CN109083742A

CN109083742A - 活塞布置

Info

Publication number: CN109083742A
Application number: CN201810914105.6A
Authority: CN
Inventors: 瑞安·鲍恩
Original assignee: Newlenoir Ltd
Current assignee: Newlenoir Ltd
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2018-12-25
Also published as: CN106103896A; US20190323009A1; JP2019082178A; JP2020143673A; CA2936050C; CN106103896B; AU2018200606A1; JP2017505875A; EP3094821B1; WO2015107330A2; US10858938B2; AU2018200603A1; CN109026380A; GB2522204B; AU2018200606C1; US20190211676A1; JP2019090415A; US10472964B2; CN111287848A; AU2020201894A1

Abstract

本发明公开一种活塞布置，其包括：活塞，其可在气缸内移动；以及具有凸轮表面的轨道，其适于相对于所述气缸移动；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的轴承而耦合到所述轨道；其中所述轴承具有滚轮以及弯曲支承表面，所述滚轮可旋转地安装在所述弯曲支承表面上，使得所述滚轮在所述凸轮表面与所述支承表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮。

Description

活塞布置

本申请是申请日为2015年01月13日、申请号为201580004860.5、发明创造名称为“活塞布置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及活塞布置，尤其是将活塞头耦合到轨道的控制活塞头的移动的动力传递机构。

背景技术

例如，用于内燃机中的常规活塞布置包括可以在通过连杆耦合到曲轴的气缸内移动的活塞头。在替代性活塞布置中，活塞头可耦合到具有凸轮表面的轨道，所述活塞头具备一或多个凸轮随动件，所述一或多个凸轮随动件沿着轨道运行以控制活塞头的移动。本发明涉及在此替代性活塞布置中将活塞头耦合到轨道的动力传递机构中的改进。

发明内容

本发明的第一方面提供一种活塞布置，其包括轨道和可以在气缸内移动的活塞；其中所述轨道适于围绕旋转轴相对于所述气缸旋转，并且具有凸轮表面和延伸远离所述凸轮表面的边缘表面；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的随动件耦合到所述轨道；其中所述凸轮表面成形为使得在所述轨道相对于所述气缸移动时，所述活塞头根据所述凸轮表面的路径在所述气缸内以往复运动移动；其中稳定元件连接到所述活塞，所述稳定元件在所述活塞头下方延伸并且包括啮合所述轨道的所述边缘表面的接触表面。所述稳定元件用于在垂直于所述轨道的所述边缘表面的平面的方向上使所述活塞稳定。

所述轨道可围绕所述旋转轴旋转，同时所述气缸相对于所述旋转轴保持静止。替代地，所述气缸可沿着固定轨道移动。所述轨道可包括单个轨道部分，或替代地，包括在稳定部分的相对侧上的至少两个轨道部分。所述或每一轨道部分可以提供单个随动件在上面运行的凸轮表面，或替代地提供第一和第二随动件在上面运行的两个相对的凸轮表面。将在下文更详细地论述各种不同的可能的轨道布置。

所述轨道可形成连续环路，且所述凸轮表面可以形成围绕所述环路延伸的连续表面。替代地，在所述凸轮表面中可存在中断，例如较小的间断。所述凸轮表面可相对于所述轨道固定，或替代地，所述凸轮表面可包括：固定部分，其相对于所述轨道是固定的；以及移动部分，其形成所述凸轮表面的部分且其可以相对于所述轨道移动，例如是安装到所述轨道上的一或多个滚轮。所述滚轮可适于围绕旋转轴旋转，并且可以自由地、部分受约束地和/或被驱动地旋转。

稳定元件可以例如通过紧固件刚性地附接到所述活塞头。替代地，所述稳定元件可以另外刚性地或枢转地附接到所述活塞头，或可以与所述活塞头一体地形成。稳定元件可以经由例如连杆等中间组件而连接到所述活塞头，所述中间组件可以刚性地附接到所述活塞头和所述稳定元件，或替代地枢转地附接到所述活塞头和所述稳定元件。

所述稳定部分可以是刀状的，使得其在垂直于轨道的边缘表面的平面的方向上的厚度显著小于其在平行于边缘表面的平面及垂直于活塞移动方向的方向上的长度。举例来说，稳定元件的长度可以是稳定元件的厚度的至少两倍，或是所述厚度的至少三倍，或是所述厚度的至少四倍，或是所述厚度的至少五倍。所述稳定元件的长度可大体上等于所述活塞头的直径，或替代地可大于或小于所述活塞头直径。

所述稳定元件的所述接触表面的形状可大体上对应于所述轨道的所述边缘表面的形状。举例来说，所述轨道的所述边缘表面可为笔直的，且所述稳定元件的所述接触表面可具有对应的笔直形状，或替代地，所述轨道的所述边缘表面可为凸的，且所述稳定元件的所述接触表面可具有对应的凹形状。替代地，所述稳定元件的所述接触表面可具有某一其它形状，例如，凸的稳定元件可支承所述轨道的笔直或凸边缘表面。

所述稳定元件可包括第一和第二端表面，所述接触表面在所述第一和端表面之间延伸，其中所述第一和第二端表面中的至少一者在所述活塞以往复运动移动时滑动地啮合定位元件。优选的是，所述稳定元件的所述第一和第二端表面滑动地啮合第一和第二定位元件，进而在垂直于所述轨道的所述边缘表面的平面的方向上使所述活塞稳定。所述端表面与所述定位元件之间的界面优选是平面的，但可具有某一其它形状。

所述随动件可包括安装到所述活塞上的滚轮，所述滚轮适于在其沿着轨道运行时相对于所述活塞旋转。所述滚轮可安装在活塞头中或上和/或安装在稳定元件中或上。根据本发明的第二方面，所述活塞布置可例如包括轴承(下文论述)。替代地，所述随动件可为安装在全气缸轴上的滚轮，所述全气缸轴从活塞头和/或稳定元件突出。替代地，所述随动件可为延伸穿过或延伸到活塞头和/或稳定元件中的滚轮，其仅经由围绕滚轮的圆周延伸的全气缸接触小片啮合所述活塞头和/或稳定元件。可存在安装到活塞上的多个滚轮或其它随动件，例如多个随动件在轨道的多个凸轮表面上运行。

所述轨道可包括在相反的方向上彼此背对的第一和第二凸轮表面，所述边缘表面在所述第一和第二凸轮表面之间延伸；其中所述活塞包括分别在所述第一和第二凸轮表面上运行的第一和第二随动件。所述第一和第二随动件优选在平行于所述活塞轴的方向上彼此偏移。所述稳定元件优选在所述第一和第二随动件之间延伸并且连接所述第一和第二随动件。第一随动件可被布置成在与活塞轴对准的第一方向上移动活塞，且第二随动件可被布置成在与所述第一方向相反的第二方向上移动活塞。相对的第一和第二凸轮表面可通过彼此向外背对或替代地通过彼此向内相向而彼此相对。

所述轨道可包括位于稳定元件的相对侧上的第一和第二轨道部分，其中所述第一轨道部分包括延伸远离至少一个凸轮表面的边缘表面，且所述第二轨道部分包括延伸远离至少一个凸轮表面且面向所述第一轨道部分的边缘表面的边缘表面，其中所述稳定元件包括第一和第二接触表面，其啮合所述第一和第二轨道部分的相应边缘表面。所述活塞可因此在垂直于所述轨道的所述边缘表面的平面的方向上完全稳定。

所述稳定部分可具有沿着其长度的大体上均匀的厚度。所述稳定元件可具有在平行于活塞与轨道之间的相对移动方向的方向上跨越稳定元件的范围成锥形的厚度。锥状部可允许稳定部分在第一和第二轨道部分的边缘表面之间形成的间隙内例如在静压下自定心。与稳定元件的总厚度相比，所述锥状部可较小，例如与在相对端处的0.04mm的空隙相比，可在稳定元件的接触表面与稳定部分的一端处的相应轨道部分的边缘表面之间提供0.08mm的空隙。取决于活塞布置的应用，可采用不同的空隙和间隙角度。稳定元件可替代地具有任何其它形状，例如，支承笔直或凸边缘表面的凸形状。

