CN1382244A - 变容装置及其系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转装置,它具有至少一个变容室(16),在所述装置的工作期间,所述室(16)的容积循环地进行改变;所述变容室(16)包括余隙容积部分(17);在所述装置的每个工作循环期间,所述未扫过部分(17)的容积保持在预定的恒定容积;所述变容室还包括工作容积部分(18);在所述装置的每个工作循环期间,所述工作容积部分(18)的容积循环地从0容积改变到预定的最大容积;所述装置包括第一独立设定值装置(19),从而设定所述余隙容积部分(17)的容积;所述装置包括第二独立设定值装置(20),从而设定所述工作容积部分(18)的所述预定最大容积。

Description

变容装置及其系统

技术领域

本发明涉及变容装置及其系统，尤其涉及这样的装置，这些装置形成了发动机和压缩机的基础，尽管它不仅仅是这样。

背景技术

各种装置和机构公知为包括安装有变容室的各种发动机和压缩机。其中最通用的可能是气缸和活塞组件，其中活塞在气缸内进行往复运动，因此限制出了内部腔室，该腔室的容积根据活塞的循环运动而大致循环地进行改变。

当用作内燃机的基础时，这种变容室以最简单形式实施时具有各种缺点。相应地，绝大多数的现代发动机包括用来改进腔室的特性和该腔室的容量的条件的辅助装置。这种装置包括扫气系统、增压器等。

增压器本身可以包括变容室，该变容室主要用来压缩气体，从而使气体导入到内燃机的变容室内并且改变该变容室内的气体和条件。另外，现有形式的增压器和它的变容室不具有最合适的特性。

尤其地，把增压器或类似的压缩机装置作为例子，典型地这些装置几乎没有调整的可能性，并且当该装置在使用时与汽车或类似机动车内的内燃机或类似装置相连时，即使“在运转时”可能稍有一点调整，但也是极小的。更加具体地说，这种变容装置没有与其相连的控制系统，且不适合于使用与它们相连的控制系统。

本发明的目的是解决一个或多个上述缺点，或至少提供有用的选择。

在特殊形式中，变容装置公知为“斜轴机器”。例如，参见国际专利申请WO87/04495的公开内容，该申请的公开内容在这里引入以作参考。

该装置的形式是一种旋转装置类装置，该类旋转装置被认为是这样的装置：该装置的零件通过旋转运动或旋转相对运动来进行工作，从而例如与活塞在气缸内的往复运动相对比。

这些斜轴装置公知为具有某些优点。但是，至今，这些装置也同样具有上述的这些缺点，这些缺点包括在使用时没有足够的能力来控制这些装置的参数。

本发明的另一个目的是解决一个或多个上述缺点，尤其地，在它们涉及斜轴装置时不仅仅于此。

发明内容

相应地，在本发明的一种广义形式中，提供了一种发动机系统，该系统包括发动机，该发动机具有至少一个用来燃烧燃料的变容室；所述发动机还具有装置，用来可移动地密封所述室，从而限制出容积，在所述容积内燃烧所述燃料期间，该容积用来容纳所述燃料，从而至少把所述燃烧所释放出来的一些能量转换成所述发动机的工作部分的机械运动；所述发动机系统还包括流体推动装置，该装置推动氧化流体与所述容积内的所述燃料进行接合。

优选地，用来可移动地密封的所述装置包括活塞。

优选地，所述工作部分包括所述活塞。

优选地，用来可移动地密封的所述装置包括转子。

优选地，所述工作部分包括所述转子。

优选地，用来可移动地密封的所述装置包括斜轴装置的第一部分盘形件。

优选地，所述工作部分包括所述第一部分盘形件。

优选地，所述流体推动装置包括压缩机系统。

优选地，所述压缩机系统包括旋转装置。

优选地，所述旋转装置包括变容室，该室具有未扫过部分和扫过部分；所述旋转装置还包括用来调整所述未扫过部分的第一独立设定值装置和用来调整所述扫过部分的第二独立设定值装置。

优选地，所述压缩机系统直接由所述工作部分来驱动。

优选地，所述压缩机系统通过与所述工作部分无关的运动源来驱动。

优选地，所述压缩机系统通过电动机来驱动。

在本发明的另一个广义形式中，提供了一种具有至少一个变容室的压缩机系统；所述压缩机还具有这样的装置：该装置可移动地密封所述室，从而限制出一容积，用以压缩所述容积内的流体。

优选地，所述变容室包括未扫过部分和扫过部分。

优选地，所述系统还包括用来调整所述未扫过部分的容积的第一独立设定值装置。

优选地，所述系统还包括用来调整所述扫过部分的容积的第二独立设定值装置。

在本发明的另一个广义形式中，提供了一种具有至少一个变容室的旋转装置；在所述装置的工作期间，所述室的容积循环地进行改变；所述变容室包括余隙容积部分；在所述装置的每个工作循环期间，所述余隙容积部分的容积保持在预定的恒定容积；所述变容室还包括工作容积部分；在所述装置的每个工作循环期间，所述工作容积部分的容积循环地从0容积改变到预定的最大容积；

