專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種二沖程內(nèi)燃機(jī)，更具體地講，涉及一種具有一對 對置汽缸且每一汽缸具有一對對置活塞的二沖程內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
用于汽車和輕型航空器工業(yè)的內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計和生產(chǎn)是得到充分發(fā)展的 技術(shù)領(lǐng)域。要在商業(yè)上可行，任何新型發(fā)動機(jī)的構(gòu)造必須在不犧牲性能的 情況下在能源和原材料保護(hù)(特別是燃料消耗的改進(jìn))、環(huán)境保護(hù)和污染控 制、旅客安全和舒適以及P務(wù)低成本和重量的竟?fàn)幮栽O(shè)計和生產(chǎn)方法領(lǐng)域提 供重要的改進(jìn)。這些領(lǐng)域之一的改進(jìn)以損害任何其它領(lǐng)域為代價在商業(yè)上 是不可接受的。
新型發(fā)動機(jī)構(gòu)造必須在機(jī)械上簡單，從而使機(jī)械損失內(nèi)在地最小化， 并且必須充分適合于最大化燃燒效率并降低原料排放。具體地講，新的發(fā) 動機(jī)構(gòu)造應(yīng)具體解決內(nèi)燃機(jī)中的最重要的摩擦源以降低機(jī)械損失，應(yīng)具有 體積和設(shè)計適合于最優(yōu)化燃燒效率的燃燒室，并且應(yīng)適合于利用先進(jìn)的增 壓技術(shù)和燃料噴射技術(shù)。一種新型的發(fā)動機(jī)構(gòu)造應(yīng)重量較輕，并且優(yōu)選地具有用于改進(jìn)的安裝 適配性和旅客安全的降低的高度輪廓。對于汽車應(yīng)用來說，降低的高度輪 廓將允許發(fā)動機(jī)安裝在座位或底板區(qū)域下。對于輕型航空器應(yīng)用來說，短 的輪廓將允許發(fā)動機(jī)直接安裝在機(jī)翼內(nèi)，而不需要發(fā)動機(jī)整流罩。
一種新型發(fā)動機(jī)構(gòu)造應(yīng)是動態(tài)平衡以最小化噪聲和震動。在理想情況 下，發(fā)動機(jī)的最小的實際實現(xiàn)如兩汽缸型式應(yīng)是完全平衡的，然后通過將 較小的發(fā)動機(jī)結(jié)合在一起來構(gòu)造較大的發(fā)動機(jī)。在低負(fù)載的情況下，發(fā)動 機(jī)的整個部分(和與其有關(guān)的機(jī)械損失)則能被拆卸而不會使發(fā)動機(jī)失去平衡。
盡管外連續(xù)的燃燒技術(shù)如帶有電動機(jī)的斯特林發(fā)動機(jī)或燃料電池保證 最終為汽車和輕型航空器提供低排放高效率的發(fā)動機(jī)，然而由于它們在重 量、空間、操縱性能、能量密度和成本方面的內(nèi)在缺點，所以在可預(yù)見的 未來這些技術(shù)將不是內(nèi)燃機(jī)可行的備選方案。內(nèi)燃機(jī)活塞式發(fā)動機(jī)將在許 多年繼續(xù)成為這些應(yīng)用的主要動力裝置。
四沖程內(nèi)燃機(jī)當(dāng)前在汽車市場中占優(yōu)勢，其共同的是四汽缸直列式構(gòu) 造。需要至少四個汽缸以實現(xiàn)合適速率的動力沖程產(chǎn)生支配著這種發(fā)動機(jī)
的尺寸和形狀，因此也極大地限制了設(shè)計者就發(fā)動機(jī)如何被;改置在交通工 具內(nèi)部的選擇。通常，這些發(fā)動機(jī)的小型汽缸對于有效的燃燒或原料排放 的降低不是最佳的。由于存在導(dǎo)致高噪聲和震動級別的不平衡非約束的慣 性力，所以這種四汽缸直列式構(gòu)造還在旅客舒適方面存在一些缺點。
長期以來發(fā)動機(jī)設(shè)計者已經(jīng)認(rèn)識到二沖程發(fā)動機(jī)比四沖程發(fā)動機(jī)具有 重要的潛在的優(yōu)勢，這是因為二沖程發(fā)動機(jī)在每一曲軸旋轉(zhuǎn)期間每一汽缸 產(chǎn)生一動力沖程，當(dāng)與具有同樣速率的動力沖程產(chǎn)生的四沖程發(fā)動機(jī)相比， 其允許發(fā)動機(jī)具有一半數(shù)量的汽缸。更少的汽缸將導(dǎo)致機(jī)械上復(fù)雜性更小 和體積更小的發(fā)動機(jī)。因為用于打開和關(guān)閉進(jìn)氣口和排氣口的機(jī)構(gòu)能更加 簡單化，因此二沖程發(fā)動機(jī)還比四沖程發(fā)動機(jī)具有內(nèi)在地更低的機(jī)械復(fù)雜 性。
然而，二沖程發(fā)動機(jī)由于幾個可察覺的缺點而具有已知的有限使用。 因為每一沖程的重要部分必須被用于去除在前動力沖程的燃燒產(chǎn)物(氣缸
5排氣)和補(bǔ)充燃燒空氣，并由此損失了動力沖程，所以二沖程發(fā)動機(jī)在平均 有效壓力方面具有超過四沖程發(fā)動機(jī)的缺點(即較低的容積效率)。氣缸排氣 還具有內(nèi)在的問題，特別是當(dāng)發(fā)動機(jī)必須在大范圍速度和負(fù)載條件下運(yùn)行 時。已知二沖程壓燃式(柴油機(jī))發(fā)動機(jī)還具有其它缺點，包括不良的起動特 征和高的微粒排放。
現(xiàn)代增壓和燃料噴射方法能克服以前與二沖程發(fā)動機(jī)相關(guān)的許多限 制，使得雙汽缸二沖程發(fā)動機(jī)成為四汽缸四沖程發(fā)動機(jī)可行的備選方案。 雙汽缸二沖程發(fā)動機(jī)具有與四汽缸四沖程發(fā)動機(jī)相同的點火頻率。如果二
二沖程的每一汽缸的有效排量增加到四沖程的有效排量的3/2,那么兩個發(fā) 動機(jī)應(yīng)產(chǎn)生可比的功率輸出。二沖程的較少但較大的燃燒室將具有改進(jìn)燃 燒效率和降低原料排放的較好的構(gòu)造，所迷二沖程也無需所述四沖程發(fā)動 機(jī)的若干個氣門，因此在燃燒室設(shè)計中允許較大的靈活性。
當(dāng)前生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)已知還具有重要的摩擦損失源，通過降低這些摩擦 損失可實現(xiàn)增加發(fā)動機(jī)效率。在當(dāng)前生產(chǎn)的汽車發(fā)動機(jī)中占總摩擦損失近 一半的最大摩擦損失源是側(cè)向力導(dǎo)致的結(jié)果，所述側(cè)向力是通過旋轉(zhuǎn)的連 接桿作用于活塞、向著汽缸壁推動它們來產(chǎn)生的。這些損失的大小是曲軸
半徑r除以連接桿長度l的函數(shù)，所述比值通常被指定為入(拉姆達(dá))。降低 入、或者通過增加有效連接桿長度或者降低曲軸半徑，可能最大化總體降 低摩擦損失。
由于活塞(或者更準(zhǔn)確地說，活塞環(huán))與汽缸壁的接觸而造成的損失還是 活塞相對于汽缸壁的平均速度的函數(shù)。如果活塞能慢下來同時保持相同的 功率輸出，那么將降低摩擦損失。
在當(dāng)前生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)中另 一個重要的摩擦損失來源是作用于曲軸軸承 上的很大的力。通常的一種四汽缸直列式發(fā)動機(jī)具有五個曲軸軸承，這些 曲軸軸承是必需的，這是因為實際上存在幾噸燃燒力向下推動曲軸，這些 力必須被傳遞到發(fā)動機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)的曲軸和支撐結(jié)構(gòu)必須被設(shè)計 具有足夠的強(qiáng)度(和相應(yīng)重量)以承受這些負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種具有改進(jìn)的效率、降低的高度輪廓和較輕重 量的雙汽缸二沖程內(nèi)燃機(jī)，以為了改進(jìn)的安裝適配性、基本完全的動態(tài)平 衡和機(jī)械簡單性以降低生產(chǎn)成本。
因此，公開了一種使用單個曲軸和兩個帶有集成掃氣泵的對置汽缸的 發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)。每一汽缸包含相互布置以在其之間形成一燃燒室的若千個對 置內(nèi)側(cè)和外側(cè)活塞。若干個推桿被提供以驅(qū)動地將所述內(nèi)側(cè)活塞聯(lián)結(jié)到所 述曲軸，并且若干個拉桿被提供以驅(qū)動地將所述外側(cè)活塞聯(lián)結(jié)到所述曲軸。
此外根據(jù)本發(fā)明，所述推桿共用 一共同的曲軸軸頸，以及各拉桿的兩 對，其每一對共用一共同的軸頸，所迷軸頸用于從所述各拉桿和推桿接收 驅(qū)動力。每一汽缸具有在其各端附近形成的若干個空氣進(jìn)氣口和排氣口， 所述進(jìn)氣口和排氣口受各個內(nèi)側(cè)和外側(cè)活塞控制。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，每一汽缸的所述拉桿和推桿的軸頸不對稱地排 列，從而所述相關(guān)汽缸的所述排氣口在其空氣進(jìn)氣口打開之前打開，并且 在其空氣進(jìn)氣口關(guān)閉之前關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，每一內(nèi)側(cè)活塞在其遠(yuǎn)離所述燃燒室的端部具有 一光滑端面，所述光滑端面是垂直于所述曲軸的所述縱軸的一凸起的彎曲 平面。
一相關(guān)推桿具有一凹形外端表面，所述凹形外端表面滑動地嚙合所 述內(nèi)側(cè)活塞的所述彎曲端面。這種推桿構(gòu)造用于有效地使所述推桿變長， 由此降低摩擦損失并改善動態(tài)平衡。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供用于每一汽缸的兩個拉桿以從所述外側(cè)活 塞接收所述驅(qū)動力。所述兩個拉桿位于所述汽缸的對置側(cè)，其內(nèi)端圍繞所 述曲軸的一關(guān)聯(lián)軸頸，同時其遠(yuǎn)離所述曲軸的端部聯(lián)結(jié)到一橋路，所述橋 路樞軸地被聯(lián)結(jié)到所述各相關(guān)外側(cè)活塞的所述遠(yuǎn)端。
通過將增壓空氣施加到每一汽缸的所述進(jìn)氣口來最好地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā) 明的發(fā)動機(jī)的最大功率效率。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 一種具有不對稱定時 的發(fā)動機(jī)包括兩個掃氣泵，其每一個被集成在所述各左、右汽缸中并且由 各外側(cè)活塞驅(qū)動，被聯(lián)結(jié)到一相關(guān)汽缸的若千個進(jìn)氣口以將增壓的進(jìn)入的流體(intake fluid)施加到所述相關(guān)汽缸的所述進(jìn)氣口 。 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種內(nèi)燃機(jī)，包括
對置的左汽缸和右汽缸，每個汽缸包括沿著一共同軸往復(fù)運(yùn)動的一對 對置的內(nèi)側(cè)活塞和外側(cè)活塞，并且每個對置活塞的一端部與一汽缸結(jié)合界 定一燃燒室；以及
一曲軸，具有聯(lián)接到 一對左拉桿和右拉桿的第 一軸頸和聯(lián)接到 一對左 推桿和右推桿的第二軸頸，所述左^i桿聯(lián) 接到所述左氣缸中的外側(cè)活塞， 所述右拉桿聯(lián)接到所述右氣缸中的外側(cè)活塞，以及所述左推桿聯(lián)接到所述 左氣缸中的內(nèi)側(cè)活塞，所述右推桿聯(lián)接到所述右氣缸中的內(nèi)側(cè)活塞，使得 每對拉桿或推桿共享軸頸；
其中，在共享的軸頸上的一對推桿或一對拉桿的端部被構(gòu)造和布置成
使得一個端部包括具有一對柄腳的雙孔軸頸端，每個柄腳帶有共軸的孔， 所述孔以緊密配合的嚙合方式與所述軸頸旋轉(zhuǎn)地嚙合，所述柄腳間隔預(yù)定 的距離以滑動地接容相應(yīng)的對中的另 一推桿或拉桿的單孔軸頸端。
根據(jù)本發(fā)明所提供的內(nèi)燃機(jī)，其還包括 一單個、共享的軸承元件， 位于連接桿處的所述叉形推桿和所述互鎖推桿之間。
根據(jù)本發(fā)明所提供的內(nèi)燃機(jī)，其還包括一潤滑端口和關(guān)聯(lián)導(dǎo)管，從而 潤滑劑可被提供給所述軸承元件。
根據(jù)本發(fā)明所4是供的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述曲軸是一組合曲軸。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種發(fā)動機(jī)，包括
一內(nèi)燃機(jī)，其包括至少兩個對置汽缸，每一汽缸包括沿著一共同軸往 復(fù)運(yùn)動的至少一對對置活塞，并且每一對置活塞的一端與一汽缸結(jié)合來界 定一燃燒室；以及
所述一對對置活塞包括一內(nèi)側(cè)活塞和一外側(cè)活塞；
所述汽缸包括至少一個排氣口和至少一個進(jìn)氣口 ，所述排氣口被布置 從而所述內(nèi)側(cè)活塞的往復(fù)運(yùn)動打開和關(guān)閉所述排氣口，所述進(jìn)氣口被布置 從而所述外側(cè)活塞的往復(fù)運(yùn)動打開和關(guān)閉所述進(jìn)氣口；
一曲軸，其通過一對推桿^皮連"l妄到所述內(nèi)側(cè)活塞，并且所述曲軸通過一對拉桿被連接到所述外側(cè)活塞，其中所述曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致不對稱端口定
時；以及
