具有內燃的兩衝程內燃機布置的製作方法
2023-05-31 20:52:11 2
專利名稱：具有內燃的兩衝程內燃機布置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一兩衝程內燃機內的一布置(arrangement)，該內燃機包括多個發動機汽缸，這些汽缸繞一公共中央驅動軸布置成一環形系列並且其汽缸軸線平行於驅動軸，每一汽缸包括可彼此相向和相離地移動的一對活塞，每一對活塞具有一公共中間工作腔，同時每一活塞裝備有軸向可移動的活塞杆，活塞杆的自由外端經一支承滾筒構成一支承件，以支承一曲線形的、或者說「正弦」曲線形的凸輪導向裝置，所述凸輪導向裝置布置在汽缸的各相對端並且對活塞相對於相應汽缸的運動進行導向。前述發動機系統的幾何學(geometric)考慮當發動機的驅動軸在一圓形路徑內運動時，可圖形上觀察到前述發動機系統的發動機活塞的往復(oscillation)運動相對於時間為基於下列公式的一正弦曲線公式1Y＝sine X。
通過採用一正弦曲線形的凸輪導向裝置，事實上可以控制汽缸內各個活塞向後和向前的運動(前後運動)，從而活塞的往復運動可以與驅動軸的旋轉運動同步地一致。在驅動軸的一完整的轉動過程中，活塞以一強制地控制的方式在一個或多個工作衝程內前後運動，該前後運動與驅動軸的旋轉運動精確地同步。換言之，凸輪導向裝置和驅動軸的旋轉運動將會直接地關聯到活塞的往復運動，反之亦然。
活塞的前後運動將相應地構成驅動軸的多次轉動，其中每次驅動軸轉動360°。換言之每一活塞將在相應的汽缸內前後運動一總的次數，即從1次到例如4次，其中每一次驅動軸作360°的轉動。
由於控制活塞在相應的汽缸內的往復運動的凸輪導向裝置與發動機的驅動軸同步地轉動，因此可通過給凸輪導向裝置設計一正弦形的曲線輪廓而控制活塞的往復運動，從而使活塞的往復運動符合驅動軸的旋轉運動。「正弦」概念當此處採用術語「正弦」來表達時(例如「正弦」概念、「正弦」曲線、「正弦」平面等)，其表達的是不構成根據上述公式1的一數學正弦輪廓的一曲線輪廓，而表達的是一變化的曲線輪廓，其僅大體上類似於一數學正弦輪廓的軌跡。術語「正弦」輪廓在此處將大體上是指一正弦狀的輪廓。
根據本發明，在關於結構方面其目的是給凸輪導向裝置設計一特別的曲線輪廓，其以不同的方式偏離於一數學正弦輪廓。
根據本發明，通常地這還意味著給凸輪導向裝置設計一種特殊形式的「正弦」輪廓，其偏離於一傳統已知的「正弦」輪廓，活塞運動可以用一相應方式適應於相對於驅動軸旋轉運動和相對於前面建議的方案的附加的發動機功能。
根據本發明，其基本目的是設計凸輪導向裝置，使得可以基於一簡單和可靠的操作次序(sequence)而可給發動機的活塞獲得最佳的操作條件。
當在此處說到「正弦」平面時，其是指凸輪導向裝置的具有「正弦」曲線輪廓的局部部分。實際上各個凸輪導向裝置具有一360°的弧形輪廓，其對應於多個所述的「正弦」平面。
活塞的軸向運動由一凸輪導向裝置經相應的「正弦」平面分別地控制的燃燒發動機通常根據所謂的「正弦」概念工作，這已知曉多年。
最初「正弦」平面具有在很大程度上類似於數學正弦輪廓的一輪廓，即具有相互對稱和均勻彎曲的曲線部分。
根據專利文獻，曲線輪廓已逐漸以偏離於數學正弦輪廓的不同方式而提出。根據本發明的凸輪導向裝置的曲線輪廓也是這種情況。
根據「正弦」概念，機械能從單個活塞傳遞給發動機汽缸的共用驅動軸，即經一相應活塞杆的支承滾筒傳遞給凸輪導向裝置的「正弦」平面。分別地控制活塞的往復運動的這些「正弦」平面在活塞的往復運動過程中-從活塞的膨脹衝程經「正弦」平面將動能部分地傳遞給驅動軸，從而使得驅動軸以相應的扭矩進行轉動，和-從驅動軸經「正弦」平面將扭轉力矩部分地傳遞給活塞，從而使得活塞在壓縮衝程中承受必要的動能。
在所介紹類型的燃燒發動機中，活塞在相應的汽缸內前後軸向運動，沿著驅動軸幾乎完全筆直地軸向運動，同時活塞杆和相應的支承滾筒以對應的直線運動方式運動，並且因而將驅動力從支承滾筒沿驅動軸的一軸向傳遞給相應的「正弦」平面。
驅動力(motive force)從活塞經支承滾筒到「正弦」平面的傳遞，這被設計在有關驅動軸的驅動中，以及沿相反的方向從驅動軸經「正弦」平面到活塞傳遞的返回力(return force)的傳遞，出現在驅動軸的旋轉平面的傾斜地延伸的曲線部分上。換言之，驅動力是在支承滾筒與「正弦」平面之間、在支承滾筒沿驅動軸的軸向位移過程中傳遞。但是在前後運動的活塞衝程之間的死點處不會出現驅動力的傳遞，儘管在一個死點處、即在壓縮衝程結束和噴射的燃料被點火後，可以在彼此相向和相離地運動的活塞之間出現很大的驅動力。
本發明的特別的目的是利用與凸輪導向裝置的特殊設計有關的上述最後的條件，從而在所述死點處可以獲得一迄今尚未考慮的可能性，以至於用一特別有利的方式控制發動機的燃燒過程。四衝程和兩衝程發動機的比較在一四衝程燃燒發動機中，活塞杆經「正弦」平面在相應的4個衝程內傳遞驅動力，即-在吸氣衝程中傳遞最小的力，-在壓縮衝程中傳遞較大的力，-在膨脹衝程中傳遞最大的力和-在排氣衝程中傳遞最小的力。
在一兩衝程燃燒發動機中，活塞杆經「正弦」平面在相應的2個衝程內傳遞驅動力，即-在一組合的進氣與壓縮衝程中傳遞相對較小的力，和-在一組合的膨脹與壓縮衝程中傳遞顯著較大的力。
但通常也允許在組合的膨脹與排氣衝程結束和在組合的進氣與壓縮衝程開始時，或多或少地並行出現吸氣/進氣和排氣。
迄今為止，四衝程發動機相對於兩衝程發動機在許多不同的應用領域(例如用於私人轎車的汽油機)基本上具有佔主導地位的市場使用。作為四衝程發動機的操作衝程分布在四個活塞衝程上的結果，具有比一兩衝程發動機更好的以一較簡單的方式適應單個衝程的各功能的前景，其中兩衝程發動機中當前的功能必須適應兩個衝程。
兩衝程發動機比四衝程發動機的功能必須更緊湊、因而也就更複雜。四衝程發動機迄今比兩衝程發動機也更簡單來適用「正弦」概念。另一方面兩衝程發動機具有相對於四衝程發動機的各種其它優點，確切地說是由於較少數量的操作衝程的結果。
本發明的目的是尤其要解決兩衝程發動機在應用「正弦」概念方面迄今所具有的問題。根據本發明，其目的是以一特別的方式設計凸輪導向裝置，從而可以在兩衝程發動機內，在相應有利的或比四衝程發動機甚至更好的操作條件下採用「正弦」概念。「正弦」概念的發展歷史可以從例如US1352985(1918年)得知一四衝程燃燒發動機，其具有一單個凸輪導向裝置。該凸輪導向裝置是基於一唯一的公共凸輪控制，用於控制在相應的各個發動機汽缸內的一唯一環形系列的活塞。每一汽缸和所有汽缸都相應地繞發動機的驅動軸布置成一唯一的環形系列。活塞杆經其相應的支承滾筒而被分別支承在公共凸輪導向裝置內。
由US1802902(1929年)可以知道例如一四衝程燃燒發動機，其具有一相應的單個凸輪導向裝置。在該情況中，代替僅一個系列的活塞，其採用軸向隔開、但相互聯接在一起的兩個系列的活塞。活塞前後串列地布置在其相應的軸向相對地面向的汽缸內，即汽缸和活塞成對對齊地、彼此軸向相對地設置。活塞還通過一共用活塞杆剛性地相互連接，並且相應的各活塞頭在發動機軸向相對的端部彼此離開，分別朝向其相應汽缸內的相應的工作腔。每對活塞的共用活塞杆在活塞的裙部之間的一中間區域設有一共用支承滾筒，該支承滾筒被支承和控制在所有活塞的一共用的唯一的凸輪導向裝置內。更具體地說，採用一中央設置的凸輪導向裝置，該導向裝置帶有呈系列的雙側設置的彼此相對的「正弦」平面，這些平面與一單個支承滾筒系列相配。
前述在兩個彼此相對的活塞系列之間居中地設置凸輪導向裝置和支承滾筒，其中在一共用的雙側凸輪導向裝置內採用了一單個支承滾筒系列，其在兩個相配的相互面對的「正弦」平面系列內幾乎不產生輪廓偏離，因為在活塞對的相應的兩個相互面對的活塞的相對的工作階段後，「正弦」平面的輪廓被必要地調整了。
由US5031581(1989年)可以知道例如一四衝程燃燒發動機，其具有兩個單獨的凸輪導向裝置。與其相應的一組活塞及其相應的那組支承滾筒相配的每一凸輪導向裝置分別地對應於根據US1352985的結構進行設計。
