用于轉(zhuǎn)換直線運動到旋轉(zhuǎn)運動的連控軌道軸和軛總成的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換直線運動到旋轉(zhuǎn)運動的總成，并且特別涉及一種直線交互構(gòu)件諸如軛結(jié)構(gòu)及關(guān)聯(lián)的活塞和可旋轉(zhuǎn)軸諸如曲柄軸之間改進的關(guān)系。本發(fā)明可以用于任何從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到直線運動或者反之亦然的應(yīng)用，例如壓縮機。
【專利說明】用于轉(zhuǎn)換直線運動到旋轉(zhuǎn)運動的連控軌道軸和軛總成
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換直線運動到旋轉(zhuǎn)運動的總成，并且特別涉及一種直線交互構(gòu)件諸如軛結(jié)構(gòu)及關(guān)聯(lián)的活塞和可旋轉(zhuǎn)軸諸如曲柄軸之間改進的關(guān)系。本發(fā)明可以用于任何從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到直線運動或者反之亦然的應(yīng)用，例如壓縮機。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機現(xiàn)在已經(jīng)伴隨我們幾十年并且變成最熟悉的設(shè)計，其中，往復(fù)活塞使用連桿連接活塞至曲柄軸的曲柄銷以轉(zhuǎn)變活塞的直線往復(fù)運動成為該曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運動。
[0003]通常，連桿在其兩端連接至活塞和曲柄銷的地方是可連接的。這一活塞通過穿過該活塞和連桿的肘銷連接至該連桿。通常，對于如此的內(nèi)燃機的這些種設(shè)計稱之為滑塊曲柄發(fā)動機。然而，時間已經(jīng)證明這些類型的內(nèi)燃機具有顯著的缺點和限制。
[0004]已經(jīng)存在推動，尤其是現(xiàn)在礦物燃料變得缺乏，并且存在較大的通過來自傳統(tǒng)內(nèi)部燃燒能量的廢氣來改進傳統(tǒng)的滑塊曲柄發(fā)動機以保護環(huán)境的社會重點。
[0005]蘇格蘭軛已經(jīng)用于尋求在滑塊曲柄發(fā)動機上應(yīng)用循環(huán)動力學的特定的發(fā)動機設(shè)計中。通常，傳統(tǒng)的蘇格蘭軛發(fā)動機通過非可連接的連桿連接兩水平相對的活塞至具有容納曲柄軸的曲柄銷的槽的梭子。導向設(shè)施限制該梭子的運動至直線路徑并且當該曲柄軸旋轉(zhuǎn)通過其范圍時該曲柄銷在該槽內(nèi)滑動，轉(zhuǎn)換該直線往復(fù)活塞移動成為旋轉(zhuǎn)曲柄軸運動。
[0006]由于熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認識到，該梭子內(nèi)的該槽必須至少與該曲柄銷直徑一樣寬并且至少與該曲柄銷行程的直徑一樣長。進一步，由于該活塞桿為限制為直線往復(fù)運動的活塞板或類似物的一部分，該曲柄軸的任何移動將自動引起該活塞延伸或縮回離開任何可預(yù)設(shè)的瞬時位置，包括點火位置。
[0007]發(fā)動機設(shè)計中的當前趨勢是使用傳統(tǒng)的具有蘇格蘭軛結(jié)構(gòu)的活塞桿增加發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。傳統(tǒng)蘇格蘭軛的使用通常并不總是可行的，因為該活塞行程短并且可用于吸入空氣進入燃燒室的時間非常短。對于燃料來說這使得燃燒處于少于理想的15比I空氣/燃料比，轉(zhuǎn)而，留下未燃盡的燃料作為污染物排放進入大氣。排放的未燃盡的燃料浪費了本應(yīng)當轉(zhuǎn)換為驅(qū)動活塞的動力的能量。
[0008]在當前可得到的滑塊曲柄發(fā)動機以及基于蘇格蘭軛的設(shè)計兩者中都實際上出現(xiàn)的是在活塞桿和曲柄軸之間存在低效的耦合。在連桿發(fā)動機中，通過增加行程的長度，在特定曲柄角度可以獲得更大的力矩，也就是說連桿的高度及由此該發(fā)動機的高度。然而，在許多應(yīng)用中這樣并不實際，并且存在各種關(guān)聯(lián)的缺點。
[0009]熟知技術(shù)的收件人可以認識到蘇格蘭軛傳輸其力量至曲柄銷(常規(guī)曲柄)的圓心線位置，在90°曲柄角度達到其最大力矩。因此，蘇格蘭軛的直線沖程總是一致的，無論其是否已經(jīng)更改停留，并且其最大杠桿作用總是在90°。該曲柄軸一般具有與其關(guān)聯(lián)的在該曲柄軸的整個360度旋轉(zhuǎn)時在該軛上滑動/滾動的滑動/滾動元件。蘇格蘭軛因此具有非常受限的應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明人已經(jīng)認識到了對于轉(zhuǎn)變直線運動為旋轉(zhuǎn)運動的改進手段，或者反之亦然，以及在內(nèi)燃機應(yīng)用中軛和曲柄及軛和活塞之間改進的關(guān)系的需求，從而確保比諸如蘇格蘭軛大得多的力矩最大化。
