隔热式柱气门 本发明涉及一种用于发动机上的旋转式气门。即隔热式柱气门。
四冲程发动机的菌形气门结构复杂，制造工艺要求较高，占有的体积较大。而工作方式又十分原始，它是整机的功损，噪声及振动等的主要根源之一。也是整机最复杂，零部件最多、最易发生故障的总成机构。
考期特国际有限公司发明的球形旋转气门是将带有贯通孔的球体设置在原来菌形气门的位置上，贯通孔用作进、排气道，球体置于缸盖的球形腔中，气门球体绕通过球心的轴旋转。这种气门彻底改变了传统的气门结构。不仅减少了零件数目，降低了整机重量、体积、成本、油耗、振动等，并可在高压缩比时(14.5∶1)时使用低辛烷值的汽油。但是，球形气门的几何形状和尺寸限制了气门帘区，而且这种气门及空腔的加工较复杂，成本较高。并难于冷却，较高的工作温度无法装用普通轴承。
本发明的目的是提出一种具有自冷却功能的隔热式柱气门，并采用了燃烧室顶部开设单一、进排气共用式气孔。
本发明的要点在于采用了一根设在缸盖上的园柱体作为进、排气门。柱体由耐热硬质金属材料制成，表面经淬火处理、或涂设工业陶瓷材料以增加表面硬度，并减少磨擦系数。柱体中开有两个直径不同的同轴直柱形空腔分别用作进、排气道。同轴进、排气道的终端、并位于同一轴向位置上，各开有一个(或二个对称于柱轴的)贯通到柱体柱面的园孔或近似椭园孔，作为柱面上的进、排气孔，每孔地中心线与气门柱轴线间的夹角为60°左右，以减少拐角，利于进、排气顺畅地通过。与对应气道相通的两孔间留有一定的夹角。具体结构是：柱的同轴气道中，直径较小，并被另一轴向气道套在中间的是排气道，其排气中传给壁面的热量将被周围进气道中的冷气流隔绝而获得绝热屏蔽，使废气热量不再加热柱气门表面，同时进气道中的气流将冷却所经之处的整个柱面，从而有效地阻止了气门柱体的温度上升。这样，柱气门可采用成本低廉的滑动或滚针轴承来支承，而润滑轴承的机油也起了冷却作用。气门柱装在气缸盖与曲轴平行的园柱形空腔中，空腔可沿垂直腔轴方向偏离开气缸中心线一定距离以留下安装火塞的位置。在柱形空腔与燃烧室顶部之间开有一个截面呈近似椭园形或园形的孔洞，该孔用作气缸进、排气的共用孔，其在柱形空腔内表面上的形状和几何尺寸相近于柱气门表面上的气孔。当气门柱转动时，空腔壁面的进排气共用孔依次顺序与柱气门表面的进、排气孔(即气道)相通或被柱面遮盖，以此来实现进、排气门的启闭。为便于密封，实际的柱气门和空腔的表面是直径不同的几个园柱体的同轴组合体，相邻柱体的过渡阶梯环面用作密封摩擦面或兼有轴向定位作用。
本发明具有如下优点：(1)结构简单、紧凑，零部件数目较少，易于维修、保养；(2)可使用成体低廉的普通金属轴承，特别在水冷情况下；(3)可使缸盖与缸体成一体化；(4)发动机的外部尺寸，特别是气缸的总高度明显降低。对于气冷的摩托车发动机，其缸盖的外部横向尺寸将显著缩小；(5)工作平衡，振动和噪声减少；(6)单气孔下的球形燃烧室使燃烧更为完全；(7)燃烧室顶部的单一的进、排合一的共用式气孔，可选择任何气孔截面，因此使大的气门帘区成为可能；(8)整机制造成本明显降低。
下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。
图1是装设了隔热式柱气门的气缸上半部分在柱轴和气缸中心线所在的平面上的剖视图。
图2是图1在垂直于柱轴方向，并通过气缸中心线的剖视图。
图3、图4是柱气门两端支撑轴承附近轴向密封环9和29波纹轴向压力弹簧圈8以及耐高温(如氟橡胶)橡胶O型圈30的局部放大图。
