振荡活塞发动机
专利汇可以提供振荡活塞发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种振荡 活塞 发动机 (10)，包括一个具有壳体部件(14)的 内燃机 部件，壳体中设置着可以在壳体(14)中围绕相对于壳体安装的旋 转轴 (28)旋转的第一和至少一个 第二活塞 (20，22)，当围绕 旋转轴 (28)旋转时，相对于彼此形成围绕着垂直于旋转轴(28)的振动轴(30)的往复振荡运动。第一活塞(20)具有第一端面(34)，至少一个第二活塞(22)具有面向第一端面的第二端面(36)，端面(34，36)在活塞(20，22)的振荡方向上限制出了一个工作室(38)。内燃机部件在旋转轴(28)的方向上与一个具有至少一个 转子 (84，104)的电驱动部件相邻接，所述转子与安置在邻接于内燃机部件壳体(14)的壳体(16)中的旋转轴(28)同轴设置。，下面是振荡活塞发动机专利的具体信息内容。
1.一种振荡活塞发动机，包括一个具有壳体部件(14)的内燃机部 件，壳体中设置着可以在壳体(14)中围绕相对于壳体安装的旋转轴(28) 旋转的第一和至少一个第二活塞(20，22)，当围绕旋转轴(28)旋转时， 相对于彼此形成围绕着垂直于旋转轴(28)的振动轴(30)的往复振荡 运动，具有第一端面(34)的第一活塞(20)和具有面向第一端面(34) 的第二端面(36)的至少第二活塞(22)，端面(34，36)在活塞(20， 22)的振荡方向上限制出了一个工作室(38)，其特征在于，内燃机部件 在旋转轴(28)的方向上与一个具有至少一个转子(84，104)的电驱动 部件相邻接，所述转子与设置在邻接于内燃机部件壳体(14)的壳体(16) 中的旋转轴(28)同轴设置。
2.如权利要求1所述的振荡活塞发动机，其特征在于，内燃机部件 的壳体部件(14)大体呈半球状，电驱动部件的壳体(16)大体呈圆柱 状。
3.如权利要求1或2所述的振荡活塞发动机，其特征在于，通过使 旋转轴延伸穿过工作室(38)的这样一种方式将活塞(20，22)相对于 旋转轴(28)设置。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的振荡活塞发动机，其特征在 于，设置一根与所述旋转轴(28)同轴并与所述第一和至少第二活塞(20， 22)可旋转固定连接的轴(90)，电驱动部件的至少一个转子(84，104) 围绕所述轴设置。
5.如权利要求4所述的振荡活塞发动机，其特征在于，电驱动部件 具有至少一个电动机/发电机(80)，其转子(84)通过一个自由轮与轴 (90)相连，从而使得即便轴(90)静止，转子(84)也能围绕旋转轴 (28)旋转。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的振荡活塞发动机，其特征在 于，设置一根与旋转轴(28)平行并彼此分离的驱动/输出轴(108)，其 通过传动构件(110)与电驱动部件的转子(84，104)相连。
7.如权利要求4和6所述的振荡活塞发动机，其特征在于，驱动/输 出轴(108)通过一个可以在自由轮和力锁定连接之间转换的离合器(122) 并通过另一个传动构件(116)连接到与活塞(20，22)可旋转固定连接 的轴(90)上。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的振荡活塞发动机，其特征在 于，电驱动部件具有一个起动发电机(82)。
9.如权利要求4和8所述的振荡活塞发动机，其特征在于，起动发 电机(82)的转子(104)可旋转地固定连接到与活塞(20，22)可旋 转固定连接的轴(90)上。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的振荡活塞发动机，其特征 在于，内燃机部件具有至少一个第三和第四振荡活塞(24，26)，它们能 围绕旋转轴(28)旋转并形成一个第二工作室(52)。
