專利名稱：帶軸向冷卻通道的圓柱形旋轉(zhuǎn)氣門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)上的旋轉(zhuǎn)氣門，即帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門。
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，占有空間體積和重量較大，而且工作方式原始，雖經(jīng)歷一百多年的不斷改進(jìn)與完善，仍是發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)的主要源泉之一。
考斯特國(guó)際有限公司發(fā)明的球形旋轉(zhuǎn)氣門是將帶有貫通孔的球體設(shè)置在原來(lái)菌形氣門的位置上，貫通孔用作進(jìn)、排氣道，球體置于缸蓋的球形腔中，氣門球體繞通過(guò)球心的軸旋轉(zhuǎn)。這種氣門徹底改變了傳統(tǒng)的氣門結(jié)構(gòu)。不僅減少了零件數(shù)目，降低了整機(jī)重量，體積，成本，油耗、振動(dòng)等，并可在高壓縮比時(shí)(14.5∶1)時(shí)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簾區(qū)，而且這種氣門及空腔的加工較復(fù)雜不利于盡決推廣使用。此外由于這種氣門難于冷卻，工作溫度較高，難以使用傳統(tǒng)的、可潤(rùn)滑的金屬軸承。
本實(shí)用新型的目的是提出一種具有軸向冷卻系統(tǒng)的單園柱氣門結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的要點(diǎn)在于采用了一根設(shè)在缸蓋上的園柱體作為進(jìn)、排氣門。氣門柱體由耐高熱硬質(zhì)金屬材料制成(如球墨鑄鐵)，表面經(jīng)淬火處理以增加硬度，或表面噴涂工業(yè)陶瓷材料，以提高耐磨性，減少摩擦系數(shù)。柱體中開(kāi)有兩個(gè)直徑不同的同軸空腔或兩個(gè)橫向貫通柱體的孔洞作為柱氣門上的進(jìn)、排氣道。前者柱體的同軸進(jìn)、排氣道在柱面不同軸向位置處分別各開(kāi)有二個(gè)(或一個(gè)或三個(gè)……)近似橢園形長(zhǎng)孔作為柱面上的進(jìn)、排氣孔。二個(gè)以的同種氣孔對(duì)稱于柱軸設(shè)置。后者的橫向貫通式氣道在柱面上各有兩個(gè)對(duì)稱于柱軸分布的孔。具體結(jié)構(gòu)是前一種同軸氣道中，直徑較小，長(zhǎng)度較短并被另一軸向氣道套在中間的是排氣道，其排氣中傳給道壁的熱量將被周圍進(jìn)氣道中的冷氣流帶走，而獲得絕熱屏蔽，使廢氣熱量不再加熱柱氣門的壁面，同時(shí)進(jìn)氣道中的氣流將冷卻所經(jīng)之處的整個(gè)柱壁面，因而有效地降低了柱氣門的工作溫度。這樣柱氣門的兩端可裝用工作可靠、成本較低的普通滑動(dòng)或滾針軸承，同時(shí)壓力潤(rùn)滑軸承的機(jī)油也參與冷卻作用。因此軸向設(shè)置于排氣道外的進(jìn)氣道起到了在氣門柱內(nèi)軸向冷卻通道的作用。后一種設(shè)有兩個(gè)橫向貫通氣道的氣門柱具有一軸向貫通整個(gè)柱長(zhǎng)的園柱形空腔，該空腔用作獨(dú)立的冷卻通道，依靠外界的強(qiáng)制氣(水)流或柱氣門上裝設(shè)的風(fēng)扇(或泵)隨氣門柱轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將冷卻流體壓進(jìn)冷卻通道來(lái)降低柱氣門的工作溫度。上述柱氣門裝在氣缸蓋的園柱形空腔中，園柱形空腔的中心線平行于曲軸，并偏離開(kāi)氣缸中心線，以留下安裝火花塞的位置。在柱形空腔壁面與燃燒室之間開(kāi)有兩個(gè)在柱軸方向相鄰的、截面近似橢園形的孔洞作為進(jìn)、排氣孔。兩孔在柱形空腔表面上的形狀，和幾何尺寸相近于柱氣門表面上對(duì)應(yīng)的同種氣孔。