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TWI825061B - 旋轉閥內燃機 - Google Patents

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TWI825061B
TWI825061B TW108101966A TW108101966A TWI825061B TW I825061 B TWI825061 B TW I825061B TW 108101966 A TW108101966 A TW 108101966A TW 108101966 A TW108101966 A TW 108101966A TW I825061 B TWI825061 B TW I825061B
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Taiwan
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valve
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rotary valve
rotary
internal combustion
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TW108101966A
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Inventor
契斯 拉維斯
布萊恩 梅森
Original Assignee
英商Ｒｃｖ引擎有限公司
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Abstract

一種旋轉閥內燃機，具有一活塞1，其連接一曲軸3及可於一汽缸2內往復移動，一燃燒室部分地由活塞和汽缸之燃燒端所定義。該內燃機具有一旋轉閥5可旋轉於一相對該汽缸2固定之閥罩8內，該旋轉閥具有一容納一容積9之閥體。部分地，該燃燒室4進一步於其壁部分11具有一接口12，用於該閥旋轉時在該閥罩內藉由輸入和排出接口13,14提供液體流通依序自和至該燃燒室。該閥體沿其軸向長度和/或其旋轉軸線具有不均勻的徑向輪廓，以適應操作期間該閥體輪廓的變化。

Description

旋轉閥內燃機
本發明係關於一種旋轉閥內燃機，其中該內燃機之進氣和排氣之控制係藉由一旋轉閥所完成。
該等旋轉閥係為已知，例如在申請人第GB 2467947B號專利案中，習知旋轉閥內燃機具有密封問題，因其在最小化相對旋轉體之間的間隙中存在衝突，這提高了效率，但卻增加了過熱和卡住的風險。多年來一直嘗試使用旋轉閥製造商業上可接受的內燃機，特別是Aspin，但這些內燃機大多不成功。在現有技術中，例如DE 4217608 A1和DE 4040936 A1這兩件專利案，注意到上述困境，並且嘗試通過提供複雜的冷卻裝置或簡單地說通過使用合適的材料來解決該問題。實際上，提供大於期望的間隙以降低卡住的風險，代價是降低內燃機的效率和增加排放量，這在滿足當前法規和客戶期望方面造成困難。
由於旋轉閥體和閥罩之間的不同熱膨脹所造成之間隙減小，起因於部分相對於該閥罩該旋轉閥體到達更高的溫度所產生之既存問題。這部分是由於閥體係位於燃燒室中的最高溫度產生處，且具有較差的熱路徑，其通過該熱路徑將熱量傳導到外部世界。相比之下，該閥罩具有的優點是，它能夠透過外部冷卻裝置的供給(例如鰭片或水冷方式)直接傳導熱量。
本發明試圖提供克服已知問題的手段。
本發明提供一種旋轉閥內燃機，包括：一活塞，連接一曲軸並可於一汽缸中雙倍地往返，該汽缸具有一燃燒端，一燃燒室部分地由該活塞和該汽缸之燃燒端所定義，一閥罩，固定於該汽缸之燃燒端之外部並於該閥罩之孔中定義一孔和一沿旋轉閥軸旋轉緊密滑動配合之實質圓柱狀旋轉閥，該旋轉閥具有一中空閥體，該中空閥體具有一內容積，形成該燃燒室之一部分，其中該中空閥體之內容積於燃燒過程中容納燃燒氣體，以及進一步於其壁部分具有一接口，用於該閥旋轉時在該閥罩內藉由輸入和排出接口提供液體流通依序自和至該燃燒室，在該旋轉閥主體的表面和該閥罩內之該孔之一鄰接面之間執行一密封功能，其中只有在該旋轉閥體的表面和該閥罩的表面執行該密封功能，在該旋轉閥和該閥罩之間沒有附加的密封裝置，其中該閥體沿其軸向長度和/或其旋轉軸線具有不均勻的徑向輪廓，以適應操作期間該閥體輪廓的變化。
於一較佳實施例，該閥體在該燃繞室之開口端該閥之直徑沿其軸向範圍逐漸縮減，使其小於遠離該燃燒室端部的直徑，以適應操作期間該閥體輪廓的變化。
