CN104204455A - 一种往复活塞机构 - Google Patents

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Abstract

一种往复活塞机构(1)包括曲柄箱(15)和曲轴(2)，所述曲轴具有至少曲柄销(4)。该曲轴(2)由曲柄箱(15)支撑并且相对于其绕曲轴轴线(5)可旋转。该机构还包括：至少连杆(9)，所述连杆包括大端部(8)和小端部(10)；活塞(11)，所述活塞以可旋转的方式连接到所述小端部(10)；和曲柄构件(6)，所述曲柄构件以可旋转的方式安装在所述曲柄销(4)上。曲柄构件(6)包括至少轴承部分(7)并且具有外周壁，该外周壁支承连杆(9)的大端部(8)使得连杆(9)通过大端部(8)以可旋转的方式安装在曲柄构件(6)的轴承部分(7)上。曲柄构件(6)设置有曲柄构件齿轮(12)。曲柄构件齿轮(12)是外齿轮，它与至少中间齿轮(13)啮合。中间齿轮(13)是外齿轮，它也与辅助齿轮(14)啮合。辅助齿轮(14)是外齿轮，它被固定到辅助轴(16)，该辅助轴同心地延伸通过曲轴(2)。曲轴(2)和辅助轴(16)相对彼此可旋转。

Description

一种往复活塞机构
技术领域
本发明涉及一种往复活塞机构。
背景技术
一种往复活塞机构在本申请人的较早申请PCT/EP2009/059040中被描述。
发明内容
本发明旨在提供一种进一步改进的往复活塞机构。
为了这个目的，该往复活塞机构包括如权利要求1中限定的特征。
这种机构的优点是，齿轮的数量被最小化。本申请人已经发现，与没有曲柄构件和齿轮传动装置的常规发动机相比，包括根据本发明的往复活塞机构的发动机具有较低的摩擦损失。
在实际的实施例中，轴承部分相对于曲柄销偏心地布置。这提供影响活塞的下和上死点的机会。特别地，在该机构被应用在内燃机中的情况中，有利的是，能够按照效率调节压缩比。
曲柄构件齿轮和辅助齿轮之间的齿轮比可以是2。在这种情况中，如果辅助齿轮相对于曲柄箱具有固定的角位置，则曲柄构件沿与曲轴相同方向并且以其一半速度旋转。当轴承部分相对于曲柄销偏心地布置时，这在调节辅助齿轮的角位置时提供改变压缩比的机会。
该机构可以设置有驱动装置，该驱动装置用来相对于曲柄箱绕曲轴轴线转动辅助齿轮。
驱动装置可以包括止动块，该止动块适合于相对于曲柄箱以不同的角位置固定辅助轴。
更具体地，止动块可以包括：控制环，该控制环固定到辅助轴并且设置有多个凹部；和致动器，该致动器包括配合在相应的凹部的每一个中的受控制的可位移销。优选地，该驱动装置设置有弹簧，该弹簧被固定到辅助轴和曲柄箱。如果该机构应用于内燃机，当该销从对应的凹部缩回时，燃烧冲程引起的实际燃烧力可以迫使辅助轴逆着弹簧力沿角方向转动。在辅助轴的希望的角位置，该销可以移动回到控制环使得该销配合在另一凹部中。通过将发动机载荷选择成在该发动机载荷下弹簧力大于辅助轴作用在该弹簧上的实际旋转力，控制环可以沿相反方向旋转。
也可能的是，驱动装置设置有弹簧，该弹簧被固定到辅助轴和曲柄箱，而没有用来固定辅助轴的角位置的锁定构件。在这种情况中，基于施加到弹簧上的辅助轴的实际的力和施加到辅助轴上的实际的弹簧力，自动平衡辅助轴的角位置。
止动块可以包括控制环，该控制环在其旋转方向上被固定到辅助轴，并且可以设置电磁体以便将控制环固定到曲柄箱，其中该机构优选地设置有弹簧，该弹簧被固定到辅助轴和曲柄箱。这个实施例的优点是，辅助轴可以相对于曲柄箱以各种角位置连续地被锁定。在将包括弹簧的机构应用于内燃机的情况中，其可以按下面的方式起作用。如果希望不同的压缩比，则关掉电磁体使得辅助轴相对于曲柄箱可旋转。如果发动机在较高的发动机载荷下操作(其中希望较低的压缩比)，则在弹簧上的辅助轴的实际相对高的旋转力超过其弹簧力，引起包括控制环的辅助轴沿合力的方向转动。当开启电磁体时，包括辅助轴的控制环被锁定到曲柄箱。如果发动机在较低的发动机载荷下操作(其中希望较高压缩比)，则关掉电磁体且控制环将沿相反的方向转动，这是由于在对应的相对低的发动机载荷下在弹簧上的辅助轴的实际旋转力小于弹簧力。然后，控制环可以通过开启电磁体被锁定在其新的位置中。
