专利名称：用于x形发动机的双作用的苏格兰轭组件的制作方法
用于X形发动机的双作用的苏格兰轭组件
背景技术：
本发明总体上涉及内燃活塞式发动机、流体泵以及类似的机器，且更具体来说涉及用于一个X形发动机配置的一种双作用的苏格兰组件(DASY)。现今最广泛使用的发动机配置是直列式、“V”形以及水平对置或“卧式”。几乎所有这些发动机在功率转换系统中都使用了常规的连接杆(“连杆”)。连杆由于其运动的性质而产生多阶次的振动，这样使得不存在实际的方法来消除在具有多个连杆的发动机中所产生的所有振动。使用了多个连杆的一些常规的发动机配置(例如，90° V-8)具有平衡的I阶次和2阶次振动，但实际上，具有多个常规的连杆的所有发动机的3阶次以及更高阶次 的振动从来都不是平衡的。苏格兰轭是用于将一个滑动件的线性运动转换成旋转运动或者反之亦然的一个机构。活塞或其他的往复运动零件是通过与该旋转零件上的一个销相接合的一个缝隙直接连接到一个滑动轭上的。一个轴承座使得在曲轴上的旋转运动与在该轭上的滑动线性运动进行交互。在一个恒定的旋转速度的情况下，该活塞的运动的形状随时间的推移是一个纯正弦波。与现今使用的常规的发动机配置不同，苏格兰轭机构是通过用于往复运动质量的真正的谐和运动而使这些往复运动活塞连接到旋转的曲轴上的一个机构，这样使得如果I阶次的力与力矩是平衡的，那么使用了多个苏格兰轭的一个发动机可以被认为是“对于所有阶次都是100%平衡的”。关于减少一个发动机中的摩擦，该苏格兰轭机构可以一种双端或“双作用”的方式使用，这样使得每个往复运动组件在每一末端上都具有一个活塞，这样曲轴上的每个曲柄销轴承都被连接到两个活塞上而不是仅仅一个单一的活塞上。因此，以此方式，总的发动机轴承/汽缸的比例减少，并且对于给定数量的汽缸来说，曲轴更短并且更轻。双作用的苏格兰轭的另一个益处在于，曲轴箱内部的流体运动得到最小化，这是因为相对的活塞仅仅将空气推入其间，而在“V”形发动机和直列式发动机中，存在较大质量的空气被围绕发动机的舱隔板推动使得产生更大量的流体摩擦。
发明内容
本发明的一个目的在于提供用于多个X形发动机的一种双作用的苏格兰轭(DASY)机构，这种双作用的苏格兰轭(DASY)机构相对于使用多个连杆的常规的活塞式发动机来说，改善了发动机的效率和性能、减少了噪声和振动、减少了发动机的大小和重量并且降低了生产成本。在一个方面，一种双作用的苏格兰轭(DASY)机构具有一个往复运动组件,该往复运动组件是刚性地连接在一起的一系列四个部件“活塞-轭-轭-活塞”，在该组件的相对末端上的两个活塞具有一条共有的中心轴线，其中在该往复运动组件中的这些部件之间的所有这些界面都是平面至平面界面，并且其中这些界面的平面是垂直于这些相对活塞的轴线的。这些界面包括，但并不限于活塞至轭、轭至轭、轭至活塞。
本发明的DASY组件在每个平面至平面界面上具有多个销钉定位件以便使这些部件对齐，其中这些销钉的轴线是平行于这些相对活塞的共有的中心轴线的，并且在每个界面上的每个部件中具有多个相应的精密孔以便接纳一个销钉。该组件包括多个螺纹紧固件，其中用于该轭至轭界面的这些紧固件的轴线是平行于这些相对活塞的共有的中心轴线的。另外，用于活塞至轭界面和轭至活塞界面的这些紧固件的轴线是平行于这些相对活塞的共有的中心轴线的。此外，该轭是在DASY组件中使用了两次的一个共有的零件，这样使得在该轭的一条支腿上存在一个螺纹孔并且在该轭的另一条支腿上存在一个非螺纹通孔，这导致在组装好的DASY组件中具有对角相对定位的多个紧固件。另外，DASY组件是连接到一个轴承座组件上的，这个轴承座组件主要由两个完全相同的零件构成以便形成一个箱形的结构，并且具有使这两个主要零件固定在一起的多个紧固件，并且具有穿过该结构的一个侧孔，并且具有固定在该侧孔内的一对壳轴承，其中这些壳轴承在一个曲轴上与一个曲柄销可旋转地接合，并且具有一对线性轴承表面，这对线性轴承表面是都平行于该侧孔的轴线的并且在该箱形结构的相对侧面上都是面朝外的，并且其中每个线性轴承表面的两侧都具有一对面朝内的线性轴承表面，这样使得在垂直于该 侧孔的轴线的一个共有平面上的轴承座组件的每个侧面上都在两个地方存在两个线性轴承表面。此外，如从侧面来看，支撑这两对线性轴承表面的结构形成了轴承座组件的最宽部分，这样使得该侧孔的轴线看起来是交叉的。