内燃发动机的制作方法
【专利摘要】这包括一个或多个气缸(120、130)和彼此相对的动力凸轮(300、400)，其中一个或多个气缸(120、130)在其中具有活塞(140、150、160、170)，并且彼此相对的动力凸轮(300、400)连接至相应的第一及第二旋转轴(500、600)。活塞(140、150、160、170)的往复运动使其在动力凸轮(300、400)上运动，从而带动旋转轴(500、600)旋转运动。附接装置(700)被提供以用于将旋转轴(500、600)彼此连接。附加装置(700)包括用于改变第一及第二旋转轴(500、600)的相对角位置的换档装置(705)。这使得发动机分布和压缩比被动态地改变。
【专利说明】
内燃发动机
技术领域
[0001 ]本公开涉及发动机，如内燃发动机，并且更具体地涉及对冲活塞发动机。
【背景技术】
[0002]对冲活塞燃烧发动机在本领域是已知的。在这种发动机中，至少一个公共气缸被提供为具有布置在各个端部处的一个活塞。两个对冲活塞通常形成燃烧室。当在其中进行燃烧时，气体抵着两个活塞运动，从而在相反的方向上驱动两个活塞。
[0003]通常，对冲活塞发动机提供有布置在气缸的一个端部附近的进气端和布置在气缸的另一端附近的排气端，并且进气端和排气端中的每个由相应的活塞驱动。
[0004]存在着具有用于动力传输的动力凸轮或具有机轴的对冲活塞发动机。本公开涉及具有用于动力传输的动力凸轮的对冲活塞发动机。
[0005]US5551383、EP0357291和W02005008038中公开了这种发动机的示例。发动机被公开为包括适于在相反方向上往复运动的对冲活塞和携带两个动力凸轮的主轴。活塞在它们的驱动端部处提供有在动力凸轮上运动的从动轮或轴承。活塞的往复运动使主轴旋转运动。
[0006]在W02010118457中，例如，一对活塞定位成沿着气缸的纵轴线在相反方向上往复运动。燃烧室被限定在活塞之间。第一轴和第二轴被提供成连接至轴向相隔开的相应的凸轮，并且彼此对准。在操作中，第一轴在与第二轴相反的方向上连续地旋转。第二轴具有纵向孔，第一轴能够通过该纵向孔延伸和旋转。这种发动机在使用中不适于改变其配置。
[0007]以同一
【申请人】的名字提交的W02012113949公开了发动机，该发动机包括中空轴和中空臂，中空臂从中空轴凸出并且连接至相应的气缸，相应的气缸中的每个具有在其间限定出室的对冲活塞。发动机还包括两个相对的动力凸轮，形成在相应的活塞中的轴承滚动到该相对的动力凸轮上以驱动发动机。
[0008]这些燃烧发动机的主要优点在于去除或至少大量地减少了侧负载。然而，上述现有技术的燃烧发动机是昂贵的，并且当必需制造具有不同特性的不同发动机时尤为如此。此外，所述现有技术的燃烧发动机是高油耗且低性能的发动机。
[0009]因此，存在着提供能够容易制造而与发动机是否具有彼此不同的特性无关、且具有高性能和动力的对冲活塞发动机的需要。
【发明内容】
[0010]本内燃发动机为对冲活塞类型。其包括发动机块，发动机块优选地具有能够通过例如机器加工制成的圆柱形状。然而，本对冲活塞发动机的发动机块可为棱形或者甚至在形状上是不规则的。这种燃烧发动机可为汽油或柴油发动机、或者甚至为生物燃料发动机。在一个优选的实施方式中，本内燃发动机可为三冲程发动机。发动机块内提供有至少一个气缸。一个优选的实施方式为具有下面给出的特征中的至少一些特征的三冲程双缸对冲活塞发动机。气缸可布置成在如水平、竖直或倾斜的、任意期望的位置中工作。
[0011]发动机块内提供有彼此相对的至少第一及第二动力凸轮。动力凸轮中的每个连接至第一及第二旋转轴的相应的相对端部，或者为第一及第二旋转轴的相应的相对端部的一部分。因此，动力凸轮可与相应的旋转轴一同旋转。相应的输出轴连接至相应的动力凸轮，或者为相应的动力凸轮的一部分。在操作中，第一及第二旋转轴、输出轴和相应的动力凸轮一同旋转。
[0012]第一及第二旋转轴彼此对准。所述旋转轴优选地布置在发动机块内的中心部分中。第一及第二旋转轴之间的间隔优选地提供在它们相应的端部之间，以使得它们彼此邻近、但不彼此接触。
[0013]如上所述，本发动机可包括一个或多个气缸。根据气缸的数量，动力凸轮将具有由相对应的凸出区域限定的不同数量的凸轮轨道。例如，对于双缸发动机而言，动力凸轮具有由两个相应的凸出区域限定的两个凸轮轨道。这使得在具有良好的重量平衡的轴的每次转动时进行两次发动机循环。
[0014]本发动机的气缸可与发动机块一体成型。然而，不排除气缸为联接至发动机块的分离部分的实施方式。
[0015]在每个气缸内布置有两个相对应的活塞。在使用中，活塞沿着气缸的纵轴线往复运动。每个活塞包括活塞头、活塞体和连接件。连接件旨在使活塞头与活塞体彼此连接。连接件如连接杆那样形成，但无摆动移动或很小的摆动移动。很小的摆动移动优选为适应部分之间因制造瑕疵或公差而导致的小的移动。连接件可包括若干个基本上平行的杆，从而减轻组件。形成连接件的平行杆通过上部公共轴和底部公共轴相互联接，从而连接活塞头与活塞体。
