專利名稱：對(duì)往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的增加的制作方法
對(duì)往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的增加聯(lián)邦資助研究不適用程序序列表不適用背景領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及增加往復(fù)驅(qū)動(dòng)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。背景-現(xiàn)有技術(shù)很多當(dāng)前使用的(現(xiàn)有技術(shù))往復(fù)驅(qū)動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)稱配置的。見

圖1，在對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)中(現(xiàn)有技術(shù))中，汽缸和活塞中心線通過曲軸的樞轉(zhuǎn)中心。當(dāng)從活塞至曲軸的連桿與汽缸中心重合時(shí)，此類型發(fā)動(dòng)機(jī)配置的扭矩輸出在活塞的頂部位置是最小的。此位置被成為“上死點(diǎn)”且曲軸位置被稱為“零”度。在動(dòng)力沖程的開始，活塞上方的汽缸容積是最小的，且氣體被最大地壓縮。由于接下來氣體的引爆和壓力的增加，活塞被向下驅(qū)動(dòng)，使曲軸旋轉(zhuǎn)經(jīng)過180度至活塞下部位置， 稱為“下死點(diǎn)”。見圖2，對(duì)稱配置的發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))的曲軸的扭矩輸出在“頂部和底部” 位置為零，并且在具有最大活塞側(cè)向力的動(dòng)力沖程上，曲軸旋轉(zhuǎn)接近于90度時(shí)最大。見圖 3的扭矩輸出曲線(現(xiàn)有技術(shù))。見圖4，以上活塞壓力變化顯示在壓力曲線圖中。底線顯示曲軸旋轉(zhuǎn)度數(shù)，豎線顯示活塞上方的壓力?；钊蛳逻\(yùn)行時(shí)，緊接活塞“上死點(diǎn)”之后燃?xì)鈩倓傄髩毫ψ畲螅?然后由于空間的膨脹和來自持續(xù)暴露的汽缸壁區(qū)域的冷卻，活塞上方的壓力減小。此處所示曲線是由于引爆時(shí)間、不同燃料的使用和發(fā)動(dòng)機(jī)配置設(shè)計(jì)的很多可能變化的一個(gè)示例。 當(dāng)活塞向下運(yùn)行大約汽缸半程且曲軸轉(zhuǎn)至最大扭矩輸出位置時(shí)，活塞上方的壓力為減小的值?；钊M(jìn)一步沿汽缸向下運(yùn)行至全部向下沖程且曲軸旋轉(zhuǎn)1 80度(半程曲軸旋轉(zhuǎn))后， 壓力下降、排氣閥打開并排出燃燒的氣體。圖5顯示圖3和圖4的兩條曲線關(guān)于曲軸旋轉(zhuǎn)角度度數(shù)的疊加。這顯示由活塞上方燃料的引爆產(chǎn)生的全壓力與最大的曲軸扭矩輸出位置不同步， 并因而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出的效率。對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))中扭矩輸出的第二減小是由于活塞環(huán)與汽缸壁之間的摩擦。當(dāng)活塞沿汽缸外殼向下移動(dòng)時(shí)，至曲軸的活塞連桿向外移動(dòng)，遠(yuǎn)離汽缸和活塞中心線。這對(duì)活塞產(chǎn)生了側(cè)向力，推動(dòng)活塞環(huán)抵靠汽缸壁，增加了摩擦損失。在動(dòng)力循環(huán)中，當(dāng)曲軸接近90度、在最大的杠桿臂輸出位置時(shí)此力最大。見圖2。這影響活塞環(huán)，在一側(cè)上壓縮其，并在從活塞中心相對(duì)的側(cè)上膨脹。當(dāng)活塞運(yùn)行超過180度向上至曲軸完全360度旋轉(zhuǎn)時(shí)，同樣的情形以相反的方式發(fā)生。因?yàn)槟p和減小的壓力，這久而久之損壞活塞環(huán)的密封功能，因?yàn)榛钊h(huán)和汽缸壁之間的間隙增加，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的輸出?；钊推妆谥g的潤滑油也進(jìn)入活塞上方的汽缸區(qū)域，與熱氣體一起燃燒，稱作“活塞漏氣”。“活塞漏氣”在發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命期間內(nèi)增加了排氣污染，這是因?yàn)橛捎谄妆诤突钊h(huán)直徑的摩擦損耗增加的間隙容限。概述(a)由于從汽缸中心線偏置定位的曲軸樞轉(zhuǎn)中心，當(dāng)活塞上方的汽缸容積在較低值時(shí)，曲軸位置的最大杠桿臂移動(dòng)得更接近引爆時(shí)間。(b)通過使用反旋轉(zhuǎn)的曲軸抵消活塞的側(cè)向力來減小活塞與汽缸壁的摩擦，反旋轉(zhuǎn)的曲軸從汽缸和活塞中心線以彼此鏡像的方式定位。附圖-1顯示在對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))中，活塞和汽缸中心線通過曲軸的樞轉(zhuǎn)中心。圖2顯示對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))的最大活塞側(cè)向力。圖3顯示在動(dòng)力沖程中對(duì)稱位置式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))的扭矩輸出曲線。圖4顯示關(guān)于以度數(shù)標(biāo)注的曲軸旋轉(zhuǎn)，氣體和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞上方壓力的變化。圖5顯示關(guān)于以度數(shù)標(biāo)注的曲軸旋轉(zhuǎn)角，圖3和圖4兩條曲線的疊加。圖6顯示關(guān)于曲軸旋轉(zhuǎn)角，對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))和本實(shí)施方式倍增曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)(multiplier crankshaft engine)的扭矩輸出的差別。圖7a和7b以透視圖顯示本實(shí)施方式相對(duì)于對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))在超過 “上死點(diǎn)”十度的曲軸位置中的區(qū)別特征。圖和8b以透視圖顯示本實(shí)施方式相對(duì)于對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))在超過 “下死點(diǎn)”十度的曲軸位置中的區(qū)別特征。