单轴双膨胀式内燃机的制作方法
【专利摘要】一种单轴双膨胀式内燃机包括第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸。汽缸盖流体地联接第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸。第一和第二动力活塞在第一和第二动力汽缸中往复运动，且连接至曲轴的第一曲柄销。多环节连杆组件包括刚性主臂，其支撑第一枢转销、第二枢转销和第三枢转销。第一枢转销联接至在第三汽缸中往复运动的膨胀机活塞。第三枢转销联接至摆动臂的第一端部，摆动臂的第二端部可旋转地联接至第四枢转销，该第四枢转销联接至附连至旋转轴的旋转臂的远端，该旋转轴与曲轴的旋转耦合。
【专利说明】
单轴双膨胀式内燃机
技术领域
[0001]本发明大体包括内燃机组件。
【背景技术】
[0002]内燃机燃烧空气和燃料的混合物，以产生用于做功的机械功率。内燃机的基本部件在现有技术中是熟知的，且优选地包括发动机本体、汽缸盖、汽缸、活塞、阀、曲轴和一个或多个凸轮轴。汽缸盖、汽缸和活塞顶典型地形成可变容量的燃烧腔室，燃料和空气被引入到该燃烧腔室中，且燃烧作为装置的热动力循环的一部分发生。在所有内燃机中，有用功由直接作用在可移动发动机部件上的燃烧的热的气体产物产生，诸如活塞顶或活塞头。通常，活塞的往复运动经由连杆传递至曲轴的旋转运动。一个已知的内燃机在四冲程燃烧循环中工作，其中，冲程定义为活塞从上死点(TDC)位置到下死点(BDC)位置(或反之亦然)的完全移动，冲程包括进气、压缩、做功和排气。相应地，四冲程发动机在此定义为，一种对于汽缸充气的每个做功冲程(即，对于将功率传送至曲轴的每个冲程)需要活塞的四个完整冲程的发动机。
[0003]内燃机的总效率取决于其通过最小化导致对环境的能量损失的折中而最大化所有过程效率的能力。借助通过中度压缩(mid-compress1n)排热(诸如利用热交换器)而尝试汽缸充气的近似等温压缩，在专用部件上划分传统四冲程循环允许压缩过程更高效。同样，通过朝向绝热膨胀移动以及将该膨胀进一步延伸以将做功气体降至环境压力，在汽缸充气膨胀期间可获得更大量的能量。另外，最大化做功气体的比热比、同时单独减小每个比热允许在膨胀时的更大能量排放，同时最小化与每个专用部件相关联的机械和流速损失。
[0004]满足这些挑战的一个已知方式是低温燃烧(LTC)涡轮增压柴油机。LTC涡轮增压柴油机依赖于两级压缩过程，其通过充气冷却到近似等温压缩、减小实现给定空气密度所需的功、贫(lean)低温燃烧以最小化热损失，同时改善气体属性而分开;并且依赖于两级膨胀过程，以增强从热的燃烧后气体的功恢复。热动力学方面，涡轮增压柴油机是多轴双压缩双膨胀发动机，其依赖于旋转和往复电机的组合，以在燃烧和两个膨胀后燃烧之前执行两个压缩。但是，总效率可被在操作域上匹配和优化这些部件性能的能力限制。用于在外部充气多轴发动机上提供助力的空气处理系统可包括更多的复杂助力系统，其使用两级和三级涡轮增压或涡轮增压机和机械驱动的增压器的组合。除了充气装置，系统还需要热交换器、旁通阀和控制器。
【发明内容】
[0005]描述了一种单轴双膨胀式内燃机，其包括发动机本体、汽缸盖、单根曲轴和多环节连杆(mult1-link connecting rod)组件。发动机本体包括第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸。汽缸盖流体地联接第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸。第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中往复，且连接至曲轴的相应的第一和第二曲柄销。多环节连杆组件包括刚性主臂，其正交于曲轴的纵向轴线延伸，且支撑定位在主臂的第一端部上的第一枢转销、定位在主臂的中央部分上的第二枢转销和定位在主臂的第二端部上的第三枢转销。第一枢转销经由连杆联接至在第三汽缸中往复的膨胀机活塞。曲轴的第三曲柄销用作第二曲柄销，且具有绕曲轴的纵向轴线从第一曲柄销的偏心距旋转180度的偏心距。第三枢转销联接至摆动臂的第一端部，摆动臂的第二端部可旋转地联接至第四枢转销，该第四枢转销联接至附连至旋转轴的旋转臂的远端，该旋转轴联接至曲轴的旋转。
