专利名称：具有可变容积腔室的发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一般技术领域的发动机，具体地涉及运行以腔室的容积的变化(例 如，通过腔室内的工作流体的压缩和膨胀)为基础的发动机，这种发动机供应机械能，该机 械能例如可用于推进车辆(如汽车、摩托车、飞机或船只)、用于驱动机器(工业的或农业 的)、或者甚至用于向发动机形式的能量转换设备供应机械能。本发明更具体涉及至少包括以下3个部件的发动机_汽缸，其有助于限定腔室，该腔室的容积在最小值与最大值之间变化；-第一活塞，其也有助于限定所述腔室，所述第一活塞和汽缸被设计为在所述腔室 的容积的变化的作用下进行第一相对往复运动；以及_旋转输出轴。
背景技术：
利用发动机的腔室的容积变化来向接收系统(小汽车、机器或者其他)供应机械 能，实施这种腔室的发动机长期以来为公众所知并得到广泛应用，因为用于装备机动车辆 的内燃发动机(“爆燃式发动机”)依赖于这种运行原理。这种爆燃式发动机的构架一般基于这样的汽缸的实施，该汽缸在其顶部被汽缸盖 密封。汽缸和汽缸盖形成燃烧室，该燃烧室的容积由活塞的行程所限定，该活塞通过往复运 动在汽缸中滑动，这种滑动运动由因燃烧室中发生的燃烧循环而产生的压力变化所赋予。 接着活塞又通过连杆连接至曲轴，以将活塞的直线平移运动转化为曲轴的旋转运动。通常，这种公知的发动机构架令人满意，但是其仍具有严重的缺陷。具体地，这种 公知的发动机实施用于活塞与输出轴之间的传力和反力的相对较重和较复杂的机械及运 动学链。显然，这构成了故障和能量效率损失的潜在源头，并且不符合提高可靠性或者降低 成本价格的趋势。此外，这种公知的发动机实施大量的运动部件，这代表相当大的运动质 量，而这种相当大的运动质量也可能导致效率和可靠性的问题。这种公知的发动机还相对 较笨重，使得这种发动机在车辆内特别是在单箱式机动车辆内安装可能有问题，特别是在 将发动机的重心在车辆中进行正确定位方面。最后，这种公知发动机的效率在发动机的不 同使用模式下并非最优，这会导致燃料的过度消耗。为了解决后一问题，已经提出根据发动 机的压力水平对燃烧室的容积进行调整。一般将如此修改以允许对燃烧室的容积进行动态调整的爆燃式发动机称为“可变 压缩比发动机”或者另称为“VCR”发动机，因为空气/燃料混合物在燃烧室中的压缩比随着 所述腔室的容积而变化。因而，与传统爆燃式发动机相比，这种可变压缩比发动机允许对效 率进行优化，并且避免(至少最小化)不希望的现象出现，如爆燃。然而，公知的可变压缩 比发动机也受到以上关于传统爆燃式发动机所述那些缺陷的困扰。这些缺陷甚至会严重， 因为一般在公知的VCR发动机中通过实施用于控制活塞行进的复杂机械系统来进行可变 压缩比腔室的生产，而实施用于控制活塞行进的复杂机械系统不仅增加发动机的重量和影 响其可靠性，还可能导致不希望的振动和声响现象出现。此外，这种公知VCR发动机的工业
4制造是困难的，这导致发动机的成本价格显著增加。
发明内容
因此，本发明旨在针对以上所列举的各种缺陷以及提出一种新型发动机，该新型 发动机的效率得到了优化并且该新型发动机的构架相当简单、轻质和可靠。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其具有相当紧凑和坚固的构造。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其具有相当简单的设计且易于制造。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其制造并不昂贵。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其运转依赖于简单和经证实的机 械原理。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其构造具体对不希望的振动和声 响现象出现进行了限制。本发明的另一目的旨在提出一种新颖的发动机，其实施最小移动质量并可能获得 相当大的进气和/或排气截面。本发明的另一目的在于提出一种新颖的发动机，其实施最少的不同部件。