CN103097661A

CN103097661A - 内燃机

Info

Publication number: CN103097661A
Application number: CN2010800677341A
Authority: CN
Inventors: 拉里·悉尼·奥利弗安普埃罗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: US9441536B2; CA2804091A1; CN103097661B; HK1184208A1; CA2804091C; EP2592225A1; BR112012033399A2; US20130206099A1; WO2012004630A1; EP2592225A4; JP2013530349A

Abstract

本发明涉及一种内燃机，其包括：转子，该转子包括全部共同旋转的块体、驱动轴和至少一个活塞套件，其中所述活塞套件相对于驱动轴沿径向定位；以及定子，该定子包括机架、第一和第二旋转支撑装置以及第一和第二附接装置；其中机架在其内表面上具有引导件，该引导件界定了每个活塞套件的轨迹；并且其中活塞套件的内端部包括活塞头部，该活塞头部位于块体内部，界定出燃烧室，同时所述活塞套件在其外端部处接触引导件。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机，具体是涉及为汪克尔发动机和奥托或柴油发动机之间的混合物的内燃机，通过不使用运动元件（例如曲轴、凸轮轴、齿轮、传动带、分配器和类似物）而简化其运转。

背景技术

当前，内燃机需要运动元件以进行运转，这些运动元件通过活塞运动使得燃料进气和排气系统同步。当前，这些系统已经使得各元件理想地结合，以优化燃料利用和马达控制，但是它们仍然使用大量的运动部件，这实际上需要使用相当多的能量。对这种问题给出解决方案的发动机类型为汪克尔内燃机，其由于具有耐久性难题还没有被使用。

例如，专利GB1109374公开了汪克尔内燃机，其具有旋转活塞和三侧旋转活塞，该旋转活塞包括具有内周边表面的机架，该三侧旋转活塞在三个可变体积工作腔室中顺序地移动，这限定了进气、压缩、膨胀和排气阶段；其中所述发动机还包括狭槽形传递通道，该传递通道通过滑块控制传递。在第一腔室的膨胀阶段结束之前的某个时刻，热燃烧气体中的一些通到第二腔室，以开始压缩阶段，由此将压缩速率增大而超过发动机尺寸所确定的压缩速率。传递的热气体补充压缩热，以便在柴油机循环下操作时允许通过喷嘴喷射的燃料点燃和燃烧。每狭槽横截面的反馈气体量取决于发动机速率。从而，速率越高，狭槽打开的时间就越小，因此反馈中的气体量也越小。为了克服这种情况以便独立于发动机速率而保持基本上恒定的反馈气体量，滑块被速率调节器控制成以低的速率减少反馈气体量而以高的速率增加反馈气体量。如果发动机在奥托火花点火循环中操作，那么滑块能够完全运动到内部部分，或者填充构件能够插入在狭槽中。

专利GB1109374中所述的汪克尔发动机相对于奥托发动机具有重要的优点，例如使用较少的运动部件，这产生了较高的可靠性。此外，这种发动机具有较高的运行平滑性，原因是效能的递送是以较为循序渐进的方式进行的。最后，这种类型的发动机具有较小的重量，原因是与活塞发动机相比构成发动机的部件的数量较少。

然而，如前所述，汪克尔发动机（例如GB1109374的发动机）具有耐久性和其它缺陷，因此这种类型的发动机在工业中没有大规模使用。这些缺陷中的一些是：

排放：这种发动机由于其燃烧室的几何结构而具有高排放水平，这使得难以符合污染排放规章。

消耗：由于燃烧室的细长形状以及低压缩比而降低了热力学效率。

困难的密闭性：将旋转气缸的3个区段中的每个隔绝是非常困难的，这3个区段必须相互密闭以进行良好的操作。此外，由于强烈的磨损，使得还需要大约每隔6年就要改变密闭系统。

这样，尽管本领域中已有的方案试图通过使得发动机更加高效和经济而改进所述发动机，但是当前没有方案能够基本上克服与这两种发动机相关的上述问题。

发明内容

对于解决之前暴露的缺陷的目的，本发明提供一种内燃机，其利用汪克尔发动机的操作原理，使用与奥托或柴油发动机的燃烧室类似的燃烧室。通过利用汪克尔发动机操作原理，这种发动机能够改进奥托和柴油发动机的与运动部件量、运行平滑性和重量相关的方面。同样，通过采用奥托或柴油发动机的燃烧室，本发明的发动机能够改进污染气体排放水平，降低消耗，并且克服与汪克尔发动机相关的密闭问题。

