使用對置活塞的內燃機的製作方法

2023-05-28 22:25:36

專利名稱：使用對置活塞的內燃機的製作方法
技術領域：
本發明涉及往復內燃機，特別是涉及一種改進型的往復內燃機，所述內燃機可消除側向載荷，其使用熱控制動力氣缸、對置的進氣和排氣活塞、活塞環，它們由空氣冷卻與流體靜力地潤滑，而且所述內燃機包括一高溫氣缸壁，其可減少發動機的排放並提高發動機性能。
背景技術：
眾所周知，往復型的柴油機、汽油發動機和蒸氣發動機通常利用活塞、連杆和曲軸將線性的活塞運動轉換為旋轉運動。這種轉換過程顯然會對活塞產生相當大的側向載荷，這需要採用油潤滑來控制活塞裙部和氣缸的摩擦和磨損，而且所述轉換過程會導致發動機相當笨重。為了防止油損壞並喪失潤滑性能，氣缸壁和活塞側壁及活塞環的溫度通常保持在低於350華氏溫度以下。通常，這些發動機必須包含一廢棄至少25％的總熱能的冷卻系統，所述熱能被排入大氣，而該熱能若不廢棄原本可提供軸馬力。
正如下文將要更詳細地描述的，本發明的發動機不同於現有技術，其通過吸收側向載荷而使活塞浮動在帶有空氣墊的氣缸中，否則所述載荷將在遠離活塞的位置處加載在活塞上。本發明的發動機的獨特之處在於使用由柔性材料製成的空氣供給管，其使活塞環與活塞保持同心並將空氣供給一體的活塞環凹部，以相對於氣缸流體靜力地壓縮活塞環並連續地使活塞和活塞環浮動在壓縮空氣團上。本發明的發動機還使用一種連接到四連杆機構和凸輪上的獨特支承組件，以傳遞動力並降低活塞上的側向載荷。本發明的發動機還使用獨特的跨接系統，用於儲存基本壓縮空氣，所述空氣被壓縮，以用於吹洗燃燒物質的燃燒室並在燃燒前將預熱的空氣供給燃燒室。
本發明的一個發明人為美國專利5,551,383的發明人。該專利公開了依賴壓縮空氣的氣浮系統的使用，所述壓縮空氣由主壓縮氣缸提供，所述氣缸與動力氣缸同心。5,551,383專利還使用一個四連杆系統，但是所公開的系統相當複雜，以在工作發動機中往復運動，而且沒有本發明的獨特四連杆系統的優點。5,551,383專利和本發明一樣也不使用動力氣缸，所述氣缸控制熱量以容許燃燒室和動力氣缸中使用較高的溫度。在本發明中公開並要求保護的其它改進在5,551,383專利中沒有公開或給出啟示，當單獨考慮5,551,383專利或將其與其它相關技術結合考慮時，本發明相對5,551,383專利有資格取得專利。
1994年12月27日授予A.Lowi，Jr.的美國專利5,375,567公開了一種兩衝程發動機，其不需要冷卻並使用兩個雙調和凸輪來平衡各種負載和速度下的往復及旋轉運動，從而避免所有側向載荷。正如下面將要較詳細描述的，本發明沒有聲稱無潤滑的工作能力，儘管本發明的發動機不需要潤滑油作為活塞的潤滑劑(如大多數活塞發動機)，其使用空氣作為潤滑劑。本發明還使用一種四連杆系統來降低側向載荷。另外，本發明使用獨特的密封件來密封並吸收輕微的側向載荷，所述側向載荷會出現在發動機的活塞處。
其它使用對置活塞和調和型凸輪、但不包含使側向載荷最小化或消除它的連杆系統的專利為1937年4月6日授予E.B.Burns的US2,076,334，和1931年1月6日授予L.M.Woolson的US1,788,140。
另外在現有技術中還有若干使用氣體而不是油潤滑的專利。例如1984年6月26日授予Shapiro等人的US4,455,974，其使用發動機中產生的氣體來流體靜力地支承活塞環。類似地，1987年7月21日授予Kubo的US4,681,326使用發動機氣體來支承活塞環。1978年9月5日授予Davison，Jr的US4,111,104，使用發動機氣體來支承活塞環。1973年12月11日授予K.W.Lenger的US3,777,722公開了一種無環活塞，該活塞具有用於減小摩擦的氣體。

發明內容
本發明提供了一種改進的內燃機，其具有低的重量/動力比，低的排放和低的燃料消耗。本發明的發動機在公知的內燃機上進行了多種改進。
本發明包括一內燃機，該內燃機具有一封裝至少一個氣缸的殼體，所述氣缸具有在氣缸內往復運動的對置活塞。對置的動力凸輪安裝在動力輸出軸上。各動力凸輪被可運轉地連接到對置活塞中的一相應活塞上。端板安裝到殼體上並將殼體劃分為中央部和端部。至少一個具有在其內往復運動的對置活塞的氣缸安裝在中央部內，而且各個對置動力凸輪中均安裝在各端部內。對置活塞具有可運轉地將活塞連接到凸輪上的連杆。端板具有用於往復接受連杆的開口。設置唯一的密封件以使端部相對中央部密封並使氣缸相對端板密封。設計優選實施例的整個發動機，以將所有的彈性係數保持在可接受的值下，從而避免發動機中連接處的任何無意中的削弱。
本發明的動力氣缸被獨特地設計，以沿動力氣缸的長度分配熱量，以避免氣缸的錐狀構形。動力氣缸具有由一第一中空管限定的第一構件，所述管具有預定的長度。第一中空管適於接受至少一個在第一中空管內往復運動的活塞。第一中空管限定了一燃燒室，其中燃料和空氣混合物可以引入被壓縮並點燃。該第一中空管具有高的熱膨脹係數和低的導熱率。
有一第二構件鄰近所述第一構件安裝。該第二構件具有高的熱膨脹係數和高的導熱率。
有一第三構件設置在第一中空管周圍，鄰近第一中空管的燃燒室。該第三構件具有低的熱膨脹係數和低的導熱率。
所述第一、第二和第三構件相互作用以減少第一構件的錐狀構形，即首先通過第三構件將熱量納入燃燒室內並減少燃燒室的膨脹，然後通過沿第二構件引導熱量而沿第一構件分配所述燃燒室中產生的熱量，以保持沿第一構件長度的溫度基本均勻。
本發明的發動機還使用一支承組件，所述組件將燃燒過程產生的動力傳遞給一對動力凸輪。所述支承組件具有一殼體，該殼體具有一頂面和從該頂面延伸的對置支腿。所述支腿具有相向的內表面和外表面。一對軸延伸到相向的內表面之外，一對銷延伸到外表面之外，所述軸和銷同軸。
一四連杆裝置連接到所述銷上，導輪被連接到所述軸上。導輪具有第一輪和第二輪，第一輪的直徑比第二輪的大。對置凸輪具有相對間隔開的軌道。第一輪與一個軌道接合，第二輪與另一個軌道接合。
本發明的活塞也獨特地設計為包括具有外周的相向燃燒表面，每個燃燒表面的外周各自具有一成型表面(profiled sueface)，所述成型表面配合以在活塞燃燒表面之間形成一燃燒室。這容許燃燒表面大體封閉，以減少燃燒期間燃燒室的熱損失。
通過下面參照附圖的詳細描述，將能更好地理解具有各種替換例和實施例的本發明的這些和其它特徵，其中類似的參考標號表示類似的部件。


圖1為本發明的發動機的立體圖。
圖2為本發明的發動機的側視圖，其中殼體和動力氣缸以虛線示出。
