用于往复式引擎的功率递送装置以及相关系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及往复式引擎，且更特定来说，涉及用于往复式引擎的功率递送 装置以及相关系统和方法。
【背景技术】
[0002] 往复式引擎一般使用机轴来将在汽缸内平移的一或多个活塞的线性往复运动转 换成机轴的旋转运动，反之亦然。例如，内燃机（1C引擎)为最常见类型的往复式引擎。往复 式引擎一般用于将在各种燃料(例如，汽油）的燃烧期间释放的化学能或热能(例如，源于蒸 汽的能量)转换成动能（例如，机械旋转运动），其可更容易地用于移动事物（例如，推动物 体）。往复式引擎的机轴通常为连接到用于移动各种装置或车辆(例如，机动车、发电机、货 车、飞机、焊机、轮船、压路机、摩托车、船只等等)的输出装置的引擎元件。
【发明内容】
[0003] 在一些方面，从工作往复式引擎提取机械功的方法可包含使用最大长度转矩臂将 转矩施加到往复式引擎的输出轴，所述最大长度转矩臂在引擎的往复式元件往复运动且输 出轴旋转时保持实质上恒定长度。
[0004] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0005] 所述实质上恒定长度可与往复式引擎的机轴的机轴半径实质上相同。使用最大长 度转矩臂可包含使用实质上恒定长度力矩臂将引擎的往复式元件耦合到输出轴。提取机械 功可进一步包含通过使用最大长度转矩臂施加转矩来增加往复式引擎的输出功率。最大长 度转矩臂可包含在输出轴的旋转期间始终保持其最大长度的力矩臂。例如，将引擎的往复 式元件耦合到输出轴可包含将输出轴耦合到界定实质上恒定转矩臂的旋转扭矩递送装置， 所述旋转扭矩递送装置经配置以与引擎的往复式元件介接。所述引擎可为内燃机。
[0006] 使用保持实质上恒定长度的最大长度转矩臂将转矩施加到往复式引擎的输出轴 可包含:将平移构件耦合到往复式引擎的往复式元件；以及使用最大长度转矩臂将所述平 移构件耦合到输出轴。例如，转矩臂可实质上垂直于平移构件的往复轴以将扭矩施加到可 旋转功率输出构件。保持实质上恒定长度的转矩臂可包含耦合到功率输出构件的可旋转齿 轮装置和耦合到平移构件的齿条。
[0007] 在一些方面，往复式引擎可包含至少一个实质上不变长度转矩臂，其在往复式元 件的往复运动和引擎的输出轴的旋转期间保持实质上恒定。
[0008] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0009] 所述实质上不变长度转矩臂可具有等于引擎的机轴的机轴半径的长度。引擎还可 包含用于使用实质上不变长度转矩臂将引擎的往复式元件的往复运动转换成输出轴的旋 转运动的装置。所述引擎还可包含安置在汽缸内的至少一个往复式活塞，所述活塞在一端 通过连接杆连接到引擎的机轴且还另外通过实质上不变长度转矩臂连接到输出轴。例如， 实质上不变长度转矩臂可至少部分由耦合到输出轴的旋转装置和耦合到往复式活塞的平 移元件的组合形成，其中所述旋转装置界定所述实质上不变长度转矩臂。所述旋转装置可 包含滑轮、齿轮或链齿轮中的至少一者。平移元件可包含缆线、链条、皮带、拉杆或齿条中的 至少一者。引擎还可包含安置在往复式活塞与输出轴之间的离合器装置。所述引擎还可包 含用于暂时存储由引擎的往复式元件产生的能量且随后在往复式元件在引擎内行进时将 所述能量释放到输出轴的能量存储装置。
[0010] 所述实质上不变长度转矩臂可包含产生扭矩的转矩臂，所述转矩臂：i)界定在输 出轴的旋转轴与平移构件和可旋转构件之间的接触点之间；ii)大体上垂直于平移构件的 运动；以及iii)在引擎的往复式元件的往复运动期间保持实质上恒定长度。
