CN105102763A - 改变皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机上的曲轴正时的机构 - Google Patents

改变皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机上的曲轴正时的机构 Download PDF

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Abstract

一种改变皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机上的曲轴正时的机构包括在两个曲轴的对应端部上的链齿轮，两个曲轴被皮带或链条连接，该皮带或链条被两个或更多个张紧器张紧。通过改变张紧器的位置，皮带/链条的两个跨距的长度被改变，并且因此曲轴之间的相位被改变。

Description

改变皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机上的曲轴正时的机构
优先权
本发明要求2013年4月9日在美国专利和商标局提交的美国专利申请61/810,256的权益和优先权。
背景技术
本申请的主题涉及双曲轴对置活塞发动机，其具有改进的可变气道正时。更特别地，该主题涉及具有被皮带或链条耦接的两个曲轴的对置活塞发动机，其中正时控制机构作用于皮带或链条来改变发动机内的气道操作的正时。
在对置活塞发动机内，一对活塞被设置用于在至少一个气道式(ported)汽缸的膛径(bore)内进行相反的滑动移动。每个汽缸具有排气道和进气道，并且这些汽缸被并列放置并被确定方位以使排气道和进气道互相对齐。每个气道包括靠近汽缸的相应端部在汽缸壁内沿周向设置的一个或多个开口队列或序列。该发动机包括可旋转地安装在发动机的相应排气端和进气端的两个曲轴，并且每个活塞被耦接到两个曲轴中的相应一个。在皮带(或链条)驱动的双曲轴对置活塞发动机中，两个曲轴被皮带或链条连接。活塞的往复运动控制气道的操作。就此而言，每个气道均位于固定的位置，在这些位置处气道在发动机操作的每个周期期间被各自的活塞以预定的次数打开和关闭。控制排气道操作的那些活塞被称为“排气活塞”，而控制进气道操作的那些活塞被称为“进气活塞”。
通常，在对置活塞发动机内，排气活塞相对于进气活塞被确定相位，以便在动力冲程的稍后部分增强排气的抽送和吹扫。
一般通过以比进气活塞连接杆在其所连接的曲轴(“进气曲轴”)上的位置稍微提前的角度将排气活塞连接杆定位在其所连接的曲轴(“排气曲轴”)上来固定活塞相位。在该配置中，随着活塞在燃烧之后移动远离上止点(TC)位置，两个气道(进气道和排气道)都被它们各自的活塞关闭。随着活塞接近下止点(BC)位置，排气道首先被打开以开始排气抽送，然后进气道在稍晚若干预设的时间后被打开以允许增压空气进入气缸室内，从而提供剩余排气的吹扫。当活塞倒转方向时，排气道首先关闭，允许增压空气通过仍然打开的进气道进入到气缸室内，直到进气道也关闭并且压缩周期开始。
期望能够通过依靠改变活塞定相(phasing)以便动态地适应气道打开和关闭的次数以改变发动机运转期间发生的速度和负载，从而控制在对置活塞发动机内的气道定相。
发明内容
该期望的目标在皮带(或链条)驱动的双曲轴对置活塞的发动机内通过由两个或更多个张紧器张紧连接两个曲轴的皮带或链条来实现。通过改变张紧器的位置，皮带/链条的两个跨距(span)的长度被改变并因此曲轴之间的相位被改变。改变曲轴之间的相位进而改变活塞之间的定相，由此改变气道定相。
附图说明
图1是双曲轴对置活塞发动机的示意图。
图2A-图2C是皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机的互连曲轴系统的图示说明，其中两个曲轴通过由两个惰轮接合的皮带或链条连接，其示出可变的曲轴定相。
图3A-图3C是皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机的互连曲轴系统的图示说明，其中两个曲轴通过由四个惰轮接合的皮带或链条连接，其示出可变的曲轴定相。
图4是用于皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机的互连曲轴系统的图示说明，其示出用于图2A-图2C的多惰轮配置的输出轴集成。
