內(nèi)燃機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(100)，其包括第一組氣缸，該第一組氣缸包括：第一兩沖程壓縮缸(102)，所述第一兩沖程壓縮缸(102)容納與第一曲軸(122)連接的第一壓縮活塞(114)；第一四沖程燃燒缸(106)，所述第一四沖程燃燒缸(106)容納與第二曲軸(132)連接的第一燃燒活塞(124)，所述第一四沖程燃燒缸(106)被構(gòu)造成從所述第一兩沖程壓縮缸(102)接收壓縮氣體；以及第一兩沖程膨脹缸(110)，所述第一兩沖程膨脹缸(110)容納與所述第一曲軸(122)連接的第一膨脹活塞(134)，所述第一兩沖程膨脹缸(110)被構(gòu)造成從所述第一四沖程燃燒缸(106)接收排氣，其中，當(dāng)所述第一燃燒活塞(124)在所述第一燃燒缸(106)內(nèi)到達(dá)下端位置時，所述第一壓縮活塞(114)被定位成在所述第一壓縮缸(102)內(nèi)到達(dá)下端位置且所述第一膨脹活塞(134)被定位成在所述第一膨脹缸(110)內(nèi)到達(dá)上端位置；其中，所述第二曲軸(132)被構(gòu)造成以所述第一曲軸(122)的速度的至少兩倍的速度旋轉(zhuǎn)。
【專利說明】
內(nèi)燃機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機。本發(fā)明適用于車輛，尤其是重型車輛，例如卡車。然而，雖然將主要針對卡車來描述本發(fā)明，但該內(nèi)燃機當(dāng)然也適用于其它類型的車輛，例如小汽車、工業(yè)建筑機械、輪式裝載機等。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來，對內(nèi)燃機的需求已穩(wěn)定增長，且發(fā)動機被持續(xù)開發(fā)以滿足市場的各種需求。減少的尾氣、提高的發(fā)動機效率(即，減少的燃料消耗)以及較低的發(fā)動機噪聲水平是選擇車輛發(fā)動機時變成重要方面的諸多準(zhǔn)則中的一些。
[0003]此外，在卡車領(lǐng)域中，存在例如確定所允許的最大尾氣污染量的、適用的法律指令。此外，降低車輛的總成本是很重要的，而且，由于發(fā)動機構(gòu)成了總成本的相對大的部分，所以，自然也降低發(fā)動機部件的成本。
[0004]為了滿足所述的需求，多年來，已開發(fā)出了各種發(fā)動機構(gòu)思，其中，常規(guī)動力缸已例如與預(yù)壓縮階段和/或膨脹階段相結(jié)合。
[0005]US 2010/0 300 385描述了一種旨在通過回收化學(xué)能來提供增加的熱力學(xué)效率并因此減少發(fā)動機排放的內(nèi)燃機。US 2010/0 300 385中公開的該內(nèi)燃機包括壓縮機氣缸，該壓縮機氣缸與第一動力缸及第二動力缸處于上游流體連通(in upstream fluidcommunicat1n)。動力缸又與膨脹缸處于上游流體連通。
[0006]雖然US2010/0 300 385中公開的內(nèi)燃機可提高熱力學(xué)效率并減少發(fā)動機排放，但它仍需進一步改進，例如，提高成本效率和功能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)燃機，它具有數(shù)量減少的部件，但仍提供了良好平衡的發(fā)動機。該目的至少部分地通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機來實現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種內(nèi)燃機，其包括第一組氣缸，該第一組氣缸包括:第一兩沖程壓縮缸，該第一兩沖程壓縮缸容納與第一曲軸連接的第一壓縮活塞;第一四沖程燃燒缸，該第一四沖程燃燒缸容納與第二曲軸連接的第一燃燒活塞，該第一四沖程燃燒缸被構(gòu)造成從第一兩沖程壓縮缸接收壓縮氣體；以及第一兩沖程膨脹缸，該第一兩沖程膨脹缸容納與第一曲軸連接的第一膨脹活塞，該第一兩沖程膨脹缸被構(gòu)造成從第一四沖程燃燒缸接收排氣;其中，當(dāng)?shù)谝蝗紵钊诘谝蝗紵變?nèi)到達(dá)下端位置時，第一壓縮活塞被定位成在第一壓縮缸內(nèi)到達(dá)下端位置且第一膨脹活塞被定位成在第一膨脹缸內(nèi)到達(dá)上端位置;其中，第二曲軸被構(gòu)造成以第一曲軸的速度的至少兩倍的速度旋轉(zhuǎn)。
[0009]在下文及整個說明書中，“壓縮缸”應(yīng)理解為容納壓縮活塞的氣缸，其中，該氣缸被布置成將壓縮進氣提供給燃燒缸。因此，壓縮活塞在壓縮缸內(nèi)壓縮氣體，該壓縮氣體然后被轉(zhuǎn)移到燃燒缸的進氣口。該壓縮氣體的壓力水平因而高于大氣壓力。第一壓縮缸以兩沖程的方式工作，這意味著:當(dāng)壓縮活塞處于該氣缸的上端位置(也稱為該氣缸的上止點)時，氣體在壓縮活塞朝向壓縮缸的下端位置(也稱為該氣缸的下止點)的向下運動期間被提供到該氣缸中。當(dāng)壓縮活塞然后處于朝向該氣缸的上端位置的向上運動中時，提供到該氣缸中的氣體由于壓縮活塞的往復(fù)運動所引起的該氣缸內(nèi)的容積減小而被壓縮。在期望的時間點上，該壓縮氣體被從壓縮缸中導(dǎo)出并到達(dá)燃燒缸的進氣口。下文將進一步描述如何對此進行控制。被壓縮缸壓縮的氣體例如可以是環(huán)境空氣。
