专利名称：具有变容比的发动机的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及多个适当机构，用于调节可变压缩比发动机两根曲轴之间的瞬时扭矩水平。
为了达到这个目的，将可变定时传动机构连接到发动机的飞轮，并置于发动机飞轮与长行程曲轴的轴之间。
本发明提供一种机构，保证液压缸在可变定时传动机构控制上的位移引起两根曲轴的两根轴之间的角位置变化，从而在不需要小曲轴的轴上作用最轻轴向应力时，可以选择位置。
根据本发明，此新的发动机包括两根曲轴，一根具有长行程曲柄，另一根具有短行程曲柄。两根曲轴利用齿轮系和可变定时传动机构以相同的旋转速度连接到发动机的飞轮，其连接小齿轮是齿轮系的一部分，相对短行程曲轴角向位移，在两根曲轴之间形成无限的计时比，而不需要中断两根曲轴之间的传动。
根据本发明，可变定时传动机构的联接位于短行程曲轴第一轴承座内，从而满足所述联接的较大的轴向精度以及较小的整体尺寸。
根据本发明，提供一种可变定时传动机构，并紧固在气缸外壳中，使可变定时传动机构联接伸入发动机飞轮旁边的联接器外壳中。可变定时传动机构的设计使其可以与发动机外壳分开，相对于发动机的小冲程曲轴、大冲程曲轴和飞轮独立。
联接器外壳关闭盖有利地处于发动机飞轮旁边，所述关闭盖还作为可变定时传动机构引导气缸的紧固支撑。联接器外壳关闭盖的拆卸使紧固在气缸外壳的可变定时传动机构可以触及。可变定时传动机构作为可更换的机械组件可以从气缸外壳去除，而不必拆卸联接外壳。
根据本发明，成对的两个气缸是以其位移区分的，按倒V形状排列。成对的两个气缸在其上死点形成气缸外壳中的共用燃烧室，从而使气体这些气缸中的一个流到另一个，与活塞的位置无关。发动机还可以具有几对的两个气缸，每个气缸位于这两根曲轴之一的上方。短行程曲轴的曲柄操作较小气缸活塞的连杆，长行程曲轴的曲柄操作较大气缸活塞的连杆。
根据本发明，当发动机具有火花点火机构时，发动机包括余隙空间中的至少一个火花塞，点火是通过半速时与长行程曲轴同步的本领域公知的机构实现的。
根据本发明，当发动机具有压缩点火机构时，发动机包括余隙空间的至少一个燃料喷射器，燃料在半速时与长行程曲轴配合喷射。
根据本发明，发动机计时是通过在半速时与长行程曲轴配合的至少一根凸轮轴实现的，从而在四冲程循环的特定时刻通过进气和排气阀(未图示)将一对气缸周期性地连接进气和排气管(未图示)。膨胀冲程同时作用于成对气缸的每个活塞，从而使两根曲轴与原动力配合。两根曲轴直接连接到发动机外传动机构，使可变定时传动机构仅仅将短行程曲轴的发动机扭矩传递到发动机飞轮，而不传递到大曲轴的曲柄。可变定时传动机构的不同角间隙的作用是在最大压缩冲程过程中(最大位移的活塞的上死点)，修改最小位移形成的额外空间，此额外的空间是由余隙空间确定的，从而在可变定时传动机构冲程开始时朝最大值修改发动机压缩比，在可变定时传动机构冲程结束时朝最小值修改。
根据本发明，具有作用在可变定时传动机构上的控制气缸的液压放大器，与增压压力成正比改变较小气缸位移的额外体积，从而以最小的污染将发动机保持在最佳运行条件下。
根据本发明，在原型机上预先建立的程序允许去除过大的压力和温度应力。发动机的每个运行条件以逐点比例存储，从而包含了所有发动机输出能力。每个存储点是四个传感器测量的数值的综合进气压力、进气温度、发动机速度和发动机温度。每个组合与启动可变定时传动机构的气缸位置同步记录。这个程序允许标准型发动机按照与试验台的原型机的相同方式自动控制。燃料质量规格也是相同的，从而利用四个传感器测量的高频监测数值，相同运行状态能够在标准型发动机上精确重现。
根据本发明，为了改进第一和第二曲轴之间相位角的控制装置，提供可变定时传动机构的布局。此结构是由两根曲轴之间的一种新式间隔形成的，从而使可变定时传动机构在发动机飞轮旁边突出。可变定时传动机构具有直接连接的引导气缸，监测短行程曲轴和长行程曲轴之间的相位角。
根据本发明，两个位移之间的尺寸关系至少在1/10和9/10之间，优选地在1/5到3/5之间，取决于为发动机安排的增压压力的最大程度。可变压缩比发动机的配置，使成对的两个气缸的轴线具有相对缸盖平面以非对称倒V形状的布局。成对的两个气缸轴线之间的孔径角至少在1到60度之间，这取决于来自两根曲轴的联接中固定和运动部分的整体的需求。
根据本发明，对于发动机气缸外壳中的成对的两个气缸轴线的设置存在两个不同选择 发动机第一选择是以非对称倒V形状取向的成对的两个气缸，但仅仅是两个气缸较大一个的轴线垂直固定在缸盖平面上。小气缸的活塞具有凸台，修改燃烧室的外形以便形成(在压缩冲程结束时，在上死点)最小形状和燃烧室体积。在大气缸活塞上还具有中空，垂直于缸盖平面。所述活塞的中空和凸台的形式方式，有利地在所述活塞处于上死点时不阻碍成对的两个气缸的连通孔。
作为上述第一选择的一部分，当在缸盖中具有形状和尺寸与所述活塞突起相同的互补凹陷时，省略一个活塞上的任何凸台。
发动机的第二选择具有非对称倒V形的成对的两个气缸的轴线，但垂直于缸盖平面。在活塞的顶部具有截头脊，当所述活塞处于上死点时，具有平行于缸盖平面的公差数量。在处于上死点的两个活塞的非截头平面与缸盖平面之间的空间形成燃烧室。
根据本发明，取决于两个上述选择，并取决于非对称倒V形成对气缸的数量，长行程曲轴气缸和短行程曲轴气缸通过其上死点彼此连接，其方式是形成这成对的两个气缸共用的燃烧室，燃烧室通过在接头水平的凹陷或一些其它沟槽连接到所述气缸，直到缸盖平面，使进气和燃烧气体能连续地在所述气缸和燃烧室之间连续连通，无论活塞的位置处于四冲程循环的何处。
