專利名稱：內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及往復活塞式內(nèi)燃機，特別是，雖然不僅僅是涉及在EP-A-0591153中公開的普通型的內(nèi)燃機。
原有文件公開了一種內(nèi)燃機，其中，使活塞或每個活塞在至少一部分循環(huán)中以這樣一種速度移動，以使位移對時間的曲線與在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中先天產(chǎn)生的正弦形不同，在該傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中，每個活塞都用各自的連桿連至曲軸的各自的曲柄上。在這樣一種傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中，企圖使燃料/空氣混合物的燃燒與活塞的運動匹配，但是作為原有文件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)的基本原理為，使燃燒以最佳的狀態(tài)進行，并使活塞以一種“跟隨”燃燒的方式移動并與燃燒過程的性質(zhì)和進程有關(guān)。
更具體一些，原有文件公開了一種內(nèi)燃機，其中，在燃料/空氣混合物在循環(huán)中點火的位置或在其附近使活塞減速，從而使活塞移動得比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機慢，然后在達到上死點(TDC)位置之前再次加速。這是基于這樣的認識，即在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中，在點火的位置，活塞基本以其最大的速度移動，壓縮比基本按最大的速率變化，因而阻止了火焰前沿穿過燃料/空氣混合物的傳播率，從而損害了燃燒過程的性質(zhì)和完全性。不過，在發(fā)火點附近使活塞變慢意味著在火焰前沿開始傳播時，燃料/空氣的壓力增加率大大地小于平常的，這樣就造成火焰前沿穿過燃料/空氣混合物的傳播比平常的快得多。
原有文件還公開了，在TDC以后在0°至40°之間的某個位置，而不是像在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中那樣在TDC以后在90°使活塞達到最大的加速度和最大速度，并在以后在到達下死點(BDC)位置之前在工作沖程的后面部分移動得比在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中慢。這樣就導致排氣溫度降低從而導致NOx的排放減少和排氣口和排氣閥的沖蝕減少。
曾經(jīng)在按照EP-A-0591153構(gòu)造的內(nèi)燃機中進行了廣泛的試驗，試驗表明，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相比，該內(nèi)燃機真正大大地提高了效率并且顯著地減少了未燃燒的碳氫化合物CO和NOx的排放。這些試驗確實表明，在按照原有文件的內(nèi)燃機中的燃燒過程是按一個根本不同于在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中的方式進行的，這可用這樣的事實證明，即例如在燃燒時，氣缸中的壓力升高率約為6.5bar每度輸出軸的回轉(zhuǎn)，與之相比，在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中則為2.2bar，同時，在TDC以后，燃燒在輸出軸回轉(zhuǎn)約22°以內(nèi)就完成，與之相比，在傳統(tǒng)的發(fā)動機中，則在回轉(zhuǎn)約60°以內(nèi)完成。
