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CN105209718A - 改进型对置活塞发动机 - Google Patents

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CN105209718A
CN105209718A CN201480026965.6A CN201480026965A CN105209718A CN 105209718 A CN105209718 A CN 105209718A CN 201480026965 A CN201480026965 A CN 201480026965A CN 105209718 A CN105209718 A CN 105209718A
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CN
China
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piston
cam
piston type
telescoping valve
opposed
Prior art date
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Application number
CN201480026965.6A
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English (en)
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保罗·埃利斯
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Two Stroke Developments Ltd
Original Assignee
Two Stroke Developments Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种对置活塞发动机，其包括：至少一个气缸、设置为以对置的方式在同一个气缸内往复运动的至少两个活塞、穿过气缸壁的至少一个进气口、穿过所述气缸壁的排气口、设置为通过所述对置活塞的往复运动而转动的至少一个轴、在所述气缸内用于控制所述至少一个进气口和所述至少一个排气口中的一个或两者的孔口开闭的至少一个可往复运动的套筒阀、用于控制所述至少一个套筒阀的往复运动的套筒阀驱动机构、以及停歇机构。所述停歇机构配置为引起所述至少两个活塞在各自的活塞运动的循环期间的至少一个停歇时期。

Description

改进型对置活塞发动机
技术领域
本发明涉及一种将一对对置活塞设置为在同一个气缸内做往复运动的这种类型的内燃机。
本发明特别适合于运行二冲程循环的内燃机。还特别适合于二冲程压燃式发动机。
背景技术
已公布的英国专利申请GB2477272和已公布的国际专利申请WO2011/092501公开了一种具有一对活塞的发动机，这对活塞通过在形成于旋转气缸体中的气缸内做往复运动的连结元件而连结。当活塞在气缸内做往复运动时，附接至活塞的从动件使气缸体绕形成于固定中央凸轮轴上的凸轮转动。转动气缸体在固定外壳内转动，并且联接至用于动力输出的另一个轴。为各个活塞设置往复式套筒阀以便覆盖和露出孔口(ports)，空气通过孔口进入气缸；并且，当气缸体转动时，套筒通过另一些凸轮做往复运动。
活塞凸轮的形状设计为产生活塞的停歇时期，从而使大体上所有燃烧的热交换以恒定的体积发生。在旋转气缸体的一端中的进气口在该气缸体的转动过程中可与固定外壳中的进气口对准，以使空气能够进入外壳。传送沟道/通道从旋转气缸体中的进气口通向气缸壁中的传送/清除口。在固定外壳中设置有排气口，以便在气缸体的转动过程中，当废气的燃烧产物对准排气口时，使得废气的燃烧产物从气缸的端部通过。在发动机运行时，套筒阀用于覆盖和露出气缸壁中的传送/清除口。通过相对于固定外壳转动气缸体，来覆盖和露出进气口和排气口。
该发动机具有优于其它类型的公知发动机的许多有益效果。然而，发明人已经发现，这种发动机的有效运行存在许多挑战，包括：
●对在固定外壳内转动的旋转气缸体的有效润滑以减少摩擦损失；
●当旋转气缸体在固定外壳内转动时对旋转气缸体的有效密封；
●由于从旋转气缸体中的进气口通向气缸壁中的传送/清除口的传送通道的长度，对空气的有效清除；
●由于旋转气缸体中活塞和套筒的往复运动引起的力的组合，对发动机的有效平衡；
●在旋转气缸体与外壳之间需要的精确加工公差；以及
●需要保护气缸免受由活塞施加在气缸壁上的高侧向负载，从而使该气缸体绕固定轴转动。
现有技术的发动机包含包括线性往复式套筒阀或振荡式旋转套筒阀的对置活塞发动机。这种发动机的示例包括Hult的英国专利GB158532、Clarke的美国专利US5623894和Porkman的英国专利GB497300。
现有技术的发动机还包括包含用于提供活塞的停歇时期的装置的对置活塞发动机。这种发动机的示例包括Kriedler的英国专利GB377614和Alfaro的英国专利GB442126。
本发明试图提供一种通过改进体积效率能够更有效地运行的发动机。本发明也试图提供一种与现有技术发动机相比具有排放(例如，烟尘)减少的发动机。本发明还试图应付与现有技术发动机相关联的其它挑战。
发明内容
在下面的说明中，术语“横向中心线”用来表示经过发动机的中心的线，该线正交于轴的转动轴线并且水平延伸经过燃烧空间的中心，当在上止点(TDC)位置时，该燃烧空间限定在各个气缸中的对置活塞的活塞顶之间。
在下面的说明中，术语“内部”是指离发动机的横向中心线更近，而术语“外部”是指离发动机的横向中心线更远。
在下面的说明中，术语“停歇”用于表示在活塞保持静止时轴的转动时期。“停歇”用于表示比瞬时长的静止运动时期，在该时期内，常规内燃机(在常规内燃机中，连接至连杆的一个或多个活塞使曲轴转动)中的往复式活塞在其上止点(TopDeadCentre,TDC)位置和下止点(BottomDeadCentre,BDC)位置处都是静止的。
本发明提供了：一种对置活塞发动机，其包括：至少一个气缸；至少两个活塞，其设置为以对置的方式在同一个气缸内往复运动；至少一个进气口，其穿过气缸壁；至少一个排气口，其穿过所述气缸壁；至少一个轴，其设置为通过所述对置活塞的往复运动而转动；至少一个可线性往复运动的套筒阀，其位于所述气缸内，并且在所述至少两个活塞中的至少一个活塞的周围；套筒阀驱动机构，其用于控制所述至少一个套筒阀的线性往复运动，以控制所述至少一个进气口和所述至少一个排气口中的一个或两者的孔口开闭；以及停歇机构；其中，所述停歇机构配置为引起所述至少两个活塞在它们各自的活塞运动的循环期间的至少一个停歇时期。
本发明的对置活塞发动机被认为具有优于公知发动机的多个优点，包括以下一些或全部：
(i)实现了发动机的固有平衡；
(ii)增加了体积效率，这是由打开进气口以使空气进入气缸的较大发动机循环时期、打开排气口以清除气缸的空气的较大发动机循环时期、以及打开进气口和排气口以提高经过气缸的气流的较大发动机循环时期实现的；
(iii)由于可供燃料在气缸中以恒定体积燃烧的时间增加了，所以烟尘形成减少；
(iv)减少或者消除了气缸壁上的侧向负载；
