使用軌道行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】使用軌道行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001 ] 本申請(qǐng)要求2012年9月25日提交的名稱為“ORBITING PLANETARY GEARINGSYSTEM AND INTERNAL COMBUST1N ENGINE EMPLOYING THE SAME” 的系列號(hào)為N0.61/705, 490的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益，且是2013年9月25日提交的名稱為“ORBITING PLANETARY GEARING SYSTEM AND INTERNAL COMBUST1N ENGINE EMPLOYING THESAME”的系列號(hào)為N0.14/036，694待決美國(guó)專利申請(qǐng)的延續(xù)申請(qǐng)。上述申請(qǐng)通過(guò)引用整體并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]本節(jié)中的陳述僅提供涉及本公開(kāi)的【背景技術(shù)】信息，而不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)腔室定界的壁為圓柱形并且在一端使用汽缸頭封閉?；钊豢蛇\(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)穿過(guò)另一端進(jìn)入汽缸中。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有四個(gè)基本步驟:(I)進(jìn)氣；(2)壓縮；(3)燃燒和膨脹；和(4)排氣。在進(jìn)氣步驟中，可燃混合物被注入到燃燒室中。該混合物被通過(guò)活塞的壓縮在壓力下進(jìn)入汽缸。該混合物隨后點(diǎn)火和燃燒。熱燃燒產(chǎn)物最終膨脹，迫使活塞向相反方向運(yùn)動(dòng)，并且導(dǎo)致能量傳輸?shù)铰?lián)接或連接到活塞的機(jī)械部件，例如曲軸。冷卻的燃燒產(chǎn)物最后被排出并且燃燒循環(huán)重新開(kāi)始。根據(jù)這個(gè)原理運(yùn)行的典型燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)可以是兩循環(huán)或四循環(huán)的，例如Otto和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0003]存在持續(xù)的問(wèn)題，涉及常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)顯示出相對(duì)低的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)效率通常通過(guò)對(duì)比燃料中的理論化學(xué)能量和從燃料提取的以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)能形式的有用能量來(lái)加以限定。盡管用于從典型燃料提取能量的熱力學(xué)極限是大約80%，典型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)顯示平均效率僅為大約20-40%。因此，仍然有很大的空間來(lái)提高效率超過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提供發(fā)明的一些方面的基本理解，以下呈現(xiàn)發(fā)明的簡(jiǎn)要概述。本概述不是發(fā)明的廣泛綜述。它不是為了標(biāo)識(shí)發(fā)明的關(guān)鍵/重要元素，或描述發(fā)明的范圍。其唯一的目的在于以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)發(fā)明的作為前序的一些思想，更詳細(xì)的說(shuō)明稍后呈現(xiàn)。
[0005]在一個(gè)方面中，發(fā)明包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有為第一燃燒室定界的第一壁的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，具有第一活塞的第一主構(gòu)件和具有第二活塞的第二主構(gòu)件?；钊€可以為第一燃燒室定界。第一壁可以限定環(huán)形部至少一段(例如，像環(huán)形部的形狀，但是具有基本任何段形狀，不只是圓形等)，并且活塞可以沿著由環(huán)形部的那段限定的彎曲路徑被引導(dǎo)。
[0006]本發(fā)明主題的各個(gè)方面可以提供一種結(jié)構(gòu)上緊湊和簡(jiǎn)單的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明主題可以包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括聯(lián)接到主構(gòu)件的中間構(gòu)件，其可以沿著預(yù)定路徑行進(jìn)，并且可以聯(lián)接到曲軸。當(dāng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)相比時(shí)，本發(fā)明主題的實(shí)施方式尺寸更緊湊，重量更輕，減少對(duì)內(nèi)部潤(rùn)滑的需求，并且可能夠容易的制造。
