專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是涉及內(nèi)燃型的發(fā)動(dòng)機(jī)。
大部分內(nèi)燃機(jī)(特別是用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的)是往復(fù)式的；即活塞在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。有時(shí)所采用的另外類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)是旋轉(zhuǎn)式的，其中特殊形狀的轉(zhuǎn)子設(shè)置于一“氣缸”或圓筒內(nèi)。
公布號(hào)為WO94/11624的PCT/GB93/02295號(hào)國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)，對(duì)一種包括分別與一共同驅(qū)動(dòng)裝置連接的旋轉(zhuǎn)單元和往復(fù)單元的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行了描述并提出了相應(yīng)權(quán)利要求。對(duì)于這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)申請(qǐng)人創(chuàng)造了一名稱(chēng)“復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)”。
盡管可用任何其它類(lèi)型的共同驅(qū)動(dòng)裝置與往復(fù)單元和旋轉(zhuǎn)單元相連，但在該已知復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中最好該共同驅(qū)動(dòng)裝置是曲軸或凸輪軸。
上述復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)較好是包括至少一個(gè)另外的旋轉(zhuǎn)單元。每當(dāng)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元時(shí)，它由其出口(或眾出口)與往復(fù)單元的進(jìn)口側(cè)連接。另外，它也可由其進(jìn)口(或眾進(jìn)口)與往復(fù)單元的輸出(排氣側(cè))連接。
在WO94/11624中所述的該復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)單元和往復(fù)單元之間設(shè)置有供氣體流過(guò)的輸送管道。在這些實(shí)施例的第一個(gè)中，第一旋轉(zhuǎn)單元設(shè)置得使進(jìn)氣流入往復(fù)單元而第二旋轉(zhuǎn)單元設(shè)置得接收從往復(fù)單元排出的排氣。在該結(jié)構(gòu)中，在使用其間，燃燒只安排于往復(fù)單元中進(jìn)行。
在WO94/11624中所述復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的另外一個(gè)實(shí)施例中，一對(duì)往復(fù)單元與一對(duì)旋轉(zhuǎn)單元沿共同的驅(qū)動(dòng)裝置交替地布置。然而，三個(gè)或更多個(gè)往復(fù)單元可與旋轉(zhuǎn)單元交替布置。最好，每個(gè)這些往復(fù)單元具有一對(duì)直列的活塞/氣缸。
上述復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)單元的氣缸可是任何方便的布置，如直列的，V形的，臥式(對(duì)置)的或星形的。然而，星形布置(尤其是用三個(gè)氣缸時(shí))是最好的。往復(fù)單元可是四沖程或兩沖程(即每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)功率脈沖)。
在往復(fù)單元排氣的下游的旋轉(zhuǎn)單元可設(shè)置用于控制最終廢氣排放的后燃裝置。
公布的WO94/11624號(hào)國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)還對(duì)一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的密封閥進(jìn)行了描述并提出了權(quán)利要求，該密封閥包括一對(duì)各自連接到其閥桿上的一對(duì)閥件，該閥桿是同軸的并相對(duì)彼此是可滑動(dòng)的，閥件位于關(guān)閉于孔兩側(cè)的各自的上下閥座上的位置。
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括高扭矩性、高動(dòng)率輸出(馬力)及低噪音，減少環(huán)境污染、減少燃油消耗及重量或者甚至取消相關(guān)的飛輪。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)適合用于廣泛的用途，例如用于汽車(chē)的原動(dòng)力單元、船只及飛機(jī)的原動(dòng)力單元以及為工業(yè)制造環(huán)境供給機(jī)械動(dòng)力。
現(xiàn)在已設(shè)計(jì)出WO94/11624中所述復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種變型形式，它比基本設(shè)計(jì)具有更多優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明現(xiàn)在提供一種內(nèi)燃機(jī)，包括有第一旋轉(zhuǎn)單元，第一旋轉(zhuǎn)單元具有用于向往復(fù)單元提供壓縮空氣的第二排氣口和用于接收來(lái)自往復(fù)單元廢氣的第一排氣口；和第二旋轉(zhuǎn)單元，設(shè)置成接收來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)單元第三排氣口的氣體，往復(fù)單元以及第一和第二旋轉(zhuǎn)單元分別與一共同驅(qū)動(dòng)裝置連接。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，往復(fù)單元包括一個(gè)執(zhí)行2沖程操作的單一氣缸。往復(fù)單元的氣缸最好設(shè)置有一個(gè)進(jìn)氣閥、一個(gè)排氣密封閥和一個(gè)換氣閥。
