CN100374695C - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机包括：一对具有公共轴线的相对的汽缸元件(2、3)，每一汽缸元件设有可在汽缸元件内的第一和第二位置之间往复的活塞(28)，第一和第二位置分别表示活塞冲程的压缩和膨胀单元，每一活塞具有前侧和后侧；一用于每一汽缸元件的燃烧室(38)，包括活塞(28)的前侧和汽缸元件的壁(2)；用于每一燃烧室的可燃气体压缩装置(37b、37c)；供应通道装置(41)，设置用于将可燃气体传送到每一可燃气体压缩装置；一用于每一活塞的吸气室(37a)，设置用于接收来自可燃气体压缩装置中的压缩的可燃气体；传输通道装置(39)，设置用于将压缩气体从每一吸气室送往各自的燃烧室；和可绕公共轴线旋转的凸轮装置(13)，凸轮装置位于活塞之间，并与每一活塞连接，以将活塞的往复运动转化为凸轮装置的旋转运动；其中布置是这样的，每一活塞的膨胀冲程运动引起压缩装置的相应压缩冲程，并且活塞是连接的，从而一个活塞的膨胀冲程驱动另一活塞的压缩冲程。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机。尤其在非限定性意义上涉及一种自增压2冲程内燃机。

背景技术

世界能源危机和温室气体的产生对环境产生了威胁，导致需要发展能量效率的内燃机。

能量效率可通过两个基本的方式获得。这些方式中，首先是显而易见的将燃烧能有效地转化为机械能。一个其次明显的方式是减少用于驱动车辆的内燃机的重量。内燃机的重量是车辆的整个重量的重要部分。由于燃料消耗直接涉及到车辆的重量，因此较轻的内燃机自然而然的导致较轻的车辆，从而降低燃料消耗。

因此，为了将能量效率最大化，需要对内燃机的设计进行改进，其具有轻的重量从而具有将燃烧能转化为机械能的组合能量效率。

发明内容

本发明的目的是改进内燃机的设计，使其具有轻的重量从而具有将燃烧能转化为机械能的组合能量效率，从而将能量效率最大化。为此目的本发明提供了一种内燃机，包括：

一对具有公共轴线的相对的汽缸元件，每一汽缸元件配置有可在汽缸元件内的第一和第二位置之间往复的活塞，第一和第二位置分别表示活塞冲程的压缩和膨胀单元(compression and expansionelements)，每一活塞具有前侧和后侧，

一用于每一汽缸元件的燃烧室，其包括活塞的前侧和汽缸元件的壁，

用于每一燃烧室的可燃气体压缩装置，

供应通道装置，其设置用于将可燃气体传送到每一可燃气体压缩装置，

一用于每一活塞的吸气室，其设置用于从可燃气体压缩装置中接收压缩的可燃气体，

传输通道装置，用于将压缩气体从每一吸气室送往各自的燃烧室，和

可绕所述公共轴线旋转的凸轮装置，该凸轮装置位于活塞之间，并与每一活塞连接，以将活塞的往复运动转化为凸轮装置的旋转运动，

其中是这样布置的，每一活塞的膨胀冲程运动形成压缩装置的相应压缩冲程，并且活塞是连接的从而一个活塞的膨胀冲程驱动其它活塞的压缩冲程。

合适地，凸轮装置包括一传动轴。传动轴可以具有环绕传动轴的凸轮轨道。凸轮轨道可以设计为将内燃机的燃烧效率最大化。其通常可以沿一正弦轨道而行。可以布置一连接到两个活塞的凸轮从动件以沿凸轮轨道并将活塞的往复运动转化为传动轴的旋转运动。该凸轮轨道适宜为形成在传动轴上的槽。

传动轴可以穿过与每一活塞相连的孔组件而延伸。该孔组件可以穿过每一活塞与每一活塞的轴线重合的延伸。该孔组件可包括传输通道装置的至少一部分。传输通道装置可包括一用于每一活塞的输气口以为该活塞连通燃烧室。其可这样布置，当活塞在第二位置或接近第二位置时连通，从而当活塞要开始其压缩冲程时允许可燃气体在压力下从吸气室流到燃烧室。

提供适合的气门装置与输气口相连。该气门装置可设计为在从燃烧室排气期间关闭输气口，而在膨胀冲程终止，从燃烧室中排气完成之后打开输气口。该气门装置可连接到传动轴并因此可通过传动轴的旋转而操作。

