改进的二冲程对置活塞式内燃机

摘要

在一种二冲程对置活塞式内燃机中，设置在汽缸中的对置活塞通过连杆连接于一对侧置曲轴，该连杆主要承受在所述活塞和所述曲轴之间作用的张力。这种几何结构减少或消除了所述活塞和所述汽缸的汽缸孔之间的侧应力。所述汽缸和所述活塞被独立地冷却，以减少在发动机运行期间由热膨胀引起的圆柱形变形。

权利要求

1.一种对置活塞式内燃机，包括：

汽缸，其具有带外表面、中心部分和末端部分的缸套，以及孔；

供应系统，其适于在所述外表面上施加液态冷却剂液流，其从所述中心部分流向所述末端部分；以及第一和第二对置活塞，其适于在所述孔中往复运动。

2.根据权利要求1所述的对置活塞式内燃机，其中所述缸套包括在所述外表面上从所述中心部分朝所述末端部分延伸的多组凹槽，以及在所述中心部分中基本上沿圆周方向延伸的一组凹槽，进一步包括汽缸套筒和所述汽缸套筒中的一个或多个气口，其中所述气缸套筒覆盖所述凹槽，每个气口与各自的凹槽连通，所述供应系统连接于所述一个或多个气口。

3.根据权利要求1所述的对置活塞式内燃机，其中每个活塞包括一个具有后表面的顶部，所述供应系统适于在所述顶部的后表面上施加液态冷却剂至每个活塞的内部部分。

4.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中每个活塞包括一个圆柱形主体、一个开口末端、以及一个界定顶部的闭合端，所述对置活塞式内燃机进一步包括至少两个冷却剂通道，每个冷却剂通道连接于所述供应系统，并被定位成用来引导至少一个液态冷却剂喷嘴至所述活塞的顶部的后表面。

5.根据权利要求4所述的对置活塞式内燃机，其中所述汽缸包括在所述外表面上从所述中心部分朝所述末端部分延伸的多组凹槽，以及在所述中心部分中基本上沿圆周方向延伸的一组凹槽，进一步包括汽缸套筒和所述汽缸套筒中的一个或多个气口，其中所述气缸套筒覆盖所述凹槽，每个气口与各自的凹槽连通，所述供应系统连接于所述一个或多个气口。

6.根据权利要求4所述的对置活塞式内燃机，其中每个活塞包括纵向轴线和多个邻接所述顶部的后表面并相对于所述纵向轴线径向延伸的肋条。

7.根据权利要求6所述的对置活塞式内燃机，进一步包括框架，其中每个冷却剂通道被安装到所述框架。

8.根据权利要求6所述的对置活塞式内燃机，其中每个冷却剂通道被安装到各自的活塞。

9.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，进一步包括框架，其中所述汽缸包括排气端和进气端、在所述排气端的排气歧管、在所述进气端的进气歧管、以及在每个所述排气歧管和进气歧管上的至少一个突出物，每个突出物可容纳于所述框架中。

10.根据权利要求9所述的对置活塞式内燃机，进一步包括在所述排气歧管上的绝缘涂层。

11.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中每个活塞包括一个圆柱形主体，其具有辐条、开口端、界定顶部的闭合端、以及管，所述管和所述圆柱形主体同轴，且具有在所述顶部的后表面附近连接于所述活塞的第一端，以及通过所述开口端延伸、且适于连接于所述内燃机中的往复运动机构的第二端。

12.根据权利要求11所述的对置活塞式内燃机，其中所述管形成冷却剂通道，进一步包括用来连接所述冷却剂通道至所述供应系统的装置。

13.根据权利要求12所述的对置活塞式内燃机，其中所述管为柔性的。

14.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中提供给所述缸套和活塞的液态冷却剂包括相同的液态冷却剂。

15.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中提供给所述缸套和活塞的液态冷却剂包括不同的液态冷却剂。

16.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中所述供应系统包括用于施加第一液态冷却剂至所述缸套的第一装置，和适于施加不同于所述第一液态冷却剂的第二液态冷却剂至所述第一和第二活塞的第二装置。

17.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中每个活塞是没有活塞销的中空活塞。

18.根据权利要求16所述的对置活塞式内燃机，其中所述供应系统包括对准所述活塞的顶部的冷却剂通道。

19.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中所述供应系统包括用于将所述汽缸和活塞维持在各种温度的装置。

20.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，进一步包括：第一和第二侧置曲轴；以及

将所述活塞连接至所述曲轴的杆。

21.根据权利要求20所述的对置活塞式内燃机，其中在所述内燃机运行期间，所述杆主要承受张力。

22.根据权利要求21所述的对置活塞式内燃机，其中所述汽缸具有排气口和进气口，且其中所述曲轴、所述杆以及所述排气口和进气口被布置成使得所述活塞在它们的顶部死点位置同相，且在它们的底部死点位置相位偏移。

23.根据权利要求20所述的对置活塞式内燃机，进一步包括框架，其适于支撑所述曲轴进行旋转。

24.根据权利要求23所述的对置活塞式内燃机，其中所述框架支撑所述曲轴之间的压力。

25.根据权利要求20所述的对置活塞式内燃机，其中所述内燃机是二冲程压缩点火式发动机。

26.根据权利要求25所述的对置活塞式内燃机，所述汽缸进一步包括歧管，其中所述排气口和进气口通向各自的歧管，且每个歧管具有引入涡流的形状。

27.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，其中所述内燃机运行在至少0.50HP/lb的功率重量比。

28.根据权利要求27所述的对置活塞式内燃机，其中所述内燃机运行在至少0.67HP/lb的功率重量比。

29.根据权利要求28所述的对置活塞式内燃机，其中所述内燃机运行在至少1.00HP/lb的功率重量比。

30.一种利用权利要求3所述的对置活塞式内燃机提供动力的机器。

31.一种利用权利要求3所述的对置活塞式内燃机提供动力的交通工具。

32.根据权利要求31所述的交通工具，其中所述交通工具为水面交通工具。

33.根据权利要求31所述的交通工具，其中所述交通工具为地面交通工具。

34.根据权利要求31所述的交通工具，其中所述交通工具为固定翼飞机。

35.根据权利要求31所述的交通工具，其中所述交通工具是旋转翼飞机。

36.一种利用权利要求3所述的对置活塞式内燃机提供动力的动力工具。

37.一种利用权利要求3所述的对置活塞式内燃机提供动力的动力产生器。

38.根据权利要求3所述的对置活塞式内燃机，进一步包括第一和第二对转式曲轴，所述对置活塞式内燃机进一步包括：框架，其适于支撑所述曲轴进行旋转；

在所述第一曲轴上的第一齿轮；

在所述第二曲轴上的第二齿轮；以及

支撑在所述框架上的第三齿轮，所述第三齿轮具有一个环面，其具有在第一位置啮合所述第一齿轮的外圆周，以及在第二位置啮合所述第二齿轮的内圆周。

39.根据权利要求38所述的对置活塞式内燃机，其中所述第二位置和所述第一位置相对。

40.一种对置活塞式内燃机，包括：

汽缸，其具有带有孔、外表面、中心部分、排气端以及进气端的缸套；

在所述外表面上的第一组凹槽，用于从所述中心部分朝所述排气端引导液态冷却剂；

在所述外表面上的第二组凹槽，用于从所述中心部分朝所述进气端引导液态冷却剂；

在所述外表面上的第三组凹槽，用于在所述中心部分中沿圆周方向引导液态冷却剂；

第一和第二对置活塞，其适于在所述孔中往复运动，每个活塞包括一个顶部；

至少一个冷却剂通道，用于在所述顶部的后表面上施加液态冷却剂定向喷嘴至所述第一活塞的内部部分；以及至少一个冷却剂通道，用于在所述顶部的后表面上施加液态冷却剂定向喷嘴至所述第二活塞的内部部分。

41.根据权利要求40所述的对置活塞式内燃机，进一步包括：用来相对于所述汽缸适应性调整所述第一和第二活塞的装置。

42.根据权利要求40所述的对置活塞式内燃机，其中所述活塞是无环型的。

43.一种用于对置活塞式内燃机的组件，包括：

汽缸，其具有带有孔、外表面、中心部分、排气口以及进气口的缸套；

所述汽缸包括在所述排气口上方的排气歧管以及在所述进气口上方的进气歧管；

用于沿着从所述中心部分至所述进气口的方向，在所述外表面上引导液态冷却剂的装置；

用于沿着从所述中心部分至所述排气口的方向，在所述外表面上引导液态冷却剂的装置；

用于在所述中心部分中沿圆周方向在所述外表面上引导液态冷却剂的装置；

第一和第二对置活塞，其适于在所述孔中往复运动，每个活塞包括一个顶部；

至少一个冷却剂通道，用于在所述活塞顶部的后表面上施加液态冷却剂定向喷嘴至所述第一活塞的内部部分；以及至少一个冷却剂通道，用于在所述活塞顶部的后表面上施加液态冷却剂定向喷嘴至所述第二活塞的内部部分。

44.根据权利要求43所述的组件，进一步包括：

安装在每个活塞上的至少一个顺从元件，以维持所述活塞和所述汽缸之间的对准。

45.根据权利要求43所述的组件，其中所述活塞是无环型的。

46.一种操作内燃机的方法，所述内燃机包括至少一个汽缸，所述汽缸具有带有外表面、中心部分和末端部分以及孔的缸套，以及一对适于在所述孔中往复运动的对置活塞，每个活塞包括一个带有后表面的顶部，所述方法包括：施加螺旋液态冷却剂液流至所述外表面，所述液流从所述中心部分流向所述末端部分；以及在所述顶部的后表面上施加液态冷却剂的至少一个定向喷嘴至每个活塞的内部部分。

47.根据权利要求46所述的方法，进一步包括沿圆周方向将液态冷却剂液流施加至所述中心部分中的所述外表面上。

48.根据权利要求47所述的方法，其中施加螺旋液态冷却剂液流、施加液态冷却剂的至少一个定向喷嘴、以及施加液态冷却剂液流至所述中心部分的所述外表面上都包括施加燃料。

说明书

改进的二冲程对置活塞式内燃机

[0001] 相关申请

[0002] 本申请是2004年6月10日提交的名为“Two-Cycle，OpposedPiston Internal Combustion Engine”的共同待决的美国专利申请序列号10/865,707的部分继续申请，在此将该专利申请的主题全部并入本文作为参考。

技术领域

[0003] 本发明涉及内燃机。更具体地，本发明涉及二冲程对置活塞式发动机。

背景技术

[0004] 在大约19世纪末期Hugo Junkers发明了对置活塞式发动机。如图1所示，Junkers的基本结构利用了两个活塞P1和P2，这两个活塞顶对顶(crown to crown)设置在普通的汽缸C中，汽缸C在每个活塞的底部正中心附近具有进气口I和排气口E，且这两个活塞用作这些气口的气门。桥B支撑活塞环穿过气口I和E。发动机具有两个曲轴C1和C2，分别设置在汽缸的每一端。同向旋转的曲轴通过杆R1和R2连接于各自的活塞。活塞销W1和W2把这些杆连接至活塞。这些曲轴通过齿轮传动装置连接在一起，以控制这些气口的相位调整(phasing)，并提供发动机的输出。通常，涡轮增压器是从排气口驱动的，并且与其关联的压缩机被用来在发动机的每转中排除汽缸中的废气并留下充入的新鲜空气。Junkers的对置活塞式发动机相比传统二冲程和四冲程发动机的优势包括优良的排气性、较少的零件数量和更高的可靠性、高热效率以及高功率密度。在1936年，当时最成功的柴油发动机Junkers Jumo(容克斯“尤莫”)飞机发动机能够达到自那以后任何柴油发动机不能相比的功率密度。据C.F.Taylor(TheInternal-Combustion Engine in Theory and Practice：Volume II，revisededition；MIT Press，Cambridge，Mass.，1985)认为：“现在已淘汰的Junkers飞机柴油发动机仍然保持着实际服务中柴油发动机单位功率的记录(卷I，图13-11)。”[0005] 尽管如此，但Junkers的基本设计中仍然存在许多缺陷。这种发动机是高耸的，其高度跨越四个活塞的长度和至少两个曲轴的直径(在汽缸的每一端上具有一个曲轴)。需要通常具有5个齿轮的长齿轮传动链来把这两个曲轴的输出连接至输出驱动器。每个活塞通过一根从活塞内部延伸出的杆连接到曲轴。因此，这些杆都很粗大，以适应活塞和曲轴之间的高压力。这些压力，连同活塞销的振荡运动和活塞的发热，很容易引起活塞销无法将所述杆连接至活塞。通过连杆以相对于活塞轴线一定角度施加在每个活塞上的压力会在活塞和汽缸孔之间产生径向压力(侧向力)。这种侧向力增加了活塞/汽缸的摩擦力，而摩擦力将增加活塞温度，从而限制发动机所能达到的平均有效制动压力(BMEP，一种发动机功率指标)。一个曲轴仅连接于排气侧的活塞，而另一个曲轴仅连接于进气侧的活塞。在Jumo发动机中，排气侧活塞占据高达70％的扭矩，因而排气侧曲轴承受着较重的扭矩负担。结合扭矩不平衡、曲轴分离较宽、以及连接曲轴的齿轮传动链的长度，会在齿轮传动链中产生扭转谐振效应(振动)。这就需要巨大的发动机机体来限制燃烧过程中由活塞施加在曲轴上的高排斥力，这种高排斥力理论上尽力将发动机炸开。