從第一旋轉(zhuǎn)單元排出的廢氣最好流經(jīng)第二旋轉(zhuǎn)單元的外殼部分。該外殼部分可以裝有降噪材料和/或催化材料，即作為一種催化轉(zhuǎn)換器以減少有毒排放的材料。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其(盡管不排它)適用于需要小型動(dòng)力裝置的應(yīng)用場(chǎng)合，例如作為一種用于市場(chǎng)上買(mǎi)得到的自行車(chē)或機(jī)動(dòng)自行車(chē)車(chē)架的安裝于托架上的卡扣裝拆動(dòng)力裝置，還可用于家用/野營(yíng)發(fā)電機(jī)或抽水裝置。包括多個(gè)串聯(lián)/并聯(lián)的根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)也可用于某些應(yīng)用場(chǎng)合。
為了避免懷疑，在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，名稱(chēng)“往復(fù)單元”稱(chēng)之為具有通常結(jié)構(gòu)的往復(fù)內(nèi)燃機(jī)的單元，不管該往復(fù)單元是否實(shí)際地參與工作。
參見(jiàn)所附的附圖，由下列非限定性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明如下。其中

圖1A～圖1C表示按照國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO94/11624中所述發(fā)動(dòng)機(jī)的分段徑向剖視圖；圖2表示用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中在往復(fù)單元的排氣部件處的第一密封閥的軸向剖視圖；圖3表示W(wǎng)O94/11624中所述的另外一種發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖4表示按第二模式工作的圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖5表示按第三模式工作的圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖6表示按第四模式工作的圖4的發(fā)動(dòng)機(jī)；
圖7表示具有一個(gè)用于WO94/11624中所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的具有一后燃器的旋轉(zhuǎn)單元的結(jié)構(gòu)；圖8表示圖7的旋轉(zhuǎn)單元帶有不同結(jié)構(gòu)形式的閥的圖；圖9A表示在往復(fù)單元的進(jìn)口部件處的第二種形式的密封閥處于打開(kāi)狀態(tài)的詳細(xì)圖；圖9B表示該相同的密封閥處于關(guān)閉狀態(tài)；圖10表示于圖2中所示的密封閥的詳細(xì)圖。
圖11A表示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的總體布置，而11B表示圖11A中所示發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)單元的頂部布置。
圖12-17用剖視圖分別表示圖11A中所示發(fā)動(dòng)機(jī)工作順序的各連接的階段。
圖1-10涉及WO94/11624中所述發(fā)動(dòng)機(jī)和密封閥的結(jié)構(gòu)，以便把本發(fā)明放在適當(dāng)?shù)纳舷挛闹薪庹f(shuō)。
如圖1所示，WO94/11624中所述內(nèi)燃機(jī)包括一第一旋轉(zhuǎn)單元1，一往復(fù)單元3及一第二旋轉(zhuǎn)單元5。為了便于說(shuō)明這些單元每個(gè)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)整體的工作的功能，它們都一起示于附圖之中。然而，實(shí)際中，第一旋單元1位于往復(fù)單元3后面，而第二旋轉(zhuǎn)單元5位于往復(fù)單元之前，或者理所當(dāng)然地可采用相反的結(jié)構(gòu)。
這些單元由共同的凸輪軸7連接起來(lái)。它們可被加工制成在單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體中或結(jié)合成帶適當(dāng)?shù)耐馆嗇S密封裝置的分離單元，在其間帶或不帶差速齒輪。
該兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元基本上是常規(guī)的汪克爾型的。該第一旋轉(zhuǎn)單元1具有一位于殼體11中的轉(zhuǎn)子9。該殼體11設(shè)有一對(duì)空氣進(jìn)口13、15，其與旋轉(zhuǎn)“氣缸”17的基本上相對(duì)的面一側(cè)連通。
該殼體還設(shè)有一對(duì)空氣出口19、20，其也分別與氣缸17的所述基本上相對(duì)的一側(cè)連通，但與空氣進(jìn)口13、15隔開(kāi)。該兩出口19、21經(jīng)內(nèi)部管道(未示出)與往復(fù)單元的氣缸23、25、27連通。
往復(fù)單元的該三個(gè)氣缸23、25、27在油箱29上方沿徑向呈T形布置，并且都含有各自的活塞31、33、35，這些活塞由各自的連桿37、39、40連接至凸輪軸7上。該往復(fù)單元的氣缸23、25、27經(jīng)排氣閥(部分常規(guī)形式的但帶有整體的第二密封閥(圖2))及管道(未示出)連到第二旋轉(zhuǎn)單元5上。最好這些管道形成于整體發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)以盡可能減少熱容量損失。