根據US5031581，汽缸被布置成一單個組汽缸，即汽缸繞驅動軸布置成一單個的環形系列。成對地容納在相應的一個汽缸內的活塞由兩個獨立的凸輪導向裝置來操作(serve)，即每一對活塞中的一個活塞由一第一凸輪導向裝置控制，而餘下的活塞則由一第二凸輪導向裝置來控制。因此每一汽缸裝備有可成對地彼此相向和相離地移動的分開的活塞，它們帶有獨立的活塞杆，該活塞杆分別地經一相應的支承滾筒而與帶有相應的「正弦」平面的兩個相對的凸輪導向裝置中的相應的一個相配。兩個軸向不同組的活塞的凸輪導向裝置軸向地末端朝上地(endwise)布置在發動機的相應端的外側。所述活塞對的活塞頭彼此相互面向相應的汽缸內的一共用工作腔，即面向設置在所述活塞對之間的中間位置的一公共工作腔。
在GB2019497中，示出了一4缸兩衝程發動機，其帶有一對在所述四個汽缸內彼此相向和相離地移動的活塞。採用了這樣的一種布置，其中在四個汽缸內的兩個中同時地進行點火，即在一對交替的汽缸中同時點火。在該專利說明書中指出凸輪的輪廓可以這樣設計，以至於活塞可以以一最有利的方式在燃燒產物的膨脹過程中運動。採用了一希望程度的或穩定的輪廓，以在向汽缸內引入新的燃料前排空或掃出廢氣。在圖中示出了在兩個相對的凸輪槽中的每一個內的一或多或少筆直的局部凸輪輪廓，該局部凸輪輪廓在彼此直接地相對地設置的相互轉接點(turning point)處形成「正弦」曲線部分。更具體地說，筆直的凸輪輪廓僅示出在形成「正弦」曲線的「正弦」曲線部分的兩個接續的轉接點之一處，即在相應的活塞相繼地佔據其最遠的外端位置處，此時排氣口和換氣口打開到最大程度。本發明涉及兩衝程循環發動機的本發明，以在一四衝程循環發動機內帶有根據前述US5031581的活塞和汽缸布置的布置作為其出發點。特別是本發明的目的是能在一兩衝程發動機內適用「正弦」概念，從而可以獲得比在根據US5031581的四衝程發動機內所取得的至少是同等地有利的和最好是甚至更有利的操作條件。
在一四衝程發動機內，相繼地採用4個分別的衝程(進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程)，從而在每一衝程中可適應不同的發動機功能，而在一兩衝程發動機中，排氣和進氣是發生在膨脹衝程與壓縮衝程之間的過渡區，即發生在與每一工作次序內餘下的發動機功能直接相連的位置。因此對於一兩衝程循環發動機，兩個相對地進行的衝程的不同的功能必須組合。
根據本發明，其目的也是在一兩衝程循環發動機內以一特別有利的方式、以對活塞的「正弦」平面的例如在下面將更詳細地描述的特別的設計來組合各種發動機功能。
尤其是本發明的目的是，相應地如根據GB2019487的一兩衝程循環發動機內所示的，在形成「正弦」曲線部分的轉接點處採用一或多或少筆直的輪廓，在該處活塞處於其最遠的外端位置，使得排氣口和換氣口打開到最大的程度。
根據本發明，採用下列組合-「正弦」平面不需具有一曲線輪廓，其(只需)儘可能地或者最可能地接近於、但相反可以在很大程度上偏離於一「正弦」輪廓和前述所知的那些「正弦」輪廓，和-凸輪導向裝置可以被設計有「正弦」平面，其可以在很大程度上相互變化，而仍可完全地獲得一特別有利的發動機方案。
根據本發明的布置的特徵在於每一汽缸內的兩個活塞具有相互不同的活塞階段(相態，phase)，這些活塞階段由相互不同地設計的凸輪導向裝置控制，這些凸輪導向裝置被設計有對等的相互不同的「正弦」平面。
換言之，這些獨立的相互不同的凸輪控制每一對活塞中的諸活塞，因此可以獲得一特別有利的控制，和從而可特別有利地適應在一兩衝程循環發動機內所執行的不同的工作功能。
因此根據本發明可以確保活塞對中的諸活塞以一相互不同的方式運動，但仍可在活塞對的活塞頭之間的一公共工作腔內獲得有利的集中工作條件。凸輪導向裝置的相位移(phase displacement)根據本發明的一實際的特別有利的方案的特徵是兩個活塞的各凸輪導向裝置在「正弦」平面的某些部分以任意變化率彼此相對地進行相位移(即相態變化)。
根據本發明的一第一方面，經一活塞的凸輪導向裝置可由此尤其獲得對換氣口的一有利的獨立的控制，經另一活塞的凸輪導向裝置可以獲得對排氣口的一相應有利的獨立的控制。因此，例如通過這樣的相位移，可以獲得對換氣口與排氣口在各個時間點(points in time)的打開與關閉，並且可以通過對等地設計各凸輪導向裝置來確定這些時間點。
在另一方式中，兩個活塞可獨立地打開和關閉相應的口(排氣口/換氣口)，而相應的活塞則佔據相應汽缸內的一對應的軸向位置，但通過活塞運動之間的相互相位移，可以對應於相位移來打開和關閉各種口。「正弦」平面的特殊設計根據本發明的另一方面，可以在「正弦」平面的餘下部分、即在無相位移的部分，通過將相位移限制到「正弦」平面的某些部分而採用或多或少的一致性(coinciding)。這對於保留的發動機的功能具有重要的意義。
與此相關的一特徵是汽缸的至少一個活塞、並且最好是汽缸的兩個活塞，在壓縮衝程與膨脹衝程之間的死點處的工作腔的一部分內被獨立地保持軸向靜止或很大程度上靜止，並且由相應的「正弦」平面的一對等的筆直或很大程度上筆直的部分控制。
通過在與發動機的驅動軸成直角的一平面處筆直地或很大程度上筆直地設計所述的「正弦」平面部分，獲得了在燃料的燃燒階段中特別有利的工作條件的一迄今未考慮到的可能性。根據本發明，通過對「正弦」平面的一特別的設計，實際上可以在工作腔內限定對應於所述工作腔部分的一特別的燃燒腔。因此該燃燒腔在「正弦」平面的縱向尺寸的一相對大的弧形長度上和在驅動軸的轉動圓弧上可具有一恆定的或幾乎恆定的容積。
換言之，根據本發明可以在一足夠大的弧形長度上確保所述的燃燒腔具有一恆定的或幾乎恆定的容積，從而可以在所述燃燒腔內進行大部分的、例如整個的或很大程度上整個的燃燒過程。
當在此處是指燃燒腔可具有一恆定的或很大程度上恆定的容積時，則這與在壓縮衝程和膨脹衝程之間在死點處的「正弦」平面的詳細設計有關。
換言之，對於在「正弦」平面內的一弧形筆直部分，可以獲得相應恆定的容積，而對於一或多或少筆直的部分，則可獲得對等的很大程度上恆定的容積。這包括可以根據在不同情況的應用中的實際條件來調整「正弦」平面的輪廓。
實際上可以採用部分筆直的「正弦」平面部分和部分在前和接續的很大程度上筆直的「正弦」平面部分。
通過前述方案，該方案基於在從壓縮衝程到膨脹衝程的過渡位置的一死點部位帶有一恆定或很大程度上恆定容積的一燃燒腔，首先就可以選擇利用在燃燒過程中所產生的集中能量，並且甚至在膨脹階段的開始就可具有全部動力。因此在相應的活塞已經移動通過其死點或死點部分後，所述的能量即可迅即地得以完全利用。因此可以以在所述彎曲的過渡部分已有的滿強度來利用能量的該釋放，其中在所述彎曲的過渡部分，活塞從靜止加速到最佳的活塞運動並且此後在接下來的膨脹階段繼續以很大的強度進行運動。
其次，採用具有恆定容積的這樣一燃燒腔，可以獲得對燃料的一更有利的燃燒，即對燃料的大部分的燃燒，即使是在膨脹階段開始前。這可通過在所述死點部分的燃燒腔內燃燒燃料的相當大的部分來保證。
另外，通過在結束膨脹衝程而從工作腔排出廢氣前，在工作腔內確保消耗(燃燒)較大百分比部分的燃料而可獲得對燃料能量的一更好的利用。
換言之，根據本發明可以在很大程度上增大發動機相對於已知方案的輸出(功率)。
因此根據本發明獲得了一大體上更大的發動機輸出。另外減少了CO(一氧化碳)氣體、NOX(氧化氮)氣體和類似物的排放，並由此也獲得了一更好的有益於環境的燃燒。
還必須注意到燃料的後期燃燒，其出現在膨脹衝程本身中，並且在很大程度上可補償在工作腔發生活塞往復運動的那部分的容積的擴大，根據本發明這種後期燃燒可以用一控制的方式在排氣口打開前的恰當的時刻進行，即隨著膨脹衝程本身在工作腔內的進行而逐漸地進行。
換言之，可以用一有利的方式從膨脹衝程的開始來分配驅動力，並且在排氣口打開前進一步經過膨脹衝程的相當大的部分、甚至以在膨脹衝程前已有的一最佳燃料來進行分配。