氣門柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腔壁面的孔或與柱氣門表面的孔(即氣道)相通或被柱面遮蓋，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)、排氣門的啟閉。對(duì)于有獨(dú)立軸向冷卻通道的氣門，在柱形空腔壁面上還開(kāi)有另外兩個(gè)孔，作為通向外界進(jìn)、排氣管的氣孔。這樣柱形腔內(nèi)共有二對(duì)孔。二對(duì)孔對(duì)稱于軸線分布，每一對(duì)孔均沿軸線方向排列。為便于密封，實(shí)際的柱氣門和空腔的表面是直徑不同的幾個(gè)園柱體的同軸組合體。相鄰柱體的過(guò)渡環(huán)形面用作密封環(huán)的密封摩擦面。同時(shí)通向燃燒室的進(jìn)、排氣孔周圍的空腔表面上各設(shè)置一道密封環(huán)，一般用具有自潤(rùn)滑性的，耐高溫的工業(yè)陶瓷材料制成。
本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易于維修、保養(yǎng)。(2)可使用成本低廉的普通金屬軸承。(3)可使缸蓋與缸體一體化。(4)發(fā)動(dòng)機(jī)的外部尺寸，特別是氣缸的高度與缸蓋的體積大大減少，對(duì)于摩托車的氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)更為明顯(5)工作平穩(wěn)，減少了振動(dòng)與噪聲。(6)整機(jī)的制造成本明顯降低。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。


圖1是進(jìn)氣道21作為軸向冷卻通道的柱氣門的局部剖視圖。
圖2是與
圖1中柱氣門相配的柱形空腔53和端蓋23的俯視方向剖視圖。
圖3是柱內(nèi)設(shè)有獨(dú)立軸向冷卻通道46的柱氣門局部剖視圖。46中流過(guò)的冷卻氣(或水)流繞過(guò)氣道21、18的外壁流過(guò)該處。B端內(nèi)壁上的軸流風(fēng)扇可作成可拆式，便于更換，對(duì)于水流，此處的軸流泵葉輪可與氣門一起鑄出。
圖4是圖3中氣門柱對(duì)應(yīng)的柱形空腔及氣缸54上半部的剖視圖。與進(jìn)、排氣孔55、50相通的外氣道56、57連接進(jìn)、排氣管。
圖5是安裝到53中的獨(dú)立軸向冷卻通道柱氣門在垂直于柱軸的一個(gè)剖面上的剖面圖，此剖面位于進(jìn)氣孔26長(zhǎng)軸向的中部，圖中63、64是通向氣孔密封環(huán)槽27和28底部的強(qiáng)制冷卻風(fēng)出入通道，它們主要目的冷卻62、61。
圖6、圖7、圖8、是槽27、28、40、41中密封環(huán)，槽側(cè)壁U型截面密封環(huán)61和環(huán)形彈簧62的局部放大圖。
由
圖1、2、3、4和5可以看到，容納柱氣門1的柱形空腔53設(shè)置在燃燒室52頂部缸蓋24上，壁面22和端蓋23與缸蓋材料相同，為合金鋁或鑄鐵等材料制成。其中進(jìn)、排氣孔26、29所在的主體部分空腔44和43的長(zhǎng)度主要取決于橢園形氣孔26和29或柱面1上孔2和3沿柱軸向的尺寸即孔長(zhǎng)度加上密封環(huán)槽27和28的寬度。主體部分44、43的直徑由柱氣門上進(jìn)(或排)氣孔數(shù)、曲軸轉(zhuǎn)速、排氣量等因素決定，對(duì)于雙進(jìn)(雙排)氣孔柱氣門，其直徑為缸徑的0.65至0.9倍。柱形空腔53的中心線一般不與氣缸中心線相交，兩者應(yīng)偏移一定距離，以留出火花塞孔25的位置。柱面上的進(jìn)、排氣孔相對(duì)位置由氣門啟、閉時(shí)間決定，對(duì)于雙進(jìn)(雙排)柱氣門氣孔，進(jìn)、排氣孔間相對(duì)于柱軸的夾角約(40±5)度，其中氣孔寬度對(duì)柱軸的夾角(20±2)度。本實(shí)用新型的柱氣門1是靠柱內(nèi)的氣道中通過(guò)外界氣流來(lái)降低氣門的溫度。為此，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合選取不同的辦法。一種是