发动机飞轮在发动机后部套装并紧固在长行程曲轴的末端，发动机的可变定时传动机构在发动机飞轮一侧套装在所述轴的末端。小曲轴与发动机飞轮之间的联接通过可变定时传动机构与所述飞轮连接成一整件，从而使其可以使所述发动机飞轮彼此独立无关地同时调节两根曲轴的每一根的扭矩大小。
根据本发明，取决于上述两个选择，发动机的结构是基于两根曲轴之间的分开距离提出的需要实现的。当在其相应曲轴周围的两个齿轮之间的分开距离较小时，曲轴在相应旋转速度下直接连接。当两根曲轴之间的分开距离较大时，提供运动链系，包括在其相应曲轴周围的两个互补连接齿轮，这也在相同旋转速度下形成联接。
根据本发明，取决于上述两个选择，当可变定时传动机构处于发动机前面时，控制气缸方法刚好有效，从而能够改变两根曲轴之间的角时刻，而不需要借助于发动机后部的飞轮。
下面将通过以下的描述并参考附图更加详细地说明本发明，附图表示的两个具体实施例仅仅作为例子给出的，代表两个发动机选择。在这些附图中 图1表示发动机气缸外壳1的剖视图。为了使附图更加清楚，曲轴4、5上未表示配重28。成对的两个气缸2、3被定位成非对称倒V形状，两个气缸中较大的一个气缸2的轴线垂直于缸盖平面29。这成对的两个气缸2、3共用的燃烧室24处于气缸外壳1中。在燃烧室24中有孔32。在气缸2的活塞6上具有垂直于缸盖平面的中空部(未图示)。在气缸3的活塞8上具有凸台11。活塞6、8处于膨胀冲程，表明曲轴4、5两个联接之间的间隔。像非对称倒V形布局的成对的两个气缸2、3的轴向孔形成30度。大气缸2的轴线A垂直于缸盖衬垫29。在外壳中形成通道或沟槽32，对于每对气缸2、3，通道或沟槽32在小气缸和大气缸之间延伸。
图2表示图1气缸外壳的平面图。以立体形式看到四对成对的气缸。部分截面或部分分解图使其可以看到可变定时传动机构10以及两根曲轴4、5的齿轮14、16，而没有两个中间连接齿轮(未图示)。图示的活塞处于排气冲程，用于表示两根曲轴4、5联接与气缸外壳侧壁之间所需的空间。可变定时传动机构10和发动机飞轮26可以根据以30度定位的非对称倒V形取向的成对的两个气缸2、3的孔径张角而分开。沟槽32的平均宽度(垂直于穿过大气缸轴线与缸盖衬垫平面相交点的直线测量的宽度)在气缸平均直径的0.5到0.8倍之间。平均宽度有利地在缸盖衬垫平面的水平上确定。优选地，在缸盖衬垫平面29水平的沟槽最小宽度有利地在一组气缸平均直径的0.3倍到1倍之间(特别是在0.5到0.8倍之间)。沟槽的体积在两个活塞处于上死点的最小余隙体积的2％到15％之间。
图3表示气缸外壳1的剖视图。为了更清楚地表示，曲轴4、5上未表示配重28。成对的两个气缸2、3可以区分，以倒V形非对称取向，这些气缸的轴线未垂直于缸盖平面29。这成对的两个气缸2、3共用的燃烧室24处于气缸外壳1中，在每个这些活塞6、8的顶部具有截头脊，由缸盖平面29限定。在燃烧室24中包括孔32。活塞表示为膨胀冲程以表明两根曲轴4、5联接之间所需的空间。成对的两个气缸2、3的轴向孔，形成为非对称倒V形，已经限定在24度的孔径张角，相对于缸盖平面29大气缸的9度与小气缸的15度之间的分离。可变定时传动机构10和发动机飞轮26之间的分离，可以根据以非对称倒V形处于24度的成对的两个气缸2、3的孔径张角实现。
图4表示图3气缸外壳的平面图。以立体形式看到成对的两个气缸2、3。部分截面或部分分解图使其可以看到可变定时传动机构10以及两根曲轴4、5的齿轮14、16，而没有两个中间连接齿轮(未图示)。图示的活塞处于排气冲程，用于表示两根曲轴4、5联接与气缸外壳1侧壁之间所需的空间。可变定时传动机构10和发动机飞轮26可以根据在24度定位的，以非对称倒V形取向的成对的两个气缸2、3的孔径张角而分开。气缸2、3的轴线不垂直于缸盖衬垫平面。相对于垂直缸盖平面的直线，大气缸2的轴线有利地不如小气缸3轴线倾斜。
图5表示平行于可变定时传动机构轴线的剖视图。在轴13的末端，可以看到可变定时传动机构的外花键。
图6表示可变定时传动机构的部分剖视图，其连接轴12与小冲程曲轴5的轴形成为一体。
图7是与小冲程曲轴的轴形成为一体的可变定时传动机构的立体剖视图，其中可以看到润滑沟槽。
图8是揭示设计可变压缩比发动机结构的32种可能组合的图。
具体实施例方式 从图1到图7可以看出，气缸外壳1包括平行布局的两根曲轴4、5，一根具有长行程曲柄4，另一根具有短行程曲柄5。分别相应地装有活塞6、8和连杆7、9的两个气缸2、3，每个装在曲轴4、5上方。由轴承座20支撑的短行程曲轴5的曲柄与小气缸3的活塞8的连杆9一起运动，由轴承座21支撑的长行程曲轴4的曲柄与大气缸2的活塞6的连杆7一起运动。成对的两个气缸2、3的轴线以相对缸盖平面29的非对称倒V形处于气缸外壳1中。可以看出，两个上述小气缸还通过相应共用燃烧室24的余隙空间彼此连接。所述气缸2、3之间的气体通道是通过孔或内沟槽，或所述燃烧室气缸外壳32中形成的沟槽形成的。
4幅图上的成对的两个气缸2、3的容量之间的关系固定在2/5，这决定了小气缸3位移相对成对的两个气缸2、3的总位移是2/7的一部分理论扭矩。连杆相对活塞冲程的中心距离(头到脚)固定在1.68。气缸的冲程/孔比(stroke/bore ratio)固定在1.21。
两种选择的发动机的其它构件的尺寸是基于压缩点火发动机类型利用以下参数广泛测试得到的6缸直列，最大速度2200rpm，400马力，测试路程1500000公里。
在压缩点火类型中，发动机包括余隙空间24中的至少一个燃料喷射器(未图示)。燃料喷射是在半速下联系长行程曲轴4利用公知方法进行的。