所述装置包括第一独立设定值装置，从而设定所述余隙容积部分的容积；所述装置包括第二独立设定值装置，从而设定所述工作容积部分的所述预定最大容积。

优选地，所述装置包括位于所述第一独立设定值装置和所述第二独立设定值装置之间的连接装置。

优选地，所述连接装置包括一导槽。

在本发明的另一个广义形式中，提供了一种旋转装置，该旋转装置包括至少一个变容室。

优选地，所述至少一个变容室包括未扫过部分和扫过部分。

优选地，第一独立设定值装置可改变所述未扫过部分的容积。

优选地，第二独立设定值装置可以改变所述扫过部分的容积。

优选地，所述旋转装置包括斜轴装置。

优选地，所述装置包括改进的斜轴装置，所述改进的斜轴装置包括：壳体；

所述壳体内的叶片板，该叶片板可绕叶片旋转轴线进行旋转；

至少一个局部盘形件，它可以在所述壳体内绕着局部盘形件旋转轴线进行旋转；

所述至少一个局部盘形件在至少部分所述叶片板、所述部分盘形板和所述壳体之间限制出可变工作容积；

所述工作容积在所述旋转装置的工作期间循环地进行改变。

优选地，所述工作容积根据所述叶片旋转轴线和所述部分盘形件旋转轴线之间的偏移角度进行循环改变。

在本发明的另一个广义形式中，提供了一组件，该组件包括至少第一变容装置，该第一变容装置与第二变容装置相互流体连通。

优选地，所述至少第一变容装置包括腔室，该腔室具有扫过部分和未扫过部分。

附图说明

现在，参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是变容室的时序图；

图2是与第二变容室连通的、本发明的第一实施例的第一变容室的方框图；

图3.1是本发明实施例的斜轴装置的零件的示意图；

图3.2包括图3.1的斜轴装置的叶片的视图；

图3.3包括图3.1的装置的另一元件的视图；

图3.4包括图3.1的装置的另一元件的视图；

图3.5包括图3.1的装置的壳体的视图；

图3.6包括图3.1的装置的另一元件的视图；

图3.7包括图3.1的装置的部分万向接头组件的视图；

图3.8包括图3.1的装置的另一部分的万向接头组件的视图；

图3.9包括图3.1的装置的万向接头组件的另一元件的视图；

图3.10包括图3.1的斜轴装置的透视图；

图4.1包括如图4.5所图解一样的、本发明的第二实施例的改进的斜轴装置的视图；

图4.2图解了图4.5的改进的斜轴装置的另一元件的布置；

图4.3图解了图4.5的改进的斜轴装置的两个部分盘形件的相对定位；

图4.4是图4.3的部分盘形件的侧剖视图；

图4.5是本发明第二实施例的改进的斜轴装置的透视图；

图5.1是本发明第三优选实施例的改进的斜轴装置的透视图；

图5.2是图5.1的改进的斜轴装置的侧剖视图；

图5.3是图5.1的改进的斜轴装置的端侧剖视图；

图5.4是图5.1的斜轴装置的另一透视图；

图5.5是图5.1的斜轴装置的另一透视图；

图5.6是图5.1的斜轴装置的详细透视图；

图5.7是图5.1的装置的局部装配起来的透视图；

图5.8是图5.1的装置的装配起来的透视图；

图5.9是图5.1的装置的另一透视图；

图5.10是图5.1的装置的另一透视图；

图5.11是图5.1的装置的另一透视图；

图5.12是处于偏置位置上的斜轴控制机构的剖视图；

图5.13是处于偏置位置上的图5.1的机构的透视图；

图5.14是图5.12的布置的端视图；

图5.15是部分盘形件在接近0余隙容积情况下的位置透视图；

图5.16是图5.15的组件的顶平面图；

图5.17是图5.1的布置的局部组件；

图5.18是处于偏置位置上的机构的透视图；

图5.19是处于偏置位置上的机构的另一透视图；

图5.20是图5.1的布置的壳体的另一透视图；

图6.1是具有可调余隙容积部分的变容装置的侧剖视图，该变容装置与图6.2的控制装置结合使用。

图6.2图解了控制装置，该控制装置与图6.1的变容装置结合使用。

图7.1是一对互通的变容装置的例子的透视图，该变容装置与机动车辆或类似装置的发动机结合使用。

具体实施方式

在进行描述本发明的示例性实施例之前，参照图1和2描述本发明的所有优选实施例所共用的一些基本概念。

图1是变容装置10在呈气缸11形状的情况下的时间序列图，其中活塞12在该气缸11内进行往复运动。时间序列图是从图1A发展到图1D，其中，活塞从图1A的上死点运动到图1B的下死点、返回到图1C的上死点及返回到图1D的下死点。

在图1A和1C的上死点处，活塞12和气缸11共同限制出一容积，该容积包括变容装置10没有扫过的部分13。

在图1A的上死点位置和图1B的下死点之间的容积差值限制出了变容装置10的扫过部分14。术语“扫过”在这种情况下用来暗指这样的事实：活塞滑过或扫过变容装置10的这个部分。

图1B和1D的下死点位置所限制出的最大内部容积位置限制出了变容室15。

可以观察到，在使用时或在从图1A前进到图1D的过程中，活塞12循环工作，从而使变容室15的容积相应地进行循环变化。

变容室的扫过部分和未扫过部分的原理同样可以应用到包括下面这些的其它变容装置中：这些装置包括那些与往复运动相对作旋转运动的装置。在后面，特别地参照改进的斜轴装置来描述这个原理的具体实施例。该斜轴装置是一机器的结构件，该机器可以广义地描述为旋转装置，在该旋转装置内的工作元件进行旋转而不是进行往复运动。

参照图2，以示意图的形式图解了第一变容室16，该室包括第一余隙容积17和第一工作容积18。还示意地图解了第一独立设定值装置19，该装置是这样的装置，它适合于把包括第一余隙容积17在内的该容积设置成具体的预定值。

同样并相应地，第二独立设定值装置20包括这样的装置，该装置调整第一工作容积18的容积。

应该知道，打算通过设定值装置19、20来实现的调整不是变容室循环期间所产生的循环调整，而是该容积的设定值调整，该容积包括参照图1在前面定义的余隙容积16和前面定义的工作容积18。

当第一变容室16用作压缩机时，它可以输出空气或类似流体，而该空气或类似流体通过工作容积18的大小来压缩，从而输入到第二变容室21中。第二变容室21本身包括第二余隙容积22和第二工作容积23。该室形成了发动机或压缩机或其它装置的一部分。在本说明书中进一步描述的具体实施例中，第二变容室可以形成发动机的一部分，第一变容室16特别地与第二变容室21互通，从而形成了互通的变容装置24。

图7.1提供了应用在汽车领域中的一个具体但仅是示例性的例子，其中，第一变容室形成了一部分增压器或类似的压缩机装置，该增压器或类似的压缩机装置适合于通过它的进入歧管有选择地、可控制地使内燃机内的、呈圆柱形腔的变容室增压。

在下面实施例中特别理想的是，第一独立设定值装置19实际上与第二独立设定值装置20无关，因此下面这些是可能的：至少在下面这些实施例中所选择出的一个中可以完全独立地进行调整，例如，在一个第一变容室16内，可以把第一余隙容积17完全独立地调整成第一工作容积18。这种独立性提供了在没有这种独立控制的变容装置中不能得到的特殊控制机会。

在下面的优选实施例的详细描述中，给出了改进的斜轴装置的特殊形式的描述，这些斜轴装置提供了一种设置变容室的特殊方法，尤其地，变容室具有用于它的余隙容积和它的工作容积的独立设定值装置。还在示例性实施例中描述了互通的变容装置，其中改进的斜轴装置具有特殊的优点。

改进的斜轴装置一第一实施例

尤其参照图3描述了呈改进的斜轴装置25形状的旋转机器，该机器包括具有这样能力的特性：可以独立地调整它的变容室中的余隙容积和工作容积。

参照图3.1(该图是示意图)，本发明提供了至少局部盘形的零件101，该零件101可以在直径轴线102上进行旋转。还设置了至少一个局部盘形件103，该件103绕着轴线104进行旋转，并且也可以绕着零件101的直径方向进行旋转。轴线104与零件101的直径相交并且把该直径分开。还设置了装置(在示意图3.1中未示出)，从而改变了轴线102和轴线104之间的角度。还设置了装置(在示意图3.1中未示出)，从而改变了零件103的平面和轴线104之间的角度。

就上述机构的工作而言，可以看到，如果轴线102和轴线104相互保持固定关系，那么就旋转而言，零件103的表面循环地集中在零件101的表面上并从该表面分离，及，如果轴线102和轴线104之间的角度增大，那么集中的角度和分离的角度增加，反之亦然。还可以看到，如果零件103的平面和轴线104之间的角度增大，那么就工作而言，零件103的表面集中在更靠近零件101的表面处，反之亦然。

可以看到，如果这种机构封闭在球形或局部球形的壳体内并且与该壳体处于密封关系，那么所产生的适合于泵和许多其它应用的排量机构的优点在于：该机构将提供排量装置或泵，而该排量装置或泵具有可变的排量和可变的压缩比。

借助于非限制性例子，下面描述排量机构的实际例子，而该例子借助于使用上面公开的机构而具有可变的排量和可变的压缩比。

参照图3.2到3.10，盘形件101构造成两个半部分并且具有如图所示的切除部分，零件105是一短钢杆，该杆具有通过它的孔，零件105保持在零件101的两个半部分之间，因此它可以绕零件101的中心处的轴线进行旋转，长度大于零件101的直径的杆105A通过零件105内的孔，因此它在所有时间内落在零件101的直径上，并且绕着零件105的轴线可以进行旋转。部分球形壳体构造成两半(图3.5)，而每一半在其中具有孔，如图所示。部分球形壳体的每一半被栓接到盘形件101上。两个基本上是半圆形的零件106(每个零件具有如所示出的舌形突出部)可旋转地连接到杆5A上，因此每个零件可以绕着杆105A的轴线进行旋转，并且因此绕着零件101的直径进行旋转。在装配时，借助于通过部分球形壳体的每半内的孔使两个零件106的舌形突出部伸入到部分球形壳体中。设置了两个部分盘形的零件103，这两个零件103连接到零件106的舌形突出部上，因此它们在部分球形壳体内安装就位，并且绕着零件101的直径可以旋转。设置了正方形导向件107，并且该导向件107安装在支承内部，因此零件101和其它零件可以绕着它进行旋转。正方形轴108可滑动地通过正方形导向件107。正方形轴108具有万向接头机构109，该机构连接到伸出到壳体中的端部上。两个支撑件110可旋转地连接到万向接头机构的中心处，这两个支撑件110也可旋转地连接到零件106的舌部上，因此，如果正方形轴108可滑动地移到壳体区域内，那么引起零件106和103绕着零件101的直径沿着一个方向进行旋转，及，如果正方形轴108可滑动地移向壳体的外部，那么零件106和103沿着相对方向进行旋转，从而相应地减少或增加这些零件106之间的角度，并且因此而减少或增加这些零件103之间的角度。正方形导向体107也设置有旋转点111，因此，借助于使正方形轴108绕着旋转点111进行旋转来改变万向接头和轴线102与104之间的角度。在工作时，除了正方形导向体107和正方形轴108之外，整个组件进行旋转。在工作时，除了进出运动之外，正方形轴108保持静止，并且绕着旋转点111进行设置，从而在工作期间，可以改变排量和压缩比。