[0016]每个气缸中的两个活塞之间限定有燃烧室。例如根据本发动机是汽油发动机或柴油发动机，燃烧室内提供有至少一个火花塞或喷油嘴。
[0017]进气端和排气端也形成在发动机块中并且通过各个气缸与燃烧室相关联。一个或多个火花塞(汽油发动机)或喷油嘴(柴油发动机)提供在室中。不排除能够应用本结构的其它发动机类型，如生物柴油发动机、气体发动机等。在汽油发动机的情况下，它们能够通过汽化器或间接/直接喷射来工作，其中直接喷射是最为优选的。
[0018]活塞头携带压缩活塞段。这种活塞段布置在活塞中位于燃烧室附近的一个端部处。活塞头也携带润滑活塞段。这种润滑活塞段布置在活塞头的一个端部部分(即，活塞裙)中。活塞段(尤其是润滑活塞段)的定位与活塞冲程以及所述进气端和排气端的定位紧密相关。考虑到压缩冲程中该端不能够被打开以防止油进入该端并因此进入气缸，润滑活塞段优选地布置得尽可能靠近压缩活塞段。
[0019]当压缩气体在与相应的动力凸轮相关联的输出轴上转换为扭矩时，活塞体承受主要负载。
[0020]如上所述，动力凸轮布置在彼此面对的第一及第二旋转轴的相应的外端部处。活塞中的每个具有驱动端部，驱动端部适于在相应的动力凸轮上运动，以便活塞的往复运动带动第一及第二旋转轴的旋转运动以驱动发动机。
[0021]在一个示例中，两个凸轮限定在各个动力凸轮中，在动力凸轮中限定有以180°相等的波轨道。尤其是，一个活塞中的动力凸轮具有两个进气凸轮轨道，而另一活塞中的动力凸轮具有两个排气凸轮轨道。
[0022]如上所述，排气端和进气端相对应地形成在发动机块中并且与活塞之间的燃烧室相关联。排气端由排气活塞(即，与具有排气凸轮轨道的动力凸轮相关联的活塞)驱动，而进气端由进气活塞(即，具有进气凸轮轨道的动力凸轮相关联的活塞)驱动。端的打开和关闭由此受凸轮轨道的轮廓的控制。
[0023]在本发动机的一个示例中，相应的凸轮轨道中的波中的每个限定至少两个部分，即，上升或压缩部和下降或动力部。波被设计成使得排气活塞相对于进气活塞提前。然而，相应的凸轮轨道中的波中的每个可在压缩部与下降部之间限定至少附加的平坦部。
[0024]重要的是要注意进气和排气凸轮轨道不需要彼此不同。在进气和排气凸轮轨道相等的情况下，所述凸轮轨道应具有适当的角度偏移。
[0025]因此，根据本发动机的重要特征，在动力冲程结束之前，排气端通过相对应的活塞头在进气端之前被打开，并且在压缩冲程开始时，通过相对应的活塞头在进气端被关闭之前被关闭。
[0026]根据本发动机的重要特征，提供了附加装置。附加装置布置在例如发动机块内。附加装置适于将第一及第二旋转轴彼此连接，以使得它们能够一同旋转。因此，在操作中，附加装置与第一及第二旋转轴一同旋转。第一及第二旋转轴的部分被适当地润滑。
[0027]这种附加装置包括换档装置。换档装置可包括滑块，滑块能够移动，例如，沿着纵轴线移动。如受适当的控制单元控制的伺服马达的马达装置能够用于驱使滑块。
[0028]随着滑块被驱使，第一及第二旋转轴彼此旋转，S卩，它们的相对角位置被改变。这转而使得动力凸轮的相对角位置改变。
[0029]出于这种目的，滑块可具有齿或通道，该齿或通道适于与形成在第一及第二旋转轴中的相应的外齿或通道啮合。具体地，第一及第二旋转轴的齿或通道形成在它们相应的彼此相邻或近的端部处。在一个实施方式中，滑块的齿或通道形成在滑块内部，而旋转轴的齿或通道形成在所述旋转轴的端部外部。
[0030]滑块以及第一及第二旋转轴的齿或通道例如可为螺旋状。在这种实施方式中，第一旋转轴的齿或通道相对于第二旋转轴的齿或通道对称。此外，第一及第二旋转轴中的齿的对称平面与第一及第二旋转轴垂直，由此限定螺旋状齿轮。
[0031]只要第一及第二旋转轴随着换档装置被驱使而彼此旋转，则齿或通道的其它几何形状也是可能的。
[0032]换档装置的驱使使得动力凸轮以及第一及第二旋转轴彼此旋转，由此使得发动机分布和压缩比被改变。发动机分布和压缩比的改变是动态且同步地进行的，并且涉及在发动机操作期间改变排气和进气端的驱使。如下面解释的那样，燃烧室内的量也被改变，并因此发动机压缩比被改变。
[0033]可变分布有利地通过简单的方式实现，从而允许在宽范围的发动机速度上递送更高的扭矩。进气端和排气端的打开和关闭在发动机需要的任意时间适用。由于这大大地增加了发动机性能并且在减少的消耗和污染物的情况下获得了增加的扭矩和动力，因此这是重要的优点。
[0034]可变分布可根据受控制单元控制的诸如发动机速度、进气收集器中的气压、油门位置等的发动机的需要进行控制。当发动机处于低速时(从空转速度开始)，试图使排气打开得稍早于进气打开，这是因为通过这种稍早的排气打开能够及时释放气缸内的压力，由此在进气端打开时允许气体以尽可能优化的方式进入而不缩减。通过本可变分布发动机，当进气端打开时，气缸内的压力小于进气收集器内的压力或大气压，以便于开始气体的进气。本可变分布发动机允许排气端尽可能晚地打开，以充分利用在动力冲程期间释放的能量并且在输出轴上获得尽可能高的动力。另一方面，随着发动机速度增加(如上所述，虽然这也取决于许多其它变形，但是发动机速度是最为重要的)，重要的是先行打开排气端，并由此在打开进气端之前补偿可用于释放气缸内的压力的较短的时间。