[0006] 在Bird的英国专利558,115中描述了一种对基本对置活塞式发动机建议性改进，该建议性改进是要把曲轴设置在汽缸的旁边，以使它们的旋转轴处于一个横穿汽缸并与汽缸孔的轴线正交的平面上。这种侧置曲轴比Jumo发动机中的曲轴更接近在一起，并且由更短的齿轮传动链连接。活塞和曲轴通过沿着汽缸的侧面从每个活塞中延伸出来的杆，以相对于汽缸的侧面成锐角连接至每一个曲轴。在这种布置中，所述杆主要承受张力或拉力，这消除了曲轴上的排斥力，并大大减少了重量，因为主要承受张力负载的杆比主要承受相同大小的压缩负载的杆所需要杆结构更轻巧。在安装于活塞外裙上的座架或凹座上把所述杆连接至活塞的活塞销设置在活塞的外面。通过把每个活塞连接至两个曲轴，使Bird所提出的发动机具有扭转平衡。这种平衡、曲轴的接近度、以及更短的齿轮传动链长度，产生了良好的扭转稳定性。为了平衡动态的发动机压力，每个活塞通过一组杆连接至一个曲轴，并通过另一组杆连接至另一个曲轴。这种负载平衡基本上消除了侧向力，否则这种侧向力将作用于活塞和汽缸的内孔之间。通过相对于汽缸的侧面对曲轴进行重定位还减小了发动机的轮廓，并且相比Jumo发动机，较短的齿轮传动链需要的齿轮更少(四个)。但是，即使具有这些改进，许多问题还是阻碍了Bird提出的发动机实现其简化和功率重量比(PWR，单位为马力每磅，hp/lb)的全部潜力。

[0007] 与其他二冲程和四冲程发动机相比，对置活塞式发动机的有利PWR主要是从这些发动机的简单设计中得到的，这种简单设计不需要汽缸盖、气阀机构以及其他部件。但是，只减少重量仅能有限地提高PWR，因为在任何给定的重量下，为了增加功率，BMEP的任何增加被发动机冷却汽缸和活塞的有限能力所限制。

[0008] 大量的燃烧腔热量被活塞和汽缸所吸收。事实上，在二冲程对置压燃式发动机中活塞的顶部或拱顶是最热的点之一。过度的热量会导致顶部膨胀，这可能会导致活塞卡死。活塞需被冷却，以防止这种危险发生。在所有高性能的发动机里，活塞主要由安装在活塞外表面顶部附近的环冷却。活塞的这些环接触汽缸孔，并将热量从活塞传导到汽缸，继而传导至流过冷却套管的冷却剂，或者通过发动机汽缸装置上的散热片冷却。有效冷却活塞需要这些环和汽缸孔之间密切接触。但是活塞环须被轻松地安装在二冲程带有气口的发动机上，以便经受住汽缸气口的桥上的过渡或变化，这里会出现非常复杂的应力。因此，这些环冷却活塞的能力受到限制，其限制了发动机失效前可获得的最高燃烧室温度。施加一种液体润滑剂至活塞的内表面以冷却活塞是公知的，但是在活塞内部存在用于容纳一个或更多个活塞销的结构，极大地限制了可用于冷却的表面以及能够施加液体润滑剂的方式。

[0009] 现有的对置活塞式发动机包括发动机本体，在发动机本体中汽缸和发动机轴承被铸造在一个用作发动机的主要结构性和架构性部件的大型被动部件中。虽然Bird的发动机校正了扭矩不平衡，消除了连杆上的大部分压力，并消除了汽缸孔上的侧向力，但它仍把发动机本体用作主要结构部件。也就是说，发动机本体为汽缸、发动机轴承、汽缸气口的歧管、以及汽缸的冷却套管提供支撑。传输通过发动机本体的热应力和机械应力引起汽缸的非均匀径向变形，这使活塞环必须帮助保持活塞/汽缸密封。

[0010] 很明显，二冲程对置活塞式发动机中发动机功率的增加，可以通过消除或至少大幅度减少引起汽缸非均匀径向变形的热应力与机械应力来实现，以及通过消除或大幅度减少活塞顶部的热变形来实现。

发明内容

[0011] 在具有侧置曲轴的二冲程对置活塞式发动机中增加BMEP，可通过有效且定制的冷却以及去除来自汽缸的机械应力来实现。

[0012] 通过在发动机运行期间从这些部件传导出的尽可能多的热量，有效的冷却限制了汽缸和活塞的最高温度。定制的冷却消除或至少明显减少了汽缸的非均匀形变和在发动机运行过程中这些部件的发热引起的活塞顶部的膨胀。一方面，汽缸可以通过穿过汽缸外表面上的多组凹槽的液态冷却剂的定向液流而被冷却。另一方面，每个活塞可以通过在活塞顶部的后表面应用一个或多个液态冷却剂定向喷嘴而被冷却。

[0013] 汽缸上的径向非均匀机械应力可以通过把汽缸从诸如发动机本体这样的被动架构性和结构性部件中释放出来而被消除或至少明显减少。一方面，在发动机中汽缸可以主要由活塞结构、燃料及冷却剂线路支撑。

[0014] 总而言之，这些改进维持了一个紧密而均匀的汽缸至活塞的间隙，这个间隙使汽缸和活塞之间能够具有紧密的密封，而且能避免汽缸内表面与活塞之间的接触。

[0015] 发动机操作中的进一步改进，可以通过允许发动机操作过程中汽缸与活塞之间的一些柔量而实现。安装在发动机中的活塞可带有一定程度的柔性，这种柔性能够使活塞在发动机运行期间与汽缸保持对准。

[0016] 这些改进以及在随后的说明书中所描述的其他改进和优点，提供了一种非常简单的二冲程对置活塞式发动机，其能够大大增加BMEP，同时减轻重量，使具有这种潜能的发动机能够获得比相同大小和速度的可比的现有技术发动机高得多的PWR。

附图说明

[0017] 下面描述的附图旨在说明随后具体实施方式中所讨论的原理和例子。这些附图不一定成比例。

[0018] 图1是现有技术对置活塞式柴油机的一部分的局部示意图。

[0019] 图2A和2B是一个具有对置活塞的汽缸的侧剖视图，所述对置活塞通过承受张力的连杆连接至对置活塞式内燃机第一实施例中的两个曲轴。图2A示出了处于内部和顶部死点的活塞。图2B示出了处于外部或底部死点的活塞。

[0020] 图3A-3F是图2A和2B的汽缸和活塞的示意性剖视图，它们说明了活塞的一个完整周期。

[0021] 图4是示出了图3A-3F的两个对置活塞的相对相位调整的曲线图。

[0022] 图5A是图2A和2B的对置活塞关于它的轴线旋转90度的汽缸的侧剖视图。图5B是图5A中的汽缸的相同视图，其示出了用于冷却汽缸的一种替代性实施例。

[0023] 图6A和6B是侧透视图，其示出了用于第一实施例对置活塞式发动机的单汽缸机构的逐渐完成的装配阶段。

[0024] 图7A-7C是第一实施例对置活塞式发动机的单汽缸对置活塞式发动机模块的透视图，其示出了逐渐完成的装配阶段的装配细节。图7D是单汽缸对置活塞式发动机模块的端视图，其示出了具有一个被部分切除的齿轮的开放的齿轮箱。

[0025] 图8A-8C是第一实施例对置活塞式发动机的多汽缸实施方式的透视图，其示出了逐渐完成的装配阶段的装配细节。

[0026] 图9A是对置活塞式发动机的供应系统的示意图，其为发动机提供液态冷却剂。图9B是对置活塞式发动机的组合式燃料和冷却剂供应系统的示意图。图9C是对置活塞式发动机的另一供应系统的示意图，其为发动机提供液态冷却剂。

[0027] 图10是对置活塞式发动机中气流的示意图。

[0028] 图11A-11D说明了可用于对置活塞式内燃机的第二实施例中的一种汽缸的结构。

[0029] 图12是为对置活塞式发动机运行期间一轴向的时间平均汽缸热通量建模的曲线。

[0030] 图13A-13E说明了可用于第二实施例发动机中的活塞的结构。

[0031] 图14A是第二实施例发动机的侧视图，其示出了一种具有对置活塞的汽缸，其中所述活塞主要承受张力的连杆连接于两个曲轴，利用局部剖切视图来示出根据图13A-13E的活塞冷却结构。

[0032] 图14B是第二实施例发动机的局部截面侧视图，其示出了一种具有对置活塞的汽缸，其中所述活塞通过主要承受张力的连杆连接于两个曲轴，利用局部剖切视图来示出一种替代性活塞冷却结构。

[0033] 图15A-15E是第二实施例发动机的多汽缸实施方式的透视图，其示出了各个装配阶段的装配细节。

[0034] 图16A是可用于控制液态冷却剂应用于第二实施例发动机的汽缸和对置活塞的供应系统的示意图。

[0035] 图16B是可用于控制液态冷却剂应用于第二实施例发动机的汽缸和对置活塞的改进的供应系统的示意图。

[0036] 图17A-17F说明了对置活塞式发动机的应用。

具体实施方式

[0037] 第一发动机实施例

[0038] 在图2A和2B中说明了对置活塞式发动机的第一实施例的组件。这些图示出了在其中设置有对置活塞12和14的汽缸10。活塞12和14在汽缸10中以相反运动方向同轴移动，相互远离和接近。图2A说明了处于顶部(或内部)死点的活塞12和14，在这个位置，这些活塞处于压缩冲程的最高点，接近于点火时刻。图2B说明了接近底部(或外部死点)的活塞，在这个位置，这些活塞处于它们膨胀或动力行程的末端。下面将会更详细地描述这些位置以及中间位置。

[0039] 下面的解释假设针对压缩点火式发动机，这仅仅是为了说明和举例。本领域技术人员将意识到，所描述的部件、组件和装置也可以适用于火花点火式发动机。

[0040] 如图2A和2B所示，汽缸10是一个在其中设置有对置活塞12和14的管状物，对置活塞在其中往复反向运动，彼此之间和相对于汽缸中心相互远离和接近。活塞12和14连接于第一和第二侧置对转式曲轴30和32，曲轴又连接于公共输出(在这些图中未示出)。

[0041] 活塞12和14为中空圆柱形构件，其具有终止于顶部12d和14d的封闭的轴向末端12a和14a、开口的轴向末端12o和14o、以及裙部12s和14s，这些裙部从开口轴向末端12o和14o延伸至顶部12d和14d。座架16和18以开口的环形结构的形式分别安装于活塞12和14的开口轴向末端12o和14o。每个座架16和18把多个连杆的末端连接至其所安装的各自的活塞。这些透视图说明了对于每个活塞只有两个连杆，并且应该理解的是，一个或多个额外的连杆在这些图中是不可见的。连杆20a和20b在活塞12的开口末端附近连接于座架16，同时连杆22a和22b在活塞14的开口末端附近连接于座架18。由于座架
16和18提供了在活塞12和14之间的联动装置或联接以及它们各自的杆，因此这些活塞没有内部活塞销。所得到的座架和活塞的开口结构允许冷却剂分配器24和26从开口末端
12o和14o轴向延伸进入活塞12和14，以分别对准活塞12和14的顶部和内部裙部。