該閥體沿其長度方向可為截頭圓錐形。
在另一實施例中，該閥體的輪廓係已決定，以適應操作期間沿該閥體所產生溫度梯度的變化。
優選地，在另一實施例中，該閥具有安裝在該閥罩中的同心驅動軸，以允許該閥在該閥罩中輕微徑向移動，使得該閥作為一主動密封閥。
在本實施例中，該閥體相鄰的該閥驅動軸的端部具有減小的直徑，以允許該閥在該閥罩中輕微徑向移動。
本發明之較佳實施例將配合圖式說明於下文。
1:活塞
2:汽缸
3:曲軸
4:燃燒室
5:旋轉閥
5a:軸
6:同心驅動軸
7:單滾圈滾珠軸承
8:閥罩
9:被驅動齒輪
10:驅動齒輪
11:驅動構件
12:驅動軸
13:下軸承
24:曲軸箱
14:肩部
15,16:斜齒輪
17:管線
18:上軸承
19:閥體
20:容積
21:接口
22:下週邊
23:壁
圖1揭示單汽缸氣冷式內燃機之剖面圖。
圖2揭示一實施例之該旋轉閥體之示意圖。
圖1揭示一種單汽缸氣冷式內燃機。該內燃機具有一汽缸罩，包括該汽缸2。一活塞1以傳統方式連接可於一曲軸箱24中旋轉之一曲軸3，並可於該汽缸2中往返。該汽缸2之上部係以一燃燒室4封閉於一燃燒室罩。一旋轉閥5控制混合空氣/燃料之流動和廢氣進入和排出該燃燒室4。於本實施例，該閥5可於燃燒室罩中的一閥罩8中沿與該汽缸2共軸之一軸5a旋轉。於其他實施例，閥體之轉軸自該汽缸2之軸5a偏移。
於遠離該燃燒室4之一端，該旋轉閥5具有一同心驅動軸6，具有一單滾圈滾珠軸承7，可旋轉支撐該閥罩8中的該旋轉閥5。該旋轉閥5的該同心驅動軸6固定於一共軸被驅動齒輪9，該共軸被驅動齒輪9與一驅動構件11之驅動齒輪10嚙合，因此該被驅動齒輪9和該旋轉閥5連接至該曲軸3。該驅動構件11包括一驅動軸12，位於汽缸罩之通道或管線17中，設置用於在相鄰於該驅動齒輪10之上軸承18以及相鄰於該曲軸3之下軸承13旋轉。該驅動構件11具有一斜齒輪15，該斜齒輪15嚙合固定於該曲軸之一對應斜齒輪16，並與該曲軸3一起旋轉。 故，該曲軸3之旋轉以及該活塞之移動可由該旋轉閥5之旋轉而協調，因此該內燃機以傳統的四衝程循環操作。為達成前述目的，該被驅動齒輪9之直徑應為該驅動齒輪10之二倍，因此該旋轉閥5的轉速為內燃機之一半。
圖2揭示該旋轉閥5之細節，該旋轉閥5包括一實質柱狀旋轉閥體5，可沿一旋轉閥軸5a旋轉，並於該閥罩8的孔中具有緊密滑動配合，該旋轉閥5具有一中空閥體，具有一內容積，形成該燃燒室之一部分。該閥具有一實質柱狀本體部，包括內徑稍大於該同心驅動軸6之該閥體19，形成一肩部14，該單滾圈滾珠軸承7之滾圈相對於該肩部14設置。該閥體19延伸進入該燃燒室並於其內部具有一容積20，形成該燃燒室4之部分並且於燃燒過程之全階段中容納燃燒氣體。該閥體19可於一閥罩8的孔中旋轉並具有緊密滑動配合。該閥體沿其軸向長度和/或其旋轉軸線具有不均勻的徑向輪廓，以適應操作期間該閥體輪廓的變化。在本實施例中，該閥體之直徑係逐漸縮減並在該閥體之底端鄰接該驅動軸12具有一較小的直徑，該錐狀結構係設計用以補償該閥體沿其使用長度方向的差異膨脹，其主要由於沿實際發生的該閥體長度的溫度梯度引起的。該閥5和該閥罩8係由鋁所形成。
該同心驅動軸6為該旋轉閥5之部分，其直徑僅略小於該閥體19，以提供該肩部14。該軸為實心以提供自該閥體19導熱至外部的良好路徑。與該肩部14相鄰，該同心驅動軸6具有些許的底切，使該閥體能夠輕微徑向移動，使得在燃燒階段期間，當燃燒壓力高時，使閥接口偏向該閥罩之出口接口，藉以讓該閥起到主動密封的作用，減少氣體洩漏。
該旋轉閥體19具有一接口21，於該閥旋轉時可依序地使液體流通自和至該閥之內容積，因此可流通於該閥罩的燃燒室進氣通孔和排氣接口。於本實施例，該接口21之形式為形成於相鄰該燃燒室4之閥體之壁23之下週邊22的凹部，該凹部自該閥體之壁之下週邊向上延伸，形成該閥之一側的接口21。
在本實施例中，閥體的輪廓是不均勻的，該閥體在該閥罩之一均勻圓柱形孔中旋轉，在另一種結構中，該閥體的輪廓可以是均勻的圓柱形，在該閥罩的孔中形成不均勻的形狀。
儘管上述為單缸內燃機，但應該理解，本發明同樣適用於多缸內燃機，其可以是直列，V形或水平對臥的結構。此外，儘管上述為火花點火內燃機，但本發明同樣適用於壓燃式內燃機。
儘管本文給出的示例是用於一該旋轉閥的旋轉軸係同軸或平行的內燃機，但是應當理解，該閥的旋轉軸線可以與該汽缸的軸線成角度地偏移。本發明同樣適用於旋轉閥內燃機，其中該閥的旋轉軸線平行於該曲軸的旋轉軸線，或實際上處於任何中間角度。
1:活塞
2:汽缸
3:曲軸
4:燃燒室
5:旋轉閥
5a:軸
6:同心驅動軸
7:單滾圈滾珠軸承
8:閥罩
9:被驅動齒輪
10:驅動齒輪
11:驅動構件
13:下軸承
14:肩部
15,16:斜齒輪
17:管線

