本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，并涉及用于包括該內(nèi)燃機(jī)的用于水運工具的推進(jìn)單元。

背景技術(shù)：

以兩沖程或四沖程循環(huán)運行的常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)通常使用曲軸和連桿的布置來將活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為輸出軸處的旋轉(zhuǎn)運動。由于曲軸和連桿的幾何形狀，最大的活塞加速度通常發(fā)生在活塞位于上死點中心(TDC)時，在上死點中心(TDC)的活塞加速度顯著大于在下死點中心(BDC)的活塞加速度。TDC停留時間(在TDC處或附近花費的時間)的該減少具有若干負(fù)面效果，包括減小的效率和發(fā)動機(jī)的不平衡。

已知若干替代的發(fā)動機(jī)布置，這些布置使用不同的燃燒室至輸出軸的聯(lián)接機(jī)構(gòu)來減小最大活塞加速度并增加TDC停留時間。然而，這些布置總體上是復(fù)雜的，且制造困難又昂貴。

除了上述問題，常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)還具有曲軸和連桿組件的潤滑問題。曲軸和連桿組件通常容納在曲軸箱內(nèi)，曲軸箱形成進(jìn)氣系統(tǒng)的一部分。潤滑系統(tǒng)作為全損耗系統(tǒng)運行，其中，潤滑油被連續(xù)地饋入曲軸箱并被允許經(jīng)過進(jìn)入燃燒氣缸并由此離開發(fā)動機(jī)。由于在廢氣中存在潤滑油，該全損耗潤滑系統(tǒng)損害環(huán)境。使用曲軸箱作為增壓或進(jìn)氣腔室還限制了發(fā)動機(jī)設(shè)計者優(yōu)化進(jìn)氣室的容積和形狀以使發(fā)動機(jī)的性能和效率最大化的能力。

常規(guī)的曲軸和連桿兩沖程和四沖程內(nèi)燃機(jī)總體上具有相對于活塞直徑的長活塞行程，以提供更高的熱動力效率，并滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。較長的活塞行程進(jìn)一步需要更大的曲柄偏心度，在與由運動的連桿所占據(jù)的空間結(jié)合時，這產(chǎn)生了在曲軸的軸線上的對應(yīng)的大的正面面積。

在曲軸的軸線上的該正面面積通常由構(gòu)造或機(jī)構(gòu)來增加以提供振動平衡——例如，將多個氣缸偏置成V形或?qū)χ玫幕钊螤睿蚋郊悠胶怙w輪或軸。

從發(fā)動機(jī)的優(yōu)化開始的該慣常設(shè)計方法使得(在外置馬達(dá)的情形下)將發(fā)動機(jī)浸沒在水中從根本上是困難且無吸引力的，由于在航空器的情形下增加的阻力或空氣中的阻力或在摩托車和其他形式的交通工具的情形下的笨重，該慣常設(shè)計方法還用于諸如發(fā)電機(jī)、增程器、園藝工具之類的其它應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，空間的使用是重要的設(shè)計考慮因素且需要優(yōu)化。

用于特別是需要總體低于約20馬力的功率輸出的市場中的便攜式部分的水運工具的外置馬達(dá)目前采用相對廉價的四沖程發(fā)動機(jī)。更嚴(yán)格的排放規(guī)定減少了兩沖程發(fā)動機(jī)在較低功率場合的使用(事實上，現(xiàn)在在某些國家中銷售許多兩沖程外置發(fā)動機(jī)是非法的)，而偏向于開發(fā)更清潔的四沖程發(fā)動機(jī)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供了一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括安裝成在氣缸內(nèi)沿氣缸軸線往復(fù)直線運動的活塞，活塞通過功率傳遞組件聯(lián)接至輸出軸，功率傳遞組件布置成將活塞的直線運動轉(zhuǎn)換成輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動，活塞具有可在第一腔室內(nèi)運動的第一頭部以及與第一頭部相對且可在第二腔室內(nèi)運動的第二頭部，功率傳遞組件具有潤滑系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)用于潤滑功率傳遞組件的運動部件，其中，潤滑系統(tǒng)與第一腔室和第二腔室密封，從而防止了流體從潤滑系統(tǒng)通入第一腔室和第二腔室。

功率傳遞組件可包括與活塞有效接觸的直線運動軸承。使用直線運動軸承(而不是常規(guī)的曲軸和連桿)能夠使得發(fā)動機(jī)的正面面積最小。曲柄的偏心度可完全包含在活塞的直徑中。由于直線運動軸承可導(dǎo)致相對于輸出軸旋轉(zhuǎn)的正弦活塞運動，這還使得最小化或消除對振動平衡構(gòu)件的需求成為可能。該正弦活塞運動可避免在連桿式發(fā)動機(jī)中的余弦縮短(cosine shortening)效應(yīng)，并由此延長TDC停留時間——從而改善功率輸送和燃燒效率。

在本文中“直線運動軸承”是可沿基本直線的路徑相對于活塞運動的軸承。該路徑無需為精確的直線，而是可包括輕微的曲線。該路徑與活塞的直線往復(fù)運動軸線交叉。

功率傳遞組件可包括滑動軸承或滾動軸承?；瑒虞S承或滾動軸承可為如上所述的直線運動軸承。

直線運動軸承可具有布置成相對于活塞沿基本橫向于氣缸軸線的直線軸線運動的一部分。

直線運動軸承可具有布置成相對于活塞沿基本相對于氣缸軸線傾斜的直線軸線運動的一部分。

直線運動軸承可經(jīng)由非平面的軸承表面聯(lián)接至活塞，從而允許直線運動軸承的旋轉(zhuǎn)。

功率傳遞組件可布置使得輸出軸在活塞的第一頭部與第二頭部之間。

內(nèi)燃機(jī)還可包括在功率傳遞組件的一側(cè)上活塞與氣缸之間的第一油密封件以及功率傳遞組件的另一側(cè)上活塞與氣缸之間的第二油密封件。

第一腔室可為燃燒室，且第二腔室可為布置成將入口空氣供應(yīng)至燃燒室的掃氣室。雙頭活塞具有燃燒氣缸內(nèi)的一個頭部(“燃燒頭部”)，且另一個頭部(“掃氣頭部”)作用為將空氣泵入氣缸并由此排空燃燒氣缸，同時提供在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一致的傳輸壓力。

第一頭部與氣缸之間的第一活塞至孔的間隙可大于在與第一油密封件相鄰的區(qū)域至與第二油密封件相鄰的區(qū)域之間延伸的第二活塞至孔的間隙。例如，期望的是，活塞的“熱”端(即燃燒頭部)具有較大的活塞至孔的間隙。

內(nèi)燃機(jī)還可包括在掃氣室外的泵，該泵具有泵送容積，其中，該泵由活塞的運動驅(qū)動。

該泵可布置成將受壓氣體供應(yīng)至燃料噴射系統(tǒng)，燃料噴射系統(tǒng)在燃燒室內(nèi)具有出口。替代地，該泵可布置成將燃料(液態(tài)燃料或液態(tài)/氣態(tài)燃料或純凈的氣態(tài)燃料)和/或燃料/空氣混合物泵送至燃料噴射系統(tǒng)。

