专利名称：混合式发动机的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及一种将电动机和发电机与内燃机组合在一起的混合式发动机，尤其涉及一种将电动机和发动机与转子式内燃机组合在一起的混合式发动机。
背景技术：
众所周知，汽车制造商生产或研发具有混合式发动机的汽车，所述混合式发动机使电力与内燃机相结合。在这些设计中，发电机不断地给车辆的电池充电，而在减速力矩期间旋转的增加使电池的电荷增加，并且制动力施加在主动轴上。在车辆加速时，电动机总是辅助发动机，并且同时一直检测驱动轴负载以响应需求；在这些结构中，电动机还用作初级驱动器，以防止电池过量充电。
发明内容
本发明提供一种将电动机和发电机与转子式内燃机组合在一起的混合式发电机。
在优选实施例中，混合式发电机使用结合了我们的在先美国专利申请US3,971,347和US4,307,695中的特征的转子式内燃机，这两个专利的内容在此参照引用。
如所知，相对于往复活塞式发动机，转子式内燃机中获得的主要益处是，它们由较少的操作部件组成，能在多种不同的燃料作用下运行，并且更紧凑、更有效a)我们的美国专利US3,971,347公开了一种转子式内燃机壳体和同心设置在壳体中的室，以接收偏心设置的圆柱形转子；转子与室结合，以限定月牙形的室，所述室通过叶片被依次分为进气、压缩、燃烧和排气室，其中所述叶片枢轴安装在转子的环形表面上并且接合壳体的内表面，以限定室。所得结构提供有效操作、转子和壳体之间的有效密封、将由障擦接触而产生的热量有效地降至最小、并具有很大的硬度和强度。
b)我们的美国专利US4,307,695具有由转子式发动机驱动的鼓风机(blower)和/或增压器(supercharge)，通过这样提供改善的操作性能。设计包括转子、有角度地安装在转子中的多个活塞、为相对于转子旋转通道(access)进行偏心旋转而安装的致动器、鼓风机、将每个活塞连接至致动器的横向致动器销以及将转子连接至致动器的多个固定销。固定销安装在转子上，以便通过鼓风机中的间隔孔，从而承载与安装在致动器上的内齿轮匹配的延伸齿轮(extension gear)，通过这种转子的转动使得鼓风机和致动器也旋转。如文中所述，产生的旋转力沿其方向改变压力线，当旋转速度增加时使它移向旋转方向。
根据本发明优选实施例的混合式发动机包括美国专利US4,307,695的基本结构，但代替使用它的活塞，而使用了美国专利US3,971,347的枢转叶片的原理，然而对其进行了一些改变。并且，在这种情况下，去除了第二专利中的鼓风机和增压器，最终获得了非常小的发动机，而且与使用标准气缸发动机的混合式发动机相比具有相等的动力量。
根据本发明的第一方面，提供一种混合式发动机，包括发电机、电动机和包含在发动机本体中的转子式内燃机，所述转子式内燃机包括圆柱形壳体，所述壳体具有限定转子室的环形中间件；在所述室中的转子；端板；致动器，每个致动器轴颈式地支撑在每个所述端板的各个内表面上；风扇盘，每个风扇盘轴颈式地支撑在每个所述致动器的内表面上；轴，所述轴轴颈式地安装在所述端板中，并且通过所述致动器延伸，所述风扇盘固定至所述转子；在所述转子上的枢转叶片，所述枢转叶片与所述环形部件偏斜接合以在所述转子室中形成进气、压缩、燃烧和排气室；在所述壳体中的第一通道装置，可允许燃料进入所述燃烧室、空气进入所述进气室；在所述转子上的动力装置，用于迫使所述叶片与所述环形部件接合，包括在所述转子中沿径向延伸的槽，并且位于所述叶片下面；以及在所述转子中与所述槽连接的第二通道装置，用于在向外枢转所述叶片时从所述燃烧室排放气体。
优选本发明包括多个固定和致动销，所述多个固定和致动销通过所述风扇盘和致动器将所述转子连接至所述端板。
在优选实施例中，每个所述固定销通过双动式轴承连接至致动器中。
在优选实施例中，每个所述致动销被连接成可在每旋转一周时将相互作用供至每个叶片。