从正确的角度来观察这个突出结构的角宽度，这个角倾向于显著小于90度，这个角宽度存在于每个轴承座组件上的四个地方并由突出部的角与该侧孔限定，该突出部的角从侧面来看由该突出部的最宽点和该侧孔的中心线形成。鉴于上述内容，本发明的一个方面是用于一个X形发动机的一个双作用的苏格兰轭组件(12)，该双作用的苏格兰轭组件包括一个第一轭(22);在一个第一平面至平面界面(35，35)上附接到该第一轭(22)上的一个第二轭(24);在一个第二平面至平面界面(54，67)上附接到该第一轭(22)上的一个第一活塞(18);以及在一个第三平面至平面界面(54，67)上附接到该第二轭(24)上的一个第二、相对的活塞(28)，其中所有这些平面至平面界面的平面是垂直于这些第一和第二活塞(18，28)的一条共有的、中心轴线(33)的。在本发明的另一个方面，一个X形发动机曲柄系(10，100，200)包括多个双作用的苏格兰轭组件(12)。
虽然展示了本发明的不同实施方案，但所示具体实施方案不应当被解释为限制权利要求书。预期可以在不脱离本发明的范围的情况下作出不同的改变和修改。图I是用于根据本发明的一个实施方案的一个DASY X-4发动机曲柄系的分解视图，该DASY X-4发动机曲柄系包括两个DASY组件(在分解视图中是一个)、两个轴承座组件(在分解视图中是一个)以及一个曲轴；图2是图I的DASY X_4发动机曲柄系在被组装时的等距视图；图3 (a)是图I的DASY X_4发动机曲柄系在被组装时的侧视图，并且图3 (b)是该DASY X-4发动机曲柄系在被组装时的隐藏线俯视图；图4是穿过这些相对活塞的中心轴线而获得的图I的DASY组件的截面视图5(a)是根据本发明的一个实施方案的图I的DASY组件的活塞的等距仰视图；图5(b)是图4(a)的活塞的等距俯视图；图5(c)是示出了环形结构和内部结构的图4(a)的活塞的侧截面视图，其中剖面在这些相对活塞的轴线上并且垂直于曲轴的轴线；图6是在DASY组件和轴承座组件上的线性轴承表面之间的交互作用的部分等距视图；图7(a)和图7(b)对应地是图I的轴承座组件的俯视图和侧视图，这两个图示出了用于支撑防旋转轴承表面的突出结构的最大宽度相对于轴承座组件的中心轴线小于九十(90)度，以便允许邻近的DASY组件具有最小间距； 图8 (a)和图8 (b)对应地是封装在一个X形发动机配置中的邻近轴承座组件的俯视图和侧视图，这两个图揭示了较短的防旋转轴承表面的封装优点；
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图8(c)是X-4发动机曲柄系中的邻近的轴承座的放大视图，该图示出了多个邻近的DASY组件之间的最小间隙距离；图9 (a)和图9 (b)对应地是根据本发明的一个实施方案一个DASY X_8发动机曲柄系在被组装时的等距视图和侧视图；并且图10 (a)和图10 (b)对应地是根据本发明的一个实施方案的一个DASY X-12发动机曲柄系在被组装时的等距视图和侧视图。
具体实施例方式以下是对用于一个X形发动机配置的一种双作用的苏格兰轭(DASY)组件的图解和说明。然而，应当指出的是，这种DASY组件可以被配置成适用于任何具体的应用并且不仅仅限于图解中的实例。现参考图I至图4，根据本发明的一个实施方案示出了一种双作用的苏格兰轭(DASY)X形发动机曲柄系10。一般来说，曲柄系10包括两个DASY组件12、两个轴承座组件14以及一个曲轴16。在所展示的实施方案中，X形发动机曲柄系10被配置为一个DASYX-4曲柄系。然而，将理解的是，本发明的DASY组件12的原理可以应用于其他的X形发动机曲柄系，例如，一个X-8发动机曲柄系、一个X-12发动机曲柄系、一个X-16发动机曲柄系以及类似的曲柄系。DASY组件12形成了 DASY X形发动机曲柄系10的一个基本的构造块并且包括串联连接在一起的四个部件I) 一个第一活塞 18 ；2)刚性地附接到该第一活塞18上的一个第一轭22 ；3)刚性地附接到该第一轭22上的一个第二轭24 ;以及4)刚性地附接到该第二轭26上的一个第二活塞28。应当指出的是，第一活塞18与第二活塞28是完全相同的，并且第一轭22与第二轭24是完全相同的。轭22、24通过使用一对螺纹紧固件25 (例如，螺栓以及类似物)彼此刚性地相连接，该对螺纹紧固件穿过轭22、24的一条支腿21中的一个非螺纹孔27并且被接纳在另一个轭22、24的支腿23中的一个螺纹孔31中，如图4中所示。