[发明专利]改变缸内活塞运动的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改变活塞运动，尤其是涉及在后面定义的一“对开循环”曲柄机械的缸内活塞运动的工作循环期间，改变缸内活塞运动的冲程和／或正时的装置和方法。

现有技术背景

本发明可以应用到一旋转机械的缸内活塞运动，其中活塞在一旋转机械的气缸中作线性运动，该旋转机械具有我们的美国专利US 5146880和5279209中所述的通用结构形式，但并不仅限于这些说明书中所述的实施例的具体表现形式。

具体地，一种具有一主轴的机械，其包括：

一组沿所述主轴径向布置的径向往复活塞；及

各个沿环形布置的凸轮轴，各凸轮轴被限制绕所述主轴进行轨迹运动，每个凸轮轴绕平行于该主轴的相应副轴旋转，各凸轮轴由驱动装置驱动，以一个与其轨迹运动速率成预定比例的速率旋转，并且各凸轮的各平面大致处于各活塞的径向平面内，其中在各凸轮轴作旋转和轨迹运动且各活塞作往复运动期间，每个活塞与至少一个凸轮相连，以便凸轮轴的旋转运动和轨迹运动与活塞的往复运动一致。

或者，作为一种替换方案是；

一种具有一主轴的机械，其包括：

一组沿所述主轴径向布置的径向往复活塞；及

各个沿环形布置的凸轮轴，各凸轮轴被限制绕所述主轴进行轨迹运动，每个凸轮轴绕平行于该主轴的相应副轴以一个与其轨迹运动速率成预定比例的速率旋转，并且各凸轮的各平面大致处于各活塞的径向平面内，其中在各凸轮轴作旋转和轨迹运动且各活塞作往复运动期间，每个活塞实际上在其每个循环的往复运动的整个过程中都与至少一个凸轮保持接触，并且更进一步地，在每个活塞的往复运动的每个连续循环之间具有一个不存在明显的迟燃期的过渡期，该期限由各相应的凸轮与所述活塞的接触和分离之间的时期确定，并且所述各活塞是对布置的，所述每一对活塞利用活塞的往复运动从一个到另一个地泵送流体，从而使每一对活塞的往复运动都保持实质上是不同步的。

这样的机械在下文中称之为“对开循环”机械。

美国专利说明书5146880和5279209的内容一并在本文中作为参考。在本发明中，对该旋转机械的输出或输入都是通过该对开循环机械的中心旋转轴实现的。

本发明公开的内容

本发明将按照一种对开循环内燃机来进行讨论，但应该懂得：本发明也可以用来控制一种如WO 96／33343中所述的自由活塞发动机的运行，或用来控制活塞与一个被驱动的对开循环曲柄相互作用产生的泵压输出。

在下文中，如在一对开循环机械中使用的那样，布置在凸轮轴上的各凸轮称之为“十字轮”，并且如美国专利US 5146880中所考虑的那样，具体如其中图5举例说明的那样，其形状和型线可改变。

如美国专利US 5146880中图5所示，在凸轮轴上形成十字轮的各凸轮的型线可设计得使其可给各活塞提供一种不对称的往复运动，但不改变每个活塞运动的上死点(TDC)和下死点(BDC)之间的正时。相对于此，本发明提出了一种十字轮布置，其中上下死点之间的正时可借助于改变各十字轮凸轮之间的角位移来改变，从而促进每个发动机冲程(不管是进／排气冲程还是压缩／膨胀冲程)的正时时间的改变，以便使一对开循环机械的工作循环的每个部分都可进行最佳的优化。根据本发明，可以设置不等角布置的凸轮，同时与各凸轮的凸蜂和凹谷的径向尺寸的变化相结合，这种变化是相对一十字轮的轴线进行的，该十字轮如US 5146880中公开的那样具有不对称的型线，从而可为该发动机的循环的每个冲程的正时和形状提供一个更宽的选择范围。

可看出本发明既可用于四冲程发动机也可用于二冲程发动机。

在本发明的一个实施例中，膨胀冲程既可在长度上也可在时间上增加，从而使发动机的效率比具有恒定冲程的常规曲柄内燃机的效率增加了。

重要地，相同的对开循环曲柄布置可借助于合适设计的不同十字轮组件的各附件来按规格制成，这可以改变发动机与各使用范围相匹配的输出特性。

各附图的简要说明

现在参照所附的各附图对本发明进行示范性地说明，其中：

图1是一常规的对开循环发动机的一气口正时示意图；

图2是在一常规对开循环发动机中一活塞运动的一曲线图；

图3是类似于图2(虚线所示)的曲线图，但其中实线表示一理想的最佳的四冲程循环；

图4是表示两套十字轮的相互关系的示意图；

图5是类似于图3的曲线图，但表示本发明的一个实施例；

图6是一常规内燃机循环的压力-容积的曲线图；

图7是图5所示实施例的压力-容积的曲线图；