在一位置提供适合的排气通道与燃烧室连通，在该位置，当活塞接近其每一膨胀冲程的末端时，活塞关闭排气通道。

凸轮从动件可连接到一中间组件。因此，中间组件可在活塞之间延伸，并可连接到每一活塞的后侧。因而，中间组件可相对于传动轴往复滑动。

可燃气体压缩装置可包括两个与每一活塞相连的压缩室。用于每一活塞的第一压缩室可设置在中间组件末端与活塞密封构件之间。活塞密封构件可包括一保持固定在容纳汽缸元件的壳体内的环形构件。其可环绕依次绕传动轴的中央壳体。其可这样布置，其可在活塞的外裙密封地滑动。

用于每一活塞的第二压缩室可被限定在活塞的后侧与活塞密封构件之间。

可设置中间管道装置以允许一活塞的第一压缩室和另一活塞的吸气室之间连通。中间管道装置可穿过中央壳体而延伸。其可包括一个或多个在第一压缩室和另一活塞的吸气室之间延伸的通道。

每一对第一和第二压缩室的合适的组合体积是这样的，即其超过每一燃烧室的体积以对内燃机增压。为此目的，优选两个压缩室的组合体积与燃烧室的体积的比率为至少1.2。

每一吸气室适当地设有一供应管，该供应管用于将空气和燃料的混合物的可燃气体供应到每一吸气室。可燃气体的传输可通过气门调节。该气门可以是单向气门。其可以是簧片气门。其可通过在吸气作用下允许可燃气体进入吸气室而进行操作。然而，当吸气室中的压力超过大气压时其可关闭，从而可在压缩的可燃气体被排泄到燃烧室前使吸气室中压力增大。自身与吸气室结合的供应管可提供一组合室，以容纳即将送往燃烧室中的压缩的可燃气体。

每一汽缸元件可设置一关闭燃烧室的盖。从而传动轴可穿过相对于燃烧室的轴线、在中心定位的孔组件，并穿过燃烧室各自的盖而延伸。

现在将通过参考附图描述本发明的优选方式。

附图说明

图1示出了根据本发明构造的内燃机的横截面。

具体实施方式

在附图中由附图标记的各个元件在下面的数字列表中列出。

数字列表

1L/H盖组件

2外云母管

3外汽缸壳体

4内活塞环护圈

5外中央壳体

6传动槽

7导向板

8可分式壳体

9排气口

10传动销组件

11内中央壳体

12主轴承

13传动轴

14外陶瓷管

15火花塞

16R/H盖组件

17盖陶瓷护圈

18盖陶瓷衬垫

19内活塞环

20外活塞环

21前部机筒

22内活塞密封件

23可分式壳体密封件

24导向板保持件

25驱动销轴承

26“O”形环密封件

27内活塞密封保持件

28活塞

29内陶瓷管

30内云母管

31入口间隔管

32盖云母环

33入口

34内盖云母护圈

35轴密封件

36轴颈轴承

37吸气/压缩室

37a吸气室

37b第二吸气/压缩室

37c第一吸气/压缩室

38燃烧室

39输气口

40中间管

41供应管

42螺栓孔

43定位销孔

44输气口

45气门

46外陶瓷管

参考图1，其中所描述的内燃机包括在两个相对的汽缸元件内的两个活塞组件。由于两组件互为镜像，故而为一组件引用一构件时应解释为另一组件也应用了等同构件。

内燃机包括一装配于外汽缸壳体3上的左边盖组件1。环形燃烧室38限定在盖组件和外汽缸壳体之间。外汽缸壳体和盖组件均可由任何适合的材料例如铸造金属制成；为了减少重量，优选被选择的金属是轻金属例如铝。

沿着外汽缸壳体排列着两个管，即外云母管2和内云母管46。

每一燃烧室38包括与燃烧室同轴定位的孔组件。该孔组件包括一内陶瓷管29，该内陶瓷管29环绕内云母管30，内云母管30依次环绕前部机筒21。三个组件都是紧密装配的管状元件的形式。它们依次环绕与前部机筒21结合的入口间隔管31，该前部机筒21限定了吸气腔37a，吸气腔37a包括分布在下文中将描述的内燃机中的吸气/气压腔组合的一部分。

关闭燃烧室38的盖组件包括一盖陶瓷护圈17，该陶瓷护圈位于在盖内形成的环形凹口上。与内盖云母护圈34结合的盖陶瓷护圈用于保持在燃烧室末端的盖云母环32和盖陶瓷衬垫18。

