CN1093590C - 轴向活塞机 - Google Patents

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Abstract

一种发动机/泵，它具有一根曲轴(1)，该曲轴具有一根主轴轴线(1A)和一根向主轴轴线(1A)倾斜的曲柄轴线(2A)，这两根轴线相互在X处相交；活塞/汽缸组合件(6，12)，这些组合件(6，12)围绕主轴轴线(1A)旋转，并具有一条位于其上、下止点之间的往复运动轴线，上、下止点之间的往复运动轴线的中段与从×点出发的射线相垂直；围绕所述曲柄轴线(2A)旋转的活塞控制装置(3)；一连接装置，用于连接每一活塞(6)和所述活塞控制装置(3)，使活塞在组合件(6，12)围绕主轴轴线(1A)旋转时，得以在汽缸(12)之内进行往复运动；缸盖(5)，它将汽缸112按组的排列夹持，缸盖(5)为每个汽缸至少包含一个口；以及出入口装置(13)，所述缸盖(5)密封地相对所述出入口装置(13)移动，使每一汽缸(12)的开、关得以与每一活塞(6)在其汽缸(12)中的往复运动和旋转位置定时配合。每一汽缸(12)是在预定的相对曲轴(1)的相对旋转的比率下通过齿轮传动(10)而被转位的。如图所示，本发明的一个替代实施例也在文中披露。

Description

轴向活塞机
技术领域
本发明涉及发动机、泵和具有相似性质的其它机械，特别涉及具有曲轴的这种机械。
发明背景
目前已知有各种使用曲轴的发动机/泵。而为大家更为熟知的则是称为摇摆发动机/泵或摇摆机发动机/泵的这种发动机/泵。摇摆发动机/泵具有由一块摇板进行支配的轴向活塞，该摇板以锐角固定于输出/输入主轴上。在发动机情况下，于动力冲程期间所接受的来自活塞的动力被传输给摆板，轴向驱动摆板，从而旋转主轴。摇摆泵按相互次序进行运行，其中动力施加至输入主轴上以驱动汽缸内部的流体。
摇摆发动机/泵的现代发展包括活塞/汽缸的结构和运行以及流体入口/出口的改变。尽管如此，这种现代机械的驱动机构还是十分复杂，要求有许多零件，它们既难于组装，也难于维护，这样的发动机/泵也还有许多在高摩擦力下运行的部件。
早先公开的新西兰专利221366披露了一种装置，用以将圆盘的摇摆运动传输给主轴的旋转运动，或相反。其中还披露了一种装置，它适用于通过内部活塞发动机或水力/气动马达向圆盘提供动力或从圆盘得到动力。但是，在其中没有任何有关活塞发动机或与圆盘与主轴连接或可以连接，从而能作为一台紧凑的简单组件进行运行的方法的细节。
新西兰专利150235描述了一块连续圆盘，它像一个活塞那样在室内动作。该圆盘是非平面的，而其在室内的旋转形成一些空穴，它们在不同的旋转角度下压缩和膨胀。
圆盘、输出轴和曲轴、室和其它有关机构的复杂性能使这样的发动机/泵价格昂贵，并难于制造。
新西兰专利131852描述了一种二冲程或四冲程的发动机，它也可作为泵进行运行，其中圆形剖面的活塞弯曲成弧状，并位于相对中心轴线轴向放置的弧形汽缸内。来自旋转汽缸的动力被传输至输出发动机滑块，在此发明中行星齿轮仍保持固定。
最现代的摇摆式发动机/泵要求有许多复杂的零件以确保有效的运行。困难存在于能确保流体不逸出的汽缸密封，也存在于组装和维修。这样的发动机在运行的平衡上也有问题。
本发明简述
本发明的目的就是提出一种发动机/泵，它至少将为公众提供一种有用的选择。
因此，本发明提出一种内燃机，它包括：
具有一系列进气和/或排气口的出入口装置，所述口相对所述出入口装置而固定，每一个口分别与(i)空气进气或空气和燃料混合物源，和(ii)排气系统，相连接；
按要求而定的来自壳体的燃料喷射装置；
按要求而定的燃料点火装置；
一根相对出入口装置旋转的主轴，所述主轴携带着一根旋进曲柄，所述曲柄的轴线相对于所述主轴的轴线是倾斜的；
至少一个燃料室，它可绕着主轴轴线旋转，每一所述燃烧室以某一小于所述主轴旋转速度的旋转速率被转位，而其中每一室至少包含一个口，它能在运行期间按要求与所述一系列进气和排气口中的每一个进行或中断运行联系，且按需要，其中每一室具有一个来自所述的任选的燃料喷射装置的入口；
用于每一所述燃烧室的活塞，
一个活塞控制装置，它轴颈般地安装在所述旋进曲柄上，从而当主轴相对所述燃烧室旋转，进而每一所述主轴和所述室相对所述出入口装置旋转时，控制活塞在每一燃烧室中的运动，
其中，每一室的所述至少一个口的与所述一系列进气和排气口及任选的燃料喷射装置和燃料点火装置中每一个的所述运行联系，对于所述发动机的四或二冲程内燃机，发生于每一活塞在所述燃烧室中的适当冲程期间；
其特征在于，每一个燃烧室的所述至少一个口的每一个周围设置有一个环形密封件，所述环形密封件位于在每一个燃烧室的至少一个口的周围的环形凹槽中，每一个在其中可移动的密封件在朝向所述出入口装置的方向的燃烧室压力的帮助下密封所述燃烧室和设置在所述出入口装置中的口，所述环形密封件设置在所述环形凹槽中以便在所述环形凹槽的底部和所述环形密封件之间形成一个空穴，所述空穴与所述燃烧室的气体压力相互连通，当工作时，在所述空穴内的气体压力起作用以将所述环形密封件在所述环形凹槽中沿着远离所述底部的方向偏压到所述出入口装置上。
优选的是，一个燃烧室壳体作为一个组件至少限定了三个燃烧室，所述燃烧室壳体作为一个组件围绕着主轴轴线旋转，所述每个燃烧室的所述每个活塞在每个燃烧室中往复运动并且围绕着所述主轴轴线旋转。
优选的是，每个所述燃烧室是一个汽缸，其中每个所述活塞在由曲柄轴线和主轴轴线之间的角度限定的上止点和下止点之间运动。
优选的是，在每个所述活塞和活塞控制装置之间设置一个连接构件，以控制每个所述活塞在它的汽缸中在上止点和下止点之间地往复运动。
优选的是，所述出入口装置按适当的间隔和次序在所述出入口装置的基本为平面的表面的节圆直径上提供一系列进气和/或排气口，及任选的所述燃料喷射装置和燃料点火装置，从而当所述燃烧室壳体组合件相对所述壳体旋转时，每一所述燃烧室的所述至少一个口在预定的旋转范围内与所述进气和/或排气口及任选的所述燃料喷射装置和燃料点火装置进行运行联系。
优选的是，每一所述燃烧室的所述至少一个口密封地在所述基本为平面的表面之上旋转越过，并间隔地与所述进气口和所述排气口相连通，
(i)所述进气口在所述活塞的进气冲程期间为空气或空气和燃料混合物进入所述燃烧室提供气体通道，和
(ii)所述排气口在所述活塞的排气冲程期间为废气从所述燃烧室排出提供气体通道，
其中每一所述燃烧室的所述至少一个口的密封配合是设置在用于四冲程循环的所述压缩和动力冲程的所述进气和排气口之间。
优选的是，每一所述燃烧室具有二个口，它们在压缩和动力冲程期间密封地在所述基本为平面的表面之上旋转越过，并间隔地与所述进气口和出气口在二冲程循环的进气/扫气冲程期间相连通，以便为空气或空气和燃料混合物吸入至所述燃烧室和将废气从中排出提供气体通道。
优选的是，每一个连接构件从所述活塞控制装置的周边上的一个点延伸至其相关的活塞，每一所述连杆具有足够的相对所述活塞控制装置的自由度，使每一所述活塞得以在每一所述燃烧室内其上止点与下止点之间进行基本为直线的运动。
优选的是，一个活塞的2个自由度设置在相关的所述连接构件与所述活塞控制装置的啮合处，每一自由度提供所述连接构件相对于所述曲柄轴线的径向平移，第二自由度提供所述活塞控制装置和相关的所述连接构件之间的相对旋转，而
对其余的活塞设置3个自由度，所述第一和所述第二自由度以及第三自由度所处的方向与由所述摇摆构件限定的旋转平面相切。