轨道可为径向轨道，其具有相对于旋转轴被布置成内部径向表面和/或外部径向表面的凸轮表面。所述轨道可因此具有在从旋转轴径向向外延伸的方向上的沿着轨道的范围而变化的高度。第一轨道部分的边缘表面可大体上平行于第二轨道部分的边缘表面。当从平行于活塞轴的方向观看时，稳定元件可大体上笔直。

轨道可为环形轨道，其具有被布置成在平行于旋转轴的方向相向的凸轮表面。所述轨道可因此具有在平行于旋转轴的方向上的沿着轨道的范围而变化的高度。所述第一和第二轨道部分可同心布置，使得在第一和第二轨道部分的边缘表面之间形成环形间隙。所述第一和第二轨道部分的所述边缘表面可因此分别包括内部轨道部分的外部径向面和外部轨道部分的内部径向面。所述稳定元件可位于所述环形间隙内并且当从平行于旋转轴的方向观看时具有弯曲形状，所述弯曲形状具有大体上对应于所述环形间隙的半径的半径。所述稳定元件具有：第一接触表面，其啮合所述内部轨道部分的所述外部径向表面并且具有大体上对应于所述内部轨道部分的所述外部径向表面的曲率半径的曲率半径；以及第二接触表面，其啮合所述外部轨道部分的所述内部径向表面并且具有大体上对应于所述外部轨道部分的所述内部径向表面的曲率半径的曲率半径。

所述边缘表面可被润滑，使得所述稳定元件的所述接触表面经由一层润滑剂接触所述轨道的所述边缘表面。其中在所述轨道包括第一和第二轨道部分的情况下，两个轨道部分的所述边缘表面可被润滑。

所述稳定元件的所述接触表面可包括润滑剂拾取器，其适于从轨道的边缘表面接收润滑剂。因此可由稳定元件经由润滑剂拾取器收取润滑剂，且围绕稳定元件以及围绕活塞将润滑剂供应到需要润滑的稳定元件或活塞的任何部分。拾取器可包括在接触表面中形成的孔。可存在位于稳定元件的一个或两个接触表面上的一或多个拾取器。

边缘表面可通过润滑剂递送装置进行润滑；其中所述润滑剂递送装置包括主体部分，所述主体部分包括通过其将润滑剂供应到边缘表面的润滑剂递送端口；其中所述润滑剂递送装置进一步包括至少一个随动件，所述至少一个随动件将所述润滑剂递送装置耦合到轨道，使得在所述轨道相对于所述气缸移动时，所述润滑剂递送装置根据所述轨道的路径以往复运动移动，进而维持对所述边缘表面的润滑剂供应。所述润滑剂递送装置优选包括第一和第二随动件，所述第一和第二随动件在所述轨道的第一和第二凸轮表面上运行，其分别用于在相反的方向上移动所述润滑剂递送装置。在一些实施例中，一个或两个随动件可适于将多余的油扫离活塞安装式随动件在上面运行的轨道的一或多个凸轮表面，但不需要润滑剂递送装置随动件具有任何润滑剂清理功能。润滑剂递送装置随动件优选具有与安装到活塞上的所述第一和第二随动件相同的间隔和半径。所述润滑剂递送装置随动件优选与润滑装置的主体部分一体地形成，并且具有在所述轨道的所述凸轮表面上运行的滑动支承表面，但替代地可包括轴承或滚轮。替代地，所述边缘表面可通过替代性构件(例如，润滑剂喷嘴)进行润滑。

根据本发明的第一方面，内燃机可包括至少一个活塞布置。替代地，所述活塞布置可用于另一应用中，例如用于泵中。所述内燃机可包括多个活塞布置，其从共同轨道和/或驱动单独活塞布置的多个轨道运行。

本发明的第二方面提供一种活塞布置，其包括：活塞，其可在气缸内移动；以及具有凸轮表面的轨道，其适于相对于所述气缸移动；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的轴承而耦合到所述轨道；其中所述轴承具有滚轮以及弯曲支承表面，所述滚轮可旋转地安装在所述弯曲支承表面上，使得所述滚轮在所述凸轮表面与所述支承表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮。根据本发明的第二方面的活塞布置可包括相对于本发明的第一方面所描述的特征中的至少一些特征。

所述轴承经由所述滚轮在所述活塞与所述轨道之间传递负荷。所述滚轮适于在所述弯曲支承表面上旋转且沿着所述轨道滚动，但所述滚轮还可经历相对于所述轨道的滑行。因为所述轴承不具有所述支承表面与所述滚轮之间的全360度接触小片，所以所述轴承有利地减少或防止轴承回旋。

所述弯曲支承表面可啮合所述滚轮的内部径向表面。

可在延伸到所述滚轮的中空中心中的靴状物上提供所述弯曲支承表面。所述靴状物可与所述活塞一体地形成。替代地，所述靴状物可另外例如通过紧固件或通过焊接点而附接到所述活塞上。可存在一或多个介入组件，所述靴状物经由所述一或多个介入组件而连接到所述活塞头。所述滚轮可在所述靴状物与运行表面之间保持被俘，使得其可在所述靴状物上旋转但无法离开所述靴状物，除非所述靴状物和所述轨道彼此移动分离。所述靴状物可包括单个单件靴状物，或替代地，所述靴状物可包括多个离散靴状物区段。

所述靴状物可包括润滑剂出口和/或润滑剂拾取器，以用于将润滑剂供应到所述滚轮的所述内部径向表面和/或从所述滚轮的所述内部径向表面移除润滑剂。因此所述靴状物可润滑所述弯曲支承表面与所述滚轮之间的界面，且可连续地更换所述润滑剂，例如从而控制所述滚轮的所述内部径向表面上的所述润滑剂的温度。优选的是，在所述弯曲支承表面上提供所述润滑剂出口和/或润滑剂拾取器。

所述滚轮可具有位于所述靴状物的侧的径向向内延伸的凸缘。所述凸缘可在所述靴状物的交替侧上包括第一和第二径向向内延伸的凸缘。所述凸缘可有助于将所述滚轮保持在所述靴状物上。

在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述内部径向表面之间的所述接触小片可延伸穿过小于180度的角度。优选的是，所述接触小片延伸穿过小于160度或小于140度或小于120度或小于100度或小于90度的角度。替代地，所述接触小片可延伸穿过大于180度的角度，例如200度或更多。尤其在所述滚轮包括一或多个径向向内延伸的凸缘的情况下，延伸穿过小于180度的接触小片可提高将所述滚轮安装在所述靴状物上的简易性。

在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述内部径向表面之间的所述接触小片可偏移到通过所述滚轮的中央旋转轴的平面的一侧且与所述活塞在所述气缸内的移动方向对准。举例来说，所述接触小片的至少55％或至少60％或至少70％或至少80％的面积可位于所述平面的一侧。所述接触小片的中心点可围绕所述滚轮的所述中央旋转轴向所述平面的一侧偏移(例如)至少5度或至少10度或至少20度或至少30度。所述靴状物可偏移到所述平面的一侧。所述接触小片和所述靴状物可与峰值加载的方向对准或朝向所述方向偏移。朝向所述滚轮的一侧偏移所述靴状物可有助于承受经由所述滚轮以不与组件的移动方向对准的角度在所述轨道与所述活塞之间传输的峰值负荷。

所述弯曲支承表面可啮合所述滚轮的外部径向表面。因为所述支承表面不围绕所述滚轮的整个圆周延伸，所以仍然暴露着所述滚轮的外表面的一部分，那是所述弯曲支承表面不围绕其延伸的所述滚轮的所述圆周的那部分。因此，所述滚轮可在凸轮表面上运行，同时还在其与所述凸轮表面的界面的正上方的位置处啮合所述弯曲支承表面。因此提高经由所述滚轮在所述轨道与所述活塞之间的负荷传递。