[0006]还提出了一种单轴双膨胀式内燃机，其包括:发动机本体、汽缸盖、单根曲轴和多环节连杆组件;所述发动机本体包括第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸;所述汽缸盖流体地联接第一和第二动力汽缸和所述膨胀机汽缸;第一和第二动力活塞，分别在第一和第二动力汽缸中往复运动，且每个连接至曲轴的相应的第一曲柄销;所述多环节连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂正交于曲轴的纵向轴线延伸，且支撑第一枢转销、第二枢转销和第三枢转销;所述第三枢转销联接至摆动臂的第一端部，所述摆动臂的第二端部可旋转地联接至第四枢转销，该第四枢转销联接至旋转臂的远端；和移相器，将所述旋转臂联接至旋转轴，该旋转轴与曲轴的旋转耦合;其中，所述移相器实现所述旋转臂关于与曲轴的旋转耦合的所述旋转轴的定相控制。
[0007]在每次回转期间，当所述移相器控制旋转元件至第一相对定相时，所述膨胀机活塞在第三汽缸中在TDC和BDC之间以最大距离往复运动，在每次回转期间，当所述移相器控制旋转元件至第二相对定相时，所述膨胀机活塞在第三汽缸中在TDC和BDC之间以最小距离往复运动。
[0008]所述多环节连杆组件的第一枢转销和第二枢转销限定第一线性距离，所述多环节连杆组件的第二枢转销和第三枢转销限定第二线性距离，并且其中，在第三汽缸中往复运动的所述膨胀机活塞的线性行程的大小基于所述第一线性距离和所述第二线性距离而限定。
[0009]所述第一和第二动力活塞分别在所述第一和第二动力汽缸中同时往复运动，所述膨胀机活塞在所述膨胀机汽缸中往复运动，与所述第一和第二动力活塞的相差为180°。
[0010]所述第一和第二动力汽缸以及所述膨胀机汽缸具有平行的纵向中心轴线，并且其中，所述膨胀机汽缸的纵向中心轴线从形成在所述第一和第二动力汽缸的纵向中心轴线之间的平面偏移。
[0011]汽缸盖包括第一排气口、第一排气流道和将第一动力汽缸流体地连接至膨胀机汽缸的第一膨胀机汽缸进气口，以及第二排气口、第二排气流道和将第二动力汽缸流体地连接至膨胀机汽缸的第二膨胀机汽缸进气口。
[0012]第一动力汽缸在四冲程燃烧循环中操作，第二动力汽缸在四冲程燃烧循环中操作，膨胀机汽缸在两冲程燃烧循环中操作。
[0013]本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本教导的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
【附图说明】
[0014]图1示意地示出根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的一个实施例的端视图；
[0015]图2示意地示出根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的一个实施例的一部分的顶视图；
[0016]图3图形化地表示出与根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的实施例的操作相关联的压力-容积(PV)表；
[0017]图4-1至4-5以图示出根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的实施例在与其操作相关联的按顺序执行的发动机冲程期间的操作，该发动机包括可选的增压器;和
[0018]图5图形化地示出根据本发明的单轴双膨胀式内燃机在单个燃烧循环过程中在各个进气和排气阀的打开和关闭方面的操作，所述阀与曲柄角度和汽缸容积排量以及相应火花点火事件相关；
[0019]图6图形化地示出在此描述的根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的实施例在单个燃烧循环的过程中在旋转臂关于曲轴的旋转位置的两个不同旋转相位置的操作，其包括膨胀机活塞关于发动机曲柄角度的活塞位置(mm);和