[0010]在下文及整個說明書中，“膨脹缸”應(yīng)理解為容納膨脹活塞的氣缸，其中，該氣缸被布置成從燃燒缸接收排氣，然后進一步將該排氣從膨脹缸中排出。第一膨脹缸以兩沖程的方式工作，這意味著:當(dāng)膨脹活塞處于該氣缸的上端位置時，來自燃燒缸的排氣在膨脹活塞朝向膨脹缸的下端位置的向下運動期間被提供到膨脹缸中。因而，排氣由于該膨脹活塞在其中往復(fù)運動的缸膛內(nèi)的容積的增大而膨脹。當(dāng)膨脹活塞然后處于朝向該氣缸的上端位置的向上運動中時，提供到該膨脹缸中的排氣被從膨脹缸中導(dǎo)出，從而直接排出到大氣中或提供給某種排氣后處理系統(tǒng)，例如，催化劑等。
[0011]如上所述，燃燒缸是四沖程燃燒缸，S卩，對于第二曲軸的每兩圈回轉(zhuǎn)，該燃燒缸具有一個做功沖程和一個排氣沖程。當(dāng)燃燒缸內(nèi)的燃燒活塞朝向該氣缸的下止點向下行進時，來自壓縮缸的壓縮氣體被迫使進入燃燒缸中。當(dāng)燃燒活塞然后朝向燃燒缸的上止點向上行進時，燃燒缸中的氣體被壓縮。在上止點處，優(yōu)選在活塞到達(dá)上止點之后不久，執(zhí)行燃燒過程。燃燒活塞然后再次朝向下止點向下行進，以產(chǎn)生活塞的做功。最后，當(dāng)燃燒活塞向上行進時，排氣被從燃燒缸中導(dǎo)出且被迫使進入膨脹缸中。
[0012]本發(fā)明是基于以下見解:通過以特定構(gòu)造將活塞布置成相對于彼此在其各自的氣缸內(nèi)往復(fù)運動，活塞及其各自的連桿的移動具有提高內(nèi)燃機構(gòu)造的平衡的效果。更具體地，四沖程燃燒活塞產(chǎn)生內(nèi)燃機的一階不平衡，而兩沖程壓縮活塞和兩沖程膨脹活塞產(chǎn)生內(nèi)燃機的二階不平衡。該二階不平衡具有兩倍于所述一階不平衡的頻率。通過將四沖程燃燒缸相對于兩沖程壓縮缸和兩沖程膨脹缸定位在單獨的曲軸上并將第二曲軸布置成以第一曲軸的速度的至少兩倍的速度旋轉(zhuǎn)，兩沖程壓縮缸和兩沖程膨脹缸以及四沖程燃燒缸以如下方式相互匹配:即，內(nèi)燃機的一階不平衡和二階不平衡相互抵消。更詳細(xì)地，利用上述構(gòu)造，來自兩沖程壓縮缸和兩沖程膨脹缸的二階不平衡在相位上與來自四沖程燃燒缸的一階不平衡相反且對齊，這些不平衡則具有大致相同的振幅且因此可用于相互抵消。因此，通過用作二階不平衡的平衡配重的、較快速的四沖程燃燒活塞，一階不平衡至少部分地抵消了二階不平衡，反之亦然。第一燃燒活塞優(yōu)選位于第一壓縮活塞與第一膨脹活塞之間。利用上述構(gòu)造，本發(fā)明因而提供了一種活塞布置結(jié)構(gòu)，該活塞布置結(jié)構(gòu)在其運動中被對準(zhǔn)，以便一階不平衡能夠抵消二階不平衡。
[0013]用語“速度的至少兩倍”應(yīng)以如下方式來理解:S卩，第二曲軸應(yīng)以整數(shù)倍(至少二倍)的速度旋轉(zhuǎn)。在第二曲軸以第一曲軸的速度的兩倍旋轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)壓縮活塞和膨脹活塞各自分別完成整個壓縮和膨脹循環(huán)時，四沖程燃燒活塞完成整個燃燒循環(huán)，如上文所述，整個燃燒循環(huán)是720度曲柄角。為了把來自第一曲軸和第二曲軸的扭矩例如傳遞到齒輪箱傳動裝置以及為了使這些曲軸同步，第一曲軸例如可通過適當(dāng)?shù)膫鲃友b置連接到第二曲軸。此外，用語“上端位置”和“下端位置”不應(yīng)理解為氣缸內(nèi)的絕對的最上點和最下點，而是可以解釋為離相應(yīng)的上端點和下端點具有正常公差的位置。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:通過至少部分地消除內(nèi)燃機的不平衡，可以減少常規(guī)的平衡軸的數(shù)量。因此，實現(xiàn)了平衡軸的減少，這又由于需要較少的部件而降低了發(fā)動機的成本。內(nèi)燃機中的平衡軸的減少還在例如摩擦損耗等方面使動力損耗減到最少。而且，發(fā)動機室中的空間相對有限，通過減少平衡軸的數(shù)量，可使發(fā)動機的尺寸更小，這允許其它部件(例如，各種軟管等)容納在發(fā)動機室中。
[0015]根據(jù)示例性實施例，該內(nèi)燃機還包括第二組氣缸，該第二組氣缸包括:第二兩沖程壓縮缸，該第二兩沖程壓縮缸容納與第一曲軸連接的第二壓縮活塞，其中，該第二壓縮活塞被定位成:當(dāng)?shù)谝粔嚎s活塞在第一壓縮缸內(nèi)到達(dá)下端位置時，該第二壓縮活塞在第二壓縮缸內(nèi)到達(dá)上端位置;第二四沖程燃燒缸，該第二四沖程燃燒缸容納與第二曲軸連接的第二燃燒活塞，該第二四沖程燃燒缸被構(gòu)造成從第二兩沖程壓縮缸接收壓縮氣體;其中，該第二燃燒活塞被定位成:當(dāng)?shù)谝蝗紵钊诘谝蝗紵變?nèi)到達(dá)上端位置時，該第二燃燒活塞在第二燃燒缸內(nèi)到達(dá)上端位置；以及第二兩沖程膨脹缸，該第二兩沖程膨脹缸容納與第一曲軸連接的第二膨脹活塞，該第二兩沖程膨脹缸被構(gòu)造成從第二四沖程燃燒缸接收排氣，其中，該第二膨脹活塞被定位成:當(dāng)?shù)谝慌蛎浕钊诘谝慌蛎浉變?nèi)到達(dá)下端位置時，該第二膨脹活塞在第二膨脹缸內(nèi)到達(dá)上端位置。
[0016]因而，通過使該內(nèi)燃機設(shè)有第二組氣缸，能夠更進一步提高發(fā)動機的平衡效果，這是因為不同活塞的特定相互往復(fù)運動可進一步抵消在發(fā)動機的使用期間產(chǎn)生的不平衡。此夕卜，該示例性實施例實現(xiàn)了內(nèi)燃機的提高的功率能力以及改進的連續(xù)發(fā)動機扭矩。
[0017]根據(jù)示例性實施例，第一組氣缸和第二組氣缸相對于彼此以V形構(gòu)造定位。根據(jù)示例性實施例，該V形可以布置成90度構(gòu)造。
