本发明是一种配气机构及配套的内燃机，特别 是一种凸凹元件摆 动体式配气机构及配套的内燃机。 背景技术

目前的内燃机，仍然沿用着原始的主要由凸轮 和气门弹簧组成的 配气机构， 其中凸轮设于一水平驱动轴上， 其整体叫做凸轮轴， 凸轮 轴由曲轴带动， 凸轮轴上凸轮的轮边压在气门的顶部， 气门弹簧套在 气门上， 凸轮轴由曲轴带动， 凸轮随凸轮轴而转动， 凸轮转动时， 凸 轮上的凸部和圆周部将交替转到气门的顶端， 当凸部转到气门的顶端 时， 将压迫气门弹簧使气门打开， 当圆周部转到气门的顶端时， 气门 弹簧回位而使气门关闭。

凸轮和气门弹簧是内燃机配气机构中非常重要 的两个零件，但也 正是这两个零件的存在， 使内燃机无法摆脱效率难以提高的困境。提 高内燃机的效率有两个重要的途径， 一是设法让气门充分敞开， 二是 尽量减少内燃机的内耗，凸轮和气门弹簧恰恰 是在这两个方面阻碍了 内燃机效率的提高。先看看凸轮， 凸轮通过自身的旋转来控制气门的 开关状态， 在凸轮的控制下， 气门开到了最大， 但还没容得气体充分 进来或出去， 气门马上就关上了， 这说明气门敞开不充分， 所以导致 进气不足排气不彻底， 从而阻碍了内燃机效率的提高； 再看看气门弹 簧， 气门弹簧是套在气门上的， 并用 30-50公斤的弹力压在气门上， 所以在打开气门时， 凸轮就要用一个大于 30-50公斤的力去克服气门 弹簧的弹力， 而在关闭气门时， 凸轮就要用一个小于 30-50公斤的力 去阻挡气门弹簧的弹力， 可见， 不论是开气门还是关气门， 凸轮都要 付出繁重的劳动， 即使在气门的关闭状态下， 凸轮也要肩负着至少 30 公斤的压力， 由于凸轮轴是由曲轴来带动的， 所以就大大增加了 曲轴的负担， 增加了内燃机的内耗， 阻碍了内燃机效率的提高。 发明内容

本发明的目的是为了克服现有配气机构导致内 燃机进气排气不 通畅曲轴负担重效率难提高的缺陷，发明一种 无气门弹簧的凸凹元件 摆动体式配气机构及配套的内燃机。

本发明的目的是按如下的方式来实现的：

所述凸凹元件摆动体式配气机构，主要是用一 个水平转动的凸凹 元件， 去代替原来的两个凸轮和两个气门弹簧， 凸凹元件上设有凸部 和凹部； 凸凹元件安装在汽缸盖上的立轴上， 凸凹元件的转动是通过

1: 2的主从两个锥状齿轮来实现的， 凸凹元件本身即为从动齿轮， 主 动齿轮则安装在一个水平驱动轴上， 水平驱动轴再通过 1:1的链轮与 曲轴连接， 这样， 凸凹元件的转速就等于曲轴的一半； 凸凹元件再通 过两个摆动体分别带动排气门和进气门， 摆动体设于汽缸盖上， 摆动 体的转轴与所述的立轴垂直， 摆动体上设有摆动臂， 摆动臂上设有气 门， 凸凹元件转动时， 将带动摆动体摆动， 摆动体再带动气门开启或 关闭。

所述与凸凹元件摆动体式配气机构相配套的内 燃机，是把多个气 缸如四个或六个气缸连于一体，再把每个汽缸 上的凸凹元件的驱动齿 轮安装在同一个水平驱动轴上， 该轴再通过链条与曲轴连接， 这样就 构成了一个与凸凹元件摆动体式配气机构相配 套的内燃机。

本发明的积极效果如下：

第一. 结构简单， 便于制造

本发明用一个凸凹元件， 代替了原来的两个凸轮和两个气门弹 簧， 所以结构简单， 更容易制造。

第二. 性能可靠， 气门开得实关得严

本发明是通过凸凹元件的转动来控制气门的开 和关，气门什么时 候开， 什么时候关， 开多大， 关多大， 唯一的取决于凸凹元件所转 到的位置。 当凸凹元件处于某一个具体位置时， 气门就以一个具体 的开关状态相对应， 这时候的摆动体就如同一把门栓牢固地卡住气 门， 使气门非常稳固的保持着已有的开关状态， 这就确保了气门关 得严开得实。 第三. 内耗少， 效率高， 更省油。

由于本发明甩掉了气门弹簧，所以凸凹元件无 须为克服气门弹簧 的压力而操劳， 它只须用很小的一点力， 就能轻松打开和关闭气门， 从而大大减轻了曲轴的负担，减少了配气内耗 ，提高了发动机的效率， 使汽车更省油。