(v)能够在运动部件之间提供更‘正常的’/标准的发动机公差；
(vi)运动部件之间的润滑和密封更加简单。
本发明的一些优选特征将在独立权利要求项中陈述，并且将在下文中论述。
优选地，所述至少两个活塞设置为线性地并且同轴地做往复运动。更优选地，所述至少两个活塞设置为在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间往复运动，在所述TDC位置处，活塞顶大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述活塞顶彼此分开。更优选地，所述至少两个活塞设置为以同步的方式往复运动。
更优选地，在发动机循环期间的孔口开闭事件的定时可独立于这对对置活塞在所述气缸内的位置而控制。
优选地，由所述套筒阀驱动机构控制的所述至少一个套筒阀的往复运动与所述至少两个活塞的往复运动相关联。更优选地，所述套筒阀驱动机构设置为使所述至少一个套筒阀随着所述至少两个活塞的往复运动异相地做往复运动。
优选地，所述停歇机构配置为，在活塞运动的循环期间引起所述活塞在各自的BDC位置处的停歇时期。更优选地，所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期足以，在所述活塞开始离开它们各自的BDC位置之前，通过所述至少一个排气口清除大多数废弃的燃烧产物。
优选地，所述停歇机构配置为，在所述至少一个轴转动60度与140度之间，更优选地，在所述至少一个轴转动大约100度时，引起所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期。
优选地，所述停歇机构配置为，在往复活塞运动的循环内引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。更优选地，所述活塞在它们各自的TDC位置处的时期足以使，在所述活塞开始离开它们各自的TDC位置之前，大体上所有燃烧的热交换以恒定的体积发生在所述气缸中。更优选地，所述停歇机构配置为，在所述至少一个轴转动20度与60度之间，更优选地，在所述至少一个轴转动大约40度时，引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。
优选地，所述停歇机构是凸轮机构。更优选地，所述活塞凸轮机构包括各个活塞的一个或多个活塞凸轮和联接至各个活塞的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在活塞运动的循环期间与各个活塞相关联的一个或多个活塞凸轮的凸轮表面保持接触。
优选地，所述套筒阀驱动机构是凸轮机构。更优选地，所述套筒阀凸轮机构包括联接至所述至少一个套筒阀的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在套筒运动的循环期间与一个或多个套筒凸轮的凸轮表面保持接触。
优选地，所述发动机包括至少两个套筒阀，一个套筒阀在各个所述至少两个活塞的周围，所述套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构以对置的方式在同一个气缸内做往复运动。
优选地，所述至少两个套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构线性地、同轴地做往复运动，并且与所述至少两个活塞同轴。更优选地，所述至少两个套筒阀设置为，通过所述套筒阀驱动机构在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间做往复运动，在所述TDC位置处，所述套筒阀大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述套筒阀彼此分开。更优选地，所述至少两个套筒阀设置为通过所述套筒阀驱动机构彼此异相地做往复运动。更优选地，所述至少两个套筒阀中的一个套筒阀设置为控制所述至少一个进气口的孔口开闭，而所述至少两个套筒阀中的另一个套筒阀设置为控制所述至少一个排气口的孔口开闭。
优选地，在该对可往复运动的套筒阀中的一个套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个进气口，并且，在该对可往复运动的套筒阀中另一个套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个排气口。提供围绕套筒的圆周的多个孔口增加了进气口和出气口的有效面积。
优选地，所述多个进气口的累计总孔口面积大约等于或大于其中一个活塞顶的表面积。优选地，所述多个排气口的累计总孔口面积也大约等于或大于其中一个活塞顶的表面积。因此，所述进气口的总面积和所述排气口的总面积比由活塞控制孔口打开和关闭的其它公知发动机中可能的面积要大得多。使用套筒阀覆盖和露出排气口能够使活塞在打开排气口之前向右行进到膨胀冲程的底部。与活塞用于覆盖和露出排气口的公知发动机相比，这会使膨胀冲程的有效长度明显增加。使用套筒阀覆盖和露出进气口能够使进气孔口开闭独立于活塞位置得以控制，并且能够使进气孔口开闭比活塞用于覆盖和露出进气口的公知发动机中的进气孔口开闭更精确地控制。
优选地，在使用所述发动机时，所述套筒阀驱动机构将所述至少两个套筒阀保持在它们各自的TDC位置处时的轴转动度数大于在通过所述停歇机构将所述活塞保持在它们各自的TDC位置处时的轴转动度数。
优选地，所述一个或多个活塞凸轮中的至少一个活塞凸轮是轴向凸轮。优选地，所述一个或多个套筒阀凸轮中的至少一个套筒阀凸轮是轴向凸轮。优选地，各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮位于所述至少一个轴上。
优选地，各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒凸轮位于所述至少一个轴上。各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮和各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒阀凸轮与所述至少一个轴一体成型。作为替代实施方式，各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮和各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒阀凸轮开设有键槽，以便与所述至少一个轴上的一个或多个对应花键啮合。作为替代实施方式，各个活塞的所述轴向活塞凸轮和所述对应套筒阀的所述轴向套筒阀凸轮一体成型在同一个凸轮体上，所述凸轮体开设有键槽以便与所述至少一个轴上的对应花键啮合。
优选地，在使用所述发动机时，大体上当所述活塞到达它们各自的BDC位置时，通过所述第二套筒阀来打开所述至少一个排气口。
优选地，在使用所述发动机时，在所述活塞到达它们各自的BDC位置之后，转动所述轴大约20度由所述第一套筒阀来打开所述至少一个进气口。
优选地，在使用所述发动机时，在所述活塞离开各自的BDC位置之后，转动所述轴大约30度由所述第二套筒阀来关闭所述至少一个排气口。
优选地，在使用所述发动机时，在所述活塞离开各自的BDC位置之后，转动所述轴大约50度由所述第一套筒阀来关闭所述至少一个进气口。