[0018]其優(yōu)點在于，可實現(xiàn)所述不平衡的進一步減小，這是因為活塞在各自氣缸內(nèi)的行程能夠相對于彼此被進一步控制?；钊拖鄳?yīng)曲軸的運動模式出乎預(yù)料地更進一步平衡該內(nèi)燃機，因而更進一步減少對發(fā)動機的平衡軸的需要。此外，該內(nèi)燃機的V形構(gòu)造允許對一階不平衡和二階不平衡的進一步可控性，這是因為來自氣缸的力以如下方式對準(zhǔn):即，提供了所述力的期望的平衡。而且，以對角線方式設(shè)置氣缸將允許兩沖程氣缸使從氣缸產(chǎn)生的一階不平衡相互抵消。此外，該內(nèi)燃機的V形構(gòu)造提供了一種緊湊的發(fā)動機，這由于發(fā)動機室中的有限可用空間而是有利的。本發(fā)明不應(yīng)理解為僅限于上文所述的90度；當(dāng)然也可以想到其它構(gòu)造，例如，在O度至120度之間的范圍內(nèi)。
[0019]根據(jù)示例性實施例，第一壓縮活塞可定位成:當(dāng)?shù)谝慌蛎浕钊诘谝慌蛎浉變?nèi)到達(dá)下端位置時，第一壓縮活塞在第一壓縮缸內(nèi)到達(dá)上端位置。因而，當(dāng)?shù)诙嚎s活塞和第一膨脹活塞布置在其各自的下端位置時，第一壓縮活塞和第二膨脹活塞布置在其各自的上端位置。其優(yōu)點在于，利用這種活塞構(gòu)造，結(jié)合上文所述的V形形狀，該V形形狀的每一個“分支”使得一個兩沖程活塞處于其上端位置且一個兩沖程活塞處于其下端位置，從而由于對不同活塞的慣性負(fù)載的控制而提供了平衡效果。
[0020]根據(jù)示例性實施例，第一燃燒活塞和第二燃燒活塞能夠以如下方式定位成在各自的燃燒缸內(nèi)大致同時到達(dá)上端位置:即，當(dāng)?shù)诙紵钊幱诘诙紵椎纳隙宋恢靡蚤_始將氣體吸入第二燃燒缸中時，第一燃燒活塞被構(gòu)造成在第一燃燒缸內(nèi)的上端位置處被點火。
[0021]在下文及整個說明書中，用語“曲柄角偏移”應(yīng)理解為不同活塞的曲柄角之間的旋轉(zhuǎn)差值，即，曲軸上的各個活塞之間的曲柄角度數(shù)(CAD)。作為實例，四沖程燃燒活塞具有720度曲柄角循環(huán)，而兩沖程壓縮活塞和兩沖程膨脹活塞各自分別具有360度曲柄角循環(huán)。
[0022]以上述方式(S卩，相對于彼此具有約360度的偏移)設(shè)置燃燒活塞的優(yōu)點在于:對于第二曲軸的每一次回轉(zhuǎn)，燃燒沖程將發(fā)生，由此提供持續(xù)的發(fā)動機扭矩。當(dāng)然，該內(nèi)燃機在相對于360度偏移存在微小偏差的情況下良好地工作，這不應(yīng)解釋為第一燃燒活塞與第二燃燒活塞之間的內(nèi)部關(guān)系的絕對值。
[0023]根據(jù)示例性實施例，第一燃燒活塞和第二燃燒活塞可布置成:當(dāng)?shù)谝慌蛎浕钊诘谝慌蛎浉變?nèi)到達(dá)上端位置和下端位置時，第一燃燒活塞和第二燃燒活塞分別在第一燃燒缸和第二燃燒缸內(nèi)到達(dá)下端位置。這種布置結(jié)構(gòu)與上文所述的活塞位置關(guān)系的結(jié)合可更進一步增強內(nèi)燃機的平衡。
[0024]根據(jù)示例性實施例，第一壓縮缸和第一膨脹缸可定位成相互平行;并且其中，第二壓縮缸和第二膨脹缸可定位成相互平行。
[0025]該構(gòu)造尤其(但非排他性地)適用于發(fā)動機的上述V形構(gòu)造。因而，第一壓縮缸和第一膨脹缸布置在該V形的一個分支處，而第二壓縮缸和第二膨脹缸布置在該V形的另一個分支處。通過將第一壓縮缸和第一膨脹缸相互平行地布置并將第二壓縮缸和第二膨脹缸相互平行地布置，以及根據(jù)上文的描述將各個活塞布置成往復(fù)運動，該內(nèi)燃機被進一步平衡。而且，通過平行地設(shè)置特定的氣缸，可使氣缸之間的下文所述的通道相對小，這減少了這些通道中的動力損失。
[0026]根據(jù)示例性實施例，第一燃燒缸和第二燃燒缸可形成第一V形構(gòu)造;且第一壓縮缸和第二壓縮缸可形成第二 V形構(gòu)造。
[0027]根據(jù)示例性實施例，第一曲軸可定位成平行于第二曲軸，使得第二V形構(gòu)造位于第一 V形構(gòu)造上方并平行于第一 V形構(gòu)造。詳細(xì)地，第一曲軸的軸向延伸被定位成平行于第二曲軸的軸向延伸。
[0028]通過使該內(nèi)燃機具有兩個V形且使第二V形位于第一 V形上方并平行于第一 V形，能夠使第一壓縮缸與第一燃燒缸之間的距離以及第一燃燒缸與第一膨脹缸之間的距離相對小，從而減少氣缸之間的如下文所述的通道，這減少了這些通道中的動力損失，由此提高了內(nèi)燃機的效率。此外，所提供的V形定位是有益的，因為這進一步提高了內(nèi)燃機的平衡屬性。這是由于所述V形提供了四沖程活塞與兩沖程活塞之間的質(zhì)量力的適當(dāng)對準(zhǔn)而實現(xiàn)的。
[0029]再進一步，當(dāng)討論第一V形與第二V形之間的相對位置時，用語“上方”應(yīng)理解為使得各個V形的端點被布置成相互偏移。因而，第二 V形或多或少被容納在第一 V形內(nèi)。
[0030]根據(jù)示例性實施例，在第一曲軸與第二曲軸之間可設(shè)有平衡軸。該平衡軸可作為補充而布置在內(nèi)燃機中，以更進一步去除可能在發(fā)動機中產(chǎn)生的任何不平衡。該平衡軸當(dāng)然也可定位在內(nèi)燃機的其它位置處，而不限于上述位置。然而，有益的是將該平衡軸緊鄰第二曲軸定位，以抵消從第二曲軸產(chǎn)生的不平衡。
