CN101331301A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，所述内燃机包括：发动机壳体，其具有界定第一燃烧室的第一壁面；第一活塞，其也界定了所述第一燃烧室并且具有第一活塞头；第一曲轴；第二活塞，其也界定了所述第一燃烧室并且具有第二活塞头；第二曲轴；以及连接在所述第二活塞和所述第二曲轴之间的第二连接装置。其中，所述第一壁面限定了至少环形截面，所述活塞沿着由所述环形截面所限定的弯曲路径被导向。

Description

内燃机

本申请要求2005年12月16日提交的美国专利申请US11/304,608的巴黎公约优先权，其全部内容在此引入作为参考。

背景技术

本发明涉及一种内燃机，其具有：包括可界定第一燃烧室的第一壁面的发动机壳体；可通过第一活塞头界定所述第一燃烧室的第一活塞；和第一曲轴。

这样类型的发动机已经问世超过百年并且也用作车辆的固定驱动器。在这些发动机中，限定所述燃烧室的壁面是圆筒形状并且在气缸盖的一侧封闭。在另一侧，当燃烧气体膨胀时，活塞在气缸中可运动地导向，以通过连杆将驱动力传递至曲轴。依据这样的原理操作的内燃机的运行可分为二循环或四循环，例如奥托发动机和柴油机。然而，这些发动机的效率非常低。

本发明的根本目的就是提供一种具有更高效率的内燃机

发明内容

根据本发明该目的是这样实现的，即通过提供一种上述类型的内燃机，该内燃机设置有：第二活塞，该第二活塞通过第二活塞头来界定所述第一燃烧室；第二曲轴；以及连接在所述第二活塞和所述第二曲轴之间的第二连杆，所述第一壁面限定至少环形截面，并且所述活塞由所述环形截面的弯曲路径来导向。

与传统的内燃机相反，本发明的内燃机包括一种燃烧室，该燃烧室不仅通过发动机壳体的壁面和第一活塞的第一活塞头来界定，而且还通过第二活塞的第二活塞头来界定。所述发动机壳体的壁面可限定活塞在其中导向的至少环形截面，以使所述活塞沿着弯曲路径运动。当在所述限定的燃烧室中点燃燃烧气体时，两个活塞向相反方向被驱动，也就是说，强制分开，并通过它们的连杆将运动传递至所述曲轴。由此，所述内燃机中的膨胀气体不仅仅驱动一个而是两个活塞，从而显著地增加所述发动机的效率。减少了燃料消耗并改善了排放值。

因为活塞沿着弯曲路径运动，本发明的内燃机对于给定燃烧室容积的发动机而言是非常紧凑的。

有利的是，在燃烧气体膨胀期间，所述活塞同时运动，也就是说，产生的作用力和力矩大大抵消。振动也几乎完全被补偿，这样，就不必设置例如平衡轴之类的特殊装置。

在一优选实施例中，第一活塞包括第三活塞头和第二活塞包括第四活塞头，其中，所述第三活塞头和所述第四活塞头界定了第二燃烧室。这样允许非常紧凑地配置两个燃烧室。每个活塞在其一端界定第一燃烧室而在其另一端界定第二燃烧室。因此，一个冲程减小一个燃烧室尺寸对应于增大另一个燃烧室尺寸，反之亦然。因此，可以避免活塞无用冲程的形成并且将摩擦导致的相应损失最小化。

具有环形形状的壁面可以限定第一与第二燃烧室。所述第二燃烧室也可由单独的、限定至少环形截面的第二壁面来界定。可以理解的是，在本发明范围内，环形表示一环状形体，其在剖面上可以具有任何形状，例如，圆形、正方形、长方形或椭圆。

根据本发明的优选实施例，所述燃烧室可以为圆锥体形状。这样可得到好的燃料-空气混合物，从而加强清洁且高效地燃烧。

本发明的另一方面提出，所述燃烧室具有至少部分地沿着螺旋路径延伸的凹槽。这些凹槽可以在所述发动机壳体的壁面设置和/或在限定燃烧室的活塞头设置。所述凹槽可形成容纳在燃烧室内的气体的涡流，以使空气-燃料混合物的可燃成分在燃烧室中均匀分布。这样有利于在直接喷射模式下操作内燃机。

所述两个活塞可以在围绕共同的枢轴线旋转。这样可减少发动机的尺寸并使得安置所述活塞所需的零件的数目最小化。这个实施例中，优选地，燃油喷射单元和/或进气阀和/或排气阀和/或火花塞布置在所述发动机壳体的所述壁面的截面上，所述截面与所述枢轴线同心布置。换句话说，所述零部件可布置在基本上相对于该枢轴线的径向的方向上。