[0042] 这两个侧置曲轴30和32的轴线互相平行，并处于同一平面，这个平面在其纵向中心或纵向中心附近相交于汽缸10，并且垂直于汽缸的轴向方向。曲轴以相反方向旋转。连杆20a、20b和22a、22b连接于曲轴30和32上的曲柄臂。每一个连杆设置成相对于汽缸10以及活塞12和14的轴向(以及侧面)形成一个锐角。连杆依靠滚针轴承36连接于座架16和18，并依靠滚柱轴承38连接于曲柄臂。当每个活塞移动通过发动机的运行周期时，连接于活塞座架的连杆的末端振荡通过一个有角通道，并且在这些末端和它们所连接的座架的元件之间没有完整的回转或旋转。具有充分小直径滚子的滚针轴承在每一振荡期间至少产生滚子的全程旋转，由此减少不对称磨损并延长轴承使用寿命。

[0043] 当活塞12和14在汽缸10中移动时，图2A和2B中连杆、座架、以及曲轴之间的几何关系保持连杆主要承受张应力，以及来自高发动机速度下的活塞的惯性压力的程度有限的压缩应力。这种几何关系减少或基本上消除了活塞和汽缸孔之间的侧向力。

[0044] 在图2A和2B中示出了汽缸10以及活塞12和14的附加细节和特征。汽缸10包括进气口46，通过这个进气口，气体在压力作用下流入汽缸10。汽缸也具有排气口48，通过这个排气口燃烧产物流出汽缸10。因为它们相对于这些气口的位置，活塞12和14可以分别称为“排气”活塞和“进气”活塞，汽缸10的末端也可以类似地命名。下面描述了气口46和48的优选配置(但并不意味这是仅有的可能)。在发动机运行期间，出气口和进气口的操作通过活塞的运动来调整。由一个或多个(如下面描述的)燃料注射器控制的至少一个注射位置(未在本图中示出)允许燃料进入汽缸10。

[0045] 如随后的说明和描述将提出的，活塞长度、汽缸长度、以及由汽缸歧管添加到汽缸孔的长度之间的关系，再加上当它们穿过它们的底部死点位置时活塞之间的相位差异，调整气口操作并根据活塞事件把它们正确排序。在这一点上，进气口和排气口46和48的末端从汽缸的纵向中心轴向隔开。活塞可以是等长的。每个活塞12和14保持汽缸10的关联的气口46和48闭合，直到其到达它的底部死点位置。底部死点位置之间的相位偏移产生一个序列或顺序，在这个顺序中：当排气活塞移动到它底部死点位置附近时排气口打开，然后当进气活塞移动到它底部死点位置附近时进气口打开，接着，在排气活塞从它的底部死点位置移动远离之后排气口闭合，然后，在进气活塞从它的底部死点位置移动远离之后进气口闭合。

[0046] 图3A-3F时图2A和2B的汽缸10以及活塞12和14的示意图，其示出了典型的运行周期。在这个例子中，当活塞处于顶部死点时，在汽缸的每一侧上的对向杆形成大约120度的角，如图3A所示。这种几何结构仅仅用于解释运行周期；并无意于排除具有其他运行周期的其他可能的几何结构。方便起见，运行周期可以转动地测量，开始于0度曲柄角，在这个0度角活塞处于如图3A所示顶部死点，并终止于360度角。参考图3A，术语“顶部死点”被用来指代活塞12和14的闭合端12a和14a处于相互最接近并且最接近曲轴的点，并且气体在末端之间的汽缸空间42中被高度压缩。这是这两个活塞的压缩冲程的顶部。利用方便的测量，在运行周期的0度出现顶部死点。而且，参考图3C和3E，术语“底部死点”指得是活塞12和14的闭合端12a和14a处于离曲轴30和32最远处。活塞12的底部死点只在运行周期的180度之前出现。活塞14的底部死点只在运行周期180度之后出现。

[0047] 现在参考图3A-3F解释二冲程压缩点火运行周期。这种解释是说明性的，并利用360度来测量整个周期。周期的事件和动作参考360度中的特定点，不过应该具有这样的理解：对于不同的几何结构，虽然时间和动作的顺序可以是相同的，但在360度周期中它们出现的点将不同于这个解释中的点。

[0048] 现在参考图3A，在活塞12和14将处于顶部死点的运行周期的0度基准点之前，燃料最初通过至少一个注射位置被注射入汽缸。在开始燃烧之后燃料可以继续被注射。燃料和压缩空气混合，并且混合物在闭合端12a和14a之间点燃，在一个工作行程中分别驱动活塞，以驱动曲轴30和32以相反方向旋转。在工作行程期间活塞12和14保持进气口46和排气口48闭合，阻止气体进入进气口，并阻止废气离开排气口。在图3B中，活塞12和14处于运行周期的90度角，在通过它们的工作冲程的半途附近，其继续离开汽缸10。进气口46和排气口48仍然是闭合的。在图3C中，处于运行周期的167度角，活塞12的闭合端12a已经移动出汽缸10足够远以打开排气口48，而进气口46仍然闭合。燃烧产物现在开始流出排气口48。周期的这个部分被称为放空。在图3D中，处于运行周期的180度角，进气口
46和排气口48是打开的，并且加压空气通过进气口46流入汽缸10，而燃烧所产生的废气流出排气口48。当残留的燃烧气体被加压空气替换之后换气就完成了。在图3E中，处于
193度角，排气口48由活塞12闭合，而由于上面描述的和下面将更详细解释的相位偏移进气口46仍然打开。充气继续通过进气口46被压入汽缸10中，直到这个气口闭合，在闭合之后，压缩冲程就开始了。在运行周期的270度角，如图3F所示，活塞12和14接近穿过它们的压缩冲程的半途，并且进气口和排气口46和48是闭合的。然后活塞12和14再次移向它们的顶部死点，并且只要发动机运行就继续重复这个周期。

[0049] 图4是一图，其示出了在刚刚描述的典型运行周期中活塞12和14的相位。活塞相位可以在任一曲轴测量，参考每个活塞的顶部死点。在图4中，轴AA代表活塞的顶部从其顶部死点位置开始的距离，且轴BB代表相位。活塞12的位置由线50表示，而活塞14的位置由线52表示。在顶部死点60，这两个活塞是同相的，并且闭合端12a和14a是离汽缸10的纵向中心等距离的。当运行周期继续时，活塞12日益同相引导，直到其到达它的底部死点，正好在运行周期的180度角之前，由62表示。在180度角点之后，活塞14穿过其底部死点63，并开始追上活塞12，直到这两个活塞再次在周期的360度角处同相。

[0050] 图4所示的活塞12和14之间的振荡相位偏移使能进气口46和排气口48的所需的先后顺序。在这一点上，图4中的线CC表示活塞顶部的位置，在这个位置由活塞的控制气口打开。因此，当活塞12的闭合端12a移动通过在CC上65所表示的点时，这两个气口是打开的并进行换气。在CC上点67处，排气口闭合，并且进行汽缸空气充气直到活塞末端14a到达CC上68所表示的点，在这个点这两个气口闭合且压缩开始。这个所需的结果从以下事实中获得：在曲轴旋转期间，各自的活塞的连杆穿过不同通道；当一个杆在一个曲轴顶部上方旋转的时候，另一个在同一曲轴的底部下面旋转。

[0051] 应该注意，关于图4，排气口和进气口的各自的打开位置不是必处于同一条线上的，并且它们相对的打开和闭合相位可以和所示的不同。

[0052] 如在图2A、2B和5A中所见到的，汽缸10包括汽缸管70，汽缸管70具有反向轴末端以及环形排气管和进气歧管72和74，每一个都螺纹连接、焊接连接、或另外地接合连接于汽缸管70的各自的轴向末端。歧管72和74可以分别命名为“汽缸排气歧管”和“汽缸进气歧管”。歧管72和74具有各自的内环形通道76和78，其组成排气口和进气口。优选地，每一个通道76和78具有卷形形状，以便引入气体涡流流过那里，同时阻止湍流混合。涡流加压气体有助于换气和提高燃烧效率。汽缸歧管72也包括包围环形通道76的环形通道77。环形通道77可以被连接来接收气流，或者另外地其可以包含停滞的空气，以冷却歧管72的外围。当汽缸歧管72和74接合至汽缸管70时，它们外部部分延伸到该管的孔中。
该孔可以精确地制造以紧密匹配活塞12和14的直径，并且活塞和汽缸可以利用和热膨胀特性兼容的材料制造。如果利用了无环型活塞(没有环的活塞)，则不需要跨越两个气口的桥，并且可以在活塞的外部直径和共用腔的内部直径之间获得非常接近的公差。利用无环运行，例如，在每个活塞和腔之间的间距可以处于“0.002-0.003”(2密耳或50微米到3密耳或75微米)的量级。没有桥同样帮助进气管74的结构进入引入卷形形状的涡流。另一方面，如果活塞具有环，则需要形成排气口和进气口作为环形通道，其具有到管子70的环形顺序开口，由此提供桥来支撑环通过这些气口。在汽缸歧管72和74上形成的管子82和
84通向内部环形通道76和78，在排气口和进气口之间以及各自的排气歧管和进气歧管之间提供连接。

[0053] 图5A是当运行周期处于接近180度角位置时对置活塞12和14处于它们各自的位置的汽缸10的放大侧部横截面视图。如这些图中所示，活塞12和14没有活塞环，虽然如果设计和运行有规定，它们也可以带有环。活塞环在这个发动机中是可选部件，原因有两个。第一，活塞环可以调节活塞和汽缸的径向变形，以便在发动机运行期间帮助控制汽缸/活塞密封。但是，在本说明书中所说明和描述的汽缸没有铸造在发动机本体中，因此也不会因为其他发动机组件或不对称冷却部件产生的任何热应力或任何机械应力而产生非均匀变形。结果，汽缸和活塞可以制造成具有非常小的公差以便非常紧密的匹配，由此限制燃烧和限制燃烧产物沿着每个活塞和汽缸之间的间隙的窜露。但是，当发动机运行时，每个活塞可以通过施加液态冷却剂来冷却，当其移动通过它的底部死点位置时，因为每个活塞基本上完全周期性地从汽缸中缩回(或者从中凸出)，以便液态冷却剂可以被施加于它的外部表面。关于这一点见图2B、3C和5A。当一个活塞移出汽缸并移回汽缸时，在其裙部的外表面上利用液态冷却剂淋浴(通过将要描述的分配器)。另外，液态冷却剂沿着它的裙部直到其顶部被施加至它的内表面(包括顶部)。

[0054] 例如，在图5A和6A中，每个活塞12和14基本上已经从汽缸10的底部死点位置中缩回。把活塞12作为典型例子，这意味着，当活塞12的闭合端12a接近环形通道76的外部边缘时，活塞12的裙部12s基本上完全从汽缸10中缩回，而只有在通道76的外部边缘76o和排气管72的外部边缘72o之间的活塞顶部12d的一部分保留在如下所描述的装在汽缸10的末端上的排气歧管72中。应该注意的是，每个活塞12和14接着移回到汽缸10中，移回的距离为当其到达汽缸顶部死点位置时其基本被装入汽缸10中。

[0055] 因此，在其底部死点位置，每个活塞12和14的整个裙部基本上从汽缸10凸出，并且暴露以便冷却。关于发生在这个示例性例子中的详细描述并无意于限制这个特征的范围；所需要的是：在发动机运行期间，每个活塞12和14的裙部外表面周期性地充分处于汽缸10的外面，以便通过施加冷却剂至汽缸外面的裙部的外表面上被充分冷却。在特定应用中活塞裙部暴露的百分比可以基于许多因素，包括例如系统冷却剂需求、发动机几何结构、以及设计者的偏好等。

[0056] 当活塞在汽缸中进进出出移动时，其通过施加液态冷却剂(通过下文描述的分配器)至其裙部的外表面而被冷却。另外，液态冷却剂被沿着它的裙部(上至其顶部且包括顶部)施加到它的内表面。相同的液态冷却剂优选被用来冷却活塞的内部和外部两者。参考图5A和6A，优选由钢管形材料制成的冷却剂分配器，在发动机运行期间，把液态冷却剂分配至活塞12和14以及汽缸10上。伸长的分配器歧管86至少大致轴向地沿着和靠着汽缸管、排气管和进气歧管72和74延伸。四个轴向隔开的半圆形分配器86a、86b、86c以及86d在绕着汽缸10的半途从歧管管子延伸。分配器86a处于排气歧管72的中心的外侧，接近外边缘72o处；两个分配器86b和86c处于歧管72和74之间的汽缸10的上方，优选接近汽缸10的轴向中心，以便相比其他的更接近歧管72和74的较凉区域，成比例地施加更多液态冷却剂至汽缸的最热区域；并且分配器86d处于进气歧管74的中心的外侧，接近外边缘74o处。第二分配器歧管管子88至少大致轴向地沿着和靠着汽缸管、排气歧管和进气歧管72和74延伸。四个轴向隔开的半圆形分配器88a、88b、88c以及88d在从歧管管子
88绕着汽缸10的半途延伸。分配器88a处于排气歧管72的中心的外侧，接近外边缘72o处；两个分配器86b和86c处于歧管72和74之间的汽缸的上方，优选接近汽缸10的轴向中心，以便相比其他的更接近歧管72和74的较凉区域，成比例地施加更多液态冷却剂至汽缸的最热区域；并且分配器88d处于进气歧管74的中心的外侧，接近外边缘74o处。反向分配器如89所示被接合在一起以便保持结构的整体性。或者，分配器可以完全是圆形的并连接于单个歧管管子。而且可以提供更少的或更多分配器，并且可以和所示的设置位置不同。更进一步，分配分支可以由具有来自同一个源的液态冷却剂的许多周向隔开的喷嘴替代。