[0020]图7图形化地示出与根据本发明的单轴双膨胀式内燃机的实施例的操作相关联的结果，其包括在定相元件的权限范围上的关于定相元件的定相的在TDC和MC处的活塞位置，所述权限范围在最小定相位置和最大定相位置之间。
【具体实施方式】
[0021]参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记用于标识相似或相同的构件，图1示意地示出单轴双膨胀式内燃机(发动机HO的一个实施例的端视图，图2示意地示出根据本发明的发动机10的实施例的一部分的顶视图。相同的附图标记表示各图中相同的元件。发动机10包括具有复合汽缸构造的发动机本体12，其包括在此描述的汽缸三元组30、用于曲轴20的曲轴主支承安装件和汽缸盖60。尽管只示出一个汽缸三元组30，但发动机本体12可限定多个在此描述的汽缸三元组30。实体描述参照三维轴线进行，三维轴线包括纵向轴线15、水平轴线17和垂直轴线19，纵向轴线15由曲轴20的曲轴中心线24限定，垂直轴线19由发动机汽缸32、34、36(构成汽缸三元组30中的一个)的平行纵向轴线限定，水平轴线17限定为正交于纵向轴线15和垂直轴线19。盘形飞轮95与曲轴20同轴且可旋转地联接至曲轴20。
[0022]每个复合汽缸构造包括汽缸三元组30中的一个，其包括第一和第二动力汽缸(分别为32、34)以及第三膨胀机汽缸36。第一动力汽缸32容纳第一动力活塞42，第一动力活塞42通过第一连杆43可旋转地联接至曲轴20的第一曲柄销26，且可在其中移动，以连同曲轴20的旋转而上下平移，且还限定第一动力汽缸中心线33。类似地，第二动力汽缸34容纳第二动力活塞44，第二动力活塞44通过第二连杆45可旋转地联接至曲轴20的第二曲柄销27，且可在其中移动，以连同曲轴20的旋转而上下平移，且还限定第二动力汽缸中心线35。第一和第二动力汽缸32、34，第一和第二动力活塞42、44，以及相关联的部件在尺寸上等同，第一和第二曲柄销26、27径向上重合，S卩，它们以相同旋转角度可旋转地联接至曲轴20。在一个实施例中，第一和第二动力汽缸中心线33、35限定与曲轴中心线24相交的平面。替换地，如所示，第一和第二动力汽缸中心线33、35限定自曲轴中心线24偏离的平面。
[0023]膨胀机汽缸36邻近第一和第二动力汽缸32、34，且具有中心线37，中心线37平行于第一和第二动力汽缸中心线33、35 ο膨胀机活塞46容纳在膨胀机汽缸36中，且可在其中移动以上下平移，并联接至第三连杆47，第三连杆47通过多环节连杆组件50可旋转地联接至曲轴20。膨胀机汽缸36优选地容积比各个动力汽缸32、34大得多，且优选地处于各个动力汽缸32、34中的一个的容积排量的1.5至4.0倍的范围内。膨胀机汽缸36的汽缸排量(如基于TDC位置和BDC位置之间的活塞运动所限定的是应用特定的且如在此描述地确定。此外，膨胀机汽缸36的TDC位置和BDC位置可变化，如在此所述的。
[0024]汽缸盖60是整合的装置，包括铸造部分、机加工部分和组装部分，用于控制和引导进气空气、燃料和燃烧气体流入和流出第一和第二动力汽缸32、34和膨胀机汽缸36，以实现发动机操作，来产生机械功率。汽缸盖60包括结构承载支撑件，用于动力汽缸凸轮轴(一个或多个)和膨胀机凸轮轴(一个或多个)。汽缸盖60分别包括第一和第二动力汽缸进气流道70、74，进气流道70、74分别流体地连接至第一和第二动力汽缸进气口 71、75，发动机进气空气流分别由第一和第二动力汽缸进气阀62、64控制。如所示，每个汽缸存在两个进气阀，但是可采用任何适当数量，例如每个汽缸一个或三个进气阀。发动机进气空气源自于环境空气源，其可在进入第一和第二动力汽缸进气流道70、74之前通过加压装置，诸如涡轮增压机或增压器。汽缸盖60还包括第一和第二动力汽缸排气口 72、76，发动机排气空气流分别由第一和第二动力汽缸排气阀63、65控制。如所示，每个汽缸存在两个排气阀，但是可采用任何适当数量，例如每个汽缸一个或三个排气阀。在一个实施例中，第一和第二动力汽缸进气阀62、64和排气阀63、65是常闭弹簧偏压的升降阀，其通过动力汽缸凸轮轴的旋转而被激活，且可替换地包括任何其他适当的阀和阀激活构造。