如第一旋轉(zhuǎn)單元1一樣，該第二旋轉(zhuǎn)單元5同樣在其殼體45內(nèi)設(shè)有一轉(zhuǎn)子43。該殼體45設(shè)有一對(duì)廢氣進(jìn)口47、49，其各與旋轉(zhuǎn)“氣缸”51的基本上相對(duì)的一側(cè)連通。
再與第一旋轉(zhuǎn)單元1相似的是該第二旋轉(zhuǎn)單元5的殼體45具有一對(duì)廢氣排出口53、55。這些出口分別與前述的氣缸51的相對(duì)的一側(cè)連通，但與廢氣進(jìn)氣口47、49隔開(kāi)。該廢氣出口53、55在使用中可接到常規(guī)形式的排氣支管上，但顯然其結(jié)構(gòu)適應(yīng)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。
因此，合適的是第一旋轉(zhuǎn)單元1和第二旋轉(zhuǎn)單元5基本上是相似的。然而，第一單元1的轉(zhuǎn)子9的三個(gè)側(cè)面57、59、61是完全光滑的，以避免滲漏。在另一方面，第二旋轉(zhuǎn)單元5的轉(zhuǎn)子43的三個(gè)側(cè)面63、65、67設(shè)有凹坑(未示出)以承受在使用期間產(chǎn)生于該第二單元中的極高壓力。這些凹坑可有選擇性地裝納電子傳感器和/或提供受控進(jìn)口孔，即用于噴射液體或氣體物質(zhì)以幫助中和未燃燒燃油及有害氣體。
此外，轉(zhuǎn)子和/或氣缸可設(shè)置比如鉑一樣的催化材料層以幫助消除未燃燒燃油及有害氣體。
發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣支管是常規(guī)形的，帶有節(jié)流機(jī)構(gòu)及可調(diào)排氣門(mén)。由于燃燒不發(fā)生于旋轉(zhuǎn)單元中，因此只有徑向單元3的氣缸設(shè)有火花塞(未示出)?？紤]到產(chǎn)生于徑向(往復(fù))單元的氣缸中的高壓縮比，因此較好的是直接噴射燃油。借助于常規(guī)的水泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷卻。
圖2示出了往復(fù)單元3的廢氣閥71之一的結(jié)構(gòu)。常規(guī)形式的閥頭73密封在(當(dāng)處于關(guān)閉位置時(shí))閥座75上。閥頭73與閥桿77為整體的閥桿77在空心支承管79中同心運(yùn)動(dòng)并且在第二密封閥頭81中終止。在關(guān)閉位置，密封閥頭鄰靠于閥座75的后表面83上。該主閥頭及第二閥頭均是用導(dǎo)套85中的彈簧加載。
該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作將參照?qǐng)D1作出說(shuō)明。它涉及四沖程循環(huán)的通常要素，即吸氣、壓縮、燃燒及排氣。然而，不象常規(guī)的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，這些沖程不全都是在往復(fù)單元3的氣缸23、25、27中作用的。
進(jìn)氣是在第一旋轉(zhuǎn)單元1中進(jìn)行的，但壓縮的空-燃混合氣是在往復(fù)單元3中的氣缸23、25、27中依次進(jìn)行壓縮和燃燒的。廢氣傳送至第二旋轉(zhuǎn)單元5，在此四沖程的最后沖程，即廢氣排出。
第一吸氣旋轉(zhuǎn)單元1設(shè)有內(nèi)齒并具有極大的能力以便將噴射的空氣在通常的壓縮/燃燒階段的終端，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的上下部分壓縮入往復(fù)單元3中。在每個(gè)連續(xù)的部分的吸氣，甚至在“氣缸”的相對(duì)的一側(cè)上的前一個(gè)部分完成之前即已開(kāi)始。因此，在時(shí)間上采用這種重疊方式。這種操作對(duì)于3進(jìn)入過(guò)程具有4個(gè)吸氣。這產(chǎn)生了基本上恒定的連續(xù)增壓空氣流，供給往復(fù)單元3，從而獲得高壓縮比，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)低速或怠速時(shí)也如此。然而，壓縮比隨增加的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而上升。
燃燒(其只發(fā)生于往復(fù)單元3中)后，迅速膨脹和熱的廢氣被迫從往復(fù)單元3的排氣閥離開(kāi)就排入第二旋轉(zhuǎn)單元5中。整體的第二密封閥防止該膨脹氣體壓迫排氣閥朝氣缸內(nèi)返回。
在該排氣階段，第二旋轉(zhuǎn)單元5的轉(zhuǎn)子43的排氣是由相當(dāng)高的壓力廢氣進(jìn)一步加強(qiáng)。這一行動(dòng)將產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的動(dòng)率給曲軸。在該兩排氣階段之間，大部分或較多的未燃燃油或其它不希望的廢氣被消除，甚至可不需要使用外部催化轉(zhuǎn)化器。
用于各沖程的齒輪可與氣缸數(shù)或燃燒定時(shí)一致，從而優(yōu)化平穩(wěn)地工作，或者可按需要布置。
圖3～6表示W(wǎng)O94/11624中所述的另一種形式的復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的的各種工作模式，其中發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)改善清潔性這一目的而設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)具有某些以前發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中從未用的非常規(guī)特征。