因此通過可以從靜止狀態釋放活塞運動而釋放的能量可以從具有一恆定容積的一燃燒腔以滿強度相對迅即地被釋放。該釋放本身可以經一彎曲的「正弦」平面部分以一加速的方式出現，其中該彎曲的「正弦」平面部分構成在所述筆直的死點部分與一接續的筆直膨脹部分之間的過渡部分。在接下來的筆直的膨脹部分，線性地進行膨脹，即在具有大體上說一線性地增大容積的一工作腔內線性地進行膨脹。附圖的描述通過結合附圖由下列描述將可顯見本發明的進一步的特徵，這些附圖表示了某些實際的實施例，其中
圖1表示根據本發明的一發動機的一垂直剖面。
圖1a和1b表示圖1的發動機的重要部件的一相應部分，並且圖1a表示處於具有最大相互間隔位置的發動機活塞，圖1b表示處於具有最小相互間隔位置的發動機活塞。
圖2示意性地表示在發動機汽缸一端的一第一剖面，其中示出了一換氣(scavenging air)入口。
圖3示意性地表示在發動機汽缸另一端的一第二剖面，其中示出了一排氣出口。
圖4a示意性地表示在發動機汽缸中間部位的一第三剖面，其中在此處供給燃料和對燃料進行點火，其表示一第一實施例的情況。
圖4b表示根據一第二實施例的汽缸的中間部位的對應於圖4a的一剖面。
圖5a表示根據圖1b的發動機部分的一縱向剖面。
圖5b表示帶有相應驅動軸的一凸輪導向裝置，其表示在根據圖1b的發動機部分的縱向剖面中。
圖5c表示一十字頭的側視圖。
圖5d和5e表示分別從上和下觀看時根據圖5c的十字頭。
圖5f表示活塞杆的側視圖。
圖g表示從上觀看時根據圖5f的活塞杆。
圖5h表示根據本發明的一活塞的一垂直剖面。
圖6～8示意性地表示與一3缸發動機的每一汽缸相關的兩個活塞中的第一個活塞的描繪和展開在圖紙平面內的總體運動圖，並且表示在相對於驅動軸轉動的不同角度位置。
圖6a示意性地表示在活塞杆滾筒和一「正弦」平面的一相應傾斜延伸部分之間傳遞動力的原理。
圖9示意性地表示一5缸發動機的每一汽缸的兩個活塞的描繪和展開在圖紙平面內的一更詳細的運動圖，並且表示在相對於驅動軸轉動的不同角度位置。
圖10表示相應於圖9的圖，其中在相對於相應汽缸各位置的活塞處於一接續工作位置。
圖11示意性地表示用於每一汽缸的兩個相應活塞的一「正弦」平面的一中央部分的一片段。
圖12表示用於每一汽缸內的一第一活塞的一「正弦」平面的詳細的曲線輪廓。
圖13表示用於每一汽缸內的一第二活塞的一「正弦」平面的相應的詳細曲線輪廓。
圖14表示根據圖12和13的曲線輪廓的對比情況。
圖15表示在一活塞杆的外端帶有相應壓力滾筒的一凸輪導向裝置的一變型結構的縱向剖面。
圖16表示與圖15所示的相同變型方案，其表示從凸輪導向裝置徑向向外方向的一剖面。
圖17和18分別表示對活塞杆的頭部沿一對相互平行延伸的控制杆進行導向的垂直剖面和水平剖面。
參照圖1，描述了一2衝程循環內燃機10。尤其將描述適於一所謂的「正弦」概念的這樣的一發動機10。在圖1中，專門示出了根據本發明的一燃燒發動機10，該發動機表示於剖面並且是以示意性的方式。
根據本發明，按照本發明一第一方面的目的是在一專門限定的燃燒腔K1(參見圖1b)內進行燃燒，下面將更詳細地描述。
此外根據本發明的一第二方面，其目的是有利地控制排氣口25和換氣口24的打開與關閉，下面將進一步描述。
在圖1所示的實施例中，示出了管柱形的一驅動軸11，其軸向和居中地穿過發動機10。
驅動軸11在其所示出的一端設有一徑向向外凸出的第一頭部12a，該第一頭部構成一第一凸輪導向裝置；在驅動軸11的示出的另一端設有一對等的(equivalent)徑向向外凸出的第二頭部12b，該第二頭部構成一第二凸輪導向裝置。
所示實施例中的頭部/凸輪導向裝置12a、12b分別地示出並且分別通過其固定裝置分別連接到驅動軸11上。
凸輪導向裝置12a環繞驅動軸11的一端11a並且經一固定凸緣12a』構成用於驅動軸11的端部表面11b的一端部支承件，而且經固定螺釘12a」固定到驅動軸上。
凸輪導向裝置12b在驅動軸11的相對端部11d處環繞驅動軸11的一加厚的部分11c。該凸輪導向裝置12b不象凸輪導向裝置12a那樣直接地固定到驅動軸11上，而是在沿驅動軸11的一軸向有限範圍內可軸向移動地布置，特別是可以調節發動機10的汽缸21內的壓縮比(圖1中僅示出了多個汽缸中的一個)。
驅動軸11的端部11d(參見圖1和5a)構成一徑向偏移的套筒部分，其上具有固定的杯形裝載件13。該裝載件13設有一固定凸緣13』，其通過固定螺釘13」固定到驅動軸11的端部11d上。在裝載件13的上端表面13a與驅動軸11的一相對的軸肩表面11e之間限定有一壓力油腔13b。在該壓力油腔13b內可滑動地容納一壓縮仿真器12b』，該仿真器為一活塞形成的導向凸緣形式，其從凸輪導向裝置的內側徑向地向壓力油腔13b內凸出，以滑動地抵靠端部11d的外表面。
為了防止在凸輪導向裝置12b與裝載件13以及驅動軸11之間的相互轉動，由一系列的導向銷12』穿過導向凸緣12』，其中這些導向銷12』被緊固在裝載件13的端部表面13a和驅動軸11的軸肩表面11e的各個孔內。
壓力油腔13b經貫通驅動軸11的端部11d的橫向管道11f供給壓力油和排出壓力油。
軸向地向內置入驅動軸11的端部11d和裝載件13的固定凸緣13』的相互對齊的軸向孔內的導油裝置14經該導油裝置14內的導油管道14a、14b和相鄰的環槽14a』、14b』從管道11f和11g提供壓力油和返回壓力油。
由未進一步示出的一遠程設置的商業上常用的控制裝置、以未進一步示出的一方式來控制向凸輪導向裝置12b的相對側的壓力油腔13b供給壓力油和從壓力油腔13b返回壓力油。
如圖1所示，驅動軸11在相對端被連接到對等的驅動軸套筒15a和15b上。套筒15a由固定螺釘15a』固定到凸輪導向裝置12a上，而套筒15b則由固定螺釘15b』固定到裝載件13上。套筒15a和15b可轉動地安裝在兩個相對的主支承軸承16a和16b的相應的一個內，其中軸承16a、16b固定在發動機10的相對端的一相應端蓋17a和17b內。
如圖1所示，端蓋17a和17b通過固定螺釘17』相應地固定到一中間發動機汽缸體17上。
在發動機10內部，在端蓋17a與發動機汽缸體17之間限定一第一潤滑油腔17c，並且在端蓋17b與發動機汽缸體17之間限定一第二潤滑油腔17d。示出了被連結到端蓋17b上的一附加的油杯17e和位於潤滑油腔17c與油杯17e之間的一外部油管17f。此外還示出了被連接到一潤滑油管17h上的一吸入過濾器17g，其中該潤滑油管17h構成潤滑油腔17d與一外部潤滑油裝置(未進一步示出)之間的一連通管路。
導油裝置14設有形成一蓋的頭部14c，該頭部14c通過固定螺釘14c』被固定到發動機10的端蓋17b上。形成蓋的頭部14c構成相對於潤滑油腔17c的末端朝上(endwise)的位於支承軸承16b外側的一密封裝置。相應地在端蓋17a上固定有末端朝上的位於支承軸承16a外側的一密封蓋14d，該密封蓋14d帶有相應的密封圈14e。
因此發動機10大體上由一從動元件、即一可轉動元件和一驅動元件、即一非轉動元件構成。從動元件包括發動機的驅動軸11和驅動軸的裝載件13以及驅動軸套筒15a、15b加上凸輪導向裝置12a和12b，其中驅動軸套筒15a和15b被連接到驅動軸11上。驅動的非轉動元件包括發動機的帶有相應活塞44、45的汽缸21。
根據本發明，可通過內部作用一調節、即通過在從動元件的部件之間相互地作用一調節來確保對發動機壓縮比的調節。更具體地說是一個凸輪導向裝置12b相對於驅動軸11軸向地向後和向前移位，即在所述壓力油腔13a的限定的運動空間內移位，其中所限定的空間是由導向凸緣12b』和在該導向凸緣12b』相對側的油腔13a的一部分來確定的。
實踐中的一問題是對於較小的發動機調節長度為幾毫米，而對於較大的發動機則調節長度為幾釐米。但相應工作腔的各容量差在不同的發動機內具有等同的壓縮效果。
例如可以根據需要考慮對壓縮比的有級或無級調節，以適應例如將凸輪導向裝置12b分級地控制到相對於驅動軸11的各位置。該控制例如可以通過本身已知的電子設備、根據不同的溫度檢測裝置等自動地進行。或者該控制可以通過未進一步示出的適當的調節裝置手動的進行。