圖3為本發明的動力凸輪的立體圖。
圖4為本發明的支承組件的局部立體圖。
圖5為所述動力凸輪的局部剖面圖，示出與動力凸輪的相對壁接觸的支承組件的輪子。
圖6為本發明的支承組件的輪子的分解圖。
圖7為主壓縮氣缸的立體圖，其中動力氣缸以虛線示出。
圖7A為動力氣缸的立體圖。
圖7B為通過進氣管安裝到進氣歧管上的主壓縮氣缸的立體圖。
圖7C為剖視圖，示出動力氣缸和主壓縮歧管與端板的連接。
圖7D為本發明低徑向載荷的環形彈簧的立體圖。
圖7E為圖7D的環的立體圖。
圖8A-8F為表示本發明的發動機的工作循環的示意圖。
圖9為本發明的端板的立體圖。
圖10為所述動力氣缸的剖視圖，示出處於上死點的活塞。
圖11為本發明的活塞的分解圖。
圖12為所述活塞的局部剖視圖，示出本發明的靜壓軸承。
圖13為本發明的活塞環的局部立體圖。
圖14為所述活塞杆密封組件的剖視圖。
圖15為所述活塞杆密封組件的局部立體圖。
圖16為本發明的活塞杆密封組件的剖視圖。
圖17為發動機的局部剖視圖，表示R供給線路連接器。
圖18為本發明的局部剖視圖，表示本發明的甩油杯。
圖19為本發明的安裝杆和前連杆機構。
圖20為本發明的支承組件和凸輪的剖視圖。
圖21為所述發動機的剖視圖，示出兩個動力氣缸，旋轉軸在這兩個動力氣缸之間延伸。
圖22為本發明的氣浮活塞環的立體圖。
圖23為本發明的氣浮軸承活塞環的剖視圖。
圖24為經過氣浮活塞環的進氣口的截面圖。
圖25為經過本發明的氣浮活塞環的旁通槽的截面圖。
圖26為本發明的發動機的示意圖。
具體實施例方式
在優選實施例中，此處描述的本發明的發動機配置有四個氣缸和八個活塞，各對徑向對置的活塞組軸向對稱地壓縮和膨脹，從而使發動機運行期間任何時候的不平衡載荷最小化或消除所述載荷，用以提供一相對無振動的發動機。由於輸出軸旋轉一次，各活塞組「點火」兩次，所以在半個軸RPM下產生兩倍的扭矩。儘管本發明在優選實施例中包括特定的參數，但是本領域的普通技術人員知道，在不偏離本發明範圍的情況下也可以使用其它參數，所述參數包括活塞和相關氣缸的數目。可以認識到，每單個氣缸中兩個對置活塞將構成活塞和氣缸的最小數目，還可以理解，能夠使用比四個氣缸和八個活塞多或少的氣缸和活塞。
圖1是本發明的發動機的立體圖，該發動機通常被標以參考標號10，其包括圍繞旋轉軸14的製成有標準組件的圓柱狀發動機外殼體裝置12，所述旋轉軸用於繞發動機的軸線A旋轉。軸14從前端16和後端18向外延伸。圍繞發動機外殼體12的是進氣歧管20和排氣管22，它們與進氣活塞和排氣活塞相聯。進氣管24使進氣活塞和歧管20相連。在所公開的實施例中，排氣管被直接連接到鄰近排氣活塞的口處。正如後面將較詳細地描述的，設置在進氣歧管20中的進氣口80將新鮮的大氣導入活塞氣缸中，所述進氣歧管可以包括合適的過濾器。鄰近排氣管22設置的排氣口將廢的燃燒產物排到大氣中。
燃料通過噴嘴30進入氣缸，所述噴嘴在壓力下由燃料管路供給燃料，所述燃料管路未被示出。來自燃料容器的燃料以公知的方式由適當的噴射泵加壓。在優選實施例中，輔助設備由旋轉軸14驅動，所述旋轉軸從前端16延伸，而且用於驅動負載的動力將從後端18伸出的軸輸出。當然，這是可選擇的，用於輔助設備或負載的動力可以從旋轉軸14的任一端輸出。可以理解，發動機驅動的負載將沒有限制地包括客車、陸地車輛、飛機和水面交通工具推進器、輔助動力單元、發動機、地面移動車輛等。
參照圖2，在所示的發動機中，有四個沿周向等間隔設置的動力氣缸裝置36，它們在圖2中以虛線示出。下面將較詳細地描述動力氣缸裝置36的結構。動力氣缸裝置36支承(八個)活塞，即四個進氣活塞38對四個排氣活塞40。
旋轉軸14連接到對置的動力凸輪46和48上並由其轉動(圖2、3)。在優選實施例中，所述凸輪由鋼和鋁製成，但也可以使用其它材料。凸輪46和48同心並軸向地設置在發動機殼體12內。動力凸輪48和46分別通過連杆58和56由進氣活塞38和排氣活塞40驅動，它們可運轉地連接到相應的支承組件60上。參照圖4，支承組件60包括大體為U形的殼體62，該殼體具有側壁64和66、支腿65和頂部68。在所公開的實施例中，頂部68和支腿65為一體。連杆56和58由一六角帽螺栓67穿過頂部68進入杆56和58中的螺母中而連接到一相應的支承組件60。在優選實施例中，連接結構的彈性因數(spring factor)被預先確定為大於3。更進一步地，在本發明的發動機10的所有連接結構中，需要大於3的彈簧剛性係數(spring rate)。所述彈簧剛性係數由下述公式確定K=AEL]]>A＝各部件的面積E＝彈性模量L＝各部件的長度通過例子，如果螺栓和螺母用於連接一組構件，則彈性因數由所述螺栓的彈性係數的比率確定
KSKB>4]]>(ASESLS)(ABEBLB)>41]]>所述側壁64和66各承受兩個滾動軸承70和72(圖5)。軸承70為動力軸承，軸承72為復位軸承。軸承70和72同軸地安裝在同軸的銷73上，所述銷從各側壁64和66的內側突出。銷176從各壁64和66的外側突出，用以連接到四連杆機構的杆上，下面將較詳細地描述所述連杆機構。銷176和銷73同軸。這樣，在支承組件60的運轉中產生最小的彎矩。
支承組件60中的各個被運轉地安裝到動力凸輪46和48上，如圖5和20所示。動力凸輪46和48具有相對的軌道75和77，軸承70和72安放在軌道75和77上。在優選實施例中，壁64或66通過螺栓79可拆卸地連接到支腿65和頂部68上。這樣，軸承70和72連接到其上的側壁可以與其間的軸承70和72及接合軌道75和77裝配在一起。
在優選實施例中，軸承由圖6所示復位預載彈簧裝置81預加載。如圖所示，通過預載彈簧81和復位託架82將動力軸承70安裝在銷73上和將復位軸承72安裝在銷73上。由於彈簧81中的槽87，軸承72相對於銷73和軸承70偏移。相向的軌道75和77之間的距離比軸承70和72(圖5)的組合直徑稍小。這樣，在安裝時，軸承被略微預加載。這確保總是接觸並確保一定的公差。另外，彈簧81容許軸承70和72之間的運動，而不會相對於軌道75和77約束軸承70和72。