在控制点火类型中，发动机包括余隙24中的至少一个火花塞(未图示)。点火是通过公知方法(未图示)实现的，并在半速下与长行程曲轴4同步。
对于具有非常大位移的发动机，在半速下与长行程曲轴4连接的第二凸轮轴(未图示)可以装在部分气缸盖上(未图示)，悬于小气缸3上方，与大气缸2中执行的四冲程循环的打开和关闭同步地周期性二次打开和关闭进气和排气。成对的两个气缸2、3的位移之比至少在1/10到9/10之间，优选地在1/5到3/5之间，使发动机可以采用1到7的增压压力比。
可变定时传动机构10是三个重叠同心元件构成第一元件由位于内部的传动轴35形成，第二元件由位于外部的齿轮14的衬套36形成，第三元件由位于上述两个元件之间的中间部分的滑管17构成。所述衬套36通过轴承39保持在轴承板15中，轴承39在轴承板15和衬套36之间适当的排。所述轴承板15紧固在气缸外壳1上，使可变定时传动机构10形成与短行程曲轴5的轴13分开的组件。为此，短行程曲轴5和可变定时传动机构10连接其相应的轴12、13。可变定时传动机构10装有轴承板15，其通过位于气缸外壳1的孔的中心被固定。位于轴承座20轴颈的轴12的内直花键，与轴13的外直花键配合，从而为可变定时传动机构的轴提供足够大小的刚性，为两根轴12、13之间的连接提供所需的较小空间。这种布局可以从发动机外壳1拆卸可变定时传动机构，而不必拆卸短行程曲轴5。
将短行程曲轴5轴颈的轴承座20支撑的连接替换为没有短行程曲轴5和可变定时传动机构10之间的支撑的连接，其优点是将轴承39限制在轴承板15和衬套36之间的适当的单一排。
驱动轴35和衬套36有利地通过刚性连接到轴35的轴承座40而相对彼此同心和轴向保持。轴承座40具有轴向和径向推力轴承43，从而允许轴35独立于衬套36自由地旋转。轴承座40在直花键12、47的边界所处的位置处构成轴35的整体的一部分。轴承座40和衬套36处于发动机单元1内部。轴承座40制成盘状，规则地打孔，从而允许环41被螺栓紧固在轴45的直花键47的边界一侧的表面上。环41装在轴承座40的飞轮上用于形成凹陷，从而允许轴向和径向推力轴承43的外圈42安装。轴承43的内圈44装在衬套36上，压靠环绕衬套36的环状垫圈45。垫圈45用于补偿轴承43内圈44与角接触轴承39内圈之间的空间，后者利用衬套36上的单螺母51通过固定所有上述部分而被保持轴向压靠衬套36的肩部。
衬套36的齿轮14位于发动机外壳1的外部而不是发动机单元1，并且通过刚性装在曲轴4上的齿轮16和位于两个上述齿轮14、16之间的中间齿轮21，在相同旋转速度下连接到长行程曲轴4。
驱动轴35在轴承座40朝向轴承板15的一侧包括直花键47，滑管17配合在直花键47上。滑管17在其内圆周上包括一些与直花键47配合的花键48，使滑管17在传动轴35上可以轴向滑动。
衬套36的内表面包括与滑管17的外螺旋花键52配合的螺旋花键49，允许滑管17在衬套36中螺旋地运动，在滑管36沿驱动轴17螺旋运动的同时，提供所述第二和第三构件之间的角位移。当滑管17不是轴向移动时，衬套36固定成与轴35的旋转相关。
当所述滑管17的末端处于轴承座40阻挡形成的限位极限时，滑管17的长度在衬套36内是预定的。滑管17的另一端在衬套36外部是自由的，穿过齿轮14到发动机单元1外部，利用适当的机构允许两排倾斜接触轴承内圈50固定。所述轴承内圈50与滑管17的旋转运动相关，而轴承外圈50没有任何旋转运动，与保持件18相关。
压缩比程序决策存储器，由液压控制系统使用，允许保持件18和滑管17移动，从而改变两根曲轴4、5之间的提前角。
可变定时传动机构的行程开始位置设置成使滑管17处于气缸(未图示)上的出口限位位置，对应于短行程曲轴5曲柄和长行程曲轴4曲柄的最小角传递(angular feed)。
可变定时传动机构的行程结束位置设置成使滑管17处于限位位置(也在气缸上，但未图示)，对应于短行程曲轴5曲柄和长行程曲轴4曲柄的最大角传递。
发动机正时的实现是通过至少一根凸轮轴(未图示)在半速下与长行程曲轴4配合。进气和排气阀(未图示)在四冲程过程的特定时刻周期性地连接这对气缸2、3与进气和排气管(未图示)。
气缸3的位移和气缸2的位移之比至少在1/10到9/10之间，优选地在1/5到3/5之间，使其可以基于增压压力适应发动机的压缩比。
可变定时传动机构10装有固定在气缸外壳1上的轴承板15，使可变定时传动机构10可以构成与短行程曲轴5的轴13分开的组件。为此，可变定时传动机构10和短行程曲轴5都具有其相应的轴12、13。可变定时传动机构10的轴12外花键末端以下述方式制造，即，使位于轴承座20轴颈中和轴13中的内花键对应。两个紧靠部分之间的连接是通过在轴承板15装入气缸外壳1的孔时轴向滑动实现的。轴承板15装在短行程曲轴5的轴13周围，允许轴12定心在轴颈20和在所述轴13中，后者有利地在轴承板15装在气缸外壳1时作为轴12的刚性轴承外壳。这种方法使其可以从联接器外壳1拆卸可变定时传动机构10，而不必执行拆卸短行程曲轴。在短行程曲轴5的轴颈20水平，可变定时传动机构10的轴12的邻接凸末端与轴13中形成的邻接凹末端，其优点是减小发动机外壳1中可变定时传动机构联接的体积。
根据本发明的一个优选方式，发动机包括增强短行程曲轴5和可变定时传动机构10之间轴向刚度的机构。轴12、13合并成单根轴，使传动轴35包括盘40以及与短行程曲轴5相关的直花键47。盘40和轴承板15的紧固支撑之间的分开距离，等于当短行程曲轴插入气缸外壳1的轴承座20时，轴承板15的气缸外壳1固定与盘40的固定支撑之间的分开距离。这种组装意味着短行程曲轴5的轴通过轴承39轴向固定，衬套36通过短行程曲轴5的轴承座轴向固定。
