内燃机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机(100)，其包括第一组气缸，该第一组气缸包括：第一两冲程压缩缸(102)，所述第一两冲程压缩缸(102)容纳与第一曲轴(122)连接的第一压缩活塞(114)；第一四冲程燃烧缸(106)，所述第一四冲程燃烧缸(106)容纳与第二曲轴(132)连接的第一燃烧活塞(124)，所述第一四冲程燃烧缸(106)被构造成从所述第一两冲程压缩缸(102)接收压缩气体；以及第一两冲程膨胀缸(110)，所述第一两冲程膨胀缸(110)容纳与所述第一曲轴(122)连接的第一膨胀活塞(134)，所述第一两冲程膨胀缸(110)被构造成从所述第一四冲程燃烧缸(106)接收排气，其中，当所述第一燃烧活塞(124)在所述第一燃烧缸(106)内到达下端位置时，所述第一压缩活塞(114)被定位成在所述第一压缩缸(102)内到达下端位置且所述第一膨胀活塞(134)被定位成在所述第一膨胀缸(110)内到达上端位置；其中，所述第二曲轴(132)被构造成以所述第一曲轴(122)的速度的至少两倍的速度旋转。
【专利说明】
内燃机
技术领域
[0001]本发明涉及一种内燃机。本发明适用于车辆，尤其是重型车辆，例如卡车。然而，虽然将主要针对卡车来描述本发明，但该内燃机当然也适用于其它类型的车辆，例如小汽车、工业建筑机械、轮式装载机等。
【背景技术】
[0002]多年来，对内燃机的需求已稳定增长，且发动机被持续开发以满足市场的各种需求。减少的尾气、提高的发动机效率(即，减少的燃料消耗)以及较低的发动机噪声水平是选择车辆发动机时变成重要方面的诸多准则中的一些。
[0003]此外，在卡车领域中，存在例如确定所允许的最大尾气污染量的、适用的法律指令。此外，降低车辆的总成本是很重要的，而且，由于发动机构成了总成本的相对大的部分，所以，自然也降低发动机部件的成本。
[0004]为了满足所述的需求，多年来，已开发出了各种发动机构思，其中，常规动力缸已例如与预压缩阶段和/或膨胀阶段相结合。
[0005]US 2010/0 300 385描述了一种旨在通过回收化学能来提供增加的热力学效率并因此减少发动机排放的内燃机。US 2010/0 300 385中公开的该内燃机包括压缩机气缸，该压缩机气缸与第一动力缸及第二动力缸处于上游流体连通(in upstream fluidcommunicat1n)。动力缸又与膨胀缸处于上游流体连通。
[0006]虽然US2010/0 300 385中公开的内燃机可提高热力学效率并减少发动机排放，但它仍需进一步改进，例如，提高成本效率和功能性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种内燃机，它具有数量减少的部件，但仍提供了良好平衡的发动机。该目的至少部分地通过根据权利要求1所述的内燃机来实现。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种内燃机，其包括第一组气缸，该第一组气缸包括:第一两冲程压缩缸，该第一两冲程压缩缸容纳与第一曲轴连接的第一压缩活塞;第一四冲程燃烧缸，该第一四冲程燃烧缸容纳与第二曲轴连接的第一燃烧活塞，该第一四冲程燃烧缸被构造成从第一两冲程压缩缸接收压缩气体；以及第一两冲程膨胀缸，该第一两冲程膨胀缸容纳与第一曲轴连接的第一膨胀活塞，该第一两冲程膨胀缸被构造成从第一四冲程燃烧缸接收排气;其中，当第一燃烧活塞在第一燃烧缸内到达下端位置时，第一压缩活塞被定位成在第一压缩缸内到达下端位置且第一膨胀活塞被定位成在第一膨胀缸内到达上端位置;其中，第二曲轴被构造成以第一曲轴的速度的至少两倍的速度旋转。
[0009]在下文及整个说明书中，“压缩缸”应理解为容纳压缩活塞的气缸，其中，该气缸被布置成将压缩进气提供给燃烧缸。因此，压缩活塞在压缩缸内压缩气体，该压缩气体然后被转移到燃烧缸的进气口。该压缩气体的压力水平因而高于大气压力。第一压缩缸以两冲程的方式工作，这意味着:当压缩活塞处于该气缸的上端位置(也称为该气缸的上止点)时，气体在压缩活塞朝向压缩缸的下端位置(也称为该气缸的下止点)的向下运动期间被提供到该气缸中。当压缩活塞然后处于朝向该气缸的上端位置的向上运动中时，提供到该气缸中的气体由于压缩活塞的往复运动所引起的该气缸内的容积减小而被压缩。在期望的时间点上，该压缩气体被从压缩缸中导出并到达燃烧缸的进气口。下文将进一步描述如何对此进行控制。被压缩缸压缩的气体例如可以是环境空气。