[0025]在一个实施例中，汽缸盖支撑起动燃烧所必需的元件，例如火花塞和燃料注射器，用于第一和第二动力汽缸32、34的每个。
[0026]第一动力汽缸排气口72经由第一膨胀机汽缸进气流道73流体地联接至第一膨胀机汽缸进气口 79，流动由第一膨胀机汽缸进气阀66和第一动力汽缸排气阀63控制。第二动力汽缸排气口 76经由第二膨胀机汽缸进气流道77流体地联接至第二膨胀机汽缸进气口 80，流动由第二膨胀机汽缸进气阀67和第二动力汽缸排气阀65控制。汽缸盖60还包括一个或多个膨胀机排气口 78，图中示出两个，并具有相应的膨胀机汽缸排气阀(一个或多个)68，膨胀机汽缸排气阀68流体地连接至膨胀机汽缸排气流道81，该流道通向排气系统，该排气系统可包括排气净化装置、涡轮增压机、排气声音调节装置等。在一个实施例中，第一膨胀机汽缸进气阀66、第二膨胀机汽缸进气阀67和膨胀机汽缸排气阀(一个或多个)68是常闭弹簧偏压的升降阀，其可通过膨胀机凸轮轴的旋转激活，且可替换地包括任何其他适当的凸轮轴构造。动力汽缸凸轮轴和膨胀机凸轮轴的旋转优选地被分度并链接至曲轴20的旋转。曲轴20的第一和第二曲柄销26、27通过第一和第二连杆43、45与第一和第二动力活塞42、44可旋转地联接。
[0027]多环节连杆组件50形成多杆连杆机构，其将自曲轴中心线24偏离的膨胀机活塞46的直线往复运动转化为曲轴20的旋转运动，同时最小化膨胀机活塞46的侧加载。膨胀机汽缸36的中心线37和曲轴中心线24之间的偏离量25关于图2示出。多环节连杆组件50包括刚性的主连杆臂52，其是包括第一枢转销53、第二枢转销54和第三枢转销55的三销板。主连杆臂52的第一枢转销53可旋转地联接至第三连杆47，第三连杆47联接至膨胀机活塞46。主连杆臂52的第二枢转销54可旋转地联接至曲轴20的第三曲柄销28。曲轴20的第三曲柄销28与多环节连杆组件50上的第二枢转销54并置，且从第一和第二曲柄销26、27旋转180°。主连杆臂52的第三枢转销55可旋转地联接至摇摆臂56的第一端部，摇摆臂56的第二端部可旋转地联接至第四枢转销57，其是联接至旋转臂58的远端的旋转锚定点，旋转臂58固定地附连至第二旋转轴59，以与之一起旋转。在一个实施例中，且如所示，可变定相装置(移相器)90插入在旋转臂58和第二旋转轴59之间，且将旋转臂58可旋转地联接至第二旋转轴59，以实现第四枢转销57处的旋转锚定点和旋转臂58的定相控制。诸如移相器90这样的定相装置的机械化和控制是已知的且不详细描述。第二旋转轴59在距曲轴中心线24的预定距离处可旋转地联接至曲轴20，且以相同旋转速度旋转，移相器90被控制为控制旋转臂58关于曲轴20的旋转位置的旋转定相。
[0028]在一个实施例中，移相器90的定相权限(phasing authority)为旋转0° (位置I)至180° (位置2)。控制移相器90的定相的实现是控制旋转臂58关于曲轴20的旋转位置的旋转定向，且参考图6和7描述。多环节连杆组件50优选地控制与第一和第二动力活塞42、44的往复运动相差为180°的膨胀机活塞46的往复运动。由此，当膨胀机活塞46处于上死点(TDC)时，第一和第二动力活塞42、44处于下死点(BDC)。此外，多环节连杆组件50的元件的设置影响膨胀机活塞46的冲程，且因此影响膨胀机汽缸36的容积排量和几何压缩比。
[0029]在曲轴20旋转通过第一、第二和第三曲柄销26、27和28期间，多环节连杆组件50将第一和第二动力活塞42、44的汽缸内平移与膨胀机活塞46的汽缸内平移机械地耦合。刚性主连杆臂52的第一枢转销53和第二枢转销54限定第一线性距离。第二枢转销54和第三枢转销55限定第二线性距离。包括主连杆臂52的该构造允许膨胀机活塞46的冲程与第三曲柄偏心距长度(throw I ength)不同，该长度由曲轴20的第三曲柄销28限定。优选地，多环节连杆组件50将膨胀机活塞46关于第三曲柄销28的曲柄偏心距长度的冲程放大，放大因子由其几何布局确定，该几何布局包括枢转销之间的第一和第二线性距离。在TDC点和BDC点之间的膨胀机活塞46的线性行程距离的大小基于以下确定:杆臂，S卩，枢转销之间的第一线性距离和第二线性距离、第三曲柄偏心距(throw)、旋转锚定臂和第四枢转销57的偏心距、以及旋转臂58关于曲轴20的定相全都影响膨胀机活塞46的冲程。