优选的是，所述燃烧室壳体被一个转位装置相对所述输出主轴而转位，从而所述输出主轴的旋转正比于所述燃烧室壳体围绕所述主轴旋转轴线的旋转。
优选的是，两个燃烧室组件被设置成每一组件提供基本对置的活塞对，而每两个可绕着主轴轴线旋转，且每一组件位于提供所述一系列进气和排气口及一个任选的燃料喷射装置和/或空气/燃料点火装置的所述壳体的紧邻处，每对对置活塞对的所述连接构件在它的末端的中间与所述活塞控制装置相啮合。
附图简述
图1是本发明六缸火花点火发动机的剖面图；
图2是一幅局部剖面图，它局部示意地展示了图1中的发动机部分的若干主要几何结构的细节；
图3是图1中发动机内部组合件的若干部件的主体图，包括两个缸盖设置装置、活塞控制装置、主轴及相关联的齿轮传动；
图4是图1中发动机内部组合件的若干部件的主体图，包括两个缸盖设置装置、活塞控制装置及主轴；
图5是图2所示的由X点出发的曲柄轴线描绘的路径；
图6是图2所示的通过X点的曲柄轴线描绘的路径；
图7展示了图1中所示本发明发动机最佳实旋例的活塞控制装置、曲柄轴线、连接装置及活塞在运行期间的旋转和平移；
图8是图1所示本发明最佳实施例的发动机的缸盖设置装置和相关联汽缸的平面图；
图9是通过图8中的A-A剖面的剖面图。
图10是图1中一个缸盖设置装置的主体图，它还装载着相关联的内齿轮；
图11是局部立体图，它较为详细地展示了缸盖设置装置和相关联汽缸的一个口；
图12和图13是图1中曲轴、主轴和平衡质量的立体图；
图14是图1所示的本发明最佳实施例的发动机的活塞控制装置的立体图；
图15是当活塞控制装置安装在曲轴上时的立体图；
图16是图1所示的本发明最佳实施例的发动机的连接装置的端视图，所展示的连接装置具有两个平移和一个旋转自由度；
图17是图16中连接装置的部分剖面图；
图18是连接装置销钉的俯视图，该销钉用于将连接装置安装至活塞控制装置上；
图19是图18中连接装置销钉的侧视图；
图20是图17中所示的连接装置套筒的剖面图；
图21是图1所示的本发明最佳实旋例发动机的立体图，其中位于一端的出入口装置和端部构件已被卸去；
图22是图1所示的本发明最佳实施例发动机的部分立体图；
图23是图1所示的本发明最佳实旋例发动机的行星齿轮及相关联的环的立体图；
图24是展示图1所示的本发明最佳实旋例发动机的行星齿轮与内齿轮啮合的立体图；
图25是展示内齿轮、行星齿轮和主轴齿轮和部分齿轮的平面图；
图26是通过图25的剖面A-A的剖视图；
图27是图1中本发明最佳实施例发动机的端部构件的立体图；
图28是图27的端部构件和出入口装置的替代立体图；
图29是图27的端部构件的平面图；
图30是通过图29的剖面A-A的剖视图；
图31是图29的端部构件平面图，出入口装置与之相啮合，在其中还展示了出入口装置冷却的最佳结构；
图32是通过图31的剖面AA的剖视图；
图33是图28的出入口装置和端部构件的局部仰视图；
图34是图1中本发明最佳实施例发动机的立体图，其中展示了诸如化油器、空气过滤器、排气口、起动器马达、线圈及节流控制器的辅助零件；
图35展示了图1所示本发明最佳实施例发动机中汽缸相对出入口装置的位置次序，其中曲柄与汽缸反向旋转；
图35A展示了图1所示本发明最佳实施例发动机中汽缸相对出入口装置的位置次序，其中曲柄与汽缸同向旋转；
图36展示了与图1所示发动机相似的发动机的汽缸/出入口结构在运行时的汽缸相对出入口装置的位置次序，该发动机具有五对对置汽缸，其中曲柄是与汽缸同向旋转的；
图36A展示与图1所示发动机相似的发动机的汽缸/出入口结构在运行时的汽缸相对出入口装置的位置次序，该发动机具有五对对置汽缸，其中曲柄是与汽缸反向旋转的；
图37展示了图1发动机替代形式的汽缸相对出入口装置的位置次序，其中有7对对置汽缸，且其中曲柄是与汽缸同向旋转的；
图37A展示了图1发动机替代形式的汽缸相对出入口装置的位置次序，其中的7对对置汽缸，且其中曲柄是与汽缸反向旋转的；
图38展示了本发明发动机的替代装置，其中在缸盖设置装置与出入口装置之间没有相对旋转；
图39展示了图1所示本发明最佳实施例发动机的又另一装置，其中采用了间断的主轴；
图40展示了本发明又一个替代实施例的剖视图，它采用了局面球形汽缸设施；
图41是图40所示本发明实施例发动机的局部剖面立体图；
图42是图41和40中发动机的活塞的平面图；
图43展示了图41所示的本发明发动机运行期间汽缸室活塞相对出入口的位置次序，该发动机为6缸或3缸发动机；
图44是图1中本发明发动机的另一最佳实施例的剖视图，该发动机适用于在二冲程循环中运行；
图45是图44中发动机的一个替代设置的剖面图；
图46是图1中发动机的剖面图，它展示了润滑和冷却流体的流动；
图47是图1中有关缸盖设置装置部分的更为详细的视图；
图48是端部构件平面图，它展示了出入口与火花塞之间的相对角度；
图49是图1中有关内齿轮部分的更为详细的视图。
本发明较佳实施例的详细描述
文中详细描述的本发明最佳实施例是一台具有三对对置活塞的内燃机。图1中所示的是发动机的剖面图，其零件和运行的各种细节示于图2-33。在本发明的最佳实施例中，如图1所示的发动机包括一根主轴1，它基本上从头到尾通过发动机而延伸，并携带一根曲轴2，其曲轴轴线2A向主轴轴线1A倾斜。在文中将描述的主轴轴线1A与曲轴线2A之间的角度被称为曲柄角。虽然文中描述的一根主轴是与曲轴分离的构件，但整个曲轴/主轴装置也可以是一个零件(即曲轴)。
主轴1绕其主轴轴线1A的转动将引起曲轴2绕主轴轴线1A的转动。图6展示了曲轴轴线2A绕主轴轴线1A描绘的路径。在曲轴轴线2A和主轴轴线1A相交点X处，曲轴轴线2A相对主轴轴线1A没有相对运动。
由曲轴2携带、并能绕曲轴轴线2A转动的是一个活塞控制装置3(图2)。活塞控制装置3最好可转动地通过锥形滚轴轴承50装在曲轴2之外。这样的轴承最好位于曲轴的两端以便将活塞控制装置3轴向地安装在曲轴2上。这些轴承还确保活塞控制装置3的转动平面3A相对曲轴轴线2A保持基本为90°。本发明也可被设计成活塞控制装置的转动平面3A与曲轴轴线2A相互不成90°的结构，虽然这样做是不希望的。
活塞控制装置3控制三对对置活塞6的往复运动。可以想像，在本发明的一台发动机可以应用任意对数的对置活塞，这种情况将在下文简单加以讨论。活塞6安装在连接装置4的最末端，而连接装置4则设置在活塞控制装置3之外位于其周边上。在本发明的最佳实施例中，三个连接装置4相隔120°地设置在活塞控制装置3的周边上。每个连接装置4的配置和形状相对活塞控制装置转动平面3A是对称的，但是这一要求不是必需的，在这种发动机中，具有相应几何形状改变的不对称连接装置也可应用。
活塞相对其往复运动轴线的剖面可以是任何形状的，但是在本发明的最佳实施例中，所展示的活塞具有圆形剖面。
每个活塞能在一个配合汽缸12内往复运动。
缸12安装在缸盖设置装置5中，缸盖设置装置5按照与活塞配合的阵列形式而夹持汽缸12。汽缸可采用例如浇铸和机械加工作为缸盖设置装置5的部分而制作成一个整体构件，或如在最佳实施例中那样，制作成单独的零件。
在最佳实施例中，发动机具有两个缸盖设置装置，一个缸盖设置装置用于对置活塞中的一组。
每个缸盖设置装置5和汽缸都能绕主轴轴线1A转动，并如图1所示，等距离地相距X点而设置。在缸盖设置装置5和主轴1之间应用缸盖设置装置轴承52为这样的转动提供了适当的装置。这些轴承最好是滚珠轴承，但是，其它合适的轴承也可应用。
