專利名稱：具有導(dǎo)向滾子活塞驅(qū)動(dòng)件的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
已知的是內(nèi)燃機(jī)可以通過(guò)燃燒室內(nèi)的工作流體將燃料產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械功。
內(nèi)燃機(jī)具有的循環(huán)操作包括吸氣、壓縮、燃燒或膨脹以及排出未燃?xì)怏w形式的廢流這些沖程。
內(nèi)燃機(jī)已知類型的工作循環(huán)近似于Sabathé理想熱力學(xué)循環(huán)，其理想地模擬具有兩種轉(zhuǎn)化的燃燒過(guò)程定容下的第一轉(zhuǎn)化和定壓下的第二轉(zhuǎn)化。
已知的是第一種兩個(gè)理想的熱力學(xué)循環(huán)是Sabathé循環(huán)的簡(jiǎn)化燃燒通過(guò)定容轉(zhuǎn)化表現(xiàn)的Otto循環(huán)，以及燃燒通過(guò)定壓轉(zhuǎn)化表現(xiàn)的Diesel循環(huán)。
由于燃燒過(guò)程發(fā)生的方式以及推進(jìn)連接系統(tǒng)的連接也就是熱力學(xué)和機(jī)械效率的原因，毫無(wú)疑問(wèn)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作循環(huán)的熱力學(xué)效率相對(duì)于理想熱力學(xué)循環(huán)的效率要有一部分損失。
常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的連接機(jī)構(gòu)通過(guò)連接桿和曲柄系統(tǒng)構(gòu)成，這樣可以將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
活塞通過(guò)連接桿與發(fā)動(dòng)機(jī)軸相連，其中小端樞轉(zhuǎn)連接在活塞銷并且大端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸上。
小端與相應(yīng)活塞一起進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而大端進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
同樣已知的具有往復(fù)操作的火花點(diǎn)火型或壓縮點(diǎn)火型內(nèi)燃機(jī)由至少一個(gè)氣缸構(gòu)成，活塞容納在其內(nèi)，使得活塞可以滑動(dòng)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；所述活塞與用于將其線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置相連，該裝置具有不同于連接桿和曲軸機(jī)構(gòu)的特征。
這些類型已知但至今還沒(méi)有公開(kāi)和使用過(guò)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置大體上由推桿和固定在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的螺旋旋轉(zhuǎn)成形主體構(gòu)成；在成形主體的端面上沿回路的整個(gè)周長(zhǎng)形成邊緣，其中外部輪廓形成推進(jìn)軌道并且內(nèi)部輪廓形成返回軌道。
這些旋轉(zhuǎn)主體已經(jīng)由不同設(shè)計(jì)者設(shè)想了多種方案并具有兩個(gè)或多個(gè)凸耳，但已經(jīng)生產(chǎn)的樣機(jī)還沒(méi)有獲得期望的結(jié)果并由此被放棄。
在這些裝置中，推桿僅在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與在已知連接桿和曲軸型裝置中的運(yùn)動(dòng)不同，在這些裝置中連接桿的小端做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)并且大端繞發(fā)動(dòng)機(jī)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；因此，連接桿的柄具有合成的交替旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
這些已知類型的具有往復(fù)操作尤其是具有連接桿和曲柄機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)由于不可改變的操作方法導(dǎo)致具有一些明顯的缺陷，目前其操作方法還不可能避免。
這些發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)效率實(shí)際上比Otto預(yù)測(cè)的理想熱力學(xué)效率更低，并且絕對(duì)不可以實(shí)現(xiàn)定容燃燒，隨之導(dǎo)致的缺陷是必須采用大量燃料以獲得有限量的動(dòng)力。
如果考慮到吸入的流體僅得到部分利用，具有來(lái)說(shuō)最大程度30-35％，這樣導(dǎo)致大致等于吸入流體65-70％的量的未燃?xì)怏w有害地排入大氣內(nèi)。
這樣導(dǎo)致消耗率高，而發(fā)出較低的動(dòng)力水平，這不同于具有定容燃燒的理想發(fā)動(dòng)機(jī)。
