旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有連接到曲軸（3）并且可在氣缸（2）內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞（1），燃燒室（4）部分地由該活塞限定。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有可在相對(duì)于氣缸（2）被固定的氣門殼體（8）中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)氣門（5），該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室（4）的容積（9）并且還在其壁部（11）中具有端口（12），該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口（13，14）相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中該旋轉(zhuǎn)氣門可圍繞與曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線（3a）平行的軸線（5a）旋轉(zhuǎn)，該氣門裝設(shè)在軸承裝置（7）中，該軸承裝置約束氣門沿軸向方向的移動(dòng)，但允許沿徑向方向的移動(dòng)。
【專利說(shuō)明】旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及借助旋轉(zhuǎn)氣門來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒氣體的吸入和排出的控制的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]此類旋轉(zhuǎn)氣門例如在 申請(qǐng)人:的共同未決申請(qǐng)N0.GB2467947A中被公開(kāi)。公知旋轉(zhuǎn)氣門發(fā)動(dòng)機(jī)存在密封問(wèn)題，因?yàn)榕c最大限度地減小相對(duì)旋轉(zhuǎn)體之間的間隙存在沖突，最大限度地減小間隙提高了效率，但過(guò)熱和抱死(seizing)的風(fēng)險(xiǎn)加大。多年來(lái)已嘗試制造商業(yè)上可行的利用旋轉(zhuǎn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)，著名的是Aspin，但這些大部分是不成功的。在現(xiàn)有技術(shù)如DE4217608A1和DE4040936A1中，該沖突被認(rèn)識(shí)到并且通過(guò)設(shè)置復(fù)雜的冷卻裝置來(lái)嘗試解決該問(wèn)題或者簡(jiǎn)單地說(shuō)利用合適的材料來(lái)解決該問(wèn)題。在實(shí)踐中，設(shè)置比所期望的間隙大的間隙來(lái)降低抱死風(fēng)險(xiǎn)，其代價(jià)是降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率并且增加了排放。
[0003]本發(fā)明旨在通過(guò)利用旋轉(zhuǎn)氣門的固有簡(jiǎn)易性來(lái)提供重量輕和成本低的改進(jìn)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中該旋轉(zhuǎn)氣門可圍繞與曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行的軸線旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)氣門主體中的容積通向一通道，該通道在氣門中的容積與氣缸之間引導(dǎo)燃燒氣體流，該通道也部分地限定燃燒室。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中氣門裝設(shè)在軸承裝置中，該軸承裝置約束氣門沿軸向方向的移動(dòng)但允許沿徑向方向的移動(dòng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中進(jìn)氣端口和排氣端口基本上是平行的，這些端口位于氣門殼體的相對(duì)側(cè)并且定位和確定尺寸成提供所需的氣門正時(shí)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，氣門殼體的基材為鋁。
[0008]本發(fā)明還提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中該旋轉(zhuǎn)氣門可圍繞與曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行的軸線旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)氣門主體中的容積通向一通道，該通道在氣門中的容積與氣缸之間引導(dǎo)燃燒氣體流，該通道也部分地限定燃燒室，其中該氣門裝設(shè)在軸承裝置中，所述軸承裝置約束氣門沿軸向方向的移動(dòng)但允許沿徑向方向的移動(dòng)，其中進(jìn)氣端口和排氣端口基本上是平行的，這些端口位于氣門殼體的相對(duì)側(cè)并且定位和確定尺寸成提供所需的氣門正時(shí)，氣門殼體的基材為鋁。
