CN1846046A - 往复式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内燃机(1010或2000)。该内燃机包括壳体(1013或1068)以及布置在壳体上的活塞组件(6、1012和2038)，活塞组件相对于壳体基本静止，气缸(1、1014和2040)可运动地布置在壳体内，燃烧室(20、1033和2064)布置在活塞组件和气缸之间。

Description

往复式内燃机

发明领域

本发明通常涉及内燃机，特别是涉及具有基本静止活塞的往复式内燃机。

发明背景

如本领域公知，内燃机是用于将热能转换成机械功的机器。在内燃机中，当活塞在腔室内滑动时，引入燃烧室内的燃料-空气混合物被压缩。用于点火的高电压施加在安装于燃烧室内的火花塞上，以便产生电火花，从而使燃料-空气混合物点火。所形成的燃烧将在腔室内向下推动活塞，从而产生力，该力可转变成旋转输出。

这样的内燃机有多个问题。首先，因为多个活动部件，该发动机的装配昂贵。而且，因为活动部件，该发动机由于在活动部件之间的摩擦磨损而缩短使用寿命。而且，因为很多部件，该发动机很重。而且，以前开发的内燃机并不能在排气排出至外界环境之前充分利用包含在排气中的所有可用能量，从而降低效率。另外，以前开发的发动机只能根据背压来打开废气门阀，而不能根据发动机的功率设置或发动机的RPM，从而降低了废气门阀的效果。而且，以前开发的内燃机并不将燃料直接喷射在排气阀上，因此导致排气阀过早损坏和/或增加了设计和冷却排气阀所花费的成本。此外，以前开发的内燃机并不能将火花塞或喷嘴定位在发动机的活塞上，因此将这些装置的布置位置局限于可能不希望的位置。

因此需要一种内燃机，它不仅产生很高的功率-重量比，而且制造经济，具有很高程度的可靠性，有比目前的往复运动发动机更少的活动部件，并且高效。

发明内容

这里提供了根据本发明形成的内燃机的一个实施例。该内燃机包括壳体和布置在该壳体内的活塞组件，其中，活塞组件相对于壳体基本静止。内燃机还包括：气缸，该气缸可运动地布置在壳体内；以及燃烧室，该燃烧室布置在活塞组件和气缸之间。

还提供了根据本发明形成的内燃机的另一实施例。该内燃机包括布置在壳体内的活塞组件以及可运动地布置在壳体内的气缸。内燃机还包括排气回收腔室，该排气回收腔室布置在气缸和壳体之间，排气回收腔室用于接收在内燃机中产生的排气，以便帮助使气缸运动。

还提供了根据本发明形成的内燃机的又一实施例。该内燃机包括壳体和布置在该壳体内的活塞组件。内燃机还包括：气缸，该气缸可运动地布置在壳体内；以及废气门阀，该废气门阀与气缸流体连通。废气门阀可运动至释放位置和关闭位置，在该释放位置，将引导在气缸中产生的排气过早地从内燃机释放，而在该关闭位置，将防止排气过早地从内燃机释放。

附图的简要说明

通过下面的详细说明并参考附图，将更容易和更好地了解本发明的前述方面和很多附加优点，附图中：

图1A是表示根据本发明形成的内燃机的线性和旋转位移的视图；

图1B表示了根据本发明形成的内燃机的运动和公共中心点；

图2是根据本发明形成的内燃机的侧剖图，表示了与第二组气缸垂直地延伸的第一组气缸，其中，各组气缸与往复运动和旋转机构接触；

图3是根据本发明形成的内燃机的一部分的剖视图，表示了排气口、进气口以及往复运动和旋转机构；

图4是根据本发明形成的内燃机的剖视图，表示了气缸、进气口和排气口；

图5是根据本发明形成的内燃机的剖视图，表示了气缸轴颈销槽、排气口、壳体和气缸环；

图6是根据本发明形成的内燃机的活塞的剖视图，表示了活塞环和火花塞或喷嘴孔；

图7是根据本发明形成的内燃机的剖视图，表示了壳体、排气口和气缸环；

图8A是根据本发明形成的内燃机的预压缩板的俯视图；

图8B是根据本发明形成的内燃机的预压缩板的端视剖视图；

图8C是根据本发明形成的内燃机的预压缩板的端视剖视图；

图9是根据本发明形成的内燃机的侧剖图，表示了燃料-空气混合物进入燃烧室以及排气通过排气口排出；

图10是根据本发明形成的内燃机的侧剖图，表示了安装在往复运动和旋转机构的端部上的动力输出轴；

图11是根据本发明形成的内燃机的剖视图，表示了发动机的主要部件；

图12是根据本发明形成的内燃机的侧剖图，表示了发动机的主要部件，其中有安装在气缸上的过压阀；

图13是根据本发明形成的内燃机的剖视图，表示了安装在往复运动和旋转机构的一端上的减速板(reduction plate)；

图14是根据本发明形成的内燃机的侧视图，表示了动力输出轴颈；

图15是根据本发明形成的内燃机的端视图，表示了簧片阀组件；

图16表示了根据本发明形成的内燃机的气缸运动；

图17表示了根据本发明形成的内燃机的气缸组件的运动；

图18是根据本发明形成的往复运动内燃机的透视图，表示了发动机体和相关部件，例如安装在发动机体上的控制板壳体和进气歧管；

图19是图18中所示的内燃机的俯视平面图；

图20是图18中所示的内燃机的侧视平面图；

图21是图18中所示的内燃机的俯视平面图，其中切除了发动机体的一部分，表示了往复运动气缸衬套，该气缸衬套接收相对的一对基本静止活塞；

图22是图21中所示的一个基本静止活塞的一个实施例的正视图；

图23是图21中所示的往复运动气缸衬套的一个实施例的剖视图；

图24是图21中所示的往复运动气缸衬套的一部分和相关部件的局部剖视图，表示了当开始热力学循环的压缩部分时的往复运动气缸衬套；

图25是图21中所示的往复运动气缸衬套和相关部件的局部剖视图，表示了当往复运动气缸衬套转变成热力学循环的膨胀部分时相对于所示基本静止活塞处于上死点(TDC)的往复运动气缸衬套；

图26是图21中所示的往复运动气缸衬套和相关部件的局部剖视图，表示了当气缸衬套转变成热力学循环的扫气部分时的往复运动气缸衬套，由靠近基本静止活塞冠部的多个进气口开口和排气阀开口来标记；

图27是图21中所示的往复运动气缸衬套和相关部件的局部剖视图，表示了当往复运动气缸衬套在进气口完全打开和排气阀完全打开的情况下进行扫气时相对于所示基本静止活塞处于下死点(BDC)的往复运动气缸衬套；

图28是图18的往复运动内燃机的局部剖视图，该剖面基本沿曲柄-凸轮的中心线，以便与第一气缸衬套的中心线共面，并垂直地经过第二气缸衬套的中心线(该第二气缸衬套定向成与第一气缸衬套垂直)；

图29是根据本发明形成的、图28中所示的曲柄-凸轮的一个实施例的透视图；

图30是图29中所示的曲柄-凸轮的仰视图；

图31是图29中所示的曲柄-凸轮的正视图；

图32是图31中所示的曲柄-凸轮的侧视图；

图33是表示曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的线性和旋转运动的示意正视图；表示了处于完全伸出位置的第一垂直定向气缸衬套和处于中间冲程位置的第二水平定向气缸衬套，其中，在一对曲柄轴颈之间的距离进行了夸大，以便更好地表示气缸衬套的运动；

图34是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图35是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转30°，表示了线性向下运动的第一垂直定向气缸衬套和线性向左运动的第二水平定向气缸衬套；

图36是图35中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图37是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转90°，表示了处于中间冲程位置的第一垂直定向气缸衬套和处于完全伸出位置的第二水平定向气缸衬套；

图38是图37中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图39是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转150°，表示了线性向下运动的第一垂直定向气缸衬套和线性向右运动的第二水平定向气缸衬套；

图40是图39中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图41是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转180°，表示了处于完全伸出位置的第一垂直定向气缸衬套和处于中间冲程位置的第二水平定向气缸衬套；

图42是图41中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图43是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转210°，表示了线性向上运动的第一垂直定向气缸衬套和线性向右运动的第二水平定向气缸衬套；

图44是图43中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图45是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转270°，表示了处于中间冲程位置的第一垂直定向气缸衬套和处于完全伸出位置的第二水平定向气缸衬套；

图46是图45中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图47是是图33中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意正视图，其中，曲柄-凸轮绕第一旋转轴线从图33中所示的位置旋转360°，表示了处于完全伸出位置的第一垂直定向气缸衬套和处于中间冲程位置的第二水平定向气缸衬套；

图48是图47中所示的、曲柄-凸轮与安装的第一和第二气缸衬套的示意侧视图；

图49是适用于本发明所示实施例的曲柄-凸轮、向外驱动(out-drive)齿轮、向外驱动减速齿轮(reduction gear)和动力输出凸缘的分解图，其中，向外驱动齿轮以剖视表示，向外驱动减速齿轮以局部剖表示；

图50是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮基本沿图49中的剖面线50-50的的端视平面剖视图；

图51是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮的端视平面图，其中，向外驱动减速齿轮从图49中所示的位置旋转1/16圈；

图52是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮的端视平面图，其中，向外驱动减速齿轮从图49中所示的位置旋转1/8圈；

图53是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮的端视平面图，其中，向外驱动减速齿轮从图49中所示的位置旋转1/4圈；

图54是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮的端视平面图，其中，向外驱动减速齿轮从图49中所示的位置旋转3/8圈；

图55是图49中所示的向外驱动齿轮、向外驱动减速齿轮、动力输出凸缘和曲柄-凸轮的端视平面图，其中，向外驱动减速齿轮从图49中所示的位置旋转1/2圈；

图56是根据本发明形成的直接向外驱动装置和滑块的端视平面图；

图57是图56中所示的直接向外驱动装置和滑块的分解俯视图；

图58是图56中所示的直接向外驱动装置和滑块的分解侧视图，另外还表示了直接向外驱动适配器；

图59是图58中所示的直接向外驱动装置、滑块和直接向外驱动适配器的端视平面图；

图60是图59中所示的直接向外驱动装置、滑块和向外驱动适配器的端视平面图，其中直接向外驱动装置从图59中所示的位置旋转90°。

图61是图59中所示的直接向外驱动装置、滑块和向外驱动适配器的端视平面图，其中直接向外驱动装置从图59中所示的位置旋转180°。

图62是图59中所示的直接向外驱动装置、滑块和向外驱动适配器的端视平面图，其中直接向外驱动装置从图59中所示的位置旋转270°。

图63是根据本发明形成的压缩比和功率设置控制系统的一个实施例的局部示意图；

图64是图21中所示的一个往复运动气缸衬套和相关部件的局部剖视图，表示了当设置为高压缩比、低功率设置位置时相对于基本静止活塞处于TDC位置的往复运动气缸衬套；

图65是图21中所示的一个往复运动气缸衬套和相关部件的局部剖视图，表示了当设置为高压缩比、低功率设置位置时相对于基本静止活塞处于BDC位置的往复运动气缸衬套；

图66是根据本发明形成的柴油往复运动内燃机的可选实施例的等距视图，该柴油往复运动内燃机有排气回收能力，表示了发动机体和相关部件，例如安装在该发动机体上的排气回收阀驱动组件、排气组件、进气歧管和压缩比控制系统；