[0010]在下文及整个说明书中，“膨胀缸”应理解为容纳膨胀活塞的气缸，其中，该气缸被布置成从燃烧缸接收排气，然后进一步将该排气从膨胀缸中排出。第一膨胀缸以两冲程的方式工作，这意味着:当膨胀活塞处于该气缸的上端位置时，来自燃烧缸的排气在膨胀活塞朝向膨胀缸的下端位置的向下运动期间被提供到膨胀缸中。因而，排气由于该膨胀活塞在其中往复运动的缸膛内的容积的增大而膨胀。当膨胀活塞然后处于朝向该气缸的上端位置的向上运动中时，提供到该膨胀缸中的排气被从膨胀缸中导出，从而直接排出到大气中或提供给某种排气后处理系统，例如，催化剂等。
[0011]如上所述，燃烧缸是四冲程燃烧缸，S卩，对于第二曲轴的每两圈回转，该燃烧缸具有一个做功冲程和一个排气冲程。当燃烧缸内的燃烧活塞朝向该气缸的下止点向下行进时，来自压缩缸的压缩气体被迫使进入燃烧缸中。当燃烧活塞然后朝向燃烧缸的上止点向上行进时，燃烧缸中的气体被压缩。在上止点处，优选在活塞到达上止点之后不久，执行燃烧过程。燃烧活塞然后再次朝向下止点向下行进，以产生活塞的做功。最后，当燃烧活塞向上行进时，排气被从燃烧缸中导出且被迫使进入膨胀缸中。
[0012]本发明是基于以下见解:通过以特定构造将活塞布置成相对于彼此在其各自的气缸内往复运动，活塞及其各自的连杆的移动具有提高内燃机构造的平衡的效果。更具体地，四冲程燃烧活塞产生内燃机的一阶不平衡，而两冲程压缩活塞和两冲程膨胀活塞产生内燃机的二阶不平衡。该二阶不平衡具有两倍于所述一阶不平衡的频率。通过将四冲程燃烧缸相对于两冲程压缩缸和两冲程膨胀缸定位在单独的曲轴上并将第二曲轴布置成以第一曲轴的速度的至少两倍的速度旋转，两冲程压缩缸和两冲程膨胀缸以及四冲程燃烧缸以如下方式相互匹配:即，内燃机的一阶不平衡和二阶不平衡相互抵消。更详细地，利用上述构造，来自两冲程压缩缸和两冲程膨胀缸的二阶不平衡在相位上与来自四冲程燃烧缸的一阶不平衡相反且对齐，这些不平衡则具有大致相同的振幅且因此可用于相互抵消。因此，通过用作二阶不平衡的平衡配重的、较快速的四冲程燃烧活塞，一阶不平衡至少部分地抵消了二阶不平衡，反之亦然。第一燃烧活塞优选位于第一压缩活塞与第一膨胀活塞之间。利用上述构造，本发明因而提供了一种活塞布置结构，该活塞布置结构在其运动中被对准，以便一阶不平衡能够抵消二阶不平衡。
[0013]用语“速度的至少两倍”应以如下方式来理解:S卩，第二曲轴应以整数倍(至少二倍)的速度旋转。在第二曲轴以第一曲轴的速度的两倍旋转的情况下，当压缩活塞和膨胀活塞各自分别完成整个压缩和膨胀循环时，四冲程燃烧活塞完成整个燃烧循环，如上文所述，整个燃烧循环是720度曲柄角。为了把来自第一曲轴和第二曲轴的扭矩例如传递到齿轮箱传动装置以及为了使这些曲轴同步，第一曲轴例如可通过适当的传动装置连接到第二曲轴。此外，用语“上端位置”和“下端位置”不应理解为气缸内的绝对的最上点和最下点，而是可以解释为离相应的上端点和下端点具有正常公差的位置。
[0014]本发明的优点在于:通过至少部分地消除内燃机的不平衡，可以减少常规的平衡轴的数量。因此，实现了平衡轴的减少，这又由于需要较少的部件而降低了发动机的成本。内燃机中的平衡轴的减少还在例如摩擦损耗等方面使动力损耗减到最少。而且，发动机室中的空间相对有限，通过减少平衡轴的数量，可使发动机的尺寸更小，这允许其它部件(例如，各种软管等)容纳在发动机室中。
[0015]根据示例性实施例，该内燃机还包括第二组气缸，该第二组气缸包括:第二两冲程压缩缸，该第二两冲程压缩缸容纳与第一曲轴连接的第二压缩活塞，其中，该第二压缩活塞被定位成:当第一压缩活塞在第一压缩缸内到达下端位置时，该第二压缩活塞在第二压缩缸内到达上端位置;第二四冲程燃烧缸，该第二四冲程燃烧缸容纳与第二曲轴连接的第二燃烧活塞，该第二四冲程燃烧缸被构造成从第二两冲程压缩缸接收压缩气体;其中，该第二燃烧活塞被定位成:当第一燃烧活塞在第一燃烧缸内到达上端位置时，该第二燃烧活塞在第二燃烧缸内到达上端位置；以及第二两冲程膨胀缸，该第二两冲程膨胀缸容纳与第一曲轴连接的第二膨胀活塞，该第二两冲程膨胀缸被构造成从第二四冲程燃烧缸接收排气，其中，该第二膨胀活塞被定位成:当第一膨胀活塞在第一膨胀缸内到达下端位置时，该第二膨胀活塞在第二膨胀缸内到达上端位置。
[0016]因而，通过使该内燃机设有第二组气缸，能够更进一步提高发动机的平衡效果，这是因为不同活塞的特定相互往复运动可进一步抵消在发动机的使用期间产生的不平衡。此夕卜，该示例性实施例实现了内燃机的提高的功率能力以及改进的连续发动机扭矩。
[0017]根据示例性实施例，第一组气缸和第二组气缸相对于彼此以V形构造定位。根据示例性实施例，该V形可以布置成90度构造。
[0018]其优点在于，可实现所述不平衡的进一步减小，这是因为活塞在各自气缸内的行程能够相对于彼此被进一步控制。活塞和相应曲轴的运动模式出乎预料地更进一步平衡该内燃机，因而更进一步减少对发动机的平衡轴的需要。此外，该内燃机的V形构造允许对一阶不平衡和二阶不平衡的进一步可控性，这是因为来自气缸的力以如下方式对准:即，提供了所述力的期望的平衡。而且，以对角线方式设置气缸将允许两冲程气缸使从气缸产生的一阶不平衡相互抵消。此外，该内燃机的V形构造提供了一种紧凑的发动机，这由于发动机室中的有限可用空间而是有利的。本发明不应理解为仅限于上文所述的90度；当然也可以想到其它构造，例如，在O度至120度之间的范围内。