应注意，虽然所述弯曲支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮，进而允许所述滚轮的暴露部分啮合所述凸轮表面，但所述滚轮还可啮合围绕所述圆周的更大部分延伸的进一步支承表面，例如高达360度。在此情况下，所述进一步支承表面在不需要使所述滚轮的所述外部径向表面的一部分暴露的位置处位于所述滚轮的侧面，使得其可啮合所述轨道。所述进一步支承表面可与上文提及的所述支承表面连续。举例来说，如果所述滚轮延伸穿过所述活塞以啮合所述活塞的交替侧上的凸轮表面(如下文更详细地描述)，那么所述滚轮可经由使所述外部径向表面的一部分暴露的接触小片并且还经由可围绕所述滚轮的整个圆周延伸的中间支承表面而啮合所述活塞的交替侧上的凸轮表面。

所述活塞还可具有拥有工作面的头部；其中在所述活塞头的相反侧上提供所述弯曲支承表面。所述活塞头可至少部分中空或替代地实心。替代地，啮合所述滚轮的所述外部径向表面的所述弯曲支承表面可提供于所述活塞上的另一位置处，或可提供于例如通过紧固件或通过焊接点而附接到所述活塞上的单独组件上。可存在一或多个介入组件，所述弯曲支承表面经由所述一或多个介入组件而连接到所述活塞头。所述滚轮可在所述弯曲支承表面与运行表面之间保持被俘，使得其可在所述弯曲支承表面上旋转但无法离开所述弯曲支承表面，除非所述弯曲支承表面和所述轨道彼此移动分离。

啮合所述滚轮的所述外部径向表面的所述弯曲支承表面可包括润滑剂出口和/或润滑剂拾取器。

所述滚轮可具有轴向端面；其中保持组件可装卸地附接到所述活塞上，所述保持组件位于所述滚轮的所述轴向端面处以防止所述滚轮在与其旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动超过所述保持组件。所述保持组件可例如通过一或多个可装卸紧固件而附接到活塞头。

在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述外部径向表面之间的所述接触小片可延伸穿过120度与330度之间的角度。优选的是，所述接触小片延伸穿过多于150度或多于180度或多于210度或多于240度的角度。优选的是，所述接触小片延伸穿过小于310度或小于290度的角度。所述接触小片可例如延伸穿过大约270度的角度。然而，所述接触小片的至少一部分可延伸穿过较小的角度，例如90度。

在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述外部径向表面之间的所述接触小片可偏移到通过所述滚轮的中央旋转轴的平面的一侧且与所述活塞在所述气缸内的移动方向对准。所述接触小片的中心点可偏移到所述平面的一侧。所述接触小片可偏移到所述平面的一侧，使得所述滚轮的所述外表面的未被所述支承表面啮合的暴露部分(其为所述弯曲支承表面未围绕其延伸的所述滚轮的所述圆周的所述部分)也偏移到所述平面的一侧。通过使所述滚轮的所述暴露部分偏移到一侧，所述轴承可允许所述轨道的几何形状和所述气缸的所述位置得到优化，同时避免轨道对活塞头(或在上面提供所述弯曲支承表面的其它组件)的妨碍。替代地或另外，所述支承表面可与最大加载方向对准或朝向所述方向偏移。

所述凸轮表面可成形为使得在所述轨道相对于所述气缸移动时，所述活塞头根据所述凸轮表面的路径在所述气缸内以往复运动移动。

可向所述凸轮表面的至少一部分提供涂覆或表面处理。所述涂覆或表面处理可增加硬度和/或减少摩擦。替代地或另外，可在单独组件上向所述轨道的主体部分提供所述凸轮表面的至少一部分，所述单独组件提供比所述轨道的所述主体部分更硬和/或更低的摩擦表面。

所述轨道可形成围绕旋转轴相对于所述气缸旋转的连续环路，且所述凸轮表面可以形成围绕所述环路延伸的连续表面。替代地，在所述凸轮表面中可存在中断，例如较小的间断。所述凸轮表面可相对于所述轨道固定，或替代地，所述凸轮表面可包括：固定部分，其相对于所述轨道是固定的；以及移动部分，其形成所述凸轮表面的部分且其可以相对于所述轨道移动，例如是安装到所述轨道上的一或多个滚轮。所述滚轮可适于围绕旋转轴旋转，并且可以自由地、部分受约束地和/或被驱动地旋转。

所述气缸可在所述轨道相对于所述气缸移动时保持固定。替代地，所述气缸可相对于固定轨道移动。

所述滚轮可包括突出部，所述突出部围绕其圆周延伸超过其外部径向表面，所述突出部啮合所述轨道以防止所述滚轮在与所述滚轮的旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动，且/或所述轨道可包括围绕其圆周延伸超过所述凸轮表面的突出部，所述突出部啮合所述滚轮以防止所述滚轮在与所述滚轮的旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动。在所述滚轮包括突出部的情况下，所述轨道可包括啮合所述突出部的对应凹口或斜面(chamfer)。在所述轨道包括突出部的情况下，所述滚轮可包括啮合所述突出部的对应凹口或斜面。在所述滚轮和/或所述轨道上提供的一或多个突出部可位于所述滚轮的一个或两个轴向端处和/或所述滚轮的所述轴向端之间的一或多个中间位置处。

所述接触小片可为部分圆柱形。替代地，所述接触小片可另外在与所述滚轮的所述旋转轴对准的第二方向上具有曲率。

所述轨道可进一步包括在相对的方向上面向所述第一凸轮表面的第二凸轮表面；其中所述活塞布置进一步包括第二轴承，所述第二轴承具有滚轮和弯曲支承表面，所述滚轮可旋转地安装在所述弯曲支承表面上，使得所述滚轮在所述第二凸轮表面与所述支承表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮。所述第二轴承可具有上文关于第一轴承所描述的特征中的一些或全部。所述第一轴承的所述滚轮可适于根据所述第一凸轮表面的路径在第一方向上移动所述活塞，且所述第二轴承的所述滚轮可适于根据所述第二凸轮表面的路径在相反的第二方向上移动所述活塞。组件可因此被约束在两个方向上，且根据所述轨道的路径以往复运动移动。相对的第一和第二运行表面可通过彼此向外背对或替代地通过彼此向内相向而彼此相对。

所述轨道可包括位于所述活塞的相对侧上的第一和第二轨道部分，每一轨道部分提供相应的凸轮表面。共同滚轮可啮合所述第一和第二轨道部分两者的凸轮表面。所述共同凸轮可延伸穿过所述活塞。替代地，可在所述活塞的交替侧上提供两个单独滚轮，每一滚轮啮合所述第一和第二轨道部分中的相应一者。所述第一和第二轨道部分可各自包括在相对的方向上相向的第一凸轮表面和第二凸轮表面，其中第一和第二轴承在相应的第一和第二凸轮表面中的每一者上操作。

轨道可为径向轨道，其具有相对于所述轨道相对于所述气缸的旋转轴被布置成内部径向表面或外部径向表面的凸轮表面。

所述气缸可具有中心轴，其中所述气缸轴不通过所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴。在此情况下，组件不纯粹遵循朝向和远离轨道中心的径向运动，而是与半径线成锐角移动。所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴可与所述气缸轴偏移等于活塞行程长度的至少10％或至少25％或至少50％或至少75％或至少100％或多于100％的距离。所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴可与所述气缸轴偏移至少2度或至少5度或至少10度或至少15度或多达20度的角度(当从所述滚轮的所述旋转轴测量)。通过与所述轨道的所述旋转轴成角度地布置所述气缸轴，所述活塞布置和轨道的几何形状可得到优化，以用于将动力从活塞有效地传递到所述轨道和/或反之亦然。以一角度布置所述活塞还可允许对所述轨道的梯度进行优化。

所述轨道可为环形轨道，其具有被布置成在平行于所述轨道相对于所述气缸的旋转轴的方向上相向的凸轮表面。在此轨道在组件的交替侧上包括第一和第二轨道部分的情况下，所述第一和第二轨道部分优选被同心地布置，使得在所述第一和第二轨道部分的边缘表面之间形成环形间隙。所述活塞可具有在所述第一和第二部分之间延伸的稳定部分，如关于本发明的第一方面所描述。

所述气缸可具有中心轴，其中所述气缸轴不平行于所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴。所述气缸轴可与所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴偏移至少2度或至少5度或至少10度或至少15度或多达20度。通过与所述轨道的所述旋转轴成角度地布置所述气缸，所述活塞布置和轨道的几何形状可得到优化，以用于将动力从活塞有效地传递到所述轨道和/或反之亦然。以一角度布置所述活塞还可允许对所述轨道的梯度进行优化。