[0031]根據(jù)示例性實施例，第一壓縮缸可通過第一通道而與第一燃燒缸流體連通。根據(jù)示例性實施例，第一燃燒缸可通過第二通道而與第一膨脹缸流體連通。根據(jù)示例性實施例，第二壓縮缸可通過第三通道而與第二燃燒缸流體連通。根據(jù)示例性實施例，第二燃燒缸可通過第四通道而與第二膨脹缸流體連通。根據(jù)示例性實施例，第一通道可設(shè)有冷卻構(gòu)件，該冷卻構(gòu)件用于冷卻在第一壓縮缸與第一燃燒缸之間通過的流體。根據(jù)示例性實施例，第三通道可設(shè)有冷卻構(gòu)件，該冷卻構(gòu)件用于冷卻在第二壓縮缸與第二燃燒缸之間通過的流體。通過所提供的冷卻構(gòu)件，例如能夠減少壓縮缸的功率消耗，這是因為:與先前已知的發(fā)動機相比，能夠提高該冷卻構(gòu)件的壓力水平。此外，總的壓縮功將減少。還提供了較冷的內(nèi)燃機。該冷卻構(gòu)件例如可以是熱交換器等。
[0032]根據(jù)示例性實施例，所述氣缸中的每一個均可包括帶有氣門的進氣端口以及帶有氣門的排氣端口，以控制進出各個氣缸的流體輸送，其中，所述帶有氣門的進氣端口和帶有氣門的排氣端口中的每一個均通過公用的凸輪軸而被控制。
[0033]由于不同氣缸的曲軸的不同速度，一個公用的凸輪軸就足夠用了，因為兩沖程氣缸的凸輪軸應(yīng)在兩沖程曲軸的速度下運行，而四沖程氣缸的凸輪軸應(yīng)以四沖程曲軸的速度的一半的速度運行。因而，由于上文所述的第一曲軸與第二曲軸之間的速度比，一個公用的凸輪軸就足夠用了。
[0034]根據(jù)一實例，壓縮缸可設(shè)有簧片閥或止回閥。在此情況下，這些氣缸可不需要被凸輪軸控制。
[0035]因而，能夠通過以適當(dāng)?shù)拈g隔打開和關(guān)閉所述帶有氣門的排氣端口來控制流體輸送。例如，第一壓縮缸的帶有氣門的排氣端口可在第一壓縮缸中的壓力已達(dá)到預(yù)定壓力極限時被控制在打開狀態(tài)。不同類型的帶有氣門的端口對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的，因此將不再進一步描述。所述帶有氣門的端口可通過發(fā)動機的或發(fā)動機將安裝于其上的車輛的、可獲得的控制單元來控制。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種車輛，其包括根據(jù)上述實施例中的任一個所述的內(nèi)燃機。
[0037]此第二方面的效果和特征在很大程度上類似于上文關(guān)于本發(fā)明的第一方面描述的效果和特征。
[0038]當(dāng)研讀所附權(quán)利要求和以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的不同特征可以相互組合，以產(chǎn)生除下文所述的實施例以外的實施例。
【附圖說明】
[0039]通過以下對本發(fā)明示例性實施例的說明性而非限制性的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點，其中:
[0040]圖1是包括根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的內(nèi)燃機的車輛的側(cè)視圖；
[0041 ]圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的內(nèi)燃機的透視圖；
[0042]圖3是圖2所描繪的示例性實施例中的氣缸之間的相互連接的示意性俯視圖；
[0043]圖4是圖2和圖3所描繪的示例性實施例的各個氣缸中的活塞運動的示意性側(cè)視圖；
[0044]圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的氣缸構(gòu)造的側(cè)視圖；
[0045]圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實施例的氣缸構(gòu)造的側(cè)視圖；并且
[0046]圖7是圖6所描繪的示例性實施例的替代性構(gòu)造的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0047]現(xiàn)在，將在下文中參照附圖來更全面地描述本發(fā)明，這些附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明能夠以許多不同形式來實施，而不應(yīng)理解為僅限于本文所闡述的實施例；而是，這些實施例僅是為了詳盡和充分公開的目的而提供。在整個說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0048]特別參照圖1，提供了具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機100的車輛I。圖1所描繪的車輛是卡車，下文將詳細(xì)描述的本發(fā)明的內(nèi)燃機100尤其適用于這種卡車。
[0049]結(jié)合圖3來參照圖2，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的內(nèi)燃機100。圖1所描繪的內(nèi)燃機被形成為V形，其包括六個不同的氣缸，因此將關(guān)于該V形來描述。然而，本發(fā)明同樣適用于下文將參照圖5-7描述的相互平行地布置的氣缸。為了便于理解本發(fā)明，圖2中已省略了容納相應(yīng)活塞的氣缸，而活塞的構(gòu)造可在圖3的示意性俯視圖中找到。
[0050]圖2和圖3所描繪的內(nèi)燃機包括第一壓縮缸102和第二壓縮缸104，該第一壓縮缸102和第二壓縮缸104分別與第一燃燒缸106和第二燃燒缸108流體連通。第一燃燒缸106和第二燃燒缸108又分別與第一膨脹缸110和第二膨脹缸112流體連通。