出于清楚起见，在局部装配视图3.10中省去了零件110和安装装置及轴承。有许多安装该机构的装置。

改进的斜轴装置一第二实施例

尤其参照图4来描述呈改进的斜轴装置26的形状的旋转机器，该机器包括具有这样能力的特性：可以独立地调整它的变容室中的余隙容积和工作容积。

第二实施例的目的是提供一种斜轴机构26，该机构提供了：

(a)装置，它使工作流体的流动反向，而没有改变该机构或阀系或开口的工作方向

(b)装置，它在相对较小的高速轴承上安装或支撑所有的旋转零件

(c)装置，在该装置中，扭矩和反作用扭矩作用在轴上，并且没有扭矩(不是摩擦产生的)存在或作用在该机构的壳体或主体上。

及：

(a)改变机构的排量的装置

(b)改变机构的压缩比的装置。

没有扭矩或反作用扭矩存在或作用在机构的壳体上或主体上的事实形成了一种新型机构即斜轴机构，在该机构中，没有扭矩和反作用扭矩作用在机构的主体上，在这种情况下，该机构的主体是图4.5中的球形壳体。

本发明在它的基本结构中没有提供可变的排量和可变的压缩，本发明包括中空的球形球形壳体201，该球形壳体201具有轴承壳体202和另一轴承壳体203。叶片件204，它是具有从它那里切割而成的局部楔形部分的圆形盘。部分锥形件205，它刚性地固定到叶片件204上。凹入的球形部分206，它在它的中心处具有孔，并且刚性地连接到部分锥形件205上。轴207连接到叶片件4上，因此它的延长轴线通过206内的孔的中心。借助于把轴207设置在壳体202内并且把轴承壳体203插入到凹入的球形部分206内的孔中，使包括零件204、205、206和207的组件可旋转地设置在壳体201的球形室内。还设置了两个零件208，每个零件208是局部球形的楔或是靠近顶部的截头形扇体，借助于连接装置209把这些零件208结合在一起。还设置有两个杆210，这些杆具有部分圆形截面并且具有这样的长度：该长度接近等于叶片件204的直径。借助于使销通过叶片件204的中心处的孔，使每个杆210相互连接起来，因此它们可以自由地在叶片204的表面上进行旋转。还设置了凹入的球形部分的另一个零件211，该零件刚性地连接到轴212上。T形截面槽(未示出)被机加工成零件的内表面，所述的槽通过零件211的内表面的中心。零件213是轴承壳体，它设置在槽内的一端上，该槽机加工在零件211内，因此它可以在所述槽内进行滑动。零件215是轴，它可旋转地设置在轴承壳体213内。支撑件214刚性地把零件208连接到零件215上。两个开口(未示出)被切割到球形壳体的表面上，从而允许工作流体在上述机构所限制出的两个工作室内来回流动。参照图4.5，一个所述的开口设置成从页面中直接出来，并且从标记为A的点延伸到标记为B的点，并且具有这样的宽度，以致在所画出的位置上，该开口被叶片204的边缘所盖住。第二开口反向180度设置，但尺寸大小相同。

就上述机构而言，如果壳体201、轴212和轴承壳体213保持在固定位置上，那么随着轴207的旋转，叶片204绕着轴207的轴线进行旋转，并且零件208绕着轴215的轴线进行旋转，因此使该机构所限制出的两个室改变容积，从而使空气流过在球形室壁上切出的开口。从上面机构中可以看到，如果轴承壳体215从它的图示位置移动到凹入的球形部分211的另一侧上，那么零件208相对于叶片件204所保持的角度相应地进行改变，并且随着该组件的连续工作，流过这些开口的空气流的方向被反向。壳体215的位置的这种改变通过两个方法中的任何一个来实现。轴212和零件211相对于叶片204旋转180度，或轴承壳体215可以沿着零件211的内表面中切出的槽进行运动，直到距离叶片204的轴线的距离相同为止，并且在新的位置上再一次保持固定。

同样地，可以看到，如果轴承壳体215在该槽内移动到任何中间位置上，那么两个轴线之间的角度将改变，其结果是，改变了该机构的排量。

还可以看到，如果两个零件208的表面之间的角度改变了，那么该机构的压缩比被改变了。

借助于非限制性示例的装置改变工作期间的排量可通过下面方法进行：把液压油缸连接到轴承壳体215和凹入的球形部分211的边缘上的位置上，而液压线路通过轴212到达液压控制装置，从而有利于轴承壳体15沿着如上所述的、在零件211中的切槽运动。

借助于非限制性例子，通过下面方法设置装置来改变工作期间的压缩比：设置一系列互锁指状物来取代连接装置209，从而有利于每个零件208相互进行旋转，此外，在每个支撑件214的每端上设置销连接装置，并且设置液压装置来升高和降低轴承壳体213内的轴215，并且液压线路通过轴212到达液压控制装置。

为了使例图简单和简易，因此没有描述或画出密封。

图4.1是所描述的零件的截面图。

图4.2是加入了杆件210的、图4.1的侧剖视图。

图4.3是零件208和209的平面图。

图4.4是图4.3的侧剖视图。

图4.5是具有一个处于最大容积的室和一个处于最小容积的室的、装配好的机构的剖视图。

改进的斜轴装置一第三实施例

参照图5，图解有本发明第三实施例的、改进的斜轴装置27，与前面所描述的第一和第二实施例的布置相比较，该装置27具有比较中的一个或多个下面的特征：

对于相同的空气输出体积而言，它是更短的装置；它可以更好地密封局部盘形件；在工作期间，它减少了惯性的变化；它更加容易平衡，因此允许以更高的速度进行旋转。

第三实施例的装置的工作的总体方式在原理上与第一和第二实施例的改进的斜轴装置的工作方式相同，结果是，这种布置是这样的，至少一个局部盘形件28在壳体29内绕着局部盘形件的旋转轴线30进行旋转，在图5.2的情况下，旋转轴线30相对于叶片旋转轴线31倾斜角度α。在这种情况下，叶片32与壳体29互连起来，并且在使用时，它们绕着轴线31一起进行旋转。

所设置的角度α大于0，这种布置是这样的：在使用时，当叶片32绕着叶片旋转轴线31进行旋转时，并且局部盘形件28绕着局部盘形件旋转轴线30进行旋转时，使局部盘形件28的工作表面33循环地集中在叶片32的相应工作表面34上，并且循环地偏离它，叶片32的工作表面34与壳体29的相应内壁35一起限制构成这个可变容积36。

最好如图5.3所看到的一样，当局部盘形件28绕着它的轴线30进行旋转时，它的叶片接触边缘37绕着叶片32的中心38从摆动轴线BB通过摆动轴线AA摆动到摆动轴线CC上，并且在一个循环期间再摆回来。表示摆动范围的角度β与轴线偏移角度α相关。

在一个循环中工作表面33接近工作表面34的成度通过工作表面33相对于轴线30的角度设定来控制。这个角度γ借助于绕着枢轴40使控制臂39进行旋转来设定，而控制臂39的旋转通过齿轮41的旋转推动来实现。通过相应地升高或降低控制棒42来实现角度γ的调整，而控制棒42通过齿轮块43使齿轮41相应地进行旋转，因此使控制臂39相应地进行移动，最后改变角度γ。

在工作的任何给定循环中，角度γ的调整在效果上是可变容积36内的余隙容积量的调整。

改进的斜轴装置27通过棒42的突出部分的左右运动或调整还可以改变可变容积36的工作容积部分，最好如图5.1所看到的一样。棒42的突出部分的左右运动产生了齿轮块44的摆动，因此调整了角度α，并且因此调整了局部盘形件28相对于叶片32的工作表面34在任何一个循环期间所打开的最大度数。

应该注意到，在这个实施例中，齿轮块44的轴线总是指向壳体29内的组件的几何中心。

此外，在它的优选形式中，可变容积36内的压力中心与局部盘形件的支撑轴线45对准，其中旋转轴线40上的负荷最小。

这个优选实施例的另一个特征是，弧形边缘46沿着轴向没有负荷或负荷极小。即，位于与壳体29的内壁的斜接位置上的边缘46没有承载负荷或承载的负荷很小。

在组件内的开口是这样的，尤其参照图5.8，空气或其它流体可以通过进气口47进入，并且在通过可变容积36之后，作为进料从出口48喷射出来，从而例如供给到进气歧管，如汽车的汽油机的、图7.1所示的歧管中。