第四. 气门敞开充分， 便于进气排气。

凸凹元件上的凸部和凹部，是关系到内燃机进 排气性能的关键部 位。 由于凸凹元件的直径比现有的凸轮大很多， 而凸部的高度与现有 凸轮凸部的高度相同， 加上没有了气门弹簧的压力， 所以凸部的顶端 就可以做成等高的形式， 在等高的部位上， 气门将保持开得最大， 这 样就能使气门敞开更充分， 使进气更充足， 排气更彻底， 内燃机的效 率由此而得到很大的提高。 附图说明

图 1是配气机构第一实施例结构图

图 2是第一实施例气门位置图

图 3是凸凹盘底面结构图

图 4是杠杆立体结构图

图 5是配气机构第二实施例结构图

图 6是凸凹轮立体结构图

图 7是凸凹轮俯视图

图 8是摇臂架位置图

图 9是第一实施例内燃机结构图

图 10是第二实施例内燃机结构图

图中： 1汽缸盖

4进气管 6气孔

7气门导向管 8气门 9限位环

10立轴 11挡圈 12锥状齿轮

13轴承 14紧固螺母 15凸凹盘

16凸部 17凹部 18杠杆轴

19杠杆 20推杆导向管 22推杆 24水平驱动轴 25摇臂架 27凸轮 28凹轮 30圆周

31 T形摇臂 33凸轮臂

34凹轮臂 35气门支点 36凸轮触点 37凹轮触点 38摇臂支点 39缸体

40从动链轮 41曲轴 42主动链轮 43链条 具体实施方式

本发明有两个实施例。

第一实施例中， 其凸凹元件为盘状， 所以叫做凸凹盘， 其摆动体 为杆状， 所以叫做杠杆， 以凸凹盘和杠杆为特征的配气机构称为凸凹 盘杠杆式配气机构， 其结构如图 1所示； 与凸凹盘杠杆式配气机构配 套的内燃机， 其结构如图 9所示。

如图 1所示， 所述凸凹盘杠杆式配气机构， 包括一汽缸盖 1， 汽 缸盖 1内设有进气腔 2和排气腔 3， 进气腔 2上设有进气管 4， 排气 腔 3上设有排气管 5， 进气腔 2和排气腔 3的底部分别设有气孔 6， 即进气孔和排气孔，进气腔 2和排气腔 3的顶部分别设有气门导向管 7， 气孔 6和气门导向管 7上下相对， 两个气门 8分别从两腔的气孔 6穿入， 再从气门导向管 7穿出， 气门 8的底端压在气孔 6上， 气门 8的顶端露出在缸盖 1的顶面， 其特征在于：

所述两个气门 8位于半径为 的同一圆周上， 两气门 8所夹的 角度为 90度 （见图 2); 缸盖 1的顶面设有一立轴 10， 立轴 10的中 部设有挡圈 11， 挡圈 11上设有轴承 13， 立轴 10的顶部设有紧固螺 母 14， 紧固螺母 14压在轴承 13的顶部； 轴承 13上设有凸凹盘 15， 凸凹盘 15的底面与气门 8的顶端相接触；在凸凹盘 15的底面与气门 8相对应的半径同为 的圆周上设有凸部 16， 凸部 16所夹的角度为 β， 在凸凹盘 15的底面还设有凹部 17， 凹部 17位于凸部 16的正对 面， 凹部 17所夹的角度也是 β， 但凹部 17是位于另一个半径为 R ₂ 的圆周上 （见图 3)， 凸部 16上每一个点的高度与凹部 17上中心对 称点的深度的比值等于 ： R _2; 在立轴 10的下方， 一上一下正交地 各设有一杠杆轴 18， 杠杆轴 18上设有杠杆 19， 杠杆两臂的长度分别 为 和 R _2; 杠杆臂为 的一端搭接在气门 8的限位环 9下面， 杠 杆 19另一端的正上方设有推杆导向管 20， 推杆导向管 20通过支撑 架 21固定在缸盖 1上， 推杆导向管 20内设有推杆 22， 推杆 22的底 端搭接在杠杆 19上面 （见图 4)， 推杆 22的顶端则与凸凹盘 15的底 面相接触； 在凸凹盘 15的顶面设有锥齿 23， 另有一水平驱动轴 24， 水平驱动轴 24上设有锥状齿轮 12， 锥状齿轮 12与锥齿 23啮合， 锥 状齿轮 12与锥齿 23的齿数比为 1: 2。

所述两气门 8所夹的角度为 90度， 可以替换为两气门 8所夹的 角度为 70度至 110度。

所述凸凹盘 15底面的凸部 16和凸部 17所夹的角度 β的取值范 围为 90-130度。

第二实施例中， 其凸凹元件为轮状， 所以叫做凸凹轮， 其摆动体 为 Τ形， 所以叫做 Τ形摇臂， 以凸凹轮和摇臂为特征的配气机构称 为凸凹轮摇臂式配气机构， 其结构如图 5所示； 与凸凹轮摇臂式配气 机构配套的内燃机， 其结构如图 10所示。