所述推桿將兩個對置活塞中接近所述曲軸的一個連接到至少一個共享 的軸頸，且所述拉桿將兩個對置活塞中遠(yuǎn)離所述曲軸的一個連接至至少一 個共享的軸頸。
根據(jù)本發(fā)明所提供發(fā)動機(jī)，其還包括與每一汽缸關(guān)聯(lián)的一掃氣泵， 所述掃氣泵包括第一掃氣室和第二掃氣室，所述第一掃氣室由一外殼的一 端和連接到遠(yuǎn)離所述曲軸的所述對置活塞之一的一柱塞界定，其中所述柱 塞適合于與所述活塞一致地運(yùn)動并且從所述外殼之外汲入流體并將流體排 到所述第二掃氣室，所述第二掃氣室適合于將流體排入所述燃燒室。
根據(jù)本發(fā)明所提供的發(fā)動機(jī)，其中，所述曲軸軸頸被安排以在所述排 氣口關(guān)閉之后使所述進(jìn)氣口打開。
根據(jù)本發(fā)明所提供的發(fā)動機(jī)，其中，所述曲軸被調(diào)整從而在所述進(jìn)氣 口和所述排氣口之間存在大約20。的相位角。


結(jié)合附圖進(jìn)一步地描述本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)的局部剖面等距圖2和圖3分別是根據(jù)本發(fā)明的實施例的在上止點和下止點位置的左 汽缸的俯視橫截面圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左汽缸的橫截面?zhèn)纫晥D5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的部分地限定左燃燒室的左汽缸套筒的側(cè) 4見4黃截面圖6A是沿著圖5的切割線6A-6A的橫截面圖6B是沿著圖5的切割線6B-6B的橫截面圖7A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的部分地限定左燃燒室的左汽缸套筒和 在進(jìn)氣口端處的至少一排組合進(jìn)氣口的側(cè)視圖和橫截面圖。圖7B是沿著圖7A的切割線7B-7B的橫截面圖8A是表示進(jìn)氣口和排氣口的打開和關(guān)閉的對稱定時作為曲軸角度 的函數(shù)的曲線圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)氣口和排氣口的打開和關(guān)閉的不對稱定時 作為曲軸角度的函數(shù)的曲線圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例帶有轉(zhuǎn)角為270°的曲軸的發(fā)動機(jī)的側(cè)視橫 截面圖10是表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)氣口和排氣口的打開和關(guān)閉的不對稱定時 作為曲軸角度的函數(shù)的的曲線圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的帶有滑動汽缸套筒的發(fā)動機(jī)的側(cè)視橫 截面圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左汽缸的側(cè)視橫截面圖，所述左汽缸包 括形成環(huán)形燃燒室的在上止點附近的左面和左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面；
圖13A和13B分別是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括左汽缸的發(fā)動機(jī)的局 部橫截面圖，所述左汽缸分別在脫離和嚙合位置包括間歇接觸式火花點火 系統(tǒng)；
圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括滑動接觸式點火系統(tǒng)的左汽缸的 局部橫截面圖15A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左外側(cè)活塞頂部的局部側(cè)視橫截面 圖，其中，電熱塞延伸進(jìn)在從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面延伸的左外側(cè)活塞頂部中 形成的球形腔；
圖15B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左外側(cè)活塞頂部的局部側(cè)視橫截面 圖，其中，電熱塞延伸進(jìn)在從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面延伸的左外側(cè)活塞頂部中 形成的漩渦腔；
圖15C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左外側(cè)活塞頂部的局部側(cè)視橫截面 圖，其中，電熱塞延伸進(jìn)在從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面延伸的左外側(cè)活塞頂部中 形成的伸長腔的腔底；
圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的曲軸、左/右拉桿和左/右推桿的俯視分解橫截面圖17是圖16的實施例的裝配俯視圖18是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左/右推桿、第二和第三曲軸組件和第 二滾柱軸承的等距分解圖19是根據(jù)本發(fā)明的實施例的曲軸的等距裝配圖20是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖19的曲軸的橫截面等距裝配圖21是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)的局部剖視等距圖22是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括平衡系統(tǒng)外殼、平衡重物和行星齒 輪組件的平衡系統(tǒng)的局部剖視圖23是根據(jù)本發(fā)明的實施例沿著圖3的切割線23-23的橫截面圖，顯 示包括橋凹面的左橋路，所述橋凹面適合于滑動地接收右外側(cè)活塞的凸起 的4i伸表面(pu11 surface);
圖24是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括以并列式平行關(guān)系聯(lián)結(jié)到共同曲 軸的多個OPOC發(fā)動機(jī)的發(fā)動才幾的示意俯4見圖25是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括以等間隔徑向關(guān)系聯(lián)結(jié)到共同曲軸 的多個奇數(shù)個OPOC發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)的示意正視圖；以及
圖26是根據(jù)本發(fā)明的實施例的以等間隔徑向關(guān)系聯(lián)結(jié)到共同曲軸的 多個OPOC發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)的示意正視圖。
具體實施例方式
在下面詳細(xì)的描述中，參照在此形成部件的附圖，其中相同的標(biāo)號始 終表示相同的部件，并且由可實施本發(fā)明的示例性具體實施例示出。應(yīng)理 解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可使用其它的實施例并且可做出結(jié)構(gòu)或 邏輯的改變。因此，下面詳細(xì)的描述并不具有局限性，并且本發(fā)明的范圍 由所附權(quán)利要求及其等同物來限定。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)10的局部剖面等距圖。所述發(fā)動 機(jī)10包括外殼103,所述外殼103包括左汽缸100、與所述左汽缸100對
ii置的軸向?qū)R的右汽缸200和位于所述左汽缸100和所述右汽缸200之間 的曲軸300。圖1描繪了在曲軸角度為0。或上止點處(TDC)的所述發(fā)動機(jī) 10。
的所述左汽缸100的俯視;鏡截面視圖。如圖1、 2和3所示，所述左汽缸 100包括左汽缸套130、左外側(cè)活塞IOO和左內(nèi)側(cè)活塞120。所述左汽缸套 130包括左汽缸套外表面132和限定左汽缸套缸徑表面139的缸徑。所述 左汽缸套130還包括左汽缸套進(jìn)入端136和左汽缸套排出端138。所述左 汽缸套進(jìn)入端136包括多個左進(jìn)氣口 161并且所述左汽缸套排出端138包 括多個左排氣口 163,下面將進(jìn)一步描述這一點。
所述左外側(cè)活塞110包括左外側(cè)活塞頂部116和與所述左外側(cè)活塞頂 部116對置的左外側(cè)活塞柱塞118。所述左外側(cè)活塞頂部116在左外側(cè)活 塞燃燒面111處終止。所述左外側(cè)活塞頂部116適合于在所述左汽缸套進(jìn) 入端136處以與緊密配合的嚙合方式被滑動地與所述左汽缸套缸徑表面 139接容。
所述左內(nèi)側(cè)活塞120包括左內(nèi)側(cè)活塞頂部126和與所迷左內(nèi)側(cè)活塞頂 部126對置的左內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端124。所述左內(nèi)側(cè)活塞頂部126在左內(nèi)側(cè) 活塞燃燒面121處終止。所述左內(nèi)側(cè)活塞頂部126適合于在所述左汽缸套 排出端138處以緊密配合的嚙合方式被滑動地與所述左汽缸套缸徑表面 139接容。
所述左外側(cè)活塞110、所述左內(nèi)側(cè)活塞120和所述左汽缸套130限定 左燃燒室150。
與圖l所示相似，所述右汽缸200包括右汽缸套230、右外側(cè)活塞210 和右內(nèi)側(cè)活塞220。所迷右汽缸套230包括右汽缸套外表面232和限定右 汽缸套缸徑表面239的缸徑。所述右汽缸套230還包括右汽缸套進(jìn)入端236 和右汽缸套排出端238。所述右汽缸套進(jìn)入端236包括多個右進(jìn)氣口 261 并且所述右汽缸套排出端238包括多個右排氣口 263，下面將進(jìn)一步描述 這一點。
所述右外側(cè)活塞210包括右外側(cè)活塞頂部216和與所述右外側(cè)活塞頂部216對置的右外側(cè)活塞柱塞218。所述右外側(cè)活塞頂部216在右外側(cè)活 塞燃燒面211處終止。所述右外側(cè)活塞頂部216適合于在所述右汽缸套進(jìn) 入端236處以緊密配合的嚙合方式被滑動地與所述右汽缸套缸徑表面239 接容。
所述右內(nèi)側(cè)活塞220包括右內(nèi)側(cè)活塞頂部226和與所述右內(nèi)側(cè)活塞頂 部226對置的右內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端224。所述右內(nèi)側(cè)活塞頂部226在右內(nèi)側(cè) 活塞燃燒面221處終止。所述右內(nèi)側(cè)活塞頂部226適合于在所述右汽缸套 排出端238處以緊密配合的嚙合方式被滑動地與所述右汽缸套缸徑表面 239接容。
所述右外側(cè)活塞210、所述右內(nèi)側(cè)活塞220和所述右汽缸套230限定 右燃燒室250。
所述左外側(cè)活塞110和所述右外側(cè)活塞210纟皮:眹結(jié)到所述曲軸300上 的一對共同軸頸即外側(cè)活塞軸頸311。所述左外側(cè)活塞110通過一對左拉 桿411被聯(lián)結(jié)到所述曲軸300，所述一左拉桿411位于所述左汽缸套100 的兩側(cè)中任意一側(cè)。相似地，所述右汽缸200的右外側(cè)活塞210通過兩個 右拉桿421被聯(lián)結(jié)到所述曲軸300。由于所迷拉桿411和421在正常的發(fā) 動機(jī)運(yùn)行期間通?？偸翘幱趶埩顟B(tài)下，并且在發(fā)動機(jī)起動期間需要僅僅 支撐較小的壓縮力，這一點將在下面進(jìn)一步解釋，所以它們可以是相對薄 由此是輕重量的。相對于所述曲軸半徑所迷拉桿411和421的長的長度用 于降低所述發(fā)動機(jī)10的摩擦損失。將在下面進(jìn)一步描述所述拉桿411和 421以及它們?nèi)绾闻c所述曲軸300聯(lián)結(jié)。
所述左拉桿通過左橋路170聯(lián)結(jié)到所述左外側(cè)活塞110，所述右拉桿 421通過右橋路270聯(lián)結(jié)到所述右外側(cè)活塞210。所述左橋170和右橋270 包括其適合于滑動地接收所迷左外側(cè)活塞110的凸起的拉伸表面172的橋 路凹面173，這一點將在下面進(jìn)一步描述。
所述左內(nèi)側(cè)活塞120和所述右內(nèi)側(cè)活塞220 J[關(guān)結(jié)到所述曲軸300上的 一共同軸頸即一內(nèi)側(cè)活塞軸頸312。在發(fā)動才幾正常運(yùn)行期間，所述左推桿 412/右推桿422總是處在壓縮狀態(tài)下。所述左汽缸100的左內(nèi)側(cè)活塞120 通過左推桿412 3f關(guān)結(jié)到所述曲軸300，相似地所述右汽缸200的右內(nèi)側(cè)活塞220通過右推桿422聯(lián)結(jié)到所述曲軸300。所述左推桿412/右推桿422 具有左凹面端413/右凹面端423,所述左凹面端413/右凹面端423分別騎 在在位于所述左內(nèi)側(cè)活塞120/右內(nèi)側(cè)活塞220的左內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端124/右 內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端224上的左凸面125/右凸面225上。這種排列用于有效地 加長所述推桿的長度，這一點降低了摩擦損失并幫助動態(tài)地平衡所述發(fā)動 機(jī)IO。下面將進(jìn)一步描述所述左推桿412/右推桿422和所述左凸面125/右 凸面225。
