專利名稱：改進的對置活塞燃燒發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機。具體而言，本發(fā)明涉及對本申請人子公司名下的國
際申請?zhí)枮镻CT/AU96/00449 (國際公開號WO 97/04225 )、發(fā)明名稱為"對 置活塞燃燒發(fā)動機"的國際申請中所描述的發(fā)動機的布局和緊湊性的改進， 所述子公司為旋轉(zhuǎn)發(fā)動機技術(shù)集團有限公司(Revolution Engine Technologies Pty Ltd.) 。 WO 97/04225的全部內(nèi)容通過交叉引用合并于此。
背景技術(shù)：
諸如用于汽車等的內(nèi)燃機典型地為往復(fù)式內(nèi)燃機，在該類型內(nèi)燃機中， 在汽缸中往復(fù)搖擺的活塞通過連桿來驅(qū)動曲柄軸。在這種傳統(tǒng)的往復(fù)型發(fā)動 機設(shè)計中存在許多缺點，這些缺點大部分源于機械效益的不足，即連桿必須 在整個沖程內(nèi)將動力傳遞到曲柄軸。
連桿在上止點后(ATDC )約60度處實現(xiàn)其最大機械傳遞。WO 97/04225 中描述的發(fā)動機通過將最大機械傳遞擴展在較大的旋轉(zhuǎn)角度范圍中來解決 這種機械傳遞的不足。這導(dǎo)致在大的每分鐘轉(zhuǎn)速RPM范圍內(nèi)具有高轉(zhuǎn)矩， 從而提供非常平的轉(zhuǎn)矩曲線。
在致力于開發(fā)WO 97/04225所描述的發(fā)動機以用于航空器的項目中發(fā) 現(xiàn)，在反向旋轉(zhuǎn)三葉片驅(qū)動凸輪設(shè)計(三舌)中，凸輪葉片每旋轉(zhuǎn)60度則 變?yōu)橥?in phase)。該特征使得有可能在發(fā)動機的每個模塊中具有兩組 活塞組件，其每一組活塞組件均為反向旋轉(zhuǎn)雙三舌組件。
本發(fā)明的目的在于通過利用前述段落所提及的特征對WO 97/04225的 主題的發(fā)動機進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
廣義而言，本發(fā)明提供一種包括至少一個汽缸模塊的內(nèi)燃機，所述汽缸
模塊包括
軸，其具有被軸向地固定到所述軸的第一多舌狀凸輪，以及被差動式齒 輪連接到所述第一多舌狀凸輪以繞所述軸進行軸向反向旋轉(zhuǎn)的相鄰的第二 多舌狀凸輪；
與所述多舌狀凸輪相關(guān)聯(lián)的兩對汽缸，每一對汽缸中的汽缸相對于所述 軸被沿直徑對置(diametrically opposed ),并且所述多舌狀凸輪位于所述汽 虹之間；以及
位于每個所述汽缸中的活塞， 一對汽缸中的活塞被剛性地互相連接； 其中每個所述多舌狀凸輪包括3+n個葉片，其中n為零或偶整數(shù)；并
且，所述兩對汽缸的軸線彼此之間的角度為由360。除以凸輪上的葉片數(shù)目得
到的數(shù)值的一半，
并且其中，所述活塞在所述汽缸中的往復(fù)運動通過所述活塞與所述多舌 狀凸輪的凸輪表面之間的接觸而向所述軸施加旋轉(zhuǎn)運動。
如上可知，典型地在包括反向旋轉(zhuǎn)三舌狀凸輪的驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機中發(fā) 現(xiàn)，凸輪，或者更具體指其葉片，每旋轉(zhuǎn)60度變?yōu)橥?。這提供一種以如 圖1所示的60度X形結(jié)構(gòu)來設(shè)置汽缸徑的方法。如WO 97/04225中描述的 那樣，發(fā)動機的驅(qū)動凸輪可具有3、 5、 7或任意大于3的奇數(shù)個凸輪葉片。 典型地，隨著凸輪葉片的數(shù)目增加，5葉片凸輪將提供36度X形結(jié)構(gòu)，而 7葉片凸輪將提供25.13度X形結(jié)構(gòu)，等等。
在WO 97/04225中公開，汽缸對被典型地設(shè)置為彼此成90度。在本發(fā) 明主題的改進發(fā)動機中，與WO 97/04225的發(fā)動機相同的是一對汽缸對中的 汽缸被設(shè)置為彼此成180度，但是兩對汽缸被設(shè)置為彼此成60、 36或者 35.713度等等的X形結(jié)構(gòu)。
