本教導(dǎo)通常包括內(nèi)燃機(jī)組件。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)燃燒空氣和燃料的混合物以產(chǎn)生工作所需要的機(jī)械動力。內(nèi)燃機(jī)的基本部件在本領(lǐng)域中是公知的并且優(yōu)選地包括發(fā)動機(jī)缸體、汽缸蓋、汽缸、活塞、閥、曲軸和一個或多個凸輪軸。汽缸蓋、汽缸和活塞的頂部通常形成燃料和空氣被引入到其中的可變體積燃燒室，且燃燒發(fā)生以作為裝置熱力循環(huán)的部分。在所有內(nèi)燃機(jī)中，有用功是產(chǎn)自直接作用于可移動發(fā)動機(jī)部件上(諸如活塞的頂部或冠部)的燃燒的熱氣態(tài)產(chǎn)物。通常，活塞的往復(fù)運(yùn)動經(jīng)由連桿被轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。一種公知的內(nèi)燃機(jī)以四沖程燃燒循環(huán)運(yùn)作，其中沖程被定義為活塞從上止點(diǎn)(TDC)位置到下止點(diǎn)(BDC)位置(或反之亦然)的完整移動，且沖程包括進(jìn)氣、壓縮、動力和排氣。因此，四沖程發(fā)動機(jī)在本文被定義為汽缸充氣的每個動力沖程(即，將動力傳遞到曲軸的每個沖程)需要活塞的四個完整沖程的發(fā)動機(jī)。

內(nèi)燃機(jī)的總效率取決于其通過將導(dǎo)致到環(huán)境中的能量損耗的危害最小化而將所有過程的效率最大化的能力。將傳統(tǒng)的四沖程循環(huán)劃分在專用部件中時，則允許憑借嘗試通過中間壓縮排熱(諸如通過使用熱量交換器)接近汽缸充氣的等溫壓縮而使壓縮過程更有效率。同樣，在汽缸充氣的膨脹期間可以通過朝絕熱膨脹轉(zhuǎn)變和將所述膨脹進(jìn)一步延伸以將工作氣體降至大氣壓從而利用更大量的能量。另外，在單獨(dú)降低每個比熱的同時將工作氣體的比熱最大化，允許在膨脹期間進(jìn)行更多能量吸取并同時將與每個專用部件相關(guān)聯(lián)的機(jī)械和流量損耗最小化。

一種滿足這些挑戰(zhàn)的公知方法是低溫燃燒(LTC)渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)。LTC渦輪增壓柴油機(jī)依靠由充氣冷卻分開的二級壓縮過程以接近等溫壓縮，從而減少了達(dá)到給定空氣密度所需要的功，傾向于低溫燃燒以在改進(jìn)氣體特性的同時將熱量損耗最小化，以及依靠二級膨脹過程以增強(qiáng)來自燃燒后熱氣的做功恢復(fù)。在熱力學(xué)上，渦輪增壓柴油機(jī)是多軸雙壓縮、雙膨脹發(fā)動機(jī)，依靠于旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動機(jī)械的組合以在燃燒前執(zhí)行兩次壓縮和在燃燒后執(zhí)行兩次膨脹。然而，總效率可以受限于在操作領(lǐng)域中匹配和優(yōu)化這些部件性能的能力。用于對外部充氣多軸發(fā)動機(jī)提供增壓的空氣處理系統(tǒng)可能包括更復(fù)雜的增壓系統(tǒng)，其使用兩個和三個渦輪增壓級或渦輪增壓器和機(jī)械驅(qū)動的超級增壓器的組合。除充氣裝置之外，系統(tǒng)需要熱量交換器、旁通閥和控制件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述了一種單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)，包括發(fā)動機(jī)缸體、汽缸蓋、單曲軸、控制軸以及第一、第二和第三多連桿式連桿組件。第一和第二動力汽缸以及膨脹汽缸形成在發(fā)動機(jī)缸體中。第一和第二動力活塞可分別在第一和第二動力汽缸中移動，并且經(jīng)由相應(yīng)的第一和第二多連桿式連桿組件連接到曲軸的相應(yīng)第一和第二曲柄銷。膨脹活塞可在膨脹汽缸中移動并且經(jīng)由第三多連桿式連桿組件連接到曲軸的第三曲柄銷。第一和第二多連桿式連桿組件被聯(lián)接到相應(yīng)第一和第二搖臂的第四樞軸銷，第一和第二搖臂附接到控制軸上，第三多連桿式連桿組件被附接到第三搖臂的第五樞軸銷，所述第三搖臂附接到控制軸上。第三搖臂附接到所述控制軸的位置是在從所述第一和第二擺臂的附接位置繞所述控制軸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度的位置上。