11.如权利要求10所述的振荡活塞发动机，其特征在于，所述至 少第三和第四活塞(24，26)相对于第一和第二活塞(20，22)设置在 旋转轴(28)的方向上电驱动部件的一侧，并可围绕第二振动轴(32) 产生振荡。
12.如权利要求10或11所述的振荡活塞发动机，其特征在于，至 少一个第三和第四活塞设置在另一个半球状壳体部件(18)中。
13.如权利要求4或10至12中任一项所述的振荡活塞发动机，其特 征在于，第一和第二以及至少第三和第四活塞(20-26)设置在围绕轴(90) 中心区域的活塞筒(92)中。
14.如权利要求13所述的振荡活塞发动机，其特征在于，轴(90) 具有一个可分离的离合器，当离合器分离的时候，所述至少第三和第四活塞 (24，26)不会围绕旋转轴(28)产生旋转，而所述第一和第二活塞(20， 22)围绕旋转轴(28)产生旋转。
技术领域
本发明涉及一种振荡活塞发动机，包括一个具有壳体的内燃机部件， 壳体中设置了一个第一和至少一个第二活塞，它们能在壳体内围绕与壳 体连接安装的旋转轴共同旋转，当围绕旋转轴的旋转，相对彼此形成围 绕与旋转轴垂直延伸的振荡轴的往复振荡运动，第一活塞具有第一端面 并且第二活塞具有相对于第一端面的第二端面，沿活塞振荡的方向，多 个端面限制出一个工作室。
背景技术
振荡活塞发动机，尤其是根据本发明的振荡活塞发动机，可作为内 燃机。根据本发明的振荡活塞发动机优选用作机动车辆的发动机。
如果将振荡活塞发动机作为内燃机使用，则通过两端之间各活塞的 往复振荡运动和工作室容积在相应阶段的变化形成一个进气、压缩、燃 烧混合物点火和燃烧混合物膨胀及排出的工作冲程。
已知的还有所谓的混合动力。混合动力通常是指内燃机和电动机的 联合。这种混合动力，如今已经变得越来越重要，其具有能够允许下例 情形的优点，例如在城镇中，就采用无环境污染的电驱动，在乡村和高 速公路上就采用内燃机。
已知的混合驱动无论如何还是基于配置成具有线性移动活塞的往复 式活塞发动机，活塞形成串联或者V型结构。与电驱动部件相联合后， 已知的这种混合动力机变得大而重。
发明内容
根据本发明，关于之前所述的振荡活塞发动机，其内燃机部件沿旋转 轴与具有至少一个转子的电驱动部件相连，此转子与旋转轴同轴设置， 并设置在与内燃机壳体部件相连的壳体中。
本发明的振荡活塞发动机提供了一个混合动力，其相对于已知的混合 动力而言，占据了更少的整体空间，由于至少两个活塞和至少一个电驱 动部件转子是围绕同一个旋转轴旋转，从而使得具有至少两个活塞的内 燃机部件和具有至少一个转子的电驱动部件被容纳在一个包括内燃机壳 体和电驱动壳体的紧凑壳体内。优选地将两个壳体部件的开口端彼此法 兰连接。传统的混合动力中，燃烧发动机部件包括具有线性可移动活塞 的往复活塞发动机，从另一方面来说也就不可能形成两个动力部件的如 此紧凑的布置，因为线性活塞运动和电驱动部件的旋转运动要求完全不 同的壳体结构。
本发明的振荡活塞发动机采取了一种环保的动力，因为例如在城镇 中，动力是由电驱动部件提供，而在乡村和高速公路上动力由内燃机提 供。
在优选的结构中，内燃机部件的壳体基本上为半球状，电驱动部件基 本上为圆柱状。
这种方式就形成了本发明振荡活塞发动机的一个尤为紧凑的设计，因 为半球状壳体最佳地适于振荡活塞发动机的内燃机部件，而电驱动部件 壳体的圆柱状结构最佳地适于电驱动部件。
更为优选的结构中，通过将旋转轴延伸穿过工作室的方式将活塞相对 于旋转轴设置。