[0019]根据示例性实施例，第一压缩活塞可定位成:当第一膨胀活塞在第一膨胀缸内到达下端位置时，第一压缩活塞在第一压缩缸内到达上端位置。因而，当第二压缩活塞和第一膨胀活塞布置在其各自的下端位置时，第一压缩活塞和第二膨胀活塞布置在其各自的上端位置。其优点在于，利用这种活塞构造，结合上文所述的V形形状，该V形形状的每一个“分支”使得一个两冲程活塞处于其上端位置且一个两冲程活塞处于其下端位置，从而由于对不同活塞的惯性负载的控制而提供了平衡效果。
[0020]根据示例性实施例，第一燃烧活塞和第二燃烧活塞能够以如下方式定位成在各自的燃烧缸内大致同时到达上端位置:即，当第二燃烧活塞处于第二燃烧缸的上端位置以开始将气体吸入第二燃烧缸中时，第一燃烧活塞被构造成在第一燃烧缸内的上端位置处被点火。
[0021]在下文及整个说明书中，用语“曲柄角偏移”应理解为不同活塞的曲柄角之间的旋转差值，即，曲轴上的各个活塞之间的曲柄角度数(CAD)。作为实例，四冲程燃烧活塞具有720度曲柄角循环，而两冲程压缩活塞和两冲程膨胀活塞各自分别具有360度曲柄角循环。
[0022]以上述方式(S卩，相对于彼此具有约360度的偏移)设置燃烧活塞的优点在于:对于第二曲轴的每一次回转，燃烧冲程将发生，由此提供持续的发动机扭矩。当然，该内燃机在相对于360度偏移存在微小偏差的情况下良好地工作，这不应解释为第一燃烧活塞与第二燃烧活塞之间的内部关系的绝对值。
[0023]根据示例性实施例，第一燃烧活塞和第二燃烧活塞可布置成:当第一膨胀活塞在第一膨胀缸内到达上端位置和下端位置时，第一燃烧活塞和第二燃烧活塞分别在第一燃烧缸和第二燃烧缸内到达下端位置。这种布置结构与上文所述的活塞位置关系的结合可更进一步增强内燃机的平衡。
[0024]根据示例性实施例，第一压缩缸和第一膨胀缸可定位成相互平行;并且其中，第二压缩缸和第二膨胀缸可定位成相互平行。
[0025]该构造尤其(但非排他性地)适用于发动机的上述V形构造。因而，第一压缩缸和第一膨胀缸布置在该V形的一个分支处，而第二压缩缸和第二膨胀缸布置在该V形的另一个分支处。通过将第一压缩缸和第一膨胀缸相互平行地布置并将第二压缩缸和第二膨胀缸相互平行地布置，以及根据上文的描述将各个活塞布置成往复运动，该内燃机被进一步平衡。而且，通过平行地设置特定的气缸，可使气缸之间的下文所述的通道相对小，这减少了这些通道中的动力损失。
[0026]根据示例性实施例，第一燃烧缸和第二燃烧缸可形成第一V形构造;且第一压缩缸和第二压缩缸可形成第二 V形构造。
[0027]根据示例性实施例，第一曲轴可定位成平行于第二曲轴，使得第二V形构造位于第一 V形构造上方并平行于第一 V形构造。详细地，第一曲轴的轴向延伸被定位成平行于第二曲轴的轴向延伸。
[0028]通过使该内燃机具有两个V形且使第二V形位于第一 V形上方并平行于第一 V形，能够使第一压缩缸与第一燃烧缸之间的距离以及第一燃烧缸与第一膨胀缸之间的距离相对小，从而减少气缸之间的如下文所述的通道，这减少了这些通道中的动力损失，由此提高了内燃机的效率。此外，所提供的V形定位是有益的，因为这进一步提高了内燃机的平衡属性。这是由于所述V形提供了四冲程活塞与两冲程活塞之间的质量力的适当对准而实现的。
[0029]再进一步，当讨论第一V形与第二V形之间的相对位置时，用语“上方”应理解为使得各个V形的端点被布置成相互偏移。因而，第二 V形或多或少被容纳在第一 V形内。
[0030]根据示例性实施例，在第一曲轴与第二曲轴之间可设有平衡轴。该平衡轴可作为补充而布置在内燃机中，以更进一步去除可能在发动机中产生的任何不平衡。该平衡轴当然也可定位在内燃机的其它位置处，而不限于上述位置。然而，有益的是将该平衡轴紧邻第二曲轴定位，以抵消从第二曲轴产生的不平衡。
[0031]根据示例性实施例，第一压缩缸可通过第一通道而与第一燃烧缸流体连通。根据示例性实施例，第一燃烧缸可通过第二通道而与第一膨胀缸流体连通。根据示例性实施例，第二压缩缸可通过第三通道而与第二燃烧缸流体连通。根据示例性实施例，第二燃烧缸可通过第四通道而与第二膨胀缸流体连通。根据示例性实施例，第一通道可设有冷却构件，该冷却构件用于冷却在第一压缩缸与第一燃烧缸之间通过的流体。根据示例性实施例，第三通道可设有冷却构件，该冷却构件用于冷却在第二压缩缸与第二燃烧缸之间通过的流体。通过所提供的冷却构件，例如能够减少压缩缸的功率消耗，这是因为:与先前已知的发动机相比，能够提高该冷却构件的压力水平。此外，总的压缩功将减少。还提供了较冷的内燃机。该冷却构件例如可以是热交换器等。