[0057] 分配器在其上形成有基本孔，受到压力的液态冷却剂从这些孔被施加至暴露的活塞12和14的裙部外表面上以及汽缸管70的外表面上。优选地，分配器处于接近歧管的各自的外边缘，以便保证液态冷却剂沿着每个活塞的轴向长度被大量施加到裙部的整个外表面。取决于诸如系统冷却剂需求、发动机几何结构以及设计者偏好等因素，分配器、喷嘴或其他合适的冷却剂施加部件可以被重定位，以便分配或施加液态冷却剂至更小百分比的裙部的外部径向外围表面积。例如，液态冷却剂可以沿着至少每个活塞的25％、50％、或75％的轴向长度被施加至裙部的外表面。

[0058] 在图5A和6A中，施加液态冷却剂至活塞和汽缸的外表面的冷却剂分配器被示出为独立部件；但是，一个或多个分配器也可以和汽缸歧管72和74集成在一起，添加于图中所示的独立部件或者用于替换图中所示的独立部件。

[0059] 在图5B所示的替代性实施例中，替代通过分配器冷却汽缸70，汽缸管可以设置在外壳87中以提供绕着汽缸的冷却通道90，通过这个通道的冷却剂可以流通。在这种情况下，分配器将仍然被用来冷却活塞。

[0060] 座架16和18的开口结构以及在活塞中缺少活塞销允许了改进的直接施加液态冷却剂至活塞的内表面。这样，如图2A、2B、和5A所示，通过沿着它们的裙部至它们的开口轴向末端把液态冷却剂穿过分配器24和26施加至包括它们的顶部的内表面，活塞12和14在发动机运行期间被持续冷却。每一个冷却剂分配器24、26可以由一个或多个独立喷嘴组成，其中每个喷嘴用于对准活塞顶部释放冷却剂液流。

[0061] 在5A中，喷到活塞和汽缸上的液态冷却剂流由参考数字91表示。

[0062] 继续图5A的描述，处于歧管72和74末端附近的环形凹槽中的环形的高温聚合物环92轻松地接触活塞12和14，并且当活塞进入汽缸10时从活塞擦去过多的滑润剂。最后，给汽缸提供一个或多个燃料注射器。例如，燃料注射器94连接于至少一个注射位置95。

[0063] 接下来将描述二冲程对置活塞式发动机装置，在这种装置中，工作部件(汽缸、活塞、联动装置或连杆机构，曲轴等等)以组合在一起的被动结构部件框架的形式容纳在结构化单元上，以支撑工作部件。这个框架意于承受发动机运行的应力和压力，例如在曲轴之间压力。和许多现有技术二冲程对置活塞式发动机相比，汽缸没有被铸造成组，也没有用其他被动结构部件来构造。因此，汽缸不是发动机的被动结构部件。每一个汽缸主要通过设置在其中的这对活塞支撑在发动机框架中。因此，除了燃烧腔压力，汽缸从功能部件引入的机械应力中分离，并且从发动机本体的机械应力和热应力中分离。因此，汽缸本质上只是压力容器。这种发动机结构消除了活塞和汽缸的非均匀径向形变，允许汽缸-活塞接口非常紧密适合，并使能制造汽缸和活塞的材料的热特性紧密匹配。有优势地，利用改进的活塞冷却，这种特性提供了没有活塞环的发动机设计的选择。

[0064] 图6A和6B时侧透视图，其示出了用于对置活塞式发动机的单汽缸发动机装置100的逐渐完整的装配，其中对置活塞式发动机具有基于前述附图的汽缸/活塞装置的侧置曲轴。发动机装置100可以按比例绘制成任意大小的发动机和具有一个到多个汽缸的发动机。在图6A中，装置100包括具有图5A所示结构的单汽缸10，在其上设置有对置活塞12和14。对置活塞的座架16和18在图中可见。连杆20a和20c连接座架16至曲轴30，并且连杆对20b连接座架16至曲轴32。连杆对22a连接座架18至曲轴32。分配器歧管管子88和分配器24连接于冷却剂歧管96。歧管管子86和分配器26连接于另一冷却剂歧管98。两个径向对置对准的销(其中一个由参考数字99表示)在汽缸10上形成，用于在发动机运行期间稳定汽缸。两个横梁110和112在图6A中示出以便参考。横梁110具有开口113，通过这个开口歧管管子84可以连接于空气进气歧管(未示出)，以及开口115，其适于用于连接燃料注射器94至燃料歧管(未示出)的管子。横梁112具有开口117，通过这个开口歧管管子82可以连接于排气歧管(未示出)，以及开口119，通过这个开口，一个管子可以连接另一个燃料注射器(未示出)至燃料歧管(未示出)。

[0065] 在图6B中，发动机装置100的框架包括两个支撑隔板120，其设置在汽缸10的各自的侧面，以及横梁110和112。隔板120容纳并支撑曲轴30和32。每个隔板120包括I形横梁部件122以及横切面124。I形横梁部件122在发动机运行期间提供曲轴的主要支撑。横梁110和112连接于横切面124的末端。曲轴通过轴承128被支撑在I形横梁部件122中用于旋转。每一个隔板包括具有短弹性柱体132的中心开口，该弹性柱体132容纳相邻汽缸的对准销99。螺纹孔134存在于每一个支撑隔板中，用于连接附加组件，例如齿轮箱。

[0066] 来自图6A和6B的发动机装置100的单汽缸对置活塞式发动机模块的装配在图7A-7D中示出。在单汽缸发动机模块中，轻的铝侧板160和162连接于各自的隔板120以及每一个横梁110和112。侧板160具有开口163和164，用于容纳至馈送线路(未示出)的液态冷却剂歧管96和98。图7A-7D示出了通过侧板160的外表面安装在隔板(未在这些图中示出)上的齿轮箱170。齿轮箱170覆盖住输出齿轮系，通过这个齿轮系曲轴的相反旋转运动连接于输出驱动轴。曲轴30和32的末端延伸入齿轮箱170中。具有锯齿外边缘的齿轮172固定在曲轴30的末端，且具有锯齿外边缘的齿轮173固定在曲轴32的末端。
输出齿轮175具有环形面176，其带有锯齿内圆周177和锯齿外圆周178。如在这些图中所示，在一个位置齿轮172的外边缘啮合于输出齿轮175的内圆周177，在直接相对于所述一个位置的另一位置齿轮173的外边缘啮合于输出齿轮175的外圆周178。在内齿轮172和内圆周177之间的齿轮齿数比可以为33/65，且在内齿轮和内圆周上具有MOD 4锯齿；而在外齿轮173和外圆周178之间的齿轮齿数比可为33/65，且在外齿轮和外圆周上具有MOD 5锯齿。齿轮的这种布置允许曲轴30和32的相反旋转被转变为具有奇数数量齿轮(在本情况中为3个)的输出齿轮175的连续旋转，且具有非整数齿轮齿数比，而没有任何中间传送带、链条、或其他扭矩转移构件。结果得到简单的短输出齿轮系。

[0067] 通过把轻铝壳板180连接至由组合的隔板和横梁组成的框架，在图7A-7D中完整地示出了单汽缸对置活塞式发动机模块的装配。盖子182被连接至齿轮箱170。盖子182包括输出轴承185，其容纳输出齿轮175的轴186，从而使能框架支撑输出齿轮175的旋转。所得到的装配的单汽缸对置活塞式发动机模块在图7C中由参考数字190表示。轴186组成了发动机模块190的输出驱动。通过一个或多个齿轮、皮带、链条、凸轮或其他合适的扭矩转移构件或系统(未示出)，可以连接到中间传动或直接连接至驱动组件。

[0068] 图8A-8C说明了在一行设置有三个发动机装置的多汽缸对置活塞式发动机模块的装配。注意到为了清楚起见前后隔板已从图8A中去除了。装置100具有已经在图6A和6B中说明且关于前述附图讨论的结构。四个隔板120提供在这种发动机模块的框架中，每一个隔板支撑各自轴承中的曲轴。这个框架还包括固定在隔板120的横切面上的伸长的横梁110和112。侧板160和162封闭发动机模块的末端。这个三齿轮驱动系被支撑适于齿轮箱170中的旋转。液态冷却剂歧管96和98延长以跨越这三个发动机装置100。多汽缸对置发动机模块的装配通过把轻铝壳板180连接至框架而完成。盖子182被连接至齿轮箱
170。盖子182包括输出轴承185，其容纳输出齿轮175的轴186，从而使能该框架支撑输出齿轮的旋转。所装配的多汽缸对置活塞式发动机模块在图8C中由参考数字290表示。轴
186构成发动机模块290的输出驱动。

[0069] 优选地，四个同样的连杆被提供给每个活塞。这个实施方式可以在图6中最好地看到。在图6A的视图中，在汽缸10的排气口侧，这两个连杆20a和20c被隔开且每一个都连接于座架16的一端和曲轴30的相对端。连杆对20b包括两个邻接杆，每一个都与杆20a和20c的形状和结构相同。连杆对20b在一端连接于座架16，在另一端连接于曲轴32。在汽缸10的进气口侧，两个连杆22b和22c被隔开，且在连杆对20b的每一侧每一个都连接于座架18的一端和曲轴32的相对端。连杆对22a包括两个邻接杆，每一个都与杆22b和22c的形状和结构相同。连杆对22a一端连接于座架18，另一端连接于曲轴30，且在连杆
20a和20c之间。因此，在每一个曲轴上，汽缸一端的活塞的连杆对与汽缸的另一端上的活塞的两个连杆交错，如图6A所示。这提供了活塞压力的最优平衡，且还减少了发动机的零件类别数。同样的杆还有助于在发动机运行期间保持杆的均匀的热膨胀。

[0070] 连杆由锻钢或钛制造，汽缸和活塞由铝硅合金制造且带有镀铬汽缸孔，液态冷却剂传导部件由钢管制造，且曲轴由锻造的机械加工钢制造。发动机框架部件可以由轻质合金制造，例如铝。

[0071] 用于供应待分配至活塞上和活塞中以及一个或多个汽缸的对置活塞式发动机中的汽缸上的液态冷却剂的供应系统300在图9A中说明。液态冷却剂可以是能够被施加到活塞并对于所需应用能够充分冷却活塞的任意液体。在这个图中，液态冷却剂的源310连接于低压高容量泵312。泵312可以包括，例如离心泵，其为100HP发动机提供在3-10gal/min范围内的液态冷却剂，该离心泵泵取液态冷却剂通过分配线路至歧管96和98。这些歧管提供高容量的低压液态冷却剂至分配器24和26，以及一个或多个组件100的分配歧管86和88。液态冷却剂由对置活塞式发动机中的贮槽或贮箱(sump)315集中或收集。连接于贮槽的泵317泵取所收集的液态冷却剂通过过滤器318和散热器319返回到源310中。
如在图9A中所见的，线路320可以和散热器319平行。在这种情况下，阀门321将控制液态冷却剂流经散热器319，并且阀门322将控制液态冷却剂流经过的线路320。对于正常的运行，只有阀门321将被打开，以允许液态冷却剂经过散热器319，由此通过散热器319分散活塞和汽缸的热量。对于短期增压操作，阀门321和322将都被打开，由此通过散热器分散活塞和汽缸的热量，并吸收某些热量在源310种的液态冷却剂容器中。最后，在散热器失效的紧急情况运行期间，阀门321将被关闭，而阀门322将被打开，由此临时转移活塞和汽缸的热量至液态冷却剂容器中。