通过使用包括以下3个部件的发动机实现属于本发明的目的-汽缸，其有助于限定腔室，所述腔室的容积在最小值与最大值之间变化；-第一活塞，其也有助于限定所述腔室，所述第一活塞和汽缸被设计为在所述腔室 的容积的变化的作用下进行第一相对往复运动；以及_旋转输出轴，所述发动机还包括-第二活塞，其也有助于限定所述腔室的容积，所述第二活塞和汽缸被设计为在所 述腔室的容积的变化的作用下进行第二相对往复运动，所述输出轴与所述第一活塞和第二 活塞同轴地安装；-第一转换装置，其将所述第一相对往复运动转换为所述输出轴的旋转运动，一方 面，所述第一转换装置包括基本上呈波形的第一引导路径，所述第一引导路径与所述3个 部件中的一个联结，另一方面，所述第一转换装置包括第一引导元件，所述第一引导元件被 设计为沿所述第一引导路径位移并与所述3个部件中的另一个联结；以及-第一调整构件，其用于对所述第一引导路径和/或所述第一引导元件相对于与 所述第一引导路径和/或所述第一引导元件联结的部件的位置进行调整，从而对所述腔室 的容积的最小值和/或最大值进行调整。
通过阅读以下参照附图且完全作为说明性和非限制性示例做出的描述，可以更详 细地了解本发明的其它目的和优点，在附图中-图1是根据本发明的示例性发动机的依照部分剖面侧视图的示意图；-图2依照部分剖面侧视示了与图1的构造原理相对应的根据本发明的示例 性内燃发动机；
-图3依照立体示了图2的发动机在其汽缸中的部分；以及-图4根据立体示了图2和3的发动机的设计细节。
具体实施例方式本发明涉及发动机，也就是说，涉及能够供应机械功的设备，该机械功可特别用于 推进车辆，例如机动车辆、摩托车、飞机或船只，或者甚至用于使机器(机器_工具、公共工 业机、农业机器、泵、压缩机)或者能量转换设备如发电机运转。根据本发明的发动机1优选地构成内燃发动机(“爆燃式发动机”)，也就是说，其 构成这样的发动机，该发动机能够从工作流体在发动机中的燃烧产生机械能，其中工作流 体包含燃料，例如基于碳氢化合物的燃料，如汽油。然而，本发明不限于燃烧式发动机，还可 涉及运转并不基于燃料燃烧的发动机，通常例如压缩空气发动机。根据本发明的发动机1至少包括以下3个部件汽缸2、第一活塞4和旋转输出轴 8。汽缸2有助于限定腔室3，该腔室3的容积在最小值与最大值之间变化。有利地且 本身是公知的，腔室3的容积在发动机1的运转过程中周期性变化，使得腔室3的容积从其 最小值反复且连续地变化到其最大值，反之亦然。在此情况下，如图中所示，其中发动机1是内燃发动机，腔室3形成燃烧室，该燃烧 室被设计为容纳趋于在所述腔室3内燃烧的工作流体。因此，工作流体实际上是可燃烧流 体并优先地由包括空气和汽化燃料的气体形成。该气体趋于在腔室3内进行快速燃烧，具 体地进行爆燃(或者甚至更具体地进行暴燃或爆炸)。燃料例如可包括石油衍生物，可以理 解，本发明绝不限于具体的工作流体。因而，在附图中所示的示例中且本身为公知的，通过 存在于腔室3中的工作流体的体积在燃烧现象的作用下(导致工作流体膨胀)变化，腔室 3的容积发生变化。如图中所示，汽缸2例如呈具有纵向延伸轴线X-X’的且优选为直型的中空管形。 有利地，如图中所示，汽缸2具有基本为圆形的截面。然而，完全可以构想汽缸2具有非圆 形截面，例如具有多边形截面，而无论如何都不会背离本发明的范围。在图中所示的实施方 式中，汽缸2的内壁20有助于限定腔室。在发动机1是内燃发动机(如图中所示示例中那 样)且因此腔室3形成燃烧室的情况下，汽缸2优先地由具有高的机械和热抵抗性的材料 制成，诸如例如铸铁或铸铝合金类型的金属材料，以克服因燃料在腔室3内燃烧而产生的 热应力和机械应力。第一活塞4还有助于限定腔室3的容积，所述第一活塞4和汽缸2被设计为在腔 室3容积的变化的作用下进行第一相对往复运动。换言之，本发明特别允许以下构造配置 中的一个或另一个-配置A汽缸2是固定的(静止的)，而第一活塞4被安装为相对于汽缸2运动 以通过相对于所述汽缸2的往复运动(交替运动)进行位移；-配置B第一活塞4是固定的(静止的)，而汽缸4被安装为相对于第一活塞4运 动以通过相对于所述第一活塞4的往复运动(交替运动)进行位移。在图中所示的对应于配置A的优先示例中，第一活塞4被设计为在腔室3的容积 的变化的作用下在汽缸2中依照往复运动进行滑动。因而，第一活塞4插入汽缸2内部并抵靠汽缸2的内壁20气密地穿设，以能够沿轴线X-X’在汽缸2内滑动，并且与所述汽缸2 的内壁20永久保持密封性接触。配置A尤其更为优选，因为其允许容易地对发动机1进行 安装，并且一般地证明比配置B更加可靠和更容易制造。