根據(jù)實(shí)行本教導(dǎo)的最佳模式進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

圖1示意地描繪了根據(jù)本發(fā)明的單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)的一個實(shí)施例的端視圖；

圖2和圖3示意地描繪了根據(jù)本發(fā)明的單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)的實(shí)施例的部分端視圖；

圖4示意地描繪了根據(jù)本發(fā)明的單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)的實(shí)施例的一部分的俯視圖；以及

圖5圖形示出了根據(jù)本發(fā)明在此所描述的單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)的實(shí)施例的360度曲軸旋轉(zhuǎn)中的膨脹活塞和一個動力活塞的位置。

具體實(shí)施方式

參照附圖，其中在各附圖中類似的參考標(biāo)號用來標(biāo)記類似或相同的部件，圖1示意性示出了單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動機(jī))10的一個實(shí)施例的端視圖，圖2和圖3示意性示出了發(fā)動機(jī)10的實(shí)施例的部分端視圖，圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)10的實(shí)施例的一部分的俯視圖。在各圖中相同的標(biāo)號代表相同的部件。

發(fā)動機(jī)10包括發(fā)動機(jī)缸體12，該發(fā)動機(jī)缸體12包括具有本文所述的汽缸三聯(lián)體30的復(fù)合汽缸構(gòu)型，用于曲軸20和汽缸蓋60的曲軸主軸承座。盡管示出了僅一個汽缸三聯(lián)體30，但發(fā)動機(jī)缸體12可包括多個汽缸三聯(lián)體30。參考三維軸線進(jìn)行物理描述，該三維軸線包括橫向軸線15、縱向軸線17和垂直軸線19，其中縱向軸線17由曲軸20的曲軸中心線24限定，垂直軸線19由構(gòu)成汽缸三聯(lián)體30之一的發(fā)動機(jī)汽缸32、34、36的平行縱向軸線限定，橫向軸線15限定為與縱向軸線17和垂直軸線19正交。盤形飛輪95與曲軸20同軸并可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸20。

每個復(fù)合汽缸構(gòu)型包括汽缸三聯(lián)體30之一，汽缸三聯(lián)體30分別包括第一和第二動力汽缸32、34和第三膨脹汽缸36。第一動力汽缸32容納有在其間滑動以與曲軸20的旋轉(zhuǎn)結(jié)合起來上下平移的第一動力活塞42，且經(jīng)由第一連桿43和第一多連桿式連桿組件80可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸20的第一曲柄銷26。第一動力汽缸32限定第一動力汽缸中心線33。類似地，第二動力汽缸34容納有在其間滑動以與曲軸20的旋轉(zhuǎn)結(jié)合起來上下平移的第二動力活塞44，且經(jīng)由第二連桿45和第二多連桿式連桿組件180通過第二連桿45可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸20的第二曲柄銷27。第二動力汽缸36限定第二動力汽缸中心線35。第一和第二動力汽缸32、34，第一和第二動力活塞42、44，第一和第二多連桿式連桿組件80、180，以及和它們相關(guān)的部件優(yōu)選為尺寸相等，并且第一和第二曲柄銷26、27徑向重合，即，它們以相同旋轉(zhuǎn)角可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸20。在一個實(shí)施例中，第一和第二動力汽缸中心線33、35限定與曲軸中心線24相交的平面?？蛇x地，如所示，第一和第二動力汽缸中心線33、35限定偏移曲軸中心線24的平面。

膨脹汽缸36與第一和第二動力汽缸32、34鄰近，并具有與第一和第二動力汽缸中心線33、35平行的中心線37。膨脹活塞46容納在膨脹汽缸36中并在其間滑動以與曲軸20的旋轉(zhuǎn)一起上下平移，且通過第三多連桿式連桿組件50可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸20。膨脹汽缸36優(yōu)選地在體積上顯著大于單個動力汽缸34、34，且優(yōu)選地是單個動力汽缸32、34之一的體積排量的1.5倍到4.0倍之間。膨脹汽缸36的汽缸排量是基于上止點(diǎn)(TDC)位置和下止點(diǎn)(BDC)位置之間的活塞運(yùn)動進(jìn)行限定，且是專用的并如本文所述進(jìn)行確定。此外，膨脹汽缸36的TDC位置和BDC位置是可變化的，如本文所述。