将一个销钉29放置在相应的一对分离的埋头孔(未示出)内，这对孔可能与孔27、31是同轴的或可能与这些孔27、31的轴线相偏移。将理解的是，本发明并不限于使用这些销钉29来使这两个轭22、24相对于彼此定位，并且可以通过将本领域已知的任何适合的结构用于使这两个轭22、24相对于彼此精密地定位来实践本发明。每个轭22、24的每条支腿21、23都具有一个平面的末端表面35，该末端表面在被组装时在这两个轭22、24之间形成一个平面至平面界面。也就是说，每个轭22、24都具有在这两个轭22、24之间形成一个平面至平面界面的两个平面的末端表面35。还应当指出的是，这些轭22、24是彼此完全相同的，这样使得可以通过使这些轭之一相对于另一个轭旋转180°而在轴承座组件14的两个侧面上使用同一个零件，这导致组件12中必需的零件减少。同样值得注意的是，当DASY组件12被组装时，这些螺纹紧固件25是彼此对角相对定位的。本发明的一个方面在于DASY组件12的轭22、24、销钉29、螺纹紧固件25以及活 塞18、28关于这两个相对活塞18、28的一条共有的、中心轴线33完全对称，并且这两个相对活塞18、28的该共有的、中心轴线33是垂直于所组装的X形发动机配置中的曲轴16的一条中心轴线30的，如图3中所示。这个特征使得DASY组件12的质心能够定位在这两个相对活塞18、28的共有的、中心轴线33上，这是为了在X形发动机的操作期间实现往复运动和旋转质量的平衡而所需要的。应当指出的是，在DASY组件12的四个部件之间的这些界面是平面至平面界面，其中这些平表面(35，54，67)的平面垂直于这两个相对活塞18、28的中心线33，如图3中所示。这些界面包括活塞至轭和轭至轭。具有这种关系对于这些部件的制造、这些部件在一个发动机内部的组装以及对于使这些部件中和一个运转的发动机中的组件中的应力最小化来说是所希望的。还应当指出的是，在DASY组件12与轴承座组件14之间的界面主要是一对平面至平面界面(即，在轴承座界面的线性轴承表面34、36与DASY组件的对应的线性轴承表面72、70之间)，该界面垂直于这两个相对活塞33的共有的、中心轴线33。DASY组件12的运动是往复式谐和(正弦)运动。结果是* 一个功率转换系统，该功率转换系统允许一个发动机的两个同轴相对的汽缸通过一个单一的曲柄销轴承连接到一个中心曲轴上；*纯正弦运动，这样使得多个X形发动机配置实现I阶次平衡，从而使所有阶次的振动都是100%平衡的；*用于一个4冲程循环发动机中的DASY组件12的每对活塞的点火顺序关系是180° /540° ;并且*用于一个2冲程循环发动机中的每对苏格兰轭活塞的点火顺序关系是180° /180° 。每个DASY组件12都是连接到轴承座组件14上的，其方式为使得曲轴16的旋转运动被转化为DASY组件12的一个往复式(纯正弦)运动。每个轴承座组件14都是通过位于该轴承座组件14的相对末端上的两个线性轴承表面34、36连接到该轴承座组件的对应的DASY组件12上的。在DASY X-4发动机曲柄系10的所展示的实施方案中，两个轴承座组件14是各自连接到曲轴16的一个曲柄销32上的。这两个轴承座组件14包围曲轴16的曲柄销32并与之相接合，并且当曲轴16旋转时，围绕该曲轴16的中心轴线30自转，但并不旋转。相比之下，具有多个常规的连接杆(“连杆”)的发动机通常具有附接到每个曲柄销上的两个连杆，就像在汽车的90° V-8发动机中一样。然而，在典型的连杆发动机设计中，使超过两个活塞与每个曲柄销连接被认为是困难的，或不实际的。如果三个或更多个连杆附接到每个曲轴销上，那么折中方案将是针对发动机的轴承(曲轴主轴承和曲轴销轴承)的宽度的。另一个可能的折中方案将是在邻近的汽缸之间具有过多的间距。还应当指出的是，采用了附接有多个二级连杆的一个主连杆的一个星形发动机是允许一个发动机的多个汽缸附接到一个单一的曲柄销轴承上的一种安排，但在此的折中方案是在这种类型的发动机中，发生至少两种不同的活塞运动(活塞位移对曲轴转角)，这使得实现即使是I阶次振动的平衡的任何努力大大复杂化。因此，不存在任何实际的方法来使得以此方式连接的一组汽缸具有I阶次和2阶次平衡。此外，通过现今在发动机中使用 的现代燃料喷射系统，具有不同的活塞运动将会使得这样的一个发动机的校准和排放能力大大复杂化。