已知發(fā)動(dòng)機(jī)的另一缺陷是當(dāng)相應(yīng)的活塞從上死點(diǎn)移動(dòng)到下死點(diǎn)和相反情形時(shí)，橫向推力施加在它們上(并由此施加在整個(gè)機(jī)構(gòu)上)并吸收相當(dāng)多的能量，在氣缸和活塞上產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生機(jī)械式的磨損和噪音(通常稱為“活塞敲擊”)，縮短并且還損害所述發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是通過(guò)提供一種具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)以最佳可行方式消除已知發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷，所述內(nèi)燃機(jī)可以利用任何燃料操作，具有更高的熱效率和機(jī)械效率，在相等的位移和轉(zhuǎn)速下發(fā)出更高的比功率，并且可以獲得更高的活塞(或多個(gè)活塞)相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速作為所用系統(tǒng)的函數(shù)。
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其中完成往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量就摩擦和橫向推力來(lái)說(shuō)具有較低值以避免產(chǎn)生影響活塞的應(yīng)力。
本發(fā)明的目的實(shí)際上是消除這些異常推力，由此在已知發(fā)動(dòng)機(jī)中回收所有能量損耗，利用所有發(fā)出的功率并進(jìn)一步避免氣缸和活塞的磨損和橢圓化以及所有機(jī)械噪聲。
本發(fā)明的另一目的還要提供一種具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)，其可以通過(guò)在定容下獲得可控和可調(diào)節(jié)的燃燒例如由Otto循環(huán)理想預(yù)測(cè)的燃燒來(lái)提高工作循環(huán)的熱力學(xué)效率，所述內(nèi)燃機(jī)至今在世界上任何地方從沒(méi)有提出，目的是減小燃料消耗率并利用等量的吸入流體在等位移和轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生至少兩倍的功率，一直可以控制和修正定容下的燃燒步進(jìn)時(shí)間，由此減小一大部分(50％和更多)的污染排放。
本發(fā)明的其它目的包括提高功率輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)重量之間以及功率輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸之間的比率；簡(jiǎn)化用于向發(fā)動(dòng)機(jī)軸傳遞發(fā)出的功率的構(gòu)件，便于發(fā)動(dòng)機(jī)-變速器的連接，至少使發(fā)動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速相對(duì)于活塞的轉(zhuǎn)速減半，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的不平衡和隨之發(fā)生的振動(dòng)顯著降低，由此特別在低轉(zhuǎn)速下獲得較高的最大轉(zhuǎn)矩值。
上述目標(biāo)和這些目的通過(guò)本發(fā)明具有改進(jìn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該內(nèi)燃機(jī)包括至少一個(gè)中空的氣缸，所述氣缸包含用于使工作流體發(fā)生變化的室并且一端通過(guò)蓋封閉，相對(duì)一端通過(guò)活塞封閉，所述活塞可以在所述室內(nèi)的提供距所述蓋最大距離的下死點(diǎn)與提供距所述蓋最小距離的上死點(diǎn)之間滑動(dòng)以做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)燃機(jī)還包括用于將所述活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化裝置包括-推桿，其基本上垂直于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸并且其中第一端與所述活塞相連以及第二端與用于支承至少一個(gè)推進(jìn)滾子和至少一個(gè)返回滾子的至少一個(gè)銷相連；所述滾子在彼此相反的方向上旋轉(zhuǎn)并且被布置成使得它們的軸線基本上平行于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸；-旋轉(zhuǎn)成形主體，其固定在所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸上并具有布置在垂直于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的平面上的至少一個(gè)推進(jìn)回路和至少一個(gè)返回回路，所