[0035]所有这些是通过适当地改变动力凸轮相对于彼此的相对角位置来实现的。排气和进气凸轮轨道通过使排气凸轮轨道相对于进气凸轮轨道提前的方式、或者通过使进气凸轮轨道相对于进气凸轮轨道延迟的方式轻微地旋转。这涉及随着附加装置的滑块相对于其零位置(空转)移动，排气凸轮轨道相对于进气凸轮轨道旋转提前，从而使得排气端在动力冲程中在进气端之前被打开，并且在压缩冲程中在进气端之前被关闭。重要的是要注意，滑块移动得越多，排气相对于进气提前得越多，即，排气端相对于进气端打开和关闭得更快。因此动态地改变了分布。
[0036]压缩比也有利地通过将第一及第二旋转轴联接的附加装置的驱使、以简单的方式来实现。这允许了在发动机处于操作时动态地调节发动机的压缩比。通过这种方式，可在使发动机以不同的负载工作的同时增加燃料效率。具体地，活塞位于上止点处并且滑块处于其静止位置或零位置(在第一及第二轴中没有相对旋转)。理想地，该位置与发动机空转时的位置相符，由此两个动力凸轮中的凸轮轨道相符。应注意，在进气和排气凸轮轨道相等的情况下，它们具有适当的角度偏移。在换档装置的所述位置中，压缩比最高，而这适合于低速。随着发动机增加速度，压缩比试图被降低以使得发动机条件在所有时间都保持靠近于发动机的最佳点。这种调节取决于诸如进气收集器中的气压、发动机负载、油门位置(动力需求)等的若干发动机参数(不仅是发动机速度)。因此，为了减少压缩比，换档装置的位置朝着第一及第二轴轴向地改变。这使得排气凸轮轨道从进气凸轮提前一定角度。考虑为最高点的进气凸轮轨道的顶部被取作用于汽油发动机中的火花塞的点火(或柴油发动机中的喷射的驱使)的基准。由此，当进气活塞处于其最高点(TDC位置)处时，排气活塞开始移动到其TDC位置下方，由此增加燃烧室并由此降低压缩比。因此，受控制单元控制的换档装置连续移动以使得压缩比更好地适用于发动机的要求和需求。
[0037]发动机分布和压缩比通过附加装置同步且动态地变化。
[0038]设想了用于凸轮轮廓的至少两个可能的配置以及使附加装置工作的方式，这主要影响其开始位置和初始旋转角度(在空转速度处)。
[0039]第一可能的配置在于凸轮轨道设计成在动力冲程中排气端首先被打开，并且在压缩冲程中它们首先被关闭。通过这种方式，在空转速度处，凸轮轨道的顶部被对齐。如上所述，该位置对应于附加装置的零位置。因此，排气轨道不需要相对于进气轨道提前。在动力冲程结束时排气端进气端之前被打开，并且在压缩开始之前他们被关闭。从该位置，当发动机输出轴旋转时，附加装置通过如上所述受控制单元控制的伺服马达移动，从而使滑块的齿或通道在第一及第二旋转轴中以使第一及第二旋转轴彼此旋转的角度运动到第一及第二旋转轴，即，动力凸轮的相对角位置被改变，从而使发动机分布和压缩比动态且同步地变化。
[0040]凸轮轨道的另一可能的配置为使波的峰和谷相等，并且使排气和进气凸轮轨道相等。在这种情况下，为了使发动机工作，附加装置必需从排气凸轮轨道相对于进气凸轮轨道旋转适当角度的位置开始。通过这种配置，发动机能够在两个旋转方向上运行。
[0041]相应的反凸轮与各个动力凸轮相对应且相关联地形成。反凸轮由此附接至相应的第一及第二轴、或为相应的第一及第二轴的一部分，以及也福戒指相应的动力凸轮、或为相应的动力凸轮的一部分。反凸轮的直径优选地小于动力凸轮的直径，并且它们彼此面对。反凸轮的目的在于防止活塞在相同气缸中的冲突，而这可能在活塞的惯性力处于与动力凸轮的方向相反的方向上且一个或多个气缸内的气压力低于惯性力时发生。第一及第二旋转轴与动力凸轮及反凸轮一同旋转。
[0042]在双缸发动机的具体示例及如上所述，两个凸轮轨道限定在各个动力凸轮中，从而限定相等的波长以使得一个活塞中的动力凸轮具有两个进气凸轮轨道，而是的另一活塞中的动力凸轮具有两个排气凸轮轨道。具体地，每个气缸在一侧处具有受由提供在动力凸轮中的进气凸轮轨道控制的活塞头控制的进气端。在气缸的另一侧处提供有受由提供在另一动力凸轮中的排气凸轮轨道控制的活塞头控制的排气端。
[0043]在一个特别优选的实施方式中提供了双缸发动机。两个气缸定位在第一及第二轴的任意侧上，即，两个气缸在轴的轴线方向上以180°分离。如上所述，两个活塞滑动地接收在彼此面对的各个气缸内部以用于驱动相应的动力凸轮和反凸轮。
[0044]气缸的排气和进气端根据凸轮轨道的形状及其旋转通过活塞头打开和关闭。如上所述，凸轮轨道的形状在动力冲程中使得排气端首先被打开并且在压缩冲程中排气端首先被关闭。
[0045]各个活塞包括活塞头、活塞体和连接件。连接件为一种连接杆，但其不摆动。连接件将活塞头与活塞体连接到一起。活塞头携带位于最靠近燃烧室的端部处的压缩环，以及位于活塞头(裙)的下部处的润滑环。活塞环(尤其是润滑环)的位置与活塞冲程以及气缸端的位置紧密相关。活塞体设计成当气压转换成轴扭矩时承受应力。