第一和第二多連桿式連桿組件80、180各自形成多連桿機(jī)構(gòu)，該多連桿機(jī)構(gòu)將相應(yīng)動力活塞42、44的直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時最小化相應(yīng)動力活塞42、44對第一和第二動力汽缸32、34的側(cè)面負(fù)載。第一和第二多連桿式連桿組件80、180各自包括為三銷板的剛性主連桿臂82、182，該三銷板包括：第一樞軸銷83、183，第二樞軸銷84、184和第三樞軸銷85、185。主連桿臂82、182的第一樞軸銷83、183可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至相應(yīng)第一和第二連桿43、45，該相應(yīng)第一和第二連桿43、45聯(lián)接至相應(yīng)第一和第二動力活塞42、44。主連桿臂82、182的第二樞軸銷84、184可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至曲軸20的相應(yīng)第一和第二曲柄銷26、27。曲軸20的第一和第二曲柄銷26、27與第二樞軸銷84、184并置在相應(yīng)多連桿式連桿組件80、180上并自第三曲柄銷28旋轉(zhuǎn)180度。主連桿臂82、182的第三樞軸銷85、185分別可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至相應(yīng)第一或第二搖臂86、186的第一端，相應(yīng)第一或第二搖臂86、186的第二端可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至相應(yīng)第四樞軸銷87、187，每個相應(yīng)第四樞軸銷87、187為聯(lián)接至相應(yīng)第一和第二旋轉(zhuǎn)臂88、188的遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)錨定點(diǎn)，該相應(yīng)第一和第二旋轉(zhuǎn)臂88、188固定地附接到控制軸59以與其一起旋轉(zhuǎn)。在一個實(shí)施例中，應(yīng)用了可控變量定相設(shè)備(相位器)90，且其包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分。定子部分固定地附接到控制軸59以與其一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子部分可控地附接到定子部分。相位器90相對于曲軸20的旋轉(zhuǎn)位置來控制控制軸59的旋轉(zhuǎn)位置，定子部分的旋轉(zhuǎn)位置與轉(zhuǎn)子部分的旋轉(zhuǎn)位置之間優(yōu)選具有的旋轉(zhuǎn)自由度是180度。第一和第二旋轉(zhuǎn)臂88、188在控制軸59的中心線和位于相位器90的轉(zhuǎn)子部分的外周的相應(yīng)第四樞軸銷87、187之間延伸，并可旋轉(zhuǎn)地與相應(yīng)第一或第二搖臂86、186聯(lián)接。第三旋轉(zhuǎn)臂58在控制軸59的中心線和位于相位器90的轉(zhuǎn)子部分的外周的第五樞軸銷57之間延伸，且與第三搖臂56可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接。優(yōu)選地，第三旋轉(zhuǎn)臂58定位成使得第五樞軸銷57定位成自第一和第二搖臂86、186的第四樞軸銷87、187圍繞控制軸59的中心線的180度旋轉(zhuǎn)。相位器90控制第四樞軸銷87、187和第五樞軸銷57相對于曲軸20的旋轉(zhuǎn)位置的定相。定相設(shè)備比如相位器90的機(jī)械化和控制是眾所周知的，不再詳細(xì)闡述。在一個實(shí)施例中，控制軸59距離曲軸中心線24的預(yù)定距離處可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至曲軸20，并與曲軸20一致地旋轉(zhuǎn)，包括以相同旋轉(zhuǎn)速度以及與曲軸20相同的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。控制相位器90以相對于曲軸20的旋轉(zhuǎn)位置來控制第三旋轉(zhuǎn)臂58以及第一和第二搖臂86、186的旋轉(zhuǎn)位置。在一個實(shí)施例中，如所示，控制軸59沿與曲軸20的旋轉(zhuǎn)方向(如元件22所示)相同的方向(如元件92所示)旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，控制軸59沿與曲軸20相反的方向旋轉(zhuǎn)。

