CN1214180C - 压缩可变的活塞组件 - Google Patents

Abstract

一压缩可变的活塞组件(300)包括多个活塞，例如双端活塞(330、332)，一转动件，例如一飞轮(322)或一零冲程的枢轴件，该转动件连接在转换臂(310)上，并且被构制成可相对转换臂(310)沿转动件(322)的转动轴线运动。转动件(322)相对转换臂(310)的运动改变了活塞组件(330、332)的压缩比。转换臂(310)连接在每个活塞(330、332)的大约中心处。转动件(322)相对转换臂(310)的运动改变了每个双端活塞(330、332)的压缩比和位移。

Description

压缩可变的活塞组件

技术领域

本发明涉及一压缩可变的活塞组件和一发动机，该发动机具有连接在一万向接头上的双端活塞，以将该活塞的直线运动转换为转动运动。

背景技术

大多数的活塞驱动发动机具有连接在一曲轴的偏置部分上的活塞，因此当活塞沿垂直该曲轴的轴线的往复方向运动时，该曲轴将会转动。

美国专利5,535,709揭示了一种带有双端活塞的发动机，该双端活塞连接在带有一偏置部分的曲轴上。连接在活塞和曲轴之间的一根杆被限制在一支点调接头器中，以将转动运动提供给该曲轴。

美国专利4,011,842揭示了一四汽缸的活塞发动机，该发动机利用了连接在一T形连接件上的两个双端活塞，该发动机可致使曲轴转动。T形连接件在每个T形交叉臂处连接到一双端活塞。T形交叉臂上一定位在中心的点可转动地连接在一固定点上，并且T形的底部可转动地连接在一曲柄销上，该曲柄销通过一曲柄半径连接在该曲轴上，该曲轴具有一平衡块。

在以上每个例子中，使用了双端活塞来驱动一曲轴，该曲轴具有垂直活塞轴线的一轴线。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供了一种压缩可变的活塞组件，它包括：多个活塞，与每个活塞相连接的一转换臂，该转换臂包括具有一轴线的驱动件，以及沿着驱动件的轴线与驱动件可滑动地连接的一转动件，该转动件相对于驱动件的位置决定了活塞组件的压缩比。

本发明的该方面的实施例可具有一个或多个以下特征。

该活塞是双端活塞。该转换臂连接在每个双端活塞的大约中心处。该转动件相对该转换臂的运动改变了每个双端活塞的压缩比和位移。

该组件具有两个活塞，并且转动件的转动轴线和两活塞的轴线处在同一平面上。该转动件是一飞轮。一控制杆可操作地连接到所述飞轮上，因此控制杆的传动提供了该飞轮相对该转换臂的直线运动。

在某些图示的实施例中，该转动件被构制成可位于一零冲程的位置，其中无需相应的活塞运动，就可发生该转动件的转动。该转动件包括可转动地连接到一控制件上的一枢轴件，该控制件的传动导致了该枢轴件的运动，以改变压缩比。

设置各活塞，使其轴线平行或不平行。

驱动销钉将转换臂连接在活塞上。该驱动件延伸进入到该转动件的开口中且邻近该转动件的周边。该驱动臂延伸进入到位于该转动件中的一枢轴销钉中。一主驱动轴连接在该转动件上。该驱动轴的轴线平行于每个活塞的轴线。一万向接头将该转换臂连接到一支承件上。

多个活塞中至少有一个具有一输出泵活塞，以驱动一个泵。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于改变活塞组件压缩比的方法，它包括：提供：多个活塞；与每个活塞相连接的一转换臂，该转换臂包括具有一轴线的驱动件；以及沿着驱动件的轴线与驱动件可滑动地连接的一转动件，并且该转动件相对于驱动件运动以改变活塞组件的压缩比。

按照本发明的又一个方面，提供了一种用于提高活塞组件效率的方法，它包括：提供：多个双端活塞；与每个双端活塞的大约中心处相连接的一转换臂，该转换臂包括具有一轴线的驱动件；以及沿着驱动件的轴线与驱动件可滑动地连接的一转动件，并且转动件相对于驱动件运动以改变双端活塞组件的压缩比和位移。

