往复转动式发动机和动力传输设备及采用二者的混合系统的利记博彩app

专利名称：往复转动式发动机和动力传输设备及采用二者的混合系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基于往复转动式发动机和内燃-电动混合系统的 动力源和动力传动系。更具体地说，本发明涉及一种产生往复转动运 动的往复转动发动机、将往复转动运动转化为单向转动运动的动力转 换器，以及采用二者的混合系统。
背景技术：
传统气缸式发动机通过将来自气缸内气体燃烧的热力学能量转化 为往复直线的动能来产生动力。往复直线运动通过曲柄部件转化为完 全的转动运动。在这个过程中，由于运动方向的改变而产生的摩擦和 振动导致机械能损失。作为一种克服上述问题的方法，可以采用能够产生单向运动的转动发动机。当前在生产冲莫式中采用的转动发动机只有Wankel发动机， 该发动机中三角形的转子在壳体内沿着长短辐圓外旋轮线运动。在 Wankel发动机中，在进气、压缩、燃烧和排气过程中，三角形的各顶 点起到密封气体的作用。然而，在这种结构中，转子顶部和气缸壁之 间不断增加的摩擦以及难以解决的润滑问题可能导致转子顶部磨损， 因而气缸密封性可能会变差。而且，由于转子顶部的磨损，发动机本身需要周期性地重新布置。 典型的Wankel发动机包括法国专利No. 2498248和德国专利No. 3521593中公开的Wankel发动机。为了解决传统气缸式发动机的问题， 人们还做了除了 Wankd发动机以外的很多尝试，尤其是以往复运动的 转动发动机的形式。例如，1906年的美国专利No. 829231公开的转动 发动沖几的结构。之后，美国专利No. 1069936、 No. 4027475和No. 5228414等公开了各种类型的转动发动机。然而，要使转动式发动机 商业化，仍有许多难题，如设计适合应用于高性能发动机中的燃烧室
结构及进气/排气设备、以及将往复转动运动转化为完全的转动运动。
另 一方面，为了将Wankel发动机的偏心扭矩或其它转动发动冲几的 往复^t丑矩转化为完全的同心4a矩，必须^4戒地改变力的方向。然而， 由于动力传动系中动力方向的改变，仅采用机械方式的动力转换不可 避免地会产生摩擦和振动。由于在采用电动机的动力转换系统中电动 机在控制确定性和效率方面更可靠，因此可建议将该动力转换系统作 为替代品，以相对于现有思路提高有效性。
而且，就环境问题和能源效率考虑，内燃-电动混合发动机的发展 被认为是汽车工业的基本任务。目前，几种类型的混合动力车辆已在 日本、美国等国家投入商业生产，它们被证明提高了燃料效率。混合 系统的基本原理非常简单。即，混合系统是通过根据行驶状况而有效 运转内燃机的动力和电动机的动力而提高燃料效率的。由丰田公司生 产的名为Pnus的混合动力汽车被认为是当前商业化的混合动力汽车 中最成功的模型之一，它采用一种称为"动力分离器，，的系统将气缸 式发动机、电动机和发电机的动力互连，使机械能和电能来回转化， 从而最有效地使用动力。
尽管各生产模型之间有某些差异，但其它系统仍然是基于类似的 原理。根据动力产生设备的连接方法的不同，采用气缸式发动机和电 动机的混合系统可能互不相同，但它们除了内燃机外，还必须包括电 动机和蓄电池。因此，动力传动系的重量不可避免会增加。通过改进 电动机的设计和电池的性能等用于解决上述问题的方法已经被研究。 但最终最有效的方法是减轻内燃机的重量(内燃机是重量最重的部 件)。与一些实验模型不同，生产中的大多数混合动力汽车采用现有的 气缸式发动机。因此，还未找着上述问题的根本解决方法
发明内容
技术问题
本发明的第一个目的是，提供一种尺寸显著减小、重量显著减轻 的四冲程内燃机。
本发明的第二个目的是，提供一种传统气缸式发动机中活塞与气
缸壁之间没有冲击和摩擦的发动机，从而减小动力损失，延伸发动机 的寿命。本发明的第三个目的是，提供这样一种往复转动发动机，其产生 的往复转动运动比传统气缸式发动机产生的往复直线运动更易于转化 为回4争运动。本发明的第四个目的是，提供一种动力转换器，其能更有效地将 由往复转动发动才几产生的往复转动运动转化为单向转动运动。本发明的第五个目的是，提供一种有效的混合系统，其弥补了由 发动机输出和驱动轴动力需求之间的差异而产生的问题以及传统混合 系统的结构问题。