[0046]活塞可包括至少一个凸轮从动轮，例如，两个或三个凸轮从动轮。从动轮适于随着活塞移动而滚动到动力凸轮上。活塞还可包括至少一个反凸轮从动轮，例如，单个反凸轮从动轮。反凸轮从动轮适于滚动到反凸轮上。在一个优选的实施方式中，从动轮和反凸轮从动轮均安装在公共轴上。在一个实施方式中，所述公共轴至少基本上垂直于第一及第二轴以及气缸的纵轴线。
[0047]各个汽缸还可提供有用于防止活塞旋转的锁定装置，以在操作中使得活塞仅允许被移动。锁定装置可包括旨在接收形成在气缸中的凸出件的、沿着活塞形成的凹槽。锁定装置可选择性地包括旨在接收沿着气缸形成的凹槽的、形成在活塞中的凸出件。可选择性地包括其它等同的锁定装置以防止活塞旋转。
[0048]优选的是，气缸提供有两个相等的缺口，两个相等的缺口形成在适用于反凸轮从动轮的两个端部处，并且在压缩冲程期间它们的轴不与气缸冲突。
[0049]重要的是，随着其防止减少活塞重量，因此在动力冲程期间防止了振动并且减少了气缸与活塞体之间因较小的凸出而导致的杠杆效果，以及较小的摩擦，并且发动机将在尺寸上更加紧凑。
[0050]气缸优选为受迫空气冷却式的，但是它们也可为液体冷却式的。翅片区域被提供在气缸周围，而受迫空气经由翅片区域从冷却风扇流出。具体地，所述翅片区域被提供在气缸体的最外部分与气缸中接收活塞的部分之间的中间空间中。受迫空气从冷却风扇经由所述中间部分流动。由此通过分布得更好且效率更高的方式进行冷却。
[0051 ]相应的润滑部限定为发动机块的相对端部部分与发动机块自身之间。
[0052]在使用中，从活塞位于它们相应的凸轮轨道的顶部处并因此使它们彼此靠近的上止点(TDC)，气体在气缸与两个活塞头之间的燃烧室内以高温状态被压缩。例如由火花塞引起的、气体混合物的点火使燃烧室内的温度和压力增加，从而推动活塞并驱使它们移动。在这种动力冲程中，当在动力凸轮上运动时，活塞的直线移动转换成旋转移动，由此驱动发动机输出轴。
[0053]在动力冲程接近结束时，排气端通过活塞头打开，从而使气体因气缸与排气收集器的压差而被排放。如上所述，排气端的打开是事先进行的，以确保当进气端打开时气缸内的压力已显著降低以允许新鲜气体经由进气端进入。在进气端和排气端被打开的循环期间，新鲜气体从进气收集器进入，并且排放气体经由排气端清除。在开始提升步骤后不久，排气端通过排气活塞头关闭，而进气端以给定角度继续打开，由此优化气缸进气。一旦进气端被关闭，则开始压缩。在压缩步骤期间，燃料被喷射到气缸中。在之前不久，TDC点火再次开始引起燃烧。
[0054]设想了换档装置的附加实施方式。例如，动力凸轮中的一个可具有沿着其轴的通孔，并且其它动力凸轮可具有其轴，其轴延伸得使其经由其它动力凸轮至其后部。到了这一点，两个凸轮允许在它们之间没有链接的情况下自由旋转。在本实施方式中，用于使两个动力凸轮彼此旋转的换档装置接收在动力凸轮中具有通孔的后部与侧曲轴箱之间。所述换档装置也能够被提供在侧曲轴箱外部。
[0055]设想了另一实施方式，其中与换档装置互相作用的螺旋状斜面包括螺旋齿，并且次级轴被提供为与凸轮轴平行。所述次级轴具有两个螺旋状齿轮，两个螺旋状齿轮与轴的齿中的每个啮合。因此，该次级轴与动力凸轮轴一同旋转，并且使它们一同旋转。另一方面，所述次级轴能够直线移动，以改变动力凸轮之间的相对角度。
[0056]最终，在换档装置的另一实施方式中，动力凸轮和相对应的轴彼此不一体成型，并且动力凸轮能够相对于相对应的轴轻微旋转。在动力凸轮内部限定有径向分布的室。在这些室中的每个内提供有壁以将室划分为两个区域。所述壁与轴一体成型并且将每个室划分为两个子室。通过这种方式，当油在压力下适当地进给至各个子室中时，动力凸轮被驱使以旋转到期望的位置。
[0057]在另一实施方式中，凸轮轨道成型为使得峰和谷相等。在这种情况下，滑块应从一个位置(空转)开始至排气凸轮轨道相对于进气凸轮轨道旋转适当角度的位置。通过这种配置，发动机能够在两个旋转方向上操作。
[0058]由于进气和排气活塞对称地移动，因此优选的是进气和排气凸轮轨道的轮廓彼此相似，并且甚至相等，以便最小化振动(尤其是在低速时)。这使得气缸、活塞体、动力凸轮等的峰值力被大大地减小，由此降低磨损、振动等。本发动机关于与设计和计算是高度灵活的，由此其能够更好地配置以用于所期望的用途。
[0059]本内燃发动机提供许多优点。所述优点包括已知的对冲活塞发动机的共同优点、但不限于此，即，去除或至少大大地减少侧负载，并且非常简单因此是成本有效的配置。然而，本内燃发动机最显著优点在于分布和压缩比能够属于随着发动机运转动态且同步地变化。发动机分布和压缩比的这种动态且同步变化通过非常简单的方式实现，因此在宽范围的发动机速度上产生更高的扭矩，在对于发动机需要的任意时间适于打开和关闭进气端和排气端，并且在发动机以不同负载工作的同时产生增加的发动机性能、减少的污染物和增加的燃料效率。
[0060]本发动机的实施方式的附加目的、优点和特征将根据本说明书的实验而对于本领域技术人员变得显而易见，或者可通过其实践来习得。
【附图说明】
[0061]下文中将参考附图以非限制性示例的方式对本对冲活塞发动机的特定实施方式进行描述。
[0062]在附图中:
[0063]图1是双缸对冲活塞直喷式汽油发动机的一个实施方式的一般立体图，其中发动机块已示出为处于其组装状态，即，组装到发动机上；
