专利名称：往复活塞式发动机的联接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及往复活塞式发动机，尤其是涉及将这种发动机的一活塞销和一曲轴颈相互连接的联接装置(coupling arrangement)。本发明可应用于往复活塞式燃机和往复活塞式压缩机，并且下面的描述将结合该示范性的应用来进行，但是应当理解本发明并不局限于该应用。
传统的往复活塞式发动机通常被制造成二冲程和四冲程的形式。一单个活塞被容纳在每一汽缸内，该活塞通过一单个实心安装的连杆从一中央活塞销连接到一单个支承的曲轴颈上。在活塞的燃烧室内进行燃烧后，由燃烧物资的膨胀所产生的能量迫使活塞沿着汽缸的全长移离燃烧室。这种移动经连杆传递到曲轴颈上并且被转换成一旋转运动，此时曲轴绕其纵轴线被驱动。当曲轴完成每次转动时，连接曲轴颈与活塞销的连杆就迫使活塞沿汽缸的全长返回到燃烧室内，然后再次进行燃烧并且重复这种循环。
这种类型的传统的发动机被装置成当活塞在上死点并且曲轴颈在一相应的顶部中央位置、即在靠近汽缸燃烧室的一位置时，在汽缸内产生最大的燃烧压力。这种装置所获得的效果是在紧跟着点火后或在曲轴的顶部中央位置的稍后，汽缸内活塞的向下行程会迅即造成在活塞上表面之上的汽缸容积的扩大。由此产生燃烧压力的一迅速降低并且作用于活塞上的力也相应地迅速降低，从而作用于用于曲轴转动的曲轴颈上的力也迅速降低。
申请人已注意到这样的一装置不能有效地将燃烧室内气体燃烧的能量转换为使曲轴转动的动力。因此需要建立一种更有效的往复活塞式发动机，其中可以由同样量的燃烧物资产生更多的动力，或者可以采用较少量的燃烧物资来获得同样量的动力。
本发明的一目的是提供一往复活塞式发动机，其克服或改进了公知的往复活塞式发动机的一个或多个缺点。
为此，本发明提供用于将一往复活塞式发动机的一活塞销与一曲轴颈相互连接的一联接装置，该装置包括一连杆，其具有可转动地连接到曲轴颈上的一第一端，一连接件，其在一第一转动点可转动地连接到连杆的一第二端上，和在远离该第一转动点的一第二转动点可转动地连接到活塞销上，和旋转同步装置，用于使第一转动点绕活塞销的旋转运动与曲轴颈绕曲轴的旋转运动同步。
在具有这些特征的一发动机中，连杆的连结点通过一连接件而与活塞销隔开，其中连接件可转动地连结在连杆与活塞销之间。采用这样的一装置，可以建立一往复活塞式发动机，其中当活塞在其上死点中央位置时，不再需要曲轴颈在一顶部中央位置。曲轴颈能位于在顶部中央位置与一底部中央位置中间的一位置，从而紧挨燃烧之后，当燃烧室处于其最大压力和相应最大的力作用于活塞时，可以向曲轴颈施加比传统的往复活塞式发动机更大的一扭矩。通过在曲轴颈转过其顶部中央位置后保持或降低燃烧室内的汽缸容积，在发动机内可最大获得的力能在发动机旋转周期的一最佳位置施加到曲轴颈上。
由下面对本发明的联接装置的各种特征的更详细的描述可更好地理解本发明的这一和其它优点与特征。为便于理解本发明，在描述中将参照附图，其中以优选的实施例表示了联接装置。但是，应当懂得本发明的联接装置不限于图中所示的实施例。
图中
图1是包括按照本发明的一联接装置的一第一实施例的一往复活塞式发动机的一示意性前视图；图2是图1的往复活塞式发动机的一侧视图；图3是包括按照本发明的一联接装置的一第二实施例的一往复活塞式发动机的一示意性前视图；图4是图3的往复活塞式发动机的一侧视图；图5是按照本发明的一联接装置的一第三实施例的一侧视图。