替代地，驱动装置可以包括可驱动蜗杆，该可驱动蜗杆与蜗轮啮合，该蜗轮被固定到辅助轴。这使得能够以连续的方式改变辅助齿轮的角位置。此外，该机构的这个实施例可以在蜗杆处设置有压力传感器，该压力传感器指示燃烧压力。注意到，与压力传感器结合的蜗杆不必与如前所述的机构相关；它也可以应用于其它往复活塞机构，其中例如中心齿轮的角位置由蜗杆驱动以改变压缩比，例如，在如PCT/EP2009/059040中描述的机构中。
本发明也涉及根据权利要求11的往复活塞机构。该机构通过调节辅助轴相对于曲柄箱的角位置提供改变活塞的上死点的机会。在实践中，曲柄钩件和辅助轮通过传动装置以可驱动的方式彼此连接，该传动装置由齿轮、链、带或类似物形成。注意到，曲柄构件和曲轴的旋转速度相对于曲柄箱被限定。
在优选实施例中，曲柄构件齿轮与至少另外的中间齿轮啮合，该另外的中间齿轮也与辅助齿轮啮合，因为其在该机构内分配力。
曲柄构件的内直径可以在其端部部分被加大。这意味着在端部部分处的内直径大于在其中心圆柱形部分处的内直径，在曲轴的旋转期间，其在该中心圆柱形部分处接触曲柄销的圆柱形部分。这提供在曲柄销的圆柱形部分附近加大曲轴的直径的机会。在这种情况中，曲柄构件齿轮可以沿其纵向方向部分地突出超过曲柄销的圆柱形部分。在曲轴的刚性和以紧凑的方式(如沿曲轴轴线见到的)构造方面，这是有利的。
如果曲柄销通过压配合安装到相邻的曲柄臂，曲柄构件的突出的端部部分也是有利的，因为它提供产生如沿曲柄销的轴向方向见到的曲柄销和曲柄臂之间的相对长的压配合连接的机会。沿曲柄销的轴向方向的压配合的长度可以大于曲柄销的直径的30％，并且优选地大于其40％。
曲柄构件可以包括第二曲柄构件齿轮以便驱动包括另外的曲柄构件齿轮的至少另外的曲柄构件，该另外的曲柄构件以可旋转的方式安装到另外的曲柄销，其中所述曲柄构件齿轮和所述第二曲柄构件齿轮位于所述曲柄构件的相对的端部部分，其中所述第二曲柄构件齿轮与另外的辅助齿轮啮合，所述另外的辅助齿轮被固定到轴，所述轴延伸通过相邻的曲柄臂并且在所述轴上固定另一辅助齿轮，所述另一辅助齿轮与所述另外的曲柄构件齿轮啮合，其中在所述曲柄构件齿轮处的所述曲柄销的直径小于在所述另外的曲柄构件齿轮处的所述另外的曲柄销的直径。这提供应用具有相对小的直径的曲柄构件齿轮的机会。在实际实施例中，曲柄销的直径小于另外的曲柄销的直径。因此，协作的连杆的大端部也可以小于与另外的曲柄销协作的连杆的大端部。
替代地或另外地，曲柄构件齿轮的直径可以小于第二曲柄构件齿轮的直径，且/或曲柄构件齿轮的宽度可以小于第二曲柄构件齿轮的宽度。
附图说明
下面将参考示意图阐明本发明，该示意图通过例子的方式示出本发明的实施例。
图1是根据本发明的往复活塞机构的实施例的透视图。
图2和3是较大比例的且从不同侧部观察的图1的实施例的一部分的透视图。
图4和5类似于图2和3，但示出包括曲轴的部分。
图6是如图2和3中示出的部分的替代实施例的一部分的透视图。
图7是设置有根据本发明的机构的实施例的内燃机的一部分的透视图。
图8是与图7类似的视图，但示出如从不同侧部观察的替代实施例。
图9是如图4和5中示出的实施例的侧视图。
图10是如图7中示出的实施例的侧视图。
图11是与图1类似的视图，但示出替代实施例。
图12是较大比例的图11的实施例的一部分的透视图。
图13是设置有根据本发明的往复活塞机构的实施例的多气缸内燃机的透视图。
图14是与图13类似的视图，但没有示出曲柄。
图15是如图14中示出的实施例的侧视图。
图16是如图13中示出的实施例的一部分的透视图。
图17-20是与图4类似的视图，其中支架被消除以示出在操作条件下的不同部分的位置。
图21是适合于V布置的往复活塞机构的曲柄构件的替代实施例的透视图。
图22是致动器的替代实施例的透视图。
图23是设置有根据本发明的往复活塞机构的替代实施例的三气缸内燃机的透视图。
图24是如图23中示出的实施例的一部分的放大视图。