附图说明

图1和图2是本发明的一四汽缸发动机简化图的侧视图；

图3、4、5和6是图1的发动机的俯视图，示出了处在四个不同位置的活塞和飞轮；

图7是本发明的一八汽缸发动机的局部剖视的俯视图；

图8是图7的发动机的剖视的侧视图；

图9是图7的右侧视图；

图10是图7的侧视图；

图11是图7的左侧视图；

图12是图7的发动机的局部俯视图；示出了处在高压缩位置的各活塞、驱动件和飞轮。

图13是图7中发动机的局部俯视图，示出了处在低压缩位置的各活塞、驱动件和飞轮。

图14是一活塞的俯视图；

图15是一活塞的侧视图，示出了在两个位置的驱动件；

图16示出了驱动件和活塞的支承面；

图17是一空气驱动发动机/泵实施例；

图18图示了处在第一位置的空气阀；

图18a、18b和18c是图18所示空气阀的三个横截面的剖视图；

图19图示了处在第二位置的空气阀；

图19a、19b和19c是图19所示空气阀的三个横截面的剖视图；

图20示出了带有倾斜汽缸的实施例；

图21示出了带有单端活塞的实施例；

图22是一两汽缸、双端活塞组件的俯视图；

图23是图22的组件的其中一个双端活塞俯视图；

图23a是图23的双端活塞沿线23A、23A的侧视图；

图24是图22的活塞组件的一转换臂和万向接头的俯视图；

图24a是图24的转换臂和万向接头沿线24a、24a的侧视图；

图25是连接到图22的活塞组件的转换臂上的一驱动臂的立体图；

图25a是图22的活塞组件的一转动件沿图22的线25a、25a的侧视图，示出了驱动臂和转动件之间的连接；

图25b是该转动件沿图25a的线25b、25b的侧视图；

图26是图22的活塞组件剖视的俯视图；

图27是该转换臂沿图24的线27、27的端视图；

图27a是图22的活塞组件的一驱动销钉的剖视图；

图28-28b分别是图22的活塞组件的俯视、后视和侧视图；

图28c是图22的活塞组件的一辅助轴的俯视图；

图29是零冲程接合的一剖视的侧视图；

图29a是图29的零冲程接合的分解图；

图30是示出了一非卧式活塞组件的8字形运动的曲线图；

图31示出了一加强的驱动销钉；

图32是用于直接将燃烧压力施加到泵活塞上的一四汽缸发动机的俯视图，以及

图32a是该四汽缸发动机沿图32的线32a、32a的侧视图。

具体实施方式

图1是按照本发明的四活塞发动机10的示意图。发动机10具有两个汽缸11(图3)和12。汽缸11和12都容纳有一个双端活塞。各双端活塞连接在转换臂13上，而转换臂13通过轴14连接在飞轮15上。转换臂13通过一万向接头机构连接在支承件19上，该万向接头机构包括能使转换臂13上下运动的轴18和能使转换臂13侧至侧运动的轴17。图1示出了飞轮15处在轴14位于轮15的顶部的一个位置。

在图2所示的发动机10中，飞轮15转动，因此轴14处在飞轮15的底部。转换臂13已相对轴18向下转动。

图3-6所示的是示意图的俯视图，其中转换臂13处于四个位置，而运动的飞轮15比其上一位置均有90°的增量。图3示出了飞轮15，此时轴14处在图3a所示的位置。当活塞1燃烧且向着汽缸11的中部运动时，转换臂13在万向节16上转动，使飞轮15转动至图2所示位置。轴14将处在图4a所示的位置。当活塞4被点燃时，转换臂13将运动至图5所示的位置。飞轮15和轴14将处在图5a所示的位置。下一个活塞2将会燃烧，并且转换臂13将运动至图6所示的位置。飞轮15和轴14将处在图6a所示的位置。当活塞3被点燃时，转换臂13和飞轮15将返回到图3和3a所示的初始位置。

当各活塞燃烧时，转换臂将随着活塞的运动来回地运动。因为转换臂13连接在万向接头16上，且又通过轴14连接在飞轮15上，飞轮15的转动使活塞的直线运动转换为转动运动。

图7(以局部剖视)所示的是按照本发明的一种包含有四个双活塞、八个汽缸的发动机30的一实施例的俯视图。实际上只有四个汽缸，但是每个汽缸中带有一个双活塞。该发动机相当于一八缸发动机。示出了两个汽缸31和46。汽缸31具有分别带有活塞环32a和33a的双端活塞32、33。活塞32、33通过活塞臂54a连接在一转换臂60(图8)上，活塞臂54a延伸进入到位于活塞32、33和套筒轴承55中的开口55a中。类似地，汽缸46中的活塞47、49通过活塞臂54b连接在转换臂60上。

汽缸31的每端都具有通过一摇臂和一火花塞控制的入口和出口阀。活塞端32具有摇臂35a、35b和火花塞44，活塞端33具有摇臂34a、34b和火花塞41。每个活塞都具有与其相关的一套阀门、摇臂和一火花塞。点燃火花塞以及开启和闭合入口和排放阀的时间被连接到皮带轮50a上的同步皮带51所控制。皮带轮50a通过轴63(图8)连接在齿轮64上，轴63被由飞轮69提供动力的输出轴53带动。皮带轮50a也带动了连接在分配器38上的皮带轮50b和齿轮39。齿轮39也带动了齿轮40。齿轮39和40连接在凸轮轴75(图8)上，而凸轮轴75驱动了连接在摇臂34、35及其他未图示的摇臂上的推杆。