第三多連桿式連桿組件50形成多連桿機(jī)構(gòu)，該多連桿機(jī)構(gòu)將偏離曲軸中心線24的膨脹活塞46的直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時最小化膨脹活塞46的側(cè)面負(fù)載。參考圖4，示出了曲軸中心線24和膨脹汽缸36的中心線37之間的偏離。多連桿式連桿組件50包括為三銷板的剛性主連桿臂52，該三銷板包括第一樞軸銷53、第二樞軸銷54和第三樞軸銷55。主連桿臂52的第一樞軸銷53可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第三連桿47，該第三連桿47聯(lián)接至膨脹活塞46。主連桿臂52的第二樞軸銷54可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至曲軸20的第三曲柄銷28。曲軸20的第三曲柄銷28與第二樞軸銷54并置在多連桿式連桿組件50上并自第一和第二曲柄銷26、27旋轉(zhuǎn)180度。主連桿臂52的第三樞軸銷55可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第三搖臂56的第一端，第三搖臂56的第二端可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第五樞軸銷57，第五樞軸銷57為聯(lián)接至第三旋轉(zhuǎn)臂58的遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)錨定點(diǎn)，第三旋轉(zhuǎn)臂58固定地附接到控制軸59以與其一起旋轉(zhuǎn)。在一個實(shí)施例中，如所示，可控變量定相設(shè)備(相位器)90被插入第三旋轉(zhuǎn)臂58和控制軸59之間，且將第三搖臂58可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至控制軸59以實(shí)現(xiàn)第三旋轉(zhuǎn)臂58和第五樞軸銷57處的旋轉(zhuǎn)錨定點(diǎn)的定相控制。諸如相位器90的定相設(shè)備的機(jī)械化和控制是眾所周知的，不再詳細(xì)闡述?？刂戚S59距離曲軸中心線24的預(yù)定距離處可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至曲軸20，并以相同旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，控制相位器90以相對于曲軸20的旋轉(zhuǎn)位置來控制第三旋轉(zhuǎn)臂58的旋轉(zhuǎn)位置。

在一個實(shí)施例中，相位器90的相位有效范圍在旋轉(zhuǎn)角度為0度(位置1)180度(位置2)之間?？刂葡辔黄?0的定相的作用就是控制第一和第二旋轉(zhuǎn)臂88和188以及第三旋轉(zhuǎn)臂58的與曲軸20的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的旋轉(zhuǎn)定相。膨脹活塞46的往復(fù)運(yùn)動與第一和第二動力活塞42和44的往復(fù)運(yùn)動呈現(xiàn)出180度的相差。因此，在膨脹活塞46處于TDC點(diǎn)上時，第一和第二動力活塞42和44處于BDC點(diǎn)上。

第一、第二和第三多連桿式連桿組件50、80和180的元件的構(gòu)型影響相應(yīng)的第一和第二動力活塞42和44以及膨脹活塞46的沖程，并因此影響其體積排量和幾何壓縮比。第一、第二和第三多連桿式連桿部件50、80和180在曲軸20的旋轉(zhuǎn)期間，通過第一、第二和第三曲柄銷26、27和28將第一和第二動力活塞42和44的缸內(nèi)平移與膨脹活塞46的缸內(nèi)平移機(jī)械地結(jié)合在一起。在第一、第二和第三多連桿式連桿部件50、80和180中的每一個中，相應(yīng)的剛性主連桿臂52、82和182的相應(yīng)的第一樞軸銷53、83和183以及相應(yīng)的第二樞軸銷54、84和184限定第一線性距離。相應(yīng)的第二樞軸銷54、84和184以及相應(yīng)的第三樞軸銷55、85和185限定第二線性距離。這種包括相應(yīng)的主連桿臂52、82和182的構(gòu)型使得膨脹活塞46的沖程不同于由曲軸20的第三曲柄銷28限定的第三曲柄行程長度，并且還使得第一和第二動力活塞42和44的沖程不同于由曲軸20的第一和第二曲柄銷26和27限定的第一和第二曲柄行程長度。

膨脹活塞46在TDC點(diǎn)與BDC點(diǎn)之間的線性行程距離的幅度基于杠桿臂(即第一線性距離)進(jìn)行確定，而且，樞軸銷間的第二線性距離、第三曲柄行程、旋轉(zhuǎn)錨臂和第五樞軸銷57的行程，以及第三旋轉(zhuǎn)臂58相對于曲軸20的定相，所有這些都影響著膨脹活塞46的沖程。

第一和第二動力活塞42和44中的每一個在TDC點(diǎn)與BDC點(diǎn)之間的線性行程距離的幅度基于杠桿臂(即第一線性距離)進(jìn)行確定，而且，樞軸銷間的第二線性距離、第一和第二曲柄行程、旋轉(zhuǎn)錨臂和相應(yīng)的第四樞軸銷87、187的行程，以及相應(yīng)的第一或第二旋轉(zhuǎn)臂88、188相對于曲軸20的定相，所有這些都影響著第一和第二動力活塞42和44的沖程。