所述滚轮可包括锥形形状，使得其在所述凸轮表面的径向最内边缘处的直径小于其在所述凸轮表面的径向最外边缘处的直径。所述锥状部考虑到所述轨道的最内部分与所述轨道的最外部分之间的路径长度中的差异，进而允许所述滚轮在所述轨道上更平滑地滚动而不会打滑或滑行。

根据本发明的第二方面，内燃机可包括通过轴承布置操作的活塞。替代地，所述第二方面的所述活塞布置可用于任何其它应用中，例如用于泵中。

本发明的第三方面提供一种活塞布置，其包括：活塞，其可在气缸内移动；以及具有凸轮表面的轨道，其适于相对于所述气缸移动；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的轴承而耦合到所述轨道；其中所述轴承包括滚轮以及弯曲支承表面；其中所述滚轮具有在所述凸轮表面上运行的外部径向表面；其中所述弯曲支承表面啮合所述滚轮的外部径向表面，使得所述滚轮在所述支承表面与所述凸轮表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮，使得暴露所述滚轮的所述外部径向表面的一部分以使得其可在所述凸轮表面上运行。

本发明的第四方面提供一种内燃机，其包括活塞布置，所述活塞布置包括耦合到轨道的活塞；其中所述轨道耦合到轴杆且具有凸轮表面，且所述活塞具有随动件，所述随动件在所述轨道的所述凸轮表面上运行以控制所述活塞的运动；所述内燃机进一步包括包括第一和第二壳体元件的壳体，其中所述第一壳体元件在界面处汇合所述第二壳体元件，且第一活塞在通过所述第一和第二壳体元件之间的所述界面的钻孔内以往复运动移动。

所述活塞在其内移动的所述钻孔可通过附接到所述第一和第二壳体元件的单独气缸提供。替代地，所述钻孔可直接形成于所述第一和第二壳体元件中。可另外向形成于所述第一和第二壳体元件中的钻孔提供气缸衬垫。一个以上活塞可耦合到所述轨道。举例来说，两个相对的活塞可在所述轴杆的相对侧上耦合到所述轨道，每一活塞在其自身的通过所述第一和第二壳体元件之间的所述界面的相应钻孔内移动。所述轨道优选是上文关于本发明的前面方面而描述的径向轨道。所述轨道优选具有中心孔，所述中心孔接纳所述轴杆且通过将所述轴杆馈送穿过所述中心孔而安装在所述轴杆上。优选通过所述轨道与所述轴杆之间的花键或有键界面来实现所述轨道与所述轴杆之间的相对旋转。

包括具有通过具有凸轮表面的轨道而耦合到输出轴的随动件的活塞的动力传递机构比使用曲轴和连杆的常规动力传递机构更大且可能更难以组装。通过将内燃机壳体调适成在将活塞耦合到轨道之后围绕活塞和轨道进行组装，内燃机设计和组装起来会更容易。通过使用邻近壳体元件之间在钻孔位置处的拼合线布置壳体，可以在将活塞耦合到轨道并且将轨道耦合到轴杆之后容易地围绕活塞和轨道组装第一和第二壳体元件。

所述轨道可具有在相对的方向上相向的第一和第二凸轮表面，并且所述活塞可具有分别在其相应轨道的所述第一和第二凸轮表面上运行的第一和第二随动件；其中所述活塞通过使所述第一凸轮表面与所述第一随动件啮合且使所述第二凸轮表面与所述第二随动件啮合而耦合到其相应轨道。第一随动件和第一凸轮表面可适于在第一方向上移动活塞，且第二随动件和第二凸轮表面可适于在与所述第一方向相反的第二方向上移动活塞。所述轨道可在所述第一和第二随动件之间保持被俘，或替代地，所述第一和第二随动件可在所述第一和第二凸轮表面之间保持被俘。

所述轨道可包括第一和第二轨道部分，每一轨道部分具有一凸轮表面；其中所述活塞经由所述第一和第二轨道部分的凸轮表面而耦合到所述轨道。所述第一和第二轨道部分的所述凸轮表面可各自通过共同随动件啮合，或替代地，可提供两个单独的随动件，每一随动件啮合所述轨道部分中的相应一者的所述凸轮表面。所述活塞可包括在所述第一和第二轨道部分之间延伸的稳定元件。每一轨道部分可包括在相对的方向上相向的第一和第二凸轮表面，其中随动件在第一和第二凸轮表面中的每一者上运行。所述轨道部分可通过安装在轴杆上的间隔件例如环形套筒型间隔件而彼此分开。

可在第一和第二轨道部分之间提供板状定位元件，所述定位元件用于使所述活塞稳定并且防止所述活塞在所述第一和第二轨道部分之间移动。

所述第一和第二壳体元件之间的界面可为大体上平面的。所述界面可位于大体上垂直于所述轴杆的轴线的平面中。替代地，所述界面可遵循任何其它轮廓、可不位于垂直于所述轴杆的平面中，和/或可被拼接或包括其它重叠特征。

所述内燃机可进一步包括耦合到第二轨道的第二活塞；其中所述第二轨道耦合到轴杆且具有凸轮表面，且所述第二活塞具有随动件，所述随动件在所述第二轨道的所述凸轮表面上运行以控制所述第二活塞的运动；所述壳体进一步包括第三壳体元件，其中所述第二壳体元件在界面处汇合所述第三壳体元件，且第二活塞在通过所述第二和第三壳体元件之间的所述界面的钻孔内以往复运动移动。

在内燃机包括操作多个活塞的多个轨道的情况下，沿着所述轴杆的长度提供多个壳体元件，使得每一活塞在延伸穿过两个邻近壳体元件之间的界面的钻孔内以往复运动移动。所述内燃机可一般包括沿着所述轴杆间隔开的任何数目的轨道，每一轨道耦合到一或多个活塞。使两个壳体元件围绕耦合到每一轨道的(或每一)活塞合在一起。因此，对于每一额外轨道，所述内燃机包括额外的壳体元件，使得壳体元件位于每一对邻近轨道之间。举例来说，仅具有一个轨道的内燃机将具有一对端壳体元件，所述对端壳体元件围绕耦合到单个轨道的(或每一)活塞在界面处汇合。所述端壳体元件中的每一者将部分封围耦合到单个轨道的(或每一)活塞在其内移动的钻孔。仅具有两个轨道的内燃机将具有一对端壳体元件和位于所述对轨道之间的中间壳体元件，所述中间壳体元件在耦合到所述轨道中的一者的(或每一)活塞穿过的界面处汇合所述端壳体元件中的一者，且在耦合到所述轨道中的另一者的(或每一)活塞穿过的界面处汇合所述端壳体元件中的另一者。内燃机仅具有三个轨道，壳体将包括一对端壳体元件、位于第一和第二轨道之间的中间壳体元件，以及位于第二和第三轨道之间的另一壳体元件。

壳体元件的共同设计可用于具有不同数目的轨道/活塞布置的各种不同内燃机的组装中。因此可减少用于产生内燃机的多个不同设计所需的不同组件的数目。

每一壳体元件可至少大体上环绕轴杆。可在向机油箱开放的壳体元件中的至少一者中提供间隙或孔口。替代地，壳体元件中的至少一者可不围绕轴杆延伸。端壳体元件可在其面向内的端部处开放以与邻近壳体元件介接，且在其面向外的端部处闭合以密封内燃机壳体的端部。中间壳体元件(在所述内燃机包括多个轨道的情况下位于两个邻近轨道之间)一般在两个端部处开放以在两侧上与邻近的壳体元件介接。所述壳体元件可经过铸造和/或机械加工。

所述壳体元件可通过穿过壳体元件中的每一者的多个紧固件附接在一起。所述紧固件可例如为螺栓或螺纹钢。所述壳体元件可通过穿过所有壳体元件的单组紧固件附接在一起，或替代地，每一壳体元件可个别地附接到邻近的壳体元件。一或多个接合销可另外穿过至少两个邻近的壳体元件。