所示的排气歧管48和56分别连接在汽缸46和31上。每个排气歧管连接了四个排气口。

图8是沿图7中截面8-8移开一侧后发动机30的侧视图。转换臂60通过销钉72和销钉71安装在支承件70上，销钉72使得转换臂可上下运动(如图8所示)，销钉71使得转换臂60可以侧至侧地运动。因为转换臂60在侧至侧运动的同时可以上下运动，所以轴61能够以圆形路径带动飞轮69。四个连接的活塞臂(活塞臂54b和54d示出在图8中)被围绕销钉71作振动运动的四个双端活塞所带动。当连接臂来回运动时，飞轮69中的轴61的端部致使转换臂上下运动。飞轮69具有围绕一侧的齿轮齿69a，可用它来带动飞轮，使其与启动电动机100(图11)一起来启动发动机。

飞轮69以及与其连接的驱动轴68的转动带动了齿轮65，齿轮65又带动了齿轮64和66。齿轮64连接在带动了皮带轮50a的轴63上。皮带轮50a连接皮带51。皮带51带动了皮带轮50b和齿轮39、40(图7)。凸轮轴75具有位于一端上的凸轮88-91和位于另一端上的凸轮84-87。凸轮88和90分别驱动了推杆76和77。凸轮89和91分别驱动了推杆93和94。凸轮84和86分别驱动了推杆95和96。以及凸轮85和87分别驱动了推杆78和79。推杆77、76、93、94、95、96和78、79用以开启和闭合活塞之上的汽缸的进入和排放阀。已被剖去的该发动机的左侧容纳有相同、但是相对的阀门驱动机构。

被驱动轴68上的齿轮65转动的齿轮66转动了泵67，泵67可以是使用在发动机冷却***(图未示)中的一水泵，或者一油泵。

图9是示出了汽缸和双端活塞的相对位置的发动机30的后视图。活塞32、33以虚线示出，并且阀门35c和35d分别位于提升臂35a和35b之下。所示的皮带51和皮带轮50b位于分配器38之下。于活塞32-33、32a-33a、47-49及47a-49a之中。示出了转换臂60和四个活塞臂54a、54b、54c和54d中的两个54c和54d。

图10是示出了排气歧管56、进气歧管56a和汽化器56e的发动机30的一侧视图。带有同步皮带的皮带轮50a和50b也示出在图中。

图11是示出了汽缸和双端活塞32-33、32a-33a、47-49和47a-49a相对位置的发动机30的正视图，四个活塞臂54a、54b、54c和54d位于各活塞中。所示的泵67位于轴53之下，所示的皮带轮50a和同步皮带51位于发动机30的顶部。所示的启动器100带有啮合飞轮69上的齿轮齿69a的齿轮101。

本发明的一个特征就是在发动机运行的同时可以改变发动机的压缩比。安装在飞轮69上的臂61的端部在一点以圆形路径中运动，在该点臂61进入到飞轮69中。参见图13，臂61的端部处在一套筒轴承滚珠衬套组件(sleevebearing ball bushing assembly)80中。活塞的冲程是由臂61控制的。臂61与轴53形成了一个角度，例如大约15°。通过轴53上的飞轮69向右或向左的运动，如图13所示，可以改变臂61的角度，改变了活塞的冲程，由此改变了压缩比。通过转动螺纹105上的螺母104，可改变飞轮69的位置。螺母104通过推力轴承106a键固在轴53上，推力轴承106a通过环106b固定在其位。在图12所示的位置中，飞轮69已运动至右方，延伸了活塞的冲程。

在图12中，飞轮移动至增加活塞冲程的右方，这提供了较高的压缩比。螺母105已经旋至右方，使轴53和飞轮69移动至右方。臂61进一步延伸进入衬套组件80中且伸出飞轮69的后部。

在图13中，飞轮移动至减小活塞冲程的左方，这提供了较低的压缩比。螺母105已经旋至左方，使轴53和飞轮69移动至左方。臂61较少地伸展进入到衬套组件80中。

转换臂上的各活塞臂***到活塞中的一衬套中的套筒轴承中。图14示出了一双活塞110，该双活塞具有位于其一端上的活塞环111和位于其另一端上的活塞环112。槽113位于该活塞的边侧。套筒轴承的位置以114所示。

图15示出了一活塞臂116，活塞臂116延伸进入到活塞110中，通过了槽113且进入到衬套115中的套筒轴承117中。活塞臂116以116a示出在一第二位置。两活塞臂116和116a示出了发动机运作过程中活塞臂116的运动限制范围。

