專利名稱：旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括旋轉(zhuǎn)氣缸壁和往復(fù)運(yùn)動活塞的發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
對于包括旋轉(zhuǎn)氣缸壁和往復(fù)運(yùn)動活塞的已知發(fā)動機(jī)，往復(fù)運(yùn)動活塞的線性運(yùn)動轉(zhuǎn)變成氣缸壁的轉(zhuǎn)動。該壁的轉(zhuǎn)動用于打開和關(guān)閉發(fā)動機(jī)的進(jìn)口孔和出口孔。旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的一個實(shí)例如PCT專利申請No.PCT/GB97/01934的說明書中所述，該專利申請的標(biāo)題是RCV Engines Limited。該說明書公開了已知用于模型飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)氣缸發(fā)動機(jī)。不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在該文獻(xiàn)中所述的發(fā)動機(jī)也可以用于多種不同用途。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，包括活塞，該活塞布置在形成有封閉端和開口端的可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)；燃燒室，該燃燒室由活塞和氣缸確定；以及用于使氣缸相對于活塞軸向運(yùn)動的裝置，以便改變發(fā)動機(jī)的壓縮比。
優(yōu)選是，用于使氣缸軸向運(yùn)動的裝置包括彈簧裝置，該彈簧裝置布置在氣缸的外部，并靠近可旋轉(zhuǎn)氣缸的封閉端。
優(yōu)選是，在使用時，該彈簧裝置有自調(diào)節(jié)壓縮比的調(diào)節(jié)裝置(selfregulating compression adjustment)。
也可選擇，使氣缸軸向運(yùn)動的裝置包括促動器，該促動器布置在氣缸的外部，并靠近可旋轉(zhuǎn)氣缸的封閉端。
優(yōu)選是，旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)還包括可旋轉(zhuǎn)氣缸阻尼裝置，該結(jié)構(gòu)在使用時，阻尼裝置抑制可旋轉(zhuǎn)氣缸的軸向擺動。
優(yōu)選是，阻尼裝置包括液壓阻尼系統(tǒng)。
旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的效率的一個主要決定因素是壓縮比。通常，壓縮比越高，火焰鋒(flame front)通過進(jìn)料前進(jìn)的速度更快，燃燒反應(yīng)的效率越高，發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率也越高。不過，當(dāng)壓縮比升高太大時，峰值氣缸壓力將變得非常高，從而導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力和不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。高氣缸壓力還可能引起進(jìn)料爆炸，而不是燃燒，這稱為爆燃或爆震(detonation or knock)。因此，固定壓縮比發(fā)動機(jī)的壓縮比能夠設(shè)置為可在全節(jié)流時不產(chǎn)生機(jī)械損壞或爆震的最大值。
本發(fā)明的第一方面向旋轉(zhuǎn)氣缸閥(RCV)發(fā)動機(jī)提供了可變壓縮比，并通過使有效壓縮比在整個節(jié)流范圍內(nèi)都保持在它的最佳水平，從而幫助增加部分節(jié)流時的燃料效率。這通過使RCV可旋轉(zhuǎn)氣缸朝著活塞運(yùn)動或遠(yuǎn)離活塞而實(shí)現(xiàn)。
在RCV設(shè)計中可以實(shí)現(xiàn)可變壓縮比，因?yàn)榭尚D(zhuǎn)氣缸為簡單的封閉端結(jié)構(gòu)，它能夠在不影響發(fā)動機(jī)的其它部件的情況下運(yùn)動。在普通發(fā)動機(jī)中，氣缸體、氣缸蓋和閥機(jī)構(gòu)的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系使得可變壓縮比很難實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)；以及燃燒室，該燃燒室由活塞和氣缸確定(形成)，且該結(jié)構(gòu)中，燃燒室的容積中心偏離活塞的中心軸線。
氣缸包括氣體進(jìn)入孔，優(yōu)選是，燃燒室的容積中心朝著氣體進(jìn)入孔偏離。
優(yōu)選是，該偏離的燃燒室局部由形成于氣缸封閉端內(nèi)的彎曲表面確定。
燃燒室的、平行于活塞中心軸線的最大長度部分優(yōu)選是靠近氣體進(jìn)入孔。
形成于氣缸封閉端中的彎曲表面優(yōu)選是從氣體進(jìn)入孔沿朝著活塞的方向延伸。
在氣缸封閉端的內(nèi)表面中可以形成有第二彎曲表面，該第二彎曲表面從內(nèi)表面邊緣沿朝著其它彎曲表面的方向延伸。
