[发明专利]具有导向滚子活塞驱动件的内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的往复操作的内燃机。

背景技术

已知的是内燃机可以通过燃烧室内的工作流体将燃料产生的能量转化成机械功。

内燃机具有的循环操作包括吸气、压缩、燃烧或膨胀以及排出未燃气体形式的废流这些冲程。

内燃机已知类型的工作循环近似于Sabathé理想热力学循环，其理想地模拟具有两种转化的燃烧过程：定容下的第一转化和定压下的第二转化。

已知的是第一种两个理想的热力学循环是Sabathé循环的简化：燃烧通过定容转化表现的Otto循环，以及燃烧通过定压转化表现的Diesel循环。

由于燃烧过程发生的方式以及推进连接系统的连接也就是热力学和机械效率的原因，毫无疑问发动机实际工作循环的热力学效率相对于理想热力学循环的效率要有一部分损失。

常规发动机的连接机构通过连接杆和曲柄系统构成，这样可以将活塞的往复直线运动转化成发动机轴的旋转运动。

活塞通过连接杆与发动机轴相连，其中小端枢转连接在活塞销并且大端连接在发动机的曲柄轴上。

小端与相应活塞一起进行往复直线运动，而大端进行旋转运动。

同样已知的具有往复操作的火花点火型或压缩点火型内燃机由至少一个气缸构成，活塞容纳在其内，使得活塞可以滑动做往复直线运动；所述活塞与用于将其线性运动转化成发动机轴的旋转运动的装置相连，该装置具有不同于连接杆和曲轴机构的特征。

这些类型已知但至今还没有公开和使用过的运动转化装置大体上由推杆和固定在发动机轴上的螺旋旋转成形主体构成；在成形主体的端面上沿回路的整个周长形成边缘，其中外部轮廓形成推进轨道并且内部轮廓形成返回轨道。

这些旋转主体已经由不同设计者设想了多种方案并具有两个或多个凸耳，但已经生产的样机还没有获得期望的结果并由此被放弃。

在这些装置中，推杆仅在竖直方向上做往复运动，与在已知连接杆和曲轴型装置中的运动不同，在这些装置中连接杆的小端做往复直线运动并且大端绕发动机轴做旋转运动；因此，连接杆的柄具有合成的交替旋转摆动运动。

这些已知类型的具有往复操作尤其是具有连接杆和曲柄机构的内燃机由于不可改变的操作方法导致具有一些明显的缺陷，目前其操作方法还不可能避免。

这些发动机的热力学效率实际上比Otto预测的理想热力学效率更低，并且绝对不可以实现定容燃烧，随之导致的缺陷是必须采用大量燃料以获得有限量的动力。

如果考虑到吸入的流体仅得到部分利用，具有来说最大程度30-35％，这样导致大致等于吸入流体65-70％的量的未燃气体有害地排入大气内。

这样导致消耗率高，而发出较低的动力水平，这不同于具有定容燃烧的理想发动机。

已知发动机的另一缺陷是当相应的活塞从上死点移动到下死点和相反情形时，横向推力施加在它们上(并由此施加在整个机构上)并吸收相当多的能量，在气缸和活塞上产生变形，从而产生机械式的磨损和噪音(通常称为“活塞敲击”)，缩短并且还损害所述发动机的性能和寿命。

发明内容

本发明的目标是通过提供一种具有改进的往复操作的内燃机以最佳可行方式消除已知发动机的缺陷，所述内燃机可以利用任何燃料操作，具有更高的热效率和机械效率，在相等的位移和转速下发出更高的比功率，并且可以获得更高的活塞(或多个活塞)相对于发动机轴的转速，该转速作为所用系统的函数。

本发明的目的是提供一种发动机，其中完成往复和旋转运动的质量就摩擦和横向推力来说具有较低值以避免产生影响活塞的应力。

本发明的目的实际上是消除这些异常推力，由此在已知发动机中回收所有能量损耗，利用所有发出的功率并进一步避免气缸和活塞的磨损和椭圆化以及所有机械噪声。

本发明的另一目的还要提供一种具有改进的往复操作的内燃机，其可以通过在定容下获得可控和可调节的燃烧例如由Otto循环理想预测的燃烧来提高工作循环的热力学效率，所述内燃机至今在世界上任何地方从没有提出，目的是减小燃料消耗率并利用等量的吸入流体在等位移和转速下产生至少两倍的功率，一直可以控制和修正定容下的燃烧步进时间，由此减小一大部分(50％和更多)的污染排放。

本发明的其它目的包括提高功率输出与发动机重量之间以及功率输出与发动机尺寸之间的比率；简化用于向发动机轴传递发出的功率的构件，便于发动机-变速器的连接，至少使发动机轴的转速相对于活塞的转速减半，进一步实现往复运动质量的不平衡和随之发生的振动显著降低，由此特别在低转速下获得较高的最大转矩值。