这样，可以看出的是，本发明的双作用的苏格兰轭(DASY)组件12可以实现与连杆发动机相比更好的空间效率，并且由于曲轴箱内部减少的流体运动和流体摩擦而可以实现与连杆发动机相比更好的性能和效率，并且就平衡和排放来说优于主连杆类型的星形。如图I至图3中所示，一个单销曲轴16是连接到用于总共四个活塞18、28的两个DASY组件12上的。存在两个轴承座组件14 (每个DASY组件12使用一个)来使曲轴16的旋转运动与DASY组件12的往复式运动相连接。这两个轴承座组件14是连接到一个共有的曲柄销32上的，但功能彼此独立。现参看图5(a)至图5(c)，示出了活塞18、28的若干视图。活塞18被设计成刚性地附接到轭22上并且与DASY组件12的剩余部分精密地对齐，该剩余部分包括在DASY组件12的相对末端上刚性地附接到轭24上的活塞28。为了使旋转质量和往复运动质量实现平衡，有必要使DASY组件的质心定位在这两个相对活塞18、28的中心轴线33上。在本发明的DASY组件12中，每个活塞18、28都是使用轭22、24的平末端表面54以及在孔孔55 (该孔被精密地定位在相对活塞18、28的中心轴线33上)处压力装配到轭22、24的末端表面54中的一个销钉56来与轭22、24精密地对齐，孔。每个活塞18、28都是使用螺纹紧固件58 (例如，螺栓以及类似物)而刚性地附接到该活塞的对应的轭22、24上的。应当指出的是，轭22、24的梁结构20、26具有一个宽度59，该宽度尽可能地接近活塞18、28的一个外径，如图2中所示。这提供了在结构上最有效的梁结构。每个活塞18、28都具有一个轴对称结构，该轴对称结构形成具有多个凹槽61的一个外环60，就像常见地针对内燃机中的活塞所完成的一样。在所展示的实施方案中，每个活塞18、28都具有三个凹槽61。然而，将理解的是，本发明并不受到凹槽数的限制，并且可以使用任何需要的数量的凹槽来接纳所希望的数量的活塞环以便提供令人满意的性能来实践本发明。每个活塞18、28在其末端上都包括一个燃烧面62，该燃烧面被形成来适应所使用的燃烧过程的要求。每个活塞18、28的相对末端都包括一个裙轴承64，该裙轴承是与发动机的汽缸内孔表面(未不出)交互并且具有的直径略微大于活塞18、28的外环60的一个基本上轴对称的表面。如图5(a)中所示,每个活塞18、28还包括用于接纳销钉56的一个中心孔66以及用于接纳螺纹紧固件58的多个螺纹孔68，以便使活塞18、28刚性地附接到它的对应的轭22,24上。该活塞的中心孔66是与相对活塞18、28的中心轴线33同轴的。每个活塞18、28的一个底表面67都具有定位在活塞18、28的四个四分区中的总共四(4)个螺纹孔68，以用于使用螺纹紧固件58来使每个活塞18、28刚性地附接到它的对应的轭22、24上。轭22,24的末端上的平表面57使得活塞18、28的平表面67与垂直于这两个相对活塞18、28的中心轴线33的这些平表面57、67 二者相接合。应当指出的是，活塞18、28的底表面67被配置为一个平面的薄片结构，以便提供重量极轻的一个活塞。返回参看图I至图3，每个轴承座组件14都包括两个完全相同的轴承座二等分部分42、44，并且捕获了一对180 °的轴承壳46、48，这对轴承壳以一种可滑动的、可旋转的方式包围曲柄销32。多个螺纹紧固件50 (例如，螺栓以及类似物)将轴承座组件14保持在一起。这两个轴承座组件14是围绕曲轴16的曲柄销32组装的。如图2和图3中所示，曲轴16使其主轴承38、40放置在曲轴16的中心轴线30上，这样使得当曲轴16旋转时，曲柄销32是以离心方式围绕曲轴16的中心轴线30旋转的。
在图I至图3中所示的DASY X_4发动机曲柄系10的所述实例中，存在围绕曲轴16的曲柄销32布置的两个轴承座组件14，其中每个轴承座组件14都是彼此轴向分离的并且占据了沿曲柄销32的外表面的一个空间并且各自面对一个不同的取向。确切地说，在DASY X-4发动机曲柄系10的实例中，两个轴承座组件14是相对于彼此以90°定向的。如先前所述，每个轴承座组件14都是通过位于该轴承座组件14的相对末端上的两个线性轴承表面34、36连接到该轴承座组件的对应的DASY组件12上的。现参看图6，示出了 DASY组件12和轴承座组件14，其中为清楚起见去除了其他零件。每个轭22，24都包括呈现一个相对关系(面对面)的多个线性轴承表面70、72，这些线性轴承表面对应地与轴承座组件14上的线性轴承表面36、34交互。