专利名称：往复机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有周期运动链装置的往复机械，并被具体设计成，虽不是只能设计成，一个汽缸，往复活塞和转动曲柄组件以便用于内燃机中。应意识到，该同一技术除内燃机中的常规用途外，还可用于诸如泵的水力机械，马达和其它类似装置中的类似组件。
背景技术：
在先前揭示用于内燃机的活塞，汽缸和曲柄轴组件的专利说明书中，特别在USA4809646，日本57-171001，日本01-73102和德国4013754中说明的具有周期运动链装置的往复机械包括装有双连接杆(连杆)的双曲柄轴，连杆由每一活塞连接至相应的反向转动曲柄轴，曲柄轴与活塞行程中心线基本等距。这样的一些组件的优越性已被证实为能减少对汽缸壁的磨擦。
本发明的目的就是提出一种具有周期运动链装置的往复机械，它至少为公众提供了一个有用的选择。
发明内容
因此，本发明的要点是往复机械，它包括周期运动链装置，功率于其中在直线和转动运动间传输，所述运动链装置包括直线运动装置，该直线运动装置可沿运动直线在第一位置和第二位置之间完成第一冲程，再从所述第二位置后退至所述第一位置完成第二冲程，周期地往复，所述运动链装置具有形状为一对曲柄轴的转动装置，它们的轴线基本对称地放置在所述直线运动装置的所述运动直线的相对侧，并与之垂直，所述直线运动装置具有一对枢轴连接装置，它们的轴线是平行的，在运动中，所述轴线遵循与所述运动直线平行的路径，所述的每根曲柄轴具有曲柄销，其轴线在运动中遵循具有预定直径的轨迹路径，一对连接杆，每根连接杆具有第一端和第二端，每根连接杆的第一端由枢轴连接装置通过安装装置与所述直线运动装置相连接，所述枢轴连接装置的轴线被放置在所述直线运动装置与所述曲柄轴轴线间的直线之间，而每一所述连接杆的所述第二端则可转动地与相应所述曲柄销连接，所述曲柄轴轴线之间的距离、所述连接杆的长度、所述枢轴连接装置相对所述直线运动装置和所述轨迹路径的所述预定直径的定位，以及设计和布置应使得在运动中每一所述冲程的长度对所述预定直径的比例至少为1.1比1。
附图概述现在将结合附图来说明发明的一个最佳方案及其改型，其中
图1是该发明最佳实施例提出的具有汽缸，活塞和运动链装置的往复机械的横截面图；图2是图1中机械的部分截面正视图；图3是图2中机械的该部分另一种布置的截面俯视图；图4、5，6是发明的另一些实施例的横截面图，表示其零件不同尺寸和布置的效果；图7是图2所示的该部分的又一种不同的截面正视图；图8是本发明再一个实施例的截面图，表示另一种直线运动装置，和图9是沿图8中X-X线的横截面图。
发明的实施例的详细说明如图1所示，发明的最佳方案包括汽缸1，在其中形式为活塞2的活塞头成形部分的直线运动装置在汽缸壁3内以已知的方法周期地往复运动。活塞头的厚度最好只能安置其它配件，如活塞环。
活塞2设计成在第一位置4与第二位置5之间向前移动周期往复运动预定长度的第一冲程，而在第二冲程期间，在位置5和位置4之间向后移动。诸如用于使活塞密封紧贴汽缸壁3的密封环等常规附加配件也可按要求加以设置，但应指出，由汽缸壁3引导的只应是短活塞头，从而与常规活塞相比，得以减少摩擦面积。
如图1所示，活塞2的第一位置4对应称为上止点的位置，它是活塞2行程中最靠近汽缸1顶部的点。第二位置5对应下止点，它是活塞2行程在其往复运动另一端的延伸度，活塞运动的第一和第二冲程按已知的途径周期地重复着。
活塞2与运动链装置相连接，它包括两根其轴线用标号7和8表示的曲柄轴，一对连接杆(连杆)9和10，以及轴柱或活塞销11和12。在发明的最佳方案中，这两根曲柄轴7和8对称地位于相对侧，且每一曲柄轴与汽缸1的中心线，也即活塞2运动的中心线等距并垂直。如图1所示，曲柄轴7和8的轴线设置在基本横贯活塞2运动直线的平面上。