當動力氣缸中的燃燒推動進氣活塞38和排氣活塞40分開時，滾動軸承70被強迫抵靠在動力凸輪46和48的軌道77上並在其上滾動，以使它們繞軸線A轉動。滾動軸承72用作惰輪，以保持與軌道75和77的支承接觸，而且當各活塞裝置的動量矢量比動力凸輪施加給活塞裝置的加速力大(且朝向活塞頂部)時，滾動軸承72也有助於使動力凸輪繞軸線A轉動。顯然，在其它特定的情況下可能出現相反的情況。滾動軸承70在活塞38和40的動力衝程期間驅動凸輪46和48。小的滾動軸承或復位軸承72分別在動力凸輪46和48的軌道75上滾動，以致動進氣活塞38和排氣活塞40，從而有助於將進氣活塞38和排氣活塞40推到行程的下死點。然後進氣活塞38和排氣活塞40由在軌道77上滾動的大軸承或滾動軸承70推到一起(即，當朝向活塞頂部的加速力矢量比相反方向上的動量矢量大時)。在一定的條件下，大滾動軸承70會具有足夠的能量來將進氣活塞38和排氣活塞40定位在全行程處。在其它的條件下，小的滾動軸承72會有助於將進氣和排氣活塞定位到下死點。動力凸輪46和48的軌道77的輪廓設定為具有比大軸承70稍大的直徑，從而軸承外圈將在凸輪表面上滑行，使接觸軌跡最少，而且當軸承隨動於徑向對準的軌道時，使接觸軌跡內各段的速度差最小，從而增強緩衝作用並防止金屬對金屬的接觸。
所述支承組件由一四連杆裝置172(圖2)可運轉地支撐。裝置172具有四個連接在板170上的安裝杆174之間的杆和一個安裝到銷176(圖4)上的軸承178(圖2)。應該知道，軸承178與銷73(圖4)和軸承70、72(圖4)同軸。這樣，在活塞38和40中沒有彎矩。所述四連杆機構172將活塞38和40的線性運動被轉換為凸輪46和48的旋轉運動，沒有任何由驅動凸輪的活塞產生的作用力被通過活塞38和40傳遞給氣缸壁98。
在圖19和20中還示出了四連杆裝置172。本發明的四連杆裝置172引導活塞38和40，並將凸輪46和48的側向載荷作用到180處的點I和182處的點II上。由於中央連杆或軸承178具有旋轉中心，所以沒有凸輪46和48的側向載荷被傳遞給活塞38和40及活塞環130。連杆184的幾何形狀之間有精確的關係，以給出活塞環130和活塞38、40的所需直線運動。所述關係為四連杆裝置172中構件的長度和固定點180、182的位置。
舉例來說，在一發動機設計中，活塞38和40具有2.0英寸的行程。為了容許誤差及設計範圍之外的可能行程，給各行程的端點附加0.1英寸。各構件的長度設定適於2.2英寸的行程。用於發動機的連杆機構將具有下述尺寸連杆178行程 2.20英寸固定點180X＝1.7726，Y＝0.880固定點182X＝-1.7726，Y＝-0.880連杆長度184 1.990英寸連杆178行程 1.770英寸當發動機行程按比例增加或減少時，必須保持這些量的比值。各構件長度與行程的變化成線性比例。如果行程加倍，所有的值必須加倍。為了降低各構件上的應力，所有連杆處於雙剪力中(in doubleshear)。
圖8A-8F中的示意圖最好地示出了發動機的工作循環，其中圖8A表示處於上死點。圖8B表示動力衝程循環，圖8C示出將廢氣排出動力氣缸，圖8D-8E示出給主壓縮氣缸充氣並推動動力氣缸，圖8F表示壓縮衝程循環。
如圖8A所示，進氣和排氣活塞38和40位於它們行程的上死點，而且進氣活塞38和排氣活塞40位於壓縮衝程的端部和動力衝程，而且為了得到適當的壓縮比，彼此靠近設置。從前面的描述變得顯然，動力氣缸的工作部分或壓縮室29(進氣和排氣活塞之間的容積)中的空氣被充分壓縮，而且燃料被適時地通過燃料噴嘴30導入，以產生爆發，迫使活塞分離。在循環的該點處，進氣單向閥85打開，這是由於單向閥85上遊和下遊側上的空氣基本上處於相同的壓力下，或者上遊側的壓力比中間進口86和88及轉換管進口或跨接件84的稍大。為了保持活塞38和40下方連續容積(包括進口88、86及進氣跨接件84)所代表的室的密封性，使用一O形密封圈83。該密封圈還調節氣缸36和板170之間的溫差。另外，進氣活塞38和排氣活塞40背面側上的壓力類似，這是由於它們經進氣跨接件84和進氣通道86、88與進氣口80流體連通。排氣口90由排氣活塞40封閉。
參照優選實施例的圖21，動力氣缸36由一低彈性係數的O形密封圈83徑向地支承，並由端板上的部件限定在發動機中。這些部件與連杆56和58及端板170中的杆密封孔190保持同心。氣缸的軸向位置可以由墊片251調節，以解決機加工構件的誤差。進氣和排氣端板170相同，因此墊片251也用於填充進氣側上彈簧250在排氣端板170上所處位置處的區域。
動力氣缸36由彈簧250加載而抵靠進氣端板170，所述彈簧在另一端作用到排氣端板170上。彈簧250(這裡為波形彈簧)具有足夠的彈簧力來克服動力氣缸內壁98上的活塞環130或活塞裙部的無意磨擦。
接著參照圖8B，當兩個活塞朝向衝程死點，即下死點返回時，單向閥85被關閉，因此氣體不會向進氣口80流動，而且進氣活塞38和排氣活塞40後方的壓力增加。動力氣缸裝置36的壓縮室29中的活塞38和40之間的燃燒產物的壓力降低。排氣口90在循環的該點處保持關閉。
接著參照圖8C，活塞仍相互分離地移動並朝向下死點運動，而且排氣口90打開，進氣通道86被阻止與壓縮室29連通，而且進氣通道由單向閥85關閉，因此空氣不會朝向進氣口80流動。因此，在活塞的作用下進氣壓力繼續增加。廢氣離開壓縮室。在循環的該點處，動力氣缸裝置36的壓縮室29中的流體壓力迅速向其最低值減小。
如圖8D所示，在衝程的下死點處，排氣口90被全部打開，而且進氣通道86和88與壓縮室完全連通。通過容許停留在進氣跨接件84中的空氣在高於壓縮室29中壓力的一定壓力下填充動力氣缸，這給動力氣缸裝置36的壓縮室29掃氣或淨化動力氣缸裝置36的壓縮室29。將知道，在給動力氣缸裝置36充氣之前，跨接件84中捕捉的空氣通過與燃燒過程中的燃燒產物直接熱交換而被預熱，結果使發動機的效率增加，這是因為這容許活塞頂部在較高的溫度下運行，從而容許高的功率密度值，而且氣缸的熱錐狀構形被降低。但是，這種百分率必須被控制，太大則對整體發動機效率有害。
在圖8B和8C中可以看到，被封閉在進氣活塞38和排氣活塞40後方的空氣通過進氣活塞38與壓縮室29隔斷，而且進氣跨接件84僅與進氣和排氣活塞38和40後方的容積連通。當活塞仍處於其動力衝程中時，該空氣被完全封閉。因此，動力衝程進一步壓縮該空氣。從圖8B、8C和8D的示意圖可以看出，由於活塞鄰近其行程端部，所以所述進氣活塞和排氣活塞的運動使剩餘的主壓縮空氣產生非常高的壓力。
