[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280064162.0
• 申請(qǐng)日: 2012-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN104011332A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大衛(wèi)·W·加賽德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)合旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): F01C1/22
• 分類號(hào): F01C1/22;F01C21/06
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)，特別是涉及，但不限于，一種通常所說的沃克爾發(fā)動(dòng)機(jī)(Wankel?engine)。

背景技術(shù)

在沃克爾發(fā)動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)活塞(所謂的轉(zhuǎn)子，且下文稱為轉(zhuǎn)子)在由殼體或所謂轉(zhuǎn)子殼體與端殼或所謂端板結(jié)合形成的空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的外周緣以及空腔的內(nèi)壁的形狀使得形成在轉(zhuǎn)子的外周緣和空腔的內(nèi)壁之間的工作腔在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)容積發(fā)生改變，空腔設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口。在這類所熟知的內(nèi)燃機(jī)中，所謂的空腔包括具有雙弧外旋輪線形缸膛的靜止轉(zhuǎn)子殼體和大體為三角形但具有凸的弧形側(cè)邊的轉(zhuǎn)子，保持與轉(zhuǎn)子殼體的缸膛的周壁密封接觸的在轉(zhuǎn)子頂端的密封或所謂的頂端密封，和保持與兩個(gè)軸向間隔開的端板和以行星方式在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子密封接觸的在轉(zhuǎn)子的側(cè)邊的密封或所謂的側(cè)密封。

這類內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)子的可選擇的冷卻方法以及每種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)在專利申請(qǐng)?zhí)枮閃O2009/101385的文獻(xiàn)中有描述。

上述WO2009/101385文獻(xiàn)描述了一種轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，以下稱之為SPRACS(自增壓轉(zhuǎn)子空氣冷卻系統(tǒng))，通過經(jīng)側(cè)密封從工作腔進(jìn)入到轉(zhuǎn)子內(nèi)部且通過泵在一個(gè)完整的封閉循環(huán)內(nèi)再循環(huán)的自增壓竄漏空氣或氣體的介質(zhì)來冷卻轉(zhuǎn)子，通過轉(zhuǎn)子的介質(zhì)帶走了轉(zhuǎn)子的熱量，經(jīng)管道和經(jīng)換熱器散熱。

對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際測試證明了該系統(tǒng)能夠如所述的快速且自動(dòng)增壓，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以高功率運(yùn)行時(shí)，靜壓力具有在4-6巴絕對(duì)壓力(bar?absolute)范圍內(nèi)的典型值，這是對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行最大化冷卻所需要的。結(jié)果密度極大地增加的循環(huán)氣體對(duì)轉(zhuǎn)子的散熱效果比采用具有環(huán)境壓力的空氣或氣體冷卻轉(zhuǎn)子的任何在先系統(tǒng)更有效率。這是從轉(zhuǎn)子到冷卻氣體、從冷卻氣體到換熱器的傳熱系數(shù)的理論值的必然結(jié)果，在給定的溫差和典型地與氣體密度功率0.8相關(guān)的氣體流速的前提下。

足夠的冷卻能力仍然存在于該系統(tǒng)內(nèi)，即使增壓的氣體的平均溫度遠(yuǎn)高于在先系統(tǒng)內(nèi)使用的未增壓轉(zhuǎn)子冷卻空氣的溫度。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，我提供一種如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)。記載在本發(fā)明實(shí)施例中的其他特征和/或本發(fā)明的其他方面則在下面的說明書和后續(xù)的權(quán)利要求中描述。

因?yàn)橛糜谏岬膿Q熱器較小，系統(tǒng)可以恰當(dāng)?shù)乩鋮s轉(zhuǎn)子，但使用高溫循環(huán)介質(zhì)，且系統(tǒng)仍能夠有效地冷卻，即使介質(zhì)或散熱表面的溫度非常高。使用SPRACS，換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，因此能夠集成在主內(nèi)燃機(jī)殼體上，無需使用外部換熱器和至今還在使用的連接到組件的外部管路，因此，進(jìn)一步降低了體積、質(zhì)量和成本。

通過高密度氣體實(shí)現(xiàn)的更有效率的冷卻也允許以較低速度經(jīng)過轉(zhuǎn)子和換熱器循環(huán)介質(zhì)的泵來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的足夠冷卻，并且該較低速度導(dǎo)致較少流動(dòng)壓力損失，因此泵輸出的循環(huán)壓力也較低。泵的優(yōu)選類型是離心風(fēng)機(jī)，因此該種風(fēng)機(jī)的葉輪相比已知的葉輪，不是具有較小的直徑就是以較低角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

為了產(chǎn)生必須的循環(huán)壓力，在先的系統(tǒng)使用較小直徑的且以高轉(zhuǎn)速(幾倍于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速)驅(qū)動(dòng)的葉輪，這種速度的提升是通過皮帶驅(qū)動(dòng)達(dá)到的。

在冷卻轉(zhuǎn)子上，高密度氣體的效力允許使用具有相對(duì)小的直徑(通常直徑小于主內(nèi)燃機(jī)殼體)的風(fēng)機(jī)葉輪，因此，有助于達(dá)到緊湊封裝；葉輪以內(nèi)燃機(jī)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，因此無需速度提升裝置，并且削減了這種裝置的成本和體積，消除了這種裝置的機(jī)械效率損失和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的問題。

采用涉及具有幾個(gè)巴壓力的氣體的自增壓系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，每一個(gè)被要求穿過內(nèi)燃機(jī)殼體的驅(qū)動(dòng)軸必須使用高質(zhì)量的轉(zhuǎn)軸密封，該密封需要在內(nèi)燃機(jī)工作期間能夠防止任何嚴(yán)重的氣體泄漏，而且在內(nèi)燃機(jī)的使用壽命內(nèi)能夠持續(xù)提供適當(dāng)?shù)拿芊狻?/p>

因此，采用直接安裝到或連接到內(nèi)燃機(jī)主偏心軸上的葉輪是有益的，并且葉輪需要以內(nèi)燃機(jī)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)風(fēng)機(jī)組件全部包含在高壓冷卻回路內(nèi)，因此不需要任何驅(qū)動(dòng)軸配有高壓力旋轉(zhuǎn)密封。需要高壓密封的軸僅是從高壓系統(tǒng)內(nèi)伸出的驅(qū)動(dòng)輸出軸。

沃克爾型旋轉(zhuǎn)內(nèi)熱燃機(jī)具有加熱非常不均勻的轉(zhuǎn)子殼體，圍繞火花塞和介于火花塞和排氣口的區(qū)域從燃燒氣體接收了最多的熱量。

通過使用用于轉(zhuǎn)子冷卻回路的集成換熱器，本發(fā)明的有益特征為來自轉(zhuǎn)子的熱量能夠部分排放進(jìn)位于進(jìn)氣口和吸氣區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)子殼體的低溫區(qū)域。該低溫區(qū)域被加熱具有兩個(gè)好處，第一，這有助于對(duì)進(jìn)氣/可燃混合氣加熱，因此有利于汽化液態(tài)燃料顆粒并改善燃燒前的混合比。第二，有助于確保轉(zhuǎn)子殼體360度圓周分布的溫度更均勻，因此保證了更均勻的軸向熱膨脹，且減輕了頂端密封為了在其軸端達(dá)到良好氣密性的任務(wù)。

這種水冷旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)的端板總是包括通過進(jìn)行水循環(huán)的鑄造空腔。