內(nèi)燃機(jī)還可包括在掃氣室與燃燒室之間延伸的第一傳輸導(dǎo)管，以及在泵與燃料噴射系統(tǒng)之間延伸的第二傳輸導(dǎo)管。

內(nèi)燃機(jī)還可包括防通風(fēng)板，且第一傳輸導(dǎo)管可與氣缸和防通風(fēng)板相鄰。

第二傳輸導(dǎo)管可布置成以比第一傳輸導(dǎo)管更高的壓力傳送氣體。

燃料噴射系統(tǒng)可包括氣缸中的燃料噴射端口。第二傳輸導(dǎo)管可聯(lián)接至燃料噴射端口。該端口可特別地瞄向氣缸內(nèi)的火花塞以產(chǎn)生局部豐富的混合物，從而使得稀薄燃燒成為可能。

噴射定時可被噴射端口的位置所調(diào)整。

噴射定時可受噴射孔的尺寸影響，例如，限制孔可延遲噴射定時以最小化未燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧拧?/p>

該泵可包括往復(fù)運動的活塞。

該泵可包括單向進(jìn)口閥和單向出口閥，從而允許大容積比，這進(jìn)一步最大化了在所有發(fā)動機(jī)速度下的排量的線性度。

泵的活塞行程可由曲軸的擺度(throw)限定，且因而泵的直徑可定為在開大的節(jié)氣門處輸送特定量的氣態(tài)燃料，以用于理論配比燃燒。

為了在所有發(fā)動機(jī)載荷下保持理論配比，泵可被獨立的節(jié)流閥節(jié)流，以根據(jù)主掃氣泵減小的容積效率減小這種泵的容積效率，同時泵可為了更低的功率需求而被節(jié)流。

第一腔室可為第一燃燒室，且第二腔室可為第二燃燒室，發(fā)動機(jī)還包括外增壓器，外增壓器布置成將入口空氣交替地供應(yīng)至第一燃燒室和第二燃燒室。

第一頭部與氣缸之間的第一活塞至孔的間隙可大于在與第一油密封件相鄰的區(qū)域至與第二油密封件相鄰的區(qū)域之間延伸的第二活塞至孔的間隙。

第二頭部與氣缸之間的第三活塞至孔的間隙可大于第二活塞至孔的間隙。

內(nèi)燃機(jī)可包括多個活塞。

兩個或更多個活塞可安裝成在共同的氣缸內(nèi)往復(fù)直線運動。

相鄰的一對活塞可以對置的關(guān)系布置并共享共同的燃燒室。對置的活塞布置改善了熱效率，且使得可能將功率傳送分入兩個輸出軸，而不是常規(guī)的一個輸出軸，因而進(jìn)一步減小了發(fā)動機(jī)的正面面積。對置的活塞布置還提供了自然振動平衡。

相鄰活塞的掃氣頭部可能可選地共享共同的腔室，且作用在對置的掃氣活塞構(gòu)造中，以簡化并減少閥的數(shù)量。

每個活塞可聯(lián)接至相應(yīng)的功率傳遞組件。

功率傳遞組件可布置成使相鄰的一對活塞異相地運行。

多個功率傳遞組件可聯(lián)接至共同的輸出軸。

每個活塞可通過功率傳遞組件中相應(yīng)的那一個聯(lián)接至相應(yīng)的輸出軸。

輸出軸可布置成驅(qū)動一個或多個驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，其中，一個或多個驅(qū)動軸可繞基本平行于氣缸軸線的驅(qū)動軸線旋轉(zhuǎn)。

重要地，為了增加功率而不顯著增加正面面積，本發(fā)明可提供多個氣缸，且其活塞都在相同的軸線上。這意味著一系列曲軸各自連接至一個單個的傳動軸(盡管也可能使用多個傳動軸)。

一個驅(qū)動軸可布置成被多個輸出軸驅(qū)動，發(fā)動機(jī)還包括用于多個輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置的同步的機(jī)械聯(lián)接。

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)可為兩循環(huán)發(fā)動機(jī)。

該內(nèi)燃機(jī)可由氣相燃料提供動力。優(yōu)選地但非必需地，本發(fā)明使用LPG或其它氣相燃料作為其能量源。保留油式曲軸潤滑設(shè)計可容忍不耐受潤滑劑的燃料且不需要任何形式的全損耗潤滑系統(tǒng)，這在兩沖程發(fā)動機(jī)中這可能特別有益。

本發(fā)明的又一方面提供了一種用于水運工具的推進(jìn)單元，該推進(jìn)單元包括根據(jù)第一方面的內(nèi)燃機(jī)。與常規(guī)的設(shè)計相比，該發(fā)動機(jī)的顯著提高的功率密度使得推進(jìn)單元顯著地更輕約50至75％。此外，由于作用在橫梁或?qū)⑼七M(jìn)單元附連至水運工具的其它附連件上的重力，該質(zhì)量的顯著部分可被浸沒，這意味著其重量被浮力部分地抵消，這進(jìn)一步減小了載荷。例如，相對于現(xiàn)有替代方式的多于25kg，6馬力的外置馬達(dá)可重約6kg。這種重量的節(jié)省具有對外置馬達(dá)的總體可用性的顯著的影響：從安裝至對船體性能的減小的壓艙效應(yīng)、至船所獲得的增加的有效功率以及緊湊的存儲和便攜性。

推進(jìn)單元還可包括布置成被發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的螺旋槳。螺旋槳可無遮護(hù)地與水接觸或可具有圍繞螺旋槳的保護(hù)性的遮護(hù)件。替代地，當(dāng)用于驅(qū)動氣墊船或飛行器時，螺旋槳可與空氣接觸。替代地，推進(jìn)單元還可包括葉輪而不是螺旋槳。葉輪可為開式、閉式或部分閉式的。

發(fā)動機(jī)的氣缸軸線可基本平行于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線定向。替代地，發(fā)動機(jī)的氣缸軸線可基本垂直于螺旋槳或葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線定向。

發(fā)動機(jī)可具有浸沒在水運工具運行在其中的水體表面下方的廢氣出口。

推進(jìn)單元還可包括發(fā)動機(jī)上方的轉(zhuǎn)向“柱”。該柱可例如為管狀或其它合適形狀的鑄造件。推進(jìn)單元可像外置發(fā)動機(jī)一樣附連至船的后橫梁，或可包含在沿船的船殼的凹部內(nèi)，或可用于圍繞船的其它點處，以提供定位推力而不是向前推進(jìn)。推進(jìn)單元還包括轉(zhuǎn)向柱與輸出軸之間的鉸接接頭。

轉(zhuǎn)向柱可包括呼吸通氣管、燃料供應(yīng)管線、拉動起動線、發(fā)動機(jī)控制電子元件、輔助設(shè)備等等中的一個或多個。

推進(jìn)單元的內(nèi)燃機(jī)可適應(yīng)于至少部分地浸沒在水運工具運行在其中的水體表面下方運行。

推進(jìn)單元的內(nèi)燃機(jī)還可包括殼體，該殼體布置成提供發(fā)動機(jī)通過周圍水體的直接冷卻。這消除了傳送冷卻水的水泵、將熱量從發(fā)動機(jī)起傳遞的水套、冷卻水的流體空腔、長驅(qū)動軸、振動平衡元件以及用于潤滑減速驅(qū)動的分離的油底殼的成本、重量和復(fù)雜性。此外，由于沖洗過程更簡單，這些使得發(fā)動機(jī)在存儲過冬之前更易于防凍處理或維護(hù)。由于沒有固定的軸尺寸，可能得到一個對于所有的船橫梁尺寸都適合且可調(diào)整的外置發(fā)動機(jī)。