图25是较大比例的如图15中示出的替代实施例的一部分的侧视图和部分剖视图。
图26是与图25类似的视图，但示出曲柄销和协作的曲柄臂之间的压配合连接。
具体实施方式
图1示出适合于内燃机的根据本发明的往复活塞机构1的实施例的一部分。往复活塞机构1包括曲柄箱15，该曲柄箱通过曲轴轴承3支撑曲轴2，见图4和5。曲轴2包括曲柄销4并且相对于曲柄箱15绕曲轴轴线5可旋转。
往复活塞机构1包括曲柄构件6，该曲柄构件以可旋转的方式安装在曲柄销4上。曲柄构件6设置有轴承部分7，该轴承部分相对于曲柄销4偏心地布置，见图2。轴承部分7具有外周壁，该外周壁支承连杆9的大端部8。因此，连杆9通过其大端部8以可旋转的方式安装在曲柄构件6上。连杆9还包括小端部10，活塞11以可旋转的方式连接到该小端部。
图2和3示出如从不同的侧部看到的图1的实施例的一部分。为了清楚原因，没有示出曲轴2和连杆9。图4和5示出相同的部分，但包括曲轴2。
曲柄构件6设置有曲柄构件齿轮12，该曲柄构件齿轮与两个中间齿轮13啮合。曲柄构件6和曲柄构件齿轮12可以制成一体，但曲柄构件齿轮12也可以被压到曲柄构件6的圆柱形基部部分上。中间齿轮13以可旋转的方式安装到曲轴2并且它们的旋转轴线平行于曲轴轴线5延伸。中间齿轮13的每一个也与辅助齿轮14啮合。辅助齿轮14被固定到辅助轴16。辅助轴16同心地延伸通过曲轴2并且相对于曲轴2绕曲轴轴线5可旋转。因此，辅助轴16可绕辅助轴轴线旋转，该辅助轴轴线基本上与曲轴轴线5重合。因此，辅助齿轮14的中心线与曲轴轴线5重合。
图1、4和5示出，辅助齿轮14、中间齿轮13和曲柄构件齿轮12安装在曲轴2的曲柄臂17的相同侧部。这也可以在图9的侧视图中看到。曲柄臂17和相邻的曲轴轴承3成一体使得辅助轴16延伸通过两者。因此，辅助轴16在曲轴轴承3的外周边内延伸。在图1中可以看到，中间齿轮13布置在曲轴2的设置有配重的侧部，这产生紧凑的结构。
在如图1-5中示出的实施例中，曲柄构件齿轮12、中间齿轮13和辅助齿轮14可以是外齿轮。由于这种构造，往复活塞机构1可以以紧凑的方式被构造并且比该技术领域中已知的那些简单。
可以选择齿轮尺寸使得在操作条件下，曲柄构件6沿与曲轴2相同方向并且以曲轴2的一半速度旋转。该旋转方向相对于曲柄箱被限定。当曲柄构件齿轮12和辅助齿轮14之间的齿轮比是2并且辅助轴16相对于曲柄箱15被保持在不变的角位置时，实现该旋转方向和速度。为了实现希望的齿轮比，重要的是，中间齿轮13和辅助齿轮14位于曲柄臂17的相同侧部，这是由于实际上辅助齿轮14的直径较小，这将在辅助齿轮14的部位导致曲轴2的小直径(如果辅助齿轮在曲柄臂17的相对侧以可旋转的方式安装在曲轴2上)。
注意到，在施加曲柄构件6和辅助轴16之间的齿轮传动的情况中，中间齿轮13的功能是沿正确的旋转方向转动辅助齿轮14。中间齿轮13的齿数对于曲柄构件齿轮12和辅助齿轮14之间的传动比是不重要的。
为了说明该机构在操作条件下的运行，图17-20示出相对于曲柄箱15的曲轴2的四个不同位置。由于说明性原因，曲柄构件6和辅助齿轮14设置有标记A、B，见图17。曲轴2和曲柄构件6相对于曲柄箱15的旋转方向由相应的箭头示出。图17示出上死点的位置。在如图18中示出的位置中，曲轴2已经相对于曲柄箱逆时针旋转180°。可以看到，辅助齿轮14保持其角位置，而曲柄构件齿轮12也已经相对于曲柄箱15逆时针旋转，但旋转90°的角度。图19和20示出曲轴2进一步旋转两个180°的两个另外的步骤。图17-20示出，曲轴2的两个完整旋转对应于曲柄构件6的一个完整旋转，如相对于曲柄箱2限定的。
如图1-5中示出的往复活塞机构1通过改变辅助轴16相对于曲柄箱15的角位置提供调节活塞11的上死点、因此调节活塞的压缩比的机会。在图1-5中并且更具体地在图3中，可以看到，机构1设置有扭转弹簧18，该扭转弹簧在一方面被固定到辅助轴16并且在另一方面被固定到曲柄箱15。控制环19例如通过挤压被连接到辅助轴16，并且控制环19设置有凹部20，该凹部围绕曲轴轴线5以相互角距离设置。机构1还包括致动器21，该致动器控制配合在凹部20中的每一个中的销(未示出)。在稳定的运行条件下，该销将控制环19保持在相对于曲柄箱15固定的位置并且机构1以固定的压缩比运行。