[0009]本發(fā)明還提供了一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，該活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，該燃燒室部分地由活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，該旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，該氣門主體包含部分地限定出燃燒室的容積并且還在其壁部中具有端口，該端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于燃燒室的流體連通，其中氣門主體具有環(huán)狀的部分圓柱形密封套筒，該密封套筒被固定到主體上以隨主體旋轉(zhuǎn)但可相對(duì)于主體沿徑向移動(dòng)并且配置成使得燃燒氣體進(jìn)入主體與密封件之間以驅(qū)迫密封件與氣門殼體接合。
[0010]在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述通道是相對(duì)于氣門軸線朝向氣缸傾斜的基本上楔形容積。優(yōu)選地，通道的上表面與氣門的旋轉(zhuǎn)軸線成30到60度之間的角度。優(yōu)選地，通道具有彎曲的上表面,該上表面在氣門附近與氣門軸線成較銳角度,該上表面在氣缸附近相對(duì)于氣門的旋轉(zhuǎn)軸線成較鈍角度。
[0011]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)是火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，火花塞優(yōu)選位于通道的上表面中并且可位于通道與可旋轉(zhuǎn)氣門中的容積交匯的區(qū)域附近。
[0012]優(yōu)選地，在氣缸的與旋轉(zhuǎn)氣門相反的一側(cè)在活塞與氣缸蓋之間設(shè)置有擠氣區(qū)域。
[0013]氣門主體的包含限定出燃燒室的容積的部分可位于氣缸周邊的徑向內(nèi)側(cè)以設(shè)置于活塞上方。這樣，能提供不同的改進(jìn)的燃燒室形狀。
[0014]優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)氣門由曲軸借助處于一個(gè)平面內(nèi)的環(huán)形帶或鏈被驅(qū)動(dòng)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)形帶包括齒帶，其中對(duì)氣門的驅(qū)動(dòng)經(jīng)一對(duì)有齒帶輪傳遞，所述一對(duì)有齒帶輪包括位于曲軸上的驅(qū)動(dòng)帶輪和被固定到氣門上的從動(dòng)帶輪，從動(dòng)帶輪在氣門的遠(yuǎn)離燃燒室的一偵_固定到氣門上。
[0015]在一優(yōu)選實(shí)施例中，氣門的旋轉(zhuǎn)軸線經(jīng)過(guò)氣缸的軸線，但在一替換實(shí)施例中與氣缸軸線偏置。
[0016]在一優(yōu)選實(shí)施例中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括也由所述環(huán)形帶驅(qū)動(dòng)的反轉(zhuǎn)平衡軸，該帶包括在其對(duì)向的內(nèi)表面和外表面上都具有齒的雙齒環(huán)形帶，曲柄帶輪和平衡軸帶輪與位于帶的相對(duì)側(cè)的齒接合，由此沿相反的方向驅(qū)動(dòng)平衡軸。
[0017]在一優(yōu)選實(shí)施例中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括均由所述環(huán)形帶驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)反轉(zhuǎn)平衡軸，曲柄帶輪和平衡軸帶輪與位于帶的相對(duì)側(cè)的齒接合，由此沿相反的方向驅(qū)動(dòng)平衡軸，平衡軸基本上等距地配置在曲軸的兩側(cè)，以使得偏置平衡重的質(zhì)心位于氣缸的軸線上，由此確保由平衡軸產(chǎn)生的凈平衡力與由活塞產(chǎn)生的往復(fù)力作用于相同直線上。這消除了活塞力與平衡器力之間的任何力矩臂，因而最大限度地減少了發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位的振動(dòng)。