优选地，在使用所述发动机时，在关闭所述排气口之后，转动轴大约20度由所述第一套筒阀来关闭所述至少一个进气口，以便实现对通过所述至少一个进气口进入的空气进行增压。
通往所述至少一个进气口的进气道可以是分叉的，以使清除空气和增压空气的流具有单独的起源，诸如，来自用于清除空气的机械泵和来自用于增压空气的废气涡轮增压器。
优选地，所述至少一个轴是用于动力输出的输出轴。
本发明适合用于各种各样的应用，包括但不限于：陆基发电机；汽车应用，例如，用于诸如汽车或摩托车、货车、卡车、铁道机车、推土设备等车辆的发动机；海上应用，例如，用于船只的船外或船载发动机；航空应用，例如，用于光载人飞船、飞机或无人机(UAV)的发动机。
本发明特别适合于，但绝不限于：二冲程的、压缩点火内燃机。该发动机也适用于其它类型发动机中的二冲程、火花或等离子体点火内燃机。
附图说明
现在将结合附图仅通过示例对本发明的一些示例实施例进行进一步描述，在图中：
图1是本发明的对置活塞发动机的透视图；
图2是从移除了端盖或端板的图1的发动机的端部看到的透视图；
图3是图1的发动机的透视剖面图，示出了三个完整的活塞和一个剖开的活塞，其中两个完整的活塞被各自的套筒包围；
图4是移除了活塞组件的图1的发动机的截面的透视图；
图5是包括活塞组件的图1的发动机的截面的另一个透视图；
图6是在穿过轴的纵向中心线的垂直平面中的图1的发动机的截面的另一个透视图；
图7是在平行于图6的平面的垂直平面中的图1的发动机的截面的另一个透视图；
图8是对置活塞处于各自的TDC位置上的图7的截面的侧视图；
图9是对置活塞处于各自的BDC位置上的图7的截面的侧视图；
图10a是图1的发动机的轴、活塞和套筒组件的侧视图；
图10b是图1的发动机的轴、活塞和套筒组件的透视图；
图10c是图1的发动机的轴、活塞和套筒组件的另一个透视图，从图10b的视图转动轴大约180度；
图11a是移除了套筒阀的图1的发动机的轴和活塞组件的侧视图；
图11b是移除了套筒阀的图1的发动机的轴和活塞组件的透视图；
图11c是移除了套筒阀的图1的发动机的轴和活塞组件的另一个透视图，从图11b的视图转动轴大约180度；
图12a至图12c是从图1的发动机的轴组件的不同角度看到的一系列透视图；
图13a和图13b是图1的发动机的活塞的透视图；
图14是在活塞处于TDC位置时的停歇时期期间在发动机循环中的一个点处的图1的发动机的截面；
图15是在活塞处于BDC位置时的停歇时期期间在发动机循环中的一个点处的图1的发动机的另一个截面，进气口完全被进气套筒阀覆盖，而排气口通过排气套筒阀部分露出；
图16是在发动机循环中的在活塞已经到达各自的BDC位置时的一个点处的图1的发动机的另一个截面，排气口利用在DBC位置处或靠近DBC位置的排气套筒露出，而进气口通过进气套筒阀保持部分露出。因此，该发动机正处在排污时期；
图17是在发动机循环中的活塞停歇在各自的BDC位置时的一个点处的图1的发动机的另一个截面，排气口完全被排气套筒阀覆盖，而进气口利用在DBC位置处或靠近DBC位置的进气套筒阀部分露出。因此，该发动机正处在增压时期；
图18是在活塞的压缩冲程期间在发动机循环中的一个点处的图1的发动机的另一个截面，排气口完全被排气套筒阀覆盖，而进气口通过进气套筒阀部分露出；以及
图19是示出了在图1的发动机的循环期间在转动轴移动数度之后的活塞、排气套筒阀和进气套筒阀冲程位置的示意图。
具体实施方式
参照图1至图3，发动机1包括固定气缸体2，该固定气缸体2可以具有常规的散热片3。气缸体可利用常规的固定装置附接至机架或车辆底盘(未示出)。气缸体具有一对可移除的端盖或端板4、5，该端盖或端板4、5可利用常规的固定装置附接至气缸体，以允许组装和拆卸发动机。作为替代实施方式，气缸体可以加工成可通过常规的固定装置附接的两半。
参照图3至图9，气缸体限定出两个细长的、水平延伸的气缸6、7。一对对置活塞8、9和10、11设置为在各个气缸内6、7内在各自的上止点(TDC)位置(图8)与各自的下止点(BDC)位置(图9)之间线性地并且同轴地往复运动，在TDC位置处，各个气缸中的对置活塞的活塞顶大体上彼此相邻，而在BDC位置处，各个气缸中的对置活塞的活塞顶彼此分开。各对对置活塞中的活塞设置为在相反的方向上同步进行往复运动。一个或多个喷射器可定位在孔口12内，以便将燃料喷到在对置活塞的活塞顶之间的空间内的气缸中。活塞顶优选地具有凹坑或碗以提供燃烧空间。活塞还可以具有压扁带以在燃烧室中促成湍流。
轴13延伸经过在两个气缸之间的发动机的中心。轴的转动轴线与活塞的往复运动的轴线分开，并且平行于活塞的往复运动的轴线。轴通过一系列轴承14、15、16、17转动地支撑在气缸体中。轴的端部18、19开设有键槽，以便连接至齿轮或皮带传动系统(未示出)。如下面将更详细描述的，发动机配置为：由气缸中的燃料/空气混合物的燃烧引起的对置活塞在各自的气缸内的线性往复运动使轴转动。
发动机包括用于将活塞的线性往复运动转换成轴的转动运动的凸轮机构。如图10a至图12c更详细所示，凸轮机构包括位于轴13上的一对分开的轴向凸轮20、21。凸轮一般横向地位于与气缸相邻，各个凸轮位于在轴的相对侧上的一对相邻活塞之间。
轴向凸轮可以与轴一体成型。作为替代实施方式，凸轮可以设置在凸轮体上，该凸轮体可以开设有键槽以便与轴上的对应花键啮合。凸轮限定出凸轮表面。凸轮表面可以由单个突出法兰22来形成，如图所示，该单个突出法兰22从凸轮体突出并且限定出内凸轮表面和外凸轮表面。作为替代实施方式，凸轮表面可以由一对分开的平行法兰形成，这对平行法兰从凸轮体或者从凸轮体内的凹槽或沟道突出，并且限定出内凸轮表面和外凸轮表面。
如图13a至图13b更详细所示，各个活塞8、9、10、11具有通过横向销或轴24联结至活塞的延伸部或活塞杆23。活塞杆具有一对从动件或辊25、26，该对从动件或辊25、26定位为作用于在法兰的相对侧的内凸轮表面和外凸轮表面上。与各个气缸相邻，在轴13的相对侧上的一对相邻活塞8、10和9、11的那对分开的从动件作用于在凸轮的直径相对侧上的同一个轴向凸轮20、21的凸轮表面上。从而，两个活塞均设置为使同一个凸轮转动。
各个活塞杆可以具有从活塞杆的外端突出的销27，销27设置为依次在气缸体的端盖中的圆柱形槽或盲孔28内滑动。这可以有助于稳固活塞并且防止在活塞往复运动期间活塞在气缸内摇摆。端盖和/或销中的孔可以填充有或者涂有适当的减摩材料。
靠近气缸各端部的轴向凸轮可以在制造期间成形，以限定并且控制活塞的往复运动。例如，轴向凸轮可以成形为使得：在其中一个气缸中的对置活塞随着在另一个气缸中的对置活塞异相地做往复运动，或者使得在各个气缸内的对置活塞彼此异相地做往复运动。
轴向凸轮成形为引起各个活塞在它们各自的活塞运动循环期间的至少一个停歇时期。特别地，凸轮成形为在活塞的BDC位置处提供活塞的停歇时期。轴转动机构也可以配置为引起各个活塞在活塞的TDC位置处的停歇时期。活塞的停歇持续时间由轴向凸轮的轮廓来确定。例如，凸轮可以设计为：为特定应用限定合适的停歇时期和/或提供需要的发动机运行特征和/或，优化发动机，以便在特定环境中运行和/或以供使用特定类型和/或质量的燃料。在轴向凸轮具有花键以便与轴上的对应花键啮合的情况下，可以在初始制造之后修改发动机，使其包括不同轴向凸轮，所述不同轴向凸轮具有限定出不同停歇时期的不同凸轮轮廓。