现参照图1，大体上示出了在一往复活塞式发动机内的一单个活塞。活塞1位于一汽缸2内。该发动机还包括一曲轴3和通过曲轴杆5保持在与曲轴3的纵向轴线径向隔开的一位置的一曲轴颈4。在图1所示的位置，曲轴颈位于一顶部中央位置。活塞1内装有一活塞销6。
设有一联接装置来将发动机的活塞销6与曲轴颈4相互连接。该联接装置包括一连杆，所述连杆包括两个连杆半部7和8，每一连杆半部具有经一对开的轴承装置可转动地连接到曲轴颈4上的一第一端。
一连接件9，在此情形中是一偏心盘，在一第一连接点(偏心盘9的中央，可在图2内最好地看出)可转动地连接到连杆7、8的一第二端上。偏心盘9在远离第一连接点的一第二连接点处也可转动地连接到活塞销6上，即偏心盘9被连结(attach)到活塞销6上的那一点偏离于偏心盘9的中央。
联接装置还包括旋转同步装置，用于使第一转动点绕活塞销6的旋转运动与曲轴颈4绕曲轴3的旋转运动同步。在图1和2所示的例子中，旋转同步装置包括将第一转动点(偏心盘9的中央)与曲轴颈相互连接的一齿轮组或类似机构。该齿轮组包括居中地设置并绕曲轴颈4固定地保持的一曲轴齿轮10，从而其不能绕曲轴颈4的纵向轴线独立地转动。旋转同步装置还包括通过一第二齿轮定位销12安装到至少一个连杆半部7、8上的一第二齿轮11，并且该第二齿轮可绕定位销12旋转。类似地，一惰性齿轮13经一惰性齿轮定位销14被安装到至少一个连杆7、8上。一偏心盘齿轮15被固结到偏心盘9上。当安装在位时，曲轴齿轮10被设置成与第二齿轮11相互作用和啮合，第二齿轮11又与惰性齿轮13相互作用并啮合。惰性齿轮13与偏心盘齿轮15相互作用并啮合。根据这样的一装置，当活塞1在汽缸2的缸膛内被上、下驱动时，将促使偏心盘9绕活塞销6转动。当偏心盘9的中央绕活塞销6转动时，齿轮组15、13、11和10就确保偏心盘中央的旋转运动被传递到曲轴颈上，其结果是曲轴颈被驱动而绕曲轴3作旋转运动。此外，这两个旋转运动是同步的，从而第一转动点或者偏心盘9的中央的角位移与曲轴颈的角位移相同，都在同时开始和完成一360°的旋转。
偏心盘9与偏心盘齿轮15通过连杆半部7、8保持在位，以允许活塞销6从活塞1的一侧通过偏心盘9和偏心盘齿轮15到达活塞1的另一侧，由上述联接装置将活塞1牢固地连接到曲轴颈4上。当偏心盘齿轮15与偏心盘9旋转时，活塞销6也被迫而旋转。当活塞销6旋转时，由图2可看出曲轴颈4与活塞1之间的距离随着偏心盘9的中央绕偏心盘9在活塞销6上偏心安装位置的旋转将周期性地变长然后缩短。
图3和4表示联接装置的一变型实施例，其中旋转同步装置还包括将齿轮组内的两个或多个齿轮相互连接起来的一链条或类似机构。在该实施例中，曲轴颈齿轮10、偏心盘9和相连的偏心盘齿轮15以前述方式被分别保持和连接到活塞销6和曲轴颈4上。但是，在该实施例中，偏心盘齿轮15与曲轴颈齿盘10是通过一链条16相互连接的。根据该装置，偏心盘齿轮15与曲轴颈齿盘10的旋转方向将相同，而在图1和2所示的装置中，这两个齿轮将以相反的方向转动。
应当理解，尽管图1～4中的装置表示各种齿轮和链条的相互连接，但在本发明的范围内可使用多种类似的机构。例如，使用传递旋转运动的皮带轮、皮带和其它装置的联接装置，由本领域的普通技术人员可以容易想到的。