這種新發(fā)動(dòng)機(jī)不象任何常規(guī)的只能在發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面提供有限的增加的復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)將改變復(fù)合動(dòng)力單元的概念。它是緊湊的，經(jīng)濟(jì)的，功率大的，可靠的，能用多種不同燃油的，并且具有改變其排量的能力。所有相同的基本型復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)還能包括一輔助動(dòng)力裝置。這些不同的工作模式在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間可由自動(dòng)控制(如微處理器)或手動(dòng)控制進(jìn)行控制。
如圖所示，在這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)中，一發(fā)動(dòng)機(jī)101，兩對(duì)各自對(duì)置的往復(fù)單元103、105(161、165)，每個(gè)單元內(nèi)具有兩個(gè)活塞(107、109及111、113)，每個(gè)單元交替地布置在沿一共同驅(qū)動(dòng)軸119布置的一對(duì)旋轉(zhuǎn)單元115、117(163、167)間。因此，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有總共4個(gè)往復(fù)活塞及2個(gè)轉(zhuǎn)子121、123。當(dāng)然，交替往復(fù)布置及它們相結(jié)合的布置都是可能的，比如“V”型布置或徑向布置以及其它對(duì)置活塞布置和其它具有多于4個(gè)單元的相似往復(fù)單元和轉(zhuǎn)子的布置。
這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)為一四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，并且其主功率輸出是從往復(fù)活塞而來(lái)的。燃油為汽油(柴油及其它類(lèi)型的油也是可能的)。
往復(fù)單元161、165的排氣口設(shè)有各自的排氣密封閥126、130及134、138。往復(fù)單元105的排出口也設(shè)有各自的密封閥132、134及136、138。
兩對(duì)進(jìn)氣旋轉(zhuǎn)閥125、127及129、131分別布置于旋轉(zhuǎn)單元的缸頭中。在旋轉(zhuǎn)單元的排氣口處也分別布置了兩對(duì)旋轉(zhuǎn)閥133、135及137、139。
如果合適每個(gè)氣缸可采用多級(jí)進(jìn)排氣閥。這些閥的工作方式可是任何類(lèi)型的，如機(jī)械式的、液力的或電子系統(tǒng)的，這完全根據(jù)最適用于所應(yīng)用的用途而定。在進(jìn)口中的密封閥的主要功能是開(kāi)閉以允許或阻止空氣或空/燃油混合氣的流動(dòng)至往復(fù)單元而燃燒。如果每個(gè)氣缸用兩個(gè)或更多個(gè)進(jìn)口閥，則這些進(jìn)口閥的每個(gè)也可能進(jìn)行單個(gè)控制并借助于改變凸輪工作部線具有不同的升閥定時(shí)。該功能對(duì)允許只有復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特工作模式的大范圍變化是至關(guān)重要的。在實(shí)際操作中，密封閥與排氣轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)閥同時(shí)工作，從而切換至所需的工作模式。這可由微處理器控制自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。
在排氣口的其它密封閥借助于輔助氣體壓力工作，并裝有一弱復(fù)位彈簧以抵抗排氣后在后燃過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣背壓。沒(méi)有必要采用其它的控制。使任一數(shù)量的氣缸或轉(zhuǎn)子停止或起動(dòng)的能力使這種發(fā)動(dòng)機(jī)能取代常規(guī)的大型發(fā)動(dòng)機(jī)而不會(huì)犧牲功率輸出。
如常規(guī)的復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，廢氣被輸送去執(zhí)行某些任務(wù)，該復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣轉(zhuǎn)子是不同的，其原因是它們?cè)黾雍芏嗟妮敵龉β什⑦€完成其它新的功能。
往復(fù)單元(141、143及145、147)的每個(gè)氣缸設(shè)有各自的空氣噴射器149、151及153和155。進(jìn)氣流由實(shí)線示出而排氣流由虛線示出。
在往復(fù)單元排氣的全過(guò)程期間，裝在排氣口之后的各自的空氣噴射器149、151和153、155連續(xù)地噴射新鮮空氣。這就導(dǎo)致廢氣在內(nèi)管道傳送期間被氧化，從而減小三個(gè)最著名的廢氣污染物，即碳?xì)浠衔?、一氧化碳及氮氧化物。在該特殊狀態(tài)，碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成水，一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳而氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨。碳?xì)浠衔锱c一氧化碳的轉(zhuǎn)化是易于取得的，而氮氧化物由于點(diǎn)火瞬間與氧化時(shí)刻之間的迅速溫降并因多余的氧存在，因此可再轉(zhuǎn)化。至排氣狀態(tài)的終了時(shí)刻，轉(zhuǎn)子前緣最好在轉(zhuǎn)子殼內(nèi)接近轉(zhuǎn)子的上/下死點(diǎn)或TDC/BDC(即上死點(diǎn)/下死點(diǎn))位于TDC和BDC之間的中正央是一燃油噴射器，稍稍在該噴射器之后的是一火花塞，將小量氫燃油噴入廢氣混合氣中，隨后由火花塞點(diǎn)火。氫燃料噴射的另一方式是將其噴射入一迅速混合或預(yù)混合的燃燒室中，該燃燒室位于轉(zhuǎn)子殼件的側(cè)壁開(kāi)孔上通常進(jìn)氣口的位置處。