[0032]根据示例性实施例，所述气缸中的每一个均可包括带有气门的进气端口以及带有气门的排气端口，以控制进出各个气缸的流体输送，其中，所述带有气门的进气端口和带有气门的排气端口中的每一个均通过公用的凸轮轴而被控制。
[0033]由于不同气缸的曲轴的不同速度，一个公用的凸轮轴就足够用了，因为两冲程气缸的凸轮轴应在两冲程曲轴的速度下运行，而四冲程气缸的凸轮轴应以四冲程曲轴的速度的一半的速度运行。因而，由于上文所述的第一曲轴与第二曲轴之间的速度比，一个公用的凸轮轴就足够用了。
[0034]根据一实例，压缩缸可设有簧片阀或止回阀。在此情况下，这些气缸可不需要被凸轮轴控制。
[0035]因而，能够通过以适当的间隔打开和关闭所述带有气门的排气端口来控制流体输送。例如，第一压缩缸的带有气门的排气端口可在第一压缩缸中的压力已达到预定压力极限时被控制在打开状态。不同类型的带有气门的端口对本领域技术人员来说是熟知的，因此将不再进一步描述。所述带有气门的端口可通过发动机的或发动机将安装于其上的车辆的、可获得的控制单元来控制。
[0036]根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，其包括根据上述实施例中的任一个所述的内燃机。
[0037]此第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于本发明的第一方面描述的效果和特征。
[0038]当研读所附权利要求和以下详细描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以相互组合，以产生除下文所述的实施例以外的实施例。
【附图说明】
[0039]通过以下对本发明示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，其中:
[0040]图1是包括根据本发明示例性实施例的内燃机的车辆的侧视图；
[0041 ]图2是根据本发明示例性实施例的内燃机的透视图；
[0042]图3是图2所描绘的示例性实施例中的气缸之间的相互连接的示意性俯视图；
[0043]图4是图2和图3所描绘的示例性实施例的各个气缸中的活塞运动的示意性侧视图；
[0044]图5是根据本发明的另一示例性实施例的气缸构造的侧视图；
[0045]图6是根据本发明的又一示例性实施例的气缸构造的侧视图；并且
[0046]图7是图6所描绘的示例性实施例的替代性构造的侧视图。
【具体实施方式】
[0047]现在，将在下文中参照附图来更全面地描述本发明，这些附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以许多不同形式来实施，而不应理解为仅限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例仅是为了详尽和充分公开的目的而提供。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
[0048]特别参照图1，提供了具有根据本发明的内燃机100的车辆I。图1所描绘的车辆是卡车，下文将详细描述的本发明的内燃机100尤其适用于这种卡车。
[0049]结合图3来参照图2，图2示出了根据本发明示例性实施例的内燃机100。图1所描绘的内燃机被形成为V形，其包括六个不同的气缸，因此将关于该V形来描述。然而，本发明同样适用于下文将参照图5-7描述的相互平行地布置的气缸。为了便于理解本发明，图2中已省略了容纳相应活塞的气缸，而活塞的构造可在图3的示意性俯视图中找到。
[0050]图2和图3所描绘的内燃机包括第一压缩缸102和第二压缩缸104，该第一压缩缸102和第二压缩缸104分别与第一燃烧缸106和第二燃烧缸108流体连通。第一燃烧缸106和第二燃烧缸108又分别与第一膨胀缸110和第二膨胀缸112流体连通。
[0051]第一压缩缸102和第二压缩缸104各自容纳相应的第一压缩活塞114和第二压缩活塞116，该第一压缩活塞114和第二压缩活塞116在其各自的压缩缸内在下端位置118(也称为下止点)与上端位置120(也称为上止点)之间往复运动。第一压缩活塞114和第二压缩活塞116连接到各自的连杆，该连杆又连接到内燃机100的第一曲轴122。
[0052]同样，第一燃烧缸106和第二燃烧缸108各自容纳相应的第一燃烧活塞124和第二燃烧活塞126，该第一燃烧活塞124和第二燃烧活塞126在其各自的燃烧缸内在下端位置128与上端位置130之间往复运动。第一燃烧活塞124和第二燃烧活塞126连接到各自的连杆，该连杆又连接到内燃机100的第二曲轴132。