图5是用于皮带/链条驱动的双曲轴对置活塞发动机的互连曲轴系统的图示说明，其示出用于图3A、图3B和图3C的多惰轮配置的输出轴集成。
具体实施方式
图1示出一种双曲轴对置活塞发动机49，其具有至少一个气道式(ported)汽缸50。例如，该发动机可以具有一个气道式汽缸盖、两个气道式汽缸、三个气道式汽缸或者四个或更多个气道式汽缸。每个汽缸50均具有内膛(bore)52以及在其相应端部中形成的或机械加工的排气道54和进气道56。排气道54和进气道56均包括开口的一个或多个周向阵列，其中相邻的开口被固体桥(solidbridge)分隔。在一些描述中，每个开口被称为“气道”；然而，这种“气道”的周向阵列的构造与图1中所示的构造并无不同。排气活塞60和进气活塞62被可滑动地设置在内膛52内，其中它们的端表面61和63彼此相对。排气活塞60被耦接到曲轴71，进气活塞被耦接到曲轴72。虽然该图以基本上垂直的方向示出发动机49，但这只是为了图示说明；在其他方面，可以以其他方向而不是所示的垂直方向设置该发动机。
当汽缸50的活塞60和62处于或接近它们的TC位置时，燃烧室被限定在内膛52内活塞的端表面61与63之间。燃料通过定位在穿过汽缸50的侧壁的开口中的至少一个燃料喷射器喷嘴100被直接喷射到燃烧室内。
图2A-图2C和图3A-图3C示出一种双曲轴对置活塞发动机，诸如图1中所示的发动机，该发动机装配有耦接曲轴71和72的皮带(或链条)100。皮带100被间隔开的张紧惰轮接合，这些张紧惰轮被设置在连接曲轴轴线的直线的相应侧。在曲轴71与曲轴72之间的定相(phasing)通过控制张紧惰轮的运动以便改变皮带100中的张力而被改变。通过改变张紧器的位置，皮带的两个跨距(span)的长度被改变，并且因此曲轴之间的相位被改变。改变曲轴之间的相位进而改变了活塞间的定相，由此改变对置活塞发动机49的气道定相。
如图2A-图2C所示，张紧惰轮104作用于皮带100的第一跨距并且在由箭头指示的一个方向上被弹簧加载，以便占去皮带100内的任何松弛。第二张紧惰轮106作用于皮带100的第二跨距。第二张紧惰轮106由一对皮带轮108、110组成，该对皮带轮被安装在皮带轮臂112的相对端，皮带轮臂112在紧固到发动机结构的一点114处枢转。这些皮带轮与皮带100的第二跨距的相对两侧滚动接触。皮带轮臂112被致动器控制以在预定弧内从一个位置枢转到另一个位置。随着皮带轮臂112被枢转，皮带轮108和110沿相反的CW/CCW方向摆动，由此改变皮带100的行程长度。该行程长度的改变导致曲轴之间的相位如由曲轴正时线73和74的位置变化所指示的那样移位。
如图3A-图3C所示，两个张紧惰轮206作用于皮带100的相应跨距。每个张紧惰轮206由安装在皮带轮臂212的相对端的一对皮带轮208、210构成，该皮带轮臂212在紧固到发动机结构的一点214处枢转。皮带轮与皮带100的相应跨距的相对两侧滚动接触。每个皮带轮臂212被致动器控制以在预定弧形内从一个位置枢转到另一个位置。随着皮带轮臂212被枢转，皮带轮208和210沿相反的CW/CCW方向摆动，由此改变皮带100的行程长度。该行程长度的改变导致曲轴之间的相位移位。
使用图3A-图3C中所示的布局，皮带张紧惰轮206只需要补偿皮带的伸展并且保持张力。较短的张紧惰轮运动范围有利于该部件的设计。皮带张力将被应用在皮带100的一侧与另一侧之间，而不是如图2A-图2C中的实施例那样应用在发动机缸体与皮带100之间。
图4中示出用于图2A-图2C的皮带/链条驱动的双曲轴实施例的输出轴集成，而图5中示出用于3A-图3C的皮带/链条驱动的双曲轴实施例的输出轴集成。这两个图都假设曲轴71被设置在曲轴72的上面，所以对于这两个图来说，曲轴72被称为“下”曲轴。对于每个实施例，皮带驱动位于发动机与曲轴相连接的相对端，从而允许根据需要容易地更换皮带。在一些方面，如果发动机的动力被连接到下曲轴72，则发动机将坐落得太高并且不容易封装。然而，根据图4和图5，输出来自连接到下曲轴72的齿轮惰轮300，其允许发动机坐落于适当的高度，并且不妨碍发动机上方的车辆组件。
在传动装置之前的该最后齿轮组可以被操纵以调节输出轴相对于发动机的曲轴的速度，从而允许进一步与车辆集成的灵活性。