在优选实施例中，轴向凸轮成形为使得：在活塞开始移向压缩冲程上的TDC位置之前，在通过至少一个排气口清除大多数或大体上所有废弃的燃烧产物的同时，使活塞在它们各自的BDC位置处进入停歇时期。优选地，活塞凸轮20、21成形为，提供在轴转动60度与140度之间活塞在TDC处的停歇时期。更优选地，凸轮成形为，提供在轴转动大约100度时活塞在TDC处的停歇。
在优选实施例中，轴向凸轮成形为使得：在活塞开始离开膨胀冲程上它们各自的BDC位置之前，大体上所有燃烧的热交换均以恒定的体积发生在气缸中的同时，使活塞停歇在它们各自的TDC位置。优选地，活塞成形为，提供在轴转动20度与60度之间活塞在BDC处的停歇时期。更优选地，凸轮成形为，提供在轴转动大约40度时活塞在TDC处的停歇时期。
上面提及的优选停歇时期已经被选来，提供发动机的有效运行并且表示在各种相关因素之间的平衡。其它停歇时期也可以适用于发动机，并且可以由以下任一个或所有来确定：特定应用(例如，最大功率输出或燃料效率处于临界的情况)；特定环境(例如，周围空气温度特别高或特别低的情况)；某种类型和/或质量的燃料的可用性；以及其它相关因素。
参照图3至图10c，各个气缸进一步具有一对对置的套筒阀29、30和31、32，一个套筒阀围绕在各个气缸中的各个对置活塞。各个气缸中的套筒阀设置为以对置的方式做往复运动，彼此同轴，并且与对置活塞的往复运动轴线同轴。套筒阀可在它们各自的TDC位置与BDC位置之间做往复运动，在TDC位置处，套筒阀大体上彼此相邻，而在BDC位置处，套筒阀彼此分开。在它们各自的TDC位置处，套筒可以定位为比活塞更接近彼此。在TDC位置处，套筒优选地彼此对接，以提供密封的燃烧室。作为替代实施方式，套筒可以对接从气缸壁突出到气缸中的肩部33。套筒可以设有平的、成角度的或者异形的内端。如下面将进一步描述的，套筒阀用于控制发动机的孔口开闭，并且能使进气孔口开闭和排气孔口开闭独立于活塞在气缸内的位置而受控制。
提供了套筒阀驱动机构以使套筒在气缸内做往复运动。套筒阀驱动机构包括位于气缸之间的另一对轴向凸轮34、35。其中一个轴向凸轮设置在发动机的横向中心线的各侧，一个用于轴13的相对侧上的各对横向相邻的套筒。套筒凸轮位于轴向活塞凸轮20、21之间的轴上。如上面关于活塞凸轮所描述，套筒凸轮可以与轴一体成型或者开设有键槽用于与轴上的相应花键啮合，以允许移除以便维修、修改和/或更换。
如图10a至图10c、图13a和图13b更详细示出，各个套筒阀具有从靠近其外端的套筒阀的表面横向突出的销36。轴线套筒凸轮限定出凸轮轨道37以容纳套筒阀销。轨道可以由一对间隔的平行法兰38、39或者由凸轮体的表面中的凹槽或沟道形成。凸轮限定出内凸轮表面和外凸轮表面。轴向套筒凸轮定位为使得：在轴的相对侧上的各对横向相邻的套筒阀上的套筒销与由各个轴向凸轮限定的同一个凸轮轨道的直径相对侧啮合。当轴转动时，套筒阀销与轴向凸轮表面保持恒定的接触。
套筒阀也可以具有另一个销40，该销40靠近外端并且在套筒阀相对于与轴向套筒凸轮啮合的销的直径相对侧上。该另一个销在套筒的往复运动期间沿着气缸中的凹槽或沟道41滑动。这可以有助于稳固套筒阀并且防止套筒阀在气缸内摇摆。凹槽或沟道可以填充有或者涂有合适的减摩材料。
如上面关于轴向活塞凸轮20、21所描述，轴向套筒凸轮34、35可以在制造期间成形以限定并且控制套筒阀的往复运动。例如，轴向套筒凸轮可以成形为使得：在其中一个气缸中的对置套筒阀随着另一个气缸中的对置套筒阀异相地做往复运动，或者使得在各个气缸内的对置套筒阀彼此异相地做往复运动。
套筒驱动机构设置为使各个套筒随着它们各自的活塞(但是有时是在活塞运动之后)在同一个方向上做往复运动。这可以通过以下中的一个或者两者来实现：轴向套筒凸轮的形状；以及轴向套筒凸轮进一步位于来自活塞凸轮的轴的周围，从而使它们与轴向活塞凸轮是异相的。
如图4所示，进气口和排气口穿设在气缸壁上。具体地，在各个气缸中，一个或多个进气口42穿设在各对对置活塞中的一个活塞的TDC位置与BDC位置之间的气缸壁上，而一个或多个排气口43穿设在各对对置活塞中的另一个活塞的TDC位置与BDC位置之间的气缸壁上。优选地，在各个气缸中设置多个进气口42和/或排气口43，并且这些孔口围绕气缸的圆周等距分开并且均集中在横向于活塞的往复运动的轴线的同一个平面上。这些孔口围绕气缸的圆周由桥部44彼此分开。
因此，在各个气缸中，进气口和排气口沿着气缸的长度彼此分开并且位于发动机的横向中心线的相对侧上，使得由各对对置套筒阀中的一个套筒阀控制进气口的孔口开闭，由各对对置套筒阀中的另一个套筒阀控制排气口的孔口开闭。多个进气口的累计总孔口面积大约与其中一个活塞顶的面积相同，而多个排气口的累积总孔口面积大约与其中一个活塞顶的面积相同。
如图19所示并且如下面将更详细描述，在设计具体焦点放在提高的体积效率上的发动机的示例形式中，轴向套筒凸轮的凸轮轮廓成形为使得：虽然进气套筒和排气套筒在运动循环期间不断沿着气缸移动，但是进气套筒和排气套筒在轴转动时期内只移动相对较小比例的它们各自的套筒阀冲程，包括：(i)活塞的压缩冲程；(ii)在TDC处的活塞停歇时期；以及(iii)活塞的膨胀冲程。作为替代实施方式，轴向套筒凸轮的凸轮轮廓可以成形为使得：进气套筒和排气套筒中的一个或两者在发动机循环期间均经历更长或更短的减少的线性运动时期或停歇时期。
各个轴向套筒凸轮的凸轮轮廓可以成形为使得：应用于以下中的任意一个或组合：
(i)在各个气缸中，进气套筒和排气套筒中的一个或两者在发动机循环期间均经历接近停歇的持续运动时期；
(ii)在各个气缸中，进气套筒在轴转动大约150度与大约250度之间(优选为，轴转动大约195度)的时期内在各个方向上(即，在图19的进气套筒曲线的TDC位置的各侧上)移动大约20％的套筒阀冲程；
(iii)在各个气缸中，进气套筒在轴转动大约80度与大约150度之间(优选为轴转动大约115度)的时期内接近停歇。这是由图19的进气套筒曲线的大体上平直部分来示出，该进气套筒曲线延伸到套筒的TDC位置，例如，在套筒的TDC位置处，进气套筒在各个方向(即，在进气套筒阀曲线的TDC位置的各侧上)只行进大约5％至10％的套筒阀冲程；
(iv)在各个气缸中，排气套筒在轴转动大约150度与大约250度之间(优选为，轴转动大约195度)的时期内在各个方向上(即，在图19的排气套筒曲线的TDC位置的各侧上)移动大约20％的套筒阀冲程；
(v)在各个气缸中，排气套筒在轴转动大约80度与大约150度之间(优选为轴转动大约110度)的时期内接近停歇。这是由图19的排气套筒曲线的大体上平直部分来示出，该排气套筒曲线延伸到套筒的TDC位置，例如，在套筒的TDC位置处，排气套筒在各个方向(即，在排气套筒曲线的TDC位置的各侧上)只行进大约5％至10％的套筒阀冲程；
(vi)在各个气缸中，各个进气和排气套筒的大多数冲程是在它们各自的BDC位置上的活塞的停歇时期内行进的；
(vii)在各个气缸中，各个进气和排气套筒在它们各自的TDC位置上大体上保持彼此相邻以形成用于轴转动时期的燃烧室，该轴转动时期至少与活塞停歇在它们各自的TDC位置上的轴转动时期一样长，并且包括活塞停歇在它们各自的TDC位置上的轴转动时期。
(viii)在各个气缸中，各个进气和排气套筒在它们各自的TDC位置上保持彼此靠近以形成用于轴转动时期的燃烧室，该轴转动时期比活塞停歇在它们各自的TDC位置上的轴转动时期更长。