所述四個活塞110、 120、 210和220具有分別位于所述燃燒面111、 121、 211、 221的后面又進(jìn)一步沿著所述活塞頂部116、 118、 216、 218的 多個活塞環(huán)112、 122、 212和222,以防止流體/人所述活塞頂部116、 118、 216、 218和所述缸徑表面115和215之間逃逸?？?吏用附加活塞環(huán)。
如上所迷，所述左汽缸套130/右汽缸套230每個具有多個左進(jìn)氣口 161/ 右進(jìn)氣口 261和多個左排氣口 163/右排氣口 263。例如，在所述左汽缸100 中，所述左外側(cè)活塞100打開和關(guān)閉若干個所述左進(jìn)氣口 161，所述左內(nèi) 側(cè)活塞120打開和關(guān)閉若千個所述左排氣口 163。下面將描述所述左進(jìn)氣 口 161/右進(jìn)氣口 261和左排氣口 163/右排氣口 263的打開和關(guān)閉的定時。
所述外殼103適合于安J:所述左汽缸100、右汽缸200和曲軸300。所 述外殼103包括適合于安放所述左汽缸100的左汽缸腔104、適合于安放 右汽缸200的右汽缸腔204和適合于安;^文曲軸300的曲軸腔304。所述左 汽缸腔104限定左柱塞滑動表面106并且終止在左外殼端蓋107處。所述 左柱塞118適合于以緊密配合密封地嚙合的方式:f皮滑動地與所述左柱塞滑 動表面106接容。所述左柱塞110、左外殼端蓋107和左柱塞滑動表面106 限定第一左掃氣室105。
所述左汽缸腔104 ^L—對左套筒密封件123分成兩個容積， 一個部分 地限定所述曲軸腔304，另一個限定第二左掃氣室109。所述左套筒密封件 123是管狀構(gòu)件，每一管狀構(gòu)件具有適配的內(nèi)部孔徑，從而所述拉桿411 之一能在其中穿過。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左汽缸100的4黃截面?zhèn)纫晥D。所迷左套 筒密封件123包括合適的橫截面形狀例如圓形或橢圓形，從而在所述發(fā)動機(jī)10的運(yùn)行期間容納所述左拉桿411的運(yùn)動范圍。按照所示，所述左拉桿
411位于較低的位置，其中所述曲軸(未示出)位于BDC位置。
再次參照圖1-3，所述左套筒密封件123的套筒端169一皮^4結(jié)到所述左 柱塞118,從而當(dāng)所述左柱塞118在發(fā)動才幾運(yùn)行期間軸向平移時，所述左 套筒密封件123被所述左柱塞118攜帶。
所迷左汽缸腔104、左柱塞118和左汽缸套130和左套筒密封件123 限定所述第二左掃氣室109。通過所述左套筒密封件123的每個與聯(lián)結(jié)到 所述外殼123的左套筒密封環(huán)128的嚙合來密封所述第二左掃氣室109和 所述曲軸腔304以防止流體流通。所述左套筒密封環(huán)128適合于容許所述 左套筒密封件123在其中平移，同時防止所述第二左掃氣室109和曲軸腔 304之間的流體流通。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，進(jìn)入的流體通過所述第二左掃氣室109 流通，潤滑液和/或冷卻液通過所述曲軸月空304流通。
通過至少一個第一掃氣室端口 165、 一個左掃氣管道166和一個第二 掃氣室端口 167,所述第一左掃氣室105與所述第二左掃氣室109進(jìn)行流 體流通。所迷第一掃氣室端口 165提供所述第一左掃氣室105和所述第二 掃氣管道166之間的流體流通，所述第二掃氣室端口 167提供所述左掃氣 管道166和所迷第二左掃氣室109之間的流體流通。
相似地，所述右汽缸腔204限定右柱塞滑動表面206并且在右外殼端 蓋207處終止。所述右柱塞207適合于以緊密配合的嚙合方式被滑動地與 所述右柱塞滑動表面206接容。所述右柱塞207、右外殼端蓋207和右柱 塞滑動表面206限定第一右掃氣室205。
在與所述左汽缸100基本相似的排列中，所述右汽缸腔204由一對右 套筒密封件223分成兩個容積， 一個部分地限定所述曲軸腔304，另一個 限定第二右掃氣室209。
掃氣泵
構(gòu)成所述第一掃氣室105、 205和第二掃氣室109、 209的機(jī)械組件在
15此稱作為掃氣泵。將通過例子來描述掃氣泵的工作。如圖2所示，々i定所
述左汽缸100正在經(jīng)歷動力沖程，其中所述曲軸300在經(jīng)過"上止點"(TDC) 的90。處。在動力沖程期間，所述左外側(cè)活塞110和內(nèi)側(cè)活塞210由在燃 燒期間產(chǎn)生的在所迷左燃燒室150內(nèi)的高壓流體驅(qū)動而分開。如圖3所示， 所述左外側(cè)活塞110和左外側(cè)活塞柱塞118 ^^皮驅(qū)向所述左外殼端蓋107， 這一點又降低了所述第一左掃氣室105內(nèi)部的容積并增加了其內(nèi)的壓力。
在預(yù)定的壓力下，在其它適合位置中臨近第一掃氣室端口 165的單向 閥168將高壓流體從第一左掃氣室105通過左掃氣導(dǎo)管166釋^t入第二左 掃氣室109。在高壓流體從第一左掃氣室105釋放期間的預(yù)定時間內(nèi)，打 開左進(jìn)氣口 161以讓第二左掃氣室109中的高壓流體進(jìn)入左燃燒室150。
通過左外側(cè)活塞110的運(yùn)動進(jìn)一步壓縮第二左掃氣室109中的進(jìn)入的 流體。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在左進(jìn)氣口 161之前關(guān)閉左排氣口 163,其 中，隨著左外側(cè)活塞110遠(yuǎn)離曲軸300運(yùn)動，進(jìn)入的流體的壓力進(jìn)一步增加。
在壓縮行程期間，左外側(cè)活塞110和左內(nèi)側(cè)活塞210分別由左拉桿411 和左推桿412驅(qū)動到一起。左外側(cè)活塞110和左外側(cè)活塞柱塞118 ^皮驅(qū)動 遠(yuǎn)離左外殼端蓋107，這一點又增加了容積并降低了第一左掃氣室105內(nèi) 的壓力。關(guān)閉臨近第一掃氣室端口 165的單向?qū)?68并打開左外殼端蓋107 中的一個或多個單向進(jìn)氣閥182，通過其吸入進(jìn)入的流體。
進(jìn)氣口
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的部分地限定左燃燒室150的左汽缸套130 的側(cè)視橫截面圖。左汽缸套130包括左汽缸套進(jìn)入端136，所述左汽缸套 入口端136包括至少一排第一進(jìn)氣口 161和至少一排第二進(jìn)氣口 162。左 汽缸套130還包括左汽缸套排出端138，所述左汽缸套排出端138包括至 少一排排氣口 163。
圖6A和6B分別是才艮據(jù)本發(fā)明的實施例的第一進(jìn)氣口 161和第二進(jìn)氣 口 162的橫截面視圖。如圖3所示，每個第一進(jìn)氣口 161包括輻流式通道164，所述輻流式通道164適合于沿著相對于左汽缸套的X-X軸的徑向方 向并且以遠(yuǎn)離排出端138方向的反向角阿爾法并向著控制左外側(cè)活塞110 的入口將進(jìn)入的流體導(dǎo)向左燃燒室150。輻流式通道164適合于將進(jìn)入的 流體導(dǎo)向左燃燒室150的中央?yún)^(qū)域并遠(yuǎn)離左汽缸套缸徑表面139。合適的 反向角阿爾法的確定依賴于提供給第一進(jìn)氣口 161的進(jìn)入的流體的壓力、 左燃燒室150內(nèi)的壓力、進(jìn)入的流體的溫度、進(jìn)入的流體的速度和進(jìn)入的 流體的成分。中央進(jìn)入的流體區(qū)的流型由第一進(jìn)入口 161建立，特征U 本的非渦流流線。
如圖3所示，每個第二進(jìn)氣口 162包括切向流動式通道364,所述切 向流動式通道364適合于沿著與左汽缸套缸徑表面139充分相切的方向并 且以遠(yuǎn)離排出端138的反向角貝塔并向著控制左外側(cè)活塞的入口導(dǎo)向進(jìn)入 的流體。切向流動式通道364適合于充分沿著左汽缸套的缸徑表面139導(dǎo) 向進(jìn)入的流體。切向流動式通道364適合于建立與中央進(jìn)入的流體區(qū)和左 汽缸套的缸徑表面139臨近的側(cè)向進(jìn)入的流體區(qū)。合適的反向角貝塔的確 定依賴于提供給第二進(jìn)氣口 163的進(jìn)入的流體的壓力、左燃燒室150中的 壓力、進(jìn)入的流體的溫度和進(jìn)入的流體的成分。由第二進(jìn)氣口 163建立的 流型特征是在燃燒室150中具有基本的渦流流線。
在OPOC發(fā)動機(jī)10運(yùn)行中，隨著左外側(cè)活塞110沿著后退(遠(yuǎn)離曲軸) 的方向平動，笫二進(jìn)氣口 162打開。第二進(jìn)氣口 162在其附近建立廢(燃燒 過)流體回流，隨后建立了排出位于左汽缸套的缸徑表面139附近的廢流體 的渦流狀進(jìn)入的流體流型，這是由于離心力正推動較重的冷的進(jìn)入的流體 遠(yuǎn)離X-X軸。隨著左外側(cè)活塞110進(jìn)一步沿著后退方向平動，現(xiàn)在打開第 一進(jìn)氣口 161和第二進(jìn)氣口 162。第一進(jìn)氣口 161建立了排出位于左燃燒 室150的中央?yún)^(qū)域中的廢流體的中央流型。由于在第二進(jìn)氣口 162打開時 存在回流，這種中央流開始時不會被通過第二進(jìn)氣口 162的流動擾動。
中央進(jìn)入的流體區(qū)的流型和在中央進(jìn)入的流體區(qū)和左汽缸套的缸徑表 面139附近的側(cè)向進(jìn)入的流體區(qū)的結(jié)合提供了位于進(jìn)入的流體175和廢流 體176之間的相對流體。
圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的實施例在進(jìn)入端136處的至少一排組合進(jìn) 氣口 461和部分地限定左燃燒室150的左汽缸套130的側(cè)視和橫截面視圖。 每個組合進(jìn)氣口 461包括組合流通道464，所述組合流通道464包括適合 于沿著相對于左汽缸套的X-X軸的徑向和切向方向并且以遠(yuǎn)離排出端138 方向的反向角伽瑪并向著控制左外側(cè)活塞110的入口將進(jìn)入的流體導(dǎo)向左 燃燒室150的徑向表面561和大體切向的表面661。這一點在圖3中示出。
這種組合進(jìn)氣口 461尤其在沒有足夠的空間來放置多排進(jìn)氣口的小發(fā) 動機(jī)中具有優(yōu)勢。提供一種具有集成兩種功能的單排組合進(jìn)氣口，所述的 兩種功能為將流動體導(dǎo)向左燃燒室150的中央同時提供必需的的渦流。
圖7A示出在左燃燒室150中所得到的流型117。實際上，進(jìn)入的流體 175充分形成的前緣或部分沿著左燃燒室150的寬度充分延伸并且有效地 將廢流體176從燃燒室150向著排氣口 163排出。其中進(jìn)氣口幾何形狀(尤 其高度、寬度、長度、半徑和切線)、內(nèi)和外活塞的定時、進(jìn)入的流體的壓 力和溫度的組合使在排出階段全部的廢流體176基本從燃燒室150排出。 此外，上述的參數(shù)使基本上沒有潛在的富含燃料的進(jìn)入的流體175被容許 逃逸出排氣口 163。
在燃燒室150中形成的上述的流型改善發(fā)動機(jī)的性能并極大地降低富 含燃料的污染物的排放。
圖8A是表示進(jìn)氣口和排氣口的打開和關(guān)閉的對稱定時作為曲軸角度 函數(shù)的曲線圖。進(jìn)氣口曲線22a作為關(guān)于m軸的對稱曲線示出了進(jìn)氣口的 打開和關(guān)閉。排氣口曲線20a作為關(guān)于m軸和關(guān)于進(jìn)氣口曲線22a的對稱 曲線示出排氣口的打開和關(guān)閉。排氣口曲線20a示出在進(jìn)氣口打開之前打 開排氣口，在進(jìn)氣口關(guān)閉之后關(guān)閉排氣口。這種定時配置不是理想的，因 為存在由于最后關(guān)閉排氣口而引起的壓力損失。
圖8B表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的進(jìn)氣口和排氣口的打開和關(guān)閉的不 對稱定時作為曲軸角的函數(shù)的曲線圖。進(jìn)氣口曲線22b作為偏移m軸的對 稱曲線顯示進(jìn)氣口的打開和關(guān)閉。排氣口曲線20b作為關(guān)于m軸的對稱曲 線顯示排氣口的打開和關(guān)閉。排氣口曲線20b顯示在進(jìn)氣口打開之前打開排氣口，在進(jìn)氣口關(guān)閉之前關(guān)閉排氣口。這種定時配置適合于在排氣口關(guān) 閉之后維持或者增加燃燒室內(nèi)部的壓力，同時由于首先關(guān)閉排氣口而沒有 損失。
活塞和連接桿的一種關(guān)系和有關(guān)的定時排列在名稱為具有電力產(chǎn)生能
力的發(fā)動機(jī)的PCT/US 03/08708和美國專利6,170,443中更詳細(xì)地描迷，該 專利與本申請擁有共同的所有權(quán)，并且被全部引入于此以資參考。
應(yīng)理解其它的定時排列。在一個實施例中，為降低系統(tǒng)的復(fù)雜性可期 望不對稱的定時。在此描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種定時排列。