本发明的内燃机不需要曲轴、气门、凸轮轴、凸轮、螺栓、气门弹簧、同步和分配系统，以及类似物。此外，该发动机以其驱动轴的单一旋转进行四冲程奥托或柴油机循环，这允许根据系统设计所使用的燃料类型而使用单个火花塞或喷射器。

因此，内燃机设置成通过活塞的四个线性位移而利用内燃机的驱动轴的仅仅一次旋转就产生奥托或柴油机循环的四个冲程，这可以用于所有类型的燃料，并且能够用于所有种类的车辆、机器以及移动或静止设备，从而在汪克尔发动机的优点的基础上补充了奥托或柴油发动机的耐久性。

本发明的发动机基本上由转子形成，根据设计所需量的气缸沿径向等距地位于转子中。转子包括支撑在两个旋转支撑装置上的驱动轴，这两个旋转支撑装置位于机架的两个端部的中心处。

由于燃料的燃烧，使得活塞套件沿径向从转子的中心移动到周边。每个活塞套件包括活塞头部，活塞头部定位在转子气缸中，并且在所述活塞头部的外表面中伸出有支撑杆，所述支撑杆在其外端部处包括垂直地连接到所述支撑杆的位移轴。该位移轴具有两个位移装置，例如轴承，每个端部中具有一个位移装置，该位移装置与定位在发动机机架的每侧处的引导件接触。这样，引导件设计成相对于活塞位移方向成角度，这使得转子在活塞向外移动时旋转。

此外，机架在适当的时刻将每个气缸连接到进气通路，并且随后通过同中心地模制在其上的狭槽或通道连接到一个或多个排气通路。

附图说明

为了更好地理解本发明，将借助仅仅为示意性目的的图1、2、3和4来描述本发明。在所示的元件的尺寸、特征和数量方面，本发明的范围并不限于本文所述。

图1示出了使用四个气缸的发动机模型的前截面图。

图2示出了图1中的发动机模型的侧截面图。

图3示出了前封盖的俯视图和截面图。

图4示出了后封盖的俯视图和截面图。

具体实施方式

图1中所示的内燃机包括转子，该转子由块体（2）构成，该块体容纳气缸（22），在该气缸内将产生四冲程的奥托或柴油机循环，该块体还由于与其质量相关的惯量而使得驱动轴（5）旋转具有必要的稳定性。所述转子包括全部共同旋转的驱动轴（5）和至少一个活塞套件（1），其中所述活塞套件（1）相对于驱动轴（5）沿径向定位。

发动机还具有定子，该定子包括机架（21）、第一和第二旋转支撑装置（18、19）以及第一和第二附接装置（17、23）；其中所述机架（21）在其内表面上具有两个相对的引导件（6），引导件限定了对活塞套件（1）的端部的位移进行定向的轨迹。

另外，活塞套件（1）的内端部包括活塞头部（15），该活塞头部位于块体（2）的气缸（22）内部，并且在所述块体（2）内部界定了燃烧室，而在所述活塞套件（1）的外端部处，位移装置（7）接触引导件（6）。

在优选的构造中，引导件（6）限定了为两个中心间隔开的叠置的圆形的形式的轨迹，从图3和4中可以看到。然而，要提及的是，其它几何结构也可以用于这些引导件（6），只要所述引导件具有引导活塞套件（1）的外端部处的位移的功能。具体地，在燃烧气体进气阶段中，仅仅需要活塞套件（1）移动到块体（2）的外部区段，这可以通过位于所述活塞套件（1）和转子（2）之间的弹簧来实现，从而取代引导节段（6）。

此外，所述引导件为表面上的凹部，但是也可以是凹口、狭槽或任何其它类似的几何机构，其满足这样的要求，即引导活塞的轨迹，这样使得转子通过所述活塞的径向位移进行旋转。另外，引导凹部的宽度与位移装置（7）的直径相对应，其中所述位移装置（7）位于所述引导件（6）的内部且能够在所述引导件的内部滑动。

相似地，在优选的构造中，块体（2）具有圆柱形形状，但是其可以具有实现容纳设计所需多个气缸（22）的功能的任何形状。另外，块体（2）在其中心中具有穿孔，以容纳驱动轴（5），所述驱动轴（5）通过销（20）附接到所述块体（2），如图1所示。