根据本发明的一个优选方式，在联接器外壳31中具有两个中间连接齿轮(未图示)，处于短行程曲轴5的齿轮14与固定在垫圈19上的第二齿轮16之间，与发动机飞轮26和长行程曲轴4相关联，从而实现两根曲轴4、5的反向旋转(在相同速度下)。
可变定时传动机构10包括在朝向齿轮14一侧的滑管17，滑管的外部在其圆周上具有螺旋花键52，与齿轮14的螺旋花键49配合。滑管17还包括与轴12相关的、配合外花键48的内直花键47，滑管17配合在其上面，从而在滑动时，所述管17能在传动轴12和齿轮14之间产生斜间隙。
压缩比程序决策存储器作用于固定在保持件18和滑管17上的控制气缸，以便修改两根曲轴4、5的两根轴之间的斜间隙。
可变定时传动机构的行程开始和行程结束可以下述方式操纵，即，使滑管17不能滑动到控制气缸(未图示)上的限定位置以外。所述控制气缸固定在发动机飞轮26旁边的联接器外壳31的关闭盖23的支撑上。拆下关闭盖23可以进行可变定时传动机构10的维护或者拆卸，而不必拆卸联接器外壳31。根据本发明以及根据这个布局，所述控制气缸的轴有利地固定在可变定时传动机构10控制的保持件18上。
根据本发明的一个优选方式，所设计的发动机类型选择的最小和最大压缩比，是基于不同发动机构件的尺寸确定的，即，一方面，成对气缸2、3的位移之比，以及另一方面，这些气缸2、3总位移和余隙空间24之比，这些比值被确定以使得可变定时传动机构的行程结束位置限定的，短行程曲轴5的曲柄与长行程曲轴4的曲柄之间的最大提前角，在压缩冲程结束时(活塞6的上死点)决定活塞8相对余隙空间24所需额外体积的位置，从而在连杆9和短行程曲轴5的曲柄之间的角度至少90°时确定发动机的所述最小压缩比。
在可变定时传动机构的行程结束位置，对与不同发动机构件适当尺寸相关的两根曲轴之间的角度调节，允许发动机按以下方式运行 ●在膨胀冲程，通过活塞8上的燃烧气体至少与短行程曲轴5的曲柄上的最大瞬时扭矩相关； ●在膨胀冲程，通过在打开排气阀(未图示)之前限制活塞8的上升，这是所述活塞8上的燃烧气体背压来源； ●在进气冲程结束时，通过限制活塞8的上升，这是气缸3内填充体积损失的原因。
这样做的优点是发动机在满负荷下保持最大比输出。
最大压缩比的选择是利用与最大压缩比确定的尺寸数值的相同数据库实现的，从而由可变定时传动机构的行程开始位置确定的、短行程曲轴5的曲柄与长行程曲轴4的曲柄之间的最小提前角，在压缩冲程结束时(活塞6的上死点)决定活塞8相对余隙空间24所需额外体积的位置，从而决定发动机的所述最大压缩比，此时短行程曲轴5的曲柄连杆9远离其上死点，从而所述连杆9与短行程曲轴5的曲柄形成一个角度。
在可变定时传动机构的行程结束位置，对与不同发动机构件适当尺寸相关的两根曲轴4、5之间的角度调节，允许发动机按以下方式运行 在压缩冲程结束时，通过活塞8在两根曲轴4、5的曲柄之间的每度角位移下具有更大的平移运动。
这样做的优点是加快发动机在低负荷下的压缩比修改过程。
所用符号的解释 P＝压缩比 V1＝成对气缸中的大气缸的位移 V2＝成对气缸中的小气缸的位移 V1/V2＝成对气缸的位移之比 α＝短行程曲轴的曲柄的提前角 ve＝气体在气缸之间传输而没有过度挤压所需的成对气缸的余隙空间； (αminimum)＝在可变定时传动机构的行程开始时短行程曲轴的曲柄提前角 (αmaximum)＝在可变定时传动机构的行程结束时短行程曲轴的曲柄提前角； Va(αminimum)＝由短行程曲轴的曲柄最小提前角确定的、在可变定时传动机构行程开始时附加至余隙空间的额外体积； Va(αmaximum)＝在压缩冲程结束时，当长行程曲轴的曲柄处于其上死点时，由短行程曲轴的曲柄最大提前角确定的、在可变定时传动机构行程结束时附加至余隙空间的额外体积； Vr(αminimum)＝在进气冲程结束时，当长行程曲轴的曲柄处于其下死点时，由短行程曲轴的曲柄的最小提前角确定的、可变定时传动机构行程开始时的压缩空气体积； Vr(αmaximum)＝在进气冲程结束时，当长行程曲轴的曲柄处于其下死点时，由短行程曲轴的曲柄的最大提前角确定的可变定时传动机构行程结束时的压缩空气体积； 变容燃烧室发动机的压缩比特征和公式 (V1+V2)×气缸对的数量＝发动机位移 V1+[V2-Vr(α)]×气缸对的数量＝由可变定时传动机构提前角确定的发动机位移 在确定由可变定时传动机构的提前角建立的压缩比之后的发动机理论压缩特性 定义可变定时传动机构的行程开始时的最大压缩比。实际上，不必从V2中减去Vr(αminimum)，因为其确实可以被忽略。
定义可变定时传动机构的行程开始时的最小压缩比。实际上，不必从V2中减去Vr(αmaximum)，因为V1和V2中容纳的空气质量取决于最大增压压力下的存储校准值。
根据Va(α)是否位于可变定时传动机构的行程开始与行程结束之间的任何角位置，可以假定压缩比的简化公式为 根据本发明，选择最小压缩比可以在可变定时传动机构的两个行程结束极限之间进行。第一极限是利用短行程曲轴5的曲柄与长行程曲轴4的曲柄之间的最大提前角得出的，从而确定压缩冲程结束时(活塞6的上死点)活塞8相对余隙空间24所需额外体积的位置，由此确定在连杆和短行程曲轴的曲柄之间的角度至少90°时的所述最小压缩比；第二极限是利用短行程曲轴5的曲柄与长行程曲轴4的曲柄之间的较小提前角得出的，与两个气缸2、3的位移比减小成正比，直到两根曲轴4、5的工作区产生的公差极限，根据以下最小压缩比公式由成对气缸2、3的平行和靠近位置确定 可以定义成对气缸的位移之间的较高压缩比，从而减小装在位移较小的发动机上的可变定时传动机构的应力；反之，可以定义成对气缸2、3位移之间的较小压缩比，从而增大位移较大的发动机的速度。