優(yōu)選是，第二彎曲表面的曲率半徑通常大于其它彎曲表面的曲率半徑。
本發(fā)明的第二方面的目的是使大部分的燃料氣體氣缸進(jìn)料運(yùn)動到更靠近氣缸口，從而更靠近點(diǎn)火點(diǎn)。這減小了火焰鋒的傳播延遲，還減小了捕獲(trapped)的靜態(tài)氣窩(gas pocket)的容積，該靜態(tài)氣窩可能引起爆燃。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)，該可旋轉(zhuǎn)氣缸形成有氣體進(jìn)入孔，且該結(jié)構(gòu)中，穿過氣缸壁延伸的進(jìn)口孔的縱向水平中心軸線并不與氣缸的縱向垂直中心軸線相交。
優(yōu)選是，旋轉(zhuǎn)氣缸發(fā)動機(jī)包括由活塞和氣缸確定的燃燒室，且該結(jié)構(gòu)中，燃燒室的容積中心與活塞的中心軸線偏離，如本發(fā)明的第二方面所述。
本發(fā)明的第三方面使進(jìn)口燃料氣體進(jìn)料產(chǎn)生稱為渦旋的循環(huán)運(yùn)動。該第三方面與根據(jù)本發(fā)明第二方面的偏離燃燒室相組合，使得渦旋的邊緣朝著點(diǎn)火點(diǎn)運(yùn)動，這改善了點(diǎn)火處理/點(diǎn)火工藝(ignitionprocess)。這是因?yàn)閮蓚€主要原因。首先，渦旋將使得較重的懸浮燃料液滴朝著渦旋的外側(cè)進(jìn)行離心運(yùn)動，這意味著在氣缸邊緣上的點(diǎn)火源處于進(jìn)料的最富油(richest)部分中，從而更可能實(shí)現(xiàn)滿意地點(diǎn)火。其次，進(jìn)料經(jīng)過點(diǎn)火點(diǎn)的運(yùn)動將點(diǎn)火時產(chǎn)生的火焰沿渦旋的運(yùn)動方向而拉動離開點(diǎn)火點(diǎn)。這增加了火焰鋒的傳播速度，并更可能使火焰鋒傳播到整個進(jìn)料，從而避免局部燃燒或點(diǎn)不著火。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞，該活塞布置在形成有氣體進(jìn)入孔的可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)中當(dāng)活塞處于沖程的上死點(diǎn)處時，活塞的底部靠近進(jìn)入孔的最底側(cè)邊緣。
本發(fā)明的第四方面能夠使進(jìn)口孔和排氣孔做得盡可能大，這改進(jìn)了發(fā)動機(jī)的換氣，從而使功率輸出最大。氣缸口的寬度(即環(huán)繞周邊的尺寸)由氣缸的外徑以及發(fā)動機(jī)的正時限制，因此，增加口面積的唯一方法是增加它的高度(即平行于活塞沖程的尺寸)。為了避免影響燃燒室形狀，通過使氣缸口的底邊緣向下移動而使該口做得更大。該口沿該方向能夠延伸的最遠(yuǎn)位置是在頂部活塞環(huán)在上死點(diǎn)(TDC)時的頂邊緣，使它進(jìn)一步移動將會產(chǎn)生經(jīng)過頂部環(huán)的泄漏通路。通過這樣的孔結(jié)構(gòu)，在TDC時，活塞頂將與氣缸口交疊。為了使氣缸口面積最大，與普通情況相比，可以使活塞環(huán)進(jìn)一步向下移動。
為了能有最大換氣量，可以使活塞環(huán)環(huán)繞活塞的底邊緣。對于基本結(jié)構(gòu)，主燃燒室將在活塞的側(cè)部，并由氣缸口自身的邊緣形成。
本發(fā)明的第五方面有助于提高發(fā)動機(jī)的換氣性，從而提高可能的最大功率。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)的活塞以及環(huán)繞該可旋轉(zhuǎn)氣缸的氣缸套，穿過該氣缸套和可旋轉(zhuǎn)氣缸，該氣缸套和可旋轉(zhuǎn)氣缸形成有氣流進(jìn)入孔，且氣缸套包括密封裝置。
優(yōu)選是，密封裝置包括環(huán)形密封元件，該環(huán)形密封元件保持在形成于氣缸套的徑向最靠內(nèi)表面中的環(huán)形槽內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，環(huán)形密封元件的徑向最靠內(nèi)表面形成與可旋轉(zhuǎn)氣缸的徑向最靠外表面的緊密密封。
在一個實(shí)施例中，環(huán)形密封元件保持在形成于環(huán)形正時環(huán)的徑向最靠內(nèi)表面中的環(huán)形槽內(nèi)，該環(huán)形正時環(huán)布置在發(fā)動機(jī)內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，環(huán)形密封元件的徑向最靠內(nèi)表面形成與可旋轉(zhuǎn)氣缸的徑向最靠外表面的緊密密封。
優(yōu)選是，密封元件和可旋轉(zhuǎn)氣缸的徑向最靠外表面之間的尺寸公差的最大程度也能在它們之間形成緊密密封。
密封裝置可以使可旋轉(zhuǎn)氣缸的徑向最靠外表面和氣缸套的徑向最靠內(nèi)表面之間有很大的尺寸公差。
優(yōu)選是，密封元件沿軸向布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸的氣體進(jìn)入孔下面。