如图16所示，活塞臂116处在套筒轴承117中。套筒轴承117处在枢销115中。活塞臂116可在套筒轴承117和活塞臂116的组件中自由转动，套筒轴承117和枢销115及套筒轴承118a、118b在活塞110中转动，活塞臂116可沿套筒轴承117的轴线轴向移动，以允许双端活塞110的直线运动以及连接了活塞臂116的转换臂的运动。

图17示出了图1中的四个汽缸发动机10是如何被构制成使用位于输出轴122上的一四通转动阀123作为一空气发动机的。每个汽缸1、2、3和4分别通过软管131、132、133和144连接在转动阀123上。进气口124用来提供空气，以运行发动机120。连续地将空气提供给各活塞1a、2a、3a和4a，以在汽缸中来回地移动活塞。通过排气口136从汽缸中排出空气。通过连接销钉127和128连接在各活塞上的转换臂126如对图1-6的描述那样运动，以转动飞轮129和输出轴22。

图18是转动阀123的剖视图，此时，增压的空气或气体正通过进气口124、环形通道125、通道126、通道130和空气软管131进入到汽缸1中。转动阀123是由壳体123中的多个通道和输出轴122组成的。增压的空气进入汽缸1使得活塞1a、3a移动至右方(如图18所示)。排出气体通过管道133排出汽缸3而进入到腔体134中，通过通道135而后从排气管136中排出。

图18a、18b和18c是阀23的剖视图，它们示出了当如图18所示定位时，阀的空气通道沿阀23所处的三个位置。

图19所示的是当增压的空气转换了活塞1a、3a的方向而进入到汽缸3中时转动了180°的转动阀123。增压的空气进入到进气口124中，通过环形腔125、通道126、腔体134和空气管道133进入到汽缸3中。这又使汽缸1中的空气通过管道131、腔体130、管道135、环形腔137和排气口136被排出。当活塞1a、3a完成其至左方的冲程时，轴122将会转动逆时针转动360°。

只示出了活塞1a、3a来说明空气发动机和阀123相对活塞运动的运作。活塞2a、4a的运作在功能上是相同的，只是该活塞2a、4a的360°的周期在轴转过90°时开始，在轴转过270°时反向，回到90°完成其周期。动力冲程发生在转动的每个90°。

图19a、19b和19c是阀123的剖视图，它们示出了当如图19所示定位时，阀的空气通道沿阀123所处的三个位置。

操作图17的空气发动机的操作原则可以颠倒，并且图17的发动机120以用作空气或气体压缩机或泵。通过给轴122施加转动动力来顺时针转动发动机10，排气口136会将气体引入到汽缸中，口124将会供给空气，该空气用来驱动例如气动工具或者储藏在空气箱中。

在上述的实施例中，所示的汽缸是相互平行的。但是，汽缸并不需要平行。图20示出了与图1-6类似的一实施例，汽缸150和151彼此并不平行。万向接头160允许活塞臂152和153相对传动臂154形成不是90°的一个角度。即使各汽缸相互不平行，发动机在功能上是一样的。

还可对图1-6的发动机10进行另一改型。如图21所示，该实施例具有单端活塞。活塞1a和2a通过传动臂171和172连接在万向接头170上，通过传动臂174连接在飞轮173上。基本区别是使飞轮173转动360°的活塞1a和2a的冲程次数。

参见图22，一两汽缸活塞组件300具有分别容纳了一可变冲程、双端活塞306、308的汽缸302、304。活塞组件300提供了与传统四汽缸发动机每转相同的动力冲程。各双端活塞306、308分别通过一传动销312、314连接在一转换臂310上。转换臂310通过例如一万向接头318(U形接头)、等速接头或球面轴承安装在一支承件316上。从转换臂310延伸的一传动臂320连接在一可转动的构件例如飞轮322上。

转换臂310将活塞306、308的直线运动转换为飞轮322的转动运动。飞轮322的轴线A平行于活塞306、308的轴线B和C(尽管如图20所示，轴线A可以偏离轴线。)以形成轴向式或圆筒式发动机、泵或压缩机。U形接头以轴线A为中心。如图28a所示，活塞306、308隔开180°，轴线A、B和C处在同一平面D上，以形成一卧式活塞组件。

参见图22和23，汽缸302、304各具有安装在组件外壳结构303上的左右汽缸半体301a、301b。双端活塞306、308各具有分别通过一中心接头334、334a连接的两活塞330和332、330a和332a。所示的活塞具有相等的长度，尽管也可以考虑其他长度。例如，接头334是偏移中心的，因此活塞330比活塞332要长。当活塞以330a、332、330、332a依次点燃时，从图22所示的位置，飞轮以逆时针转动，从箭头333的方向观察，活塞组件300是一四冲程循环的发动机，即每个活塞在飞轮322的两转中点燃一次。