技术解决方案按照本发明的一个方面，提供一种往复转动发动机，包括机体， 其具有位于其内部的环形腔室和 一 对^f黄壁，并具有至少 一 个同心地i殳 置于所述环形腔室中心的通孔；发动机轴，其设置于所述机体的所述 环形腔室的内部，并且与位于其两侧的多个活塞形成为一体；具有多 个孔的密封板；进气和排气阀设备，其附接至所述密封板上，并包括 多个进气/排气阀和打开/关闭进气/排气阔的凸轮轴；进气和排气设备， 用于将气体吸入所述环形腔室的内部以及将其他排出至所述环形腔室 的外部；以及盖体，用于保护所述进气和排气阀设备以及所述进气和 排气设备。按照本发明的另一方面，提供一种动力转换器，其接收来自往复 转动发动机轴的往复转动运动，并将所述往复转动运动转换为单向转 动运动，所述动力转换器包括与发动机相连的多根输入轴；与动力 结合设备相连的多根其它输入轴；多个动力结合设备，每一所述动力 结合设备具有三个端，其中第一端与所述输入轴相连，第二端与所述 其它输入轴相连，第三端与输出轴相连；以及所述动力转换器的输出 轴，其与所述动力结合设备的多根输出轴相连；其中，各电动机与所 述多才艮其它输入轴中的每一根相连。按照本发明的再一方面，提供一种混合系统，该系统包括产生往 复转动运动的往复转动发动机；将所述往复转动运动转化为单向转动 运动的动力转换器；以及控制所述往复转动发动机的驱动的发动机控 制装置，其中所述往复转动发动机包括机体，其内部形成有环形腔 室；发动机轴，其同心地设置于所述环形腔室的中心； 一对横壁，4皮 此相对地设置于所述环形腔室内并将所述环形腔室分隔成两个区域； 以及一对活塞，对称地设置于所述发动机轴的外圆周表面，并分别位 于所述环形腔室的;f皮分隔的部分中，所述环形腔室由在其内部设置的所述4黄壁和所述活塞分成四个区域，当活塞摆动两次时，进气、压缩、 膨胀和排气沖程在四个区域中的各区域同时发生，当活塞往复转动两次时执行一个四沖程，所述动力转换器包括 一对行星齿轮，所述行 星齿轮包括中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮，并且所述一对行星齿 轮在所述往复转动发动机的所述发动机轴的中心彼此相对地设置；用 于产生动力的电动机，其驱动所述外部齿轮或将所述外部齿轮的扭矩 用作动力；电动机控制装置，其控制所述用于产生动力的电动机；中 心齿轮与穿过行星齿轮中心的驱动轴结合为一体并按照与所述中心齿 轮相同的方向被驱动，并且所述用于产生动力的电动机根据通过所述 发动机轴传递的往复扭矩，通过所述外部齿轮周期性地改变所述环形 齿轮的扭矩，从而为所述行星齿轮架提供对应的动力。有益效果按照本发明，混合系统可具有无需显著改变制造工艺即可商业化 的结构。并且，动力系统的全部结构可显著地改善。因此，可减少传 统发动机及其曲轴装置的能量损失，并提高能源效率。并且，按照本发明，可再现通过采用没有曲轴装置的混合系统而 尺寸大大减小、重量大大减轻的动力系统，以及具有圓柱形密封腔的 往复转动发动机。因此，本发明在能源效率方面优于传统的混合系统。并且，按照本发明，可具有对称的外观，其不同于传统动力源和 动力传动系的伸长的形状。因此，可能有利于汽车的安全性和发动机 燃烧室的设计。并且，按照本发明，附加地采用电动装置，以解决传统机械方法
在动力传动过程中的基本问题。因此，可以减小在改变动力时产生的 摩擦和振动。此外，通过采用对应于往复转动发动机的输出特性的动 力转换器，可提高热力学效率。并且，按照本发明，可减轻动力系统的重量，减小动力系统的尺 寸。因此，可将小尺寸的四沖程发动机应用于摩托车、耕耘机等。因 而可提高效率，降低噪声和振动。并且，按照本发明，尽管往复转动发动机的往复转动运动不具有 方向性，但电动机易于改变方向。因此，可采用按照本发明的混合系 统使汽车前进和倒退。这种动力特性可有利地应用于军用车辆或需要 倒退的建筑设备上。


图1是示出按照本发明的混合系统采用行星齿轮系的实施方案的示意性结构的透视图；图2是示出往复转动发动机的结构的分解透视图；图3a-3d是示出往复转动发动机的操作的结构剖视图；图4是示出按照本发明的动力结合设备的视图；图5是示出包括两个动力结合设备和两个电动机的动力转换器的 结构示意图；图6是示出按照本发明 一种实施方案的动力转换器的剖视图； 图7是示出按照本发明另 一种实施方案的动力转换器的剖视图； 图8a和8b是示出动力转换器的操作的实施方案的视图； 图9a和9b示出了在往复转动发动机停止状态下，仅利用用于产 生动力的电动机的输出启动的状态；图10a和10b是示出启动往复转动发动机的状态的图；图lla和llb是示出通过操作往复转动发动机而加速的状态的图；图12a和12b是示出恒速驱动状态的图；图13a和13b是示出减速状态的图；图14a和14b是示出空转状态的图；以及图15a和15b是示出倒车状态的图。
具体实施方式