图67是图66的柴油往复运动内燃机的剖视图，该剖面基本沿图66的剖面线67-67，该剖视图表示了相对于第一活塞组件处于上死点位置和相对于第二活塞组件处于下死点位置的气缸；

图68是图67的柴油往复运动内燃机，其中，气缸运动至基本中点位置，在该位置处，气缸定位成离第一和第二活塞组件基本等距离；

图69是图67的柴油往复运动内燃机，其中，气缸运动成这样，即气缸相对于第一活塞组件处于下死点位置，相对于第二活塞组件处于上死点位置；

图70是图66的柴油往复运动内燃机的旋转阀和相邻的相关部件的剖视图，该剖面基本沿图66的剖面线70-70；

图71是根据本发明形成的往复运动内燃机的可选实施例的剖视图，其中，该可选实施例是改变成通过汽油运转的、图66的柴油往复运动内燃机，该剖视图表示了相对于第一活塞组件处于上死点位置和相对于第二活塞组件处于下死点位置的气缸。

具体实施方式

根据本发明形成的内燃气缸机适于以两循环原理来工作。本发明发动机通过使用各双气缸壳体9的双气缸1而与目前可用的发动机不同。气缸轴颈销2穿过双气缸1的中心。气缸轴颈销2合适地布置在轴承(滚柱轴承或其它轴承)10。气缸轴颈销2可转动。连杆并不存在。

排气口3和进气口4位于气缸内孔的相对端上。如图11中所示，排气口3和进气口4垂直间开。这与已知两冲程发动机的径向相对进气口和排气口不同。

进气口4能够环绕气缸的整个周边布置。排气口3可用位于气缸直径的两侧。

参考图5和8，排气口3位于气缸壳体9的两侧。排气口中心定位，并当气缸处于下死点位置时交替共用两个双气缸的排气口3。

发动机还包括活塞6。活塞6为静止，且并不是发动机的运动部件。活塞6能够调节成不同的压缩比。

活塞6包含火花塞或者喷嘴孔8和活塞环7。喷射孔8适于可选实施例的发动机，例如柴油发动机。

下面参考图6，活塞6的端部包括至少一个活塞环7。活塞6该端的直径基本等于气缸的直径。它沿长度的其余部分优选是有更小的直径。活塞6的中心局部空心，以便容纳火花塞或喷嘴孔8。

双气缸8的开口端包括安装在它上面的环形预压缩板13。预压缩板13和活塞环7与气缸壁啮合，以便确定在它们之间的密封件。各预压缩板13与它的气缸固定在一起，并在活塞6上在上死点和下死点之间滑动。

预压缩板13主要负责进气循环的不同步骤。

下面参考图11，双气缸壳体9包括进气腔室17。进气腔室17由气缸壳体板15封闭。气缸壳体板15安装第一簧片阀组件14和活塞6。

各双气缸壳体9有位于气缸各侧的狭槽18。各狭槽18的中心沿气缸内孔线。狭槽18成通路形式，这样，穿过双气缸壳体9延伸的气缸轴颈销2在它的整个冲程长度上自由滑动。

还参考图11，两个双气缸壳体9以90度角连接在一起。该对双气缸壳体9定位成这样，即狭槽18以相同角度彼此相对，并有相同的中心点，如图1所示。

参考图11和12，两个气缸轴颈销2以曲轴形式彼此偏心连接，这样，它们的中心线间开一半冲程距离。在气缸轴颈销2的两端是动力输出轴，该动力输出轴通过动力输出(“PTO”)轴颈11而与销2连接。PTO轴颈11的中心定位在位于连接气缸轴颈销2的中心线中间的线上。

PTO轴颈11可以设置在位于PTO轴12内的轴承10中。PTO轴12的中心线与马达组件的中心线匹配，如图2所示。

气缸轴颈销2以直线运动冲程距离，并由双气缸组件、狭槽18和气缸壳体9的90度角连接件来引导。整个气缸销组件同时自身环绕PTO轴12中心线旋转。因此，气缸轴颈销组件有两个旋转轴。第一旋转轴线由穿过气缸轴颈销组件的拉长方向延伸的纵向轴线来确定。第二旋转轴线垂直确定在气缸冲程长度端部之间的中间点处。

直线运动转变成圆周运动的根据如下：

图1：具有相同长度的两条线AB和CD在各线的中点E处以直角(90度)彼此交叉。等于AB或CD长度的一半的线ab运动成使它的点a在线CD上从点C至D并返回。同时，点b在线AB上从A运动至B并返回。这演示了相连的气缸轴颈销2的直线运动。因此，位于线ab中点处的点x沿圆运动。这演示了PTO轴颈11的圆运动。PTO轴颈11使得PTO轴12旋转。

在燃烧冲程过程中，空气或空气/燃料混合物通过第一簧片阀组件14进入进气腔室17。进气腔室17优选是大于实际气缸排量。

在压缩冲程过程中，安装在双气缸1上的预压缩板13通过位于预压缩板13中的第二簧片阀组件16而将空气或空气/燃料混合物传送至预压缩腔室内。

通过位于气缸壳体和活塞轴中的传送口21也可以进行相同操作，如图11所示。在燃烧冲程中，空气/混合物在接近下死点位置时通过进气口4进入气缸腔室20。它通过已经打开的气缸排气口3而将其余的气体从燃烧室推出，在该位置时，该气缸排气口3与位于气缸壳体9中的排气口匹配。

当气缸1开始压缩冲程时，进气口4关闭，排气口3停止匹配，气缸腔室20密封。由于过大尺寸的进气腔室17，气缸腔室20获得的进料与增压发动机或涡轮增压发动机相当。一旦节流阀完全打开，它总是处于最低rpm。

通过省略连杆以及它环绕曲轴的相应运动，在气缸壁上的摩擦力减小。活塞速度(这时为气缸速度)的曲线图适于在任何rpm下变化。

燃烧压力也更好，并能更高效地将能量转变成机械功率。

图12表示了对于垂直活塞-气缸结构的相同原理。

图13所示与图2相同，只是有不同尺寸。

在图14中，过压阀22位于第二簧片阀组件16的簧片阀之间。在达到特定预压缩之后，多余的预压缩空气/燃料放回至进气腔室17中。

与工作高度或发动机rpm无关，只要达到调节预压缩，发动机将提供它的全部马力和扭矩范围。

一个或多个气缸壳体通气孔21位于预压缩腔室19的底部。通气孔21越过压缩机簧片阀23而通向位于发动机或汽车(发动机安装在该汽车内)上任意位置处的空气软管连接件。在柴油发动机中，多余的空气可以在发动机的正常工作过程中由任意一个或所有气缸用于压缩机目的。

在汽油发动机中，只有一部分气缸要求能够这样使用。这时，用于这些特殊气缸的空气必须从旁路绕过化油器。

在燃料喷射气体发动机中，并不需要旁路，只要切断用于该气缸的喷嘴。

这保证只有空气被压缩。

一部分气体发动机保持继续工作，并向选定的压缩机部分提供动力。在不需要压缩机，且空气软管或其它器具断开之后，通气孔自动关闭，发动机的所有气缸都转回正常工作。

参考图13，齿轮24安装在PTO轴颈11上。齿轮24象PTO轴颈11和气缸轴颈销2一样绕它自身旋转。同时，它以其中心线环绕动力输出轴12(内部齿环25安装在该动力输出轴12上)的中心线的方式旋转。

当齿轮25旋转360°时，它必须使它的齿两次与齿环的齿凸出啮合(cam)。

通过调节直径和可能包括的齿数，实际发动机rpm可以与合适PTO轴12有不同的减速比。在图13的实例中，PTO轴颈11上的齿轮24有30个齿。在PTO轴12上的齿环25有40个齿。当气缸销组件和齿轮24绕它的中心线旋转一个360°时，齿轮必须与齿环25上的60个齿凸出啮合。齿环25只有40个齿，因此它必须在处理中旋转20个齿的距离，它等于PTO轴12转180°。从而获得2∶1rpm的减速比。

图16和17表示了四气缸发动机的仅有的三个主要运动部件：两个双气缸1和具有两个气缸销2和PTO轴颈11的气缸销组件。步骤一至八演示了在四分之一冲程增量中的一个360°旋转。发动机可以有比四个更多或更少的气缸。

化油器、燃料喷射器或附加使用的涡轮增压器、压缩机和鼓风机的所有已知系统都可以用于该发动机(它们为必须的或者并不必须)。还有，所有已知类型的点火系统、润滑系统、冷却系统、排放控制系统和其它已知的发动机相关系统都可以采用，因此在本发明的范围内。

图18-65表示了根据本发明形成的往复运动内燃机1010的可选实施例。发动机1010与普通的往复运动内燃机不同，其中，发动机1010使得相互垂直定向的两个气缸衬套分别在相对的一对“基本静止”活塞1012a和1012b以及1012c和1012d之间往复运动。在该详细说明中，术语“基本静止”的意思是部件尽管可能能够进行一些运动，但是并不根据发动机的曲轴或类似部件而运动，如普通发动机的活塞、曲轴、连杆或阀。换句话说，基本静止部件的运动是可相对于发动机的曲轴或类似部件单独和独立驱动的。

在图18-65所示的实施例中，多个部件彼此相同，例如活塞1012a、1012b、1012c和1012d以及各双气缸衬套1014a和1014b。因此，计划采用这样的编号，其中，相同结构的部件由随后跟着选定字母的相同参考标号来表示，以便使它们与相同的对应物区分。应当知道，在上下文允许的情况下，在下面的说明书对具有相同对应物的一个部件的元件的介绍也可用于该相同对应物的相应元件。

下面将参考图18-20介绍根据本发明形成的一个图示实施例的发动机体1013和该发动机体的其它相关外部部件。发动机体1013优选是为八边形体结构，具有与底端平表面1148相对的上端平表面1146，并有内部空腔，用于容纳活塞、气缸以及在它们之间的其它相关部件。发动机体1013由刚性材料(例如钢、铸铁或铝)通过本领域已知的技术(例如机械加工和/或铸造)而形成。两个进气歧管1138和四个正方形安装板1136固定在发动机体1013的侧壁上。壳体安装板1144与各安装板1136连接，控制板壳体1320连接在各壳体安装板1144上。

下面将参考图18和21介绍壳体安装板1144。壳体安装板1144用作绝缘体，阻止在发动机体1013中产生的热量传递给压缩比和功率设置控制系统1300(后面将更详细介绍)的各个部件。为了阻止传热，壳体安装板1144包含内部空腔1324。内部空腔1324通过限制在压缩比和功率设置控制系统1300的部件与安装板1136之间的接触来阻止传热。而且，壳体安装板1144包括四个冷却口1326，这些冷却口1326与内部空腔1324和外部环境连通，以便使加热的空气能够与外部冷却空气交换。

再参考图18-20，各个活塞1012的远端以及与压缩比和功率设置控制系统1300相连的上部腔室管道1312从控制板壳体1320上凸出。也与压缩比和功率设置控制系统1300相连的底部腔室管道1314从壳体匹配板1144上凸出。排气口1142可以根据情况位于控制板壳体1320的上面或下面。排气口1142与位于发动机体1013内部的排气通道1037(见图27)流体连通，并允许在发动机1010的燃烧室内产生的燃烧产物排出至大气中。优选是，已知的排气收集、处理和/或消音系统(未示出)与排气口1142流体连通地连接。各进气歧管1138包括两个进气口1140。优选是已知的进气系统(可以包括例如化油器和/或过滤器这样的部件)与各进气口1140连接。