通過對與發動機的從動元件相連的凸輪導向裝置進行調節，就可以避免對相應活塞44、活塞杆48、主支承輪53和副支承輪55的布置的總體控制的影響，即避免對驅動元件與從動元件之間機械連接的影響。
另一方面，對凸輪導向裝置進行此種調節，就可在驅動元件內部獲得一軸向調節，其調節的方式是活塞44、活塞杆48、主支承輪53和副支承輪55的布置可以經凸輪導向裝置12b相對於相應的汽缸21集體地移動，而與實際的壓縮調節無關。
在圖1和1b中由虛線表示了當凸輪導向裝置12b佔據圖1所示的位置時在正常壓縮比下活塞44、45的活塞頭之間的一中央間隔44』。由實線表示了當凸輪導向裝置12b的導向凸緣12b』被推向最上端而抵靠於活塞杆11的軸肩表面11e時在活塞44、45的活塞頭之間的一中央間隔44」。
所示的發動機10被分割成三個固定的主元件，即構成發動機汽缸體17的一中間元件和布置在發動機10的端部的相應一端的兩個形成蓋的殼體元件17a、17b。因此殼體元件17b、17c適於覆蓋其相應的凸輪導向裝置12a、12b、支承輪53和55以及在發動機汽缸體17相應端部的各活塞杆48、49內的相應軸承。因此發動機的所有的驅動和從動元件被有效地封閉在發動機10內並且容納在相應潤滑油腔17c和17d的油池內。
在所示實施例的發動機汽缸體17內，在一3缸發動機中相應地設置有3個周向隔開的發動機汽缸21。在圖1、1a和1b中僅示出了3個汽缸21中的一個。
繞驅動軸11以相互隔開120°角度設置的3個汽缸21根據所示實施例被設計成分離的形成汽缸的插入件，這些插入件被推入發動機汽缸體17的一相應缸孔內。
在每一汽缸/汽缸件21內插入一套筒形的汽缸軸套23。如圖1a和1b進一步示出(還參見圖2和3)，在軸套23內，在該軸套23的一端設有一系列環形換氣口24，而在軸套23的另一端設有一系列環形排氣口25。
在汽缸21的壁21a內對等地設有換氣口26，它們與軸套23的換氣口24徑向對齊，如圖2所示，同時在汽缸壁21a內對等地設有與軸套23的排氣口25徑向對齊的排氣口27，如圖3所示。
在圖1中，示出了用於換氣的一環形進氣管28，該進氣管環繞換氣口26，並且一換氣入口29徑向位於外側。
如圖2所示，換氣管口28以相對於貫穿汽缸軸線的一徑向平面A一較大的傾斜角度u延伸，特別適於在汽缸21內沿一旋轉路徑38進行換氣，如圖2中的一箭頭B所示。
在圖1中還示出了一環形排氣出口30，其環繞排氣口27，加上徑向向外空置的一排氣出口31。
在圖3中示出了一對等地傾斜延伸的排氣口27，該傾斜角相對於貫穿汽缸軸線的徑向平面A的角度為v，其特別適於從汽缸內旋轉的路徑38從汽缸21內沿一對等的路徑向外引出廢氣，如一箭頭C所示。排氣口27被表示成徑向向外打開，以便於廢氣從汽缸21向外流向排氣出口30。
在傳統已知的方式中，掃氣用的空氣被用來由汽缸內的一在先燃燒階段排出廢氣，此外由汽缸內的一接續燃燒過程補充新鮮空氣。在此根據本發明、以本身已知的方式在壓縮衝程汽缸21的工作腔K內採用如箭頭38(參見圖1a和4a)所示的一旋轉空氣品質。
在圖1a、1b和4a中，示出了容納在汽缸壁21a的一洞穴33內的一燃料噴射器或噴嘴32。該噴射器/噴嘴32具有經汽缸壁21a內的一孔34凸出的一指定端部32』(參見圖4a)。該孔34以圖4a中未進一步標出的一傾斜角度穿過汽缸壁21a，但該角度對應於角度u，如圖2所示。指定端部32』經軸套23內的一孔35進一步凸出，其中軸套內的孔35與孔34對齊。噴嘴/噴射器32的口36(參見圖4a)如此布置，以至於燃料的一噴射流37剛好在一火花塞39(可以是點火插頭)前可以被傾斜地導引到如汽缸21內的箭頭38所示的一旋轉空氣內，如圖4a所示，其中該火花塞39布置在構成燃燒腔K1一部分的一腔的區域(參見圖1b)。
在圖4b中示出了如圖4a所示方案的一變型結構，其中除了一第一燃料噴嘴32和一第一點火裝置39外，在同一盤形燃燒腔K1內還採用了一第二燃料噴嘴32a和一第二點火裝置39a。兩個噴嘴32和32a都如圖4a所述那樣相應地設計，並且兩個點火裝置39和39a也對應於圖4a所述的。在噴嘴32a內相應的元件附加以參考標記「a」來表示。
在圖4b所述實施例中，噴嘴32、32a被表示成相互設置在180°的一圓弧上。在實踐中相對間隔可以根據需要進行調整，即可以採用不同的相互間隔，例如取決於相互點火的時間點等。
在圖1中還示出了大體上用於冷卻汽缸21的一冷卻水系統。該冷卻水系統包括未進一步示出的一冷卻水入口，其具有一第一環形冷卻水管41和一第二環形冷卻水管42。管道41、42經一系列環形軸向延伸的連接管43(參見圖3)相互連接。軸向延伸的管道43穿過在排氣口27之間的每一中間區域27a內的汽缸壁21a，從而通過局部受到冷卻介質的流動而尤其能防止這些區域27a過熱。圖1中未進一步示出的冷卻水排出口以未進一步示出的一方式被連接到遠離冷卻水入口的冷卻水管道42上。
在軸套23內具有兩個可軸向運動的活塞44、45，它們可以彼此相向和相離的運動。就在活塞的各個頂部44a、44b附近和活塞的裙邊緣44b、45b附近以本身已知的方式設置有一組第四活塞(pistonfourths)46。活塞44、45在一2衝程發動機系統內可以彼此相向和相離地同步運動。
活塞進一步的細節示出在圖5h中。活塞44被表示成一相對薄壁杯的形式，具有頂部44a和裙部44b。在活塞的空心空間內部的最裡處設有一支承盤44c，其後緊跟用於一相應活塞杆48的一頭形元件48c、一支承環44d和一夾持環44e。
頭形元件48c設有一凸出的圓頂表面48c』和凹入的圓底表面48c」，而支承盤44c則設有一對等的凹入圓形上支承表面44c』，並且支承環44d設有一凸出的圓形下支承表面44d』。因此頭形元件48c適於繞相對於由支承表面44c』和44d』控制的活塞的一理論軸線傾斜。由於環44e抵靠在活塞內部的一軸肩部分44f上，因此在操作過程中該環44e給頭形元件48c、進而給活塞杆48提供有一定的安裝自由度，並因而使活塞44具有繞所述理論軸線轉動的一定的可能性。
頭形元件48c設有一中間軸套形裝載部分48g，該裝載部分具有向外橫向地凸出的凸肋部分48g』，該凸肋部分構成與相應活塞杆48(參見圖1a和1)內部的對等凹槽(未進一步示出)的一鎖止嚙合。
在圖1a中活塞44、45被示出在其對等的一較外的位置。該較外的位置在這裡對於活塞44大體上是指一死點0a，而對於活塞45則大體上是指一死點0b，其中在該位置處在活塞44與45之間具有一最大間隔。
在所述死點位置0a和0b處，活塞44露出換氣口25，而活塞45則露出排氣口25，換氣口24的打開與關閉是由活塞45在相應汽缸21的位置控制，而排氣口25的打開與關閉是由活塞44在相應汽缸21內的位置控制。下文中將結合附圖12～14更詳細地描述該控制。
考慮到沿驅動軸11對凸輪導向裝置12b的前述調節，對該控制還將描述附加的效果。
當活塞44、45佔據其相對的較外位置時，此時它們之間具有一最小的間隔，如圖1b所示，這些位置通常是指死點位置。但是，根據本發明，活塞44、45是固定的，即在這些死點位置沒有或廣義地說沒有彼此相對的軸向運動。因為活塞不僅在死點位置、而且在各「正弦」平面的鄰近部位都被保持固定，因此正如下面將進一步描述的，在一定的精確長度上可以確保一容積上或多或少是恆定的工作腔(燃燒腔)，即在比已知的「正弦」平面長得多的部位可以確保該工作腔。
因此活塞44、45處於靜止或廣義地說在「正弦」平面的部位處於靜止，此處是指活塞44的「死點部位」4a和活塞45的「死點部位」4b。這種死點部位4a和4b將在圖12和13中進一步描述。
在所述的死點部位，在工作腔K內限定了一所謂的「死點空間」，其在此處被稱為燃燒腔K1(下面將明白其原因)。根據本發明燃燒腔K1主要限定在2衝程發動機的壓縮階段與膨脹階段之間的一過渡部位，下面將更詳細地描述。