[0018]在該發(fā)動(dòng)機(jī)的一優(yōu)選實(shí)施例中，在平衡軸上加入了反轉(zhuǎn)飛輪，反轉(zhuǎn)飛輪的總旋轉(zhuǎn)慣性與發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄傳動(dòng)系和飛輪的總旋轉(zhuǎn)慣性基本上相同。這最大限度地減小了發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩反沖力。轉(zhuǎn)矩反沖力由于每次點(diǎn)火時(shí)的壓縮力和作用力而發(fā)生，并且還在發(fā)動(dòng)機(jī)加速或減速時(shí)發(fā)生?，F(xiàn)將參考附圖通過(guò)示例的方式說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中:
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1示出了單缸風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，
[0020]圖2示出了圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，顯示了旋轉(zhuǎn)氣門的更多細(xì)節(jié)，
[0021]圖3A和3B示出了具有不同密封布置結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)氣門的兩個(gè)實(shí)施例的剖視圖，
[0022]圖4A、4B和4C示出了圖3A和3B所示的旋轉(zhuǎn)氣門的實(shí)施例的細(xì)節(jié)，
[0023]圖5A和5B示意性地示出了圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口和排氣端口的替換布置結(jié)構(gòu)，
[0024]圖6示出了用于具有反轉(zhuǎn)平衡軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)布置結(jié)構(gòu)的正視圖，
[0025]圖7示出了圖6所示的布置結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，
[0026]圖8A、8B和8C示出了圖6和7所示的平衡軸的細(xì)節(jié)，
[0027]圖9A和9B示出了具有雙反轉(zhuǎn)平衡軸的一實(shí)施例，以及
[0028]圖1OA和IOB示出了具有均裝有反轉(zhuǎn)飛輪的雙反轉(zhuǎn)平衡軸的又一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出了單缸風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。氣缸2具有以傳統(tǒng)方式連接到曲軸3以在氣缸2內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞I。如特別在圖2中所示，氣缸2的上部被燃燒室4封閉。進(jìn)氣/燃料混合物和排氣的流入和流出燃燒室4由圖2中以剖面圖示出的旋轉(zhuǎn)氣門5控制。在本實(shí)施例中，氣門可圍繞與曲軸3的旋轉(zhuǎn)軸線3a平行的軸線5a在燃燒室殼體中的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)。
[0030]在其遠(yuǎn)離燃燒室4的一端，旋轉(zhuǎn)氣門5具有裝設(shè)在其上的從動(dòng)帶輪17，該從動(dòng)帶輪通過(guò)帶傳動(dòng)裝置連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸3上的驅(qū)動(dòng)帶輪18，所述帶傳動(dòng)裝置包括環(huán)形帶19，該環(huán)形帶在其內(nèi)表面上具有與帶輪17和18上對(duì)應(yīng)的齒傳動(dòng)接合的齒廓。兩個(gè)帶輪——且因此環(huán)形帶19也一處于公共平面20內(nèi)。因而，曲軸3的旋轉(zhuǎn)和因此活塞移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)氣門5的旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)以傳統(tǒng)四沖程循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從動(dòng)帶輪17的直徑為驅(qū)動(dòng)帶輪18的直徑的兩倍，使得旋轉(zhuǎn)氣門5以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一半旋轉(zhuǎn)。