[0064]图2是图1中所示发动机的一般立体图，其中发动机块已示出为移除了进气和排气收集器、侧曲轴箱和冷却箱；
[0065]图3是图1中所示发动机的一般立体图，其中发动机块处于其拆离状态，S卩，从发动机移除；
[0066]图4是图3中所示发动机的一般立体图，其中附加装置从旋转轴移除；
[0067]图5是附加装置的立体图；
[0068]图6是附加装置的滑块的立体图；
[0069]图7是一个活塞的侧立视图；
[0070]图8是沿图6中的线A-A’取得的剖视图；
[0071]图9和图10是从不同侧取得的图7和图8中所示活塞的立体图；
[0072]图11是示出动力凸轮中的一个和相应的反凸轮的立体图；
[0073]图12是示出其它动力凸轮和相应反凸轮的立体图；
[0074]图13是图1中所示对冲活塞发动机的侧立视图；
[0075]图14是沿图13中的线B-B’取得的剖视图；
[0076]图15是发动机块的立体图；以及
[0077]图16是发动机的侧曲轴箱的立体图。
【具体实施方式】
[0078]附图中以示例的方式示出了双缸三冲程对冲活塞直喷式汽油发动机。其作为整体由参考编号100来指示。
[0079]如附图中的图1所示，对冲活塞发动机100包括圆柱形发动机块110。图1中所示的实施方式为发动机块110的一个可能的示例。然而，根据具体要求，其可在形状上是不同的，如棱形或不规则形状。如图1中所示，出于冷却的目的，孔118、119形成在发动机块110中。
[0080]进气收集器116和排气收集器115被提供在发动机块110上。进气收集器116和排气收集器115通向相对应的排气端和进气端(未示出)。
[0081]通过发动机块110已从发动机100移除的、图3中所示发动机100的立体图可观察到两个气缸120、130。气缸120、130已通过短划线来描绘以示出相对应的提供在其中的相对应的活塞140、150和160、170，正如其在文中被进一步解释的那样。
[0082]气缸120、130在它们相对应的纵轴线X的轴线方向上彼此以180°相隔开地布置在发动机块110内部，其中它们相对应的纵轴线X彼此平行。虽然气缸120、130可为联接至发动机块110的分离的部分，但是气缸120、130与发动机块110—体成型。气缸120、130可布置成在如水平、竖直或倾斜的任意期望的位置中工作。
[0083]发动机块110还提供有如图1所示定位在其相对端部处的侧曲轴箱117，从而围绕气缸120、130。侧曲轴箱117在发动机块110内接收动力凸轮300、400，而动力凸轮300、400将在下文中被进一步解释。侧曲轴箱117吸收活塞膨胀力并且定义润滑区域。
[0084]如上所述，位于相应的气缸120、130中的两个活塞140、150和160、170彼此对准，以便在使用中活塞140、150和160、170沿着气缸的纵轴线(S卩，沿着它们的纵轴线X)往复运动。
[0085]活塞140、150和160、170与上述的进气端和排气端相关联。由此，排气端由排气活塞驱动，而进气端由进气活塞驱动。进气端和排气端的打开和关闭如下面说明的那样进行控制。
[0086]每个气缸120、130内限定由燃烧室250。具体地，如图4中所示，每个燃烧室250通过每个气缸120、130中的两个相邻的活塞140、150和160、170之间的空间形成。相对应的火花塞提供在每个气缸120、130中的燃烧室250内。如附图中的图1至图3中所示，火花塞230、231可通过形成在上壳体中并且接受在发动机块110内部的相对应的接入孔225、226来安装。上述的进气端和排气端与所述室250相对应地形成。
[0087]图7至图10示出了活塞140、150和160、170的一个实施方式。活塞140、150和160、170各自包括活塞头180、活塞体190和连接件200。连接件200可被示出在图8的剖视图中。连接件200形成为与用于将活塞头180与活塞体190彼此连接、而无摆动移动或很小的摆动移动的连接杆相似。在图8中所示的实施方式中，连接杆200包括通过底部公共轴220和上部公共轴221彼此联接的三个平行杆210，其中，底部公共轴220和上部公共轴221连接活塞头180与活塞体190。
[0088]如图7至10中所示，活塞头180携带压缩活塞段185和润滑活塞段186。压缩活塞段185布置在活塞140、150和160、170的、位于燃烧室250附近的一个端部处。考虑到压缩冲程中该端不能够被打开以防止油进入该端并因此进入气缸120、130，润滑活塞段186布置在活塞头180的、靠近压缩活塞段185的最底部中。
[0089]如图10中所示，每个活塞体190具有缺口 280。缺口 280形成在每个活塞140、150和160、170的一个端部处，并且适于防止活塞体与相对应的凸轮轨道冲突。另一方面，气缸120、130具有形成在相对的端部中的缺口 125、135以允许反凸轮从动轮228及其轴不会与气缸120、130冲突。这能够在附图中的图15中观察到。