可以构想消除包括该销的致动器21，这意味着辅助轴16不能锁定到曲柄箱15。在那种情况中，在操作条件下，由于扭转弹簧18的存在，辅助轴16可以沿旋转方向振动，在内燃机的情况下通过改变燃烧力而启动该振动。然后，通过在扭转弹簧18上的辅助轴16的实际载荷和在辅助轴16上的扭转弹簧18的实际弹簧力之间的自然平衡，确定辅助轴16的平均角位置。在由于增加的燃烧力的较高载荷下，辅助轴16和扭转弹簧18之间的作用力和反作用力(即，自然平衡)位于较高水平。这意味着扭转弹簧18将被压缩并且辅助轴16相对于曲柄箱15转动一定角度。在较低的载荷下，实现相反的效果。因此，实现辅助轴16的角位置的自动调节。
在将机构1应用于内燃机中的情况下，如图3中示出的实施例如下工作。如果希望不同的压缩比，则在预定的发动机载荷下，通过致动器21将该销抽出对应的凹部20。例如，如果希望较低的压缩比，即，切换到较高发动机载荷，则在扭转弹簧18上的辅助轴16的实际相对高的旋转力超过扭转弹簧18的弹簧力，引起包括控制环19的辅助轴16沿合力的方向转动。如果该销位移回到控制环19，则该销配合到另一凹部20中。如果控制环19应当沿相反方向旋转以便获得较高的压缩比，即，切换到较低的发动机载荷，则在对应的相对低的发动机载荷下在弹簧18上的辅助轴16的实际旋转力小于扭转弹簧18的弹簧力，因此将控制环19转向相反的方向。控制环19然后可以通过将该销插入到对应的凹部20中相对于曲柄箱15被固定。
注意到，可以电力地、液压地或类似地控制致动器21。此外，控制环19的周边表面可以是轴承的一部分以便由曲柄箱15支撑控制环19。曲柄箱15可以通过球轴承19a(见图10)支承控制环19，但可以构想替代的轴承。
辅助轴16的角位置被传感器22监视，该传感器可以是简单的电位计。该传感器被安装到曲柄箱15。来自传感器22的信号是实际压缩比的指示。
图22示出致动器38的替代实施例，该致动器用来将控制环19锁定在相对于曲柄箱15的固定位置，使得机构1以固定的压缩比运行。在这个实施例中，控制环19在其旋转方向上被固定到辅助轴16。扭转弹簧18在如图22中指示的部位P被固定到辅助轴16并且在传感器22附近被固定到曲柄箱15。致动器38包括电磁体39，该电磁体连接到曲柄箱15并且被磁体覆盖件40覆盖。在接通通过电磁体39的电流的情况下，控制环19被拉在磁体覆盖件40上，使得包括辅助轴16的控制环19被保持在相对于曲柄箱15的固定位置。磁体覆盖件40和控制环19的协作的接触表面可以设置有摩擦物质。协作的接触表面之间的轴向距离在电磁体没有被激活的情况下是非常小的，例如小于0.2mm，使得控制环19相对于辅助轴16的轴向位移，或包括辅助轴16的控制环19相对于曲柄箱15的轴向位移是非常小的。注意到，通过扭转弹簧18的高和低载荷与高和低压缩比之间的切换可以以类似于前面参考根据图1-5的实施例说明的方式被执行。
在如图1-5中示出的实施例中，曲柄构件齿轮12和辅助齿轮14定位成在相同的平面内彼此相邻。大多数活塞机构具有活塞冲程，该活塞冲程可能不允许如图1-5中示出的构造。在这种情况中，中间齿轮13可以被加长使得它们沿其至少一个方向延伸超过曲柄构件齿轮12，而辅助齿轮14在中间齿轮13的延伸的部分与中间齿轮13啮合使得辅助齿轮14部分地重叠曲柄构件齿轮12。这在图6中被示出，其中辅助齿轮14位于曲柄构件齿轮12前方。在这个实施例中，曲柄构件齿轮12和辅助齿轮14的外直径的总和大于活塞冲程，而齿轮12-14位于曲柄臂17的相同侧部。