述推進(jìn)滾子沿所述推進(jìn)回路行進(jìn)，所述返回滾子沿所述返回回路行進(jìn)；所述推進(jìn)回路基本上與所述返回回路同心并類似，并且兩個(gè)回路布置在所述成形主體內(nèi)部或外部的兩個(gè)不同平面上；-至少一個(gè)導(dǎo)向臂，其一端與用于支承所述滾子的所述銷相關(guān)聯(lián)并且相對(duì)一端鉸接成使得其可以繞固定和剛性連接在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上并基本上平行于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸的軸線移動(dòng)；-所述推進(jìn)和返回回路包括用于使所述推進(jìn)滾子和返回滾子滑動(dòng)的相應(yīng)圓弧，當(dāng)活塞接近所述上死點(diǎn)時(shí)，所述滾子在所述旋轉(zhuǎn)成形主體的預(yù)定空間或預(yù)定旋轉(zhuǎn)角內(nèi)將推桿和活塞保持成基本上固定的構(gòu)造，所述室的容積基本上保持恒定直至發(fā)生爆炸。


從以下對(duì)具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)的一些優(yōu)選但非限制性的實(shí)施方式的詳細(xì)描述將會(huì)更清楚地了解到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，所述實(shí)施方式在附圖中通過(guò)非限制性示例的方式示出，圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的示意性透視圖；圖2是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)成形主體的分解示意圖；圖3是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的一些細(xì)節(jié)的分解示意圖；圖4是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的一些細(xì)節(jié)的示意性剖視圖；圖5是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的一些細(xì)節(jié)的示意性剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的備選實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)成形主體和相應(yīng)部件的示意性透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的備選實(shí)施方式的一些細(xì)節(jié)的示意性剖視圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)成形主體的可行實(shí)施方式的輪廓的示意性平面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖；圖10是具有四個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖，所有的氣缸都工作在根據(jù)本發(fā)明的同一旋轉(zhuǎn)成形主體以及同一發(fā)動(dòng)機(jī)軸上；圖11是根據(jù)本發(fā)明具有八個(gè)或更多氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的軸側(cè)圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)成形主體的第二可行實(shí)施方式的輪廓的示意性平面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明具有四個(gè)凸耳的發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)成形主體的第三可行實(shí)施方式的輪廓的示意性平面圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，附圖標(biāo)記1總體表示具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)1包括至少一個(gè)并且優(yōu)選為多個(gè)的中空氣缸C，其一端由蓋T封閉，其上具有通過(guò)相應(yīng)閥控制的用于供給流體并且排出未燃?xì)怏w的口，相對(duì)一端由活塞2封閉，該活塞2可以在所述氣缸內(nèi)滑動(dòng)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
工作流體在由氣缸的壁、活塞2以及蓋T形成的室內(nèi)發(fā)生熱力學(xué)變化。
如在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)中那樣，活塞2在提供距氣缸蓋最小距離的上死點(diǎn)(TDC)與提供距氣缸蓋最大距離的下死點(diǎn)(BDC)之間移動(dòng)。
