本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)簡化且具有氣門冷卻功能的新型發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座及鎖片等；氣門傳動組包括正時齒輪、正時鏈條（皮帶）、凸輪軸、挺桿、推桿、調(diào)整螺釘、搖臂、搖臂軸等。其作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火順序和各缸工作循環(huán)的要求，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，使新鮮氣體及時進(jìn)入氣缸，廢氣及時排出氣缸。

存在的問題：1、進(jìn)、排氣效率受進(jìn)、排氣門的構(gòu)造影響，有效時間內(nèi)不能達(dá)到最大進(jìn)、排氣量。進(jìn)、排氣門均為菌型結(jié)構(gòu)，進(jìn)、排氣時，氣流均需繞過氣門頂部，影響瞬時進(jìn)、排氣量；2、氣門組零部件多，摩擦阻力大；3、氣門的密閉需在張力彈簧的作用下才能密閉，運(yùn)行阻力大，消耗發(fā)動機(jī)功率；4、囿于燃燒室位置所限，迄今為止，現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)均無法在氣門座周邊布置冷卻液通道，冷卻液不能流經(jīng)此處，燃燒室及進(jìn)、排氣門得不到有效冷卻。尤其是排氣門位置，常時間工作的溫度最高，氣門燒蝕比進(jìn)氣門嚴(yán)重。高溫還容易產(chǎn)生爆震，影響發(fā)動機(jī)壓縮比的進(jìn)一步提高；5、氣門開啟、關(guān)閉所需傳動部件多，其響應(yīng)速度影響發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高；6、較多的氣門組零部件增加了發(fā)動機(jī)的體積、重量；7、正時齒輪錯位時，容易導(dǎo)致氣門、活塞損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明采用了一體化構(gòu)造，將凸輪軸與氣門合二為一，形成軸式旋轉(zhuǎn)氣門。根據(jù)發(fā)動機(jī)發(fā)火順序和各缸工作循環(huán)的要求，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣道，使新鮮氣體及時進(jìn)入氣缸，廢氣及時排出氣缸。

采用的技術(shù)方案：一種新型發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，包括氣缸體、活塞、曲軸和連桿，以及火花塞，位于燃燒室頂部的進(jìn)氣門和排氣門分別采用進(jìn)氣氣門軸和排氣氣門軸結(jié)構(gòu)；進(jìn)氣氣門軸和排氣氣門軸上至少設(shè)置一個外徑大于氣門軸外徑的凸出的旋轉(zhuǎn)氣門；所述旋轉(zhuǎn)氣門的一側(cè)設(shè)置有讓位缺口作為氣流通道，讓位缺口占用旋轉(zhuǎn)氣門圓周的四分之一；位于燃燒室頂部的進(jìn)氣口和排氣口分別與相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)氣門外表面輪廓匹配并密封接觸；通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別控制進(jìn)氣口旋轉(zhuǎn)氣門和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門的順序，實現(xiàn)進(jìn)氣口旋轉(zhuǎn)氣門和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門按周期通氣或密閉；同時，在所述氣門軸的軸心位置設(shè)置有軸向冷卻通道，軸向冷卻通道位于氣門軸兩端部設(shè)置有徑向通道，并在徑向通道外側(cè)密封安裝有與冷卻液道相通的氣門軸座，與冷卻液道相通的氣門軸座設(shè)置有內(nèi)腔及液體接口，內(nèi)腔與相應(yīng)徑向通道對接；通過水泵驅(qū)動使冷卻液經(jīng)過所述軸向通道和冷卻液道相通的氣門軸座構(gòu)成氣門軸冷卻系統(tǒng)。

在進(jìn)氣口或排氣口的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)氣門接觸區(qū)域分別設(shè)置有氣門密封片，同時在所述旋轉(zhuǎn)氣門軸的圓周面兩端分別設(shè)置有密封環(huán)，從而密封環(huán)與其兩側(cè)氣門密封片圍成密封隔離層。

