專(zhuān)利名稱(chēng)：具有半球形燃燒室的旋轉(zhuǎn)閥發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)閥和閥密封件組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種活塞-氣缸式的內(nèi)燃機(jī)，該機(jī)有一球形旋轉(zhuǎn)閥組合件，用來(lái)將燃油/空氣混合物引入到氣缸內(nèi)并排出廢氣，本發(fā)明特別針對(duì)這種旋轉(zhuǎn)閥組合件的閥和閥密封件在半球形氣缸頭/燃燒室內(nèi)的定位。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)人曾致力研究活塞-氣缸式內(nèi)燃機(jī)，特別是用球形旋轉(zhuǎn)閥組合件來(lái)替代提升閥系統(tǒng)，包括提升閥、彈簧、安裝件和相關(guān)的凸輪軸，以便將燃油空氣混合物引入到氣缸內(nèi)并排出廢氣。本申請(qǐng)人是下列美國(guó)專(zhuān)利的署名發(fā)明人US 4,989,576“內(nèi)燃機(jī)”；US 4,944,261“內(nèi)燃機(jī)的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件”；US 4,953,527“內(nèi)燃機(jī)球形旋轉(zhuǎn)閥組合件”；US 4,976,232“旋轉(zhuǎn)閥發(fā)動(dòng)機(jī)的閥密封件”；US 4,989,558“內(nèi)燃機(jī)的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件”；US 5,109,814“球形旋轉(zhuǎn)閥”；US5,361,739“用于旋轉(zhuǎn)閥內(nèi)燃機(jī)的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件”；及US 6,308,676B1“旋轉(zhuǎn)閥發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)”。上述這些美國(guó)專(zhuān)利被本文利用。
本發(fā)明即本申請(qǐng)的主題為閥和閥密封件及其相對(duì)于半球形氣缸頭/燃燒室的定位。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的一個(gè)目的是要為旋轉(zhuǎn)閥發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種新穎的改進(jìn)的閥、閥密封件和氣缸頭/燃燒室配置。
本發(fā)明另一個(gè)目的是要為旋轉(zhuǎn)閥發(fā)動(dòng)機(jī)組合件提供一種新穎的改進(jìn)的閥、閥密封件和氣缸頭/燃燒室配置，其中氣缸頭/燃燒室具有半球形的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的概述用于氣缸頭/燃燒室為半球形的活塞和氣缸式內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)閥組合件的閥配置是使閥密封件對(duì)半球形氣缸頭斜置以便將燃油/空氣混合物送入氣缸內(nèi)并排出用過(guò)的廢氣。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)是容易看得見(jiàn)的，特別是在參閱下列附圖后，其中

圖1為本申請(qǐng)人以前的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件的配置的端向剖視圖；圖2為用于本發(fā)明的閥密封件的頂視圖；圖3為用于本發(fā)明的閥密封件的側(cè)面切開(kāi)的視圖；圖4為用于本發(fā)明的閥密封件的側(cè)視圖；圖5為半球形氣缸頭/燃燒室和球形旋轉(zhuǎn)閥組合件的端向剖視圖示出球形旋轉(zhuǎn)閥和閥密封件對(duì)半球形燃燒室的關(guān)系。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明球形旋轉(zhuǎn)閥組合件對(duì)活塞和氣缸式內(nèi)燃機(jī)的功能為可消除凸輪軸、菌狀提升閥和相關(guān)的硬件，這樣就可使發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化。如圖5所示，球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥可將燃油/空氣混合物引入到氣缸內(nèi)，而球形旋轉(zhuǎn)排氣閥可排出用過(guò)的廢氣。球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和球形旋轉(zhuǎn)排氣閥及其附帶閥密封件的操作曾在上述這些專(zhuān)利中詳細(xì)論述過(guò)并被本文引用。
這些專(zhuān)利反映出球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和球形旋轉(zhuǎn)排氣閥在結(jié)構(gòu)和操作方面的某些改變和改進(jìn)以及相關(guān)的閥密封件的改進(jìn)。目前還有另外一些申請(qǐng)正在進(jìn)行。這些申請(qǐng)的目標(biāo)也是與閥密封件及閥本身的顯著改進(jìn)有關(guān)。