在膨脹階段，即從圖1b所示的活塞位置到圖1a所示的活塞位置，工作腔K從由燃燒腔K1所示的一最小容積逐漸地膨脹到由圖1a所示的一最大容積，並且在圖9和10的所述死點位置0a和0b處，燃燒腔K1逐漸地膨脹另一腔K2，其中進行活塞44、45的膨脹與壓縮衝程。
根據本發明，燃燒腔K1在所述死點部位/死點空間內被設計到一較大的程度。然而在實際上就在該死點空間外側也可繼續進行少量燃燒，下面將更詳細地敘述。
與工作腔內壓縮比的變化相關的一問題是，在圖10所示的位置燃燒腔K1內的有關不同的容積都會根據調節而在發動機使用過程中受到影響。由上面的描述可看出，在該情況中還有一問題是燃燒腔內有關不同的容積處於圖1a所示的相對位置。
但是，必須清醒各個活塞44、45的活塞衝程在所有的操作條件下都具有精確地相同的長度，而不管所必須採用的壓縮比。
每一活塞44、45被剛性地連接到其相應的管形活塞杆48和49上，其中活塞杆經一所謂的十字頭控制件50而被引導作筆直的直線運動。該十字頭控制件50部分設置在發動機汽缸體17內、部分設置在位於各活塞杆48、49的對等自由外端的各蓋元件17a和17b內。如圖5a所詳細地示出，十字頭控制件50構成就在發動機汽缸體17內側和外側的活塞杆48和49的軸嚮導引裝置。
參照圖5a，具有被固定在管形活塞杆48一端的一轉銷51，並且該轉銷成十字狀地穿過活塞杆48，即穿過活塞杆的管形空心空間52。在轉銷51的中間部分51a，即在所示空心空間52內部，具有一可轉動地安裝的主腳輪(castor)53，而在轉銷51的向外面向活塞杆48的側面48a的一端51b處可轉動地安裝一輔助腳輪55。
主腳輪53包括具有一滾動軸承53b的一內轂部分53a和一外緣部分53c。輪緣部分53c設有一雙曲形的、即球扇形的滾子表面53c』。
輔助腳輪55具有對應於主腳輪53的結構並且包括一內轂部分55a、一中間滾動軸承55b和帶有球扇形滾子表面的一外緣部分55c。
主腳輪53適於沿一橫截面凹入彎曲的一滾子表面54滾動，該表面54構成如圖6～8所示的一所謂的「正弦」曲面(曲線)54』的一部分。通過採用一球扇形滾子表面53c』，其沿凸輪導向裝置12a和12b的一對等彎曲的導向表面54滾動，可以在變化的工作條件下、在腳輪53和導向表面54之間確保一有效的支承抵靠，並且可以有稍微傾斜地設置的一腳輪和/或傾斜地設置的活塞杆48(49)，例如這可以允許在活塞44內可轉動地安裝活塞杆48，如圖5h所示。
「正弦」曲面54』被設計在驅動軸的凸輪導向裝置12a和12b內從中間汽缸21對等地軸向向外面向的一側。輔助腳輪55適於沿一對等的橫截面凹入地彎曲的另一「正弦」曲面(未進一步示出)滾動，該凹入彎曲的曲面沿著一滾子路徑內的一滾子表面56a，並且被設計在徑向就在滾子表面54內的凸輪導向裝置12a(和12b)內。
在圖5a所示的實施例中，「正弦」曲面54a』徑向最外地設置，而「正弦」曲面56a』則設置在凸輪導向裝置12a內徑向位於「正弦」曲面54a』內一定的距離處。或者反過來「正弦」曲面54a』也可以徑向地設置在「正弦」曲面56a』內(以是未進一步示出的方式)。
在每一凸輪導向裝置12a和12b內以未進一步示出的方式設計有相應的一對「正弦」曲面54a』、56a』，並且每一「正弦」曲面可以根據需要設有一個或多個「正弦」平面。
在圖1中可以示意性地參看凸輪導向裝置12a和12b，但相應「正弦」曲面和「正弦」平面的細節則進一步表示在圖9～14中。「正弦」概念通常「正弦」概念可應用於一奇數個(1、3、5等)汽缸，而採用一偶數個(2、4、6等)「正弦」平面，或者反之。
在每一凸輪導向裝置12a和12b內採用一單個「正弦」平面(具有一「正弦」頂和一「正弦」底)的情況中，即當「正弦」平面覆蓋360°的一圓弧時，則採用奇數個還是偶數個汽缸並不重要。相應地對於兩個(或多個)「正弦」平面，則可以根據需要例如採用較多或較少數目的汽缸。
帶有一單個「正弦」平面的所述情況對於用於在2000rpm(轉/分鐘)速度以上驅動的快速運轉的發動機是特別有利的。
根據該「正弦」概念，各發動機可以「內部地」匹配速度，這全都基於在驅動軸每一360°的迴轉中所採用的「正弦」頂和「正弦」底的數量。換言之，根據該「正弦」概念，兩種發動機都可以在有關各應用的每分鐘的轉速區域精確地建立起來。
通常地所示實施例的發動機的該系列地布置的汽缸，其帶有相應的活塞，是繞驅動軸的軸線布置在一定的角度位置，例如沿該系列的「正弦」平面(「正弦」曲面)採用彼此相等的中間間隔。
例如對於具有3個汽缸的一2衝程或4衝程發動機(參見圖6)，可以給每一360°迴轉採用2個「正弦」頂和2個「正弦」底以及位於其間的4個傾斜表面，即交替在每一凸輪導向裝置12a、12b內設置2個「正弦」平面。因此在一4衝程發動機中，驅動軸/凸輪導向裝置的每一次迴轉可以給3個汽缸的每兩個活塞獲得4個衝程，和給一2衝程發動機內的3個汽缸的每兩個活塞獲得4個衝程。
相應地對於具有5個汽缸的一2衝程發動機，如圖9和10所示，對於每一次360°的迴轉可以採用帶有2個「正弦」頂和2個「正弦」底以及位於其間的4個傾斜表面的一「正弦」曲面，即交替在每一凸輪導向裝置12a、12b內設置2個「正弦」平面，從而在一2衝程發動機中，對於每一次迴轉給5個汽缸的每2個活塞獲得4個衝程。
活塞的支承滾筒以相等的角度中間間隔設置在所示實施例中，即以沿「正弦」曲面對等的轉動角度位置設置，從而在沿著相應的「正弦」平面的對等位置處，這些滾筒交替地承受對等的活塞運動。
因此發動機的動力從不同的活塞44、45經軸向的支承滾筒53交替地傳遞給驅動軸11，其中這種傳遞經分別帶有其「正弦」平面的各「正弦」曲面，並且驅動軸11因此而受到繞其軸線的一強制轉動。這是由平行於驅動軸的縱向軸線運動的發動機活塞杆而產生的，並且活塞杆的支承滾筒被沿著「正弦」平面強制地滾動。因此發動機動力從活塞杆的支承滾筒沿軸向傳遞給「正弦」平面，其中這些「正弦」平面被強制地隨驅動軸11一起繞其軸線轉動。換言之，是獲得從一往復活塞運動到驅動軸的旋轉運動的驅動力的傳輸，該驅動力從活塞杆的各支承滾筒被直接地傳遞給驅動軸的「正弦」平面。
在圖6a中示意性地表示了在一「正弦」曲面8a的一傾斜延伸部分上的一支承滾筒53。軸向驅動力被表示成從具有活塞杆48的相應活塞44引出的一箭頭Fa的形式，並且對等地在一徑向平面內具有由箭頭Fr表示的傳遞給「正弦」平面8a的分解的旋轉力。
旋轉力可以由公式2導出Fr＝Fa·tanφ。
根據本發明，通過具體地設計基於本發明的「正弦」平面，尤其可獲得使活塞44、45的膨脹衝程大於活塞44、45的壓縮衝程，其中衝程是以相對於驅動軸的轉動弧度的角度來計算的。儘管活塞在相對的運動方向具有不同的運動速度，但由此可確保相對更均勻地將驅動力傳遞給驅動軸11，即發動機可以更無振動地運轉。
在圖6～8中示意性地表示了一3缸發動機10的操作模式pf，其中僅示出了兩個相配活塞44、45中的一個活塞44，並且表示在沿一相應「正弦」曲面54』成平面地展開的狀態，該「正弦」曲面54』由2個相互接續的「正弦」平面組成，外加示出了相應的一活塞杆48的相應的主腳輪53。在每一圖6～8中，示意性地表示了發動機的每3個汽缸21內的一相應的活塞44，而給在汽缸相對端的活塞45採用了一對等的布置。為清楚起見，圖6～8中已省略了汽缸21和相對的活塞45，而僅示出了活塞44、其活塞杆48和其主腳輪53。活塞44的軸向運動由表示活塞44的壓縮衝程的一箭頭57和表示活塞44的膨脹衝程的一箭頭58來表示。
「正弦」曲面54』被示出有一下滾動路徑54，其具有一雙「正弦」平面形輪廓並且大體上沿一軸嚮導引主腳輪53的運動，因為其在膨脹衝程中從活塞44經主腳輪53向滾動路徑54或多或少恆定地作用一向下指向的力，和在壓縮衝程中從滾動路徑54經主腳輪53向活塞44作用一向上指向的力。輔助腳輪55(在圖6～8中未進一步示出)以相對於一上滾動路徑54b確鑿的配合關係容納，如圖5a所示。為描述方便，所述的滾動路徑56b在圖6～8中被垂直地表示在主腳輪53之上，從而表示出主腳輪53在軸向相對於滾動路徑54的最大運動。在實際上將是輔助腳輪55來控制主腳輪53軸向相對於其滾動路徑54運動的可能性，如圖5a所示。
