单轴双膨胀内燃发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种单轴双膨胀内燃发动机。描述了一种单轴双膨胀内燃发动机，其包括发动机缸体，该发动机缸体包括通过汽缸盖流体联接的第一和第二动力汽缸以及膨胀汽缸，以及连接到曲轴的相应第一和第二曲柄销的第一和第二动力活塞。多连接连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，且支撑第一枢轴销、第二枢轴销和第三枢轴销。第一枢轴销经连杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞。曲轴的第三曲柄销用作第二枢轴销，并具有位于曲轴自第一曲柄销的行程旋转180度处的行程。第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂连接到发动机缸体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及内燃发动机组件。
技术介绍
内燃发动机燃烧空气和燃料的混合物以产生用以作功的机械动力。内燃发动机的基本部件在现有技术中是众所周知的，且优选地包括发动机缸体、汽缸盖、汽缸、活塞、阀门、曲轴以及一个或多个凸轮轴。汽缸盖、汽缸和活塞顶部形成可变容积的燃烧室，燃料和空气被引进燃烧室，并且在燃烧室中进行作为设备的热力循环的一部分的燃烧。在所有的内燃发动机中，有用功产生于直接作用于如活塞顶部或冠部等可动的发动机部件上的燃烧的热气体产物。通常，活塞的往复运动经连杆被转换为曲轴的旋转运动。一种已知的内燃发动机以四冲程燃烧循环运行，其中，冲程被限定为活塞从上止点(TDC)位置至下止点(BDC)位置的完整的运动，反之亦然，且冲程包括进气、压缩、做功和排气。相应地，四冲程发动机在本文中被限定为，对于汽缸充气的每一个动力冲程，即对于将动力传递至曲轴的每个冲程，需要四个完整的活塞冲程的发动机。内燃发动机的总效率取决于其通过最小化导致能量流失至环境中的折衷以最大化所有过程的效率的能力。在专用部件中划分传统的四冲程循环允许通过经中间压缩热提取(例如通过使用热交换器)试图接近汽缸充气的等温压缩使压缩过程的效率更高。同样地，更大量的机械能可在膨胀过程中通过趋向绝热膨胀并进一步延长膨胀以作功气体降低至大气压而从汽缸充气获得。此外，最大化作功气体的比热比同时分别降低各比热允许膨胀过程中的更大的能量提取，同时最小化与各专用部件相关联的机械和流动损失。一种已知的满足这些挑战的方法是低温燃烧(LTC)涡轮增压式柴油发动机。LTC涡轮增压式柴油发动机依赖于由充气冷却分隔以接近等温压缩的二级压缩过程，以减少达到给定空气密度稀薄低温燃烧所需要的功，以最小化热损失同时改善气体特性，并且依赖于二级膨胀过程，以提高从热的燃烧
后的气体的功回收。在热力学上，涡轮增压式柴油发动机是多轴双压缩、双膨胀发动机，其为依赖于旋转式和往复式机器的组合以在燃烧之前执行两压缩并且在燃烧之后执行两膨胀的发动机。然而，现代涡轮增压式柴油发动机机的总效率受限于在操作范围内(over the operating domain)匹配和优化这些部件的性能的能力。用于在外部充气的多轴发动机上提供增压的空气处理系统包括更复杂的增压系统，其采用两级和三级涡轮增压或涡轮增压器和机械驱动增压器的组合。除了充气设备，该系统还需要热交换器、旁路阀门和控制件。
技术实现思路
描述了一种单轴双膨胀内燃发动机，其包括发动机缸体、汽缸盖、单个曲轴和多连接连杆组件。发动机缸体包括第一和第二动力汽缸以及膨胀汽缸。气缸盖流体联接第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸。第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中往复运动，并分别连接至曲轴的第一和第二曲柄销。多连接连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，并支撑位于所述主臂的第一端部上的第一枢轴销、位于所述主臂的中部部分的第二枢轴销以及位于所述主臂的第二端部上的第三枢轴销。第一枢轴销经连接杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞。曲轴的第三曲柄销用作第二枢轴销，并具有位于自第一和第二曲柄销的行程围绕曲轴的纵向轴线旋转180度处的行程。第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂连接到发动机缸体。根据本专利技术一方面，提供一种单轴双膨胀内燃发动机，其包括：发动机缸体、气缸盖、单个曲轴及多连接连杆组件；所述发动机缸体包括第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；所述气缸盖流体联接第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；第一和第二动力活塞分别在所述第一和第二动力汽缸中往复运动，并连接至曲轴的径向重合的相应的第一和第二曲柄销；所述多连接连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，并支撑位于所述主臂的第一端部上的第一枢轴销、位于所述主臂的中部部分的第二枢轴销以及位于所述主臂的第二端部上的第三枢轴销；所述第一枢轴销经连杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞；所述第二枢轴销连接至曲轴的第三曲柄销，该第三曲柄销具有位于自第
一和第二曲柄销的行程围绕曲轴的纵向轴线旋转180度处的行程；且所述第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂连接到发动机缸体。优选地，其中，多连接连杆组件的第一枢轴销和第二枢轴销限定了第一直线距离，多连接连杆组件的第二枢轴销和第三枢轴销限定了第二直线距离，且其中，基于所述第一直线距离和第二直线距离限定了在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞的直线行程的幅度。优选地，其中，第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中同步地往复运动，且所述膨胀活塞以与第一和第二动力活塞具有180°的相位差在所述膨胀汽缸中往复运动。