優(yōu)選是，密封裝置包括第二環(huán)形密封元件，該第二環(huán)形密封元件保持在形成于氣缸套的徑向最靠內(nèi)表面中的環(huán)形槽內(nèi)，該第二環(huán)形密封元件布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸的氣體進(jìn)入孔上面。
也可選擇，密封裝置包括第二環(huán)形密封元件，該第二環(huán)形密封元件保持在形成于可旋轉(zhuǎn)氣缸的徑向最靠外表面中的環(huán)形槽內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，第二密封元件的徑向最靠外表面形成與氣缸套的徑向最靠內(nèi)表面的緊密密封。
由于使用保持在氣缸套的槽內(nèi)的密封元件，可旋轉(zhuǎn)氣缸的壁厚可以減小。當(dāng)普通的外部密封環(huán)用于布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸上時，需要增加該可旋轉(zhuǎn)氣缸的壁厚，以便保持該密封環(huán)。這將增加點(diǎn)火點(diǎn)和燃燒室中的混合物之間的平均距離，并將使點(diǎn)火點(diǎn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離燃燒室中的任何渦旋的邊緣。這還將使得氣缸更重。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，該限制并不適用于頂部密封環(huán)，因?yàn)榭尚D(zhuǎn)氣缸在氣缸口上面的壁厚并沒有限制，因此，當(dāng)需要時，對于頂部密封件，可以采用更普通的外部密封環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)的活塞以及環(huán)繞該可旋轉(zhuǎn)氣缸的氣缸套，穿過該氣缸套和可旋轉(zhuǎn)氣缸形成有氣流進(jìn)入孔，且該旋轉(zhuǎn)氣缸提供有減小摩擦并冷卻的裝置。
優(yōu)選是，該減小摩擦并冷卻的裝置是滑油泵(oil pump)，因此，在使用時，迫使滑油(oil)到達(dá)整個旋轉(zhuǎn)氣缸上。
也可選擇，該減小摩擦并冷卻的裝置通過將氣缸套環(huán)繞旋轉(zhuǎn)氣缸緊貼安裝的相互作用來實(shí)現(xiàn)，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，滑油壓入氣缸套和旋轉(zhuǎn)氣缸的相鄰表面之間。
優(yōu)選是，滑油泵布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸的一端處。
本發(fā)明第六方面的優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)氣缸的外表面能夠直接冷卻。在一個實(shí)施例中，氣缸套迫使滑油到達(dá)旋轉(zhuǎn)氣缸的整個表面上。這是一種比水冷系統(tǒng)更實(shí)際的方法，水冷系統(tǒng)需要環(huán)繞氣缸的旋轉(zhuǎn)密封件。這易于發(fā)生滲出，從而引起水污染潤滑劑的問題。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)；曲軸組件，該曲軸組件包括曲軸和齒輪；平衡組件，該平衡組件包括平衡元件和齒輪，該平衡組件布置在發(fā)動機(jī)的、與曲軸相對的一側(cè)，從而在使用時，該平衡元件向發(fā)動機(jī)提供了平衡作用，在可旋轉(zhuǎn)氣缸的開口端形成有斜齒輪，該斜齒輪與曲軸組件的齒輪元件平衡組件的齒輪嚙合。
優(yōu)選是，平衡元件是基本為L形的桿，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，該桿沿與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)，該可旋轉(zhuǎn)氣缸的一端形成有斜齒輪，該斜齒輪與驅(qū)動齒輪嚙合；以及曲軸組件，該曲軸組件包括可繞第一軸線旋轉(zhuǎn)且支承在管形套筒內(nèi)的曲軸，該管形套筒的中心軸線與第一軸線偏離，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，斜齒輪和驅(qū)動齒輪之間的間隙可通過使管形支承套筒繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的第八方面提供了齒輪間隙調(diào)節(jié)裝置，該齒輪間隙調(diào)節(jié)裝置不需要墊片、機(jī)械加工或拆卸。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種用于起動旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的方法，該旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)，該可旋轉(zhuǎn)氣缸的一端形成有斜齒輪，該斜齒輪與驅(qū)動齒輪嚙合；曲軸組件；以及起動機(jī)構(gòu)，該方法包括將起動機(jī)構(gòu)施加在可旋轉(zhuǎn)氣缸上。