附圖說明

現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中：

圖1示出了用于水運工具的外置馬達(dá)；

圖2示出了外置馬達(dá)的內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動的剖視圖；

圖3和4示出了帶有兩個替代的功率傳遞組件的發(fā)動機(jī)的活塞；

圖5至9示出了圖3中的包括滑動直線運動軸承的功率傳遞組件和活塞的其它視圖；

圖10和11示出了圖4中的包括滾動直線運動軸承的功率傳遞組件和活塞的其它視圖；

圖12a－g示出了異相對置的活塞的循環(huán)；

圖13a示出了用于發(fā)動機(jī)的空氣輔助燃料噴射泵；

圖13b示出了用于發(fā)動機(jī)的半直接燃料噴射泵；

圖14和15示出了用于發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)盤式定時閥；

圖16和17示出了用于外置馬達(dá)應(yīng)用中的替代的活塞布置；

圖18示出了沿活塞的長度的、所采用的活塞至孔的不同間隙；

圖19和20示出了活塞的其它變型，其中，孔以一定角度相對于活塞軸線傾斜；

圖21a－h(huán)示出了帶有雙端活塞、第一燃燒室、第二燃燒室以及外增壓器的替代的發(fā)動機(jī)的循環(huán)；

圖22a出了用于水運工具的另一外置馬達(dá)的側(cè)視圖；以及

圖22b示出了圖22a中的外置馬達(dá)的立體圖。

具體實施方式

圖1示出了用于水運工具的外置馬達(dá)100。外置馬達(dá)100包括(在使用時)在預(yù)期的水位W上方的主體/轉(zhuǎn)向柱101以及總體上在水位W下方的浸沒的內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動102。開式螺旋槳103被聯(lián)接成被內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動102驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。在所示的特定實施例中，外置馬達(dá)100是“輕便式的”，且是指外置馬達(dá)市場中的需要將外置馬達(dá)頻繁從水運工具移除、存儲、再裝配至水運工具等的那部分外置馬達(dá)?？傮w上，輕便外置馬達(dá)市場現(xiàn)需求在高達(dá)20馬力的范圍內(nèi)的功率輸出。然而，應(yīng)理解到，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于不同的市場部分中的許多不同的外置馬達(dá)，這些市場部分可能是輕便的或可能是不輕便的，且可能具有高達(dá)數(shù)百馬力的功率輸出。此外，通過增加發(fā)動機(jī)的功率系數(shù)，市場的“輕便的”產(chǎn)品可擴(kuò)大至比目前可獲得的高得多的功率等級。

回到特別地示出的實施例中，具有高達(dá)約20馬力外置馬達(dá)特別適合于諸如小船和勤務(wù)船之類的水運工具。然而，本發(fā)明適應(yīng)于許多不同的水運工具。外置馬達(dá)100構(gòu)造成用于附連至水運工具的后橫梁。

防通風(fēng)板104阻止螺旋槳103從上方吸入空氣。主體/轉(zhuǎn)向柱101容納用于將環(huán)境空氣遞送至發(fā)動機(jī)的呼吸通氣管、用于供應(yīng)比如汽油、丁烷、液態(tài)丙烷氣或柴油這樣的氣態(tài)或液態(tài)燃料的燃料供應(yīng)管線、拉動起動線、受控的電子元件、輔助設(shè)備等等。主體/轉(zhuǎn)向柱101構(gòu)造成附連至水運工具的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主體/轉(zhuǎn)向柱101可能例如為聯(lián)接至水運工具上的機(jī)載方向盤的機(jī)械轉(zhuǎn)向聯(lián)結(jié)件，或可能為用于手動轉(zhuǎn)向的簡易舵體附連件。

圖2詳細(xì)示出了內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動102的剖視圖。內(nèi)燃機(jī)105包括第一活塞130和第二活塞140。第一活塞130和第二活塞140安裝成在氣缸106內(nèi)往復(fù)直線運動，氣缸106形成為發(fā)動機(jī)殼體107中的圓柱形孔。發(fā)動機(jī)殼體107以通過螺栓或其它方式固定在一起的兩半(在圖2中僅可見到一半)形成。單件氣缸套裝配在發(fā)動機(jī)殼體內(nèi)。第一活塞130和第二活塞140安裝成沿氣缸軸線運動，氣缸軸線沿氣缸106的幾何中心定位并沿氣缸的長度延伸。替代地，發(fā)動機(jī)殼體可形成為單件(即沒有氣缸套，而是可用可移除的曲軸軸承架來允許曲軸和活塞的組裝和拆解)。

第一活塞130和第二活塞140通過相應(yīng)的功率傳遞組件110、111聯(lián)接至相應(yīng)的輸出軸108、109。功率傳遞組件110、111布置成將相應(yīng)的活塞130、140的直線運動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出軸108、109的旋轉(zhuǎn)運動。第一活塞130、第一輸出軸108和第一功率傳遞組件110基本上與第二活塞140、第二輸出軸109和第二功率傳遞組件111相同，但兩個活塞如以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的以對置的關(guān)系布置。

第一活塞130在該活塞的一端具有第一頭部131且在該活塞的與第一頭部相對的一端具有第二頭部132。相似地，第二活塞具有第一頭部141和與第一頭部相對的第二頭部142。在本文中，“相對”表示每個活塞的第一頭部和第二頭部沿氣缸軸線遠(yuǎn)離另一個的方向。各活塞的第一頭部131、141共享共同的燃燒室112，且布置成在共享的燃燒室內(nèi)運動。相應(yīng)的第二頭部132、142在相應(yīng)的掃氣室113、114內(nèi)運動。

燃燒室112通過在掃氣室處具有進(jìn)口且在燃燒室處具有出口的相應(yīng)的傳輸端口連接至相應(yīng)的掃氣室113、114。燃燒室還具有與廢氣道連接的廢氣端口。掃氣室113、114各自具有與包括單向閥的進(jìn)氣道連接的進(jìn)氣端口。

在圖2中所示的特別示出的實施例中，內(nèi)燃機(jī)是火花點火兩沖程發(fā)動機(jī)，且燃燒室112具有開口，火花塞115延伸進(jìn)入該開口。第一輸出軸108和第二輸出軸109聯(lián)接至耦合的驅(qū)動軸116。螺旋槳113附連在驅(qū)動軸116的一端，使得驅(qū)動軸116的轉(zhuǎn)矩被賦予螺旋槳103。輸出軸108、109布置成通過相應(yīng)的錐齒輪構(gòu)造117、118將轉(zhuǎn)矩傳遞至驅(qū)動軸116。在所示的實施例中，錐齒輪構(gòu)造117、118具有齒輪減速比。然而，應(yīng)理解到，可如期望的獲得任何齒輪比(大于、等于或小于一)。驅(qū)動軸116具有基本平行于氣缸軸線C的旋轉(zhuǎn)軸線D。輸出軸108、109具有基本垂直于氣缸軸線C和驅(qū)動軸線D的旋轉(zhuǎn)軸線。驅(qū)動軸116安裝在殼體107內(nèi)的軸承119上。外置馬達(dá)100在行進(jìn)方向上具有特別小的正面面積，從而使得外置馬達(dá)100理想地適合于在使用時浸沒在水線下方。