[0053]最后，以关于压缩缸和燃烧缸所描述的相应方式，第一膨胀缸110和第二膨胀缸112各自容纳相应的第一膨胀活塞134和第二膨胀活塞136，该第一膨胀活塞134和第二膨胀活塞136在其各自的膨胀缸内在下端位置138与上端位置140之间往复运动。第一膨胀活塞134和第二膨胀活塞136连接到各自的连杆，该连杆又连接到内燃机100的第一曲轴122。
[0054]如图可见(尤其在图2中)且如上文所述，这些气缸被布置成V形构造。更具体地，内燃机100由第一V形构造和第二V形构造构成，其中，第一V形是通过所述压缩缸102、104和膨胀缸110、112而布置的。第二 V形是通过第一燃烧缸106和第二燃烧缸108而布置的。
[0055]在第一V形构造中，第一压缩缸102被布置成平行于第一膨胀缸110，且第二压缩缸104被布置成平行于第二膨胀缸112。因而，第一压缩缸102和第一膨胀缸110构成第一 V形构造中的一个分支，而第二压缩缸104和第二膨胀缸112构成第一 V形构造中的第二个分支。
[0056]第一燃烧缸106构成第二V形构造中的第一个分支，而第二燃烧缸108构成第二 V形构造的另一个分支。第一 V形构造和第二 V形构造被定位成相互平行。因而，第二曲轴132位于第一曲轴122上方并平行于第一曲轴122。此外，第一V形和第二V形优选以相同或大致相同的角间距(angular spacing)布置。因此，第一燃烧缸106被布置成平行于或大致平行于第一压缩缸102和第一膨胀缸110。
[0057]第二曲轴132被构造成以第一曲轴122的整数倍(至少两倍)的速度旋转。为了便于理解，下文将仅描述第二曲轴132以第一曲轴122的速度的两倍旋转的情形。
[0058]第二曲轴132以第一曲轴122的速度的两倍旋转。因而，当两冲程压缩缸和两冲程膨胀缸执行完整两冲程循环(即，360度曲柄角循环)时，连接到第二曲轴132的四冲程燃烧缸执行完整四冲程循环(即，720度曲柄角循环)。第一曲轴122和第二曲轴132通过适当的传动装置150而彼此互连，该传动装置150具有1:2的传动比，用于将发动机扭矩例如传递到车辆I的齿轮箱。图2所描绘的传动装置是具有与第一曲轴122连接的第一齿轮152以及与第二曲轴132连接的第二齿轮154的齿轮传动装置，该第一齿轮152和第二齿轮154彼此啮合连接。其它类型的传动装置当然也是可以想到的，例如，皮带传动装置或本领域技术人员所熟知的其它类型。
[0059]此外，该传动装置还连接到内燃机的凸轮轴156。凸轮轴156控制不同气缸的各种气门，下文将描述这些气门的功能。在图2所描绘的示例性实施例中，存在单个凸轮轴，它控制内燃机的所有气缸的气门。这可由于活塞的相互速度/冲程构造及其相应的曲轴而实现。
[0060]为了描述在内燃机的使用期间的不同气缸的运动模式以及不同气缸之间的连通，结合图4来参照图3。如图3所描绘的，第一压缩缸102通过第一通道302而与第一燃烧缸106流体连通，且第一燃烧缸通过第二通道304而与第一膨胀缸110流体连通。同样，第二压缩缸104通过第三通道306而与第二燃烧缸108流体连通，且第二燃烧缸108通过第四通道308而与第二膨胀缸112流体连通。第一通道302和第三通道306可设有冷却构件(未示出)，该冷却构件用于冷却通过第一通道302和第三通道306输送的气体。
[0061]如图4所示，在内燃机的运动期间，第一压缩活塞114被定位在第一压缩缸102中，当第二压缩活塞116在第二压缩缸104内到达上端位置120时，第一压缩活塞114在第一压缩缸102内到达下端位置118。第一燃烧活塞124被定位在第一燃烧缸106中，当第二燃烧活塞126在第二燃烧缸108内到达下端位置128时，第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内到达下端位置128。第一膨胀活塞134被定位成:当第二膨胀活塞136在第二膨胀缸112内到达下端位置138时，第一膨胀活塞134在第一膨胀缸110内到达上端位置140。
[0062]为了便于理解与内燃机的压缩-燃烧-膨胀循环相关的描述，下文仅针对第一压缩缸102、第一燃烧缸106和第一膨胀缸110来描述，它们一起形成第一组气缸。
[0063]此外，当第一压缩活塞114在第一压缩缸102内位于其下端位置118时，第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内位于下端位置128且第一膨胀活塞134在第一膨胀缸110内位于上端位置140。
[0064]下文将描述该压缩-燃烧-膨胀循环中的四个冲程中的每一个。