最終的爆燃導(dǎo)致更大的壓力作用于轉(zhuǎn)子尤其是作用于其前緣上，所以大量的能量及功率傳遞至曲軸119。在該后燃階段中，氣體溫度顯著升高。該高溫及剩余氧的消耗確保了氨留存下來(lái)而不至于大量地再轉(zhuǎn)化成氮氧化物。這一過(guò)程只有當(dāng)廢氣在旋轉(zhuǎn)單元中發(fā)生而不在其它地方發(fā)生。因此，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的排放質(zhì)量比任何公知的先有發(fā)動(dòng)機(jī)都清潔得多。然而，當(dāng)需絕對(duì)保證排放潔凈時(shí)還需要配有催化轉(zhuǎn)化器。此外，如第一實(shí)施例一樣，至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元能設(shè)置催化劑襯層。
具有四種工作模式，此處分別稱(chēng)為模式“A”～“D”。
本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的基本布置示于圖3至圖6的每個(gè)圖中。該復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)或者具有一旋轉(zhuǎn)增壓器或者具有渦輪增壓器作為空氣供給單元157。用旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)是較好的。然后空氣經(jīng)盡管強(qiáng)制進(jìn)氣可是不需要的但用于調(diào)節(jié)壓力的廢氣門(mén)159流入增壓腔。模式“A”示于圖3中，是正常工作模式，此時(shí)兩往復(fù)單元的四個(gè)往復(fù)活塞與旋轉(zhuǎn)單元一起起作用。為該工作模式全部密封閥處于開(kāi)啟位置，并且旋轉(zhuǎn)閥也都開(kāi)啟。
該工作模式最好用于重載荷、加速工況或高速工況時(shí)。使用后燃器并平穩(wěn)地輸送純功率。
模式B解釋于圖4中。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，并在預(yù)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)或輕負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換至模式B。這保證該種發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)地工作。
應(yīng)該注意這些功能都示于附圖所示的第一往復(fù)單元161和第一旋轉(zhuǎn)單元163中。在此同時(shí)，在第二往復(fù)單元165中的密封閥是關(guān)閉的，并且那些在第二旋轉(zhuǎn)單元167密封閥是怠置的。
為了清楚起見(jiàn)，應(yīng)注意到第一往復(fù)單元161是含有活塞107、109的單元。第一旋轉(zhuǎn)單元163是含有轉(zhuǎn)子121的單元。第二旋轉(zhuǎn)單元167包含轉(zhuǎn)子123，第二往復(fù)單元包含活塞111、113。供入怠置對(duì)的燃油在該模式中切斷。
當(dāng)然，為考慮平均的磨損或磨耗，可將微處理器編程使其在第一單元161、163或第二單元165、167之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)沿長(zhǎng)路常規(guī)駛行時(shí)、減速時(shí)或下坡發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)(如在汽車(chē)情況下)時(shí)最適當(dāng)?shù)氖鞘惯@些單元任一個(gè)處于“休息”模式。
當(dāng)要求更多功率或應(yīng)到更高負(fù)荷時(shí)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)回至“A”模式或至更高的模式(模式“D”)。
模式“C”由圖5作出說(shuō)明。這是一種特殊的模式，其中可用代用燃燒，例如氫及液體甲烷。單元161和165的往復(fù)活塞由關(guān)閉相應(yīng)的密封閥而停止。在此同時(shí)，單元163和167的旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)換至如圖所示的獨(dú)立工作狀態(tài)。燃油由圖8中所示的側(cè)管供給，圖8示出了“爬升模式”(scramble mode)。這一功能與常規(guī)的氫產(chǎn)生動(dòng)力的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)極象。在該模式中，不用后燃器及火花塞。如果用于汽車(chē)，該模式對(duì)禁止使用礦物燃料的那種時(shí)代的城市驅(qū)動(dòng)工具是最為有用的。
如果復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)用于螺旋漿推進(jìn)的飛機(jī)，那么它可用作緊急情況的輔助動(dòng)力單元。如用于航海場(chǎng)合，它還可用作當(dāng)主機(jī)出故障時(shí)的備用動(dòng)力單元。
模式“D”示于圖6中。這是一種所有往復(fù)活塞和旋轉(zhuǎn)活塞都獨(dú)立起作用并協(xié)調(diào)工作時(shí)的模式。這時(shí)，直接輸送出排氣管的廢氣不產(chǎn)生后燃。該模式中的功率輸出最高，原因在于兩基本發(fā)動(dòng)機(jī)一起將功率傳遞至同一驅(qū)動(dòng)軸。這模式對(duì)拖拉重物、快速加速或爬升是極為有用的。