由图1、2可看到，容纳柱气门的园柱形空腔2设于燃烧室3顶部缸盖内。其中，共用型进、排气孔4所在的主体部分空腔的长度主要取决于4或14、15的横向尺寸以及4周围的密封环16的截面宽度。柱1主体部分的直径由柱气门上进(或排)气孔数目、曲轴转速、排气量等因素决定，对于单进(单排)气孔柱气门，其直径约为缸径的0.6-1.2倍。柱形空腔的中心线一般不与气缸中心线相交，两者应偏移一定距离，以留出火花塞孔2 3的位置。柱面上进、排气孔的相对位置由气门启、闭时间决定，对于单进(单排)柱气门的气孔分布，进排气孔间相对于柱轴的夹角约为气缸换气相位相对于曲轴夹角的一半。气孔4，14，15的横向尺寸一般由实际情况决定，通常为降低爆发时对柱气门的冲击压力，孔4的垂直于柱轴的尺寸应略小于14、15的对应尺寸约10％以上，但4与14或15在上述方向的尺寸之和相对于柱轴的夹角应与14与15间相对柱轴的夹角相同或相近，具体数值由气门重迭时间来进一步修正。上述三孔沿轴向的尺寸应相同。
本发明的柱气门1主要是柱内的进气道中通入外界冷(混合)气流来降低气门的温度，空腔7也是用来降温、冷却1而开设的。图1中，在柱气门1内有两个直径相异的同轴气道11和13，排气道13由进气道11套在中央，外界混合气体由进气管12进入13周围的环形腔26，在气缸进气行程的抽吸作用下经11与进气孔15，4进入气缸，同时将13周围壁面吸收的排气热量带走。由于气孔14、15处于同一柱轴点位置上。(参图2)，因此为防止11和13内的混合气和废气，通过14、15及1和2之间的缝隙相互泄漏进入对方气道，特别是13中高于大气压强的废气的溢出，14内壁的形状可由一段特殊的曲线为母线环绕组成，如采用园的温开线X＝a(cost+sint)，y＝a(sint-tost)，其中，R2＞R1＞a，i＝1，2，R2，R1分分别是柱气门1的半径和排气道13的内径，一般取t的范围为15°≤t≤75°即(π/12)≤t≤(π/2.4)，(用弧度计算)，而且孔14的中心线偏离该处柱面垂线约10度以上。对于截面较大的孔14(15)，孔14(15)可由二或四个对称分布的小孔组成。由图3、4可看到，实际工作中1和2之间并不直接接触，两者表面间留有一定间隙，柱1仅由其两端的滑动或滚针轴承5和28支承。其它接触表面也仅限于密封环9，29和16以及进排气道之间的由环形端盖20、螺旋弹簧27，同槽双道径向密封环22，排气管32等组成的密封组件，其中转动的13与仅作有限轴向移动的排气管32之间在其端面19处作为密封面。1，2两表面之间的间隙由实际情况选择，对于单缸排气量500ml以下的发动机，上述间隙通常小于0.1mm，在轴向密封环9 29的柱形表面的中部上设有二个环形槽以装设耐高温的O形氟橡胶密封环3和同槽双道密封环33。柱1的驱动链(或皮带)轮或齿轮6装于柱1上。7是柱1上的冷却、减重空腔，8是环9和29的支撑弹簧圈，17是16的支撑弹簧圈，18是气缸，21是柱1的轴向定位凸盘，24是滑动轴承5，28的储油环槽，25是散热片，26是冷混合气由12进入11的环形空腔，轴承5，28由供、排油道31送来的机油润滑，并将机油排回曲轴箱。34为轴承5上与回油道相通的回油储油槽。
实施例：对于排气量72ml的四冲程气冷发动机(如JH-70，JC-70C等摩托车专用机)，其缸径为47mm，改用柱气门时，有如下要求，的中心线位于活塞顶(处于上止点时)42mm之上，该中心线偏离气缸18中心线一侧5mm，23中心线与18的中心线间夹角约为36°-50°，2的主腔直径为40mm，主腔长为36mm，28和5处的直径分别为41mm和42mm，长分别为10mm和30mm-33mm，14和15长宽均为18mm，其中心线与该处柱面的法线间夹角为30°，16的截面宽度为2.0mm，距孔4边缘约1.6mm，密封环9、29的外径分别接近40mm、42mm，与此处空腔内壁有0.10mm左右的间隙。9、29断面尺寸为6×3.5mm，波形弹簧圈8的外径小于此处的9或29约2mm。定位凸盘的轴向尺寸约1.5mm。气道13的直径约18mm，环柱形气道11的内外半径分别为22.5和32mm。轴承套5的内径是37mm，8和28的高度为10mm、8mm.，与2为压配安装。10与1用螺纹装配。空腔7的直径约15mm、25mm、15mm，长约9mm、17mm、8mm，火花塞孔23与18的中心线夹角为40度。