这样的方式确保了在根据WO 03/067033A1所述的振荡活塞发动机基 础上的改进，其中，工作室设置在旋转轴外部，也就是说，已知振荡活 塞发动机的两个活塞都位于他们的TDC位置，垂直于旋转轴，此时工作 室的容积达到最小值。另一方面，上述方式具有节约空间的优点，由于 活塞离旋转轴的距离短，当围绕旋转轴旋转时，作用于活塞的离心力同 样作用于两个活塞的分离回转方向，也就是说，离心力支持着膨胀工作 冲程。
更为优选的结构中，具有一根与旋转轴同轴安装的轴，此轴可旋转地 与第一和至少一个第二活塞固定连接，电驱动部件的转子围绕上述轴设 置。
这种方式同样有利于为本发明中作为混合动力的振荡活塞发动机提 供一个尤为紧凑的结构，因为与第一和至少一个第二活塞可旋转固定连 接的轴，同时取代了电驱动部件转子的轴或轴承。这就不需要单独装配 电驱动部件的转子，这样不仅获得了一个紧凑的设计，并且使得根据本 发明的振荡活塞发动机的部件保持较少的数量。
关于这一点，更为优选地，电驱动部件具有至少一个电动机/发电机， 其转子通过一个自由轮与轴连接，这样即使轴是固定的，转子也能围绕 旋转轴转动。
这种方式使得本发明的振荡活塞发动机也能专门作为电驱动来运转， 也就是说，没有内燃机部件的情况下也能运转。如果根据本发明的振荡 活塞发动机用于机动车辆，如果此机动车辆也做了相应的设计，例如当 行驶过城镇时，机动车辆可仅采用电驱动。
优选结构中，通过传动构件与电驱动部件的转子相连接的驱动/输出 轴，与旋转轴平行并分开地设置。
传动构件可以包括齿轮结构，其中电驱动部件的转子上具有齿，相应 的齿或齿轮位于驱动/输出轴上，这样驱动/输出轴上的齿与电驱动部件转 子上的相应齿啮合。作为齿轮结构的替代，传动构件还可以具有一个成 形齿/带驱动或类似结构。
驱动/输出轴与旋转轴的平行并分开设置，其优点在于驱动/输出轴不 会与内燃机各部件相冲突，例如进气和出气口、火花塞、喷嘴及类似部 件，因此使得这些部件能设置在位于旋转轴延伸部分的内燃机部件的端 侧。
更为优选的结构中，驱动/输出轴可操作性地通过另一个传动构件连 接到与活塞可旋转地固定连接的轴上，并通过一个离合器在自由轮和力 锁定连接之间进行转换。
这样的简便、低设计成本，更多的运转模式，也就是说，当内燃机部 件运转时，将离合器转换至力锁定连接状态，从而使得电驱动部件此时 能通过电动机/发电机产生电力，提供给电力单元或为车载电池充电。如 果只是采用电动机驱动而内燃机部件停止运转，则离合器转换至自由轮。
更为优选的结构中，电驱动部件具有一个起动器/发电机。
除了上述电动机/发电机优选在振荡活塞发动机的电驱动部件中提供 起动器/发电机，根据更为优选的结构，起动器/发电机的转子可旋转地与 一根固定连接有可旋转活塞的轴固定连接。
为了起动本发明振荡活塞发动机的内燃机部件，利用电压作用于起动 器/发电机，起动器/发电机通过轴驱动振荡活塞发动机的内燃机部件，所 述轴因而设置在围绕旋转轴的旋转中。一旦内燃机部件进入工作状态， 起动器/发电机便持久被驱动，同时电驱动部件通过轴作为产生电力的发 电机开始运转。
更为优选的结构中，内燃机部件具有至少一个第三和第四枢轴活塞， 其能围绕旋转轴旋转并形成一个第二工作室。
这样的方式的优点在于，内燃机部件提供的总功率比仅采用两个活塞 时更高。
在这个实例中优选将至少第三和第四活塞相对于第一和第二活塞设 置在旋转轴方向上电驱动部件的一侧，并可围绕第二振动轴旋转。
在此结构中，电驱动部件夹在内燃机部件的两对活塞之间，从而实现 了一个总体上尤为紧凑的设计。
优选，所述至少第三和第四活塞设置在半球状壳体部件中。
根据本发明的振荡活塞发动机的整个壳体结构上优选具有三个壳体 部件，端侧的为半球状，中间的为圆柱状。这样一来，相对于WO 03/067033A1中的振荡活塞发动机而言，本发明具有一个总体呈球状的壳 体，比起体积稍大的设计，其优点在于此振荡活塞发动机是一个结构紧 凑的带电驱动部件的混合动力机。