此外，图6示出在多气缸往复活塞机构的情况下曲柄构件6包括第二曲柄构件齿轮12’以便驱动另外的曲柄构件。曲柄构件齿轮12和第二曲柄构件齿轮12’位于曲柄构件6的相对的端部部分。连杆9的大端部8布置在曲柄构件齿轮12和第二曲柄构件齿轮12’之间。图13-16示出多气缸内燃机的实施例，其中第二曲柄构件齿轮12’驱动布置在其它曲柄销的曲柄构件齿轮。第二曲柄构件齿轮12’与另外的辅助齿轮34啮合，该另外的辅助齿轮被固定到轴35，该轴延伸通过相邻曲柄臂17’和/或曲柄臂和/或主轴承，并且在该轴35上固定另一辅助齿轮36，该另一辅助齿轮驱动相邻曲柄销的另外的曲柄构件齿轮37。图6和13-16示出曲柄构件齿轮12的宽度小于第二曲柄构件齿轮12’的宽度。这是可能的，因为曲柄构件齿轮12与两个中间齿轮13啮合，而第二曲柄构件齿轮12’与仅仅一个另外的辅助齿轮34啮合。
与中间齿轮13啮合的曲柄构件齿轮12的直径可以不同于第二曲柄构件齿轮12’和另外的曲柄构件齿轮37的直径。在曲柄臂17处，由于封装原因，这可能是希望的。在这种情况中，相对小的曲柄构件齿轮12可以被压到曲柄构件6的圆柱形基部部分上。关于第二曲柄构件齿轮12’和另外的曲柄构件齿轮37和其它辅助齿轮36，重要的是，应用相同的传动比。
图7和8示出辅助齿轮14的驱动装置，该驱动装置用来以连续的方式而不是通过离散的步骤(如参考图3和5中示出的实施例描述的)调节机构1的压缩比。该替代的驱动装置包括电动机的形式的致动器23，该致动器能够通过固定到辅助轴16的蜗轮25和蜗杆24驱动辅助齿轮14，但其它替代驱动装置是可构想的。在旋转蜗杆24时，可以影响活塞11的上和下死点。在如图7和8中所示的实施例中，可以省略扭转弹簧18。然而，扭转弹簧18可以是合适的，以便平衡蜗轮25作用到蜗杆24上的实际的力，因此需要相对有限的功率来驱动蜗杆24。在内燃机的情况中，蜗轮25作用到蜗杆24上的实际的力可以由燃烧力引起。
应用包括蜗杆24的驱动装置的优点是，能够确定在蜗杆24上的辅助轴16的实际旋转力。在内燃机的情况中，这个力直接与活塞11上的燃烧压力相关。该力可以由蜗杆24处的力或压力传感器(例如压电元件或类似物)测量。该传感器可以被包括在蜗杆24的轴承中。例如，该信号可以用于部点火检测。
注意到，辅助轴16提供以替代的方式(例如，通过测量辅助轴16的扭矩)测量燃烧力的机会。
图7和8也示出在内燃机的情况中用来驱动辅助部件的传递构件。图7和8中的两个实施例都具有连接到曲轴2的动力输出齿轮26。动力输出齿轮26与第一驱动齿轮27(例如，用来驱动油泵)和第二驱动齿轮28(例如，用来驱动凸轮轴)啮合。图7的实施例示出第二驱动齿轮28与用来驱动链的链轮29安装在共同轴线上。图8的实施例示出第二驱动齿轮28与用来驱动带的带轮30安装在共同轴线上。在替代实施例中，带轮30或链轮29可以被用来驱动齿形带的轮取代。由于带轮30和链轮29位于平行于曲轴2延伸的轴上，因此机构1可以沿曲轴2的纵向方向构造成紧凑的，尽管用来转动辅助齿轮14的驱动装置的部件存在于曲轴2的端部。
如图23中描绘的三气缸内燃机的机构1的实施例中也示出这种结构。在这种情况中，动力输出齿轮26与第一驱动齿轮27啮合，该第一驱动齿轮现在与带轮30一起安装到平衡轴41。注意到，这种结构适用于具有不同数量的气缸的发动机。
在如图23中示出的实施例中，曲柄构件齿轮12的直径小于第二曲柄构件齿轮12’和另外的曲柄构件齿轮37的直径。这使得能够将齿轮12-14布置在共同平面内，如图24中示出的。然而，曲柄构件齿轮12的宽度大于第二曲柄构件齿轮12’和另外的曲柄构件齿轮37的宽度。此外，曲柄构件齿轮12处的曲柄销4的一部分的直径小于第二曲柄构件齿轮12’处的曲柄销4的一部分的直径和另外的曲柄构件齿轮37处的曲柄销4的直径。也可以构想的是，在曲柄构件齿轮12和第二曲柄构件齿轮12’处的曲柄销4的直径是相同的，但小于在另外的曲柄构件齿轮37处的曲柄销4的直径。如果曲柄构件6的轴承部分7的直径也较小，则其协作的连杆的大端部也可以小于其它连杆的大端部。
由于在曲柄构件齿轮12处的曲柄销4的相对小的直径，曲柄销4和曲柄臂17之间的连接可能相对不太强，这可能引起问题，因为该连接意图是压配合。然而，实际上，由于以下原因，这不是问题。