不過，在原有文件中所公開的內(nèi)燃機包含與活塞配合的成形凸輪而不是傳統(tǒng)的曲軸，同時，雖然，這種凸輪是完全起作用并且在技術(shù)上令人滿意的，但是對于內(nèi)燃機則最好還是包含一般是傳統(tǒng)型的曲軸，這是因為，用于曲軸的大量生產(chǎn)的設(shè)備是現(xiàn)成的，而且用于制造曲軸型內(nèi)燃機的技術(shù)比用于凸輪型發(fā)動機的熟悉，嘗試和試驗得更多。
因此，本發(fā)明的目的為生產(chǎn)一種往復活塞式內(nèi)燃機，其中，活塞或每個活塞的時間位移曲線不同于傳統(tǒng)的曲軸式內(nèi)燃機的正弦形，例如其方式與在EP-A-0591153中所公開的相似，而且它可以在內(nèi)燃機運行時改變，不過它包括一般是傳統(tǒng)型的曲軸。
按照本發(fā)明，提供一種包括一個或更多的活塞的內(nèi)燃機，每個活塞都安裝成能在各自的氣缸中往復并擺動地與一連桿相連，該連桿與曲軸上的各自的曲柄相連，其特征為，連桿擺動地與長形桿狀構(gòu)件的一端相連，該構(gòu)件在其兩個端部之間的位置上與相配的曲柄擺動地相連，而構(gòu)件的另一端則構(gòu)成一個桿，該桿受到一支架的約束，以致它可以繞一平行于曲軸軸線的樞軸擺動并可沿平行于其長度的方向移動。
這樣，在本發(fā)明的內(nèi)燃機中，連桿并不直接擺動地與各自的曲柄相連，而是間接地通過桿狀構(gòu)件的一端相連，該桿狀構(gòu)件則擺動地同時與曲柄和連桿相連。桿狀構(gòu)件的另一端要如此支承，以便能繞一平行于其它兩個軸線的第三擺動軸線擺動并能直接地平行于其長度移動。這樣，活塞的運動就與正弦運動不同而且可以通過改變桿狀構(gòu)件的三個擺動軸線的間距和相對位置而任意改變，而該三個擺動軸線通常不在一個平面中。不過，都優(yōu)先使三個擺動軸線如此放置，以使活塞的運動與在EP-A-0591153中所公開的內(nèi)燃機的活塞非常相似，特別是在發(fā)火點附近使活塞移動得比在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中更要慢許多。
支承可以采取各種形式，同時桿狀構(gòu)件的相對的縱向可移動性可以很容易地通過滑動連接達到。不過，最好是支承包括一與一固定的支架構(gòu)件相連，并可相對于它繞擺動軸擺動的第一可移動的支架構(gòu)件，第一可移動的支架構(gòu)件用一接頭與桿相連，該接頭允許沿桿的方向作相對滑動。第一可移動的支架構(gòu)件與桿的相對可滑動性可以由在其中具有孔的可移動的支架構(gòu)件提供，桿狀構(gòu)件在孔中可縱向滑動地被接納，或是可移動的支架構(gòu)件有一可滑動地被接納在桿狀構(gòu)件的孔中的插銷。
本發(fā)明可同時用于火花點燃型和柴油機型的兩沖程和四沖程內(nèi)燃機。不過，最好還是例如在重載與輕載狀況之間改變活塞的運動，從而使即使是可移動的支架構(gòu)件因而還有桿狀構(gòu)件的擺動軸線可以受到約束，不會直接地垂直于桿狀構(gòu)件的長度移動，但是，還是優(yōu)先使支承包括一第二可移動的支架構(gòu)件，和一致動裝置，第二可移動的支架構(gòu)件受到導向，以便相對于固定的支架構(gòu)件沿垂直于桿的長度的方向直線地移動，而致動裝置則與第二可移動的支架構(gòu)件配合并被布置成將其直線地移動，第一可移動的支架構(gòu)件與第二可移動的支架構(gòu)件相連，以相對于它繞擺動軸線擺動。致動裝置可包括相對的液壓缸或氣動缸或一個或更多的凸輪或一個與第二可移動的支架構(gòu)件配合的偏心軸銷。如果采用凸輪，則最好有兩個與第二可移動的支架構(gòu)件相反地配合的同樣的凸輪，這兩個凸輪例如用與帶齒的帶輪嚙合的齒形帶結(jié)合，以同步旋轉(zhuǎn)，該帶齒的帶輪裝在同一個裝有凸輪的軸上。致動裝置可以由內(nèi)燃機管理系統(tǒng)控制，從而可使之非常迅速地移動第二可移動的支架構(gòu)件因而是第三擺動軸線。
