繞第一齒輪構(gòu)件32行星式地旋轉(zhuǎn)。第一齒輪構(gòu)件32與第二齒輪構(gòu)件36之間的嚙合選擇為提供1:2的齒輪比，據(jù)此，曲柄軸16每旋轉(zhuǎn)單次，支承構(gòu)件48以及從而其偏移部分44和最大偏移間隔46就旋轉(zhuǎn)通過半繞轉(zhuǎn)。在圖5-8中描繪該機(jī)械作用的影響，圖5-8中的每個(gè)說明發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率循環(huán)的單個(gè)沖程。
[0031]現(xiàn)在翻到圖5-8，通過膨脹或功率沖程、排氣沖程、進(jìn)氣沖程以及壓縮沖程而按序列示意性地描繪活塞22和經(jīng)由連接桿24而將活塞22連接至曲柄軸16的本發(fā)明的相關(guān)聯(lián)的嚙合的機(jī)械組件的前進(jìn)。在圖5-8中的每個(gè)圖中，相應(yīng)的沖程以初始開始位置、中間位置以及最終位置描繪，按序列由字母標(biāo)示，一個(gè)沖程的最終位置也構(gòu)成相同的字母標(biāo)示下的下一個(gè)隨后的沖程的初始位置。因而，在圖5中示意性地描繪組件的膨脹或功率沖程，活塞22的初始位置(一般地被稱為“上死點(diǎn)”位置)以A說明，中間驅(qū)動(dòng)位置以B說明，最終位置以C說明。圖6以C、D和E描繪繼膨脹/功率沖程之后的排氣沖程中的組件的初始位置、中間位置和最終位置。圖7以E、F和G描繪繼排氣沖程之后的進(jìn)氣沖程中的組件的初始位置、中間位置和最終位置。圖8以G、H和A描繪繼進(jìn)氣沖程之后的壓縮沖程中的活塞22的初始位置、中間位置和最終位置。
[0032]在圖5-8中，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體12的汽缸14的縱向中心線軸線以102指示，活塞22沿著該縱向中心線軸線往復(fù)，并且，曲柄軸16的旋轉(zhuǎn)軸線以70表不。與軸線74重合的表不支承構(gòu)件48與連接桿24之間的連接的接合點(diǎn)以52示意性地指示，與軸線72重合的表示支承構(gòu)件48與曲柄軸16之間的連接的間隔開的接合點(diǎn)以54指示，相應(yīng)的接合部52、54之間的間隔表示最大偏移間隔46。借助于曲柄軸偏移而作用于曲柄軸16的機(jī)械曲柄臂以50表示為在曲柄軸軸線70和支承構(gòu)件48與曲柄軸16之間的接合部54之間延伸，由最大偏移距離產(chǎn)生的可變凸輪臂以46表示為在連接桿24與支承構(gòu)件48之間的接合部52和支承構(gòu)件48與曲柄軸16之間的接合部54之間延伸。在曲柄軸16圍繞其軸線70旋轉(zhuǎn)的期間，隨著組件旋轉(zhuǎn)，支承構(gòu)件/曲柄軸接合部54追蹤圍繞曲柄軸軸線70同心的圓形路徑56。由于偏移46所導(dǎo)致的軸線72、74的間隔，使得連接桿/偏移接合部52追蹤在外橢圓路徑58與內(nèi)橢圓路徑60之間交替的兩條分開的橢圓路徑。
[0033]如將理解到的，如在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，要不是存在本發(fā)明的機(jī)械齒輪組組件，連接桿24就會(huì)另外在54處聯(lián)結(jié)至曲柄軸16。作為替代，如在圖5中所描繪的，當(dāng)前的機(jī)械齒輪組組件中的由最大偏移46產(chǎn)生的凸輪臂和由曲柄軸偏移50產(chǎn)生的曲柄臂一起有效地增大隨著膨脹/功率沖程通過B處的活塞22的中間位置而前進(jìn)至C處的最終位置而爆炸之后的活塞22的沖程長(zhǎng)度。具體地，在膨脹沖程的期間，支承構(gòu)件48與連接桿24之間的接合部52追隨其外偏心路徑58，據(jù)此，隨著組件通過位置B而然后前進(jìn)至圖5中的位置C，通過半繞轉(zhuǎn)而使曲柄軸16旋轉(zhuǎn)，在半繞轉(zhuǎn)的期間，由最大偏移46產(chǎn)生的凸輪臂用于加到曲柄軸偏移50，以增大有效的沖程長(zhǎng)度，以致于完成膨脹沖程，其中，有效的總曲柄長(zhǎng)度處于其最大值。該有效沖程長(zhǎng)度增大用于增大膨脹沖程中發(fā)動(dòng)機(jī)10所做的功。此時(shí)，排氣沖程開始。