优选地，所述两个燃烧室与所述两个插入活塞以对称的方式布置。由此，所述第一连杆在包括第一连接轴线的连接处连接到所述第一活塞，所述第二连杆在包括第二连接轴线的连接处连接至所述第二活塞，并且所述第一连接轴线、所述第二连接轴线和所述枢轴线彼此平行且排列在公共平面内，换句话说，当将所述枢轴线限定为坐标系的原点时，所述连接轴线是设置在所述坐标系一个轴线的相对侧上的。

为了通过有效的方式将活塞的运动传递至曲轴，优选地，所述第一曲轴包括第一转动轴线，并且所述第二曲轴包括第二转动轴线，其中，所述第一转动轴线和所述第一连接轴线彼此平行且布置在第一平面内，并且所述第二转动轴线和所述第二连接轴线彼此平行且布置在第二平面内，其中，所述活塞的中心位置、所述第一平面和所述第二平面垂直于所述公共面。

本发明的内燃机可以是二循环或四循环发动机，其中可能用到奥托原理和柴油机原理。

根据本发明，所述两个曲轴连接至飞轮，例如，通过变速器齿轮并在相同的方向上旋转。该曲轴还可能利用链条或齿状带连接至所述飞轮。

当所述第一曲轴和所述第二曲轴在同一方向旋转时，与飞轮的连接是很容易的，因为其可以直接地插入在两个曲轴之间。

本发明的其它优点、特征和细节可以从所述从属权利要求及以下的描述中得到，以下参照附图详细描述了一种特别优选的实施例。在所述附图中示出的、和在所述权利要求及说明书中提及的特征可能是本发明必不可少的，也可能是单独的或任意的组合。

附图说明

图1示出了本发明所述的内燃机的示意性顶视图(或侧视图)；

图2示出了指示不同角度的图；

图3示出了根据图1中区域III的放大图；和

图4示出了活塞头头的前视图。

具体实施方式

图1示出了本发明内燃机的2的主要的零件。该发动机包括两个燃烧室，第一燃烧室4和第二燃烧室6。第一活塞8和第二活塞10限定了每个燃烧室。所述活塞8和10具有圆环形状且每个活塞包括两个活塞头。所述第一活塞8包括第一活塞头12并且所述第二活塞10包括与第一活塞头12相对布置的第二活塞头14。

在它的另一端，所述第一活塞8包括第三活塞头16，其与设置在所述第二活塞10上的第四活塞头18相对地布置。

所述第一燃烧室4不仅通过活塞头12和14来界定，而且还由设置在发动机壳体上的第一壁面20(图3中更详细显示)来界定。相应地，所述第二燃烧室6由第二壁面22来限定。所述壁面20和22具有环形截面的形状，这些截面的端部引导所述活塞8和10的端部，在所述活塞上设置活塞头12-18。

所述活塞8具有旋转臂24，其朝着所述发动机2的中心径向延伸。所述活塞10具有对应的旋转臂26。所述旋转臂24与26绕公共枢轴线28旋转。所述枢轴线28在一个方向延伸，该方向垂直于所述附图平面。附图2中示出了作为坐标系原点的枢轴线28。

旋转臂24的一端设置有接点，该接点具有连接第一连杆34和活塞8的连接轴30。所述旋转臂26在所述旋转臂24之后的平面内延伸，因此，通过虚线部分地示出。第二连接轴32的一端将第二连杆36与所述活塞10连接。

所述连杆34与36通过各自的轴承38和40，分别地连接至第一曲轴42和第二曲轴44。所述第一曲轴42绕第一转动轴线46旋转，所述第二曲轴44绕第二转动轴线48旋转。

在图1中，示出了处于它们中心位置的活塞8和10。关于这些位置，在图2中示出了所述枢轴线28、所述连接轴线30和32以及转动轴线46和48的布置。示出的全部轴线都彼此平行并在一个方向上延伸，该方向垂直于所述附图的平面。

所述枢轴线28和所述连接轴线30和32处于公共平面50内。所述枢轴线28和第一连接轴线30的距离与所述枢轴线28与第二连接轴线32之间的距离相等。

所述第一连接轴线30和所述第一转动轴线46布置在平面52内，该平面垂直于所述公共平面50。相应地，所述第二连接轴线32和所述第二转动轴线48位于公共平面54内，其同样垂直于公共平面50。所述轴线30和46之间的距离与所述轴线32与48之间的距离相等。这些距离同样等于轴线28与30和/或28与32之间的距离。

还参照图1，其中，示出了活塞8与10位于它们的中间-中心位置，活塞头12与14彼此间隔一角度56，该角度与第二燃烧室6中活塞头16和18之间的角度值58相同。

当所述第一活塞头12在其上止点位置和下止点位置之间移动时，它会沿着角度60移动。相应地，同样属于活塞8的所述第三活塞头16，将沿着角度62移动，该角度与角度60相等。活塞10的所述活塞头14和18也将沿着角度64和66移动。对于所述实施例，所有角度56-66的尺寸都是相等的。