如图23中示出的曲轴2由三个压配合制成；三个压配合中的两个可以在图23中见到并且分别由X和Y指示，其中相应的曲柄销4被压入对应的曲柄臂17的相应的孔中。压配合X和Y之间的曲轴2的部分可以由单个零件制成。图23示出在压配合X处的曲柄销4的直径小于压配合Y处的曲柄销4的直径。实际上，在压配合X处被引导过曲轴2的力小于在压配合Y处，这是由于内燃机的载荷输出装置或飞轮位于与带轮30相对的曲轴2的端部。压配合X将该力引导到平衡轴41且到带轮30(任选地包括辅助装置)。因此，容许的是，曲柄构件6处的曲柄销4的直径小于其它曲柄销4。
图9示出如图4和5中示出的实施例的侧视图。可以看到，齿轮12-14部分地位于曲柄臂17的凹部中。这使得沿曲轴2观察的机构1的长度最小化。
图10示出如图7中示出的实施例的侧视图。可以看到，在这个实施例中，如参考图6和24的实施例说明的，齿轮12-14不位于共同平面内。辅助齿轮14部分地重叠曲柄构件齿轮12，如在沿着它们的中心线的方向上见到的。
参考如图4中示出的实施例，可以看到，中间齿轮13以可旋转的方式安装到曲轴2的曲柄臂17。在这种情况中，中间齿轮13通过滑动轴承、滚针轴承或类似物(未示出)可旋转连接到相应的中间轴13a，该中间轴13a被压在支架31中。中间轴13a配合在曲柄臂17中的相应的孔中并且被固定到曲轴2。在组装机构1时，中间轴13a被压到曲轴2中，然后中间齿轮13被安装到中间轴13a上，此后支架31被压到中间轴13a上并且通过螺栓32固定到曲柄臂17。支架31也防止辅助齿轮14沿离开曲柄臂17的方向的位移。在如图24中示出的实施例中，可以看到，支架31具有不同的形状。它通过两个螺栓32固定到曲柄臂17。
图11和12示出根据本发明的机构1的替代实施例。类似于如前面描述的实施例中的那些部分的多个部分由对应的附图标记指示。在这种情况中，曲柄构件齿轮12和辅助齿轮14由用来驱动齿形带33的相应的轮12a和14a取代。这种传动装置也可以是替代的带或链轮和链的组合。
图21示出替代的曲柄构件6，该替代的曲柄构件适合于具有V布置(例如，V发动机)的往复活塞机构。曲柄构件6包括两个曲柄构件齿轮12。此外，曲柄构件6设置有两个轴承部分7，该两个轴承部分关于曲柄构件6的中心线相对彼此成角度。由于这种构造，对应的活塞在不同的曲轴角度达到它们的相应上死点。
图25示出与如图15中示出的实施例相相似的多气缸发动机的曲轴的一部分。两个其它辅助齿轮136与以可旋转的方式安装到对应的曲柄销104的对应的曲柄构件106的相应的另外的曲柄构件齿轮137啮合。为了保持曲轴2尽可能强并且以紧凑的方式构造，曲柄构件106的内直径在其端部部分处被加大。这意味着该另外的曲柄构件齿轮137沿其纵向方向部分地突出超过曲柄销104的圆柱形部分，该圆柱形部分接触协作的连杆的大端部。实际上，曲柄构件106在其端部部分设置有中心腔140以便接收位于相应的曲柄臂17和曲柄销104的圆柱形部分之间的曲轴2的过渡部分，该过渡部分的直径大于曲柄销104的圆柱形部分。
注意到，在如上面描述的实施例中，曲柄构件4的内直径可以在其端部部分加大，使得曲柄构件齿轮12的外周部分沿其纵向方向至少部分地突出超过曲柄销4的圆柱形部分。
轴向突出的曲柄构件齿轮12、137也有利于最大化相邻曲柄臂17和曲柄销4、104之间的压配合连接的长度，这在图26中在曲柄销104的左侧被示出。通常，沿曲柄销的轴向方向的压配合的长度优选地大于协作的曲柄销的直径的40％。
注意到，如前面描述的实施例的不同特征可以被组合。
根据前述，将清楚，本发明提供一种相对简单的往复活塞机构，该往复活塞机构提供设计该机构的紧凑实施例的可能性。
本发明不限于图中示出的且在前面描述的实施例，这些实施例可以在权利要求和它们的技术等同物的范围内以不同的方式变化。例如，往复活塞机构可以扩展到较大机构，与如前面描述的实施例相比该较大机构具有更多活塞。在替代实施例中，曲柄构件可以是圆柱形的而不是偏心的，与在没有曲柄构件和用来驱动曲柄构件的齿轮传动装置的常规机构中相比，这可能会导致较低的摩擦损失。

Claims (19)