[0034]如在圖6中由活塞位置C、D和E說明的，在隨后的排氣沖程的期間，隨著接合部52,54在其相應(yīng)的路徑前進(jìn)，曲柄軸/偏移接合部54經(jīng)過偏移/連接桿接合部52，以致于當(dāng)排氣沖程結(jié)束時(shí)，接合部52、54本質(zhì)上其相對(duì)位置與圖5A中的膨脹沖程開始時(shí)反向，據(jù)此，排氣沖程的期間的活塞沖程的總長(zhǎng)度大體上與膨脹沖程的活塞沖程長(zhǎng)度相同。結(jié)果，活塞將燃燒氣體和副產(chǎn)品從燃燒室完全地排空。
[0035]圖7說明從圖6的排氣沖程的最終位置E開始的用于通過活塞22而在燃料/空氣混合物中抽吸的進(jìn)氣沖程。在該部分的運(yùn)行循環(huán)的期間，偏移/連接桿接合部52追蹤其內(nèi)路徑60，導(dǎo)致隨著組件前進(jìn)至位置F并通過位置F，有效的沖程長(zhǎng)度漸進(jìn)地減小，直到在進(jìn)氣沖程結(jié)束時(shí)的位置G處，有效的沖程長(zhǎng)度已以等于曲柄軸偏移50減去最大偏移46的量減小至其最小長(zhǎng)度為止。在圖7中，從初始位置E至最終位置G，曲柄軸通過半繞轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。由于進(jìn)氣沖程的期間的有效的沖程長(zhǎng)度的減小，因而在使活塞縮回以準(zhǔn)許燃料/空氣混合物進(jìn)入燃燒室14中的過程中發(fā)動(dòng)機(jī)必須做的功的量相應(yīng)地減小，從而實(shí)現(xiàn)燃料使用的相應(yīng)的減小。在進(jìn)氣沖程的期間活塞22向下地移動(dòng)的速度相應(yīng)地比先前的膨脹沖程和排氣沖程的期間更慢。
[0036]圖8描繪從進(jìn)氣沖程結(jié)束時(shí)的位置G開始的隨后的壓縮沖程。隨著組件通過中間位置H而前進(jìn)，以返回至開始位置A，從而開始另一膨脹沖程，偏移/連接桿接合部52完成其通過其內(nèi)路徑60的移動(dòng)并再一次移動(dòng)至其外路徑58。
[0037]本發(fā)明提供優(yōu)于美國(guó)專利N0.5927236的發(fā)明的若干進(jìn)步。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如此布置齒輪組30，以致于第二齒輪構(gòu)件36的支承構(gòu)件48與連接桿24之間的連接將接合點(diǎn)52 ( S卩，連接桿24的軸線74)所追蹤的外橢圓路徑58和內(nèi)橢圓路徑60定向確定為相交于位于燃燒室軸線102或緊鄰燃燒室軸線102的點(diǎn)，從而引起機(jī)械曲柄臂和凸輪臂協(xié)作地產(chǎn)生活塞的上死點(diǎn)位置處的曲柄軸上的正轉(zhuǎn)矩。更具體地，圖5-8描繪本發(fā)明的實(shí)施例，其中，橢圓外路徑58和橢圓內(nèi)路徑60的交點(diǎn)與汽缸/燃燒室的軸線102重合。相比之下，如在圖9中所描繪的，在美國(guó)專利N0.5927236中所說明并描述的優(yōu)選的實(shí)施例中，如關(guān)于曲柄軸的旋轉(zhuǎn)方向而觀察的，外路徑58和內(nèi)路徑60的交點(diǎn)定向確定為在汽缸軸線102之前九十度(90° )。
[0038]有利地，如在圖9中比較地觀察到的，本發(fā)明中的機(jī)械布置的該經(jīng)修改的定向產(chǎn)生優(yōu)于美國(guó)專利N0.5927236的優(yōu)選的實(shí)施例的在活塞的上死點(diǎn)位置處作用于活塞的擴(kuò)大的機(jī)械曲柄臂，并且，相應(yīng)地在發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)循環(huán)的全范圍內(nèi)改進(jìn)機(jī)械曲柄臂和伴隨的曲柄軸轉(zhuǎn)矩。如在圖11的曲線圖中所說明的，如與不具有任何可變沖程布置的常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，曲柄臂的提高特別地顯著。在圖11中，曲線104與發(fā)動(dòng)機(jī)在其四個(gè)循環(huán)或沖程期間的曲柄角對(duì)比而繪制體現(xiàn)本發(fā)明的lOOOcc位移四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的以毫米為計(jì)量單位測(cè)量的機(jī)械曲柄臂，曲線106比較地繪制在常規(guī)lOOOcc位移四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的機(jī)械曲柄臂，其中，活塞連接桿不利用任何機(jī)械或其他布置就直接地連接至曲柄軸，以使活塞沖程改變。