在內(nèi)燃機為四沖程式的情況下，最好使活塞的運動在壓縮沖程與排氣沖程之間有區(qū)別，甚至在吸氣沖程和工作沖擊之間也有區(qū)別。這可以用不同的方式達到，并且在一個優(yōu)選的實施例中，將致動裝置與曲軸如此結(jié)合，以致當內(nèi)燃機在運行時，第二可移動的支架構(gòu)件連續(xù)直線地往復。這種往復可以與相配的活塞的運動同相，由此使活塞的運動在每個壓縮沖程中都是相同的，但是卻與排氣沖程中的不同。
致動裝置不僅可用來改變活塞從正弦運動改變的方式，而且還可用于至少部分地作出改變，從而可在活塞沖程的過程中例如在發(fā)火點附近被致動，以產(chǎn)生活塞在該點所要求的減速。
最好使第一可移動的支架構(gòu)件繞其相對于第二可移動的支架構(gòu)件擺動的擺動軸線在軸線位于其直線往復行程的中間位置時與曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線都位于基本垂直于氣缸軸線延伸的平面中。
最好還將長形桿件與支承做成這樣的尺寸和如此布置，以使當內(nèi)燃機在運行時，連桿繞其相對于長形桿狀構(gòu)件擺動的擺動軸線描繪出大體是卵圓或橢圓形的路徑，橢圓的長軸大體平行于氣缸的軸線延伸。
雖然桿狀構(gòu)件在其與之擺動地連接的曲柄的兩相反側(cè)的部分可以是共直線的，但是也發(fā)現(xiàn)，最好它們在實際上彼此多少有些傾斜，例如以5°～45°傾斜。
本發(fā)明的其它特點與細節(jié)將從下面四個特殊的實施例的描述而更清楚，這些實施例是參考附圖作為例子給出的，其中，

圖1至4分別是四個多缸四沖程內(nèi)燃機的一部分的非常示意的局部剖視圖，只示出了內(nèi)燃機的一個氣缸和相連的活塞以及活塞連接機構(gòu)。
在所有四個實施例中，內(nèi)燃機都有四個氣缸，雖然可以比這個多或少，甚至只有一個氣缸，但是只示出了一個氣缸2?？赏鶑偷匕惭b在氣缸中的是活塞4。活塞按常有的方式繞軸線5連接至連桿6上。在氣缸或每個氣缸2下方延伸的是曲軸7，它在圖1中只是示意地示出并被安裝成繞軸線8旋轉(zhuǎn)，而在圖2和3中則為了清楚起見而一點也未示出。曲軸上裝有用于各個活塞的各自的曲柄或曲柄彎程10。不過連桿6并不直接與相配的曲柄10相連，而是繞一軸線12擺動地與各自的長形桿件14的一端11相連。桿件還在其兩個端部之間的位置上繞軸線16擺動地與相配的曲柄10相連，中間介以合適的軸承15。桿件14的其形狀為實心或空心桿的另一端18則可沿縱向滑動地被接納在一支承中，支承的結(jié)構(gòu)在各個實施例中是不同的。
在圖1所示的第一實施例中，支承包括一可移動的由套筒構(gòu)成的支架構(gòu)件20，該套筒穿過由通常與曲軸(未示出)相連的空心管或套筒24構(gòu)成的固定的支架構(gòu)件中的徑向孔22，并穿過另一實心的第二可移動的支架構(gòu)件26中的孔23，該構(gòu)件26被容納在固定的支架構(gòu)件24的內(nèi)部并在其中被導向。在套筒20的兩端之間的位置上，從其內(nèi)部突出兩個相對的支承耳軸25，它們可旋轉(zhuǎn)地被接納在各自的相對的孔27中，以繞另一擺動軸線21擺動，而孔27則在可沿縱向在固定的支架構(gòu)件24中滑動的第二可移動的支架構(gòu)件26的側(cè)壁上形成，由此，套筒20可繞耳軸相對于支架構(gòu)件24擺動或旋轉(zhuǎn)至一有限的程度，并還可沿支架構(gòu)件24的長度方向直接地移至一有限的程度。