[0007]相對(duì)于傳統(tǒng)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)本發(fā)明主題的各種實(shí)施方式的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)具有不僅通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的壁和第一活塞所定界還通過(guò)第二活塞定界的燃燒室?；钊梢栽O(shè)置為附接到主構(gòu)件的單獨(dú)部件。活塞還可以是主構(gòu)件的一體部分。發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的壁可以限定至少部分的引導(dǎo)活塞的環(huán)形部的一段，從而活塞可以沿著彎曲路徑行進(jìn)。當(dāng)在如上述限定的燃燒室中點(diǎn)火燃燒氣體時(shí)，兩個(gè)活塞在相反方向被驅(qū)動(dòng)，即迫使分開(kāi)。氣體在燃燒室中膨脹從而驅(qū)動(dòng)不止一個(gè)，而是兩個(gè)活塞以大大增加發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，通過(guò)增大燃燒氣體可以作用其上的表面積。這降低了燃料消耗并且改善了排放值。
[0008]由于活塞沿著彎曲路徑行進(jìn)，本發(fā)明主題的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)給定的燃燒室體積可以非常緊湊。
[0009]在其他方面中，本發(fā)明可以包括能夠?qū)⒕€性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如，本文中所述的活塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)的線性分量，或其他線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的中間構(gòu)件，例如以驅(qū)動(dòng)曲軸等，或反之亦然。在一個(gè)示例中，中間構(gòu)件可以接收例如本文所述的那些活塞的運(yùn)動(dòng)，而且可以傳送這些運(yùn)動(dòng)到例如本文所述的曲軸。中間構(gòu)件和單個(gè)曲軸從而代替兩個(gè)曲軸和當(dāng)采用于例如本文所述的發(fā)動(dòng)機(jī)中時(shí)用于聯(lián)接兩個(gè)曲軸的其他裝置，這提供非常緊湊和簡(jiǎn)單制造的發(fā)動(dòng)機(jī)，盡管在某些這樣的方面，中間構(gòu)件可替代地聯(lián)接到多于一個(gè)曲軸。
[0010]在其他方面，本發(fā)明主題的中間構(gòu)件可以采用例如本文更詳細(xì)描述的一種軌道旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)，其可以提供很多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括提高結(jié)構(gòu)完整性，降低制造和裝配成本，減少摩擦和應(yīng)力，并減少不必要的運(yùn)動(dòng)(傾斜、傾翻、振動(dòng)等)。
[0011]如本文所述，根據(jù)本發(fā)明主題的發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在燃燒氣體的膨脹過(guò)程中可以在相反方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生的力和力矩可以很大程度上被補(bǔ)償。因此振動(dòng)可以幾乎完全被補(bǔ)償，減少例如平衡軸等的特殊設(shè)備的需要。
[0012]在一些實(shí)施方式中，第一主構(gòu)件可以包括第三活塞并且第二主構(gòu)件可以包括第四活塞，其中第三活塞和第四活塞可以為第二燃燒室定界。這允許兩個(gè)燃燒室的非常緊湊的布置。每個(gè)主構(gòu)件可以在其一端通過(guò)活塞為第一燃燒室定界且在其另一端通過(guò)另一個(gè)活塞為第二燃燒室。因此，減少一個(gè)燃燒室的尺寸的行程可以增加另一個(gè)燃燒室的尺寸，反之亦然。因此可以避免活塞的空行程，提高效率并且減少由于摩擦對(duì)應(yīng)的損耗。
[0013]具有環(huán)形部形狀的壁可以為第一和第二燃燒室定界。第二燃燒室還可以通過(guò)單獨(dú)的第二壁來(lái)定界，第二壁還可以為環(huán)形部的至少一段定界。如本文所使用的，環(huán)形部被限定為環(huán)形形狀主體，其可以具有任何截面，例如圓形、方形、矩形、橢圓形、不規(guī)則形狀等。
[0014]兩個(gè)主構(gòu)件可以圍繞共同樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。這可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和減少需要定位活塞的部件的數(shù)量。兩個(gè)燃燒室和兩個(gè)插入的主構(gòu)件可以以對(duì)稱方式布置以減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。
[0015]在某些方面，曲軸可以圍繞與樞轉(zhuǎn)軸線共軸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，而在其它方面中，它可以圍繞單獨(dú)的軸線旋轉(zhuǎn)。在共軸的實(shí)施方式中，活塞和主構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)可以被傳送到中間構(gòu)件，并且由此以對(duì)稱的方式到曲軸。樞轉(zhuǎn)軸線和曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線的共軸布置可以有助于發(fā)動(dòng)機(jī)非常緊湊的結(jié)構(gòu)。