轴线活塞凸轮和轴向套筒凸轮的外端均可以是中空的以便减轻重量(图6)。优选地，活塞杆具有孔或狭槽45(图13a和图13b)以便进一步减轻重量。
例如，该气缸体可以由铝合金或者铸铁制成。例如，活塞可以由高硅的、低膨胀活塞合金制成。例如，套筒可以由硬化的地面钢、涂层铝合金或硬镀青铜制成。例如，轴没有由高强度钢制成。例如，轴向活塞凸轮和轴向套筒凸轮可以由硬化钢或冷硬铸铁制成。
该发动机可以仅通过压缩空气来清扫，在排气套筒阀关闭排气口之后注入燃料。这可以只通过排气涡轮压缩机的方式或者通过结合单独的扫气泵的方式来实现。
可以设置分裂的或分叉的进气道(未示出)。借助于该进气道，可以从一个源头处提供迫使来自气缸的废弃燃烧产物经过排气口的扫除空气(scavengingair)，并且可以从供选择的源头处提供用于气缸中下一个燃烧事件的新增压空气。例如，加压的扫除空气可以从加压储气库处提供或者直接从电驱动的或机械驱动的泵或压缩器中提供。加压的增压空气可以借助于增压的储气库废气驱动的涡轮增压器或类似装置提供，以增加进入气缸的空气的流速。通过利用排气压力驱动的压缩器来提供充量压缩，过剩的废气能量可以转换成有用功，并且减少了对活塞做全部充量压缩作业的要求，从而提高了发动机效率。
一个或多个燃料喷射器位于各个气缸的周围以便通过孔口将燃料注入燃烧空间。燃料注入事件的持续时间可以精确地控制并且根据发动机速度和发动机上负载等因素而变化。这可以使用电控的共轨燃料系统来执行。燃料注入可以借助于例如获得专利的“Orbital”注入系统来完成。
在发动机循环期间的适当时刻注入燃料、水、甲烷或柴油中的一种或多种以控制燃烧过程是有益的。活塞在TDC位置上的停歇时期内或者活塞在TDC位置上的停歇时期后立即注入额外的燃料，使得燃料在活塞的膨胀冲程期间继续燃烧是有益的。
点火可以借助于均质压燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI)或“Smartplugs”(等离子体注入装置)来实现。HCCI和Smartplugs两者均允许超贫混合物燃烧。
提供了集油槽(未示出)以储存润滑油。泵经由在气缸体内的油道和在轴中的适当钻孔来让机油循环，以便润滑发动机的各种转动部件。套筒的润滑通过机体外壳中的供油孔的压力润滑来实现的，所述供油孔与气缸衬套的外壁上加工的细槽紧密配合。
活塞具有活塞环46(图13b)以在各密封件与各自的套筒之间提供密封。各个往复运动的套筒借助于较薄壁的固有弹性来密封以防止压缩。
该发动机可以是空气冷却的。作为替代实施方式，内部通道可以设置在气缸体中，经由内部通道，由冷却剂泵对冷却剂进行循环。
该发动机可以具有附图中未示出的其它传统的部件和系统，例如，可以提供以下中的任一种或全部：启动电动机和飞轮组件；贮油槽和油循环系统；高压燃料系统；进气口和过滤系统；用于将空气引导至气缸的进气歧管；用于将废弃的燃烧产物从气缸中移除的排气歧管；具有消音器的用于将废弃的燃烧产物释放到大气中的排气管；用于涡轮增压器或超级增压器的驱动器；发动机与火花点火式发动机有关的点火系统。
在运行上面参照附图描述的发动机时，燃料由第一气缸6中的喷射器注入到由套筒阀29、30和对置活塞顶限定的燃烧空间中。气缸中燃料的燃烧发生在活塞的TDC位置处并且发生在轴转动大约40度时活塞停歇时期内，使得燃烧室内通过燃料/空气混合物进行的火焰蔓延发生在活塞在TDC的停歇时期内。这种的效果是所有的或者大体上所有的燃烧的热交换都以TDC恒定的体积发生。
在活塞的TDC停歇时期结束时，第一气缸6中的活塞8、9开始沿着膨胀冲程朝着它们各自的BDC位置向外移动。活塞沿着第一气缸的移动引起了相关联的活塞杆23的移动，活塞杆上的从动件25、26与轴向活塞凸轮的凸轮表面啮合，从而使轴向活塞凸轮旋转运动。轴向活塞凸轮的旋转运动开始使轴13转动并且将往复运动传递给第二气缸7中的对置活塞10、11，从而使活塞10、11沿着压缩冲程在与第一气缸中的活塞相反的方向上朝着TDC位置向内移动。
轴的旋转运动也引起了轴向套筒阀凸轮34、35的旋转运动，轴向套筒阀凸轮34、35的旋转运动经由在套筒阀的内端上充当从动件的销将线性运动传递给套筒阀29、30。套筒的线性运动控制进气口和排气口的孔口开闭，如下面进一步探讨。
当第一气缸6中的活塞8、9在膨胀冲程结束到达它们各自的BDC位置时即，活塞开始离开TDC位置之后轴转动大约110度时，活塞通过停歇机构的轴向凸轮在轴转动大约100度时经历在它们的BDC位置处的另一个停歇时期。第二气缸7中的活塞10、11在压缩冲程结束时也到达它们各自的TDC位置。在第二气缸中的活塞在BDC处的停歇时期期间，通过排气口43从气缸中将废弃的燃烧产物清除,排气口43已经被排气套筒打开。
在BDC处活塞停歇时期结束时，在膨胀冲程上的第一气缸6中的活塞8、9通过轴向凸轮沿着压缩冲程朝着它们各自的TDC位置前进，该轴向凸轮由第二气缸7中的活塞沿着膨胀冲程来驱动。进气口42和排气口43的孔口开闭再次由轴的旋转运动诱导的套筒阀的运动来控制。空气通过进气口42进入气缸；而且，当活塞通过轴向凸轮前进到它们各自的TDC位置时，即在开始压缩冲程之后轴转动大约110度时，在对置的活塞顶之间压缩空气。然后，重复发动机循环。
图14至图19示出了在发动机孔口开闭方面套筒阀的往复运动的效果。在图14位置，在停歇时期的中点时，第一气缸6中的活塞8、9均在TDC位置。它们各自的套筒29、30都在TDC位置处或者非常靠近TDC位置。在TDC位置，套筒29、30彼此邻接或者邻接气缸壁中的肩部以限定出燃烧室。气缸壁中的进气口42和排气口43均由各自的进气套筒29和排气套筒30保持关闭。在该位置处，空气不能进入气缸，并且燃烧产物不能离开气缸，因此燃料/空气混合物的燃烧以恒定的体积发生。
在轴转动大约40度时的活塞的停歇时期后，活塞沿着它们的膨胀冲程向它们各自的BDC位置出发。轴向活塞凸轮和轴向套筒凸轮的轮廓，以及它们在轴上的相对位置为使得：在活塞沿着它们的膨胀冲程的运动与进气套筒和排气套筒的相应运动之间存在时滞。如图19所示，活塞和套筒运动的定时为使得：大体上当活塞到达BDC时，排气套筒开始打开排气口，并且排气套筒迅速加速，因此在活塞到达BDC不久之后并且在轴转动大约130度的BDC活塞停歇时期早期，排气口43完全被排气套筒30露出。进气套筒的定时为使得：当进气套筒移向BDC位置时，进气套筒29比排气套筒30加速得更慢些并且以与活塞8、9的速率相似。当活塞开始离开它们压缩冲程上的BDC位置时，进气套筒大体上到达了BDC位置。
在图15位置，在BDC停歇时期的中点或者接近BDC停歇时期的中点时，其中一个气缸中的活塞均在它们各自的BDC位置处。排气套筒已经离开TDC位置移向BDC位置，从而部分露出排气口并且使燃烧产物从发动机中清除。轴向套筒凸轮配置为使得：进气套筒的运动与排气套筒的运动是异相的，并且在排气套筒的运动与进气套筒的运动之间存在时滞。虽然进气套筒已经开始离开TDC位置移向BDC位置，但是进气套筒还没有随着排气套筒沿着气缸行进太远。进气套筒的内缘还没有经过进气口的内缘，因此进气口仍然是完全关闭的。
在图16位置，其中一个气缸的活塞在活塞的停歇时期内仍保持在它们各自的BDC位置上。排气套筒已经到达BDC位置，从而露出排气口并且使燃烧产物进一步从发动机中清除。在排气套筒开始露出排气阀之后，轴转动大约20度，进气套筒已经部分露出进气口以使空气进入气缸。进入气缸的空气在压力下通过迫使燃烧产物经过排气口来辅助清除过程。
