CN1052778C - 一种活塞和内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种具有至少一个气缸和往复装置(1)的内燃机，它包括可在所述气缸中滑动的活塞(12)，所述往复装置(1)与活塞(12)有一条公共轴线；装在所述往复装置(1)处该轴线的对置两侧的一对转子(5、6)，以便绕着一条与所述往复装置处该轴线垂直的共同轴线，沿相反的方向并以相反的相位旋转；连接装置(4)，它从所述往复装置的对置侧延伸并在离开所述共同轴线一定距离处与所述转子(5、6)之一啮合，其特征在于，在与气缸壁相接触的活塞的至少一个部分与该连接装置(4)之间设置一种轴承连接(28、29、35)，使该活塞(12)或活塞的至少一个部分能绕其轴线旋转自如。这减小了接近该活塞上死点处由压缩环引起的气缸壁上的磨损。

Description

一种活塞和内燃机
本发明涉及带有至少一个或两个气缸和往复装置的内燃机，它包括具有一条公共轴线的、可在气缸中滑动的活塞，一对转于及连接装置；那对转子装在所述活塞和往复装置的该轴线的对置两侧，该连接装置从所述往复装置的对置两侧延伸，在离开其公共轴线一定距离处各啮合一个所述转子。
从美国专利No.2666420得知一个这种类型的发动机。该专利介绍一种具有上述特征的两冲程发动机，借以提供可能性去设计带有一个或两个气缸的发动机，其中由扭矩反作用和静态与动态不平衡所造成的振动被显著地减小或消除。
按照美国专利No.2666420的结构的一个效果在于，自动地引起该发动机中的往复活塞围绕其纵轴线的摆动，这提供对气缸进、排气口的控制的适当的定时。
虽然此已知发动机提供一种具有以很小的振动工作的简单结构的发动机，但是它尚未变成一项商业成功。原因可能在于，实际试验表明接近活塞上死点处由压缩环在气缸壁上引起严重磨损。
该活塞的往复运动和摆动的一个效果是这样的，即接近其死点的该活塞有很低的沿其轴线的速度，但被迫有很高的绕其轴线的角速度。借此该结构当该活塞处于离其死点一定距离时，在该活塞与该气缸壁之间提供良好的液体动力润滑，但接近死点时提供很差的润滑。
尤其在上死点因为如下影响而磨损很严重，即许多压缩环被设计成燃烧使它从其沟槽向外压。
因而本发明的一个目的在于提供一种减小气缸壁的磨损的上述类型的发动机。
为实现这一目的，本发明提供一种具有至少一个气缸和往复装置的内燃机，它包括可在所述气缸中滑动的活塞，所述往复装置与所述活塞有一条公共轴线；装在所述往复装置处该轴线的对置两侧的一对转子，以便绕着一条与所述往复装置处该轴线垂直的共同轴线沿相反的方向并以相反的相位旋转；连接装置，它从所述往复装置的对置侧延伸并在离开所述共同轴线一定距离处与所述转子之一啮合，其特征在于，在与气缸壁相接触的活塞的至少一部分与该连接装置之间设置一种轴承连接，使该活塞或活塞的至少一部分能绕其轴线自由旋转。
该轴承连接位于与该气缸壁相接触的该活塞的至少一部分与活塞杆之间，从而提供了把该活塞的一部分用于扫气过程和排气过程的有效控制与定时的可能性。
通过在该活塞杆与该连接装置之间设有该轴承连接，该结构能与基于不同的工作原理的活塞式发动机结合使用。
活塞顶的单独冷却势必造成与该气缸壁紧密接触的活塞的面积可以减小而没有使活塞过热的任何危险，减小了的面积在该活塞与该气缸壁之间引起较小的摩擦。
该活塞顶包括一个在该活塞顶中的冷却空间，该冷却空间有进液口和出液口，该进液口和出液口分别与该活塞杆中的用于冷却液的循环的供液管和回流管相连。该活塞杆中的该供液管与在所述连接装置内延伸的并在该连接装置的远离该活塞杆的端部处有进液口的其他供液管相连通，而该回液管在接近的所述连接装置的该活塞杆上有一个出口位置。这样，当经该活塞杆中的供液管和回液管供给冷却液时，可提供一种很有效的冷却。
该活塞顶可自由转动地安装在该活塞杆上，这样，由燃烧而作用在该活塞顶上的力直接传递给该活塞杆，使得有可能减小该活塞的总重量。
下面将对照附图较详细地描述本发明的诸实施例，这些附图中：
图1是用于该已知类型的发动机的驱动机构的说明简图；
图2是处于压缩阶段的按照本发明的活塞和气缸的说明简图；
