专利名称：往复式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及往复式内燃机领域。更具体地，本发明的实施例涉及 轻型、高功率密度、低振动、凸轮(轴承)随动件驱动的往复式内燃机。
背景技术：
大多数发动机是基于20世纪早期的设计，少有创新。通常，发动机需要带有重要 的冷却和润滑系统的很重的曲轴和平衡重。大多数设计在多个方向移动活塞由此增大侧面 摩擦和磨损。控制气口的配气系统需要相当大的能量来克服摩擦和弹簧压力。当需要另外 的功能时，要添加更多系统，这进一步增加复杂性、尺寸和重量。迄今为止，还没有完全满足上面提及的这些需求。所需要的是一种解决方法，优选 地同时解决所有这些问题。
发明内容
需要本发明的下列实施例。当然，本发明并不局限于这些实施例。根据本发明的实施例，一种方法包括操作双活塞发动机，包括把气体引入一对燃 烧室；把燃料引入这对燃烧室；压缩气体；燃烧气体和燃料；以及排出废气，其中，每个活塞 驱动伸过气缸壁并且通过接合转子上的基本上正弦形的凸轮轨道与一对转子一起旋转的 往复曲轴。根据本发明的另一实施例，一种机器包括装置，包括凸轮驱动的、同轴传动旋转 气门双活塞发动机。在连同下列描述和附图一起考虑时，将更好地认识和理解本发明的这些及其他实 施例。然而应该理解，下列描述尽管简述了本发明的各个实施例及其许多具体细节，但是这 些描述是作为例子给出的，而不意味着限制。在本发明实施例的范围内可以做出许多替换、 改型、添加和/或调整，只要不脱离其精神，并且本发明实施例包括所有这种替换、改型、添 加和/或调整。
所附的并成为本说明书的一部分的这些图包含进来描述本发明的某些实施例。通 过参照这些图(其中，相同附图标记(如果它们存在于多个视图中)表示相同元件)中示 出的这些示例性且非限制性的实施例可以很容易明白本发明实施例和可与本发明实施例 结合的部件的更清楚构思以及本发明实施例所提供的系统的操作。通过与本文给出的下列 描述一起参照这些图中的一个或多个可以更好地理解本发明实施例。应当注意，图中示出 的零件不一定是按比例画出。图1是活塞组件的分解透视图，代表本发明的一个实施例。图2是气缸/活塞组件的分解透视图，代表本发明的一个实施例。图3是发动机总成的分解透视图，代表本发明的一个实施例。图4是涡轮增压循环的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。
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图5是增压进气的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图6是增压循环的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图7是压缩循环的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图8是燃烧循环的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图9是排气循环的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图10A-10H是气缸的八个旋转位置的透视图，代表本发明的一个实施例。图11是空气流的截面操作视图，代表本发明的一个实施例。图12A-12D是气缸的单活塞(12A)以及在扩展(12B)、半扩展(12C)和闭合(12D) 位置互锁的双活塞的透视图，代表本发明的一个实施例。图13A-13C是第一转子(13A)、第二转子(13B)和气缸(13C)的透视图，代表本发 明的一个实施例。
具体实施例方式参照非限制性实施例更完整地解释本发明的实施例及其各个零件和优势详情，这 些实施例在附图中示出并且在下列描述中详述。为了不会不必要地弄模糊本发明的详细实 施例，省去了对公知原始材料、生产工艺、部件和设备的描述。然而应该理解，详细描述和特 定例子尽管简述了本发明的优选实施例，但是这些仅仅是通过举例的方式给出，并且不作 为限制。对于本领域技术人员来说，在下面的发明构思的精神和/或范围内的各种替换、改 型、添加和/或调整对本发明是显而易见的。发明的概述本发明是一种小型、轻型、风冷的双活塞往复式内燃机。本发明具有优越的功 率_重量比、无振动和无扭矩情况。该发动机以二冲程模式操作，具有旋转气门口，使得每 个活塞循环都产生做功冲程，具有不同的单独气体传输相位，以提高性能。