[0072] 如果对置活塞式发动机是作为压缩点火式发动机运行的，燃料注射是传输柴油燃料至汽缸用于燃烧的方法。在这种情况下，柴油燃料也优选作为液态冷却剂，且作为用于活塞的滑润剂。因此可能结合加燃料和冷却剂源，从而消除对多个源的需求。参考图9B，其描述了系统400，系统400提供待分配至活塞上和活塞内以及汽缸上的柴油燃料，以及提供给在一个或多个汽缸的对置活塞式发动机中的燃料注射器的柴油燃料。在这个图中，柴油燃料410的源连接于低压高容量泵412(例如离心泵)，其泵取液态冷却剂通过分配线路413至歧管96和98。这些歧管提供高容量低压液态冷却剂至分配器24和26，以及一个或多个发动机装置100的分配歧管86和88。柴油燃料由对置活塞式发动机中的贮槽415收集。连接于贮槽的泵417泵取所收集的柴油燃料通过过滤器418和散热器419返回至源410。
提供了并行于散热器419的返回线路420。阀门421和422控制散热器419以及线路420的使用，如上面结合图9A中的阀门321和322所说明的。连接于源410的前置泵423泵取柴油燃料通过过滤器424，并到达高压泵426(其推进传输给注射器的燃料压力)。例如，泵
426可以提供30000psi的柴油燃料。来自泵426的燃料被提供通过连接于共用轨道429的输入燃料线路427以及一个或多个燃料注射器94的输入端。一个或多个燃料注射器的返回气口通过线路430返回至源410。电子控制单元(ECU)431控制一个或多个燃料注射器
94的运行。

[0073] 根据本说明书制造的发动机的另一个优势是用来支撑曲轴和连杆的所有的轴承可以是滚柱轴承。这些轴承可以通过喷射柴油燃料来润滑，在对置活塞式发动机的运行温度时的柴油燃料的润滑性和粘性是完全足够适合它们的润滑的。

[0074] 因此，通过泵412，系统400可以传输柴油燃料作为发动机的所有轴承的润滑剂，把这些保存在齿轮箱170中。在这点上，当从分配器提供柴油燃料，柴油燃料在发动机内被搅拌成薄雾，其在整个发动机中散开，并在发动机的移动部件之间工作，并进入包含在汽缸内的滚柱轴承。然后单个源可以提供这种冷却剂以及给发动机的润滑剂。

[0075] 在图9C中描述了用于提供待分配到活塞上和活塞中以及一个或多个汽缸的对置发动机中的汽缸上的液态冷却剂的替代的供应系统350。这个系统可以仅仅作为图9A中的系统用于分配液态冷却剂，或者其可以和系统中用于分配柴油燃料的其他构件结合，以如图9B所示冷却、润滑以及加燃料到发动机。液态冷却剂可以是任何能够施加到活塞并对所需应用能充分冷却活塞的液体。润滑油和柴油燃料是两种可选之物。在本图中，发动机机壳352包含一个或多个发动机装置100，其包含贮槽区域357，由上述分配器发出的液态冷却剂被收集在这个区域中。在贮槽区域357中所收集的液态冷却剂具有标称运行液位358。源阀门359安装在发动机外壳中。与贮槽区域357中所收集的液态冷却剂接触的液位传感器360控制选择源阀门359的状态的联动装置361。源阀门359具有连接于低压高容量泵
362的出口。泵362可以包括，例如离心泵。源阀门359具有两个输入，第一个连接于来自贮槽区域358的馈送线路363，第二个连接于来自包含液态冷却剂的供应罐366的馈送线路
364。泵362泵取液态冷却剂通过馈送线路367到达过滤器368，通过过滤器后到达散热器
369。从散热器369出来，液态冷却剂流经馈送线路370到达歧管96和98。这些歧管把高容量低压液态冷却剂供给分配器24和26、以及一个或多个组件100的分配歧管86和88。
例如，对于100HP发动机可以提供3-10gal/min(加仑/分钟)范围的液态冷却剂。如在图
9C中所见的，热阀门372平行连接于过滤器368的输出和馈送线路370之间的散热器369。
热阀门372的状态由液态冷却剂的温度控制，或者被应急回路373控制。应急回路373还连接于源阀门359。液位阀门375具有一个输入，其共同连接于过滤器368的输出，散热器
369的输入、以及热阀门372的输入。液位阀门375的输出通过馈送线路377被连接至供应罐366。这个控制联动装置361也被连接来控制液位阀门375的状态。

[0076] 进一步参考图9C，在正常运行中，液位传感器360检测液态冷却剂在贮槽区域357中的液位，并为泵362选择是否把贮槽区域357还是把供应罐366作为源。当已经达到运行液位时，液位传感器设置控制联动装置361为，把源阀门设置在只从贮槽区域357中提取液态冷却剂的状态。加热的液态冷却剂被泵362泵取通过过滤器368到达散热器369和热阀门372。当达到液态冷却剂的设计运行温度时，热阀门将部分闭合或完全闭合以调整液态冷却剂通过散热器369的流量，由此控制发动机温度。液态冷却剂流继续通过馈送线路370到达分配器，在这里液态冷却剂被施加来移除来自发动机模块的热量。如果在贮槽区域中的液态冷却剂的液位太高，则液位传感器360会引起控制联动装置361来部分打开液位阀门375，以在368的过滤之后返回一部分液态冷却剂至供应罐366。在需要临时跳过散热器369时的紧急情况下，应急回路373完全打开热阀门372，由此从散热器369分流，并迫使源阀门359开始从供应罐366中提取液态冷却剂。处于贮槽区域357中的过多的液态冷却剂将响应于液位传感器360被液位阀门移除。为了临时最大性能，热阀门372被关闭，从而利用散热器的最大能力，同时源阀门359的状态被设置来只从供应罐366中提取液体。

[0077] 为对置活塞式发动机提供充气以及从对置活塞式发动机中排出废气的系统500在图10中说明。系统可以按比例制成适合一个或多个汽缸10。在系统500中，空气进气歧管线路534以及废弃排气歧管线路532分别连接于一个或多个组件的进气口管84以及出气口管82。这些歧管线路优选安装在发动机外壳的外部。在图10中示例性说明的发动机为涡轮增压发动机或增压式发动机。因此，歧管线路被连接于涡轮增压器536。具体地，废气移动通过排气歧管线路532，驱动途中的涡轮540，到达输出线路538，以机械驱动压缩器542。压缩器542从空气进口线路537上提取入空气，并在引导空气进入进气歧管线路534之前经由中间冷却器539加压所进入的空气。按照惯例，加压器或等同装置可以连接在中间冷却器539和歧管线路534之间，以提供启动发动机的换气。

[0078] 没有包括在这个第一实施例的说明中的其他发动机构件将根据这种对置活塞式发动机的每个应用的具体环境提供。在这一点上，齿轮箱170可以被油密封和自我润滑，或者可以从发动机的其余部分中分别润滑。替代性地，其可以通过用来冷却和润滑活塞的冷却剂/润滑剂保持打开和润滑，只要使用合适的润滑剂。

[0079] 在现有发动机中，当BMEP增加时，活塞环/汽缸接口之间的摩擦力增加，且接口温度升高。日益增加的接口温度最终导致热量从接口流回活塞中，而不是从活塞流至接口。结果，环不再能冷却活塞。假设冷却剂到活塞裙部和顶部内表面的最大流量，仅剩的待冷却的活塞表面是裙部和顶部的外表面。顶部的外表面是燃烧腔的组件，并且仅仅勉强地或轻微地被燃烧气体膨胀和换气气流冷却；这个表面否则是难以获得外部冷却的。在现有技术发动机中，活塞裙部的外表面也是难以获得活塞冷却的，因为活塞被铸造在汽缸之中。但是，通过基本上从缸腔中缩回活塞使得活塞裙部的外表面周期性的暴露，这个表面也是可以被冷却的。结果，当和仅仅冷却活塞裙部和顶部的内表面相比时，大概两倍于热量转移量是可以达到的。

[0080] 第二发动机实施例

[0081] 在对置活塞式内燃机中，因为发动机运行过程中的燃烧，汽缸会承受非均匀热应力。考虑到上面描述的第一实施例已经导向实现了通过用大量的低速液态冷却剂液流直接淋浴汽缸的外表面(这种液态冷却剂趋向于从外表面向汽缸的底部分离)，这种应力在任何情况下都可以被充分控制。另一方面，也已经意识到的是，在高BMEP的情况下，只通过施加液态冷却剂的定向喷嘴至活塞顶部的后表面，活塞可以被充分冷却。

[0082] 这些观点已经导向对置活塞式内燃机的第二实施例的设计，其中通过在汽缸外表面的整个周围上施加液态冷却剂液流，在汽缸中出现的热非均匀性被消除或至少大量减少，其中所述液态冷却剂液流在方向和区域密度方面有改变，以消除热量的改变，进而使得冷却能适合汽缸中的非均衡热量分布。另外，通过减小活塞顶部的壁厚以及施加液态冷却剂的定向喷嘴至顶部的后表面，可以减少或消除活塞的热变形。

[0083] 在汽缸中缺少热非均匀性以及高BMEP的活塞顶部的热变形，导致了汽缸孔和活塞之间的紧密控制的适合，且在压缩和燃烧期间汽缸和活塞之间气体流出(窜漏)最少。具有第一实施例中的连杆、座架和曲轴之间的几何关系，以及热变形的改进的控制，第二实施例发动机运行时具有减少的活塞侧应力并且可以利用无环型活塞运行。

[0084] 第二实施例对置内燃发动机包括元件，其对应于上面所描述的第一实施例的元件的结构和/或功能。然而，为了清楚起见，以及为了方便理解，第二实施例的元件独立于第一实施例的对应元件的编号而编号。

[0085] 图11A-11D说明了汽缸1100，其可用于对置活塞式内燃机的第二实施例中。汽缸1110具有四个部分：缸套1102结构为开口的圆柱管，其具有圆柱形孔1103、排气歧管1104、进气歧管1106，以及汽缸套筒1140。优选地，汽缸1100由铝制成，例如耐高温铝合金，并且其可以铸造为单件，或者通过把歧管1104和1106固定在汽缸套筒1140上、然后固定该子部件至缸套1102的外表面上来装配。缸套1102的纵向轴线Ac也是汽缸1100的纵向轴线。

[0086] 如在图11中可以最好地看到的，缸套1102具有排气口1105，其在汽缸1102的排气端1109附近由一系列沿圆周方向隔开的开口1108组成。缸套1102还具有进气口1107，其在进气端1112附近由一系列沿圆周方向隔开的开口1110组成。排气口1105的每个开口1108具有带斜坡的下游端1108r。螺旋移向缸套1102的排气端1109的燃烧气体被至少总体转移出缸套1102，进入排气歧管1104。类似地，进气口1107的每个开口1110具有上游斜坡端1110r，在这一端，通过进气歧管1106进入进气口1107的受压气流以指向排气端1109的螺旋方向被转移至孔1103。在缸套1102的中心部分1114，沿圆周方向具有许多螺纹开口1116。至少开口1116之一容纳燃料注射器，并且至少开口1116的另一个开口容纳用于感应发动器运行状态例如压力或温度的传感器。在所示缸套1102中，存在例如用于容纳燃料注射器的两个开口1116，用于容纳压力传感器的一个开口1116，以及用于容纳温度传感器的一个开口1116。

[0087] 图12的曲线表示在发动机运行期间，穿过缸套1102的内壁上的纵向轨迹的平均热通量。如曲线1200所示，缸套1102是相对于其纵向轴线非均匀加热的。缸套1102在其发生燃烧的中心部分1114中，具有最大热负载。同样，具有排气口1105的缸套的末端部分承受比具有进气口1107的末端更大的热负载。因此，为了最小化汽缸1100温度的非均匀性，以及所导致的孔1103的圆柱非均匀性，汽缸1100应该以提供非均匀方式的定制方式被冷却，其中它的各部分在发动机运行期间被加热。也就是说，用于冷却汽缸1100的系统应该在其轴中心附近至排气端的汽缸的部分、比从轴中心附近至进气端的部分、提供更大的冷却能力，并且应该给汽缸的中心部分提供最高的冷却能力。

[0088] 除了最小化由沿着纵向轴线的变化的热通量引起的沿着汽缸1100的纵向轴线的汽缸壁温度的非均匀性，如果由于开口1116的顺序，可用的冷却在绕着圆周不是和中心部分1114的情况中一样均匀的，则即使具有均匀热通量也可能存在汽缸壁中沿圆周方向的温度变化。为了维持圆周温度的均匀性，进而维持圆柱形均匀性，在中心部分1114中，相邻于这些开口1116的冷却必需包含将假使没有这些开口将产生的冷却。