[0051]第一壓縮缸102和第二壓縮缸104各自容納相應(yīng)的第一壓縮活塞114和第二壓縮活塞116，該第一壓縮活塞114和第二壓縮活塞116在其各自的壓縮缸內(nèi)在下端位置118(也稱為下止點)與上端位置120(也稱為上止點)之間往復(fù)運動。第一壓縮活塞114和第二壓縮活塞116連接到各自的連桿，該連桿又連接到內(nèi)燃機100的第一曲軸122。
[0052]同樣，第一燃燒缸106和第二燃燒缸108各自容納相應(yīng)的第一燃燒活塞124和第二燃燒活塞126，該第一燃燒活塞124和第二燃燒活塞126在其各自的燃燒缸內(nèi)在下端位置128與上端位置130之間往復(fù)運動。第一燃燒活塞124和第二燃燒活塞126連接到各自的連桿，該連桿又連接到內(nèi)燃機100的第二曲軸132。
[0053]最后，以關(guān)于壓縮缸和燃燒缸所描述的相應(yīng)方式，第一膨脹缸110和第二膨脹缸112各自容納相應(yīng)的第一膨脹活塞134和第二膨脹活塞136，該第一膨脹活塞134和第二膨脹活塞136在其各自的膨脹缸內(nèi)在下端位置138與上端位置140之間往復(fù)運動。第一膨脹活塞134和第二膨脹活塞136連接到各自的連桿，該連桿又連接到內(nèi)燃機100的第一曲軸122。
[0054]如圖可見(尤其在圖2中)且如上文所述，這些氣缸被布置成V形構(gòu)造。更具體地，內(nèi)燃機100由第一V形構(gòu)造和第二V形構(gòu)造構(gòu)成，其中，第一V形是通過所述壓縮缸102、104和膨脹缸110、112而布置的。第二 V形是通過第一燃燒缸106和第二燃燒缸108而布置的。
[0055]在第一V形構(gòu)造中，第一壓縮缸102被布置成平行于第一膨脹缸110，且第二壓縮缸104被布置成平行于第二膨脹缸112。因而，第一壓縮缸102和第一膨脹缸110構(gòu)成第一 V形構(gòu)造中的一個分支，而第二壓縮缸104和第二膨脹缸112構(gòu)成第一 V形構(gòu)造中的第二個分支。
[0056]第一燃燒缸106構(gòu)成第二V形構(gòu)造中的第一個分支，而第二燃燒缸108構(gòu)成第二 V形構(gòu)造的另一個分支。第一 V形構(gòu)造和第二 V形構(gòu)造被定位成相互平行。因而，第二曲軸132位于第一曲軸122上方并平行于第一曲軸122。此外，第一V形和第二V形優(yōu)選以相同或大致相同的角間距(angular spacing)布置。因此，第一燃燒缸106被布置成平行于或大致平行于第一壓縮缸102和第一膨脹缸110。
[0057]第二曲軸132被構(gòu)造成以第一曲軸122的整數(shù)倍(至少兩倍)的速度旋轉(zhuǎn)。為了便于理解，下文將僅描述第二曲軸132以第一曲軸122的速度的兩倍旋轉(zhuǎn)的情形。
[0058]第二曲軸132以第一曲軸122的速度的兩倍旋轉(zhuǎn)。因而，當(dāng)兩沖程壓縮缸和兩沖程膨脹缸執(zhí)行完整兩沖程循環(huán)(即，360度曲柄角循環(huán))時，連接到第二曲軸132的四沖程燃燒缸執(zhí)行完整四沖程循環(huán)(即，720度曲柄角循環(huán))。第一曲軸122和第二曲軸132通過適當(dāng)?shù)膫鲃友b置150而彼此互連，該傳動裝置150具有1:2的傳動比，用于將發(fā)動機扭矩例如傳遞到車輛I的齒輪箱。圖2所描繪的傳動裝置是具有與第一曲軸122連接的第一齒輪152以及與第二曲軸132連接的第二齒輪154的齒輪傳動裝置，該第一齒輪152和第二齒輪154彼此嚙合連接。其它類型的傳動裝置當(dāng)然也是可以想到的，例如，皮帶傳動裝置或本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其它類型。
[0059]此外，該傳動裝置還連接到內(nèi)燃機的凸輪軸156。凸輪軸156控制不同氣缸的各種氣門，下文將描述這些氣門的功能。在圖2所描繪的示例性實施例中，存在單個凸輪軸，它控制內(nèi)燃機的所有氣缸的氣門。這可由于活塞的相互速度/沖程構(gòu)造及其相應(yīng)的曲軸而實現(xiàn)。
[0060]為了描述在內(nèi)燃機的使用期間的不同氣缸的運動模式以及不同氣缸之間的連通，結(jié)合圖4來參照圖3。如圖3所描繪的，第一壓縮缸102通過第一通道302而與第一燃燒缸106流體連通，且第一燃燒缸通過第二通道304而與第一膨脹缸110流體連通。同樣，第二壓縮缸104通過第三通道306而與第二燃燒缸108流體連通，且第二燃燒缸108通過第四通道308而與第二膨脹缸112流體連通。第一通道302和第三通道306可設(shè)有冷卻構(gòu)件(未示出)，該冷卻構(gòu)件用于冷卻通過第一通道302和第三通道306輸送的氣體。
[0061]如圖4所示，在內(nèi)燃機的運動期間，第一壓縮活塞114被定位在第一壓縮缸102中，當(dāng)?shù)诙嚎s活塞116在第二壓縮缸104內(nèi)到達(dá)上端位置120時，第一壓縮活塞114在第一壓縮缸102內(nèi)到達(dá)下端位置118。第一燃燒活塞124被定位在第一燃燒缸106中，當(dāng)?shù)诙紵钊?26在第二燃燒缸108內(nèi)到達(dá)下端位置128時，第一燃燒活塞124在第一燃燒缸106內(nèi)到達(dá)下端位置128。第一膨脹活塞134被定位成:當(dāng)?shù)诙蛎浕钊?36在第二膨脹缸112內(nèi)到達(dá)下端位置138時，第一膨脹活塞134在第一膨脹缸110內(nèi)到達(dá)上端位置140。