更为优选的结构中，第一、第二活塞和至少第三、第四活塞都安装在 活塞的筒体中，其在中间区域具有轴。
这样的结构使得需要很少的部件作为混合动力的振荡活塞发动机的 结构，因为活塞筒可旋转地固定地将活塞容纳在位于其两端且相对于旋 转轴的相应孔中，并且具有同样能承载电驱动部件的中心轴。
更优选的结构中，上述轴具有一个离合器，这样当离合器分离的时候， 所述至少第三和第四活塞不会围绕旋转轴旋转，而第一个第二活塞围绕 旋转轴旋转。
这种方式的优点在于允许内燃机部件选择性地作为双活塞发动机或 四活塞发动机。
总体而言，本发明的振荡活塞发动机尽可能地减少占用的空间，相对 于传统混合动力而言，其作为完整的混合动力不仅节约了空间而且减轻 了重量。
更多的优势和特征将通过如下的详细说明和附图进行描述。
可以理解的是，以上提到的特征和将在下面进行描述的特征不是仅仅 应用于个别的特定结合，也可以是其他的结合以及不超出本发明范围的 独立结构。
附图说明
图1是作为混合动力的振荡活塞发动机沿着可旋转移动部件的旋转 轴平面的纵向截面透视图；和
图2是图1中振荡活塞发动机沿一经旋转的平面的纵向截面透视图， 至于图1中的截面，沿着轴旋转了大约90度。
图1和图2示出了参考标记10所代表的振荡活塞发动机。
具体实施方式
振荡活塞发动机10具有壳体12，其由第一壳体部件14，中心第二壳 体部件16和第三壳体部件18组成。第一壳体部件14外形上大致呈半球 状并包括第一壳体元件14a和第二壳体元件14b，第二壳体元件被配置有 一个端侧的壳体盖。类似地，第三壳体部件19也包括第一壳体元件18a 和第二壳体元件18b，第二壳体元件18b同样被配置有一个端侧的壳体 盖。
壳体部件14、16和18通过螺钉可拆卸地彼此相联。
下面首先介绍振荡活塞发动机10的内燃机部件。
振荡活塞发动机10的内燃机部件共有四个活塞：第一活塞20，第二 活塞22，第三活塞24和第四活塞26。第一活塞20和第二活塞22设置 在第一壳体部件14中，第三活塞24和第四活塞26设置在第二壳体部件 18中。
活塞20至26可以在各自的壳体部件14或18中围绕相对于壳体安装 的一根公共旋转轴28旋转，可知其可以是一几何轴。如下所述，活塞20 和22的旋转运动与活塞24和26的旋转运动是可以分离的，也就是说， 振荡活塞发动机10可以仅通过活塞20和22围绕旋转轴28旋转或仅通 过活塞24和26围绕旋转轴28旋转的方式运转，或者以活塞20至26的 全部四个活塞围绕旋转轴28同时旋转的方式运转。
当围绕旋转轴28旋转时，活塞20和22在壳体部件14中围绕与旋转 轴28垂直的第一振动轴30进行往复振荡运动，第一活塞20和第二活塞 22的往复振荡运动彼此相反。
当第三活塞24和第四活塞26围绕旋转轴28旋转时，其在壳体部件 18中围绕第二振动轴32产生振荡运动，第二振动轴垂直于旋转轴28， 同时还垂直于第一振动轴30。第三活塞24和第四活塞26围绕振动轴32 的振荡运动，同样也是彼此反向的。
所示的实施例中，活塞20和22形成振荡运动，其振荡的瞬时方向位 于一个与第三活塞24、第四活塞26的振荡瞬时方向所在平面相垂直的平 面内。这种活塞20和22相对于24和26偏转90度的排布并不是必须的， 相反，20至26的所有四个活塞还可以安置成如下形式，即振荡轴30和 32彼此平行，并且活塞20至26的振荡瞬时方向始终位于同一平面内。
第一活塞20的第一端面34和第二活塞22的第二端面36彼此相对且 在活塞20和22的振荡方向上共同限制出一个工作室38。在活塞20和 22产生往复振荡运动的时候，工作室38的容积相应地减小和增加。工作 室38作为空气/燃料混合物的燃烧室，随着工作室38内活塞20和22的 往复振荡运动，空气/燃料混合物经历了进气、压缩、压缩后点火以及燃 烧后的膨胀和排出冲程。图2示出了容积处于最大值的工作室38，也就 是说活塞20和22位于下死点位置(BDC位置)。