[0090]活塞140、150和160、170提供有用于防止活塞140、150和160、170旋转的锁定装置。如图3和图4中所示，锁定装置包括沿着活塞体190形成的凹槽260，以旨在接收形成在气缸120、130中的凸出件270。凸出件270可附接至气缸120、130，或者其可与气缸120、130成整体。
[0091]如附图中的图2和图3中所示，附图中所示发动机100还包括两个彼此相对的动力凸轮300、400，更详细地，在图11和图12中为从发动机100拆离的。动力凸轮300、400在发动机块110内部旋转地装配在彼此面对的相对端部处。
[0092]如图11和图12中所示，每个动力凸轮具有凸轮轨道315、316、415、416。凸轮轨道315、316、415、416成型为使得第一旋转轴500和第二旋转轴600的每个半转导致完全燃烧并且完成热力循环。
[0093]具体地，图11和图12示出了动力凸轮300、400的进气凸轮轨道315、316和排气凸轮轨道415、416。进气凸轮轨道315、316彼此相等。排气凸轮轨道415、416彼此相等。
[0094]如上述图11和图12中所示，所述凸轮轨道315、316、415、416由形成在其中的相应的凸出区域或凸出件限定。根据冲程的使用，进气凸轮轨道控制进气活塞(即，与发动机进气冲程相关联的活塞)的移动，同时排气凸轮轨道控制排气活塞(即，与发动机排气冲程相关联的活塞)的移动。
[0095]端的打开和关闭由此由凸轮轨道315、316、415、416中的每个的轮廓以排气活塞相对于进气活塞提前的方式来控制。因此，在动力冲程的结束之前，排气端的打开在进气端的打开之间进行，并且在压缩排气端的开始时在关闭进气端之前关闭。
[0096]如图11和图12中所示，相应的输出轴310、410连接至相应的动力凸轮300、400。输出轴310、410可附接至动力凸轮300、400，或者可与动力凸轮300、400—体成型。
[0097]如图4中所示，第一旋转轴500和第二旋转轴600也在发动机块110内部提供在基本上中心部分中。第一旋转轴500和第二旋转轴600通过使它们的自由端部彼此邻近、但不彼此接触的方式彼此对准。如图11和图12中所示，第一旋转轴500和第二旋转轴600连接至相应动力凸轮300、400，或与相应动力凸轮300、400—体成型。
[0098]返回图7至图10，活塞140、150和160、170具有相应的驱动端部。活塞140、150和160、170中的每个中的驱动端部包括三个凸轮从动轮227。从动轮227适于滚动到相应动力凸轮300、400上。活塞140、150和160、170中的每个中的驱动端部还包括上述的反凸轮从动轮228。所述反凸轮从动轮228适于滚动到相应反凸轮305、405上，而反凸轮305、405将在下文中根据附图中的图3、图4、图11、弹簧12和图15进行更加详细的描述。如图7、图8和图10中所示，每个活塞140、150和160、170的驱动端部中的四个轮227、228安装在上述的公共轴220上。公共轴220布置成与活塞140、150和160、170纵轴线X和第一轴500和第二轴600垂直。
[0099]在操作中，从动轮227在相应的第一动力凸轮300和第二动力凸轮400上滚动。活塞140、150和160、170抵着动力凸轮300、400的往复运动产生带动第一旋转轴500和第二旋转轴600的旋转运动以驱动发动机100，从而使得输出轴310、410旋转。
[0100]现在参照附图中的图3至图6。如图3中所示，发动机100的第一旋转轴500和第二旋转轴600通过附加装置700彼此链接。在图4中为了清楚起见从发动机100移除以示出第一旋转轴500和第二旋转轴600的附加装置700布置在发动机块110内部。附加装置700将第一旋转轴500和第二旋转轴600彼此链接，以使得它们在操作时候能够一同旋转。
[0101 ]所述附加装置700在图5中被详细示出。附加装置700包括换档装置705。在图5中所示的实施方式中，换档装置705包括滑块710。滑块710包括彼此附接的两个主体711、712。滑块710受控制单元(未示出)控制，控制单元使滑块710通过包括伺服马达M的马达装置沿着第一旋转轴500和第二旋转轴600的纵轴线移动。并不排除用于移动滑块710的受控制单元(未示出)控制的其它马达装置，诸如包括液压马达的马达装置。
[0102]滑块710包括内套管720，内套管720通过轴承721旋转地安装在滑块710内。图6中详细地示出了在套管72的内表面中提供有一定数量的螺旋齿730。如图4、图11和图12中所示，内套管螺旋齿730布置成与形成在第一旋转轴500和第二旋转轴600的相应彼此相邻或近的端部处的、相应的螺旋齿505、605啮合。
[0103]驱动组件715包括在连接杆717上运行的驱动臂716。驱动组件715的连接杆717通过附接至驱动臂716和滑块710的主体711、712的叉元件718对驱动臂716和滑块710的主体711、712进行连接。
