具有不對稱氣口時序的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及二沖程內(nèi)燃機(jī)，更具體地，涉及使得活塞可以隨著它從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn)在氣缸內(nèi)產(chǎn)生橢圓形運(yùn)動的曲柄-活塞機(jī)構(gòu)?；钊倪@個橢圓形運(yùn)動使得可以實(shí)現(xiàn)不對稱氣口時序，對于高效的二沖程內(nèi)燃機(jī)的基本要求。
【背景技術(shù)】
[0002]在裝有氣門的二沖程內(nèi)燃機(jī)中，活塞用于打開和關(guān)閉周向地安置在氣缸中的進(jìn)氣口和排氣口。這些氣口中的一個或多個提供空氣或空氣/燃料混合物的新鮮充量到氣缸的通道，并且一個或多個其他的氣口提供燃燒的氣體的排出。進(jìn)氣口和排氣口圍繞氣缸布置，以使得在活塞向下移動時，排氣口首先打開，以使得高壓氣體可以經(jīng)由排氣管逸出到大氣以實(shí)現(xiàn)放氣。在活塞進(jìn)一步向下運(yùn)動時，進(jìn)氣口打開，以使得加壓的空氣或空氣/燃料混合物的新鮮充量可以被遞送到氣缸以供在經(jīng)過壓縮周期之后燃燒。加壓的氣體還用于從氣缸推動燃燒的氣體，被稱為掃氣的過程。
[0003]在常規(guī)的二沖程內(nèi)燃機(jī)中，排氣口和進(jìn)氣口的打開是對稱的，這意味著，在活塞向下移動時，排氣口首先打開，接著進(jìn)入口打開，然而在活塞向上移動時，進(jìn)氣口首先關(guān)閉，接著排氣口關(guān)閉。該動作使得加壓的新鮮空氣或空氣/燃料混合物中的一些可以在排氣口打開時逸出。該過程妨礙了二沖程內(nèi)燃機(jī)能夠被增壓或者被用渦輪增壓。
[0004]現(xiàn)代的內(nèi)燃機(jī)要求是省油的，并且廢氣排放少，對于二沖程內(nèi)燃機(jī)而言，要求成功地達(dá)成這兩個標(biāo)準(zhǔn)，這對于實(shí)現(xiàn)不對稱氣口時序是重要的。這意味著，排氣口必須首先打開以用于放氣過程，接著進(jìn)氣口打開以用于掃氣和充氣過程。在活塞向上運(yùn)動期間，排氣口首先關(guān)閉以防止新鮮充量在掃氣完成之后逸出，接著進(jìn)氣口關(guān)閉。排氣口關(guān)閉和進(jìn)氣口關(guān)閉之間的時間段用于完成充氣周期，并且如果需要，提供增壓。更可取的是，通過使用發(fā)動機(jī)驅(qū)動的吹風(fēng)機(jī)(常稱為增壓器)來提供掃氣和充氣。另外，這將使得發(fā)動機(jī)可以以與四沖程內(nèi)燃機(jī)類似的方式具有濕式油底殼。
[0005]存在實(shí)現(xiàn)二沖程中的不對稱氣口時序的各種已知形式。然而，這些通常涉及復(fù)雜的布置，諸如美國專利63170，443中所描述的布置，在該布置中，兩個對置的活塞在一個氣缸中操作，每個活塞相對于另一個活塞協(xié)調(diào)，以使得一個活塞打開進(jìn)氣口，同時另一個活塞打開排氣口。另一個對置的活塞發(fā)動機(jī)是Junkers Jumo發(fā)動機(jī)，在Junkers Jumo發(fā)動機(jī)中，在發(fā)動機(jī)的任一端使用兩個曲柄軸，并且通過鏈條或傳動裝置將這兩個曲柄軸略微不協(xié)調(diào)地聯(lián)接在一起以實(shí)現(xiàn)氣口不對稱。在Napier Deltic和Rootes 二沖程內(nèi)燃機(jī)中使用類似的布置。另一種形式對于進(jìn)氣和排氣分別使用氣口和提升閥的組合。其他形式包括U形氣缸、套筒閥布置和對置的凸輪發(fā)動機(jī)。在這些替代布置中的每個中，額外的復(fù)雜機(jī)構(gòu)促使額外的摩擦損失和巨大的體積，取消了二沖程發(fā)動機(jī)的益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種適合于二沖程內(nèi)燃機(jī)、而且還適用于四沖程內(nèi)燃機(jī)中的對置氣缸機(jī)構(gòu)。
