雙腔自冷式單圓柱旋轉氣門的製作方法

2023-05-23 13:28:01 1

專利名稱：雙腔自冷式單圓柱旋轉氣門的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於發動機上的旋轉式氣門。即雙腔自冷式單園柱旋轉氣門。
四衝程發動機的菌形氣門結構複雜，製造工藝要求較高，佔有的體積較大。而工作方式又十分原始，雖經一百餘年的不斷改進與完善，但其主體結構仍無根據變化。仍是整機的功損，噪聲及振動等的主要根源之一。也是整機最複雜，零部件最多、最易發生故障的總成機構。
考期特國際有限公司發明的球形旋轉氣門是將帶有貫通孔的球體設置在原來菌形氣門的位置上，貫通孔用作進、排氣道，球體置於缸蓋的球形腔中，氣門球體繞通過球心的軸旋轉。這種氣門徹底改變了傳統的氣門結構。不僅減少了零件數目，降低了整機重量、體積、成本、油耗、振動等，並可在高壓縮比時(14.5∶1)時使用低辛烷值的汽油。但是，球形氣門的幾何形狀和尺寸限制了氣門帘區，而且這種氣門及空腔的加工較複雜，不利於儘快推廣使用。並難於冷卻，較高的工作溫度無法裝用普通軸承。
本實用新型的目的是提出一種具有自冷卻功能的雙腔單園柱旋轉氣門，並採用了燃燒室頂部開設單一、進排氣共用式氣孔。
本實用新型的要點在於採用了一根設在缸蓋上的園柱體作為進、排氣門。柱體由耐熱硬質金屬材料製成，表面經淬火處理、或塗設工業陶瓷材料以增加表面硬度，並減少摩擦係數。柱體中開有兩個直徑不同的同軸空腔分別用作進、排氣道。同軸進、排氣道的終端、並位於同一軸向位置上，各開有一個(或二個對稱於柱軸的)貫通到柱體柱面的園孔或近似橢園孔，作為柱面上的進、排氣孔。與對應氣道相通的兩孔間留有一定的夾角。具體結構是柱的同軸氣道中，直徑較小，並被另一軸向氣道套在中間的是排氣道，其排氣中傳給壁面的熱量將被周圍進氣道中的冷氣流隔絕而獲得絕熱屏蔽，使廢氣熱量不再加熱柱氣門表面，同時進氣道中的氣流將冷卻所經之處的整個柱面，從而有效地阻止了氣門柱體的溫度上升。這樣，柱氣門可採用成本低廉的滑動或滾針軸承，而潤滑軸承的機油也起了冷卻作用。氣門柱裝在氣缸蓋與軸軸平行的園柱形空腔中，空腔可沿垂直腔軸方向偏離開氣缸中心線一定距離以留下安裝火花塞的位置。在柱形空腔與燃燒室頂部之間開有一個截面呈近似橢園形或園形的孔洞，該孔油用作氣缸進、排氣的共用孔，其在柱形空腔內表面上的形狀和幾何尺寸相近於柱氣門表面上的氣孔。當氣門柱轉動時，空腔壁面的孔依次順序與柱氣門表面的進、排氣孔(即氣道)相通或被柱面遮蓋，以此來實現進、排氣門的啟閉。為便於密封，實際的柱氣門和空腔的表面是直徑不同的幾個園柱體的同軸組合體，相鄰柱體的過渡階梯環面用作密封摩擦面或兼有軸向定位作用。
本實用新型具有如下優點(1)結構簡單、緊湊，零部件數目較少，易於維修、保養；(2)可使用成體低廉的普通金屬軸承，特別在水冷情況下；(3)可使缸蓋與缸體成一體化；(4)發動機的外部尺寸寸，特別是氣缸的總高度明顯降低。對於氣冷的摩託車發動機，其缸蓋的外部橫向尺寸將顯著縮小；(5)工作平穩，振動和噪聲減少；(6)單氣孔下的球形燃燒室使燃燒更為完全；(7)燃燒室頂部的單一、進、排合一、共用式氣孔，可選擇任何氣孔截面，因此使大的氣門帘區成為可能；(8)整機製造成本明顯降低。
以下結合附圖對本實用新型的實施作進一步的描述。


圖1是裝設了雙腔自冷式單園柱旋轉氣門柱體的氣缸上半部分沿柱軸和氣缸中心線所在的平面上的剖視圖。
圖2是
圖1在垂直於柱軸方向，並通過氣缸中心線的剖視圖。