圖8E和8F描述了壓縮循環，其中活塞由動力凸輪46和48朝向上死點致動，上死點為動力衝程(圖8A)的轉變點。當進氣活塞38和排氣活塞40朝向彼此移動並經過進氣口86和88及排氣口90時，動力氣缸的壓縮室29中的空氣被壓縮，使壓力增加，直到它在圖8A的行程端點(上死點)處達到最大值。當活塞經過進氣口86和88時，進氣活塞38和排氣活塞40的後端保持對進氣口壓力開放的狀態，而且由於單向閥85的背壓等於大氣壓力並比活塞38和40下方的壓力大，所以這些單向閥保持打開狀態，而且進氣活塞38和排氣活塞40吸入周圍空氣。
本領域的普通技術人員應該知道，通過改變動力凸輪46和48的形狀，可以改變發動機的特性。例如，通過調節動力凸輪46和48中平面的長度，可以改變加速度、速度、排放、功率等。
從前面的描述應該知道，發動機10不需要裝設閥門，如用於打開和關閉進氣和排氣口的提升閥，這是因為該發動機中的這些口通過進氣和排氣活塞打開和關閉。
參照圖7，主壓縮氣缸裝置在標號95處示出，其局部地圍繞氣缸36並包括一主壓縮氣缸歧管92，該歧管通過繫緊螺栓93和螺母91安裝到進氣歧管89上。繫緊螺栓93延伸通過進氣跨接件84。動力氣缸裝置36在圖7a中示出並將在下面被較詳細描述。在所公開的實施例中，進氣單向閥85(圖8A，8B，8C，8D，8E)為簧片閥，其安裝在進氣歧管89的進氣口80處。繫緊螺栓93和螺母91將動力氣缸裝置36和主壓縮裝置95連接在一起成為一個組件。各組件然後安裝在板170(圖9)之間。板170然後被用螺栓固定到外殼體12上。
參照圖7C描述將動力氣缸裝置36安裝在歧管89和92內的優選方法。歧管89和92的開口94具有用於容納O形圈的槽106和108。位於歧管89和92及動力氣缸裝置36之間的是低徑向載荷的環形彈簧112和114。如圖所示，彈簧112優選為一種直簧，彈簧114優選為一種V形彈簧。圖7D中較詳細地示出了該V形彈簧。彈簧114優選地通過將一環形內套筒115在其一端119銅焊到一環形外套筒117上而製成。彈簧112和114優選地由低導熱性的材料製成。在圖7C中，彈簧112和114由銷116固定到氣缸裝置36上，更具體地說是，固定到第二管102上。銷116優選地被壓配到動力氣缸裝置36的開口中，具體地說，被壓配到第二管102中。至於彈簧102，在歧管中還設有一開口來接受銷116。彈簧112和114及O形圈的使用提供了適當的密封，但也考慮連接構件之間彈性係數的平衡。另一O形圈110安裝在板170和動力氣缸裝置36之間以完成密封。在該圖中示出一墊片。
參照圖7B，進氣歧管20或空氣收集器通過進氣管24連接到進氣歧管89。
參照圖7A和圖10描述動力氣缸裝置36。動力氣缸裝置36由三種不同的材料構成，以阻止並便於熱量傳遞，特別是使氣缸沿其整個長度的溫度保持相當的恆定和均勻。關鍵的是動力氣缸溫度儘可能地保持均勻，以防止動力氣缸裝置36變形。如果和普通的內燃機一樣，氣缸溫度未能保持均勻，那麼氣缸36的直徑會變化，導致磨損、活塞環漏氣、效率損失等；而在本發明中，用空氣軸承解決上述問題，所述軸承將在下面被較詳細地描述。普通的內燃機氣缸在較熱的區域膨脹，產生錐狀變形。通過使氣缸溫度沿其長度保持在較窄的範圍內，不會出現明顯的錐狀構形。
正如可以理解的，氣缸36的溫度將比普通內燃機中的高。出於多種原因，這不會對該發動機造成問題。氣缸36不包含作為潤滑劑的油，其使用空氣，熱質量和熱導熱率低，而且由活塞側向載荷和油剪切力產生的摩擦熱對於該發動機不是問題。因此，較高的溫度是可以接受的。關鍵是以基本均勻的方式沿氣缸36的長度分配燃燒所產生的熱量。
通過在氣缸36中使用三種不同的材料來實現熱量分配。第一種材料是鋼，優選為A286。在所公開的實施例中，使用鋼管100。如圖7A所示，進氣口86形成在管100中。該材料具有高的α(熱膨脹係數)和低的導熱率。安裝在管100周圍的是由銅製成的第二管102。應該知道，管102不必為管狀，而是可以為條狀材料等。管102為兩部分並鄰近燃燒室安裝，在燃燒室處在所述兩部分間形成一間隙。銅具有高的α和高的導熱率。第三種材料是一種不鏽鋼套筒104，其安裝在燃燒室周圍並局部覆蓋管102。該套筒104具有低的α和非常低的導熱率。
對於這種結構，燃燒室中產生的熱主要由套筒104阻擋。吸收到套筒104中的大部分熱量被向下導向銅管102。銅管102是高導熱性的，其迅速地使從低導熱率的套筒104傳遞的任何熱量和氣缸離燃燒區域最遠的冷端100之間的溫度正常化。因此，這種結構使熱應力引起的錐狀構形最小。不鏽鋼套筒104因為其非常高的α而降低(如果不能消除)燃燒室處的錐狀構形，而且由於其低的導熱率而阻擋熱量。這樣，沿氣缸36的不同熱區域之間的錐狀構形被降低或消除，而且在燃燒室處，在動力衝程的開始階段，熱量被保持在燃燒室中，在動力衝程中，它可以提供有用功。還應該注意到，相對的α是關鍵的，以便套筒到套筒的機械接觸被保持在不同的溫度和熱梯度下。在該優選實施例中，機械接觸是熱量集中的主要原因，銅焊僅有微小的作用。顯然，對於本領域的普通技術人員而言，使用其它機械限定的接觸面或銅焊/焊接也可以得到同樣的效果。
參照圖11和13，將描述活塞裝置120。在優選實施例中，活塞裝置120包括一活塞頂部122、一環形組合頂部124、環形組合底部126、一活塞底部128和一活塞環130。組成活塞裝置120的各種構件由螺栓(未示出)固定在一起，所述螺栓經突起134插入突起132中，其中突起132從活塞頂部122延伸，突起134從活塞底部128延伸。突起132延伸通過環形組合頂部124和底部126的開口136。突起132和134及螺栓再次容許彈性係數被控制。
活塞頂部122被專門構造成降低相對於氣缸壁98的輻射熱效應。如圖12所示，排氣活塞的表面42和進氣活塞36的表面44在它們的外周具有重疊表面142和144。
這些重疊表面142和144保護氣缸免受燃燒期間產生的輻射熱，並將輻射熱封閉在所述燃燒室中。可以理解，所述重疊表面可以具有不同的形狀。例如，突起部分142可以位於進氣活塞38上，而部分144可以位於活塞40上。
為了進一步控制發動機10中的燃燒，在活塞頂部中設置一燃料噴射腔164。該腔164的長度比寬度大，以沿完全燃燒的路徑引導燃料並確保燃燒之前沒有液體燃料接觸固體表面。