按照本发明的往复转动发动机包括机体、发动机轴、 一对横壁、 一对活塞、以及进气/排气阀。机体具有形成于其内部的环形腔室，环 形腔室具有同心地设置于其中心的通孔。所述发动机轴穿过该通孔， 以同心地设置于环形腔室的中心。所述一对横壁在环形腔室内沿着该 通孔彼此相对地设置，并将环形腔室分隔成两个区域。所述一对活塞 对称地设置于发动机轴的外圓周表面以与发动机轴结合为一体，并与 所述环形腔室的横截面具有相同的外观，并且分别位于环形腔室的被 分隔的部分中。进气/排气阀设于环形腔室内。在本例中，环形腔室由 设置于其内部的横壁和活塞分成四个区域。活塞转动一次，在各对应 区域同时进行进气、压缩、膨胀和排气。按照本发明的动力转换器，从往复转动运动的发动机轴接收往复 转动运动，并将动力转换为单向转动运动。该动力转换器包括一对动 力结合设备和一对产生动力的电动机。在本例中， 一对动力结合设备包括从各发动机轴接收往复转动运动的转动轴A、与产生电动动力 的电动机连接的转动轴B和同时传输动力至各驱动轴的转动轴C。当 动力从外界传送至A轴和从三根转动轴传送至B轴时，动力结合设备 通过C轴将结合的能量传送至外界。在本例中，A轴和B轴可以不同 的速度转动，尽管向二者施加相应的力。当向B轴传递扭矩时，与动 力结合设备的B轴连接的电动机作为电动机运转。并且，当接收来自 B轴的扭矩时，该电动机作为发电才几运转，并才是供相应的动力至发动 才几轴的往复4丑矩，该4丑矩通过A轴传递。按照动力结合设备的原理的 一个机械设备的例子包括行星齿轮或 差动齿轮。在行星齿轮中，行星齿轮架、环形齿轮和中心齿轮构成三 根转动轴。在差动齿轮中，两个侧齿轮和小齿轮支座构成三根转动轴。 在采用行星齿轮或差动齿轮的情况下，即使改变三根转动轴的作用， 行星齿轮或差动齿轮仍能以相同的原理运转。因此，可根据设计需要 确定三根转动轴A、 B和C的作用。
本发明的模式下面参考附图描述按照本发明的混合系统的配置和运转。在本实 施方案中，采用行星齿轮作为动力结合设备。行星齿轮架对应于A轴，环形齿轮对应于B轴，中心齿轮对应于C轴。并且，在四沖程内燃机广泛使用的随转阀用于扭矩腔的进气和排气。图1是按照本发明的混合系统的示意性结构的透视图；图2是示 出往复转动发动机的结构的分解透视图；图3a-3d是示出往复转动发 动机的操作结构的剖视图。如图l所示，按照本发明的混合系统包括产生往复转动动力的往 复转动发动才几2、将来自往复转动发动机2的往复转动动力转换为单 向运动的动力转换器、向往复转动发动机2供应燃料的燃料箱1和用 于控制往复转动发动机2的驱动的发动机控制装置3。如图2所示，往复转动发动机2包括机体17、发动机轴15、进气 和排气阀装置21、进气和排气装置和头部。机体17的内部具有环形 腔室17-1。发动机轴15与环形腔室17-1的中心共轴，并具有活塞14， 活塞14具有与环形腔室17-1的横截面相同的形状。进气和排气阀装 置21设于机体17的外部至环形腔室17-1的内部之间，并选择性地打 开/关闭环形腔室17-1的内部。进气和排气装置根据进气和排气阀装 置21的操作将气体导入环形腔室17-1的内部和排出至其外部。头部 设于位于机体17的外部的进气和排气阀装置21与进气和排气装置20 之间。机体17形成有与环形腔室17-1的中心同心地设置的第一通孔 17-2和与第一通孔17-2垂直的第二通孔17-3。第二通孔17-3内设有 朝向彼此的一对横壁17-4，横壁17-4将环形腔室17-1分成两个部分。 具有活塞14的发动才几轴15可转动地插入第一通孔17-2内，并由一对 横壁17-4支撑。在本例中，活塞14形成由一对横壁17-4分开的两个 部分。并且，第二通孔17-3的两侧i殳有密封板16-1,以密封第二通孔 17-3。密封板16-1上形成有多个孔23，以与由一对横壁17-4分开的 两个部分相对应。在本例中，进气和排气阀装置21包括多个进气/排
气阀18和多个打开/关闭进气/排气阀18的凸轮轴。各进气/排气阔18设于位于密封板16-1上的各孔56中，以根据凸轮轴的操作来打开/关 闭各个孔22。进气/排气装置20设于进气和排气阔装置21的后部，进气和排气 阀装置21安装于密封板16-1上，因此从各气缸内部产生的废气可通 过孔22排出至外部，或者新空气可通过孔22^f皮吸入各气缸的内部。 在本例中，安装于密封板16-1上的进气和排气阀装置21及进气和排 气装置20受到盖板16-2的保护，其中盖板16-2上成形有多个孔，以 与进气和排气装置20对应。然而，上述的头部的结构并不限于本实施 方案，各种变形均可应用。