圖3、圖4是柱氣門兩端支撐軸承附近軸向密封環9和29波紋軸向壓力彈簧圈8以及耐高溫(如氟橡膠)橡膠0型圈30的局部放大圖。
由
圖1、2可看到，容納柱氣門的園柱形空腔2設於燃燒室3頂部缸蓋內。其中，共用型進、排氣孔4所在的主體部分空腔的長度主要取決於4或14、15的橫向尺寸以及4周圍的密封環16的截面寬度。柱1主體部分的直徑由柱氣門上進(或排)氣孔數目、曲軸轉速、排氣量等因素決定，對於單進(單排)氣孔柱氣門，其直徑約為缸徑的0.6至0.85倍。柱形空腔的中心線一般不與氣缸中心線相交，兩者應偏移一定距離，以留出火花塞孔23的位置。柱面上進、排氣孔的相對位置由氣門啟、閉時間決定，對於單進(單排)柱氣門的氣孔分布，進排氣孔間相對於柱軸的夾角約為氣缸換氣相位相對於曲軸夾角的一半。氣孔4，14，15的橫向尺寸一般由實際情況決定，通常為降低爆發時對柱氣門的衝擊壓力，孔4的垂直於柱軸的尺寸應略小於14、15的對應尺寸約10％以上，但4與14或15在上述方向的尺寸之和相對於柱軸的夾角應與14與15間相對柱軸的夾角相同或相近，具體數值由氣門重迭時間夾進一步修正。上述三孔沿軸向的尺寸應相同。
本實用新型的柱氣門1主要是柱內的進氣道中通入外界冷(混合)氣流來降低氣門的溫度，空腔7也是用來降溫、冷卻1而開設的。
圖1中，在柱氣氣門1內有兩個直徑相異的同軸氣道11和13，排氣道13由進氣道11套在中央，外界混合氣體由進氣管12進入13周圍的環形腔26，在氣缸進氣行程的抽吸作用下經11與進氣孔15，4進入氣缸，同時將13周圍壁面吸收的排氣熱量帶走。由於氣孔14、15處於同一柱軸點位置上。(參圖2)，因此為防止11和13內的混合氣和廢氣，通過14、15及1和2之間的縫隙相互洩漏進入對方氣道，特別是13中高於大氣壓強的廢氣的溢出，14(和15)內壁的形狀可由一段特殊的曲線為母線環繞組成，如採用園的漸開線x＝a(cost＋tsint)，y＝a(sint－tost)，其中，R2＞R1＞a，Ri=XiXi+YiYi,]]>i＝1，2，R2，R1分別是柱氣門1的半徑和排氣道13的內徑，一般取t的範圍為15°≤t≤75°即(π/12)≤t≤(π/2.4)，(用弧度計算)，而且孔14(和15)的中心線偏離該處柱面垂線約10度以上。對於截面較大的孔14(15)，孔14(15)可由四個對稱分布的小孔組成。由圖3、4可看到，實際工作中1和2之間並不直接接觸，兩者表面間留有一定間隙，柱1僅由其兩端的滑動或滾針軸承5和28支承。其它接觸表面地僅限於密封環9，29和16以及進排氣道之間的盆封密封蓋19。1，2兩表面之間的間隙由實際情況選擇，對於單缸排氣量500ml以下的發動機，上述間隙通常小於0.2mm，在軸向密封環9和29的柱形表面的中部上設有一個環形槽以裝設耐高溫的O形氟橡膠密封環。柱1的驅動鏈(或皮帶)輪或齒輪6裝於柱1上。7是柱1上的冷卻空腔，其內部的空氣可與外界交換以冷卻柱1，8是環9和29的支撐彈簧圈，17是16的支撐彈簧圈，18是氣缸，21是柱1的軸向定位凸盤，20是19的壓緊圈，22是孔14、15上的間隔條，24是冷卻17的冷卻空氣氣道，25是散熱片，26是冷混合氣由12進入11的環形空腔，27為20上的安裝工藝孔。19與13端面即密封摩擦表面可塗設工業陶瓷材料。