当活塞来回运动时，传动销312、314必须围绕它们的共同轴线E(箭头305)可自由转动，可沿着轴线E(箭头307)滑动，同时可相对于活塞的中心线B的径向距离随着转换臂310的摇摆角度α(大约±15°的摇摆)而改变，并且可围绕中心F(箭头309)转动。接头334被构制成可提供该运动的自由度。

接头334界定了用以接纳传动销312的一个槽340(图23a)和垂直于槽340且容纳套筒轴承338的孔336。汽缸341位于套筒轴承338中，以在套筒轴承中转动。套筒轴承338界定了形状类似于槽340且与槽340对齐的一侧槽342。汽缸341界定了一通孔344。传动销312被接纳在槽342和孔344中。另一个套筒轴承346位于汽缸341的通孔344中。槽340、342和套筒轴承338的结合允许传动销312可沿箭头309移动。套筒轴承346允许传动销312围绕其轴线E转动，及沿着其轴线E滑动。

如果活塞组件的两汽缸构制成不是180°的间隔，或者应用了多于两个的汽缸，位于套筒轴承338中的汽缸341沿箭头350方向的运动提供了当各活塞进行8字形的运动时防止它们咬合(binding)所需的额外的运动自由度，以下将会讨论。槽340的尺寸也必须能够提供足够的余隙，以允许销钉的8字形运动。

参见图24和24a，U形接头318界定了一中心枢轴352(传动销轴线E穿过了中心枢轴352)，且具有一竖立销354和一水平销356。转换臂310能够沿箭头358围绕销钉354、沿箭头360围绕销钉356转动。

参见图25、25a和25b，作为将转换臂310连接在飞轮322上的球面轴承的替代方案，传动臂320被接纳在安装到飞轮上的圆柱形的枢轴销370中，并且径向偏离飞轮的中心372一定距离，例如2.125英寸，需要该偏移量来产生转换臂中的所需摇摆角度α(图22)。

枢轴销钉370具有一个通孔374，以接纳传动臂320。在孔374中有一个套筒轴承376，以给传动臂320提供一个支承面。枢轴销钉370具有分别位于套筒轴承382、384中的圆柱形延伸部分378、380。当飞轮沿着传动臂320轴向移动以改变摇摆角度α和该组件的压缩比(如以下进一步的描述)时，枢轴销钉370在套筒轴承382、384内转动，以保持与传动臂320对齐。扭转力通过推力轴承388、390来传输，依据飞轮沿箭头386的转动方向，其中一个或其他推力轴承承载负荷。

参见图26，为了改变活塞组件300的压缩和位移，沿轴线A的飞轮322的轴向位置通过转动轴400来改变。链轮410安装在轴400上，以与轴400一起转动。一第二链轮412通过滚子链413连接在链轮410上。链轮412安装在一带螺纹的转动圆筒414上。圆筒414的螺纹416接触一静止外圆筒420的螺纹418。轴400沿箭头401转动，因此链轮410和412带动了圆筒414的转动。因为外圆筒420是固定的，圆筒414的转动使其沿轴线A、箭头403直线运动。圆筒414位于轴环422和齿轮424之间，后两者都固定在一主驱动轴408上。驱动轴408本身又固定在飞轮322上。因此，圆筒414沿轴线A的运动被转换成飞轮322沿轴线A的直线运动。这致使飞轮322沿转换臂310的驱动臂320的轴线H滑动，改变了角度β，因此改变了活塞的冲程。推力轴承430位于圆筒414的两端，一套筒轴承432位于圆筒414和轴408之间。

为了保持链轮410和412对齐，轴400在区域402处具有螺纹，并且接纳在组件外壳结构303的横杆406的螺纹孔404中。链轮412的齿数相对链轮410的齿数比率例如为4∶1。因此，为使圆筒414转动一周，轴400必需转动四周。为了保持对齐，螺纹区域402每英寸的螺纹数是圆筒螺纹416的四倍，例如，螺纹区域402每英寸具有三十二个螺纹，则圆筒螺纹416每英寸具有八个螺纹。

当飞轮运动至右方时，如图26所示，就增加了活塞的冲程和压缩比。将飞轮移动至左方则减小了冲程和压缩比。改变冲程的进一步优点是每个活塞位移的改变，因此是发动机位移的变化。内燃机的马力与发动机的位移密切相关。例如，在两汽缸卧式发动机中，当压缩比从6∶1增加至12∶1时，位移增加了大约20％。仅增加位移就增加了大约20％的马力。压缩比的增加也使马力以大约每点5％的速率增加或增加了大约25％的马力。如果马力保持恒定，并且压缩比从6∶1增加至12∶1，油的消耗将减少25％。