[0065]在第一阶段，第一压缩活塞114在第一压缩缸102内位于下端位置118并处于朝向第一压缩缸102的上端位置120的向上运动中。因此，该压缩阶段在第一压缩缸102中开始。第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内位于下端位置128且处于朝向上端位置130的向上运动中。第一燃烧缸106的排气门408处于打开状态，从而，第一燃烧缸106内的排气能够在第一燃烧活塞124的向上运动期间被迫使进入第一膨胀缸110中。此外，在该第一阶段期间，第一膨胀活塞134在第一膨胀缸110内位于上端位置140并处于朝向其下端位置138的向下运动中。而且，第一膨胀缸的进气门410处于打开状态，以允许来自第一燃烧缸106的排气被迫使进入第一膨胀缸110中。根据一个实施例，该第一膨胀缸仅包括排气门，即，没有进气门410。这样，来自第一燃烧缸106的排气经由排气门412被提供到第一膨胀缸110中。在后一阶段(稍后将描述)，膨胀的排气也经由排气门412从第一膨胀缸110中排出。因此，该排气门412用作进气门并用作第一膨胀缸的排气门。这同样适用于下文进一步描述的第二膨胀缸112。
[0066]在第二阶段，第一压缩活塞114已到达第一压缩缸102的中间部分。第一压缩缸中的气体已经在从下端位置118到该中间部分的向上运动期间被缸膛(cy I inder bore)的最小容积压缩。压缩缸102的进气门404布置在打开状态，以允许压缩气体进入第一燃烧缸106。第一燃烧缸106的进气气门406因此处于打开状态，使得第一燃烧缸106能够从第一压缩缸102接收压缩气体。第一燃烧缸106的排气门408处于关闭状态。在此第二阶段，第一燃烧活塞124位于第一燃烧缸106的上端位置130并处于朝向下端位置128的向下运动中，在该向下运动期间，第一燃烧缸106从第一压缩缸102接收压缩气体。在该第二阶段，第一膨胀活塞134位于第一膨胀缸110的中间部分中并处于朝向其下端位置138的向下运动中，其中，进气门410和排气门412处于关闭状态。
[0067]在第三阶段，第一压缩活塞114在第一压缩缸102内位于上端位置120并处于朝向其下端位置118的向下运动中。进气门402处于打开状态且排气门404处于关闭状态。因此，压缩缸102正开始将气体吸入该气缸中。第一燃烧活塞124在第一燃烧缸内位于下端位置128并处于朝向其上端位置130的向上运动中。第一燃烧缸106的进气门406和排气门408均处于关闭状态。第一膨胀活塞134位于第一膨胀缸110的下端位置138并处于朝向第一膨胀缸110的上端位置140的向上运动中。第一膨胀缸110的排气门412处于打开状态，以允许膨胀的排气从第一膨胀缸110中排出。
[0068]最后，在第四阶段，第一压缩活塞114位于第一压缩缸102的中间部分中并处于朝向第一压缩缸102的下端位置118的向下运动中。第一压缩缸的进气门402仍处于打开状态，以进一步允许气体进入气缸。第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内位于上端位置130。燃烧活塞124处于朝向其下端位置128的向下运动中，因此处于做功冲程。第一燃烧缸的进气门406和排气门408均布置在关闭状态。第一膨胀活塞134位于第一膨胀缸110的中间部分中并处于朝向其上端位置140的向上运动中。该第一膨胀缸的排气门412仍处于打开状态，从而允许膨胀的排气从第一膨胀缸中排出。
[0069]上文主要针对如图2所描绘的V形发动机进行了描述。现在将在下文中针对示出了本发明的不同实施例的图5-7来描述本发明，其中，内燃机的所有不同的气缸被定位成相互平行。
[0070]从图5开始，图5示出了根据本发明的内燃机的示例性实施例的气缸构造的侧视图，其中，该内燃机仅由上文所述的第一组气缸构成，即，第一压缩缸102、第一燃烧缸106和第一膨胀缸110。图5所描绘的实施例的活塞布置结构与上文所述的活塞布置结构类似，SP，当第一压缩活塞114位于第一压缩缸102的下端位置118时，第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内位于下端位置128且第一膨胀活塞134在第一膨胀缸110内位于上端位置140。而且，上文所述的四冲程构造同样适用于图5所描绘的实施例。
[0071]此外，第一压缩缸102、第一燃烧缸106和第一膨胀缸110被布置成相互平行。与上文所述的第二曲轴连接的第一燃烧缸106布置在第一压缩缸102与第一膨胀缸110之间，该第一压缩缸102和第一膨胀缸110 二者均连接到上文所述的第一曲轴。当从内燃机的横向侧观察时，第二曲轴132位于第一曲轴122上方。因为这些气缸被布置成相互平行，所以第二曲轴132的长度小于将第一曲轴122连接到相应的第一压缩活塞114和第一膨胀活塞134的连杆之间的距离。适当的传动装置将第一曲轴122和第二曲轴132互连。