每一燃烧室设有一活塞28，所述活塞28具有一内孔以使其能够绕内陶瓷管29装配。因此，活塞可以在燃烧室内在内陶瓷管29和外陶瓷管46的区域之间滑动，这样在其间所形成的燃烧室成环状。

每一活塞设有一外活塞环20，用于密封压靠外陶瓷管和内活塞环护圈4，以保持内活塞环19与内陶瓷管29的密封接合。

当活塞到达其最大膨胀位置，即活塞在其冲程的底部时，在略高于活塞顶部位置处提供了一延伸穿过外汽缸壳体3，外云母管2以及外陶瓷管46与燃烧室连通的排气口9。

当活塞到达其最大膨胀位置时，在略高于活塞头处还提供一从吸气室延伸穿过孔组件进入燃烧室的输气口39。安装了一气门以打开和关闭该输气口。该气门安装在绕由相对的汽缸所限定的轴线旋转的传动轴13上。

该气门这样布置，即废气通过排气口9排出之后立即打开。

由与外汽缸壳体3相同的材料制成的外中央壳体5设置在与之邻接的两外汽缸壳体之间。其包括一台阶从而将外云母管2和外陶瓷管46保持在绕燃烧室的适当位置。外中央壳体的内圆柱表面还提供了一表面，每一活塞的外裙可压靠该表面滑动。

在孔组件、外陶瓷管、保持内活塞密封件22的内活塞密封保持件27以及形成活塞头后部的内活塞环护圈4之间形成的环状空间限定了第一压缩室37c。

在吸气室的比输气口39低的部分设置了另一入口44，该入口44连通吸气室37和第一压缩室37c。

每一活塞的外裙附着于可分式壳体8上，可分式壳体8在两活塞之间延伸，并与其连接。在可分式壳体8邻接的活塞外裙的末端设置了一“O”形环密封件26。

可分式壳体8布置成在其外侧压靠外中央壳体的内壁而滑动。其也可相对于环绕传动轴13的内中央壳体11滑动。绕内中央壳体布置若干导向板保持件24，从而为可分式壳体密封件23沿着导向板保持件的互补形状滑动时提供密封表面。

可分式壳体8包括用于将可分式壳体保持在适当位置并与导向板7相连的螺栓孔42。辅助销安装在定位销孔43，用来将可分式壳体、导向板和内中央壳体组件一起固定在由两活塞的相对外裙与外中央壳体5所限定的区域内。

穿过内燃机中心并穿过孔组件延伸的传动轴13包括通常为正弦状的传动槽6。该槽可注满油用于润滑。传动轴可由特别硬的金属合金例如钼钢制成。其可以具有约60的洛氏硬度。

传动销组件10固定到可分式壳体上并穿过设置在导向板7上的狭槽延伸，该传动销组件被安装进狭槽中作为凸轮从动件。传动销组件10包括传动销轴承25。布置是这样的，活塞的往复运动导致传动销组件的往复运动，传动销组件依次通过沿传动槽而使传动轴旋转。

在绕传动轴的内中央壳体末端主轴承12设置在内部，并在盖组件1和16内进一步提供了轴颈轴承36。在盖组件中也提供了轴密封件35。

在包括可分式壳体密封件23的可分式壳体8的末端、导向板保持件24、活塞的外裙以及绕内中央壳体11紧固的内活塞密封保持件27之间形成第二压缩室37b。

穿过内中央壳体延伸的中间管40使可燃气体在第二压缩室和吸气室37a之间连通。中间管可以包括穿过外壳所钻的孔。用于两个第二压缩室37b的每一个的中间孔彼此分开，即它们彼此之间互不连通。

内燃机的可燃气体通过位于每一盖组件中的入口33供应。每一入口33包括一单向气门例如簧片气门，其使空气经由供应管41进入吸气室37a，但是防止当可燃气体在吸气室内被压缩时，可燃气体溢出。

现在将参考图1描述内燃机的一个常规操作循环。

从在图左手侧的活塞28开始，废燃烧气体通过排气口9排出之后，气门45打开以允许吸气室37a中的并与供应管41连通的压缩气体进入燃烧室38。通过其它活塞的膨胀冲程活塞28开始其向前推的压缩冲程，并且在该过程中关闭排气口9和输气口39。其也从覆盖输气口44处移开，从而开启入口以与第一压缩室37c连通。当活塞向上移动时，在第一和第二压缩室中产生真空吸入可燃气体。经由入口33、供应管41、吸气室37a以及入口44和中间管40进行该吸入操作。