該小的正面面積通過多個設(shè)計特征獲得。第一，功率傳遞組件110、111完全包含在相應(yīng)的功率傳遞組件室內(nèi)其相應(yīng)的活塞130、140的直徑內(nèi)。第二，發(fā)動機(jī)的對置的活塞布置將至兩個輸出軸108、109(而不是常規(guī)的單個驅(qū)動軸)的功率傳遞分開，兩個輸出軸108、109驅(qū)動兩個較小的錐齒輪(而不是一個大的錐齒輪)。第三，活塞130、140布置成沿相同的氣缸軸線(而不是具有間隔的軸線的多個氣缸)往復(fù)運動。第四，氣缸軸線C和驅(qū)動軸軸線D布置成在行進(jìn)的前后方向上延伸。

該組合提供了特別小的正面面積，從而使得將內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動102完全浸沒在水線W以下變得實際。以此方式浸沒發(fā)動機(jī)和減速驅(qū)動提供多個優(yōu)點。浸沒的單元通過經(jīng)由發(fā)動機(jī)殼體107的熱傳遞而提供內(nèi)燃機(jī)的直接水冷。浸沒的單元還提供對發(fā)動機(jī)和減速驅(qū)動的噪音抑制。此外，由于發(fā)動機(jī)和減速驅(qū)動102的直接水冷，而不需要常規(guī)的水泵和包含用于冷卻水的內(nèi)腔的復(fù)雜的氣缸鑄造件，制造和保養(yǎng)成本顯著減小。

通過浸沒發(fā)動機(jī)并將發(fā)動機(jī)與驅(qū)動軸(螺旋槳軸)相鄰定位，與驅(qū)動軸從上方表面發(fā)動機(jī)向下行進(jìn)至浸沒的螺旋槳軸的常規(guī)的外置馬達(dá)相比可實現(xiàn)顯著的重量節(jié)省。此外，圖2中所示的高功率密度的兩沖程發(fā)動機(jī)顯著地輕于在常規(guī)的外置馬達(dá)設(shè)計中典型的可比較功率的四沖程發(fā)動機(jī)。該原理上的重量節(jié)省使得外置馬達(dá)100的安裝、移除、運輸和存儲簡單。此外，與四沖程的同類物比較，兩沖程發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生較高的轉(zhuǎn)矩(“防滑(hole shot)”)。對于具有高達(dá)約20至45馬力的功率輸出的外置馬達(dá)而言，可能在背包或相似的手提袋中裝載外置馬達(dá)100。輕質(zhì)的外置馬達(dá)100可例如通過汽車被輕松地運回家，而不使用手推車或需要在碼頭就地存儲。外置馬達(dá)100還更易于在水運工具上機(jī)載存儲。除了對于與常規(guī)的外置馬達(dá)可比較功率輸出而言的顯著的重量和尺寸的減少之外，外置馬達(dá)100還提供了額外的優(yōu)點。例如，由于沒有從上表面發(fā)動機(jī)延伸至浸沒的傳動軸的固定的驅(qū)動軸，可調(diào)整外置馬達(dá)的高度而不考慮固定高度。此外，由于直接水冷而就無需沖洗并清潔任何水冷歧管，年末維護(hù)可更容易且更安全地進(jìn)行。此外，浸沒的發(fā)動機(jī)和減速驅(qū)動的小正面面積提供顯著的舵效應(yīng)。如圖1中最佳地可見的，外置馬達(dá)100水線W以下浸沒的部分具有流線形狀，該流線形狀帶有特別小的正面面積和相對大的側(cè)面面積。該側(cè)面面積提供了增加的舵效應(yīng)，增加的舵效應(yīng)提高了以較低速度駕駛水運工具的能力。

圖3和4示出了帶有兩個替代的功率傳遞組件110a、100b的活塞130(用于活塞140的功率傳遞組件是相同的)。

在描述功率傳遞組件之前，將首先參考圖3闡述活塞130的關(guān)鍵特征?？稍跉飧卓變?nèi)運動的活塞130的第一頭部(或燃燒頭部)131具有工作面134，工作面134形成燃燒室112的可運動的邊界。燃燒頭部131具有延伸的活塞裙，該活塞裙延伸遠(yuǎn)離工作面134。第一油封件135足夠遠(yuǎn)離工作面134地安裝至活塞裙，使得第一油封件135在活塞130的往復(fù)運動期間不經(jīng)過進(jìn)氣和廢氣端口。燃燒頭部131具有氣體密封環(huán)136，氣體密封環(huán)136裝配在形成于燃燒頭部131的圓柱形外表面中的溝槽中，氣體密封環(huán)136提供了燃燒頭部131與氣缸孔之間的氣密密封。

活塞130還包括第二頭部(或掃氣頭部)132，第二頭部(或掃氣頭部)132可在氣缸孔內(nèi)運動，且具有工作面137，工作面137形成掃氣室113的可運動的邊界。掃氣頭部132具有氣體密封環(huán)138和第二油封環(huán)139，氣體密封環(huán)138和第二油封環(huán)139裝配在形成于掃氣頭部132的圓柱形外表面中的溝槽中，氣體密封環(huán)138和第二油封環(huán)139提供了掃氣頭部與氣缸孔之間的氣密和油密密封。

活塞130還包括沿垂直于活塞軸線的軸線延伸的圓形通孔150，活塞軸線在活塞的往復(fù)運動的方向上延伸，以及包括在基本垂直于孔150的軸線的方向上延伸的通槽151。掃氣頭部132通過四個聯(lián)結(jié)構(gòu)件152連接至燃燒頭部131，四個聯(lián)結(jié)構(gòu)件152一起限定了孔150和槽151。

兩個功率傳遞組件110a、110b都包括與活塞有效接觸的直線運動軸承，其中，直線運動軸承具有布置成相對于活塞沿基本橫向于氣缸軸線C的直線軸線運動的一部分。在圖3的布置中，直線運動軸承是滑動軸承，而在圖4的布置中，直線運動軸承是滾動軸承。

在圖5至9中更詳細(xì)地示出了包括滑動軸承的功率傳遞組件110a?；瑒虞S承160被接納在孔150中，且具有第一和第二部分圓柱形軸承表面161，第一和第二部分圓柱形軸承表面161與活塞130的孔150接合?；瑒虞S承160包括孔163，孔163延伸通過滑動軸承160的厚度且其軸線平行于輸出軸108的軸線。

如圖6和7中最佳地所示的，輸出軸108具有主軸部分108a和偏心部分162。主軸部分108a可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體107中的軸承(未示出)上并穿過活塞130的槽151。當(dāng)沿輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸線的方向觀察時，偏心部分162呈圓形。偏心部分162可旋轉(zhuǎn)地安裝在滑動軸承160的孔163內(nèi)。

活塞130可以往復(fù)運動相對于殼體107在上死點中心位置(TDC)與下死點中心位置(BDC)之間運動。TDC和BDC指在運行循環(huán)期間活塞的特定位置且其適用與發(fā)動機(jī)的定向無關(guān)。當(dāng)活塞130位于TDC處時，燃燒頭部131的工作面134位于離活塞140的工作面最近的位置處，使得燃燒室112的容積最小，且掃氣室113的容積最大。當(dāng)活塞130位于BDC處時，燃燒頭部131的工作面134位于離活塞140的最遠(yuǎn)的位置處，使得燃燒室112的容積最大，且掃氣室113的容積最小。