实际上，不必从V2中减去Vr(αmaximum)，因为V1和V2中容纳的空气质量取决于压缩比和增压压力之间的存储校准值。
最大压缩比的选择是基于为最小压缩比定义的尺寸数值进行的，从而在可变定时传动机构的行程开始时，短行程曲轴5的曲柄与长行程曲轴4的曲柄之间的最小提前角，在压缩冲程结束时(活塞6的上死点)，确定活塞8相对余隙空间24所需额外体积的位置，从而确定最大压缩比，此时短行程曲轴5的曲柄连杆9远离其上死点，从而所述连杆9与短行程曲轴5的曲柄形成一个角度。因此，最大压缩比可以利用以下公式定义 实际上，不必从V2中减去Vr(αminimum)，因为V1和V2中容纳的空气质量取决于压缩比和进气管低压之间的存储校准值。
图表基于以下公式得到 a＝小气缸3的上死点 b＝小活塞8的顶点 s＝小活塞8的表面 l＝小连杆9的长度 r＝小曲轴5的长度 A＝大气缸2的上死点 B＝大活塞6的顶点 S＝大活塞6的表面 L＝大连杆7的长度 R＝大曲轴4的长度 Vm＝余隙空间24 α＝旋转角(在上死点为0°)(逆时针)
＝小曲轴5相对大曲轴4的提前角
根据众多应用之一使发动机运行并提高性能的例子 存储在计算机计算表中的上述公式能够产生和选择不同发动机构件的尺寸数值，即，成对气缸2、3的位移之间的压缩比以及这些气缸2、3总体积和余隙空间24之比。计算表被限定为使发动机最大和最小压缩比计算的数值，与分别在可变定时传动机构的行程开始和行程结束时的、短行程曲轴的曲柄和长行程曲轴的曲柄之间的最小和最大提前角的相应度数一致。
具有压缩点火机构的四冲程发动机的优点为 ●体积效率高； ●比输出高； ●机械摩擦的损失小； ●发动机适应十六烷值； ●理想温度在压缩冲程结束时的准确限定，从而在所有情况下(从冷启动到高增压压力)提供适合的燃料自点火； ●发动机在高海拔的性能好； ●废气中的碳氢化合物和氮的氧化物排放低。
具有火花点火机构的四冲程发动机的优点为 ●体积效率高； ●比输出高； ●机械摩擦和抽吸的损失小； ●发动机的低工况效率高，因为正比于进气管低压(节气门关闭)的高压缩比； ●发动机适应十六烷值； ●发动机在高海拔的性能好； ●空燃混合物均匀性好； ●废气中的一氧化碳、氮的氧化物和碳氢化合物排放低。
装在道路运输拖拉机中的，具有压缩点火机构和高增压压力值的四冲程发动机的优点和使用条件。
根据活塞平均速度，发动机每个气缸的位移减小，允许发动机速度增大以及低频的持续减小。但是，齿轮箱—输出轴组件的高齿轮减速应该达到第二发动机—驱动减速。因为机械摩擦正比于位移并且对负荷不太敏感，所以效率更高。在车辆限速计的支持下，在增大发动机功率的同时可以保持发动机制动。
在图6所示的方式中，短行程曲轴5和可变定时传动机构10之间的径向刚性得到增强。轴12、13合并成一根轴，从而承载盘40的传动轴35与短行程曲轴5关联。当短行程曲轴装入气缸外壳的轴承座时，衬套36与其机械部分(15、36、39、41、43、45、51)配合，固定在传动轴35的盘40上，同时，轴承板15穿过孔固定在气缸外壳1中。在此安装之后，短行程曲轴的曲柄通过轴承39轴向固定，同时通过短行程曲轴的所有轴承座与轴承39相关而在径向保持衬套36。
由于将倒V形排列的成对的两个气缸之间的冷却剂液体包围的多个壁，在所述气缸上死点接合高度终止在一个壁上，因此所述壁被有益地利用，展宽成基本矩形沟槽的形状直到缸盖平面。成对的两个气缸之间经过所述沟槽的气体通道还使其可以为这些所述气缸共用的特定燃烧室。
在优选和图示的实施例中，沟槽32仅仅处于气缸外壳的主体上，并且部分在缸盖衬垫中或者在所述缸盖衬垫的厚度内。
权利要求
1.一种具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程的四冲程内燃机，所述内燃机通过自燃烧或控制点火运行，其包括
气缸外壳部分(1)，其具有第一列气缸(2)和第二列气缸(3)，每个第一列气缸(2)具有轴和直径，每个第二列气缸(3)具有轴和直径，第一列气缸(2)具有比第二列气缸(3)的位移和直径大的位移和直径；
活塞(6、8)，每个活塞适于在气缸中被驱动往复运动并且与连杆连接；
具有彼此平行的旋转轴的两根曲轴，第一曲轴(4)具有长行程的曲柄，而第二曲轴(5)具有比第一曲轴的曲柄的长行程短的短行程的曲柄，所述曲轴(4、5)适于通过齿轮系(14、16)和可变定时传动机构(10)在相同转速下连接；
其中与连杆(7、9)相关联的每个活塞由曲轴的曲柄操纵，第二曲轴(5)的短行程曲柄操纵在小气缸(3)中运动的活塞(8)的连杆(9)，而第一曲轴(4)的长行程曲柄操纵在大气缸(2)中运动的活塞(6)的连杆(7)，
并且第一列气缸(2)布置在第一曲轴(4)上方，而第二列气缸(3)布置在第二曲轴(5)上方，
每个第一列气缸(2)通过余隙空间连通至少一个第二列气缸(3)，由此形成一对彼此连通的两个气缸(2、3)，允许气体从一个气缸流到另一个，而与所述气缸(2、3)中运动的活塞(6、8)的位置无关，