本發(fā)明第九方面的優(yōu)點(diǎn)是，對于包括螺旋槳的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，該方法使得操作人員在起動過程中能夠留在螺旋槳的后面。從螺旋槳后面起動發(fā)動機(jī)更安全和更方便，因?yàn)橛脩舨恍枰笠云胀ǚ绞綇陌l(fā)動機(jī)前面起動那樣繞螺旋槳工作。對于沒有螺旋槳的發(fā)動機(jī)，本方法也在機(jī)械包裝和傳動方面有一些優(yōu)點(diǎn)。
將本發(fā)明的各個方面組合起來尤其有利，本發(fā)明可以包括這里所述的任意特征或限制的組合。
本發(fā)明可以以多種方式實(shí)施，下面將通過實(shí)例并參考附圖介紹某些實(shí)施例。


圖1是旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的側(cè)剖圖；圖2是穿過圖1中所示發(fā)動機(jī)的剖面AA的側(cè)剖圖；圖3是圖1和2中所示的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的上部的剖視平面圖；圖4a是包括自調(diào)節(jié)彈簧的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)部分的示意剖視圖，該自調(diào)節(jié)彈簧用于使氣缸相對于活塞進(jìn)行軸向運(yùn)動，并表示該發(fā)動機(jī)處于全節(jié)流結(jié)構(gòu)；圖4b是表示圖4a中所示的發(fā)動機(jī)的剖視圖，并表示該發(fā)動機(jī)處于部分節(jié)流結(jié)構(gòu)；圖5a是旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的活塞和可旋轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)的示意側(cè)剖圖，其中包括位于活塞上端處的密封裝置；圖5b是旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的活塞和可旋轉(zhuǎn)氣缸的結(jié)構(gòu)的示意側(cè)剖圖，其中包括位于圖5a中所示的活塞的底端處的密封裝置；以及圖6是圖1和2中所示的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的局部剖側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)的主要工作原理基本如標(biāo)題為RCV發(fā)動機(jī)有限公司(RCV Engines Limited)的國際專利申請No.PCT/GB97/01934的說明書中所述。該申請的說明書介紹了一種用于模型飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)。旋轉(zhuǎn)氣缸和發(fā)動機(jī)殼體配合，以便提供燃料進(jìn)口閥和排氣出口閥。旋轉(zhuǎn)氣缸還將發(fā)動機(jī)的動力輸出供給螺旋槳。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，動力輸出裝置也可以由曲軸組件提供，而不是旋轉(zhuǎn)氣缸。
本發(fā)明的各個方面涉及對基本的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)設(shè)計的改進(jìn)。
參考圖1、2和3，旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)1包括發(fā)動機(jī)殼體2，該發(fā)動機(jī)殼體2裝有環(huán)形的正時環(huán)3；可旋轉(zhuǎn)氣缸4，該可旋轉(zhuǎn)氣缸4形成有封閉端6和開口端8；以及活塞10，該活塞10布置在氣缸4內(nèi)。氣缸4由活塞10通過傳動組件而機(jī)械驅(qū)動，該傳動組件包括反向桿12，該反向桿12驅(qū)動齒輪14，該齒輪14再與形成于氣缸4的開口端8處的斜齒輪16嚙合。在氣缸4的封閉端6處有成一體的中心桿7，該中心桿7軸向離開該氣缸4。環(huán)形的滾珠軸承9布置在桿7的一端處。
滑油泵裝置布置在桿7上并在殼體2內(nèi)。該滑油泵裝置包括環(huán)形環(huán)5，該環(huán)形環(huán)5形成有中心圓孔以及網(wǎng)狀滑油槽道5a。在使用時，滑油通過桿7的旋轉(zhuǎn)作用而由網(wǎng)狀槽道5a吸入到中心孔內(nèi)。然后，滑油流過環(huán)形正時環(huán)3中的槽道，再壓入氣缸套筒28和可旋轉(zhuǎn)氣缸4之間；這提供了用于環(huán)形正時環(huán)3和可旋轉(zhuǎn)氣缸4的冷卻工具。當(dāng)滑油處于曲軸箱中時，該滑油向發(fā)動機(jī)1中的其它活動部件通過潤滑。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)1還包括燃燒室20，該燃燒室由活塞10的上表面的一部分以及氣缸4的徑向內(nèi)表面來確定。氣缸4包括管形中間部分22，該管形中間部分22有基本圓形的水平截面；截頭錐形的底部24；以及上部26，上部26形成有從進(jìn)入孔29向內(nèi)延伸的彎曲內(nèi)表面27。進(jìn)入孔29穿過氣缸4的壁延伸，并當(dāng)與燃料孔對齊時提供燃料進(jìn)口，當(dāng)與排出孔對齊時提供排氣出口。氣缸4布置在環(huán)形正時環(huán)3和基本柱形的套筒28內(nèi)，該套筒28形成發(fā)動機(jī)殼體2的一部分。環(huán)形正時環(huán)3形成有進(jìn)口孔38。根據(jù)本發(fā)明第五方面，環(huán)形密封件31布置在環(huán)形正時環(huán)3的匹配表面內(nèi)。該密封件31保持在形成于正時環(huán)3的徑向最靠內(nèi)表面中的環(huán)形槽內(nèi)。