下面参考图21，主要注意内燃机1010的内部部件，发动机1010包括两个双气缸衬套1014a和1014b，各双气缸衬套分别在气缸衬套1014a和1014b的相对端中装有两个基本静止的相对活塞1012a和1012b以及1012c和1012d。气缸衬套1014a和1014b相互垂直和偏移地安装在发动机体1013内。气缸衬套1014a和1014b在第一伸出位置和第二伸出位置之间交替往复运动。更具体地说，对于气缸衬套1014a，气缸衬套1014a在第一伸出位置和第二伸出位置之间往复运动，在该第一伸出位置，气缸衬套1014a相对于第一活塞1012b处于上死点(TDC)位置，相对于第二活塞1012a处于下死点(BDC)位置，如图21所示，而在该第二伸出位置，气缸衬套1014a相对于第一活塞1012b处于BDC位置，相对于第二相对活塞1012a处于TDC位置。第二气缸衬套1014b同样在第一伸出位置和第二伸出位置之间往复运动。不过，第二气缸衬套1014b的往复运动与第一气缸衬套1014a的相位差为180°，这样，当第一气缸衬套1014a处于伸出位置时，第二气缸衬套1014b处于中间冲程位置。气缸衬套1014通过曲柄-凸轮1016而相互连接。曲柄-凸轮1016将气缸衬套1014的线性运动转变成旋转运动，如后面更详细所述。

下面将参考图22介绍根据本发明形成的四个基本静止活塞1012中的一个的物理结构。因为活塞1012基本彼此相同，因此，当上下文允许时，对活塞1012a(图22中所示)的介绍应当理解为也是对相应其它三个活塞1012b、1012c和1012d(见图21)的介绍。活塞1012a为空心柱形柱塞，具有同心和垂直地安装在轴1020上的活塞头1018。活塞头1018和轴1020有对齐的内孔，该内孔形成轴向穿过活塞1012的中心延伸的槽道1022。槽道1022能够大大减小活塞1012的重量，同时允许接近布置在活塞头1018内的火花塞1024和/或燃料喷嘴(未示出)。活塞1012包括火花塞或用于在其中安装火花塞1024和/或燃料喷嘴的喷嘴孔1023。

两个压缩环1030周向安装在活塞头1018上。如本领域公知，压缩环1030主要在热力学循环的压缩和膨胀部分过程中防止燃气或燃烧产物经过活塞头1018漏出。尽管未示出，活塞头1018还可以包括滑油控制环，如本领域公知。在压缩环1030附近，活塞头1018的直径基本等于气缸衬套1014的直径。然后，活塞头1018的直径沿活塞头1018的长度逐渐变细，因此，与压缩环间开的活塞头1018部分具有相对较小的直径。

压缩比控制板1026周向安装在轴1020上。压缩比控制板1026可用于在板1026的上部和底部环形表面1025和1027上接收增压控制流体。通过选择提供跨过环形表面1025和1027的压力差，活塞1012a的轴向位置可以相对于发动机体进行调节，以便能够调节发动机的功率设置和压缩比，如后面更详细所述。两个滑油控制环1028周向安装在压缩比控制板1026上，以便防止任何控制流体泄漏。

下面将参考图23介绍与两个上述基本静止活塞1012联合工作的往复运动双气缸衬套1014a。因为双气缸衬套1014基本彼此相同，因此，对气缸衬套1014(图23中所示)的介绍应当理解为也是对其它气缸衬套1014b(见图21)的介绍。双气缸衬套1014a为大致细长柱形结构，具有同心形成于气缸衬套1014a的上部远端中的第一轴向对齐内孔，从而形成用于往复运动地接收活塞1012a(见图21)的第一气缸1032a。在气缸衬套1014a中的第二同心形成、轴向对齐内孔位于气缸衬套1014a的相对底部远端上，从而形成用于往复运动地接收第二活塞1014a(见图21)的第二气缸1032b。气缸1032a和1032b的形状和尺寸设置成以间隙配合关系接收活塞1012a和1012b，如本领域公知。

下面参考图21、23和24，排气阀座1034处于气缸1032的内端或底端。排气阀座1034由本领域公知的技术形成，以便在其中接收排气阀。四个排气通道1036与排气阀座1034流体连通，以便从气缸1032排出排气。阀杆孔1038中心钻孔地穿过气缸衬套1014a。阀杆孔1038的尺寸设置成接收排气阀1052的阀杆。阀弹簧壳体1040与阀杆孔1038连通。阀杆壳体1040的尺寸设置成容纳用于将排气阀偏压至关闭位置的弹簧。曲柄-凸轮壳体1042与阀弹簧壳体1040连通。曲柄-凸轮壳体1042的尺寸设置成容纳曲柄-凸轮，并使它能够在其中旋转。

下面参考图23和28，曲柄-凸轮壳体1042由在离气缸衬套端部等距离的位置处垂直穿过气缸衬套1014a的柱形孔1150而形成。孔1150的半径基本等于从曲柄-凸轮1016的中心线至曲柄轴颈1072的曲柄-凸轮1016外表面的测量距离。该半径尺寸使得曲柄轴颈能够在工作过程中在曲柄-凸轮1042的孔1150内自由旋转。孔1150的直径在其中心处突然成阶梯状向外增大，边缘形成凸耳间隙孔1152。凸耳间隙孔1152的半径等于或大于从曲柄-凸轮的中心线至曲柄-凸轮1016的凸耳1054的远端或峰顶的测量距离。该半径尺寸提供了用于使凸耳1054在曲柄-凸轮壳体1042中自由旋转的足够间隙。

环形预压缩板1044位于气缸衬套1014a的相对远端处。环形预压缩板1044用于压缩燃气和将增压的燃气供给气缸1032，如后面更详细所述。进气口1046在环形预压缩板1044附近。在所示实施例中，进气口1046周向绕气缸1032间开60°间隔；不过，本领域技术人员应当知道，其它结构也适用。进气口1046在工作过程中允许燃气进入气缸1032，以便使气缸1032进行扫气和充装。内部和外部燃气/滑油密封件1048布置在环形预压缩板的内表面和外表面上。密封件1048防止流体经过，如后面更详细所述。

根据上面对往复式双气缸衬套1014和基本静止活塞1012的说明，下面将参考图24介绍在热力学循环的重要事件过程中它们和相关部件的关系。本发明所示实施例的往复运动内燃机1010以两冲程循环工作。因此，曲柄-凸轮1016每转一圈，各活塞1012完成两冲程的热力学循环，单个冲程由气缸衬套1014相对于包含在气缸衬套1014内的基本静止活塞而从TDC位置至BDC位置(或者相反)的运动来确定。因此，气缸衬套1014的每个冲程相对于各活塞1012是做功冲程(也称为膨胀冲程)或压缩冲程。这需要在各做功冲程结束时和在随后的压缩冲程之前快速地执行进气和排气(即扫气)功能。在所示实施例中，曲柄-凸轮1016每转一圈，各活塞1012都进行一个做功冲程，从而导致对于给定RPM，相对于类似设计的四冲程发动机为双倍次数的做功冲程。

还参考图24，气缸衬套1014表示为在热力学循环的压缩部分开始时。更具体地说，气缸衬套1014表示为当它从气缸衬套BDC位置朝着活塞1012运动时。当气缸衬套1014向上运动时，活塞1012完全覆盖进气口1046，从而密封气缸1032。在所示位置，在曲柄-凸轮1016上的排气凸耳1054定向成恰好使阀杆1066离开排气凸耳，从而允许阀弹簧1056将排气阀1052偏压至关闭位置。在该关闭位置，排气阀1052与气缸衬套1014中的排气阀座1034密封啮合，从而防止任何燃气从气缸1032中排出。如上所述，燃气密封容纳于燃烧室1033中，该燃烧室1033由气缸1032的侧壁和底部周边壁以及活塞头1018的端表面或冠1019来确定。

当气缸衬套继续接近活塞时(相对于活塞1012离开它的BDC位置并接近它的TDC位置)，燃烧室1033的容积因此减小，从而压缩包含于其中的燃气。参考图25，当气缸衬套1014到达它对应于活塞1012的TDC位置时或恰好在达到该位置之前，通过已知方式从火花塞1024(见图22)中放出高压火花，从而点燃燃气。当燃气燃烧时，所形成的燃烧产物膨胀，驱动气缸衬套1014远离活塞1012。参考图26，燃烧产物的膨胀继续驱动气缸衬套1014向下远离活塞1012，直到循环中排气阀1052离开它的座1034和进气口1046打开的点，从而开始将燃烧产物从燃烧室1033中扫除。

不过，在将燃烧产物从燃烧室1033中扫除之前，一定容积的新燃气进行增压，以便帮助燃烧室1033的扫气。在所示的本发明实施例中，这通过使环形预压缩板1044扫过进气腔室1064来实现。更具体地说，当气缸衬套1014从图24中所示的位置向上运行至图25中所示的位置时，迫使环形预压缩板1044扫过柱形进气腔室1064。当预压缩板1044向上扫过进气腔室1064时，在进气腔室1064中产生真空，该真空将新的燃气吸入进气腔室1064中。公知的单向簧片阀(未示出)能够使燃气流入进气腔室1064内，同时防止任何燃气或燃烧产物从进气腔室1064中放出。

当气缸衬套1014从图25中所示的位置向下运行至图26中所示的位置(即从TDC位置运行至BDC位置)时，进气腔室1064为密封压力容器，因为进气口1046由活塞1012密封，且单向簧片止回阀防止燃气排出进气腔室1064。当预压缩板1044向下扫过进气腔室1064时，包含在进气腔室1064中的燃气进行压缩，直到通过打开进气口1046而释放至燃烧室1033中。

优选是，进气腔室1064包含的容积大于燃烧室1033的最大排量。在所示实施例中，进气腔室1064比燃烧室的最大排量大三倍，不过本领域技术人员应当知道，进气腔室容积与最大燃烧室容积的其它比例也适用于本发明，例如低至1∶1和直至3∶1或更高。由于进气腔室1064的容积相对于燃烧室1033更大，因此燃气可以处于升高的压力。因此，通过选择进气腔室1064的相对尺寸，也可以获得在升高压力下的燃气，该压力与在增压或涡轮增压的普通发动机中获得的压力类似。与普通增压或涡轮增压发动机(该发动机不能在低RPM时使燃气足够增压，从而导致当发动机到达能够充分增压燃气的升高RPM时发动机性能滞后)不同，即使在低RPM时也产生燃气的增压。

燃烧室1033的扫气开始于做功冲程结束时。做功冲程结束的标志是进气口1046和排气阀1052打开。如图26中所示，这在气缸衬套1014向下离开基本静止活塞1012运动至进气口1046开始打开和排气阀1052开始从它的座1034上升高的点时发生。当进气口1046开始打开时，包含在预压缩板1044下面的进气腔室1064内的增压燃气释放至燃烧室1033内。几乎同时，当曲柄-凸轮1016的凸耳1054与阀杆1066啮合时，排气阀1052开始升高离开阀座1034，从而使排气阀1052朝着基本静止活塞1012运动。因此，当包含在进气腔室1064中的增压燃气通过进气口1046从进气腔室1064释放至燃烧室1033内时，包含在燃烧室1033内的燃烧产物开始从燃烧室1033中扫除。增压燃气进入燃烧室1033将迫使燃烧产物离开气缸衬套1014中的排气通道1036，因为它们与位于发动机体1013中的排气通道1037对齐。