其特征在于，气缸外壳部分具有一个面，气缸沿此面打开，有利地沿着气缸盖密封平面的面在所述面中形成沟槽，从而形成每对气缸的明显通道，一组沟槽中的一个沟槽在第一列气缸中的一个气缸和第二列气缸中的一个气缸之间延伸，有利地在缸盖衬垫中形成相应的额外凹陷，所述沟槽的平均和/或最小宽度(在缸盖衬垫平面中确定的宽度)是所述沟槽连接的气缸的平均直径的0.5到0.8倍。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中对于通过沟槽彼此连接的每对气缸，所述气缸对的第一列气缸的气缸轴线与平行于曲轴旋转轴的直线限定第一平面，而所述气缸对的第二列气缸的气缸轴线与平行于曲轴旋转轴的直线限定第二平面，所述平面之间限定1°和60°之间的角度，有利地在10°到50°之间，优选地在15°到45°之间。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其中一组气缸的轴线大致在一个点上相互交叉。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机，其中两根曲轴的两根旋转轴线限定一个平面，在所述第一和第二平面之间或者在所述旋转轴线之间限定中间平面或中间直线，其区别在于，一对气缸的中间平面或中间直线或多或少垂直于由两根曲轴的两根旋转轴线限定的所述平面。
5.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，处于一对两个气缸之间的沟槽的体积占所述气缸对的总余隙体积的1％到25％，所述总余隙体积是由两个活塞在上死点位置时的该气缸对的总自由体积限定。
6.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括凸轮轴，在半速时凸轮轴与第一曲轴(4)配合，以便保证在四冲程循环的预定时刻将两个气缸(2、3)组经过进气和排气阀与进气和排气管周期性连接。
7.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其中内燃机包括可变定时传动机构(10)的布局，所述布局适于至少部分接收用于控制第一和第二曲轴直线之间相位角差的装置。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中第一和第二曲轴分别与第一驱动轮和第二驱动轮相关联，其特征在于，一传动装置在所述轮之间延伸。
9.根据权利要求8所述的内燃机，其中，在长行程曲轴(4)的轴上安装内燃机飞轮，同时可变定时传动机构(10)装在短行程曲轴(5)的轴上，其特征在于，两根曲轴(4、5)的轴适于使可变定时传动机构(10)靠近内燃机飞轮(26)定位。
10.根据权利要求9所述的内燃机，其中可变定时传动机构(10)的控制包括直接连接的引导气缸，用于监测短行程曲轴(5)与长行程曲轴(4)之间的相位角差。
11.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，其包括可变定时传动机构(10)，可变定时传动机构(10)具有与短行程曲轴(5)的轴(13)分开的组件，并且可变定时传动机构(10)装有轴承板(15)，轴承板(15)通过定位在气缸外壳(1)上的孔的中心而被固定，并且可变定时传动机构(10)包括轴(12)，轴(12)的一个末端具有外花键，而轴(13)与构件(20)相关联，或者具有包括带内花键的凹陷的部分，所述内花键适于与轴(12)的外花键配合以保证轴(12、13)彼此连接，同时仍允许它们之间的轴向移动。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其特征在于，轴(13)与轴承座轴颈(20)相关联，轴承座轴颈(20)具有与轴(12)的外花键配合的内花键。
13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，为了增强短行程曲轴(5)和可变定时传动机构(10)之间的轴向刚度，轴(12和13)合并成单根轴，从而使包括盘(40)和直花键(47)的传动轴(35)与短行程曲轴(5)相关联，当短行程曲轴插入气缸外壳的轴承座时盘(40)和轴承板(15)的紧固支撑与盘(40)紧固支撑之间的分开距离。
14.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其中缸盖衬垫大致在一个平面中延伸，其特征在于，相对于缸盖衬垫平面，第一列气缸(2)的轴线或多或少垂直于缸盖衬垫平面(29)。
15.根据权利要求14所述的内燃机，其特征在于，第二列气缸(3)的活塞(8)具有调整燃烧室(24)形状的凸台(30)，所述凸台具有或多或少平行于缸盖衬垫平面的至少一个面。
16.根据权利要求15所述的内燃机，其特征在于，或多或少平行于缸盖衬垫平面的面等于在缸盖衬垫平面测量的第二列气缸面积的至少25％，有利地至少40％，优选地至少60％到90％。
17.根据权利要求15或16所述的内燃机，其特征在于，第一列气缸(2)的活塞(6)具有或多或少平行于缸盖衬垫平面的面，所述面具有适于开口在沟槽(32)上的中空部分。
18.根据权利要求16或17所述的内燃机，其特征在于，凸台和/或中空部分适于在活塞上死点位置形成余隙体积，其与沟槽(32)相邻的至少一部分在缸盖衬垫平面下面延伸到气缸中，延伸的高度至少等于沟槽(32)在缸盖平面(29)下面的深度。
19.根据权利要求1到14中的任一项所述的内燃机，其特征在于，内燃机具有缸盖，所述缸盖(对于每一个第二列气缸)适于接收处于上死点位置的活塞(8)的一部分，并且当活塞(8)处于上死点时，形成(对于每一个第二列气缸)至少部分处于缸盖中与沟槽(32)连通的腔室。