每个活塞套件（1）都具有支撑杆（14）和与燃烧室接触的活塞头部（15），该支撑杆固定到活塞头部（15）的外表面上，并且与所述活塞头部（15）垂直地定位，该支撑杆代替了常规活塞的连接杆。另外，位移轴（4）刚性地且垂直地附接到所述支撑杆（14）的外端部，位移轴在两个端部处又具有两个位移装置（7），例如轴承，其与引导件（6）接触并且负责使得活塞套件（1）能够沿着期望的轨迹共同运动。这样，发动机可以具有根据设计所需的多个活塞套件（1），其中每个活塞套件将相对于发动机的驱动轴沿径向定位。

机架的优选构造具有通过第一附接装置（17）连接的两个相对的封盖（3a、3b），其中每个封盖（3a、3b）在其内表面上具有引导件（6），该引导件界定了引导活塞套件（1）端部的位移的轨迹。

这样，如上所述，机架（21）具有第一和第二旋转支撑装置（18、19），根据设计要求其可以是轴衬或轴承，其中它们中的每一个都附接到机架（21）的每个封盖（3a、3b），并且转子驱动轴（5）支撑在它们上。

两个封盖（3a、3b）通过框架（16）连接在一起，并且通过第一附接装置（17）连接到所述框架；所述附接装置可以是螺栓、焊接件或适合于连接两个封盖的任何类型的装置。

此外，尽管本发明的优选构造包括两个相对的封盖，但是机架也可以包括桶状物或实现适当地容纳引导件（6）和旋转支撑装置（18、19）的功能的任何类型的部件。

前封盖（3a）包括两个管道，这两个管道将燃烧室与外部环境流体地连接，这两个管道具有同中心的弧区段的形状，其中每个管道跨过稍小于90°的角度，这两个管道中的每一个为用于每个气缸的进气和排气通路。这样，对于进气和排气而言，所述角度与发动机的旋转速率一起确定每个燃烧室将直接接触外部环境的时刻。此外，所述封盖（3a）具有另一个穿孔，该穿孔根据所用燃料（汽油或柴油）的性质容纳火花塞或喷射器，其中所述穿孔处于中心轴线（A-A’）上，在封盖的顶部上，正处于活塞工作路径的开始位置处。

另外，根据图4，后封盖具有两个穿孔，这两个穿孔与后封盖的中心等距，设置成用于容纳第二附接装置（23）。在优选的构造中，所述装置对应于包括四个螺栓（13）、凸缘（11）和弹簧（12）的套件；凸缘具有通过其内表面压缩弹簧（12）的功能，从而按压第二旋转支撑装置（18），以保持所述装置良好地定位并且以此方式提供在转子（2）和后封盖（3b）之间产生必要密闭所需的压力。

这样，图1示出了四冲程发动机，其中活塞处于如下所示的阶段：

活塞1a：点火阶段（I）开始；

活塞1b：排气阶段（E）开始；

活塞1c：进气阶段（A）开始；以及

活塞1d：压缩阶段（C）开始。

根据前述说明，引发活塞1a中的燃烧仅仅需要与火花塞或燃料喷射器（根据燃料为汽油还是柴油）一起进行小的顺时针旋转。在腔室内产生的压力将活塞1a沿径向向外推到腔室的外部。活塞在其外端部处具有两个位移装置（7），这两个位移装置与引导件（6）接触，以根据以下的三角公式将径向力转换为圆形力：

F_x=F_y*tanα

其中：

F_x：为位移装置（7）与引导件（6）的接触点中的沿着与引导方向平行的力。

F_y：为沿径向方向的力（通过燃烧产生）。

α：为水平方向和引导件（6）与位移装置（7）的接触点的切向之间的角度。

以这种方式产生的运动从活塞传递到转子。当活塞1a到达其最大外部位置（位置B）时，转子已经顺时针旋转过90°。在该点处开始排气阶段，其中通过相应封盖中将燃烧室与外部环境连接的排气通路（10）实现排气；该阶段运行另一个90°。当活塞到达位置C处时，其已经在通过引导件（6）被反过来推到腔室内部时将所有的气体推出。在该点处开始进气阶段，其中燃料通过相应封盖（3a）中的进气通路（9）到达燃烧室中。活塞通过引导件（6）朝向腔室外侧运动，直到到达位置D。在这里，进气通路关闭并且气缸腔室保持密闭，从而允许气体保持在腔室内而被活塞压缩，活塞被引导件（6）反过来推到腔室内部，直到返回到位置A，在该位置中开始新的循环。