两个缸盖设置装置5中的每一个装置绕主轴轴线1A的转动是同步的。在最佳实施例中，这样的同步转动是通过采用缸盖设置装置连接器53而得到的。这样的缸盖设置装置连接器53则通过诸如螺栓或机械螺钉等适当的紧固装置在它们的最末端固定至每个缸盖设置装置5上。在最佳实施例中有三个缸盖设置装置连接器53，但是该技术的一般技术人员也会意识到，任何数目的这种连接器53或其它外形的连接器也能保证两个缸盖设置装置5的同步转动。
紧邻每个缸盖设置装置5处安装着出入口装置13，它在示于图1的本发明最佳实施例中还携带有火花塞57，用于在适当时机对汽缸12中的燃料进行点火。
每件出入口装置13被端部构件54所定位。每件端部构件54则应用端部构件轴承55来定位主轴1，端部构件轴承55的转动轴线与主轴1的同轴。这些轴承使主轴1得以相对端部构件54而转动。轴承55最好是锥形滚轴轴承，它们既能承受径向力也能承受轴向力。
每个出入口装置都设置有燃料进入每个汽缸和从每个汽缸排出燃料气体的出入口。在出入口装置13和端部构件54中的出入口位置得以使燃料在四冲程发动机每个活塞的进气冲程期间流入，使废气在每个活塞的排气冲程期间排出。此外，出入口装置以适当的间距设置有火花塞，用于当活塞处于或接近上止点时对燃料进行点火。缸盖设置装置相对出入口装置绕主轴轴线1A的转动得以使出入口和火花塞57按适当的次序呈现至每个活塞前。
缸盖设置装置5和主轴1之间的转动关系是通过传动装置而得到的。在最佳实施例中，缸盖设置装置之一安装有内齿轮19。该齿轮19啮合行星齿轮10，它们则与它们紧邻的端部构件54相联系。它们绕它们的轴线转动以转换成缸盖设置装置5和主轴齿轮机构11的转动。
燃料在汽缸12中燃烧所产生的膨胀力从活塞6通过连接装置4传送至活塞控制装置3。绕点X的这一力距为曲轴2提供了一个力矩。这一作用于曲轴2的力矩引起其绕主轴轴线1A的旋转运动，并使主轴相应地旋转。
每个出入口装置13在其中具有燃料出、入汽缸12的出口和入口。这样一些出入口布置在相应于主轴轴线1A的一个节圆直径上，并在缸盖设置装置5的周向转动的一个特定范围与通向每个汽缸的开口对准。由于主轴1的转动是作用在曲轴2上力的结果，旋转运动通过行星齿轮10传送至缸盖设置装置5。当主轴1旋转时，缸盖设置装置5环绕主轴轴线1A作公转运动。缸盖设置装置5环绕主轴轴线1A的公转运动引起通向每个汽缸的开口(1)在每个汽缸公转运动位置的一定范围内与入口/出口对准，和(2)在转动的其它范围内被关闭。缸盖设置装置相对出入口装置的转动位置对于四冲程发动机是这样的：
(a)在活塞6的向下或膨胀冲程期间，燃料混合物能通过入口吸入(或喷入)至汽缸12中，
(b)在活塞6的向上或压缩冲程期间，燃料混合物能被压缩(对柴油发动机也是注入)，
(c)在动力冲程期间，燃烧燃料混合物在汽缸内能点火和膨胀，迫使活塞6向下，
(d)在活塞6的向上或排气冲程期间，废气能从汽缸12通过排气出口8排出。
在如图1所示的发动机的最佳实施例中，行星齿轮10使缸盖设置装置5的旋转与主轴1的旋转方向相反。
但是，在行星齿轮和内齿轮的一个替代设置中，其中内齿轮由出入口装置13携带，而行星齿轮则由缸盖设置装置5携带，则将得到主轴1和汽缸/缸盖设置装置及活塞的同向旋转。
图35中展示的是表示缸盖设置装置5’中汽缸开口12’相对出入口装置13’的入口/出口对准次序。它展示了图1中的发动机，其中曲轴在3∶1的旋转比及在曲轴每转一圈证实有四个动力冲程下与汽缸反方向地进行旋转。
在图35中所示的箭头C是曲柄的旋转方向，而箭头TDC是曲柄的上止点位置。
追踪汽缸开口12’可看到，在上止点，汽缸开口12’既部分暴露于出入口装置13’中的入口15’，也部分暴露于出入口装置13的排气口8’。废气在上止点处基本全部从汽缸12’排出。活塞6’到达上止点后，燃料混合物立即通过入口15’吸入(注入)到汽缸12’中。当活塞从上止点位置向下移动时，汽缸12’与入口15’完全对准(吸入90°)。
在基本为下止点处，汽缸12′被出入口装置完全密封，当活塞6′移动通过下止点时，汽缸12′内的燃料开始压缩。
当活塞6′向上止点移动时，燃料混合物被点燃。对于使用汽油作为燃料的发动机，这样的点燃是由火花塞的打火起动的。但是诸如柴油的燃料则由于它们的压缩而点燃，因此，不需要点燃起动装置。此替代的运行模式将在下文较为详细的加以描述。
当活塞6′由于燃料混合物的燃烧，从上止点移至下止点时，动力就通过连接装置4和曲轴2传送给主轴。当活塞6′到达下止点，汽缸室12′与位于出入口装置13的第二排气口8′对准。当活塞通过下止点，返回至上止点时，废气能通过出口8′向外排出。此后，下一次压缩、动力产生、排气和进气冲程的次序进行重复。入口和出口以及火花塞在出入口装置上的定位、缸盖设置装置向主轴1和出入口装置13的转位(index)，从而使通向汽缸12的开口在每一活塞相对汽缸的适当轴向位置与适当的出入口和火花塞对准。由于本发明最佳实施例的发动机是双动式的，两个出入口装置的出入口以及火花塞相互不对准，也即活塞对中的一个活塞在其动力冲程上移动时，活塞对中的另一活塞最好处于其排气冲程。可替代的是，当活塞对中的一个活塞移动通过其动力冲程时，活塞对中的另一活塞可处于其压缩冲程。以下的表1展示了四冲程发动机的活塞对可移动通过的各种冲程的替代方案。
                                    表1
汽缸对中第一汽缸的冲程 汽缸对中第二汽缸的冲程 汽缸对中第二汽缸的替换冲程
动力 排气 压缩
排气 进气 动力
进气 压缩 排气
压缩 动力 进气
图35 A是图1的一台发动机，其中曲柄和汽缸是同向旋转的。结果，形成曲柄对汽缸的齿轮传动比为9∶1，在每一端部构件上有四个入口和四个出口，在曲柄的每转一圈中有2.7个动力冲程。
图2展示了图1中发动机的一部分，并表示了曲轴轴线2A与主轴轴线1A之间的倾斜角(曲柄角)。活塞控制装置3的旋转平面由平面3A确定，它与曲轴轴线2A相垂直。曲轴2绕主轴轴线1A的旋转引起活塞控制装置3的末端沿着一条质心在点X的弧线轨迹运动。曲柄半径58是处于上止点和下止点时从点X至轴头销的半径，轴头销是将连接装置4连接至活塞6的。由于活塞在汽缸内的往复运动是沿着一条线性轴线(活塞轴线6A)进行的，因而在上止点和下止点之间每一活塞遵循的路径与曲柄半径58遵循的路径存在稍微的差别。此差别由于允许连接装置4能沿着活塞控制装置3的旋转平面3A相对活塞控制装置3进行径向运动而得以抵销。通过确保每个活塞的活塞轴线在上止点和下止点之间的中间点上的法线通过图2所示的曲轴轴线2A和主轴轴线1A的相交点X，使此路径差另达至最小。
图3和4是图1中发动机内部部件的立体图，此处汽缸12没有表示。内齿轮19采用诸如螺栓或机械螺丝而固定在缸盖设置装置5中的一个之上。即它仅仅设置在缸盖设置装置5中的一个之上。在最佳实施例中，内齿轮19具有方形切口的齿，但是可想像到，螺旋形成双螺旋形的齿轮也是适用的。内齿轮19安装在缸盖设置装置5上时，其中心应与主轴轴线1A重合。
图24是内齿轮19及相关联的配合行星齿轮10的立体图。这些行星齿轮采用环59和行星齿轮安装板86设置成相互固定的关系，它们将每个行星齿轮的旋转轴夹持于固定的关系。
图25是内齿轮19、行星齿轮10、环59和主轴齿轮11的平面图。虽然在本发明的最佳实施例中，采用了三个行星齿轮10，但本技术的普通技术人员也能想到，在内齿轮19和主轴齿轮11之间可设置应用任何数目的这种行星齿轮。行星齿轮的轴线被相对出入口装置13和端部构件54而固定地被夹持。这是通过采用诸如螺丝、螺栓或机械螺丝的若干紧固装置将安装板86固定至端部构件54而获得的。当行星齿轮10被固定夹持时，内齿轮19的顺时针旋转将造成主轴齿轮11的反时针旋转。虽然在本发明的现有实施例中，其最佳齿轮传动设置中的端部构件是固定夹持的，但可想像得到，在本发明的替代实施例中，可以具有固定的主轴1或固定的缸盖设置装置5。在这样的结构中，主轴1、端部构件和出入口装置、以及缸盖设置装置的相对旋转表示于下文的表2之中。