[0011]本 申請人:所擁有并且作為參考合并于此的申請?zhí)枮镻CT/AU2011/000398的國際專利申請?zhí)峁┝艘环N凸輪軛型嚙合的例子，其通過提供一種在曲柄軸的一次旋轉(zhuǎn)中曲柄模式和凸輪模式之間可互換的運行模式，實現(xiàn)了增大杠桿作用(壓力傳遞至更大的杠桿作用點)和活塞停留時間以改進燃燒，克服了上述問題中的一些。那個發(fā)明包括使用了可繞關(guān)聯(lián)于曲柄軸的曲柄臂的末端旋轉(zhuǎn)并且與活塞所關(guān)聯(lián)的可直線移動的軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面嚙合的軸承或輪構(gòu)件。該內(nèi)表面包括用于暫時中斷該活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為該曲柄的旋轉(zhuǎn)運動的肩部，由此該軸承經(jīng)受從曲柄模式到凸輪模式的功能變化。
[0012]本 申請人:的在先國際申請因此提出了一種總成，其改進燃燒并且引入杠桿效應(yīng)以相比于傳統(tǒng)蘇格蘭軛大很多的力增加最大力矩。然而，雖然本 申請人:自身的在先技術(shù)到達其目的并且相比于這種類型的傳統(tǒng)總成提供了獨特的優(yōu)點，但是，通過處理諸如但限于下述問題，本發(fā)明尋求提供一種進一步改進的總成:
[0013]?杠桿作用未完全最大化；
[0014].燃燒和能量效率未最優(yōu)化；
[0015].組件設(shè)計和配置使得該總成包括大量零件并且不適合于簡化制造；
[0016].組件設(shè)計和配置使得該總成不易于調(diào)節(jié)杠桿作用/停留以適合不同的應(yīng)用；以及
[0017].由使用多重組件以及施加在單獨滾動元件上的重大負載所導致的振動/嘎嘎聲問題。
`[0018]因此，本發(fā)明的目的在于克服上述問題中至少一部分，或者提供一種有用的選擇。
[0019]在開始時應(yīng)當理解，任何在此提到的“凸輪效果”不應(yīng)當解釋為與前面所述的本 申請人:的在先專利申請中的軸承的“凸輪模式”相同的現(xiàn)象。
[0020]本發(fā)明的進一步目的和益處將通過完整閱讀下面的說明而明白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明涉及可旋轉(zhuǎn)軸和直線交互構(gòu)件之間的改進關(guān)系，使得該軸的直線運動產(chǎn)生最大能量傳遞至該軸用于其旋轉(zhuǎn)。雖然本發(fā)明在此具體化為涉及內(nèi)燃機，可以理解，本發(fā)明還能夠應(yīng)用至任何包含直線運動至旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換或反之亦然的應(yīng)用。
[0022]通過閱讀說明書可以了解，該總成提供了大于蘇格蘭軛或連桿發(fā)動機型的杠桿作用，原因在于曲柄和活塞之間的相互作用為，部分地，凸輪關(guān)聯(lián)的。本發(fā)明提供了剛性的直線運動機構(gòu)，意味著該活塞運動為直線并且與該軛結(jié)構(gòu)的運動成一體，并且以相同的行程長度能夠比傳統(tǒng)發(fā)動機轉(zhuǎn)換能量至更大的杠桿作用點。因此，建立了杠桿效應(yīng)并且最大化傳遞至該曲柄的壓力。
[0023]相應(yīng)的，本發(fā)明的一種形式中，雖然這不必是本發(fā)明的唯一形式也不必是最廣泛形式，提供了一種總成，用于轉(zhuǎn)換可直線移動構(gòu)件的直線運動為可旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動，所述總成特征在于:
[0024]關(guān)聯(lián)于所述直線移動構(gòu)件的軛結(jié)構(gòu)，所述軛結(jié)構(gòu)包括內(nèi)表面；
[0025]關(guān)聯(lián)于該可旋轉(zhuǎn)軸的杠桿裝置，該杠桿裝置包括適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的至少一弧形表面，該杠桿裝置表面和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使得該軸每次旋轉(zhuǎn)的至少一段時間，持續(xù)的接觸力從該直線移動構(gòu)件傳遞至在該兩表面之間處于搖擺運動的該軸。
[0026]正是這種在該兩個組件之間通過特定的角度范圍的搖擺運動或“凸輪效果”，與滑動或滾動相對，使本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)蘇格蘭軛型總成，并且產(chǎn)生在這些組件之間改進的相互作用和大得多的力矩范圍。
[0027]優(yōu)選的，在該軸旋轉(zhuǎn)期間大體上全部時間在該所述杠桿裝置和軛結(jié)構(gòu)表面之間有兩個接觸點。
[0028]優(yōu)選的，所述持續(xù)的接觸力在該杠桿裝置的弧形表面和該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的直線表面之間傳遞。