排气通道1037中心地布置在发动机体1013内，并根据气缸衬套1014的位置而交替与气缸衬套1014中的第一对排气通道1036a和第二对排气通道1036b对齐并流体连通。更具体地说，当气缸衬套1014相对于第一活塞1012a处于BDC位置时，与第一活塞1012a相连的第一对排气通道1036a与发动机体1013中的排气通道1037流体连通。当气缸衬套运动至相对于第二活塞(与第一活塞相对)的BDC位置时，与第二活塞相连的第二对排气通道1036b将与发动机体1013中的排气通道1037流体连通。

下面将介绍发动机的操作，气缸衬套1014继续离开基本静止活塞1012a，直到气缸衬套1014到达BDC。在BDC，如图27所示，进气口1046和排气阀1052完全打开。这时，增压燃气高速流入燃烧室1033，从而清除燃烧室1033的燃烧产物，并使燃烧室1033重新充装新鲜燃气。当曲柄-凸轮1016继续顺时针方向旋转经过BDC位置时，排气阀1052到达关闭位置，因为凸耳1054与阀杆1066脱开，且气缸衬套1014朝着基本静止活塞1012运动，从而关闭进气口1046。因此，燃烧室1033完全密封，且包含在其中的燃气开始压缩，从而使循环返回图24中所示位置。

下面将参考图29-32更详细地介绍根据本发明形成的曲柄-凸轮1016。本发明所示实施例的曲柄-凸轮1016起到普通往复运动内燃机中的曲轴和凸轮轴的功能。曲柄-凸轮16包括三个圆形曲柄连接板1070。两个曲柄轴颈1072a和1072b以及两个曲柄-凸轮凸耳1054。曲柄-凸轮1016可以是锻造成一件的钢或其它合适的刚性材料合适可以进行组装，例如通过将单独锻造的曲柄轴颈1072冷缩装配至铸造曲柄连接板1070上。尽管曲柄连接板1070相互同心对齐，但是曲柄轴颈1072彼此相对偏移的距离等于冲程长度的一半，也相对于曲柄连接板1070的中心线1074偏移。

下面参考图21和29-32，曲柄轴颈1072a和1072b彼此相对布置成这样，当第一气缸衬套1014a相对于第一活塞1012b处于TDC关系且相对于第二相对活塞1012a处于BDC关系时，第二气缸衬套1014b离它的相对活塞1012c和1012d等距离。同样，各相应曲柄轴颈1072的曲柄-凸轮凸耳1054朝着相反方向，这样，当第一曲柄-凸轮凸耳1054a使得排气阀1052相对于活塞1012a处于完全打开位置时，另一曲柄-凸轮凸耳1054b离相对基本静止活塞1012c和1012d等距离，因此并不与排气阀的阀杆啮合，从而使相应排气阀处于关闭位置。

本领域技术人员应当知道，压缩与第一活塞1012a相关的燃气的力由与相对活塞1012b相关的气体的膨胀来提供。因此，如本领域技术人员所知，施加在曲柄轴颈1072a上的力是由燃气膨胀产生的膨胀力减去压缩与相对活塞相关的燃气所需的压缩力而形成的力。而且，因为压缩力和膨胀力共线，因此不会由于同时施加膨胀力和压缩力而在曲柄-凸轮1016上产生力矩。因此，本发明的曲柄-凸轮1016可以相对于普通发动机的曲轴(该曲轴并不能通过共线的压缩力来抵销膨胀力)减小尺寸。

下面将参考图29-32和33-48介绍在工作过程中在与曲柄-凸轮1016相关的气缸衬套1014a和1014b之间的关系。参考图33和34，其中，图34是图33中所示的部件的侧视图，第一气缸衬套1014a垂直地安装在第一曲柄轴颈1072a上。第二气缸衬套1014相对于第一气缸衬套1014a垂直地(因此水平地)安装在第二曲柄轴颈1072b上。第一气缸衬套1014a通过发动机体来将运行限制为垂直往复运动通路(由参考标号1100所示的线来表示)。同样，第二气缸衬套1014b通过发动机体来将运行限制为水平往复运动通路(由参考标号1098所示的线来表示)。

气缸衬套1014a和1014b的线性往复运动通过曲柄-凸轮1016转变成旋转运动。更具体地说，曲柄-凸轮1016在两个旋转轴上旋转。第一旋转轴线1074是绕曲柄-凸轮1016的中心线。更具体地说，第一旋转轴线1074由共面、平行且离各曲柄轴颈1072a和1072b的中心线1076a和1076b等距离的线来确定。在工作过程中，曲柄-凸轮1016绕第一旋转轴线1074旋转，同时第一旋转轴线1074还沿环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080旋转。第二旋转轴线1078确定为与第一气缸衬套1014a和第二气缸衬套1014b的中心线都垂直的线，它与各气缸衬套1014a和1014b的冲程中点相交。圆形轨道1080离开第二旋转轴线1078的半径等于冲程长度的四分之一。

仍参考图33和34，气缸衬套1014a表示为处于伸出位置，其中，气缸衬套1014a相对于它的两个相对活塞处于TDC和BDC位置，同时气缸衬套1014b表示为处于中点位置，其中，气缸衬套1014b离它的各相对活塞等距离。这样，第二旋转轴线1078与曲柄轴颈1072b的中心线共线，并与气缸衬套1014b的冲程长度的中点相交。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080而逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b沿气缸衬套1014b的水平运行通路向左线性运动。同样，曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路向下线性运动至如图35和36中所示的结构。

参考图35和36，安装有气缸衬套1014a和1014b的曲柄-凸轮表示为在曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074旋转30°之后。因此，气缸衬套1014a表示为它离开图33和34中所示的伸出位置向下线性运动，且气缸衬套1014b表示为它从图35和36中所示的中点位置向左运行。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向左线性运动。同样，曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路1100向下线性运动至图37和38中所示的结构。

下面参考图37和38，安装有气缸衬套1014a和1014b的曲柄-凸轮表示为在曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074旋转90°之后。因此，气缸衬套1014b表示为相对于它的两个相对活塞处于伸出位置，而气缸衬套1014a表示为处于中点位置，其中，气缸衬套1014a离它的各相对活塞等距离。这样，第二旋转轴线1078与曲柄轴颈1072a的中心线1076a共线，并与气缸衬套1014a的冲程长度的中点相交。当曲柄-凸轮继续绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080而逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b改变方向，这时沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向右线性运动。曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a继续沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路向下线性运动至如图39和40中所示的结构。

下面参考图39和40，安装有气缸衬套1014a和1014b的曲柄-凸轮表示为在曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074旋转150°之后。因此，气缸衬套1014a表示为它离开图37和38中所示的中点位置向下线性运动，且气缸衬套1014b表示为它从图37和38中所示的伸出位置向左运行。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向右线性运动至它的中点位置。同样，曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路1100向下线性运动至图41和42中所示的结构。

参考图41和42，气缸衬套1014a表示为处于伸出位置，其中，气缸衬套1014a相对于它的两个相对活塞处于TDC和BDC位置，而气缸衬套1014b表示为处于中点位置，其中，气缸衬套1014b离它的各相对活塞等距离。这样，第二旋转轴线1078与曲柄轴颈1072b的中心线1076b共线，并与气缸衬套1014b的冲程长度的中点相交。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080而逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向右线性运动。同样，曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a继续沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路向上线性运动至如图43和44中所示的结构。

下面参考图43和44，安装有气缸衬套1014a和1014b的曲柄-凸轮表示为在曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074旋转210°之后。因此，气缸衬套1014a表示为它离开图41和42中所示的伸出位置向上线性运动，且气缸衬套1014b表示为它从图41和42中所示的等距离位置向右运行。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向右线性运动。同样，曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路1100向上线性运动至图45和46中所示的结构。

下面参考图45和46，安装有气缸衬套1014a和1014b的曲柄-凸轮表示为在曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074旋转270°之后。因此，气缸衬套1014b表示为相对于它的两个相对活塞处于伸出位置，而气缸衬套1014a表示为处于中点位置，其中，气缸衬套1014b离它的各相对活塞等距离。这样，第二旋转轴线1078与曲柄轴颈1072b的中心线1076b共线，并与气缸衬套1014b的冲程长度的中点相交。当曲柄-凸轮绕第一旋转轴线1074顺时针旋转，同时第一旋转轴线1074沿中心环绕第二旋转轴线1078的圆形轨道1080而逆时针旋转时，曲柄轴颈1072b和它的相关气缸衬套1014b改变方向，这时沿气缸衬套1014b的水平运行通路1098向左线性运动。曲柄轴颈1072a和它的相关气缸衬套1014a继续沿它的相关气缸衬套1014a的垂直运行通路向上线性运动至如图47和48中所示的结构，因此使发动机返回图33和34中所示的结构，从而相对于各活塞完成一个热力学循环。

下面将参考图28更详细地介绍在曲柄-凸轮1016和气缸衬套1014a和1014b之间的相互关系。图28表示了根据本发明形成的往复运动内燃机1010的局部剖视图。剖面基本沿曲柄-凸轮1016的纵向长度。通过这样进行剖视，垂直定向的气缸衬套1014a沿气缸衬套1014a的中心线剖开。因为气缸衬套1014b定向成垂直于气缸衬套1014a，因此处于水平方向，剖面在气缸衬套1014b的端部之间的中间处横向经过气缸衬套1014b。气缸衬套1014a表示为相对于活塞1012a(未示出)处于BDC结构，且相对于活塞1012b处于TDC关系。

气缸衬套1014b表示为离它的相对活塞等距离。对于这样构成的曲柄-凸轮1016，与曲柄轴颈1072a相关的凸耳1054a和与活塞1012a相关的排气阀1052的阀杆1066a啮合，从而使阀1052升高离开它的座1034。与气缸衬套1014b的曲柄轴颈1072b相关的凸耳1054b表示为等间距地处在相对基本静止活塞的阀杆之间。因为气缸衬套1014b在与气缸衬套1014b相关的相对活塞之间的中点处，因此气缸衬套1014b这时并不进行扫气。因此，在发动机体1013中的排气通道1037设置成也不与气缸衬套1014b的排气通道1036(见图23)流体连通。

下面将参考图49介绍向外驱动系统1094的部件。向外驱动系统1094将曲柄-凸轮1016的往复运动和旋转运动转变成绕动力输出轴1084的中心线的旋转运动。向外驱动系统1094包括向外驱动减速齿轮1082和向外驱动齿轮1086。向外驱动减速齿轮1082还包括沿向外驱动齿轮接收凹口的柱形周边壁布置的内部齿轮齿1090。向外驱动减速齿轮1082通过公知装置(例如紧固件)与动力输出驱动凸缘1080刚性连接。动力输出轴1084垂直和同心地安装在动力输出驱动凸缘1080上。动力输出轴1084的中心线与第二旋转轴线1078共线。向外驱动齿轮1086有外部齿轮齿，该外部齿轮齿形成为和尺寸设置为与向外驱动减速齿轮1082的内部齿轮齿连接。向外驱动齿轮1086有曲柄连接板1070接收凹口1092，该凹口1092形成为和尺寸设置为接收圆形的曲柄连接板1070。曲柄连接板1070通过本领域公知的装置(例如通过紧固件)而与向外驱动齿轮1086的接收凹口1092刚性连接。

