改进型对置活塞发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将一对对置活塞设置为在同一个气缸内做往复运动的这种类型的内燃机。
[0002]本发明特别适合于运行二冲程循环的内燃机。还特别适合于二冲程压燃式发动机。
【背景技术】
[0003]已公布的英国专利申请GB2477272和已公布的国际专利申请W02011/092501公开了一种具有一对活塞的发动机，这对活塞通过在形成于旋转气缸体中的气缸内做往复运动的连结元件而连结。当活塞在气缸内做往复运动时，附接至活塞的从动件使气缸体绕形成于固定中央凸轮轴上的凸轮转动。转动气缸体在固定外壳内转动，并且联接至用于动力输出的另一个轴。为各个活塞设置往复式套筒阀以便覆盖和露出孔口(ports)，空气通过孔口进入气缸；并且，当气缸体转动时，套筒通过另一些凸轮做往复运动。
[0004]活塞凸轮的形状设计为产生活塞的停歇时期，从而使大体上所有燃烧的热交换以恒定的体积发生。在旋转气缸体的一端中的进气口在该气缸体的转动过程中可与固定外壳中的进气口对准，以使空气能够进入外壳。传送沟道/通道从旋转气缸体中的进气口通向气缸壁中的传送/清除口。在固定外壳中设置有排气口，以便在气缸体的转动过程中，当废气的燃烧产物对准排气口时，使得废气的燃烧产物从气缸的端部通过。在发动机运行时，套筒阀用于覆盖和露出气缸壁中的传送/清除口。通过相对于固定外壳转动气缸体，来覆盖和露出进气口和排气口。
[0005]该发动机具有优于其它类型的公知发动机的许多有益效果。然而，发明人已经发现，这种发动机的有效运行存在许多挑战，包括:
籲对在固定外壳内转动的旋转气缸体的有效润滑以减少摩擦损失；
籲当旋转气缸体在固定外壳内转动时对旋转气缸体的有效密封；
籲由于从旋转气缸体中的进气口通向气缸壁中的传送/清除口的传送通道的长度，对空气的有效清除；
籲由于旋转气缸体中活塞和套筒的往复运动引起的力的组合，对发动机的有效平衡； 籲在旋转气缸体与外壳之间需要的精确加工公差；以及
?需要保护气缸免受由活塞施加在气缸壁上的高侧向负载，从而使该气缸体绕固定轴转动。
[0006]现有技术的发动机包含包括线性往复式套筒阀或振荡式旋转套筒阀的对置活塞发动机。这种发动机的示例包括Hult的英国专利GB158532、Clarke的美国专利US5623894和Porkman的英国专利GB497300。
[0007]现有技术的发动机还包括包含用于提供活塞的停歇时期的装置的对置活塞发动机。这种发动机的示例包括Kriedler的英国专利GB377614和Alfaro的英国专利GB442126。
[0008]本发明试图提供一种通过改进体积效率能够更有效地运行的发动机。本发明也试图提供一种与现有技术发动机相比具有排放(例如，烟尘)减少的发动机。本发明还试图应付与现有技术发动机相关联的其它挑战。
【发明内容】
[0009]在下面的说明中，术语“横向中心线”用来表示经过发动机的中心的线，该线正交于轴的转动轴线并且水平延伸经过燃烧空间的中心，当在上止点(TDC)位置时，该燃烧空间限定在各个气缸中的对置活塞的活塞顶之间。
[0010]在下面的说明中，术语“内部”是指离发动机的横向中心线更近，而术语“外部”是指离发动机的横向中心线更远。
[0011]在下面的说明中，术语“停歇”用于表示在活塞保持静止时轴的转动时期。“停歇”用于表示比瞬时长的静止运动时期，在该时期内，常规内燃机(在常规内燃机中，连接至连杆的一个或多个活塞使曲轴转动)中的往复式活塞在其上止点(Top Dead Centre, TDC)位置和下止点(Bottom Dead Centre, BDC)位置处都是静止的。
[0012]本发明提供了:一种对置活塞发动机，其包括:至少一个气缸；至少两个活塞，其设置为以对置的方式在同一个气缸内往复运动；至少一个进气口，其穿过气缸壁；至少一个排气口，其穿过所述气缸壁；至少一个轴，其设置为通过所述对置活塞的往复运动而转动；至少一个可线性往复运动的套筒阀，其位于所述气缸内，并且在所述至少两个活塞中的至少一个活塞的周围；套筒阀驱动机构，其用于控制所述至少一个套筒阀的线性往复运动，以控制所述至少一个进气口和所述至少一个排气口中的一个或两者的孔口开闭；以及停歇机构；其中，所述停歇机构配置为引起所述至少两个活塞在它们各自的活塞运动的循环期间的至少一个停歇时期。
[0013]本发明的对置活塞发动机被认为具有优于公知发动机的多个优点，包括以下一些或全部:
(i)实现了发动机的固有平衡；
(?)增加了体积效率，这是由打开进气口以使空气进入气缸的较大发动机循环时期、打开排气口以清除气缸的空气的较大发动机循环时期、以及打开进气口和排气口以提高经过气缸的气流的较大发动机循环时期实现的；
(iii)由于可供燃料在气缸中以恒定体积燃烧的时间增加了，所以烟尘形成减少；
(iv)减少或者消除了气缸壁上的侧向负载；
(v)能够在运动部件之间提供更‘正常的’/标准的发动机公差；
(vi)运动部件之间的润滑和密封更加简单。
[0014]本发明的一些优选特征将在独立权利要求项中陈述，并且将在下文中论述。