[0104]随着滑块710被驱使，S卩，随着由受控制单元控制的伺服马达M经由驱动组件715来使滑块710沿着第一旋转轴500和第二旋转轴600移动，滑块720的螺旋齿730与第一旋转轴500和第二旋转轴600的螺旋齿505、605的啮合使第一旋转轴500和第二旋转轴600的相对角位置改变，从而使得它们彼此轻微地旋转。这是因滑块720的螺旋齿730、505、605与第一旋转轴500和第二旋转轴600的对称布置而导致的。
[0105]在本具体示例中的进气动力凸轮300和排气动力凸轮400彼此相等。因此，动力凸轮300、400之间存在着适当的角度偏移。在本具体示例中，角度偏移为4，5°数量级。这意味着排气动力凸轮相对于进气动力凸轮提前。这是动力凸轮之间的初始角度偏移，而这不是因附加装置700导致的，而是因滑块720的螺旋齿730、505、605和第一旋转轴500和第二旋转轴600的设计而导致的。随后，从起始位置(空转)，随着发动机100运行，滑块710可行进16_数量级的最大移动，并由此使动力凸轮300、400彼此旋转，即，在本具体示例中，排气动力凸轮相对于进气动力凸轮提前达12，8°。然而，这根据齿轮齿距、齿形状(根据其是否为恒定半径齿或可变半径齿等)而有所不同。
[0106]在操作中，活塞140、150和160、170通过它们相应的驱动端部在动力凸轮300、400上运行，从而使它们与第一旋转轴500和第二旋转轴600在相同方向上一同旋转，并驱使滑块710，即，使滑块710沿着它们移动从而使发动机分布和压缩比改变。
[0107]如上所述且如图3、图4、图11和图12中所示，相应的反凸轮305、405与
[0108]各个动力凸轮300、400相对应地提供。如图15中所示，反凸轮305、405接收在形成在发动机块110的两个端部处的相应的凹槽240中。反凸轮305、405附接至相应的第一旋转轴500和第二旋转轴600，或为相应的第一旋转轴500和第二旋转轴600的一部分。反凸轮305、405附接至相应的动力凸轮300、400，或为相应的动力凸轮300、400的一部分。如图11和图12中所示，反凸轮305、405的直径小于动力凸轮300、400的直径。反凸轮305、405具有相同的形状，并且彼此面对。反凸轮305、405适于防止活塞140、150和160、170失去与动力凸轮300、400的凸轮轨道315、316、415、416的基础，并由此防止彼此可能的冲突，而这在活塞140、150和160、170的惯性力在与动力凸轮300、400的方向相反的方向上且气缸120或气缸130内的气压低于所述惯性力时发生。
[0109]虽然，已在本文中公开和示出了本发动机的仅一定数量的特定实施方式和示例，但是本领域技术人员将理解其它可选实施方式和/或使用以及其显而易见的修改和等同物均是可能的。
[0110]例如，虽然换档装置705已在本文中公开为包括滑块710以使得其沿着第一旋转轴500和第二旋转轴600的纵轴线移动，使所述第一旋转轴500和第二旋转轴600彼此旋转，但是其它可选机械实施方式是可能的。例如，换档装置705可能包括旋转致动器。如上所述，随着致动器旋转，第一旋转轴500和第二旋转轴600彼此旋转，从而使发动机分布和压缩比改变。
[0111]因此，本公开覆盖所描述的发动机的特定实施方式的所有可能的组合。与附图相关且在权利要求书中放在括号内的参考标记仅仅旨在增加权利要求书的可理解性，并且不应被解释成限制权利要求书的范围。因此，本公开的范围不应受特定实施方式的限制，而是仅应由随附的权利要求书的公平阅读来确定。
【主权项】
1.一种内燃发动机(100)，包括: 至少一个气缸(120、130)，所述至少一个气缸(120、130)提供有相对应的活塞(140、150、160、170)，所述相对应的活塞(140、150、160、170)布置成沿着各个气缸(120、130)的纵轴线(X)往复运动；以及 至少第一及第二动力凸轮(300、400)，所述至少第一及第二动力凸轮(300、400)彼此相对并且连接至相应的第一及第二旋转轴(500、600)，由此所述活塞(140、150、160、170)的往复运动使得活塞(140、150、160、170)在所述第一及第二动力凸轮(300、400)上运动从而带动所述第一及第二旋转轴(500、600)旋转运动以驱动所述内燃发动机(100)， 其中，所述发动机(100)还包括: 附加装置(700)，所述附加装置(700)用于将所述第一及第二旋转轴(500、600)彼此连接以使其能够一同旋转，所述附加装置(700)包括换档装置(705)，所述换档装置(705)用于改变所述第一及第二旋转轴(500、600)的相对角位置。2.如权利要求1所述的发动机(100)，其中，所述换档装置(705)包括滑块(710)，所述滑块(710)包括齿(730)，所述齿(730)适于与所述第一及第二旋转轴(500、600)中的相应的齿(505、605)啮合，以使得所述第一及第二旋转轴(500、600)随着所述滑块(710)沿着所述第一及第二旋转轴(500、600)的纵轴线移动而彼此旋转。3.