Claims (8)

1.一种双曲轴对置活塞发动机(49)，其包括一个或多个气道式汽缸(50)，所述气道式汽缸被并列放置并被确定方位以使排气道(54)和进气道(56)互相对齐，一对曲轴(71、72)均可旋转地安装在所述汽缸的相应排气端和进气端，一对活塞(60、62)被设置为在每个汽缸的内膛(52)内进行相反的滑动运动，控制所述排气道(54)的所有活塞(60)通过连接杆被耦接到安装在所述汽缸的所述排气端的所述曲轴(71)，而控制所述进气道(58)的所有活塞(62)通过连接杆被耦接到安装在所述汽缸的所述进气端的所述曲轴(72)，其特征在于：
所述两个曲轴(71、72)被皮带或链条(100)连接，其中相对的张紧惰轮(104、106)、(206)可操作地接合所述皮带或链条的相对长度，并且至少一个张紧惰轮包括安装在中心枢转的皮带轮臂(112)、(212)的相对端上的一对皮带轮(108、110)。
2.根据权利要求1所述的双曲轴对置活塞发动机，其中：
所述张紧惰轮被设置在连接所述两个曲轴的轴线的直线的相应侧上；
第一张紧惰轮(104)作用于所述皮带或链条(100)的第一跨距并且在第一方向上被弹簧加载，以便占去所述皮带(100)内的任意松弛；
第二张紧惰轮(106)作用于所述皮带或链条(100)的第二跨距；以及
所述第二张紧惰轮由安装在皮带轮臂(112)的相对端上的一对皮带轮(108、110)构成，所述皮带轮臂在紧固于所述发动机结构的一点(114)处枢转。
3.根据权利要求2所述的双曲轴对置活塞发动机，其中所述皮带轮(108、110)与所述皮带(100)的所述第二跨距的相对侧滚动接触。
4.根据权利要求1所述的双曲轴对置活塞发动机，其中：
所述张紧惰轮(206、206)被设置在连接所述两个曲轴的轴线的直线的相应侧上；
每个张紧惰轮(206)作用于所述皮带或链条(100)的相应跨距；以及
每个张紧惰轮由安装在皮带轮臂(212)的相对端上的一对皮带轮(208、210)构成，所述皮带轮臂在紧固于所述发动机结构的一点(214)处枢转。
5.根据权利要求4所述的双曲轴对置活塞发动机，其中每个张紧惰轮(206)的所述皮带轮(208、210)与所述皮带(100)的相应跨距的相对侧滚动接触。
6.根据权利要求1-5所述的双曲轴对置活塞发动机，其中所述曲轴包括上曲轴(71)和下曲轴(72)，到传动装置的输出是从连接到所述下曲轴的齿轮惰轮(300)获取的。
7.根据权利要求6所述的双曲轴对置活塞发动机，其中所述齿轮惰轮(300)被连接到所述下曲轴(72)的端部，所述下曲轴的所述端部与连接所述皮带或链条(100)的端部相对。
8.一种用于改变权利要求1-7中任一项所述的双曲轴对置活塞发动机的气道操作的正时的方法，其通过从预定弧形内的一个位置到另一个位置枢转至少一个皮带轮臂(112、212)由此改变所述皮带(100)的行程长度来实现。
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