與WO 97/04225所述的發(fā)動機類似，該改進的發(fā)動機可包括多個模塊，
5每個模塊由兩對汽缸組成。這些模塊可被定相位為彼此串列為0度，或者可 以具有相差任意角度的相位。在包括兩個雙三舌狀凸輪組件的雙模塊發(fā)動機 中，這兩個模塊典型地被構(gòu)造為彼此成30度。
通過結(jié)合X形結(jié)構(gòu)，活塞典型地通過使用安裝在三舌狀凸輪(見圖2 和4)之間的兩個偏置連接板而被接合。應(yīng)該注意到，安裝在三舌狀凸輪和 一個活塞連桿之間的一個板可被用于橋接三舌狀凸輪。
在WO 97/04225所述的發(fā)動機中，差動齒輪機構(gòu)一皮用于提供三舌狀凸 輪的反向旋轉(zhuǎn)，并且可以以本領(lǐng)域中已知的任意方式將任意方式的差動齒輪 機構(gòu)并入到所述發(fā)動機中。在本發(fā)明的改進發(fā)動機中，使用單獨的輸出軸。
前述段落涉及的輸出軸提供所需的換向齒輪機構(gòu)，并且三舌狀凸輪的比 率為1:3。這提供與傳統(tǒng)的往復(fù)式內(nèi)燃機一致的輸出軸轉(zhuǎn)速，并且允許使用 平衡軸。對于采用包括5葉片驅(qū)動凸輪的發(fā)動機，希望輸出軸的比率為1:5。 然而，任意比率可被使用。
并入輸出軸的優(yōu)點在于，可以不向主凸輪驅(qū)動軸或輸出軸上施加動力， 從而可提供兩種速度/轉(zhuǎn)矩范圍。
通過將模塊中的汽缸對設(shè)置為60度的X形結(jié)構(gòu)，活塞組件的往復(fù)量的 三分之二被相對置的活塞組件抵消。這將參照圖2進行闡釋。這將平衡活塞 組件所需的衡重體值減小到WO 97/04225所述的發(fā)動機中所需的衡重體值 的三分之一。平衡軸示出在圖3中，衡重體示出在圖5中。可以注意到，驅(qū) 動凸輪上的葉片的增加將減小所需的平衡量值。
在WO 97/04225的發(fā)動機中，活塞經(jīng)由桿和導(dǎo)承套筒互相連接。然而， 如上所述，改進發(fā)動機的活塞對可使用連接板而被接合。當(dāng)采用連接板時， 導(dǎo)承襯套或滑軌被用于控制活塞扭轉(zhuǎn)和控制活塞運動。
前述段落涉及的活塞導(dǎo)承襯套或滑軌優(yōu)選被安裝在連接板上。然而，導(dǎo) 承可替換地被安裝在活塞、活塞導(dǎo)承板(見下文)、活塞軸承軸上，或者組 件中可以控制活塞扭轉(zhuǎn)和運動的任意位置中。典型地可使用兩個導(dǎo)承，但是 也可以使用四個導(dǎo)承，這些導(dǎo)承相對于活塞被徑向地安裝以允許擴展和收縮。然而，導(dǎo)承襯套可非徑向地被安裝。
WO 97/04225的主題的發(fā)動機的驅(qū)動凸4侖被描述為是非對稱的。該特征 的優(yōu)點在于，可通過驅(qū)動凸輪設(shè)計來模擬任意的連桿比率。傳統(tǒng)往復(fù)型內(nèi)燃 機的典型的連桿比率為1.6:1。本發(fā)明和WO 97/04225主題的發(fā)動機的與連 桿比率等同的比率可以是可提供增大的換氣間隙(breathing)和比傳統(tǒng)往復(fù) 式內(nèi)燃機優(yōu)越的性能的任何比率。無窮大/無限大的連桿比率或接近恒定速 率的活塞速度可被模擬，從而提供像具有蒸汽驅(qū)動活塞的外燃發(fā)動機那樣的 較佳性能。
在廣義上描述了本發(fā)明之后，現(xiàn)在將參照下文筒要描述的附圖對改進發(fā) 動機進行例證。


圖1為改進發(fā)動機的內(nèi)部部件的主一見圖。
圖2為圖l所示組件的相同的視圖，其中正面的三舌驅(qū)動凸輪被移除。 圖3為圖l所示組件的相同的視圖，其中示出齒輪機構(gòu)和軸。 圖4為圖3所示組件的俯視圖。
圖5為更為詳細地示出發(fā)動機部件的位置關(guān)系的前立體圖。 圖6為示出平衡軸上的衡重體的后立體圖。
具體實施例方式