                   表2
顺时针输出来自 主轴轴线的旋转 缸盖的旋转 出入口装置的旋转
主轴轴线 顺时针顺时针 逆时针固定 固定顺时针
缸盖 逆时针固定 顺时针顺时针 固定顺时针
出入口装置 固定顺时针 顺时针固定 顺时针顺时针
当缸盖装置5和主轴是同向旋转时，通过内齿轮和行星齿轮的适当位置，主轴1、端部构件和出入口装置、以及缸盖设置装置的相对旋转表示于下文的表3之中。
                          表3
顺时针输出来自 主轴轴线的旋转 缸盖的旋转 出入口装置的旋转
主轴轴线 顺时针顺时针 逆时针固定 固定逆时针
缸盖 顺时针固定 顺时针顺时针 固定顺时针
出入口装置 固定逆时针 顺时针固定 顺时针顺时针
图49是图1中有关内齿轮和轴承的区域的放大视图。
图26是通过图25中A-A线的剖面图。主轴齿轮11最好是具有套筒形式的结构，这使它得以套在主轴1上。为确保主轴齿轮是可转动地固定在主轴1上，最好采用销钉、花键或键槽形式的设置。但是本技术的普通技术人员也能想到，用于固定和/或从主轴制作出一个主轴齿轮的许多其它方法也是可利用的。例如，齿轮可切割成主轴的一部分，或采用预应力将其固定于此，但是由于齿轮最好经过硬化，所以最好是分开的齿轮。
图12和13是主轴1、主轴齿轮11、曲轴2和平衡质量60的立体图。主轴1最好由具有中等强度的钢材制成，并具有台阶的直径，其最大的直径位于中间，使曲轴2、平衡质量60、主轴齿轮11和主轴轴承能可滑移地位于主轴1上。
曲轴2是圆形截面的，具有一个与曲柄轴线2A倾斜的中心孔。此中心孔与曲轴2要设置的那部分主轴1相适应。中心孔的中心线最好在曲轴质心点与曲轴轴线2A相交。
采用暗销将曲轴2固定至主轴1上。或者，曲轴可采用花键、键槽或预应力配合，或所有这些方法固定至主轴1上。或者，曲轴可通过对主轴1进行机械加工而成。平衡质量60固定至主轴1上以确保发动机进行期间，零件的旋转和往复运动质量的最终平衡力是最小的。平衡质量60最好由中等强度的钢材制成，并采用暗销固定至主轴1上。同样，如前所述的固定这些质量的替代方案仍可应用。由于往复运动零件的运动是正弦形的，也即是简单的简谐运动，因此只产生初级的最终平衡力。这意味在理论上能用两个平衡质量来平衡这样的最终平衡力，而没有最终平衡力的剩余。对发动机运行期间主轴1上最终平衡力的简单计算将确定适当的平衡质量60的位置、形状和尺寸。
或者，曲轴和主轴可由一块适当牌号的钢坯锻造而成。
活塞控制装置3被安装在曲轴2的外侧。活塞控制装置3由于应用轴承50因而能绕曲轴轴线2A转动。如图1所示，轴承50是锥形滚轴轴承。或者，可应用滚珠轴承，但是由于有活塞往复运动产生的力矩，轴承最好能承受力的推力分量。如图1所示，两个锥形滚轴轴承50固定在曲轴2的两端。活塞控制装置3包括一个活塞控制装置套环61或环，如图1 4所示，它具有一个内中心孔，能啮合锥形滚轴轴承50的外滚道。这确保能防止活塞控制装置3相对曲轴进行轴向移动。通过采用机械螺丝将环形推力板73安置在曲轴上以便将轴承轴向地安置于此。
从活塞控制装置套环61径向向外伸展的是活塞控制装置臂62。活塞控制装置臂62的数目对应于发动机中使用的活塞6成对的数目。
活塞控制装置3可以是任何形状的，且不一定如图14所示的那样具有臂。活塞控制装置3或者可以是盘状的，在其周边能安装连接装置。
连接至活塞控制装置3的末端的是连接装置。图16展示了连接装置4的端视图。在最佳实施例中，在每一臂62的末端安装着一个连接装置4，每个连接装置控制一对对置的活塞。但是可设想，该发动机也可在单动式模式下运行，则其中每个连接装置将只控制一个活塞。但是在最佳实施例中，发动机是双动式的，因为在这种运行模式下，平衡力和力矩的最终结果是比较容易平衡的。此外，相对具有双倍容量的双动式汽缸设置而言，发动机实施例的结构并不比单动式汽缸设置复杂多少。
每个活塞通过采用标准的轴头销型装置而连接至连接装置4的末端，轴头销通过连接装置中的轴头销孔84而伸出。
连接装置4是通过连接装置销钉63而与活塞控制装置3相连接的。销钉63最好被压入配合在活寒控制装置的孔中，但销钉或者可以是其一部分。如图17所示，连接装置销钉63位于套筒64中，而套筒64则位于连接装置4的中心孔之内。由于汽缸轴线与主轴轴线对准，主轴轴线1A与图16中所示的连接装置4的对称平面4A重合。
由于活塞是既绕着曲轴轴线2A，又绕着主轴轴线1A转动的，因此携带着活塞的连接装置4必须能够相对活塞控制装置3绕着活塞控制装置的旋转平面3A进行旋转。图17和20中所示的连接装置套筒64为连接装置4提供了绕活塞控制装置旋转平面3A旋转的这样自由度。已经提出了获得连结装置4和活塞控制装置3之间这种相对转动的许多替代装置。这些装置包括使用安装于活塞控制装置3或安装于沿活塞控制装置臂62任何位置上的滚轴或滚珠轴承。或者，可应用作为连接装置4一部分的铰链型装置，它具有一个枢轴转动轴得以能相对连接装置4进行运动。
由于活塞在汽缸内相对汽缸的移动是直线型的，但曲轴2绕主轴1的旋转使得活塞控制装置3的轨迹(相对汽缸)成为一个质心位于点X的弧线上(如图2所示)，因而连接装置4相对活塞控制装置3的第二个自由度是必不可少。这一第二自由度也由连接装置套筒64加以提供。此套筒64能沿着活塞控制装置旋转平面3A在连接装置4的中心孔之内前、后滑移。
每一活塞在汽缸内的路径与活塞控制装置轨迹之间的差异程度通过将轴头销放置在相距活塞控制装置旋转平面3A一定距离的位置上，使得轴头销上止点与下止点之间直线中点上的法线如图2所示地相交于X点(曲轴轴线2A与主轴轴线1A的交点)，从而达到最小。在最佳实施例中，连接装置4相对活塞控制装置旋转平面3A是对称的，在此范围内，缸盖设置装置和汽缸的主要几何形状相对与主轴轴线1A垂直的轴线基本是对称的。
活塞绕曲轴轴线2A的转动及其绕主轴轴线1A的转动还引起活塞控制装置3相对每一相应汽缸的相对移动间的另一差异。此差异是由于当从主轴轴线1A方向察看时，活塞控制装置3绕曲轴轴线2A和缸盖设置装置5绕主轴线1A的非同步的摇摆样旋转引起的。由于活塞与缸盖设置装置5同步地旋转，因而活塞控制装置3相对活塞6的非同步旋转必须在其间某一地方加以吸收。在最佳实施例中，旋转中的这一差异由连接装置套筒64加以抵销。此套筒为连接装置在活塞控制装置旋转平面3A的方向提供了第三个自由度。但是，为确保连接装置4与缸盖设置装置的某个有用联系，连接装置4中有一个没有相对活塞控制装置3的此第三自由度。伸向连接装置4的活塞控制装置臂只有两个自由度，并确实与缸盖设置装置同步地旋转。在其它两个连接装置中，第三自由度是通过连接装置套筒64和连接装置销钉63获得的。图18和19展示了连接装置销钉63，在其上它具有窄缝或凹凸纹65。如图20所示，连接装置套筒64具有与连接装置销钉的窄缝65相互补的脊。图17表示了连接装置销钉63和连接装置套筒64位于连接装置4之内时的关系。窄缝65使连接装置4得以在一个平行于缸盖设置装置5的旋转平面的平面内相对活塞控制装置3移动。
第三自由度或者可设置在连接装置4的轴头销中，但在最佳实施例中发现，将此第三自由度设置在连接装置销钉63中较为有效。