当活塞接近压缩冲程的顶部时，火花塞15点燃在活塞室内的易燃混合物并导致活塞的回缩。这样，已经被吸入第二压缩室37c和第一压缩室37b的可燃气体被压缩并以超大气压被推入吸气室37a。

该活塞被向下推直当到达其压缩冲程的的末端时，燃烧过的气体通过排气口9排出，并且该循环无限次的重复。

活塞的往复运动驱动了传动销组件10的往复动作，并通过传动销组件10和传动槽6的动作转化为传动轴13的旋转动作。

可以理解的是，在说明书全文中所使用的词语可以解释为其所包括的形式，即该词的使用并不排除补充其它元件。

可以理解的是，在不脱离本发明的基本特性的情况下可以对本发明作出各种修改和/或补充。因此，这些修改和/或补充视为在本发明的范围以内。

Claims (13)

1.一种内燃机，其包括：

一对具有公共轴线的相对的汽缸元件，每一汽缸元件设有可在汽缸元件内的第一和第二位置之间往复的活塞，第一和第二位置分别表示活塞冲程的压缩和膨胀单元，每一活塞具有前侧和后侧，

一用于每一汽缸元件的燃烧室，其包括活塞的前侧和汽缸元件的壁，

用于每一燃烧室的可燃气体压缩装置，

供应通道装置，其设置用于将可燃气体传送到每一可燃气体压缩装置，

一用于每一活塞的吸气室，其设置用于接收来自可燃气体压缩装置中的压缩的可燃气体，

传输通道装置，其用于从每一吸气室将压缩气体送往各自的燃烧室，和

凸轮装置，该凸轮装置位于活塞之间并与每一活塞连接，以将活塞的往复运动转化为凸轮装置的旋转运动，

其特征在于，凸轮装置可绕公共轴线旋转，活塞的布置是这样的，每一活塞的膨胀冲程运动引起压缩装置的相应压缩冲程，并且活塞是连接的，从而一个活塞的膨胀冲程驱动其它活塞的压缩冲程。

2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，凸轮装置包括一环绕与公共轴线成一直线的一传动轴的凸轮轨道，以及一连接到活塞上的凸轮从动装置，该凸轮从动装置设置为沿凸轮轨道而行，由此将活塞的往复运动转化为传动轴的旋转运动。

3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，凸轮轨道包括一在传动轴中形成的槽。

4.如权利要求1所述的内燃机，其包括一延伸穿过每一活塞并与每一活塞的轴线重合的孔组件，并且传输通道装置在该孔内延伸，传输通道装置包括一用于每一活塞的输气口，当每一活塞在第二位置上或接近第二位置时，该输气口与包括每一活塞前侧的燃烧室连通。

5.如权利要求4所述的内燃机，其包括气门装置，该气门装置可连接到传动轴并因此可通过传动轴的旋转而操作，以便当燃烧过的气体从燃烧室中排出时关闭输气口，当燃烧过的气体从燃烧室中排出后打开输气口。

6.如权利要求1所述的内燃机，其包括一排气通道，当活塞在第二位置或接近第二位置时该排气通道与燃烧室连通，当活塞移动到第一位置时，活塞设置为关闭该排气通道。

7.如权利要求1所述的内燃机，其包括：

在活塞之间延伸并连接到每一活塞的后侧的一中间组件，该中间组件可沿环绕凸轮装置的一中央壳体往复地滑动，并且

可燃气体压缩装置包括：

在中间组件的一端和一活塞密封构件之间的、用于每一活塞的一第一吸气/压缩室，

在活塞后侧和所述活塞密封构件之间的、用于每一活塞的一第二吸气/压缩室.

8.如权利要求7所述的内燃机，其包括中间管道装置，该中间管道装置用于使一个活塞的第一吸气/压缩室和另一个活塞的吸气/压缩室之间连通。

9.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，供应通道装置包括：

一连通每一吸气/压缩室的供应管，和

气门装置，该气门装置设置用于接收来自吸气/压缩室的可燃气体，在活塞的膨胀冲程过程中，该气门装置允许可燃气体穿过供应管被吸入各自的吸气/压缩室中。

10.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，传动轴伸进两个孔组件中并穿过至少一个燃烧室的盖。

11.如权利要求10所述的内燃机，其包括一用于每一燃烧压缩室的盖，所述传动轴延伸穿过每一盖。

12.如权利要求7所述的内燃机，其特征在于，每一对第一和第二吸气压缩室的组合体积大于每一燃烧室的体积。

13.如权利要求12所述的内燃机，其特征在于，所述的组合体积至少是每一燃烧室体积的1.2倍。

Images