根据对向外驱动系统1094的部件的上述说明，下面将介绍向外驱动系统1094的操作。参考图50-55，字母A用作在向外驱动齿轮1086上的任意选定参考点，字母B用作在向外驱动减速齿轮1082上的任意选定参考点。参考字母C表示曲柄轴颈1072b的中心点，因此是气缸衬套1014b(未示出)的中心点，而参考字母D表示曲柄轴颈1072a的中心点，因此是气缸衬套1014a(未示出)的中心点。

下面参考图50，向外驱动齿轮1086布置在向外驱动减速齿轮1082内，这样，向外驱动齿轮1086的外部齿轮齿1088与向外驱动减速齿轮1082的内部齿轮齿1090相互啮合。当向外驱动减速齿轮1082和向外驱动齿轮1086在相互啮合的同时顺时针旋转时，在向外驱动齿轮1086上的参考点D沿水平参考线1098往复运动。参考线1098表示气缸衬套1014b(未示出)的线性路径，是图33-48中所示的相同参考线。同样，参考点D沿垂直参考线1100往复运动。垂直参考线1100表示气缸衬套1014a(未示出)的线性路径，是图33-48中所示的相同参考线。当向外驱动减速齿轮1082和向外驱动齿轮1086顺时针旋转时，参考点D沿参考线1098向右运动，参考点C沿参考线1100向上运动。

下面参考图51，向外驱动齿轮1086顺时针旋转了八分之一圈，而向外驱动减速齿轮1082从图50中所示的结构顺时针旋转了十六分之一圈。由图51显然可知，参考点C和D仍然处在它们各自的参考线1100和1098上，从而保持曲柄轴颈的中心的线性运行通路，因此保持它们安装的气缸衬套的线性运行通路。

参考图52，向外驱动齿轮1086这时顺时针旋转了四分之一圈，而向外驱动减速齿轮1082从图50中所示的结构顺时针旋转了八分之一圈。由图52可知，显然参考点C沿线性参考线1100从图51中所示的位置向上垂直运动，而参考点D沿水平参考线1098从图51中所示的位置向右水平运动。这时，参考点D处于它的“顶点”，因此，相应气缸衬套处于伸出位置，同时气缸衬套相对于与该气缸衬套相关的基本静止相对活塞处于TDC和BDC位置。当向外驱动齿轮1082进一步顺时针旋转时，参考点D从向右运行转变成沿参考线1098向左运行。

下面参考图53，向外驱动齿轮1086旋转了半圈，向外驱动减速齿轮1082旋转了四分之一圈。参考点C这时处于它的顶点；因此，相应气缸衬套处于伸出位置，同时气缸衬套相对于与该气缸衬套相关的基本静止相对活塞处于TDC和BDC位置。当向外驱动齿轮1082进一步顺时针旋转时，参考点C从向上运行转变成沿参考线1100向下运行。

下面参考图54，向外驱动齿轮1086旋转了四分之三圈。向外驱动减速齿轮1082旋转了八分之三圈。参考点C这时处于参考通路1100的中心。该中心位置表示与参考点C相关的气缸衬套这时离与气缸衬套相关的基本静止活塞等距离。因此，参考点D这时处于顶点。因此，与参考点D相关的气缸衬套处于伸出位置，因此相对于与气缸衬套相关的基本静止相对活塞处于TDC和BDC位置。

下面参考图55，向外驱动齿轮1086旋转了一整圈，而向外驱动减速齿轮1082旋转了半圈，如参考点A和B的相关位置所示。在向外驱动齿轮1086转一整圈中，各活塞经过一个完整热力学循环。通过改变所涉及的齿轮齿的直径和可能数目，可以获得发动机RPM与动力输出轴1084的RPM的不同减速比，如本领域技术人员所知。在图50-55所示的实施例中，向外驱动齿轮1086有30个齿，而向外驱动减速齿轮1082有40个齿。在向外驱动齿轮1086旋转一个360°时，向外驱动齿轮1086与向外驱动减速齿轮1082的60个齿凸出啮合。向外驱动减速齿轮1082有40个齿，因此它在处理过程中旋转20个齿的距离，这导致向外驱动减速齿轮1082和安装的轴旋转180°。从而使RPM获得2∶1的减速比。

通常希望有直接向外驱动轴，该直接向外驱动轴以与发动机相同的RPM(或者更具体地说以曲柄-凸轮RPM)旋转。直接向外驱动轴可以用于驱动附件例如配电器。参考图56-58，图中表示了根据本发明形成和适用于本发明的直接向外驱动系统1102。直接向外驱动系统1102包括直接向外驱动适配器1104、直接向外驱动装置1106、直接向外驱动轴1108和滑块1110。这些部件组合工作，以便将曲柄-凸轮的旋转和往复运动转变成直接向外驱动输出轴1108的旋转运动。

下面将介绍直接向外驱动适配器1104的结构。直接向外驱动适配器1104为盘形部件，具有内部(朝向发动机)和外部(朝向背离发动机)环形表面1114和1116。曲柄连接板接收凹口1118形成为靠近内部环形表面1114，其中，一个曲柄连接板1070(见图31)装入和刚性固定在该曲柄连接板接收凹口1118内。驱动轴1112相对于外部环形表面1116垂直和同心安装。驱动轴1112装入位于滑块1110内的孔1120中。

下面将介绍滑块1110的结构。滑块1110通常为矩形块结构，具有弧形端部1122，该环形端部1122形成为与直接向外驱动装置1106的外部圆形周边匹配。滑块1110的长度和宽度选择为与形成于直接向外驱动装置1106中的槽道1124的长度和宽度匹配，从而使得滑块1110能够装入槽道1124中。优选是，对滑块1110和直接向外驱动装置1116的槽道1124(滑块装入该槽道1124内)的接触表面进行抛光处理，以便减小摩擦和磨损。

直接向外驱动装置1106是盘形部件，具有内部(朝向发动机)和外部(朝向背离发动机)圆形平表面1126和1128。用于接收滑块1110的槽道1124形成于内部平表面1126上。直接驱动输出轴1108垂直和同心地安装在外部平表面1128上。

下面将参考图59-62介绍直接向外驱动系统1102的操作。下面参考图59，图中所示为直接向外驱动系统1102的端视平面图，表示了直接向外驱动适配器1104的内部平表面1114(其中除去了曲柄-凸轮)和直接向外驱动装置1106的内部圆形平表面1126。适配器1104的驱动轴1112以虚线表示。表示了滑块1110；不过，滑块1110的主要部分被适配器1104遮挡。字母A是在直接向外驱动装置1106的外周边上的任意选定参考点，而字母B是在直接向外驱动适配器1104上的任意选定参考点。

仍参考图59，直接向外驱动适配器1104的中心由参考标号1130表示。直接向外驱动1106的中心由参考标号1132表示。直接向外驱动适配器1104绕它的中心1130旋转，同时也沿圆形轨道1134绕直接向外驱动装置1106的中心1132旋转，圆形轨道1134的半径等于冲程长度的1/4。

图60表示了从图59所示位置逆时针旋转1/4圈时的直接向外驱动系统1102。图61表示了从图59所示位置逆时针旋转1/2圈时的直接向外驱动系统1102。图62表示了从图59所示位置逆时针旋转3/4圈时的直接向外驱动系统1102。因为参考字母A和B在直接向外驱动适配器1104和直接向外驱动装置1106的旋转过程中保持径向对齐，如图59-62所示，因此本领域技术人员应当知道，适配器1104和直接向外驱动装置1106以相同速率旋转。因此，直接向外驱动轴1108(见图58)可以用于驱动需要以发动机RPM旋转的旋转输入的部件。

由图59-62的解释可知，显然滑块1110在工作过程中并不运动。当发动机的部件构成为具有零工差时将是这样。不过，当孔构成为在选定工差内时(情况通常这样)，滑块1110将在槽道1124内进行稍微运动，从而“吸收”部件的工差，减轻振动和减小部件粘合的可能性。

下面将参考图63介绍本发明所示实施例的压缩比和功率设置控制系统1300。控制系统1300使得能够在工作过程中同时调节发动机的压缩比和功率设置。更具体地说，在低推进状态下，控制系统1300能够使发动机选择地构成为具有在高功率设置(全油门)时的较低压缩比(例如10∶1)以及在低功率设置(空转)时的较高压缩比(例如15∶1)。在高推进状态下，控制系统1300能够使发动机选择地构成为具有在高功率设置(全油门)时的较低压缩比(例如5.6∶1)以及在低功率设置(空转)时的较高压缩比(例如15∶1)。控制系统1300通过选择调节发动机的基本静止活塞1012的轴向位置来控制发动机的压缩比和功率设置，如后面更详细所述。在所示实施例中，通过选择地向周向安装在活塞1012上的控制板1026的上部或底部环形表面1025和1027提供增压流体，可以调节活塞的轴向位置，从而迫使活塞1012沿它的轴进行轴向运动。

控制系统1300的主要部件包括液压泵1302、控制阀1304、控制板1026和控制板壳体1320。液压泵1302通过供给管线1308和返回管线1310而与控制阀1304流体连通。液压泵1302可以为本领域已知的、用于提供增压控制流体的任意合适装置。在工作时，液压泵1302通过供给管线1308向控制阀1304排出增压控制流体例如液压油。同样，返回管线1310使得用过的控制流体返回液压泵1302以便重新增压。

控制阀1304选择地控制该控制流体向控制板壳体1320的流动，从而能够选择地调节基本静止活塞1012的轴向位置。控制阀1304可在三个位置之间驱动。在第一位置，通过供给管线1308而从液压泵1302获得的增压控制流体供给第一口1311，而第二口1313设置成与液压泵的返回管线1310流体连通。在第二位置，流动反转，通过供给管线1308而从液压泵1302获得的增压控制流体供给第二口，而第一口1311设置成与液压泵1302的返回管线1310流体连通。在第三位置，控制阀1304布置在无流动位置，其中，将阻止控制流体从口1311和1313接收或排出。控制阀可通过本领域已知的任意合适装置(例如操作杆1306)而在这三个位置之间驱动。优选是，操作杆1306的位置控制成与功率设置装置(例如油门或气动踏板)的位置直接相关。

控制板壳体1320包括容纳控制板1026的柱形空腔1322。控制板将空腔1322平分成上部腔室1316和底部腔室1318，其中，周向布置在控制板1026的边缘上的滑油控制环1028使得上部和底部腔室1316和1318能够独立增压。附加的滑油控制环1323防止包含在空腔1322内的任何增压流体从中逸出。上部腔室管道1312与上部腔室1316(该上部腔室1316与各活塞1012相关)连接，并与控制阀1304的第一口1311流体连通。底部腔室管道1314与底部腔室1316(该底部腔室1316与各活塞1012相关)连接，并与控制阀1304的第二口1313流体连通。

根据上面对压缩比和功率设置控制系统1300的元件的介绍，下面将介绍它们的操作。还参考图63，当控制阀1304处于第一位置时，从液压泵1302获得的增压流体引入上部腔室1316。增压流体作用在控制板1026的上部环形表面1025上，从而沿活塞1012的轴线向下推动控制板1026和刚性安装的活塞1012至图64中所示的位置。相反，当控制阀1304处于第二位置时，从液压泵1302获得的增压流体引入底部腔室1318。增压流体作用在控制板1026的底部环形表面1027上，从而沿活塞1012的轴线向上推动控制板1026和刚性安装的活塞1012，从而使活塞从图64中所示的结构转变成图63中所示的结构。