图3是处于点火阶段的图2的活塞和气缸的说明简图；
图4是在驱动冲程完成时图2的活塞和气缸的说明简图；
图5是在排气阶段开始时图2的活塞和气缸的说明简图；
图6是在扫气空气通道打开时图2的活塞和气缸的说明简图；
图7是在泵冲程完成时图2的活塞和气缸的说明简图；
图8是在增压开始时图2的活塞和气缸的说明简图；
图9是在压缩冲程开始时图2的活塞和气缸的说明简图；
图10是按照本发明的内燃机用的驱动机构的装配图的一部分；以及
图11是按照本发明的内燃机的另一个实施例的剖视图。
图1是表示按照该已知结构的该驱动机构，该驱动机构包括一个能转动和穿过活塞轴承2、3纵向移动的活塞杆1。一个连接装置4成直角地固定安装于该活塞杆1。该连接装置4的两端部被制成它们各自的转子5、6中的轴颈插进连接装置轴承7、8中，轴承7、8的位置与诸转子的由主轴承10、11确定的旋转轴线错开。这些主轴承10、11的类型保证该连接装置4刚好能在诸轴承中转动、翻动和移动。
由于一个气缸(未画出)中的燃烧压力，一个固定地安装于该活塞杆1一端的活塞12，使该活塞杆承受一个与该活塞杆的轴线平行的力，这势必使该活塞杆轴向移动，并使转子5、6被该连接装置4带动转动。
当转子5、6转动时，由于转子5、6中的连接装置座7、8的作用，该活塞杆被迫绕其轴线转动，这转而引起活塞12在该气缸中转动。
因此，此机构使活塞12产生同时的平移运动和绕其轴线的转动。假定该转子以恒定的角速度转动，则这两种基本运动的分配将是这样的，即活塞12的平移速度将在活塞12的平均冲程长度处为最高而在死点处为零。另一方面，角速度将在死点处为最高而在该平均冲程长度处为零。
因而活塞12与该气缸壁之间的这种液体动力润滑的放果在死点附近将是很差的，与这些点处最高的角速度相结合这将是致命的，因为这在气缸壁和活塞环上引起无法接受的严重磨损。
特别是在活塞的上死点处，现代活塞环将因燃烧压力而向外压靠在该气缸壁上，这势必造成，尤其在上死点处将出现格外严重的磨损。
本发明针对尤其与两冲程内燃机结合的用途做了仔细考虑，其中通过在该活塞和气缸壁上设置通道，使这些通道彼此之间采取不同的位置，在该活塞的该平动和转动下，以一种简单的方式把该活塞的受迫角度转动用于控制进气、扫气和排气阶段。
因而，图2-9以一系列说明简图表示用于一种两冲程发动机的一个完整的工作循环，该发动机在运动学上是按照图1中所示的原理构成的。
于是图2表示压缩阶段，其中活塞12由于转子5的逆时针转动而压缩在压缩室24中的可燃混合气。转子5中的连接装置4的座7在此阶段时出现在点A处。
图3表示随后的点火阶段，其中火花塞19点燃燃烧室24中的可燃混合气。该转子中的连接装置4的座7此时出现在点B处。
随着图4中的驱动冲程，将会看到，由于本身为单向阀的进气阀妨碍空气经扫气进气通道15排出，活塞12后面的空间25中的受困空气被压缩。扫气空气阀17借此打开扫气空气到扫气空气通道23的通路，然而该通道23在其出口处仍被活塞12所封闭。转子5中的连接装置4的座7此时出现在点C处。
图5表示一个阶段，其中活塞12后面的空间25中的该扫气空气被额外地压缩，而且由于活塞12在燃烧室24与扫气及进气通道22之间的间隙；燃烧气体向该扫气及进气通道预排气。转子5中的连接装置4的座7此时出现在点D处。
图6表示一个阶段，其中活塞12后面的空间25中的该扫气空气在高压下经扫气空气阀17、扫气空气通道23、活塞扫气通道20和扫气及进气通道22被压进燃烧室24，由此使燃烧气体从燃烧室24经排气通道18排出。转子5中的连接装置4的座7此出现在点E处。
图6中所示的该排气继续到图7中，在图7中将会看到，像在图6中一样，活塞扫气通道20成这样的角度，即它刚好允许所述扫气过程。此角度转动是以下事实的结果，即转子5中的连接装置4的座7出现在点F处。
图8表示进气阶段，从中将会看到，由于转子5中的连接装置4的座7出现在点G处，活塞12的转动允许进气经进气通道21、活塞扫气通道20和扫气及进气通道22向燃烧室24的供给。此阶段完成如图9中所示，其中进气的供给被封闭，并再次开始一个压缩阶段。