[0039]如曲線106所說明的，在接近膨脹/功率沖程時(shí)，在壓縮沖程的期間，常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)遭受曲柄軸上的相當(dāng)大的量的負(fù)轉(zhuǎn)矩，典型地要求在上死點(diǎn)位置之前多達(dá)三十五度(35° )將燃燒火花點(diǎn)燃。在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞必須做負(fù)功來克服負(fù)轉(zhuǎn)矩，負(fù)轉(zhuǎn)矩持續(xù)占優(yōu)勢(shì)，直到在上死點(diǎn)(TDC)處達(dá)到轉(zhuǎn)矩值零為止，并且，不產(chǎn)生相當(dāng)大的量的正轉(zhuǎn)矩，直到在上死點(diǎn)位置(ATDC)之后大約十六度(16° )為止。主要原因是，常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)通常不能以低于大約800RPM的發(fā)動(dòng)機(jī)速度怠速。相比之下，在將接合點(diǎn)52 (即，連接桿24的軸線74)所追蹤的外橢圓路徑58與內(nèi)橢圓路徑60的交點(diǎn)定向確定為位于燃燒室軸線102或緊鄰燃燒室軸線102的本發(fā)明的布置的情況下，增大的曲柄臂產(chǎn)生從上死點(diǎn)位置之前三十五度(35° )增大至上死點(diǎn)位置的正轉(zhuǎn)矩，并且，在上死點(diǎn)位置之后十六度(16° )，當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩多于常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的兩倍。
[0040]如在圖10中所描繪的，本發(fā)明的備選的實(shí)施例是可能的，其中，橢圓外路徑58與橢圓內(nèi)路徑60的交點(diǎn)位于燃燒室軸線的大約二十五度(25° )內(nèi)。具體地，圖10描繪備選的實(shí)施例，其中，如沿曲柄軸的旋轉(zhuǎn)的方向觀察到的，本發(fā)明的機(jī)械布置配置成將橢圓外路徑58與橢圓內(nèi)路徑60的交點(diǎn)定向確定于隔開在燃燒室軸線之前小于或等于近似二十五度(25° )的預(yù)定的度數(shù)的點(diǎn)處。圖10中的位置A’描繪膨脹沖程的初始開端，S卩，上死點(diǎn)位置處的本發(fā)明的活塞及其他相關(guān)聯(lián)的機(jī)械部件，并且，能夠觀察到，與美國(guó)專利N0.5927236相比，布置仍然產(chǎn)生在這樣的位置處作用于活塞的顯著地?cái)U(kuò)大的機(jī)械曲柄臂。而且，通過該布置而實(shí)現(xiàn)的另外的優(yōu)點(diǎn)是，如在圖10中由位置E’表示的，使排氣沖程結(jié)束時(shí)和進(jìn)氣沖程開始時(shí)的活塞的位置以預(yù)定的間隔位于上死點(diǎn)位置下面。按照該方式的機(jī)械布置的選擇性的定向許可燃燒室在開始進(jìn)氣沖程時(shí)保持預(yù)定的體積的廢氣，這轉(zhuǎn)而有助于減少來自發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放。
[0041]還發(fā)現(xiàn)，凸輪臂46的長(zhǎng)度與曲柄臂50的長(zhǎng)度之比的選擇性的改變使進(jìn)氣沖程結(jié)束時(shí)燃燒室中的容積容量和壓縮膨脹比的相關(guān)函數(shù)變量能夠選擇性地改變。例如，預(yù)期凸輪臂長(zhǎng)度可以從至少近似20%的曲柄臂長(zhǎng)度改變至多達(dá)近似100%的曲柄臂長(zhǎng)度。通過使支承構(gòu)件48的外支承表面40和內(nèi)支承表面42的尺寸和偏心關(guān)系改變，以實(shí)現(xiàn)不同選擇的曲柄臂50和