工作室38是用于点燃空气/燃料混合物的火花塞或电热塞40，用于喷 射燃料的喷嘴42，用于导入燃烧气体的进气口44和排放燃烧后的空气/ 燃料混合物的排气口46。火花塞或电热塞40，喷嘴42，进气口44和排 气口46设置在端侧壳体盖14b上。
所示的实施方式中，端面34和36外形呈圆形，工作室38具有与第 一振动轴30同轴的弯头型。
因此，第三活塞24的第三端面48和第四活塞26的第四端面50在活 塞24和26的振荡方向上限制出了第二工作室52。设在端侧壳体盖18b 上火花塞或电热塞54，喷嘴56，进气口58和排气口60，同样相应地与 第二工作室52连接。第二工作室52，像工作室38一样，同样是作为一 个燃烧室。
附图示出了容积最大时的工作室52，也就是说，活塞24和26位于 BDC位置。这就意味着当活塞20和22或者活塞24和26围绕旋转轴28 旋转并因此产生振荡运动时，工作室38和52的容积按照同样的方向减 小或增加。优选地，工作室38和52容积的增加和减小是同向的，尽管 活塞20至26采用相对应的不同的设置也能使得工作室38和52在相反 的方向上容积增加和减小。
活塞20和22或24和26分别设置成工作室38和52位于旋转轴28 上或旋转轴28穿过工作室38和52。
相应的控制机构，将围绕旋转轴28的旋转运动转为活塞20和22围 绕振动轴30以及活塞24和26围绕振动轴32的振荡运动。为此，活塞 20具有运转元件62，活塞22具有运转元件64，活塞24具有运转元件 66，活塞26具有运转元件68。
运转元件62至68具有彼此相同的设计，因此下面仅对运转元件62 进行详细介绍，这些描述也能应用于其他的运转元件64至68。
运转元件62被配置成作为一个导辊，运转元件62也可以被配置成以 固体球的形式，将其悬挂以至于其可以在活塞20背面的相应球槽中自由 旋转。
运转元件62和运转元件64随着一个控制凸轮运转，其呈现出一个具 有波谷和波峰的波动过程且配置在凸轮元件74上。同时为活塞24和26 的运转元件66和68提供了包括控制凸轮的相应凸轮元件76。凸轮元件 74和76设置在壳体部件14和18的内部。相应的控制凸轮也可以是壳体 14和18内部的一个凹槽，以此取代附加的凸轮元件74和76。
为了增加内燃机部件的功率，远离工作室38或52的后室(未示出) 可作为预压缩空间，燃烧用的空气可在其中进行预压缩并在升高的压力 作用下被送入工作室38或52。
现在开始详细描述振荡活塞发动机10的电驱动部件。
电驱动部件位于呈圆柱状的第二壳体16中。电驱动部件直接邻接于 旋转轴28方向上振荡活塞发动机10的内燃机部件中包含有活塞20和22 的部件，燃烧发动机部件中包括活塞24和26的另一部分直接邻接于壳 体16中的电驱动部件上。
电驱动部件具有电动机/发电机80。如下所述，电动机/发电机可以选 择性地作为电驱动机或产生电力的发电机运转。
电驱动部件进一步具有电起动器/发电机82可以选择性地作为内燃机 部件的起动器运转并且可以选择性地作为(额外的)发电机以产生电力。
电动机/发电机具有转子84和定子86。电动机/发电机80的转子84 通过自由轮88与轴90相连，从而当轴90固定时，转子84也能围绕旋 转轴28旋转。
轴90是活塞筒92的一部分，除轴90以外，其端侧还具有一个相应 于活塞20和24的活塞接收元件94或一个相应于活塞24和26的活塞接 收元件96。活塞20、22和24、26通过活塞接收元件94和96可旋转地 与轴90固定连接。活塞接收元件94种具有孔98，活塞20和22安装在 其中，从而在相应密封作用下产生相应于振荡运动的滑动。孔98的被配 置成与截面端面34和36的几何形状相适应，或者呈圆形。