[0016]在發(fā)明的方面中，中間構(gòu)件可以被插入由主構(gòu)件的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)限定的平面之間。在這種方式中，力在橫向上作用并且因此可以減小引發(fā)的不需要的力矩和負(fù)載。
[0017]在發(fā)明的某些實(shí)施方式中，主構(gòu)件和中間構(gòu)件可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)接頭相互聯(lián)接。每個(gè)接頭可以被置于主構(gòu)件和中間構(gòu)件之間，以允許每個(gè)主構(gòu)件相對(duì)于中間構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)。中間構(gòu)件可以以相似方式被聯(lián)接到曲軸。中間構(gòu)件可以具有容納區(qū)域用于容納對(duì)應(yīng)主構(gòu)件的接合構(gòu)件。接合構(gòu)件可以是容納在設(shè)置在中間構(gòu)件中或在中間構(gòu)件處的狹槽狀區(qū)域的螺栓。這可以提供從主構(gòu)件到中間構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和力的非常牢固和可靠的傳送。在其它方面中，主構(gòu)件和中間構(gòu)件的連接可以通過(guò)滾子完成，滾子可以提供中間構(gòu)件在基于主構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)或主構(gòu)件的單個(gè)線性維度的運(yùn)動(dòng)。中間構(gòu)件可以包括可以容納在對(duì)應(yīng)主構(gòu)件的容納區(qū)域中的接合構(gòu)件(例如，銷等)。
[0018]中間構(gòu)件可以具有容納區(qū)域用于容納對(duì)應(yīng)曲軸的接合構(gòu)件，以從中間構(gòu)件傳送運(yùn)動(dòng)和力到曲軸。在一些實(shí)施方式中，該容納區(qū)域可以與設(shè)置用于主構(gòu)件的接合構(gòu)件的容納區(qū)域相同。根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施方式，中間構(gòu)件可以包括可以被容納在對(duì)應(yīng)曲軸的容納區(qū)域中的接合構(gòu)件。
[0019]在某些方面中，中間構(gòu)件可以通過(guò)引導(dǎo)裝置引導(dǎo)，引導(dǎo)裝置平行于中間構(gòu)件行進(jìn)沿著的軸線延伸。這些引導(dǎo)裝置可以包括平行柱，沿著中間構(gòu)件可以滑動(dòng)并且在它的端部位置之間行進(jìn)和回退。
[0020]在各個(gè)方面中，本發(fā)明主題可以用作或有關(guān)兩循環(huán)或四循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論是Otto原理還是柴油原理可以在各種實(shí)施方式中使用。
[0021]為了完成前述和相關(guān)目的，本文結(jié)合以下說(shuō)明書(shū)和附圖描述本發(fā)明的某些說(shuō)明性的方面。這些方面是象征性的，然而，發(fā)明原理中各種方式的一小部分可以被采用，而且本發(fā)明主題目的是包括所有這樣的方面和它們的等效方式。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明其他優(yōu)點(diǎn)和新穎性特征將從本發(fā)明以下詳細(xì)說(shuō)明中變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明方面的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性側(cè)視圖。
[0023]圖1B示出了沿著圖1所示的線I1-1I截取的段圖。
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的分解視圖。
[0025]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的透視和側(cè)視圖。
[0026]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例實(shí)施方式的前視和后視圖。
[0027]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例曲柄子組件的分解視圖。
[0028]圖6表示根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例曲柄子組件的側(cè)視和頂視圖。
[0029]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例第二曲軸的頂視和透視圖。
[0030]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例第一曲軸的頂視和透視圖。
[0031]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例主構(gòu)件軸承的透視圖。
[0032]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例配重的透視、側(cè)視和底視圖。
[0033]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例曲柄正齒輪的側(cè)視和透視圖。
[0034]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明主題方面的示例