[0062]為了便于理解與內(nèi)燃機的壓縮-燃燒-膨脹循環(huán)相關(guān)的描述，下文僅針對第一壓縮缸102、第一燃燒缸106和第一膨脹缸110來描述，它們一起形成第一組氣缸。
[0063]此外，當(dāng)?shù)谝粔嚎s活塞114在第一壓縮缸102內(nèi)位于其下端位置118時，第一燃燒活塞124在第一燃燒缸106內(nèi)位于下端位置128且第一膨脹活塞134在第一膨脹缸110內(nèi)位于上端位置140。
[0064]下文將描述該壓縮-燃燒-膨脹循環(huán)中的四個沖程中的每一個。
[0065]在第一階段，第一壓縮活塞114在第一壓縮缸102內(nèi)位于下端位置118并處于朝向第一壓縮缸102的上端位置120的向上運動中。因此，該壓縮階段在第一壓縮缸102中開始。第一燃燒活塞124在第一燃燒缸106內(nèi)位于下端位置128且處于朝向上端位置130的向上運動中。第一燃燒缸106的排氣門408處于打開狀態(tài)，從而，第一燃燒缸106內(nèi)的排氣能夠在第一燃燒活塞124的向上運動期間被迫使進入第一膨脹缸110中。此外，在該第一階段期間，第一膨脹活塞134在第一膨脹缸110內(nèi)位于上端位置140并處于朝向其下端位置138的向下運動中。而且，第一膨脹缸的進氣門410處于打開狀態(tài)，以允許來自第一燃燒缸106的排氣被迫使進入第一膨脹缸110中。根據(jù)一個實施例，該第一膨脹缸僅包括排氣門，即，沒有進氣門410。這樣，來自第一燃燒缸106的排氣經(jīng)由排氣門412被提供到第一膨脹缸110中。在后一階段(稍后將描述)，膨脹的排氣也經(jīng)由排氣門412從第一膨脹缸110中排出。因此，該排氣門412用作進氣門并用作第一膨脹缸的排氣門。這同樣適用于下文進一步描述的第二膨脹缸112。
[0066]在第二階段，第一壓縮活塞114已到達(dá)第一壓縮缸102的中間部分。第一壓縮缸中的氣體已經(jīng)在從下端位置118到該中間部分的向上運動期間被缸膛(cy I inder bore)的最小容積壓縮。壓縮缸102的進氣門404布置在打開狀態(tài)，以允許壓縮氣體進入第一燃燒缸106。第一燃燒缸106的進氣氣門406因此處于打開狀態(tài)，使得第一燃燒缸106能夠從第一壓縮缸102接收壓縮氣體。第一燃燒缸106的排氣門408處于關(guān)閉狀態(tài)。在此第二階段，第一燃燒活塞124位于第一燃燒缸106的上端位置130并處于朝向下端位置128的向下運動中，在該向下運動期間，第一燃燒缸106從第一壓縮缸102接收壓縮氣體。在該第二階段，第一膨脹活塞134位于第一膨脹缸110的中間部分中并處于朝向其下端位置138的向下運動中，其中，進氣門410和排氣門412處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0067]在第三階段，第一壓縮活塞114在第一壓縮缸102內(nèi)位于上端位置120并處于朝向其下端位置118的向下運動中。進氣門402處于打開狀態(tài)且排氣門404處于關(guān)閉狀態(tài)。因此，壓縮缸102正開始將氣體吸入該氣缸中。第一燃燒活塞124在第一燃燒缸內(nèi)位于下端位置128并處于朝向其上端位置130的向上運動中。第一燃燒缸106的進氣門406和排氣門408均處于關(guān)閉狀態(tài)。第一膨脹活塞134位于第一膨脹缸110的下端位置138并處于朝向第一膨脹缸110的上端位置140的向上運動中。第一膨脹缸110的排氣門412處于打開狀態(tài)，以允許膨脹的排氣從第一膨脹缸110中排出。
[0068]最后，在第四階段，第一壓縮活塞114位于第一壓縮缸102的中間部分中并處于朝向第一壓縮缸102的下端位置118的向下運動中。第一壓縮缸的進氣門402仍處于打開狀態(tài)，以進一步允許氣體進入氣缸。第一燃燒活塞124在第一燃燒缸106內(nèi)位于上端位置130。燃燒活塞124處于朝向其下端位置128的向下運動中，因此處于做功沖程。第一燃燒缸的進氣門406和排氣門408均布置在關(guān)閉狀態(tài)。第一膨脹活塞134位于第一膨脹缸110的中間部分中并處于朝向其上端位置140的向上運動中。該第一膨脹缸的排氣門412仍處于打開狀態(tài)，從而允許膨脹的排氣從第一膨脹缸中排出。
[0069]上文主要針對如圖2所描繪的V形發(fā)動機進行了描述?，F(xiàn)在將在下文中針對示出了本發(fā)明的不同實施例的圖5-7來描述本發(fā)明，其中，內(nèi)燃機的所有不同的氣缸被定位成相互平行。
[0070]從圖5開始，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的示例性實施例的氣缸構(gòu)造的側(cè)視圖，其中，該內(nèi)燃機僅由上文所述的第一組氣缸構(gòu)成，即，第一壓縮缸102、第一燃燒缸106和第一膨脹缸110。圖5所描繪的實施例的活塞布置結(jié)構(gòu)與上文所述的活塞布置結(jié)構(gòu)類似，SP，當(dāng)?shù)谝粔嚎s活塞114位于第一壓縮缸102的下端位置118時，第一燃燒活塞124在第一燃燒缸106內(nèi)位于下端位置128且第一膨脹活塞134在第一膨脹缸110內(nèi)位于上端位置140。而且，上文所述的四沖程構(gòu)造同樣適用于圖5所描繪的實施例。