再次參照圖1,外側(cè)活塞軸頸311和內(nèi)側(cè)活塞軸頸312位于相對于曲 軸旋轉(zhuǎn)軸310的獨特位置。內(nèi)活塞軸頸312較外活塞軸頸311遠(yuǎn)離曲軸旋 轉(zhuǎn)軸，結(jié)果導(dǎo)致左內(nèi)活塞120/右內(nèi)活塞220的行程大于左外活塞110/右內(nèi) 活塞210的行程。此外，有角度地前移內(nèi)活塞軸頸312,所述軸頸312直 接控制打開和關(guān)閉在左汽缸100/右汽缸200中的左排氣口 163/右排氣口 263 的左內(nèi)側(cè)活塞120/右內(nèi)側(cè)活塞220的平動，同時有角度地推后外側(cè)活塞軸 頸311,所述軸頸311直接控制打開和關(guān)閉進(jìn)氣口如第一進(jìn)氣口 161和第 二進(jìn)氣口 162的左外側(cè)活塞110/右內(nèi)側(cè)活塞210的平動。
上述的構(gòu)造提供了一種不對稱定時，所迷不對稱定時具有在進(jìn)氣口 161、 162打開之前打開排氣口 161，并且在進(jìn)氣口 161、 162關(guān)閉之前關(guān)閉 排氣口 161。這種配置使沒有進(jìn)入的流體被容許通過排氣口 162排出，以 及燃燒室150中基本完全的掃氣。
再次參照圖2和圖3,左外側(cè)活塞110選擇地打開和關(guān)閉進(jìn)氣口 261、 262和461以促進(jìn)進(jìn)入左燃燒室150的進(jìn)入的流體的期望定時。根據(jù)本發(fā) 明的實施例包括不對稱定時，其中，在燃燒和動力沖程結(jié)束時，在下止點 前(BBDC)，排氣口 163在按照曲軸旋轉(zhuǎn)量測量的大約75。處打開。并且第 二進(jìn)氣口在大約45。處打開。相反地，例如，在壓縮行程開始時，在下止 點后(ABDC)，排氣口 163在大約45°處關(guān)閉，并且第二進(jìn)氣口 162在 大約55°處打開。
19可變端口定時
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例帶有旋轉(zhuǎn)角度為270°的曲軸1300的發(fā)動 機(jī)12的側(cè)視橫截面圖。在這個角度，左汽缸1100的左外側(cè)活塞1110和左 內(nèi)側(cè)活塞1120聚合，同時左進(jìn)氣口 1161和左排氣口 1163關(guān)閉。左外側(cè)活 塞1110和左內(nèi)側(cè)活塞1120之間的進(jìn)入的流體在其間被壓縮。
右汽缸1200正在完成動力沖程，同時隨著右進(jìn)氣口 1261和右排氣口 1263打開，右外側(cè)活塞1210和右內(nèi)側(cè)活塞1220已移動并分開。
打開進(jìn)氣口 1162、 1261和排氣口 1163、 1263以讓進(jìn)入(預(yù)燃燒)流體進(jìn) 入和排出廢流體的時間長短由許多固定和可變的因素確定。其中固定因素 為內(nèi)側(cè)活塞1110、 1210和外側(cè)活塞1120、 1220的行程長度和排氣口 1161、 1261和排氣口 1163、 1263之間的距離。其中可變因素包括發(fā)動機(jī)速度和 進(jìn)入的流體體的壓力。
打開和關(guān)閉進(jìn)氣口 1161、 1261和排氣口 1163、 1263優(yōu)選地被確定時 間以允許由進(jìn)入的進(jìn)入的流體將廢流體從各個左燃燒室1150/右燃燒室 1250基本排出，但并不是如此長而讓進(jìn)入的流體排出排氣口 1163和1263。 廢流體不充分地排出將降低發(fā)動機(jī)12的性能。進(jìn)入的流體逃逸出排氣口 1163和1263導(dǎo)致空氣污染。
在其它因素保持不變時，進(jìn)氣口 1161、 1261和排氣口 1163、 1263是 開著的時間直接與發(fā)動機(jī)速度有關(guān)。對于較快的發(fā)動機(jī)速度，進(jìn)氣口 1161、 1261和排氣口 1163、 1263是開著的時間段小于對于較慢的發(fā)動機(jī)速度其 開著的時間段。因此對于恒定的進(jìn)入的流體壓力，進(jìn)入的流體和廢流體排 出量直接與發(fā)動機(jī)速度有關(guān)。僅僅一個發(fā)動機(jī)速度可實現(xiàn)由進(jìn)入的流體理 想完全地排放廢流體。
滑動汽缸套
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，提供可變的端口定時以相對于發(fā)動機(jī)的速 度來調(diào)整進(jìn)氣口 1161、 1261和排氣口 1163、 1263開著的時間。再次參照 圖9，外殼1103包括適合于容納左汽缸1100的左汽缸腔1104、適合于容納右汽缸1200的右汽缸腔1204和適合于容納曲軸1300的曲軸腔1304。 左汽缸腔1104限定左汽缸套缸徑1134,所述左汽缸套缸徑1134適合于以 緊密配合的嚙合方式與左汽缸套1130滑動地接容。在左汽缸套缸徑1134 和左汽缸套1130之間提供合適的滑動密封件(未示出)。
優(yōu)選地控制相對于左汽缸套1134的左汽缸套1130的軸位置。在發(fā)動 機(jī)慢速運(yùn)行期間，左汽缸套1130沿軸向向著曲軸1300平動。左汽缸套1130 向著曲軸1300的運(yùn)動有效地縮短了左排氣口 1163是開著的時間。在極端 情況下，左汽缸套1130向曲軸1300移動一個軸向距離，足夠左內(nèi)側(cè)活塞 1120僅部分打開左排氣口 1163，這進(jìn)一步降低了廢流體排出左排氣口 1163 的時間。
相似地，優(yōu)選地控制相對于右汽缸套缸徑1234的右汽缸套1230的軸 位置。在發(fā)動機(jī)'隻速運(yùn)行期間，右汽缸套1230沿軸向向著曲軸1300平動。 右汽缸套1130向著曲軸1300的運(yùn)動有效地縮短了右排氣口 1163是開著的 時間。在極端情況下，右汽缸套1130向曲軸1300移動一個軸向距離，足 夠右內(nèi)側(cè)活塞1120僅部分打開右排氣口 1263,這進(jìn)一步降低了廢流體排 出右排氣口 1263的時間。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例表示進(jìn)氣口和排氣口的開著和關(guān)閉的不 對稱定時作為曲軸角度函數(shù)的曲線圖。第一進(jìn)氣口曲線22b作為偏離第一 排氣口曲線20b軸的對稱曲線示出了進(jìn)氣口開著和關(guān)閉的情況，所述第一 排氣口曲線20b示出了排氣口開著和關(guān)閉的情況。左汽缸套1130的運(yùn)動提 供了進(jìn)氣口和排氣口定時的改變，第二進(jìn)氣口曲線22c和第二排氣口曲線 20c示出了這個例子。通過移動左汽缸套1130可實現(xiàn)與發(fā)動機(jī)速度和負(fù)載 有關(guān)的優(yōu)選的端口定時。
許多合適的裝置使汽缸套1130和1230沿軸向方向移動。在根據(jù)本發(fā) 明的一個實施例中，使用包括但不局限于電動機(jī)、液壓傳動器及其等同物 的驅(qū)動裝置來移動汽缸套1130和1230。驅(qū)動裝置由反饋控制系統(tǒng)(未示出) 控制，所述反饋控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度和其它性能參數(shù)來將汽缸 套1130和1230的位置控制到預(yù)定的位置。
在根據(jù)本發(fā)明的另 一實施例中，施加在汽缸套的一部分的克服恢復(fù)元件的流體壓力用于定位汽缸套1130和1230。圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的 發(fā)動機(jī)12的側(cè)視橫截面圖?？紤]右汽缸1200,左汽缸IIOO(未示出)相似地 排列，外殼1103包括進(jìn)流體口 1264，所述進(jìn)流體口 1264適合于將可控液 壓提供在右汽缸套1230的排出端1238。右汽缸套1230還包括適合于與偏 置構(gòu)件1259聯(lián)結(jié)的一個或多個法蘭1237。當(dāng)右汽缸套1230被入口端1236 處的液壓推向曲軸1300時，偏置構(gòu)件1259適合于對右汽缸套1230提供恢 復(fù)力。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，用于對右汽缸套U30提供液壓的流體 是用于冷卻右汽缸套1230的冷卻液。冷卻液的壓力由反^t控制系統(tǒng)(未示 出)控制，所迷反饋控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度和其它的性能參數(shù)來將 汽缸套1130和1230的位置控制到預(yù)定的位置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)被配置由任意數(shù)量的內(nèi)燃過程例如但并 不局限于那些與火花點火(SI)、柴油機(jī)以及均質(zhì)充量壓縮點燃(HCCI)有關(guān)的 燃燒過程給以動力。
在SI燃燒過程中，均勻的空氣和燃料混合物在汽缸內(nèi)被壓縮并且在壓 縮行程結(jié)束時由火花點火。所述火花引起在整個燃燒室中增長并傳播的火 焰中心或熱輻射鋒面波。通過控制空氣和燃料向著汽缸流速來控制發(fā)動機(jī) 負(fù)載(扭矩)。在全部負(fù)載情況下，空氣和燃料的比率保持基本不變。
所述火焰中心在汽缸中產(chǎn)生超過1600。C溫度的火焰前緣，在所述溫度 下可產(chǎn)生氮氧化物(NOx)。因此，需要一些減輕NOx產(chǎn)生的方法，例如但 并不局限于催化轉(zhuǎn)換到較安全混合物。
在本發(fā)明的實施例中，汽缸容積被分成燃燒室和汽缸，還包括在所迷 燃燒室和汽缸中的降低N0X的散熱器或者催化轉(zhuǎn)換器(例如在名稱為具 有電力產(chǎn)生能力的發(fā)動機(jī)的PCT申請No.PCTZUS 03/08708中所提供的， 該專利全部引入于此以資參考)?？紤]到反應(yīng)動力學(xué)并且為了保持最佳的掃 氣配置，所述轉(zhuǎn)換器被固定到排氣活塞；通過直接噴濺將燃料噴射入燃燒 室。這種燃燒系統(tǒng)在極低的排放物燃燒同時不犧牲燃料消耗、功率輸出或 者舒適方面中提供了突破。
在柴油機(jī)燃燒過程中，純凈空氣首先在汽缸中壓縮，引起所述空氣溫度增加。在壓縮行程結(jié)束時，在高壓下將燃料噴射入所述熱的壓縮空氣。 所述燃料被蒸發(fā)并且和所述壓縮空氣部分混合。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度，所述 空氣和燃料混合物自燃。通過改變噴射入汽缸中的燃料量來控制發(fā)動機(jī)負(fù)載。
HCCI是"均質(zhì)充量壓縮點燃"的縮寫。所述名稱意味著的均勻("充 分混合")充量的空氣和燃料由壓縮加熱來點火。
在HCCT燃燒過程中，均勻的空氣和燃料混合物在汽缸內(nèi)壓縮。隨著 空氣和燃料混合物的溫度由于壓力增加而增加時，發(fā)生自動點火。所述 HCCI燃燒過程需要高的壓縮比以確保自動點火。非常少的燃料的混合物用 于減緩化學(xué)反應(yīng)速度，由此降低燃燒速度。通過使用高的空氣燃料比或者 廢氣循環(huán)(EGR)能夠?qū)崿F(xiàn)合適的空氣燃料混合物。通過改變空氣燃料混合物 中的燃料量可控制發(fā)動機(jī)負(fù)載。
HCCI發(fā)動機(jī)使用高的壓縮比并且燃燒迅速。與在部分負(fù)載下具有低效 率的SI發(fā)動機(jī)相比，這一點保證了低負(fù)載下高的效率。
HCCI燃燒過程的主要優(yōu)點是其產(chǎn)生少量的氮氧化物(NOx)。 NOx的 形成很大地依賴燃燒溫度。越高的溫度產(chǎn)生越多的NOx。不同于由產(chǎn)生大 量的NOx的SI燃燒過程的火焰前緣產(chǎn)生的高于1600'C的高溫，HCCI燃燒 過程的自動燃燒在不到1600°C、大約875。C下開始。
此外，由于燃燒是均勻的并且使用非常少的燃料的混合物，所以相對 于火花點火式燃燒過程的火焰前緣的燃燒溫度，所述燃燒溫度是非常低的。 這種低溫導(dǎo)致了產(chǎn)生非常少的NOx?；瘜W(xué)計量的混合物空氣與燃料之比為 1。對于HCCI燃燒過程，空氣與燃料之比越接近于1,點火溫度越高并且 越接近于NOx的產(chǎn)生溫度。因此，使用大約等于10的空氣燃料比可產(chǎn)生 HCCI燃燒過程，其中2-10的范圍適合于產(chǎn)生完全在NOx產(chǎn)生溫度下的點
火溫度。
此外，HCCI燃燒過程不會產(chǎn)生與柴油機(jī)燃燒過程相同級別的煙灰。
當(dāng)與其它的燃燒過程相比時，HCC1燃燒過程使高的熱效率能夠?qū)崿F(xiàn)， 這是因為燃燒室中非常快的化學(xué)反應(yīng)非常接近于最佳的"定容燃燒"而不受"爆震"的限制。爆震是用于定義異常的燃燒情況的術(shù)語，還稱作為爆 燃，其中，多個火焰前緣在燃燒室內(nèi)碰撞，增加了所述室中的壓力并且在 燃燒循環(huán)期間以不適當(dāng)?shù)拇螖?shù)發(fā)生。爆震通常是不希望有的并且是有害的 情況。
盡管本發(fā)明的實施例能夠由HCCI燃燒過程供以動力，然而所述燃燒 過程的控制比SI或者柴油機(jī)燃燒過程的控制更難。與SI燃燒過程的火花 定時不同，HCCI燃燒過程提供了燃燒起動的非直接控制。燃燒起動依賴于 幾個參數(shù)。其中主要的參數(shù)包括壓縮比和入口溫度?？刂七@些主要參數(shù)提 供了 一種將燃燒起動及時地控制到期望點的方法。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述發(fā)動機(jī)由輔助HCCI燃燒過程供以動力， 其中，空氣燃料混合物在汽缸內(nèi)被壓縮到低于將發(fā)生自動點火的閾值下的 預(yù)定的狀態(tài)。能量輔助，其中例如但并不局限于如由火花塞或電熱塞產(chǎn)生 的熱源，用于啟動維持平穩(wěn)的熱波燃燒狀態(tài)的燃燒。這種輔助的HCCI燃 燒過程漸漸消除閾值條件，產(chǎn)生可控制的并均勻的燃燒而不會發(fā)生不合時 的猛烈的光爆燃(爆震).