Claims (6)

  1. 一種旋轉閥內燃機，包括：一活塞，連接一曲軸並可於一汽缸中往返，該汽缸具有一燃燒端，一燃燒室部分地由該活塞和該汽缸之燃燒端所定義，一閥罩，固定於該汽缸之燃燒端之外部並於該閥罩之孔中定義一孔和一沿旋轉閥軸旋轉緊密滑動配合之旋轉閥，該旋轉閥具有一中空閥體，該中空閥體具有一內容積，形成該燃燒室之一部分，其中該中空閥體之內容積於燃燒過程中容納燃燒氣體，以及進一步於其壁部分具有一接口，用於該閥旋轉時在該閥罩內藉由輸入和排出接口提供液體流通依序自和至該燃燒室，在該旋轉閥主體的表面和該閥罩內之該孔之一鄰接面之間執行一密封功能，其中只有在該旋轉閥主體的表面和該閥罩的表面執行該密封功能，在該旋轉閥和該閥罩之間沒有附加的密封裝置，其中該中空閥體沿其軸向長度和/或其旋轉軸線具有不均勻的徑向輪廓，以適應操作期間該中空閥體輪廓的變化，其中該閥體的輪廓係已決定，以適應操作期間沿該閥體所產生溫度梯度的變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉閥內燃機，其中該閥體在該燃繞室之開口端該閥之直徑沿其軸向範圍逐漸縮減，使其小於遠離該燃燒室端部的直徑，以適應操作期間該閥體輪廓的變化。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之旋轉閥內燃機，其中該閥體沿其長度方向為截頭圓錐形。
  4. 如上述申請專利範圍第1項或第2項所述之旋轉閥內燃機，其中該閥具有安裝在該閥罩中的一同心驅動軸，以允許該閥在該閥罩中輕微徑向移動，使得該閥作為一主動密封閥。
  5. 如上述申請專利範圍第3項所述之旋轉閥內燃機，其中該閥具有安裝在該閥罩中的一同心驅動軸，以允許該閥在該閥罩中輕微徑向移動，使得該閥作為一主動密封閥。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之旋轉閥內燃機，其中與該閥體相鄰的該同心驅動軸的端部具有減小的直徑，以允許該閥在該閥罩中輕微徑向移動。
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