與已知發(fā)動(dòng)機(jī)不同并根據(jù)本發(fā)明，用于將所述活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成具有縱向軸線A的發(fā)動(dòng)機(jī)軸4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置3與每個(gè)活塞2相關(guān)聯(lián)。
裝置3包括推桿5，其基本上垂直于軸線A并具有通過(guò)銷6與活塞2相關(guān)聯(lián)第一端5a以及利用旋轉(zhuǎn)連接與至少一個(gè)支承銷13相連的第二端5b；至少一個(gè)推進(jìn)滾子7和至少一個(gè)返回滾子8容納在銷13上，它們基本上相互同軸并具有基本上平行于軸線A的軸線B。
裝置3還包括旋轉(zhuǎn)成形主體9，其固定在發(fā)動(dòng)機(jī)軸4上并且其中存在至少一個(gè)推進(jìn)回路10和至少一個(gè)返回回路11，推進(jìn)滾子7沿推進(jìn)回路行進(jìn)，返回滾子8沿返回回路行進(jìn)。
在圖1和6所示的特定實(shí)施方式中，氣缸為兩個(gè)并彼此相對(duì)，但不排除在同一旋轉(zhuǎn)成形主體上具有一個(gè)、三個(gè)、四個(gè)(圖10)、八個(gè)(圖11)或更多氣缸的備選實(shí)施方式，可以將具有相同數(shù)量的氣缸的多個(gè)旋轉(zhuǎn)主體并排布置以在同一發(fā)動(dòng)機(jī)組件上提供多個(gè)氣缸，從而就位移和氣缸數(shù)量來(lái)說(shuō)獲得具有大功率的模塊發(fā)動(dòng)機(jī)。
推進(jìn)回路10在垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸4的平面上突出，其基本上與返回回路11同心、類似并一體；推進(jìn)回路10和返回回路11相互平行，但也可以位于不同的平面上。
裝置3還包括至少一個(gè)并優(yōu)選為兩個(gè)導(dǎo)向臂12，其中第一端與支承推桿5的第二端5b的銷13以及推進(jìn)滾子和返回滾子7、8相關(guān)聯(lián)，并且相對(duì)一端鉸接成使得其可以繞固定在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)S上并基本上平行于軸線A的軸線D移動(dòng)，從而形成擺動(dòng)剛性結(jié)構(gòu)。
推進(jìn)滾子7和返回滾子8安裝成使得它們繞形成軸線B的單個(gè)支承銷13旋轉(zhuǎn)；然而，還可以采用備選實(shí)施方式，其中返回滾子和推進(jìn)滾子安裝在相互分離并且不同的相應(yīng)銷上。
便利地是，滾子7和8可以由技術(shù)上等效的部件例如滑動(dòng)軸承、滑塊、滾動(dòng)軸承等替換。
重要的細(xì)節(jié)是本發(fā)明已經(jīng)提出可以使?jié)L子在彼此相反的方向上自由旋轉(zhuǎn)，每個(gè)滾子在其自身專用的回路上行進(jìn)，從而消除了因機(jī)構(gòu)的物理效應(yīng)而發(fā)生成形主體的反向旋轉(zhuǎn)時(shí)的接觸，并由此消除了所述滾子的突然反向旋轉(zhuǎn)。
推進(jìn)滾子7輸送和控制旋轉(zhuǎn)成形主體9的旋轉(zhuǎn)；在成形主體一定的旋轉(zhuǎn)角下，推進(jìn)滾子不再接觸相應(yīng)回路10，同時(shí)返回滾子與相應(yīng)回路11形成接觸。
通過(guò)本發(fā)明，使系統(tǒng)可以根據(jù)其承受的推力等同地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；推進(jìn)滾子7實(shí)際上在相對(duì)于返回滾子8相反的方向上旋轉(zhuǎn)，以避免發(fā)生摩擦和滑移現(xiàn)象，因?yàn)橛捎谒龌芈返妮喞脑颍七M(jìn)滾子和返回滾子從來(lái)不會(huì)同時(shí)與相應(yīng)回路接觸，所述回路僅在需要實(shí)現(xiàn)接觸時(shí)通過(guò)各個(gè)滾子的旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)的旋轉(zhuǎn)部分保持與滾子接觸。
應(yīng)該指出通過(guò)回路的幾何形狀并通過(guò)它們?cè)诳臻g的相應(yīng)布置確保上述實(shí)施方式。
在圖1-5所示的實(shí)施方式中，推桿5的第二端5b通過(guò)支承單個(gè)支承銷13的孔眼構(gòu)成，兩個(gè)推進(jìn)滾子7和兩個(gè)返回滾子8安裝在支承銷13上，使得它們可以旋轉(zhuǎn)。
推進(jìn)滾子7在推桿5的第二端5b的相對(duì)兩側(cè)對(duì)稱布置并沿單個(gè)推進(jìn)回路10運(yùn)動(dòng)。
返回滾子8靠近推進(jìn)滾子7與第二端5b相對(duì)的側(cè)面對(duì)稱布置，旋轉(zhuǎn)成形主體9包括兩個(gè)返回回路11，兩個(gè)返回滾子8中的一個(gè)沿每個(gè)返回回路11行進(jìn)。
按返回滾子8和推進(jìn)滾子7的順序，前者是端部滾子并且后者可以布置在它們之間。
再次參照發(fā)動(dòng)機(jī)1的第一實(shí)施方式，旋轉(zhuǎn)成形主體9(圖2)包括主體14，推進(jìn)回路10設(shè)置在其外周表面上，還包括兩個(gè)相連的主體15，它們基本上平行于成形主體9并與其相對(duì)面剛性相連。
相應(yīng)軌道16突出形成在連接主體15指向主體14的面上，并且其內(nèi)部輪廓形成返回回路11。