圖1、圖2的冷卻方式，在柱氣門1內(nèi)設(shè)有直徑相異的同軸氣道18和21，排氣道18被套在進(jìn)氣道21中央，兩者在柱面上各有2個(gè)氣孔2和3。外界混合氣體由進(jìn)氣管30進(jìn)入環(huán)形凹槽31，再穿過(guò)33側(cè)面的孔洞45和柱面1的孔16流入21中，冷的混合氣體將18的壁面19上吸收的排氣熱量和柱壁22表面的熱吸收帶走，從而降低氣門溫度。另一種如圖3、4和5所示橫穿柱軸線的進(jìn)、排氣道21和18的外壁47和48穿過(guò)軸向冷卻通道46，這樣46中的冷卻氣(水)流不僅帶走22上的熱量，同時(shí)冷卻了進(jìn)排氣道21和18。進(jìn)入46中的冷卻氣(水)流除外界強(qiáng)制供給外，由設(shè)在氣門柱B端腔內(nèi)的軸流風(fēng)扇(泵)或A端49處加裝普通離心風(fēng)扇(泵)，當(dāng)柱氣內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，會(huì)帶動(dòng)其上的風(fēng)扇(或泵)，將外界制冷氣流(或水流)從51吸入46中?？涨?3的壁面上開(kāi)有對(duì)稱于空腔中心線的兩對(duì)氣孔25、26和56、57，其中后一對(duì)進(jìn)、排孔56和57的形狀與26，29分別相似但在寬度上略大于后者。56、57的孔周圍可不裝密封環(huán)。
實(shí)際工作中，22和58之間的表面間并不直接接觸，兩者間留有一定間隙。柱1僅由氣孔兩端的裝在59和39腔處的滑動(dòng)或滾針軸承支承，其他的接觸表面僅限于設(shè)在密封槽40、41和27、28中的密封環(huán)，軸向密封環(huán)42和軸向密封環(huán)36、34以及A端鄰近卡簧槽13的油封。22和58表面之間的間隙由實(shí)際情況選定。對(duì)于常用中小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)徑向和軸向的熱機(jī)間隙通常要分別小于0.35mm和0.60mm。上述圖中，37為軸承油孔，38是軸承卡簧環(huán)槽。18的外端從園孔35伸出，9、6、7、15、17是對(duì)軸向密封環(huán)的密封摩擦環(huán)面。柱1的驅(qū)動(dòng)鏈(或皮帶)輪裝于軸11處，12是銷槽，14是空腔，它與21之間由20隔開(kāi)，8、10是軸承的工作面，4、5為加強(qiáng)條并防止27，28中的密封環(huán)在孔2、3經(jīng)過(guò)時(shí)彈起。
固定式密封環(huán)42由金屬環(huán)上噴涂工業(yè)陶瓷材料(如SiC，Si3N4等)的約0.2至0.5mm厚的薄層60組成，然后將環(huán)壓入到腔內(nèi)，也可以在腔內(nèi)直接噴涂形成薄層密封環(huán)42。27、28、40、41內(nèi)的密封環(huán)由熱壓工業(yè)陶瓷制成或在金屬骨架上噴涂陶瓷層制成。33上的兩道環(huán)面36、34是噴涂的陶瓷薄層。所有作用于1的軸向力，靜止時(shí)主要由軸向密封環(huán)提供，其合力應(yīng)對(duì)42提供足夠的密封壓力。端蓋23與53之間的安裝面上有精確的定位凹凸槽和密封墊。此外，為保證密封性，防止密封環(huán)與槽壁之間的空隙泄漏，除兩者之間的配合間隙較小外、在環(huán)與下面彈性環(huán)之間設(shè)有一道由彈性較好的耐熱薄金屬片沖壓成的截面呈U形的側(cè)壁密封環(huán)，參圖6、7、8，在上部密封環(huán)與下部彈性件62的共同作用下61的兩側(cè)翼將向槽側(cè)壁張開(kāi)，并緊貼在其上達(dá)到密封目的，U形的寬高之比約為2∶1。環(huán)槽40、41、27、28內(nèi)彈性環(huán)應(yīng)由耐熱金屬制成，對(duì)密封環(huán)的單位長(zhǎng)壓力不小于1.5kg/cm。對(duì)于水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，A、B兩端的風(fēng)扇改用相應(yīng)的水泵，他們可代替原來(lái)的水泵，因而無(wú)需再裝設(shè)單獨(dú)的水泵。對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)，需要?dú)忾T簾區(qū)較大時(shí)，氣孔26、29可沿軸向向兩側(cè)加長(zhǎng)(參圖4)，使兩孔占有的軸向尺度大于缸徑10％以上。對(duì)于雙進(jìn)、排氣孔的柱氣門，其轉(zhuǎn)速是由軸的1/4。