每根连杆9和10具有第一小端，它与形成活塞2的后续部分的长条活塞延伸部分24所构成的异形安装装置枢轴转动地连接，采用的枢轴转动连接是活塞销11和12及相应的连杆9和10上的小端13和14。在发明的这一实施例中，活塞延伸部分24是不被汽缸壁3所引导的。
如在发明的该最佳方案中说明的运动链装置，它在活塞2行程方向的横向上引起有显著的力作用着。因此，为减少这些力的传输，在枢轴转动连接之间设置了贴合装置。如图2和3所示，贴合装置最好包含在连杆9和10的小端13和14上的外圆筒部分51和52。这些在连杆9和10端部上的圆筒部分51和52配置成紧贴着，这样，来自每根连杆9和10的横向力至少大部分被来自另一连杆的通过该贴合装置传输的反向的相等力所抵消，从而减少了在活塞销11和13和/或活塞2与汽缸壁3这间的磨损。应该指出，如图3所示，圆筒部分51和52最好延伸在连杆9和10的有用宽度和弧形部分之上，在使用中，它们在活塞2的整个行程中和随之发生的连杆9和10绕它们各自活塞销轴线的整个相互相对转动中紧贴在一起。
这样，在图3中，活塞延伸部分24具有空间，连杆9和10安装于其中，而活塞销55和56相应通过每根连杆9和10的第一小端，且在空间两边各侧与安装连杆9和10的活塞延伸部分24的那些部分进入连接。部分51和52的贴合由线57表示。由图3可清楚地看到，连杆是相互相对地沿中心线地放置在活塞2的直径上。
连杆9和10具有第二端，它们相应地通过连杆9和10的大端17和18与曲柄轴7和8的曲柄销15和16可转动地相连接。每一曲柄销的轴线沿着预定直径的轨迹圆周路径22和23而行进。
曲柄轴，将柄销与曲柄轴相连接的曲柄，以及连接杆和它们的大端的其它结构细节都是熟知的。
由前述显然，将本发明应用至机械时，发明的运动链装置中的零件的参数可加以改变，从而给出相对曲柄销15和16轴线轨迹的预定直径的，以及在曲柄轴7和8要求转动角上的第一冲程的，活塞2冲程的要求长度。
这些改变可在以下方面进行1、曲柄7和8之间的距离。
2、活塞销11和12之间的距离。
3、曲柄轴轴线和它们相应的曲柄销之间的径向距离，也即曲柄销轴线轨迹路径的直线。
4、连杆的有效长度。
活塞头6与活塞销11和12之间的距离不影响冲程与曲柄销15和16的轨迹直径之比，但设计者在进行设计时必须对此参数加以考虑。
由前述将清楚地看到考虑发明的运动链装置的运行。活塞2的往复运动引起曲柄轴7和8的转动，它们相互连接从而给出向内的相对转动。根据运动链装置零件的尺寸和位置，活塞2冲程与曲柄销轴线轨迹路径的直径之间的关系被固定成直线运动第一冲程与转动运动第一弧度之间的比例，和直线运动第二冲程与转动运动第二弧度之间的比例。
在图1所示的发明的最佳方案中，参数是曲柄轴轴线间间隔70单位活塞销轴轴线间隔10单位连杆长度 55单位冲程 73单位曲柄销轴线轨迹直径50单位它们给出冲程与曲柄销轴线轨迹直径之比为1.46比1，转动的第一弧度与第二弧度之比约为2.16比1，转动的第一弧度是246°，而转动的第二弧度为114°。
在图4、5和6中，采用了不同的参数以表示图1中运动链装置的变化。
现请参考图4(由于只改变了位置或尺寸，因此在全部图中，对相同的整件采用相同的标号)，所示的参数是曲柄轴轴线间间隔 70单位活塞销轴线间间隔 10单位连杆长度 75单位冲程 55单位曲柄销轴线轨迹直径50单位它们给出冲程与曲柄销轴线轨迹直径之比为1.1比1，转动比的第一弧度与第二弧度比约为1.25比1，转动的第一弧度是200°，而转动的第二弧度是160°。