參照圖1，示出四汽缸四沖程發(fā)動機，其包括兩對對置汽缸。與其它附 圖一樣，外部發(fā)動機殼體被省略以便能夠看到內(nèi)部部件?；钊M件la和lb 被示出以60度角沿輸出軸6分布?；钊M件包括連接板4，其通過穿過 活塞軸承3的銷、定位銷和螺栓被固定到活塞導(dǎo)承2，作為活塞固定的一部 分。還示出兩個反向旋轉(zhuǎn)三舌驅(qū)動凸輪5a和5b。
當(dāng)活塞組件la處于上止點(TDC)和點火循環(huán)中時，活塞組件lb的上 活塞處于上止點，從而完成排氣沖程并開始進氣沖程。當(dāng)驅(qū)動凸輪反向地旋
7轉(zhuǎn)活塞組件la時，軸承3以剪切狀動作使驅(qū)動凸輪伸展離開。接著活塞組 件lb在進氣沖程中向下移動。兩個活塞以相同速率并且與輸出軸成60度角 地向下移動，相對置的活塞組件相反地執(zhí)行往復(fù)量的三分之二。
圖2中，可更詳細地觀察到偏置活塞連接板4。注意到該板中的橢圓形 剪切部允許活塞組件往復(fù)。
圖3示出齒輪IO和lla。這些齒輪給出l:3的比率，從而提供每一個旋 轉(zhuǎn)周期具有兩個活塞沖程，如同傳統(tǒng)內(nèi)燃機的特征那樣。圖3還示出用于平 衡軸8a和8b的驅(qū)動齒輪，以及提供反方向驅(qū)動的驅(qū)動中間齒輪9。
進一步參照圖3，當(dāng)驅(qū)動凸輪5b沿逆時針方向移動，其轉(zhuǎn)動主軸6，并 隨后驅(qū)動齒輪lla。齒輪lla接著沿順時針方向轉(zhuǎn)動正時齒輪(front gear) 10和輸出軸7。在活塞組件la和lb抵消往復(fù)量的三分之二的同時，平衡軸 8a和8b同樣;陂主軸齒輪lla轉(zhuǎn)動，從而抵消往復(fù)量的最后三分之一。
參照圖4,其示出位于驅(qū)動凸輪5a與5b之間的偏置活塞板4a和4b。 還示出后驅(qū)動凸輪5a安裝在其上的換向輪軸13以及后換向輪軸齒輪llb。 后驅(qū)動凸輪5a被活塞組件沿順時針方向驅(qū)動。該驅(qū)動凸輪被安裝在主軸6 上的換向輪軸/套筒13上。后驅(qū)動凸輪5a轉(zhuǎn)動套筒13,并隨后驅(qū)動后驅(qū)動 齒輪llb。
所述發(fā)動機組本體控制由驅(qū)動所述驅(qū)動凸輪5a和5b的軸承3引起的活塞扭轉(zhuǎn)。
在圖6中，可觀察到平衡軸8a和8b上的衡重體12。還示出與驅(qū)動中 間齒輪9和作為換向齒輪機構(gòu)的 一部分的換向輪軸11 b相嚙合的輸出軸和齒 輪7。后驅(qū)動齒輪沿逆時針方向轉(zhuǎn)動中間驅(qū)動齒輪9,中間齒輪9接著沿順 時針方向驅(qū)動輸出軸7，從而提供所需的換向齒輪機構(gòu)。
前述實施例僅為本發(fā)明原理的示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于進行各種修改 和變化。本發(fā)明能夠以各種方式和其它實施例被實施和執(zhí)行。還應(yīng)理解的是， 本文所采用的術(shù)語是出于描述目的，不應(yīng)視為是限制。術(shù)語"包括"和該術(shù)語的各種變型，例如"包括"或"包括"被用在本 文以表示所陳述的完整物體的包含物，但不排除任何其它的完整物體，除非 上下文或使用中根據(jù)需要對該術(shù)語做了排外的解釋。
對本申請文件中引用的公開文本的任意參照，并不表示其公開內(nèi)容構(gòu)成
澳大利亞的公知常識。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)燃機，包括至少一個汽缸模塊，所述汽缸模塊包括軸，其具有被軸向地固定到所述軸的第一多舌狀凸輪，以及被差動式齒輪連接到所述第一多舌狀凸輪以繞所述軸進行軸向反向旋轉(zhuǎn)的相鄰的第二多舌狀凸輪；與所述多舌狀凸輪相關(guān)聯(lián)的兩對汽缸，每一對汽缸中的汽缸相對于所述軸被沿直徑對置，并且所述多舌狀凸輪位于所述汽缸之間；以及位于每個所述汽缸中的活塞，一對汽缸中的活塞被剛性地互相連接；其中每個所述多舌狀凸輪包括3+n個葉片，其中n為零或偶整數(shù)；并且，所述兩對汽缸的軸線彼此之間的角度為由360°除以凸輪上的葉片數(shù)目得到的數(shù)值的一半，并且其中，所述活塞在所述汽缸中的往復(fù)運動通過所述活塞與所述多舌狀凸輪的凸輪表面之間的接觸而向所述軸施加旋轉(zhuǎn)運動。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述凸輪的每個葉片是非對稱的。