在所述氣缸體的內(nèi)壁中部設(shè)置有氣缸體冷卻腔，通過水泵構(gòu)成缸體冷卻系統(tǒng)。

所述氣門軸冷卻系統(tǒng)和缸體冷卻系統(tǒng)是通過水泵驅(qū)動冷卻液進(jìn)入冷卻系統(tǒng)后構(gòu)成冷卻環(huán)路。

位于所述徑向通道外側(cè)的冷卻液道相通的氣門軸座與氣門軸表面之間設(shè)置有圓周密封環(huán)。氣門軸安裝在與氣缸蓋一體的氣門軸軸承底座上，氣門軸軸承上蓋通過螺栓將氣門軸固定，氣門軸在里面旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明通過在一根中空軸上的N個空心圓柱型弧面上開口作為進(jìn)、排氣口，旋轉(zhuǎn)氣門兩邊裝有金屬密封環(huán)，氣門座左右兩邊裝有與圓柱形氣門貼合的金屬密封片，根據(jù)發(fā)動機(jī)發(fā)火順序和各缸工作循環(huán)的要求，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣道，使新鮮氣體及時進(jìn)入氣缸，廢氣及時排出氣缸。具有如下有益效果：

1、避免了現(xiàn)有氣門菌型構(gòu)造的進(jìn)、排氣阻力，提高進(jìn)排、氣效率；

2、大大減少了配氣機(jī)構(gòu)的零部件，減少摩擦力；

3、運(yùn)行阻力小，減少發(fā)動機(jī)功率消耗；

4、中空的進(jìn)、排氣軸及與軸一體的中空旋轉(zhuǎn)氣門，可以讓流經(jīng)的冷卻液迅速帶走熱量，燃燒室頂部得到有效冷卻，提高壓縮比和抗爆震能力；

5、進(jìn)、排氣機(jī)構(gòu)無多余的傳動部件，可進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；

6、減少了發(fā)動機(jī)的體積、重量，發(fā)動機(jī)重心也可相應(yīng)降低，增加了車輛的穩(wěn)定性。

7、在正時齒輪錯位時，不會損壞活塞等其他零部件。

8、可提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明：

圖1是氣門軸式發(fā)動機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的四沖程狀態(tài)示意圖；

圖3是圖1中進(jìn)氣門軸的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3轉(zhuǎn)動90度后的狀態(tài)示意圖；

圖5是圖4中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5的傳動部分側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，標(biāo)號1為氣缸體，2為活塞，3為曲軸，4為連桿，5為連桿軸承，6為燃燒室，7為氣門軸，81為進(jìn)氣口旋轉(zhuǎn)氣門，82為排氣口旋轉(zhuǎn)氣門，91為進(jìn)氣口，92為排氣口，10為氣流通道，11為軸向冷卻通道，12為氣缸體冷卻腔，13為氣門密封片一，14為氣門密封片二，15為缸體裙部（曲軸箱），16為油底殼，17為火花塞，18為密封環(huán)，19為與冷卻液道相通的氣門軸座進(jìn)口端，20為與冷卻液道相通的氣門軸座出口端，21為進(jìn)液口，22為出液口，23為徑向通道，24為圓周密封環(huán)，25為氣門軸座，25’為軸承上蓋，26為氣門軸正時齒輪，27為主動齒輪，27為蝸桿，28為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，29為氣門軸承上蓋固定螺栓，30為冷卻系統(tǒng)及水泵。

具體實施方式：

如圖1所示的發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，包括如傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的氣缸體1、活塞2、曲軸3和連桿4，以及火花塞17等部件。在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，將位于燃燒室頂部的進(jìn)氣門和排氣門分別設(shè)計為進(jìn)氣氣門軸和排氣氣門軸結(jié)構(gòu)。

具體地，參見圖3和圖4，在進(jìn)氣氣門軸和排氣氣門軸上設(shè)置四個（數(shù)量不限）外徑大于氣門軸外徑的凸出的旋轉(zhuǎn)氣門。旋轉(zhuǎn)氣門的一側(cè)設(shè)置有讓位缺口作為氣流通道10，讓位缺口占用旋轉(zhuǎn)氣門圓周的四分之一。

位于燃燒室頂部的進(jìn)氣口91和排氣口92分別與相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)氣門外表面輪廓匹配并密封接觸。例如，在進(jìn)氣口91或排氣口92的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)氣門接觸區(qū)域分別設(shè)置有氣門密封片，同時在所述旋轉(zhuǎn)氣門軸的圓周面兩端分別設(shè)置有密封環(huán)18，從而密封環(huán)18與其兩側(cè)氣門密封片圍成密封隔離層。