20.根据权利要求1到14和19中的任一项所述的内燃机，其特征在于，第一列气缸(2)的轴线和第二列气缸(3)的轴线不垂直于缸盖平面(29)。
21.根据权利要求20所述的内燃机，其特征在于，第二列气缸(3)的活塞(8)是截头的，用于调节燃烧室(24)的形状，所述活塞具有至少一个或多或少平行于缸盖衬垫平面的面，按照相同的方式，气缸(2)的活塞(6)是截头的，以便调节燃烧室(24)的形状，所述活塞具有至少一个或多或少平行于缸盖衬垫平面的面。
22.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括内燃机飞轮(26)，内燃机飞轮(26)套装并紧固至第一列气缸的活塞的曲轴(4)末端并有利地位于联接器外壳(31)中。
23.根据权利要求22所述的内燃机，其特征在于，可变定时传动机构(10)在内燃机飞轮(26)旁边套装在小曲轴(5)的末端上。
24.根据权利要求23所述的内燃机，其特征在于，在联接器外壳(31)中，内燃机包括传动机构，传动机构具有经由可变定时传动机构(10)处于第二组活塞的曲轴(5)和内燃机飞轮(26)之间的齿轮系。
25.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，可变定时传动机构包括相对于第二列气缸的活塞的曲轴旋转轴轴向地滑动的管或轴(17)，并且内燃机包括限位机构，用于限制可变定时传动机构在行程开始和行程结束之间的运动行程。
26.根据权利要求25所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括控制滑管或轴(17)的轴向位移的控制气缸，所述气缸与限位机构相关联，用于限制所述行程开始和行程结束之间的位移，所述控制气缸被有利地紧固在内燃机飞轮(26)旁边的用于联接器外壳(31)关闭盖(23)的支撑上。
27.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，两根曲轴(4、5)与齿轮(14、16)以直接接触的方式相关联，所述轴沿相反旋转方向以相同速度转动。
28.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，两根曲轴(4、5)通过两个中间连接齿轮系彼此连接，两个中间连接齿轮处于装在轴上的两个齿轮(14、16)之间，使得所述轴沿相反旋转方向以相同速度转动。
29.根据权利要求28所述的内燃机，其特征在于，位于装在轴上的两个齿轮(14、16)之间的两个中间齿轮，有利地定位在并且每个连接在穿过两根曲轴(4、5)轴线的平面的一侧。
30.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括控制气缸，用于改变两根曲轴(4、5)之间的角位置，而不用经过位于内燃机后部的介于中间的内燃机飞轮(26)；或者其特征在于，可变定时传动机构(10)的控制包括直接接触的引导气缸，用于监测短行程曲轴(5)和长行程曲轴(4)之间的相位角差。
31.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其中可变定时传动机构(10)具有控制机构，用于通过液力放大器调节第二曲轴(5)的曲柄和第一曲轴(4)的曲柄之间的提前角，液力放大器具有作用于可变定时传动机构(10)的受控推进器，所述传动机构在大气缸(2)的活塞(6)压缩冲程结束时将内燃机的压缩比在最小压缩比与最大压缩比之间调节，所述最小和最大压缩比取决于
a)大气缸(2)的位移和小气缸(3)的位移之比，以及
b)一方面，小气缸和大气缸的总体积之比，另一方面，余隙空间(24)的体积与在大气缸(2)的活塞(6)压缩冲程结束时小气缸(3)形成的额外体积之比，可变定时传动机构(10)调节第二曲轴(5)的曲柄与第一曲轴(4)的曲柄之间的提前角，以便得到所述的压缩比，所述提前角在最大值和最小值之间变化，在最大值下，在大气缸(2)的活塞(6)压缩冲程结束时在小气缸(3)的活塞(8)的连杆(9)与第二曲轴(5)曲柄之间形成至少90°的角，以便形成最小压缩比，在最小值下，在大气缸(2)的活塞(6)压缩冲程结束时，提前角对应于小气缸(3)的活塞(8)适当的位置，以便形成得到最大压缩比所需的额外体积，第二曲轴(5)的曲柄与小气缸(3)的活塞(8)的连杆(9)形成一个角度。
32.根据任一项上述权利要求所述的内燃机，其中第一曲轴(4)的曲柄在其旋转过程中经过上死点和下死点，其特征在于，两根曲轴(4、5)设置为形成两根曲轴的最小工作空间，从而得到成对的两个气缸(2、3)的位移之间的最小比值，并且可变定时传动机构在行程开始位置和行程结束位置之间运动，成对气缸(2、3)的最小压缩比是在可变定时传动机构行程结束时得到的，并利用下面的公式计算
式中
V1成对气缸(2、3)中的大气缸(2)的位移；
V2成对气缸(2、3)中的小气缸(3)的位移；
ve气体在气缸(2、3)之间传输而没有被过度挤压所需的成对气缸(2、3)的余隙空间(24)体积；
(αmaximum)在可变定时传动机构的行程结束时第二曲轴(5)的曲柄提前角；
Vr(αmaximum)在进气冲程结束时，当第一曲轴(4)的曲柄处于其下死点时，由第二曲轴(5)的曲柄的提前角确定的、可变定时传动机构行程结束时的压缩空气体积；
Va(αmaximum)在压缩冲程结束时，当第一曲轴(4)的曲柄处于其上死点时，由第二曲轴(5)的曲柄提前角确定的、在可变定时传动机构行程结束时附加至余隙空间(24)的额外体积；
