[发明专利]具有杠杆系统、双曲柄、力矩连杆及可变压缩比的内燃发动机

说明书

本发明涉及活塞往复运动式内燃发动机的领域。本发明能够显著地减少能量在发动机的不同构件之间传递过程中的能量损失，并改善活塞往复运动向旋转运动的转化并因此提高其效率、灵活性和功率。所述发动机，在其最优的构造中，包括四个活塞、两个外围横向杠杆(1)、一个力矩连杆、两个曲柄以及一个动力连杆(12)。本发明基于具有小摆动的外围横向杠杆系统，以减少能量在两对活塞(21)之间传递过程中的能量损失。且本发明通过使用双曲柄组合件和力矩连杆来优化活塞(21)的往复运动向可被利用的旋转运动的转化而获得其最大的优点。

在US 2 974 855 A及FR 1 142 142 A申请中公开的发明提出针对在能量于一对活塞中的活塞之间传递过程中的能量损失问题的最初的解决方案。PCT/IB2013/2030申请提供了对与两个不同的横向杠杆相连接的两对活塞之间的能量传递的改善，其中，用于确保活塞之间的能量传递的、与外围杠杆相关联的横向杠杆系统的使用已能够实现在通过处于膨胀冲程的活塞移动不起作用的活塞的过程中的能量节约。然而，由于一个活塞的膨胀必然引起另外的活塞的移动，联结至另一个横向杠杆的活塞的移动所需要的能量传递通过带有显著的摆动角度的外围杠杆系统传递，该外围杠杆系统构成能量损失的来源。此外，该能量的传递也通过同样构成额外的损失来源的外围杠杆轴和两个杠杆连杆传递。最终，在PCT/IB2013/002030申请中提出的发动机的最优构造具有8个活塞。该大数量的活塞因为大数量的环和在这些环和活塞套之间的接触表面的增加同样增加了摩擦，这导致了发动机效率的降低。在同一申请中，双曲柄系统的使用已能够增加发动机的转矩和功率。然而，对处在上止点位置的动力曲柄施加的力不能使其立即转动。因此，飞轮的惯性始终确保发动机在活塞膨胀之初的旋转，且因为施加于动力曲柄上的、不完全有利于其致动的力的方向，能量的捕获开始得稍晚。在将活塞的往复运动转化为可被利用的旋转运动的过程中，该在活塞的上止点位置处将曲柄和连杆对准的问题对于所有当前的发动机是固有的。

此外，当前以固定的压缩比运转的发动机的特征使得它们在低转速下是污染环境的，特别是柴油发动机。在低转速下压缩比的微弱使得混合物较不利于最优燃烧。但是能够在低转速下具有高压缩比的构造，由于达到了可允许的最大压缩比，该可允许的最大压缩比将限制发动机的转速的上升，否则就要产生过量的氮氧化物，损害了发动机在高转速下的良好的运转。除Saab发动机外，只有MCE-5发动机提出针对控制发动机的压缩比的解决方案，但是它们的技术较不适用于环境污染最严重的柴油发动机，且它们的将活塞的往复运动转化为旋转运动的转化方法始终保持为效率较低，这相对于当前性能好的发动降低了它们的收益。

通过减小活塞的数量，这能够减少摩擦的来源，本发明是PCT/IB2013/002030申请中所公开的发明的改进。用与杠杆连杆(6)相关联的两个外围横向杠杆(1)代替横向杠杆和外围杠杆及杠杆连杆组合件，能够改善在发动机的不同构件之间的能量传递。与具有双曲柄的曲柄连杆系统相关联的力矩连杆的引入能够在活塞的膨胀冲程过程中缩短用于致动动力曲柄(9)的延迟时间，且杠杆曲柄(10)的曲柄轴(18)的位置的调整能够使无效空间的体积变化并因此能够随意控制发动机的压缩比。

在其具有四个活塞的构造中，发动机包括两个外围横向杠杆(1)、一个杠杆连杆(6)、一个动力连杆(12)、四个活塞连杆(13)、一个具有由动力曲柄(9)和杠杆曲柄(10)组成的双曲柄的曲柄连杆组合件、一个包括力矩臂(7)和动力臂(8)的力矩连杆。在图3中由虚线(32)限定的具有双曲柄的曲柄连杆系统的放大图示能够理解其运转。