現(xiàn)在說(shuō)明特定的“怠速模式”。如果其應(yīng)用場(chǎng)合為汽車(chē)，為保證從復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中排出的廢氣保持為潔凈排放的安全水平，當(dāng)所有密封閥關(guān)閉時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)只有用氫燃料時(shí)才進(jìn)行怠速工作。在怠速模式期間，空氣噴射系統(tǒng)用于供給足夠的空氣給廢氣轉(zhuǎn)子，此時(shí)后燃器將在往復(fù)活塞開(kāi)始工作之前在預(yù)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)或速度內(nèi)產(chǎn)生燃燒。在城市交通堵塞時(shí)，該復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)排放無(wú)污染的排放物。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的限制范圍允許車(chē)輛沿堵車(chē)道慢慢運(yùn)動(dòng)而不消耗礦物燃料。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于“C模式”工作擋時(shí)，該怠速模式將被自動(dòng)取代。
在怠速模式中，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)中具有兩個(gè)排氣轉(zhuǎn)子，需要使汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的小功率可由改變?nèi)紵l(fā)生于其中的旋轉(zhuǎn)腔數(shù)量而加以控制。在曲柄旋轉(zhuǎn)中具有六個(gè)轉(zhuǎn)子前緣掃過(guò)后燃器的時(shí)該。最佳用三個(gè)，但當(dāng)在怠速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)感應(yīng)到更重的負(fù)荷時(shí)可用六個(gè)。
圖7和8表示帶有可選擇的后燃功能的旋轉(zhuǎn)單元工作情況。此時(shí)示出了一個(gè)帶轉(zhuǎn)子123的旋轉(zhuǎn)單元167。然而本說(shuō)明也可用于其它的帶轉(zhuǎn)子121的旋轉(zhuǎn)單元163。為了消除懷疑。在此說(shuō)明該后燃器結(jié)構(gòu)可用于第二旋轉(zhuǎn)單元5。其處于第一實(shí)施例的或任何類(lèi)似的結(jié)構(gòu)的復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中的往復(fù)單元3的下游。
該旋轉(zhuǎn)單元燃燒室171分成上部173和下部175。轉(zhuǎn)子123在箭頭177方向反時(shí)針運(yùn)動(dòng)。在上死點(diǎn)(TDC)179和上部173中的最近的旋轉(zhuǎn)閥137之間設(shè)置有第一后燃器火花塞181及更靠近旋轉(zhuǎn)閥139的第一燃油噴射器183。
在下部分175中，在下死點(diǎn)(BDC)185和最靠近的旋轉(zhuǎn)閥129之間設(shè)置有第二后燃火花塞187及更靠近旋轉(zhuǎn)閥129的第二燃油噴射器189。明顯地，火花塞181、187及燃油噴射器183、189是設(shè)于凹坑中的不致于與轉(zhuǎn)子123相碰。
如圖7所示，轉(zhuǎn)子接收從往復(fù)單元165來(lái)的廢氣并且后燃器(火花塞及燃油噴射器)處于工作狀態(tài)。從往復(fù)單元165來(lái)的廢氣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)閥137。在上部173中的孔191位于旋轉(zhuǎn)閥129上方，如旋轉(zhuǎn)閥129、131一樣是開(kāi)著的。因此凈化的排放物通過(guò)分別在上下部173和175中的閥139及孔191排出。
應(yīng)注意到獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)功率(獨(dú)立于后燃器)可由旋轉(zhuǎn)閥137和139之間的第三凹部火花塞195有選擇地提供。
圖8示出“爬升”模式，此時(shí)旋轉(zhuǎn)單元能獨(dú)立地作為旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)而工作，或在任何其它所需的模式中也是如此。此時(shí)，出口191打開(kāi)而在進(jìn)口193中的旋轉(zhuǎn)閥129、131關(guān)閉。閥137、139也關(guān)閉。因此，廢氣排放是通過(guò)出口191而不是通過(guò)由閥139遮蔽的潔凈廢氣出口起作用。從往復(fù)單元來(lái)的廢氣由于其不能流過(guò)閥131和137而轉(zhuǎn)向直接流入排氣管。后燃器(181、183及187、189)不處于工作狀態(tài)。作功是由輔助的第三火花塞195的點(diǎn)火而產(chǎn)生。
圖9A和9B示出了進(jìn)口密封閥201(即在往復(fù)單元161、165的進(jìn)口處)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。連接到閥桿205上的主閥件203坐于進(jìn)氣口209和出氣口211之間的主閥座207上。在主閥件上是副閥件213，其具有閥桿215、閥件213及閥桿215兩者均同心地圍繞主閥件205的閥桿205。
副閥件213在進(jìn)氣道209中的止動(dòng)而217和處于主閥座207正上方的副閥座219之間運(yùn)動(dòng)；所以主閥件和副閥件兩者都能關(guān)閉進(jìn)氣口209和出氣口211之間的孔221。
副閥件是由繞副閥桿的第二彈簧加載而主閥件是由與第二彈簧同心并裝于外部的第一彈簧加載。在第一彈簧和第二彈簧之間形成一凹腔227，并與液壓管道229連通。進(jìn)入凹腔227的液壓流體能作用于副閥桿215的上表面231上。
如圖9A所示，第一彈簧225全壓縮，并且主閥件203脫離其閥座207，因此出口211打開(kāi)。比第一彈簧225弱的第二彈簧223舒展。副閥件213從其閥座219上拉回向上抵靠于抵靠表面217上。因此從增壓器來(lái)的新鮮空氣進(jìn)入氣口209并通過(guò)出氣口211出去。
如圖9B所示，當(dāng)液壓管路加壓時(shí)，液壓流體作用于副閥桿215的上表面上。因此，副閥件213被迫向下運(yùn)動(dòng)脫離抵靠表面217而抵靠在閥座219上，關(guān)閉孔221。在此同時(shí)，凹控227的上表面231由第二彈簧223的壓力被迫向上，所以第一彈簧225舒展并且主閥件203由凸輪軸作用而被迫接觸在其閥座207上。因此，孔221關(guān)閉而不能由進(jìn)氣口209流入出氣口211。該主閥件的運(yùn)動(dòng)是由頂置凸輪軸式搖臂控制的。