图10表示该发明的一个实施例，其中活塞12由一个活塞顶26和一个活塞裙27组成。该活塞裙27固定地安装在活塞杆1上，而活塞顶26可转动地安装在活塞杆1上，一个螺旋形元件28旋入活塞杆1的端部，以便啮合一个旋入活塞顶26的环形元件29。
活塞杆1在轴承2中受控制地运动并固定地连接于连接装置4，该连接装置的端部作为轴颈插入连接装置轴承7。此轴承是一个滚子轴承，它带有一个外球面环33，该环放进一个装在转子5里的内球面环34中。这势必造成，连接装置4能在其轴承中转动、翻动和移动。该转子借助于主轴承10、11可转动地安装在发动机壳体30中。
活塞顶26设有一个带冷却面的内腔，可经供液管31和回液管32向该内腔供给冷却剂，例如油。供液管31从连接装置4的端部向该活塞杆延伸，并在该活塞杆内向该活塞的顶部延伸。该回液管从该活塞的顶部经该活塞杆延伸，并在发动机壳体30内活塞杆1的表面结束，在该活塞内部，该回液管在该供液管内部同心地延伸。
图11表示该发明的另一实施例，其中活塞顶26固定地连接于该活塞裙，以致活塞顶26、活塞裙27和活塞杆1作为一个整体而运动。在该发明的此实施例中，在活塞杆1与连接装置4之间设置一个轴承连接35，允许活塞顶26、活塞裙27和活塞杆1作为一个整体绕其轴线转动。
然而，在此结构中，须提供用于扫气过程的专用装置，诸如在该气缸顶中的扫气阀和排气阀或者其他常规的扫气装置。不过，它使该无振动的运动学结构得以与基于不同原理的其他活塞式发动机结合使用，同时减小气缸中的磨损。

Claims (9)

1.一种具有至少一个气缸和往复装置(1)的内燃机，它包括可在所述气缸中滑动的活塞(12)，所述往复装置(1)与所述活塞(12)有一条公共轴线；装在所述往复装置(1)处该轴线的对置两侧的一对转子(5、6)，以便绕着一条与所述往复装置处该轴线垂直的共同轴线沿相反的方向并以相反的相位旋转；连接装置(4)，它从所述往复装置的对置侧延伸并在离开所述共同轴线一定距离处与所述转子(5、6)之一啮合，其特征在于，在与气缸壁相接触的活塞的至少一部分与该连接装置(4)之间设置一种轴承连接(28、29、35)，使该活塞(12)或活塞的至少一部分能绕其轴线自由旋转。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，该轴承连接位于与该气缸壁相接触的该活塞的至少一部分与活塞杆之间。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，该轴承连接位于该活塞杆与该连接装置之间。
4.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，该活塞包括两部分，一个固定于该活塞杆的主体和一个带有供环件用的沟槽的、可相对于该主体绕其轴线旋转地安装的活塞顶。
5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，该活塞顶可自由转动地安装在该活塞杆上。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的内燃机，其特征在于，该活塞顶包括一个在该活塞顶中的冷却空间，该冷却空间有进液口和出液口，该进液口和出液口分别与该活塞杆中的用于冷却液的循环的供液管和回流管相连。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，该冷却液是水。
8.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，该冷却液是油。
9.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，该活塞杆中的该供液管与在所述连接装置内延伸的并在该连接装置的远离该活塞杆的端部处有进液口的其他供液管相连通，而该回液管在接近的所述连接装置的该活塞杆上有一个出口位置。
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