為啟動燃燒而提供的能量輔助由許多合適的裝置之一提供，包括但并 不局限于火花塞和電熱塞。電熱塞具有獨特的優(yōu)點，因為其不同于火花塞， 不會產(chǎn)生火焰前緣。電熱塞是一種在現(xiàn)有技術(shù)中已知的裝置，所述裝置從 暴露到空氣燃料混合物的元件中提供快速的加熱源。眾所周知電熱塞使用 在柴油發(fā)動機(jī)中以用于冷起動。通常，在柴油發(fā)動機(jī)的起動情況中，空氣 燃料混合物的初始溫度太低而不能維持自動點火。電熱塞提供了所需的附 加熱源，所述附加熱源是燃燒所必需的。在發(fā)動機(jī)加熱并能有助于加熱空 氣燃料混合物之后，不在激活所述電熱塞。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，電熱塞被設(shè)置在汽缸中并且適合于控制空氣燃 料混合物的點火時間。在才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，電熱塞的加熱時間 由若干個活塞或若干個活塞之一的位置觸發(fā)。在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施 例中，電熱塞的加熱時間由汽缸中空氣燃料混合物的峰值壓力觸發(fā)。
在根據(jù)本發(fā)明的若干個實施例中，電熱塞由反^f控制系統(tǒng)控制。在一 個實施例中，反饋控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的性能標(biāo)準(zhǔn)來控制電熱塞的定時。在
24一個實施例中，當(dāng)曲軸在TDC時，電熱塞加熱被定時以產(chǎn)生燃燒點火，這 一點提供了最大化的燃料效率。在另一個實施例中，燃燒室達(dá)到峰值壓力
時，通常是在TDC后面5 - 10%的位置，電熱塞加熱被定時以產(chǎn)生燃燒點 火。
此外，在另一個實施例中，根據(jù)曲軸的性能參數(shù)例如但并不局限于扭 矩變化和角度變化來確定電熱塞加熱的定時。
仍然在另一個實施例中，電熱塞加熱被定時以產(chǎn)生燃燒點火來最佳化 功率輸出，特別適合于期望恒定的曲軸速度例如但并不局限于電產(chǎn)生裝置 的情況。
在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，電熱塞的溫度是可變的并且被控制用 于特殊目的。例如但并不局限于此，根據(jù)空氣燃料混合物的溫度來控制電 熱塞的溫度。在另一實施例中，根據(jù)廢流體的溫度來控制電熱塞的溫度。 仍然在另一實施例中，通過相對于期望的恒定平均旋轉(zhuǎn)速度的所測量的曲 軸分離速度來控制電熱塞的溫度。
活塞頂部
再次參照圖2和圖3,根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖2和圖3分別示出了 在TDC和BDC位置的左汽缸100的側(cè)橫截面圖。因為右汽缸200包括相 似的組件，所以下面僅僅討論左汽缸100。左外側(cè)活塞110包括左外側(cè)活 塞頂部116以及與所述左外側(cè)活塞頂部116對置的左外側(cè)活塞柱塞118。 左外側(cè)活塞頂部116終止在左外側(cè)活塞燃燒面111處。左外側(cè)活塞頂部116 適合于在左汽缸套入口端136處以與左汽缸套缸徑表面139緊密配合的嚙 合方式滑動地被接容。
左內(nèi)側(cè)活塞120包括左內(nèi)側(cè)活塞頂部126和與所述左內(nèi)側(cè)活塞頂部126 對置地左內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端124。左內(nèi)側(cè)活塞頂部126終止在左內(nèi)側(cè)活塞燃 燒面121處。左內(nèi)側(cè)活塞頂部126適合于在左汽缸套排出端138處以與左 汽缸套缸徑表面139緊密配合的嚙合方式滑動地被接容。
左外側(cè)活塞110、左內(nèi)側(cè)活塞120和左汽缸套130限定左燃燒室150。本發(fā)明的實施例提供了左外側(cè)活塞燃燒面111和左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面 121的形狀以及由此的左燃燒室100的總體形狀的非傳統(tǒng)設(shè)計，因為這里
沒有使用閥門。圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左汽缸100的側(cè)視橫截面圖， 所述左汽缸100包括形成環(huán)狀式燃燒室U50a在上止點附近的左外側(cè)活塞 燃燒面111和左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121,其首先顯示在名稱為帶有單個曲軸 并具有對置活塞的對置汽缸的內(nèi)燃機(jī)的PCT/USOO/34122中，全部引入于此 以資參考。燃燒室U50a由具有凸起的環(huán)形的左外側(cè)活塞燃燒面111形成， 所述左外側(cè)活塞燃燒面111與具有稱贊的輪廓的左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121相 匹配。左外側(cè)活塞燃燒面111和左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121形成一大面積^^壓 帶，所述擠壓帶在上止點附近創(chuàng)建了高密度的渦流，為改進(jìn)的廢氣排放以 及燃料消耗、功率輸出和舒適提供了可能性。
期望有左外側(cè)活塞燃燒面111和左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121的其它形狀， 以適合于特殊目的。
圖13A是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括左外側(cè)活塞頂部116的左汽缸100 的側(cè)視4黃截面圖，所述左外側(cè)活塞頂部116包括左外側(cè)活塞燃燒面111和 火花點火器180，例如但并不局限于現(xiàn)有技術(shù)中已知的傳統(tǒng)火花塞?；鸹?點火器180布置在左外側(cè)活塞頂部116內(nèi)，從而火花隙182適合位于臨近 外側(cè)活塞燃燒面111的位置并且適合于接觸進(jìn)入的流體。
應(yīng)所述理解火花點火器180能夠位于左汽釭100的其它組件例如^f旦并 不局限于左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121上，并且能并入左汽缸套130的側(cè)面。
圖13A和13B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左汽缸100的局部橫截面圖， 所迷左汽缸100包括分別處于脫離位置和嚙合位置的間歇接觸火花點火式 系統(tǒng)185。間歇接觸火花點火式系統(tǒng)185包括從左外側(cè)活塞110延伸的可 動接觸件186和與可動接觸件186軸向?qū)?zhǔn)并處于對置關(guān)系的固定接觸件 188。當(dāng)左外側(cè)活塞頂部116基本移動到TDC位置時，可動接觸件186和 固定接觸件188形成電接觸，在火花間隙182處產(chǎn)生放電。在左外側(cè)活塞 110的所有其它位置，可動接觸件186和固定接觸件188移動分開而不進(jìn) 行電4妻觸。
在根據(jù)發(fā)明的實施例中，通過調(diào)整固定接觸件188的相對軸向位置來調(diào)整點火定時。通過更接近于可動接觸件186的方向移動固定接觸件188
來獲得較早的火花定時，然而，通過朝進(jìn)一步遠(yuǎn)離可動接觸件的方向移動
固定接觸件188來獲得延遲的火花點火。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括滑動接觸點火式系統(tǒng)285的左汽缸 100的局部橫截面圖。如上述的圖11A的實施例，點火源例如所示出的火 花點火器180或電熱塞280布置在左外側(cè)活塞頂部116內(nèi)?；瑒咏佑|點火 式系統(tǒng)285包括接容接觸件286，從電熱塞280延伸到左外側(cè)活塞柱塞 ]18;和滑動接觸件288,從左外殼端蓋107延伸并且與接容接觸件286軸 對齊。接容接觸件286提供用于與滑動接觸件288嵌套嚙合的表面287。
接容接觸件286和滑動接觸件288在左外側(cè)活塞110的整個沖程運(yùn)動 期間保持電接觸?；瑒咏佑|件288在接容接觸件288內(nèi)滑動。在點火源是 火花點火器180的情況下，火花點火器180以傳統(tǒng)方式控制，從而當(dāng)左外 側(cè)活塞頂部116基本移動到TDC位置時，使火花點火器180在火花隙182 處產(chǎn)生ii電。在電熱塞280情況下，在活塞循環(huán)的任何部分都能控制電熱 塞280的加熱。例如，^旦并不局限于，在掃氣期間，電熱塞280能纟皮控制 以將進(jìn)入的流體加熱到預(yù)定溫度，然而在TDC處，其被控制以產(chǎn)生高溫喘 振。換句話說，電熱塞180能連續(xù)地運(yùn)行以加熱進(jìn)入的流體，然而，火花 塞180能夠僅僅用于點火。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖13A所示的火花點火器180被電熱塞280取 代。電熱塞280提供了在壓力下增加進(jìn)入的流體的自燃的熱源。隨著進(jìn)入 的流體的壓力和溫度在循環(huán)的壓縮階段升高，在所述循環(huán)中，電熱塞280 被激活以將熱源提供給進(jìn)入的流體，從而輔助進(jìn)入的流體在預(yù)定時間內(nèi)自燃。
因為存在放電，電熱塞280并不必要在極端溫度下運(yùn)行以提供進(jìn)入的 流體自燃的條件。例如，在發(fā)動機(jī)起動期間，進(jìn)入的流體是相對冷的，其 中，電熱塞280將進(jìn)入的流體溫度升高到足夠高，從而隨著進(jìn)入的流體在 TDC處的附加壓縮，進(jìn)入的流體的溫度足夠維持自燃。此外，電熱塞280 的進(jìn)入的流體相對的低溫點火使壓力源如活塞進(jìn)一步壓縮進(jìn)入的流體并且 將流體溫度升高到自燃溫度以上，引起進(jìn)入的流體在整個左燃燒室1150中的均勾燃燒。
理想情況下，尤其是性能和排放方面的考慮，在左燃燒室150內(nèi)進(jìn)入 的流體體的燃燒應(yīng)均勻、自發(fā)和完全地發(fā)生。通?；鸹c火、在某些情況 下電熱塞點火產(chǎn)生了進(jìn)入的流體的不均勻燃燒?？僧a(chǎn)生在整個燃燒室推進(jìn) 的火焰前緣，由此產(chǎn)生了進(jìn)入的流體的不均勻和不完全的燃燒。在本發(fā)明 的實施例中，火焰前緣的有害效果被降低，其中，燃燒室中提供了自發(fā)點 火條件，火花或電熱塞的點火在接近自發(fā)點火條件下發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例被提供以最小化或消除不均勻和不完全的燃
燒。這些實施例包括但并不局限于活塞的腔或室內(nèi)的內(nèi)部點火。圖15A-15C 是根據(jù)本發(fā)明的實施例的左外側(cè)活塞頂部116a-c的實施例的側(cè)補(bǔ)W黃截面 圖，其中，電熱塞28(H皮設(shè)置在左外側(cè)活塞頂部116a-c中形成的腔中，所 述左外側(cè)活塞頂部116a-c從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121a-c延伸。電熱塞280延 伸進(jìn)所述腔中以將在其中包括的進(jìn)入的流體加熱。在這種配置中，潛在地 可由電熱塞280產(chǎn)生的任何火焰前緣被基本包含在所述腔內(nèi)至少一段時 間，所述一段時間是所述火焰前緣在所述腔外發(fā)生自燃所花費(fèi)的時間。由 所述腔內(nèi)進(jìn)入的流體的點火引起的所述腔外進(jìn)入的流體壓力增加的益處是 產(chǎn)生壓力和溫度的均勻升高以用于實現(xiàn)左燃燒室1150內(nèi)均勻、自發(fā)和完全 的燃燒。
圖15A是根據(jù)本發(fā)明實施例左外側(cè)活塞頂部116c的局部側(cè)視4黃截面 圖，其中電熱塞180延伸進(jìn)在左外側(cè)活塞頂部116a中形成的球形腔190， 所述左外側(cè)活塞頂部116a從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121a延伸。球形腔190包 括入口 191,所述入口 191適合于將進(jìn)入的進(jìn)入的流體導(dǎo)入球形腔190,但 是又足夠小從而基本地包括任何火焰前緣。
圖15B是根據(jù)本發(fā)明的實施例左外側(cè)活塞頂部116b的局部側(cè)視4黃截面 圖，其中，電熱塞180延伸進(jìn)在左外側(cè)活塞頂部116b中形成的渦旋狀腔 192，所迷左外側(cè)活塞頂部116b從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121b延伸。渦旋狀腔 192包括入口 193，所述入口 193適合于引導(dǎo)進(jìn)入的流體以使其在渦旋狀腔 表面194附近流動并且使其基本被保持在渦旋狀腔192內(nèi)。電熱塞280延 伸進(jìn)渦旋狀腔192并且位于入口 193的視線范圍之外。在這種配置中，由電熱塞280潛在產(chǎn)生的任何火焰前緣被導(dǎo)引到與電熱塞280對置的渦旋狀 腔表面194，以再次來回反射，由此根本地延遲了其可離開渦旋狀腔192 的時間。