[0029]從而，本發(fā)明的該總成包含可嚙合軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的可旋轉(zhuǎn)軸，該軸在此作為杠桿裝置提及，包括適合于在該軸旋轉(zhuǎn)期間任意一時間沿關(guān)聯(lián)于該杠桿裝置的至少兩個弧形表面接觸軛結(jié)構(gòu)的該內(nèi)表面的外周邊緣。所述組件尺寸形成為使在至少一角度范圍期間，在該杠桿裝置的弧形表面和該軛的該內(nèi)表面之間具有“搖擺運動”相互作用(相似于搖擺木馬在地面上搖擺的運動)，重要地引起持續(xù)的接觸力從該軛結(jié)構(gòu)傳遞至該軸。這種效果在此作為“凸輪效果”提及。
[0030]本發(fā)明的一個形式中，該杠桿裝置包括在此所提及的“凸輪從動件構(gòu)件”和關(guān)聯(lián)的較大的滾動元件，其中該凸輪從動件構(gòu)件包括適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)部直線表面的弧形表面，這樣的相互作用在至少一軸旋轉(zhuǎn)角度范圍期間產(chǎn)生所述“凸輪效果”，該較大滾動元件包括適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)鄰近所述直線表面布置的圓形內(nèi)部表面的弧形表面。
[0031 ] 在本發(fā)明的進一步形式中，該杠桿裝置包括“凸輪從動件構(gòu)件”，具有適合于在該軸旋轉(zhuǎn)期間大體上全部時間沿該凸輪從動件構(gòu)件的兩弧形表面接觸該軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的外周邊緣，這樣的相互作用在至少一軸旋轉(zhuǎn)角度范圍期間產(chǎn)生所述“凸輪效果”。
[0032]優(yōu)選的，該凸輪從動件構(gòu)件和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使所述“凸輪效果”發(fā)生于該軸至少90度和180度之間。
[0033]優(yōu)選的，該凸輪從動件構(gòu)件和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使該軸旋轉(zhuǎn)于O度和90度之間而無任何這樣的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到該軛結(jié)構(gòu)的直線運動上。由此，當應(yīng)用至燃燒發(fā)動機時，本發(fā)明通過也在上死點引入停留時間改進燃燒效率。
[0034]優(yōu)選的，該凸輪從動件構(gòu)件和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使該軸旋轉(zhuǎn)于180度和270度之間而無任何這樣的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到該軛結(jié)構(gòu)的直線運動上。由此，當應(yīng)用至燃燒發(fā)動機時，本發(fā)明通過也在下死點引入停留時間改進燃燒效率。
[0035]優(yōu)選的，所述凸輪從動件構(gòu)件包括具有限定了穿過該構(gòu)件的圓心線的圓心點的至少一半圓周邊緣，以及在該圓心線下方具有圓心點沿所述圓心線在該半圓周邊緣圓心點兩側(cè)布置的兩四分之一圓周邊緣，該構(gòu)件與該軸關(guān)聯(lián)使得該軸圓心點沿與該四分之一圓周圓心點其中之一的該相同軸線延伸。
[0036]通過按相等比例調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)于該凸輪從動件構(gòu)件的各個該四分之一圓周和半圓周的半徑，該總成能夠調(diào)節(jié)杠桿作用。而且，通過調(diào)節(jié)該軸圓心點和該遠側(cè)的四分之一圓周的圓心點之間的距離，該直線移動構(gòu)件的行程也可以調(diào)節(jié)。
[0037]在本發(fā)明的再一優(yōu)選形式中，該軸為連控軌道軸，包括可繞關(guān)聯(lián)于該凸輪從動件構(gòu)件在所述“凸輪效果”期間接觸所述軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的弧形表面的圓心點旋轉(zhuǎn)的滾動元件，該滾動元件與所述弧形表面半徑相等，所述弧形表面包括鋸短頂端以允許所述滾動元件接觸所述軛結(jié)構(gòu)，否則此時所述頂端將與所述內(nèi)表面接觸。使用抗摩擦或滾動元件來減少顫動在該軸O度到90度旋轉(zhuǎn)期間特別重要，否則在接觸表面之間會產(chǎn)生顫動。
[0038]該持續(xù)的接觸“凸輪效果”從而從該軛結(jié)構(gòu)至該曲柄軸傳遞該活塞力，沒有如同傳統(tǒng)蘇格蘭軛的“滑動”，而是通過一旋轉(zhuǎn)角度范圍的搖擺運動。這樣允許比任何傳統(tǒng)/蘇格蘭軛設(shè)計發(fā)動機大得多的力矩范圍。顯然，通過使用在此具體化的凸輪從動件構(gòu)件和軛結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的杠桿作用和停留兩方面能夠變化以適應(yīng)制造者的需求。