隨著活塞130以往復(fù)運動沿其軸線在TDC與BDC之間運動，滑動軸承160的部分圓柱形軸承表面161保持與活塞130的孔150滑動接觸，且滑動軸承160隨活塞在活塞軸線的方向上運動。偏心部分162附加地引起滑動軸承160以往復(fù)運動相對于活塞沿基本橫向于氣缸軸線的運動路徑運動。如圖7中所標(biāo)示的，滑動軸承160總體跟隨繞輸出軸108的中心線的圓形路徑169，且以旋轉(zhuǎn)偏心部分162的中心點運動。滑動軸承160和活塞130在活塞軸線的方向上相對于輸出軸108的旋轉(zhuǎn)角度跟隨簡諧運動。

直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)(包括活塞130的孔150、滑動軸承160和輸出軸108)基本上與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)密封，且通過氣體密封環(huán)136、138和油密封環(huán)135、139基本上與燃燒室112和掃氣室111、113密封，使得功率傳遞機(jī)構(gòu)自包含在活塞的功率傳遞組件腔室內(nèi)。

發(fā)動機(jī)具有潤滑系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)潤滑功率傳遞機(jī)構(gòu)。在沿輸出軸108的中心線剖得的圖9的剖視圖中示出了潤滑系統(tǒng)的一部分。潤滑系統(tǒng)包括穿過主軸部分108a的供油管線170，供油管線170與饋油管線171連接，饋油管線171徑向向外延伸通過偏心部分162。饋油管線在偏心部分162的外徑向表面具有出口，油通過這些出口被供應(yīng)，以潤滑偏心部分與滑動軸承160的孔150之間的界面?；瑒虞S承160具有至少一個油傳輸端口172，油傳輸端口172在孔表面163與至少一個部分圓柱形軸承表面161之間延伸，油通過油傳輸端口172被供應(yīng)，以潤滑各軸承表面161與活塞130的孔150之間的界面。如圖8中所示，油傳輸端口172在溝槽45a或45b處具有出口。潤滑系統(tǒng)具有干式油底殼并包括廢油罐120(圖1中所示)。潤滑系統(tǒng)還可包括壁式安裝的油噴射器(未示出)，油噴射器將油噴向功率傳遞機(jī)構(gòu)。

從BDC開始，發(fā)動機(jī)運行如下：

a)當(dāng)活塞從BDC向TDC運動時，掃氣頭部137的工作面132遠(yuǎn)離掃氣室113的端部運動，從而增加了掃氣室的容積。掃氣室113的容積的增加導(dǎo)致壓力的減小，這引起了單向閥打開并吸入待從進(jìn)氣道被吸入掃氣室的氣體。進(jìn)氣氣體包括進(jìn)氣空氣和燃料，燃料通過掃氣室113上游的汽化器或節(jié)氣門體和燃料噴射器(圖12中所示)與進(jìn)氣空氣混合以形成燃料/空氣混合物。在活塞離開BDC后不久，燃燒頭部131的圓柱形外表面覆蓋了傳輸端口的出口，從而基本上阻止氣體從掃氣室113通過傳輸端口運動進(jìn)入燃燒室112。

b)當(dāng)活塞到達(dá)TDC并開始朝向BDC運動時，掃氣頭部137的工作面132朝向掃氣室113的端部運動，從而減小了掃氣室的容積并壓縮了進(jìn)氣氣體。單向閥關(guān)閉以基本阻止進(jìn)氣氣體從掃氣室113流回進(jìn)氣道。

c)在活塞130到達(dá)BDC前不久，燃燒頭部131的活塞裙露出傳輸端口的出口和廢氣端口。由于燃燒室112與掃氣室113之間的壓力差，進(jìn)氣氣體從掃氣室113流過傳輸端口進(jìn)入燃燒室。接著，活塞到達(dá)BDC并開始返回朝向TDC運動。

d)在活塞130離開BDC后不久，燃燒頭部131的活塞裙覆蓋傳輸端口的出口和廢氣端口。當(dāng)活塞從BDC向TDC運動時，燃燒頭部131的工作面134朝向燃燒室112內(nèi)的活塞140運動，從而壓縮了進(jìn)氣氣體。

e)當(dāng)活塞接近TDC時，火花塞115產(chǎn)生火花，該火花點燃進(jìn)氣氣體的燃料/空氣混合物。接著，進(jìn)氣氣體在燃燒室內(nèi)燃燒，從而導(dǎo)致壓力的增加。由于燃燒而增加的壓力在燃燒頭部131的工作表面134上施加燃燒力，從而迫使活塞以動力沖程朝向BDC返回。燃燒力通過相反的面從燃燒頭部131起傳遞，并通過上軸承表面161進(jìn)入往復(fù)軸承160，并從此進(jìn)入偏心部分162，因而將轉(zhuǎn)矩施加至輸出軸108，使得活塞130的往復(fù)運動被轉(zhuǎn)換為輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動。

f)在活塞接近BDC時，燃燒頭部131的活塞裙露出傳輸端口的出口和廢氣端口。已燃燒氣體或廢氣被吸出燃燒室112，通過廢氣端口進(jìn)入廢氣道。接著，已于動力沖程期間在掃氣室113中被壓縮的新鮮的進(jìn)氣氣體通過傳輸端口被吸入燃燒室112取代廢氣。

活塞140同樣地運行。

回到圖4，現(xiàn)將描述包括滾動軸承的替代的功率傳遞組件?；钊?30具有與以上參考圖3描述的相同的基本構(gòu)造，且已使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示相同的部分。

功率傳遞組件110b包括滾動軸承260，滾動軸承260被接納在孔150中，且具有部分球形外軸承表面261，球形外軸承表面261與活塞130的孔150接合。

如圖10和11中最好地示出的，孔150具有部分球形的軸承座圈265，軸承座圈265與滾動軸承260的部分球形外軸承表面261有效接觸。滾動軸承260包括孔263，孔263延伸通過滾動軸承260的厚度且具有平行于輸出軸108的旋轉(zhuǎn)軸線并與輸出軸108的旋轉(zhuǎn)軸線間隔的旋轉(zhuǎn)軸線。輸出軸108具有主軸部分108a和偏心曲柄銷262。主軸部分108a可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體107中的軸承(未示出)上并穿過活塞130的槽151。

活塞130可以往復(fù)運動相對于殼體107在上死點中心位置(TDC)與下死點中心位置(BDC)之間運動。隨著活塞130以往復(fù)運動沿其軸線在TDC與BDC之間運動，滾動軸承160的部分球形軸承表面261保持與活塞130的孔150的部分球形軸承座圈265滾動接觸，且滾動軸承260繞曲柄銷262的軸線回轉(zhuǎn)，同時與(橫向于活塞的往復(fù)運動軸線的)活塞孔150滾動接觸。因而，曲柄銷262引起滾動軸承260以往復(fù)運動相對于活塞沿基本橫向于氣缸軸線的運動路徑運動。滾動軸承260總體跟隨繞輸出軸108的中心線的圓形路徑，且跟隨曲柄銷262的中心點運動。滾動軸承260和活塞130在活塞軸線的方向上相對于輸出軸108的旋轉(zhuǎn)角度跟隨簡諧運動。

直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)110b基本上與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)密封，且通過氣體密封環(huán)136、138和油密封環(huán)135、139以與以上對于直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)110a所描述的相同的方式基本上與燃燒室112和掃氣室111、113密封。發(fā)動機(jī)的運行也相同，而與所使用的直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)類型無關(guān)。