每个轭22、24进一步包括多个防旋转轴承表面74、76。这些防旋转轴承表面74、76是共面的并且与轴承座组件14上的防旋转轴承支撑结构77、79的防旋转轴承表面78、80交互(图7 (a)和图7 (b))。这些轭22、24上的防旋转轴承表面74、76连同轴承座组件14上的防旋转轴承表面78、80包括本发明的一个防旋转特征。应当指出的是，在DASY组件12的另一个侧面上也存在一组防旋转轴承表面74、76、78、80，并且从这个角度来看轴承座组件14是不可见的，其是刚刚进行说明的防旋转特征的镜像。本发明的防旋转特征防止了 DASY组件12在其滚轴上旋转(该滚轴是这些活塞33的轴线)，以便使得DASY组件恰当地保持对齐，并且防止了邻近的DASY组件彼此碰撞或与曲轴碰撞，并且也在线性轴承界面上维持了恰当的机械接触。图7 (a)示出了轴承座组件14的侧视图。图7 (b)示出了轴承座组件14的端视图。如图7 (a)中所示,轴承座组件14上的多个防旋转轴承支撑结构77、79限定了一个包络角82，这个包络角相对于轴承座组件14的一个中心轴线84小于九十(90)度。如图7(b)中所示，这些突出的防旋转轴承支撑结构77、79形成了轴承座组件14上的最宽部分。如图8 (a)至图8 (c)中所示，当两个轴承座组件14与在一个X_4发动机曲柄系10中一样以90°的X形角安装在同一个曲柄销18上时，对于一个给定的最小间隙距离86来说，角82小于九十(90)度使得邻近的DASY组件12能够以一种“互锁”的方式彼此相邻封装。通过如所述将突出的防旋转特征的宽度限制为小于90度，允许有关发动机排式偏移具有最宽的可能的线性轴承表面，以便在操作期间帮助提供可以接受的较低的轴承压力。应当了解的是，在此描述的X-4发动机曲柄系具有一个90度的X形角，然而邻近DASY组件的角关系可以是在零度与180度之间的任何角。将多个DASY X-4发动机曲柄系10串联放置在一个单一的曲轴16上形成了 DASYX-8、X-12、X-16以及类似物X形发动机配置。例如，图9(a)和图9(b)通过将两个DASY X-4发动机曲柄系10放置在一个单一的曲轴16上而不出了一个DASY X-8发动机曲柄系100。在另一个实例中，图10(a)和图10(b)通过将四个X-4发动机曲柄系10放置在一个单一的曲轴16上而示出了一个DASYX-12发动机曲柄系200。通过改变曲轴上的曲柄销的角度安排，可以使得这些配置中的任一个与一个具体的发动机循环更加兼容，例如，四冲程循环、二冲程循环或其他的发动机循环。这样，可以看出的是，对于X形发动机来说，存在相当大的可能性来满足不同的发动机循环的很多不同的应用以及不同的性能要求和不同的封装要求。本发明的X形发动机具有多个曲轴，这些曲轴的长度对于相同数量的汽缸来说几乎是“V”形发动机的一半，这使得具有(例如)12个或16个或20个汽缸的较大的发动机是更加可行的。
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此外，从平衡的观点来说，本发明的具有双作用的苏格兰轭(DASY)组件的X形发动机配置是更加有利的。例如，用于四冲程循环以及甚至点火的一个八汽缸“X-8”发动机具有四个DASY组件以及一个双销曲轴，其中每个曲柄销都机械地连接到两个DASY组件上，并且在每个曲柄销上具有相对于彼此以90°定向的两个DASY组件，并且在曲轴轴线的方向上具有DASY组件的偏移，以便允许每个机构彼此自由地操作。用于X-8的曲轴被配置成在曲轴中心线的对面具有以180°定向的两个曲柄销，并且具有三个主轴承，其中一个在任一个末端上并且一个单一的主轴承位于这两个曲柄销之间，并且具有抵消旋转力矩的多个配重件。所产生的X-8发动机配置对于所有阶次的振动的力和力矩都是100%平衡的，与使用了多个连杆的当前生产的任何活塞式发动机相比，这个结果是更加有利的。对于具有“开尾销”曲轴的X形发动机来说，两个轴承座组件14是附接到多个成角度地分离的曲柄销上的，这些曲柄销彼此相邻定位在曲轴16上。一个开尾销曲轴改变了DASY组件的往复式运动的相对计时，同时仍然与一个单一的销配置具有基本上相同轴承座宽度以及相同的排式偏移，如在此针对X-4曲柄系10所述。因此，这使得不同的点火间隔能够被用于适应不同数量的汽缸、不同的X形角和/或不同的发动机循环。