在圖6和7所示的備選實(shí)施方式中，推桿5的第二端5b是叉形，每股具有相應(yīng)的支承相應(yīng)支承軸13的孔眼；兩個(gè)支承軸13相互同軸。
相應(yīng)推進(jìn)滾子7和相應(yīng)返回滾子8安裝在兩個(gè)銷13中的每個(gè)上；按推進(jìn)滾子7和返回滾子8的順序，前者是端部滾子并且后者置于它們之間。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)成形主體9包括兩個(gè)推進(jìn)回路10和兩個(gè)返回回路11，相應(yīng)推進(jìn)滾子7沿每個(gè)推進(jìn)回路行進(jìn)，相應(yīng)返回滾子8沿每個(gè)返回回路行進(jìn)。
再次參照發(fā)動(dòng)機(jī)1的第二實(shí)施方式，旋轉(zhuǎn)成形主體9可以例如由結(jié)構(gòu)件17構(gòu)成，其每個(gè)相對(duì)面上突出存在兩個(gè)回路軌道，第一回路軌道18和第二回路軌道19，二者都在內(nèi)部但在兩個(gè)不同的水平面上并相互同心。
兩個(gè)第一內(nèi)部回路軌道的輪廓限定了推進(jìn)回路10并且兩個(gè)第二內(nèi)部回路軌道的輪廓限定了返回回路11。
然而，并不排除備選實(shí)施方式，其中推進(jìn)滾子7和返回滾子8的數(shù)量和布置改變，推進(jìn)回路10和返回回路11的數(shù)量和布置由此改變，或者推桿5、導(dǎo)向臂12和旋轉(zhuǎn)成形主體9的構(gòu)造改變，每個(gè)可以設(shè)置成整體，或成兩個(gè)或多個(gè)部分，或者具有任何其它形式，這樣可以獲得所述目標(biāo)和目的以及根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
在上述附圖所示的特定實(shí)施方式中，推進(jìn)回路10和返回回路11的輪廓包括兩個(gè)凸耳20，它們具有相應(yīng)的相互不同的圓弧21和22；弧22可以在流體吸入沖程中允許快速填充所述室，而弧21形成用于將活塞固定布置在上死點(diǎn)直至發(fā)生爆炸的狀態(tài)。
圖8表示旋轉(zhuǎn)成形主體9的理想實(shí)施方式，其可以提供和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)沖程；通過(guò)適當(dāng)和最佳的圓弧21形成理想的預(yù)設(shè)固定角以在定容燃燒過(guò)程中獲得最大功率。
由于已經(jīng)構(gòu)想的方式，發(fā)動(dòng)機(jī)1還具有對(duì)根據(jù)探尋的性能需求采用的調(diào)節(jié)和功能的適應(yīng)性。
通過(guò)沿相應(yīng)回路調(diào)節(jié)和改變推進(jìn)滾子7和返回滾子8的滑動(dòng)，當(dāng)活塞2接近上死點(diǎn)時(shí)，可以在預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)將推桿5保持在基本上固定狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)成形主體9的幾何形狀實(shí)際上在其所有沖程中調(diào)節(jié)和控制所述機(jī)構(gòu)。
當(dāng)活塞2處于與燃燒沖程相對(duì)應(yīng)的TDC時(shí)，在相應(yīng)氣缸內(nèi)形成的室在預(yù)設(shè)時(shí)限內(nèi)保持處于定容，其與范圍在最小αMIN與最大αMAX之間改變的旋轉(zhuǎn)角匹配(參加圖8)，并且在所述定容狀態(tài)下活塞2保持固定，可以利用定容下的燃燒提供接近由Otto假定的理想循環(huán)的工作循環(huán)，因?yàn)檫@是具有最大理論效率的熱力學(xué)循環(huán)。
變化室的容積基本上保持恒定直至發(fā)生爆炸，從而比現(xiàn)今已知的任何類型的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生明顯更大的功率，顯著減小未燃?xì)怏w向大氣的排放(由于吸入流體基本上完全得到利用)，由此減小消耗。將大部分吸入流體轉(zhuǎn)化成能量。
總之，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)與任何類型的常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，并由此相對(duì)于目前的背景技術(shù)得到改進(jìn)-在等同位移和轉(zhuǎn)速率下發(fā)出至少兩倍的功率；-在等同功率產(chǎn)生下顯著減小燃料消耗；-幾乎完全消除排入大氣內(nèi)的未燃廢氣；-使發(fā)動(dòng)機(jī)軸在至少等于活塞轉(zhuǎn)速一半(三分之一、四分之一)的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，由此便于發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接；-在低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)矩。