[0039]本發(fā)明為對前言中所提及的國際申請中揭露的總成的改進，原因在于，在此作為杠桿裝置提及的相互作用裝置，包括或包含有沿其周界與該軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面相互作用的凸輪從動件構(gòu)件。顯然，包含這樣的杠桿裝置的總成處理了至少一部分本發(fā)明前言中所確認的問題。
[0040]優(yōu)選的，該總成為內(nèi)燃機，其中所述直線移動構(gòu)件為具有至少一活塞與其關(guān)聯(lián)的軛總成，并且所述可旋轉(zhuǎn)軸為曲柄軸。有利的是，所述軸為連控軌道曲柄軸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果顯而易見。附圖中:
[0042]圖1為依照本發(fā)明第一實施例的曲柄總成的端視圖，包括構(gòu)建入該曲柄軸的杠桿
裝置；
[0043]圖2為直線軛總成的透視圖，包括了圖1的包含杠桿裝置的曲柄總成連同兩單獨的活塞軛結(jié)構(gòu)；
[0044]圖3為圖2的部分爆炸圖；
[0045]圖4為表現(xiàn)繪示于圖2-3中的該曲柄總成和該軛結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)運動傳遞的示意圖，其中可確認該完整的曲柄軸旋轉(zhuǎn)在0°和360°之間，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為軛結(jié)構(gòu)行程；
[0046]圖5為依照本發(fā)明第二實施例的曲柄總成的端視圖，包括構(gòu)建入該曲柄軸的杠桿
裝置；
[0047]圖6為可由圖5的杠桿裝置嚙合的軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)部尺寸；
[0048]圖7為表現(xiàn)圖5的該曲柄總成和杠桿裝置及圖6的該軛結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)運動傳遞的示意圖，其中可確認該完整的曲柄軸旋轉(zhuǎn)在0°和360°之間，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為軛結(jié)構(gòu)行程；
[0049]圖8為依照本發(fā)明第三和優(yōu)選實施例的曲柄總成的透視圖，包含了利用內(nèi)部滾動元件的杠桿裝置；
[0050]圖9為直線軛總成的透視圖，包括了圖8的帶有兩杠桿裝置的曲柄總成以及相應(yīng)的單獨的活塞軛結(jié)構(gòu)；以及
[0051]圖10為圖8-9中繪示的曲柄總成和杠桿裝置的放大透視圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細說明。盡管下面的說明中包括了代表性的實施例，但是并不排除其它實施例的存在，并且所描述的實施例可以作出不脫離本發(fā)明的精神和范圍的改變。在整個實施例和下面的說明中，如果可能，相同的標號將用來指示相同或相近的部分。
[0053]本發(fā)明涉及總成10，其可以形成內(nèi)燃機(未繪示)的一部分，包括曲柄軸12，關(guān)聯(lián)于或建造于該曲柄軸中的杠桿裝置14，以及包括該杠桿裝置與之相互作用的軛結(jié)構(gòu)18的至少一直線軛總成16，以轉(zhuǎn)換例如關(guān)聯(lián)于該軛結(jié)構(gòu)的活塞20的直線運動為該曲柄或者廣義上講軸12的旋轉(zhuǎn)運動。
[0054]通過圖2可以了解，例如，本發(fā)明可以用作內(nèi)燃機中的平移總成。當應(yīng)用至內(nèi)燃機環(huán)境中時，該杠桿裝置14和直線軛總成16發(fā)生作用以有效轉(zhuǎn)換運動活塞的直線運動為與該曲柄軸12接觸的旋轉(zhuǎn)運動。雖然未繪示，但是可以包括導向構(gòu)件以輔助該活塞軛的直線滑動運動。在一優(yōu)選實施例中，活塞配置為無摩擦的，因為它們不接觸汽缸的側(cè)面。
[0055]圖2和3中繪示的總成示范兩或更多軛總成如何適應(yīng)于一個接一個沿該曲柄軸排列并且運轉(zhuǎn)連接，從而當一個活塞處于TDC (上死點)時，鄰近的活塞處于BDC (下死點)，并且反之亦然。延伸穿過該軛的該曲柄軸12可以分成可分離的并且可連接多個以構(gòu)建附加直線軛結(jié)構(gòu)及由此該發(fā)動機所需的汽缸容量的模塊化部分。
[0056]在此所描述的各實施例中，該杠桿裝置組成為或者至少包括至少一凸輪從動件構(gòu)件22，其可隨該曲柄軸12旋轉(zhuǎn)并且配置為在旋轉(zhuǎn)期間其至少一弧形面接觸關(guān)聯(lián)于該直線軛結(jié)構(gòu)18的內(nèi)表面。這樣確保整個燃燒循環(huán)大體上所有時間該曲柄和該軛結(jié)構(gòu)完全接觸，并且產(chǎn)生前面所描述的“凸輪效果”。