本发明的第五方面提供一种组装内燃机的方法，所述内燃机包括活塞布置，所述活塞布置包括耦合到轨道的活塞；其中所述轨道耦合到轴杆且具有凸轮表面，且所述活塞具有随动件，所述随动件在所述轨道的所述凸轮表面上运行以控制所述活塞的运动；所述内燃机进一步包括包括第一和第二壳体元件的壳体，其中所述第一壳体元件在界面处汇合所述第二壳体元件，且第一活塞在通过所述第一和第二壳体元件之间的所述界面的钻孔内以往复运动移动；所述方法包括以下步骤：

a)通过将所述第一轨道耦合到所述轴杆且将所述第一活塞耦合到所述第一轨道而将所述第一活塞布置耦合到所述轴杆；

b)在将所述第一活塞布置耦合到所述轴杆之后使所述第一和第二壳体元件围绕所述第一活塞合在一起；以及

c)使用一或多个紧固件将所述第一和第二壳体元件耦合在一起。

可在将所述第一活塞布置耦合到所述轨道之后在相同时间、或替代地在将所述第一活塞布置耦合到所述轨道之后在不同时间将所述第一和第二壳体元件相对于所述轴杆移动到适当位置中。替代地，可在将所述第一活塞布置耦合到所述轴杆之前将所述壳体元件中的一者移动到适当位置中，且可在将所述第一活塞布置耦合到所述轴杆之后将另一壳体元件移动到适当位置中(使得使所述第一和第二壳体元件合在一起)。

如上文所述，包括具有通过具有凸轮表面的轨道而耦合到输出轴的随动件的活塞的动力传递机构比使用曲轴和连杆的常规动力传递机构更大且可能更难以组装。通过将内燃机壳体调适成在将活塞耦合到轨道之后围绕活塞和轨道进行组装，内燃机设计和组装起来会更容易。具体来说，组装所述内燃机的技术人员具有足够空间将所述第一活塞耦合到所述第一轨道且将所述第一轨道耦合到所述轴杆，因为他可以从所述活塞布置的至少一侧完全进入。

所述内燃机可进一步包括耦合到第二轨道的第二活塞；其中所述第二轨道耦合到轴杆且具有凸轮表面，且所述第二活塞具有随动件，所述随动件在所述第二轨道的所述凸轮表面上运行以控制所述第二活塞的运动；所述壳体进一步包括第三壳体元件，其中所述第二壳体元件在界面处汇合所述第三壳体元件，且所述第二活塞在通过所述第二和第三壳体元件之间的所述界面的钻孔内以往复运动移动。所述方法可进一步包括以下步骤：

d)通过将所述第二轨道耦合到所述轴杆且将所述第二活塞耦合到所述第二轨道而将所述第二活塞布置耦合到所述轴杆；

e)在将所述第二活塞布置耦合到所述轴杆之后使所述第二和第三壳体元件围绕所述第二活塞合在一起；以及

f)使用一或多个紧固件将所述第一和第二壳体元件耦合在一起且将所述第二和第三壳体元件耦合在一起。

其中在将所述第一和第二活塞布置都耦合到所述轴杆之前，将所述第二壳体元件定位在所述第一和第二活塞之间。

在将所述第一和第二活塞布置两者都耦合到所述轨道之前，使所述第二壳体元件(其为位于与两个邻近的单独轨道相关联的两个邻近的活塞布置之间的中间壳体元件)相对于所述轴杆处于适当位置。以此方式，有可能在所述活塞不妨碍所述轨道的情况下将所述第二壳体元件移动到适当位置。在将所述第一和第二活塞布置中的任一者耦合到所述轴杆之前、或替代地在将所述活塞布置中的一者耦合到所述轴杆之后但在将另一活塞布置耦合到所述轴杆之前，可使所述第二壳体元件处于适当位置。

所述第一、第二和第三壳体元件可全部例如使用共同一组紧固件在相同时间耦合在一起。替代地，所述第一和第二壳体元件可使用第一组紧固件耦合在一起，且所述第二和第三壳体元件可使用第二组紧固件单独地耦合在一起。

本发明的第五方面的方法可用于组装具有沿着轴杆间隔开的任何数目的轨道的内燃机，每一轨道形成活塞布置的部分。在此情况下，在将两侧上的活塞布置耦合到所述轴杆之前，尽管一般在一侧上的活塞布置耦合到所述轴杆之后，使每一中间壳体元件(位于两个邻近轨道之间)处于适当位置。在使布置在所述轴杆的那个远端处的活塞布置处于适当位置之后，使每一端壳体元件处于适当位置。

在所述内燃机包括定位在两个邻近轨道部分之间的一或多个定位元件的情况下，所述方法可进一步包括以下步骤：在将多个壳体元件附接在一起以形成围绕所述活塞和所述轨道的壳体之前，将所述定位元件定位在所述第一和第二轨道部分之间。

第四方面的内燃机可包括根据本发明的第一、第二和/或第三方面中的任一者的活塞布置，且本发明的第五方面的方法可用于组装包括根据本发明的第一、第二和/或第三方面中的任一者的活塞布置的内燃机。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，附图中：

图1表示内燃机；

图2表示省略了各种组件的内燃机；

图3和4表示省略了壳体的内燃机的端视图和俯视图；

图5a、5b、6a和6b表示省略了某些组件的内燃机中的多个活塞中的一者的动力传递机构；

图7a到7e表示来自内燃机的活塞；

图8表示穿过内燃机中的多个活塞中的一者的动力传递机构的横截面；

图9a和9b表示来自多个内燃机的活塞中的两者以及用于使所述活塞和油递送机构稳定的定位元件；

图10a到10d表示各种替代性轴承布置；

图11表示可用于内燃机中的替代性轨道；

图12、13a、13b和14表示替代性轨道布局；

图15a和15b表示替代性轴承布置；以及

图16a到16j表示组装期间各个阶段处的内燃机。

具体实施方式

图1表示内燃机1，包括块组合件2和两个头部组合件3a、3b以及排气系统。图2表示省略了头部组合件3a、3b和排气系统的内燃机1。将不详细论述所述头部组合件和排气系统，因为它们不形成本发明的部分。块组合件2包括三个壳体部件4a、4b、4c，其中安装了四个活塞组合件5a、5b、5c、5d。图3和4分别表示内燃机1的端视图和俯视图，其中移除了壳体部件4a、4b、4c，以使得可看到活塞组合件5a、5b、5c、5d。图5a、5b、6a和6b表示第一活塞组合件5a，其中出于清楚起见而省略了第二、第三和第四活塞组合件5b、5c、5d。将详细描述第一活塞组合件的结构和功能，但可以理解的是，第二、第三和第四活塞组合件在结构上和功能上类似于所述第一活塞组合件。

第一活塞组合件5a包括活塞80，其具有可在气缸套筒8(图2中可见)内移动的活塞头7(图7a到7e中表示)。活塞头7经由包括第一和第二轨道部分11a、11b的轨道而耦合到具有旋转轴9a的输出轴杆9和输出凸缘10。每一轨道部分11a、11b经由花键连接部(不可见)而安装在输出轴杆9上并且相对于所述输出轴杆9旋转地固定。轨道部分11a、11b相对于活塞头7和气缸套筒8围绕旋转轴9a与输出轴杆9一起旋转。

每一轨道部分11a、11b具有围绕其圆周延伸的径向外部凸轮表面12a、12b。每一轨道部分还具有位于悬垂部分的下侧上的径向内部凸轮表面13a、13b，所述内部凸轮表面与所述外部凸轮表面背离，即，在相反的方向上。平面边缘表面14a、14b在每一轨道部分的外部凸轮表面与内部凸轮表面之间延伸。

图7a、7b、7c和7d表示第一活塞组合件5a的活塞的侧视图、前视图、后视图和透视图。所述活塞包括活塞头7、连接到所述活塞头且在所述活塞头下方延伸的稳定元件或刀片元件15，以及连接到所述稳定元件且在所述稳定元件下方延伸的顶盖元件16。稳定元件15和顶盖元件16通过螺栓17连接到活塞头7。所述活塞进一步包括可旋转地安装在所述活塞内的第一和第二圆柱形滚轮18、20。