此外，重要的是應(yīng)該指出根據(jù)固定角，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)可以在功率并在排氣的無(wú)毒排放方面得到優(yōu)化。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的備選實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)成形主體(由此還有推進(jìn)回路10和返回回路11)可以包括三個(gè)凸耳，它們相互成圓角并相互偏移120°(圖12)，或者四個(gè)凸耳，它們相互成圓角并相互偏移90°，但并不排除具有更多凸耳的旋轉(zhuǎn)成形主體的實(shí)施方式。
在操作過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)向臂12引導(dǎo)的推桿5沿氣缸的軸線移動(dòng)，基本上做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，接近常規(guī)連接桿和曲柄系統(tǒng)的動(dòng)作，但具有移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，如同其是一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)度的連接桿，由此避免在活塞的反向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中橫向推力產(chǎn)生變形，磨損和噪音。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)1的尺寸被設(shè)計(jì)成使得當(dāng)活塞2在TDC與BDC之間處于行程的一半時(shí)，導(dǎo)向臂12相對(duì)于氣缸軸線形成基本上90°的角。這樣消除了推桿5在活塞處于TDC與BDC之間的行程過(guò)程中所處的任何位置上承受的擺動(dòng)，由此消除了對(duì)所述活塞的橫向推力，該橫向推力在常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中導(dǎo)致各種移動(dòng)部件的橢圓化、磨損和噪音。
實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)所述發(fā)明可以獲得所需目標(biāo)和目的。
對(duì)于已知發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)使推桿在其運(yùn)動(dòng)的任何位置上都不傾斜而在實(shí)踐中可以消除所有加楔作用，以顯著減小所有摩擦并由此限定隨之發(fā)生的能量損耗，以發(fā)出功率的形式回收它們，從而消除了各種部件的磨損和損壞；所述發(fā)明還可以減小移動(dòng)質(zhì)量的重量并由此還提高機(jī)械效率，從而使活塞獲得更高的轉(zhuǎn)速。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)成形主體，在兩凸耳方案中發(fā)動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速相對(duì)于活塞的轉(zhuǎn)速減半，或者減小到三分之一(在三個(gè)凸耳的情況下)或者減小到四分之一(在四個(gè)凸耳的情況下)。
通過(guò)示例，在旋轉(zhuǎn)成形主體具有四個(gè)凸耳構(gòu)造時(shí)，假定活塞的轉(zhuǎn)速是10,000rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速減小到2500rpm，從而使本發(fā)明在相對(duì)于常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下具有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)矩。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，根據(jù)Otto假定的理想循環(huán)在定容下的理想循環(huán)中進(jìn)行燃燒沖程；活塞在范圍預(yù)先確定的旋轉(zhuǎn)成形主體的旋轉(zhuǎn)角內(nèi)固定接近TDC，所述旋轉(zhuǎn)成形主體在燃燒進(jìn)行過(guò)程中固定在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上。
根據(jù)固定角的幅寬的限定，可以控制和修正功率級(jí)并修正未燃?xì)怏w向大氣內(nèi)的排放水平，從而在第一時(shí)間內(nèi)提供“先天環(huán)保”的發(fā)動(dòng)機(jī)，也發(fā)現(xiàn)了其局限。
當(dāng)然可以證明消耗明顯減小，可以在等同位移下小于已知發(fā)動(dòng)機(jī)40％-50％，對(duì)于新發(fā)明，通過(guò)發(fā)生在更高溫度下的燃燒(爆炸)顯然可以發(fā)出更多的功率，所述更高溫度作為固定角的函數(shù)由于定容而可以實(shí)現(xiàn)。
與已知發(fā)動(dòng)機(jī)相比，根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)由此可以提高熱力學(xué)效率和機(jī)械效率，提高從發(fā)動(dòng)機(jī)軸的功率輸出并減小燃料消耗和未燃燒污染氣體向大氣內(nèi)的排放。