活塞14的纵向部分可以各种类型的形状实现，如半圓形、方形、 椭圓形等。在本例中，环形腔室17-1的形状可具有对应于活塞14的 各种类型的表面。下面结合图2和图3a-3d描述按照上述构造的往复转动发动机2 的操作的结构。如图2和3所示，形成于机体17内的环形腔室17-1由设于发动 机轴15上的横壁17-4和活塞14分隔为四个区域A、 B、 C、 D。图3a示出了燃料和空气的混合气体暴露于点火源(未示)，从而 在A区域产生膨胀冲程。在该状态下，随着发动机轴15按照给出的 箭头所示顺时针转动，同时在B区域进行压缩沖程(吸入的混合气体 被压缩)，在C区域进行进气沖程(进气阀18-1打开，从外部吸入空 气)，在D区域进行排气沖程(排气阀18-1打开，废气排出)。图3b示出由于混合气体在B区域的膨胀而产生膨胀沖程的瞬间， B区域的压缩冲程在图3a中进行。在这种情况下，发动机轴15逆时 针转动。因此，在C区域进行压缩沖程、在D区域进行进气沖程、在 A区域进行排气沖程。参见图3c,按照上述方法，随着发动机轴15 通过C区域的膨胀冲程而顺时针转动，同时在A区域进行进气冲程、 在B区域进行排气冲程、在D区域进行压缩冲程。并且，参见图3d, 在D区域进行膨胀冲程，在A区域进行压缩冲程、在B区域进行进气 冲程、在C区域进行排气冲程。
如上所述，由发动机轴15上的横壁17-4和活塞14分隔的各区域 作为气缸运转。并且，随着膨胀冲程在区域A、 B、 C、 D依次进行， 发动机轴15也相应地顺时针和逆时针转动。通过该过程，即可在本发 明的往复转动发动机2中获得往复扭矩。
除了上述四沖程发动机外，按照本发明上述的往复转动发动机2 也可构造为两冲程发动才几。
图4示出了动力结合设备的结构，该动力结合设备应用于将往复 转动发动机2产生的往复扭矩转化为单方向转动的动力转换器。
如图4所示，动力由轴A和轴B输入，通过动力结合设备P结合 到进油管路中，并通过轴C输出。在本例中，相互对应的扭矩作用于 两轴A和B上。输出轴的扭矩确定后，输出轴的转速则为两输入轴的 转速的叠加。这表明了概念上的机械关系。在实际的机械设备中，扭 矩和转速之间的关系在能量保持不变的限制条件下，可能因机械设备 的结构的不同而不同。在行星齿轮或差动齿轮中，扭矩和转速根据各 构件齿轮的作用和尺寸来确定。
图5是示出动力转换器的结构的示意图，该动力转换器包括两个 动力结合设备和两个电动4几。动力结合设备Pa和Pb的输入轴Aa和 Ab同时与发动机E连接。其它输入轴Ba和Bb分别与两电动机Ma 和Mb连接。此外，两输出轴Ca和Cb可同时连接至动力转换器的输 出轴O。在本例中，输出轴O是驱动车轮的驱动轴。
图6和图7是示出采用行星齿轮的动力转换器的结构的剖视图。
参见图6,在动力转换器中，行星齿轮的行星齿轮架6a和6b作 为轴A运转，环形齿4仑4a和4b作为轴B运转，中心齿轮7a和7b作 为C轴运转。
图7的动力转换器是图6的动力转换器的另一种实施方案。在图 7中，行星齿轮的环形齿4仑4a和4b作为A轴运转，中心齿轮7a和 7b作为B轴运转，而行星齿轮作为C轴运转。在这种情况下，发动机 轴15直接与环形齿4仑4a和4b连接，中心齿4仑7a和7b连接至电机驱 动轴10a和10b，而4亍星齿4仑架6a和6b连4妄至驱动轴11。在本例中， 驱动轴11是用于驱动车轮的驱动轴。
此外，各齿轮的作用可通过其它结合来确定。未采用行星齿轮而 采用差动齿轮的动力转换器可构造为各种形状。并且，各齿轮根据基 本相同的机械原理运转。可根据实际需求选择具体的形状。
如上所述，动力转换器可构造为各种形状但根据相同的机械原理 运转。因此，下面通过采用图1和图6所示的行星齿轮的实施方案描 述动力转换器和采用该动力转换器的混合系统的运转。
釆用行星齿轮的动力转换器包括设有中心齿轮7a和7b、行星齿 库仑架6a和6b以及环形齿轮4a和4b的一对行星齿4仑PG、与环形齿4仑 结合的外部齿轮10a和10b、用于产生动力的双重作用电动机的电动 机/发电机(M/G ) 9a和9b、控制产生动力的电动机9a和9b的电动机 控制装置13以及向用于产生动力的电动机9a和9b供电或者由用于产 生动力的电动才几9a和9b充电的蓄电池12，其中当外部齿4仑10a和10b 转动以驱动环形齿4仑4a和4b时，用于产生动力的电动才几9a和9b用 作电动机，而当外部齿轮10a和10b由环形齿轮4a和4b驱动时，用 于产生动力的电动机9a和9b用作发电才几。