[0031]現(xiàn)在還參照?qǐng)D2，示出了旋轉(zhuǎn)氣門5的更多細(xì)節(jié)。旋轉(zhuǎn)氣門由普通的主動(dòng)式氣門組成，其具有形式為裝設(shè)在單座圈滾珠軸承形式的滾珠軸承裝置7上的軸6的第一圓柱形部分，該部分位于氣門5的遠(yuǎn)離燃燒室4的一側(cè)。該氣門具有較大的圓柱形主體部分11，該主體部分延伸到燃燒室內(nèi)且在其內(nèi)部具有形成燃燒室4的一部分的容積9。圓柱形部分11可在氣門殼體插入件8中的內(nèi)孔中旋轉(zhuǎn)，氣門5的圓柱形部分11封閉滑動(dòng)配合在所述內(nèi)孔中，在旋轉(zhuǎn)氣門5與氣門殼體插入件8的內(nèi)孔之間僅設(shè)置有幾個(gè)微米的最小間隙。氣門殼體中的插入件8由軸承材料如磷青銅或具有高錫含量的類似銅基合金形成。或者，插入件可由具有良好散熱特性的鋁合金形成，該鋁合金具有硬涂層如陽(yáng)極氧化鋁、陶瓷或硅碳化物涂層如Nikasil (注冊(cè)商標(biāo))?；蛘?，硬涂層材料可直接涂布于氣缸體的材料。
[0032]軸6具有被固定成隨軸6旋轉(zhuǎn)的插入件或套筒21，并且在其外周上包含具有軸向延伸的周肋23的凸緣22。在旋轉(zhuǎn)氣門的較大直徑部分11與軸6之間形成有臺(tái)肩25，該臺(tái)肩25在組裝狀態(tài)下貼靠軸承7的內(nèi)圈24以防止氣門在燃燒室壓力為正時(shí)沿軸向方向移動(dòng)離開(kāi)氣缸。在周肋23與軸承7的內(nèi)圈24之間存在間隙。在由凸緣22和肋23形成的周槽中設(shè)有O形環(huán)43或波形墊圈形式的彈性裝置，該彈性裝置用于當(dāng)在吸入沖程期間在燃燒室內(nèi)形成負(fù)壓時(shí)在軸向上保持氣門并用于防止氣門在作用于氣門上的燃燒室壓力由負(fù)變正和由正變負(fù)時(shí)在這種情況下軸向振動(dòng)。
[0033]在軸承的內(nèi)圈24與套筒21的周邊之間形成有環(huán)狀的間隙，以使旋轉(zhuǎn)氣門5能夠響應(yīng)于燃燒氣體壓力而徑向移動(dòng)。套筒21與軸承的內(nèi)圈24之間存在明顯的徑向間隙，這允許旋轉(zhuǎn)氣門一定程度的徑向移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣門5在其內(nèi)部具有容積9，如圖2且特別是圖4A和4C所示，該容積形成燃燒室4的一部分。燃燒室4包括容積9中的封閉的部分半球形上端和形成傾斜通路的傾斜的楔形通路30，所述楔形通路通向活塞和氣缸且其截面呈諾曼拱狀，如在圖5A和5B中可見(jiàn)的。楔形通路30通向氣缸腔。在氣缸腔中，活塞與燃燒室殼體32之間存在擠氣區(qū)域31。楔形部分30中的通路的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成既提供所需的壓縮比又作為具有良好流動(dòng)性能的通路，以在四沖程循環(huán)的進(jìn)氣階段和排氣階段期間允許端口 13、14與氣缸容積之間有效的氣體傳送。在壓縮沖程期間，空燃混合物經(jīng)火花塞被壓向氣門，以確保點(diǎn)火發(fā)生時(shí)的最大燃燒效率。在一替換設(shè)計(jì)(未示出)中，活塞的頂部成形為突出到楔形腔室中以提供所需的壓縮比。
[0034]如圖所示，旋轉(zhuǎn)氣門的壁部11具有端口 12 (還參看圖4A和4C)，該端口經(jīng)特別是在圖5A和5B的示意性剖視圖中示出的氣門殼體8中的進(jìn)氣端口 13和排氣端口 14提供進(jìn)出于燃燒室4的流體連通。附圖還示出了火花塞15。旋轉(zhuǎn)氣門主體由鋼如EN40B形成，所述鋼在被提供PVD涂層如DLC (類金剛石碳)涂層或PVD陶瓷涂層之前已被等離子體氮化且然后研磨成其最終尺寸。進(jìn)氣端口 13和排氣端口 14位于發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)側(cè)，它們的縱向軸線是平行的，如在大多數(shù)情況下有利的那樣。如圖5A所示，在端口在與曲軸相反的一側(cè)位于旋轉(zhuǎn)氣門的上部附近并且旋轉(zhuǎn)氣門正在沿所示方向旋轉(zhuǎn)的情況下，進(jìn)氣端口 13位于右手側(cè)且排氣端口 14位于左手側(cè)。取決于安裝和旋轉(zhuǎn)方向的要求，端口可以位于旋轉(zhuǎn)氣門的下部，亦即氣門的軸線與曲軸之間，這種情況下假定旋轉(zhuǎn)氣門正在沿所示方向旋轉(zhuǎn)、進(jìn)氣端口 13位于左手側(cè)并且排氣端口 14位于右手側(cè)，如圖5B所示。
[0035]在運(yùn)轉(zhuǎn)中，在最大燃燒壓力下，燃燒氣體傾向于經(jīng)旋轉(zhuǎn)氣門主體11與其座8之間的路徑A泄漏到進(jìn)氣端口 13和排氣端口 14中，從而對(duì)性能造成不利影響。本發(fā)明的該實(shí)施例旨在通過(guò)允許旋轉(zhuǎn)氣門的輕微徑向移動(dòng)來(lái)減少沿路徑A的泄漏，所述徑向移動(dòng)通過(guò)插入件21與軸承的內(nèi)圈24之間的間隙來(lái)允許，使得在最大燃燒室壓力下氣門徑向移動(dòng)并因而基本上封閉路徑A。氣門僅在燃燒循環(huán)的一個(gè)特定部分與殼體接觸的事實(shí)以及如果它過(guò)熱那么它可以稍微移動(dòng)離開(kāi)殼體的事實(shí)意味著由于局部過(guò)熱而抱死的公知問(wèn)題被克服。