以上描述的直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)提供了比標(biāo)準(zhǔn)的兩沖程發(fā)動機(jī)的曲軸和連桿的布置更緊湊、更堅固且更輕質(zhì)的直線至旋轉(zhuǎn)運動聯(lián)接。因而，這允許了發(fā)動機(jī)強度的增加以及尺寸和重量的減小，使得功率密度和可靠性最大化。通過使活塞130以簡諧運動相對于殼體107運動，與常規(guī)的曲軸和連桿驅(qū)動的發(fā)動機(jī)相比，該發(fā)動機(jī)允許增加的TDC停留時間和減小的TDC活塞加速度。通過增加TDC停留時間，燃燒效率增加，例如，允許發(fā)生燃料在燃燒室內(nèi)更完整的燃燒，使得燃料消耗減少且未燃燒的碳?xì)浠衔锱欧艤p少。此外，可減少點火提前且發(fā)動機(jī)可允許以更高的發(fā)動機(jī)速度運行，這允許更高的速度范圍而無需傳動裝置。

通過減小TDC活塞加速度，發(fā)動機(jī)在TDC處經(jīng)歷減小的活塞加速度峰值并因而經(jīng)歷減小的部件載荷。因而，降低了設(shè)計要求，使得可使發(fā)動機(jī)的重量最小。這使得發(fā)動機(jī)特別適合于外置馬達(dá)市場和其它重量敏感的應(yīng)用。減小部件的載荷還減小了磨損率并降低了早期部件失效的可能性，故而發(fā)動機(jī)更可靠，且具有減少的保養(yǎng)要求和修理成本。

使活塞130以簡諧運動(SHM)相對于輸出軸旋轉(zhuǎn)的運動還消除了在TDC和BDC處的活塞加速度的差異，使得在TDC和BDC處的平衡需求得到均衡。此外，通過將活塞130和140以對置的關(guān)系布置，發(fā)動機(jī)獲得幾乎完美的平衡。對置的活塞布置還提高了熱效率。

然而，該SHM運動在發(fā)動機(jī)平衡方面的效果在非對置的活塞構(gòu)造中可最好地被理解，在非對置的活塞構(gòu)造中，沒有對置的活塞來抵消另一個的加速度。例如，發(fā)動機(jī)的兩個輸出軸可如期望地被異相驅(qū)動，這僅引起相對小的發(fā)動機(jī)不平衡(這可通過旋轉(zhuǎn)的平衡重量抵消)。由于定時的差異可被優(yōu)化以使短路(short circuiting)最小，或許被優(yōu)化至不需要直接燃料噴射系統(tǒng)的程度，這為更早地打開和關(guān)閉廢氣端口提供了機(jī)會，這會有助于發(fā)動機(jī)效率。

圖12a至12g示出了內(nèi)燃機(jī)105的沿相應(yīng)的輸出軸108、109觀察的放大剖視圖?？梢姷揭詫χ玫臉?gòu)造布置的第一活塞130和第二活塞140的從TDC(圖12a)至BDC(圖12e)并返回至TDC的運行。第一活塞130容納進(jìn)氣功率傳遞組件，且第二活塞140容納廢氣功率傳遞組件。對置的活塞130、140如以下將描述的那樣異相運行。

進(jìn)氣端口130a設(shè)置在發(fā)動機(jī)殼體107內(nèi)，與氣缸106的燃燒室112的右手側(cè)連通。廢氣端口140a設(shè)置在發(fā)動機(jī)殼體107內(nèi)，與氣缸106的左手側(cè)連通。

如圖12a中所示，第一活塞130的功率傳遞組件的滾動軸承260布置成使得偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈-20度，而第二活塞140的功率傳遞組件的滾動軸承260布置成使得偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈0度。第一活塞130的工作面134位于其至第二活塞140的工作面144的最近位置，使得燃燒室112的容積最小，位于TDC位置。

在45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈25度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈45度，(參見圖12b)。

在又一45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈70度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈90度(參見圖12c)。

在又一45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈115度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈135度(參見圖12d)。通過收回第二活塞140，廢氣端口140a暴露至燃燒室112，而進(jìn)氣端口130a仍被第一活塞130覆蓋。

在又一45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈160度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈180度(參見圖12e)。第一活塞130的工作面134位于其至第二活塞140的工作面144的最遠(yuǎn)位置，使得燃燒室112的容積最大，位于BDC位置。廢氣端口140a和進(jìn)氣端口130a兩者都暴露至燃燒室112。

在又一45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈205度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈225度(參見圖12f)。廢氣端口140a被進(jìn)給的第二活塞140覆蓋，而進(jìn)氣端口130a仍暴露至燃燒室112。

在又一45度的旋轉(zhuǎn)后，第一活塞130的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線c呈250度，而第二活塞140的偏心曲柄銷262相對于氣缸軸線C呈270度(參見圖12g)。廢氣端口140a和進(jìn)氣端口130a兩者都被相應(yīng)的第二活塞140和第一活塞130覆蓋。

因而，通過使各曲柄銷262異相移動，廢氣端口140a的打開和關(guān)閉在進(jìn)氣端口130a的打開和關(guān)閉之前，從而偏離對稱的排氣和進(jìn)氣定時，這可有助于減少與常規(guī)的2沖程發(fā)動機(jī)相關(guān)聯(lián)的短路。

由常規(guī)的曲軸和連桿機(jī)構(gòu)引起的活塞推力載荷通過滑動軸承布置的幾何結(jié)構(gòu)而被大致減半。

通過減小或消除活塞側(cè)的載荷，本發(fā)明減小了發(fā)動機(jī)的摩擦損耗，使得效率增加，并減小了活塞和氣缸側(cè)壁的磨損率，使得可靠性增加并最小化保養(yǎng)成本。

由于功率傳遞機(jī)構(gòu)的與進(jìn)氣系統(tǒng)隔離的潤滑，發(fā)動機(jī)不需要如常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)所運行的那樣的全損耗潤滑系統(tǒng)。因而，發(fā)動機(jī)可使用許多不同的燃料運行，包括不耐受潤滑劑的氣相燃料。因而，由于油不隨廢氣流出發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的排放顯著地低于常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)。在外置馬達(dá)應(yīng)用中，由于兩沖程發(fā)動機(jī)的更高的排放，最新趨勢已經(jīng)遠(yuǎn)離常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)，而本發(fā)明為外置馬達(dá)應(yīng)用提供了出奇好的協(xié)同。

部分圓柱形滑動軸承表面161或部分球形滾動軸承表面261允許直線運動軸承至少部分地繞橫向于活塞軸線的軸線在活塞孔150內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這允許直線運動軸承在功率傳遞組件中的任何部件的輕微不對準(zhǔn)的情形下保持與活塞的良好接觸。因而，功率傳遞組件更耐受不對準(zhǔn)。

在替代的實施例中，滑動軸承可能具有一個或多個部分球形軸承表面，這些表面允許繞平行于滑動軸承的往復(fù)運動方向的軸線相對于活塞旋轉(zhuǎn)，以及繞垂直于活塞軸線并垂直于滑動軸承的運動方向的軸線相對于活塞旋轉(zhuǎn)。這提供了以下優(yōu)勢的結(jié)合：增加的對不對準(zhǔn)以及部件磨損的耐受度，其還增加TDC停留時間。