本申請(qǐng)所要解決的問(wèn)題是在大缸徑的汽油機(jī)中和柴油機(jī)中常見(jiàn)的、具有半球形設(shè)計(jì)的氣缸頭/燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)中球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和球形旋轉(zhuǎn)排氣閥的定位。
參閱圖1，其中所示為本申請(qǐng)人現(xiàn)有專(zhuān)利的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件的一個(gè)較早實(shí)施例的端向剖視圖，該圖詳細(xì)闡明了被包圍在一個(gè)分開(kāi)式氣缸頭組合件的上半部12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥與該組合件下半部之間的關(guān)系。分開(kāi)式氣缸頭組合件被固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，機(jī)體內(nèi)設(shè)有氣缸16，活塞18可在其內(nèi)來(lái)回移動(dòng)。
分開(kāi)式氣缸頭包括上半部12和下半部14，形成一個(gè)可鼓形容納腔20，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10就定位在其內(nèi)的軸22上，該軸延伸通過(guò)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10上的中心定位孔24。如同本申請(qǐng)人在前面列出的現(xiàn)有專(zhuān)利中所詳細(xì)論述的那樣，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10通過(guò)定位在其球周面21上的孔38依次與氣缸16的進(jìn)入口32對(duì)準(zhǔn)使燃油空氣進(jìn)入口26和氣缸16連通。
在軸22上的鼓形容納腔20內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10與定位在氣缸16進(jìn)入口32周?chē)沫h(huán)形槽或座38內(nèi)的閥密封件35接觸。閥密封件35用來(lái)提供密封以便在進(jìn)氣沖程中確保燃油/空氣的混合物能從旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10進(jìn)入到氣缸16內(nèi)，并在壓縮沖程中確保燃油/空氣混合物的點(diǎn)燃是在氣缸16內(nèi)發(fā)生而不是轉(zhuǎn)移到鼓形容納腔20內(nèi)，另外在排氣沖程中該密封件可用來(lái)確保廢氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)排氣閥排出。
現(xiàn)在參閱圖2、3和4，它們分別是適宜用在半球形氣缸頭/燃燒室上的閥密封件36的頂視圖、切開(kāi)的側(cè)視圖和側(cè)視圖，這時(shí)所含閥密封件的說(shuō)明都是相對(duì)于圖1所示的旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥作出的。閥密封件35具有與前此列出的本申請(qǐng)人現(xiàn)有專(zhuān)利中所公開(kāi)的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件的旋轉(zhuǎn)排氣閥相同的設(shè)計(jì)并用于相同的目的和功能。還應(yīng)知道每個(gè)氣缸都有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥、一個(gè)旋轉(zhuǎn)排氣閥和一個(gè)與每一個(gè)閥相關(guān)的閥密封件。
閥密封件36由一個(gè)閥密封體37和一個(gè)在以后還要較充分地說(shuō)明的陶瓷碳嵌入潤(rùn)滑環(huán)52構(gòu)成。閥密封件36有一設(shè)置在中央的孔40，當(dāng)將閥密封件36坐落在環(huán)形槽或座38內(nèi)時(shí)，該孔40可與進(jìn)入口32對(duì)準(zhǔn)。環(huán)形槽或座38可具有與半球形氣缸頭燃燒室的內(nèi)表面平行的曲率。另外，閥密封件36的底環(huán)形表面41還可具有一個(gè)與環(huán)形槽或座38互補(bǔ)的曲率。閥體37的上環(huán)形表面42是向內(nèi)向孔40的中心彎曲。這個(gè)曲率相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10的球周面曲率23。閥體37的上表面42上制有一條環(huán)形凹槽，該凹槽由內(nèi)側(cè)壁46、外側(cè)壁48和底表面50形成。內(nèi)側(cè)壁46與底表面50成90度角，而外側(cè)壁48與底表面50所成角度小于90度。