或者，活塞控制装置臂可在远离它们末端的一个枢轴上枢轴转动，其轴线平行于曲轴轴线。为保证来自活塞的动力的传送，对六缸对置活塞对型的发动机而言，这些臂中有一个是固定不能绕枢轴转动的，而其它两个臂则能枢轴转动。
连接装置4最好由高强度铝或者经浇铸后再机加工，或机加工而成。它们或者可以是组装的。连接装置套筒最好由绕结青铜或青铜制成。同样，连接装置销钉63是高表面光洁度的铬钢制成。
图8是缸盖设置装置5的平面图，它设置有3个汽缸12。缸盖设置装置5将每个汽缸安装和固定成固定的排列。图9表示了通过图8中A-A剖面的剖面图。它表示每个汽缸12是如何通过套在汽缸12周边的平面环或套环而固定于缸盖设置装置5上的。采用了机械螺私丝或螺栓或类似装置以确保每个汽缸牢固地安装至缸盖设置装置上。在图8和9中还展示了缸盖设置装置连接器53，它们将两个缸盖设置装置5加以相互连接。连接器53位于每个缸盖设置装置5的内孔或孔中。汽缸由已知发动机汽缸通常使用的金属合金制成。
每个汽缸12在其中具有一个缺口以适应活塞控制装置臂62相对汽缸的振动运动。
图10和图11展示了缸盖设置装置5的与出入口装置13相啮合的表面。展示于图1和47的环形密封垫100与缸盖设置装置一起旋转，其所具有的孔的位置与缸盖设置装置5围绕每个通向汽缸的开口的突起部分相对应。环形密封垫的质心位于主轴轴线1A上，其内、外径是以为每个汽缸开口提供密封。环形密封垫最好由用于锯条的、涂有减摩涂层的硬质钢制成。
环形密封垫101和102围绕通向汽缸的开口设置在环形凹槽中，位于环形密封垫100之下。图47较为详细地展示了这些密封垫的较佳布置。当汽缸内受压缩流体试图由此逸出时，由于这些流体的增高的压力增加了空穴103内的压力，并将环形密封垫100压向出入口装置，切断这一逃逸路线。同样，在密封垫101内壁的压力增高迫使密封垫102压向环形凹槽的外壁，将一这逃逸路线加以密封。本技术普通技术人员还可能提出密封通向出入口装置的汽缸开口的许多其它方法。
在本发明的最佳实施例中，端部构件54设置有出入口装置13。图28是端部构件54和出入口装置13的立体图。虽然在本发明的最佳实施例中，出入口装置13和端部构件54是分开的零件。但出入口装置和端部构件也可以是一件单一的物体。在本发明的最佳实施例中，端部构件54由铝制成，而出入口装置为了耐久性和强度则由适于进行表面淬火的钢材制成。希望对出入口装置使用表面淬火钢是因为出入口装置13要承受来自它们相对缸盖设置装置旋转的摩擦力，同时还要承受来自每个汽缸中燃料的燃烧热。
在本发明的最佳实施例中，每个出入口装置13具有两个入口15和两个排气口8，相应用于吸入燃料/空气混合物和排出经燃烧的燃料。
在本发明的最佳实施例中，且其中发动机按标准四冲程反向旋转次序进行运行，缸盖设置装置绕主轴轴线1A一周导致每个活塞有两个冲程循环。由于主轴和缸盖设置装置之间的齿轮传动比是3∶1，因此当发动机在反向旋转模式下运行时，缸盖设置装置相对出入口装置转动一周导至缸盖设置装置相对主轴转动四周。当发动机在同向旋转模式下运行时，其中缸盖设置装置与主轴在相同方向旋转。缸盖设置装置相对出入口装置转动一周导致缸盖设置装置相对主轴转动2周。在图35中示意地展示了最佳运行次序。当活塞趋于上止点时，火花塞使汽缸内燃料燃烧。为此目的，出入口装置还设置有孔66以便在适当的区间内使火花塞面向汽缸。在最佳实施例中，其中活塞移动通过两个四冲程循环，因而由每个出入口装置提供两个火花塞。
端部构件54包含的孔与出入口装置那些用于使燃料/空气进入、火花塞和废气排出的孔相对应。
图29是端部构件54的平面图，它展示了出口15、入口18、以及火花塞孔66的相对位置。在本发明的最佳实施例中，所有口都位于相同的节圆直径上，位于端部构件54周边的孔，如图1、21和22所示，用于固定结构件68，它们将两个端部构件54固定地夹持在一起。
图30是通过图29的剖面A-A的剖面图。它表示了出入口装置背面口67，出入口装置13能放置于其中。图29和30中的端部构件54是这样的一个端部构件，它安置缸盖设置装置5和主轴1之间的图26中的传动装置。在端部构件54中的一个端部构件上的设有螺纹的螺丝孔85安放着机械螺丝，它将示于图23的行星齿轮安装板86紧固至端部构件54。
图32是通过图31中端部构件的剖面图A-A的剖面图。在图32中，出入口装置13与端部构件54结合在一起而加以展示。在图30和32两个图中展示的均是出口8和火花塞孔66都通过出入口装置13和端部构件54的状态。位于发动机另一端的对置的出入口装置和端部构件中的进口和出口15和18是反向的。虽然此处说明的发动机，其通向每个汽缸的开口都位于相同的节圆直径上，但有些开口可替代地位于不同的节圆直径上，在出入口装置上的相应口也位于不同的相应的节圆直径上。这一类型的设置可用于具有不同点火次序和几何形状的发动机中。
对于本发明最佳实施例的发动机而言，在一个端部构件上两个火花塞之间的连线与另一端部构件上两个火花塞之间的连线成45°。此45°偏移保证每个端部构件的出入口以及火花塞对于每一相对对的活塞都位于正确的位置。当曲柄相对缸盖设置装置转动180°时，缸盖设置装置相对出入口装置移动-45°，而曲柄相对出入口装置相移动+135°。此总数是180°，且具有的齿轮传动比相应为3∶1。结果要求端部构件的偏移为45°。
图48表示了图29中的端部构件。在本发明的发动机的最佳实施例中，其中在发动机的两端各有三个活塞，火花塞中心和最邻近的口之间的角度为67.5°，而每对口之间的角度为45°。如图33所示，入口和出口15和8的剖面面积相应地在或向着出入口装置的与缸盖设置装置5的互补表面相啮合的表面有所扩大。这样的面积扩大，对于在汽缸转动越过这些口时，确保有较大的口面积向着每个汽缸是需要的。这确保流体能较好地从汽缸输入或输出，也在汽缸转动越过时，提供了要求的吸入和排出时间。对于所使用的出入口尺寸和汽缸开口尺寸，吸入口在上止点之前30°处打开，在下止点之后30°处关闭，而排出口在下止点之前30°处打开，在上止点之后30°处关闭。其它结构的发动机的几何尺寸也可通过简单计算加以确定。
在端部构件上设置了背面口69，以增加它们的表面面积，为端部构件和出入口装置提供有效的冷却。虽然此处表示的背面口69是具有特定形状的，但是任何其它能提供适当冷却手段的替代形状都能使用。
图33是端部构件54和出入口装置的仰视图。如图所示，出入口装置最好是环形、平面的。但是，出入口装置可以具有斜削表面来作为缸盖设置装置5的互补表面。实际上，出入口装置13和缸盖设置装置5的互补表面可以是任何轮廓的，但是最佳的形状是平面形状，因为这容易生产。
端部构件54和出入口装置13的仰视图还展示了行星齿轮螺丝孔85，它能安置将行星齿轮安装板86固定至端部构件54的机械螺丝。最好在端部构件54中有三个这样的螺丝孔。行星齿轮安装板86中的狭缝94使行星齿轮相对端部构件的位置得以调整。这一自由度得以使缸盖相对出入口装置的相对旋转的定时(timing)能进行调整。行星齿轮安装板86还包括销钉孔95，它能安置由此通过以便将安装板86锁紧至端部构件的销钉。通过狭缝94伸展的螺丝将不足以将安装板可旋转地固定在端部构件上。
虽然此处参考各种组件和零件加以详细描述的是一台具有三对对置活塞的内燃机，但本发明也适用于具有多于三对对置活塞或具有单动式活塞的内燃机。主轴1和缸盖设置装置5之间的齿轮比与发动机的活塞对对数有关。图1中在四冲程循环下运行的发动机和齿轮比由下式确定