實施例對於排氣量72m1的四衝程氣冷發動機(如JH—70，JC—70C等摩託車專用機)，其缸徑為47mm，改用柱氣門時，有如下要求，2的中心線位於活塞頂(處於上止點時)30mm之上，該中心線偏離氣缸18中心線一側5mm，23中心線與18的中心線間夾角為55°至60°，2的主腔直徑為38mm，主腔長為36mm，28和5處的直徑分別為39mm和41mm，長分別為8mm和28mm—30mm，14和15長寬均為16mm，其中心線與該處柱面的法線間夾角為12°，16的截面寬度為2.0mm，距孔4邊緣約1.2mm，密封環9、29的外徑分別接近38mm、41mm，與此處空腔內壁有0.15mm左右的間隙。9、29斷面尺寸為4×2.8mm，波形彈簧圈8的外徑小於此處的9或29約2mm。定位凸盤的軸向尺寸約1.5mm。氣道13的直徑約18mm，環柱形氣道11的內外半徑分別為22.5和30mm。軸承套8的內徑是36mm，8和28的高度均為8mm，與2為壓配安裝。10與1用螺紋裝配。空腔7的直徑約33mm，長約18mm，與外界相通的孔徑約15mm。
權利要求1.一種雙腔自冷式單園柱旋轉氣門，它包括一根設有同軸向進、排氣道的園柱體(1)，容納(1)的柱形空腔(2)和進、排氣共用孔(4)，(1)的柱面上開有位於軸線同一點處，相互夾角與配氣相位密切相關的孔(15)、(14)，(15)、(14)分別與進排氣道(11)、(13)相通，(2)與燃燒室(3)之間開有單一的，共用式孔洞(4)，空腔(2)內表面上(4)周圍的密封環(16)和相鄰於軸承(5)和(28)的軸向密封環(29)和(9)，還包括軸向定位——密封凸盤(21)和柱端密封環蓋(19)，其特徵在於在缸蓋內開設有與氣缸(18)中心線偏移0至30mm(視缸徑選擇)的園柱形空腔(2)，(2)內設有一根繞自身軸線轉動的柱形氣門(1)，(1)內設有相互套迭分布的，同軸向氣道(11)與(13)，(13)位於(11)中央。
2.根據權利要求1所述的雙腔自冷式單園柱旋轉氣門，其特徵在於，在(3)與(2)之間僅開設一個進、排氣共用氣孔(4)，其橫截面呈似近橢園形或園形，孔(4)的下部為燃燒室。
3.根據權利要求1所述的雙腔自冷式單園柱旋轉氣門，其特徵在於在(2)內表面、孔(4)的周圍設有環槽，槽內設有密封環(16)和(16)下部的支撐彈簧圈，冷卻彈簧圈的冷卻風通(24)對稱於(4)的中心設置，分別為進風道和排風道。
4.根據權利要求1所述的雙腔自冷式單園柱旋轉氣門，其特徵在於設置於缸蓋上的單一園柱氣門體(1)內開有同軸向冷卻通道(11)和冷卻空腔(7)，排氣道(13)套放在冷卻道即進氣道(11)的中央。
5.根據權利要求1所述的雙腔自冷式單園柱旋轉氣門，其特徵在於排氣孔(14)以及進氣孔(15)由二個或四個同樣截面積的單孔組成，四孔結構對應於較大截面積的(14)或(15)。
6.根據權利要求5所述的進、排氣孔(15)、(14)，其特徵在於孔(14)以及(15)傾向於沿柱面轉動方向傾斜，特別是靠近柱面的這段孔的中心線及側壁與該處柱面法線間的夾角應大於10度以上，孔(14)及(15)的側壁由曲線或直線為母線環繞而成。
專利摘要本實用新型公開了一種用於四衝程發動機的雙腔自冷式單圓柱旋轉氣門，其基本結構由一個沿柱軸方向開設相互套迭的進、排氣道15、13，以及空腔7的圓柱體，和僅設一個進、排氣共用孔4將柱形空腔2與燃燒室3連通的結構組成。套在排氣道13外部的進氣道11和7起了絕熱、冷卻作用，共用孔4可以形成球形燃燒室並簡化了整體結構。該系統簡化、縮小了氣門機構及缸蓋，並可採用一體化的缸體—缸蓋。本實用新型可取代傳統的菌形氣門機構。
文檔編號F01L7/00GK2230353SQ95219428
公開日1996年7月3日 申請日期1995年8月14日 優先權日1995年8月14日
發明者董偉 申請人:董玲