现请参考图5，所示参数是曲柄轴轴线间间隔121单位活塞销轴线间间隔4单位连杆长度68单位冲程 49.5单位曲柄销轴线轨迹直径20单位它们给出冲程与曲柄销轴线轨迹直径之比为2.48比1，转动比的第一弧度与第二弧度比约为1.45比1，转动的第一弧度是213°，而转动的第二弧度是147°。
图1和图5中实施例之间的比较给出如下的比例图1 图5冲程/轨迹直径 1.462.48第一弧度比第二弧度 2.161.45这些比例的差异主要是由曲柄轴轴线间间隔引起的，其一个结果是第一和第二冲程期间都有活塞速度和加速度的改变。
应该指出，在图1和图5中，当活塞2位于下止点位置5时，活塞销接近曲柄轴轴线所处的平面，但并没通过此平面。为了周期地重复第一和第二冲程，活塞销轴线不可能通过曲柄轴轴线所处的平面。
在图6所示的形状中，设置了很宽的曲柄轴间间隔，但由于活塞下止点位置5放置在很宽的距离之外，只得到适中的冲程/轨迹直径。
这样，这些尺寸是曲柄轴间间隔105单位连杆长度127单位冲程19.25单位曲柄销轴线轨迹直径 17.5单位它们给出冲程与曲柄销轴线轨迹直径之比为1.1比1，而转动比的第一弧度与第二弧度比约为1.04比1，转动的第一弧度是184°，而转动的第二弧度是176°。
认为，假如冲程/直径比位于1.1比1和2.4比1之间，至少可得到发明的若干优点。
如以上在每个实施例中所述的，活塞销11和12的轴线与活塞2工作面19之间的距离不影响以上的比例，但能使活塞头避开曲柄销15和16的轨迹路径，不与任何平衡重的(未表示)或其它曲柄轴附件相互干扰，同样，活塞延伸部分24成形成以避免运动零件之间的干扰。
预期在与活塞销11和12的轴线相坚直的方向上不会产生实质性的横向力，但在必须对这样的力有阻力的场合，在发明的又一实施例中，设置了如图8和9所示那样的直线导向装置，在此装置中，活塞延伸部分24带有靠着滑板42滑移的滑移瓦41，滑板42最好如所示的那样是汽缸壁3的延伸，它们被布置成与活塞2运动的直线相平行，且考虑到距离例如曲柄和曲柄销15和16的间隙。滑板42不是汽缸壁3的完全延伸，而是分隔开的以提供这样的间隙。
如所示的那样，滑板41是设置在竖直于活塞销11和12区域的滑移表面。
在图1和4至6中，位置26和27相应地与曲柄销15和16绕轨迹路径22和23的位置有关，在点26时，活塞2的位置处于上止点位置4，而活塞2的位置处于下止点位置5时，则相对点27。连杆9和10至活塞2间的枢轴连接11和12所处的距离或相互之间的间隔最好如图所示那样小于由曲柄销15和16获得的最接近的位置。具有这样形状时，在整个循环期间，连杆9和10总是从它们的第一端13和14偏斜至它们的第二端17和18。这样，枢轴连接11和12间的距离如所示那样小于曲柄销15和16间的距离，从而连杆9和10永远不会达到平行的状态。此外，如图1和4至6可看到，枢轴连接11和12的轴线所沿的路径平行于活塞2中心轴线运动的直线，并与其间隔开。
在发明的最佳方案及其修正中，曲柄销布置成在第一冲程的第一部分期间是相互相对转动的，第一冲程是在向着曲柄轴7和8的轴线平面的方向上，而曲柄轴则通过例如齿轮传动相互连接以相对转动。这里的这一转动被称为具有向内转动的曲柄轴。但是，对某些应用而言，向外转动的曲柄轴7和8可能是有利的。采用这种形式的装置，可具体应用于，但不是唯一的应用于泵或水力机械。
如图7所示，在连杆9和10与活塞2之间的另一种连接布置中，应用圆筒部分51和52以帮助通过设置滚轴53和54来传输活塞2与连杆9和10之间的力，滚轴53和54在固定于活塞2的销钉上转动，紧贴连杆的部分51和52，通过它们自身与活塞2的连接以帮助传输活塞2与连杆9和10之间的力。
在图1和4至6中，对应上止点位置4的曲柄销位置用实线表示，而处于下止点益5的位置则用虚线表示。