可移動的支架構(gòu)件26對著套筒20的外部的徑向相對的區(qū)域。可移動的支架構(gòu)件26可經(jīng)由在支架構(gòu)件24的每一端形成的口28通過向其后表面施加液壓或氣壓而在支架構(gòu)件24內(nèi)沿縱向移動。另一種方案為，支架構(gòu)件26可通過用各自的液壓或氣動活塞向其后表面施加致動力而間接地移動。
在使用時，擺動軸線21通常保持不動，并且在曲軸10旋轉(zhuǎn)和活塞4在氣缸2內(nèi)往復時，曲柄10的軸線16描述一圓形路徑29，而桿18則在套筒20中滑進滑出，該套筒20繞其耳軸25來回擺動。套筒20約束桿18，使其不垂直于其長度直線地移動。擺動軸線12受到系統(tǒng)的運動學的制約而沿圖1所示的多少有些不規(guī)則的路徑30移動，該路徑有一多少有些變形的卵圓形或基本為一橢圓形。在曲軸回轉(zhuǎn)一圈時，軸線12所占據(jù)的四個特殊位置分別用12、12’、12”、12代表，而軸線5的相應(yīng)的位置則分別用5、5’、5”、5代表。此機構(gòu)導致活塞的位置/時間曲線不同于傳統(tǒng)的正弦形，但是它的變化的精確方式則取決于軸線12、16和21的相對位置。此位置是預(yù)先確定的，以產(chǎn)生活塞的所要求的運動曲線，例如與在EP-A-0591153中所公開的內(nèi)燃機的曲線近似的曲線。
活塞的運動曲線可以通過改變擺動軸線21的位置而改變。通過移動可移動的支架構(gòu)件26，從而沿固定的支架構(gòu)件24的長度方向移動套筒20就可以做到這一點。軸線21的位置的移動可以在每個循環(huán)中在一個或更多的活塞沖程的終點進行，以便在例如壓縮和排氣沖程中產(chǎn)生不同的運動曲線。另一種方案為，也可以進行軸線21的位置的移動，以使燃燒最佳地適應(yīng)各種載荷情況。作為另一種方案，軸線21也可以在一個或更多的活塞沖程的過程中被移動，以在與正弦形不同的活塞運動曲線中產(chǎn)生所要求的變化。在任何情況下，用可移動的支架構(gòu)件26移動套筒20都可以例如在內(nèi)燃機管理系統(tǒng)的控制下極快地進行，而這種管理系統(tǒng)現(xiàn)在在多數(shù)近代的汽車發(fā)動機中都是具備的。
在圖2所示的第二實施例中，由桿18構(gòu)成的桿件14的第二端為了減輕重量的目的而做成空心的并穿過第一可移動的支架構(gòu)件20上的孔而可滑動地被保持在其中，該構(gòu)件20由一球或一圓柱體構(gòu)成。可移動的支架構(gòu)件20借助它的圓形段外表面的由支架構(gòu)件26所提供的相對的互補表面的結(jié)合而被保持在一穿過第二可移動的支架構(gòu)件26延伸的孔中。這樣，支架構(gòu)件20就可繞軸線21相對于支架構(gòu)件26旋轉(zhuǎn)但是不能相對于它直線地移動。這樣，桿18只能轉(zhuǎn)動并相對于支架構(gòu)件26平行于其長度直線地移動。
支架構(gòu)件26有兩個相對的弧形端30，它們同彼此錯開180°的兩個相同的凸輪31接合，凸輪31裝在各自的還裝有各自的帶齒的帶輪33的軸32上。齒形帶34繞過兩個帶輪33，這意味著它們因而是凸輪31都如此受到約束，以便沿同一方向同步旋轉(zhuǎn)。軸32的一根或兩根與一致動器(未示出)相連，該致動器用例如車輛內(nèi)燃機的管理系統(tǒng)控制，以便按需要間歇地或連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生所要求的活塞運動曲線。