[0011] 在一些方面，用于耦合到往复式引擎的往复式元件的功率递送装置可包含:轴向 平移张紧构件，其用于耦合到往复式元件且与其一起平移；以及可旋转构件，其耦合到功率 输出元件且与平移张紧构件介接，所述平移张紧构件将轴向力提供到可旋转构件，所述轴 向力在平移张紧构件的轴向运动期间使用实质上恒定长度转矩臂将扭矩施加到功率输出 元件。
[0012] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0013] 产生扭矩的转矩臂可：i)界定在功率输出元件的旋转轴与平移张紧构件和可旋转 构件之间的接触点之间；ii)大体上垂直于平移张紧构件的运动；以及iii)在往复式元件的 往复运动期间保持实质上恒定长度。可旋转构件可使用离合器装置耦合到输出元件，所述 离合器装置经配置以允许可旋转构件在第二方向上相对于输出元件自由旋转。所述可旋转 构件可包含齿轮装置，并且所述平移张紧构件可包含与齿轮装置介接的齿条。
[0014] 在一些实施例中，往复式元件可为往复式活塞；功率输出元件可为不同于引擎的 机轴的旋转功率输出轴;平移张紧构件可为连接到往复式活塞的拉杆装置且基于活塞的往 复运动而平移；引擎可包含耦合到拉杆以与拉杆一起平移的线性齿轮装置；引擎可包含耦 合到输出轴且经配置以与线性齿轮装置介接的可旋转小齿轮;并且所述引擎可包含单向离 合器装置，所述单向离合器装置安置在输出轴与小齿轮之间，以在小齿轮在朝向活塞通过 其旋转的机轴的活塞运动的第一方向上旋转时啮合输出轴，其中输出轴的旋转轴与线性齿 轮装置和小齿轮之间的接触区之间的距离在活塞在引擎内往复运动时保持实质上恒定。
[0015] 在一些方面，往复式引擎可包含至少一个活塞和汽缸，所述至少一个活塞在一端 经由连接杆连接到机轴且在另外经由实质上不变长度转矩臂连接到输出轴，所述引擎包 含:轴向平移元件，其耦合到往复式活塞并与其一起平移；以及可旋转构件，其耦合到输出 轴且与平移元件介接，所述平移元件将轴向力提供到可旋转构件，所述轴向力在平移元件 的轴向运动期间将扭矩施加到输出轴，实质上不变长度转矩臂：i )界定在输出轴的旋转轴 与平移元件和可旋转构件之间的界面区之间；及ii)大体上垂直于平移元件的运动。
[0016] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0017] 所述实质上不变长度转矩臂可在所述活塞朝向所述机轴的向内运动和所述活塞 远离所述机轴的向外运动期间保持实质上不变。所述可旋转构件可包含齿轮装置，并且所 述轴向平移元件可包含张紧装置以啮合所述齿轮装置。所述引擎还可包含离合器装置以基 于所述平移元件的运动方向选择性地啮合所述输出轴。至少一个活塞和汽缸包括四个直列 式活塞和汽缸，所述活塞中的每一者经配置以经由实质上不变长度转矩臂啮合输出轴并使 其旋转。
[0018] 在一些方面，经配置以耦合到往复式引擎的往复式元件的功率递送装置可包含： 轴向平移张紧构件，其耦合到往复式元件并与其一起平移；以及可旋转构件，其耦合到功率 输出元件且与平移张紧构件介接，所述平移张紧构件将轴向力提供到可旋转构件，所述轴 向力在平移张紧构件的轴向运动期间将扭矩施加到功率输出元件，其中产生扭矩的转矩 臂：i)界定在功率输出元件的旋转轴与平移张紧构件和可旋转构件之间的接触点之间；ii) 大体上垂直于所述平移张紧构件的运动；以及iii)在往复式元件的往复运动期间保持实质 上恒定长度。