為方便起見(jiàn)，凹腔227與整體的第一彈簧225第二彈簧223及閥件203、213和其閥桿205、，215一起由螺紋擰入缸體237的螺紋凹腔235中。閥系統(tǒng)205、215的共同接觸表面最好是潤(rùn)滑的。
圖2中所示的排氣閥的細(xì)節(jié)說(shuō)明于圖10中，其示出了閥在關(guān)閉位置的情況。為清楚起見(jiàn)，如省略液壓管路一樣，在該圖中省略了裝配螺絲。為方便起見(jiàn)，在圖9A和9B中所示的相同部件的相同標(biāo)號(hào)在此將不再作說(shuō)明。然而，圖10示出了在第二軟回復(fù)彈簧223頂部處的彈簧鎖片239的詳細(xì)情況。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)301的布置示于圖11A中，它與根據(jù)圖1-10所述發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本相似，除了如下所述結(jié)構(gòu)特征和操作方面的不同以外，可以假定是相同的。
發(fā)動(dòng)機(jī)301包括第一旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)單元303和第二旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)單元305，往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)單元307位于二者之間。往復(fù)單元307包括一個(gè)單一氣缸309，活塞311可滑動(dòng)地安裝在氣缸中并與連桿313相連?；钊?11按常規(guī)方式通過(guò)活塞環(huán)317與氣缸309內(nèi)壁315保持緊密接觸。
現(xiàn)在參看圖11B，氣缸309頂部319裝有火花塞321、進(jìn)氣閥323、排氣密封閥325和換氣閥327。排氣密封閥325構(gòu)造成如圖2或圖9A、9B或圖10中所示閥的結(jié)構(gòu)。
第一和第二旋轉(zhuǎn)單元30 3、305和往復(fù)單元307由共同的凸輪軸329連接起來(lái)。凸輪軸分別與連桿313以及第一和第二旋轉(zhuǎn)單元303、305的第一轉(zhuǎn)子331和第二轉(zhuǎn)子333連接。第一和第二轉(zhuǎn)子331、333分別位于第一和第二旋轉(zhuǎn)單元303、305的第一和第二“氣缸”335、337內(nèi)。
第一氣缸335被第一轉(zhuǎn)子331分為(上)燃燒室339和(下)壓縮室341。燃燒室339的壁上設(shè)有火花塞343、空氣噴射器345和燃油噴射器347。壓縮室341的壁上設(shè)有進(jìn)氣口349。
往復(fù)單元307的排氣密封閥325通過(guò)導(dǎo)管351與第一旋轉(zhuǎn)單元303的第一側(cè)355中的第一排氣口353相連。該第一側(cè)355上的第二排氣口357通過(guò)另一導(dǎo)管359與往復(fù)單元307的進(jìn)氣閥323相連。遠(yuǎn)離上述第一側(cè)355的、第一旋轉(zhuǎn)單元30 3的第二側(cè)363中的第三排氣孔361通過(guò)另外一個(gè)導(dǎo)管365與第二旋轉(zhuǎn)單元305第一側(cè)369壁上的進(jìn)氣口367相連。
最終排氣口371設(shè)在第二旋轉(zhuǎn)單元307第二側(cè)373的壁上。外殼設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)單元305的外側(cè)上，覆蓋范圍大約超過(guò)一半，跨接第一和第二側(cè)369、373。外殼375填滿降噪和/或催化材料377。多個(gè)開(kāi)口379使外殼375的內(nèi)側(cè)381與第二旋轉(zhuǎn)單元的第二氣缸337的內(nèi)部連通。
第一和第二轉(zhuǎn)子331、333各自的每個(gè)側(cè)面383、385等設(shè)有相應(yīng)的凹坑387、389等。
工作原理包括一個(gè)兩階段燃燒過(guò)程。如圖12-17所示，轉(zhuǎn)子331、333順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。往復(fù)單元307按兩沖程循環(huán)工作，形成第一階段燃燒，而第一旋轉(zhuǎn)單元303形成第二階段燃燒。各個(gè)階段可用單一類(lèi)型的燃油或分別用兩種不同類(lèi)型的燃油。上室339中實(shí)現(xiàn)燃燒的空氣通過(guò)空氣噴射器345進(jìn)入，燃油通過(guò)噴射器347進(jìn)入。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣通過(guò)進(jìn)氣口349進(jìn)入下室341并如下文所述在噴射前被壓縮。
第一階段燃燒通過(guò)排氣密封閥325和通向第一旋轉(zhuǎn)單元303燃燒室339的第一排氣孔353提供排氣脈沖，活塞311向下移動(dòng)(見(jiàn)圖14和15)。由此形成與高到足以燃燒的壓縮比相差不大的壓力驟增。射入的空氣或空/燃混合氣首先朝著第一轉(zhuǎn)子331的角頂被向前推進(jìn)，此時(shí)廢氣受到氧化。
就在第一旋轉(zhuǎn)單元中點(diǎn)火以前，更多的燃油或燃油與空氣被射入以加強(qiáng)燃燒。如圖15所示由于偏心定位以及將燃燒位置設(shè)在第一轉(zhuǎn)子331的頂部391，通過(guò)功率輸出的機(jī)械利益使燃燒得以加強(qiáng)。還可以改變轉(zhuǎn)子相角以便減小燃燒室中的表面容積。
如圖14和15所示，當(dāng)活塞311繼續(xù)下降過(guò)半時(shí)，換氣閥327打開(kāi)，未消耗的空氣通過(guò)該閥排到第二轉(zhuǎn)子而耗盡。