当组件300作为一发动机进行运作时，飞轮具有足够的强度来承受较大的离心力。在活塞组件运行时，可以改变飞轮的位置和活塞组件的压缩比。

活塞组件300具有一压力润滑***。通过具有压力释放阀(以防止压力过大)的一发动机驱动的容积泵(图未示)来提供压力。借助于孔口433(图26)来润滑驱动轴408的轴承430和432以及驱动臂320与飞轮322的接触面。

参见图27，为了润滑U形接头318、活塞销接头306、308和汽缸壁，压力作用之下的油通过固定的U形接头托架从油泵传送到竖立的枢销354的顶端和底端。油口450、452分别从竖立销引导至转换臂中的开口454、456。如图27A所示，销312、314各界定了一通孔458。各通孔458与开口454、456中的相应一个流体通。如图23所示，每个销钉中的孔460、462通过槽461和通过套筒轴承338的孔口463连接在每个活塞中的一腔室465上。几根油管464从这些腔室伸出，且连接在每个活塞的活塞裙466上，以给汽缸壁和活塞环467提供润滑。一个孔也从腔室465中引出，将油直接喷射在每个活塞顶部的内侧上，用以冷却。

参见图28-28c，其中所示的组件300被构制成作为飞机发动机300a来使用，发动机点火装置包括两个磁电机600，以点燃火花塞(图未示)。磁电机600和一启动器602分别被位于一低轴608上的驱动齿604和606(图28c)驱动，轴608平行于主驱动轴408安装且位于其之下。轴608延伸到发动机的整个长度，且被驱动轴408的齿轮424(图26)驱动，并且对驱动轴408以一比一的速比啮合传动。用于磁电机的传动装置将它们的速度降低至轴608速度的一半。啮合传动启动器602以提供足够的转矩，以启动发动机。

凸轮轴610通过提升器613来操作活塞推杆612。凸轮轴610通过也是被轴608驱动的圆锥齿轮614、616以2对1降速比齿轮啮合传动。齿轮614、616的中心617较佳地与U形接头中心352对齐，因此凸轮轴定位在活塞汽缸的中心，尽管也可考虑其他结构。一单个汽化器620位于发动机的中心之下，并且四个进气管622连通到四个汽缸进气阀(未图示)中的每一个。汽缸排气阀(图示未)将气体排放在两个歧管624中。

发动机300a具有例如大约四十英寸的长度L、例如大约二十一英寸的宽度W和例如大约二十英寸的高度H(包含支承件303)。

参见图29和29a，其所示的是具有零冲程性能的一压缩可变的压缩机或泵。在此，飞轮322被一转动组件500取代。组件500具有一空心轴502和一枢轴臂504，枢轴臂504通过一销钉506可转动地连接在轴502的一个轴毂508上。轴毂508界定了一个孔510，而枢轴臂504界定了一个孔512，以接纳销钉506。一控制杆514位于轴502中。控制杆514包括一连杆516，连杆516通过一销钉518可转动地连接在杆514的剩余部分上。杆514界定了一孔511，而连件516界定了一孔513，以接纳销钉518。控制杆514被两个套筒轴承支承住，以沿其轴线M运动。连杆516和枢轴臂504通过一销钉522连接在一起。连杆516界定了一孔523，枢轴臂504界定了一孔524，以接纳销钉522。

接纳了驱动臂320的图25的圆柱形枢轴销钉370定位在枢轴臂504中。枢轴臂504界定了孔526，以接纳圆柱形的延伸部分378、380。轴502被轴承530支承住以便转动，轴承530可以是例如滚珠、套筒或滚柱轴承。安装在轴502上的一驱动器，例如皮带轮532或齿轮，驱动压缩机或泵。

在操作中，为了设定所需的活塞冲程，控制杆514以箭头515的方向沿其轴线M运动，致使枢轴臂504沿箭头517围绕销钉506转动，因此当枢轴臂504沿转换臂驱动臂320的轴线H(图26)滑动时，枢销370轴线N不再与轴线M对齐(以虚线所示)。当需要活塞的零冲程时，轴线M和N是对齐的，因此轴514的转动不会导致活塞的运动。该结构适用于双端活塞和单侧活塞。

可改变活塞冲程的能力允许轴514通过驱动装置532以单一速度运转，同时泵或压缩机的输出可依需要连续地变化。当不需要输出时，枢轴臂504简单地围绕转换臂310的驱动臂320旋转，同时驱动臂不摆动。当需要输出时，轴514已经全速运转，所以当枢轴臂504被控制杆514拉至偏离轴线时，就会产生一即时的冲击，且不会泄后达到预期速度。因为没有启动/停止的动作，因此在驱动***上存在较少的应力负荷。快速将冲程减小到零的能力提供了保护，特别是当发生下游阻塞时，防止在液泵中的损害。