輔助腳輪55通常不起作用，但會控制活塞44在一軸向的運動，在該情況中主腳輪53具有從凸輪形的滾動路徑54抬升其自己的趨勢。因此在操作過程中，可以避免主腳輪53以非意願的方式相對於滾動路徑54的抬升。用於輔助腳輪53的滾動路徑，如圖5所示，通常設置在離主扇形53的滾動路徑的固定的裝配間隔內。
在圖6～8中，正弦曲面54』被表示有一第一相對陡峭和相對筆直地延伸的曲面部分60和一接續的或多或少是弧形的形成頂部的過渡部分/死點部分61和一第二相對更平緩地伸展的、相對筆直地延伸的曲面部分62和一接續的成弧形的過渡部分/死點部分63。但是這些曲面輪廓並不是詳細地代表根據本發明所採用的曲面輪廓，正確的曲面輪廓的例子更詳細地表示在圖12和13中。
「正弦」曲面54』和「正弦」平面54在圖6～8中被示出有2個頂部61和2個底部63以及2對曲面部分60、62。在圖6～8中表示了3個活塞44和它們相應的主腳輪53，這些主腳輪53被表示在沿一「正弦」曲面彼此不同的、接續的對等位置。由圖可清楚地看出相對短的第一曲面部分60在所有的時間要求在一個短的曲面部分僅能看到一個主腳輪53，而在兩個較長的曲面部分能看到兩個和大致兩個主腳輪53。換言之，帶有所示的曲面輪廓，給壓縮衝程可以採用相對於給膨脹衝程的不同形式的曲面部分。因此尤其可以確保兩個主腳輪53在所有時間重疊膨脹衝程，而第三主腳輪53構成壓縮衝程的一部分。在實際上活塞44的運動是以在壓縮衝程中比在膨脹衝程中相對更大的軸向運動速度而獲得。其中這些不同的運動速度對於驅動軸11的旋轉運動沒有負作用。相反，採用曲面部分60、62的這樣的一種彼此非對稱的設計，意味著可以觀察到在發動機內可獲得更均勻的和更少誘導振動的運動。
此外獲得了膨脹衝程中配置的時間相對於壓縮衝程中儲備的時間的增大。
在根據圖6～8的一實際結構中，在一180°的工作序列中給膨脹衝程選擇了大約105°的一弧長和給壓縮衝程選擇了大約75°的一對等的弧長。但對於膨脹衝程實際弧長可以例如在110°～95°的範圍內，而對於壓縮衝程實際弧長可以對等地在70°～85°的範圍內。
如上所述，在使用例如帶有三對活塞44、45的一組3個汽缸21時，給驅動軸11的每一360°的迴轉採用2個頂部61和2個底部63，即每一活塞對44、45的每一次迴轉具有2個膨脹衝程。
在使用例如4對活塞時，可相應地採用3個頂部和3個底部，即每一活塞對每次迴轉具有3個膨脹衝程。
在根據圖9～10的實施例中，論述了帶有5對活塞的一5缸發動機，其具有2個頂部和2個底部，即每一活塞對每次迴轉具有2個膨脹衝程。本發明的典型的凸輪導向裝置下面將結合附圖9和10更詳細地描述根據本發明的「正弦」概念的一優選實施例，其中所述實施例是有關一5缸2衝程的發動機的，其具有如圖9、10和圖12和13所示的相互不同的凸輪導向曲面8a和8b。
在圖14中示意性地示出了一正中的理論上的凸輪導向曲面8c，其表示工作腔K從死點區域4a和4b的所示一最小燃燒腔K1到死點區域0a和0b所示的最大工作腔K的容積變化(參見圖9～10和12～14)。
根據本發明，如圖12～14所示，曲面8b被表示在位於曲面8a的死點0a之前14°的一轉動角度的死點0b階段。
曲面8a和8b的轉動方向、即驅動軸11的轉動方向由箭頭E表示。
在圖9和10中示意性地表示了5個汽缸21-1、21-2、21-3、21-4和21-5以及所屬的2個相應曲面8a和8b，它們以一示意性表示的方式展開表示在同一平面上。這5個汽缸21-1、21-2、21-3、21-4和21-5以相互72°的角度間隔表示在各個角度位置，即表示在繞轉動軸11的軸線均勻地分布的位置。
在圖12中示出了一第一曲線(曲面)8a，其覆蓋從0°/360°的一位置到180°的一位置的180°的一弧長。一相應的曲線8a(參見圖9)經過從180°的位置到360°的位置的180°的一相應弧長。換言之，驅動軸每一360°的迴轉具有2個接續的曲線8a。
曲線8a表示在一第一死點0a的0°/360°的位置。從0°位置到38.4°的一位置示出了一第一過渡部分1a，其對應於一壓縮衝程的一第一部分；從38.4°的位置到59.2°的位置傾斜地(向上)延伸的一筆直部分2a，其對應於壓縮衝程的一主要部分；從59.2°的位置到75°的一位置為一第二過渡部分3a，其對應於壓縮衝程的一結束部分。
此後從75°的位置到85°的一位置示出了與一第二死點相關的一筆直的死點部分4a，其被表示成越過10°的一弧長。
從85°的位置到95.8°的一位置示出了一過渡部分5a，從95.8°的位置到160°的一位置為一傾斜的向下延伸的筆直部分6a和從160°的位置到180°的一位置為一過渡部分7a。3個部分5a、6a和7a共同構成一膨脹部分。
在180°的位置重新示出了死點0a，然後凸輪導向曲線繼續經一第二相應曲線8a從180°的位置到達360°的位置，即具有2個曲線8a，它們共同延伸經過360°的一弧長。
在圖13中示出了餘留曲線8b的一對等的(鏡像)曲線輪廓，其表示有一死點0b和接續的曲線部分1b～7b。
死點0b表示在346°的一位置，曲線部分1b表示在346°的位置與3°的位置之間，曲線部分2b表示在3°的位置與60°的位置之間，曲線部分3b表示在60°的位置與75°的位置之間，曲線部分4b表示在75°的位置與80°的位置之間，曲線部分5b表示在80°的位置與101.5°的位置之間，曲線部分6b表示在101.5°的位置與146°的位置之間，曲線部分7b表示在146°的位置與166°的位置之間，即在166°的位置重新表示死點0b。
凸輪導向以在166°位置與346°位置之間的一相應曲線8b(參見圖10)繼續進行。
第一曲線8a(圖12)控制排氣口25的打開(160°/340°位置)和關閉(205°/25°位置)。
第二曲線8b(圖13)控制換氣口24的打開(146°/326°位置)和關閉(185°/5°位置)。
在圖14中示出了在死點0a與0b之間的14°的一相位移(phasedisplace)，該相位移表示在曲線8a和8b的示意性對比當中。如圖14中的虛線所示，曲線8b為便於比較的原因而以相對於曲線8a的鏡像方式表示，其中曲線8a是以圖14中的實線表示的。由鏈線(點劃線)表示了正中的理論曲線8c，其表示基本上類似於或非常類似於一數學「正弦曲線」輪廓的一曲線輪廓。
在圖9和10中表示了在「正弦」平面8a之前的一14°位置的「正弦」平面8b。5個所述的汽缸21-1、21-2、21-3、21-4和21-5被表示在相對於相應的「正弦」平面的接續的位置，並且分布在接續的工作位置，正如下面的圖表1和2所示。有關圖9和圖12～13的圖表1汽缸 角度位置 工作位置 排氣口 換氣口 曲線區域號 8a/8b21-1 3°/183° 壓縮關閉打開*1a/1b21-2 75°/255° 壓縮關閉關閉 4a/4b21-3 47°/327° 膨脹關閉關閉 6a/7b21-4 219°/39° 壓縮關閉關閉 2a/2b21-5 291°/101° 膨脹關閉關閉 5b/6a*換氣口24在160°/340°位置打開和在25°/205°位置關閉，即換氣口在45°的一弧長上保持打開。
另一方面排氣口25在39°的一弧長上保持打開，即在相對於換氣口打開的弧長的相位移14°的一弧長上保持打開(參見圖14)。
因此換氣口24可以在排氣口25關閉後的20°的一弧長上打開(參見圖12中的曲線部分1a～3a和圖14中的單陰影線部段A』)。這意味著壓縮腔在最後提及的20°的弧長上可尤其被供給額外的掃氣空氣，即被超額供給壓縮空氣。有關圖10和圖12～13的圖表2汽缸 角度位置 工作位置 排氣口 換氣口 曲線區域號 8a/8b21-1 21°/201° 壓縮關閉關閉 1a/2b21-2 93°/273° 膨脹關閉關閉 5a/5b21-3 165°/345° 膨脹打開**打開*7a/7b21-4 237°/57° 壓縮關閉關閉 2a/2b21-5 309°/129° 膨脹關閉關閉 6a/6b**排氣口在146°/326°位置打開和在185°/5°位置關閉，即排氣口在36°的一弧長上保持打開。