如此一來，在相位器90被控制至位置1上時，膨脹活塞46是啟用的，并在第一上止點(diǎn)(TDC)122和第一下止點(diǎn)(BDC)120之間隨著曲軸20的每一旋轉(zhuǎn)進(jìn)行移動，而且其還具有啟用活塞沖程行程距離121。在相位器90被控制至位置2上時，膨脹活塞46是停用的，并在第二TDC點(diǎn)126和第二BDC點(diǎn)125之間隨著曲軸20的每一旋轉(zhuǎn)進(jìn)行移動，而且其具有停用活塞沖程行程距離123。啟用活塞沖程行程距離121大體上大于停用活塞沖程行程距離123。

同樣地，在相位器90被控制至位置1上時，第一和第二動力活塞42和44通過在第一上止點(diǎn)(TDC)114和第一下止點(diǎn)(BDC)110之間以低壓縮比活塞沖程行程距離113隨著曲軸20的每一旋轉(zhuǎn)進(jìn)行移動來以低壓縮比進(jìn)行操作。在相位器90被控制至位置2上時，第一和第二動力活塞42和44處于高壓縮比下，并在第二TDC點(diǎn)112與和第一BDC點(diǎn)110相同的第二BDC點(diǎn)之間隨著曲軸20的每一旋轉(zhuǎn)進(jìn)行移動，并且其具有高壓縮比活塞沖程行程距離111。低壓縮比活塞沖程行程距離113稍小于高壓縮比活塞沖程行程距離111，且其基于用于低壓縮比和高壓縮比的優(yōu)選值進(jìn)行確定。

汽缸蓋60為一體式裝置，包括鑄造部分、機(jī)械加工部分和裝配部分，其中上述部分用于控制進(jìn)氣流、燃料和燃燒氣體并將其引導(dǎo)入/引導(dǎo)出第一和第二動力汽缸32和34以及膨脹汽缸36，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)操作來產(chǎn)生機(jī)械動力。汽缸蓋60包括用于動力汽缸凸輪軸和膨脹凸輪軸的結(jié)構(gòu)性支撐支座。汽缸蓋60分別包括第一和第二動力汽缸進(jìn)氣流道70和74，其分別流動地連接至第一和第二動力汽缸進(jìn)氣口71和75上，其中發(fā)動機(jī)進(jìn)氣氣流分別由第一和第二動力汽缸進(jìn)氣閥62和64進(jìn)行控制。如圖所示，雖然汽缸可具有任何合適數(shù)量的進(jìn)氣閥，例如，每個汽缸可具有一個或三個進(jìn)氣閥，但是每一汽缸具有兩個進(jìn)氣閥。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣來自于周圍的空氣源，其在進(jìn)入第一和第二動力汽缸進(jìn)氣流道70和74之前可通過增壓裝置，例如渦輪增壓器或超級增壓器。汽缸蓋60還包括第一和第二動力汽缸排氣口72和76，其中發(fā)動機(jī)排氣氣流分別由第一和第二動力汽缸排氣閥63和65進(jìn)行控制。如圖所示，雖然汽缸可具有任何合適數(shù)量的排氣閥，例如，每個汽缸可具有一個或三個排氣閥，但是每一汽缸具有兩個排氣閥。在一個實(shí)施例中，第一和第二動力汽缸進(jìn)氣閥62和64以及排氣閥63和65為常閉彈簧偏置提升閥，其由動力汽缸凸輪軸的旋轉(zhuǎn)開啟，并可替代地包括任何其他合適的閥和閥開啟配置。

汽缸蓋60支撐著引發(fā)燃燒所需的元件，例如，一個實(shí)施例中的火花塞與燃料噴射器，用于第一和第二動力汽缸32、34中的每一個。第一動力汽缸排氣口72經(jīng)由第一膨脹汽缸進(jìn)氣流道73流體聯(lián)接到第一膨脹汽缸進(jìn)氣口79，其流量由第一膨脹汽缸進(jìn)氣閥66和第一動力汽缸排氣閥63控制。第二動力汽缸排氣口76經(jīng)由第二膨脹汽缸進(jìn)氣流道77流體聯(lián)接到第二膨脹汽缸進(jìn)氣口98，其流量由第二膨脹汽缸進(jìn)氣閥67和第二動力汽缸排氣閥65控制。汽缸蓋60還包括一個或多個膨脹汽缸排氣口78，其中兩個被示出，其對應(yīng)的膨脹汽缸排氣閥(一個或多個)68流體連接到通向一個排氣系統(tǒng)的膨脹汽缸排氣流道96，該排氣系統(tǒng)可包括排氣凈化裝置、渦輪增壓器、排氣音調(diào)諧裝置等。第一膨脹汽缸進(jìn)氣閥66、第二膨脹汽缸進(jìn)氣閥67和膨脹汽缸排氣閥68可以是常閉彈簧偏置的提升閥，其在一個實(shí)施例中可以由旋轉(zhuǎn)膨脹凸輪軸啟動，且可替代地包括任何其它合適的凸輪軸配置。動力汽缸凸輪軸和膨脹凸輪軸的旋轉(zhuǎn)優(yōu)選地被指數(shù)化并連接到曲軸20的旋轉(zhuǎn)。曲軸20的第一和第二曲柄銷26、27通過第一和第二連接桿43、45可轉(zhuǎn)動地與第一、第二動力活塞42、44聯(lián)接。