[0089] 为了提供满足这些目标的定制的冷却能力，在缸套1102的外表面1120上具有许多凹槽或通道。参考图11A、11B和11D，第一组1122交错凹槽1123从中心部分1114至排气口1105螺旋形地绕在外表面1120上，第二组1126交错凹槽1127从中心部分1114至中心部分1114螺旋形绕在外表面1120上。这两组中的每一个凹槽都起始于中心部分1114或其附近，接着是绕着外表面1120的螺旋通道，并在钻孔径向部分中终止于各自的气口1105、1107附近。每个凹槽的钻孔径向部分与钻孔轴向通道连通，该钻孔轴向通道通过缸套1102的边缘在缸套1102内纵向延伸。一个参考数字1129所表示的这样的轴向通道，通过钻孔径向部分1130和凹槽1127的一端1127e连通，并通过孔1133穿透边缘1131。这样就使能液态冷却剂流从中心部分1144中或其附近的凹槽开始流动，沿着螺旋凹槽导向缸套1102的各端，通过缸套中的通道，并流至缸套1102的边缘中的孔外。每一组1122、1126的凹槽引导聚集的液态冷却剂流，从中心部分1114流动至缸套1102的末端部分，使能冷却缸套的各自的对应部分，进而冷却汽缸1100本身。在每一组的凹槽之间存在间距或间隔，且从中心部分1114朝排气端1109延伸的组1122的凹槽的间距，比从中心部分1114朝进气端1112延伸的组1126的凹槽的间距要小。结果，相比包括进气口1107的缸套部分，更多的液态冷却剂接触包括排气口1105的更大表面积上的缸套部分，由此提供对包括排气口1105的缸套部分的更大的冷却能力。冷却剂也是最冷的，因此具有最大的热交换能力，因为它在缸套
1102的中心部分1114附近进入凹槽，而其中中心部分的冷却需求是最大的。而且，凹槽沿着它的长度方向可以具有各种横截面积，这将影响冷却剂在凹槽内的局部流速，进而影响热消除的速度。因此，螺旋凹槽的冷却能力是在很宽的范围内可变的，通过改变下面所述的因素中任意一个或都改变：交错凹槽、凹槽的长度、凹槽的间距、沿着凹槽的长度方向的横截面积以及冷却剂进入通道的流速。

[0090] 仍然参考图11A、11B、和11D，第三组凹槽1135在缸套1102的中心部分绕着外表面延伸，且每一个凹槽1135在中心部分中的两个开口1116之间延伸。每一个凹槽1135具有拉长的部分1137(其在缸套1102的圆周上以弧形延伸)，以及在拉长部分1137的相对端的交叉部分1138。每一个交叉部分1138横断拉长部分1137，以使得每一个凹槽1135具有I子形形状。如在图11A中可以最好地看出的，每个交叉部分1138处于紧接着开口1116。在运行时，在其拉长部分1137的中心的每一个凹槽1135中引入的液态冷却剂，通过拉长部分1137流向每个交叉部分1138，然后在汽缸套筒1140中在每个交叉部分1138的任一端从孔1147排出。因此，在每个凹槽中流动的液态冷却剂在开口1116附近的凹槽的每一端1138中具有更长的流动通道。因此，每一个凹槽1135在开口1116附近的1114中心部分1114的最热部分提供更大的冷却能力。提供给中心部分1114的冷却能力随着到达中心部分中最接近的开口1116的圆周距离而改变。凹槽1135中的冷却是非常有效的，从开口
1116的区域中移除热量的局部方法或局限性方法，是不能通过螺旋凹槽组1122、1126的冷却可以达到的。在中心部分1114中的移除热的效率是由于发生在该区域(在流动至末端顶部之前，在这个区域中冷却剂流动至每一端1138的中心并接触每一端1138的中心)中的冷却剂的滞流图案或模式。

[0091] 汽缸1100的装配细节可从图11A-11D中看出。管状汽缸套筒1140容纳于表面1120上，处于中心部分1114的中心，并延伸和汇合至排气和进气歧管1104和1106。歧管
1104、1106可以在汽缸套筒和排气和进气歧管1104和1106之间的接缝处1141，焊接至汽缸套筒1140。这种焊缝可以在图11D中最好地看到。替代性地，歧管1104和1106可以和其汽缸套筒1140的各自部分个别地或分别铸造，并通过焊接被相互固定以及固定在缸套
1102。排气歧管1104和进气歧管1106以及汽缸套筒1140一起覆盖凹槽1123、1127、1135，限制了凹槽中的液态冷却剂流。如在图11B中最好地看到的，汽缸套筒1140包括1142、1144和1145。每一个气口1142处于中心部分1144附近的各自的凹槽1123的起始端部分的上方；每一个气口1144处于中心部分1114附近的各自的凹槽1127的起始端部分的上方；并且每一气口1145处于各自的凹槽1135的拉长部分1137的中心上方。液态冷却剂通过气口1142和1144流入凹槽1123和1127，在缸套1102的中心部分或其附近，并以流体形式通过凹槽和钻孔通道1129，并在缸套1102的末端边缘流出孔1133外。液态冷却剂通过气口
1145流入凹槽1135，并以流体形式通过拉长部分1137，到达末端1138。提供通过汽缸套简
1140的孔1147处于末端1138的顶部以允许液态冷却剂流出凹槽1135。如在图11C中最好地看到的，气口1142、1144、1145容纳安装在液态冷却剂供应线路1149上的联接器1148，该联接器连接于如下结合图16A和16B所解释的液态冷却剂供应系统。可以液态冷却剂供应系统中提供三个液态冷却剂供应回路，以给三组凹槽供应液态冷却剂。每一个回路经由与凹槽连通的气口连接于各组凹槽，以为凹槽组输入所需压力和流速的液态冷却剂。在这些图中，没有线路被提供来引导液态冷却剂流出缸套1102的外表面上的凹槽。按照上面对图9A的描述，液态冷却剂可以被发动机中的贮槽收集。在这种情况下，当对置活塞(未在图11A-11E中示出)在腔1303内往复运动时，在缸套1302的每一个边缘通过孔1133排除的液态冷却剂的某些部分将落在对置活塞的外部裙表面上，由此在发动机运行期间冷却和润滑这些表面。替代性地，流出汽缸1100上的槽的末端的液态冷却剂可以在通过传统配件连接于孔1133和1147的液态冷却剂返回线路中进行，用于收集和如下面结合图16B所解释的再流通液态冷却剂。

[0092] 如在图11C和11D中所看到的，排气歧管1104和进气歧管1106具有各自内环形蜗壳1150和1152，其分别与排气口和进气口1105和1107连通。优选地每一个蜗壳1150和1152具有卷轴形，以便引入涡流气流通过其中，同时控制紊流混合。使受压气体成涡流有助于换气和加强燃烧效率。管道1153和1154把排气歧管和进气歧管1104和1106连接至排气和提供充气至对置活塞式发动机的系统，例如图10中的系统。

[0093] 如图11B-11D所示，汽缸套筒1140包括一个或多个开口1156，每一个都与缸套1102中对应的螺纹开口1116排成一线。每一个在其管口都具有螺纹的一个或多个燃料注射器1158通过螺纹套入或者旋入开口1116被安装至汽缸1100。每一个燃料注射器1158在1159连接于高压燃料线路1160，并可以通过诸如图9B的系统之类的系统提供燃料。汽缸1100具有安装突出物或调整片(tab)1164，当汽缸1100装配入对置活塞式发动机的时候，该突出物可容纳于框架(未在这些图中示出)中。

[0094] 图13A-13E说明了可用于对置活塞式内燃机的第二实施例中的活塞1300。活塞1300优选为无环型的。活塞1300具有圆柱形部分1302，其具有构成活塞顶部1308的闭合端。圆柱形部分1302具有和顶部1308相对的开口端1309。从顶部1308延伸至开口端
1309的圆柱形部分1302的部分，构成活塞裙部1310。圆柱形部分1302的纵向轴线Ap也是活塞1300的纵向轴线。

[0095] 为了在无环的情况下有效运行，在所有发动机运行情况中，活塞1300必需保持至少基本圆柱形对称。热膨胀、压缩压力、燃烧压力、惯性力以及窜漏压力等会造成活塞的变形。热变形最大的风险发生在其顶部，特别是在活塞1300的拐角部1312(在这个拐角部1312处顶部1308过渡到裙部1310)或其相邻处。如果没有冷却，在发动机运行期间活塞1300的这部分可以膨胀，使得活塞1300称为蘑菇形或郁金香形。这种热变形(thermally-induced deformation)是基本不均匀，但是仍然提高了在活塞和汽缸孔之间的接触的风险，如果未加控制的话。这种变形可以被消除，或至少大量的被减少，通过在顶部1308中尽量保持横截面部分x-x的薄度，以便最小化发生最大加热的顶部1308中的热阻抗，同时在顶部的后表面上通过一个或多个液态冷却剂喷射头的直接喷射冲击进行冷却顶部。因为变形是基本不均匀的，这种冷却可以根据顶部及其邻近区域基本对称热分布来定制或特制(tailored)。

[0096] 但是薄的顶部恰恰也能使得活塞变弱，因为在顶部是燃烧过程中最大压力所聚集的地方。在活塞1300中，顶部1308的结构鲁棒性通过提供负载承受元件或构件来保证，其中负载承受元件或构件在顶部1308和裙部1310之间延伸，以在燃烧期间把带给顶部承受的负载转移至裙部和活塞的其他元件上。通过有效的冷却顶部1308，通过活塞裙部1310转移热量变得不再重要或较不重要。结果，相比另外可能必需制造成这么厚，裙部1310可以被制造得更薄，由此降低了活塞的重量并加强的发动机PWR。

[0097] 通过允许活塞支撑结构在发动机运行期间以某些方式弹性变形，可以认识到进一步的益处，其目的是当活塞在汽缸的孔中往复运动时，在活塞和汽缸之间重新获得和/或维持轴向排列。

[0098] 顶部1308具有锯齿状的、碗状的轮廓1318，当活塞处于汽缸1100顶部死点或其附近时，在界定燃烧腔中，轮廓1318可以对应于对置活塞的同样的轮廓。顶部1308在x-x的厚度可以为2mm，或者更小，如果活塞1300是由高温铝合金或钢制成。例如，假设顶部1308由5454铝构成，并且具有80mm直径，顶部1308在x-x的厚度可以在1.5到2.0mm之间的范围内。

[0099] 活塞1300包括构成于援助性部分1302中的肋条1322，其用作上面所讨论的负载承受元件。优选地，肋条1322是绕着纵向轴线Ap均匀地沿圆周方向隔开的，并从圆柱形轴节或轮毂1326径向延伸至活塞的内表面1324。肋条1322邻接顶部1308的后表面1316，并且也在活塞1300内从后表面1316开始纵向延伸向开口端1309(至少部分路径沿着裙部的内表面1324)。在其他实施例中，肋条1322可以靠近或者升值到达开口端1309。肋条1322同样具有轴向长度，并会聚于圆柱形轴节1326上。圆柱形轴节1326具有螺口下游环形环面1327，并且处于纵向轴线Ap中心，且在顶部1308后面。肋条1322把在发动机运行期间施加到顶部1308上的轴向负载转移至裙部1310和圆柱形轴节1326上。肋条1322的精确的形状、长度和数目可以根据发动机设计和运行规格而改变。顶部1308、裙部1310的上面部分、肋条1322以及圆柱形轴节1326构成单个顶部单元，且裙部1310的下面部分构成单个圆柱形单元，并在1325处连接于顶部单元。顶部和圆柱形单元可以通过铸造和/或加工高温铝或钢合金来制造，并通过钎焊、焊接、或螺纹连接等连接。

[0100] 仍然参考图13A-13E，圆柱形轴节1326具有内部流体积聚空间1328。通过圆柱形轴节1326的壁开口了许多孔。这些孔包括沿圆周方向隔开第一孔1329。每个第一孔1329处于各对肋条1322之间，并且处于轴向倾斜，以便通过圆柱形轴节1326以朝向后表面1316的一定斜坡开口。这些孔还包括多个沿圆周方向隔开的、径向设置的第二孔1330，其从第一孔1329朝顶部1308的后表面1316纵向隔开，并处于圆柱形轴节1326连接后表面1316的地方。(通过顶部部件中的径向孔1330a提供通向钻第二孔1330。)每个第二孔1330在各对肋条1322中间沿圆周方向设置，并在顶部1308的后表面1316附近径向通过圆柱形轴节1326开口。在图13C和13D中最好地看到的管状连杆1331具有中心腔1332，以及螺纹末端部分1333和1334。通过末端部分1333和环面1327之间的螺纹啮合，杆1331容纳并保留于圆柱形轴节1326中，且杆1331通过螺纹螺母被锁定于活塞1300。