图5.12是处于偏移位置上的斜轴控制机构的剖视图。

图5.13是处于偏移位置上的图5.1的机构的透视图。

图5.14是图5.12的布置的端视图。

图5.15是处于接近0的余隙容积位置处的局部盘形件的位置的透视图。

图5.16是图5.15的组件的顶部平面视图。

图5.17是图5.1的布置的局部组件。

图5.18是处于偏移位置上的机构的透视图。

图5.19是处于偏移位置上的机构的另一透视图。

图5.20是图5.1的布置的壳体的另一透视图。

例如，如在图5.13中所看到的一样，销B在槽54内的弧内进行运动。这种布置约束了控制棒42的运动，因此局部盘形件28相对于叶片32所限制出的余隙容积对于所有的工作容积设定而言接近于0。该槽可以以其它方式仿形切削出来，从而在棒42运动时实现不同形式的约束，并且因此实现对工作容积和余隙容积进行设定。

最后，应该知道，装置27安装有第一和第二局部盘形件，这些盘形件绕着叶片32对称布置。在这种情况下，相应的对称元件标记为已经相对于第一个局部盘形件进行了描述的元件。

互通的变容装置-第一实施例

参照图6.1和6.2及参照前面实施例进行描述的变容装置，相对于内燃机例解了变容装置的特别互通布置(该布置的原理图解在图2中)。

普通的奥托循环内燃机在正常情况下运转在较大的负荷和节气门设定的范围内，并且在正常情况下对于任何一种设定都不是最佳的。这个实施例的目的是提供一种装置来使这些发动机在负荷和节气门设定的整个范围内是最佳的。

普通汽油机内的压缩比受到所采用的或通常所采用的燃料的辛烷值的限制。该压缩比设置成：当节气门在较小的发动机转速(RPM)和较好的容积效率情况下打开得较宽时，因此可以使燃料不会爆震。这就是，即使发动机的正常工作条件处于较小的容积效率，例如，在高转速时具有中到宽的节气门，及在低转速具有较小的节气门设定时也是如此。可以说，出现这样的情况：在较小的转速和较小的节气门设定时容积效率较小，这些本身表明和需要保持较小的功率设定，并且这是显然十分真实的，但是它也意味着，发动机在远小于可得到的效率下运行，发动机运转得好，因为燃料/空气充量以低压加入，并且在压缩冲程开始之前被稀释，因此尽管它可以说压缩比是10∶1，但实际上是充气开始于非常稀释的状态，因此有效压缩比远小于10∶1，同样地，在高转速时或在具有更小的宽度打开节气门的任何行驶速度设定时，从稀释状态开始压缩该充量。这个的明显效果在于，在点火之后，在上死点处，气缸压力事实上远小于安全运行所要求的压力。最后的结果是，在几乎所有的节气门和负荷设定中，一个冲程的平均有效压力小于通过相应地减少效率所得到的压力。

明显地，如果利用稀释的充量进行启动，那么在产生爆震问题之前的可能压缩比较大，如果使压缩比增大到尽可能大但足以避免相应的爆震，那么对任何给定的燃料/空气充量而言，一个冲程的平均有效压力将增大，且随之而来的是发动机的整体效率自然增大。

互通的变容装置的第一优选实施例的目的是提供一种具有变压缩比的发动机，该压缩比是进气流和发动机转速的函数，或换句话说，对于任何给定的发动机转速而言，发动机的压缩比随着进气流的减小而增大，反之亦然。就这种使用增压器的布置而言，在任何给定的转速时，空气流可以超过这些活塞的容积排量，在使用相同规则的该情况下，这些气缸的压缩比减小，但是这些气缸充有升高的压力的燃料空气混合物，其结果是：与在其它情况下可以输出的功率相比，小型发动机在负荷条件下可以输出更大的功率。在这些条件下，燃料效率将会减少，但是发动机的功率/重量比将会增加，并且由于用在汽车上的大多数发动机绝大部分时间工作在部分负荷条件下，因此燃料的净增益和总效率在高负荷条件下将超过燃料效率损失。

本发明提供了进气流和或变容的增压量的测量装置，从而输送已知量的空气，本发明还提供了在所有时间内测量发动机转速的装置，并且提供了一种这样的装置，该装置计算出进气流作为活塞排量的比例或比率，从而与该装置一起成比例地改变发动机的压缩比，从而实现尽可能接近实际的最大压缩比，而对于任何特殊的进气流/发动机转速而言，该压缩比相应地避免了爆震。

借助于非限制性例子，图6.1示出了改变发动机301的压缩比的装置。主轴承设置在块302上，而该块302设置在槽内，从而可以使块302相对于缸盖升高或降低。螺纹装置303设置成在需要时使块302升高或降低，并且杆304被设置来转动该螺纹。在实践中，伺服机构(未示出)可以移动杆304。

图6.2提供了本发明的示意图，其中A是空气流测量装置，B是转速测量装置，该转速测量装置安装有电子计算器，用来计算空气流，而该空气流在抽样时与活塞排量成比例或比率。如果空气流小于活塞的排量，那么计算器发送信号，打开液压容器D内的阀，从而沿着这样的方向移动液压伺服机构C，使发动机的压缩比提高，反之亦然。

借助于进一步扩大前面所描述的互通的变容装置的第一实施例的原理，在内燃机中，通过下面方法实现工作：使膨胀室内的燃烧产物进行膨胀，并且可得到的能量受到燃烧产物的膨胀程度及同时反抗活塞进行工作的限制。在十九世纪的早期，Sadi Carnot认识到，为了得到合理尺寸大小的、合理效率的内燃机，因此在燃烧之前，需要压缩工作气体。现在可以看到这个基本事实本身是明显的，并且普遍地被接受了。虽然这个是基本事实并且许多装置的发明从内燃机中取得了增大的效率，但是在普遍使用的今天，就燃烧之前的压缩而论，几乎没有内燃机是最佳的。

内燃机需要在发动机速度和发动机负荷条件改变的情况下工作，因此最好具有可变压缩和膨胀比，或具有更加准确的可变工作容积/余隙容积比，其原因可以从下面的事实中得到和推出：在部分节气门设定和发动机速度时，容积效率下降，有效压缩比减少，减少的充量被压缩到小于最佳压力，其结果是减小了效率。

近年来，已设计出许多发明来解决这个问题。一些典型的例子如下：

1.美国专利5165368公开了一种复杂装置，该装置响应曲轴上的扭矩冲击而改变活塞冲程，而扭矩冲击随着负荷的改变而改变。该说明书的正文还涉及相同目的的各种其它发明。

2.美国专利5329893公开了一种装置，该装置通过下面方法改变余隙容积：响应进气歧管压力的改变，电动机使缸体升高和降低，而该进气歧管压力被认为是发动机负荷的测量值。美国专利5562069公开了一种通过液压装置来致动的相同发明，但是它没有公开用来改变压缩比的环境或触发装置。

3.美国专利5605120公开了一种可旋转的偏心曲轴轴承，该轴承在发动机的工作期间要求可以调整，但是说明书没有提供致动或触发的环境或机构来说明压缩比与工作充量的质量有关系。该说明书表明了这样的明显事实：把空气和燃料供到发动机中需要随压缩比的改变而进行当场调整，但是没有提供装置来实现这些。

4.美国专利4174683公开了一种发动机，该发动机具有可变的进气凸轮正时和可变的压缩比，进气阀打开时间随着压缩比的增大而同时地、相应地、同步地减小，反之亦然，并且通过加速踏板位置来控制。对于这种机构显而易见的是，大气压力所驱动的、加入到气缸中的充量质量是发动机速度和进气阀正时的函数，如说明书所公开的一样，不仅仅是进气阀正时的函数，其结果是，在所公开的环境下的压缩比的改变导致了该压缩比与实际引入的充量质量没有关系。

5.美国专利5255637公开了发动机简图，该发动机具有可变压缩比的机构和可变阀正时及涡轮增压器，该增压器没有废气门。它提出，根据各种发动机传感器改变压缩比和阀正时，这些传感器包括爆燃传感器、速度传感器和进气管压力或增压传感器。