[0007]因此，本發(fā)明提供一種發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)，該發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)包括具有曲柄銷的曲柄軸，對置的活塞對中的每個活塞連接到該曲柄銷，并且這些活塞通過該曲柄銷在軸向直列氣缸中的相應(yīng)的一個氣缸中往復(fù)運(yùn)動。該機(jī)構(gòu)還包括細(xì)長十字頭以及該十字頭和曲柄銷之間的聯(lián)接，該十字頭具有相對的末端，在這些末端中的每個上安裝有活塞中的相應(yīng)的一個活塞，并且通過所述聯(lián)接，使得活塞在活塞被驅(qū)動往復(fù)運(yùn)動時周向地振蕩。
[0008]十字頭和曲柄銷之間的聯(lián)接可以采取各種形式，這部分地依曲柄軸的形式而定。該聯(lián)接可以由配裝在曲柄銷上的、能夠沿著曲柄銷移動的構(gòu)件提供。在一種形式中，該構(gòu)件可以是曲柄銷延伸通過的叉架的形式，此時在通過該叉架的孔和曲柄銷之間提供軸承。對于能夠除了曲柄銷的每個末端之外受到支承以使得軸部分旋轉(zhuǎn)的曲柄軸，叉架可以是使得它能夠配裝到曲柄銷中的兩段式形式。然而，就如下的曲柄軸一一該曲柄軸可以僅在曲柄銷的限定該曲柄軸的一個末端的一個末端處受到支承以使得這樣的軸部分旋轉(zhuǎn)一一而言，叉架可以是一體化構(gòu)造，并且限定曲柄銷可以被末端朝前地容納到其中的孔。然而，提供十字頭和曲柄銷之間的聯(lián)接的構(gòu)件還可以采取其他的形式。對于該構(gòu)件的主要要求是，它沿著曲柄銷可逆地移動，并且它與十字頭嚙合以便在軸上相對于十字頭可逆地旋轉(zhuǎn)，所述軸平行于并且橫向偏離活塞沿著其往復(fù)運(yùn)動的軸。因此，例如，就如下的曲柄軸一一該曲柄軸具有可以隨著該曲柄軸旋轉(zhuǎn)而在其自己的軸上旋轉(zhuǎn)的曲柄銷一一而言，提供十字頭和曲柄銷之間的聯(lián)接的構(gòu)件可以是具有細(xì)長本體部分的形式，所述細(xì)長本體部分延伸通過曲柄銷中的縱向槽，并且具有對置的末端，通過這些末端，它靠在十字頭的互補(bǔ)表面上，以使得能夠在聯(lián)接構(gòu)件和十字頭之間，在平行于并且橫向偏離活塞在其上往復(fù)運(yùn)動的軸的軸上，相對運(yùn)動。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)可以利用曲柄軸，諸如單拐曲柄軸，在該曲柄軸上剛性地或柔性地連接至少一個對置的活塞對，形成偏置十字頭，此時活塞用軸頸連接。叉架構(gòu)件可以經(jīng)由球形、圓錐形或平面軸承面與十字頭嚙合。偏置十字頭-叉架幾何結(jié)構(gòu)在活塞在同一個軸上對置的氣缸中往復(fù)運(yùn)動時，對于活塞給予部分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在活塞往復(fù)運(yùn)動時由部分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)致的活塞的總體運(yùn)動生成每個活塞在相應(yīng)氣缸中的橢圓形路徑。因此，所述布置可以適于提供或控制每個氣缸的充氣口和排氣口的打開和關(guān)閉，以使得可以研發(fā)出不對稱氣口時序。不對稱氣口時序具有使得可以在渦輪增壓器的幫助下或者在沒有渦輪增壓器的幫助下利用增壓器來提高發(fā)動機(jī)效率的重要優(yōu)點(diǎn)，這對于二沖程發(fā)動機(jī)是一直追求的益處。