所述转子的周边优选设有凹陷，用于接收所述枢转叶片。
在优选实施例中，所述第一通道装置包括位于通向环形壁的所述环形部件中的进气和排气口，排放装置设置在进气和排气口之间的所述环形壁上，用于将所述叶片推至收回位置并且用于密封所述进气和排气口之间的区域。
所述发动机优选进一步包括与发电机连接的电池组和与转子连接的驱动轴，其中所述发电机不断地为所述电池组充电，同时在车辆减速力矩期间将电荷加至所述电池组。
根据本发明的第二方面，提供一种操作混合式发动机的方法，其中所述发动机包括发电机、电动机和包含在发动机本体中的转子式内燃机，所述转子式内燃机包括圆柱形壳体，所述壳体具有限定转子室的环形中间部件；在所述室中的转子；端板；致动器，每个致动器轴颈式地支撑在每个所述端板的各个内表面上；风扇盘，每个风扇盘轴颈式地支撑在每个所述致动器的内表面上；轴，所述轴轴颈式地支撑在所述端板中，并且延伸通过所述致动器，所述风扇盘固定至所述转子；在所述转子上的枢转叶片，所述方法包括步骤使所述枢转叶片偏斜至与所述环形部件接合以在所述转子室中形成进气、压缩、燃烧和排气室；允许燃料通过所述壳体中的第一通道装置进入所述燃烧室；使空气通过所述第一通道装置进入所述进气室；利用所述转子上的动力装置，迫使所述叶片与所述环形部件接合；并且在通过所述转子中的第二通道装置向外枢转所述叶片时，从所述燃烧室排放气体。
下面将参考附图，并只通过例子，描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例的转子式发动机的示图；图2是组成实施本发明的混合动力汽车中的驱动系统的三个部件，即发电机、电动机和图1中转子式发动机的横向剖视图；图3是包括电池组和染料箱的汽车驱动系统的简图，并且示出它们是怎样运行的；图4是图1中转子式发动机的横向剖视图；图5是转子式发动机的沿其致动器的剖视图；图6是图1中发动机及其在进气、压缩、燃烧和排气四个阶段中的叶片的剖视图，其中进气叶片处于排放模式，而燃烧叶片在上死点(TDC)；图7是所述发动机的剖视图，其中进气叶片在下死点(BDC)处，同时燃烧叶片运行经过它的动力阶段；以及图8示出用于图1中转子式发动机的组合冷却和润滑系统。
具体实施例方式
参考图1所示本发明的转子式发动机14的分解视图，参考标号1表示它的壳体和壳板，参考标号2表示它的致动器，参考标号3表示它的固定销，参考标号4标注在5处，转子示出在6处，枢转叶片示出在7处，以上所有部件安置在延伸通过T形环9的轴8上。发动机的排气口示出在10处。与发电机12和电动机13连接在一起作为混合式发动机14的本发明所述的混合式发动机的深度100为大约61cm(24英寸)，高度101为大约20.2cm(8英寸)。发电机(102)、电动机(103)和转子式发动机(104)的深度分别依次为12.7cm(5英寸)、17.8cm(7英寸)和30.5cm(12英寸)，与端板1一起示出在图2中。
在图3所示的驱动系统中，来自电池组17的电源沿路径16传输至电动机13，而发电机12沿路径15给电池组17充电，每个路径如箭头的方向所示。燃料箱18沿燃料管19顺着它自己单独的箭头所示的方向将汽油或其他燃料供至发动机14。
本领域技术人员可以理解，转子式发动机14(图4)的剖视图中包括有燃料喷嘴11、致动器轴承20、转子轴承21、偏心轮(eccentric)22、双列轴承23、成对风扇密封件24和成对环密封件25。参考标号26表示包括在转子6中的供油口。参考标号8连续示出转子式发动机的轴。