環(huán)形凹槽44是用來(lái)安裝陶瓷碳嵌入潤(rùn)滑環(huán)52的。該環(huán)被定位在環(huán)形凹槽44內(nèi)使其上表面54與閥體37的上表面42的曲率重合。在將陶瓷碳潤(rùn)滑環(huán)52匹配到閥體37內(nèi)時(shí)，須將閥體37加熱使它略微膨脹，然后在其加熱過(guò)程中將陶瓷碳嵌入潤(rùn)滑環(huán)52嵌入到環(huán)形槽44內(nèi)。于是讓閥體冷卻。由于環(huán)形凹槽的外側(cè)壁48從90度角略微向內(nèi)側(cè)壁46傾斜，因此陶瓷碳嵌入潤(rùn)滑環(huán)52被這個(gè)“鎖角”鎖定在位并且可以確保停留在該位置而可不管在內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程中閥密封件如何變熱。當(dāng)裝有閥密封件的內(nèi)燃機(jī)是用天然氣來(lái)發(fā)動(dòng)時(shí)這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)樘烊粴饽鼙葌鹘y(tǒng)的汽油或柴油燃料產(chǎn)生高得多的溫度。
閥密封件36的外側(cè)壁54上制出臺(tái)階并形成多個(gè)間隔開(kāi)的環(huán)形肋56和57以便安裝并設(shè)定密封環(huán)或氣流環(huán)58和59，該環(huán)的功能很像活塞環(huán)，是在閥密封件36側(cè)壁54和在進(jìn)入口32周?chē)沫h(huán)形槽或座38的周邊之間建立起密封。在本實(shí)施例中所示為兩個(gè)肋56和57與兩個(gè)密封環(huán)或氣流環(huán)58和59。
在閥密封件36的周面上還制有多個(gè)徑向的貫通孔64貫穿閥密封件的外側(cè)壁60和形成孔40的內(nèi)側(cè)壁62，這樣從氣缸頭來(lái)的燃?xì)獗憧赏ㄩy密封件36的側(cè)壁54連通到密封環(huán)59上。當(dāng)活塞在壓縮沖程而向上移動(dòng)時(shí)，這種設(shè)計(jì)可增強(qiáng)閥密封件36的密封和落座。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10肯定已轉(zhuǎn)動(dòng)到這樣程度使其球周面21將閥密封件36的孔40關(guān)閉。而在壓縮沖程的活塞將壓縮在氣缸頭內(nèi)的燃?xì)?。貫通?4使這些被壓縮的燃?xì)饽軐毫κ┘釉诿芊猸h(huán)58上，從而迫使密封環(huán)58與閥座38的壁接觸。
圖5為本發(fā)明的球形旋轉(zhuǎn)閥組合件與半球形氣缸頭/燃燒室的關(guān)系的端向剖視圖。許多元件是相同的，只是為了容納半球形氣缸頭/燃燒室，在配置上有所不同。旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10和旋轉(zhuǎn)排氣閥11被封閉在一個(gè)分開(kāi)式氣缸頭組合件的上半部12和下半部14內(nèi)。分開(kāi)式氣缸頭組合件被固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，該機(jī)體有一氣缸16，活塞就在其內(nèi)來(lái)回移動(dòng)。在本例中，氣缸頭/燃燒室70為半球形并在分開(kāi)式氣缸頭組合件的下半部14內(nèi)被制出。當(dāng)將分開(kāi)式氣缸頭組合件的上半部12和下半部14固定在一起時(shí)就可形成一個(gè)鼓形容納腔20，在該空腔內(nèi)可以設(shè)定旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10，還可形成另一個(gè)類(lèi)似的鼓形容納腔，在該空腔內(nèi)可以設(shè)定旋轉(zhuǎn)排氣閥11，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥10和旋轉(zhuǎn)排氣閥各有一個(gè)孔24以便裝在轉(zhuǎn)軸上。閥密封件36應(yīng)被設(shè)定在閥座38上，閥座38為一環(huán)形表面，它應(yīng)接合在閥密封件36的下壁上。最佳設(shè)計(jì)應(yīng)將半球形氣缸頭/燃燒室70的進(jìn)入口和排出口定位在半球形氣缸頭/燃燒室70的拱頂上，相互間形成一個(gè)180度的角度。圖5圖示這個(gè)設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)使燃?xì)饽芤宰疃痰木嚯x從球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥周面上的孔流到半球形氣缸頭/燃燒室70并能以最短的距離從氣缸頭/燃燒室70流到球形旋轉(zhuǎn)排出閥11上的孔以便使廢氣從半球形氣缸頭/燃燒室70內(nèi)排出。通往球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥的進(jìn)氣管和從球形旋轉(zhuǎn)排氣閥出來(lái)的排氣管沒(méi)有在圖中示出，但在申請(qǐng)人現(xiàn)有專(zhuān)利中曾有完整的說(shuō)明。