如果两汽缸不间隔开180°(从端部观察)，或者在活塞组件300中应用了两个以上汽缸，连接在接头306、308的销钉312、314的端部将进行8字形的运动，如图30所示。图30示出了具有四个双端活塞的一活塞组件的8字形运动。活塞中的两个被设置成图22所示的卧式(不进行8字形运动)，其他两个活塞被设置成在两个卧式活塞之间等距分开(因此被定位成可进行最大可能的8字形偏离)。连接在第二组活塞上的销钉偏离一直线(图30的Y轴线)的程度取决于驱动臂的摆动角度(支柱角(mast angle))和该销钉离中心枢轴点352(图30的X轴线)的距离。

在四汽缸的形式中，通过四个双端活塞中每一个的活塞枢轴组件的销钉相对中心枢轴的轴线设置成45°，八字形的运动在每个活塞销钉处是相等的。在发生八字形运动的地方提供了在活塞枢轴衬套中的运动，以防止咬合。

当活塞组件300被构制成例如作为柴油机使用时，强大的支承提供在销钉312、314与转换臂310的连接处，与火花点燃式发动机相比，以产生柴油机的较高压缩。参见图31，支承件550通过螺栓551连接在转换臂310上，并且包括一开口552，以接纳销钉的端部554。

按照本发明的发动机可用来直接将燃烧压力应用到泵活塞中。参见图32和32a，一四汽缸、两冲程循环的的发动机600(四个活塞602中的每一个在一个回转中燃烧一次)将燃烧压力施加到四个泵活塞604中的每一个上。每个泵活塞604连接在一相应活塞汽缸608的输出侧606上。泵活塞延伸进入到一泵头610中。

如上所述，一转换臂620连接在每个汽缸608和飞轮622上。也如上所述，一辅助输出轴624连接在飞轮622上，以与飞轮一起转动。

该发动机是一两冲程循环的发动机，因为活塞602的每一次冲击(如图32所示，活塞602运动至右方。)必须是动力冲程。发动机汽缸的数量按照泵的需要来选择。该泵可以是液泵或气泵。在作为一多级压气机使用时，每个泵活塞606可具有不同的直径。泵功能没有产生轴承负荷，因此，除了泵活塞本身所产生的摩擦之外，没有引起摩擦。

其他实施例处在以下权利要求书的范围之内。

Claims (30)

1.一种压缩可变的活塞组件，它包括：

多个活塞，

与每个活塞相连接的一转换臂，所述转换臂包括具有一轴线的驱动件，以及

沿着所述驱动件的轴线与所述驱动件可滑动地连接的一转动件，所述转动件相对于所述驱动件的位置决定了所述活塞组件的压缩比。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，每个活塞包括一双端活塞。

3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，该转换臂连接在每个双端活塞的大约中心处。

4.如权利要求2所述的组件，其特征在于，该转换臂连接在每个活塞上，使得该转动件相对该转换臂的直线运动改变了每个双端活塞的压缩比和位移。

5.如权利要求1所述的组件，其特征在于，该多个活塞包括两个活塞，并且转动件的转动轴线和两活塞的轴线处在同一平面上。

6.如权利要求5所述的组件，其特征在于，每个活塞包括一双端活塞。

7.如权利要求1所述的组件，其特征在于，该转动件包括一飞轮。

8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，还包括操作地连接到所述飞轮的一控制杆，控制杆的传动提供了该飞轮相对该转换臂的直线运动。

9.如权利要求1所述的组件，其特征在于，该转动件被构制成可位于一零冲程的位置，在该位置，无需相应的活塞运动，该转动件的转动就可发生。

10.如权利要求9所述的组件，其特征在于，该转动件包括可转动地连接到一控制件上的一枢轴件，该控制件的传动导致了该枢轴件的运动，以改变压缩比。

11.如权利要求1所述的组件，其特征在于，每个活塞具有一轴线，使它们的轴线平行地设置各活塞。

12.如权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括多个驱动销钉，每个驱动销钉将该转换臂连接到一相应的活塞。

13.如权利要求1所述的组件，其特征在于，该驱动件延伸进入到该转动件的开口中且邻近该转动件的周边。

14.如权利要求13所述的组件，其特征在于，该驱动臂延伸进入到位于该转动件中的一枢轴销钉中。

15.如权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括连接在该转动件上的一主驱动轴，该驱动轴的一轴线平行于每个活塞的轴线。