活塞接收元件96中具有承载滑动安装的活塞24和26的相应孔100。 孔98和100的壁在相应的圆周方向限制着工作室38或52。活塞20至 26可旋转地与轴90固定连接，从而使得活塞20和22位于孔98中，且 活塞24和26位于孔100中。
如示范性实施例所示，活塞筒92简化了具有两部分结构的组件，因 为活塞接收元件94通过一个旋转安装的销型连接件102与活塞接收元件 96或轴90相连。
起动器/发电机82同样具有一个转子104和一个定子106，其中相比 于电动机/发电机80的转子84，转子104优选旋转地与轴90固定连接。
定子86和106相对于中心壳体部件16安装在壳体中。
振荡活塞发动机10还包括驱动/输出轴108。
驱动/输出轴108与旋转轴28平行并横向分开地设置，从图2中可以 看见。
驱动/输出轴108通过第一传动构件110与电动机/发电机的转子84相 连。为此，转子84具有外齿112，而驱动/输出轴108具有与此外齿相啮 合的齿轮114。
驱动/输出轴108通过另外的传动构件116与轴90相连。为此，与轴 90相连的活塞接收元件94具有与驱动/输出轴108的齿轮120相啮合的 外齿118。
传动构件110和116可以是齿轮传动也可以是带或者链传动。
驱动/输出轴108可以与轴90分开，从而当驱动/输出轴108旋转时， 旋转运动不会传送给轴90，因而不会传送到活塞20至26。在驱动/输出 轴108上设置一个与齿轮120连接的离合器122以实现此目的，所述离 合器可以在自由运转和力锁定连接之间进行转换。当离合器122转换至 力锁定连接时，驱动/输出轴108的旋转带动了齿轮的旋转，从而带动活 塞20至26围绕旋转轴28旋转。
下面介绍振荡活塞发动机10的功能和运转模式。
为了起动振荡活塞发动机10的内燃机部件，起动器/发电机82开始 运转。起动器/发电机82转子104的旋转使得轴90产生围绕旋转轴28 的旋转，从而引发活塞20至26通过活塞筒围绕旋转轴28的旋转。发动 机的工作冲程，即进气、压缩、点火、膨胀和排气，在工作室38和52 中进行。振荡活塞发动机10作为内燃机进行运转。
通过传动构件116将活塞20至26围绕旋转轴28的旋转运动转换成 驱动/输出轴108相应的旋转。运转期间，离合器122转换成力锁定连接， 驱动/输出轴108通过传动构件110驱动电动机/发电机80的转子84。电 动机/发电机此时作为产生电力的发电机运转，例如提供给振荡活塞发动 机10的电力单元以及为车载电池充电。
起动器/发电机82的转子104的轴90始终围绕旋转轴28旋转，以至 于在振荡活塞发动机10作为内燃机的运转期间，起动器/发电机82也在 作为一个产生电力的发电机运转着。
另外，振荡活塞发动机10也可以专门作为电驱动机运转。
为此，利用电压作用于起动器/发电机80，使得起动器/发电机80的 转子84产生围绕旋转轴28的旋转。由于转子84是通过自由轮88可旋 转地与轴90相连，转子84的旋转并不会引起轴90围绕旋转轴28产生 旋转。通过传动构件110将转子84围绕旋转轴28的旋转运动传送至驱 动轴108，此时离合器122转换至自由轮状态，从而使得齿轮120固定且 活塞20至26不会产生围绕旋转轴28的旋转运动。
振荡活塞发动机10的实施例中，作为备用模式，振荡活塞发动机10 可作为内燃机运转，仅由活塞20和22围绕旋转轴28旋转并产生驱动力， 而活塞24和26静止。这可以通过在轴90上采用另一个离合器的方式来 实现，此离合器可以打开和闭合从而中断轴90的力锁定连接状态。通过 这种方式，振荡活塞发动机可选择地作为2或4活塞发动机运转。
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