图1和2以及图3和4所示的两个实施例的任一个能使第一转动点(或偏心盘9的中央)相对于活塞销6的角度位置以及曲轴颈4相对于曲轴的角度位置进行设置，从而与传统的往复活塞式发动机不同的是，活塞1的上死点中央位置不必要求曲轴颈4位于其顶部中央或最上的位置。下面参照图5描述这样的一例子，其中该图5示意地表示曲轴颈4、曲轴3和活塞销6。一连杆20的第一端转动地连接到曲轴颈4上。一连接件21的第一转动点22转动地连接到连杆20的一第二端上。连接件21还在远离第一转动点22的一第二转动点23转动地连接到活塞销6上。应当注意到在该情形中，连接件21不是一偏心盘的形式，并且旋转同步装置是仅由两个相互啮合的齿轮24和25形成，它们分别绕第一转动点22固定到连接件21上和绕曲轴颈4固定。由该图可看出，当第一转动点22相对于活塞销的角度位置为相对于一参考轴线30大约180°时，则曲轴颈4相对于曲轴3的角度位置为相对于同一参考轴线大约270°。当点火时，活塞1在汽缸2内被向下推压，并且从活塞销经连接件21和连杆20向曲轴颈4传递力。由于当活塞1在上死点时，曲轴颈4不再在其顶部中央或最上位置，而是如所示，位于横向离开曲轴3一水平距离“h”处。就在点火后的瞬间施加到曲轴颈4上的力造成作用于曲轴颈4上的扭矩显著地增大。因此，发动机能产生比传统的往复式发动机更大的功率。当曲轴颈4绕曲轴3的纵向轴线被沿逆时针方向驱动(如图5所示)时，就促使齿轮25沿着箭头32所示的方向转动。这促使齿轮24沿箭头31所示的一方向相应地转动。该转动促使连接件21的第一转动点22绕活塞销6沿一顺时针方向被驱动。
应当理解，图中所示的旋转同步装置的各种实施例是用来在发动机的操作过程中以一固定的间隔来保持第一转动点相对于活塞销的角度位置和曲轴颈相对于曲轴的角度位置。例如，在图5中第一转动点22相对于活塞销6的角度位置为相对于参考轴线30大约180°。曲轴颈4相对于曲轴的角度位置相对于同一参考轴线为大约270°。因此这两个角度位置之间的间隔为大约90°。由于在发动机操作过程中齿轮24与25彼此啮合，因此曲轴颈4与第一转动点22分别绕曲轴3的纵向轴线和活塞销6同步地转动，从而在同时开始和停止转动并且在每一次转动后，第一转动点的和曲轴颈的角度位置将如图5所示。
再回到图2，可看出，根据该实施例的旋转同步装置使得在发动机的操作过程中可调节第一转动点和曲轴颈的相对角度位置。在该实施例中，为了设置刚刚所述的相对角度位置，可拆去连杆半部7或8之一和拆去第二齿轮11或惰性齿轮13之一或两者，从而旋转运动暂时没有从偏心盘9传递到曲轴颈齿盘10。然后通过将偏心盘齿轮15转动到所需位置而可设定偏心盘9的中央相对于活塞销6的角度位置。类似地，曲轴颈4可绕曲轴3的纵向轴线转动来获得一所需的角度位置。接着，活塞1可以在汽缸2内上、下移动，从而拆去的第二齿轮或惰性齿轮可重新装入，并且连杆半部7、8可重新连接到曲轴颈和偏心盘两者上。在该方式中，第一转动点相对于活塞销的角度位置和曲轴颈相对于曲轴的角度位置两者可被独立地设定在任何所希望的值。
由试验已发现本发明不仅提供在燃烧或最大压缩时在发动机内能产生更大扭矩的优点，而且提供在发动机操作过程中与第一转动点和曲轴颈的相对角度位置有关的一些其它优点。例如，通过改变第一转动点和曲轴颈的相对角度位置，可以调整活塞在汽缸内的行程长度。