行星齿轮架6a和6b在其一端具有发动机轴15，并根据转动轴1 的往复转动运动接收往复扭矩，行星齿轮架6a和6b还包括可转动的 多个行星齿轮5a和5b。中心齿轮7a和7b设置于行星齿轮架6a和6b 的中心，并与多个行星齿轮5a和5b结合。并且，环形齿轮4a和4b 的内圆周表面和外圓周表面具有内圓周齿轮部分4a-l、 4b-l和外圓周 齿轮部分4a-2、 4b-2 (参见图8a和8b)。安装于行星齿轮架上的多个 行星齿轮5a和5b同时与内圓周齿轮部分4a-l和4b-l结合。此外，外 部齿轮10a和10b与外圆周齿轮部分4a-2和4b-2结合。
中心齿轮7a和7b和穿过行星齿轮中心的驱动轴11结合为一体， 因此驱动轴11随着中心齿轮7a和7b的转动而转动。即，共轴设置的 中心齿轮7a和7b的功能是将来自发动机2和电动机9a和9b的动力 传递至驱动轴11。在本例中，行星齿轮架6a和6b以及环形齿轮4a 和4b被设计成具有大于质量的转动惯量，因而作为飞轮运转。
在本实施方案中，为了将往复转动发动机2产生的往复扭矩平稳 地传递至动力转换器，在伸出的发动机轴15的端部形成有斜齿轮8，
斜齿轮8a和8b在行星齿轮架6a和6b的端部结合。然而，发动机轴 15和行星齿轮架6a和6b之间的动力传动方式除了采用斜齿轮之外， 可采用任何类型的动力传动方式，例如其它的齿轮配合方式、链条配 合方式等。
下面参考图8a和8b描述动力转换器的操作。
图8a和8b示出了动力转换器的操作。各视图分别示出了从图6 中的右侧看到的行星齿轮的左视图和右视图。
首先，各箭头的方向和长度分别表示转动方向和转动速度。与驱 动轴11结合的中心齿轮7a和7b的顺时针转动表示前进方向。
在行星齿轮PG中，中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮中的两个
机2而逆时针转动时，朝向彼此并在发动机轴15的中心结合的左行星 齿轮和右行星齿轮分别如图8a和8b所示那样转动。
就图8a的左行星齿4仑PG而言，随着行星齿4仑6a顺时针转动， 行星齿轮5a随着内圆周齿轮部分4a-l逆时针转动，/人而产生移动。在 这种情况下，为了通过中心齿轮7a和7b将行星齿4仑架6a和6b的扭 矩传递至驱动轴11，相应的动力必须以与行星齿4仑架6a的扭距方向 相反的方向作用于环形齿4仑4a上。相应^k^，通过驱动与环形齿4仑4a 的外部齿轮部分4a-2结合的外部齿轮10a，使环形齿轮4a逆时针转动， 乂人而产生环形齿4仑4a的对应动力。因此，中心齿轮7a和7b接收顺时 4t"方向(前进方向)的驱动力。
同时，就图8b的左行星齿轮PG而言，随着行星齿轮6b通过转 动轴15而逆时针转动，行星齿4仑架6b的行星齿4仑5b以倒车方向将扭 矩传递至中心齿轮7b。在这种情况下，通过使环形齿轮4a以与行星 齿轮架6b的转动方向相同的方向快速转动，可将前进方向的扭矩传递 至中心齿轮7a。因此，左行星齿轮和右行星齿轮都接收前进方向的扭 矩。
如上所述，由于发动机轴15往复地执行转动运动，因而左行星齿 轮和右行星齿轮重复图9a和9b所示的驱动状态。因此，环形齿轮4a 和4b的对应动力与发动机轴15的往复转动周期同步，并且所述对应动力被提供给环形齿轮4a和4b。借此，可以沿着某个方向传递动力。 在本例中，由用于产生动力的电动才几9a和9b提供的相应动力的差值 与发动才几的扭矩成比例。并且，驱动轴11的转动方向由电动才几的转动 方向决定。
并且，在图5a和5b中，当左行星齿轮和右行星齿轮同时运转时， 各环形齿轮4a和4b的转速具有差异。该转速差决定了两电动机之间 的转速差。当两电动机通过往复转动运动而同步并且以所述转速差而 转动时，根据采用电动机控制装置13的两电动机的转速而施加力矩 差，从而提供与发动机的往复扭矩相关的相应动力。
图9a和9b至图15a和15b示出了在往复转动发动机2停止状态 下，仅〗又由产生动力的电动才几9a和9b输出的启动状态。
如图9a和9b所示，当以逆时针方向向环形齿轮4a和4b提供驱 动力(类似于向着前进方向驱动中心齿轮7a和7b)时，与环形齿轮 4a和4b的内圓周齿轮部分4a-l结合的行星齿轮5a和5b也^皮逆时针 驱动，,人而向着前进方向驱动中心齿4仑7a和7b。在本例中，在4亍星 齿轮架6a和7b中产生顺时针扭矩，但通过与发动机轴15结合，扭矩 减小和消失。因此，电动才几9a和9b的^T出的叠加作为驱动力通过中 心齿轮7a和7b而作用于驱动轴11上。在本例中，中心齿轮7a和7b 上的虚线箭头表示驱动轴11在前进方向承受的负载。
图10a和10b是往复转动发动4几启动状态的一见图。