如所述那样的具有运动链装置和汽缸及活塞的往复机械可以并最好安装在诸如内燃机的发动机中，它具有若干个汽缸，在每个汽缸中的活塞如所述那样，通过连杆与曲柄轴7和8连接。此外，每个汽缸1可根据与四冲程或二冲程机械相对应的要求，包含进口和出口与/或汽门。
从发明的所述实施例中可以看到，应用本发明可在很宽的冲程/曲柄销轴线轨迹直径比例范围进行调节。确信，这一新颖的最小比例是1.1比1，而这一新颖的最大比例约是2.48以上比1。
由前述可见，至少发明的最佳方案和/或此处所述的修正或对此的附加方案具有许多优点，其中若干陈述如下1.在发动机中采用本发明，得以使活塞的冲程和汽缸的工作长度，因而使选定实施例的发动机的换气容积的最终立方容量增加而无需增加每一曲柄销的轨迹半径，从而对比立方容量的发动机高度达到最小。
2.与常规发动机相比，在每个作功或燃烧第一冲程期间可获得供应用的高达66°的额外曲柄轴转动。燃烧冲程在例如一个四汽缸四冲程发动机中的重叠通过与发明的在曲柄轴上的曲柄销适当形状以及发动机的定时控制的结合，可提供趋近于连续的功率输出。因而认为，采用某些形状，至少会提供减少的飞轮效应。
3、由活塞与连杆之间力平衡得出的另一好处是，与常规的活塞相比，活塞本身的侧壁59可减少深度。这是由于，为将活塞2在汽缸1内保持笔直，且没有实质性的摆动所要求的侧壁长度减少。这样，与常规发动机中活塞冲程长度相比，汽缸1的长度可减小。活塞延伸部分24不一定必须由汽缸壁3加以引导。
4、假如有若干汽缸设置有与曲柄轴连接的活塞，在作功或燃烧期间，可利用的高达246°的曲柄轴转动允许两个活塞相距180°连接在曲柄轴上，以便在周期的一个部分，在同一方向运动。
5、另一些好处包括燃烧期间较慢的活塞速度以增加燃烧时间和能量从燃料中的提取，以及在曲柄轴更大的转动角范围内，燃烧力对活塞驱动作用的增加。
6、在四冲程四汽缸发动机中，较慢的活塞速度和进气冲程的重叠会增加发动机的吸气，并为这样发动机的更为平稳的吸气要求创造条件。
7、认为，由这种形状提供的再一好处是，通过连杆相互形成的角度增加了对曲柄轴以及对曲柄轴的曲柄提供的杠杆作用。
8、在该发明的最佳方案中还包括诸如连杆9和10的配合端的附加装置，由连杆对枢轴连接11和12的横向压力减少，从而延长了任何这样轴承的寿命。
9、认为，与只具有单一曲柄轴的常规发动机相比，活塞与汽缸之间的摩擦减少。
10、由于许多力的平衡，减少了与高压缩相关的破裂、过大的磨损或其它问题的可能性，因而发明可提供更高的压缩比以供应用。
11、由于消除了诸如在现有发动机中，由定时变化引起的活塞敲击声现象，本发明也为发动机设计者在发动机定时方面提供了更大的灵活性。
12、在水力机械中，可能有需要在曲柄轴的相对侧开动又一个活塞和汽缸以提供，譬如说，一台由本发明说明的主要活塞2和汽缸1所驱动的水力泵。活塞间的直接连接可能由所示的主要活塞向泵送液压系统的第二活塞(未表示)提供驱动。
权利要求
1.一种往复机械，它包括周期运动链装置，功率于其中在直线和转动运动之间传输，所述运动链装置包括直线运动装置，该直线运动装置可沿运动直线在第一位置和第二位置之间完成第一冲程，再从所述第二位置后退至所述第一位置完成第二冲程，周期地往复，所述运动链装置具有形状为一对曲柄轴的转动装置，它们的轴线基本对称地放置在所述直线运动装置的所述运动直线的相对侧，并与之垂直，所述直线运动装置具有一对枢轴连接装置，它们的轴线是平行的，在运动中，所述轴线遵循与所述运动直线平行的路径，所述的每根曲柄轴具有曲柄销，其轴线在运动中遵循具有预定直径的轨迹路径，一对连接杆，每根连接杆具有第一端和第二端，每根连接杆的第一端由枢轴连接装置通过安装装置与所述直线运动装置相连接，所述枢轴连接装置的轴线被放置在所述直线运动装置与所述曲柄轴轴线间的直线之间，而每一所述连接杆的所述第二端则可转动地与相应所述曲柄销连接，所述曲柄轴轴线之间的距离，所述连接杆的长度，所述枢轴连接装置相对所述直线运动装置和所述轨迹路径的所述预定直径的定位，以及设计和布置应使得在运动中每一所述冲程的长度对所述预定直径的比例至少为1.1比1。