由圖14的標記部分可清楚地看出，排氣口25能保持打開的單個陰影線部段B』在換氣口24之前的14°的一弧長上打開。
所述的部段A』和B』表示排氣口25和換氣口24在工作腔K的一相應外部的軸向尺寸。因此口24和25可以在工作腔K的每一端被設計成相等的高度。所述的高度在圖12～14被表示為λ2。
在「正弦」平面8b的5°的一角度區域(從75°的位置到80°的位置，尤其參見圖13)和在曲線8a的10°的一角度區域(從75°的位置到85°的位置，尤其參見圖12)，各相應活塞44和45由在活塞頭44a與工作腔的中線之間的例如15mm的一最小間隔λ而被保持推壓到最大。
參照圖12，將進一步觀察到在從59.2°位置到95.8°位置的36.6°的一弧長上，活塞頭之間的間隔變化得相對較小。從活塞頭44a到中線44』的間隔從λ＝15mm的一最小值(在75°～80°的死點部分)變化到一20mm的間隔(圖13內的93°位置)。
相應地，從活塞頭到中線44』的間隔從75°～80°的死點部分的λ＝15mm的一最小值變化到在圖13的57°位置的一25mm的間隔。
在所述的36.6°的弧長上，燃燒腔K1內的容積在活塞44、45之間被保持大致恆定。2個相位移的「正弦」平面的組合效果由圖14可以清楚地看出相應的2個曲線8a、8b的輪廓，它們以彼此成鏡像的方式示意性地表示出來。曲線8a由一實線表示，而曲線8b則由一虛線表示成繞活塞44、45之間的一中軸線的鏡像。曲線8c表示曲線8a和8b之間的一理論的正中曲線。顯而易見正中曲線8c具有比各個曲線8a、8b的輪廓更接近於一正弦曲線輪廓的輪廓。因此，即使分別獲得一相對不太對稱的曲線8a、8b輪廓，也可獲得一相對對稱的正中曲線8c的輪廓。燃料噴射在曲線區域3a和3b的壓縮階段結束處，以一噴射流將燃料噴射到旋轉的換氣氣流中，並且在旋轉的換氣氣流中有效地混合/霧化。點火啟動器緊跟燃料噴射之後，即在壓縮階段結束處在曲線區域3a和3b內迅即啟動電子控制的點火。在點火裝置之後設置措施來將換氣(掃氣)空氣與燃料的氣體混合物有效地旋轉成一霧化燃料。根據本發明，採用相對於傳統的點火角度7～10％的一點火延遲，可以獲得優點。燃燒階段在所示的實施例中，在點火後立即開始燃燒並且主要是在一有限的區域內進行燃燒，其中在該區域活塞基本上佔據一最大的推壓位置，即位於曲線區域3a、3b的附近，也就是說在活塞經受最小軸向移動的區域。燃燒主要是在或者在很大程度上是在活塞44、45保持靜止於內死點部分4a和4b的位置處進行，即分別在10°和5°的一弧長上。但根據需要，可以在接下來的過渡部分5a、5b以及在主膨脹部分6a、6b使燃燒繼續到一較大的或較小的程度，這取決於旋轉軸的轉速。作為在死點部分4a、4b在燃燒腔K1內的旋轉的霧化燃料的結果，並且由於可以在盤形燃燒腔K1內保持火焰前鋒(flame front)較短，因此在所有的情況中可以確保對燃燒腔K1內的大量的霧化燃料進行點火，即對所述死點部分4a、4b內的燃料進行點火。在實際上可允許燃燒腔膨脹到就在死點部分4a、4b外側的部分5a、5b，這在一限定容積的工作腔K內可帶來極大的相應優點。燃燒速度燃燒速度正如已知的達到幅度為每秒20～25米的程度。通過採用兩組燃料噴嘴和分布在工作腔四周的每一1/4處的一相應的兩組點火裝置(參見圖4b)，燃燒區域可以有效地覆蓋整個盤形燃燒腔K1。在實際上可因而獲得帶有相對短的火焰長度的特別有利的燃燒。最佳燃燒溫度作為限定在就在燃燒腔K1前的腔K內的集中點火/燃燒區域3a、3b和緊跟燃燒腔K1後的區域5a、5b的結果，即在連貫(coherent)的區域3a～5a和3b～5b，此處活塞44、45是靜止的或者在很大程度上是靜止的，可以將燃燒溫度從通常的大約1800℃增大到3000℃。因此即使在活塞44、45已經完全開始膨脹衝程前，即在曲線部分5a、5b的端部，也可以獲得對霧化燃料的一最佳(幾乎100％)的燃燒。陶瓷環給陶瓷環設置一些措施，即在工作腔K的對應於一燃燒區域(3a～5a、3b、5b)的一環形區域進行陶瓷塗層，從而可以尤其在燃燒腔K1內採用高溫，但也可在燃燒區域的接下來的部分5a、5b採用高溫。在圖12～14中被示出帶有由一虛線70所表示的一尺寸的陶瓷環包括整個燃燒腔K1並且另外還進一步向外延伸到燃燒腔外一距離13。開始的膨脹衝程在燃料在前述燃燒區域(3a～5a、3b、5b)內被消耗至少相當大的部分後並且剛剛開始膨脹衝程時，通常具有最優的驅動力。更具體地說這意味著，通過沿曲線8a和8b進行凸輪導向，可以獲得一最優的驅動力矩，然後迅即在過渡區域5a、5b開始膨脹衝程並且增大到過渡區域5a、5b內的一最大值。作為燃料在該區域的可能的後期燃燒的結果，不管當膨脹衝程向前經過該區域時在腔K內逐漸出現的容積膨脹，在膨脹衝程的連續過程中(在區域6a、6b內)和至少在該區域的開始，驅動力矩被大體上保持恆定。膨脹階段根據所示的實施例，壓縮衝程發生在相對於曲線8a、8b在該兩曲線的大約25°和36°之間的傾斜角度下，即具有大約30°的一平均角度(參見圖14)。如果需要，則傾斜角度(和平均角度)可以例如增大到大約45°或根據需要而更大。相應地在所示實施例中在兩個曲線8a和8b的大約22°和27°之間發生膨脹階段，即在大約24°的一平均角度下(參見圖14)。
作為在壓縮階段的相對陡峭(平均)的30°的曲線輪廓和在膨脹階段的相對平緩的24°的輪廓的結果，獲得了膨脹衝程持續時間相對於壓縮衝程持續時間的一特別有利的增大。
根據本發明，通過在壓縮衝程中的運動速度與在膨脹衝程中的運動速度之間的所述非對稱關係，可以將壓縮階段中燃燒過程的起點移動到靠近於內死點的位置，並且因而可以在時間上將一較大部分的燃燒過程移動到膨脹階段的開始處，而對燃燒沒有負作用。因此，可以在燃燒階段獲得對燃料燃燒的比以往更好的一控制和對驅動力的一比以往更有效的利用。尤其是從壓縮階段越過死點後到膨脹階段可以轉移一另外可能出現的、未控制的燃燒，並且因而將這種包括在壓縮階段中的未控制的燃燒的「壓力點」轉換為在膨脹階段中有用的功。
通過犧牲壓縮階段而延長膨脹階段，在壓縮階段中可以獲得比在膨脹階段中一相對更高的活塞運動。這對於在每一單個工作循環中燃燒發動機的每一組活塞具有影響。工作腔內的旋轉作用(effect)通過經傾斜地設置的排氣口25(參見圖2)排出廢氣和緊跟著經傾斜地設置的換氣口24(參見圖3)注入掃氣空氣而在工作腔內建立氣體的旋轉。由此建立一旋轉的、即一螺旋狀的氣流路徑(參見圖9中汽缸21-1內的箭頭38)，其被保持在整個工作循環中。在工作循環的過程中，即在噴射、點火和燃燒階段重新激活了旋轉作用。
因此在工作循環中經噴嘴36進行燃料噴射和接下來經點火裝置39進行燃料點火的過渡過程，向氣流38供給一新的旋轉作用，伴隨的燃燒產生一方向固定的火焰前鋒，其相應的壓力波前鋒(波前)與已經建立的氣流38基本上一致。因此在整個壓縮衝程中保持旋轉作用並且在經如圖4a所示的一傾斜設置的噴嘴噴射流37和經一相應傾斜地設置的噴嘴36的燃料噴射的過渡過程中重新激活該旋轉作用。在燃燒階段獲得附加的旋轉作用。
根據圖4b所示的結構，通過應用一相對於第一燃料噴嘴37呈角度隔開地設置的額外(第二)噴嘴37a和應用一相對於第一點火裝置39呈角度隔開地設置的一額外點火裝置39a，可獲得另一附加的旋轉作用的增大。當排氣口25又打開時，在工作循環的結尾，廢氣在經所述傾斜地設置的排氣口而排出廢氣的過程中以一高的運動速度、即以一高的旋轉速度被排出。此外用於廢氣的旋轉作用在傾斜地設置的換氣口24打開後迅即地被保持，從而殘餘的廢氣在膨脹階段的結束處和在壓縮階段的開始被一旋轉作用從工作腔K向外掃出。此後保持旋轉作用，在關閉排氣口後，在一很大的弧長上接著將換氣口保持打開。操作過程中發動機壓縮比的調節根據本發明，通過調節活塞44、45之間的相互間隔可以調節汽缸21的活塞44、45之間的容積。因此可以根據需要直接地調節汽缸21內的壓縮比，例如在通過一適於「正弦」概念的簡單的調節技術來操作發動機的過程中。