[0015]优选地，所述至少两个活塞设置为线性地并且同轴地做往复运动。更优选地，所述至少两个活塞设置为在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间往复运动，在所述TDC位置处，活塞顶大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述活塞顶彼此分开。更优选地，所述至少两个活塞设置为以同步的方式往复运动。
[0016]更优选地，在发动机循环期间的孔口开闭事件的定时可独立于这对对置活塞在所述气缸内的位置而控制。
[0017]优选地，由所述套筒阀驱动机构控制的所述至少一个套筒阀的往复运动与所述至少两个活塞的往复运动相关联。更优选地，所述套筒阀驱动机构设置为使所述至少一个套筒阀随着所述至少两个活塞的往复运动异相地做往复运动。
[0018]优选地，所述停歇机构配置为，在活塞运动的循环期间弓I起所述活塞在各自的BDC位置处的停歇时期。更优选地，所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期足以，在所述活塞开始离开它们各自的BDC位置之前，通过所述至少一个排气口清除大多数废弃的燃烧产物。
[0019]优选地，所述停歇机构配置为，在所述至少一个轴转动60度与140度之间，更优选地，在所述至少一个轴转动大约100度时，引起所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期。
[0020]优选地，所述停歇机构配置为，在往复活塞运动的循环内引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。更优选地，所述活塞在它们各自的TDC位置处的时期足以使，在所述活塞开始离开它们各自的TDC位置之前，大体上所有燃烧的热交换以恒定的体积发生在所述气缸中。更优选地，所述停歇机构配置为，在所述至少一个轴转动20度与60度之间，更优选地，在所述至少一个轴转动大约40度时，引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。
[0021]优选地，所述停歇机构是凸轮机构。更优选地，所述活塞凸轮机构包括各个活塞的一个或多个活塞凸轮和联接至各个活塞的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在活塞运动的循环期间与各个活塞相关联的一个或多个活塞凸轮的凸轮表面保持接触。
[0022]优选地，所述套筒阀驱动机构是凸轮机构。更优选地，所述套筒阀凸轮机构包括联接至所述至少一个套筒阀的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在套筒运动的循环期间与一个或多个套筒凸轮的凸轮表面保持接触。
[0023]优选地，所述发动机包括至少两个套筒阀，一个套筒阀在各个所述至少两个活塞的周围，所述套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构以对置的方式在同一个气缸内做往复运动。
[0024]优选地，所述至少两个套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构线性地、同轴地做往复运动，并且与所述至少两个活塞同轴。更优选地，所述至少两个套筒阀设置为，通过所述套筒阀驱动机构在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间做往复运动，在所述TDC位置处，所述套筒阀大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述套筒阀彼此分开。更优选地，所述至少两个套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构彼此异相地做往复运动。更优选地，所述至少两个套筒阀中的一个套筒阀设置为控制所述至少一个进气口的孔口开闭，而所述至少两个套筒阀中的另一个套筒阀设置为控制所述至少一个排气口的孔口开闭。
[0025]优选地，在该对可往复运动的套筒阀中的一个套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个进气口，并且，在该对可往复运动的套筒阀中另一个套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个排气口。提供围绕套筒的圆周的多个孔口增加了进气口和出气口的有效面积。
[0026]优选地，所述多个进气口的累计总孔口面积大约等于或大于其中一个活塞顶的表面积。优选地，所述多个排气口的累计总孔口面积也大约等于或大于其中一个活塞顶的表面积。因此，所述进气口的总面积和所述排气口的总面积比由活塞控制孔口打开和关闭的其它公知发动机中可能的面积要大得多。使用套筒阀覆盖和露出排气口能够使活塞在打开排气口之前向右行进到膨胀冲程的底部。与活塞用于覆盖和露出排气口的公知发动机相比，这会使膨胀冲程的有效长度明显增加。使用套筒阀覆盖和露出进气口能够使进气孔口开闭独立于活塞位置得以控制，并且能够使进气孔口开闭比活塞用于覆盖和露出进气口的公知发动机中的进气孔口开闭更精确地控制。
[0027]优选地，在使用所述发动机时，所述套筒阀驱动机构将所述至少两个套筒阀保持在它们各自的TDC位置处时的轴