[0057]顯然，使用這樣的凸輪從動件構(gòu)件22提供了改變該總成以適應(yīng)不同需求/應(yīng)用的簡化裝置。通過使用該構(gòu)件22以及與其接觸的適當改進的軛結(jié)構(gòu)18，該總成10能夠配置為單一或雙重停留，因此還可以優(yōu)化燃燒效率。該構(gòu)件還容易制造并且不復(fù)雜，因為其不包括大量單獨的運動零件或者重負載支撐軸承。
[0058]在此所描述的三個實施例用于指示該總成10，該杠桿裝置14，軛總成16，以及該軛結(jié)構(gòu)18的標號相互之間使用標記字母a，b和c來區(qū)分。例如，第一實施例的總成標記為10a，而第二實施例的杠桿裝置標記為14b，以此類推。應(yīng)當注意的是，為了簡化，除去了一些組件，例如各個活塞將延伸及縮回于其中的實際的汽缸室，從而能夠更清楚的討論本發(fā)明的重要及創(chuàng)造性方面。
[0059]圖1-4繪示本發(fā)明第一實施例，為配置為該曲柄軸12從O到90度旋轉(zhuǎn)單一停留的總成10a，該總成包括具有構(gòu)建至該曲柄軸22上并且與該軛結(jié)構(gòu)18a相互作用的兩個凸輪從動件構(gòu)件22的杠桿裝置14a，從而從該軛傳送力以旋轉(zhuǎn)該曲柄。
[0060]特別的，該杠桿裝置14a包括兩個平行的且側(cè)面間隔的包括適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)18a的相應(yīng)內(nèi)表面24的弧形面的凸輪從動件構(gòu)件22,該表面24為位于該軛總成16a “底部”的該軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，也就是說，在該活塞20的相對端上。該杠桿裝置14a進一步包括在該兩個凸輪從動件構(gòu)件之間延伸并且適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)的弧形內(nèi)表面28的大直徑滾動元件或者軸承26。布置于該大直徑滾動元件26內(nèi)的為該曲柄軸12和連接該兩個凸輪從動件構(gòu)件22的連接銷32延伸穿過的較小直徑的軸承30。熟知技術(shù)的收件人可以認識到，當該曲柄軸12旋轉(zhuǎn)時，該較小直徑的軸承30在該較大直徑的滾動元件26內(nèi)隨該曲柄軸一起旋轉(zhuǎn)，該兩個凸輪從動件構(gòu)件22和連接該兩個構(gòu)件的該銷32也同樣旋轉(zhuǎn)。
[0061]圖1繪示另一作為軸頸環(huán)繞該連接銷32的較小直徑的軸承，但是其未繪示于圖2-4中。為了使該三個實施例互相區(qū)別，這一附加的軸承雖然作為可選組件繪示于圖1中，但是直到說明書中后面關(guān)于描繪于圖8-10中的優(yōu)選的連控軌道軸實施例時才會描述。
[0062]該軛結(jié)構(gòu)的該弧形內(nèi)表面28由大體上J形其彎曲邊緣形成朝向該相應(yīng)內(nèi)表面24的鄰近邊緣的插入物34提供。該插入物34優(yōu)選由彈簧鋼制成以除去該較大軸承26的壓力。該內(nèi)表面24由形成該軛結(jié)構(gòu)的該〃底部〃的直線桿36提供。
[0063]包括該凸輪從動件構(gòu)件22和滾動元件26的該杠桿裝置14a，以及該軛結(jié)構(gòu)18a的該內(nèi)表面配置為確保對于該曲柄的每次旋轉(zhuǎn)存在至少一個活塞停留時間，并且在該旋轉(zhuǎn)至少一段期間存在凸輪效果。在繪示的該實施例中，實現(xiàn)這一點是通過使用凸輪從動件構(gòu)件22，其具有包括圓心線的剛性結(jié)構(gòu)，沿該圓心線沿布置有三個各自限定該構(gòu)件22的三個弧形外表面的半徑圓心的圓心點38，40和42。這一點大概最好能夠從雖然涉及本發(fā)明第二實施例的圖5中看到，但是圖5正好是與第一實施例的凸輪從動件構(gòu)件作比較。
[0064]該第一圓心點38是在該構(gòu)件22底角形成四分之一圓周的第一弧形表面44的半徑圓心。該第二圓心點40是在該構(gòu)件的相對底角形成第二四分之一圓周的第二弧形表面46的半徑圓心。該第三圓心點42是在該圓心線上方形成半圓周和該構(gòu)件22的整個上部的第三弧形表面48的半徑圓心。該第一和第二表面44和46為相等半徑的四分之一圓周，優(yōu)選為該半圓周表面48的半徑的一半，并且優(yōu)選通過第四直線外表面50連接。
[0065]通過圖4可以了解，在該曲柄旋轉(zhuǎn)的全部時間，沿各個凸輪從動件構(gòu)件22的三個弧形表面其中之一的點，以及該大直徑滾動元件26的表面，與該軛結(jié)構(gòu)18的所述內(nèi)表面其中之一接觸。特別的，該滾動元件26接觸該J形插入物34的表面28，而各個凸輪從動件構(gòu)件22的所述三個弧形表面其中之一接觸該軛結(jié)構(gòu)桿36的表面24。因此在該杠桿裝置的各個“弧”有兩個接觸點38。繪示于圖1中的軛接觸點與90°曲柄軸旋轉(zhuǎn)一致。由于具有雙重接觸，該總成比迄今已知的這類總成強健及平衡許多，并且振動的可能性少得多。