燃燒室20的容積中心偏離氣缸4的中心軸線30。燃燒室20內(nèi)裝載燃料氣體的氣缸容積靠近進(jìn)入孔29。因此，當(dāng)氣缸沿方向36旋轉(zhuǎn)至靠近點(diǎn)火源34的位置并與該點(diǎn)火源34對齊時，燃料氣體靠近點(diǎn)火源34(例如熱線點(diǎn)火塞或火花塞)的點(diǎn)火點(diǎn)。這減小了火焰鋒傳播相對于點(diǎn)火的延遲，還減小了捕獲的靜態(tài)氣窩的容積，該靜態(tài)氣窩可能引起燃料的爆燃。
對于某些發(fā)動機(jī)，氣缸的上部26也可以形成有第二彎曲部分32，該第二彎曲部分32形成“擠氣帶(squish band)”。該第二彎曲部分32從中間部分22的徑向最靠內(nèi)表面徑向向內(nèi)延伸，并與彎曲表面27相交。
良好設(shè)計的燃燒室20將使得其中的壓縮進(jìn)料能夠以可控制和高效的方式燃燒，同時燃燒處理成火焰鋒通過該進(jìn)料快速前進(jìn)的形式。較差的燃燒室設(shè)計可能引起兩種主要問題中的一個。首先是爆燃或爆震，這時燃燒以猛烈的瞬時爆炸形式，而不是控制傳播的形式。其次是不完全燃燒，這時在進(jìn)料中的所有燃料都燒完之前火焰鋒熄火。
當(dāng)部分或全部進(jìn)料的溫度和壓力升高到能夠使進(jìn)料自發(fā)產(chǎn)生爆炸的水平時將發(fā)生爆燃。這使得氣缸壓力非?？旌蜌缧缘厣撸瑥亩赡軐?dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞。當(dāng)發(fā)動機(jī)壓縮比增加時將發(fā)生爆燃。燃燒室的設(shè)計越好，在發(fā)生爆燃之前可使用的壓縮比越高。在燃燒室設(shè)計方面，燃燒室20的總體形狀和熱點(diǎn)的存在是最關(guān)鍵的因素。
當(dāng)火焰鋒在穿過全部混合物傳播之前熄滅時，將產(chǎn)生不完全燃燒或點(diǎn)不著火。這將在混合物偏離化學(xué)當(dāng)量時發(fā)生，尤其是在貧油時發(fā)生。發(fā)動機(jī)設(shè)計越好，在開始出現(xiàn)不完全燃燒或點(diǎn)不著火之前可以使用越貧油的混合物。在燃燒室性能方面，點(diǎn)火源的位置和進(jìn)料氣體的運(yùn)動是最關(guān)鍵的因素。
特別參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，發(fā)動機(jī)殼體2形成有燃料進(jìn)口孔38，該燃料進(jìn)口孔38穿過殼體2的壁延伸；以及排氣孔40。進(jìn)口孔38的縱向中心軸線41并不與氣缸4的縱向中心軸線30相交。該進(jìn)口孔38的縱向中心軸線41與從軸線30伸出的半徑線“β”形成鈍角(obtuse angle)“α”。由于該角度“α”，進(jìn)口孔使進(jìn)入的燃料產(chǎn)生稱為渦旋的環(huán)繞運(yùn)動。
燃燒室20主要設(shè)計成能夠在壓縮比盡可能高以及混合物盡可能貧油的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時避免爆燃和不完全燃燒。高壓縮比和貧油混合物將使設(shè)計的功率輸出和燃料效率達(dá)到增大。因此，通常燃燒室設(shè)計中所需的主要特征是(i)緊湊的形狀緊湊的燃燒室形狀減小了爆燃的趨勢。在任何燃燒室中最不希望的特征是在離點(diǎn)火源相當(dāng)遠(yuǎn)距離處有較大容積的靜止氣窩。該捕獲的端部氣體將引起爆燃。這是因?yàn)楫?dāng)火焰鋒從點(diǎn)火點(diǎn)朝著端部氣窩前進(jìn)時，膨脹的燃燒氣體起到作用在該捕獲氣體上的活塞的作用。這引起振動波，并使得該端部氣窩內(nèi)的壓力快速升高，然后將引起自發(fā)爆燃。該問題在傳統(tǒng)的側(cè)閥發(fā)動機(jī)設(shè)計中最值得注意。較大的捕獲端部氣窩在側(cè)閥發(fā)動機(jī)的閥裝置上時，在產(chǎn)生爆燃之前只能在極低的壓縮比下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，它們的功率輸出水平較低，且燃料效率較差。
緊湊燃燒室形狀的第二優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部表面面積最小。這提高了燃燒室的熱動力效率。具有較大內(nèi)部表面面積的燃燒室將通過傳導(dǎo)損失更多熱能。這將減小燃燒進(jìn)料的溫度和壓力，從而降低可獲得的機(jī)械力和功率。
