过取消传统的气门弹簧，可以有效降低凸轮1与气门6之间的接触应力，从而可以提高凸轮1的加速度，增大凸轮1的丰满系数。除此之外，本发明在气门6上升过程以及回落过程中可进行额外增压，而在气门6关闭时可有效存储进气能量，最终实现发动机充气效率的提高。
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 (4)

1.一种发动机高效进气机构，其特征在于，包括：
凸轮轴(101)，其两端分别固接有一个凸轮(1)，凸轮(1)上围绕凸轮轴(101)的根部设有导向槽(10)；所述凸轮(1)的外轮廓凸起最高点与导向槽(10)的基圆部分相对应；
活塞套(3)，其一端的内部沿其轴向滑动连接有活塞(2)，活塞(2)的外端与凸轮(1)的外轮廓壁相抵；活塞套(3)的另一端固接有气缸盖(5)，气缸盖(5)内设有连通外界的进气气道(7)；活塞套(3)的内部，活塞(2)与气缸盖(5)之间的部分为活塞腔(4)；
气门杆(601)，其穿过气缸盖(5)和活塞(2)，并沿活塞套(3)的轴向与两者滑动连接；所述气门杆(601)位于两个凸轮(1)之间；气门杆(601)的一端伸入导向槽(10)内，另一端固接有气门(6)，气门(6)控制进气气道(7)其中一端开合；气门杆(601)上还设有连通活塞腔(4)和进气气道(7)的通道(8)；
气门杆(601)的端部固接有一个“T”型的导向短杆(602)，导向短杆(602)竖直的一端与气门杆(601)的端部固接，水平的两端分别转动连接有一个滚轮(9)，两个滚轮(9)分别置于两个凸轮(1)的所述导向槽(10)内。
2.根据权利要求1所述的发动机高效进气机构，其特征在于：所述滚轮(9)与所述导向槽(10)之间设有气门间隙。
3.根据权利要求1所述的发动机高效进气机构，其特征在于：所述活塞(2)的横截面面积大于所述气门(6)的横截面面积。
4.根据权利要求1所述的发动机高效进气机构，其特征在于：所述活塞(2)、气门杆(601)、气门(6)与活塞套(3)同轴。
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