第一滚轮18具有圆柱形外部径向表面，所述外部径向表面支承在一对部分圆柱形接触小片19a上，该一对部分圆柱形接触小片19a形成在活塞头7的下侧(该侧是与工作面相对的侧)，该活塞头7位于活塞的任一侧(该侧是在稳定元件15的相对侧上)。部分圆柱形接触小片19a各自围绕滚轮18的圆周仅延伸一部分距离，因此它们不完全封围所述滚轮，而是使所述滚轮的外部径向表面的部分18a在部分圆柱形接触小片19a下方暴露(如图7a到7d中所示)。暴露部分18a在轨道11a、11b的外部凸轮表面12a、12b上运行，且在活塞与轨道之间传输负荷。由于部分圆柱形支承表面19a位于滚轮18与轨道的外部凸轮表面12a、12b之间的接触小片正上方，所以滚轮可以在活塞与轨道之间直接有效地传输负荷。

部分圆柱形接触小片19a在它们的最窄最外部分(其为离稳定元件15的主体最远的端部)处围绕滚轮18a的旋转轴延伸穿过大约90度的角度α1，且在它们的最宽最内部分处延伸穿过大约270度的角度。滚轮18还经由位于部分圆柱形接触小片19a之间的额外全圆柱形接触小片19b来啮合活塞，如图7e中所示。然而，全圆柱形接触小片19b位于凸轮表面12a、12b之间，具体位置是在滚轮不啮合轨道的位置处，且因此不需要在此位置处暴露滚轮的外部径向表面的部分。

如图7a所示，部分圆柱形接触小片19a不关于活塞头7的中心轴7a对称地定位，而是当从滚轮18的旋转轴的方向观看活塞时，接触小片中的每一者偏移到活塞轴的一侧。此偏移允许滚轮的暴露部分18a偏移到活塞的一侧，从而允许轨道11a、11b的空隙，这原本会妨碍活塞。这在图3中所示的实施例中尤其重要，其中活塞轴不是径向布置，而是与轨道的旋转轴有角度地偏移，这可以在图3和5a中看到并且将在下文更详细地论述。通过在滚轮的每一轴向端处栓接到活塞头的锁紧板22(图7a中表示)来防止第一滚轮18轴向移动。

第二滚轮20具有圆柱形外部径向表面，所述外部径向表面支承在活塞的每一侧上在顶盖元件16的上侧上形成的一对部分圆柱形接触小片21a。部分圆柱形接触小片21a各自围绕滚轮20的圆周仅延伸一部分距离(穿过角度α2)，因此它们不完全封围所述滚轮，而是使外部径向表面的部分20a在部分圆柱形接触小片21a上方暴露。暴露部分20a在内部凸轮表面12a、12b上运行，从而在活塞与轨道11a、11b之间传输负荷。如图7a所示，部分圆柱形接触小片21a以与啮合第一滚轮18的部分圆柱形接触小片19a类似的方式偏移。第二滚轮20还具有比第一滚轮更小的直径和更轻的构造，因为由第二滚轮在活塞与轨道之间传输的峰值负荷小于由第一滚轮在活塞与轨道之间传输的峰值负荷。

稳定元件15包括第一和第二接触表面23a、23b(图7d中表示)，其分别经由油膜啮合轨道11a、11b的边缘表面14a、14b以使活塞相对于所述轨道变得稳定。接触表面23a、23b是大体上平面的，以对应于轨道的平面边缘表面。然而，稳定元件在平行于稳定元件与轨道(由图8中的箭头指示)之间的相对运动的方向的方向上跨越其范围在其厚度上包括锥形，使得稳定元件的接触表面23a、23b与轨道11a、11b的边缘表面14a、14b之间的空隙距离从稳定元件的前部到后部递减(前部被界定为面向接近轨道的端部，即，朝向图8中的页面的顶部的边缘)。所述稳定元件可例如具有大约0.03度的锥形角度α3。稳定元件15的锥形形状致使在轨道相对于活塞移动时稳定元件在液压的作用下自定心，进而使活塞稳定。在图8中表示在垂直于活塞的移动轴的平面上取得的稳定元件和轨道的横截面，其中出于说明的目的而夸示所述锥状部。

稳定元件15包括第一和第二端表面30、31，接触表面23a、23b在其之间延伸。第一和第二端表面30、31啮合在第一和第二定位元件32、33上提供的第一和第二定位表面32a、33a且与所述第一和第二定位表面相抵地滑动，如图9a中所示。(在图3到6b中未表示定位元件以提高清楚度)。定位元件是板状元件，且在完全组装内燃机时其定位在第一和第二轨道部分11a、11b之间且栓接到壳体部件4a、4b、4c。(从图3到7省略了定位元件，使得不遮挡活塞轨道和活塞)。定位元件32、33防止稳定元件15在轨道部分之间形成的狭槽内前后移动或旋转。如图9a所示，还使用同一对定位元件来定位第二活塞组合件5b的活塞的稳定元件。

稳定元件15包括油拾取器24，所述油拾取器在其接触表面23a、23b中具有开口，所述开口适于从轨道11a、11b的边缘表面14a、14b上的油膜接收油。经由内部油通道25围绕活塞从油拾取器24将油供应到需要润滑的位置，例如第一滚轮18与活塞头7与稳定元件15之间的界面，以及第二滚轮20与稳定元件15与顶盖元件16之间的界面。

通过图9a和9b中所示的油递送装置50将油递送到边缘表面14a、14b。油递送装置50包括细长主体部分51，所示细长主体部分可滑动地接纳在定位元件33中所形成的凹口60中，主体51具有背离定位元件33的工作表面以及在主体部分的任一端处从工作表面延伸的一对凸轮随动件52、53。第一凸轮随动件52具有曲率半径大体上等于第一滚轮18的半径的支承表面，且支承第一轨道部分11a的外部凸轮表面12a。第二凸轮随动件53具有曲率半径大体上等于第二滚轮20的半径的支承表面，且支承第一轨道部分11a的内部凸轮表面13a。油递送装置的工作表面邻近于第一轨道部分11a的边缘表面14a而定位。在轨道在内燃机内旋转时，随动件52、53根据轨道的路径形状在凹口60内移动油递送装置，使得工作表面保持邻近于轨道的边缘表面。在其它定位元件32中形成的类似狭槽62中提供第二油递送装置(未图示)。

通过泵(未图示)经由延伸穿过定位元件33且在凹口中具有出口的内部通道将受压的油递送到凹口60中。(内部通道的出口被油递送装置50的主体51遮挡，但在图9a中可看到用于在其它定位元件32中接纳类似油递送装置的类似凹口中的出口开口)。在主体51的相反面中形成的腔室54中接收并收集油(图9b所示)，随后通过从腔室54延伸穿过主体51到工作表面的孔55将油供应到第一轨道部分11a的边缘表面14a。腔室充分长，使得在油递送装置通过轨道11a移动时，出口在油递送装置的整个运动范围中将油直接排放到腔室54中。工作表面用于限制边缘表面14a上形成的油膜的高度，并且可以用作刮擦器以移除多余的油。因此，油递送装置50允许以受控方式在稳定元件上游很快地将油连续地供应到轨道部分11a的边缘表面14a，使得在边缘表面移动经过稳定元件时边缘表面受到良好润滑。第二油递送装置在位于轨道11a、11b的相对侧上的活塞组合件5b的稳定元件上游很快地润滑轨道部分11a的边缘表面14a。额外的油递送装置(未图示)安装在定位元件32、33的相对面上以润滑第二轨道部分11b的边缘表面14b。

如图5a所示，活塞的中心轴未通过轨道11a、11b的旋转轴，而是轨道的旋转轴与活塞轴偏移角度α4。当活塞处于其形成中心时，当从第一滚轮18的旋转轴测量时，角度α4为约15度。因此，活塞头7不遵循相对于轨道11a、11b的纯径向运动。通过以此方式使活塞与轨道偏移，可使将动力从活塞传递到轨道和/或反之亦然的效率最大化。还可优化轨道的几何形状，同时避免活塞对轨道的妨碍。