(ii)平滑(順暢)的內(nèi)部形狀燃燒室的內(nèi)部形狀應(yīng)當(dāng)盡可能平滑。這是因?yàn)榧怃J邊緣將形成熱點(diǎn)，該熱點(diǎn)可能引起提前點(diǎn)火，這又將導(dǎo)致爆燃。當(dāng)產(chǎn)生熱點(diǎn)時，混合物將在該點(diǎn)處點(diǎn)火，通常在非常提前的曲軸角。然后，來自熱點(diǎn)的火焰鋒將朝著來自實(shí)際點(diǎn)火源的火焰鋒前進(jìn)。這將在兩火焰鋒之間的氣體中引起爆燃。為了避免熱點(diǎn)，理想是在燃燒室內(nèi)的所有表面的半徑都將大于3mm。
(iii)渦旋渦旋包括以有序方式環(huán)繞燃燒室內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的進(jìn)口進(jìn)料。在與正確布置的點(diǎn)火點(diǎn)組合時，渦旋減小了不完全燃燒的趨勢。渦旋通過使進(jìn)口歧管成角度進(jìn)入燃燒室而引入進(jìn)料中，從而通過氣缸壁迫使進(jìn)口進(jìn)料沿循環(huán)通路運(yùn)動。渦旋定義為氣體環(huán)繞氣缸周緣進(jìn)行的循環(huán)運(yùn)動。當(dāng)環(huán)繞與氣缸軸線成90度的軸線進(jìn)行循環(huán)流動時，這稱為翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生與渦旋相同的性能改進(jìn)，但是因?yàn)槿紵业狞c(diǎn)火位置和總體形狀，可能并不適用于RCV設(shè)計。
(iv)點(diǎn)火源位置在具有渦旋進(jìn)口進(jìn)料的任何燃燒室中，點(diǎn)火源將靠近燃燒室的邊緣。這保證該點(diǎn)火源在渦旋進(jìn)料中最快速運(yùn)動的部分內(nèi)。當(dāng)進(jìn)行點(diǎn)火時，火焰將被帶離火花塞或熱線點(diǎn)火塞。這提高了火焰鋒的傳播，并減小了不完全燃燒的可能性。
第二優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)進(jìn)料將使得較重的燃料液滴朝著進(jìn)料的外側(cè)進(jìn)行離心運(yùn)動，從而使混合物在渦旋的邊緣處成為富油。該“分層進(jìn)料(stratified)”的富油部分將通過點(diǎn)火源而燃燒，火焰鋒將通過該外部富油部分而可靠傳播，然后使它很好地穿過進(jìn)料的其余貧油部分傳播。這使得發(fā)動機(jī)能夠利用更貧油的混合物來運(yùn)轉(zhuǎn)。
總之，燃燒室/孔的設(shè)計必須緊湊和沒有尖銳邊緣；有引起渦旋的機(jī)構(gòu)；以及使點(diǎn)火點(diǎn)盡可能靠近渦旋進(jìn)料的邊緣。燃燒室的最初設(shè)計為“擠入”形式，其中，燃燒室的直徑比主氣缸內(nèi)徑小得多，同時活塞恰好到達(dá)該擠入?yún)^(qū)域的底側(cè)，以保證所有的混合物都壓入該燃燒室。這提供了緊湊形狀，沒有明顯的捕獲末端氣體容積，且長寬比與很多普通的提升閥設(shè)計相同。
進(jìn)口孔38成一定角度，從而使混合物環(huán)繞燃燒室20產(chǎn)生渦旋。燃燒室20在旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)偏移，以便使氣缸口自身盡可能短。這保證點(diǎn)火源盡可能靠近該渦旋的外邊緣。偏移燃燒室設(shè)計影響了旋轉(zhuǎn)閥的密封設(shè)計。
通常使用設(shè)置在旋轉(zhuǎn)氣缸外側(cè)中的外部密封環(huán)。不過，因?yàn)槠频娜紵?，在旋轉(zhuǎn)氣缸的、低于氣缸口的區(qū)域中沒有足夠的可用材料來接收普通的外部密封環(huán)，因此使用設(shè)置在旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)表面中的內(nèi)部密封環(huán)。
參考圖4a和4b，根據(jù)本發(fā)明第一方面，旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)1包括彈簧裝置50，由于使氣缸55相對于活塞10軸向運(yùn)動，以便改變發(fā)動機(jī)的壓縮比。該彈簧裝置50向氣缸提供了沿方向52指向活塞10的軸向力。彈簧裝置50布置在柱形腔室54中，該柱形腔室54由形成于發(fā)動機(jī)殼體53中的管形部分的末端以及氣缸55的端部而確定。該彈簧裝置50纏繞在從氣缸55上軸向伸出的桿7上。
旋轉(zhuǎn)氣缸55布置成使它能夠朝著活塞10運(yùn)動和離開該活塞10，以便改變發(fā)動機(jī)10的壓縮比。旋轉(zhuǎn)氣缸55既可以通過外部促動器(未示出)而運(yùn)動，也可以安裝在彈簧裝置50上以提供自調(diào)節(jié)作用。
在曲軸驅(qū)動的RCV發(fā)動機(jī)中，為了能夠在不干涉齒輪嚙合的情況下使氣缸55相對于活塞10運(yùn)動，氣缸55安裝在氣缸斜齒輪16內(nèi)的花鍵上。這樣，氣缸55能夠軸向上下運(yùn)動，同時斜齒輪16仍然處于正確嚙合的位置。