仍參照圖11和12，本發明的活塞環130優選為一種具有流體靜力提升袋244的開口活塞環。壓縮空氣經小直徑彎曲管148流到形成在各開口活塞環中的周向隔開的袋244中。彎曲管148大體為U形，以容許一定的彈性彎曲率。彈性管148被塞入一中央空氣歧管150中，所述歧管容納由管從活塞底部128輸送的壓縮空氣。壓縮空氣從連杆56和58流入歧管150中的開口中。參見圖13，一保持壁154接受彎曲管148的自由端，它們又經過密封件158，然後塞入環130中。參見圖11、12和13。保持壁154具有多個用於接受管148和密封件158的槽156。槽156容許管148的橫向移動。密封件158具有一面板160和較長的本體162。本體162接受管148並裝配在槽156中，面板160接合壁154。長的本體162用作槽156內和相對管148的有效密封件。面板密封槽156中的開口。這種密封方法的組合阻止燃燒空氣從活塞38和40中的腔漏出。
由管148供給的空氣流入環130中的提升袋244，以將活塞38和40抬離氣缸壁。袋244優選地沿活塞環的圓周等間隔設置，從而進入的空氣相對氣缸壓縮活塞環並附加地定位活塞。各管148被大致彎曲成U形，而且一端固定到活塞，另一端固定到活塞環，所以管中的壓力和管壁中的應力將產生一力，該力與流體靜力提升力一起將使活塞和活塞環相對動力氣缸壁隔開並浮起。管148由適當的柔性和彈性材料(金屬或合成材料)製成，所述材料具有良好的順從特性，從而具有足夠的彈性係數來給活塞環適當地加載，就如上面剛描述的。
從前面的描述變得顯然，用於靜壓軸承的空氣潤滑並冷卻活塞環，並另外提供少量的燃燒空氣。另外，靜壓軸承使活塞和活塞環浮起，這有助於使側向載荷和摩擦最小化。還利用四連杆系統來消除側向載荷。靜壓軸承的對中作用還有助於使環和氣缸之間的漏氣最少。
氣浮活塞環(air bearing piston ring簡記為ABPR)130為一種低質量氣流裝置，但是，更重要的是，僅需要100～200磅/平方英寸(psig)來運轉。這些較低的致動壓力帶來若干優點。一是非常低的附加動力損失(例如，與50hp的氣缸相對應，用來供給該空氣的動力為0.6～3.2hp)。其次，將大氣壓縮到100或200psig導致較少的熱量被添加到空氣中。因此，其溫度基本不增加。所以，提高了壓縮空氣作為活塞環130的冷卻劑的價值。這又容許在達到環130的材料使用極限之前出現較高的動力。
通過圍繞支承袋(support pocket)244的凹槽242來實現較低的致動壓力。這些凹槽242與活塞38和40的低壓側(例如與燃燒側相對的側)連通。凹槽242由周向槽246和旁通248構成。槽248通常處於較低的壓力下，因此發揮氣浮效應。為了使所提供的致動壓力的提升量最大，袋244的可流動區域相對圓周最大化。
在動態燃燒期間，其中在該過程中在氣浮活塞環130上方引起非常高的壓力，包含一組非常複雜的活動，它們由這種新設計和優化的ABPR更有效地控制。例如，在50hp氣缸中工作的該ABPR將用100psig～200psig的供給壓力提供.00090″的環—氣缸間隙，其中環130上方為0psig，以及在上死點處燃燒處的低的.00010″或甚至.00000″的間隙，如果設計需要的話。但是，在.00000″的間隙處，必須特別小心地為最小磨損作計劃，所述磨損將最終出現在非常靠近上死點的該區域中。其原因在於燃燒時，流體靜力提升力必須相當大，以將活塞環抬離氣缸。
燃燒期間的該提升力必須大，因為相對處為空氣供給管204的載荷和環130背側的淨燃燒壓力。環130前側的燃燒壓力不是關鍵的，由於其撞擊的有效面積比背側的燃燒壓力區域小。該前側區域由圖22中的表面A表示。該淨壓力徑向外推動ABPR並減小環—氣缸間隙。另外，任何高壓燃燒洩漏(漏氣)由凹槽242迅速地短路，並防止倒流入內含物中。這種短路情況保持ABPR處供給空氣的冷卻效果，防止燃燒產物汙染墊/內含物，並確保ABPR提升系統相對力平衡中變化的高頻響應。
這種磨損由於下述原因而是最小的沒有活塞側向載荷，在非常低的活塞速度下出現0″間隙(seat-out)，及磨損量為摩擦力和速度微分的函數。
氣浮活塞環130由空氣而不是油潤滑。活塞環130的目的是使燃燒壓力的洩漏最小化，而且這需要環130和氣缸壁98之間的非常小的徑向間隙。活塞環130和壁98之間的間隙小，而且剛好大到足以浮起負載，即活塞38和40的程度。活塞環130的特有特徵是自平衡性。例如，如果太多空氣從所述提升袋或支承袋244周圍漏出，那麼所述間隙減小以降低氣體流動率，從而與空氣供給率相等。相反地，如果從提升袋244的邊緣漏出的空氣太少，則空氣壓力增加並提升負載，以得到適當的空氣流動。已經發現，這種與氣浮活塞環130的功能性間隙小而且位於適當的範圍內，以提供可接受的燃燒壓力上限。該間隙類似於用油隔開活塞環和氣缸壁時的典型的徑向間隙，而且更重要的是，所述間隙圍繞活塞居中設置。在普通的有油活塞中，活塞側向載荷產生偏心度，這種偏心度增加了漏氣。因此，這種小的、充滿空氣的間隙功能上等效於油潤滑活塞和活塞環組件的偏心分布的、充滿油的間隙。
存在功能性變量的一種優化組合，用以提供最好的密封和實際上無磨損的最小摩擦接觸。控制活塞環130功能的主要變量為1.副空氣供給壓力對活塞環袋下沉壓力的壓力微分＝ΔPs2.空氣流動率#/second＝Qs3.空氣袋面積和袋數量AN4.氣袋周圍的周長(PL)5.活塞環的彈性係數(KR)6.由偏置彎曲尺寸設定的空氣供給管的彈性係數和預載荷(kt)7.活塞槽槽底和活塞環密封表面之間的摩擦係數(fc)8.空氣供給管內的空氣流動面積(At)9.活塞環袋周圍的低壓凹槽尺寸和深度(As)10.活塞環與氣缸的環形徑向間隙(Rc)11.燃燒壓力最大值和範圍PcQs=Ph2hb12l]]>12.Qs＝懸浮氣流間隙＝f(ΔPs，Qs，AN，KR，kt，fg，At，As，Pc，μ，ACI，ACD)13.暴露在燃燒壓力下的環內徑面積ACI14.暴露在燃燒壓力下的環外徑面積ACD上面列出的所有變量是可調的，以滿足不同的需要。對於各種需要，有一種最優的組合來使磨損或洩漏最小。例如，如果需要研磨燃料(abrasive fuel)，那麼可以調節這些變量，以使活塞環在整個行程中浮在空氣膜上，同時稍微增加漏氣量。為了效率最大和漏氣最少，當暴露給上死點處初始燃燒所產生的高壓時，環密封表面將接觸氣缸。為了使接觸區域的磨損最小，氣缸可以在上死點處的非常短的行程範圍內設置適當的塗層，在剩餘行程處使活塞環浮起，從而磨損小。環與氣缸接觸壓力的強度和，或具有接觸的行程長度是可調的。例如，僅增加副空氣壓力ΔPs將減小高活塞環接觸壓力的衝程長度並稍降低接觸壓力。
參照圖14-16描述活塞杆密封組件188。活塞杆密封組件188相對於板170中的開口190密封活塞杆或連杆56和58。連杆56和58在安裝於開口190中的密封組件188內往復運動。