                 Ws/Wc＝-N其中Ws是主轴1的旋转圈数，Wc是缸盖设置装置5的旋转圈数，而N是汽缸对的对数。因此当对置活塞对的对数为三时，主轴以三倍于缸盖设置装置5的速度进行旋转，且最好是在相反方向旋转，但不一定必需是在相反方向。对于具有三对对置活塞对的同向旋转的发动机，且每个端部构件具有四个入口和出口，而齿轮比为9∶1，则
                 Ws/Wc＝+N2。
图36展示了一台具有五对对置活塞对的火花点火内燃机的汽缸通过半个旋转圈的次序。在此结构中，汽缸与曲柄是同向旋转的。曲柄与汽缸的齿轮传动比是5∶1。每个出入口装置具有2个入口和2个出口，证实在曲柄的每旋转一周有四个动力冲程。图36A表示一个具有五对对置汽缸对的发动机，其中曲柄相对汽缸是反向旋转的。齿轮传动比是5∶1，对于每个出入口装置有6个口的情况，导致在曲柄每旋转一周有6个动力冲程。
相类似，图37展示了一台具有七对对置活塞对的火花点火内燃机的汽缸通过1/3旋转圈的次序。在图37的缸盖设置装置13′的一个单独旋转圈中，一个单独活塞移动通过四冲程循环中的三个循环。图37表示缸盖设置装置13和出入口装置通过三分之一旋转圈，即一个四冲程循环时的相对旋转。图37A是一台七对对置汽缸对发动机的反向旋转版本。曲柄对汽缸的齿轮传动比是一7∶1，对于在每个出入口装置有8个口的情况，导致在曲柄每旋转一周有8个动力冲程。
在图1所示的本发明的最佳实施例中，当需要时，燃料通过入口15可以由自由吸入向汽缸供应。如图34所示，燃料和空气混合物是通过采用位于每个入口处的化油器70而进行的。化油器70最好是28毫米内径，平面侧边文丘里管类型的。本技术普通技术人员将提出多种可应用的化油器，当汽缸容量不同于此处所描述的时，可能要求其它类型合适的化油器。空气通过空气过滤器71吸入至化油器70中。节流控制器72与节流电缆相连接以控制进入化油器70的燃料，从而能控制吸入至每个汽缸中的燃料量。节流控制器同时控制图1中发动机的所有四个化油器。同时运行是很需要的，因为这样才能确保每个汽缸中经燃烧燃料的膨胀力基本相同。
在最佳实施例中，起动马达73，其部分示于图34中，在起动时通过皮带驱动来驱动交流发电机皮带轮74。在起动期间，这转又驱动一个较小的交流发电机皮带轮，它借助皮带驱动连接至主轴1的皮带轮上。一旦发动机运行，要求有一个合适的装置以便使起动马达从主轴1离合或脱离。这样的装置包括置于起动马达内的挡环离合器。此技术的普通技术人员还可提出许多获得起动的其它替代方法。虽然此处在最佳实施例中描述的是起动马达通过应用皮带直接连接至主轴1上，但是许多其它直接和间接驱动装置也是有用的。例如，可采用一台单独的起动马达以直接驱动主轴1从而起动发动机。另外，发动机也可采用气动方法加以起动，迫使压缩空气或其它流体进入汽缸以起动其运动。这种发动机起动方法通常应用于大卡车或船舶发动机中。发动机起动旋转或者还可通过摩擦驱动或直接驱动连接装置对缸盖设置装置5施加力而获得。
如图34所示，发动机还包括作为其电路一部分的线圈75和电子点火模块，以及交流发电机78。在本发明最佳实施例的发动机中，火花塞的打火是由安装在主轴1上的霍尔效应探测器触发的。具有磁铁的一个圆盘安装在主轴1上，当主轴旋转越过霍尔效应检测器时，检测通过触发器的相对旋转，在适当的时机起动每个火花塞的打火。已知引发火花塞打火的许多替代方法，其中包括通常应用的接触点式(变容的)和磁阻器式机构。这些零件的设置在汽车工业中是熟知的，而且还能包括相当的替代品。排气管79最好与排气口连接以便有害的废气能流出。
作为将燃料输送进入汽缸的替代方法，发动机可应用废气涡轮或直接驱动涡轮，或者超级加油器，它们的运行是众所周知的。
作为在化油器中混合空气和燃料的替代方法，发动机可应用燃料喷射器，用于在缸盖设置装置的适当旋转角度和活塞的适当位置将燃料喷入汽缸中。同样，这些喷射方法在摩托工业中是人所共知的，因此不需进一步说明。
作为图1中说明的发动机的替代实施例，图38展示了一种发动机的剖面，在这种发动机中，没有缸盖设置装置5″和出入口装置13″之间的相对旋转。在这种结构的发动机中，主轴1″在两端各通过行星齿轮10″与内齿轮19″进行齿轮连接，行星齿轮10″既能绕主轴轴线1A″公转，也能绕它们自身的轴线时行自转。行星齿轮10″的旋转与凸轮80″耦合。这样的耦合可通过将行星齿轮10″的轴安装至凸轮80″上而得到。凸轮80″驱动推杆81″，它又连接至摇臂82″，摇臂82″转而又驱动入口阀83″和出口阀87″，用以使燃料和空气从入口进入汽缸12″，和将废气由此排出。
图38的发动机具有两对对置的活塞对，它们在活塞控制装置3″的周边之外相互相隔180°。同样，所展示的发动机可包含任何数目的活塞和汽缸，可以是双动式或单动式的。
图38对每一汽缸只展示了一个阀门，但是在剖面的平面之外，对每一汽缸至少还存在一个阀门，这样，每个汽缸至少有一个阀门用于空气/空气燃料的入口，至少有一个阀门用于废气的出口。出入口装置13″和主轴1″之间的齿轮比，以及凸轮80″的形状选择，使得受凸轮80″驱动的阀门能在适当时刻开、关通向汽缸的口。同样，此发动机可像压缩点火发动机那样运行，喷射器也可存在于缸盖设置装置中，而且此发动机同样可应用废气涡轮或直接驱动涡轮。为了将润滑油保存在图38发动机的内部零件中，设置了曲轴箱89″，它围绕了活塞、曲轴、活塞控制装置及其它相关联的组件。此箱体也为发动机的这一实施例提供了进一步刚性。
阀门87″/83″被阀门弹簧向着关闭通向每个汽缸的口进行偏压。而打开则是通过推杆摇臂和凸轮跟踪机构获得的。本领域的普通技术能确定凸轮的适当形状，在活塞往复运动的适当区间驱动阀门。同样，由于曲轴和出入口是通过内齿轮19″、行星齿轮10″和主轴齿轮传动而相互转换的，因此要求应用适当的齿轮传动比，当然这将与凸轮轴的形状有关。
在图38中没有展示发动机运行要求的其它组件。这些组件包括化油器、对发动机进行火花点的火花塞和相关联的电路。
图39是与图1中所示发动机相似的发动机剖面图，其中有两对对置的活塞对。图39的发动机和图1的发动机的结构之间的主要差异在于曲轴2″′和主轴的结构。主轴1″′是间断的，曲轴2″′但于其间。通过轴承安装在曲轴2″′上的是活塞控制装置3″′。平衡质量14″′与主轴1″′的每一部分相关联。同样，平衡质量平衡发动机中的旋转质量和往复运动质量。
图39中发动机的出入口装置13″′不像图1那样位于端部构件上。但是本领域的普通技术人员会意识到这只不过是安装这些零件的一个替代结构。
主轴1″′和缸盖设置装置5″′之间的齿轮传动基本与图1所描述的发动机的齿轮传动相似，虽然在主轴的相对端还重复的设置了一个齿轮传动机构。
本发明的另一最佳实施例的发动机与图1中发动机的实施例不同。图40中是这种实施例的局部剖面图。结合图40中所示发动机的剖面图，参考图41可看到，发动机包括两根主轴′1，它们将曲轴′2安装于其间。曲轴′2装在固定于每根主轴′1上的曲轴安装构件′14之内。同样，这种形式的发动机，在运行时，其曲轴′2描绘出如图6或图5所示的一个圆锥。被曲轴安装构件′14所安装的曲轴′2向主轴′1的轴线′1A倾斜。曲轴轴线′2A与轴线′1A相交于点′X，它基本位于两个安装构件′14的中点。曲轴′2最好应用轴承′29来安装活塞控制装置′21。此轴承允许活塞控制装置′21绕曲轴轴线′2A进行旋转。