图5示出本发明的在致动器2处沿A-A线剖开的转子式发动机的剖视图。图6示出在转子6处沿B-B线剖开的剖视图，四个叶片7分别处于它们的进气、压缩、燃烧和排气阶段，同时进气叶片处于排放模式，而燃烧叶片在上死点(TDC)处。参考标号27表示处于排放位置的进气，顺时针所示为压缩、燃烧和动力阶段。如所示输入“燃料”和“空气”，符号BDC代表下死点位置。另一方面，图7示出相同的在转子6处沿线B-B剖开的剖视图，其中进气叶片位于下死点(BDC)位置处，燃烧叶片经过动力阶段。处于下死点(BDC)位置的进气叶片示出在28。
将冷却和润滑系统添加至图4所示的转子式发动机得到图8的视图，其中参考标号29表示进油管，标号30表示出油管，过滤器示出在31处，热交换器示出在32处，它的“进”和“出”泵分别示出在33、34处。并且，各种箭头表示在典型方式中冷却流体和润滑流体的流动。
如我们的上述专利所示的那样，本发明的转子式发动机使用第一专利的枢转叶片和第二专利的致动器系统。利用第二专利的气缸并且它的鼓风机和增压器被拆除，转子式发动机变为初级驱动力，而燃料变为初级动力介质，并且除了需要力矩期间以外，所有其他部件都辅助发动机。每个叶片7将具有固定销，用来支撑叶片的枢转动作，同时所述固定销通过双动轴承(double acting bearing)终止于致动器中以用来稳定转子的旋转动作。每个叶片7还包括致动器销，以相对于每次转动将相互动作供至每个叶片。
运行时，在每次转动期间，通过转子风扇盘增压的转子经历进气、压缩、燃烧和排气四个正常的阶段。先于全进气的废气交叉扫气(crossoverscavenging)初始化进气阶段，如图6所示。可以由火花点火或柴油点火产生燃烧阶段，没有进气和排气阀能非常有助于避免程序化(sequencing)，同时提高效率。这样与在上死点和下死点处不发生任何停止动作的情况结合起来，进一步提高了效率。
利用所述的尺寸，图2中的发电机、电动机和转子式内燃机三个部件形成紧凑的圆柱形，同时单个中心驱动轴8允许电动机是8hp pm型电动机。当直径为45.7cm(18英寸)、长约为30.5cm(12英寸)时，可以得到体积约为11471cc(700立方英寸)的混合式发动机。当发动机转子(没有盘)的尺寸为25.4cm(10英寸)直径×16.5cm(6.5英寸)长时，体积为3277cc(200立方英寸)。然后，电动机和发电机占据另外的13110cc(800立方英寸)，这样整个系统的全部体积只有大约24581cc(1,500立方英寸)。四个叶片7中每个叶片长大约为14cm(5.5英寸)、宽为16.5cm(6.5英寸)，大约为7.62(3英寸)的冲程提供大约为819cc(50立方英寸)的单个燃烧室，这样四个叶片合起来的排出量大约为3277cc(200立方英寸)，即近似3.3公升。假设与标准发动机相比转子式发动机的效率为100％，则3.3公升的排出量将被极大地提高，以在小于传统发动机大约10倍的壳层中提供较大的马力。(连接至电动机和发电机的转子式发动机将比标准6气缸单发动机小6倍多)。可以理解，在更高速的转动中，没有用于进气和排气的阀能产生极高的效率，并且避免了与传统发动机相关的部件和定时问题。
如所理解的一样，在混合式发动机的操作中，发电机12不断地给电池组17的电池充电，同时在减速力矩期间旋转的增加会增加对电池的充电以及对驱动轴的制动力。在初始加速期间，电动机13总是辅助发动机14，但同时一直检测驱动轴负载，以响应需求，电动机13还作为初级驱动器，以防止电池过度充电。
当由于旋转的转子(spinning rotor)质量在电动机运行方式下利用很大的动能力产生动力，因此转子式发动机需要较小的燃烧力以获得与标准活塞式发动机的动力相等的动力时，本发明中转子式发动机的效率远远高于标准活塞式发动机的效率，高于50％之上。通过对叶片的改进以提供提高的排出量，因为去除了在先使用的活塞臂和它们固有的边缘载荷，可以在较小的壳中实现更稳定的操作。
虽然已经对认为是本发明优选实施例的例子进行了描述，但可以理解，在不偏离本发明保护范围的情况下，可以对其进行改变。
权利要求