[0071]此外，第一壓縮缸102、第一燃燒缸106和第一膨脹缸110被布置成相互平行。與上文所述的第二曲軸連接的第一燃燒缸106布置在第一壓縮缸102與第一膨脹缸110之間，該第一壓縮缸102和第一膨脹缸110 二者均連接到上文所述的第一曲軸。當(dāng)從內(nèi)燃機的橫向側(cè)觀察時，第二曲軸132位于第一曲軸122上方。因為這些氣缸被布置成相互平行，所以第二曲軸132的長度小于將第一曲軸122連接到相應(yīng)的第一壓縮活塞114和第一膨脹活塞134的連桿之間的距離。適當(dāng)?shù)膫鲃友b置將第一曲軸122和第二曲軸132互連。
[0072]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的另一示例性實施例的氣缸構(gòu)造的側(cè)視圖，其中，該內(nèi)燃機由上文所述的第一組氣缸和第二組氣缸構(gòu)成。以與上文參照圖5描述的相同的方式，圖6中的氣缸布置結(jié)構(gòu)包括第一壓縮缸102、第一燃燒缸106和第一膨脹缸110。圖6所描繪的內(nèi)燃機還包括第二組氣缸，S卩，第二壓縮缸104、第二燃燒缸108和第二膨脹缸112，如上文關(guān)于V形發(fā)動機所描述的。因此，圖6中的氣缸布置結(jié)構(gòu)可描述為彼此接近地定位的圖5的兩個氣缸布置結(jié)構(gòu)，不同之處在于第二組氣缸的活塞構(gòu)造是如上文所述，即:當(dāng)?shù)谝粔嚎s活塞114在第一壓縮缸102內(nèi)位于下端位置時，第二壓縮活塞116在第二壓縮缸104內(nèi)位于上端位置；當(dāng)?shù)谝蝗紵钊?24在第一燃燒缸106內(nèi)位于下端位置時，第二燃燒活塞126在第二燃燒缸108內(nèi)位于下端位置;并且，當(dāng)?shù)谝慌蛎浕钊?34在第一膨脹缸110內(nèi)位于上端位置時，第二膨脹活塞136在第二膨脹缸112內(nèi)位于下端位置。
[0073]此外，圖6中的氣缸布置結(jié)構(gòu)包括兩個獨立的第二曲軸132和一個第一曲軸122。這兩個第二曲軸132均以與參照圖5描述的第二曲軸類似的方式布置，S卩，它們的長度小于將第一曲軸122連接到相應(yīng)的壓縮活塞和膨脹活塞的連桿之間的距離。因而，適當(dāng)?shù)膫鲃友b置將這兩個第二曲軸中的每一個連接到第一曲軸。
[0074]現(xiàn)在參照圖7，圖7示出了圖6中的實施例的替代性實例。圖7的實施例與圖6的實施例之間的不同之處在于:第一燃燒缸106和第二燃燒缸108定位成彼此相鄰，而不是定位在相應(yīng)的壓縮缸與膨脹缸之間?；钊臉?gòu)造與本申請全文所述的相同。如圖7所示地對氣缸定位的優(yōu)點在于:該第一燃燒活塞和第二燃燒活塞能夠共享同一個第二曲軸，即，圖7中的實施例包括一個第一曲軸122和一個第二曲軸132。
[0075]雖然例如圖3和圖4示出了來自第一燃燒缸106和第二燃燒缸108的燃燒氣體被迫經(jīng)由進氣門410和422進入相應(yīng)的膨脹缸110、112中，但本發(fā)明同樣適用于使膨脹缸僅具有一個氣門。這里，氣門410和422被移除，且燃燒氣體經(jīng)由排氣門412和424被提供到相應(yīng)的膨脹缸中，該排氣門412和424仍將膨脹氣體從相應(yīng)的膨脹缸110、112中排出。
[0076]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上文所述并在附圖中示出的實施例;而是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行許多修改和變型。而且，已針對氣缸以V形形狀平行地布置而描述了本發(fā)明，因此，應(yīng)當(dāng)容易理解，雖然未明確地如此描述，但相應(yīng)的活塞也以V形形狀平行地布置。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)燃機(100)，其包括第一組氣缸，所述第一組氣缸包括: -第一兩沖程壓縮缸(102)，所述第一兩沖程壓縮缸(102)容納與第一曲軸(122)連接的第一壓縮活塞(114); -第一四沖程燃燒缸(106)，所述第一四沖程燃燒缸(106)容納與第二曲軸(132)連接的第一燃燒活塞(124)，所述第一四沖程燃燒缸(106)被構(gòu)造成從所述第一兩沖程壓縮缸(102)接收壓縮氣體;以及 -第一兩沖程膨脹缸(110)，所述第一兩沖程膨脹缸(110)容納與所述第一曲軸(122)連接的第一膨脹活塞(134)，所述第一兩沖程膨脹缸(110)被構(gòu)造成從所述第一四沖程燃燒缸(106)接收排氣； 其特征在于，當(dāng)所述第一燃燒活塞(124)在所述第一燃燒缸(106)內(nèi)到達(dá)下端位置時，所述第一壓縮活塞(114)被定位成在所述第一壓縮缸(102)內(nèi)到達(dá)下端位置且所述第一膨脹活塞(134)被定位成在所述第一膨脹缸(110)內(nèi)到達(dá)上端位置;其中，所述第二曲軸(132)被構(gòu)造成以所述第一曲軸(122)的速度的至少兩倍的速度旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述內(nèi)燃機還包括第二組氣缸，所述第二組氣缸包括: -第二兩沖程壓縮缸(104)，所述第二兩沖程壓縮缸(104)容納與所述第一曲軸(122)連接的第二壓縮活塞(116)，其中，所述第二壓縮活塞(116)被定位成:當(dāng)所述第一壓縮活塞(114)在所述第一壓縮缸(102)內(nèi)到達(dá)下端位置時，所述第二壓縮活塞(116)在所述第二壓縮缸(104)內(nèi)到達(dá)上端位置； -第二四沖程燃燒缸(108)，所述第二四沖程燃燒缸(108)容納與所述第二曲軸(132)連接的第二燃燒活塞(126)，所述第二四沖程燃燒缸(108)被構(gòu)造成從所述第二兩沖程壓縮缸(104)接收壓縮氣體;其中，所述第二燃燒活塞(126)被定位成:當(dāng)所述第一燃燒活塞(124)在所述第一燃燒缸(106)內(nèi)到達(dá)上端位置時，所述第二燃燒活塞(126)在所述第二燃燒缸(108)內(nèi)到達(dá)上端位置；以及 -第二兩沖程膨脹缸(112)，所述第二兩沖程膨脹缸(112)容納與所述第一曲軸(122)連接的第二膨脹活塞(136)，所述第二兩沖程膨脹缸(112)被構(gòu)造成從所述第二四沖程燃燒缸(108)接收排氣;其中，所述第二膨脹活塞(136)被定位成:當(dāng)所述第一膨脹活塞(134)在所述第一膨脹缸(110)內(nèi)到達(dá)下端位置時，所述第二膨脹活塞(136)在所述第二膨脹缸(112)內(nèi)到達(dá)上端位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一組氣缸和所述第二組氣缸相對于彼此以V形構(gòu)造定位。4.根據(jù)權(quán)利要求2到3中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一燃燒活塞(124)和所述第二燃燒活塞(126)以如下方式定位成在各自的燃燒缸內(nèi)大致同時到達(dá)上端位置:當(dāng)所述第二燃燒活塞處于所述第二燃燒缸的上端位置以開始將燃料吸入所述第二燃燒缸中時，所述第一燃燒活塞(124)被構(gòu)造成在所述第一燃燒缸內(nèi)的上端位置處被點火。5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一燃燒活塞(124)和所述第二燃燒活塞(126)被布置成:當(dāng)所述第一膨脹活塞(134)在所述第一膨脹缸(110)內(nèi)到達(dá)上端位置和下端位置時，所述第一燃燒活塞(124)和所述第二燃燒活塞(126)分別在所述第一燃燒缸(106)和所述第二燃燒缸(108)內(nèi)到達(dá)下端位置。6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一壓縮缸(102)和所述第一膨脹缸(110)被定位成相互平行;并且其中，所述第二壓縮缸(104)和所述第二膨脹缸(112)被定位成相互平行。7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一燃燒缸(106)和所述第二燃燒缸(108)形成第一 V形構(gòu)造;且所述第一壓縮缸(102)和所述第二壓縮缸(104)形成第二 V形構(gòu)造。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一曲軸(122)被定位成平行于所述第二曲軸(132)，使得所述第二 V形構(gòu)造位于所述第一 V形構(gòu)造上方并平行于所述第一 V形構(gòu)造。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，在所述第一曲軸(122)與所述第二曲軸(132)之間設(shè)有平衡軸。10.根據(jù)權(quán)利要求3到9中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述V形被布置成90度構(gòu)造。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一壓縮缸(102)通過第一通道(302)而與所述第一燃燒缸(106)流體連通。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一燃燒缸(104)通過第二通道(304)而與所述第一膨脹缸(106)流體連通。13.根據(jù)權(quán)利要求2到12中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第二壓縮缸(104)通過第三通道(306)而與所述第二燃燒缸(108)流體連通。14.根據(jù)權(quán)利要求2到13中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第二燃燒缸(108)通過第四通道(308)而與所述第二膨脹缸(112)流體連通。15.根據(jù)權(quán)利要求11到14中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述第一通道(302)和所述第三通道(304)中的每一個均設(shè)有冷卻構(gòu)件，所述冷卻構(gòu)件用于冷卻通過所述第一通道(302)和所述第三通道(304)的流體。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)，其中，所述氣缸中的每一個均包括帶有氣門的進氣端口(402、406、414、418)以及帶有氣門的排氣端口(404、408、412、416、420、424)，以控制進出各個氣缸的流體輸送，其中，所述帶有氣門的進氣端口和帶有氣門的排氣端口中的每一個均通過公用的凸輪軸而被控制。17.—種車輛(I)，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的內(nèi)燃機(100)。
【文檔編號】F02B33/22GK105829677SQ201380081729
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年12月19日
【發(fā)明人】阿爾內(nèi)·安德松, 蔣濱丞, 斯塔凡·隆格倫, 斯塔凡·約翰松, 本特·約翰松
【申請人】沃爾沃卡車集團