总之，在本发明的DASY组件12中存在以下这些关系DDASY组件12的基本构造块是连接在一起的一系列四个零件“活塞-轭-轭-活塞”，其中在DASY组件12中的多个部件之间的所有这些界面是多个平面至平面界面，其中这些界面的平面是垂直于相对汽缸的轴线的。这些界面包括活塞至轭，轭至轭。这个条件由于燃烧力和惯性力而提供了用于传送压缩负载的最坚固的界面。这也有利于制造高精度和低成本的部件，其中这个精度对于控制发动机的压缩比来说是重要的。而最后，这对于完成发动机底端的组装也是一个有利的条件，这是因为这些轭必需被组装到轴承座上，其中这些轴承座是围绕曲轴的曲柄销组装的；2)从展示曲轴轴线和汽缸内孔轴线的视角来说，DASY组件12的宽度(除这些活塞之外)与在轴承座与曲柄销之间的界面上的销轴承的宽度是基本上相等的。这允许一个起作用的可靠的系统将四个汽缸封装在同一个轴线空间中(相对于曲轴轴线)，对于这个空间来说，一个“V”形的发动机封装了两个汽缸；3)DASY组件12中的所有这些部件都是使用多个销钉来对齐的，其中所有这些销钉的轴线是平行于相对活塞的共有的、中心轴线的。这个条件允许这些零件被很容易地组装，同时提供一个精密的成品组件，该成品组件具有基本上处于一个共有的圆柱形包络中的两个活塞外径表面，并且还具有彼此平行并 且垂直于这两个活塞的轴线的两个苏格兰轭线性轴承表面，并且具有用于在二次平行条件下的这些轭的各侧上防旋转的四个线性轴承表面，这样这些线性轴承表面与轴承座组件上的防旋转轴承表面恰当地交互；4)往复运动组件中的所有这些销钉都位于这些平面至平面界面上并且在每个界面上都被压力装配到这些配合零件的各自的相应的精密孔中；5) DASY组件12中的螺纹紧固件的所有这些轴线都是平行于这些相对活塞的轴线的。这个条件对于传送在发动机的运转期间由在组件上起作用的拉伸惯性力产生的拉伸负载是最优选的，并且允许在将这些零件固定在一起时使用100%的紧固件的夹紧力；6)用于附接DASY组件12中的轭22、24的螺纹紧固件25在轴线(这些轴线与这些活塞基本上偏移并且平行于这些相对活塞的轴线)以及在垂直于曲轴的轴线的一个平面上是开放的并且可接近的。这提供了用于通过处于适当位置的一个充分制衡的曲轴来围绕这些轴承座完成这些苏格兰轭组装的一种方式，如在图9(b)和图10(b)中所显而易见；7) DASY组件12的一个优选实施方案是用于一个单一的销钉的，该单一的销钉使活塞与其配合零件对齐并且位于该活塞的主轴线上以及汽缸内孔的轴线上。然而，也有可能使用两个销钉来将活塞针对其角位置更准确地定位以及来使轴线对齐；并且8) DASY组件12的一个优选实施方案是用于轭的活塞末端上的一个单一的销钉孔的并且具有位于汽缸内孔的轴线上的销钉。DASY组件12与相似类型的先前的系统相比，具有的多个优点是I)轴承座和轭结构在相对活塞之间延伸的宽度与一个可比较的“V”形发动机的连接杆的宽度是基本上相等的。这是重要的，因为它允许与两个“V”形发动机类似的理想的X形发动机封装背靠背放置，这是因为当存在与用于一个“V”形发动机的每个曲柄销相接合的两个连接杆时，存在与用于一个“X”形发动机的每个曲柄销相接合的两个双作用的苏格兰轭。因此，X形发动机可以被设计成与具有相同的基本发动机尺寸(内孔、冲程以及内孔间距)的使用多个连接杆的一个常规的“V”形或直列式发动机具有基本上相同的排式偏移。这允许一个X形发动机具有一个汽缸内孔间距，该汽缸内孔间距并不被折中来允许封装空间用于往复运动零件，并且具有多种汽缸座内部结构，这些汽缸座内部结构与用于一个可比较的“V”形发动机的内部结构非常相似，并且在曲轴箱内部还具有空间以用于紧固的颊板宽度并使曲轴上的配重件平衡。最终结果是一个“X”形发动机，该“X”形发动机的长度差不多是具有相同数量的汽缸的一个“V”形发动机的长度的一半。具有在不平行于汽缸内孔轴线的轴线上定向的多个紧固件的先前苏格兰轭系统极有可能在曲轴轴线的方向上具有一个较大的封装宽度而且使组件的强度折中，这是由于力并不沿螺栓轴线传送，而是依赖于界面上的静摩擦，该静摩擦比沿螺栓的轴线的螺栓的夹紧力要小得多。