[0101] 如在图13C和13D中最好看到地，座架1345，以开口十字形结构的形式，通过螺纹中心部件1347安装在杆1331的螺纹末端部分1334上。锁紧螺母1348和1349旋在末端部分1334上，保持座架1345到活塞1300上。气口固定器1350旋在末端部分1334的末端。

[0102] 如参考图13C和13E可以意识到的，杆1331组成通道来提供液态冷却剂的至少一个定向喷嘴到顶部1308的后表面1316上。杆1331的腔1332与聚集空间1328连通，通过气口固定器1350引入的液态冷却剂流过孔1332，进入聚集空间1328，并流出第一和第二孔1329和1330，到达后表面1316上。

[0103] 现在参考图13a和13E，可以理解施加冷却剂至顶部1308的后表面1316。杆1322在顶部1308的后表面上界定腔1351的轴向对称环。当冷却剂C轴向流动通过杆1331的腔1332时，冷却剂被转移出圆柱形轴节1326，并通过轴向倾斜喷嘴J1中的每一个第一孔1329，其中喷嘴J1被引导朝向腔1351之一的后表面1316的一部分。当冷却剂C进入圆柱形轴节1326的内部聚集空间1328时，其轴向冲击并冷却后表面1316的中心部分。冷却剂C被径向转移穿过后表面1316的中心部分，并通过每个第一孔1329流出，所述第一孔1329在相对于纵向轴线Ap基本轴向定向的喷嘴J2中。每一个腔1351容纳轴向紊流倾斜液态冷却剂喷嘴J1，其喷射通过各自的第一孔1329并在腔1351内被引导朝向后表面1316的部分。每个腔1351还容纳径向紊流定向液态冷却剂喷嘴J2，其喷射通过第二孔1330。冷却剂湍流或紊流喷嘴J1和J2在腔1351内冲击后表面1316的部分。所喷射的液态冷却剂沿着内表面1324的部分以及界定腔1351的肋条1322的刮削面流动，然后沿着裙部1310的内表面1324流出腔1351。因此，在发动机运行期间，活塞1300通过一个或多个定向液态冷却剂喷嘴冷却，喷嘴在肋条1322之间冲击后表面。冷却剂C的粘性和压力以及第一和第二孔1329和1330的直径可以被改变来保证在腔1351内和邻接后表面1316的冷却剂的局部流动中的喷嘴的湍流。所公知的是，紊流加强了冷却剂引导从腔1351的侧面和后表面
1316移除热量的能力。冷却剂C的流动速度被提高到一定水平，以保证从顶部1308高速移除热量。喷嘴J1和J2被定向冲击后表面1316。因此，第一和第二孔1329和1330的冷却能力是在更宽的范围内可设置的，通过改变以下因素中任何一个或所有：孔的数量、孔的直径、孔的轴向方位、以及冷却剂C进入活塞1300的粘性、压力和流动速度。优选地，冷却剂C流出活塞1300的开口端1309，将和流出汽缸1100的液态冷却剂一起被贮槽收集。

[0104] 因此，定向在顶部1308的后表面1316上的液态冷却剂喷嘴的圆柱形对称传送和薄横截面，保证了在发动机运行期间均匀冷却顶部，，并消除或大量减少顶部和紧邻顶部的裙部部分的膨胀。活塞1300的圆柱形对称因此保持在支撑无环型活塞结构和运行的高BMEP。根据利用这种喷嘴来控制热变形的示例性活塞设计，相对于3.8”直径活塞的下圆柱部分，顶部的差分膨胀可以保持在小于0.001”。

[0105] 活塞1300的结构还减轻Bird类对置活塞式发动机的另一种结果，即活塞和曲轴与发动机的其他部件的刚性互连。在Bird发动机中，每个活塞通过单个轭状物和许多连杆连接于两个侧置曲轴。这个轭状物集成于或连接于活塞的外部裙部，并且轭状物的每一端通过一个或多个硬杆连接于曲轴之一。汽缸被固定在发动机本体中。结果，活塞的轴和包含活塞的汽缸之间的平移未对准不能被汽缸或活塞的支撑结构的柔量所容纳。在这一点上，“柔量”指得是每个单元负载的负载结构的伸展量或位移量。和Bird类发动机相比，图13A-13E所示的结构能够在活塞的支撑机构中提供相当地更大的柔量，通过在活塞1300的纵向轴线和汽缸1100的纵向轴线之间发生平移未对准时允许管状杆1331弯曲或伸缩(flexing)。

[0106] 现在图14A中以示例形式描述一种二冲程对置活塞式内燃机。为了说明和仅仅作为例子，这个描述假设针对压缩点火式发动机。也可以用火花点火式发动机替代。所描述的发动机由至少一个汽缸组成，在这汽缸中通过以在图11A-11D中关于汽缸1100描述的方式施加液态冷却剂液流，而消除或大量减少热量的非均匀性。这种发动机的汽缸具有一对对置无环型活塞，在每个活塞中，通过以参考图13A-13E关于活塞1300所描述的方式应用一个或多个液态冷却剂喷嘴热变形被消除或大量减少。

[0107] 如在图14A中所示，发动机1400包括至少一个汽缸1100，对置活塞1300A和1300B设置在这个汽缸1100中，作相互接近和离开并接近和离开汽缸1100的中心的往复对置运动。汽缸的纵向轴线Ac和活塞1300A和1300B的纵向轴线Ap是在同一直线上的。活塞1300A和1300B连接于第一和第二侧置对转式曲轴1430和1432，其反过来连接于同一输出(未在该图中示出)。座架(saddle)1345安装于活塞1300。每一个座架1345把多个连杆
1447的末端连接于各自的活塞。本图的透视只示出了每个活塞的两个连杆1447，并且应该理解的时一个或多个附加连杆是不可用的。连杆1447在每个活塞1300A和1300B的开口端1309附近、被连接于座架1345。

[0108] 这两个侧置曲轴1430和1432是这样设置的，它们的轴相互平行，并处于同一平面上，该平面和汽缸1100在其纵向轴线中心处及其附近相交，并且该平面垂直于汽缸的纵向轴线Ac。这两个曲轴以相反方向旋转。连杆1447被连接于在曲轴1430和1432上的曲柄臂(或曲柄半径crank throws)。每个连杆1447被设置来相对于汽缸1100和活塞1300A和1300B的轴线(及其侧面)构成锐角。连杆1447通过滚针轴承1346的方式连接到座架1345，并通过滚柱轴承1438连接于转动曲柄。

[0109] 图14A中的连杆1447、座架1345、以及曲轴1430、1432之间的几何关系使得当活塞1300A和1300B在汽缸1100中移动的时候、连杆保持主要处于张应力之下，由于高速发动机的活塞的惯性压力而产生的压力也处于有限的大小。这种几何性质消除了或者至少大量减少了活塞1300A和1300B和汽缸1100的孔之间侧应力。

[0110] 在图14A中，示出了汽缸1100和活塞1300A和1300B的其他细节和特征。汽缸1100包括排气口1105，其被排气歧管1104穿过，通过该排气口1105，燃烧产物流出汽缸
1100。在发动机1400的高功率运行期间，例如在BMEP＝150psi时，排气歧管1104和输送管(或管道duct)1153的平均外部温度可以达到或超过375摄氏度，这个温度已经足够高到能够化(coke)柴油燃料。歧管1104和管道1153的平均温度通过之后大量的换气气流被从高初始排气温度大量减小。因此，排气歧管1104和管道1153的外表面可以覆盖有绝缘或绝热涂层，例如耐高温涂料。对于这种目的，硅树脂基合成物是有用的。一种这种合成物是金属氧化物填充涂料，其由Aremco公司以商标Corr-Paint CP4040出售，且具有小于
1W/米-°K的热传导率(K)。另一种合适的合成物，可以通过把Eager Plastics公司出售的硅元球形微球(sil-cell sphericalmicroballoons)或者Potters Europe公司出售的玻璃微球体和Aremco公司以商标Aremco8080出售的硅基粘合剂系统混合来获得；这种合成物提供了具有小于0.361W/米-°K的热传导率(K)。

[0111] 如在图14A中所示，汽缸1100还具有被进气歧管1106遮住的进气口，通过这个进气口受压气体流入汽缸1100。因为它们相对于这些气口的位置，活塞1300A和1300B可以分别指代“排气”和“进气”活塞，并且汽缸1100的末端也可以类似地命名。至少一个燃料注射器1158往汽缸1100中注入燃料。气口1142、1144和1145引导液态冷却剂进入在汽缸1100的外表面上的各组凹槽。

[0112] 如关于第一实施例所描述的，活塞长度和汽缸长度之间的关系，以及当活塞1300A和1300B穿过它们的底部死点位置时它们之间的相位差别，调节(排气和进气)气口操作，把它们关于活塞事件正确排序。因此底部死点位置之间的相位偏移产生一个顺序，在这个顺序中：当排气活塞1300A在其底部死点位置附近移动时排气口1105打开，然后当近期活塞1300B在其底部死点位置附近移动时进气口1107打开，接下来在排气活塞移动离开其底部死点位置时排气口关闭，再接着在近期活塞1300B移动离开其底部死点位置时进气口1107关闭。

[0113] 参考图13C和14A，两个储存罐(reservoir)1460A和1460B提供在活塞1300A和1300B的开口端的外侧上。每一个储存罐具有固定器1461，用于冷却关联的活塞1300A或
1300B的液态冷却剂被从这个固定器中馈送至安装在活塞杆1331的螺纹端1334的固定器
1350。固定器1350和储存罐1460A或1460B上的喷嘴1461排成一线。馈送进入储存罐
1460A和1460B的液态冷却剂以发射流(projected stream)的形式被压出喷嘴1461，该发射流通过固定器1350进入对应杆1331的孔1332中。发射流的压力和活塞1300A或1300B的运动迫使液态冷却剂流出杆1331，通过第一和第二孔1329和1330进入定向至顶部1308的后表面上的一个或多个喷嘴中。

[0114] 图14B示出了第二实施例发动机的改进的局部横截面侧视图，这个发动机除了具有替代性活塞支撑和冷却结构之外，和发动机1400完全相同。在图14B中，汽缸1100具有两个对置活塞1480A和1480B，其中每一活塞1480A或1480B利用上面对于第一实施例发动机所描述的方式在套筒周围连接于各自的座架1482。在这一点上，参见图2A、2B、6A和6B中活塞套筒12s和14s到座架16和18之间的连接。另外，活塞1480A、1480B的顶部1480c是薄的且以活塞1300的方式通过杆(未示出)支撑在它们的后表面1486上。但是，活塞1480A和1480B没有圆柱形轴节1326和活塞1300的管状杆。对于每个活塞1480A、1480B，存在固定于储存罐1460的冷却结构1490，且具有环形阵列管1492，气面对活塞1480A和
1480B的后表面。每个管1492的出口在各对杆1488之间指向冷却剂湍流喷嘴。存在单管
1493，其在每一个环形阵列中处于中心；这个管1493的出口面向活塞顶部1480c的后表面的中心部分。从每一个储存罐1460A和1460B中馈送的液态冷却剂，通过所关联的环形阵列从管1492、1493中出现，当发动机运行期间活塞在汽缸1100中往复时，作为定向至汽缸顶部1480c的后表面1486的多个喷嘴。

[0115] 如上关于第一实施例所描述的，根据第二实施例的二冲程对置活塞式发动机具有以组合在一起以支撑工作元件的被动结构元件的框架的形式容纳在结构单元的工作元件(汽缸、活塞、连锁、曲轴等)上。该框架承受发动机运行的应力和压力，例如曲轴之间的压力，且汽缸不是铸造在发动机本体中，也没有和其他被动结构元件一起构成。每一个汽缸被支撑在发动机框架中，并从发动机本体的机械或热应力中分离出来。因此，如同第一实施例的情况一样，第二实施例中的汽缸最好必需是压力容器。这种发动机结构，以及汽缸1100和活塞1300A和1300B以上面描述的方式的冷却，消除了汽缸的非均匀径向变形，以及活塞顶部的膨胀，且允许汽缸活塞接口非常紧密的配合在一起。有优势地，如果具有定制的冷却，这个性质提供了可以脱离活塞环的发动机设计的选择。