6.美国专利4958公开了一种非常复杂的装置，该装置通过下面方法改变固定的几何尺寸的涡轮增压或增压发动机中的有效压缩比：响应各种发动机条件的传感器而改变阀正时和增压压力，并且通过计算机来致动。

内燃机的最佳燃料效率产生于燃烧室内充满了最冷的可能充气，该充气中没有残余废气，其中燃烧充分，并且随着活塞到达上死点而同时产生最大压力，所到达的所述最大压力是最大值，该最大值与避免爆震相适应，接着产生了通过机械方法可能实现的高膨胀比。这种情况通过下面方法来实现：充分换气，接着加入冷的充量质量，而这种冷的充量质量平衡发动机的机械压缩比和产生于与发动机速度有关的位置处的点火，从而确保在膨胀开始之前完全燃烧。在任何发动机速度和/或负荷条件下，这些事实保持真实。

对于任何给定的发动机几何尺寸而言，借助于下面方法以燃料效率为代价来得到发动机的机械效率或功率/重量比：较大的充量质量和较小的机械压缩比和膨胀比，该较小的机械压缩比和膨胀比导致较大的平均有效压力和较高的排气压力和温度。

为了达到需要的燃料效率或机械效率，那么在每种情况下，理想的是使在上死点处的可能压力达到最高。

至今公开了下面这些方法：借助于平衡或使充量质量与可变发动机压缩和膨胀比相匹配，或反之亦然，来改善发动机性能，例如包括上面所指的典型取样方法，这些许多方法中的每一个仍然是妥协的结果，不能实现理想的结果。在绝大多数情况下，现有技术试图测量发动机条件、然后把各种机构调整成原有参数。换句话说，它们首先探测负荷情况或爆震，然后，在存在触发情况或条件之后设法调整机器，但这种调整常常导致触发情况或条件发生改变，因此需要进一步修正。一些其它公开内容存在一些严重的缺陷：当它们提供装置来改变阀正时和压缩膨胀比中的一个或两个时，它们没有提供装置来改变当前充量质量或任何其它发动机条件。其它公开内容、特别是美国专利4174683同时改变了阀正时和压缩比，其目的是通过改变阀正时来调整充量质量，但是这种方法的问题是，加入或吸入的充量将随着发动机速度和负荷的改变而改变，因此充量的质量和压缩比设定值之间再一次不相关。

总之，对于各种原因而言，所有的现有技术不能合适地平衡充量质量与压缩比或使充量质量与压缩比联系起来，并且在一些情况下，没有试图实现所公开的内容。除了具有上述缺点之外，此外至今许多公开的内容非常复杂。

本发明设法提供一种简单和有效的装置，从而在所有工作条件下连续地平衡充量质量(charge mass)和内燃机的压缩比。

本实施例提供了一种正排量型内燃机，该种内燃机通常称为往复活塞式发动机，其中在使用时，几何尺寸可以改变，从而提供了一种可变工作容积/余隙容积比，所述工作容积/余隙容积比在下文中称为压缩比。本发明还提供了至少一种正排量空气泵，该空气泵具有这样的排量容积或工作容积：在使用时该排量容积或工作容积可以改变。所述泵设置成通过所述发动机来驱动，而该泵的驱动速度恒定地与所述发动机速度成比例。用来改变空气泵的排量大小的机构机械地或通过伺服机构连接到用来改变所述发动机的压缩比的机构上，因此所述空气泵的排量和所述发动机的压缩比可以逆向改变，或换句话说，当空气泵的排量增加时，发动机的压缩比减少，反之亦然，从而在空气泵所排出的空气质量和发动机的压缩比之间保持恒定的关系，因此在压缩和燃烧之后，使燃烧室压力尽可能高，只要在该压力下不会引起爆震就行。为了使它更加简明，因此空气泵的排量大小与发动机的压缩比之间的关系是这样的，在压缩冲程的顶端处发动机内的最后压力在所有功率和发动机速度设定值时是恒定的。

本实施例还提供了，借助于直接连接或借助于伺服马达而连接到加速踏板或类似装置上，在使用时使空气泵的排量和发动机的压缩比的改变装置可以改变，从而有利于改变发动机的功率大小或设定值。

在另一优选布置中，提供了一种由废气驱动的涡轮，该涡轮通过驱动轴连接到减速齿轮箱中，然后把来自减速齿轮箱中的输出连接到变容泵的第二驱动皮带轮上或其它合适的驱动装置中，因此一部分废能事实上作为轴或发动机的输出功率回收了。离心式离合器机构或其它合适的离合器机构设置在涡轮和齿轮箱之间，或设置在齿轮箱和变容泵之间，并且该涡轮和废气管道通过下面方法来成形：一旦到达预定的废气压力和/或温度，各种各样的公知装置的任何一种可以使废气导向涡轮。

借助于任何公知装置，把燃料加入到泵所提供的空气质量中。

在没有脱离上面所公开的本发明范围内，还可以设置装置来调整空气泵的排量大小和发动机压缩比之间的关系，因此可一再使用各种辛烷值的燃料。这种装置相对于辛烷值较小的燃料的充量质量减少了压缩比，反之亦然。此外，还可以设置装置，用来改变空气泵的排量和发动机的压缩比之间的关系，因此随着密度大小的改变，空气泵的排量大小也相应地改变，因此它可以为每个相关的发动机压缩比位置输送恒定的质量。

在没有脱离这个实施例的范围的情况下，可以使用两个或多个泵，在使用两个或多个泵时，一个或多个泵可以用来提供通过第二进气歧管系统的扫气，在该系统中，独立的歧管可以与独立的进气阀连通，该进气阀被正时并且只用来加入扫气，或另一方面，可以在第一和第二歧管中设置打开和关闭装置，从而首先与扫气连通，然后使空气和燃料的主要质量通到进气阀开口中。在这种情况下，提供扫气的第二空气泵具有它自己的可变容积，从而提供了与发动机的可变余隙容积或未扫过的容积的恒定关系，同时第一空气泵使它的容积相应地减少，因此两个泵所提供的总质量构成这样的充量质量：该充量质量适合于功率设定值加上扫气过程中损失掉的任何部分。

在没有脱离这个实施例的范围的情况下，可以使用两个或多个变容空气泵，在进气冲程的第一部分期间，第一泵通过合适的歧管和阀装置提供稀薄混合气，而在吸气冲程的第二部分期间，一第二泵可以提供浓混合气，或可按其他方式提供分层充气，并且在使用这种装置时，每个泵相应地改变容积，因此两个泵一起提供了适合于任何功率设定值的充量质量。另一方面，当使用三个泵时，第一个可以提供扫气，而第二和第三泵提供如上面所设置的不同浓度的充量。另一方面，在吸气冲程的第一部分期间，第一泵可以提供这样的充量：该充量具有一种辛烷值的燃料，同时在吸气冲程的第二部分期间，第二泵可以提供这样的一种充量：该充量具有较小辛烷值的燃料，或以可以提供分层充量的其它方式，因此，在燃烧室压力到达特定燃料的爆震压力之前，燃烧较小的辛烷值燃料。

尽管本实施例的范围适用于任何结构的变容式正排量泵并且适用于任何公知的可变压缩比发动机，但显而易见的是，对于实用的、有效的任何变容泵而言，还一定得提供可变工作容积/余隙容积比，因此余隙容积总是应该如实际一样接近0。除了实用和有效之外，任何这种泵也应该使这种简单、可靠的结构的重量较轻。

在这个实施例的优选实施例中，使用了在改进的斜轴的第三优选实施例中公开的泵。

应该知道，变容泵可以以相对于所述发动机是恒定的速度运转，并且最大排量适当地改变。拘句话说，如果泵以是另一泵速度的两倍的速度进行运转，那么该泵可以具有该另一泵的一半的最大排量。

在优选实施例中，发动机的压缩比可以在大约8比1的较小比值到下面这样的较高比值之间进行改变：该较高比值与得到充量质量的最高压缩压力相适应，而该最高压缩压力是发动机使用最高辛烷值燃料时发动机运转在怠速时所需要的，并且变容式泵的容积应该在下面这样两种容积之间进行改变：一种容积向发动机提供足够小的充量，从而在上述情况下使发动机保持怠速，而另一种容积将向发动机提供足够的质量，在压缩之后，当发动机设置成它的最小压缩比时，该质量被压缩到可能的最高压力，只要在该压力下燃烧时不产生爆震就行。