[0030]在此描述的发动机10的操作包括以下。第一和第二动力汽缸32、34二者在四冲程循环中操作，所述四冲程循环包括在曲轴旋转的720°上重复执行的进气-压缩-膨胀-排气冲程。与第二动力汽缸34相关联的四冲程循环和与第一动力汽缸32相关联的循环的相差为曲轴旋转的360°。这样，当第一动力汽缸32处于进气冲程时，第二动力汽缸34处于膨胀冲程，当第二动力汽缸34处于进气冲程时，第一动力汽缸32处于膨胀冲程。膨胀机汽缸36在包括进气冲程和排气冲程的两冲程循环中操作，其中，进气冲程与第一和第二动力汽缸32、34的排气冲程交替地协调。这样，每个动力汽缸32、34以交替的方式将其排气排放到膨胀机汽缸42中。该操作以图像的方式参考图4显示。
[0031]图4-1至4-5以图示出单轴双膨胀式内燃机410的实施例在与其操作相关联的按顺序执行的发动机冲程期间的操作，该内燃机包括可选的用于为进气空气加压的增压器、第一和第二动力汽缸432和434和膨胀机436。图3以图表示出相应的压力-容积(PV)图示，其与图4-1至4-5的冲程中的操作相关联。PV图示包括绘制在垂直轴线上的汽缸内压力(巴)310，其相对于绘制在水平轴线上的汽缸排出容积(L)320，且PV图示包括PV线，其表示与第一动力汽缸432相关联的功(340)和与膨胀机汽缸436相关联的功(350)。各个箭头表不与各个汽缸相关联的活塞的行程的方向。
[0032]图4-1示出第一进气/第二膨胀冲程，其包括在进气冲程中的第一动力汽缸432、在动力冲程中的第二动力汽缸434和在排气冲程中的膨胀机汽缸436。表不与图3中的第一动力汽缸432相关联的功的线340的相应线段341表示随动力汽缸容积增加而压力轻微降低。
[0033]图4-2示出第一压缩/第二排气冲程，其包括在压缩冲程中的第一动力汽缸432、在排气冲程中的第二动力汽缸434和在膨胀冲程中的膨胀机汽缸436，其利用来自第二动力汽缸434的输入流。表示与图3中的第一动力汽缸432相关联的功的线340的相应线段342表示随动力汽缸容积降低而压力明显增加。
[0034]图4-3示出第一膨胀/第二进气冲程，其包括在膨胀冲程中的第一动力汽缸432、在进气冲程中的第二动力汽缸434和在排气冲程中的膨胀机汽缸436。表不与图3中的第一动力汽缸432相关联的功的线340的相应线段343表示随动力汽缸容积增加而压力明显降低。
[0035]图4-4示出第一排气/第二压缩冲程，其包括在压缩冲程中的第一动力汽缸432、在压缩冲程中的第二动力汽缸432和在膨胀冲程中的膨胀机汽缸436，其利用来自第一动力汽缸434的输入流。表不与图3中的第一动力汽缸432相关联的功的线340的相应线段344表不随动力汽缸容积降低而压力连续降低，并完成了对于第一动力汽缸432的循环环路。表示与膨胀机汽缸436相关联的功的线350的相应线段354表示随膨胀机汽缸容积增加而压力连续降低。
[0036]图4-5示出第一进气/第二膨胀冲程的第二循环，其包括在进气冲程中的第一动力汽缸432、在动力冲程中的第二动力汽缸434和在排气冲程中的膨胀机汽缸436。表示与图3中的第一动力汽缸432相关联的功的线340的相应线段341表示随动力汽缸容积增加而压力轻微降低。表示与膨胀机汽缸436相关联的功的线350的相应线段355表示汽缸内压力随汽缸容积降低初始不变，然后随着阀关闭而突然增加。