圖4a、4b中所示的發(fā)動機(jī)1包括自調(diào)節(jié)彈簧裝置50。圖4b中，所示發(fā)動機(jī)1處于它的部分節(jié)流結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)氣缸55已經(jīng)通過彈簧裝置50而接近活塞10運(yùn)動，以便使燃燒室20的容積最小。這增加了發(fā)動機(jī)1的有效壓縮比和部分節(jié)流工作效率。
發(fā)動機(jī)1的壓縮控制機(jī)構(gòu)包括強(qiáng)力彈簧裝置50以及末端止動和阻尼機(jī)構(gòu)60。彈簧裝置50將氣缸55向下壓向氣缸55的最高壓縮比位置，即壓向活塞10。彈簧裝置50的壓力設(shè)置成能夠以與彈簧控制壓力調(diào)節(jié)器相同的方式保持所希望的正確最大氣缸壓力，即彈簧壓力將等于氣缸孔面積×所希望的氣缸壓力。在開始時，氣缸55將置于它的端部止動器上，處于高壓縮位置，即盡可能靠近活塞10。當(dāng)活塞10接近上死點(diǎn)(TDC)時，氣缸壓力開始升高到高于所希望的最大值。這時，彈簧裝置50允許氣缸55離開它的端部止動器和活塞10，并保持近似恒定的氣缸壓力。節(jié)流閥59開口越大，氣缸55將越遠(yuǎn)離活塞10，以便保持正確的氣缸壓力。
阻尼機(jī)構(gòu)60包括盤形活塞58，該盤形活塞58形成于桿7的一部分上。在使用時，活塞58在形成于發(fā)動機(jī)殼體53中的柱形腔室61內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。
在沒有任何阻尼裝置的最簡單形式中，在活塞10的沖程的頂點(diǎn)處，氣缸55將與該活塞10一起運(yùn)動。氣缸55將只運(yùn)動較短距離，并且運(yùn)動相對緩慢，但是可以證明這樣并不合適。
為了避免這樣擺動(oscillation)，可以采用阻尼機(jī)構(gòu)60。該機(jī)構(gòu)60包括阻尼滑油槽道62，該阻尼滑油槽道62從形成于發(fā)動機(jī)殼體53內(nèi)的腔室61中伸出；以及單向閥64，該單向閥64裝于槽道62內(nèi)。當(dāng)氣缸遠(yuǎn)離活塞時，單向閥64允許滑油自由地從槽道62流入腔室61，但是當(dāng)氣缸往回朝著活塞運(yùn)動時該單向閥64將關(guān)閉。這時，小得多的節(jié)流泄漏通路66允許氣缸往回朝著它的部分節(jié)流位置緩慢運(yùn)動，即朝著更高壓縮比設(shè)置的位置運(yùn)動。這意味著當(dāng)發(fā)動機(jī)1采用全節(jié)流時，氣缸55立即離開活塞10朝著它的全節(jié)流設(shè)置位置運(yùn)動，并通過單向閥64抽吸滑油，但是在部分節(jié)流時，氣缸55只能逐漸往回接近它的部分節(jié)流設(shè)置位置，從而將滑油通過節(jié)流泄漏通路66壓出。
發(fā)動機(jī)1的促動器控制類型可以采用任意普通促動器方法，以便使氣缸55相對于活塞10運(yùn)動，例如步進(jìn)馬達(dá)和絲杠、油壓促動器和凸輪等。
發(fā)動機(jī)效率的一個主要決定因素是壓縮比。通常，壓縮比越高，火焰鋒通過進(jìn)料前進(jìn)的速度更快，燃燒反應(yīng)的效率越高，發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率也越高。不過，當(dāng)壓縮比升高太大時，峰值氣缸壓力將變得非常高，從而導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力和不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。高氣缸壓力還可能引起進(jìn)料爆炸，而不是燃燒，這稱為爆燃或爆震。因此，固定壓縮比發(fā)動機(jī)的壓縮比能夠設(shè)置為可在全節(jié)流時不產(chǎn)生機(jī)械損壞或爆震的最大值。
當(dāng)在部分節(jié)流情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時，吸入氣缸內(nèi)的進(jìn)口進(jìn)料的最初壓力為遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1.0巴，通常在0.3和0.6巴之間。峰值氣缸壓力相應(yīng)減小，有效壓縮比將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最佳值。因此，在部分節(jié)流時，發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率相當(dāng)?shù)汀?br> 可變壓縮比RCV發(fā)動機(jī)通過使有效壓縮比在整個節(jié)流范圍內(nèi)都保持在它的最佳水平，從而增加部分節(jié)流時的燃料效率。這通過如上所述使RCV氣缸朝著活塞運(yùn)動或遠(yuǎn)離活塞而實(shí)現(xiàn)。據(jù)估計，通過本方法，部分節(jié)流時的燃料消耗效率能提高10％至30％。在很多用途中，發(fā)動機(jī)的大部分運(yùn)轉(zhuǎn)時間處于部分節(jié)流狀態(tài)，因此，在總?cè)剂闲史矫嬗泻苊黠@的效果。
