专利名称：一种辊阀式四冲程内燃机配气机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及摩托车和汽车的内燃机设计制造领域，具体地说是用于单缸及多缸四冲程内燃机的一种配气机构。
各种四冲程内燃机的传统配气机构工作原理基本相同，结构上大同小异。以链条传导的单缸四冲程机配合机构为例，它包括进排气门、气门杆、气门导管、气门弹簧、凸轮轴、正时齿轮、时规链条以及一系列附属部件。通过一连串的冲击性传导迫使气门杆作往复运动，开闭进排气门。这类配气机构存在以下致命的缺陷1.由于气门杆须作受迫往复直线运动，致使配气机构的所有机件都工作在非均匀受力状态下，始终处于强烈冲击和严重磨损的威胁之中，造成链条寿命短，气门顶与气门口及凸轮与气门杆之间的接触面容易磨损或变形，于是对机件的材质、工艺、保养和维护不得不提出非常苛刻的要求。即使这样，各机件寿命的一致性仍然很难保证。同时，由机件惯性产生的金属撞击所引起的噪声污染十分严重，而且难以彻底消除。2.气门弹簧必须具有很大的弹力，才能保证气门可靠关闭。因此，开启气门必须首先克服这一弹力，并使气门杆作加速运动。所以，内燃机产生的功率也必须有相当一部分消耗在配气机构上，这种内燃机的自身功率损耗是难以进一步降低的，同时也限制了转速的提高。3.进、排气门口各自独立，并均为圆形，这种结构使每个气门口最大面积的理论值仅为气缸上端面面积的25%。近年来出现的多气门结构，旨在增加气门口总面积，使气体交换更充分，提高燃油利用率，但同时也招收了噪声和自耗的进一步增加，因而事实上成效并不令人满意。另外气流在气门顶处必须变向绕行，也限制了气体交换速度。4.由于关键机件的受力面容易磨损变形，因此要求维护人员必须及时调整气门间隙，以保证手册给定的气门早开迟闭相位。否则，由此引起的进排气量下降，将严重影响内燃机原有技术性能的正常发挥。
针对四冲程内燃机的传统配气机构存在如上所述的各种缺陷，提供一种机件使用寿命长，噪音小，燃油利用率高，易于维护的四冲程内燃机配气机构。
本发明采用辊阀式配气机构，而且充当阀芯的辊子作平稳单向运转，整个配气机构不存在任何冲击。它不仅适用于单缸四冲程机，也适用于多缸四冲程机。本配气机构由上阀体、下阀体和圆柱形辊子阀芯构成。圆柱形辊子阀芯(20)两端轴上的进气空心轴(17)和排气空心轴(3)，分别与阀芯(20)辊壁上的进气口(19)和排气口(21)相通，阀芯(20)一端的进气空心轴(17)中部外凸形成带定位螺孔的法兰盘(18);阀芯(20)上部和下部为与其外表面形状相对应的带内凹腔的上阀体(22)和下阀体(12)，在下阀体(12)中部开有垂直穿透下阀体的短通道，该通道的上端口为两用气门口(11)，其形状和大小对应于辊子阀芯(20)壁的上进气口(19)和排气口(21);在下阀体(12)下表面的开口为圆形并与缸体(8)的气缸(10)口相对应，两用气门口(11)的周围有密封气环槽(13)，槽内依次嵌入弹簧片(14)和密封气环(5)，上阀体(22)和下阀体(12)与阀芯(20)上的法兰盘(18)相对应一侧开有链条通道，上阀体(22)、阀芯(20)、下阀体(12)及缸体(8)通过缸体上的四个螺杆(7)紧固为一体。
本发明与现有技术相比，具有如下优点机件少，运转平稳，受力均匀，相互间几乎不存在任何冲击，更没有由此引起的冲击噪声。气道通畅，在相同缸径条件下，进排气气门口面积可大于原配气机构的气口门面积。因此可以提高内燃机转速和燃油利用率，增加功率，降低噪声，减少废气污染和维修量，延长机件使用寿命，并且无需调整气门间隙。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作原理示意图。
图3为本发明用于四缸四冲程内燃机的结构示意图。