如上所述，当利用电动机9a和9b的动力在启动后达到某一速度 时，需要启动发动机，电动机控制装置13周期性对电动机9a和9b的 扭矩施加差值(参见图1)。该扭矩差和车辆的惯性力一起形成对应于 表示行星齿轮架6a和7b的粗虛线和细虚线之间的差异的扭矩，引导 发动才几轴15的转动运动，并获得动力以启动发动才几。
图lla和lib示出了通过4喿作往复转动发动机而加速的状态。
加速状态可以这种方式获得最大输出发动机2的输出和电动机 9a、 9b的输出(其中发动机2和电动机9a、 9b之间存在扭矩差)相 加，并一皮用来驱动轴11。图11示出了电动才几9a的^l丑矩通过环形齿4仑 4a叠加，而行星齿專仑架6a的扭矩通过中心齿轮7a传递至驱动轴11。
图11示出了电动机9b的扭矩作为行星齿轮6b和中心齿轮7b的驱动 力而运转。即，表示两行星齿轮架6a和6b的粗实线箭头和细虚线箭 头间的差异表示发动机的扭矩。表示两中心齿轮7a和7b的虚线箭头 的叠加成为传递到驱动轴11上的总驱动力。 图12a和12b是示出恒速驱动状态的视图。
在恒速驱动的情况下，电动机9a和9b中转速较慢的电动机9a被 控制以作为电动才几运转，并产生扭矩。电动机9a和9b中转速较快的 电动机9b被控制以作为发电机运转，并作为发电负载(generation loads)。在本例中，由发电机获得的动力用于驱动电动机9a。在必要 时，通过降低电动机9a的转动输出并增大发电负载，以利用发动机动 力的一部分来向蓄电池12充电。
图13a和13b是示出减速状态的^L图。
在减速状态下，电动机控制装置13同时控制电动机9a和8b,以 使其作为发电机运转。在本例中，通过降低发动机的输出，车辆的惯 性用作电动才几9a和9b的再生动力。
在空转状态下，中心齿轮7a和7b由制动器制动，电动机控制装 置13同时控制电动机9a和9b，以使其作为发电才几运转。在本例中， 发动才几2的动力用于通过环形齿轮4a和4b的往复转动运动的发电。 在本例中，平衡力(offset force )作用于中心齿轮7a和7b上，以去除 4丑矩。在这之后，可以前进和后退。
图15a和15b是示出倒车状态的视图。
当在空转状态下以与前进方向相反的方向驱动电动才几9a和9b时 (参见图14a和14b)，可^象前进一样倒车。除了方向相反之外，示出 加速倒车状态的图15a和15b与示出加速前进状态的图lla和llb相同。
上述混合系统的工作原理表明动力转换器如何根据驱动状态来运 转。当实际应用所述混合系统时，所述混合系统不限于本发明的实施 方案。根据发动机输出、运转状况、设计需要等的各种操作方法都是 可能的。因此，根据发动机的输出不断地控制电动机以便如上所述那 样优化燃料效率和驱动车辆是非常重要的。并且，为了使发动机的热
力学方面的效率最大化，在气体燃烧过程中需要相应的动力来保持压 缩压力。为此，也需要周期性的精确控制电动机。通常，由于与电动 机控制有关的可靠性和确定性已经得到了证实，因此通过采用适当的 控制算法可以实现上述目的。并且，根据设计需要，具有两个独立输 出的电动机可为各种形状。尽管示出和描述了本发明的一些实施方案，本发明并不限于这些 描述的实施方案。相反，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的 精神和范围的情况下，可对这些实施方案做改变。本发明的范围由权 利要求和它们的等同物限定。 工业实用性本发明可应用于具有往复转动发动机和/或动力转换器的改进的 混合系统车辆。并且，该往复转动发动机和动力转换器可应用于车辆。
权利要求
1.一种往复转动发动机，包括机体，其具有位于其内部的环形腔室和一对横壁，并具有至少一个同心地设置于所述环形腔室中心的通孔；发动机轴，其设置于所述机体的所述环形腔室的内部，并且与位于其两侧的多个活塞形成为一体；具有多个孔的密封板；进气和排气阀设备，其附接至所述密封板上，并包括多个进气/排气阀和打开/关闭进气/排气阀的凸轮轴；进气和排气设备，用于将气体吸入所述环形腔室的内部以及将其他排出至所述环形腔室的外部；以及盖体，用于保护所述进气和排气阀设备以及所述进气和排气设备。
2. 根据权利要求1所述的往复转动发动机，其中所述机体的所述 环形腔室的横截面为半圓形和椭圓形中的任何 一 种形式。
3. 根据权利要求1所述的往复转动发动机，其中所述机体的所述 一对横壁被设置成沿着所述通孔彼此相对，并且被构造成将所述环形 腔室分隔成两个区J^或。
4. 根据权利要求1所述的往复转动发动机，其中附接至所述发动 机轴上的所述一对活塞通过往复转动在所述环形腔室内依次产生四冲程。