圖9a和9b顯示具有類似曲軸、活塞、連桿和曲軸尺寸的對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))和本實(shí)施方式的倍增曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)之間，在“上死點(diǎn)”處不同的活塞和曲軸角度位置。圖10a、10b、lla和lib顯示具有相同曲軸旋轉(zhuǎn)角、并具有類似曲軸、活塞、連桿和曲軸尺寸的對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))和本實(shí)施方式的倍增曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)之間，活塞的不同位置。圖1 和12b顯示具有類似曲軸、活塞、連桿和曲軸尺寸的對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))和本實(shí)施方式的倍增曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)之間，在“下死點(diǎn)”不同的活塞和曲軸角度位置。圖13顯示以恒定旋轉(zhuǎn)速度的全部曲軸旋轉(zhuǎn)中，在360度范圍內(nèi)以15度的間隔，相對(duì)于曲軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))和本實(shí)施方式的倍增曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞速度。附圖-參考數(shù)字10火花塞或熱線點(diǎn)火塞
12 空氣或氣體入口閥14 排出閥16 汽缸外殼18 活塞20活塞密封和潤滑環(huán)22活塞至連桿樞軸銷24具有滑動(dòng)軸承的連桿26具有旋轉(zhuǎn)能量連接元件和飛輪的反旋轉(zhuǎn)曲軸
4
28 曲軸支撐軸承座30具有飛輪連接的對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸(現(xiàn)有技術(shù))詳述-圖6、圖7a、圖8a和圖13實(shí)施方式通過從汽缸和活塞中心線以偏置定位的方式移動(dòng)曲軸中心，最大的曲軸杠桿位置移動(dòng)得更加接近于引爆時(shí)間和活塞的“上死點(diǎn)”。圖6中顯示處于此位置的偏置式曲軸的扭矩曲線。此處還顯示來自對(duì)稱配置的發(fā)動(dòng)機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))的曲線，以關(guān)于曲軸的旋轉(zhuǎn)角對(duì)比兩種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)之間最大扭矩輸出的位置差。在對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)中(現(xiàn)有技術(shù))中，每個(gè)活塞的上和下行程為180度的曲軸旋轉(zhuǎn)。 由于此實(shí)施方式中使用的偏置，向下的循環(huán)周期增加且向上的循環(huán)周期減小相同的量，總共是一個(gè)360度的曲軸旋轉(zhuǎn)。該不同的量依賴于活塞行程、偏置位置和連桿的長度和曲軸尺寸。具有恒定的曲軸旋轉(zhuǎn)，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)配置中，在空氣或氣體的引入和動(dòng)力循環(huán)中， 活塞速度減小。在壓縮和排氣循環(huán)中，活塞速度增加。當(dāng)活塞沿汽缸外殼上下移動(dòng)時(shí)，偏置的曲軸定位配置還引起了活塞側(cè)向力的增加。為了抵消此力，具有類似外廓尺寸的第二曲軸和連桿配置被鏡像地放置成位于汽缸和活塞中心線的相對(duì)側(cè)。見圖7a和圖8a兩個(gè)曲軸都連接至同一活塞，但在相反的方向旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)均與像齒輪、計(jì)時(shí)帶等一樣的旋轉(zhuǎn)能量連接元件聯(lián)接并同步?；钊课坏牧ΜF(xiàn)在彼此相反并抵消為零。向下的活塞力也在連桿、曲軸、活塞銷和軸承之間均勻地分配。 由于負(fù)載的降低，它們的彎曲和扭轉(zhuǎn)性能以及軸承尺寸可減小?；钊P直地上下運(yùn)行，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的所有功能和位置沒有任何側(cè)向力。這降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的所有摩擦損失，增加了扭矩輸出。見圖13，由于偏置的曲軸位置，下循環(huán)上的活塞速度減小，且向上的活塞循環(huán)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的配置增加一定的量。盡管以上說明包含很多細(xì)節(jié)，但是其不應(yīng)解釋為限制實(shí)施方式的范圍，而只是提供一些當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的闡示。例如，活塞、連桿和曲軸可具有其他的位置或者相對(duì)于彼此的關(guān)系，以得到不同的結(jié)果容限。實(shí)施方式的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求和其合法的等同物確定，而不是由所給示例確定。
權(quán)利要求
1.往復(fù)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，包括活塞，每一活塞具有倍增連桿銷附接件。
2.倍增曲軸從活塞和汽缸中心線以鏡像的方式在每一側(cè)偏離中心定位。
3.每個(gè)曲軸通過連桿連接至同一活塞。
4.曲軸與旋轉(zhuǎn)能量連接元件聯(lián)接并同步，以提供組合的旋轉(zhuǎn)能量輸出。
全文摘要
一種往復(fù)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，具有帶有倍增連桿的活塞，其驅(qū)動(dòng)倍增曲軸。當(dāng)活塞上方汽缸的容積在較低值時(shí)，最大的曲軸扭矩輸出設(shè)置成更接近于引爆時(shí)間和活塞“上死點(diǎn)”。通過使用從活塞和汽缸中心線偏置并鏡像定位的倍增曲軸抵消活塞的側(cè)向力，而減小發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失。
文檔編號(hào)F02B75/32GK102388210SQ201080016221
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者亨德里克斯·約翰·斯維尼克 申請(qǐng)人:亨德里克斯·約翰·斯維尼克