安装在活塞控制装置周边的是三个活塞′20。图42是活塞′20和活塞控制装置′21的平面图。活塞是一个圆盘的扇形体。当组装发动机时，在每个活塞′20之间安置了一个楔形块′22。楔形块′22被外壳′27保持在活塞′20之间，并楔入在每个活塞的径向边缘之间。汽缸′12由活塞′20的上、下表面、外壳′27的内表面、位于活塞′20两侧的楔形块′22的径向表面、出入口装置′13和活塞控制装置′21所限定。活塞控制装置′21基本是圆球形的，至少在它成为汽缸′12一部分的区域内是圆球形的，其质心位于点′X。活塞控制装置的形状确保在发动机运行期间，其限定每个汽缸部分的表面不会相对质心移动，而只能相对其进行旋转。这对确保活塞控制装置′21和出入口装置之间密封是需要的。设置在出入口装置′13中的密封体′25密封活塞控制装置′21与出入口装置′13之间的汽缸。在每个活塞′20的周边表面也设置了密封件，以提供每个活塞120的周边表面与外壳′27的内侧表面之间的密封。在每个活塞′20的径向边缘和楔形块′22的径向表面之间还设置了密封件′26，这些密封件防止流体从每个汽缸中流出。
汽缸位于每个活塞′20的两侧。由于汽缸中燃料的膨胀引起的每个活塞的运动使活塞振动。这样的运动引发曲轴′2绕主轴′1的旋转运动和主轴的旋转运动。活塞′20和活塞控制装置′21通过连接装置′23而连接至出入口装置′13。该连接装置′23最好是一个斜齿轮。位于活塞控制装置上的一个斜齿轮与位于出入口装置′13上的一个直径较大的斜齿轮啮合。由于这样的连接，产生了活塞控制装置′21、活塞′20和楔形块′22相对出入口装置′13的旋转运动。
图40和41中的发动机是本发明另一最佳实施例，其中两个汽缸室位于摇摆活塞20的两侧。但是本领域的普通技术人员也会提出此发动机也可应用由活塞′20一侧部分限定的单侧汽缸。
图43展示的是汽缸相对位于图40中发动机的出入口装置′13中的入口和出口的旋转次序。该次序表示或者是三个单动式活塞发动机或者六个双动式活塞发动机的运行步骤。
随同汽缸″12和活塞″20环绕一圈，在上止点处，入口″15和出口″8均为流体提供了通道。在上止点处，废流体实际上全部从汽缸″12排出，入口燃料混合物准备进入。当汽缸″12和活塞″20从上止点转向下止点时，入口″15为燃料混合物提供了一个入口。在基本为下止点处，汽缸″12移动越过出入口装置″13，从而没有出入口对准汽缸″12。入口″15被越过此处的楔形块″22的旋转所关闭。从下止点到上止点，活塞″20压缩汽缸″12内的燃料混合物。此后，当燃料混合物在动力冲程期间燃烧时，活塞移回至下止点。在基本为下止点处，和在活塞″20移向上止点期间，第二排气口为废流体提供一个开口以便从汽缸″12排出。当活塞到达上止点时，第二入口″15向汽缸室打开，燃料混合物通过吸入而供应至汽缸室中以备下一次序应用。
这种形式的发动机可容易地在诸如燃料喷射和压缩点火的不同模式下按要求的适当次序进行运行。假如要求发动机使用柴油燃料进行运行，可插入燃料喷射器，且用辉光塞代替火花塞。
图1的发动机和表示于图38、39和40中的替代装置都能适合作为压缩点火发动机进行运行。当本发明的发动机作为压缩点火发动机进行运行时，例如使用柴油作为燃料，示于图1、39和40的火花塞57不再需要出现在实施例中。在压缩点火发动机中，燃料/空气混合物的点火是通过将燃料/空气混合物压缩至混合物自动点火的压力和温度而获得的。通过将压缩比改变成16∶-23∶1，本发明的发动机能适合作为柴油型发动机进行运行。这是通过具有较大的曲轴角，或减少燃烧室体积而获得的。在每个活塞中的压缩比曲柄角成正比。在图1的发动机中，它是作为火花点火发动机进行运动的，曲柄角为10°。
此外，燃料喷射器必须位于出入口装置13中以便当每个活塞处于上止点或稍微在此之前，将燃料喷射进入汽缸中。在压缩点火发动机中燃料喷射已很好的在资料中说明，因此不需再加以描述。最现代的柴油机包含辉光塞，它在起动时加以应用。当发动机是冷的时，其释放的热量有助于燃烧过程的起动。设想，辉光塞最好位于出入口装置13中，但是要指出，在图1、39和40的发动机中，在起动时这些辉光塞不一定安装至气缸上。为此，缸盖设置装置5的旋转在起动之前最好是能调节的，从而可将通向每个汽缸的开口引导通向安装在出入口装置13中的辉光塞。辉光塞或者还可安装在缸盖设置装置5中。
虽然此处描绘的本发明的一些发动机都具有一个由汽缸限定的燃料燃烧室，但出入口装置还可附加地包含一个预燃室系统，它通过孔、缝隙或类似物向主燃烧室连通。这样的预燃室通常应用在燃料是喷射的发动机中。采用预燃室系统的发动机的特征是空气利用得很好，它们也适合用于高速发动机中。汽缸内燃料的燃烧在已有资料中已很好也说明，活塞头的形状、喷射角和特性也都是熟知的。这些都可用于本发明的发动机中。
虽然到目前为止，这里描述的本发明的发动机都是在四冲程循环下运行的。但所有这些都能运用于在二冲程循环下运行。图45是一台发动机剖面图，它基本与图1发动机相同，但略有改变，使它得以在二冲程循环下运行。与图41的发动机相比，图45发动机实施例中的基本差异在于出入口装置13T和12T。在缸盖设置装置单独旋转一圈期间，图45中二冲程发动机的活塞具有的动力冲程是图1中发动机活塞具有的两倍。为此，在几何形状与图1中相似的一台发动机的出入口装置13T中设置了2倍的入口15T。在二冲程发动机的最佳实施例中，废气从汽缸12T通过位于汽缸12T周边的排气口8T(每个汽缸至少有一个)排出。该排气口在活塞6T基本到达下止点之前，向汽缸12T打开。与此同时，新一轮空气/燃料混合物进料通过出入口装置13T中的入口15T进入汽缸12T中。当活塞6T回至上止点时，排气口8T被活塞密封，而入口15T被缸盖设置装置的旋转所密封，从而使汽缸中的空气/燃料混合物被压缩，并在上止点或稍在上止点之前点火。图45表示了一台二冲程的发动机，其中点火是由火花塞57T起动的。但是如文中以前所述的，此点火也可由压缩空气/燃料混合物得到。
由于二冲程过程缺乏单独的进气和排气冲程，因此，汽缸必需同时充气和排空。
环绕汽缸12T周边的排气口8T与每个汽缸的一个单独排气出口相连接。经燃烧的气体或者可通过每个排气出口排入至周围大气中，或者在替代方案中，可将一个环形排气口设置装置环绕地安装在这些质心在轴轴线的排气口周围，以便在缸盖设置装置一定的旋转间隔下为每个汽缸的排气提供出口，使废气得以从汽缸12T扫出。这样的环形排气口设置装置最好将其中的口与单独排气出口连接以便将有害的废气由此清除掉。这样的排气口设置在相对旋转运转方面与出入口装置13T相类似。图44展示了一个将气体从图45的二冲程发动机的汽缸中排出的替代装置。排气口8T间隔地位于缸盖设置装置13T中，这样，当活塞处于下止点时，排气口8T得以将废气从每个汽缸中导出。虽然图44所示的是，排气口8T所在的节圆直径大于进气口15T的节圆直径，但排气口8T所在的节圆直径也可小于进气口15T的节圆直径。
二冲程循环发动机可作为压缩点火发动机进行运行，可包含不同的向汽缸输入燃料的方案。同样，主轴1T是对缸盖设置装置5T和出入口装置13T转位的。本发明二冲程发动机的起动方法可与已经描述过的四冲程发动机的起动方法相似，或者也可采用本领域普通技术人员熟知的任何其它方法。二冲程发动机的冷却方法则基本和这里描述的一样。
对于二冲程发动机，适当的运行位置是这样的：
(a)动力冲程期间，燃烧着的燃料混合物能在汽缸12T内膨胀，迫使活塞6T向下，
(b)当活塞基本处于下止点时，废的流体从汽缸室内排出，而燃料混合物则替换进入汽缸室，和
(c)在活塞6T向上或活塞的压缩冲程期间，燃料混合物能加以压缩。