本文所述的發(fā)動機(jī)10的運(yùn)行包括如下。第一和第二動力汽缸32、34都以四沖程循環(huán)運(yùn)行，包括在720度的曲軸旋轉(zhuǎn)期間重復(fù)執(zhí)行的進(jìn)氣-壓縮-膨脹-排氣沖程。與第二動力汽缸34相關(guān)聯(lián)的四沖程循環(huán)和與第一動力汽缸32相關(guān)聯(lián)的循環(huán)之間，有360度曲軸旋轉(zhuǎn)的異相。這樣，當(dāng)?shù)谝粍恿ζ?2在進(jìn)氣沖程時，第二動力汽缸34在膨脹沖程，而當(dāng)?shù)诙恿ζ?4在進(jìn)氣沖程時，第一動力汽缸32在膨脹沖程。膨脹汽缸36運(yùn)行在兩沖程循環(huán)內(nèi)，包括進(jìn)氣沖程和排氣沖程，其中，進(jìn)氣沖程被交替地與來自第一和第二動力汽缸32、34的排氣沖程協(xié)調(diào)運(yùn)行。這樣，各個動力汽缸32、34以交替的方式將各自廢氣置換進(jìn)入膨脹汽缸36。

圖5圖形示出了本文所述的單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)10的一個實(shí)施例所使用的膨脹活塞和一個動力活塞在360度的曲軸旋轉(zhuǎn)中的位置，其中垂直軸線上所示的活塞位置520與橫向軸線上所示的曲軸旋轉(zhuǎn)510有關(guān)?；钊恢?20相對于TDC和BDC顯示，其中TDC點(diǎn)522和BDC點(diǎn)524反映了膨脹活塞在啟用狀態(tài)時的高負(fù)載狀態(tài)下，即在高負(fù)載條件下的活塞位置。繪制結(jié)果表明高負(fù)載狀態(tài)521下的動力活塞、低負(fù)載狀態(tài)523下的動力活塞、高負(fù)載狀態(tài)525下的膨脹活塞以及低負(fù)載狀態(tài)527下的膨脹活塞。

本文描述的活塞構(gòu)型允許膨脹汽缸36和相關(guān)的膨脹活塞46與曲軸中心線24顯著偏置，而不會產(chǎn)生與活塞側(cè)面負(fù)載相關(guān)的運(yùn)行問題。這使得可以相對于曲柄行程選擇膨脹活塞46的沖程，但不限制沖程必須等于曲柄行程。這樣的配置，通過令膨脹汽缸36的進(jìn)氣流道73、77長度最小化而降低了氣體傳遞損耗，從而允許實(shí)現(xiàn)單軸雙膨脹內(nèi)燃機(jī)10的一個實(shí)施例的更緊湊設(shè)計，包括更短的整體發(fā)動機(jī)長度、更短的發(fā)動機(jī)高度，以及更好的發(fā)動機(jī)性能。用于令膨脹活塞46失活的沖程變化，減少了不使用時的摩擦。沖程變化也用于改變動力汽缸32、34相對于轉(zhuǎn)速和負(fù)載的壓縮比。此外，動力汽缸32、34的壓縮比可在高負(fù)載條件下減小，以減少汽缸壓力，相應(yīng)地減少峰值燃燒壓力并改善氣流。動力汽缸32、34的壓縮比可在低負(fù)載條件下增大，以提高效率。

雖然已對實(shí)施本發(fā)明內(nèi)容許多方面的最佳模式進(jìn)行了詳細(xì)描述，但熟悉本領(lǐng)域的人應(yīng)能識別出所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施本發(fā)明內(nèi)容的各種替代方面。