[0066]在該第一實施例中，該軛結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面配置為在O和90度曲柄旋轉(zhuǎn)之間停留。這一停留時間的至少一段期間，該外軸承26在該J形插入物上滾動，直到該“凸輪效果”建立于該凸輪從動件構(gòu)件22和軛表面24之間，特別的，建立于該構(gòu)件22的弧形表面46和該直線表面24之間。該凸輪效果從至少90度到180度軸旋轉(zhuǎn)角度引起持續(xù)的接觸力從該軛結(jié)構(gòu)施加至該曲柄軸。通過該凸輪從動件構(gòu)件的延長的形狀杠桿作用由此獲得增益并且與該曲柄的該圓心點38和該第二圓心點40之間的距離成比例。本發(fā)明的一個優(yōu)點是當用于內(nèi)燃機環(huán)境時，發(fā)生于該活塞行進時的燃燒壓力減少由該杠桿作用的增加來平衡。
[0067]各凸輪從動件構(gòu)件22的該第一和第二圓心點38和40之間的距離限定該活塞的行程長度。熟知技術(shù)的收件人由此可以認識到容易之處在于本發(fā)明的總成IOa能夠改進以適應(yīng)需要不同力矩范圍的不同的應(yīng)用。為了增加力矩性能，人們僅需增加各個該四分之一圓周表面44和46的半徑，以及隨后增加該半圓周表面48的半徑以補償該構(gòu)件增加的長度。由于該圓心點38和40之間的距離保持相同，行程長度保持相同，意味著該總成能夠改進為不同力矩范圍而無需改變行程及由此的發(fā)動機或總成高度。類似的，如果人們希望調(diào)節(jié)該行程，圓心點38和40之間的距離能夠易于調(diào)節(jié)。熟知技術(shù)的收件人可以認識到該凸輪從動件構(gòu)件的任何調(diào)整將需要類似的對該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面重新量尺寸。
[0068]總之，該曲柄軸從O到90度的旋轉(zhuǎn)該總成IOa提供該活塞單一停留，并且然后從該直線軛結(jié)構(gòu)至該杠桿裝置傳遞持續(xù)的接觸力，沒有如同傳統(tǒng)蘇格蘭軛類型配置的滑動，而是用搖擺運動，如前言所述的搖擺運動可以認為相似于例如搖擺木馬“搖擺”的運動。正是這種“凸輪效果”允許比任何傳統(tǒng)或蘇格蘭軛設(shè)計發(fā)動機大得多的力矩范圍。90度后活塞行程的余下部分包括從90到180度從上死點運動至下死點，以及從180度到360度從下死點返回上死點。
[0069]該杠桿裝置的使用，特別是該凸輪從動件構(gòu)件22及其與該軛結(jié)構(gòu)相互作用，提供了超出在先技術(shù)的優(yōu)點，包括減少零件總數(shù)，簡化制造和安裝，原因在于該杠桿構(gòu)件為單獨的剛性構(gòu)件，以及充分的可調(diào)節(jié)性，原因在于該杠桿裝置設(shè)計中的輕微變化將引起滿足任意應(yīng)用需求的杠桿作用以及停留時間的改變。
[0070]圖5-6繪示具有杠桿裝置14b的曲柄軸12，包括配置為與本發(fā)明第二實施例一致的凸輪從動件構(gòu)件22和軛結(jié)構(gòu)18b。組件標有尺寸，使得如圖7繪示，在該燃燒循環(huán)的整個時間前述從動件構(gòu)件22的外周邊緣接觸該軛結(jié)構(gòu)18b的內(nèi)周邊緣54。顯然，該接觸點55處于類似于該第一實施例的接觸點38在90度曲柄角度的位置。
[0071]該第二實施例的總成IOb提供了少于該第一實施例的組件，原因在于僅帶有一個需要嚙合該內(nèi)表面的凸輪從動件構(gòu)件22，該軛結(jié)構(gòu)18b的該內(nèi)表面代替了對外部滾動元件的需求。此外，如下面更詳細的描述，這種配置對于該曲柄的每次運行引入該活塞的雙重停
&3甶O
[0072]該軛的內(nèi)周邊緣54的尺寸形成為確保接觸保持在該凸輪從動件構(gòu)件22的表面44和46其中之一與該內(nèi)部軛邊緣54之間，以及另外，表面48與邊緣54之間。在繪示的實施例中，該內(nèi)部軛邊緣54包括兩平行的表面56和58，間隔的距離相當于如圖7的TDC位置所繪示的該凸輪從動件構(gòu)件22的長度，以及當分別從該曲柄軸中心位于90°和270°時所測量的半徑相等的兩圓形邊60和62。所繪示的該附加的圓形邊64非為必須的，但是尺寸形成為像這樣以簡化該軛的制造。當弧形表面46接觸該軛結(jié)構(gòu)的該直線表面58時，該凸輪從動件構(gòu)件22以相同于前述的相同方式工作，在該軸的90度旋轉(zhuǎn)時建立“凸輪效果”。
[0073]圖5和6中提供了一些特定半徑，然而，可以理解，本發(fā)明無意限制于任何特別的凸輪從動件或軛內(nèi)部邊緣半徑。如前面所描述，這些尺寸意旨在于取決于所需的杠桿作用和停留配置以適應(yīng)特定應(yīng)用而充分可調(diào)。
[0074]因此，雖然從O到90度曲柄旋轉(zhuǎn)該活塞20再次停留時，但是該行程的余下部分不同于該第一實施例，原因在于其90度后的行程包括從90到180度從上死點到下死點的移動，從180到270度曲柄旋轉(zhuǎn)的第二停留時間，以及從270到360度從下死點返回上死點。