[0037]图5以图像示出在此所述的单轴双膨胀式内燃机10的实施例在单个燃烧循环过程中在各个进气和排气阀的打开和关闭方面的操作，所述阀与曲柄角度和汽缸容积排量和相应点火事件相关。总体上，第一和第二动力汽缸32、34 二者在四冲程循环中操作，所述四冲程循环包括在曲轴旋转的720°上重复执行的进气-压缩-膨胀-排气冲程，与第二动力汽缸34相关联的循环和与第一动力汽缸32相关联的循环的相差为曲轴旋转的360°。膨胀机汽缸36在包括进气冲程和排气冲程的两冲程循环中操作，其中，进气冲程与第一和第二动力汽缸32、34的排气冲程交替地协调。这样，每个动力汽缸32、34以交替的方式将其排气排放到膨胀机汽缸36中。膨胀机汽缸36优选地容积比各个动力汽缸32、34大得多，且优选地处于各个动力汽缸32、34中的一个的容积排量的1.5至4.0倍的范围内。
[0038]数据包括膨胀机汽缸36的容积排量(560)、第一和第二动力汽缸32、34的容积排量(540,550),包括进气阀512和排气阀514的打开(I)和关闭(O)以及相关联燃烧事件515的第一动力汽缸32的操作(510)，包括进气阀522和排气阀524的打开(I)和关闭(O)以及相关联燃烧事件525的第二动力汽缸34的操作(520)，包括第一进气阀532、第二进气阀531和排气阀534的打开(I)和关闭(O)的第一膨胀机汽缸36的操作(530)，所有这些相对于名义-360°曲柄角度至名义+720°曲柄角度的发动机曲柄角度505同时绘制。
[0039]利用复合汽缸构造的所示构造包括汽缸三元组中的一个，其分别包括第一和第二动力汽缸32、34，和第三、膨胀机汽缸36，多环节连杆组件50包括刚性主连杆臂52，主连杆臂52包括第一枢转销53、第二枢转销54、第三枢转销55、摆动臂56，该摆动臂56经由旋转臂58机械地联接至旋转移相器90。多环节连杆组件50将第一和第二动力活塞42、44的汽缸内平移与膨胀机活塞46的汽缸内平移机械地耦合。
[0040]对于单轴双膨胀式内燃机10的一个实施例，参考图6和7描述利用移相器90控制定相以控制旋转臂58关于曲轴20的旋转位置的旋转定向的实现。图6以图像示出在此描述的单轴双膨胀式内燃机10的实施例在单个燃烧循环的过程中在旋转臂58关于曲轴20的旋转位置的两个不同旋转相位置的操作。数据包括垂直轴线610上的膨胀机汽缸36的汽缸容积，其关于水平轴线620上的发动机曲柄角度。当移相器90在移相器旋转的第一位置被控制时，膨胀机活塞46在其在TDC点和BDC点之间的最大线性距离往复，得到由线625所示的最大排出容积。当移相器90在移相器旋转的第二位置被控制时，膨胀机活塞46的位置在其在TDC点和BDC点之间的最小线性距离往复，得到由线615所示的最小排出容积。
[0041]图7以图像示出与单轴双膨胀式内燃机10的实施例的操作相关联的结果，包括关于水平轴线720上的移相器90的定相旋转位置示出的垂直轴线710上的TDC 715和BDC 725处的膨胀机活塞46的活塞位置。定相旋转位置包括位置1722和位置2724，位置I和位置2表示移相器90的定相权限范围。在TDC 715和BDC 725处的活塞位置在定相元件90在位置1722和位置2724之间的权限范围上被示出，位置I具有膨胀机活塞46的TDC点和BDC点之间的最大直线行程距离，位置2具有膨胀机活塞46的TDC点和BDC点之间的最小直线行程距离。结果显示定相元件90的控制权限在定向元件90在移相器旋转的第一位置和移相器旋转的第二位置之间的权限范围上无限可变。
[0042]该布置允许膨胀机汽缸36和相关联的膨胀机活塞46与曲轴中心线24明显偏离，而没有与活塞侧加载相关的操作问题。该布置允许膨胀机活塞46的冲程关于曲柄偏心距被选择，但不将冲程限制为与曲柄偏心距等同。
[0043]这样的构造通过更低的气体传递损失(由于膨胀机汽缸36的进气流道73、77的长度最小化)允许单轴双膨胀式内燃机10的实施例的更紧凑设计，包括总体上较短的发动机长度、较短的发动机高度和更好的发动机性能。
[0044]尽管已经对执行本教导的许多方面的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实践本教导的许多替换方面。
【主权项】