本发明也可如诸如泵或流体驱动马达那样，作为一台流体移动/压缩机械进行运行。当作为泵或压缩机那样进行运行时，动力例如从电动马达向主轴输入。主轴的旋转引发曲轴的旋转，并引起活塞控制装置和汽缸中活塞的振动。缸盖设置装置绕主轴轴线的旋转是由主轴旋转通过齿轮传动引发的。这样的旋转引起缸盖设置装置和出入口装置之间的相对旋转，从而汽缸按适当的间隔，使出入口对准和不对准。这造成流体的进入及其后的压缩/输出。(与作为马达驱动时相反)。
图46是通过图1发动机的剖面图，其中包含了发动机润滑和冷却系统的细节。一种合适的润滑油也能从发动机零件上带走热量，它由主轴1运行的泵送机物96加以循环。此润滑油从泵送机的96通过主轴1中的导管循环至缸盖设置装置轴承52。从轴承52通过缸盖设置装置中的一个小孔，油被输送至环绕每个汽缸的套中。循环着的油通过套，由此出来通过一条导管进入曲轴壳89，然后进入位于壳最底部的油地。油也被引导通过主轴导管进入活塞控制装置，然后通过活塞控制装置臂至每个汽缸的后表面上。此油也被排入至油池中。油池中的油被再循环，通过导管返回至泵送机构96。
本发明发动机的润滑有多种形式。设想，高压小体积流量的油循环适合于轴承的循环，而低压大体积流量的油循环适合发动机的冷却。热量能通过端部构件54从发动机移向外部构件(如空气)。发动机内的传热是通过直接传热(如通过出入口装置13)的组合和端部构件54的热交换器而获得的，从而将润滑油内的热取走。然后该热量可以或者直接(由图31所示的凹凸纹加以促进)，或通过外部流体/空气热交换器(散热器)的冷却介质(如散热器流体)，或通过上述任何组合排向四周空气。

Claims (11)

1.一种二冲程或四冲程循环的内燃机，它具有：
具有一系列进气和/或排气口的出入口装置，所述口相对所述出入口装置而固定，每一个口分别与(i)空气进气或空气和燃料混合物源，和(ii)排气系统，相连接；
按要求而定的来自壳体的燃料喷射装置；
按要求而定的燃料点火装置；
一根相对出入口装置旋转的主轴，所述主轴携带着一根旋进曲柄，所述曲柄的轴线相对于所述主轴的轴线是倾斜的；
至少一个燃料室，它可绕着主轴轴线旋转，每一所述燃烧室以某一小于所述主轴旋转速度的旋转速率被转位，而其中每一室至少包含一个口，它能在运行期间按要求与所述一系列进气和排气口中的每一个进行或中断运行联系，且按需要，其中每一室具有一个来自所述的任选的燃料喷射装置的入口；
用于每一所述燃烧室的活塞；
一个活塞控制装置，它轴颈般地安装在所述旋进曲柄上，从而当主轴相对所述燃烧室旋转，进而每一所述主轴和所述室相对所述出入口装置旋转时，控制活塞在每一燃烧室中的运动，
其中，每一室的所述至少一个口的与所述一系列进气和排气口及任选的燃料喷射装置和燃料点火装置中每一个的所述运行联系，对于所述发动机的四或二冲程内燃机，发生于每一活塞在所述燃烧室中的适当冲程期间；
其特征在于，每一个燃烧室的所述至少一个口的每一个周围设置有一个环形密封件，所述环形密封件位于在每一个燃烧室的至少一个口的周围的环形凹槽中，每一个在其中可移动的密封件在朝向所述出入口装置的方向的燃烧室压力的帮助下密封所述燃烧室和设置在所述出入口装置中的口，所述环形密封件设置在所述环形凹槽中以便在所述环形凹槽的底部和所述环形密封件之间形成一个空穴，所述空穴与所述燃烧室的气体压力相互连通，当工作时，在所述空穴内的气体压力起作用以将所述环形密封件在所述环形凹槽中沿着远离所述底部的方向偏压到所述出入口装置上。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，一个燃烧室壳体作为一个组件至少限定了三个燃烧室，所述燃烧室壳体作为一个组件围绕着主轴轴线旋转，所述每个燃烧室的所述每个活塞在每个燃烧室中往复运动并且围绕着所述主轴轴线旋转。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，每个所述燃烧室是一个汽缸，其中每个所述活塞在由曲柄轴线和主轴轴线之间的角度限定的上止点和下止点之间运动。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，在每个所述活塞和活塞控制装置之间设置一个连接构件，以控制每个所述活塞在它的汽缸中在上止点和下止点之间地往复运动。
5.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述出入口装置按适当的间隔和次序在所述出入口装置的基本为平面的表面的节圆直径上提供一系列进气和/或排气口，及任选的所述燃料喷射装置和燃料点火装置，从而当所述燃烧室壳体组合件相对所述壳体旋转时，每一所述燃烧室的所述至少一个口在预定的旋转范围内与所述进气和/或排气口及任选的所述燃料喷射装置和燃料点火装置进行运行联系。
6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，每一所述燃烧室的所述至少一个口密封地在所述基本为平面的表面之上旋转越过，并间隔地与所述进气口和所述排气口相连通，
(i)所述进气口在所述活塞的进气冲程期间为空气或空气和燃料混合物进入所述燃烧室提供气体通道，和
(ii)所述排气口在所述活塞的排气冲程期间为废气从所述燃烧室排出提供气体通道，
其中每一所述燃烧室的所述至少一个口的密封配合是设置在用于四冲程循环的所述压缩和动力冲程的所述进气和排气口之间。
7.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，每一所述燃烧室具有二个口，它们在压缩和动力冲程期间密封地在所述基本为平面的表面之上旋转越过，并间隔地与所述进气口和出气口在二冲程循环的进气/扫气冲程期间相连通，以便为空气或空气和燃料混合物吸入至所述燃烧室和将废气从中排出提供气体通道。
8.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，每一个连接构件从所述活塞控制装置的周边上的一个点延伸至其相关的活塞，每一所述连杆具有足够的相对所述活塞控制装置的自由度，使每一所述活塞得以在每一所述燃烧室内其上止点与下止点之间进行基本为直线的运动。
9.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，一个活塞的2个自由度设置在相关的所述连接构件与所述活塞控制装置的啮合处，每一自由度提供所述连接构件相对于所述曲柄轴线的径向平移，第二自由度提供所述活塞控制装置和相关的所述连接构件之间的相对旋转，而
对其余的活塞设置3个自由度，所述第一和所述第二自由度以及第三自由度所处的方向与由所述摇摆构件限定的旋转平面相切。
10.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述燃烧室壳体被一个转位装置相对所述输出主轴而转位，从而所述输出主轴的旋转正比于所述燃烧室壳体围绕所述主轴旋转轴线的旋转。
11.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，两个燃烧室组件被设置成每一组件提供基本对置的活塞对，而每两个可绕着主轴轴线旋转，且每一组件位于提供所述一系列进气和排气口及一个任选的燃料喷射装置和/或空气/燃料点火装置的所述壳体的紧邻处，每对对置活塞对的所述连接构件在它的末端的中间与所述活塞控制装置相啮合。
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