密封組件188被如此構造，以相對開口190密封杆56和58，並容許杆56和58及密封組件188相對板170的些許側向運動。密封組件188具有一外殼體192和兩個內殼體194及196。所述殼體用卡環198固定到一起。應該知道，可以使用單個殼體，但為了易於製造，使用三個獨立的殼體。為了使用高等級的密封件，在單件安裝中將使密封件扭曲到其彈性極限之外並降低它們的密封有效性和耐用性。(還應該注意，對於一定的生產環境和某種應用，可以使用可被過模製在密封件周圍的工程材料)。所述殼體包含密封件199，所述密封件199密封在連杆上。一O形圈202安裝在殼體194和196之間並共用殼體192和196中的槽。第二O形圈202安裝在板170和殼體192之間。第二O形圈202共用部分形成在這些構件中的槽。具有共用槽來支承O形圈容許更好的密封和相對密封構件的一些運動，並提供高的保持力來抵抗杆56和58的振動，因為O形圈實際上處於純剪力中。
參照圖17描述用於將壓縮空氣供給環130的空氣供給管204。空氣供給管204連接到支承組件60。組件60具有內通道，其用於將空氣引導到連杆56和58，所述連杆具有用於將空氣引入歧管150的通道206。管路204具有一連接件208，用於將支承組件管路210連接到外殼體管212上。外殼體管212被連接到殼體12和壓縮空氣供給源上。一標準連接器211用於將管212連接到殼體12。連接件208具有一長的本體，該本體具有一O形圈腔216。長的本體有利於密封，因為長管位於長孔中使洩漏最小化。使用O形圈進一步減少了洩漏。結果，連接器208密封防止洩漏的同時，容許管210由於在支承組件60中的運動而相對於管212運動或往復移動。
參照圖18，在220出示出了凸輪46和48及輸出或旋轉軸14之間的連接。在所公開的實施例中，220處的連接是通過凸輪和軸上的齒輪齒222完成的。另外，圖18中示出了甩油環230。甩油環230優選為凸輪46和48的一部分。甩油環230沿旋轉軸14延伸。在最優選的設計中，甩油環230為一具有若干孔的中空管，所述孔容許油被甩出，以潤滑支承組件60。所述孔朝向支承組件60。油通過供給管232供給甩油環230。管233被連接到儲油器和泵上，以將油引導到甩油環230。
參照圖21描述本發明的軸密封管234。軸密封管234與旋轉軸14同心並容納旋轉軸。軸密封管234被連接在端板170之間。密封管234為圓柱狀，其兩端具有凸緣236。管234由O形圈236密封到各端板170上。管234消除了對固定端板與轉動的旋轉軸14之間的密封的需要。密封管234也提供了對端板170的支承並增加了剛性。端板170在外徑處由中央殼體238和支承殼體240支承。中央殼體238和支承殼體240限定了外殼體裝置12。端板170在內徑處由軸密封管234支承。來自活塞38和40的負載被傳遞給端板170。由於端板170在內、外徑處被支承，所以連杆安裝點180和182的偏移被最小化。連杆安裝點180和182的偏移最小化對於保持連接到活塞38和40上的支承組件60的直線運動是重要的。
儘管參照具體實施例對本發明進行了描述，但是本領域的普通技術人員可以理解，在不偏離本發明的範圍和主旨的情況下，可以進行各種形式和細節上的變化。
權利要求
1.一種用於內燃機的燃燒氣缸，包括一個由一具有預定長度的第一中空管限定的第一構件，所述第一中空管適於容納至少一個在所述第一中空管內往復運動的活塞，所述第一中空管限定一燃燒室，燃料和空氣的混合物可以引入該燃燒室內被壓縮與點燃，所述第一中空管具有高的熱膨脹係數和低的導熱率；一個鄰近所述第一構件的第二構件，所述第二構件具有高的熱膨脹係數和高的導熱率；一個第三構件，其被設置在所述第一中空管周圍，鄰近所述第一中空管的所述燃燒室，所述第三構件具有低的熱膨脹係數和低的導熱率；所述第一、第二和第三構件相互作用以減少所述第一構件沿所述預定長度的錐狀構形，即首先通過由所述第三構件容納所述燃燒室內的熱量並減少所述燃燒室的膨脹，然後通過由所述第二構件引導燃燒室中產生的熱量而沿所述第一構件分配所述熱量，以保持沿所述第一構件長度的溫度基本均勻。
2.如權利要求1所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第二構件延伸到一鄰近所述燃燒室的位置。
3.如權利要求1所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第二構件由一根圍繞所述第一中空構件同心地設置的第二中空管限定。
4.如權利要求1所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第二構件由銅製成。
5.如權利要求1所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第三構件由不鏽鋼製成。
6.如權利要求1所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第一構件具有適於容納兩個對置活塞的預定長度，所述第一構件具有兩個端部和一個中央部，所述燃燒室大體上位於所述第一構件的中央部，所述第二構件在所述燃燒室處開口並沿所述第一構件延伸到所述第一構件的兩端部。
7.如權利要求6所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第二構件包括至少兩個單獨的部件，且每個部件從鄰近的所述燃燒室延伸到所述第一構件的各端部。
8.如權利要求6所述的燃燒氣缸，其特徵在於所述第三構件在所述燃燒室處圍繞所述第一構件。
9.一種內燃機，包括至少一對燃燒氣缸，所述燃燒氣缸具有對置的端部、至少一個進氣口、至少一個排氣口、第一和第二中間口和一連接所述進氣口和中間口的跨接件；在每一個所述各燃燒氣缸中設置的一對對置的活塞，，所述的一對對置活塞由一排氣活塞和一進氣活塞限定，所述排氣活塞和進氣活塞各自具有面對燃燒的表面、一本體和一後側，所述活塞適於在上死點和下死點之間往復移動，所述對置活塞在所述燃燒表面之間限定一燃燒室；當所述進氣活塞處於下死點處時，所述進氣口鄰近所述進氣活塞，所述排氣口設置在所述排氣活塞的上死點和所述排氣活塞的下死點之間的一位置處，所述第一中間口位於所述進氣口和所述燃燒室之間，所述第二中間口在所述排氣口的所述下死點處鄰近所述排氣口。
10.如權利要求9所述的內燃機，其特徵在於還包括一個閥，用以控制所述進氣口中的進氣。
11.如權利要求9所述的內燃機，其特徵在於所述進氣活塞和排氣活塞朝向下死點的往復運動向所述跨接件充以壓縮空氣。