容易知道的是，本实施例不需要可变阀正时，并且除了在上面所设置的这些情况之外：两个或多个泵提供了充量比例，而这些充量比例具有不同的性能和应用，减少了对其它复杂的、昂贵的布置如多个进气阀的需要。其原因是，发动机在所有工作情况下提供有这样的充量质量：该充量质量与所需要的功率设定值相适应，并且使用独立的泵来提供扫气，这种扫气在所有的发动机速度下都十分完全。这是因为，在任何功率和速度设定值下，歧管压力在这样的点上是绝对稳定的：加入精确的充量质量或所需要加入的扫气容积。还应该知道，本发明提供了物理装置来保持不变的高效率，而不需要复杂的电子发动机布置系统。

总之，本实施例提供了一种可变压缩比发动机，该发动机可以是任何合适的公知发动机，或公知的是与任何合适的变容泵或压缩机结合一起，但是最好是图3或图5中所提出的这种形式，其中发动机和泵首先通过任何合适的驱动装置连接起来，而这种驱动装置是皮带和皮带轮、链条和链轮或是直接传动装置，其次通过任何合适的导管把发动机和泵连接起来，从而把变容泵所提供的充量加入到发动机的歧管系统中。可以采用任何合适的机械连接或伺服机构来把变容泵的工作连接到可变压缩比发动机的改变机构中，并且每个又通过任何合适的连接或伺服机构连接到加速踏板或其它功率设定杆或装置中。

互通的变容装置-第二实施例。

现在，参照内燃机再一次描述根据图2的原理的变容装置的互通的另一个例子。

在内燃机中，通过在膨胀室内使燃烧产物进行膨胀来实现工作，并且所得到的能量的总量受到燃烧产物的膨胀程度及同时反抗活塞进行工作的限制。在十九世纪的早期，Sadi Carnot认识到，为了得到合理尺寸大小的、合理效率的内燃机，因此在燃烧之前，需要压缩工作气体。现在可以看到这个基本事实已是不言自明的了，并且普遍地被接受了。对于压燃式发动机的工作而言，显然压缩也是重要的。燃烧之前的压缩对于效率而言如此重要的原因是，做功冲程期间压力增大，那么燃烧产物的膨胀比也提高了。

减少的功率设定值降低了汽油机的效率。汽油机中的减少功率设定值通过减少加入到发动机中的燃料空气混合物的质量来实现，在固定的几何尺寸的汽油机中，这将导致有效压缩比降低，其结果是降低了效率。

汽车和其它应用中的发动机功率通常可以充分满足偶然如爬坡、超车或可能产生的其它最大负荷情况。使用过量功率的发动机意味着，在大部分时间的正常使用下，发动机运转在较小的比功率(proportionate power)设定值上，其结果是，与使用较小的发动机的情况相比，降低了效率。可以说，如果两个备择的发动机可以完成特定的任务，那么以更大的有效压缩比完成那个任务的发动机将以最大的效率来完成这个任务。

使用正常增压和或涡轮增压使更小的发动机完成与更大的任务时，与其它情况相比，在减少的功率设定值下具有更多的效率损失，因为增压和涡轮增压通常需要使用较小的压缩活塞，其结果是，在减少的功率设定值时，有效压缩比相对于正常进气的发动机而言甚至更加减少了。

这个实施例的目的是提供装置来保持固定冲程和余隙容积的发动机的容积效率，从而使更小的发动机实现偶然需要的任务，而在其它情况下实现这种偶然需要的任务需要增压发动机或较大的发动机，因此当所述较小的发动机工作在减少的功率设定值时，该发动机以与其它情况相比具有更大有效压缩比进行工作。

本实施例提供具有固定几何尺寸的汽油或类似燃料的内燃机以及变容空气泵，该空气泵具有基本上为0排量的最小排量和与所述发动机的排量相适应的最大排量，并且设置成与发动机速度成固定比例地、由所述发动机来驱动，因此当设置在最大排量时，所述空气泵把气团输送到所述发动机中，该气团压缩到或接近适于避免爆震的最大压力。这个实施例还提供了，变容泵的变容机构借助于直接连接或借助于伺服机构、通过加速踏板或其它功率设定机构来操作。因此，这个实施例提供了，用变容泵来取代正常的节流装置。

应该知道，就这种发动机和变容泵而言，使发动机增压没有危险，因此这种泵可以用在现有发动机中，而对于使用较小的压缩活塞或其它效率减少改变没有任何要求。还应该知道，这种泵所提供的空气可以加入到发动机的进气歧管系统中，而该系统装有没有改变的电子燃料喷射。还应该知道，在具有化油器的发动机中，该化油器可以放置在变容空气泵的进气侧上，或设置在空气泵和发动机之间，因此需要提供罩或其它装置来使环绕化油器的压力保持等于紧接化油器的上游处的压力。

在没有改变上述情况下，在另一个实施例中提供了，废气所驱动的涡轮通过驱动轴连接到减速齿轮箱中，然后把减速齿轮箱中的输出连接到变容泵的第二驱动皮带轮中或其它合适的驱动装置中，因此，一部分废能事实上作为轴或发动机的输出功率被回收了。离心式离合器或其它合适的离合器机构可以设置在涡轮和齿轮箱之间，或可以设置在齿轮箱和变容泵之间，而该涡轮和废气管道通过下面方法来成形：一旦到达预定的废气压力和/或温度，各种各样的公知装置的任何一种可以使废气导向涡轮。

在没有脱离上面所公开的实施例的范围内，还可以设置装置来调整空气泵的排量容积和发动机的排量之间的关系，以便总可以使用各种特性的燃料。此外，还可以设置装置来改变空气泵的排量和发动机的排量之间的关系，因此就密度大小的改变而言，可以合适地改变空气泵的排量容积，因此它可以以它的最大排量设定值而输送恒定的质量。

在没有脱离本发明的范围的情况下，可以使用两个或多个泵，在使用两个或多个泵时，一个或多个泵可以用来提供通过第二进气歧管系统的扫气，在该系统中，独立的歧管可以与独立的进气阀连通，该进气阀被定时并且只用来加入扫气，或另一方面，可以在第一和第二歧管中设置打开和关闭装置，从而首先与扫气连通，然后使空气和燃料的主要质量通到进气阀开口中。在这种情况下，提供扫气的第二空气泵具有它自己的容积，该容积可以改变，从而提供了与发动机的可变余隙容积的恒定关系，同时第一空气泵使它的容积相应地减少，因此两个泵所提供的总质量构成这样的充量质量：该充量质量适合于功率设定值加上扫气过程中损失掉的任何部分。

尽管这个实施例的范围适用于任何结构的变容式正排量泵，显而易见的是，对于任何实用的、高效的变容泵而言，它一定也得适用于可变的工作容积/余隙容积比，以致于余隙容积总是如实际一样应该接近0。除了实用和高效之外，任何这种泵也应该使这种简单、可靠的结构的重量较轻。

参照图3、4和5所描述的、改进的斜轴泵是特别优选的。

在特别优选的实施例中，使用图5的泵。

应该知道，变容泵可以相对所述发动机以恒定的相对速度运转，并且适当地改变最大排量。拘句话说，如果泵以是另一泵速度的两倍的速度运转，那么该泵可具有该另一泵的一半的最大排量。

该领域的任何工作人员容易知道的是，本发明不需要可变阀正时，并且除了在上面所设置的这些情况之外：两个或多个泵提供了充量比例，而这些充量比例具有不同的性能和应用，减少了对其它复杂的、昂贵的布置如多个进气阀的需要。其原因是，发动机在所有工作情况下提供有这样的充量质量：该充量质量与所需要的功率设定值相适应，并且使用独立的泵来提供扫气，这种扫气在所有的发动机速度下都十分完全。这是因为，在任何功率和速度设定值下，歧管压力在这样的点上是绝对稳定的：加入精确的充量质量或所需要加入的扫气容积。还应该知道，本实施例提供了物理装置来保持不变的高效率，而不需要复杂的电子发动机布置系统。