在图17位置，第一气缸中的活塞将要沿着它们的压缩冲程朝着各自的TDC位置出发。进气套筒在BDC位置处并且将要朝着它们TDC位置出发以覆盖进气口。排气套筒正在从图16的BDC位置移向TDC位置以覆盖排气口。进入气缸的空气继续辅助废弃产物从气缸中清除。
在图18位置，第一气缸中的活塞继续沿着压缩冲程朝着各自的TDC位置移动。在活塞离开TDC位置之后，轴转动大约30度，排气套筒已经完全关闭排气口。进气套筒已经开始关闭进气口，但是进气口仍然是部分打开的。因此，压缩空气仍然进入气缸，但是在已经关闭排气口时不再替换离开气缸的燃烧产物。当活塞移向它们各自的TDC位置时，进入气缸的压缩空气在对置的活塞顶之间进行压缩。在排气套筒关闭了排气口之后，轴转动大约20度，进气口完全被进气套筒关闭。
当活塞朝着TDC前进时，进气套筒29和排气套筒30加速经过它们各自的活塞，使得在活塞到达如图14所示的TDC后不久套筒到达它们的TDC位置以限定和密封燃烧室。
从上面的描述中并且具体参照附图19应该理解的是，排气套筒阀和进气套筒阀的大多数往复运动均发生在活塞在它们的BDC位置的停歇时期期间，而且进气套筒阀和排气套筒阀的仅较少部分线性往复运动在轴转动时期内被覆盖到，所述轴转动时期由压缩冲程上活塞运动的后半部分、在TDC处的活塞停歇时期和膨胀冲程上活塞运动的前半部分组成。
驱动进气套筒阀和排气套筒阀的凸轮的轴向凸轮轮廓可能是轴转动时期与套筒在它们各自的TDC位置与BDC位置之间移动时的峰值加速度之间的平衡，在轴转动时期内，进气套筒/和排气套筒停歇或经历减少的线性运动时期(接近停歇)。
通过对排气套筒阀定时以在活塞到达BDC时或刚刚到达BDC之前露出排气口，活塞在露出排气口之前经历完整的膨胀冲程，并且燃烧产物开始从气缸中排出。这提高了熟知发动机的效率，在熟知发动机中，由活塞在它们的膨胀冲程上提早露出排气口。
通过对排气套筒定时，以在BDC活塞停歇时期之后活塞的压缩冲程期间完全覆盖排气口，排气口在BDC的整个活塞停歇时期内保持打开的，以便为燃烧产物的清除提供比没有活塞停歇的熟知发动机明显更多的时间。
通过对排气套筒定时，以在进气套筒开始露出排气口之前在轴转动大约20度时开始露出排气口，为排污提供发动机循环时期以使气缸压力降到吹扫空气压力之下。
通过对进气套筒定时，以在BDC处的活塞停歇时期的早期阶段内露出进气口并且在活塞的压缩冲程期间完全覆盖进气口，在较大比例的发动机循环中将进气口保持打开，以在关闭进气口之前有时间来完成对气缸的增压。
通过对进气套筒定时，以在排气套筒完全覆盖排气口之后轴转动约20度时完全覆盖进气口，发动机能够对进入气缸的空气进行时期充量压缩或者‘增压’。
轴向套筒凸轮的形状设计为，使排气口在轴转动约140度时至少部分地打开，并且使进气口在轴转动约140度时至少部分地打开。如此，进气口和排气口在发动机循环的大部分中至少部分地打开。
轴向套筒凸轮的形状还设计为，使进气口和排气口在轴转动约120度时的重叠时期至少部分地打开。如此，在发动机循环的大部分中，进入气缸的空气协助气缸的排气，从而增强空气流过发动机。
在前述说明中的所有数值仅仅是举例说明，并且不旨在限制权利要求书的范围。在前述说明中，轴转动的示例值指本发明主要为最佳容积效率而设计的特定形式。技术人员容易了解到，轴转动的替代值适合于根据一个或者多个其他关键因子而设计的修改类型的发动机，所述其他关键因子例如，最大功率密度、使用特定类型或者等级的燃料进行的操作等。

Claims (43)

1.一种对置活塞发动机，包括：
至少一个气缸；
至少两个活塞，被设置为以对置的方式在同一个气缸内往复运动；
至少一个进气口，穿过气缸壁；
至少一个排气口，穿过所述气缸壁；
至少一个轴，被设置为借助于所述对置活塞的往复运动而转动；
至少一个可线性往复运动的套筒阀，位于所述气缸内，并且包围所述至少两个活塞中的至少一个活塞；
套筒阀驱动机构，用于控制所述至少一个套筒阀的线性往复运动，以控制所述至少一个进气口和所述至少一个排气口中的一个或两个的孔口开闭；以及
停歇机构；
其中，所述停歇机构被配置为引起所述至少两个活塞在它们各自的活塞运动循环内的至少一个停歇时期。
2.根据权利要求1所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个活塞被设置为线性地并且同轴地做往复运动。
3.根据权利要求1或2所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个活塞被设置为，在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间往复运动，在所述TDC位置处，活塞顶大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述活塞顶彼此分开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个活塞设置为以同步的方式往复运动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，在发动机循环期间的孔口开闭事件的定时独立于这对对置活塞在所述气缸内的位置而可控制。
6.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，被设置为使得：由所述套筒阀驱动机构控制的所述至少一个套筒阀的往复运动与所述至少两个活塞的往复运动相关联。
7.根据权利要求6所述的对置活塞发动机，其中，所述套筒阀驱动机构被设置为，使所述至少一个套筒阀与所述至少两个活塞的往复运动异相地做往复运动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构被配置为，在活塞运动的循环内引起所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期。
9.根据权利要求8所述的对置活塞发动机，其中，所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期足以在所述活塞开始离开它们各自的BDC位置之前，通过所述至少一个排气口清除大多数废弃的燃烧产物。
10.根据权利要求8或9所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构被配置为，在所述至少一个轴转动60度与140度之间引起所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构配置为，在所述至少一个轴转动大约100度时引起所述活塞在它们各自的BDC位置处的停歇时期。
12.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构配置为，在往复活塞运动的循环内引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。
13.根据权利要求12所述的对置活塞发动机，其中，所述活塞在它们各自的TDC位置处的时期足以使在所述活塞开始它们离开各自的TDC位置之前，大体上所有燃烧的热交换以恒定的体积在所述气缸中发生。