12.如權利要求11所述的內燃機，其特徵在於所述進氣活塞和排氣活塞向下死點的往復運動打開所述第一或第二中間口和所述排氣口中的至少一個，以容許所述壓縮空氣淨化所述燃燒室並給所述燃燒室充以空氣。
13.如權利要求12所述的內燃機，其特徵在於所述進氣口關閉。
14.如權利要求9所述的內燃機，其特徵在於所述進氣活塞和排氣活塞從下死點向上死點的往復運動在鄰近所述各進氣活塞和排氣活塞的所述後側的所述燃燒氣缸內產生一空間，並將空氣吸入所述跨接件中並使其通過所述中間口進入所述空間。
15.如權利要求14所述的內燃機，其特徵在於當所述進氣活塞和排氣活塞從下死點向上死點往復運動時，所述進氣口打開。
16.如權利要求14所述的內燃機，其特徵在於所述進氣活塞和排氣活塞從上死點向下死點的往復運動使所述空間減小並壓縮所述跨接件中的空氣。
17.如權利要求16所述的內燃機，其特徵在於當所述進氣活塞和排氣活塞從上死點向下死點往復運動時，所述進氣口被關閉。
18.如權利要求9所述的內燃機，還包括一燃料噴射器，用以將燃料噴射到所述燃燒室中。
19.如權利要求9所述的內燃機，還包括一可運轉地連接到所述第一中間口的進氣歧管，和一可運轉地連接到所述第二中間口的主壓縮歧管，所述跨接件將所述進氣歧管和所述主壓縮歧管可運轉地連接起來。
20.如權利要求19所述的內燃機，其特徵在於所述進氣歧管和所述主壓縮歧管各由一殼體限定，所述各殼體均具有一環形開口，該開口的尺寸設置為適於容納一個所述燃燒氣缸的所述端部，所述跨接件在所述進氣歧管和所述主壓縮歧管之間延伸，大體平行於所述燃燒氣缸中所述的一個，所述進氣歧管具有至少一個用於進氣的開口。
21.如權利要求19所述的內燃機，其特徵在於所述進氣歧管、主壓縮歧管和跨接件由一對連杆連接在一起，每根所述連杆延伸通過所述跨接件和所述歧管中的一個。
22.如權利要求20所述的內燃機，其特徵在於所述閥安裝在至少一個所述開口中。
23.如權利要求20所述的內燃機，其特徵在於還包括一安裝在所述環形開口和所述燃燒氣缸的所述端部之間的密封件。
24.如權利要求22所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一V形彈簧，該彈簧具有一帶相對端的第一環和一帶相對端的第二環，所述第二環在所述端部之間成一角度，所述第一環的一端連接到所述第二環的一端上。
25.如權利要求22所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一低徑向載荷的周向彈簧，該彈簧具有一環形直簧和一V形環形彈簧，所述環形直簧和所述V形彈簧各自具有相對的邊緣，所述各環形直簧和所述V形彈簧的一個所述邊緣被連接到所述歧管或所述燃燒氣缸上。
26.如權利要求25所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一V形彈簧，其具有一帶相對端的第一環和一帶相對端的第二環，所述第二環在所述端部之間成一角度，所述第一環的一端連接到所述第二環的一端上。
27.如權利要求25所述的內燃機，其特徵在於還包括安裝在所述環形直彈簧和所述V形環形彈簧及所述燃燒氣缸之間的O形圈。
28.一種內燃機，該內燃機具有至少兩個燃燒氣缸，在所述兩個燃燒氣缸中的每個中均設有兩個對置的活塞，所述各活塞均具有一活塞杆，該杆從所述活塞延伸並連接到一支承組件上，所述支承組件包括一殼體，所述殼體具有一頂面和從所述頂面延伸的對置支腿，所述支腿具有相向的內表面和外表面；一對從所述相向內表面向外延伸的軸，和一對從所述外表面向外延伸的銷，所述軸和銷同軸；一連接到所述銷的四連杆裝置；連接到所述軸上的導輪，所述導輪具有一第一輪和一第二輪，所述第一輪的直徑比所述第二輪直徑的大；具有對置間隔開的軌道的對置凸輪；所述第一輪與一條所述軌道嚙合，所述第二輪與的另一條所述軌道嚙合。
29.如權利要求28所述的內燃機，其特徵在於所述第一輪和所述第二輪彼此偏移，以嚙合所述對置軌道。
30.如權利要求29所述的內燃機，其特徵在於還包括一套筒，該套筒中具有若干槽，所述套筒鄰近所述第一輪安裝在所述軸上，所述第二輪安裝在所述套筒上，從而所述第二輪相對於所述第一輪偏移。
31.一種內燃機，其具有至少兩個燃燒氣缸，所述各氣缸均具有相對的端部，且所述各燃燒氣缸中均設有兩個對置活塞，所述各活塞均具有一從所述活塞延伸並連接到一支承組件上的活塞杆，對置凸輪可運轉地連接到所述支承組件上，一四連杆機構連接到一對安裝板上，所述支承組件連接到所述四連杆機構上，安裝板鄰近所述至少兩個燃燒氣缸的所述對置端部安裝，所述安裝板具有用於容納所述活塞杆的開口，從而所述活塞杆在所述開口內往復運動，所述開口包括一密封件，所述活塞包括具有外周的相向燃燒表面，所述燃燒表面的所述外周各具有一成型表面，所述成型表面配合以在所述活塞燃燒表面之間形成一燃燒室，所述燃燒表面大體封閉，以減少燃燒期間所述燃燒室的熱量損失。
32.如權利要求31所述的內燃機，其特徵在於所述成型表面由位於所述各燃燒表面上的一凹槽和一突起環限定，一個所述燃燒表面上的所述突起環容納在另一燃燒表面的所述凹槽內。
33.如權利要求32所述的內燃機，其特徵在於使所述活塞靠得很近，以形成所述燃燒室，而且所述突起環和所述凹槽緊靠但不接觸。
34.如權利要求32所述的內燃機，其特徵在於所述活塞包括一具有所述燃燒表面的活塞頂部，一環形組件，一活塞底部和一活塞環，所述活塞頂部連接到所述活塞底部，以將所述環形組件夾在所述活塞頂部和所述活塞底部之間。
35.如權利要求34所述的內燃機，其特徵在於所述活塞頂部包括突起，且所述活塞底部包括開口，所述突起延伸通過所述開口，而且在所述突起中安裝螺栓，以將所述活塞頂部和所述活塞底部連接在一起。
36.如權利要求34所述的內燃機，其特徵在於所述環形組件包括一具有流體靜力提升袋的開口活塞環。
37.一種內燃機，其具有一封裝至少一個氣缸的殼體，在所述至少一個氣缸內安裝有往復運動的對置活塞，在一動力輸出軸上安裝有對置的動力凸輪，所述各動力凸輪可運轉地分別連接到所述對置活塞中的一相應活塞上，所述殼體包括一具有相對端的中央部、兩個端板和兩個端部，所述各端板連接到所述中央部的所述相對端的相應端上，所述各端部連接到所述端板中的相應一個上，所述至少一個氣缸具有在所述至少一個氣缸內往復運動的對置活塞，所述氣缸安裝在所述中央部內，所述各對置動力凸輪安裝在一相應的所述端部中；和一安裝在所述中央部內的所述端板之間的軸密封管，所述動力輸出軸延伸通過所述軸密封管並進入所述端部，以運轉地連接到所述對置動力凸輪上。