在内燃机操作中，第一滚轮18支承轨道11a、11b的外部凸轮表面12a、12b并且沿着所述外部凸轮表面滚动，且第二滚轮20支承轨道11a、11b的内部凸轮表面13a、13b并且沿着所述内部凸轮表面滚动。当轨道11a、11b在内燃机1内旋转时，活塞头7根据轨道的路径形状在其气缸套筒8内移动。在操作循环的某一部分期间，活塞例如在进气、压缩和排气行程期间受到轨道驱动。在操作循环的一些部分期间，轨道受到活塞驱动，使得可以例如在动力行程期间从输出轴杆9提取功。由于轨道的路径形状可具有任何所要的形状，所以活塞不限于遵循大多数常规内燃机中的简单的简谐运动，而是可以具有任何所要的位移模式。所述位移模式可例如包括不同高度处的多个不同局部顶部死点位置和/或不同高度处的多个不同底部死点位置。如图3所示，轨道11a、11b成形为使得活塞在每个输出轴杆圈(包括除了进气、压缩、动力和排气行程之外的蒸汽循环)内完成6个行程，并且在不同高度处经历不同的顶部死点位置和不同的底部死点位置。

如图4所示，第二活塞布置5b包括通过类似的轴承布置而耦合到与第一活塞布置5a相同的轨道11a、11b的活塞。第一和第二活塞布置5a、5b的活塞彼此有180度异相地操作。第三和第四活塞布置5c、5d分别包括耦合到类似轨道的活塞，所述轨道包括不可旋转地安装到输出轴杆9上的两个轨道部分11c、11d。设定活塞布置5a、5b、5c、5d的时序以大体上消除内燃机振动。在替代性实施例中，内燃机可包括任何数目的轨道(例如，1个、2个、3个或更多)并且可以具有通过每一轨道操作的任何数目的活塞布置(例如，1个、2个、3个或更多)。

在上文所描述的实施例中，所述轨道包括第一和第二轨道部分11a、11b，其各自提供上部凸轮表面和下部凸轮表面。所述活塞具有啮合两个轨道部分的上表面的第一滚轮18、啮合两个轨道部分的下表面的第二滚轮20，以及在所述第一和第二轨道部分之间延伸的稳定元件(参看图10a)。然而，熟练的技术人员将了解，其它轨道/滚轮布置是可能的，例如图10b到10d中所示的轨道/滚轮布置。例如，第一和第二滚轮可各自被两个单独滚轮取代，使得第一和第二滚轮1018a、1020a分别啮合第一轨道部分1011a的上表面和下表面，且第三和第四滚轮1018b、1020b分别啮合第二轨道部分1011b的上表面和下表面，稳定元件1015在所述第一和第二轨道部分之间延伸(参看图10b)。滚轮1018a、1018b、1020a、1020b可各自延伸到活塞头的主体中和/或稳定元件的主体中，或替代地，可各自位于活塞头的主体外部和/或稳定元件的主体中，但在弯曲支承表面与轨道之间受到约束。在替代性实例中，第一滚轮2018在两个平行稳定部分2015a、2015b之间延伸，并且啮合单个轨道部分2011的上表面，而其它一对滚轮2020a、2020b啮合在同一轨道部分上提供的对应一对下部凸轮表面(图10c)。在另一替代性实例中，可以在稳定元件3015的单个侧上提供单个轨道部分3011，其中第一和第二滚轮3018、3020分别啮合轨道3011的上部凸轮表面和下部凸轮表面(参看图10d)。在此情况下，定位元件可啮合稳定元件的背对轨道3011的那侧以使活塞稳定。

在上文所描述的实施例中，所述轨道包括提供连续环形凸轮表面的刚性轨道部分。在替代性实施例中，所述轨道可包括至少一个移动部分，其形成凸轮表面的一部分且相对于轨道的剩余部分移动。举例来说，图11图解说明轨道100，其具有与其附接的轴承或滚轮101，所述滚轮具有形成所述轨道的凸轮表面103的一部分的外部径向表面102。滚轮101位于轨道的局部最大点处，其对应于通过轨道100操作的活塞的顶部死点位置，所述活塞具有沿着凸轮表面103运行的随动件。在随动件在滚轮101的外部径向表面102上移动时，滚轮101在活塞相对于轨道的移动方向上旋转，从而防止或减少随动件与凸轮表面103之间的滑行。滚轮101可能够旋转360度，或可替代地被约束于较小的旋转角度。滚轮可通过随动件在滚轮上的运动被动地驱动，或替代地可例如通过电动机主动地驱动。

在上文所描述的实施例中，所述轨道是经由内部径向表面和外部径向表面来控制活塞的运动的径向轨道。在替代性实施例中，活塞207可耦合到环形轨道211a、211b，所述环形轨道具有在平行于所述轨道的旋转轴209a的方向上相向的凸轮表面212a、212b、213a、213b，例如如图12表示。图12表示环形轨道，其包括第一和第二轨道部分211a、211b，所述第一和第二轨道部分各自具有啮合活塞207的稳定元件的相对侧的边缘表面214a、214b。轨道部分211a、211b同心地布置，使得环形间隙形成于内部轨道部分和外部轨道部分的边缘表面214a、214b之间，如从旋转轴209a的方向取得的图13a所示。当从平行于轨道的旋转轴的方向观看时，活塞207的稳定元件215具有对应于形成于边缘表面214a、214b之间的环形间隙的形状的弯曲形状，如图13b所示(其中已经出于说明的目的而夸示了稳定元件的曲率半径和厚度)。

活塞的中心轴可与轨道的旋转轴偏移(例如，如果轨道的旋转轴位于图12中的页面平面中，那么活塞的中心轴成角度地离开页面)，例如，从而允许使从活塞到轨道且反之亦然的动力传递的效率最大化。

在所述轨道是环形的情况下，滚轮218、220的表面可各自具有锥形形状，使得它们的相对于轨道的旋转轴的最内端218a、220a具有比最外端218a、220a更小的直径，如图14所示。滚轮的最外端因此具有更大的圆周并且将与最内端相比在滚轮的每一圈中滚动更长的距离。以此方式，锥形滚轮可考虑到轨道的径向最内部分与轨道的凸轮表面的径向最外部分之间的路径长度上的差异。

在上文所描述的实施例中，稳定元件直接附接到活塞头，并且第一滚轮支承活塞头的下侧。在替代性实施例中，稳定元件可以经由例如连杆等中间组件而连接到所述活塞头，所述中间组件可以刚性地附接到所述活塞头和所述稳定元件，或替代地枢转地附接到所述活塞头和所述稳定元件。

在上文所描述的实施例中，滚轮在弯曲支承表面上安装到活塞，所述弯曲支承表面啮合所述滚轮的外部径向表面且围绕其外圆周延伸一部分距离。另外(或替代地)，在其它实施例中，滚轮318a可在弯曲支承表面上安装到活塞307，所述弯曲支承表面啮合滚轮的内部径向表面，例如，如图15a所示。在图15a和15b中所示的替代性实施例中，第一滚轮318a经由靴状物319a上提供的弯曲支承表面而安装到活塞307，所述靴状物从活塞的稳定元件315向外延伸到滚轮318a的中空中心中，并且啮合所述滚轮的内部径向表面。第一滚轮318a还经由在活塞头的下侧上提供的弯曲支承表面而安装在活塞307上，所述活塞头啮合滚轮的外部径向表面。滚轮318a经由两个弯曲支承表面在活塞307与轨道部分311a之间传递负荷。如图15a所示，靴状物319a偏移到活塞307的一侧，使得滚轮与靴状物之间的接触小片的中心与最大加载方向对准。滚轮318a具有位于靴状物319a的相对侧上的径向向内延伸的凸缘，以用于将滚轮轴向地保持在靴状物上，如图15b所示。靴状物可将油从位于稳定元件的接触表面上的油拾取器递送到滚轮的内部径向表面。在稳定元件的相对侧上提供类似的滚轮布置，其中滚轮318b安装在靴状物319b上且在轨道部分311b上运行。还在轨道的相对侧上提供类似的滚轮布置320a/321a和320b/321b以在相对方向上移动活塞307。在其它实施例中，滚轮可仅经由它们的内部径向表面而啮合活塞，使得所述滚轮仅安装在靴状物上，且仅经由靴状物在活塞与轨道之间传递负荷。