[0036]在運(yùn)轉(zhuǎn)中，在最大燃燒壓力下，燃燒氣體還傾向于經(jīng)氣門主體11與其殼體8之間的路徑B泄漏到容納軸承7的腔內(nèi)。本發(fā)明的該實(shí)施例旨在通過(guò)設(shè)置嵌入氣門殼體插入件內(nèi)的鋼環(huán)8a或具有低膨脹系數(shù)的其它材料來(lái)減少沿路徑B的泄漏。這控制了氣門的該區(qū)域的熱膨脹，減少了泄漏路徑。氣門的該區(qū)域從主燃燒區(qū)域移開(kāi)并在低得多的溫度下運(yùn)行，因此可以在沒(méi)有任何抱死風(fēng)險(xiǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)更緊密的間隙。
[0037]現(xiàn)在另外參照?qǐng)D3A、3B、4A、4B和4C，示出了旋轉(zhuǎn)氣門的替換實(shí)施例，其中相似的部分具有相似的附圖標(biāo)記。在圖3A和4C的實(shí)施例中，泄漏路徑B由彈簧環(huán)32以處于氣門主體11上的臺(tái)肩25與軸承的內(nèi)圈24之間的活塞環(huán)的方式封閉。將彈簧環(huán)32寬松地保持在氣門與軸承之間的O形環(huán)的輕微壓力允許彈簧環(huán)32向外移動(dòng)以與氣門殼體8的內(nèi)徑接合。彈簧環(huán)32向外彈起，以在環(huán)32的徑向外表面與氣門殼體8的徑向內(nèi)表面之間形成密封。
[0038]在燃燒室內(nèi)的最大壓力下,燃燒壓力在氣門上產(chǎn)生壓縮力，該壓縮力經(jīng)彈簧環(huán)32傳遞到軸承裝置，以驅(qū)迫彈簧環(huán)32的平坦表面與氣門臺(tái)肩25和內(nèi)圈24更緊密地接觸，由此減少該部位的泄漏。
[0039]現(xiàn)在參照?qǐng)D3B和4A，示出了設(shè)計(jì)成封閉泄漏路徑B的密封環(huán)的一個(gè)替換實(shí)施例。這種情況下，彈簧環(huán)32位于氣門主體11中的槽11內(nèi)。其距離燃燒室最遠(yuǎn)的平坦表面貼靠槽Ila的相鄰平坦表面。它由在環(huán)的距燃燒室最近的平坦表面與槽Ila的相鄰平坦表面之間配合在槽Ila內(nèi)的波形彈簧32a或類似裝置保持在該位置。這提供了平坦表面之間的初始密封接觸。環(huán)32也輕微向外彈起，以提供環(huán)30的徑向外表面與氣門殼體8的徑向內(nèi)表面之間的初始密封力。在燃燒室內(nèi)的最大壓力下，燃燒氣體在環(huán)的后方進(jìn)入環(huán)32與氣門主體之間的空間，以驅(qū)迫平坦密封面和徑向密封面兩者更緊密地接觸，由此減少該部位的泄漏。
[0040]在以上兩個(gè)實(shí)施例中，泄漏路徑A由位于氣門主體11的外部的環(huán)狀的部分圓柱形套筒33密封，如圖4A、4B和4C所示。套筒33具有開(kāi)口 34，該開(kāi)口與氣門主體中的端口 12重合并通過(guò)栓柱(peg) 35相對(duì)于氣門主體定位,所述栓柱防止環(huán)相對(duì)于氣門的旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)但使套筒33能夠徑向浮動(dòng)和膨脹。部分圓柱形套筒33被彈性地向外偏壓并以與傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)活塞環(huán)相似的方式操作，在傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒氣體進(jìn)入環(huán)后方并驅(qū)迫環(huán)與氣缸壁接觸。在本實(shí)施例中，氣體進(jìn)入套筒33與氣門主體11之間，以沿密封路徑A的方向向外驅(qū)迫環(huán)。當(dāng)氣缸氣體壓力下降時(shí)，密封力相應(yīng)減小，套筒的彈簧作用提供旋轉(zhuǎn)氣門與氣門殼體之間的低接觸壓力以形成初始密封。在一種形式中，套筒具有比氣門的直徑略大的內(nèi)徑，從而提供使氣體更容易地進(jìn)入的初始間隙。
[0041]現(xiàn)在參照?qǐng)D7A和7B，分別示出了加入反轉(zhuǎn)平衡軸的帶傳動(dòng)裝置的端視圖和側(cè)視圖，其中相似的部分具有相似的附圖標(biāo)記。該帶傳動(dòng)裝置由曲軸上的有齒傳動(dòng)帶輪17A和驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)氣門的有齒從動(dòng)帶輪組成，傳動(dòng)經(jīng)扁平齒帶19A傳遞。該傳動(dòng)裝置包括由齒帶19A驅(qū)動(dòng)的又一個(gè)平衡軸有齒帶輪38。齒帶在其內(nèi)表面和外表面上都具有齒以傳遞傳動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，平衡軸由位于帶的與和曲軸帶輪接合的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)的齒驅(qū)動(dòng)。在圖7中，可見(jiàn)全部三個(gè)帶輪都處于公共的徑向平面20內(nèi)。