还可以在发动机操作周期的各阶段下改变活塞在汽缸内的运动速度。例如，可以选择第一转动点和曲轴颈的相对角度位置，从而使活塞的运动速度在下死点附近时降低。在这种构造中，活塞在汽缸的底部花费其大部分的时间，从而允许增加大量的时间来排出燃烧废气(当在一往复活塞式内燃机内使用本发明的联接装置时)。
本发明的联接装置还可设置调节装置，以设定从连接件的第二转动点到第一转动点的距离的相对长度和从曲轴颈到曲轴的距离的相对长度。例如，图1～4的偏心盘可设置将该盘连结到活塞销6上的一个或多个位置。每一个这些位置可以位于离偏心盘9中央不同的距离处。这些位置中的一些可以在离偏心盘9中央比从曲轴颈到曲轴距离的一更大的距离处，而另一些可以在一更小的距离处。如果在偏心盘9中央与活塞销6之间选择一相对较大的距离，则偏心盘9的一给定的角位移将造成活塞在汽缸内一相对较大的行程。相反，在偏心盘9中央与活塞销6之间选择一相对较小的距离将意味着活塞在汽缸2内运动一相对较小的距离，偏心盘9将产生一很大的角位移，造成曲轴颈绕曲轴一相应很大的旋转。将可理解，根据发动机的特点和其所寻求的性能，可能需要该特性的多种构造。
本领域的普通技术人员可以理解，在此所描述的联接装置可以有变型和修改，它们仍然在本发明的范围之内。
权利要求
1.用于将一往复活塞式发动机的一活塞销与一曲轴颈相互连接的一联接装置，该装置包括一连杆，其具有可转动地连接到曲轴颈上的一第一端，一连接件，其在一第一转动点可转动地连接到连杆的一第二端上，和在远离该第一转动点的一第二转动点可转动地连接到活塞销上，和旋转同步装置，用于使第一转动点绕活塞销的旋转运动与曲轴颈绕曲轴的旋转运动同步。
2.根据权利要求1的一联接装置，其进一步包括第一调节装置，用于在发动机的操作过程中设定第一转动点和曲轴颈的相对角度位置。
3.根据权利要求1或2之任一的一联接装置，还包括第二调节装置，用于设定从第二转动点到第一转动点的距离的相对长度以及从曲轴颈到曲轴的距离的相对长度。
4.根据前述权利要求之任一的一联接装置，其特征在于，旋转同步装置包括将第一转动点与曲轴颈相互连接的一齿轮组或类似机构。
5.根据权利要求4的一联接装置，其特征在于，旋转同步装置还包括将齿轮组内的两个或多个齿轮相互连接的一链条或类似机构。
6.根据前述权利要求之任一的一联接装置，其特征在于，齿轮组的至少一部分通过连杆被安装或保持在位。
7.根据前述权利要求之任一的一联接装置，其特征在于，齿轮组包括被固结到曲轴颈上的一第一齿轮。
8.根据前述权利要求之任一的一联接装置，其特征在于，齿轮组包括被固结到连接件上的一第二齿轮。
9.一种包括根据前述权利要求之任一的一联接装置的内燃机。
10.一种包括根据前述权利要求之任一的一联接装置的压缩机。
全文摘要
用于将一往复活塞式发动机的一活塞销(6)与一曲轴颈(4)相互连接的一联接装置,该装置包括:一连杆(7),其具有可转动地连接到曲轴颈上的一第一端;一连接件(9),其在一第一转动点可转动地连接到连杆(7)的一第二端上,和在远离该第一转动点的一第二转动点可转动地连接到活塞销(6)上;和旋转同步装置(10～15),用于使第一转动点绕活塞销的旋转运动与曲轴颈绕曲轴的旋转运动同步。
文档编号F16H21/00GK1268994SQ98808742
公开日2000年10月4日 申请日期1998年7月28日 优先权日1997年9月1日
发明者克劳德·尼尔·布雷斯兰德 申请人:克劳德·尼尔·布雷斯兰德