当活塞8按照参考数字68指示的方向移动时，所述活塞头12从它的下止点位置移动至上止点位置。相应地，所述活塞头14在方向70上从它的下止点位置移动至它的上止点位置。在两个活塞8和10都到达它们对应于第一燃烧室4的上止点位置后，活塞8和10向各自的方向72和74移动，结果，对于所述第二燃烧室6，所述活塞头16和18将从它们下止点位置移动至它们上止点位置。

在图3中，示出了活塞8和10位于相对于燃烧室4的上止点位置。图3也示出了发动机壳体76的一部分，其中设置有壁面20，所述壁面具有环形截面形状，其中环形活塞8和10可沿圆形路径导向。

活塞8和10可至少部分地中空或由例如碳复合材料等轻质材料组成。邻接于它们各自的活塞头12与14，活塞装有活塞环78，其可相对于所述发动机壳体76的壁面20密封所述活塞8至10。活塞头12与14限定具有圆锥形状的燃烧室4。活塞8的活塞头12包括圆锥的壁面80，其以虚线表示在附图1中并且显示在附图4的前视图中。相应地，活塞10的活塞头14具有圆锥壁面82。所述圆锥壁面80与82具有凹槽，它们至少部分地沿着螺旋路径延伸。图4中也示出所述凹槽84。所述凹槽84缠身所述燃烧室4内的涡流，以便可以进行清洁而高效的燃烧。

燃料喷射器86设置在所述圆锥形状燃烧室4的尖端处且安装在发动机壳体76的内部。火花塞88收纳在发动机壳体76的燃料喷射器86的相对侧。也可设置双火花点火系统。

进气阀90和排气阀92设置在所述火花塞88设置附近。所述阀集成在圆形底板94上，该底板与所述壁面20结合。

在曲轴42和44上设置的凸角可以驱动所述阀90和92。它们也可由电磁操作，这样可得到更灵活的气门正时。

所述发动机可按照四循环原理来操作。当根据二循环原理来操作本发明所述发动机时，推荐使用增压空气进气系统。该系统包括空气压缩机、贮气箱和中间冷却器。该压缩机强迫新鲜空气经过中间冷却器进入所述贮气箱。当所述贮气箱已经到达最高容量、压力和体积时，阀门打开从贮气箱至所述空气压缩机的回流空气。这样可使空气经所述中间冷却器重新循环。

Claims (16)

1.一种内燃机，所述内燃机包括：

发动机壳体，其具有界定第一燃烧室并限定至少环形截面的第一壁面；

第一活塞，其具有也界定所述第一燃烧室的第一活塞头；

第一曲轴；

连接在所述第一活塞和所述第一曲轴之间的第一连接装置；

第二活塞，其具有也界定所述第一燃烧室的第二活塞头；

第二曲轴；和

连接在所述第二活塞和所述第二曲轴之间的第二连接装置，其中，所述第一活塞和所述第二活塞沿着由所述环形截面限定的弯曲路线被导向。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一活塞和所述第二活塞沿相反方向运动。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一活塞和所述第二活塞同步运动。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一活塞还包括第三活塞头且所述第二活塞还包括第四活塞头，其中，所述第三活塞头和所述第四活塞头界定第二燃烧室。

5.根据权利要求4所述的内燃机，其中，所述第二燃烧室由所述第一壁面界定。

6.根据权利要求4所述的内燃机，其中，所述第二燃烧室通过第二壁面界定，所述第二壁面限定至少环形截面。

7.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一燃烧室为圆锥状。

8.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一燃烧室具有至少部分地沿着螺旋形路径延伸的凹槽。

9.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一活塞和所述第二活塞围绕公共枢轴线转动。

10.根据权利要求9所述的内燃机，还包括燃油喷射单元、进气阀、排气阀和火花塞中的至少一个，其中所述火花塞设置在所述第一壁面的截面内，所述截面与所述枢轴线同心。

11.根据权利要求10所述的内燃机，其中，所述第一连接装置在包括第一连接轴线的接点处连接到所述第一活塞，并且所述第二连接装置在包括第二连接轴线的接点处连接到所述第二活塞，所述第一连接轴线、所述第二连接轴线和所述枢轴线彼此平行且排列在公共平面内。

12.根据权利要求11所述的内燃机，其中，所述第一曲轴包括第一转动轴线且所述第二曲轴包括第二转动轴线，其中，所述第一转动轴线和所述第一连接轴线彼此平行且排列在第一平面内，所述第二转动轴线和所述第二连接轴线彼此平行且排列在第二平面内，其中，在所述第一和第二活塞的中心位置，所述第一平面和所述第二平面垂直于所述公共平面。

13.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述发动机是二循环发动机、四循环发动机、奥托发动机和柴油机中的一种；

14.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一和所述第二曲轴连接至飞轮。

15.根据权利要求14所述的内燃机，其中，所述第一和所述第二曲轴沿相同方向旋转。

16.根据权利要求11所述的内燃机，其中，所述第一连接装置和/或所述第二连接装置包括连杆。

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