3、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中每對活塞中的活塞通過連接板被 互相連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機為四沖程發(fā)動機。
5、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，包括2至6個汽缸模塊。
6、 如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機，其中所述模塊被定相為彼此串列為0 度或者相差任意角度的相位。
7、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述活塞與所述多舌狀凸輪的凸 輪表面之間的接觸經(jīng)由滾動軸7 義。
8、 如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中所述滾動軸承具有公共軸線。
9、 如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中所述滾動軸承的軸線相對于彼此 和相對于所述活塞軸線偏移。
10、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述凸輪為三舌狀。
11、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機，其中所述汽缸對的軸線彼此成60度角，/人而形成x形結(jié)構(gòu)。
12、 如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機，其中所述活塞由安裝在多舌狀凸輪之 間的兩個偏置連接板連接。
13、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，包括另一輸出軸。
14、 如權(quán)利要求12所述的發(fā)動機，其中所述輸出軸提供所述多舌狀凸 輪的反向旋轉(zhuǎn)。
15、 如權(quán)利要求12所述的發(fā)動機，其中當(dāng)所述凸輪為三舌狀時，所述 軸提供1:3比率的換向齒輪機構(gòu)。
16、 如權(quán)利要求12所述的發(fā)動機，其中當(dāng)所述凸輪包括5個葉片時， 所述軸提供1:5比率的換向齒輪機構(gòu)。
17、 如權(quán)利要求12所述的發(fā)動才幾，其中不向兩個軸上施加動力乂人而4是 供兩種速度/轉(zhuǎn)矩范圍。
18、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機進一步包括用于抵消 所述活塞的往復(fù)量的平衡軸和/或衡重體。
19、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，包括用于控制活塞扭轉(zhuǎn)和運動的導(dǎo)承 襯套或滑軌。
20、 如權(quán)利要求19所述的發(fā)動機，其中所述導(dǎo)承襯套或滑軌被安裝在 所述連接板上。
全文摘要
一種發(fā)動機包括軸(6)，其具有沿軸向被固定到所述軸(6)的第一多舌狀凸輪(5a)以及被差動式齒輪連接到所述第一多舌狀凸輪(5a)以繞所述軸(6)軸向反向旋轉(zhuǎn)的第二多舌狀凸輪(5b)；和一對沿直徑對置的活塞(1a，1b)，一對活塞中的活塞通過連接板(4)被剛性地互相連接，其中，所述活塞的往復(fù)運動通過所述活塞與所述多舌狀凸輪的凸輪表面之間的接觸而向所述軸施加旋轉(zhuǎn)運動。
文檔編號F02B75/24GK101529065SQ200780037368
公開日2009年9月9日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者布拉德利·豪威爾-史密斯 申請人:Revetec控股有限公司