圖13a示出了用于上述任何發(fā)動機(jī)變型的空氣輔助燃料噴射泵。圖13示出了經(jīng)由直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)310聯(lián)接至輸出軸308的活塞330，直線至旋轉(zhuǎn)的功率傳遞機(jī)構(gòu)310包括與以上參考圖4、10和11描述的相同的滾動軸承。相同地，可利用滑動軸承變型或任何其它合適的直線運動軸承功率傳遞機(jī)構(gòu)。發(fā)動機(jī)具有開口進(jìn)入掃氣室311的空氣進(jìn)氣口301、從燃燒室312開口的廢氣出口302、以及在掃氣室311與燃燒室312之間延伸的傳輸導(dǎo)管303。

活塞的“冷”第二頭部331機(jī)械聯(lián)接至泵400。泵400包括活塞401，活塞401布置成在氣缸402內(nèi)往復(fù)運動。氣缸具有空氣進(jìn)氣端口403和聯(lián)接至高壓傳輸導(dǎo)管405的壓縮空氣廢氣端口404。高壓傳輸導(dǎo)管405的另一端在具有燃料進(jìn)口407的空氣輔助直接燃料噴射器406內(nèi)開口。

圖13b中示出了用于上述任何發(fā)動機(jī)變型的燃料噴射泵的替代實施例。用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的部分。在圖13b中，高壓傳輸導(dǎo)管405的另一端經(jīng)由燃料噴射端口408排氣，燃料噴射端口408特定地瞄準(zhǔn)火花塞409，以最小化短路并最大化燃料/空氣混合。燃料噴射端口408可被限制孔有效地延遲，從而最小化未燃燒的碳?xì)浠衔锿ㄟ^短路的排放。

燃料噴射端口408可被饋有空氣和燃料，以促進(jìn)完全混合。這還可能用于產(chǎn)生稀燃能力，其中燃料/空氣混合物的局部豐富部分可對準(zhǔn)燃燒室312，從而在低功率要求的情況下減小對進(jìn)氣節(jié)流的要求。

隨著活塞330以往復(fù)運動在氣缸內(nèi)運動，泵400被驅(qū)動將高壓空氣提供至空氣輔助直接燃料噴射器406。如本領(lǐng)域中已知的，直接噴射允許僅在活塞已升至關(guān)閉廢氣端口之后噴射燃料，從而消除了大多數(shù)未燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧?。這有助于對抗在常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)中盛行的短路問題，由此未燃燒的碳?xì)浠衔锬軌螂x開排氣裝置。在傳輸導(dǎo)管405中的空氣壓力典型地高于在傳輸導(dǎo)管303中的空氣壓力，但并非必需如此。

在替代的實施例中，泵400被驅(qū)動將高壓氣態(tài)燃料供應(yīng)至噴射端口408，以提供半直接噴射，由此，噴射端口408被謹(jǐn)慎地定位并對準(zhǔn)，以最小化燃料短路。端口408的直徑可定為限制流量，從而引起噴射發(fā)生在噴射端口的打開期間的末期，這進(jìn)一步最小化了燃料的短路。所噴射的氣體容積可由容積泵400的抽氣量限定，且可由泵400的進(jìn)氣口中的節(jié)氣閥位置調(diào)整。

通過使用活塞330的第二頭部331來直接驅(qū)動小孔泵400，而不是由輸出軸驅(qū)動空氣壓縮機(jī)，發(fā)動機(jī)的正面面積保持為小，從而使其特別適合于諸如外置馬達(dá)之類的流線形發(fā)動機(jī)的應(yīng)用。

通過將泵活塞401的直徑定成以理論配比輸送氣態(tài)燃料，可消除電子燃料噴射系統(tǒng)和常規(guī)的汽化器。

通過將噴射端口408定位成在氣缸內(nèi)低于廢氣端口302，氣缸壓力可被部分或完全地排出，這意味著噴射端口不暴露至高燃燒壓力且可能不需要機(jī)械控制或電子控制的閥門。

雖然圖13a和13b各自示出了單個活塞，但將理解到，空氣輔助燃料噴射泵或半直接燃料噴射泵可用于圖2中的對置的活塞布置。

在替代的布置中，泵可機(jī)械地聯(lián)接至活塞的第二頭部，這可用于提供壓縮空氣或其它氣體的供應(yīng)，用于直接燃料噴射之外的其它用途。

圖14和15示出了用于上述發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)盤式定時閥。如前所述，由于常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)的對稱的廢氣打開/關(guān)閉定時的限制，常規(guī)的兩沖程發(fā)動機(jī)經(jīng)受短路，未燃燒的碳?xì)浠衔锟赡芴右?。上述發(fā)動機(jī)的緊湊性使得廢氣端口501非常接近輸出軸108，從而使得使用旋轉(zhuǎn)盤形廢氣定時閥502來在最佳時刻關(guān)閉廢氣端口變得實際。通過優(yōu)化廢氣閥打開的定時，可實現(xiàn)排放的減少而無需昂貴的部件或帶有多個部件的復(fù)雜的組件。此外，盤式閥受益于氣態(tài)燃料的使用，由于在廢氣中顆粒物減少，從而使磨損最小化。因而，旋轉(zhuǎn)盤式廢氣定時閥提供與上述發(fā)動機(jī)的各種其它方面的驚人的協(xié)同。

圖16和17示出了用于外置馬達(dá)應(yīng)用中的替代的活塞布置，從而示出了發(fā)動機(jī)設(shè)計的出色的可擴(kuò)展性。從圖16中可見到，大量(在該情形下為六個)活塞801a－f可串聯(lián)布置，從而驅(qū)動單個螺旋槳軸802，而與圖1和2中的發(fā)動機(jī)相比不增加發(fā)動機(jī)的正面面積。每個活塞801a－f經(jīng)由相應(yīng)的功率傳遞組件聯(lián)接至相應(yīng)的輸出軸803a－f。輸出軸803a－f將轉(zhuǎn)矩經(jīng)由如前那樣的錐齒輪傳遞至螺旋槳軸802?；钊詫χ玫年P(guān)系布置，使得相鄰活塞的第一頭部相面對且相鄰活塞的第二頭部相面對。這引起交替的活塞的燃燒室的共享。如前，單個共同的螺旋槳軸為每個活塞801a－f的定時提供了機(jī)械同步，從而確保了出色的發(fā)動機(jī)平衡和最小的發(fā)動機(jī)振動。

圖17示出了另一替代方式，其中，多個活塞聯(lián)接至共同的輸出軸?；钊?01a和901b布置成驅(qū)動輸出軸903a，而活塞901c和901d布置成驅(qū)動輸出軸903b?；钊?01a和901c以對置的關(guān)系布置，從而共享共同的燃燒室?；钊?01c和901d以對置的關(guān)系布置，且它們的掃氣室彼此面對(但不共享)。輸出軸903a和903b同樣(例如經(jīng)由錐齒輪，未示出)聯(lián)接至共同的螺旋槳軸。

圖18詳細(xì)示出了上述發(fā)動機(jī)的活塞130，從而示出了沿活塞的長度可能采用的不同的活塞至孔的間隙。由于在總體緊湊度和減小的往復(fù)質(zhì)量方面獲得的優(yōu)勢，近年來，常規(guī)的活塞已變得更像盤形。然而，這帶來了活塞穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)，且總體上促使活塞至孔的間隙的變緊。另一方面，雙側(cè)活塞是自然穩(wěn)定的，從而使得在期望的場合能夠有大間隙。