[0019] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0020] 平移张紧构件可包含拉杆。可旋转构件可经配置以与平移张紧构件介接以在平移 张紧构件在第一方向上移动时啮合输出元件并使其旋转，并且在平移张紧构件在与第一方 向相反的第二方向上移动时脱离输出元件以相对于输出元件自由旋转。可旋转构件可使用 离合器装置耦合到输出元件，所述离合器装置经配置以允许可旋转构件在第二方向上相对 于输出元件自由旋转。例如，所述离合器装置可为斜撑离合器。所述可旋转构件可为齿轮装 置，并且所述平移张紧构件可为与齿轮装置介接的齿条。可旋转构件可包含链齿轮或滑轮， 并且平移张紧构件可包含可与链齿轮或滑轮啮合的链条或缆线元件。功率输出元件可包含 旋转输出轴。功率递送装置可包含密封构件以限制往复式引擎通过功率递送装置经由其耦 合到往复式引擎的开口的汽缸压力损失。所述密封构件可包含迷宫式密封构件。功率递送 装置可包含用于暂时存储由往复式元件产生的能量且随后在往复式元件在引擎内行进时 将所述能量释放到功率递送装置的能量存储装置。例如，能量存储装置可包含耦合在耦合 到往复式元件的平移张紧构件与运动传递装置之间的弹簧元件。往复式元件可为经配置以 在往复式引擎的汽缸内往复运动的活塞。
[0021] 在一些方面中，往复式引擎可包含在汽缸内的至少一个往复式活塞，所述至少一 个往复式活塞在一端经由连接杆连接到机轴且在另一端经由实质上不变长度转矩臂连接 到输出轴，其中所述引擎包含耦合到往复式活塞并与其一起平移的轴向平移元件;并且可 旋转构件親合到输出轴且与平移元件介接，平移元件向可旋转构件提供轴向力，所述轴向 力在平移元件的轴向运动期间将扭矩施加到输出轴，实质上不变长度转矩臂：i)界定在输 出轴的旋转轴与平移元件和可旋转元件之间的界面区之间；及ii)大体上垂直于平移元件 的运动。
[0022] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0023] 轴向平移元件可包含固定到活塞的拉杆。轴向平移元件可包含线性齿轮装置。所 述线性齿轮装置可包含齿条。可旋转构件可包含用于啮合线性齿轮装置的齿轮。所述引擎 可包含耦合在输出轴与轴向平移元件之间的离合器装置。所述离合器装置可包含单向离合 器。所述单向离合器可包含空转离合器装置。轴向平移元件可包含耦合到拉杆的齿条，并且 可旋转构件可包含经由离合器装置耦合到输出轴的小齿轮(其用于啮合齿条），其中经由拉 杆的平移运动，齿条使输出轴旋转。离合器装置可实质上仅在活塞朝向机轴的下行程期间 啮合输出轴。离合器装置可在活塞向内朝向机轴行进时啮合输出轴，并且可在活塞向外远 离机轴行进时脱离输出轴。实质上不变长度转矩臂可界定在输出轴的旋转轴与平移元件和 可旋转构件之间的界面区之间，并且在活塞朝向机轴的向内运动和活塞远离机轴的向外运 动期间保持实质上不变。所述引擎还可包含定位在轴向平移元件与输出轴之间的能量存储 装置。至少一个往复式活塞和汽缸可包含四个直列式活塞和汽缸，所述活塞中的每一者经 配置以经由实质上不变长度转矩臂啮合输出轴并使其旋转。
[0024] 在一些方面，从往复式引擎提取可旋转功率的方法可包含将平移构件耦合到往复 式引擎的往复式构件；以及使用垂直于平移构件的往复轴的实质上一致长度力矩臂将平移 构件耦合到可旋转功率输出构件以将转矩施加到所述可旋转功率输出构件。
[0025] 实施例可包含以下特征中的一或多者。
[0026] 实质上一致长度力矩臂可包含耦合到功率输出构件的可旋转齿轮装置和耦合到 平移构件的齿条