通过以下步骤组装内燃机。下文所述的方法不包括组装形成内燃机的部分的所有组件所需的所有步骤，而是已经出于清楚起见而精简为用于组装动力传递机构和壳体的主要步骤：

a)将轴承A压入到壳体元件4b中形成的凹口中，且插入轴杆9穿过贯穿壳体元件4b而形成的孔(图16a和16b)。

b)经由轴杆9馈送轨道部分11b，并且使其与轴承A啮合(图16c)。

c)通过使外表面12b与上部滚轮18啮合且使内表面13b与下部滚轮20啮合而将活塞80耦合到轨道部分11b，且经由活塞头馈送气缸套筒8(图16d和16e)。类似地，将第二活塞布置的相对的活塞耦合到轨道部分11b。

d)将定位元件32、33附接到壳体元件4b(图16f)，其中油递送装置位于它们的相应狭槽(在每一稳定元件的每一侧上)中。

e)经由轴杆9馈送间隔件元件S(图6b中可见的邻近于轨道部分11b)，且随后经由轴杆馈送轨道部分11a，且使其与间隔件元件啮合(图16g)。

f)将轴承B(在图4中在轨道部分12a下方可见)按压到壳体元件4c中，且随后经由轴杆9馈送壳体元件4c以使轴承B与轨道部分11a啮合(图16h)。

g)执行等效步骤以将活塞布置5c和5d耦合到轴杆9且使壳体元件4a处于适当位置(图16i)。

h)使用延伸穿过壳体的紧固件将壳体元件4a、4b和4c附接在一起(图16j)。

在将两个轨道和它们的相应的活塞耦合到轴杆之前，使位于轨道11a、11b和1c、11d之间的壳体元件4b处于轴杆9周围的适当位置。在将活塞组合件5a和5b耦合到轴杆9之后，使壳体元件4b和4c合在一起，且在将活塞组合件5c和5d耦合到轴杆9之后，使壳体元件4a和4b合在一起。

虽然已经在上文参考一或多个优选实施例描述了本发明，但可以理解的是，在不脱离所附权利要求书中界定的本发明的范围的情况下可作出各种改变或修改。

Claims

1.一种活塞布置，其包括：活塞，其可在气缸内移动；以及具有凸轮表面的轨道，其适于相对于所述气缸移动；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的轴承而耦合到所述轨道；其中所述轴承具有滚轮以及弯曲支承表面，所述滚轮可旋转地安装在所述弯曲支承表面上，使得所述滚轮在所述凸轮表面与所述支承表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮。

2.根据权利要求1所述的活塞布置，其中所述弯曲支承表面啮合所述滚轮的内部径向表面。

3.根据权利要求2所述的活塞布置，其中在延伸到所述滚轮的中空中心中的靴状物上提供所述弯曲支承表面。

4.根据权利要求3所述的活塞布置，其中所述靴状物包括润滑剂出口和/或润滑剂拾取器，以用于将润滑剂供应到所述滚轮的所述内部径向表面和/或从所述滚轮的所述内部径向表面移除润滑剂。

5.根据权利要求3或4所述的活塞布置，其中所述滚轮具有位于所述靴状物的侧面的径向向内延伸的凸缘。

6.根据权利要求2-5中任一权利要求所述的活塞布置，其中在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述内部径向表面之间的所述接触小片延伸穿过小于180度的角度。

7.根据权利要求2-6中任一权利要求所述的活塞布置，其中在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述内部径向表面之间的所述接触小片偏移到通过所述滚轮的中央旋转轴的平面的一侧且与所述活塞在所述气缸内的移动方向对准。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述弯曲支承表面啮合所述滚轮的外部径向表面。

9.根据权利要求8所述的活塞布置，其中所述活塞具有拥有工作面的头部；其中在所述活塞头的相反侧上提供所述弯曲支承表面。

10.根据权利要求8所述的活塞布置，其中啮合所述滚轮的所述外部径向表面的所述弯曲支承表面包括润滑剂出口和/或润滑剂拾取器。

11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述滚轮具有轴向端面；其中保持组件可装卸地附接到所述活塞上，所述保持组件位于所述滚轮的所述轴向端面处以防止所述滚轮在与其旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动超过所述保持组件。

12.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的活塞布置，其中在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述外部径向表面之间的所述接触小片延伸穿过120度与330度之间的角度。

13.根据权利要求8到12中任一权利要求所述的活塞布置，其中在所述弯曲支承表面与所述滚轮的所述外部径向表面之间的所述接触小片偏移到通过所述滚轮的中央旋转轴的平面的一侧且与所述活塞在所述气缸内的所述移动方向对准。

14.根据权利要求1到13中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述凸轮表面成形为使得在所述轨道相对于所述气缸移动时，所述活塞头根据所述凸轮表面的所述路径在所述气缸内以往复运动移动。

15.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的活塞布置，其中向所述凸轮表面的至少一部分提供涂覆或表面处理。

16.根据权利要求1到15中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述轨道形成连续环路且围绕旋转轴相对于所述气缸旋转，且其中所述凸轮表面形成围绕所述环路延伸的连续表面。

17.根据权利要求1到16中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述气缸在所述轨道相对于所述气缸移动时保持固定。

18.根据权利要求1到17中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述滚轮包括突出部，所述突出部围绕其圆周延伸超过其外部径向表面，所述突出部啮合所述轨道以防止所述滚轮在与所述滚轮的所述旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动，且/或其中所述轨道包括围绕其圆周延伸超过所述凸轮表面的突出部，所述突出部啮合所述滚轮以防止所述滚轮在与所述滚轮的所述旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动，所述轨道的外部径向表面中的凹口或斜面或突出部围绕其圆周延伸；其中所述轨道包括啮合所述滚轮的所述凹口或斜面或突出部的对应突出部或凹口或斜面，以防止滚轮在与其旋转轴对准的方向上相对于所述活塞移动。

19.根据权利要求1到18中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述接触小片是部分圆柱形的。

20.根据权利要求1到19中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述轨道进一步包括在相对的方向上面向所述第一凸轮表面的第二凸轮表面；其中所述活塞布置进一步包括第二轴承，所述第二轴承具有滚轮和弯曲支承表面，所述滚轮可旋转地安装在所述弯曲支承表面上，使得所述滚轮在所述第二凸轮表面与所述支承表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮。

21.根据权利要求1到20中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述轨道包括位于所述活塞的相对侧上的第一和第二轨道部分，每一轨道部分提供相应的凸轮表面。

22.根据权利要求1到21中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述轨道是径向轨道，其具有相对于所述轨道相对于所述气缸的旋转轴被布置成内部径向表面或外部径向表面的所述凸轮表面。

23.根据权利要求22所述的活塞布置，其中所述气缸具有中心轴，其中所述气缸轴不通过所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴。

24.根据权利要求1到21中任一权利要求所述的活塞布置，其中所述轨道是环形轨道，其具有被布置成在平行于所述轨道相对于所述气缸的旋转轴的方向上相向的所述凸轮表面。

25.根据权利要求23所述的活塞布置，其中所述气缸具有中心轴，其中所述气缸轴不平行于所述轨道相对于所述气缸的所述旋转轴。

26.根据权利要求24或25所述的活塞布置，其中所述滚轮包括锥形形状，使得其在所述凸轮表面的径向最内边缘处的直径小于其在所述凸轮表面的径向最外边缘处的直径。

27.一种包括根据权利要求1到26中任一权利要求所述的通过轴承布置操作的活塞的内燃机。

28.一种活塞布置，其包括：活塞，其可在气缸内移动；以及具有凸轮表面的轨道，其适于相对于所述气缸移动；其中所述活塞通过在所述凸轮表面上运行的轴承而耦合到所述轨道；其中所述轴承包括滚轮以及弯曲支承表面；其中所述滚轮具有在所述凸轮表面上运行的外部径向表面；其中所述弯曲支承表面啮合所述滚轮的外部径向表面，使得所述滚轮在所述支承表面与所述凸轮表面之间保持被俘；其中所述支承表面经由围绕所述滚轮的圆周仅延伸一部分距离的接触小片啮合所述滚轮，使得暴露所述滚轮的所述外部径向表面的一部分以使得其可在所述凸轮表面上运行。