14.根据权利要求12或13所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构被配置为，在所述至少一个轴转动20度与60度之间引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构被配置为，在所述至少一个轴转动大约40度时引起所述活塞在它们各自的TDC位置处的停歇时期。
16.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述停歇机构是凸轮机构。
17.根据权利要求17所述的对置活塞发动机，其中，所述活塞凸轮机构包括各个活塞的一个或多个活塞凸轮和联接至各个活塞的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在活塞运动的循环内与各个活塞的各自的一个或多个活塞凸轮的凸轮表面保持接触。
18.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述套筒阀驱动机构是凸轮机构。
19.根据权利要求18所述的对置活塞发动机，其中，所述套筒阀凸轮机构包括各个所述至少一个套筒阀的一个或多个套筒凸轮和联接至所述至少一个套筒阀的一个或多个凸轮从动件，所述凸轮从动件在套筒运动的循环内与各个所述至少一个套筒阀的各自的一个或多个套筒凸轮的凸轮表面保持接触。
20.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，包括至少两个套筒阀，一个套筒阀包围所述至少两个活塞中的每个，所述套筒阀被设置为通过所述套筒阀驱动机构以对置的方式在同一个气缸内做往复运动。
21.根据权利要求20所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个套筒阀被设置为，通过所述套筒阀驱动机构线性地、同轴地做往复运动，并且与所述至少两个活塞同轴。
22.根据权利要求20或21所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个套筒阀被设置为，通过所述套筒阀驱动机构在各自的TDC位置与各自的BDC位置之间做往复运动，在所述TDC位置处，所述套筒阀大体上彼此相邻，而在所述BDC位置处，所述套筒阀彼此分开。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个套筒阀被设置为，通过所述套筒阀驱动机构彼此异相地做往复运动。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述至少两个套筒阀中的第一套筒阀被设置为控制所述至少一个进气口的孔口开闭，而所述至少两个套筒阀中的第二套筒阀被设置为控制所述至少一个排气口的孔口开闭。
25.根据权利要求24所述的对置活塞发动机，其中，在所述可往复运动的套筒阀中的第一套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个进气口，并且，在所述第二套筒阀的TDC位置与BDC位置之间的位置处，从所述气缸壁穿设有多个排气口。
26.根据权利要求25所述的对置活塞发动机，被配置为使得：在使用时，所述套筒阀驱动机构将所述至少两个套筒阀保持在它们各自的TCD位置处时的轴转动度数大于在通过所述停歇机构将所述活塞保持在它们各自的TDC位置处时的轴转动度数。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述一个或多个活塞凸轮中的至少一个活塞凸轮是轴向凸轮。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述一个或多个套筒阀凸轮中的至少一个套筒阀凸轮是轴向凸轮。
29.根据权利要求27或28所述的对置活塞发动机，其中，各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮位于所述至少一个轴上。
30.根据权利要求28或29所述的对置活塞发动机，其中，各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒凸轮位于所述至少一个轴上。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的对置活塞发动机，其中，各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮和各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒阀凸轮与所述至少一个轴一体成型。
32.根据权利要求27至30中任一项所述的对置活塞发动机，其中，各个活塞的所述至少一个轴向活塞凸轮和各个套筒阀的所述至少一个轴向套筒阀凸轮开设有键槽，以与所述至少一个轴上的一个或多个对应花键啮合。
33.根据权利要求27至30中任一项所述的对置活塞发动机，其中，各个活塞的所述轴向活塞凸轮和所述对应套筒阀的所述轴向套筒阀凸轮一体成型在同一个凸轮体上，所述凸轮体开设有键槽以与所述至少一个轴上的对应花键啮合。
34.根据权利要求20至33中任一项所述的对置活塞发动机，被配置为使得：在使用时，大体上当所述活塞到达它们各自的BDC位置时，通过所述第二套筒阀来打开所述至少一个排气口。
35.根据权利要求20至34中任一项所述的对置活塞发动机，被配置为使得：在使用时，在所述活塞到达它们各自的BDC位置之后，转动所述轴大约20度由所述第一套筒阀来打开所述至少一个进气口。
36.根据权利要求20至35中任一项所述的对置活塞发动机，被配置为：在使用时，在所述活塞离开它们各自的BDC位置之后，转动所述轴大约30度由所述第二套筒阀来关闭所述至少一个排气口。
37.根据权利要求20至3中任一项所述的对置活塞发动机，被配置为使得：在使用时，在所述活塞离开它们各自的BDC位置之后，转动所述轴大约50度由所述第一套筒阀来关闭所述至少一个进气口。
38.根据权利要求20至37中任一项所述的对置活塞发动机，被配置为使得：在使用时，在关闭所述排气口之后，转动轴大约20度由所述第一套筒阀来关闭所述至少一个进气口，以实现对通过所述至少一个进气口进入的空气进行增压。
39.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，通往所述至少一个进气口的进气道是分叉的，以使清除空气和增压空气的流具有单独的起源，诸如，来自用于清除空气的机械泵和来自用于增压空气的废气涡轮增压器。
40.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述至少一个轴是用于动力输出的输出轴。
41.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述发动机运行二冲程循环。
42.根据前述权利要求中任一项所述的对置活塞发动机，其中，所述发动机是压燃式发动机。