2.如权利要求1所述的往复机械，其中所述直线运动装置包括能在汽缸中往复的活塞头。
3.如权利要求1或2所述的往复机械，其中贴合装置设置在所述枢轴连接之间，布置成能在所述直线运动装置运动期间，将所述枢轴连接之间的力由一个传输至另一个。
4.如权利要求3所述的往复机械，其中所述贴合装置包括所述连接杆的每个所述枢轴连接的部分，它们具有圆筒形外表面，在所述运动期间，这些表面相互紧贴。
5.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中所述曲柄销在所述第一冲程的第一部分是相互相对转动的，而所述第一冲程是在向着所述曲柄轴的方向上的。
6.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中所述安装装置包括直线运动装置延伸部分，在其上所述枢轴连接远离所述直线运动装置而安装着。
7.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中所述枢轴连接轴线间的距离小于在所述曲柄销沿轨迹运行期间所获得的所述曲柄销的相应轴线间的最近距离。
8.如权利要求7所述的往复机械，其中所述曲柄销的所述轴线间的最近距离位于所述枢轴连接轴线间距离的二与二十倍之间。
9.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中在所述第一和第二冲程的运动周期之间，所述曲柄销在所述活塞的所述第一冲程期间沿轨迹转过一个在183°和246°之间的转动角，而在所述第二冲程期间相应地转动较小，这样，功率传送也按每一冲程所占时间的相应比例而产生。
10.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中直线运动导向装置被设置在所述安装装置上的所述滑移瓦之间，而滑移板则布置成与所述运动直线相平行，但与其有间隔隔开。
11.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中所述冲程长度对所述预定直径的所述比例在1.1比1与2.48比1之间加以选择。
12.如前述权利要求中任一条所述的往复机械，其中所述冲程长度对所述预定直径的所述比例在1.2比1与2.4比1之间加以选择。
13.如前述权利要求中任一条所述的机械，它包括具有一个或多个汽缸的发动机。
14.如权利要求13所述的机械，其中所述发动机是内燃机。
15.一种机械，它基本如在此处参考附图加以说明，并如附图所示的那样结构布置和运行。
全文摘要
一种住复机械,它包括周期运动链装置,功率在其中在直线和转动运动之间传输。运动链装置包括在汽缸(1)中往复运动的活塞(2),它被两根连接杆(9,10)连接至双相转动曲柄轴(7,8)。曲柄轴(7,8)对称地与活塞(2)的运动轴线相偏移,而连接杆(9,10)与之连接的,曲柄轴(7,8)的曲柄销(15,16)对称地绕活塞(2)的运动轴线倾斜。连接杆小端(13,14)在它们与活塞(2)的连接上贴紧。双曲柄轴轴线间的距离、连接杆的长度、连接杆与活塞连接的位置,以及曲柄销线曲柄轴轴线转动的直径应是能使在运动中活塞每个冲程长度对曲柄销绕曲柄轴轴线转动的直径至少为1.1比1。
文档编号F02B75/00GK1171144SQ95197076
公开日1998年1月21日 申请日期1995年11月14日 优先权日1994年11月14日
发明者凯尔文·约翰·海尔 申请人:精粹概念有限公司