[0075]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8以及本發(fā)明的優(yōu)選形式，繪示有形成圖9中繪示的該總成IOc的一部分的杠桿裝置14c，該杠桿裝置14c包括描述于該第二實施例中的類似的凸輪從動件構(gòu)件和軛結(jié)構(gòu)輪廓，但是還包括挖空的其之間旋轉(zhuǎn)安裝有內(nèi)部滾軸72的溝槽70。該滾軸可繞銷73旋轉(zhuǎn)。包括像這樣配置的凸輪從動件以及包括內(nèi)部滾軸72的軸在此稱之為連控軌道曲柄軸。
[0076]圖9-10圖解該杠桿裝置14c使用于直線軛總成16c，并且應(yīng)當明白該軛結(jié)構(gòu)本質(zhì)上與關(guān)于該第二實施例所論述的相同，但是具有配置稍微不同的內(nèi)表面。應(yīng)當理解，該內(nèi)表面仍然包括該第二實施例的主要的圓形邊60和62，以及平行表面56和58，但是附加的邊64為不同的半徑。該第三實施例因此提供了如何可以改變該軛結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部尺寸(例如，為簡化制造)而不必改變本發(fā)明的工作的示例。[0077]該第三實施例中的進一步的顯著不同是在該凸輪從動件構(gòu)件頂端在表面46和48之間的會合點的該鋸短部分74。有時，該平坦位置74允許該滾軸70和該軛的該內(nèi)周邊緣54之間的接觸，否則該構(gòu)件14c的該頂端，也就是表面46和48之間的該會合點將接觸該軛的該內(nèi)表面，例如，從O到90度的該停留時期期間。該滾軸70由此用于在該曲柄的360度旋轉(zhuǎn)期間在適當時間減少這些表面之間的摩擦和顫動。
[0078]考慮到附圖和上面的說明，熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以明白本發(fā)明的該總成10如何工作以及提供各種超過迄今已知的轉(zhuǎn)換直線到旋轉(zhuǎn)運動及反之亦然的總成的優(yōu)點。當應(yīng)用至內(nèi)燃機時，其中該直線移動構(gòu)件為軛活塞結(jié)構(gòu)并且該可旋轉(zhuǎn)軸為曲柄軸，熟知技術(shù)的收件人可以理解，通過使用本發(fā)明的該總成，該發(fā)動機的每個汽缸處于燃燒點的一個時間段而不是僅僅一個時間點在其最上面的位置將具有活塞，因此活塞能夠保持在那一最上面的位置以確保燃燒空氣/燃料吸入量中的所有的碳氫化合物燃料而不是剩下任何待排出的未燃盡的燃料。在本發(fā)明的另外的形式中，該總成還能夠配置為在該活塞的最低位置具有第二停留時間的雙重停留。
[0079]因此，如最佳參見于圖7，當該曲柄軸在0° -90°之間繼續(xù)它的旋轉(zhuǎn)時，該活塞自身沒有自其最上面的位置移動，這意味著因為該活塞允許停留在它的最上面位置一時間段，盡管該曲柄軸已經(jīng)繼續(xù)它的旋轉(zhuǎn)，意味著這個額外的時間允許該碳氫化合物燃料完全燃燒。類似的，在后面的實施例中，當該曲柄軸在180° -270°之間繼續(xù)其旋轉(zhuǎn)時，該活塞尚未自其最低位置移動，這意味著氣體自該汽缸排出可以更有效的進行。這是通過該凸輪從動件總成和該軛結(jié)構(gòu)之間的配對輪廓實現(xiàn)。
[0080]為該活塞產(chǎn)生停留時間的能力僅是本發(fā)明的一個好處。該凸輪從動件構(gòu)件22的配置及其與該軛結(jié)構(gòu)18的相互作用使得杠桿作用最大化，因為停留和杠桿作用通過簡單調(diào)整這些組件的尺寸為充分可調(diào)的，并且在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，利用滾動元件來減少摩擦和顫動。
[0081]在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使本發(fā)明具有進一步的優(yōu)點和改進。盡管本發(fā)明已經(jīng)通過被認為是最實用和優(yōu)選的實施例來顯示和描述，但其并不是限制本發(fā)明為所揭露的細節(jié)，而是為了與權(quán)利要求的全部范圍一致，從而包括任一和所有的等同裝置和設(shè)備，可以理解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以作出各種改變。
[0082]在權(quán)利要求中，除非上下文要求，否則由于明確的語言或必要的暗示，詞語“包括”表示“包括但不僅限于”，也就是本發(fā)明各種實施例中所詳細說明的特征可以與進一步的特征相聯(lián)系。
【權(quán)利要求】
1.一種用于轉(zhuǎn)換可直線移動構(gòu)件的直線運動為可旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動的總成，其特征在于，包括: 關(guān)聯(lián)于所述直線移動構(gòu)件的軛結(jié)構(gòu)，所述軛結(jié)構(gòu)包括內(nèi)表面； 關(guān)聯(lián)于該可旋轉(zhuǎn)軸的杠桿裝置，該杠桿裝置包括適合于接觸該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的至少一弧形表面，該杠桿裝置表面和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使得該軸每次旋轉(zhuǎn)的至少一段時間，持續(xù)的接觸力從該直線移動構(gòu)件傳遞至在該兩表面之間處于搖擺運動的該軸。