调节活塞1012的轴向位置将调节发动机的压缩比。更具体地说，气缸衬套1014的冲程长度保持恒定。因此，通过调节活塞1012的轴向位置，在活塞1012的冠和气缸衬套1014的相对内表面之间的距离在TDC时减小。因此，当气缸衬套到达相对于活塞的TDC位置时，相同容积的燃气压缩成相对更小的最终容积，从而升高了压缩比，如本领域技术人员所知。例如，参考图64并比较图25，这两个图都表示相对于所示活塞1012处于TDC位置，本领域技术人员应当知道，与图25相比，燃烧室的最终容积在图64中大大减小，从而导致在图64中的较高压缩比和在图25中的相对较低压缩比。

参考图65，调节活塞1012的轴向位置也同时调节发动机的功率设置。更具体地说，通过调节活塞1012的轴向位置，进气口1046与燃烧室1033流体连通的程度也在持续时间和表面面积方面进行选择控制。通过控制进气口1046与燃烧室1033流体连通的程度，从而以与普通自然吸气发动机的化油器中的蝶形阀类似的方式来控制供给燃烧室1033的燃气的容积。

参考图65并比较图27，本领域技术人员能够很容易地理解通过调节活塞1012的轴向位置而实现的功率设置和油门效果。参考图65，活塞1012表示为处于高压缩、低功率设置结构，且气缸衬套1014表示为处于BDC位置。如图65中所示，当衬套处于BDC时，进气口1046局部由活塞1012阻塞。下面参考图27，气缸衬套1014也处于BDC。不过，进气口1046这时完全露出，因为活塞1012已经相对于图65中所示的活塞1012位置轴向远离气缸衬套1014。通过使活塞1012线性运动以便局部阻塞进气口1046，进气口1046的表面面积以及进气口1046与燃烧室1033流体连通的持续时间都大大减小。通过减小进气口1046与燃烧室1033流体连通的程度，吸入燃烧室1033内的燃气容积减小，从而使发动机节流成低功率设置。如本领域技术人员所知，发动机可以通过完全阻塞进气口1046而关闭。本领域技术人员显然知道，调节活塞的轴向位置也调节进气处理的正时。

尽管上面对控制系统1300的详细说明介绍了用于起动活塞1012运动的液压系统，但是本领域技术人员应当知道，驱动活塞1012的其它方法也适用于本发明。例如，活塞1012可以由电磁系统或机械装置来驱动，例如凸轮旋转以便选择地定位活塞1012。

与所有内燃机相同，所示的往复运动内燃机1010在工作过程中产生大量的热量，大部分热量是由于燃烧处理，附加热量由气体在气缸衬套内的压缩以及在发动机的运动部件之间的摩擦而产生。在发动机1010内的温度通过冷却系统来保持控制，该冷却系统使得冷却剂通过发动机体内的通道和环绕关键部件来循环，以便除去多余的热量，并平衡由于加热产生的应力。因为内燃机冷却系统的设计和部件为本领域公知，因此为了清楚，并没有表示发动机和冷却系统部件中的冷却通道。

图66-70表示了根据本发明形成的往复运动内燃机2000的可选实施例。发动机2000优选是用于通过柴油燃料源运行的四活塞内燃机。参考图66，内燃机2000在很多方面基本与上述实施例类似，因此为了简明，将着重对发动机2000的、与上述实施例不同的方面进行详细介绍。

图2000包括附加的燃料喷嘴2002(见图67)和活塞衬套组件2034(见图67)。发动机2000还包括排气回收系统2004，用于将排气中存在的压力和热量转变成可用的能量，例如转变成马力。发动机2000包括一对废气门阀组件2006，各废气门阀组件可操作，以便控制废气门阀2008的操作。

在图66-70所示的实施例中，发现很多部件可以处于发动机2000内或发动机2000上的多个位置。因此，通常只更详细地介绍一个部件。本领域技术人员应当知道，基本相同组的部件中的一个部件的介绍可用于该组的所有成员。

下面将参考图66更详细地介绍排气回收驱动系统2010。排气回收驱动系统2010用于将曲柄-凸轮2012(见图67)的动力传递给旋转阀2014(见图67)。底部滑轮2014和顶部滑轮2016与曲柄-凸轮2012连接。第一和第二旋转阀驱动滑轮2018和2020与底部和顶部滑轮2014和2016间开。

第一带2022在底部滑轮2014和第一旋转阀驱动滑轮2018之间延伸，而第二带2024在第二旋转阀驱动滑轮2020之间延伸。各底部和顶部滑轮2014和2016的直径优选是为第一和第二旋转阀驱动滑轮2018和2020的直径的一半。因此，第一和第二旋转阀驱动滑轮2018和2020的转速为底部和顶部滑轮2014和2016的转速的一半，并为曲柄-凸轮2012的转速的一半，底部和顶部滑轮2014和2016连接在该曲柄-凸轮2012上。公知的盖板2030布置在底部和顶部滑轮2014和2016下面。

尽管所示实施例表示了曲柄-凸轮2012通过采用带和滑轮的排气回收驱动系统2010而与旋转阀连接，但是本领域技术人员应当知道，其它系统也可用于使曲柄-凸轮2012与旋转阀连接。作为非限定实例，齿轮、链条等可以用于使曲柄-凸轮的运动与旋转阀的运动协调。也可选择，单独的驱动马达可以用于驱动旋转阀，而不需要使旋转阀的旋转与曲柄-凸轮2012物理连接。因此，这样的机构也在本发明的范围内。

一对外部排气歧管2026也与发动机2000的外部连接。各外部排气歧管2026优选是包括四个排气口2027，每个活塞使用两个排气口。各外部排气歧管2026还包括废气门排气口2028，该废气门排气口2028与废气门阀2008(见图70)连通连接。当希望减小发动机的排气背压时，废气门排气口2028使得排气从发动机2000中排出。布置在发动机2000外部的其余部件基本与上述实施例的所述部件相同，因此为了简明，将不再进一步介绍。

最好参考图67，发动机2000包括四个活塞衬套组件2032。各活塞衬套组件2032包括与活塞衬套2036连接的底板2034。为了详细说明，该底板2034认为是发动机2000的壳体2068的一部分。活塞衬套2036的内径可以适于滑动地接收活塞2038，而外径可以适于滑动地装入气缸2040内。活塞衬套2036包括用于使活塞衬套2036与活塞和气缸2040密封的密封件2042。同样，活塞2038包括用于使活塞2038与活塞衬套2036密封的密封件2046。

公知的燃料喷嘴2002布置在活塞2038内。燃料喷嘴2002以与前述实施例中的火花塞类似的方式布置在活塞2038中。如本领域技术人员所知，燃料喷嘴2002可以与公知的燃料系统连接，该燃料系统在燃烧循环过程中以预定间隔提供选定量的增压燃料。燃料喷嘴2002优选是定向成将排出的燃料导向排气阀2048上。排出的燃料可以撞击排气阀2048，从而在工作过程中冷却排气阀。

参考图67和70可以最好地理解排气回收系统2004。排气回收系统2004包括上述排气回收驱动系统2010、排气通道网络、合适数目的旋转阀2014(在本实施例中为4个)以及合适数目的排气回收腔室2066(在本实施例中为4个)。

排气通道网络包括多个燃烧室通道2056、回收腔室通道2058、排气口通道2060、回收阀歧管2088和废气门阀通道2062。通常，燃烧室通道2056、回收阀歧管2088和废气门阀通道2062一起形成内部排气歧管2087。燃烧室通道2056与旋转阀2014连接，并与气缸2040的燃烧室2064流体连通。回收腔室通道2058与旋转阀2014连接，并与一系列排气回收腔室2066流体连通。排气口通道2060与旋转阀2014连接，并与排气口2027流体连通。废气门阀通道2062与旋转阀2024连接，并与一对废气门阀2008流体连通。

内部排气歧管2087用作储存容器，用于通过打开与燃烧室2064相连的排气阀2048而从一系列燃烧室2064中接收排气。旋转阀2014再从包含于内部排气歧管2087内的排气储存容器中选择地吸入和排出。而且，旋转阀2014在燃烧循环过程中在选定时间将来自内部排气歧管2087的排气选择地导向一系列排气回收腔室2066，排气在该排气回收腔室2066中进行第二膨胀(第一膨胀在燃烧室2064中)。在第二膨胀过程中，包含于排气中的压力和热量用于驱动气缸2040。而且，旋转阀2014还通过选择地将排气回收腔室2066布置成与排气口2027连通来控制包含于排气回收腔室2066内的排气向大气的排出。

在工作过程中，内部排气歧管2087可以通过操作废气门阀2008来保持选定压力。在一个实施例中，内部排气歧管2087保持在大约40psi，不过，本领域技术人员应当知道，该压力可以保持在由发动机设计人员选定的任何压力或压力范围。

下面将参考图70介绍旋转阀2014的实例。旋转阀2014布置在发动机2000的壳体2068内。旋转阀2014通常为细长柱形结构。旋转阀2014的驱动轴2070延伸至壳体2068外面。第二旋转阀驱动滑轮2020与驱动轴2070连接，并用于使旋转阀2014以曲柄-凸轮2012(见图67)的转速的一半来旋转。驱动轴2070通过密封件2074而相对于套筒2072密封。一对轴承2076帮助减小旋转阀2014的旋转摩擦。

两个阀板2078和2080在旋转阀2014的中心轴线上同心对齐。阀板2078和2080为大致矩形形状，其中，阀板2078和2080的外表面2082的形状为向内弯曲/凹形，最好见图67。因此，阀板2078和2080的宽度沿旋转阀2014的中心轴线相对于阀板2078和2080的外边缘更小。密封件2084防止排气在阀板2078和2080以及它们的相关通道之间流动。上部阀板2078(图70中表示了一个)与上部气缸2040A(见图67)流体连通，并形成上部旋转阀2014A和2014B(见图67)。底部阀板2080(图70中表示了一个)与底部气缸2040B(见图67)流体连通，并形成底部旋转阀2014C和2014D。阀板2078和2080可以彼此偏离45度角度。

如图67所示，排气回收腔室2066布置在各气缸2040的预压缩板2086的上面。排气回收腔室2066的容积由预压缩板2089和壳体2068来确定，该壳体2068包括底板2034和活塞衬套组件2032。排入排气回收腔室2066中的排气作用在预压缩板2086上，从而在预压缩板2086上施加力，将气缸2040推离排气回收腔室2066，如后面更详细所述。

下面将参考图66和70更详细地介绍废气门阀组件2006。废气门阀组件2006包括与排气歧管2088连接的废气门阀2008。在所示实施例中，废气门阀2008为公知的蝶形阀，并与驱动系统2090连接。

驱动系统2090可以与压力传感器2092连接。压力传感器2092可以用于检测在内部排气歧管2087中存在的排气压力(例如在内部排气歧管2087中)，并将表示排气压力的信号发送给驱动系统2090。根据检测压力，驱动系统2090可以选择地打开或关闭废气门阀2008，以便控制在内部排气歧管2087中的排气压力。例如，当内部排气歧管2087中的排气压力超过预定值时(例如40psi)，驱动系统2090可以打开废气门阀2008，以便使排气从内部排气歧管2087中释放。

也可选择，驱动系统2090可以与每分钟转数(RPM)传感器2094连接，该RPM传感器2094用于检测发动机的工作转速，并将表示发动机工作转速的信号发送给驱动系统2090。根据发动机的检测工作转速，驱动系统2090可以选择地打开或关闭废气门阀2008，以便控制在内部排气歧管2087中的排气压力。