[0072]现在转向图6，图6示出了根据本发明的内燃机的另一示例性实施例的气缸构造的侧视图，其中，该内燃机由上文所述的第一组气缸和第二组气缸构成。以与上文参照图5描述的相同的方式，图6中的气缸布置结构包括第一压缩缸102、第一燃烧缸106和第一膨胀缸110。图6所描绘的内燃机还包括第二组气缸，S卩，第二压缩缸104、第二燃烧缸108和第二膨胀缸112，如上文关于V形发动机所描述的。因此，图6中的气缸布置结构可描述为彼此接近地定位的图5的两个气缸布置结构，不同之处在于第二组气缸的活塞构造是如上文所述，即:当第一压缩活塞114在第一压缩缸102内位于下端位置时，第二压缩活塞116在第二压缩缸104内位于上端位置；当第一燃烧活塞124在第一燃烧缸106内位于下端位置时，第二燃烧活塞126在第二燃烧缸108内位于下端位置;并且，当第一膨胀活塞134在第一膨胀缸110内位于上端位置时，第二膨胀活塞136在第二膨胀缸112内位于下端位置。
[0073]此外，图6中的气缸布置结构包括两个独立的第二曲轴132和一个第一曲轴122。这两个第二曲轴132均以与参照图5描述的第二曲轴类似的方式布置，S卩，它们的长度小于将第一曲轴122连接到相应的压缩活塞和膨胀活塞的连杆之间的距离。因而，适当的传动装置将这两个第二曲轴中的每一个连接到第一曲轴。
[0074]现在参照图7，图7示出了图6中的实施例的替代性实例。图7的实施例与图6的实施例之间的不同之处在于:第一燃烧缸106和第二燃烧缸108定位成彼此相邻，而不是定位在相应的压缩缸与膨胀缸之间。活塞的构造与本申请全文所述的相同。如图7所示地对气缸定位的优点在于:该第一燃烧活塞和第二燃烧活塞能够共享同一个第二曲轴，即，图7中的实施例包括一个第一曲轴122和一个第二曲轴132。
[0075]虽然例如图3和图4示出了来自第一燃烧缸106和第二燃烧缸108的燃烧气体被迫经由进气门410和422进入相应的膨胀缸110、112中，但本发明同样适用于使膨胀缸仅具有一个气门。这里，气门410和422被移除，且燃烧气体经由排气门412和424被提供到相应的膨胀缸中，该排气门412和424仍将膨胀气体从相应的膨胀缸110、112中排出。
[0076]应当理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例;而是，本领域技术人员将认识到，可在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。而且，已针对气缸以V形形状平行地布置而描述了本发明，因此，应当容易理解，虽然未明确地如此描述，但相应的活塞也以V形形状平行地布置。
【主权项】
1.一种内燃机(100)，其包括第一组气缸，所述第一组气缸包括: -第一两冲程压缩缸(102)，所述第一两冲程压缩缸(102)容纳与第一曲轴(122)连接的第一压缩活塞(114); -第一四冲程燃烧缸(106)，所述第一四冲程燃烧缸(106)容纳与第二曲轴(132)连接的第一燃烧活塞(124)，所述第一四冲程燃烧缸(106)被构造成从所述第一两冲程压缩缸(102)接收压缩气体;以及 -第一两冲程膨胀缸(110)，所述第一两冲程膨胀缸(110)容纳与所述第一曲轴(122)连接的第一膨胀活塞(134)，所述第一两冲程膨胀缸(110)被构造成从所述第一四冲程燃烧缸(106)接收排气； 其特征在于，当所述第一燃烧活塞(124)在所述第一燃烧缸(106)内到达下端位置时，所述第一压缩活塞(114)被定位成在所述第一压缩缸(102)内到达下端位置且所述第一膨胀活塞(134)被定位成在所述第一膨胀缸(110)内到达上端位置;其中，所述第二曲轴(132)被构造成以所述第一曲轴(122)的速度的至少两倍的速度旋转。2.根据权利要求1所述的内燃机(100)，其中，所述内燃机还包括第二组气缸，所述第二组气缸包括: -第二两冲程压缩缸(104)，所述第二两冲程压缩缸(104)容纳与所述第一曲轴(122)连接的第二压缩活塞(116)，其中，所述第二压缩活塞(116)被定位成:当所述第一压缩活塞(114)在所述第一压缩缸(102)内到达下端位置时，所述第二压缩活塞(116)在所述第二压缩缸(104)内到达上端位置； -第二四冲程燃烧缸(108)，所述第二四冲程燃烧缸(108)容纳与所述第二曲轴(132)连接的第二燃烧活塞(126)，所述第二四冲程燃烧缸(108)被构造成从所述第二两冲程压缩缸(104)接收压缩气体;其中，所述第二燃烧活塞(126)被定位成:当所述第一燃烧活塞(124)在所述第一燃烧缸(106)内到达上端位置时，所述第二燃烧活塞(126)在所述第二燃烧缸(108)内到达上端位置；以及 -第二两冲程膨胀缸(112)，所述第二两冲程膨胀缸(112)容纳与所述第一曲轴(122)连接的第二膨胀活塞(136)，所述第二两冲程膨胀缸(112)被构造成从所述第二四冲程燃烧缸(108)接收排气;其中，所述第二膨胀活塞(136)被定位成:当所述第一膨胀活塞(134)在所述第一膨胀缸(110)内到达下端位置时，所述第二膨胀活塞(136)在所述第二膨胀缸(112)内到达上端位置。