改進(jìn)型對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將一對(duì)對(duì)置活塞設(shè)置為在同一個(gè)氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的這種類型的內(nèi)燃機(jī)。
[0002]本發(fā)明特別適合于運(yùn)行二沖程循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)。還特別適合于二沖程壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]已公布的英國(guó)專利申請(qǐng)GB2477272和已公布的國(guó)際專利申請(qǐng)W02011/092501公開了一種具有一對(duì)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)，這對(duì)活塞通過(guò)在形成于旋轉(zhuǎn)氣缸體中的氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連結(jié)元件而連結(jié)。當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，附接至活塞的從動(dòng)件使氣缸體繞形成于固定中央凸輪軸上的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸體在固定外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且聯(lián)接至用于動(dòng)力輸出的另一個(gè)軸。為各個(gè)活塞設(shè)置往復(fù)式套筒閥以便覆蓋和露出孔口(ports)，空氣通過(guò)孔口進(jìn)入氣缸；并且，當(dāng)氣缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，套筒通過(guò)另一些凸輪做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0004]活塞凸輪的形狀設(shè)計(jì)為產(chǎn)生活塞的停歇時(shí)期，從而使大體上所有燃燒的熱交換以恒定的體積發(fā)生。在旋轉(zhuǎn)氣缸體的一端中的進(jìn)氣口在該氣缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可與固定外殼中的進(jìn)氣口對(duì)準(zhǔn)，以使空氣能夠進(jìn)入外殼。傳送溝道/通道從旋轉(zhuǎn)氣缸體中的進(jìn)氣口通向氣缸壁中的傳送/清除口。在固定外殼中設(shè)置有排氣口，以便在氣缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)廢氣的燃燒產(chǎn)物對(duì)準(zhǔn)排氣口時(shí)，使得廢氣的燃燒產(chǎn)物從氣缸的端部通過(guò)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，套筒閥用于覆蓋和露出氣缸壁中的傳送/清除口。通過(guò)相對(duì)于固定外殼轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸體，來(lái)覆蓋和露出進(jìn)氣口和排氣口。
[0005]該發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)于其它類型的公知發(fā)動(dòng)機(jī)的許多有益效果。然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的有效運(yùn)行存在許多挑戰(zhàn)，包括:
籲對(duì)在固定外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)氣缸體的有效潤(rùn)滑以減少摩擦損失；
籲當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣缸體在固定外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)旋轉(zhuǎn)氣缸體的有效密封；
籲由于從旋轉(zhuǎn)氣缸體中的進(jìn)氣口通向氣缸壁中的傳送/清除口的傳送通道的長(zhǎng)度，對(duì)空氣的有效清除；
籲由于旋轉(zhuǎn)氣缸體中活塞和套筒的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的力的組合，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效平衡； 籲在旋轉(zhuǎn)氣缸體與外殼之間需要的精確加工公差；以及
?需要保護(hù)氣缸免受由活塞施加在氣缸壁上的高側(cè)向負(fù)載，從而使該氣缸體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)包含包括線性往復(fù)式套筒閥或振蕩式旋轉(zhuǎn)套筒閥的對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的示例包括Hult的英國(guó)專利GB158532、Clarke的美國(guó)專利US5623894和Porkman的英國(guó)專利GB497300。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)還包括包含用于提供活塞的停歇時(shí)期的裝置的對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的示例包括Kriedler的英國(guó)專利GB377614和Alfaro的英國(guó)專利GB442126。
[0008]本發(fā)明試圖提供一種通過(guò)改進(jìn)體積效率能夠更有效地運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明也試圖提供一種與現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有排放(例如，煙塵)減少的發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還試圖應(yīng)付與現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的其它挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在下面的說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“橫向中心線”用來(lái)表示經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的中心的線，該線正交于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且水平延伸經(jīng)過(guò)燃燒空間的中心，當(dāng)在上止點(diǎn)(TDC)位置時(shí)，該燃燒空間限定在各個(gè)氣缸中的對(duì)置活塞的活塞頂之間。