2)使整个往复运动组件与多个销钉对齐，以便为整个组件实现高精度。有必要将往复运动组件的重心精密地放置在汽缸内孔轴线上，这是因为这对于使运转的发动机中的振动最小化是重要的；并且也有必要为共同工作的两个活塞的圆柱形外径实现一个精密的同心度，以便吸收由传入和传出旋转的曲柄销的力产生的侧负载；并且在也必须共同工作的轭的这些侧面上的这四个防旋转的线性轴承表面的精度也是必需的，以便吸收由往复运动组件上的可能的偏移负载产生的侧负载，这些可能的偏移负载是在主线性轴承上的摩擦负载偏离中心时产生的。3)这些零件、轭至轭、轭至活塞之间的所有界面都是垂直于汽缸内孔轴线的多个平面至平面界面。这对于影响了压缩比控制的组件的轴向精度来说是最优选的几何形状，并且由于气体压力和惯性负载而对于大的压缩力的传送是优选的，并且对于易于制造和易于组装来说是最优选的形状。
4)用于这些轭的螺栓入口是与这些活塞相偏移的，并且即使当这些轭通过一个曲轴围绕这些轴承座附接在适当位置时，该螺栓入口也是开放的。所有这些螺栓头都是可以通过多个扳手从两个对角相对的侧面接近的，其中对于X形发动机配置(例如，图3(b)中所示的X-4发动机曲柄系)来说，曲轴已在适当位置。这个特征对于X形发动机是重要的，这是因为该特征使得汽缸座的组装方法和结构能够得到简化。在图9和图10中所示的DASYX-8和DASY X-12发动机曲柄系100、200中，DASY组件12中的所有这些轭螺栓(使轭至轭界面固定的螺栓)都是可以从对角相对的侧面接近的。这对于X形发动机来说是一个重要的特征，因为用于X形发动机的曲轴具有多个配重件，这些配重件是为平衡发动机并且也为控制主轴承负载所必需的。如先前所述，对苏格兰轭的最后的组装是围绕组装到曲轴上的多个轴承座的。因此，能够在双作用的苏格兰轭X形发动机中从侧面接近并安装这些轭螺栓是非常令人希望的。如果从侧面无法完成螺栓安装，那么将有必要对发动机的汽缸座结构或内孔间距或其他的一些关键性的设计参数进行折中。5)DASY组件12提供了与常规的活塞式发动机配置(直列式、“V”形、卧式等)相比改善的燃料经济性，这是由于因流体运动或“空气阻力”而引起的在曲轴箱中的摩擦是最小的，这是因为DASY组件12具有一起移动的多对相对活塞，这样每四个汽缸群组内部的体积保持恒定并且在操作期间不存在任何流体在多个舱隔板上位移。常用的活塞式发动机配置(直列式、“V”形、卧式等)都没有展现出这种特性。90° V-8发动机(例如)由于其‘十字形’曲轴而从发动机的前方到发动机的后方具有大量的内部流体流并且回到每个曲轴旋转上，这导致了相当量的流体运动和摩擦。1-4、1-6以及1-8也遭受了一个类似的现象，V-6、V-10、V-12、V-14、V-16等也一样。因此，“V”形和直列式发动机配置具有更多的摩擦，这是因为它们在曲轴箱内部的运动中具有与一个可比较的(即，相同位移和相同数量的汽缸)DASY X形发动机相比更大质量的流体。此外，潜在的燃油经济利益可能是由正弦活塞运动引起的，这导致在冲程的顶部产生了一个较长的活塞停顿时间，这个停顿时间可能允许在大多数动力冲程出现前，进行更完整的燃烧。6)来自4至32个以及更多汽缸的所有DASY X形发动机配置可以使所有阶次的振动都是100%平衡的。苏格兰轭系统是简谐运动，这样唯一的平衡考虑是针对I阶次(以发动机的速度)振动的。所有的DASY X形发动机固有地或通过使用一个单一的I阶次力矩平衡轴实现了所有阶次的振动的总体平衡。DASY X-8发动机(例如)在所有的8汽缸发动机配置中是独特的，这是因为它是唯一的一个使所有阶次的振动都固有地100%平衡的发动机。采用了多个常规的连杆的发动机诱导了 I阶次、2阶次、3阶次、4阶次、5阶次以及更高阶次的振动。这些配置中的一些对于I阶次和2阶次是平衡的(例如，具有一个四销‘十字形’曲轴的V-8)，而很多常用的发动机配置(例如，I-4、60° V-6、90° V_6)具有一个或两个平衡轴以便减少振动，但采用了多个连接杆的这些发动机配置对于所有阶次来说都不总体平衡，即，它们对于3阶次振动和更高阶次的振动都不是平衡的。因来自往复运动质量的惯性力而引起的曲轴扭转负载在DASY X形发动机中为净零，而具有多个连杆的系统具有未抵消的多阶次惯性脉冲。90° DASYX-4、X-8、X-12等发动机展现出一个转矩抵消效果，由此一个DASY机构加速，而另一个平等且相对地减速，这样结果是在曲轴上由往复运动质量产生一个恒定的净零扭矩负载。
在进行了目前描述之后，本发明的优选实施方案可以在所附权利要求书的范围内以另外的方式体现。
权利要求