本发明的辊子阀芯(20)上形成的进气通道(4)和排气通道(1)为两条互不相通的通道，两通道的交界面为通道隔层(2)。辊子阀芯(20)壁上进气口(19)与壁上排气口(21)的面积和形状相同，展开面是同样的两个方形开口，其弧线边长等于辊子阀芯(20)圆周周长的1/8，并且两开口分布在辊子阀芯体的中心圆周线上，两开口的中心弧线距离等于辊子阀芯圆周周长的1/4。阀芯一端的空心轴(这里是进气空心轴)中部外凸成为圆形法兰盘(18)，盘上有3个定位螺孔。上阀体(22)对于阀芯(20)起到了卡瓦、辊子室、防尘和散热等作用，下阀体(12)对于阀芯(20)起到了瓦座、辊子室，提供润滑油路和密封气环载体的作用，而对缸体(8)起到了气缸盖的作用。下阀体上面的两用气门口(11)在阀芯壁上排气口(21)扫过期间，能使气缸(10)内废气在活塞(23)上行的推力下，经过辊子阀芯内排气通道(1)和排气空芯轴(3)，由排气管(6)排出;而在壁上进气口(19)扫过期间，两用气门口(11)能使来自进气弯管(9)的可燃气体在活塞(23)下行的吸力下，经进气空芯轴(17)和进气通道(4)进入气缸(10)。两用气门口(11)的展开面形状除方形外，也可以是长方形、圆形、椭圆形等。
进、排气门的早开迟闭问题，是四冲程机的传统配气机构在设计时普遍考虑的问题。气门早开迟闭的目的是利用气流惯性，适当增加气缸的进气量和尽可能排空气缸内的废气，以提高燃油利用率和增加内燃机的输出功率。本发明可采用将辊子阀芯壁上的进气口和排气口沿辊子圆周方向适当延长的方法实现进、排气门的早开迟闭。
本发明不仅适用于单缸四冲程机，而且也适用于多缸四冲程机。图3中上阀体、下阀体和辊子阀芯可分别做成一体式，整个配气机构由一根时规链条(或齿形皮带)(15)统一传动。每段空心芯轴的轴壁上分别开一组气洞，称为轴壁气洞(31)。每组轴壁气洞共两个(或三个)，它们沿空芯轴轴壁的圆周方向均匀排列。上阀体和下阀体内表面与每组轴壁气洞相对应的位置上均做成凹陷，这些凹陷分别在每组轴壁气洞周围形成了可使气流自由进出轴壁气洞的气腔(29)，每个气腔还分别有一条气道(30)，各气道的另一端分别与各自的进气歧管(33)或排气歧管(32)相通，各进气歧管汇集于统一入口，各排气歧管汇集后与主排气管(34)联通。由于对同一辊子阀芯而言，它两端的空芯轴的轴芯分别与两种不同类型的气体通道相通(一端与辊内进气通道(4)相通，而另一端轴芯则与辊内的排气通道(1)相通)，所以一体化的辊子阀芯在设计时，应确保每段空芯轴轴芯所汇通的必须是相邻两辊子阀芯的同类气体通道，即要么是相邻两辊子的进气通道(4)，要么是两相邻辊子的排气通道(1)。辊子阀芯(20)还可制成球形，同时将上阀体、下阀体内表面凹腔与其对应，起到进、排气作用的球形阀芯在上阀和下阀体间作平稳的单向运转，使整个配气机构不存在任何冲击。
安装时，以图1为例，缸体(8)与下阀体(12)之间衬上缸垫，并使缸体上的四个长螺杆(7)分别穿过衬垫和下阀体(12)上的四个定位圆孔，然后在下阀体(12)的密封气环槽(13)内依次嵌入曲形弹簧片(14)和密封气环(5)。再在正时主动链轮(25)和正时从动链轮(16)上按图2的相位要求挂好时规链条(15)并把正时从动链轮(16)从缸体(8)、缸垫及下阀体(12)上贯通的链条通道中穿出，用手提位。然后把阀芯(20)倾斜着将有法兰盘(18)一端的空芯轴(17)插入正时从动链轮(16)的轴孔，使法兰盘与正时从动链轮(16)重叠靠紧，并用螺丝锁住。此时辊子阀芯(20)下半部正好完全落入下阀体(12)。然后盖好上阀体(22)，装上进气弯管(9)和排气管(6)，最后用螺丝锁紧各机件。这样在曲轴动力下辊子阀芯(20)便可在上阀体(22)和下阀体(12)之间自由转动，并且密封气环(5)在曲形弹簧片(14)的作用下始终紧贴辊子阀芯(20)，起到了良好的密封作用。