[0010]在下面的說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部”是指離發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向中心線更近，而術(shù)語(yǔ)“外部”是指離發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向中心線更遠(yuǎn)。
[0011]在下面的說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“停歇”用于表示在活塞保持靜止時(shí)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)期?！巴Ｐ庇糜诒硎颈人矔r(shí)長(zhǎng)的靜止運(yùn)動(dòng)時(shí)期，在該時(shí)期內(nèi)，常規(guī)內(nèi)燃機(jī)(在常規(guī)內(nèi)燃機(jī)中，連接至連桿的一個(gè)或多個(gè)活塞使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng))中的往復(fù)式活塞在其上止點(diǎn)(Top Dead Centre, TDC)位置和下止點(diǎn)(Bottom Dead Centre, BDC)位置處都是靜止的。
[0012]本發(fā)明提供了:一種對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括:至少一個(gè)氣缸；至少兩個(gè)活塞，其設(shè)置為以對(duì)置的方式在同一個(gè)氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；至少一個(gè)進(jìn)氣口，其穿過(guò)氣缸壁；至少一個(gè)排氣口，其穿過(guò)所述氣缸壁；至少一個(gè)軸，其設(shè)置為通過(guò)所述對(duì)置活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)；至少一個(gè)可線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的套筒閥，其位于所述氣缸內(nèi)，并且在所述至少兩個(gè)活塞中的至少一個(gè)活塞的周圍；套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其用于控制所述至少一個(gè)套筒閥的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以控制所述至少一個(gè)進(jìn)氣口和所述至少一個(gè)排氣口中的一個(gè)或兩者的孔口開閉；以及停歇機(jī)構(gòu)；其中，所述停歇機(jī)構(gòu)配置為引起所述至少兩個(gè)活塞在它們各自的活塞運(yùn)動(dòng)的循環(huán)期間的至少一個(gè)停歇時(shí)期。
[0013]本發(fā)明的對(duì)置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為具有優(yōu)于公知發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括以下一些或全部:
(i)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的固有平衡；
(?)增加了體積效率，這是由打開進(jìn)氣口以使空氣進(jìn)入氣缸的較大發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)期、打開排氣口以清除氣缸的空氣的較大發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)期、以及打開進(jìn)氣口和排氣口以提高經(jīng)過(guò)氣缸的氣流的較大發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)時(shí)期實(shí)現(xiàn)的；
(iii)由于可供燃料在氣缸中以恒定體積燃燒的時(shí)間增加了，所以煙塵形成減少；
(iv)減少或者消除了氣缸壁上的側(cè)向負(fù)載；
(v)能夠在運(yùn)動(dòng)部件之間提供更‘正常的’/標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)公差；
(vi)運(yùn)動(dòng)部件之間的潤(rùn)滑和密封更加簡(jiǎn)單。
[0014]本發(fā)明的一些優(yōu)選特征將在獨(dú)立權(quán)利要求項(xiàng)中陳述，并且將在下文中論述。
[0015]優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)活塞設(shè)置為線性地并且同軸地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。更優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)活塞設(shè)置為在各自的TDC位置與各自的BDC位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在所述TDC位置處，活塞頂大體上彼此相鄰，而在所述BDC位置處，所述活塞頂彼此分開。更優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)活塞設(shè)置為以同步的方式往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0016]更優(yōu)選地，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間的孔口開閉事件的定時(shí)可獨(dú)立于這對(duì)對(duì)置活塞在所述氣缸內(nèi)的位置而控制。
[0017]優(yōu)選地，由所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的所述至少一個(gè)套筒閥的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與所述至少兩個(gè)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。更優(yōu)選地，所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置為使所述至少一個(gè)套筒閥隨著所述至少兩個(gè)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)異相地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0018]優(yōu)選地，所述停歇機(jī)構(gòu)配置為，在活塞運(yùn)動(dòng)的循環(huán)期間弓I起所述活塞在各自的BDC位置處的停歇時(shí)期。更優(yōu)選地，所述活塞在它們各自的BDC位置處的停歇時(shí)期足以，在所述活塞開始離開它們各自的BDC位置之前，通過(guò)所述至少一個(gè)排氣口清除大多數(shù)廢棄的燃燒產(chǎn)物。