3.根据权利要求2所述的内燃机(100)，其中，所述第一组气缸和所述第二组气缸相对于彼此以V形构造定位。4.根据权利要求2到3中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一燃烧活塞(124)和所述第二燃烧活塞(126)以如下方式定位成在各自的燃烧缸内大致同时到达上端位置:当所述第二燃烧活塞处于所述第二燃烧缸的上端位置以开始将燃料吸入所述第二燃烧缸中时，所述第一燃烧活塞(124)被构造成在所述第一燃烧缸内的上端位置处被点火。5.根据权利要求2到4中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一燃烧活塞(124)和所述第二燃烧活塞(126)被布置成:当所述第一膨胀活塞(134)在所述第一膨胀缸(110)内到达上端位置和下端位置时，所述第一燃烧活塞(124)和所述第二燃烧活塞(126)分别在所述第一燃烧缸(106)和所述第二燃烧缸(108)内到达下端位置。6.根据权利要求2到5中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一压缩缸(102)和所述第一膨胀缸(110)被定位成相互平行;并且其中，所述第二压缩缸(104)和所述第二膨胀缸(112)被定位成相互平行。7.根据权利要求2到6中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一燃烧缸(106)和所述第二燃烧缸(108)形成第一 V形构造;且所述第一压缩缸(102)和所述第二压缩缸(104)形成第二 V形构造。8.根据权利要求7所述的内燃机(100)，其中，所述第一曲轴(122)被定位成平行于所述第二曲轴(132)，使得所述第二 V形构造位于所述第一 V形构造上方并平行于所述第一 V形构造。9.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(100)，其中，在所述第一曲轴(122)与所述第二曲轴(132)之间设有平衡轴。10.根据权利要求3到9中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述V形被布置成90度构造。11.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一压缩缸(102)通过第一通道(302)而与所述第一燃烧缸(106)流体连通。12.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一燃烧缸(104)通过第二通道(304)而与所述第一膨胀缸(106)流体连通。13.根据权利要求2到12中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第二压缩缸(104)通过第三通道(306)而与所述第二燃烧缸(108)流体连通。14.根据权利要求2到13中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第二燃烧缸(108)通过第四通道(308)而与所述第二膨胀缸(112)流体连通。15.根据权利要求11到14中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述第一通道(302)和所述第三通道(304)中的每一个均设有冷却构件，所述冷却构件用于冷却通过所述第一通道(302)和所述第三通道(304)的流体。16.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(100)，其中，所述气缸中的每一个均包括带有气门的进气端口(402、406、414、418)以及带有气门的排气端口(404、408、412、416、420、424)，以控制进出各个气缸的流体输送，其中，所述带有气门的进气端口和带有气门的排气端口中的每一个均通过公用的凸轮轴而被控制。17.—种车辆(I)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(100)。
【文档编号】F02B33/22GK105829677SQ201380081729
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2013年12月19日
【发明人】阿尔内·安德松, 蒋滨丞, 斯塔凡·隆格伦, 斯塔凡·约翰松, 本特·约翰松
【申请人】沃尔沃卡车集团