[发明专利]具有工作活塞和控制活塞的内燃发动机

说明书

本发明涉及内燃发动机，其具有共用同一个气缸的两个相对的活塞(图1)：一个是工作活塞1，而一个是控制活塞2。工作活塞1借助于连接杆4和肘节销5来连接到曲柄轴3上，所有这四个构件均为根据现有技术的。另一方面，控制活塞2由非正弦促动系统6促动，非正弦促动系统6使控制活塞2运动，使得燃烧室7定位在更有利的点上，以通过工作活塞1产生转矩。借助于根据现有技术的阀10和它们相应的气阀机构11(单个或双重顶置凸轮轴或电磁促动件)来操作进气端口8和排气端口9，阀10和气阀机构11定位在气缸壁12上，而非如现有技术的经典结构那样，定位在发动机头部上。

非正弦促动系统6可以以两种方式设置：以机械的方式连接到曲柄轴3上或通过电气/电子系统来与曲柄轴3的旋转同步。

a)以机械的方式连接到曲柄轴3上：

可实现此构造，从而通过根据现有技术的带齿的带传动件、链传动件或齿轮将曲柄轴3的旋转运动传递到包含非正弦促动元件14(图2)的副轴13，或者借助于位于曲柄轴3上的凸轮15将曲柄轴3的旋转运动转换成线性运动，从而驱动控制活塞2的促动系统，该促动系统的构造可实现成杆16或具相同作用的几何结构的形式(图3)，或为单个或双重布置的、用于控制活塞的促动的具有孔眼的条状物17(图4)。

应用基于倾斜平面的非正弦促动系统也是可行的，如图5所示，其中，曲柄轴3的旋转运动传递到副曲柄轴18，副曲柄轴18与连接杆19一起工作，从而抵靠着控制活塞2循环地驱动倾斜平面元件20。

在所有这些情况下，必须注意各个构造可在运动部件和作用方面对控制活塞2的循环运动带来的利弊。

b)通过电气/电子系统与曲柄轴3旋转同步：

借助于根据现有技术的气动式、液压式或电磁式模块21来促动系统，模块21将所产生的直线或旋转运动传递到副轴，副轴驱动非正弦促动系统，如前面已经提到的那样，或将直线运动传递到具有倾斜平面(图6)的装置，在所有这些构造中，存在传感器(速度传感器、位置传感器、加速计、噪音或振动传感器)来确定曲柄轴3位置，从而允许命令单元限定理想的时间和速度来促动控制活塞2。

所有非正弦元件可如此设计：容许有模块式组件，从而允许通过更换非正弦系统的仅一个单个子组件来修改压缩比和控制活塞2的运动，从而在发动机的其余零件上聚集更高的生产量。

将进气阀(一个或多个)22(图7)布置在气缸壁上容许用于燃烧的气体象涡旋一样进入气缸，从而有利于空气/燃料混合物的均一性。

本发明容许在气缸壁上应用火花塞、燃料喷射器和电热塞，从而使得能够实现根据现有技术的奥托(Otto)和柴油机循环的结构的变化。图8显示了奥托循环发动机的布置。

本发明容许工作活塞气缸中心线与曲柄轴中心线重合(对应于现有技术的经典构造)，或相对于曲柄轴中心线偏移(图9)。气缸中心线23相对于曲柄轴中心线24的最有利的布置是等于由连接杆大端孔眼的连接点形成的杠杆臂25的距离，因为它以最大的转矩转换燃烧气体压力在工作活塞顶部表面上施加的力，并且额外地施加作用于曲柄轴上的更低的径向力。

它还减少了连接杆在工作活塞肘节销上施加的侧部反作用力，并且因此减少了工作活塞作用于气缸壁上的侧部反作用力。

但是，此优化结构需要控制活塞的位移大致为工作活塞位移的一半，从而要求更注意非正弦系统设计。

本发明包括工作活塞1和控制活塞2的压缩和油控制环件的位置的两种可行的布置：

i)根据现有技术，紧邻两个活塞的暴露于燃烧室7的表面。但是，此构造需要专用引导系统来避免进气阀和排气阀旋转经过它们的纵向轴线，另外，还需要阀、喷射器、火花塞和电热塞的专门的加工过程，因为环件会循环地经过它们的组装位置，并且不允许有碰撞或间隙，碰撞或间隙可使润滑油暴露于燃烧过程，从而增加润滑油消耗，并且因此增加排气中的污染物的比率。

ii)远离两个活塞的暴露于燃烧室7的表面，使得在活塞运动期间，环件不经过气缸壁上的集合元件(阀、喷射器、塞和类似的部件)的组装位置。这样，集合元件可嵌在气缸壁上而避免与活塞的碰撞。与现有技术中所发生的情况相比，压缩和油控制环件的此构造不容许润滑油有更多的沉积，所以来自润滑油的污染物在排气中的比率保持在现有技术的实际水平中。

在图1给出的实例中，包含活塞的工作气缸的块是一件式设计，其需要专门的加工方法，主要是针对气缸的内部上的阀座。

备选地，可选择两件式设计，如图10所示，为工作活塞块26和控制活塞块27。阀布置成相对于两个块的联结表面倾斜，这容许对阀组装区域有更多的接近性，从而允许使用传统的加工过程。