33.根据权利要求31或32所述的内燃机，其特征在于，可变定时传动机构(10)包括三个重叠的同心元件，即传动轴(35)构成的内部元件；由衬套(36)构成的外部元件，所述衬套(36)支撑用于连接两根曲轴(4、5)的齿轮(14)；以及处于所述内部元件和外部元件之间并由相对于所述内部元件和外部元件滑动的管(17)构成的中间元件，衬套(36)通过轴承(39)保持在轴承板(15)中，
并且，第二曲轴(5)具有轴(13)，轴(13)的一个末端邻接传动轴(12)的一个末端，所述末端具有对应的花键和花键槽从而可以连接它们，并且在将轴承板(15)紧固在气缸外壳的孔上的过程中，所述三个元件相对第二曲轴(5)的轴(13)是自对中的，从而在不拆卸第二曲轴(5)的情况下允许拆卸传动机构，
轴承座(40)支承着固定环(41)，固定环(41)形成轴承(43)的外圈(42)的座，轴承(43)的内圈(44)紧固在衬套(36)上以保持传动轴(35)，
垫圈(45)处在轴承(43)的内圈(44)与轴承(39)的内圈(37)之间，所述垫圈(45)用于补偿所述圈之间的分离空间并轴向地保持轴承(39)的轴承圈(37)抵靠衬套(36)的肩部，
单螺母(51)确保在衬套(36)上紧固轴承(43)和(39)的内圈(44)和(37)以及垫圈(45)，
传动轴(35)在固定环(46)一侧具有直花键(47)，滑管(17)配合在直花键(47)上，滑管(17)在其内表面具有直花键(48)，从而可在传动轴(35)上线性滑动，并且衬套(36)在其内表面具有螺旋花键(49)，
滑管(17)具有一个在衬套(36)外部始终自由的末端，所述末端与两排角接触轴承(50)的内圈互相保持，所述轴承(50)的外圈与气缸(未图示)的保持件(18)互相保持，以及
螺旋花键以下述方式设置，即，当滑管(17)在衬套外部移动时，所述滑管减小第二曲轴(5)的曲柄相对第一曲轴(4)的曲柄的角传递，或者反之亦然。
34.根据权利要求31到33的任一项所述的压缩点火四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括处于余隙空间中的至少一个燃料喷射器，所述燃料喷射器制造成在半速时接触长行程曲轴。
35.根据权利要求31到34的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，点火是受控制的，并且包括余隙空间(24)中的至少一个火花塞，点火在半速时与第一曲轴(4)同步执行。
36.根据权利要求30到34的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，两个成对气缸(2、3)的位移之比在1/10和9/10之间，有利地在1/5和3/5之间。
37.根据权利要求31到36的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括油槽(27)，其通过气缸外壳(1)顶部整个容纳两根曲轴(4、5)。
38.根据权利要求31到37的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括位于第一列气缸(4)的曲轴下面的油槽(25)，而第二列气缸(5)的活塞的曲轴在气缸外壳的一个面上方以及在油槽(25)上方的一个高度上容纳在气缸外壳(1)中，所述面朝向油槽(25)倾斜，气缸外壳(1)的所述倾斜面有利地具有用于第二列气缸(5)的活塞的曲轴的进出面板(22)。
39.根据权利要求31到38的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括可变定时传动机构控制气缸，所述可变定时传动机构(10)有利地处于内燃机前面。
40.根据权利要求31到39的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括两个不同的外壳，即联接器外壳(31)和气缸外壳(1)，从而上述两个元件有利地通过套装在大曲轴(4)上的同心罩(38)在曲轴的轴向并排组装。
41.根据权利要求40所述的内燃机，其特征在于，内燃机包括内燃机飞轮，其有利地通过介于中间的垫圈(19)套装在大曲轴(4)上。
42.根据权利要求40或41所述的内燃机，其特征在于，联接器外壳(31)在同心罩(38)上可相对气缸外壳倾斜运动，从而通过固定机构将其倾斜地安装在气缸外壳(1)上，特别是处于上述两个外壳的邻接部分的外周上。
43.根据权利要求31到42的任一项所述的四冲程内燃机，其特征在于，内燃机包括形成单独不可分开构件的联接器外壳(31)和气缸外壳(1)，以及位于两个上述外壳下面并适于被拆卸的油槽(25)或(27)，从而拆卸所述油槽还打开联接器外壳的底部。
44.包括根据权利要求1到43的任一项所述的至少一台内燃机的器械或设备或机器。
全文摘要
一种四冲程内燃机，包括气缸外壳部分(1)，所述气缸外壳具有第一列气缸(2)和第二列气缸(3)，每个第一列气缸(2)具有轴线和直径，每个第二列气缸(3)具有轴线和直径，其中内燃机的每个第一列气缸(2)通过气缸外壳的余隙空间连通至少一个第二列气缸(3)。
文档编号F02B75/22GK101371019SQ200780002568
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月15日 优先权日2006年1月23日
发明者吉尔贝·吕西安·查尔斯·亨利·路易·范·阿弗尔马泰 申请人:吉尔贝·吕西安·查尔斯·亨利·路易·范·阿弗尔马泰