在RCV設(shè)計時，可變壓縮比可以直接實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闅飧诪楹唵蔚姆忾]端結(jié)構(gòu)，它能夠在不影響發(fā)動機(jī)的其它部件的情況下運(yùn)動。在普通發(fā)動機(jī)中，氣缸體、氣缸蓋和閥機(jī)構(gòu)的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系使得可變壓縮比很難實(shí)現(xiàn)。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)1包括曲軸組件70，該曲軸組件70包括曲軸72、第一驅(qū)動齒輪74、L形平衡桿76和第二驅(qū)動齒輪78。平衡桿76由斜齒輪16通過第二驅(qū)動齒輪78來驅(qū)動。平衡桿76和第二驅(qū)動齒輪78布置在斜齒輪16的、與曲軸72相對的一側(cè)。在使用時，曲軸72、第一驅(qū)動齒輪74、L形平衡桿76以及第二驅(qū)動齒輪78繞公共水平軸線80旋轉(zhuǎn)。平衡桿76將沿與曲軸72相反的方向繞軸線80旋轉(zhuǎn)。
L形平衡桿76的、沿水平軸線80延伸的部分82由環(huán)形軸承84支承。第二驅(qū)動齒輪78沿部分82布置。在部分82的遠(yuǎn)端形成有螺紋部分86，保持螺母88擰在該螺紋部分86上。
參考圖5a，圖中表示了活塞和可旋轉(zhuǎn)氣缸結(jié)構(gòu)的截面草圖。該結(jié)構(gòu)表示普通旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)包括位于活塞10的上端的活塞環(huán)90。圖5b表示了活塞和旋轉(zhuǎn)氣缸結(jié)構(gòu)的草圖，表示了旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)包括位于活塞10的底端的活塞環(huán)92。圖5b表示了本發(fā)明第四方面的實(shí)施例。當(dāng)活塞10處于上死點(diǎn)時，活塞環(huán)92接近氣缸進(jìn)口孔95的最底側(cè)邊緣94。進(jìn)口孔95有著比進(jìn)口孔29更大的垂直截面面積。通過提供更大的截面面積，及有助于改進(jìn)發(fā)動機(jī)的換氣，從而增加它的最大功率輸出。氣缸口的寬度(即環(huán)繞周邊的尺寸)由氣缸的外徑以及發(fā)動機(jī)的正時限制，因此，增加口面積的唯一方法是增加它的高度(即平行于活塞沖程的尺寸)。
參考圖6，圖中表示了本發(fā)明第九方面的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，它包括活塞10，該活塞10布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)，該可旋轉(zhuǎn)氣缸在其一端形成有斜齒輪16。斜齒輪16與驅(qū)動齒輪(未示出)和曲軸組件70嚙合，該曲軸組件70包括可繞第一軸線100旋轉(zhuǎn)的曲軸72，并支承管形套筒102，該管形套筒102的中心軸線104偏離第一軸線100一定距離106。該結(jié)構(gòu)在使用時，斜齒輪16和驅(qū)動齒輪之間的間隙可以通過使管形套筒102繞中心軸線104旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常，該距離106為大約1mm。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，其特征在于，該發(fā)動機(jī)包括活塞，該活塞布置在可旋轉(zhuǎn)氣缸內(nèi)；曲軸組件，該曲軸組件包括曲軸和齒輪；以及平衡組件，該平衡組件包括平衡元件和齒輪，該平衡組件布置在發(fā)動機(jī)的、與曲軸相對的一側(cè)，從而在使用時，該平衡元件向發(fā)動機(jī)提供了平衡作用，在可旋轉(zhuǎn)氣缸的開口端形成有斜齒輪，該斜齒輪與曲軸組件的齒輪和平衡組件的齒輪嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)，其特征在于該平衡元件是基本為L形的桿，在該結(jié)構(gòu)中，在使用時，該桿沿與曲軸方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)氣缸閥發(fā)動機(jī)(1)，包括發(fā)動機(jī)殼體(2)，該發(fā)動機(jī)殼體(2)含有環(huán)形正時環(huán)(3)；可旋轉(zhuǎn)氣缸(4)，該可旋轉(zhuǎn)氣缸形成有封閉端(6)和開口端(8)；以及活塞(10)，該活塞布置在氣缸(4)內(nèi)。該氣缸(4)由活塞(10)通過傳動組件機(jī)械驅(qū)動，該傳動組件包括反向桿(12)，該反向桿(12)驅(qū)動齒輪(14)，該齒輪(14)再與形成于氣缸(4)的開口端(8)處的斜齒輪(16)嚙合。在氣缸(4)的封閉端(6)處有成一體的中心桿(7)，該中心桿(7)軸向離開該氣缸(4)。環(huán)形的滾珠軸承(9)布置在桿(7)的一端處。
文檔編號F01B15/00GK1940265SQ20061015373
公開日2007年4月4日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者基思·T·勞斯 申請人:Rcv發(fā)動機(jī)有限公司