可移動的支架構(gòu)件26通過在其中設(shè)置兩個長形槽35而受到約束，以直線地平行于其長度移動，穿過該槽伸出的是各自的導向銷軸36。銷軸36與固定的支架構(gòu)件相連，該構(gòu)件為了清晰起見而未示出并且通常都與曲軸的一部分相連或由其構(gòu)成。
圖3中所示的實施例與圖2中所示的非常相似，但是在此情況下，軸32的一根上裝有另一有齒的帶輪37，同時曲軸7上也裝有有齒的帶輪38或是它的周邊的一部分做成帶齒的并構(gòu)成這種帶輪。齒形帶37、38繞過兩個帶輪37、38并將它們旋轉(zhuǎn)地連起來。帶輪37、38的尺寸要做成使曲軸7的一轉(zhuǎn)產(chǎn)生帶輪37的半轉(zhuǎn)。這將意味著，第二可移動的支架構(gòu)件26的直線性往復是與內(nèi)燃機的工作循環(huán)同相的。因此，活塞的運動在例如每個壓縮沖程中都是相同的，但是這一運動將與每個排氣沖程中的運動不同?？梢苿拥闹Ъ軜?gòu)件26在TDC即在其最靠近活塞的位置處示出，而活塞則在BDC而且活塞準備進行其壓縮沖程處示出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這可導致活塞在發(fā)火點附近有更明顯的延遲，從而導致活塞的運動更接近EP-A-0591153中的活塞的運動。
圖4的實施例與圖3的非常相似，但是在此情況下，用于實現(xiàn)支架構(gòu)件20、26的往復運動的凸輪驅(qū)動用一偏心驅(qū)動代替。這樣，凸輪31被省去。帶輪33中的一個和齒形帶34也被省去。剩下的帶輪33上設(shè)置一偏心銷軸40，它可擺動地被接納在具有同樣直徑的、在長形桿件42的一端上形成的孔41中。桿件42的另一端上做有穿過它的孔，另一擺動銷43穿過可移動的支架構(gòu)件26的相配端的對應(yīng)的孔。因此，曲軸7的旋轉(zhuǎn)導致銷軸40繞帶輪33的軸線的旋轉(zhuǎn)，而帶輪33本身又導致可移動的支架構(gòu)件26的平行于其長度的往復直線運動，運動的幅度由銷軸40的偏心確定。
在所有上面提到的實施例中，活塞的運動非常接近于在EP-A-0591153中所公開的內(nèi)燃機的活塞的運動。這樣，活塞在點火的地方或在其附近大大地減速，然后在到達TDC之前再次加速?；钊€在TDC之后在0°～40°的某個地方，而不是像在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中那樣在TDC之后在90°左右處達到它的最大加速度和最大速度，以后在到達BDC之前在其工作沖程的后面部分移動得略比在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機中慢。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相比，在BDC處的停留時間也延長了。如果要求進一步在BDC處延長停留時間，則可以在圖3和4的實施例中改變可移動的支架構(gòu)件26和活塞的相對定時，而這將進一步提高容積效率。
權(quán)利要求
1．一種包括一個或更多的活塞(4)的內(nèi)燃機，每個活塞都安裝成能在各自的氣缸(2)中往復并擺動地與一連桿(6)相連，該連桿與曲軸(7)上的各自的曲柄(10)相連，其特征為，連桿(6)擺動地與長形桿狀構(gòu)件(14)的一端相連，該構(gòu)件在其兩個端部之間的位置上與相配的曲柄(10)擺動地相連，而構(gòu)件的另一端則構(gòu)成一個桿(18)，該桿受到一支架(20、26、24)的約束，以致它可以繞一平行于曲軸(7)軸線(8)的樞軸(21)擺動并可沿平行于其長度的方向移動。