圖15C是根據(jù)本發(fā)明的實施例左外側(cè)活塞頂部116c的局部橫截面圖， 其中，電熱塞280延伸進(jìn)在左外側(cè)活塞頂部116c中形成的伸長腔196，所 述左外側(cè)活塞頂部116c從左內(nèi)側(cè)活塞燃燒面121c延伸。伸長腔196包括 入口端195，所述入口端195適合于將進(jìn)入的進(jìn)入的流體導(dǎo)引到所述腔底 197。伸長腔196的深度是預(yù)定的，從而由電熱塞280產(chǎn)生的任何火焰前緣 不離開伸長腔197，直到進(jìn)入的流體在伸長腔196外自燃。
在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，腔，其中如圖15C所示的伸長腔196 包括內(nèi)表面198,所迷內(nèi)表面198的至少一部分在其上具有催化層199。在 一個實施例中，催化層199包括一種降低NOx或其它不期望的排放物的量 的材料，所述NOx或其它不期望的排放物可由在伸長腔196內(nèi)產(chǎn)生的火焰 前緣形成。在另一個實施例中，催化層199包括一種降低在伸長腔196內(nèi) 產(chǎn)生的火焰前緣的潛在形成的材料。
在才艮據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，電熱塞280的加熱元件還包括催化材 料299。催化材料299包括一種根據(jù)進(jìn)入的流體的化學(xué)性質(zhì)來觸發(fā)燃燒的 材料。隨著進(jìn)入的流體壓力增加，當(dāng)達(dá)到進(jìn)入的流體內(nèi)組分混合物的預(yù)定 濃度時觸發(fā)點火。
應(yīng)所述理解在上述的點火系統(tǒng)的實施例中，其中火花點火器180和電 熱塞280可互換使用。例如，圖13A所示的火花點火器180可被圖14所示 的電熱塞280替換。
燃料供給系統(tǒng)
對于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的實施例，以各種方式提供燃料。再次參照 圖9，根據(jù)本發(fā)明的實施例，燃料噴射器1183鄰近左汽缸套1130/右汽缸 套1230設(shè)置，在燃料噴射端口 1184處終止，并且與左燃燒室1150/右燃燒 室1250進(jìn)行流體流通?？諝庑问降倪M(jìn)入的流體通過左進(jìn)氣口 1161/右進(jìn)氣口 1261進(jìn)入左燃燒室1150/右燃燒室1250。當(dāng)進(jìn)入的流體在壓縮的情況下， 在合適的時間燃料凈皮噴入左燃燒室1150/右燃燒室1250中。
再次參照圖13A和13B,燃料噴射器183以與第二掃氣室109進(jìn)行流 體流通的方式設(shè)置?？諝庑问降倪M(jìn)入的流體從第一掃氣室105提供到第二 掃氣室109，所述空氣形式的進(jìn)入的流體與由燃料噴射器109提供的燃料 混合。燃料空氣混合物通過進(jìn)氣口 161從第二掃氣室109提供到燃燒室150。
曲軸
圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的曲軸300 、左拉桿411 a、 b和右拉桿421 a、 b以及左推桿412和右推桿422的俯視分解^f黃截面圖。圖17是圖16的組裝 的裝配俯視圖。曲軸300稱作為"組合"曲軸。與整體鍛造的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī) 曲軸相比，本發(fā)明的曲軸300的實施例包括結(jié)合在一起形成單個曲軸300 的四個組件第一曲軸組件320、第二曲軸組件330、第三曲軸組件340和 第四曲軸組件350的組裝。
第一曲軸組件320包括圓柱形第一主軸承325,所述第一主軸承325 包括限定曲軸旋轉(zhuǎn)軸310的第一通孔323。第一曲軸組件320還包括第一 嵌套面322，所述第一嵌套面322具有偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310的第一偏軸321。 如圖1所示，第一主軸承325提供曲軸320和外殼103之間的支持。
第二曲軸組件330包括第二通孔333，所述第二通孔333與第一通孔 323共軸并且也限定曲軸旋轉(zhuǎn)軸310。第二曲軸組件330還包括第二嵌套 面332,其具有偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310的第二偏軸331;第三嵌套面336,其 具有偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310和第二偏軸331的第三偏軸337。第一嵌套面322 適合于滑動地^皮接容進(jìn)第二嵌套面332。第二曲軸組件330還包括具有圓 柱形橫截面并與第二偏軸331共軸的第一軸承面334。第一軸承面適合于 在其上接容第一環(huán)形軸承362,這一點將在下面進(jìn)一步描述。
第三曲軸組件340包括與第 一通孔323共軸并且也限定曲軸旋轉(zhuǎn)軸310 的第三通孔343。第三曲軸組件340還包括第四嵌套面342,所述第四嵌套 面342具有偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310并且與第三偏軸337共軸的第四偏軸347。
30第三嵌套面336適合于滑動地^皮接容進(jìn)第四嵌套面342。第三曲軸組件340 還包括具有圓柱形橫截面并且與第四偏軸347共軸的第二軸承面344。第 二軸承面344適合于接容第二環(huán)形軸承362，下面將描述這一點。
第三曲軸組件340還包括第五嵌套面346,所述第五嵌套面346具有 偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310并且與第二偏軸331共軸的第五偏軸341。第三曲軸 組件340還包括具有圓柱形4黃截面的第三軸承面348。第三軸^c面348適 合于在其上接容第三環(huán)形軸承363,這一點將在下面進(jìn)一步描述。
第四曲軸組件350包括圓柱形第二主軸承355,所述第二主軸承355 包括與第一通孔323共軸并且也限定曲軸旋轉(zhuǎn)軸310的第四通孔353。第 四曲軸組件350還包括具有第六偏軸351的第六嵌套面352,所迷第六偏 軸351偏離曲軸旋轉(zhuǎn)軸310并且與第五偏軸341共軸，還與第一偏軸321 和第二偏軸331共軸。第三曲軸組件340的第三軸承面348與第六偏軸351 共軸。第六嵌套面352適合于被滑動接容進(jìn)第五嵌套面346。如圖1所示， 第二主軸承355提供曲軸300和外殼103之間的支持。
應(yīng)所述理解，存在嵌套面和軸承面的許多不同的可能布置，其中上述 的實施例僅僅是那些可能布置之一并且并不局限于此。也期望其它可能的 布置。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，除了允許拆卸外，各個嵌套面適合于 足夠牢固地壓入配合組裝以保持軸向和角向?qū)R。在另一個實施例中，各 個嵌套面具有鍵和鍵槽以確保合適的軸向和角向?qū)R。
推桿
根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖16和圖17所示，兩對左4立桿411a、 b/右 拉桿421a、 b和一對左推桿412/右推桿422是活塞和曲軸300之間的連接 元件。活塞的線性往復(fù)運(yùn)動驅(qū)動連接元件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給曲軸300。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實施例的左推桿412和右推桿422、第二曲軸組件 330和第三曲軸組件340以及第二滾柱軸承362的等距分解圖。如圖1所 示和較早所設(shè)置的，左推桿412和右推桿422阻抗左內(nèi)側(cè)活塞120和右內(nèi)側(cè)活塞220的壓縮力，因此^皮稱作為"推桿，，。如圖1、 16-18所示，左推 桿412和右推桿422布置在曲軸300上的共用的內(nèi)側(cè)活塞軸頸312上，所 述共用的內(nèi)側(cè)活塞軸頸312還稱作為推桿軸頸。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，左推桿412和右推桿422位于同 一平面。 允許左推桿412和右推桿422的共面對齊的實施例包括具有與左凹面端413 對置的單個孔軸頸端414的左推桿412。單個孔軸頸端414具有單個孔415， 所述單個孔415適合于以緊密配合的嚙合方式環(huán)繞第二環(huán)形軸承362旋轉(zhuǎn) 嚙合。
右推桿422包括與右凹面端423對置的雙孔徑軸頸端424。雙孔徑軸 頸端424包括一對柄腳426，還稱作為叉，每一個帶有共軸的孔425，所迷 孔425適合于以緊密配合的嚙合方式環(huán)繞第二環(huán)形軸承362旋轉(zhuǎn)地嚙合。 柄腳426間隔預(yù)定的距離以滑動地接容左推桿412的單個孔軸頸端414。
通過在右推桿422的雙孔軸頸端424的一對共軸孔425之間接容左推 桿412的單個孔軸頸端414并且和右推桿422的雙孔軸頸端424的一對共 軸孔425共軸對齊，左推桿412和右推桿422被裝備到曲軸300上。第二 環(huán)形軸承362凈支滑動地接容在單個孔415和共軸孔425內(nèi)。第三曲軸組件 340的第四嵌套面342布置在第二環(huán)形軸承362內(nèi)。第二曲軸組件330的 第三嵌套面336布置在第三曲軸組件340的第四嵌套面342內(nèi)，完成裝配。 左推桿412和右推桿422現(xiàn)在共用曲軸300的共同軸頸，即為共同軸頸312。
上述的實施例特征在于去掉了螺釘或其它緊固件，增加了組件可靠 性和性能。
在本發(fā)明的一個實施例中，左推桿412和右推桿422長度除以曲軸半 徑之比大約為5。與傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)相比，這種相對大的比率導(dǎo)致了內(nèi)活塞 120、 220和汽缸套缸徑表面139、 239之間的非常低的側(cè)向力和摩擦損失。 現(xiàn)有技術(shù)的比率通常處于3.2到3.8的范圍。
拉桿
如圖1所示和較早所設(shè)置的， 一對左拉桿411a、 b/右拉桿421a、 b阻抗左外側(cè)活塞110和右外側(cè)活塞210的張力，由此稱作為"拉桿"。如圖
1、圖16和圖17所示，左拉桿411a、 b/右拉桿421a、 b布置在曲軸300上 的一對共同的外側(cè)活塞軸頸311a、 b上，所述外側(cè)活塞軸頸311a、 b在此 還稱作為拉桿軸頸。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，左拉桿411a、 b和右拉桿421a、 b位于共 同的平面。如上所迷允許左推桿412和右推桿422共面對齊的實施例也用 于允許左拉桿411a、 b和右拉桿421a、 b共軸對齊。在一個實施例中，左 4立桿411a、 b具有單個孔軸頸端416。所述單個孔軸頸端416具有單個孔 417，所述單個孔417適合于以緊密配合的嚙合方式環(huán)繞第一環(huán)形軸承361 和第三環(huán)形軸承363之一旋轉(zhuǎn)地嚙合。
右4立桿421a、 b包括雙孔軸頸端426。所述雙孔軸頸端426包括一對柄 腳428，每一個柄腳428帶有共軸孔427，所述共軸孔427適合于以緊密配 合的嚙合方式環(huán)繞第一環(huán)形軸承361和第三環(huán)形軸承363之一旋轉(zhuǎn)地嚙合。 柄腳428間隔預(yù)定的距離以滑動地接容左拉桿411a、b的單個孔軸頸端416。
通過在右拉桿421a、 b的雙孔軸頸端426的共軸孔427對之間接容左 拉桿411a、 b的單個孔軸頸端416并且與右拉桿421a、 b的雙孔軸頸端426 的共軸孔427對共軸對齊，左拉桿411a、 b和右拉桿421a、 b被裝配到曲 軸300上。第一環(huán)形軸承361和第三環(huán)形軸承363之一滑動地被接容在單 孔417和共軸孔427內(nèi)。第二曲軸組件330的第二嵌套面332布置在第一 環(huán)形軸承361內(nèi)。第一曲軸組件320的第一嵌套面322布置在第二曲軸組 件330的第二嵌套面332內(nèi)，完成裝配。 一對左/右拉桿411a、 421a現(xiàn)在共 享曲軸300的共同軸。
相似地，第三曲軸組件340的第五嵌套面346布置在第三環(huán)形軸承363 內(nèi)。第四曲軸組件350的第六嵌套面352布置在第三曲軸組件340的第五 嵌套面346內(nèi)，完成裝配。另一對左/右拉桿411b, 421b現(xiàn)在共享曲軸300 的共同軸頸，即為共同軸頸311a、 311b。
上述的實施例特征在于去掉了螺釘或其它緊固件，增加了組件可靠 性和性能。