圖中省去了機(jī)殼上的散熱片或水套。
實(shí)施例1，對(duì)于排量70cc的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)(如JC—70A，JC—70C等摩托車)，缸徑為47cm，改用柱氣門時(shí)有如下要求空腔53的中心線位于活塞頂28mm之上，中心線偏離氣缸中心線8mm，火花塞孔中心線與氣缸中心線間夾角的約45°，53的兩個(gè)主腔44與43的直徑分別為36mm與40mm，長(zhǎng)度分別為30至33mm和24至27mm，39和59處的直徑分別為32和37mm，長(zhǎng)均為7mm。26、29長(zhǎng)分別為23至25mm和16.5至20mm，寬度分別為6mm和6.6mm，兩端園弧的曲率半徑分別為3mm和3.3mm。27、29的槽寬為1.6至1.8mm，距孔邊約為0.65至1.0mm，40、41的半徑分別是32、36mm，斷面寬2mm，深3.0mm，42厚約1.50mm截面寬約2mm，涂層60的寬度為1.6mm，36、34直徑為31mm，25mm，33的長(zhǎng)度與直徑分別為11mm與36mm。氣門柱上2、3所在柱面以及10、8的直徑和軸向長(zhǎng)度比空腔53相應(yīng)部位的尺寸分別小0.05至0.6mm和0.15至0.6mm，5的寬度為1.2mm，18的內(nèi)、外徑分別為13mm、16.6mm，21最細(xì)處的外徑為22.3mm，14的直徑長(zhǎng)度分別為28mm，18.5mm，11的長(zhǎng)度為5mm，直徑是22mm，孔16一般為4至6個(gè)，孔平均直徑約6mm。安裝時(shí)，先取下23，在27、27、40、41內(nèi)裝好密封環(huán)與39、59內(nèi)的軸承，然后用專用工具壓下27、28中的密封環(huán)，將氣門柱體插53內(nèi)，再裝上23，地34旋入到位，即完成氣門主體部分的安裝。
實(shí)施例2，參圖3、4、5與上例相比，增加了56、57(及55、50)，56、57的寬度比26、29增加了1—3mm46在A、B兩端的直徑分為15mm、24mm，47、48的厚度為2—3mm，33只有一端保留下36、35處封閉，并減少33的高度到約6.5mm，去掉的部分還包括18的軸向部分，20和16所在的柱形表面，并用橢園腔將兩個(gè)孔2連通。21、18和46三者之間互不相通。其他部件尺寸和裝配間隙同實(shí)施例1。上述兩例中孔63、64的截面呈園形，其直徑2至3mm。46內(nèi)氣流速度應(yīng)大于1.5米/秒。兩例中58的平均厚度為3mm左右(球墨鑄鐵材料)。
權(quán)利要求1.一種帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，它包括一根設(shè)有進(jìn)、排氣道和軸向冷卻通道的園柱體(1)，容納(1)的柱形空腔(53)和空腔端蓋(23)，氣門柱面(58)上有進(jìn)、排氣孔(2)、(3)，(53)與燃燒室(52)之間開(kāi)有孔洞(26)、(29)，空腔(53)的內(nèi)表面上(26)、(29)周圍的密封環(huán)以及軸向密封環(huán)，它們分別位于環(huán)槽(27)、(28)、(40)、(41)中，還包括軸向密封環(huán)(42)、(36)、(34)，其特征在于在缸蓋頂部(24)上設(shè)有中心線與曲軸平行并與氣缸(54)中心線偏移一定距離的園柱形空腔(53)，(53)內(nèi)設(shè)有可繞自向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的一根園柱形氣門(1)，(1)上設(shè)有進(jìn)排氣道(21)與(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其特征在于沿柱形空腔(53)軸線方向排列于(52)與(53)之間的進(jìn)、排氣孔(26)、(29)的橫截面包括空腔表面內(nèi)的孔均呈橢園或近似橢園形，其長(zhǎng)軸方向平行于柱腔中心線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其特征在于在(53)內(nèi)表面，孔(26)、(29)的周圍設(shè)有與孔同形狀的環(huán)槽(27)、(28)，槽內(nèi)密封環(huán)的與此處的柱氣門(1)表面的曲率相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其特征在于在環(huán)槽(27)、(28)、(40)、(41)內(nèi)，密封環(huán)與下部彈性支撐環(huán)(62)之間設(shè)有一道截面呈U形的槽側(cè)壁密款環(huán)(61)，它倒扣在頂部呈條狀的(62)之上，在上部密封環(huán)與下部(62)的推壓作用下，(61)具有三條密封線，其一是與上部密封環(huán)接觸的截面U形的底部，其二是兩側(cè)與側(cè)壁接觸的兩翼即U形截面的向上的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶軸向冷卻通道的園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其特征在于設(shè)置于缸蓋上的單一園柱氣門體(1)內(nèi)開(kāi)有同軸向冷卻通道，并采用了兩種設(shè)置方式一種是排氣道(18)套放在進(jìn)氣道(21)中，(21)起冷卻風(fēng)道的作用，另一種是軸向貫通于整個(gè)柱氣門的空腔(46)作為獨(dú)立的冷卻通道，并在(A)端(49)上直接裝設(shè)離心式風(fēng)扇(泵)或在(B)端內(nèi)設(shè)置軸流風(fēng)扇(泵)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶軸向冷卻通道園柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其特征在于(53)中央部位的兩個(gè)主腔(44)、(43)直徑不同，相鄰階梯處安裝了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固定式軸向密封環(huán)(42)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)、排氣孔密封環(huán)槽(27)、(28)，其特征在于(27)和(28)的槽底部與向其內(nèi)輸送冷卻氣流的通道(63)、(64)相通，(64)、(63)分別為進(jìn)出通道。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的帶軸向冷卻通道的圓柱形旋轉(zhuǎn)氣門，其基本結(jié)構(gòu)由一個(gè)內(nèi)部開(kāi)有軸向冷卻腔同時(shí)設(shè)有進(jìn)、排氣道21和18的圓柱體1和容納1的柱形空腔53組成。冷卻腔由套在排氣道18周圍的進(jìn)氣道21構(gòu)成或由軸向貫通氣門柱1的空腔46構(gòu)成。該系統(tǒng)不僅簡(jiǎn)化、縮小了氣門機(jī)構(gòu)和缸蓋尺寸，并可采用一體化的缸體—缸蓋和使用普通的金屬軸承支撐氣門柱。本實(shí)用新型可取代傳統(tǒng)的菌形氣門，尤其是單缸摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門。
文檔編號(hào)F01L7/10GK2232982SQ9521208
公開(kāi)日1996年8月14日 申請(qǐng)日期1995年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月31日
發(fā)明者董偉, 王春榮 申請(qǐng)人:董玲