[0010]可以制造按照拳擊手陣型的、具有2的倍數(shù)的多氣缸發(fā)動機(jī)。每種構(gòu)造要求不同的平衡布置。在兩氣缸對置發(fā)動機(jī)中，在氣缸的平面中要求力平衡。在該構(gòu)造中，以發(fā)動機(jī)速度、但是是在相對的方向上運(yùn)行的兩個平衡軸定位在垂直于氣缸平面的平面中，并且創(chuàng)建基本上完美的平衡。在四氣缸構(gòu)造中，例如，僅需要一個平衡軸來抵消所述一個平面中的偶不平衡。本發(fā)明的詳細(xì)描述涵蓋了對于每種構(gòu)造的平衡要求。然而，在某些應(yīng)用中，通過小心地設(shè)計活塞質(zhì)量和活塞十字頭、連同叉架構(gòu)件，平衡軸可能不是必要的，特別是在小容量發(fā)動機(jī)中。
[0011]盡管本發(fā)明主要面向二沖程發(fā)動機(jī)，但是活塞和曲柄軸之間的機(jī)械布置也可以應(yīng)用于與適當(dāng)?shù)陌嵘y和凸輪軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)的頭部組合的四沖程發(fā)動機(jī)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的二沖程內(nèi)燃機(jī)能夠具有堪比目前的可比尺寸的四沖程發(fā)動機(jī)的性能特性。然而，二沖程內(nèi)燃機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)這些可比的特性、以及提高效率、縮小尺寸和減輕重量的改進(jìn)益處。至少以優(yōu)選形式，本發(fā)明使得能夠?qū)崿F(xiàn)高級增壓和直接燃料注入系統(tǒng)的適應(yīng)性、基本上總體動態(tài)平衡、以及為了降低生產(chǎn)成本的機(jī)械簡單化。
[0013]為了促使達(dá)成不對稱氣口時序，活塞設(shè)有與橢圓形活塞移動組合作用的修改的頂形成。在一種布置中，該形成包括或包含分段裙部形成，該分段裙部形成伸出該頂之外，圍繞該頂?shù)闹苓呍O(shè)置以形成兩個弓形的軸向間隔的裙部。裙部在頂?shù)南鄬?cè)，但是一個裙部的弓形程度可以小于另一個裙部。一個裙部可以具有大約140至170度的弓形程度，另一個裙部具有大約70至85度的弓形程度，但是在許多應(yīng)用中可以去除弓形程度較小的裙部。頂具有一對對置的開口，每個開口在裙部的兩組周向上鄰近的末端中的相應(yīng)的一組末端之間。對置的開口可以是類似的弓形程度。開口之一是入口，與進(jìn)氣口合作，而另一個開口是出口，與排氣口合作。裙部的高度由發(fā)動機(jī)所需的不對稱性決定。從裙部向內(nèi)，頂可以具有偏轉(zhuǎn)桿，該桿橫跨裙部的在其之間形成入口開口的末端，該桿具有足以使來自配裝到發(fā)動機(jī)的任何掃氣泵的傳入空氣偏轉(zhuǎn)的高度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)還可以由在一側(cè)的動力活塞、在另一側(cè)的壓縮機(jī)活塞構(gòu)成，以消除對于單獨(dú)的發(fā)動機(jī)驅(qū)動的增壓器