互通的变容装置-第三实施例

现在，在应用到柴油机中的说明中来描述互通的变容装置的另一个例子。

在内燃机中，通过在膨胀室内使燃烧产物进行膨胀来实现工作，并且所得到的能量的总量受到燃烧产物的膨胀程度及同时反抗活塞进行工作的限制。在十九世纪的早期，Sadi Carnot认识到，为了得到合理尺寸大小的、合理效率的内燃机，因此在燃烧之前，需要压缩工作气体。现在可以看到这个基本事实已不言自明了，并且普遍地被接受了。对于压燃式发动机的工作而言，显然压缩也是重要的。为什么燃烧之前的压缩对于效率而言如此重要的原因是，做功冲程期间压力增大，那么燃烧产物的膨胀比也提高了。

减少的功率设定值降低了汽油机和柴油机的效率。汽油机中的减少功率设定值通过减少加入到发动机中的燃料空气混合物的质量来实现，在固定的几何尺寸的汽油机中，这将导致有效压缩比降低，其结果是降低了效率。柴油机中的减少功率设定值通过减少所喷射的燃料容积同时保持所加入的空气的质量来实现。保持所加入的空气质量的压缩比，但是燃烧产物被空气质量稀释到这样的程度：空气质量超过燃烧所需要的质量。就效率而言，燃烧产物的这种稀释相当于减少了压缩比和膨胀比，并且产生了效率损失。

近年来，在汽油机中已设计出许多发明来解决这个问题。一些典型的例子如下：

1.美国专利5165368公开了一种复杂装置，该装置响应曲轴上的扭矩冲击而改变活塞冲程，而扭矩冲击随着负荷的改变而改变。该说明书的正文还涉及相同目的的各种其它发明。

2.美国专利5329893公开了一种装置，该装置通过下面方法改变余隙容积：根据进气歧管压力的改变，由电动机使缸体升高和降低，而该进气歧管压力被认为是发动机负荷的测量值。美国专利5562069公开了一种通过液压装置来致动的相同发明，但是它没有公开用来改变压缩比的环境或触发装置。

3.美国专利5605120公开了一种可旋转的偏心曲轴轴承，该轴承在发动机的工作期间要求可以调整，但是说明书没有提供致动或触发的环境或机构来说明压缩比与工作充量的质量相关。该说明书表明了这样的明显事实：把空气和燃料供给到发动机中需要随着压缩比的改变而进行当场调整，但没有提供装置来实现这些。

4.美国专利4174683公开了一种发动机，该发动机具有可变的进气凸轮正时和可变的压缩比，进气阀打开时间随着压缩比的增大而同时地、相应地、同步地减小，反之亦然，并且通过加速踏板位置来控制。对于这种机构显而易见的是，大气压力所驱动的、加入到气缸中的充量质量是发动机速度和进气阀正时的函数，如说明书所公开的一样，不仅仅是进气阀正时的函数，其结果是，在所公开的环境下的压缩比的改变导致了该压缩比与实际引入的充量质量没有关系。

5.美国专利5255637公开了发动机简图，该发动机具有可变压缩比的机构和可变阀正时及涡轮增压器，该增压器没有废气门。它提出，根据各种发动机传感器改变压缩比和阀正时，这些传感器包括爆燃传感器、速度传感器和进气管压力或增压传感器。

6.美国专利4958公开了一种非常复杂的装置，该装置通过下面方法改变固定的几何尺寸的涡轮增压或增压发动机中的有效压缩比：响应各种发动机条件的传感器而改变阀正时和增压压力，并且通过计算机来致动。

上面的例子没有成功地实现它们的目的，因为它们没有提供装置来合适地使充量质量与所公开的发动机的可变压缩比相结合。

例子1的注意力在于，它借助于格外复杂的装置设法使压缩比与曲轴上的扭矩力联系起来。除了显而易见地应避免的复杂性之外，这个方法具有明显的缺点：即，在一条件存在后，它设法使压缩比与该条件存联系起来。换句话说，这里存在延迟时间，而在该时间期间，触发条件可能已改变了大小。还显而易见的是，在不同负荷条件下的一种充量质量将在曲轴上出生不同的扭矩力。因此这个发明不能实现它的目的。

例子2是基于这样的主张为基础的，歧管压力是发动机负荷的测量值，(并且因此而使充量质量是发动机负荷的测量值)，但是显然地，这充其量只不过是一种近似法，并且这也是一种延迟太多的情况，此时压缩比又与在一种条件存在之后的该条件相匹配，此外，没有装置来预知瞬态变化或改变的方向。这个例子也不能实现其目的，因为没有装置能连续地使充量质量与压缩比相结合。

例子3，说明书表明了这样的明显事实，把空气和燃料供给到发动机中需要同时调整压缩比的改变，但是没有提供装置来实现这些。这个例子也失败了。

例子4，这种机构的明显问题是，大气压力所驱动的、加入到气缸中的充量质量是发动机速度和进气阀正时的函数，如说明书所公开的一样，不仅仅是进气阀正时的函数，其结果是，在所公开的环境下的压缩比的改变导致了该压缩比与实际加入的充量质量没有关系。这个例子也失败了。

例子5由于相同的原因也失败了。

本实施例通过下面方法设法提高柴油机的效率：在柴油机中，提供装置来合适地改变余隙容积和所加入的空气质量，从而在所有功率设定值上保持高效率。

本实施例提供了一种正排量型内燃机，该种内燃机通常称为往复活塞式发动机，在使用时，其几何尺寸可以改变，从而提供了一种可变工作容积/余隙容积比，所述工作容积/余隙容积比在下文中称为压缩比。本实施例还提供了至少一种正排量空气泵，该空气泵具有这样的排量容积或工作容积：在使用时该排量容积或工作容积可以改变。所述泵设置成通过所述发动机来驱动，而该泵的驱动速度恒定地与所述发动机速度成比例。用来改变空气泵的排量大小的机构机械地或通过伺服机构连接到用来改变所述发动机的压缩比的机构上，因此所述空气泵的排量和所述发动机的压缩比可以逆向改变，或换句话说，当空气泵的排量增加时，发动机的压缩比减少，反之亦然，从而在空气泵所排出的空气质量和发动机的压缩比之间保持恒定的关系，在压缩之后，使燃烧室压力处于柴油机运转在最佳压缩时的典型压力。也可以设置连接机构或伺服机构，该连接机构或伺服机构把变容泵和变压缩比发动机的工作连接到发动机的燃料喷射泵中，从而使所有的三个工作容积即燃料容积、所加入的空气容积和发动机余隙容积之间保持恒定的关系，从而使所用三个容积之间在整个发动机的功率设定值范围上保持最佳关系。

为了使它更加简明，因此空气泵的排量大小、发动机的压缩比和所喷射的燃料容积之间的关系基本上在所有的功率和发动机速度设定值上是恒定的。

本实施例还提供了，借助于直接连接或借助于伺服马达而连接到加速踏板或类似装置上，在使用时使空气泵的排量、发动机的压缩比和燃料喷射泵的改变装置可以改变，从而有利于改变发动机的功率大小或设定值。

在没有改变上面这些的情况下，在另一实施例中，不必是优选实施例，本发明提供了一种由废气驱动的涡轮，该涡轮通过驱动轴连接到减速齿轮箱中，然后把来自减速齿轮箱中的输出连接到变容泵的第二驱动皮带轮上或其它合适的驱动装置中，因此一部分废能事实上作为轴或发动机的输出功率回收了。离心式离合器机构或其它合适的离合器机构设置在涡轮和齿轮箱之间，或设置在齿轮箱和变容泵之间，并且该涡轮和废气管道通过下面方法来成形：一旦到达预定的废气压力和/或温度，各种各样的公知装置的任何一种可以使废气导向涡轮。

在没有脱离上面所公开的实施例范围内，还可以设置装置来调整空气泵的排量大小和发动机压缩比之间的关系，因此可以一再使用各种特性的燃料。此外，还可以设置装置来改变空气泵的排量和发动机的压缩比之间的关系，随着密度大小的改变，空气泵的排量大小相应地改变，因此它可以为每个相关的发动机压缩比位置输送恒定的质量。