5. —种往复转动发动机，包括机体，其具有形成于其内部的环形腔室和同心地设置于所述环形 腔室的中心的通孔；发动机轴，其穿过所述通孔，并且同心地设置于所述环形腔室的中心；一对横壁，其沿着所述通孔彼此相对地设置于所述才几体内，并将 所述环形腔室分隔成两个区域；一对活塞，其对称地设置于所述发动机轴的外圓周表面，具有与 所述环形腔室的一黄截面相同的外观，并且分别位于所述环形腔室的禎:分隔的区域中；以及进气和排气阀设备，其选择性地从所述环形腔室内排出废气或者 将新鲜空气吸入所述环形腔室，并且用作引燃压缩的可燃气体的点火源；其中，所述环形腔室由所述内部设置的横臂和活塞分成四个区i或。
6. 根据权利要求5所述的往复转动发动机，其中所述机体的所述 环形腔室的横截面为半圓形和椭圓形中的任何 一 种形式。
7.—种动力转换器，其接收来自往复转动发动机轴的往复转动运 动，并将所述往复转动运动转换为单向转动运动，所述动力转换器包 括与发动机相连的多根输入轴；与动力结合设备相连的多根其它输入轴；多个动力结合设备，每一所述动力结合设备具有三个端，其中第 一端与所述输入轴相连，第二端与所述其它输入轴相连，第三端与输 出轴相连；以及所述动力转换器的输出轴，其与所述动力结合设备的多根输出轴 相连；其中，各电动机与所述多根其它输入轴中的每一根相连。
8. —种动力转换器，包括行星齿轮架，其一端与根据发动机的往复转动运动而通过往复扭 矩驱动的发动机轴相连，所述行星齿轮架包括多个行星齿轮；中心齿轮，其设置于所述行星齿轮架的中心，并与所述多个行星齿轮啮合； 环形齿轮，其在外圆周和内圓周表面均具有齿，所述内圓周表面 的齿与所述行星齿轮架的行星齿轮啮合；外部齿轮，其与所述外圓周齿轮啮合，以驱动所述环形齿轮或者 由所述环形齿轮驱动；电动机/发电机(M/G)双重作用电动机，当其使所述外部齿轮转 动以驱动所述环形齿轮时，其作为电动机工作，而当所述外部齿轮由 所述环形齿轮驱动时，其作为发电机工作；述外部齿轮周期性地调节所述环形齿轮的扭矩，从而为所述行星齿库仑 架提供所述发动机扭矩的反作用力。
9. 根据权利要求8所述的动力转换器，其中，所述行星齿轮架和 驱动轴通过斜齿轮相互啮合。
10. 根据权利要求8所述的动力转换器，还包括电动机控制装置， 其通过控制所述M/G双重作用电动机而调节所述外部齿轮的转动方 向和速度。
11. 根据权利要求8所述的动力转换器，还包括蓄电池，其向用 于产生动力的电动机供电，或者从所述用于产生动力的电动机接收电 能以便储存动力。
12. —种动力转换器，包括一对行星齿轮架，其连接至将扭矩传递至车轮的驱动轴；多个自由转动的行星齿轮，其与所述一对行星齿轮架中的各行星齿轮架相配合；以及各中心齿轮，其设置于各行星齿轮架的中心并与所述多个行星齿 轮啮合；电动机驱动轴，其与各所述中心齿轮连接，以便沿着与各中心齿 專仑相同的方向净皮驱动； 各环形齿轮，其外圓周和内圓周表面均具有齿，所述内圆周表面的齿与所述行星齿轮架的行星齿轮啮合；发动机轴，其与所述两环形齿^仑连接；以及M/G双重作用电动机，当其驱动所述中心齿轮时，其作为电动才几 运转，而当其由所述中心齿轮驱动时，其作为发电机运转；其中所述电动机根据通过所述发动机轴传递的往复扭矩，通过所 述外部齿轮周期性地调节所述环形齿轮的扭矩，从而为所述行星齿轮 架提供所述发动机扭矩的反作用力。
13. 根据权利要求12所述的动力转换器，还包括电动机控制装置， 其通过控制所述M/G双重作用电动机而调节所述外部齿轮的转动方 向和速度。
14. 根据权利要求12所述的动力转换器，还包括蓄电池，其向用 于产生动力的电动机供电，或者从所述用于产生动力的电动机接收电 能以便储存动力。
15. —种混合系统，包括产生往复转动运动的往复转动发动才几、 将所述往复转动运动转化为单向转动运动的动力转换器、以及控制所 述往复转动发动机的发动机控制装置，其中所述往复转动发动机包括机体，其内部形成有环形腔室； 发动机轴，其同心地设置于所述环形腔室的中心； 一对^f黄壁，其在所 述环形腔室中彼此相对设置，并将所述环形腔室分隔成两个区域；以 及一对活塞，其对称地设置于所述发动机轴的外圓周表面，其中一个 活塞位于所述净皮分隔的环形腔室的各区域中，所述环形腔室由所述碎黄 壁和所述活塞分成四个区域，进气、压缩、膨胀和排气同时发生，并 且执行 一 个四冲程循环活塞摆动两次，所述动力转换器包括 一对行星齿轮部件，其包括中心齿轮、行 星齿轮架和环形齿轮，所述一对行星齿轮部件彼此相对地设置而所述 往复转动发动机的所述发动才几轴位于中间；M/G双重作用电动才几，其 驱动外部齿轮或利用所述外部齿轮的扭矩而获得电能；驱动所述电动 机的电动机控制装置，所述中心齿轮同时与穿过所述两个行星齿轮部 件中心的驱动轴相连并沿着与所述中心齿轮相同的方向被驱动，所述 电动机根据通过所述发动机轴传递的往复扭矩，通过所述外部齿轮周 期性地调节所述环形齿轮的扭矩，从而为所述行星齿轮架提供所述发 动机扭矩的反作用力。