就在活塞到達(dá)往復(fù)單元中下死點(diǎn)(BDC)之前(圖15)，進(jìn)氣閥323打開(kāi)，允許來(lái)自下室341的高壓新鮮空氣或空一油混合氣經(jīng)由旋轉(zhuǎn)單元的第三排氣口361將剩余的廢氣有效地排出，同時(shí)經(jīng)由另一導(dǎo)管359給氣缸309增壓為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。進(jìn)氣閥325關(guān)閉不久，新鮮空氣充量就會(huì)大于使用常規(guī)增壓器所能獲得的充量。
在最終排氣階段(見(jiàn)圖16和17)，活塞311從下死點(diǎn)BDC朝上死點(diǎn)TDC向上移動(dòng)。氣體和聲能沿導(dǎo)管進(jìn)入第二旋轉(zhuǎn)單元305，然后受到輕度壓縮通過(guò)進(jìn)氣口367進(jìn)入與進(jìn)氣口367相連通的減壓室393，如圖13所示?？客鈿?75中的降噪材料377大部分聲波(如果不是全部的話)被擴(kuò)散或消除，借助于外殼的內(nèi)側(cè)開(kāi)口降噪效果進(jìn)一步提高。
隨著旋轉(zhuǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，氣體進(jìn)入與排氣口371相連通的第二壓縮室395，第二壓縮室也通過(guò)開(kāi)口379與外殼375中的吸聲材料377相連通。任何剩余的噪聲會(huì)進(jìn)一步減弱或完全靜噪。在第二室395中，氣體流經(jīng)最終排氣口附近的一個(gè)開(kāi)口，這樣就實(shí)現(xiàn)了低壓排放并在主排氣口371處阻抑任何產(chǎn)生噪音的機(jī)會(huì)。
當(dāng)往復(fù)單元的活塞311再次處于上死點(diǎn)TDC位置時(shí)(圖12)，整個(gè)循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。
與常規(guī)4-沖程/4-氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在720°曲軸角度循環(huán)中有四次功率脈沖，可以不用渦輪增壓器或外置增壓器進(jìn)行增壓。機(jī)械結(jié)構(gòu)齊整、往復(fù)質(zhì)量輕且運(yùn)動(dòng)部件少。整個(gè)總成結(jié)構(gòu)緊湊、輕便，并且可以不產(chǎn)生噪聲地在居室中使用，因沒(méi)有笨重的排氣管而便于攜帶，還消除了眾所周知的“冷熄”現(xiàn)象。
順便說(shuō)明，如果往復(fù)單元是4-沖程式的，那么可以不需要增壓，而第一旋轉(zhuǎn)單元的進(jìn)氣可以靠轉(zhuǎn)子側(cè)面上的凹坑簡(jiǎn)單地傳給第二級(jí)燃燒室。
根據(jù)本說(shuō)明書(shū)，所述實(shí)施例的改進(jìn)以及其它實(shí)施例，所有在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的內(nèi)容將都是對(duì)本專(zhuān)業(yè)的普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)燃機(jī)，包括有第一旋轉(zhuǎn)單元，該旋轉(zhuǎn)單元具有用于向往復(fù)單元提供壓縮空氣的第一排氣口和用于接收來(lái)自往復(fù)單元廢氣的第二排氣口，和第二旋轉(zhuǎn)單元，用于接收來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)單元第三排氣口的廢氣；往復(fù)單元以及第一和第二旋轉(zhuǎn)單元分別與共同的驅(qū)動(dòng)裝置連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)，其中往復(fù)單元包括一個(gè)單一氣缸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的內(nèi)燃機(jī)，其中往復(fù)單元適宜于按兩沖程循環(huán)工作。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的內(nèi)燃機(jī)，其中往復(fù)單元的氣缸設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣閥、一個(gè)排氣密封閥和一個(gè)換氣閥。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的內(nèi)燃機(jī)，其中從第一旋轉(zhuǎn)單元排出的廢氣通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)單元的外殼部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的內(nèi)燃機(jī)，其中外殼部分裝有一種降噪材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的內(nèi)燃機(jī)，其中外殼部分裝有一種催化材料。
8. 一種內(nèi)燃機(jī)，包括有多個(gè)根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)，包括第一旋轉(zhuǎn)單元303，該旋轉(zhuǎn)單元具有用于向往復(fù)單元307提供壓縮空氣的第一排氣口357，第二排氣口用于接收來(lái)自往復(fù)單元的廢氣。第二旋轉(zhuǎn)單元305用于接收來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)單元第三排氣口361的廢氣。第一和第二旋轉(zhuǎn)單元以及往復(fù)單元分別與一共同驅(qū)動(dòng)裝置連接。
文檔編號(hào)F02B75/00GK1117115SQ9410942
公開(kāi)日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1994年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月13日
發(fā)明者梅展鵬 申請(qǐng)人:梅展鵬