2.如權(quán)利要求1所述的總成，其特征在于，在該軸旋轉(zhuǎn)期間大體上全部時間在該所述杠桿裝置和軛結(jié)構(gòu)表面之間有兩個接觸點。
3.如權(quán)利要求2所述的總成，其特征在于，所述杠桿裝置包括可隨所述軸旋轉(zhuǎn)的凸輪從動件構(gòu)件以及關(guān)聯(lián)的較大滾動元件，所述凸輪從動件構(gòu)件和所述滾動元件包括各自限定了在該軸旋轉(zhuǎn)期間大體上全部時間與所述內(nèi)部軛表面接觸的表面的外周邊緣。
4.如權(quán)利要求3所述的總成，其特征在于，所述凸輪從動件構(gòu)件包括具有限定了穿過該構(gòu)件的圓心線的底部的至少一半圓周邊緣，以及布置在該圓心線下方沿該圓心線在該半圓周邊緣圓心點兩側(cè)布置圓心點的第一和第二四分之一圓周邊緣，該構(gòu)件與該軸關(guān)聯(lián)使得軸旋轉(zhuǎn)軸線延伸穿過該第一四分之一圓周邊緣的該圓心線。
5.如權(quán)利要求4所述的總成，其特征在于，所述持續(xù)的接觸力在關(guān)聯(lián)于該第二四分之一圓周邊緣的弧形表面和該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的直線表面之間傳遞。
6.如權(quán)利要求5所述的總成，其特征在于，從該軸至少90度到180度旋轉(zhuǎn)所述弧形表面和所述直線內(nèi)部軛表面接觸。
7.如權(quán)利要求3-6中任一所述的總成，其特征在于，所述較大滾動元件適合于接觸形成所述軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面一部分的J形插入物。
8.如權(quán)利要求2所述的總成，其特征在于，所述杠桿裝置包括凸輪從動件構(gòu)件，其包含了限定至少兩表面的外周邊緣，其兩表面在該軸旋轉(zhuǎn)期間大體上全部時間與所述內(nèi)部軛表面接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的總成，其特征在于，所述凸輪從動件構(gòu)件包括具有限定了穿過該構(gòu)件的圓心線的底部的至少一半圓周邊緣，以及布置在該圓心線下方沿該圓心線在該半圓周邊緣圓心點兩側(cè)布置圓心點的第一和第二四分之一圓周邊緣，該構(gòu)件與該軸關(guān)聯(lián)使得軸旋轉(zhuǎn)軸線延伸穿過該第一四分之一圓周邊緣的該圓心線。
10.如權(quán)利要求9所述的總成，其特征在于，所述持續(xù)的接觸力在關(guān)聯(lián)于該第二四分之一圓周邊緣的弧形表面和該軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的直線表面之間傳遞。
11.如權(quán)利要求10所述的總成，其特征在于，從該軸至少90度到180度旋轉(zhuǎn)所述弧形表面和所述直線內(nèi)部軛表面接觸。
12.如權(quán)利要求9-11中任一所述的總成，其特征在于，所述第二四分之一圓周邊緣包括鋸短頂端和可繞該第二四分之一圓周邊緣的該圓心點旋轉(zhuǎn)的滾動元件，所述滾動元件具有與該第二四分之一圓周邊緣相同的半徑，使得該滾動元件隨著該凸輪從動件構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)不時接觸所述軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，否則所述頂端將與該內(nèi)表面接觸。
13.如權(quán)利要求3-11中任一所述的總成，其特征在于，所述杠桿裝置和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使該軸旋轉(zhuǎn)于至少O度和90度之間而無任何這樣的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到該軛結(jié)構(gòu)的直線運動上。
14.如權(quán)利要求3-12中任一所述的總成，其特征在于，所述杠桿裝置和軛結(jié)構(gòu)內(nèi)表面尺寸形成為使該軸旋轉(zhuǎn)于O度和90度之間以及180度和270度之間而無任何這樣的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換到該軛結(jié)構(gòu)的直線運動上。
15.一種包括如權(quán)利要求1-14中任一所述的總成的內(nèi)燃機，其特征在于，所述直線移動構(gòu)件包括與此關(guān)聯(lián)的活 塞，并且所述可旋轉(zhuǎn)軸為曲軸。
【文檔編號】F01B9/02GK103765046SQ201280032776
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】喬治·弗朗什 申請人:依達克斯研發(fā)國際私人有限公司