根据前述说明，本发明的内燃机不需要曲轴、气门、凸轮轴、凸轮、皮带、气门弹簧或同步和分配系统，原因是所有的气缸以单次旋转进行四冲程循环，从而允许根据系统设计所采用的燃料类型使用单个火花塞或喷射器。

可以对本发明进行许多改变、修改和替换。在这点上，必须理解的是，前述说明和附图为示意性的而非限制性的。因此，本发明的范围必须根据权利要求书中权利要求的内容进行确定。

Claims

1.一种内燃机，其中所述内燃机包括：

转子，该转子包括全部共同旋转的块体（2）、驱动轴（5）和至少一个活塞套件（1），其中所述活塞套件（1）相对于驱动轴（5）沿径向定位；以及

定子，该定子包括机架（21）、第一旋转支撑装置和第二旋转支撑装置（18、19）以及第一附接装置和第二附接装置（17、23）；

其中机架（21）在其内表面上具有引导件（6），该引导件界定了每个活塞套件的轨迹；并且

其中活塞套件（1）的内端部包括活塞头部（15），该活塞头部位于块体（2）内部，界定出燃烧室，同时所述活塞套件（1）在其外端部处接触引导件（6）。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其中块体（2）具有位于所述块体（2）的中心处的穿孔，驱动轴（5）位于所述穿孔中。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其中引导件（6）是机架（21）的内表面中的内部凹部。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其中引导件（6）界定了一轨迹，该轨迹具有中心隔开的两个重叠的圆形的形状。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其中活塞套件（1）具有弹簧，该弹簧处于所述活塞套件（1）和转子（2）之间，在进气阶段期间该弹簧迫使活塞套件进行位移。

6.根据权利要求1所述的内燃机，其中每个活塞套件（1）都包括：

头部（15）；

支撑杆（14），该支撑杆与头部（15）共同运动，并且定位成与活塞套件（1）平行；

第二轴（4），该第二轴垂直地连接到支撑杆（14）的外端部；以及

两个位移装置（7），在活塞轴（4）的每个端部处定位有一个位移装置。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其中转子（2）包括沿径向等距离地定位的多个活塞套件（1）。

8.根据权利要求1所述的内燃机，其中机架包括前封盖（3a）、后封盖（3b）和框架（16），并且其中两个封盖彼此相对且通过第一附接装置（17）附接到框架。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其中封盖（3a、3b）在其中心中具有穿孔，以容纳第一旋转支撑装置和第二旋转支撑装置（18、19）。

10.根据权利要求8所述的内燃机，其中封盖（3a、3b）中的每一个上都具有引导件（6），该引导件是所述封盖的表面中的界定了每个活塞套件的轨迹的凹部、凹口或狭槽。

11.根据权利要求1或10所述的内燃机，其中引导凹部的宽度与位移装置（7）的直径相对应，其中所述位移装置（7）位于所述引导件（6）的内部且能够在所述引导件的内部滑动。

12.根据权利要求8所述的内燃机，其中前封盖（3a）包括：

两个管道，这两个管道将燃烧室与外部环境流体地连接，这两个管道具有同中心的弧区段的形状，其中每个管道跨过小于90°的角度，这两个管道中的每一个为用于每个气缸的进气和排气通路；

容纳火花塞和/或喷射器的穿孔，该穿孔位于封盖的顶部上，正处于活塞工作路径的开始位置处；以及

用于容纳第一旋转支撑装置（19）的穿孔。

13.根据权利要求8所述的内燃机，其中后封盖（3b）具有距离其中心等距的四个穿孔（13），这四个穿孔容纳用于紧固第二附接装置（23）的四个螺栓。

14.根据权利要求8所述的内燃机，其中第一附接装置（17）为将封盖（3a、3b）附接到框架（16）的螺栓。

15.根据权利要求1所述的内燃机，其中第二附接装置（23）为凸缘（11），该凸缘在其内表面中抓住弹簧（12）以推压第二旋转支撑装置（18）。

16.根据权利要求1所述的内燃机，其中第一旋转附接装置和第二旋转附接装置（18、19）为轴承或轴衬。