本發(fā)明的實施例提供了相對長的左拉桿411a、 b和右拉桿421a、 b。左拉桿411a、 b和右拉桿421a、 b長度和曲軸半徑之比大約大于10。與通常 的現(xiàn)有技術(shù)相比，這種構(gòu)造導(dǎo)致了外側(cè)活塞110、 120和汽缸套缸徑表面 130、 239之間較低的側(cè)向力和摩擦。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的實施例曲軸300的等距裝配圖。上述的第一環(huán)形 軸承361 、第二環(huán)形軸承362和第三環(huán)形軸承363使左/右拉桿41 la,b、 421a,b 和左/右推桿412、 422的軸頸端416、 426、 414、 424與曲軸300的各個軸 承表面334、 344、 348之間的摩擦降低。第一環(huán)形軸承361、第二環(huán)形軸 承362和第三環(huán)形軸承363僅僅是示例性的并不局限于此?？梢灶A(yù)料可使 用其它類型的摩擦降低組件和/或方法，例如但并不局限于滾針軸承、滾柱 軸承、潤滑涂覆和循環(huán)潤滑流體。
例如，如圖1、圖16和圖17所示，組合曲軸300使連4妄元件，例如 左/右拉桿411a,b、 421a，b和左/右推桿412、 422以及任何關(guān)聯(lián)的軸承構(gòu)件 能夠被預(yù)裝配。這避免了現(xiàn)有技術(shù)中已有的連接元件，例如對開連接桿和 對開軸承。對開連接桿需要支持結(jié)構(gòu)和緊固件，從而它們可被裝配以形成 一體式曲軸。這些在本實施例中沒有出現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合曲軸300由被順序地裝配的幾個單個組件 組成。通常較小的單個組件在制造工序例如每i造、加工、精加工和其它的 二次工作方面提供了優(yōu)勢。此外，組合曲軸300提供了較輕重量的優(yōu)勢。 因為連接元件不需要緊固件，所以可使用較小質(zhì)量的較簡單元件。此外， 例如在曲軸300插入外殼103期間，可完成幾個組件的裝配。
本實施例的另 一個特征在于可使用組合組件，這是因為降低了曲軸300 所受的力。發(fā)動機(jī)上往復(fù)運(yùn)動的組件的平衡本質(zhì)和不平衡的燃燒力的消除 使支撐曲軸300的主軸承325、 355上基本沒有合力。與幾噸的不平衡力施 加于曲軸的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例基本沒有不平衡力。通常這種力的有 效降低包括在曲軸主軸承325、 355和發(fā)動機(jī)總成上的力的降低。
在已知的傳統(tǒng)直列式或"V"型發(fā)動機(jī)中，在主軸承和曲軸上的不均 勻力產(chǎn)生扭矩。在本實施例中，這些力基本被消除，僅僅兩個主軸承325、 355是必需的以支撐外殼103中的曲軸300，而中心主軸承不需支撐外殼 103中的曲軸300。
34由于本實施例所設(shè)想的各種組件的構(gòu)造，在相似活塞沖程下，曲柄半 徑可僅僅為傳統(tǒng)設(shè)計的曲柄半徑的大約一半。部分地，由于存在全部活塞 沖程的分開行程，降低了由曲柄軸箱垂直于汽缸軸定義的曲柄半徑。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的實施例圖19的曲軸300的橫截面等距裝配圖。 第一曲軸組件320、第三曲軸組件340和第四曲軸組件350還分別包括第 一流體通路329、第二流體通路339和第三流體通路359。第一流體通路 329、第二流體通路339和第三流體通路359提供了例如但并不局限于潤滑 液和冷卻液的使流體容易地通過圖1所示的曲軸腔304的方法。曲軸300 還包括軸承潤滑通道335、 345和349。所述軸岸"間滑通道335、 345和349 適合于將例如但并不局限于潤滑液和冷卻液的流體分別直接提供給第 一軸 承表面334、第二軸承表面344和第三軸承表面348。
曲軸的主要作用是將通過拉桿和推桿傳遞的活塞往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動。作用于曲軸上的不平衡力導(dǎo)致了曲軸和其支撐軸承之間摩擦的增加。 不平衡力的存在也復(fù)雜化發(fā)動機(jī)設(shè)計，這是因為所述力一定以某種方式機(jī) 械地傳遞給發(fā)動機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)必須足夠堅固以承受所述力。 例如，在標(biāo)準(zhǔn)的四汽缸直列式發(fā)動機(jī)中，來自所有四個活塞的力沿著相同 方向作用于曲軸，實際上幾噸的壓力一定通過曲軸主軸承傳遞給發(fā)動機(jī)結(jié) 構(gòu)。通常的四汽缸直列式發(fā)動機(jī)具有支撐曲軸的五個主軸承。
因為在每一汽缸中的內(nèi)、外活塞的反作用力基本被消除，所以根據(jù)本 發(fā)明的發(fā)動機(jī)的實施例允許較簡單的曲軸設(shè)計。參照圖1所示的左汽缸 100，可以看出，因為作用于內(nèi)側(cè)活塞120和外側(cè)活塞110上的壓縮力和燃 燒力是基本相同并且相反，所以外側(cè)活塞110的拉桿411以與內(nèi)側(cè)活塞120 的推桿412的推動力基本相同的力來拉向曲軸300。結(jié)果是曲軸300上有 轉(zhuǎn)矩，帶有僅僅非常小的側(cè)向力和上下力，這是由于拉桿411和推桿412 稍微不同的角度以及活塞的不對稱定時。因此，曲軸主軸承325和355上 的負(fù)載是非常小的，這消除了對任何中心主軸承的需要，并且與可比性能 的直列式四汽缸發(fā)動機(jī)相比，這導(dǎo)致了較低的摩擦損失。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)14的局部剖面等距圖。發(fā)動機(jī) 14包括外殼1103,所述外殼1103包括左汽缸1100、與所述左汽缸1100對置的軸向?qū)?zhǔn)的右汽缸1200和位于所述左汽缸1100和所述右汽缸1200 之間的曲軸1300。曲軸1300包括曲軸第一端1306和曲軸第二端1307。聯(lián) 結(jié)曲軸第一端1306和曲軸第二端1307中每個的是下面描述的平4軒系統(tǒng) 500。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括平衡系統(tǒng)外殼514、平衡重508和 行星齒輪裝配件506的平衡系統(tǒng)500的部分局部剖視圖。平衡系統(tǒng)外殼514 適合于用安裝緊固件512被聯(lián)結(jié)到發(fā)動機(jī)外殼1103,下面會描述。行星齒 輪裝配件506包括曲軸齒輪518和反向旋轉(zhuǎn)齒輪519。平衡重508包括軸 孔516，所述軸孔516適合于與曲軸1300共軸放置并且關(guān)于曲軸的軸310 自由旋轉(zhuǎn)。曲軸齒輪518適合于與曲軸1300共軸、聯(lián)結(jié)到曲軸1300并且 由曲軸1300驅(qū)動，并適合于嚙合反向旋轉(zhuǎn)齒輪519。反向旋轉(zhuǎn)齒輪519被 連接到平衡重508。例如，曲軸1300以逆時針方向驅(qū)動曲軸齒輪518。接 著曲軸齒輪518以順時針方向驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)齒輪519,所迷反向旋轉(zhuǎn)齒輪 519以順時4十方向驅(qū)動平纟軒重508。
平衡系統(tǒng)500基本適合于反作用抵抗由于曲軸1300上的拉桿411和推 桿412的稍微不同的角度以及活塞的不對稱定時所引起的較小的不平衡一 階正弦側(cè)向力和上下力。平衡重508以預(yù)定的角度位于曲軸的軸1300上以 基本抵消不平衡力。
發(fā)動機(jī)中所有摩擦損失的大約50%來自通過拉桿411和推桿412沿著 它們的各軸頸旋轉(zhuǎn)、作用于活塞即對著汽缸套缸徑表面1139、 1239推動活 塞的運(yùn)動產(chǎn)生的側(cè)向力。短連接桿產(chǎn)生大的側(cè)向力，而長連接桿產(chǎn)生小的 側(cè)向力(無限長的連接桿根本不對活塞產(chǎn)生側(cè)向力，但是其將是無限大和無 限重的)。期望的是降低這些側(cè)向力并由此降低摩擦損失，而不增加連接桿 的尺寸或重量。
再次參照圖9，推桿1412、 1422僅受壓縮負(fù)載，從而消除了對肘銷的 需要。肘銷被在匹配的凸面1125、 1225上滑動的大直徑凹面端1413、 1423 取代。
再次參照圖3 ，左拉桿411、右拉桿421通過左橋170 、右橋270聯(lián)結(jié) 到左活塞110、右活塞210。圖23是根據(jù)本發(fā)明的實施例沿圖3的切割線23 -23的橫截面圖，示出包括橋凹面173的左橋170，所述橋凹面173適 合于被滑動地接容在右外側(cè)活塞210的凸起的拉伸表面172中。橋軸承372 例如滾針軸承用于降低橋凹面173和凸起的拉伸表面172之間的摩擦。
帶有流體動力效果的發(fā)動機(jī)
圖21是根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)動機(jī)14的局部剖面等距圖。發(fā)動機(jī) 14包括外殼1103，所述外殼1103包括左汽缸1100、與所述左汽缸1100 對置的軸向?qū)?zhǔn)的右汽缸1200和位于所迷左汽缸1100和所述右汽缸1200 之間的曲軸1300。圖21示出在左汽缸的TDC后曲軸轉(zhuǎn)角為270°狀態(tài)下 的發(fā)動才幾14。
左汽缸IIOO包括左汽缸套1130、左外側(cè)活塞1110和左內(nèi)側(cè)活塞1120。 左汽缸套1130包括左汽缸套外表面1132和限定左汽缸套缸徑表面1139的 缸徑。左汽缸套1130還包括左汽缸套進(jìn)入端1136和左汽缸套排出端1138。 左汽缸套進(jìn)入端1136包括多個左進(jìn)氣口 1161,左汽缸套排出端1138包括 多個左排氣口 1163,下面將進(jìn)一步描述這一點。
左外側(cè)活塞1110包括左外側(cè)活塞頂部1116和與所述左外側(cè)活塞頂部 1116對置的左外側(cè)活塞柱塞1118。左外側(cè)活塞頂部1116在左外側(cè)活塞燃 燒面1111處終止。左外側(cè)活塞頂部1116適合于在左汽缸套入口端1136處 以緊密配合的嚙合方式被滑動地與左汽缸套缸徑表面1139接容。
左內(nèi)側(cè)活塞1120包括左內(nèi)側(cè)活塞頂部1126和與所述左內(nèi)側(cè)活塞頂部 1126對置的左內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端1124。左內(nèi)側(cè)活塞頂部1126在左內(nèi)側(cè)活塞 燃燒面1121處終止。左內(nèi)側(cè)活塞頂部1126適合于在左汽缸套排出端1138 處以緊密配合的嚙合方式被滑動地與左汽缸套缸徑表面1139接容。
左外側(cè)活塞1110、左內(nèi)側(cè)活塞1120和左汽缸套1130限定左燃燒室 1150。
相似地，右汽缸1200包括右汽缸套1230、右外側(cè)活塞1210和右內(nèi)側(cè) 活塞1220。右汽缸套1230包括右汽缸套外表面1232和限定右汽缸套缸徑 表面1239的缸徑。右汽缸套1230還包括右汽缸套進(jìn)入端1236和右汽缸套排出端1238。右汽缸套進(jìn)入端1236包括多個右進(jìn)氣口 1261,右汽缸套排 出端1238包括多個右排氣口 1263,下面將進(jìn)一步描述這一點。
右外側(cè)活塞1210包括右外側(cè)活塞頂部1216和與所述右外側(cè)活塞頂部 1216對置的右外側(cè)活塞柱塞1218。右外側(cè)活塞頂部1216在右外側(cè)活塞燃 燒面1211處終止。右外側(cè)活塞頂部1216適合于在右汽缸套入口端1236處 以緊密配合的嚙合方式^^滑動地與所述右汽缸套缸徑表面1239接容。
右內(nèi)側(cè)活塞1220包括右內(nèi)側(cè)活塞頂部1226和與所述右內(nèi)側(cè)活塞頂部 1226對置的右內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端1224。右內(nèi)側(cè)活塞頂部1226在右內(nèi)側(cè)活塞 燃燒面1221處終止。右內(nèi)側(cè)活塞頂部1226適合于在右汽缸套排出端1238 處以緊密配合的嚙合方式被滑動地與右汽缸套缸徑表面1239接容。
右外側(cè)活塞1210、右內(nèi)側(cè)活塞1220和右汽缸套1230限定右燃燒室 1250。
左外側(cè)活塞1110和右外側(cè)活塞121(H皮聯(lián)結(jié)到曲軸1300上的一對共同 軸頸即外側(cè)活塞軸頸1311。左內(nèi)側(cè)活塞1120和右內(nèi)側(cè)活塞1220 3f關(guān)結(jié)到一 個共同軸頸即一個內(nèi)側(cè)活塞軸頸1312。下面將詳細(xì)地描述曲軸1300。