16.如权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括将该转换臂连接到一支承件上的一万向接头。

17.如权利要求1所述的组件，其特征在于，各活塞彼此不平行。

18.如权利要求1所述的组件，其特征在于，多个活塞中至少有一个还包括一输出泵活塞，以驱动一个泵。

19.一种用于改变活塞组件压缩比的方法，它包括：

提供：多个活塞；与每个活塞相连接的一转换臂，所述转换臂包括具有一轴线的驱动件；以及沿着所述驱动件的轴线与所述驱动件可滑动地连接的一转动件，并且

所述转动件相对于所述驱动件运动以改变所述活塞组件的压缩比。

20.一种用于提高活塞组件效率的方法，它包括：

提供：多个双端活塞；与每个双端活塞的大约中心处相连接的一转换臂，所述转换臂包括具有一轴线的驱动件；以及沿着所述驱动件的轴线与所述驱动件可滑动地连接的一转动件，并且

所述转动件相对于所述驱动件运动以改变所述双端活塞组件的压缩比和位移。

21.一种活塞组件，它包括：

多个双端活塞，

连接在各双端活塞上的一转换臂，该转换臂包括多个驱动臂，每个驱动臂界定了一驱动臂轴线，

多个接头，每个接头将该转换臂连接在一个相关的双端活塞上，每个接头提供了该转换臂和相关的双端活塞之间的四个方向的自由度，四个自由度是围绕驱动臂轴线的转动、沿驱动臂轴线的滑动、围绕垂直于驱动臂轴线的一轴线的转动和沿该垂直轴线方向的滑动，以及

将该转换臂连接在一支承件上的一万向接头。

22.如权利要求21所述的活塞组件，其特征在于，该多个活塞包括两个双端活塞，并且连接在该转换臂上的一转动件的转动轴线和两双端活塞的轴线处在同一平面上。

23.如权利要求21所述的活塞组件，其特征在于，该多个活塞包括两个双端活塞，并且该双端活塞的轴线不与连接在该转换臂上的一转动件的转动轴线处在同一平面上。

24.如权利要求23所述的活塞组件，其特征在于，该两双端活塞的轴线彼此成为大约90度。

25.一种活塞组件，它包括：

至少两个双端活塞，该双端活塞的轴线不与连接在该转换臂上的一转动件的转动轴线处在同一平面上，

连接在每个双端活塞上的一转换臂，以及

将该转换臂连接在一支承件上的一万向接头。

26.如权利要求25所述的活塞组件，其特征在于，该转换臂包括多个驱动臂，每个驱动臂界定了一驱动臂轴线，该活塞组件还包括至少两个接头，每个接头将该转换臂连接在相关一个双端活塞上，每个接头提供了该转换臂和相关双端活塞之间的四个自由度，四个自由度是围绕驱动臂轴线的转动、沿驱动臂轴线的滑动、围绕垂直于驱动臂轴线的一轴线的转动和沿该垂直轴线方向的滑动。

27.一种活塞组件，它包括：

至少两个活塞，这两个活塞的轴线处在同一平面上，每个活塞的活塞杆被构成为用于直线运动，

连接在每个活塞上的一转换臂，以及

将所述转换臂连接在一支承件上的一万向接头，其中，所述万向接头的中心不处在所述同一平面上。

28.一种活塞组件，它包括：

多个活塞，每个活塞的活塞杆被构成为用于直线运动，

一转换臂，

多个驱动件，每个驱动件将所述转换臂连接在其中相应的一个活塞上，以及

将所述转换臂连接在一支承件上的一万向接头，其中每个驱动件能够相对于所述万向接头移动。

29.一种活塞组件，它包括：

多个双头部件，每个双头部件具有被构成为用于沿着同一轴线作直线运动的第一和第二部件，所述第一和第二部件的至少其中之一是活塞，

连接在一固定支承件上的一转换臂，所述转换臂包含有多个驱动臂，每个驱动臂限定一驱动臂轴线，以及

多个接头，每个接头用于将所述多个驱动臂的其中之一连接在其中相应的一个双头部件上，每个接头提供绕所述驱动臂轴线的转动，并且在垂直于所述同一轴线的第一和第二正交轴线的至少其中之一的方向上滑动。

30.一种活塞组件，它包括：

多个双头部件，每个双头部件具有被构成为用于沿着同一轴线作直线运动的第一和第二部件，所述第一和第二部件的至少其中之一是活塞，

连接在一固定支承件上的一转换臂，所述转换臂包含有多个驱动臂，每个驱动臂限定一驱动臂轴线，以及

多个接头，每个接头用于将所述转换臂连接在其中相应的一个双头部件上，每个接头提供在转换臂与相应的双头部件之间的四个方向上的自由度，四个自由度是围绕驱动臂轴线的转动、沿驱动臂轴线的滑动、围绕垂直于驱动臂轴线的一轴线的转动和沿该垂直轴线方向的滑动。

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