可通过本领域技术人员公知的任 何装置，以及通过例如对现有技术中实施的众所周知的并被证实的方案进行重新使用或者 调整来形成第一活塞4与汽缸2的内壁20之间的密封性接触。优选地，第一活塞4具有头部4A，头部4A有助于限定腔室3。头部4A优选地具有对汽缸2的内部横截面进行补充的横截面，如图中所示的示例 中那样，该截面优先地为圆形截面。有利地，第一活塞4具有纵向延伸轴线Y-Y’，该纵向延 伸轴线Y-Y’对应于所述活塞的头部4A的横截面的对称轴线。有利地，如图2中所示，当第 一活塞4在汽缸2内安装在第一活塞4的功能位置时，第一活塞4的纵向轴线Y-Y’与汽缸 2的延伸轴线X-X’相结合。根据图中所示的对应于配置A的子配置Al的优先实施方式，第 一活塞4被设计为在汽缸2中依照完全轴向平移运动进行滑动，也就是说，所述第一活塞4 相对于汽缸2被引导以能够仅以平行于轴线X-X’纵向平移的方式进行位移，并且第一活塞 4自身不旋转。换言之，在此情况下第一活塞4通过滑动连接机械地连接至汽缸2。使第一 活塞4在汽缸2中进行完全平移的这种轴向引导不仅可以实现对在现有技术中遇到的振动 以及活塞对缸套过早磨损的问题进行限制，还可以实现对在同样的发动机中碰到的力损失 的问题进行限制。实际上这些问题主要源自于这样的情况，即，在现有技术中，活塞并未在 汽缸中被直接引导，而是被联动装置间接地引导，其中联动装置在负载作用下在活塞运动 过程中偏心地工作。显然，对于本领域技术人员而言众所周知的是，在第一活塞4与汽缸2之间形成这 种滑动连接具有多种技术可能。在图中所示的实施方式中，通过安装在第一活塞4上的至少一个滑动块4C与形成 在汽缸2中且大体平行于所述汽缸2的纵向延伸轴线X-X’延伸的相对应的滑动件2A协作 形成这种滑动连接，该滑动连接使得第一活塞4能够在汽缸2中依照基本完全直线平移运 动进行滑动。优先地，为了确保相对于汽缸2对第一活塞4进行平衡的引导，第一活塞4设 有两个滑动块，这两个滑动块定位在活塞上且相对于活塞的对称轴线Y-Y’径向对置。为了 改善滑动块/滑动件接触，特别为了对降低发动机效率的摩擦作用进行限制，每个滑动块 有利地包括滚轮40C，滚轮40C被安装为在轴400C上旋转，而轴400C接着又安装在贯穿套 筒4B设置的孔洞中，使得所述轴400C相对于第一活塞4的延伸轴线X-X’基本上径向地延 伸。每个滚轮40C被设计为在相对应的滑动件2A中滚动，如图中所示，滑动件2A有利地在 汽缸2的与相对应的滚轮面对的内壁20上包括形成在所述内壁20中的直型沟槽。然而，本发明绝对不限于对根据滑动件安装在汽缸2中的第一活塞4的实施。然 而，例如，完全可以在不会背离本发明的框架的情况下构想使第一活塞4在其往复运动过 程中绕其轴线Y-Y’自身进行旋转，使得第一活塞4在汽缸2中的运动在此情况下并非完全 轴向平移运动，而是螺旋式平移运动(子配置A2)。在配置B的情况下，还可以将汽缸2设置为相对于第一活塞4进行直线往复运动 (子配置Bi)或旋转往复运动(子配置Bi)。上述各配置汇总在以下的表1中。
权利要求
一种发动机(1)，其至少包括以下3个部件 汽缸(2)，其有助于限定腔室(3)，所述腔室(3)的容积在最小值与最大值之间变化； 第一活塞(4)，其也有助于限定所述腔室(3)，所述第一活塞(4)和汽缸(2)被设计为在所述腔室(3)的容积的变化的作用下进行第一相对往复运动；以及 旋转输出轴(8)，所述发动机(1)还包括 第二活塞(14)，其也有助于限定所述腔室(3)的容积，所述第二活塞(4)和汽缸(2)被设计为在所述腔室(3)的容积的变化的作用下进行第二相对往复运动，所述旋转输出轴(8)与所述第一活塞(4)和第二活塞(14)同轴地安装； 第一转换装置(5)，其将所述第一相对往复运动转换为所述旋转输出轴(8)的旋转运动，一方面，所述第一转换装置(5)包括基本上呈波形的第一引导路径(9)，所述第一引导路径(9)与所述3个部件(2、4、8)中的一个联结，另一方面，所述第一转换装置(5)包括第一引导元件(10)，所述第一引导元件(10)被设计为沿所述第一引导路径(9)位移并与所述3个部件(2、4、8)中的另一个联结；以及 第一调整构件(5)，其用于对所述第一引导路径(9)和/或所述第一引导元件(10)相对于与所述第一引导路径(9)和/或所述第一引导元件(10)联结的部件(2、4、8)的位置进行调整，以对所述腔室(3)的容积的最小值和/或最大值进行调整。