[0019]優(yōu)選地，所述停歇機(jī)構(gòu)配置為，在所述至少一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)60度與140度之間，更優(yōu)選地，在所述至少一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)大約100度時(shí)，引起所述活塞在它們各自的BDC位置處的停歇時(shí)期。
[0020]優(yōu)選地，所述停歇機(jī)構(gòu)配置為，在往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)的循環(huán)內(nèi)引起所述活塞在它們各自的TDC位置處的停歇時(shí)期。更優(yōu)選地，所述活塞在它們各自的TDC位置處的時(shí)期足以使，在所述活塞開始離開它們各自的TDC位置之前，大體上所有燃燒的熱交換以恒定的體積發(fā)生在所述氣缸中。更優(yōu)選地，所述停歇機(jī)構(gòu)配置為，在所述至少一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)20度與60度之間，更優(yōu)選地，在所述至少一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)大約40度時(shí)，引起所述活塞在它們各自的TDC位置處的停歇時(shí)期。
[0021]優(yōu)選地，所述停歇機(jī)構(gòu)是凸輪機(jī)構(gòu)。更優(yōu)選地，所述活塞凸輪機(jī)構(gòu)包括各個(gè)活塞的一個(gè)或多個(gè)活塞凸輪和聯(lián)接至各個(gè)活塞的一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件，所述凸輪從動(dòng)件在活塞運(yùn)動(dòng)的循環(huán)期間與各個(gè)活塞相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)活塞凸輪的凸輪表面保持接觸。
[0022]優(yōu)選地，所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是凸輪機(jī)構(gòu)。更優(yōu)選地，所述套筒閥凸輪機(jī)構(gòu)包括聯(lián)接至所述至少一個(gè)套筒閥的一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件，所述凸輪從動(dòng)件在套筒運(yùn)動(dòng)的循環(huán)期間與一個(gè)或多個(gè)套筒凸輪的凸輪表面保持接觸。
[0023]優(yōu)選地，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少兩個(gè)套筒閥，一個(gè)套筒閥在各個(gè)所述至少兩個(gè)活塞的周圍，所述套筒閥設(shè)置為通過(guò)所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以對(duì)置的方式在同一個(gè)氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0024]優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)套筒閥設(shè)置為通過(guò)所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)線性地、同軸地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且與所述至少兩個(gè)活塞同軸。更優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)套筒閥設(shè)置為，通過(guò)所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在各自的TDC位置與各自的BDC位置之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在所述TDC位置處，所述套筒閥大體上彼此相鄰，而在所述BDC位置處，所述套筒閥彼此分開。更優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)套筒閥設(shè)置為通過(guò)所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)彼此異相地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。更優(yōu)選地，所述至少兩個(gè)套筒閥中的一個(gè)套筒閥設(shè)置為控制所述至少一個(gè)進(jìn)氣口的孔口開閉，而所述至少兩個(gè)套筒閥中的另一個(gè)套筒閥設(shè)置為控制所述至少一個(gè)排氣口的孔口開閉。
[0025]優(yōu)選地，在該對(duì)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的套筒閥中的一個(gè)套筒閥的TDC位置與BDC位置之間的位置處，從所述氣缸壁穿設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣口，并且，在該對(duì)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的套筒閥中另一個(gè)套筒閥的TDC位置與BDC位置之間的位置處，從所述氣缸壁穿設(shè)有多個(gè)排氣口。提供圍繞套筒的圓周的多個(gè)孔口增加了進(jìn)氣口和出氣口的有效面積。
[0026]優(yōu)選地，所述多個(gè)進(jìn)氣口的累計(jì)總孔口面積大約等于或大于其中一個(gè)活塞頂?shù)谋砻娣e。優(yōu)選地，所述多個(gè)排氣口的累計(jì)總孔口面積也大約等于或大于其中一個(gè)活塞頂?shù)谋砻娣e。因此，所述進(jìn)氣口的總面積和所述排氣口的總面積比由活塞控制孔口打開和關(guān)閉的其它公知發(fā)動(dòng)機(jī)中可能的面積要大得多。使用套筒閥覆蓋和露出排氣口能夠使活塞在打開排氣口之前向右行進(jìn)到膨脹沖程的底部。與活塞用于覆蓋和露出排氣口的公知發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這會(huì)使膨脹沖程的有效長(zhǎng)度明顯增加。使用套筒閥覆蓋和露出進(jìn)氣口能夠使進(jìn)氣孔口開閉獨(dú)立于活塞位置得以控制，并且能夠使進(jìn)氣孔口開閉比活塞用于覆蓋和露出進(jìn)氣口的公知發(fā)動(dòng)機(jī)中的進(jìn)氣孔口開閉更精確地控制。
[0027]優(yōu)選地，在使用所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，所述套筒閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述至少兩個(gè)套筒閥保持在它們各自的TDC位置處時(shí)的軸