在没有脱离这个实施例的范围的情况下，可以使用两个或多个泵，在使用两个或多个泵时，一个或多个泵可以用来提供通过第二进气歧管系统的扫气，在该系统中，独立的歧管可以与独立的进气阀连通，该进气阀被定时并且只用来加入扫气，或另一方面，可以在第一和第二歧管中设置打开和关闭装置，从而首先与扫气连通，然后使空气和燃料的主要质量通到进气阀开口中。在这种情况下，提供扫气的第二空气泵具有它自己的容积，该容积可以改变，从而提供了与发动机的可变余隙容积的恒定关系，同时第一空气泵使它的容积相应地减少，因此两个泵所提供的总质量构成这样的充量质量：该充量质量适合于功率设定值加上扫气过程中损失掉的任何部分。

尽管本实施例的范围适用于任何结构的变容式正排量泵并且也适用于任何公知的可变压缩比发动机(如发动机适合于用柴油)，但显而易见的是，对于实用的、有效的任何变容泵而言，还一定得提供可变工作容积/余隙容积比，因此余隙容积总是应该如实际一样接近0。除了实用和有效之外，任何这种泵也应该使这种简单、可靠的结构的重量较轻。

在特别优选的实施例中，使用了图5所公开的泵。

该领域的任何工作人员应该知道，变容泵可以以相对所述发动机是恒定的相对速度运转，并且最大排量适当地改变。拘句话说，如果泵以是另一泵速度的两倍的速度进行运转，那么该泵可以具有该另一泵的一半的最大排量。

在优选的形式中，发动机的压缩比可以在适合于传统增压的较小比值和下面这样的较大比值之间进行改变：该较大比值适合于得到使发动机运转在最小功率设定值上所需要的充量质量的最佳压缩压力，该压缩压力与发动机一起使用，并且变容式泵的容积应该在下面这样两种容积之间进行改变：一种容积向发动机提供足够小的充量，从而在较小的功率设定值上使发动机保持工作，而另一种容积将向发动机提供足够的质量，在压缩之后，当发动机处于最小压缩比时，该质量被压缩到适合于在整个做功冲程中得到较高的平均有效压力的压力。

应该知道，本实施例不需要可变阀正时，并且除了在上面所设置的这些情况之外：两个或多个泵提供了充量比例，而这些充量比例具有不同的性能和应用，减少了对其它复杂的、昂贵的结构如多个进气阀的需要。其原因是，发动机在所有工作情况下提供有这样的充量质量：该充量质量与所需要的功率设定值相适应，并且使用独立的泵来提供扫气，这种扫气在所有的发动机速度下都十分完全。这是因为，在任何功率和速度设定值下，歧管压力可绝对稳定在这样的点上：即，该点可加入精确的充量质量或所需要引入的扫气容积。还应该知道，本实施例提供了物理装置来保持不变的高效率，而不需要复杂的电子发动机布置系统。

控制系统

参照图7.1，它图解了第一变容装置49，在这种情况下，该装置49包括第三实施例的改进的斜轴装置27，其中，它的出口48把空气充量喷射到内燃机(未示出)的进气歧管50中。参照图2，内燃机包括变容室21，而该变容室21常常包括位于气缸布置内的活塞，如图1所示一样。

在这种情况下，伺服马达51借助于控制信号使控制棒42进行工作，而这些控制信号是从以微型计算机为基础的控制组件52中接受到的。伺服马达51控制该控制棒42的两度自由度，因此独立地调整第一独立设定值和第二独立设定值，该第一独立设定值包括可变容积36的余隙容积，而第二独立设定值是可变容积36的任何一个循环中的工作容积的最大值。

叶片旋转轴31通过电动机53来旋转，而该电动机53借助于控制组件52来驱动并且进行速度控制。

因此，控制组件52在控制时具有这样的能力：它控制第一变容装置49的三个参数，即：

i.充量的余隙容积；

ii.充量的工作容积；

iii.可变容积36的旋转速度和空气充量的输送频率。

这种布置明显地控制了喷射到进气歧管50中的空气充量。使用这种控制度有利于结合发动机布置系统和其它检测布置，而其它检测布置检测进气歧管50所提供的发动机情况，并且尤其地检测可变容积21的情况，从而使这些室内的燃烧特性最佳化。

上面只是描述了本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，显而易见的是，在没有脱离本发明的范围和精神实质的情况下可以进行变形。

Claims (29)

1.一种发动机系统，该系统包括发动机，该发动机具有至少一个用来燃烧燃料的变容室；所述发动机还具有装置，用来可移动地密封所述室，从而限制出容积，在所述容积内燃烧所述燃料期间，该容积用来容纳所述燃料，从而至少把所述燃烧所释放出来的一些能量转换成所述发动机的工作部分的机械运动；所述发动机系统还包括流体推动装置，该装置推动氧化流体与所述容积内的所述燃料进行接合。

2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，用来可移动地密封的所述装置包括活塞。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述工作部分包括所述活塞。

4.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，用来可移动地密封的所述装置包括转子。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述工作部分包括所述转子。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，用来可移动地密封的所述装置包括斜轴装置的第一部分盘形件。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述工作部分包括所述第一部分盘形件。

8.如权利要求1到7任一所述的系统，其特征在于，所述流体推动装置包括压缩机系统。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述压缩机系统包括旋转装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述旋转装置包括变容室，该室具有未扫过部分和扫过部分；所述旋转装置还包括用来调整所述未扫过部分的第一独立设定值装置和用来调整所述扫过部分的第二独立设定值装置。

11.如权利要求8或9或10所述的系统，其特征在于，所述压缩机系统直接由所述工作部分驱动。

12.如权利要求8或9或10所述的系统，其特征在于，所述压缩机系统通过与所述工作部分无关的动力源驱动。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述压缩机系统通过电动机来驱动。

14.一种具有至少一个变容室的压缩机系统；所述压缩机还具有这样的装置：该装置可移动地密封所述室，从而限制出容积，从而在所述容积内压缩流体。

15.如权利要求14所述的压缩机系统，其特征在于，所述变容室包括未扫过部分和扫过部分。

16.如权利要求15所述的压缩机系统，其特征在于，还包括用来调整所述未扫过部分的容积的第一独立设定值装置。

17.如权利要求15或16所述的压缩机系统，还包括用来调整所述扫过部分的容积的第二独立设定值装置。

18.一种具有至少一个变容室的旋转装置，在所述装置的工作期间，所述室的容积循环地进行改变；所述变容室包括余隙容积部分；在所述装置的每个工作循环期间，所述余隙容积部分的容积保持在预定的恒定容积；所述变容室还包括工作容积部分；在所述装置的每个工作循环期间，所述工作容积部分的容积循环地从0容积改变到预定的最大容积；

所述装置包括第一独立设定值装置，从而设定所述余隙容积部分的容积；所述装置包括第二独立设定值装置，从而设定所述工作容积部分的所述预定最大容积。

19.如权利要求18所述的旋转装置，还包括位于所述第一独立设定值装置和所述第二独立设定值装置之间的连接装置。

20.如权利要求19所述的旋转装置，其特征在于，所述连接装置包括导槽。

21.一种旋转装置，该旋转装置包括至少一个变容室。

22.如权利要求21所述的旋转装置，其特征在于，所述至少一个变容室包括未扫过部分和扫过部分。

23.如权利要求22所述的旋转装置，其特征在于，第一独立设定值装置可以改变所述未扫过部分的容积。

24.如权利要求22或23所述的旋转装置，其特征在于，第二独立设定值装置可以改变所述扫过部分的容积。

25.如权利要求21到24任一所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置包括斜轴装置。

26.如权利要求25所述的旋转装置，所述装置包括改进的斜轴装置，所述改进的斜轴装置包括：壳体；

所述壳体内的叶片板，该叶片板可以绕着叶片旋转轴线进行旋转；

至少一个局部盘形件，它可以在所述壳体内绕着局部盘形件旋转轴线进行旋转；

所述至少一个局部盘形件在至少部分所述叶片板、所述部分盘形板和所述壳体之间限制出可变工作容积；

所述工作容积在所述旋转装置的工作期间循环地进行改变。

27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述工作容积根据所述叶片旋转轴线和所述部分盘形件旋转轴线之间的偏移角度进行循环改变。

28.一种组件，该组件包括至少第一变容装置，该第一变容装置与第二变容装置处于流体连通。

29.如权利要求28所述的组件，其特征在于，所述至少第一变容装置包括腔室，该腔室具有扫过部分和未扫过部分。

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