[0042]現(xiàn)在參照?qǐng)D8A、8B和SC，示出了反轉(zhuǎn)平衡軸的細(xì)節(jié)。平衡軸40可旋轉(zhuǎn)地裝設(shè)在框架41中的軸承39中，所述框架適合與發(fā)動(dòng)機(jī)的主殼體螺栓連接，該軸具有設(shè)計(jì)成提供所期望的平衡特性的偏置平衡重42。平衡軸驅(qū)動(dòng)帶輪38在框架41的外部被固定到軸40上。
[0043]現(xiàn)在參照?qǐng)D9A和9B，示出了具有雙反轉(zhuǎn)平衡軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)。平衡軸43均可旋轉(zhuǎn)地裝設(shè)在從曲柄箱46延伸的凸耳45中的軸承44中，軸43均具有設(shè)計(jì)成提供所期望的平衡特性的偏置平衡重47。平衡軸43配置在曲軸3的兩側(cè)，與氣缸2的中心線48基本上等距，并由雙面齒帶49驅(qū)動(dòng)。各偏置平衡重47的質(zhì)心與氣缸2的中心線對(duì)齊。該布置結(jié)構(gòu)使兩個(gè)偏置平衡重47的組合質(zhì)心能夠與氣缸軸線48基本上對(duì)齊，所述布置結(jié)構(gòu)確保了由平衡軸47所產(chǎn)生的凈力基本上位于氣缸軸線48上，并且因此與由活塞所產(chǎn)生的往復(fù)力作用于相同直線上，由此最大限度地減少發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位的振動(dòng)。
[0044]現(xiàn)在參照?qǐng)D1OA和10B，示出了具有雙反轉(zhuǎn)平衡軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的又一個(gè)實(shí)施例，該發(fā)動(dòng)機(jī)在每個(gè)軸上加入了反轉(zhuǎn)飛輪50，從而也減少了轉(zhuǎn)矩反沖。兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪50的總旋轉(zhuǎn)慣性與發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄系和飛輪基本上相同，由此最大限度地減小了發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位的轉(zhuǎn)矩反沖力。
[0045]應(yīng)理解的是，也可在圖6和7所示的單平衡軸構(gòu)型內(nèi)加入合適的反轉(zhuǎn)飛輪。
[0046]雖然被描述為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明同樣適用于具有直列、V型或水平對(duì)置構(gòu)型的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，雖然被描述為火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，但本發(fā)明同樣適用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，其中所述旋轉(zhuǎn)氣門可圍繞與所述曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行的軸線旋轉(zhuǎn)，其中所述旋轉(zhuǎn)氣門主體中的所述容積通向一通道，所述通道在所述氣門中的所述容積與所述氣缸之間引導(dǎo)燃燒氣體流，所述通道也部分地限定所述燃燒室，所述通道是以與所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線成30到60度之間的角度相對(duì)于所述氣門的軸線朝向所述氣缸傾斜的基本上楔形容積，其中所述氣門主體的包含限定出所述燃燒室的一部分的所述容積的部分至少部分地處于所述氣缸的周邊的徑向內(nèi)側(cè)以設(shè)置于所述活塞上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)是火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，火花塞位于所述通道的上表面中且鄰近所述通道與所述旋轉(zhuǎn)氣門中的所述容積交匯的區(qū)域。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述活塞具有在上止點(diǎn)突出到所述通道內(nèi)的凸起區(qū)域，所述凸起區(qū)域增大所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。