[0116] 图15A-15E是侧透视图，其示出了基于图11A-11D以及13A-13E的汽缸和活塞结构的、具有侧置曲轴的对置活塞式发动机1400的日益完整地装配。该发动机1400具有两个汽缸，但这仅仅是为了说明的目的。事实上，可以缩放至任意大小的发动机和具有一个、两个、三个或更多汽缸的发动机。在图15A中，发动机1400包括具有图11A-11D中说明的结构的两个汽缸1100，且在其中设置有两个汽缸1300A和1300B。对置活塞的座架1354可以在图15A中看到。连杆1447把座架1354连接于曲轴1430和1432。排气管道1153容纳于发动机板1510中的对应的开口中，且进气管道容纳于发动机板1520的对应开口中。

[0117] 图15B和15C示出了没有汽缸1100和储存罐1460的发动机1400。发动机1400具有由侧板1522和1524组成的框架，以及设置在侧板1522和1524之间的中间板1526。狭槽1528被设置在板1522、1524和1526的相对侧面上。板1522、1524、和1526具有用于旋转地支撑曲轴1430的轴承1530以及用于旋转支撑曲轴1432的轴承1532。侧板1522、
1524和中间板1526被固定在一起，通过包括发动机板1510以及相对发动机板1511的许多发动机板固定在一侧，以及通过发动机板1520以及相对发动机板1521固定在第二侧。一个储存罐1460安装在发动机板1520和1511之间的框架的一侧，另一储存罐安装到发动机板1510和1521之间的框架的另一侧。

[0118] 齿轮箱1570装有输出齿轮传动链，通过这个齿轮传动链，曲轴1530和1532的对置旋转运动被连接至输出驱动轴。曲轴1430和1432的末端延伸进入齿轮箱1570。具有锯齿外边缘的齿轮1572被固定在曲轴1430的末端，且具有锯齿外边缘的齿轮1573被固定在曲轴1432的末端。输出齿轮1575具有环面1576，该环面1576带有锯齿内圆周1577以及锯齿外圆周1578。如在这些图中所示，在一个位置齿轮1572的外边缘啮合于齿轮1575的内圆周1577，在另一和这个位置直接相对的位置，齿轮1573的外边缘啮合于齿轮1575的外边缘。在内齿轮1572和内圆周1577之间的齿轮齿数比可为33/65，其中在内齿轮和内圆周上具有MOD 4锯齿，而在外齿轮1573和外圆周1578之间的齿轮齿数比可为33/65，其中在内齿轮和外圆周上具有MOD 5锯齿。这种齿轮的布置允许曲轴1430和1432的相对转动被转化为输出齿轮1575的连续旋转，输出齿轮1575具有奇数个齿轮(在这种情况下为三个)，且具有非整数齿轮齿数比，而且不用中间传送带、链或其他扭矩转移元件。结果得到简单且短的输出齿轮传动链。

[0119] 轴板1581通过螺纹螺钉连接至环面1576上，且盖子1582通过螺纹螺钉在齿轮箱上方扣在侧板1522上。轴板1581具有中心轴1586。盖子1582包括输出轴承1585，其容纳轴1586，因此使能框架支撑输出齿轮1575旋转。轴1586组成发动机1400的输出驱动。可以连接至中间传送，或通过一个或多个轴、齿轮、传动带、链、凸轮或其他合适的扭矩转移元件或系统(未示出)直接连接至驱动组件。

[0120] 图15D示出了具有通过突出物1164啮合于狭槽1528安装在侧板1522、1524和中间板1526上的两个汽缸1100的发动机1400。狭槽1528提供为了检查、修理或替换汽缸或活塞而从发动机1400中简单地移除汽缸。装配好的发动机1400可在图15E中看到，其中储存罐1460通过螺钉安装在侧板1522和1524之间。发动机板1520、1521、1510、以及1511、储存罐1460以及盖板1580通过螺纹螺钉和/或螺栓安装至框架的侧板1522、1524和中间板1526上。

[0121] 发动机的框架部件优选由耐高温铝合金(例如铝)制成，其被铸造和/或机械加工，这是发动机的装配和运行所必需的。发动机燃料和换气系统可以如上面关于第一实施例所描述的。优选地，用于发动机1400的液态冷却剂和燃料是柴油燃料，其还可以用作活塞和其他发动机元件的润滑剂。优选地，发动机运行被通过发动机控制单元(ECU)控制，如果需要ECU还具有关联的传感器和传动装置。

[0122] 安装辅助发动机装置至发动机1400可以参考图15A-15E来理解。例如，涡轮增压器1590被安装至发动机板1510，以便连接于一个或多个排气管道1153，且增压器1591被安装至发动机板1520以便连接至进气管道1154。燃料注射泵1593由来自曲轴1430、1432之一的末端的同步带驱动。冷却剂、润滑剂、以及换气泵(未示出)被安装至发动机的背面，并被曲轴1430、1432之一的末端驱动。冷却剂泵提供液态冷却剂至汽缸套筒1140中各自的气口中，以及至储存罐1460A和1460B。贮槽泵1594安装至地板1580。虽然未在这些图中示出，通过支撑板1524的曲轴1430和1432的伸长还可以用于驱动减震和发动机辅助装置。

[0123] 通过可用于第二实施例的液态冷却剂供应系统1600的液态冷却剂传送的控制在图16A的示例性图中示出。供应系统1600包括可编程发动机控制单元(ECU)1601。ECU160通过伸入缸套1102的开口1116之一的传感器1610感应汽缸1100的温度。ECU 1601还通过安装在活塞1300A和1300B中的传感器1611A和1611B感应活塞1300A和1300B的顶部温度。其他传感器(未示出)可以提供各种发动机运行状态的输入指示给ECU 1601。在供应系统1600中，换气泵1594回收从汽缸1100和活塞1300A和1300B的冷却剂，并通过分离器1630和过滤器1631泵取冷却剂至(干燥的)贮槽1632。

[0124] 汽缸冷却剂回路泵1634A泵取收集在贮槽1632中的冷却剂，通过热交换器1635A和旁路阀1636A，并进入歧管1638A。通过利用ECU 1601以及歧管1638A中的压力传感器1639A控制旁路阀1636A，提供给汽缸1100中的凹槽的液态冷却剂在歧管1638A中被保持在选定压力。从歧管1638A出来，液态冷却剂通过比例阀1642、1644以及1645，并分别通过气口1142、1144、和1145进入汽缸1100的外表面上的凹槽。所有的阀1636A、1642、1644以及1645被ECU 1601控制。

[0125] 活塞冷却剂回路泵1643B泵取收集在贮槽1632中的冷却剂，通过热交换器1635B以及旁路阀1636B，并进入歧管1638B。通过利用ECU 1601以及歧管1638B中的压力传感器1639B控制旁路阀1636B，提供给汽缸1100中的凹槽的液态冷却剂在歧管1638B中被保持在选定压力。从歧管1638B出来，液态冷却剂通过比例阀1660A和1660B，进入储存罐，通过管道1331的孔1332，至活塞1300A和1300B中的顶部后表面上。所有的阀1636B、1660A以及1660B被ECU 1601控制。

[0126] ECU 1601被编程至适于各种发动机运行负载的冷却剂压力和流动速度，通过映射汽缸和活塞温度的预校准值，以及指示发动机运行状态的其他传感数据。ECU 1601感应发动机运行状态和汽缸和活塞温度，确定当前发动机负载，并存取和计算适合汽缸1100和活塞1300A和1300B的三个回路的所需压力和流动速度。然后ECU 1601控制阀1636A、1642、1644、和1645来提供冷却剂至汽缸1100的冷却剂回路，根据在当前发动机运行点保持圆柱形对称性的需求。这种控制可以是开环的也可以是闭环的。例如，在全部发动机功率下，利用柴油燃料作为冷却剂，提供给气口1142和1144的压力和流动速度可以小于每分钟1加仑的1巴，且提供给气口1145的压力和流动速度可以小于每分钟4加仑的1巴。同时ECU
1601还设置阀1636B、1660A以及1660B来提供冷却剂至活塞1300A和1300B的冷却剂回路，根据控制顶部1308在当前发动机运行点的热变形的需求。例如，在全部发动机功率下，利用柴油燃料作为冷却剂，提供给储存罐1460A和1460B的压力和流动速度可以小于每活塞每分钟15加仑的3巴。

[0127] 通过可用于第二实施例中的替代的液态冷却剂供应系统1650对液态冷却剂传送的控制在图16A、16B的示例性图中说明。系统1650提供第一冷却剂(例如水)至汽缸1100，和第二冷却剂(例如润滑剂或柴油燃料)至活塞1300A和1300B。供应系统1650包括可编程发动机控制单元(ECU)1601和在汽缸1100、活塞1300A、1300B中的传感器1610、
1611A、以及1611B。供应系统1651利用液态冷却剂返回线路1661，以传统方式连接于汽缸套筒1140中的孔1147和在汽缸1100的末端处的孔1133。液态冷却剂返回线路1661会聚进入返回歧管1662，其把第一液态冷却剂从汽缸1100返回至储存罐1663。

[0128] 汽缸冷却剂回路泵1664泵取收集在储存罐1663中的第一液态冷却剂，通过热交换器1665和旁路阀1666，进入歧管1667。提供给汽缸1100中的凹槽的第一液态冷却剂在歧管1667中被保持在选定温度，通过利用ECU 1601和歧管1667中的压力传感器1669控制旁路阀1666。从歧管1667出来，第一液态冷却剂通过比例阀1672、1674、和1675，分别通过气口1142、1144及1145进入汽缸1100的外表面上的凹槽中。所有的阀1666、1672、1674、1675被ECU 1601控制。

[0129] 供应系统1650还包括供应系统1600的活塞冷却剂回路，其由来自通过储存罐1460A和1460B的换气泵1594的顺序元件组成，以传送用于如上参考图16A所描述的冷却活塞1300A和1300B的第二液态冷却剂。同系统1600一样，第二液态冷却剂被喷射入活塞
1300A和1300B，并由换气泵1594回收。

[0130] ECU 1601被编程，并操作供应系统1650，以供应系统1600的方式，以映射汽缸和活塞温度的预校准值，和指示发动机运行状态的其他传感数据，至适合各种发动机运行负载的第一和第二液态冷却剂压力和流动速度，并被编程来控制分别提供至汽缸1100和活塞1300A和1300B的在这种压力和流动速度下的第一和第二液态冷却剂。

[0131] 很显然的是，图16A和16B的供应系统可以响应于发动机运行状态独立于活塞1300A和1300B控制汽缸1100的冷却。因此，汽缸1100和活塞1300A和1300B可以保持在不同的温度。这种布置的一个优势是，保持汽缸1100在比活塞1300A和1300B更高的温度，以便当发动机状态改变时保持孔1103和活塞的外直径之间的预定空间。

[0132] 发动机功率

[0133] 和现有技术对置活塞式发动机相比，通过利用根据本说明书构造的对置活塞式发动机能够实现提高的BMEP、特定输出、和PWR，因此可以实现发动机性能的提高。例如根据本说明书构造的对置活塞式发动机将容忍至少200psi、至少250psi、或至少300psi的BMEP，由于改进的冷却性能。这种对置活塞式发动机能够提供特定功率密度(SPD)，相对于2 2 2
至少11.0HP/in 的、至少12.0HP/in 的、或至少13.0HP/in 的活塞区域。这些改进使能这种对置活塞式发动机达到至少0.5HP/lb.，至少0.667HP/lb.，1.0HP/lb.的PWR。

[0134] 在本说明书中提出的对置活塞式发动机的利用和应用是有很多方面的。其可以缩放用于任何利用二冲程发动机的应用中，包括二冲程柴油发动机。发动机可以被安装入或安装到许多装有动力的交通n工具、工具、设备、或其他需要传送旋转动力的装置。关于这一点可参见图17A-17D的例子。在图17A中，这个二冲程对置活塞式发动机1100。1400被安装入地面交通工具，其可以包括有轮的或有轨的交通工具，例如汽车、摩托车、小型摩托车、卡车、坦克、装甲军用交通工具、雪车，以及所有的等同物和类似例子。在图17B中，这种发动机被安装至水面交通工具，例如船、气垫船、潜水艇、个人水面交通工具以及所有的等同物和类似例子。在图17C中，这种发动机被安装在固定或旋转翼飞机中。在图17D中，这种发动机被安装在装有动力的工具中，例如剪草机、轧边机、修剪机、吹落叶机、吹雪机、链锯以及所有等同的和类似的装置。在图17E中，这种发动机被安装至电子动力产生设备。在图17F中，这种发动机被安装于泵取设备。

[0135] 虽然已参考特定图解说明和例子描述了本发明，但是应该明白，在不脱离本文发动机的原理的精神下，可以作出各种改进。因此，本发明仅由所附权利要求限制。