2．如權(quán)利要求1的內(nèi)燃機，其特征為，支承包括一與一固定的支架構(gòu)件(24)相連并可相對于它繞擺動的第一可移動的支架構(gòu)件(20)，第一可移動的支架構(gòu)件(20)用一接頭與桿(18)相連，該接頭允許沿桿(18)的方向作相對滑動。
3．如權(quán)利要求1的內(nèi)燃機，其特征為，支承包括一第二可移動的支架構(gòu)件(26)和一致動裝置(31、40)，第二可移動的支架構(gòu)件受到導向，以便相對于固定的支架構(gòu)件(24)沿垂直于桿(18)的長度的方向直線地移動，而致動裝置則與第二移動的支架構(gòu)件(26)配合并被布置成將其直線地移動，第一可移動的支架構(gòu)件(20)與第二可移動的支架構(gòu)件(26)相連，以相對于它繞擺動軸線(21)擺動。
4．如權(quán)利要求3的內(nèi)燃機，其特征為，致動裝置包括至少一個與第二可移動的支架構(gòu)件(26)配合的凸輪(31)。
5．如權(quán)利要求4的內(nèi)燃機，其特征為，致動裝置包括兩個與第二可移動的支架構(gòu)件(26)相反地配合的同樣的凸輪(31)，兩個凸輪(31)被結(jié)合成同步旋轉(zhuǎn)。
6．如權(quán)利要求3的內(nèi)燃機，其特征為，致動裝置包括一與第二可移動的支架構(gòu)件(26)配合的偏心軸銷(40)。
7．如權(quán)利要求3至6的任一項的內(nèi)燃機，其特征為，致動裝置(31,40)與曲軸(4)如此結(jié)合，以致當內(nèi)燃機在運行時，第二可移動的支架構(gòu)件(26)連續(xù)直接地往復。
8．如權(quán)利要求3至7的任一項的內(nèi)燃機，其特征為，擺動軸線(21)在位于其直線行程的中間位置時與曲軸(7)的旋轉(zhuǎn)軸線(8)都位于基本垂直于氣缸(2)的軸線延伸的平面中。
9．如前述權(quán)利要求的任一項的內(nèi)燃機，其特征為，連桿(6)與長形桿狀構(gòu)件(14)相連，以繞擺動軸線(12)擺動，長形桿件(14)與支架(20、26、24)做成這樣的尺寸和如此布置，以使當內(nèi)燃機在運行時，擺動軸線(12)描繪出大體是橢圓形的路徑(30)，橢圓的長軸基本平行于氣缸(2)的軸線延伸。
全文摘要
一內(nèi)燃機包括一個或更多的活塞(4),每個活塞都安裝成在各自的氣缸(2)中往復并與長形桿狀構(gòu)件的一端(11)擺動地連接,該桿狀構(gòu)件在其兩端之間的位置與相配的曲柄(10)相連。桿狀構(gòu)件(14)構(gòu)成一桿(18),它與第一可移動的支架構(gòu)件(20)如此結(jié)合,以使它們之間的相對移動只可能沿桿(18)的長度方向。第一可移動的構(gòu)件(20)如此與第二可移動的支架構(gòu)件(26)相連,以致它們之間的相對移動只可能是繞軸線(21)的旋轉(zhuǎn)。第二可移動的支架構(gòu)件(26)被導向成直線地相對于固定的支架構(gòu)件(24)沿垂直于桿(18)的長度方向移動,執(zhí)行裝置(31、40)與第二可移動的支架構(gòu)件(26)配合并被布置成直線地移動支架構(gòu)件(26)。支架(20、26、24)與桿狀構(gòu)件(14)要做成這樣的尺寸并如此布置,以使活塞的速度在點火時或在其附近減慢,從而促進火焰前沿穿過氣缸中的空氣/燃料混合物快速傳播,并延長活塞在下死點位置的停留時間。
文檔編號F02B41/02GK1218539SQ9719464
公開日1999年6月2日 申請日期1997年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月13日
發(fā)明者約瑟夫·埃利希 申請人:超闊有限公司