如图 5所示， 所述凸凹轮摇臂式配气机构， 包括一汽缸盖 1， 汽 缸盖 1内设有进气腔 2和排气腔 3， 进气腔 2上设有进气管 4， 排气 腔 3上设有排气管 5， 进气腔 2和排气腔 3的底部分别设有气孔 6， 即进气孔和排气孔，进气腔 2和排气腔 3的顶部分别设有气门导向管 7， 气孔 6和气门导向管 7上下相对， 两个气门 8分别从两腔的气孔 6穿入， 再从气门导向管 7穿出， 气门 8的底端压在气孔 6上， 气门 8的顶端露出在缸盖 1的顶面， 其特征在于：

汽缸盖 1上设有一个立轴 10和两个摇臂架 25 (图 1中只画出一 个摇臂架 25， 另一个摇臂架 25位于立轴 10的后面） ；

立轴 10上设有凸凹轮 26， 凸凹轮 26的顶部设有锥齿 23， 锥齿 23上设有锥状齿轮 12， 锥状齿轮 12设于水平驱动轴 24上， 锥状齿 轮 12与锥齿 23的齿数比为 1: 2;

凸凹轮 26由凸轮 27和凹轮 28叠加而成， 凸轮 27和凹轮 28具 有相同的半径 R, 凸轮 27上设有凸部 16， 凹轮 28上设有凹部 17 (见 图 6) ， 凸轮 27和凹轮 28之间设有环形槽 29; 凸部 16和凹部 17在 同一径向上以凸凹轮的圆周 30为对称， 即凸凹轮 26的径向与凸部 16、 圆周 30和凹部 17的交点为 A、 C， 且 AB=AC， 凸部 16和 凹部 17两端径向的夹角为 β (见图 7) ；

两个摇臂架 25分别设于凸凹轮 26的两个夹角为 90度的径向位 置上（见图 8 ) ， 摇臂架 25上设有 Τ形摇臂 31， Τ形摇臂 31包括气 门臂 32、 凸轮臂 33和凹轮臂 34， 三个臂上分别设有气门支点 35、 凸轮触点 36和凹轮触点 37， 并在凸轮触点 36和凹轮触点 37的连线 中点上设有摇臂支点 38， 使摇臂支点 38位于与凸凹轮 26的圆周相 切、 环形槽 29的中心点上， Τ形摇臂 31通过摇臂支点 38设于摇臂 架 25上， 这时， 凸轮触点 36与凸轮 27接触， 凹轮触点 37与凹轮 28接触； 气门 8通过气门支点 35设置在气门臂 32上， 这时， 进气 门和排气门位于同一圆周上且相距 90度 （见图 8) 。

所述两个摇臂架 25分别设于凸凹轮 26的两个夹角为 90度的径 向位置上，可以替换为两个摇臂架 25分别设于凸凹轮 26的两个夹角 为 70-110度的径向位置上。

所述凸凹轮 26上的凸部 16和凹部 17两端径向所夹的角度 β的 取值范围为 90度到 130度。

如图 9所示， 一种与凸凹盘杠杆式配气机构相配套的内燃机 ， 包 括多个汽缸， 该多个汽缸连于一体构成缸体 39， 缸体 39上设有曲轴 41，用于驱动凸凹盘 15的多个锥状齿轮 12安装在同一个水平驱动轴 24上， 水平驱动轴 24上设有从动链轮 40， 曲轴 41上设有主动链轮 42， 从动链轮 40通过通过链条 43与主动链轮 42连接， 从动链轮 40 和主动链轮 42的齿数相同。

如图 10所示， 一种与凸凹轮摇臂式配气机构相配套的内燃机 ， 包 括多个汽缸， 该多个汽缸连于一体构成缸体 39， 缸体 39上设有曲轴 41，用于驱动凸凹轮 26的多个锥状齿轮 12安装在同一个水平驱动轴 24上， 水平驱动轴 24上设有从动链轮 40， 曲轴 41上设有主动链轮 42， 从动链轮 40通过通过链条 43与主动链轮 42连接， 从动链轮 40 和主动链轮 42的齿数相同。

本发明的工作原理如下： 内燃机工作时， 其爆发冲程带动曲轴转 动， 曲轴通过链轮带动锥状齿轮转动， 锥状齿轮带动凸凹元件（凸凹 盘或凸凹轮） 转动， 凸凹元件带动摆动体 （杠杆或 T形摇臂） 摆动， 摆动体再带动气门上下摆动， 从而实现气门的开启和关闭。 由于配气 机构包括进气门和排气门， 所以配置了两个摆动体， 每个摆动体各自 带动一个气门， 所以只用一个凸凹元件就能依次带动进气门和 排气 门。

按照理论上的设计， 进气门和排气门应当相距 90度， 凸部和凹 部所夹的角度 β也应当是 90度， 由于进气门和排气门都有一个提前 开和滞后关的情况，所以在设计上就必须满足 气门提前开和滞后关的 要求，这就涉及到进气门和排气门位置的设计 及凸部和凹部所夹角度 β的设计， 所以把进气门和排气门的角距离写成 70度到 110度， 把 凸部和凹部所夹角度 β的取值范围写成 90度到 130度， 以便于在实 施过程中从所述的两个取值范围内各找出一个 最佳的值。