就半球形氣缸頭/燃燒室而言，在某些情況下可允許與進(jìn)入口和排出口錯(cuò)開(kāi)或偏離，為的是將進(jìn)入管和排出管設(shè)定在分開(kāi)式氣缸頭組合件的上半部12內(nèi)。進(jìn)入口的設(shè)計(jì)不管是與排出口成180度角還是略為錯(cuò)開(kāi)，球形旋轉(zhuǎn)閥和閥密封件的組合總是應(yīng)使燃油和空氣的混合物能被引入到半球形氣缸頭/燃燒室內(nèi)并使用過(guò)的廢氣能從其內(nèi)排出。另外，雖然對(duì)半球形氣缸頭/燃燒室的配置的說(shuō)明是將本申請(qǐng)人研發(fā)的閥密封件的一種型式公開(kāi)，但曾在本申請(qǐng)人現(xiàn)有專(zhuān)利中說(shuō)明過(guò)的閥密封件的其他型式也可適用。
雖然本發(fā)明已就其示范實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)知道本行業(yè)的行家在不離開(kāi)本發(fā)明的創(chuàng)意和范圍的情況下是能作出許多修改和變化的。因此顯然本發(fā)明理應(yīng)只受權(quán)利要求所限定的范圍和其等同物的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于活塞氣缸式內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)閥組合件的閥配置，其中該氣缸燃燒室為半球形，該旋轉(zhuǎn)閥組合件被裝定在一個(gè)兩件的氣缸頭內(nèi)，所說(shuō)氣缸頭限定多個(gè)鼓形容納腔，以便安裝多個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和旋轉(zhuǎn)排氣閥，所說(shuō)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和旋轉(zhuǎn)排氣閥具有一個(gè)由兩個(gè)平行的球平面限定的球形部分，所說(shuō)平面被對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在所說(shuō)球中心的周?chē)?，限定一個(gè)球形的周面和一些平面端壁，所說(shuō)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和旋轉(zhuǎn)排氣閥安裝在所說(shuō)容納轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)的軸設(shè)施上并分別以氣密密封方式與一進(jìn)入口和排出口接觸，所說(shuō)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和旋轉(zhuǎn)排氣閥各設(shè)有穿通其間的通道，以便分別將燃油空氣混合物引入或中斷引入到該氣缸并從該氣缸排出廢氣，所說(shuō)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣閥和旋轉(zhuǎn)排氣閥與所說(shuō)進(jìn)入口和所說(shuō)排出口的所說(shuō)氣密性密封接觸各由一個(gè)閥密封件和一個(gè)閥座來(lái)完成，所說(shuō)半球形燃燒室的閥配置包括一個(gè)進(jìn)入口和一個(gè)排出口，相互成角度關(guān)系，所說(shuō)進(jìn)入口和所說(shuō)閥口限定一閥座，所說(shuō)進(jìn)入口的所說(shuō)閥座和所說(shuō)排出口的所說(shuō)閥座相互成角度關(guān)系；一個(gè)進(jìn)入閥密封件和一個(gè)排出閥密封件裝定在各自的所說(shuō)進(jìn)入口和所說(shuō)排出口上，所說(shuō)進(jìn)入閥密封件和所說(shuō)排出閥密封件相互間成非平面的角度關(guān)系，并各與所說(shuō)鼓形容納腔連通，以便分別與所說(shuō)球形旋轉(zhuǎn)進(jìn)入閥和所說(shuō)球形旋轉(zhuǎn)排出閥接觸。
2.權(quán)利要求1的閥配置，其特征在于所說(shuō)進(jìn)入口和所說(shuō)排出口及所說(shuō)相應(yīng)的進(jìn)入閥密封件和所說(shuō)排出閥密封件成180度的間隔關(guān)系。
3.權(quán)利要求1的閥配置，其特征在于所說(shuō)進(jìn)入口和所說(shuō)排出口及所說(shuō)進(jìn)入閥密封件和所說(shuō)排出閥密封件成小于180度的間隔關(guān)系。
4.權(quán)利要求1的閥配置，其特征在于所說(shuō)進(jìn)入閥密封件和所說(shuō)排出閥密封件與該兩件氣缸頭的連接所限定的平面成30度的角度關(guān)系。
全文摘要
一種用于活塞氣缸式內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)閥組合件的閥配置，其中氣缸頭/燃燒室為半球形，閥密封件對(duì)半球形氣缸頭斜置以便將燃油空氣混合物送入氣缸內(nèi)并排出用過(guò)的廢氣。
文檔編號(hào)F01L7/00GK1742318SQ200380108394
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者喬治·J·科茨 申請(qǐng)人:喬治·J·科茨