活塞装置
阅读说明：本技术 活塞装置 (Piston device ) 是由 瑞安·鲍恩 于 2020-02-24 设计创作，主要内容包括：一种活塞装置,包括：活塞；具有第一啮合轮廓且可绕轴旋转的可旋转元件,以及一机构,所述机构包括：连接到所述活塞的第一连接件；可绕固定点枢转并枢转连接到第一连接件的第二连接件；以及连接到第一和/或第二连接件的第二啮合轮廓,所述第二啮合轮廓配置成与可旋转元件的第一啮合轮廓机械接合和脱离。(A piston device, comprising: a piston; a rotatable element having a first engagement profile and rotatable about an axis, and a mechanism comprising: a first connector connected to the piston; a second link pivotable about a fixed point and pivotally connected to the first link; and a second engagement profile connected to the first and/or second connector, the second engagement profile being configured to mechanically engage and disengage with the first engagement profile of the rotatable element.)
技术领域
本发明涉及一种活塞装置和包含这种装置的内燃机。
背景技术
大多数使用流体膨胀来驱动活塞的发动机利用连杆将曲轴连接到活塞上，将活塞的往复运动转换为旋转运动。WO 2015/107330A2公开了一种用于将动力从活塞传递到旋转轴的替代布置，其中活塞通过从动件连接到轨道上。然而，从活塞到旋转轴的动力传输还可被改进。
发明内容
本发明第一方面提供一种活塞装置。
通过这样的布置，活塞和可旋转元件可以在活塞的驱动行程更大程度的耦合，这意味着来自活塞的更大比例的动力可以传递到可旋转元件。总的来说，这可以导致更高的动力转化效率。
第二啮合轮廓可包括多个第二齿。这样的布置可以减少第二啮合轮廓上的磨损。
至少两个齿可以有不同的大小。通过这样的布置，所述表面可以被配置为使得每个表面以最佳角度与第二啮合轮廓接合。
类似地，第一啮合轮廓可以包括多个第一齿。所述多个第二齿可以减少每个齿上的磨损。
第一和第二啮合轮廓可形成齿条和扇形齿轮布置。
当第一和第二啮合轮廓啮合时，接合可以是在固定点和可旋转元件的旋转轴线之间的点处。这样的布置可以允许第二连接件处于压缩状态，以便保持两个啮合轮廓更稳妥地啮合。
当第一和第二啮合轮廓接合时，第二连接件可绕固定点在第一角方向上旋转，而可旋转元件可绕轴线在第二角方向上旋转，第一角方向与第二角方向相反。通过这样的布置，两个啮合轮廓可以在圆弧中移动，圆弧仅在活塞循环中的所需点处啮合，从而可以实现两个轮廓的啮合改进。
所述活塞装置还可以包括轨道，所述轨道被布置成绕轨道轴线旋转，所述活塞耦合到所述轨道，其中所述轨道和所述可旋转元件在旋转中耦合。通过这样的布置，轨道提供了在除驱动行程之外的行程期间移动活塞的更可定制的方式。
活塞可以通过连接到第一和/或第二连接件的从动件连接到轨道，从动件被布置成沿着轨道的表面运行。使用第一连接件将轨道耦合到活塞意味着不需要使用将活塞耦合到轨道的额外特定构件，因此，这样的布置可以减轻重量。
从动件可布置成在第一和第二连接件之间的枢轴接头处耦合到第一和第二连接件。或者，从动件可以在远离第一和第二连接件之间的枢轴连接的一点处连接到第二连接件。
活塞装置还可以包括另外多个从动件，每个从动件被布置成沿着轨道的表面运行，和/或包括多个同心轨道。提供多个从动件和多个轨道可以减少每个轨道和每个从动件上的磨损。
活塞装置可以具有设置在径向外轨道和径向内轨道之间的单个从动件，或者可以具有设有径向外表面和径向内表面的单个轨道，以及两个或多个从动件，其中至少一个从动件沿着轨道的每个表面运行。