16. 才艮据权利要求15所述的混合系统，其中所述M/G双重作用 电动机在初始启动模式下作为电动机工作，在巡航模式下低速的电动 才几作为电动才几工作而高速的电动才几作为发电机工作，在减速和空转状 态下两个电动机都作为发电机工作。
17. —种混合系统，包括 装有燃料的燃料箱；往复转动发动机，包括机体，具有形成于其内部的环形腔室和 一对横壁，并且具有至少一个同心地设置于所述环形腔室中心的通孔； 以及发动机轴，其同心地设置于所述环形腔室的中心并且与多个活塞 形成为一体，所述环形腔室^^所述4黄壁和所述活塞隔开；驱动所述往复转动发动机的发动机控制装置；动力转换器，包括具有多个行星齿轮的行星齿轮架、设置于所述 行星齿轮架的中心并与所述多个行星齿轮啮合的中心齿轮、环形齿轮、 外部齿轮以及M/G双重作用电动机，其中所述环形齿轮的内圓周齿4仑 与安装在所述行星齿轮架上的所述行星齿轮啮合，所述外部齿轮与所 述环形齿轮的外圓周齿轮啮合并驱动所述环形齿轮或者由所述环形齿 库仑驱动；以及电动机控制装置，其与所述动力转换器相连并通过控制所述电动 机而调节所述外部齿轮的方向和速度；以及蓄电池，其向用于产生动力的电动机供电，或者从所述用于产生 动力的电动机接收电能以便储存动力。
18. 根据权利要求17所述的混合系统，其中所述M/G双重作用 电动才几这才羊工作在初始启动才莫式下两电动才几老卩作为电动才几工作，在 巡航模式下低速的电动机作为电动机工作而另一个高速的电动机作为 发电机工作，在减速和空转状态下两个电动机都作为发电^L工作。
19. 一种混合系统，包括 装有燃料的燃料箱；往复转动发动机，包括机体，其具有形成于其内部的环形腔室和 一对横壁，并具有至少 一个同心地设置于所述环形腔室中心的通孔； 以及发动机轴，其同心地设置于所述环形腔室的中心，并形成有多个 活塞，所述环形腔室被所述横壁和所述活塞隔开；驱动所述往复转动发动机的发动机控制装置；动力转换器，包括具有多个行星齿轮的行星齿轮架、设置于所述 行星齿轮架的中心并与所述多个行星齿轮啮合的中心齿轮，环形齿轮、 外部齿轮以及M/G双重作用电动机；其中所述环形齿轮的内圓周齿4仑 与装在所述行星齿轮架上的所述行星齿轮啮合，所述外部齿轮与所述 环形齿轮的外圓周齿轮啮合并驱动所述环形齿轮或者由所述环形齿轮 驱动；动力转换器，包括具有多个行星齿轮的行星齿轮架、设置于所述 行星齿轮架的中心并与所述多个行星齿轮啮合的中心齿轮、两个电动 机驱动轴、环形齿轮、同时与所述环形齿轮连接以使所述环形齿4仑转 动的发动才几轴、以及两个M/G双重作用电动才几；其中所述两个电动才几 驱动轴中的每一个与各中心齿轮连接并沿着与各中心齿轮相同的方向 被驱动，所述环形齿轮的内圓周齿轮与装在所述行星齿轮架上的多个 行星齿轮啮合；电动机控制装置，其与所述动力转换器相连并通过控制所述电动 机而调节所述外部齿轮的方向和速度；以及蓄电池，其向用于产生动力的电动机供电，或者从所述用于产生 动力的电动^4妄收电能以便储存动力。
20.根据权利要求19所述的混合系统，其中所述M/G双重作用 电动机这样工作在初始启动模式下两电动机者卩作为电动机工作，在 巡航模式下较速的电动机作为电动机工作而另 一个高速的电动机作为 发电机工作，在减速和空转状态下两个电动机都作为发电机工作。
全文摘要
本发明的往复转动发动机包括被分隔成两个区域的环形腔室。各分隔的区域形成密封的腔室。并且，各密封的腔室由附接于轴上的活塞分隔，从而形成四个腔室。并且，动力转换器包括两个动力结合设备和两个双重作用的电动发电机。各结合设备为行星齿轮或差动齿轮时，具有三根转动轴A、B、C。两电动机根据发动机的往复转动扭矩周期性地调节B轴的扭矩，从而提供摇摆动力的反力，并将单向扭矩传递至驱动轴。即，发动机的动力可被更有效地转换。此外，本发明的混合系统包括往复转动发动机，以及用于将往复转动运动转化为单向转动运动的动力转换器。如上所述地构造的本发明可更有效地转换发动机的动力，并减小动力传动系的尺寸，减轻动力传动系的重量。
文档编号F02B53/00GK101163868SQ200680013264
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月20日 优先权日2005年4月21日
发明者林镇焕 申请人:艾顿株式会社