如权利要求2所述的发动机(100)，其中，所述滑块(710)和所述第一及第二旋转轴(500、600)的所述齿(730、505、605)为螺旋状的，并且所述第一旋转轴(500)的所述齿(505)相对于所述第二旋转轴(600)的所述齿(605)对称。4.如权利要求2所述的发动机(100)，其中，所述第一及第二旋转轴(500、600)中的所述齿(505、605)的对称平面与所述第一及第二旋转轴(500、600)垂直。5.如权利要求2至4中任一项所述的发动机(100)，其中，所述换档装置包括用于驱使所述滑块的驱动装置。6.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述活塞(140、150、160、170)包括至少一个从动轮(227)，所述至少一个从动轮(227)适于滚动到动力凸轮(300、400)上。7.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述发动机包括: 反凸轮(305、405)，所述反凸轮(305、405)与各个动力凸轮(300、400)相关联以防止活塞(140、150、160、170)失去与所述动力凸轮(300、400)的接触。8.如权利要求7所述的发动机(100)，其中，所述活塞(140、150、160、170)包括至少一个反从动轮(228)，所述至少一个反从动轮(228)适于滚动到反凸轮(305、405)上。9.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，各个动力凸轮(300、400)提供有至少一个凸轮轨道(315、415)。10.如权利要求9所述的发动机(100)，其中，各个凸轮轨道(315、415)由设计成在动力冲程中使排气端在进气端之前打开并且在压缩冲程中使排气端在进气端之前关闭的两个相应的凸出区域来限定。11.如权利要求9或10所述的发动机(100)，其中，所述动力凸轮(300、400)中的所述凸轮轨道(315、415)彼此相似或相等。12.如权利要求9至11所述的发动机(100)其中，所述相应的凸轮轨道包括至少上升或压缩部和下降或动力部。13.如权利要求9至12所述的发动机(100)其中，所述相应的凸轮轨道还包括位于所述压缩部和所述下降部之间的至少附加的平坦部。14.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述发动机(100)为三冲程发动机。15.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，活塞(140、150、160、170)包括活塞头(180)、活塞体(190)以及用于连接所述活塞头(180)与所述活塞体(190)的连接件(200)o16.如权利要求15所述的发动机(100)，其中，各个气缸(120、130)内限定有燃烧室(250)，所述燃烧室(250)由各个气缸(120、130)中的两个相邻的活塞头(180)之间的空间形成。17.如权利要求8至16中任一项所述的发动机(100)，其中，所述气缸(120、130)具有缺口(125、135)，所述缺口(125、135)形成在相对两个端部中以允许所述反凸轮从动轮(228)及其轴不与所述气缸(120、130)冲突。18.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述活塞体(190)具有缺口(280)，所述缺口(280)形成在相对两个端部中以防止所述活塞体(190)在压缩冲程和动力冲程期间与所述凸轮轨道冲突。19.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述发动机还包括: 锁定装置，所述锁定装置用于防止活塞(140、150、160、170)相对于气缸(120、130)旋转的锁定装置。20.如权利要求16至19中任一项所述的发动机(100)，其中，所述活塞头(180)携带布置在所述活塞头(180)中位于所述燃烧室(250)附近的一个端部处的压缩活塞段(185)以及布置在所述活塞头(180)的最低部中的润滑活塞段(186)。21.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，所述发动机包括: 翅片区域，所述翅片区域提供在所述气缸周围，冷却流体能够通过所述翅片区域流动。22.如前述权利要求中任一项所述的发动机(100)，其中，各个气缸(120、130)在一侧处具有受由提供在一个动力凸轮(300)中的所述相对应的凸轮轨道控制的活塞控制的进气端、以及受由提供在相反动力凸轮(400)中的所述相对应的凸轮轨道控制的活塞控制的排气端。
【文档编号】F02D15/00GK105849383SQ201380080570
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2013年11月4日
【发明人】加里多·雷克纳·胡安
【申请人】颖引擎有限公司