所述轨道可以设置为从一个板上形成的细长的突起，所述板在垂直于所述轨道轴线的平面上基本上是平的。因此，能够以弹性/韧性的方式形成轨道。或者，轨道可以形成为凹入板中的通道。
轨道可以被塑造为使得耦合到轨道的活塞的运动基本上是非简谐的。这可以允许活塞的运动更可自定制。
对于可旋转元件的每一次旋转，活塞可以往复两次。如此可允许活塞装置用于四行程发动机中。
所述活塞可以是第一活塞，并且所述活塞装置还可以包括在相应气缸内可移动的第二活塞、连接到所述第二活塞的另一第一连接件、以及可围绕第二固定点枢转的另一第二连接件，其中所述可旋转元件被配置成与所述第一连接件中的每一个机械地接合和脱离。
第二活塞和第一活塞可以相对布置。通过这样的布置，可以形成平衡的活塞装置。
本发明第二方面提供一种内燃机，所述内燃机包括所述第一方面提供的活塞装置。
本发明第三方面提供一种活塞装置，包括：
活塞；
可绕轴线旋转及包括轨道的旋转元件；及
机构，包括：
连接到活塞的第一连接件；
可绕固定点枢转并枢转连接到第一连接件的第二连接件；以及
布置成跟随所述轨道的第一从动件，所述从动件耦合到所述第二连接件。
在这种布置中，活塞装置的可旋转元件可不具有与连接件接合或从连接件分离的元件。可由一个从动件来将力传输到可旋转元件，该从动件在整个旋转过程中与轨道啮合。
根据需要，本发明的第三方面可以包括本发明的第一方面的任何特征。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1示出了一发动机；
图2示出了省略了各种组件的引擎；
图3示出出了第一活塞装置；
图4示出了第二活塞装置；
图5示出了第三活塞装置；
图6示出了第四活塞装置；
图7示出了第五活塞装置；及
图8示出了第六活塞装置。
具体实施方式
图1示出了包括气缸体组件12和两个头部组件14的内燃机10。气缸体组件12包括多个具有不同形状的壳体构件或板，将它们组合时形成气缸体组件12。
图2示出了发动机10，头部组件14被移除。所述头部组件包括气缸孔，每个气缸孔内设置相应的气缸套，每个气缸套内设置相应的活塞。在该视图中，可以看到活塞18从气缸体12中伸出。发动机10总共有四个活塞，它们以相对布置的关系耦合到两个轨道(轨道在图2中未示出)。因此，发动机10包括四个活塞组件，并且第一活塞组件的结构和功能将详细描述，可以理解，第二、第三和第四活塞组件在结构和功能上类似于第一活塞组件。尽管在图2中示出了四个活塞18，但应理解，可以使用任何其他数量的活塞，例如两个活塞或八个活塞。
图3示出了根据本发明的活塞装置。在图3中，示出了在气缸内往复运动的活塞118。活塞118通过枢轴销119耦合到第一连接件120。在第一连接件120的另一端，细长连接件120通过第二枢轴销121连接到第二连接件130。第二连接件130在点132处被可枢转地固定，以便与第一连接件120和活塞118形成一机构。
点132相对于里面有活塞118往复运动的气缸固定。应当理解，发动机可以例如在车辆内运动，但是在点132和气缸之间不会有相对运动。
第一连接件120还包括用于与第二啮合轮廓124接合的啮合轮廓122，第二啮合轮廓124耦合到可绕轴线A1旋转的可旋转元件123。
在点132和轴A1之间没有相对运动。
第一啮合轮廓122包括多个接合表面122A和主接合表面122B。如所能看到的，接合表面122A被不同的节距分开，并且相对于第一连接件120具有不同的尺寸和倾斜度。当由活塞118、第一连接件120和第二连接件130形成的机构在活塞驱动行程中移动时，啮合轮廓的这种性质变化允许第一啮合轮廓122和第二啮合轮廓124保持接合。还可以看出，主第一接合表面122B位于第一连接件120的最末端处，以便与主第二啮合轮廓124A的接合和动力传递可以在活塞的驱动或膨胀行程内的早期阶段发生。
可旋转元件123包括第二啮合轮廓124，第二啮合轮廓124包括用于与第一啮合轮廓的相应接合表面122A接合的多个第二接合表面124A。啮合轮廓124还包括第二主接合表面124B，其将与第一啮合轮廓的主接合表面122B接合。可以看出，第二啮合轮廓122围绕可旋转元件123的圆周的大约25％延伸。
虽然所示的啮合轮廓每个都具有多个接合表面，但是第一连接件120上的单个接合表面和可旋转元件123上的单个接合表面可以足以提供动力传递，例如单个齿和槽的布置。