38.如權利要求37所述的內燃機，其特徵在於所述軸密封管具有相對端，各端上均具有一凸緣，所述凸緣連接到所述端板上，所述各端板均具有一開口，所述凸緣被密封在該開口周圍。
39.如權利要求38所述的內燃機，還包括一安裝在所述端板和所述凸緣之間的O形圈。
40.一種內燃機，具有一封裝至少一個氣缸的殼體，在所述至少一個氣缸內安裝有往復運動的對置活塞，在一動力輸出軸上安裝有對置的動力凸輪，所述各動力凸輪可運轉地連接到一相應活塞上，有端板安裝到所述殼體上並將所述殼體劃分為中央部和端部，所述至少一個具有在其內往復運動的對置活塞的氣缸安裝在所述中央部內，所述對置動力凸輪中的每一個均安裝在所述端部中的一相應端部內，所述對置活塞具有可運轉地將所述活塞連接到所述凸輪上的連杆，所述端板具有用於容納所述連杆往復運動的開口；一安裝在所述端板的所述開口內的密封組件，用於將所述端部與所述中央部密封，同時容許所述連杆在所述開口內往復運動，所述密封組件具有一容納密封件的殼體，所述密封件封貼著所述連杆，一O形圈安裝在所述端板和所述殼體之間，所述O形圈共用一條部分地形成在所述殼體和所述端板中的槽；所述共用槽提供更好的密封並容許所述連杆和所述端板之間的一些運動，並提供了高強度的保持力來抵抗連杆的振動。
41.如權利要求40所述的內燃機，其特徵在於所述殼體由多個外殼、一第二O形圈和一第二共用槽限定，所述第二O形圈安裝在所述外殼之間並共用所述外殼中的一個槽。
42.一種內燃機，具有一封裝至少一個氣缸的殼體，在所述至少一個氣缸內中設有往復運動的對置活塞，所述活塞具有一高壓側和一低壓側，在一動力輸出軸安裝上有對置的動力凸輪，所述各動力凸輪可運轉地連接到所述對置活塞中的一相應活塞上，有端板安裝到所述殼體上並將所述殼體劃分為中央部和端部，所述至少一個具有在其內往復運動的對置活塞的氣缸安裝在所述中央部內，所述對置動力凸輪中的每一個都安裝在一個相應的所述端部內，所述對置活塞具有可運轉地將所述活塞連接到所述凸輪上的連杆，所述端板具有用於容納所述連杆往復運動的開口；所述端部相對於所述中央部密封，從而潤滑劑可以容納在所述端部中而不會進入所述中央部，所述內燃機包括空氣軸承，所述空氣軸承包括由凹槽圍繞的支承袋，所述凹槽與所述活塞的低壓側連通，所述凹槽由周向槽和旁通槽限定，向所述支承袋供應壓縮空氣，所述旁通槽中的所述空氣壓力低於所述支承袋中的所述空氣壓力。
43.如權利要求42所述的內燃機，其特徵在於還包括連接到所述活塞以將壓縮空氣供給所述空氣軸承的供給管。
44.如權利要求43所述的內燃機，其特徵在於所述供給管包括一連接到所述活塞的第一管和一連接到所述殼體的第二管，所述供給管包括一用於將第一管連接到第二管上的連接件，使得所述第一管和第二管可以彼此相對往復運動並彼此密封，所述連接件具有一長的本體部分和一中央孔及一O形圈腔，所述本體部分具有相對端，所述中央孔通過所述相對端，一O形圈安裝在所述O形圈腔中，所述長的本體部分在一端連接到所述第一和第二管中的一個上，所述第一和第二管中的另一個被往復地插入所述長的本體部分的所述相對端中，以在所述孔內往復運動並抵靠所述O形圈。
45.一種內燃機，其具有至少一個動力氣缸，所述動力氣缸具有相對端和在所述至少一個動力氣缸內往復運動的對置活塞，安裝在一動力輸出軸上的對置動力凸輪，所述各動力凸輪可運轉地連接到的一相應活塞上，所述動力氣缸包括一進氣歧管和一主壓縮歧管，所述管各由一殼體限定，所述各殼體均具有一尺寸設置為可容納所述動力氣缸的所述端部的環形開口，和一對跨接件，該跨接件在所述進氣歧管和所述主壓縮歧管之間延伸得大體平行於所述動力氣缸，所述進氣歧管具有至少一個用於進氣的開口。
46.如權利要求45所述的內燃機，其特徵在於所述進氣歧管、主壓縮歧管和跨接件由一對連杆連接在一起，所述各連杆延伸通過所述跨接件和所述歧管中的一個。
47.如權利要求46所述的內燃機，其特徵在於還包括一安裝在至少一個所述開口中的閥。
48.如權利要求46所述的內燃機，其特徵在於還包括一安裝在所述環形開口和所述動力氣缸的所述端部之間的密封件。
49.如權利要求48所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一V形彈簧，該彈簧具有一帶相對端的第一環和一帶相對端的第二環，所述第二環在所述端部之間成一角度，第一環的一端連接到所述第二環的一端上。
50.如權利要求48所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一低徑向載荷的周向彈簧，該彈簧具有一環形直簧和一V形環形彈簧，所述環形直簧和所述V形彈簧均具有相對的邊緣，所述環形直簧和所述V形彈簧中每一個的一個所述邊緣連接到所述歧管或所述動力氣缸上。
51.如權利要求48所述的內燃機，其特徵在於所述密封件包括一V形彈簧，該V形彈簧具有一帶相對端的第一環和一帶相對端的第二環，所述第二環在所述端部之間成一角度，所述第一環的一端連接到所述第二環的一端上。
52.如權利要求51所述的內燃機，其特徵在於還包括安裝在所述環形直彈簧和所述V形環形彈簧及所述燃燒氣缸之間的O形圈。
全文摘要
本發明公開了一種內燃機，其具有一個圓柱狀的外殼體(12)，該殼體具有限定在發動機中沿周向隔開地設置的動力氣缸的內柱狀氣缸。各氣缸具有對置的進氣和排氣活塞(38，40)。所述進氣和排氣活塞(38，40)使用空氣軸承代替傳統潤滑油作為潤滑劑。所述進氣和排氣活塞(38，40)給一安裝在發動機對置端部的旋轉凸輪(46，48)提供動力，凸輪隨動系統使所述活塞(38，40)定位。所述旋轉凸輪可運轉地連接到驅動軸或動力輸出軸(14)上。一四連杆機構(172)被連接到活塞杆(56，58)上，以使活塞側向載荷最小。一跨接件(84)連接動力氣缸的端部，以壓縮吸入到發動機中的空氣並容許被加熱的空氣在燃燒循環中被間接地加熱，從而以提高的效率給發動機充氣並在燃燒後淨化壓縮氣缸。
文檔編號F02B75/26GK1620546SQ02828207
公開日2005年5月25日 申請日期2002年10月2日 優先權日2001年12月18日
發明者吉恩·貝弗利, 喬治·克爾希, 丹尼爾·C·米克爾森, 魯道夫·諾沃提尼, 若爾·奧斯梅, 薩姆·歐文, 吉姆·蘭尼, 羅伯特·塞勒斯, 裡克·L·賽茲莫爾, 尼爾·康德 申請人:機械革新有限公司