如圖18中所示，在第一頭部131的區(qū)域中的活塞的“熱”端具有大的活塞至孔的間隙。由于活塞的與熱冠部相對的細(xì)長穩(wěn)定部分，雙端活塞在該區(qū)域中更能容忍過量的間隙。大約在第一油環(huán)密封件135與第二油環(huán)密封件139之間延伸的區(qū)域具有更緊的活塞至孔的間隙。雙端活塞自然地拉長該緊密裝配直徑，故而使得活塞擺動最小化。

對其而言附加的優(yōu)勢在于，在氣缸端口的區(qū)域內(nèi)沒有任何推力載荷，常規(guī)的2沖程發(fā)動機(jī)必須將它們的氣缸端口定位成避免活塞朝向諸如廢氣端口之類的大端口推壓。在油環(huán)密封件135、139之間延伸的區(qū)域承受所有的推力載荷，這意味著氣缸端口的位置可不受影響，且由于可獲得氣缸孔的無中斷部分，這意味著活塞磨損最小化。

圖19和20示出了活塞130a的又一變型，其中，孔150a以角度θ相對于活塞軸線傾斜，角度θ基本上小于90度。以此方式，直線運動滑動軸承(未示出)布置成以往復(fù)運動相對于活塞沿基本上相對于氣缸軸線傾斜的直線軸線運動。

在以上實施例中，發(fā)動機(jī)借助雙端活塞以兩沖程循環(huán)運行，雙端活塞具有可在燃燒室內(nèi)運動的第一頭部以及可在掃氣室內(nèi)運動的第二頭部。在替代實施例中，雙端活塞可具有可在第一燃燒室內(nèi)運動的第一頭部以及可在第二燃燒室內(nèi)運動的第二頭部，且外增壓器布置成交替地將入口空氣供應(yīng)至第一燃燒室和第二燃燒室。圖21a－h(huán)示出了發(fā)動機(jī)1000的單個循環(huán)。

活塞1001具有可在氣缸1004內(nèi)運動的第一頭部1002、第二頭部1003，從而限定了第一燃燒室1005和第二燃燒室1006。諸如前述滾動軸承之類的直線運動軸承功率傳遞組件將直線的活塞運動轉(zhuǎn)換為輸出軸1007的旋轉(zhuǎn)運動。燃燒室1004、1005具有與增壓器1010聯(lián)接的相應(yīng)的進(jìn)氣口1008、1009以及相應(yīng)的排氣裝置1011、1012。

從圖21a中的TDC開始，第一火花塞1013點燃第一燃燒室1005內(nèi)的進(jìn)料，同時新鮮的進(jìn)料被饋送至第二燃燒室1006。第一燃燒室1005內(nèi)的燃燒的進(jìn)料引起活塞1001在圖21b中的第一動力沖程中向下運動，直至在圖21c中活塞閉合通至第二燃燒室1006的進(jìn)氣口1009。在圖21d中，活塞1001的繼續(xù)向下運動壓縮第二燃燒室1006內(nèi)的進(jìn)料，同時第一排氣裝置1011打開，以將已燃燒的氣體從第一燃燒室排出。在圖21e中所示的BDC，第二火花塞1014點燃第二燃燒室1006內(nèi)的進(jìn)料，同時新鮮的進(jìn)料被饋送至第一燃燒室1005。第二燃燒室1006內(nèi)的燃燒的進(jìn)料引起活塞1001在圖21f中的第二動力沖程中向上運動，直至在圖21g中活塞閉合通至第一燃燒室1006的進(jìn)氣口1008。在圖21h中，活塞1001的繼續(xù)向上運動壓縮第一燃燒室1005內(nèi)的進(jìn)料，同時第二排氣裝置1012打開，以將已燃燒的氣體從第二燃燒室排出。該循環(huán)重復(fù)。

活塞1001可具有第一頭部與氣缸之間的第一活塞至孔的間隙，該間隙大于與第一油密封件相鄰的區(qū)域至與第二油密封件相鄰的區(qū)域之間的第二活塞至孔的間隙。第二頭部與氣缸之間的第三活塞至孔的間隙可大于第二活塞至孔的間隙。

發(fā)動機(jī)1000可以任何組合與上述本發(fā)明的任何其它方面結(jié)合使用。特別地，直線運動軸承功率傳遞組件可采用之前參考圖5至9描述的滑動軸承而不是滾動軸承。

發(fā)動機(jī)1000可例如用于水運工具的推進(jìn)單元。小功率密度的發(fā)動機(jī)1000被浸沒以提供充裕的冷卻水，這有助于滿足每次曲軸旋轉(zhuǎn)接受兩次熱燃燒氣體的雙側(cè)活塞的冷卻要求。外增壓器定位在水線W上方，且可被一個或多個豎直向上延伸至增壓器的曲軸驅(qū)動。

圖22a和b示出了用于水運工具的替代的外置馬達(dá)1100。外置馬達(dá)1100包括(在使用時)在預(yù)期的水位W下方從水運工具(未示出)的后橫梁起延伸的轉(zhuǎn)向柱1101以及總體上在水位W下方的浸沒的內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動1102。開式螺旋槳1103與細(xì)長驅(qū)動軸1104聯(lián)接，從而被內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動1102驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。外置馬達(dá)1100額外地在轉(zhuǎn)向柱1101的具有浸沒的內(nèi)燃機(jī)和減速驅(qū)動1102的端部與驅(qū)動軸1104之間包括鉸接接頭1105。呈重?fù)舴雷o(hù)裝置1106形式的遮護(hù)件布置在鉸接接頭1105與螺旋槳1103之間。與如前所述圖2中的內(nèi)燃機(jī)102相比，內(nèi)燃機(jī)1102轉(zhuǎn)向90度，使得其氣缸軸線C垂直于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線定向。

因而，活塞不是在基本平行于水運工具的行進(jìn)方向的平面內(nèi)往復(fù)運動，而是活塞基本垂直于行進(jìn)方向往復(fù)運動。使用正齒輪減速器而不是如在之前公開的實施例中的錐齒輪。

外置馬達(dá)1110的布置，其中，細(xì)長驅(qū)動軸1104遠(yuǎn)離橫梁延伸，這意味著當(dāng)航行在淺水中時，障礙物可由舵手預(yù)測，且通過沿行進(jìn)方向牽拉轉(zhuǎn)向柱1101，驅(qū)動軸1104可在鉸接接頭1105上樞轉(zhuǎn)，從而將螺旋槳1103從水中抬離或避開障礙物。重?fù)舴雷o(hù)裝置1106的提供意味著如果這種障礙物未被注意到，則內(nèi)燃機(jī)被給予了保護(hù)，且通過由重?fù)舴雷o(hù)裝置1106在其經(jīng)過水中時產(chǎn)生的升力，細(xì)長驅(qū)動軸1104和螺旋槳1103被驅(qū)使朝向水位W。

雖然上述發(fā)動機(jī)被描述為用于水運工具的外置馬達(dá)，但將理解到，上述發(fā)動機(jī)具有對許多應(yīng)用的廣泛適用性。例如，高功率密度、輕質(zhì)的發(fā)動機(jī)可用于便攜式發(fā)電機(jī)/增程器、摩托車/汽車、手持工具、便攜式戶外器械/工具、航空等等。發(fā)動機(jī)的小正面面積可特別適合于例如小型航空器。

雖然以上已參考一個或多個優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但將理解到，可進(jìn)行各種變化或修改而不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。