1.一种用于X形发动机的双作用的苏格兰轭组件(12)，包括 一个第一轭(22)； 在一个第一平面至平面界面(35，35)上附接到该第一轭(22)上的一个第二轭(24)； 在一个第二平面至平面界面(54，67)上附接到该第一轭(22)上的一个第一活塞(18)；以及 在一个第三平面至平面界面(54，67)上附接到该第二轭上(24)的一个第二、相对的活塞(28)， 其中所有这些平面至平面界面的平面垂直于这些第一和第二活塞(18，28)的一条共有的、中心轴线(33)。
2.根据权利要求I所述的组件，进一步包括在每个平面至平面界面处压力装配到一个孔(31,55,66)中的一个销钉(29, 56),以便将该第一轭(22)、该第二轭(24)、该第一活塞(18)和该第二活塞(28)彼此对齐。
3.根据权利要求I所述的组件，其中每个销钉(29，56)的一条轴线是平行于这些第一活塞和第二活塞(18，28)的该中心轴线(33)的。
4.根据权利要求I所述的组件，其中该第二轭(24)是使用多个螺纹紧固件(25)附接到该第一轭(22)上的，并且其中使用多个螺纹紧固件(58)该第一活塞(18)是附接到该第一轭(22)上并且该第二活塞(28)是附接到该第二轭(24)上，并且其中每个螺纹紧固件(25，58)的一条轴线是平行于这些第一活塞和第二活塞(18，28)的该中心轴线(33)的。
5.根据权利要求I所述的组件，其中每个轭(22，24)包括一个向外延伸的梁结构(20，26)，该梁结构在一个平面表面(54)中终止以便接合这些第一活塞和第二活塞(18，28)中的一个相应的平面表面(67)。
6.根据权利要求5所述的组件，其中该梁结构(20，26)具有的一个宽度(59)稍小于这些第一活塞和第二活塞(18，28)的一个外径。
7.根据权利要求I所述的组件，其中该第一轭(22)和该第二轭(24)中的一条支腿包括一个非螺纹孔(27)，并且该第一轭(22)和该第二轭(24)中的另一条支腿包括用于接纳一个螺纹紧固件(25)的一个螺纹孔(31)，并且其中该第一轭和第二轭(22，24)是使用彼此对角相对的两个螺纹紧固件(25)来彼此附接的。
8.根据权利要求I所述的组件，进一步包括一个轴承座组件(14)，该轴承座组件被置于该第一和第二轭(22,24)之间并且与这些第一和第二活塞(18,28)的该中心轴线(33)对齐。
9.根据权利要求8所述的组件，其中该轴承座组件(14)包括彼此附接的两个相同的轴承二等分部分(42，44)以及置于这些轴承二等分部分(42，44)的一个内表面周围的两个相同壳(46，48)。
10.根据权利要求8所述的组件，其中该轴承座组件(14)进一步包括一个防旋转的轴承支撑结构(77，79)，该轴承支撑结构具有用于与每个轭(22，24)上的多个防旋转的轴承表面(74，76)交互的多个防旋转的轴承表面(78，80)。
11.根据权利要求10所述的组件，其中这些防旋转的轴承支撑结构(77，79)形成一个包络角(82)，该包络角相对于该轴承座组件(14)的一条中心轴线(84)小于九十度。
12.—种X形发动机曲柄系(10)，包括如权利要求I所述的多个双作用的苏格兰轭组件(12)ο
13.根据权利要求12所述的组件，其中该组件(10)包括多个螺纹紧固件(25)，并且其中这些螺纹紧固件(25)是从两个对角相对的拐角可接近的。
14.根据权利要求12所述的X形发动机曲柄系，其中该X形发动机曲柄系包括一个X-4发动机曲柄系(10)。
15.根据权利要求14所述的X形发动机曲柄系，进一步包括多个X-4发动机曲柄系(100,200)。
全文摘要
在此提供了一种双作用的苏格兰轭(DASY)组件(12)，包括一个第一轭(22)；在一个第一平面至平面界面(35，35)上附接到该第一轭(22)上的一个第二轭(24)；在一个第二平面至平面界面(54，67)上附接到该第一轭(22)上的一个第一活塞(18)；以及在一个第三平面至平面界面(54，67)上附接到该第二轭(24)上的一个第二、相对的活塞(28)。所有这些平面至平面界面的平面垂直于这些第一和第二活塞(18，28)的一条共有的、中心轴线(33)。一个X形曲柄系(10，100，200)包括多个DASY组件(12)。
文档编号F02B75/22GK102971507SQ201180031763
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月29日
发明者马修·B·迪格斯 申请人:马修·B·迪格斯