通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)28（或正時鏈條）分別控制進(jìn)氣口91旋轉(zhuǎn)氣門81和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門82的順序，實現(xiàn)進(jìn)氣口旋轉(zhuǎn)氣門81和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門82按周期通氣或密閉。驅(qū)動機(jī)構(gòu)28可以通過電機(jī)驅(qū)動主動齒輪27（或蝸桿27’）旋轉(zhuǎn)，然后再驅(qū)動氣門軸正時齒輪26轉(zhuǎn)動，氣門軸正時齒輪26安裝于相應(yīng)氣門軸上，如圖4-圖6所示。

同時，如圖1-圖5所示，在所述氣門軸的軸心位置設(shè)置有軸向冷卻通道11，軸向冷卻通道11位于氣門軸兩端部設(shè)置有徑向通道23，并在徑向通道23外側(cè)密封安裝有與冷卻液道相通的氣門軸座，與冷卻液道相通的氣門軸座設(shè)置有內(nèi)腔及液體接口，冷卻液道相通的氣門軸座的內(nèi)腔與相應(yīng)徑向通道23對接。如圖3中，與冷卻液道相通的氣門軸座進(jìn)口端19和與冷卻液道相通的氣門軸座出口端。通過水泵驅(qū)動使冷卻液經(jīng)過所述軸向通道和冷卻液道相通的氣門軸座構(gòu)成氣門軸冷卻系統(tǒng)。位于所述徑向通道23外側(cè)的冷卻液道相通的氣門軸座與氣門軸表面之間設(shè)置有圓周密封環(huán)24。氣門軸安裝在與氣缸蓋一體的氣門軸軸承底座上，氣門軸軸承上蓋通過螺栓將氣門軸固定，氣門軸在里面旋轉(zhuǎn)。

另外，在所述氣缸體1的內(nèi)壁中部也設(shè)置有氣缸體冷卻腔12，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)及水泵構(gòu)成缸體冷卻系統(tǒng)。

所述氣門軸冷卻系統(tǒng)或缸體冷卻系統(tǒng)是通過水泵驅(qū)動冷卻液進(jìn)入冷卻系統(tǒng)后構(gòu)成冷卻環(huán)路。

如圖2中A所示的進(jìn)氣行程。進(jìn)氣氣門軸進(jìn)氣開口與進(jìn)氣管接通，氣流可以無阻礙地進(jìn)入氣缸，完成發(fā)動機(jī)第一個工作行程—進(jìn)（吸）氣。此時活塞處于下止點(diǎn)位置，排氣氣門軸上排氣開口則處于關(guān)閉狀態(tài)。

如圖2中B所示的壓縮行程。進(jìn)氣側(cè)氣門軸進(jìn)氣開口旋轉(zhuǎn)90°，使進(jìn)氣道與燃燒室斷開，氣缸內(nèi)形成密閉空腔，將進(jìn)入氣體進(jìn)行壓縮，完成發(fā)動機(jī)工作第二個行程——壓縮行程；此時活塞處于上止點(diǎn)位置，排氣氣門軸上排氣開口旋轉(zhuǎn)90°，仍處于關(guān)閉狀態(tài)。

如圖2中C所示的爆發(fā)（做功）行程?；鸹ㄈc(diǎn)燃燃燒室壓縮可燃混合氣體，推動活塞做工下行至下止點(diǎn)，進(jìn)、排氣軸繼續(xù)同時旋轉(zhuǎn)90°，氣缸仍為密閉空間，完成發(fā)動機(jī)工作第三個行程—爆發(fā)（作功），輸出動力。

如圖2中D所示的排氣行程。活塞由下止點(diǎn)上行時，排氣氣門軸旋轉(zhuǎn)90°，排氣開口與排氣管相通，廢氣在活塞上行推力作用下排出氣缸。此時，進(jìn)氣門軸也同時旋轉(zhuǎn)90°。待活塞下行時，，進(jìn)、排氣軸繼續(xù)同時旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)氣軸開口與進(jìn)氣道相通，排氣軸開口關(guān)閉，以進(jìn)行下一次進(jìn)（吸）氣行程。

軸式旋轉(zhuǎn)氣門的驅(qū)動方式也可采用正時鏈條（皮帶）傳動和電動機(jī)驅(qū)動二種方式。