活塞装置还包括轨道126和配置成沿着轨道126滚动的从动件128。也可以使用滑动从动件，该从动件将沿着轨道126滑动。从动件128连接到第一连接件120，轨道126和从动件128的作用可以使活塞118在回程中移动，并且轨道126可以以任何方式成型，设置成不同形状，以便为循环的不同行程提供不同的速度。例如，通过轨道和从动件布置，可实现活塞的基本的非简谐运动。
图4示出了图3所示活塞装置的进一步改进的方案。在这个布置中，类似的部件用相对应的参考数字进行标记，为了简洁起见，这里不再重复对未改变的部件的描述。
绕轴线A2旋转的可旋转元件223与啮合轮廓224被制成一个整体。然而，图3的可旋转元件123同样可以用于这里。
第二连接件230已被改进以具有第三啮合轮廓225。第三啮合轮廓225在第三啮合轮廓225与第一啮合轮廓222两者都将与第一啮合轮廓224接合的点处与第一啮合轮廓222基本一致。因此，施加在可旋转元件223上的力可以分布在第二啮合轮廓222和第三啮合轮廓225上。
尽管连接219被示为销钉接头连接，但同样可行的是，接头可以在垂直于活塞运动方向的方向上平移，同时不可旋转。
参考图5，在图4所示的装置的基础上进行了调整，使得仅第三啮合轮廓325与可绕轴线A3旋转的可旋转元件323接合。第二连接件330由三个分开的构件形成。第一构件330A从枢轴点332延伸到用于连接到第一连接件320的销接头；第二构件330B在枢轴点332和第三啮合轮廓325之间延伸；第三构件330c在第一连接件320和第二连接件330之间的啮合轮廓325和点连接321之间延伸。为了减轻重量，在第一、第二和第三构件330A、330B、330C之间镂空空间。第二连接件330的枢轴点332与活塞分开大约45°，该角度在轴线A3处测量。通过使枢轴点332更靠近活塞318，在活塞318的驱动行程开始的点处提供更大的杠杆臂。
从图5可以看出，可旋转元件323的第一接合部324已经改变，以便与第三接合部325接合。
在图6所示的布置中，第二连接件430的形状已经改变，使得其具有含有第三接合部425的中心块，其中第一构件430A从中心部分延伸到枢轴点432，第二构件430B从中心部分延伸到销接头421。还应注意，从动件428设置在第二构件430上，与第一连接件420相对。
第一接合部425的形状已经改变，使得它可以与第二接合部424配合，第二接合部424实质上为圆柱形轴承。
第一接合部425可作为滚子，第二接合部424可作为轨道。
在上述任何实施例中，从动件可以是设置在第一和第二连接件之间的枢轴销上的一个或多个滚子的形式。从动件可以是设置在两个轨道(即，径向内轨道和径向外轨道)之间的单个滚子，或者两个滚子，一个与轨道的径向内表面接合，一个与径向外轨道接合。
例如，图7示出了活塞装置，其具有在枢转点521处可枢转地连接到第二连接件530的第一连接件520和布置在枢转点521处的从动件528，从动件布置成跟随轨道526。从动件528可以是安装在枢轴销上的轮子或滚子，枢轴销也延伸穿过第一连接件520和第二连接件530。
第二连接件530还具有用于接合啮合轮廓524的啮合轮廓525，所述啮合轮廓524旋转地连接到轨道526以绕轴线A5旋转。
第二连接件530可围绕固定枢轴点532枢转，并且由于孔531而可减轻重量。
图8示出了在第一或第二连接件上或在可旋转元件上没有啮合轮廓的活塞装置。在图8所示的布置中，可旋转元件和活塞618之间的力传递通过从动件628、628a和轨道626进行。
第一从动件628设置在第一连接件620和第二连接件630之间的枢轴接头621处，第二从动件628A设置在第二连接件630上，并通过枢轴销629延伸穿过第二连接件630安装。值得注意的是，枢轴销629不延伸穿过第一连接件620。
活塞装置具有单个轨道626，第一和第二从动件628、628a设置在轨道两侧。尽管上面已经结合一个或多个优选实施例描述了本发明，但可以理解，在不脱离所附权利要求中定义的本发明的范围的情况下，本发明可以进行各种改变或修改。
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