4.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，其中所述氣門裝設(shè)在軸承裝置中，所述軸承裝置約束所述氣門沿軸向方向的移動(dòng)但允許沿徑向方向的移動(dòng)，其中所述軸承裝置包括單座圈滾珠軸承，其中所述氣門主體與直徑較小的驅(qū)動(dòng)軸共軸，所述驅(qū)動(dòng)軸延伸穿過(guò)所述軸承的內(nèi)圈，在所述驅(qū)動(dòng)軸與所述內(nèi)圈之間具有間隙以使所述氣門 能夠沿徑向方向移動(dòng)，形成在所述氣門主體與所述軸之間的臺(tái)肩貼靠所述內(nèi)圈，以在所述氣門承受正的燃燒壓力時(shí)約束所述氣門的軸向移動(dòng)，其中所述軸具有與所述軸承內(nèi)圈的背離所述氣門主體的側(cè)面交搭的凸緣，所述凸緣約束所述氣門朝向所述氣缸的移動(dòng)，在所述凸緣與所述內(nèi)圈之間存在間隙，以使得所述氣門未被夾持在所述內(nèi)圈之間而是能夠在所述內(nèi)圈內(nèi)沿徑向浮動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在所述凸緣與所述內(nèi)圈的所述側(cè)面之間設(shè)有彈性裝置，以在所述氣缸內(nèi)的負(fù)壓期間偏壓所述氣門以防朝向所述氣缸移動(dòng)，同時(shí)仍允許所述氣門沿徑向浮動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述彈性裝置包括O形環(huán)。
7.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，其中所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口基本上平行，并且所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口的軸線垂直于所述氣缸的軸線，所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口位于所述氣門殼體的相對(duì)側(cè)并且定位和確定尺寸成提供所需的氣門正時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口的軸線基本上是共軸的，其中所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口的軸線在所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線的曲軸側(cè)與所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線隔開(kāi)，或者替換地在所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線的遠(yuǎn)離所述曲軸的一側(cè)與所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線隔開(kāi)，所述隔開(kāi)限定出用于給定的進(jìn)氣和排氣布局的氣門旋轉(zhuǎn)方向。
9.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，所述氣門殼體的基材為鋁，其中在所述氣門殼體中與所述氣門的旋轉(zhuǎn)軸線共軸地加入了熱膨脹系數(shù)比鋁低的一個(gè)或多個(gè)金屬帶，以控制所述氣門的熱膨脹。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述氣門在其中旋轉(zhuǎn)的所述氣門殼體的表面具有陶瓷、陽(yáng)極氧化鋁或鎳碳化物的硬涂層。
11.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，其中所述氣門主體具有環(huán)狀的部分圓柱形密封套筒，所述密封套筒被固定到所述主體上以隨所述主體旋轉(zhuǎn)但可相對(duì)于所述主體沿徑向移動(dòng)并且配置成使得燃燒氣體進(jìn)入所述主體與所述密封件之間以驅(qū)迫所述密封件與所述氣門殼體接合，所述套筒被彈性地向外偏壓到所述殼體內(nèi)以提供初始密封，所述套筒的內(nèi)徑比所述氣門主體的外徑大以在所述套筒與所述氣門主體之間形成間隙，其中所`述套筒具有間隙，所述間隙的尺寸與所述氣門主體中的與所述間隙對(duì)齊的端口基本上相同，所述套筒在所述氣門主體的基本全部長(zhǎng)度上延伸，以使得所述套筒在壓縮沖程和燃燒沖程期間完全覆蓋所述進(jìn)氣端口和所述排氣端口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述氣門主體具有位于所述氣門端口與所述軸承裝置之間的環(huán)狀的密封環(huán)，所述密封環(huán)約束所述氣門沿軸向方向的移動(dòng)，其中所述密封環(huán)被向外偏壓成與所述氣門殼體接合，所述密封環(huán)的一個(gè)平坦表面貼靠所述氣門主體的臺(tái)肩，所述密封環(huán)的相對(duì)平坦表面貼靠所述內(nèi)軸承的側(cè)面，該布置結(jié)構(gòu)使得在高燃燒壓力期間燃燒壓力驅(qū)迫所述平坦表面彼此接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