1.一种单轴双膨胀式内燃机，其包括: 发动机本体、汽缸盖、单根曲轴和多环节连杆组件； 所述发动机本体包括第一和第二动力汽缸和膨胀机汽缸； 所述汽缸盖流体地联接第一和第二动力汽缸和所述膨胀机汽缸； 第一和第二动力活塞，分别在第一和第二动力汽缸中往复运动，且连接至曲轴的相应的第一和第二曲柄销； 所述多环节连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂正交于曲轴的纵向轴线延伸，且支撑定位在主臂的第一端部上的第一枢转销、定位在主臂的中央部分上的第二枢转销和定位在主臂的第二端部上的第三枢转销； 所述第一枢转销经由连杆联接至在第三汽缸中往复运动的膨胀机活塞； 所述第二枢转销联接至曲轴的第三曲柄销，所述第三曲柄销具有绕曲轴的纵向轴线从第一和第二曲柄销的偏心距旋转180度的偏心距;和 所述第三枢转销联接至摆动臂的第一端部，所述摆动臂的第二端部可旋转地联接至第四枢转销，该第四枢转销联接至附连至旋转轴的旋转臂的远端，该旋转轴与曲轴的旋转耦入口 ο2.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，还包括插入在所述旋转臂和所述旋转轴之间的移相器，所述移相器实现所述旋转臂关于与曲轴的旋转耦合的旋转轴的定相控制。3.如权利要求2所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，在每次回转期间，当所述移相器控制旋转元件至第一相对定相时，所述膨胀机活塞在第三汽缸中在TDC和BDC之间以最大距离往复运动，而在每次回转期间，当所述移相器控制旋转元件至第二相对定相时，所述膨胀机活塞在第三汽缸中在TDC和BDC之间以最小距离往复运动。4.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述多环节连杆组件的第一枢转销和第二枢转销限定第一线性距离，所述多环节连杆组件的第二枢转销和第三枢转销限定第二线性距离，并且其中，在第三汽缸中往复运动的膨胀机活塞的线性行程的大小基于所述第一线性距离和所述第二线性距离而限定。5.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中同时往复运动，所述膨胀机活塞在所述膨胀机汽缸中往复运动，与所述第一和第二动力活塞的相差为180°。6.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述多环节连杆组件的第一枢转销和第二枢转销限定第一线性距离，所述多环节连杆组件的第二枢转销和第三枢转销限定第二线性距离，并且其中，在第三汽缸中往复运动的膨胀机活塞的线性行程的大小基于所述第一线性距离、所述第二线性距离以及连接在第三枢转销和发动机本体之间的摆动臂的线性长度而限定。7.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述第一和第二动力汽缸以及所述膨胀机汽缸具有平行的纵向中心轴线，并且其中，所述膨胀机汽缸的纵向中心轴线从形成在所述第一和第二动力汽缸的纵向中心轴线之间的平面偏移。8.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述汽缸盖包括第一排气口、第一排气流道和将第一动力汽缸流体地连接至膨胀机汽缸的第一膨胀机汽缸进气口，以及第二排气口、第二排气流道和将第二动力汽缸流体地连接至膨胀机汽缸的第二膨胀机汽缸进气 □ O9.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述第一动力汽缸在四冲程燃烧循环中操作，所述第二动力汽缸在四冲程燃烧循环中操作。10.如权利要求1所述的单轴双膨胀式内燃机，其中，所述膨胀机汽缸在两冲程燃烧循环中操作。
【文档编号】F02B75/18GK105840305SQ201610054788
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】R.P.达雷特, P.M.纳特, P.P.安德鲁斯基维茨, S.米勒, I.怀特赛德, S.安斯蒂
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司