1.一种往复活塞机构(1)，所述往复活塞机构包括：
曲柄箱(15)；
具有至少曲柄销(4)的曲轴(2)，所述曲轴(2)由所述曲柄箱(15)支撑并且相对于所述曲柄箱绕曲轴轴线(5)可旋转；
至少连杆(9)，所述连杆包括大端部(8)和小端部(10)；
活塞(11)，所述活塞以可旋转的方式连接到所述小端部(10)；
曲柄构件(6)，所述曲柄构件以可旋转的方式安装在所述曲柄销(4)上，并且包括至少轴承部分(7)，所述轴承部分具有外周壁，所述外周壁支承所述连杆(9)的大端部(8)使得所述连杆(9)通过所述大端部(8)以可旋转的方式安装在所述曲柄构件(6)的轴承部分(7)上；
其中所述曲柄构件(6)设置有为外齿轮的曲柄构件齿轮(12)，所述曲柄构件齿轮与为外齿轮的至少中间齿轮(13)啮合，所述中间齿轮(13)也与为外齿轮的辅助齿轮(14)啮合，其中所述辅助齿轮(14)被固定到辅助轴(16)，所述辅助轴同心地延伸通过所述曲轴(2)，其中所述曲轴(2)和所述辅助轴(16)相对彼此可旋转。
2.根据权利要求1的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件齿轮(12)和所述辅助齿轮(14)之间的齿轮比是2。
3.根据权利要求1或2的往复活塞机构(1)，其中所述轴承部分(7)相对于所述曲柄销(4)偏心地布置。
4.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件齿轮(12)与至少另外的中间齿轮(13)啮合，所述另外的中间齿轮也与所述辅助齿轮(14)啮合。
5.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述机构(1)设置有驱动装置(18-21,23-25)，所述驱动装置用来相对于所述曲柄箱(15)绕所述曲轴轴线(5)转动所述辅助齿轮(14)。
6.根据权利要求5的往复活塞机构(1)，其中所述驱动装置包括止动块，所述止动块适合于相对于所述曲柄箱(15)以不同的角位置固定所述辅助轴(16)。
7.根据权利要求6的往复活塞机构(1)，其中所述止动块包括：控制环(19)，所述控制环固定到所述辅助轴(16)并且设置有多个凹部(20)；和致动器(21)，所述致动器包括配合在相应的凹部(20)的每一个中的受控制的可位移销，其中所述机构(1)优选地设置有弹簧(18)，所述弹簧被固定到所述辅助轴(16)和所述曲柄箱(15)。
8.根据权利要求6的往复活塞机构(1)，其中所述止动块包括控制环(19)，所述控制环在其旋转方向上被固定到所述辅助轴(16)，并且其中设置电磁体以便将所述控制环(19)固定到所述曲柄箱(15)，其中所述机构(1)优选地设置有弹簧(18)，所述弹簧被固定到所述辅助轴(16)和所述曲柄箱(15)。
9.根据权利要求5的往复活塞机构(1)，其中所述驱动装置包括可驱动蜗杆(24)，所述可驱动蜗杆与蜗轮(25)啮合，所述蜗轮被固定到所述辅助轴(16)。
10.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述中间齿轮(13)沿其至少一个纵向方向延伸超过所述曲柄构件齿轮(12)，其中所述辅助齿轮(14)与所述中间齿轮(13)啮合使得所述辅助齿轮(14)部分地重叠所述曲柄构件齿轮(12)。
11.一种往复活塞机构(1)，所述往复活塞机构包括：
曲柄箱(15)；
具有至少曲柄销(4)的曲轴(2)，所述曲轴(2)由所述曲柄箱(15)支撑并且相对于其绕曲轴轴线(5)可旋转；
至少连杆(9)，所述连杆包括大端部(8)和小端部(10)；
活塞(11)，所述活塞以可旋转的方式连接到所述小端部(10)；
曲柄构件(6)，所述曲柄构件以可旋转的方式安装在所述曲柄销(4)上，并且包括至少轴承部分(7)，所述轴承部分具有外周壁，所述外周壁支承所述连杆(9)的大端部(8)使得所述连杆(9)通过所述大端部(8)以可旋转的方式安装在所述曲柄构件(6)的轴承部分(7)上；