述密封環(huán)處于所述氣門主體的徑向外表面中的周槽中，其中所述密封環(huán)配置成使得燃燒氣體進(jìn)入所述環(huán)的距所述燃燒室最近的平坦表面與所述槽的相鄰平坦表面之間的空間以及所述環(huán)的徑向內(nèi)表面與所述槽的徑向外表面之間的空間，以驅(qū)迫所述環(huán)的距所述燃燒室最遠(yuǎn)的平坦表面與所述槽的相鄰平坦表面接合并驅(qū)迫所述環(huán)的徑向外表面與所述氣門殼體的徑向內(nèi)表面接合，其中所述密封環(huán)的距所述燃燒室最近的平坦表面與所述槽的相鄰平坦表面之間設(shè)有彈簧，以將所述密封環(huán)的距所述燃燒室最遠(yuǎn)的平坦面促靠在所述槽的相鄰平坦表面上，從而產(chǎn)生在高壓縮期間通過(guò)燃燒室壓力放大的初始密封力。
14.一種旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有:活塞，所述活塞連接到曲軸并且可在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；燃燒室，所述燃燒室部分地由所述活塞限定；和旋轉(zhuǎn)氣門，所述旋轉(zhuǎn)氣門可在相對(duì)于所述氣缸被固定的氣門殼體中旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)氣門具有氣門主體，所述氣門主體包含部分地限定所述燃燒室的容積，并且所述氣門主體還在其壁部中具有端口，所述端口在氣門旋轉(zhuǎn)期間提供經(jīng)由所述氣門殼體中的進(jìn)氣端口和排氣端口相繼進(jìn)出于所述燃燒室的流體連通，其中所述旋轉(zhuǎn)氣門可圍繞與所述曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行的軸線旋轉(zhuǎn)，其中對(duì)所述氣門的驅(qū)動(dòng)經(jīng)一對(duì)有齒帶輪傳遞，所述一對(duì)有齒帶輪包括位于所述曲軸上的驅(qū)動(dòng)帶輪和被固定到所述氣門上的從動(dòng)帶輪，所述從動(dòng)帶輪在所述氣門的遠(yuǎn)離所述燃燒室的一側(cè)被固定到所述氣門上，驅(qū)動(dòng)借助環(huán)形齒帶而在所述兩個(gè)帶輪之間傳遞，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括反轉(zhuǎn)平衡軸，所述平衡軸具有由所述環(huán)形帶驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)帶輪，所述帶包括雙齒環(huán)形帶，所述雙齒環(huán)形帶在其對(duì)向的內(nèi)表面和外表面上都具有齒，所述齒與位于與和所述平衡軸帶輪接合的齒相對(duì)的一側(cè)的所述曲軸帶輪接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括均由所述環(huán)形帶驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)反轉(zhuǎn)平衡軸，所述兩個(gè)反轉(zhuǎn)平衡軸在所述曲軸的兩側(cè)等距地配置成使得偏置平衡重的質(zhì)心基本上位于所述氣缸的中心線上，該布置結(jié)構(gòu)確保了通過(guò)所述兩個(gè)反轉(zhuǎn)平衡軸的動(dòng)作所產(chǎn)生的凈力基本上作用于所述氣缸的軸線上，并且因此與由所述活塞所產(chǎn)生的往復(fù)力作用于相同直線上，由此最大限度地減少發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位的振動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的旋轉(zhuǎn)氣門內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在所述平衡軸或多個(gè)所述平衡軸上加入了反轉(zhuǎn)飛輪或多個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪，所述反轉(zhuǎn)飛輪或所述多個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪的總旋轉(zhuǎn)慣性與發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄傳動(dòng)系和飛輪的旋轉(zhuǎn)慣性基本上相同，由此最大限度地減小發(fā)動(dòng)機(jī)裝設(shè)部位的轉(zhuǎn)矩反 沖力。
【文檔編號(hào)】F01L7/02GK103890329SQ201280049480
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月6日
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