通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)成形主體上的推進(jìn)和返回回路的輪廓，可以改變各個(gè)沖程下活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
最后，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊并在等同發(fā)動(dòng)機(jī)軸的功率、位移和轉(zhuǎn)速特征下比任何已知發(fā)動(dòng)機(jī)重量更低以及尺寸更小。
由此構(gòu)想的本發(fā)明可以經(jīng)受多種修改和變化，它們都處于本發(fā)明的思路范圍內(nèi)。
所有的細(xì)節(jié)都可以由其它技術(shù)上等同的細(xì)節(jié)替換。
實(shí)踐中，所采用的材料以及形狀和尺寸可以根據(jù)要求設(shè)定，由此不會(huì)背離附加權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
在本發(fā)明要求作為優(yōu)先權(quán)的意大利專利申請(qǐng)No.MO2004A000345中公開(kāi)的內(nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)，包括至少一個(gè)中空的氣缸，所述氣缸包含用于使工作流體發(fā)生變化的室并且一端通過(guò)蓋封閉，相對(duì)一端通過(guò)活塞封閉，所述活塞可以在所述室內(nèi)的提供距所述蓋最大距離的下死點(diǎn)與提供距所述蓋最小距離的上死點(diǎn)之間滑動(dòng)以做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)燃機(jī)還包括用于將所述活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化裝置包括-推桿，其基本上垂直于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸并且其中第一端與所述活塞相連以及第二端與用于支承至少一個(gè)推進(jìn)滾子和至少一個(gè)返回滾子的至少一個(gè)銷相連；所述滾子在彼此相反的方向上旋轉(zhuǎn)并且被布置成使得它們的軸線基本上平行于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸；-旋轉(zhuǎn)成形主體，其固定在所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸上并具有布置在垂直于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸的平面上的至少一個(gè)推進(jìn)回路和至少一個(gè)返回回路，所述推進(jìn)滾子沿所述推進(jìn)回路行進(jìn)，所述返回滾子沿所述返回回路行進(jìn)；所述推進(jìn)回路基本上與所述返回回路同心并類似，并且兩個(gè)回路布置在所述成形主體內(nèi)部或外部的兩個(gè)不同平面上；-至少一個(gè)導(dǎo)向臂，其一端與用于支承所述滾子的所述銷相關(guān)聯(lián)并且相對(duì)一端鉸接成使得其可以繞固定和剛性連接在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上并基本上平行于所述發(fā)動(dòng)機(jī)軸的軸線運(yùn)動(dòng)；-所述推進(jìn)回路和返回回路包括用于使所述推進(jìn)滾子和返回滾子滑動(dòng)的相應(yīng)圓弧，當(dāng)活塞接近所述上死點(diǎn)時(shí)，所述滾子在所述旋轉(zhuǎn)成形主體的預(yù)定空間或預(yù)定旋轉(zhuǎn)角內(nèi)將推桿和活塞保持成基本上固定的構(gòu)造，所述室的容積基本上保持恒定直至發(fā)生爆炸。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述推進(jìn)滾子和返回滾子基本上相互同軸。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述返回滾子是兩個(gè)并布置成靠近所述至少一個(gè)推進(jìn)滾子的相對(duì)兩側(cè)，所述返回回路是兩個(gè)，所述兩個(gè)返回滾子中的一個(gè)沿每個(gè)所述回路行進(jìn)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述推進(jìn)滾子是兩個(gè)并布置成靠近所述至少一個(gè)返回滾子的相對(duì)兩側(cè)，所述推進(jìn)回路是兩個(gè)，所述兩個(gè)推進(jìn)滾子中的一個(gè)沿每個(gè)所述回路行進(jìn)。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述返回滾子是兩個(gè)，所述返回回路是兩個(gè)，所述兩個(gè)返回滾子中的一個(gè)沿每個(gè)所述回路行進(jìn)。
6.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述支承銷形成所述推進(jìn)滾子和返回滾子的支承軸線，所述推進(jìn)滾子和返回滾子被安裝成它們可以旋轉(zhuǎn)并與所述導(dǎo)向臂相關(guān)聯(lián)，從而形成一種支承所述推桿第二端的剛性擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。