其中所述曲柄构件(6)以可驱动的方式连接到辅助轮(14,14a)，所述辅助轮被固定到辅助轴(16)，所述辅助轴同心地延伸通过所述曲轴(2)，其中所述曲轴(2)和所述辅助轴(16)相对彼此可旋转，其中所述辅助轮(14,14a)与所述曲柄构件(6)布置在相邻曲柄臂(17)的相同侧部，其中所述机构(1)被适配使得在操作条件下所述曲柄构件(6)沿与所述曲轴(2)相同方向并且以其一半速度旋转，而所述辅助轴(16)具有相对于所述曲柄箱(15)基本上固定的角位置。
12.根据权利要求11的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)包括曲柄构件轮(12a)，所述曲柄构件轮通过齿形带(33)以可驱动的方式连接到所述辅助轮(14a)。
13.根据权利要求11的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)包括曲柄构件链轮并且所述辅助轮由辅助链轮形成，其中所述曲柄构件链轮通过链可驱动。
14.根据权利要求11的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)设置有曲柄构件齿轮(12)，并且所述辅助轮由外齿轮的辅助齿轮(14)形成，其中所述曲柄构件齿轮(12)和所述辅助齿轮(14)通过为外齿轮的至少中间齿轮(13)以可驱动的方式彼此连接，所述中间齿轮与所述辅助齿轮(14)和所述曲柄构件齿轮(12)啮合。
15.根据权利要求5的往复活塞机构(1)，其中所述驱动装置(18-21,23-25)设置有弹簧(18)，所述弹簧被固定到所述辅助轴(16)和所述曲柄箱(15)。
16.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)的内直径在其端部部分被加大。
17.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)包括第二曲柄构件齿轮(12’)以便驱动包括另外的曲柄构件齿轮(37)的至少另外的曲柄构件，所述另外的曲柄构件以可旋转的方式安装到另外的曲柄销，其中所述曲柄构件齿轮(12)和所述第二曲柄构件齿轮(12’)位于所述曲柄构件(6)的相对的端部部分，其中所述第二曲柄构件齿轮(12’)与另外的辅助齿轮(34)啮合，所述另外的辅助齿轮被固定到轴(35)，所述轴(35)延伸通过相邻的曲柄臂(17’)并且在所述轴(35)上固定另一辅助齿轮(36)，所述另一辅助齿轮与所述另外的曲柄构件齿轮(37)啮合，其中在所述曲柄构件齿轮(12)处的所述曲柄销(4)的直径小于在所述另外的曲柄构件齿轮(37)处的所述另外的曲柄销的直径。
18.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄构件(6)包括第二曲柄构件齿轮(12’)以便驱动包括另外的曲柄构件齿轮(37)的至少另外的曲柄构件，所述另外的曲柄构件以可旋转的方式安装到另外的曲柄销，其中所述曲柄构件齿轮(12)和所述第二曲柄构件齿轮(12’)位于所述曲柄构件(6)的相对的端部部分，其中所述第二曲柄构件齿轮(12’)与另外的辅助齿轮(34)啮合，所述另外的辅助齿轮被固定到轴(35)，所述轴(35)延伸通过相邻的曲柄臂(17’)并且在所述轴(35)上固定另一辅助齿轮(36)，所述另一辅助齿轮与所述另外的曲柄构件齿轮(37)啮合，其中所述曲柄构件齿轮(12)的直径小于所述第二曲柄构件齿轮(12’)的直径，且/或其中所述曲柄构件齿轮(12)的宽度小于所述第二曲柄构件齿轮(12’)的宽度。
19.根据前述权利要求的一项的往复活塞机构(1)，其中所述曲柄销(104)通过压配合被安装到相邻的曲柄臂(17)，其中沿所述曲柄销(104)的轴向方向的所述压配合的长度大于所述曲柄销(104)的直径的30％，并且优选地大于所述曲柄销(104)的直径的40％。
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