2.如权利要求1所述的发动机(1)，其特征在于，所述第一引导路径(9)与所述输出轴 (8)联结，而所述第一引导元件(10)与所述第一活塞(4)联结。
3.如前述权利要求任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述第一引导路径(9)包括 第一沟槽，而所述第一引导元件(10)包括在所述第一沟槽中接合的第一指状件。
4.如前述权利要求任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述第一调整构件(5)包括 第一调整部件(6)，所述第一调整部件(6)被安装为在所述输出轴(8)上以及沿所述输出轴 (8)滑动，所述第一调整部件(6)具有所述第一引导路径(9)。
5.如权利要求4所述的发动机(1)，其特征在于，一方面，所述第一调整构件(5)包括 带螺纹的孔件(18)，所述带螺纹的孔件(18)固定至所述汽缸(2)并与所述输出轴(8)同 轴，另一方面，所述第一调整构件(5)包括带螺纹的管(19)，所述带螺纹的管(19)在其第一 端附接至所述第一调整部件(6)，所述带螺纹的管(19)能够旋拧进以及旋拧出所述带螺纹 的孔件(18)以对所述第一调整部件(6)相对于所述输出轴(8)的位置进行改变，所述输出 轴(8)相对于所述汽缸(2)固定地安装。
6.如权利要求5所述的发动机(1)，其特征在于，所述带螺纹的管(19)的第二端设有 带齿的轮(19B)以驱动所述带螺纹的管(19)旋转。
7.如权利要求1至6任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述腔室(3)由所述汽缸 (2)中使所述第一活塞(4)和第二活塞(14)分离的间隙形成。
8.如权利要求1至7任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述第一往复运动与第二 往复运动是相反的，使得所述第一活塞(4)和第二活塞(14)同时朝向彼此运动以及远离彼 此运动。
9.如权利要求1至8任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述发动机(1)包括第二 转换装置，所述第二转换装置将所述第二相对运动转换为所述输出轴(8)的所述第二相对往复运动，一方面，所述第二转换装置包括基本上呈波形的第二引导路径(15)，所述第二引导路 径(15)与以下3个元件中的一个联结汽缸(2)，输出轴(8)以及第二活塞(14)，另一方面，所述第二转换装置包括第二引导元件(16)，所述第二引导元件(16)被设计 为沿所述第二引导路径(15)位移并与所述3个元件(2、4、8)中的另一个联结，所述发动机(1)还包括第二调整构件(50)，所述第二调整构件(50)用于对所述第二引 导路径(15)和/或所述第二引导元件(16)相对于与所述第二引导路径(15)和/或所述 第二引导元件(16)联结的元件(2、4、8)的位置进行调整，以对所述腔室(3)的容积的最小 值和/或最大值进行调整。
10.如权利要求1至9任一项所述的发动机(1)，其特征在于，所述发动机(1)构成内 燃发动机，所述腔室(3)被设计为容纳趋于在所述腔室(3)内燃烧的工作流体。
11.一种配备有如前述权利要求任一项所述的发动机(1)的车辆。
全文摘要
本发明涉及一种发动机，其包括汽缸，其有助于限定腔室(3)；第一活塞(4)，所述第一活塞(4)和汽缸进行第一相对往复运动；旋转输出轴(8)；第二活塞(14)，所述第二活塞(4)和汽缸进行第二相对往复运动，所述输出轴(8)与所述活塞(4、14)同轴地安装；第一转换装置(5)，其将所述第一相对往复运动转换为所述输出轴(8)的旋转运动，一方面，所述第一转换装置(5)包括第一波形引导轨迹(9)，另一方面，所述第一转换装置(5)包括第一引导元件(10)，所述第一引导元件(10)被设计为沿所述引导轨迹(10)位移；以及第一调整构件(5)，其对所述第一引导轨迹(9)进行定位。
文档编号F02B75/04GK101983278SQ200980109539
公开日2011年3月2日 申请日期2009年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者安塔尔·达乌克 申请人:安塔尔·达乌克