1.一种混合式发动机，包括发电机(12)、电动机(13)和包含在发动机本体中的转子式内燃机(14)，所述转子式内燃机包括圆柱形壳体，所述壳体具有限定转子室的环形中间部件(9)；在所述室中的转子(6)；端板(1)；致动器(2)，每个致动器轴颈式地支撑在每个所述端板的各个内表面上；风扇盘(5)，每个风扇盘轴颈式地支撑在每个所述致动器(2)的内表面上；轴(8)，所述轴轴颈式地支撑在所述端板(1)中，并且通过所述致动器(2)延伸，所述风扇盘(5)固定至所述转子；位于所述转子上的枢转叶片(7)，所述枢转叶片偏斜至与所述环形部件接合，以在所述转子室中形成进气、压缩、燃烧和排气室；在所述壳体中的第一通道装置，以使燃料进入所述燃烧室、空气进入所述进气室；位于所述转子上的动力装置，用于迫使所述叶片与所述环形部件接合，包括在所述转子中径向延伸的槽，并且位于所述叶片下面；以及位于所述转子中与所述槽连接的第二通道装置，用于在向外枢转所述叶片时，从所述燃烧室排放气体。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，包括多个固定和致动销，所述多个固定和致动销通过所述风扇盘和致动器将所述转子连接至所述端板。
3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，每个所述固定销通过双动式轴承连接至致动器中。
4.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，每个所述致动销被连接成可在每旋转一周时将相互作用供至每个叶片。
5.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述转子的周边设有凹陷，用于接收所述枢转叶片。
6.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述第一通道装置包括位于通向环形壁的所述环形部件的进气和排气口，排放装置设置在进气和排气口之间的所述环形壁上，用于将所述叶片推至收回位置并且用于密封所述进气和排气口之间的区域。
7.如前述权利要求中任一项所述的发动机，其特征在于，包括与发电机(12)和转子轴(8)连接的电池组(17)，其中所述发电机不断地为所述电池组充电，同时在车辆减速力矩期间将电荷加至所述电池组。
8.一种操作混合式发动机的方法，其中所述发动机包括发电机(12)、电动机(13)和包含在发动机本体中的转子式内燃机(14)，所述转子式内燃机包括圆柱形壳体，所述壳体具有限定转子室的环形中间部件(9)；在所述室中的转子(6)；端板(1)；致动器(2)，每个致动器轴颈式地支撑在每个所述端板的各个内表面上；风扇盘(5)，每个风扇盘轴颈式地支撑在每个所述致动器的内表面上；轴(8)，所述轴轴颈式地安装在所述端板(1)中，并且延伸通过所述致动器，所述风扇盘(5)固定至所述转子；在所述转子上的枢转叶片(7)，所述方法包括如下步骤使所述枢转叶片(7)偏斜到与所述环形部件(9)接合以在所述转子室中形成进气、压缩、燃烧和排气室；使燃料通过所述壳体中的第一通道装置进入所述燃烧室；使空气通过所述第一通道装置进入所述进气室；利用所述转子上的动力装置，迫使所述叶片与所述环形部件接合；并且在通过所述转子中的第二通道装置向外枢转所述叶片时，从所述燃烧室排放气体。
全文摘要
混合式发动机包括发电机(12)、电动机(13)和转子式内燃机(14)，其中所述转子式内燃机(14)包括安装在转子上的枢转叶片元件，所述枢转叶片元件偏斜接合以在转子与环形室之间顺序形成进气、压缩、燃烧和排气室。
文档编号F01C1/44GK1651721SQ200410003228
公开日2005年8月10日 申请日期2004年2月2日 优先权日2004年2月2日
发明者米夏埃利·米尔蒂季斯·瓦西兰托内 申请人:米夏埃利·米尔蒂季斯·瓦西兰托内