43.一种大体上如前面结合附图所描述的对置活塞发动机。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3577329A1 (en) * 2017-03-22 2019-12-11 Achates Power, Inc. Cylinder bore surface structures for an opposed-piston engine
US11060450B1 (en) * 2017-04-13 2021-07-13 Roderick A Newstrom Cam-driven radial rotary engine incorporating an HCCI apparatus
US10443491B1 (en) 2018-11-07 2019-10-15 Hts Llc Opposed piston engine with serial combustion chambers
US11128197B2 (en) * 2019-09-20 2021-09-21 Hts Llc Linear electric device having reciprocating movement linked to rotational movement of a shaped cam
US11136916B1 (en) * 2020-10-06 2021-10-05 Canadavfd Corp (Ltd) Direct torque control, piston engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984004354A1 (en) * 1983-04-28 1984-11-08 Anthony Gerace Internal combustion engine and operating cycle therefor
JPS60150433A (ja) * 1984-01-17 1985-08-08 Teruyasu Mochizuki 対向ピストン式エンジン
US4996953A (en) * 1990-04-02 1991-03-05 Buck Erik S Two plus two stroke opposed piston heat engine
US20030094164A1 (en) * 2001-11-19 2003-05-22 Alvin Lowi Stationary regenerator, regenerated, reciprocating engine
CN201013451Y (zh) * 2007-03-08 2008-01-30 刘良杰 内燃机的一缸双塞机构
US20120085305A1 (en) * 2009-11-23 2012-04-12 Pinnacle Engines, Inc. Positive control (desmodromic) valve systems for internal combustion engines

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB158532A (en) * 1920-02-06 1921-04-14 Carl Alrik Hult Improvements in or relating to internal combustion engines
US1529687A (en) * 1923-01-03 1925-03-17 Benjamin K Bowen Internal-combustion engine
US1706569A (en) * 1925-02-05 1929-03-26 William C Dunn Internal-combustion engine
FR732629A (fr) * 1931-04-15 1932-09-23 Commande par came pour moteurs à combustion interne
US2080846A (en) * 1934-04-30 1937-05-18 Alfaro Heraclio Internal combustion engine
GB497300A (en) * 1937-09-14 1938-12-16 Richard Porkman Improvements in or relating to internal combustion engines of the opposed piston type
US2334917A (en) * 1942-09-12 1943-11-23 Ford Motor Co Opposed-piston engine
US4635590A (en) * 1983-04-28 1987-01-13 Anthony Gerace Internal combustion engine and operating cycle therefor
US5623894A (en) * 1995-11-14 1997-04-29 Caterpillar Inc. Dual compression and dual expansion engine
KR20030053596A (ko) * 2001-12-22 2003-07-02 남궁영 피스톤 압축형 터빈기관 및 이의 제어방법
US7559298B2 (en) * 2006-04-18 2009-07-14 Cleeves Engines Inc. Internal combustion engine
US8573178B2 (en) * 2009-02-24 2013-11-05 Pinnacle Engines, Inc. Sleeve valve assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984004354A1 (en) * 1983-04-28 1984-11-08 Anthony Gerace Internal combustion engine and operating cycle therefor
JPS60150433A (ja) * 1984-01-17 1985-08-08 Teruyasu Mochizuki 対向ピストン式エンジン
US4996953A (en) * 1990-04-02 1991-03-05 Buck Erik S Two plus two stroke opposed piston heat engine
US20030094164A1 (en) * 2001-11-19 2003-05-22 Alvin Lowi Stationary regenerator, regenerated, reciprocating engine
CN201013451Y (zh) * 2007-03-08 2008-01-30 刘良杰 内燃机的一缸双塞机构
US20120085305A1 (en) * 2009-11-23 2012-04-12 Pinnacle Engines, Inc. Positive control (desmodromic) valve systems for internal combustion engines

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