也可选择，驱动系统2090可以与功率设置传感器2096连接，该功率设置传感器2096用于检测发动机的功率设置，并将表示功率设置的信号发送给驱动系统2090。根据发动机的检测功率设置，驱动系统2090可以选择地打开或关闭废气门阀2008，以便控制内部排气歧管2087中的排气压力。

本领域技术人员应当知道，传感器2092、2094和2096可以独立或以任意组合地与驱动系统2090连接。在一个实施例中，RPM传感器2094和功率设置传感器2096组合地与驱动系统2090连接。驱动系统2090根据从传感器2094和2096接收的信号来控制废气门阀2008的设置，从而控制发动机的排气背压。

优选是，发动机进行动力学测试，以便确定废气门阀2008的优选位置。更具体地说，发动机在一系列功率设置和RPM下运行，并在该系列的各点处确定最佳的废气门阀2008位置。然后，产生表示在所有工作状态下的最佳废气门阀2008位置的数据组，并储存在驱动系统2090中，用于在使用过程中控制废气门阀2008的位置。本领域技术人员应当知道，这种测试方式适用于使得最佳废气门阀2008位置与各传感器2092、2094或2096信号相关，或者与传感器2092、2094和/或2096的任意信号组合相关。

下面将参考图68详细介绍进气系统2098。进气系统2098包括具有多个簧片2102的簧片阀2100。在燃烧循环的进气部分中，通过使预压缩板2086扫过进气腔室2116而产生的低压使得进气腔室2116中产生低压/真空状态。该真空迫使空气通过簧片阀2100，使得簧片2102升高离开它们各自的座，从而允许空气例如进气腔室2116。当真空消失时，簧片2102复位，阻止流体通过簧片阀2100流出。

下面将参考图67介绍压缩比控制系统2200。压缩比控制系统2200基本与上述实施例的压缩比和功率设置控制系统相同。在图66-70的实施例中，活塞2038的运动并不会明显改变进气口2114打开的持续时间或进气口2114的面积。因此，发动机2000的压缩比可以在不明显影响进气口2114的情况下进行调节。因此，发动机2000的压缩比可以在不明显影响发动机的功率设置的情况下进行调节。

更具体地说，当活塞2038在它们各自的活塞衬套2036内朝着曲柄-凸轮2012向内运动，进气口2114基本不影响持续时间或开口面积，因为活塞衬套2036使得活塞2038远离气缸2040。在前述实施例中，活塞在通过压缩比和功率设置控制系统而运动时将直接沿燃烧室的壁滑动，因此能够通过调节活塞的位置而部分或完全关闭进气口。在本实施例中，因为活塞通过衬套2036而离开燃烧室的壁运动，因此活塞2038的运动基本对进气口2114的打开持续时间或进气口2114的面积不会产生影响。因此，进气口2114在发动机2000的所有功率设置和压缩比中都保持完全打开位置。在工作过程中，发动机2000的功率设置由喷射至燃烧室2064内的燃料量来确定。更具体地说，喷射的燃料越多，功率设置越高，喷射的燃料越少，功率设置越低。

在所示实施例中，压缩比控制系统2200可以用于根据发动机2000的工作转速/RPM和/或功率设置来自动调节发动机2000的压缩比。在一个实施例中，压缩比控制系统2200用于当发动机的工作转速/RPM降低至低于第一选定RPM时增加发动机2000的压缩比。另外，压缩比控制系统2200可以当发动机的工作转速/RPM升高至高于第二选定RPM(该第二选定RPM可以与第一选定RPM相同或大于第一选定RPM)时增加发动机2000的压缩比。

更具体地说，压缩比调节成在各燃烧室中保持恒定压力。压力是进气空气速度的函数。进气空气速度又是发动机RPM的函数。而且，在低RPM时，进气空气速度可能太低，以至于不能使得燃烧室进行最佳充装，因此压力将低于最佳值。在高RPM时，进气空气速度太高，以至于不能使得燃烧室进行最佳充装，因此压力将降低至低于最佳值。因此，为了保持恒定压缩比，发动机的压缩比可以通过选择使用压缩比控制系统2200来改变。在所示实施例中，当进气空气速度偏离最佳进气空气速度(升高至高于或降低至低于)时，压缩比选择地增加，优选是逐渐增加。

本领域技术人员应当知道，用于功率设置和RPM的各种组合的优选压缩比可以通过测试而很容易确定，例如通过动力学或通过工作台流动测试装置。不过，确定用于各种发动机RPM和功率设置的优选压缩比和因此驱动压缩比控制系统2200以便驱动活塞至获得优选压缩比的位置，这将在本领域技术人员的技能和知识内。而且，本领域技术人员应当知道，发动机2000的功率设置可以进行检测，并单独使用或者与检测的发动机工作转速/RPM组合使用，以便确定优选的压缩比。

根据上面对发动机2000的部件的说明，下面将介绍发动机2000的操作。参考图67，第一气缸2040A表示为相对于第一活塞2038A处于上死点(TDC)位置，相对于第二活塞2038B处于下死点(BDC)位置。第二气缸2040B(以虚线表示)表示处于中点位置，离第三活塞2038C和第四活塞2038D等距离。在循环中的该点处，柴油燃料喷射至布置在气缸2040A和第一活塞2038A之间的燃烧室2064A中。由于压缩空气的热量，柴油燃料点燃，从而使得燃料和空气的混合物在燃烧室2064A内快速膨胀。燃料和空气的混合物的膨胀使得气缸2040A沿箭头2108的方向驱动。

当气缸2040A沿箭头2108的方向驱动时，旋转阀2014以曲柄-凸轮2012的一半转速顺时针旋转，该曲柄-凸轮2012逆时针旋转。排气阀凸轮2110将第二排气阀2048B驱动至完全打开结构。排气2112从燃烧室2064B冲出，从而使内部排气歧管2087增压。在图67所示位置中，离开燃烧室2064B的大部分排气2112流过燃烧室通道2056B和流入回收阀歧管2088B。排气2112向下(进入纸内)通过回收阀歧管2088B流向旋转阀2014D，该旋转阀2014D直接布置在旋转阀2014B下面，并在图67中以虚线表示。旋转阀2014D设置成将离开燃烧室2064B的排气2112导入与活塞2038D相关的排气回收腔室2066D。排气在排气回收腔室2066D内膨胀，从而使气缸2040B朝着活塞2038C运动。

旋转阀2014B表示为恰好在旋转至使得排气回收腔室2066B与排气口通道2060B流体连通(从而使得存在于排气回收腔室2066B中的排气可以从发动机2000中排出)之前。

旋转阀2014A表示为恰好在旋转至使得燃烧室通道2056A与回收腔室通道2058A流体连通之前。在旋转阀2014A进一步顺时针旋转之后，当流体流重新导入燃烧室通道2056A中时，进入燃烧室通道2056B的排气2112流量将减少。更具体地说，当阀2014A进一步顺时针旋转时，排气2112将流入排气回收腔室2066A，从而使排气回收腔室2066A充满高压排气2112。高压排气2112作用在预压缩板2086A上，从而沿箭头2108方向驱动气缸2040A。当气缸2040A沿箭头2108方向运动时，预压缩板2086A扫过进气腔室2116A，从而压缩(增压)存在于该进气腔室中的空气。

如图67中所示，直接布置在旋转阀2014A下面的旋转阀2014C(在图67中以虚线表示)表示为处于排气排出位置。更具体地说，旋转阀2014C表示为使得排气回收腔室2066C与排气口2027流体连通，这样，存在于排气回收腔室2066C内的排气可以从发动机中排出。

仍参考图67，气缸2040A相对于活塞2038B处在DBC位置。在该位置，进气口2114B处于完全打开结构，且通过预压缩板2086B增压的新鲜空气进料将流入燃烧室。如上所述，排气阀2048B也处于完全打开位置，以便使得存在于燃烧室2064B内的排气开始离开燃烧室2064B，以便使得内部排气歧管2087增压。

当气缸2040A沿箭头2108的方向运动至图68中所示的结构时，进气口2114B由活塞衬套2036B覆盖/关闭。排气阀2048B关闭，且当燃烧室2064B的容积减小时，燃烧室2064B内的进气空气开始不断增压。预压缩板2086B将扫过进气腔室2116B，从而在进气腔室2116B中产生真空。这使得簧片阀2100B的簧片2102升高离开它的座，从而使得进气空气能够冲入进气腔室2116B。

如图68最好地显示，气缸2040接近等距离或中点位置，其中，气缸2040A离各活塞2038A和2038B相同距离。燃烧产物在燃烧室2064A中快速膨胀，从而沿箭头2108方向推动气缸2040A。而且，排气在排气回收腔室2066A中膨胀，也沿箭头2108方向推动气缸2040A。

当气缸2040A沿箭头2108方向运动时，预压缩板2086扫过进气腔室2116A，从而压缩存在于该进气腔室中的进气空气。进气空气通过预压缩板2086A的压缩使得簧片阀2100A的簧片2102处于座上，从而使得进气腔室2116A基本与向外气流密封。簧片2102的密封暂时使得进气腔室2116A形成压力容器，从而使得气缸2040A运动，以便使进气空气增压，用于以后喷射至燃烧室2064A内。

下面关注活塞2038B，燃烧室2064B的容积快速减小。排气阀2048B和进气口2114B(见图67)处于关闭位置，从而使得燃烧室2064B形成基本密封的压力容器。燃烧室2064B的容积减小使得包含于其中的进气空气的压力和温度大大增加。旋转阀2014B旋转，这样，回收腔室通道2058B与排气口通道2060B流体连通。

通过如上述定位旋转阀2014B，排气2113能够从排气回收腔室2066B排出至外部大气中。优选是，排气2113膨胀至使得排气2113的压力和温度都大大减小的点。在一个实施例中，排气2113在稍微高于大气压力的压力下排出，例如在大约3psi。

参考图69，气缸2040A沿箭头2108的方向从基本中点位置运动至图69中所示位置。在图69所示的结构中，气缸2040A表示为相对于第一活塞2038A处于BDC位置，相对于第二活塞2038B处于TDC位置。

关注活塞2038A，开始进行扫气处理。排气阀2048A处于打开位置，从而使得高压排气能够进入内部排气歧管2087。气缸2040A沿箭头2108的方向充分往复运动，以便打开进气口2114A，从而允许增压的进气空气从进气腔室2116A冲入燃烧室2064A。当曲柄-凸轮2112进一步沿逆时针方向从图69所示位置旋转时，气缸2040A的方向将从沿箭头2108方向运动变化成沿与箭头2108相反的方向运动。

当气缸2040A沿与箭头2108相反的方向运动时，进气口2114A将由气缸衬套2036A关闭/覆盖，排气阀2048A将处于座上，从而基本关闭燃烧室2064A，并能够开始燃烧循环的压缩部分。旋转阀2014A将顺时针旋转，从而使得存在于排气回收腔室2066A中的排气能够通过回收腔室通道2058A和排气口通道2060A向大气排出。预压缩板2086A将扫过进气腔室2116A，从而将新鲜空气吸入进气腔室2116A。

关注活塞2038B，将开始膨胀处理。燃料喷嘴2002将选定容积的柴油燃料喷入燃烧室2064B内。燃料喷嘴2002定向成这样，即柴油燃料至少部分撞上排气阀2048B，从而冷却排气阀。燃料引入存在于燃烧室2064B内的高压和高温的进气中将使得柴油燃料点火，从而使得存在于燃烧室2064B中的燃料和空气的混合物快速膨胀。燃料和空气的混合物的快速膨胀使得气缸2040A沿与箭头2108相反的方向运动。