图2中的四个分图a、b、c、d依次代表了四冲程内燃机的四个冲程，即进气、压缩、作功、排气。正时主动链轮(25)与正时从动链轮(16)的直径比为1∶2，由于两者靠时规链条(15)传动，并且正时主动链轮(25)与曲轴的主轴颈(24)锁紧，而正时从动链轮(16)与辊子阀芯(20)法兰盘(18)锁紧，因此曲轴每转两周(720°)辊子转过一周(360°)，两者匀按顺时针方向转动。辊子的0°相位规定为辊壁进气口(19)的前缘(28)处在与下阀体(12)上的两用气门口(11)的前缘(27)刚好重合的位置;而曲轴的0°相位则规定为活塞(23)到达上止点并且进气冲程即将开始时曲柄(26)所处的位置。根据这样的规定，图2各冲程中曲轴和辊子的相位数值分别如下a 进气冲程曲轴0°～180° 辊子0°～90°b 压缩冲程曲轴180°～360° 辊子90°～180°c 作功冲程曲轴360°～540° 辊子180°～270°d 排气冲程曲轴540°～720°(0°)辊子270°～360°(0°)
权利要求
1.一种辊阀式四冲程内燃机配气机构，具有链条和进排气管，其特征是本配气机构由上阀体、下阀体和圆柱形辊子阀芯构成。圆柱形辊子阀芯(20)两端轴上的进气空心轴(17)和排气空心轴(3)，分别与阀芯(20)辊壁上的进气口(19)和排气口(21)相通，阀芯(20)一端的进气空心轴(17)中部外凸形成带定位螺孔的法兰盘(18)；阀芯(20)上部和下部为与其外表面形状相对应的带内凹腔的上阀体(22)和下阀体(12)，在下阀体(12)中部开有垂直穿透下阀体的短通道，该通道的上端口为两用气门口(11)，其形状和大小对应于辊子阀芯(20)壁的上进气口(19)和排气口(21)；在下阀体(12)下表面的开口为圆形并与缸体(8)的气缸(10)口相对应，两用气门口(11)的周围有密封气环槽(13)，槽内依次嵌入弹簧片(14)和密封气环(5)，上阀体(22)和下阀体(12)与阀芯(20)上的法兰盘(18)相对应一侧开有链条通道，上阀体(22)、阀芯(20)、下阀体(12)及缸体(8)通过缸体上的四个螺杆(7)紧固为一体。
2.按照权利要求1所述的配气机构，其特征是辊子阀芯(20)上形成的进气通道(4)和排气通道(1)为两条互不相通的通道，两通道的交界面为通道隔层(2)，辊子阀芯(20)壁上进气口(19)与壁上排气口(21)的面积和形状相同，展开面是同样的两个方形开口，其弧线边长等于辊子阀芯(20)圆周周长的1/8，并且两开口分布在辊子阀芯体的中心圆周线上，两开口的中心弧线距离等于辊子阀芯圆周周长的1/4。
3.按照权利要求1所述的配气机构，其特征是两用气门口(11)及辊子阀芯壁上进气口(19)和壁上排气口(21)的展开面形状除方形外，也可以是长方形、圆形、椭圆形等。
4.按照权利要求1所述的配气机构，其特征是用于多缸四冲程内燃机时上阀体、下阀体和辊子阀芯可分别做成一体式，整个配气机构配置一根时规链条或齿形皮带(15);每段空心芯轴的轴壁上分别开一组气洞，每组轴壁气洞共两个或三个，它们沿空芯轴壁的圆周方向均匀排列;上阀体和下阀体内表面与每组轴壁气洞相对应的位置上均做成凹陷，这些凹陷分别在每组轴壁气洞周围形成了可使气流自由进出轴壁气洞的气腔(29)，每个气腔还分别有一条气道(30)，各气道的另一端分别与各自的的进气歧管(33)或排气歧管(32)相通，各进气歧管汇集于统一入口，各排气歧管汇集后与主排气管(34)联通。
5.按照权利要求1所述的配气机构，其特征是辊子阀芯(20)还可制成球形。
全文摘要
本发明涉及摩托车和汽车的内燃机设计制造领域，具体地说是用于单缸及多缸四冲程内燃机的一种配气机构。它由上阀体、下阀体和圆柱形辊子阀芯组成，阀芯上部和下部为与其外表面相对应的带内凹腔的上阀体和下阀体，通过缸体上的四个螺杆紧固为一体。可以提高内燃机转速和燃油利用率，增加功率，降低噪声，减少废气污染和维修量，延长机件使用寿命，并且无需调整气门间隙。
文档编号F01L7/02GK1102686SQ9311590
公开日1995年5月17日 申请日期1993年11月9日 优先权日1993年11月9日
发明者勾永贵, 宁曰湧 申请人:勾永贵