左汽缸1100的左外側(cè)活塞1110通過一對左拉桿1411祐L聯(lián)結(jié)到曲軸 1300,其中之一位于汽缸1100的兩側(cè)中任意一側(cè)。相似地，右汽缸1200 的右外側(cè)活塞1210通過兩個右4W干1421纟支JI關(guān)結(jié)到曲軸1300。左;t立桿1411、 右拉桿1421通過橋路1170、 1270纟皮聯(lián)結(jié)到左外側(cè)活塞1110、右外側(cè)活塞 1210。所述橋路1170、 1270跨接在左外側(cè)活塞1110、右外側(cè)活塞1210上 的凸起的表面1172、 1272上。
左汽缸1100的左內(nèi)側(cè)活塞1120通過左推桿1412聯(lián)結(jié)到曲軸1300; 相似地，右汽缸1200的右內(nèi)側(cè)活塞1220通過右推桿1422聯(lián)結(jié)到曲軸1300。 左推桿1412/右推桿1422具有左凹面端1413/右凹面端1423,所述左凹面 端1413/右凹面端1423 3爭接在位于左內(nèi)側(cè)活塞1120/右內(nèi)側(cè)活塞1220的左 內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端1124/右內(nèi)側(cè)活塞推進(jìn)端1224上的左凸面1125/右凸面1225 上。下面將進(jìn)一步描述左推桿1412/右推桿1422和左凸面1125/右凸面1225。
四個活塞1110、 1120、 1210和1220分別具有位于所述燃燒面1111、
381121、 1211、 1221的后面又進(jìn)一步沿著活塞頂部1116、 1118、 1216、 1218 的多個活塞環(huán)1112、 1122、 1212和1222,以防止流體從活塞頂部1116、 1118、 1216、 1218和缸徑表面1115和1215之間逃逸。
外殼1103適合于安i文左汽缸1100、右汽缸1200和曲軸1300。外殼 1103包括適合于安^L左汽缸1100的左汽缸腔1104、適合于安》丈右汽缸1200 的右汽缸腔1204和適合于安放曲軸1300的曲軸腔1304。左汽缸腔1104 限定左柱塞釭徑表面1106并且終止在左外殼端蓋1107處。左柱塞1107適 合于以緊密配合的嚙合方式被滑動地與所述左柱塞滑動表面1106接容。左 柱塞1107、左外殼端蓋1107和左柱塞缸徑表面1106限定第一左掃氣室 1105。
左汽缸腔1104、左柱塞1107、左汽缸套1130和曲軸1300限定第二左 掃氣室1109。第二左掃氣室1109處于與曲軸腔1304進(jìn)行流體自由流通情 況，允許流體自由地通過其流動。
相似地，右汽缸腔1204限定右柱塞缸徑表面1206并且在右外殼端蓋 1207處終止。右柱塞1207適合于以緊密配合的嚙合方式被滑動地與右柱 塞缸徑表面1206接容。右柱塞1207、右外殼端蓋1207和右柱塞缸徑表面 1206限定第一右掃氣室1205。
右汽缸腔1204、右柱塞1207、右汽缸套1230和曲軸1300限定第二右 掃氣室1209。第二右掃氣室1209處于與曲軸腔1304進(jìn)行流體自由流通的 狀況以允許流體自由地通過其流動。因此，第二左掃氣室1109、曲軸腔1304 和第二右掃氣室1209處于流體自由流通的狀況，允許流體自由地在其間流 動。
流體在第二左掃氣室1109、曲軸腔1304和第二右掃氣室1209之間的 自由流動提供了其內(nèi)所包含流體的流體動力效果。這種流體動力效果具有 這樣的效果在左進(jìn)氣口 1161和右進(jìn)氣口 1261打開期間在合適的時間優(yōu) 選地增加掃氣流的壓力。
,支定左汽缸IIOO正在經(jīng)歷動力沖程，其中曲軸1300在"上止點，，(BDC) 處。在動力沖程期間，左外側(cè)活塞1110和左內(nèi)側(cè)活塞1210由在燃燒期間 產(chǎn)生的在左燃燒室1150內(nèi)的高壓流體驅(qū)動使之遠(yuǎn)離。因此左外側(cè)活塞1110和左外側(cè)活塞柱塞1118被驅(qū)向左外殼端蓋1107,這一點又降低了第一左
掃氣室1105內(nèi)的容積并增加了其內(nèi)的壓力。在預(yù)定的壓力下，在左外側(cè)活 塞柱塞1118內(nèi)的單向?qū)?68(見圖3)將高壓流體從第一左掃氣室1105釋放 進(jìn)第二左掃氣室1109。在高壓流體從第一左掃氣室1105釋;^t期間的預(yù)定 時間內(nèi)，打開左進(jìn)氣口 1161以讓高壓流體進(jìn)入左燃燒室1150。
同時，隨著左汽缸1100開始動力沖程，右汽釭1200開始經(jīng)歷壓縮沖 程。在壓縮沖程期間，右外側(cè)活塞1210和因此的右外側(cè)活塞柱塞1218被 驅(qū)向曲軸1300和因此的左汽缸l]OO的方向。這具有這樣的效果壓縮第 二右掃氣室1209內(nèi)包含的流體；當(dāng)右進(jìn)氣口 1261打開時驅(qū)動流體通過它； 以及驅(qū)動流體通過曲軸腔1304并進(jìn)入第二左掃氣室1109;增加第二左掃 氣室1109內(nèi)的壓力。
當(dāng)左外側(cè)活塞1110在壓縮沖程下移向曲軸1300同時左進(jìn)氣口 1161打 開時，即使當(dāng)右外側(cè)活塞1210開始反向遠(yuǎn)離曲軸1300運(yùn)動時，由第二右 掃氣室1209內(nèi)的流體前沖力產(chǎn)生的流體壓力波也會到達(dá)第二左掃氣室 1109，關(guān)閉左排氣口 163，并進(jìn)一步壓縮左燃燒室150內(nèi)的進(jìn)入的流體。 這種流體壓力波到達(dá)打開的左進(jìn)氣口 1161，有效地增加了用于掃氣的進(jìn)入 的流體的壓力。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括多個OPOC發(fā)動機(jī)11的發(fā)動機(jī)13 的示意俯視圖，其中示出了四個發(fā)動機(jī)11以并列平行關(guān)系聯(lián)結(jié)到具有軸 310的共用曲軸300。這種構(gòu)造的發(fā)動機(jī)13特征在于以相對平的輪廓封 裝，通過簡單地將附加的發(fā)動機(jī)11聯(lián)結(jié)到共用曲軸300來提供額外的功率 輸出。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括多個奇數(shù)個OPOC發(fā)動機(jī)汽缸15的 發(fā)動機(jī)16的示意正視圖，其中示出了三個發(fā)動機(jī)汽缸15以等間距徑向關(guān) 系聯(lián)結(jié)到共用曲軸300。這種構(gòu)造的發(fā)動機(jī)16特征在于通過簡單地將附 加發(fā)動機(jī)汽缸15聯(lián)結(jié)到共用曲軸300來提供額外的功率輸出。在其它實施 例中，附加的發(fā)動機(jī)16以圖24所示的平行關(guān)系聯(lián)結(jié)到共用曲軸300。
圖26是根據(jù)本發(fā)明的實施例包括多個OPOC發(fā)動機(jī)11的發(fā)動機(jī)18 的示意正視圖，其中示出了兩個發(fā)動機(jī)11以等間距徑向關(guān)系聯(lián)結(jié)到共用曲軸200。這種構(gòu)造的發(fā)動機(jī)18特征在于通過簡單地將附加的發(fā)動機(jī)11 聯(lián)結(jié)到共用曲軸300來提供額外的功率輸出。在其它實施例中，附加的發(fā) 動機(jī)18以圖24所示的平行關(guān)系聯(lián)結(jié)到共用曲軸300。
通過為增加的功率降低提供相對簡單的方法來從曲軸拆卸一個或多個 發(fā)動機(jī)，多個發(fā)動機(jī)，例如以上所示的發(fā)動機(jī)，提供了附加的功率靈活性。
上面是對本發(fā)明的特殊實施例的詳細(xì)"i兌明。應(yīng)所述認(rèn)識到即使與所公 開的實施例不同，它們也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來將存在一些明顯的修改。本申請人的意圖是本發(fā)明包括如所公開的那 樣執(zhí)行相同的功能在現(xiàn)有技術(shù)中已知的可選擇的實施方案。不應(yīng)認(rèn)為本說 明書不適當(dāng)?shù)乜s小了那些應(yīng)賦予本發(fā)明的完整的保護(hù)范圍。
在下面的權(quán)利要求中，所有的裝置、步驟以及功能元件的相應(yīng)結(jié)構(gòu)、 材料、過程及其等同物試圖包括與其它權(quán)利要求中明確說明的元件結(jié)合在 一起來執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或過程。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，包括對置的左汽缸和右汽缸，每個汽缸包括沿著一共同軸往復(fù)運(yùn)動的一對對置的內(nèi)側(cè)活塞和外側(cè)活塞，并且每個對置活塞的一端部與一汽缸結(jié)合界定一燃燒室；以及一曲軸，具有聯(lián)接到一對左拉桿和右拉桿的第一軸頸和聯(lián)接到一對左推桿和右推桿的第二軸頸，所述左拉桿聯(lián)接到所述左氣缸中的外側(cè)活塞，所述右拉桿聯(lián)接到所述右氣缸中的外側(cè)活塞，以及所述左推桿聯(lián)接到所述左氣缸中的內(nèi)側(cè)活塞，所述右推桿聯(lián)接到所述右氣缸中的內(nèi)側(cè)活塞，使得每對拉桿或推桿共享軸頸；其中，在共享的軸頸上的一對推桿或一對拉桿的端部被構(gòu)造和布置成使得一個端部包括具有一對柄腳的雙孔軸頸端，每個柄腳帶有共軸的孔，所述孔以緊密配合的嚙合方式與所述軸頸旋轉(zhuǎn)地嚙合，所述柄腳間隔預(yù)定的距離以滑動地接容相應(yīng)的對中的另一推桿或拉桿的單孔軸頸端。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，還包括一單個、共享的軸承元件，位于連接桿處的所述叉形推桿和所述互鎖 推桿之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，還包括一潤滑端口和關(guān)聯(lián)導(dǎo)管，從而 潤滑劑可被提供給所述軸承元件。
4. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述曲軸是一組合曲軸。
5. —種發(fā)動才幾，包括一內(nèi)燃機(jī)，其包括至少兩個對置汽缸，每一汽缸包括沿著一共同軸往 復(fù)運(yùn)動的至少一對對置活塞，并且每一對置活塞的一端與一汽缸結(jié)合來界 定一燃燒室；以及所述一對對置活塞包括一內(nèi)側(cè)活塞和一外側(cè)活塞；所述汽缸包括至少一個排氣口和至少一個進(jìn)氣口 ，所述排氣口被布置 從而所述內(nèi)側(cè)活塞的往復(fù)運(yùn)動打開和關(guān)閉所述排氣口 ，所述進(jìn)氣口被布置 從而所述外側(cè)活塞的往復(fù)運(yùn)動打開和關(guān)閉所述進(jìn)氣口 ；一曲軸，其通過一對推桿被連接到所述內(nèi)側(cè)活塞，并且所述曲軸通過 一對拉桿被連接到所述外側(cè)活塞，其中所述曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致不對稱端口定時；以及所述推桿將兩個對置活塞中接近所述曲軸的一個連接到至少一個共享 的軸頸，且所述拉桿將兩個對置活塞中遠(yuǎn)離所述曲軸的一個連接至至少一 個共享的軸頸。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)，包括與每一汽缸關(guān)聯(lián)的一掃氣泵，所述掃氣泵包括第一掃氣室和第二掃氣 室，所述第 一掃氣室由 一外殼的 一端和連接到遠(yuǎn)離所述曲軸的所述對置活 塞之一的一柱塞界定，其中所述柱塞適合于與所述活塞一致地運(yùn)動并且從 所述外殼之外汲入流體并將流體排到所述第二掃氣室，所述第二掃氣室適 合于將流體排入所述燃燒室。
7. 如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述曲軸軸頸被安排以在所述 排氣口關(guān)閉之后使所述進(jìn)氣口打開。
8. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機(jī)，其中，所述曲軸被調(diào)整從而在所述進(jìn) 氣口和所迷排氣口之間存在大約20°的相位角。
全文摘要
公開一種具有對置汽缸的內(nèi)燃機(jī)，每一汽缸具有一對對置活塞，所有的活塞可被連接到一共同的中心曲軸。每一汽缸的內(nèi)側(cè)活塞可通過推桿連接到曲軸上的共同接合處，并且外側(cè)活塞可通過拉桿連接到曲軸上的共同接合處。每一對置汽缸可包括用于提供正的進(jìn)入壓力的一集成掃氣泵。這種發(fā)動機(jī)構(gòu)造還允許通過所述軸頸在所述曲軸上的角坐標(biāo)來不對稱地定時所述進(jìn)氣口和排氣口。
文檔編號F02B75/28GK101566093SQ200910136170
公開日2009年10月28日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者彼得·霍夫?qū)? 艾瑞恩·突斯尼安 申請人:先進(jìn)動力科技公司