根據本發明尤其有意義的是改變與發動機起動有關的壓縮比，即在冷起動時改變其相對於在正常的操作過程中可能最有利的壓縮比。但在操作的過程中因各種其它原因而改變壓縮比也可能是有意義的。
用於根據本發明的這樣一調節的一結構方案是基於壓力油控制的調節技術。或者也可以採用例如此處未進一步示出的電子控制的調節技術來調節壓縮比。
或者還可以給活塞45採用一相應的調節能力，其方式是通過將凸輪導向裝置12a更換成給凸輪導向裝置12b所相應地示出的一凸輪導向裝置。
顯然根據本發明可以調節在相應的汽缸內兩個活塞44、45的位置，其方式是以一彼此獨立的方法經帶有其各自獨立的調節能力的各凸輪導向裝置來進行。
同樣顯然活塞在汽缸內位置的調節可以根據需要給兩個活塞44、45同步地作用或者單獨地作用。
在圖15和16中示意性地示出了一凸輪導向裝置的某種詳盡的變型方案，在此其用參考標記112a表示，其相應的一活塞杆由參考標記148表示，而一對壓力滾筒則由參考標記153和155表示。凸輪導向裝置112a在根據圖1的結構中，凸輪導向裝置12a被示出具有一相對地要求空間的設計結構，其帶有布置在凸輪導向裝置12a徑向的每一側的相應的腳輪53和55，即一個腳輪53設置在輔助腳輪55的徑向外側，和帶有相應的「正弦」槽54、55c，它們相應地徑向隔開地示出在其徑向突起上。
在根據圖15和16的變型結構中，凸輪導向裝置112a被示出帶有連續設置在凸輪導向裝置112a軸向的壓力球153、155，即其中一個球在一單獨的公共突起的每一相應側上，所述的公共突起被表示為一中間環形凸緣112的形式。環形凸緣112被示出具有形成「正弦」曲線的一上「正弦」槽154，用於導向一上壓力球153，該上壓力球構成活塞杆148的主支承球；和形成「正弦」曲線的一下「正弦」槽155a，用於導向一下壓力球155，該下壓力球構成活塞杆148的輔助支承球。槽154和155a具有如圖15所示的一橫向凹入的圓形形式，其對應於球153、155的球形輪廓。環形凸緣112被示出具有一相對小的厚度，但該小的厚度可以被補強，從而該環形凸緣112在圓周方向具有一自我加強的「正弦」曲線輪廓，例如由圖16中環形凸緣的傾斜地延伸的部段所示出的。在圖15中環形凸緣112被片段地表示，而在圖16中則示出了環形凸緣112的一圓周局部定義部段的一橫截面，其中示出的是從環形凸緣112內側觀看的情況。
在兩個凸輪導向裝置中可以採用前述細節的一非常類同的設計，即在對應於根據圖1的下凸輪導向裝置的未進一步示出的凸輪導向裝置中，同樣如此。活塞杆148根據圖1示出了一管形的容積相對大的活塞杆48，而在根據圖15和16的變型的實施例中示出了一細長的緊湊的杆形活塞杆148，其具有一C形頭部148a，該頭部帶有用於相應的壓力球153、155的2個相對的球夾持器148b、148c。
活塞杆148可以用未進一步示出的方式設置與頭部內的內部螺紋相配的外部螺紋從而活塞杆和因而相應的球夾持器148b可以被調節到相對於頭部148a的所需要的軸向位置。這尤其可以便於相對於環形凸緣112安裝球夾持器148b和其相對的球153。
在圖16中環形凸緣112被示出在環形凸緣的傾斜延伸部分具有一最小的厚度，而環形凸緣112可以用未進一步示出的方式具有在「正弦」曲線的波峰和波谷處的一更大的厚度，從而在球153、155之間沿著環形凸緣的整個周邊可以確保一更均勻或非常均勻的距離。
這裡的參考標記100是指一潤滑油入口，其在C形頭部148a內分支進入連向在上球夾持器148b內的一潤滑油出口102的一第一管道101、和進入連向在下球夾持器148c內的一潤滑油出口104的一第二管道103。壓力球153，155代替根據圖1所示的安裝在滾珠軸承內的腳輪53、55，根據圖15和16示出了壓力球153、155。壓力球153、155主要適於相對筆直地沿相應的「正弦」槽154、155a滾動，但此外可允許在相應的槽內根據需要而一定程度地側向滾動。球153和155被相同地設計，從而球夾持器148a、148b以及它們相應的球座(sphere bed)也可彼此相同地設計，並且從而「正弦」曲線154、155a也可彼此相同地設計。
壓力球153、155被表示成空心的和帶有一相對小壁厚的殼形形狀。因此可獲得重量輕和容積小的壓力球，並且此外獲得球的一定的彈性，以局部地緩減球本身內出現的極大的壓力。
在圖17和18中示出了一對導向杆105。106，它們沿活塞杆148的頭部148a的相對側穿過內部導向槽107、108。
權利要求
1.一種兩衝程循環內燃機(10，100)的布置，包括多個發動機汽缸(21；21-1～21-5)，這些汽缸繞一公共中間驅動軸(11)布置成一環形系列並且其汽缸軸線平行於驅動軸，每一汽缸包括可彼此相向和相離地移動的一對活塞(44，45)，用於每一對活塞的一中間工作腔(K)，同時每一活塞(44，45)設有軸向可移動的活塞杆(48，49)，活塞杆的自由外端經一支承滾筒(53，55)構成一支承件，以支承一曲線形的、或者說「正弦」曲線形的凸輪導向裝置(12a，12b)，所述凸輪導向裝置布置在汽缸(21；21-1～21-5)的各相對端並且控制活塞相對於相應汽缸的運動，其特徵在於在每一汽缸(21；21-1～21-5)內的兩個活塞(44，45)具有相互不同的活塞階段，這些活塞階段由相互不同的凸輪導向裝置(12a，12b)控制，凸輪導向裝置(12a，12b)被設計有對等的相互不同的「正弦」平面(「正弦」曲線8a，8b)。
2.如權利要求1所述的布置，其特徵是兩個活塞(44，45)的相應的凸輪導向裝置(12a，12b)至少在「正弦」平面(「正弦」曲線8a，8b)的某些部分(1a～3a，5a～7a；1b～3b，5b～7b)彼此相對有相位移。
3.如權利要求2所述的布置，其特徵是給某些部分(1a～3a，5a～7a；1b～3b，5b～7b)是通過「正弦」平面(「正弦」曲線8a，8b)來定義相位移，從而「正弦」平面的餘留部分(4a，4b)處於相同相位。
4.如權利要求3所述的布置，其特徵是在壓縮衝程和膨脹衝程之間的死點處、在工作腔(K)的一部分(K1)內，通過由相應的「正弦」平面的對等的筆直或很大程度上筆直的部分(4a，4b)來控制，使汽缸的至少一個活塞(44)、並且最好是汽缸的兩個活塞(44，45)分別保持軸向靜止或很大程度上靜止。
5.如權利要求4所述的布置，其特徵是在工作腔(K)的部分(K1)內，此時活塞(44，45)是靜止的或很大程度上是靜止的，就在接下來的膨脹階段之前一燃燒腔(K1)用來燃燒至少部分燃料，並且最好是燃燒大部分燃料。
6.如權利要求5所述的布置，其特徵是燃燒腔(K1)布置在「正弦」平面(「正弦」曲線8a，8b)的縱向尺寸的一相對大的弧長(5°～10°)和驅動軸(11)的轉動圓弧上。
全文摘要
本發明公開了一燃燒發動機(10),其具有多個發動機汽缸(21;21－1～21－5),這些汽缸繞一公共中間驅動軸(11)布置成一環形系列並且其汽缸軸線平行於驅動軸。每一汽缸包括可彼此相向和相離地移動的一對活塞(44,45),它們在一公共的中間工作腔(K)內工作。每一活塞(44,45)經帶有相應支承滾筒(53)的一活塞杆(48,49)構成一支承件,和經一凸輪導向裝置內的「正弦」狀平面(「正弦」狀曲線(8a,8b))進行控制。每一汽缸(21;21－1～21－5)內的兩個活塞(44,45)具有相互不同的活塞階段,這些活塞階段由相同不同的凸輪導向裝置控制。凸輪導向裝置被設計有對等的相互不同的「正弦」狀平面(「正弦」狀曲線(8a,8b))。
文檔編號F02B75/02GK1253608SQ98804487
公開日2000年5月17日 申請日期1998年4月22日 優先權日1997年4月25日
發明者裡弗·達格·亨利克森 申請人:希諾斯控股公司