当气缸2040A沿与箭头2108相反的方向运动时，旋转阀2014B顺时针旋转，从而使得位于第一活塞2038A的燃烧室2064A中和内部排气歧管2087中的排气能够进入第二活塞2038B的排气回收腔室2066B。存在于燃烧室2064B中的燃料和空气的混合物的膨胀以及在排气回收腔室2066B中的排气的膨胀将沿与箭头2108相反的方向推动气缸2040A。通过使预压缩板2086B扫过进气腔室2116B，存在于进气腔室2116B中的进气空气进行压缩，从而使进气空气增压，用于以后喷射至燃烧室2064B中。

为了完成热力学循环，气缸2040A继续沿与箭头2108相反的方向运动至图68中所示的位置，并继续沿与箭头2108相反的方向运动，直到到达图67中所示的位置，从而完成热力学循环。参考图67，本领域技术人员应当知道，在工作过程中，上述处理继续循环进行。本领域技术人员还应当知道，第二气缸2040B以与上述第一气缸2040A基本相同的方式工作，但是与第一气缸2040A的相位相差90度。更具体地说，当第一气缸2040A相对于活塞2038A和2038B处于TDC和BDC位置时，第二气缸2040B处于活塞2038C和2038D之间的中点位置处。

参考图71，图中提供了根据本发明形成的往复运动内燃机的可选实施例的剖视图。可选实施例是图66-70中的柴油往复运动内燃机变化成通过汽油来运行。为了将图66-70的柴油往复运动内燃机转变成通过汽油来运行，可以执行几个步骤。参考图67，气缸2040、活塞2038、活塞衬套组件2032和压缩比控制系统2200除去。然后，这些部件由图18-65中的相应部件来代替，除了活塞衬套组件2032，在前面的实施例中没有活塞衬套组件2032。

然后，发动机3000可以以与图66-70中所述的实施例基本类似的方式来工作。图67的燃料喷嘴2002由火花塞3002代替。汽油可以通过本领域公知的化油器或燃料喷射系统而夹带在进入的进气空气中，这与将燃料直接排入燃烧室3064中不同。优选是，图71中所示的实施例的压缩比相对于图66-70中所示的实施例减小，以便适合使用汽油，如本领域公知。

而且，因为在图71的汽油发动机中省略了图66-70的实施例的活塞衬套组件2032，因此，活塞3038通过压缩比和功率设置控制机构3200而进行的运动同时调节发动机3000的压缩比和功率设置。前面已经介绍了发动机3000的所有部件，且本领域技术人员通过对前述实施例的工作的说明将了解发动机3000的工作，因此为了简明，将不再介绍图71的实施例的部件和工作。

本发明的往复式内燃机的所示实施例也包含润滑系统。润滑系统减小在发动机运动部件之间的摩擦和磨损。因为内燃机润滑系统的设计和部件为本领域公知，因此为了简明，将不表示发动机中的滑油通道和润滑系统部件。

尽管所示实施例介绍为用于汽油燃料源或柴油燃料源，但是本领域技术人员应当知道，所示实施例可以由所介绍的使用汽油改变成使用柴油，或者由所介绍的使用柴油改变成使用汽油，或者使用目前已知或将开发的可选燃料源。例如，对于介绍为使用汽油的上述实施例，发动机可以改变成通过柴油来运行，例如通过用燃料喷嘴代替火花塞以及增大发动机压缩比，以便使压缩燃气的温度升高至高于所使用的柴油燃料的点火温度。

本领域技术人员应当知道，所有已知的化油器、燃料喷嘴系统或附加使用的涡轮增压器、压缩机和鼓风机也可以用于根据本发明形成的发动机。还有，所有已知类型的点火系统、润滑系统、冷却系统、排放控制系统和本领域已知的其它发动机相关系统也适用于根据本发明形成的发动机，因此在本发明的范围内。

本领域技术人员还应当知道，尽管所示实施例表示了本发明的四气缸变化形式，但是具有其它数目的气缸的发动机也适用于本发明，因此也在本发明的范围内。还有，四冲程发动机也在本发明的范围内。

尽管所示实施例描述了以曲柄-凸轮的一半转速旋转的一对旋转阀，但是本领域技术人员应当知道，旋转阀可以以比曲柄-凸轮的一半转速更大或更小的速度旋转。而且，尽管旋转阀描述为在发动机工作过程中引导排气，但是本领域技术人员应当知道，其它排气引导装置也适用于本发明，并在本发明的精神和范围内。

尽管已经表示和介绍了本发明的所示实施例，但是显然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化。

Claims (40)

1.一种内燃机，包括：

(a)壳体；

(b)布置在该壳体内的活塞组件，其中，活塞组件相对于壳体基本静止；

(c)气缸，该气缸可运动地布置在壳体内；

(d)燃烧室，该燃烧室布置在活塞组件和气缸之间；以及

(e)排气回收腔室，该排气回收腔室布置在气缸和壳体之间，排气回收腔室用于接收排气，以便使得排气能够膨胀，从而帮助气缸运动。

2.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：回收阀，该回收阀与排气回收腔室连通，回收阀可在第一位置和第二位置之间运动。

3.根据权利要求2所述的内燃机，其中：当回收阀处于第一位置时，排气流入排气回收腔室，以便帮助气缸运动。

4.根据权利要求2所述的内燃机，其中：当回收阀处于第二位置时，阻止排气流入排气回收腔室。

5.根据权利要求2所述的内燃机，其中：回收阀是旋转阀。

6.根据权利要求1所述的内燃机，其中：气缸与曲轴相连。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其中：气缸与曲轴的第一部分相连，在工作过程中，该曲柄的第一部分沿线性路径移动，以便使气缸沿预定冲程长度运动。

8.根据权利要求7所述的内燃机，其中：当曲轴的第一部分沿线性路径移动时，该曲轴的第一部分同时旋转。

9.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：燃料喷射装置，该燃料喷射装置至少部分布置在活塞组件中，该燃料喷射装置用于将燃料排入气缸内。

10.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：排气阀，该排气阀布置在壳体内，用于选择地密封位于燃烧室内的排气口。

11.根据权利要求10所述的内燃机，还包括：燃料喷射装置，该燃料喷射装置至少部分布置在活塞组件中，该燃料喷射装置用于将由燃料喷射装置排出的至少一部分燃料导向排气阀。

12.根据权利要求1所述的内燃机，其中：内燃机是柴油内燃机。

13.根据权利要求1所述的内燃机，其中：内燃机是汽油内燃机。

14.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：

(a)与壳体相连的附加活塞组件；以及

(b)第一腔室，该第一腔室布置在气缸内，用于至少部分接收活塞组件；以及第二腔室，该第二腔室布置在气缸内，用于至少部分接收附加活塞组件，其中，气缸布置在壳体内，用于在所述活塞组件之间往复运动。

15.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：火花塞，该火花塞至少部分布置在活塞组件中。

16.一种内燃机，包括：

(a)壳体；

(b)布置在壳体中的活塞组件；

(c)气缸，该气缸可运动地布置在壳体内；以及

(d)排气回收腔室，该排气回收腔室布置在气缸和壳体之间，该排气回收腔室用于接收在内燃机中产生的排气，以便帮助气缸运动。

17.根据权利要求16所述的内燃机，还包括：回收阀，该回收阀与排气回收腔室连通，该回收阀可在第一位置和第二位置之间运动。

18.根据权利要求17所述的内燃机，其中：当回收阀处于第一位置时，排气回收腔室接收排气，以便帮助气缸运动。

19.根据权利要求17所述的内燃机，其中：当回收阀处于第二位置时，排气回收腔室被阻止接收来自内燃机的排气。

20.根据权利要求17所述的内燃机，其中：回收阀是旋转阀。

21.根据权利要求16所述的内燃机，其中：内燃机是柴油内燃机。

22.根据权利要求16所述的内燃机，其中：内燃机是汽油内燃机。

23.一种内燃机，包括：

(a)壳体；

(b)布置在壳体中的活塞组件；

(c)气缸，该气缸可运动地布置在壳体内；以及

(d)废气门阀，该废气门阀与气缸流体连通，废气门阀可运动至释放位置和关闭位置，在该释放位置，在气缸中产生的排气被引导以从内燃机中释放，而在该关闭位置，排气被阻止从内燃机中释放。

24.根据权利要求23所述的内燃机，还包括：废气门阀驱动系统，该废气门阀驱动系统用于根据内燃机的工作转速而使废气门阀在释放位置和关闭位置之间运动。

25.根据权利要求23所述的内燃机，还包括：废气门阀驱动系统，该废气门阀驱动系统用于根据内燃机的功率设置而使废气门阀在释放位置和关闭位置之间运动。

26.根据权利要求23所述的内燃机，还包括：废气门阀驱动系统，在工作过程中，该废气门阀驱动系统用于根据内燃机的功率设置和内燃机的工作转速而使废气门阀在释放位置和关闭位置之间运动。

27.根据权利要求23所述的内燃机，其中：内燃机是柴油内燃机。

28.根据权利要求23所述的内燃机，其中：内燃机是汽油内燃机。

29.一种柴油内燃机，包括：

(a)壳体；

(b)布置在壳体中的活塞组件，该活塞组件相对于壳体基本静止；

(c)气缸，该气缸可运动地布置在壳体中；

(d)燃烧室，该燃烧室布置在活塞组件和气缸之间；以及

(e)燃料喷射装置，该燃料喷射装置布置在壳体中，用于将燃料喷射至燃烧室内。

30.根据权利要求29所述的柴油内燃机，其中：燃料喷射装置至少部分布置于活塞组件内。

31.根据权利要求29所述的柴油内燃机，其中：活塞组件至少部分布置在活塞衬套内。

32.根据权利要求29所述的柴油内燃机，其中：活塞组件可调节地与壳体相连。

33.根据权利要求32所述的柴油内燃机，还包括：压缩比调节机构，该压缩比调节机构与活塞组件连通，用于在工作过程中通过使活塞组件运动而调节柴油内燃机的压缩比。

34.根据权利要求29所述的柴油内燃机，还包括：排气回收腔室，该排气回收腔室布置在气缸和壳体之间，该排气回收腔室用于接收在柴油内燃机中产生的排气，以便帮助气缸运动。

35.根据权利要求34所述的柴油内燃机，还包括：回收阀，该回收阀与排气回收腔室连通，该回收阀可在第一位置和第二位置之间运动。

36.根据权利要求35所述的柴油内燃机，其中：当回收阀处于第一位置时，排气流入排气回收腔室，以便帮助气缸运动。

37.根据权利要求35所述的柴油内燃机，其中：当回收阀处于第二位置时，排气被阻止流入排气回收腔室。

38.根据权利要求29所述的柴油内燃机，其中：气缸与曲轴的第一部分相连，在工作过程中，该曲轴的第一部分沿线性路径移动，以便使气缸沿预定冲程长度运动。

39.根据权利要求38所述的柴油内燃机，其中：当曲轴的第一部分沿线性路径移动时，该曲轴的第一部分同时旋转。

40.根据权利要求29所述的柴油内燃机，还包括：

(a)附加活塞组件，该附加活塞组件与壳体相连；以及

(b)第一腔室，该第一腔室布置在气缸内，用于至少部分接收活塞组件；以及第二腔室，该第二腔室布置在气缸内，用于至少部分接收附加活塞组件，其中，气缸布置在壳体内，用于在所述活塞组件之间往复运动。

Images