优选地，其中，多连接连杆组件的第一枢轴销和第二枢轴销限定了第一直线距离，多连接连杆组件的第二枢轴销和第三枢轴销限定了第二直线距离，且其中，基于所述第一直线距离、第二直线距离、在第三枢轴销和发动机缸体之间连接的摆臂的直线长度、以及将所述摆臂连接至发动机缸体的第三枢轴销的位置，限定了在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞的直线行程的幅度。优选地，其中，所述第一和第二动力汽缸和所述膨胀汽缸具有平行的纵向中心轴线，且其中，所述膨胀汽缸的纵向中心轴线偏离在第一和第二动力汽缸的纵向中心轴线之间形成的直线。优选地，其中，所述气缸盖包括将第一动力汽缸流体连接至所述膨胀汽缸的第一排气口、第一排气流道和第一膨胀汽缸进气口，以及将第二动力汽缸流体连接至所述膨胀汽缸的第二排气口、第二排气流道和第二膨胀汽缸进气口。优选地，其中，第一动力汽缸以四冲程燃烧循环运行，且第二动力汽缸以四冲程燃烧循环运行。优选地，其中，所述第一动力汽缸的四冲程燃烧循环实行为与所述第二动力汽缸的四冲程燃烧循环具有360旋转角度的相位差。优选地，其中，所述膨胀汽缸以二冲程燃烧循环运行。根据本专利技术另一方面，提供一种内燃发动机，其包括：发动机缸体，汽缸盖和单个曲轴；所述发动机缸体包括第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；所述气缸盖流体联接第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中往复运动，并连接至曲轴的径向重合的第一和第二曲柄销；包括刚性主臂的多连接连杆组件，所述刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，并支撑位于所述主臂的第一端部上的第一枢轴销、位于所述主臂的中部部分上的第二枢轴销以及位于所述主臂的第二端部上的第三枢轴销，所述多连接连杆组件包括第一枢轴销、第二枢轴销、第三曲柄销以及第三枢轴销，所述第一枢轴销经连接杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞，所述第二枢轴销连接至曲轴的第三曲柄销，所述第三曲柄销具有位于自第一和第一曲柄销的行程围绕曲轴的纵向轴线旋转180度处的行程，所述第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂与发动机缸体相连接；其中，所述膨胀汽缸和相关联的膨胀活塞偏移于所述曲轴的中心线。优选地，其中，第一和第二动力汽缸限定了与曲轴的中心线相交的中心线。优选地，其中，第一和第二动力汽缸限定了在与所述膨胀汽缸相对侧偏离曲轴中心线的中心线。优选地，其中，多连接连杆组件的第一枢轴销和第二枢轴销限定了第一直线距离，多连接连杆组件的第二枢轴销和第三枢轴销限定了第二直线距离，且其中，基于所述第一直线距离和第二直线距离限定了在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞的直线行程的幅度。优选地，其中，第一和第二动力活塞分别在第一和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单轴双膨胀内燃发动机，其包括：发动机缸体、气缸盖、单个曲轴及多连接连杆组件；所述发动机缸体包括第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；所述气缸盖流体联接第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；第一和第二动力活塞分别在所述第一和第二动力汽缸中往复运动，并连接至曲轴的径向重合的相应的第一和第二曲柄销；所述多连接连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，并支撑位于所述主臂的第一端部上的第一枢轴销、位于所述主臂的中部部分的第二枢轴销以及位于所述主臂的第二端部上的第三枢轴销；所述第一枢轴销经连杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞；所述第二枢轴销连接至曲轴的第三曲柄销，该第三曲柄销具有位于自第一和第二曲柄销的行程围绕曲轴的纵向轴线旋转180度处的行程；且所述第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂连接到发动机缸体。

【技术特征摘要】
2015.01.30 US 14/610,4091.一种单轴双膨胀内燃发动机，其包括：发动机缸体、气缸盖、单个曲轴及多连接连杆组件；所述发动机缸体包括第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；所述气缸盖流体联接第一和第二动力汽缸及膨胀汽缸；第一和第二动力活塞分别在所述第一和第二动力汽缸中往复运动，并连接至曲轴的径向重合的相应的第一和第二曲柄销；所述多连接连杆组件包括刚性主臂，该刚性主臂垂直于曲轴的纵向轴线延伸，并支撑位于所述主臂的第一端部上的第一枢轴销、位于所述主臂的中部部分的第二枢轴销以及位于所述主臂的第二端部上的第三枢轴销；所述第一枢轴销经连杆连接至在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞；所述第二枢轴销连接至曲轴的第三曲柄销，该第三曲柄销具有位于自第一和第二曲柄销的行程围绕曲轴的纵向轴线旋转180度处的行程；且所述第三枢轴销连接至摆臂，所述摆臂连接到发动机缸体。2.如权利要求1所述的单轴双膨胀内燃发动机，其中，多连接连杆组件的第一枢轴销和第二枢轴销限定了第一直线距离，多连接连杆组件的第二枢轴销和第三枢轴销限定了第二直线距离，且其中，基于所述第一直线距离和第二直线距离限定了在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞的直线行程的幅度。3.如权利要求1所述的单轴双膨胀内燃发动机，其中，第一和第二动力活塞分别在第一和第二动力汽缸中同步地往复运动，且所述膨胀活塞以与第一和第二动力活塞具有180°的相位差在所述膨胀汽缸中往复运动。4.如权利要求1所述的单轴双膨胀内燃发动机，其中，多连接连杆组件的第一枢轴销和第二枢轴销限定了第一直线距离，多连接连杆组件的第二枢轴销和第三枢轴销限定了第二直线距离，且其中，基于所述第一直线距离、第二直线距离、在第三枢轴销和发动机缸体之间连接的摆臂的直线长度、以及将所述摆臂连接至发动机缸体的第三枢轴销的位置，限定了在第三汽缸中往复运动的膨胀活塞的直线行程的...

【专利技术属性】
技术研发人员：RP达雷特，PM纳特，PP安德鲁斯基维茨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US