7.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其包括鉸接銷，該鉸接銷限定了所述固定軸線并與固定和剛性連接在所述結(jié)構(gòu)上的支承件相關(guān)聯(lián)，所述導(dǎo)向臂的所述相對(duì)一端鉸接在所述支承件上，從而該導(dǎo)向臂可以擺動(dòng)。
8.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)成形主體包括第一主體和兩個(gè)第二主體，其上設(shè)置所述推進(jìn)回路的滑動(dòng)表面位于所述第一主體上，所述兩個(gè)第二主體剛性固定在所述第一主體上并基本上平行，并在其上突出形成回路邊緣，所述回路的內(nèi)部輪廓形成相應(yīng)的返回回路。
9.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)成形主體包括其上形成兩個(gè)彼此相對(duì)面的結(jié)構(gòu)件，兩個(gè)回路軌道突出形成在所述相對(duì)面上，兩個(gè)軌道都在內(nèi)部，它們的輪廓形成相應(yīng)的推進(jìn)回路和返回回路。
10.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述推進(jìn)回路和返回回路包括至少兩個(gè)布置成180°的凸耳。
11.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述活塞在上死點(diǎn)由于彎曲半徑并由于所述旋轉(zhuǎn)成形主體的旋轉(zhuǎn)角的原因而基本上固定，所述旋轉(zhuǎn)角根據(jù)所需性能處于最小值αMIN與最大值αMAX之間。
12.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)成形主體的所述兩個(gè)凸耳中的一個(gè)具有不同于另一個(gè)的平均半徑，所述旋轉(zhuǎn)成形主體相對(duì)于基本上居中的平面不對(duì)稱。
13.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述推進(jìn)回路和返回回路包括相互偏移120°的三個(gè)凸耳，通過(guò)旋轉(zhuǎn)成形主體旋轉(zhuǎn)240°使工作流體在所述室內(nèi)發(fā)生變化。
14.如在前權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述推進(jìn)回路和回流回路包括相互偏離90°的四個(gè)凸耳，通過(guò)旋轉(zhuǎn)成形主體旋轉(zhuǎn)180°使工作流體在所述室內(nèi)發(fā)生變化。
全文摘要
一種具有改進(jìn)的往復(fù)操作的內(nèi)燃機(jī)(1)，包括至少一個(gè)中空的氣缸(C)，所述氣缸包含用于使工作流體發(fā)生變化的室并且一端通過(guò)蓋封閉，相對(duì)一端通過(guò)活塞(2)封閉，所述活塞可以在下死點(diǎn)(BDC)與上死點(diǎn)(TDC)之間滑動(dòng)以做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)燃機(jī)還包括用于將所述活塞(2)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)軸(4)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置(3)，所述轉(zhuǎn)化裝置包括推桿(5)，其基本上垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸(4)并且其中第一端(5a)與活塞(2)相連以及第二端(5b)與用于支承至少一個(gè)推進(jìn)滾子(7)和至少一個(gè)返回滾子(8)的至少一個(gè)銷(13)相連；所述滾子在彼此相反的方向上旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)化裝置還包括旋轉(zhuǎn)成形主體(9)，其固定在發(fā)動(dòng)機(jī)軸(4)上并具有至少一個(gè)推進(jìn)回路(10)和至少一個(gè)返回回路(11)，相應(yīng)滾子沿所述回路行進(jìn)，還包括至少一個(gè)導(dǎo)向臂(12)，其一端用于與滾子支承銷(13)相關(guān)聯(lián)并且相對(duì)一端鉸接成使得其可以繞固定軸線(D)運(yùn)動(dòng)；所述推進(jìn)回路和返回回路(10，11)包括用于使所述推進(jìn)滾子和返回滾子(7，8)滑動(dòng)的相應(yīng)圓弧，當(dāng)活塞(2)接近所述上死點(diǎn)時(shí)，所述滾子適于在所述旋轉(zhuǎn)成形主體的預(yù)定空間或預(yù)定旋轉(zhuǎn)角內(nèi)將推桿(5)和活塞(2)保持成基本上固定的構(gòu)造，所述室的容積基本上保持恒定直至發(fā)生爆炸。
文檔編號(hào)F02B75/32GK101087927SQ200580044383
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者L·凡圖齊 申請(qǐng)人:Key合伙控股股份有限公司