仅仅用四个主要 运动部件，本发明为大功率容量产生增强的涡轮增压空气和增压空气压力，并且具有在高 海拔良好操作的能力。由于有了直线运动反向对置平衡活塞，发动机振动保持最低。反转 转子组件最小化发动机扭转扭矩。这两个发动机转子操作的旋转角速度小于产生高发动机 马力的活塞循环速度以降低转子转速。高压缩比允许该发动机燃烧各种燃料。由于减小的 摩擦、更高的操作温度和循环的发动机热，所以可料到燃料效率会高得多。该发动机很适合于带有反转推进器的航空发动机，以及通用应用，例如用于混合 动力车的发电机。本发明的设计目标是要通过利用当前现有的材料和技术克服现有技术发动机的 低效率。此外，轻型飞机用的主要必需品需要增大的发动机功率-重量比。为了实现这些 目标，我们把多个功能设计到发动机部件中以简化发动机复杂性并且减少部件数量。把发 动机的每个区域用于一些功能有利于整体的小型化包装。发明的结构本发明的核心由单气缸组成，该气缸带有侧孔(图13的附图标记44)并且装入了 两个相同的反向对置活塞(图12)，这两个活塞彼此相对并且被装着气缸端部的两个转子 组件围绕(图13)。两个缸盖组件(图3的附图标记30)封闭这两个气缸端部。这两个相 同的活塞设计成一起紧密地装入圆柱形接头中，当它们处于它们的最靠近位置时(图12)，它们之间几乎没有空隙。这些活塞相对于彼此旋转90度并且互锁在一起，从而在这两个活 塞与气缸壁之间形成空气泵。在发动机操作期间，空气被吸入这两个活塞之间并且经过这 些活塞内部的单向簧片阀(图1的附图标记5)流入压缩空气储存区，起到四个作用1.通过使冷却气体经过整个内部活塞表面来从内部冷却这些活塞。2.为增压器功能提供增压空气(通过每个活塞侧面上的两个孔排出)。3.在下行冲程期间缓冲活塞，以减小轴承磨损。4.为活塞-气缸密封件(图1的附图标记7)提供压力，使得这些密封件浮在薄薄 的空气垫上，而不是摩擦气缸壁和磨损。气缸孔与转子孔(图13的附图标记44和46) —起允许气体在各种模式中(图4 至9)流入和流出发动机。气缸的每个端部都具有下面的孔(图13的附图标记44)A.四个间隔90度的主孔，用于排气和燃烧室进气。B.两个间隔180度的孔，用于涡轮空气以填充两个活塞之间的空隙。C.两个间隔180度的孔，用于来自活塞内部储存区的涡轮增压器流出物。每个转子都具有面向气缸中心的正弦形或近似正弦形的凸轮轨道(图13)。从活 塞伸出的在小曲轴上的轴承沿着这些凸轮轨道滚动，把旋转能从活塞传递给转子(图10)。 这些转子把动力传给外界，并且促进气体通过孔缺口流入和流出发动机。在制造期间，通过改变发动机的孔构造，每个转子都能够被制成朝任一方向旋转。 两个缸盖组件支撑着喷射器(图3的附图标记30和29)，喷射器用于把燃料直接引入燃烧 室的。缸盖夹(图3的附图标记32和33)把缸盖衬垫和缸盖(图3的附图标记31和30) 夹紧在气缸端部，使推力轴承和轴承座圈保持就位(图3的附图标记25和24)，并且为安装 包括发动机端部的静止零件(图3的附图标记18至23)提供基础。发动机端部被锥形壳 (图3的附图标记18)盖住，以便容纳供给发动机孔的加压涡轮空气。当本发明在操作时，这些活塞沿着相反的方向朝向彼此运动和离开彼此运动，同 时，这两个转子沿着相反的方向环绕气缸旋转(图10)。这些转子能够连接到各种装置，例 如推进器、皮带或齿轮，从而把动力从发动机传递给外部设备。经过发动机的空气流冷却这 些零件、燃烧燃料并且最终流出排气口(图4至9)。本发明是小型的、轻型的，并且能够在扩大的温度范围和加速的速度下操作，且少 有发动机磨损。图1至3描述了用于核心发动机设计的分解零件装配。发明的操作在操作期间，发动机燃烧循环经历多个阶段。两个活塞在气缸内平衡、同步协调一 致地朝着彼此和离开彼此作直线运动，同时，活塞曲轴轴承沿着线性气缸凸轮轨道滚动。另 外的曲轴轴承通过在转子凸轮轨道上滚动来上下驱动这些活塞。转子凸轮轨道的波峰和波 谷彼此有180度的相位差(图13)，使得这两个活塞是相对于彼此沿着相反的方向运动(图 12)。在燃烧循环期间，活塞曲轴轴承驱动转子凸轮轨道，迫使转子旋转(图10)。在压缩循 环期间，旋转的转子凸轮轨道驱动活塞轴承，从而迫使这些活塞分开。在活塞的每侧上，曲轴的三个轴承(图1的附图标记10)各自沿着不同凸轮轨道 滚动。两个转子形成两个正弦形凸轮轨道并且气缸自身具有线性凸轮表面(图13的附图标记45)，内轴承沿着该线性凸轮表面滚动。线性气缸凸轮轨道阻止活塞旋转，并且允许活 塞在气缸内沿着它们的直线行进路径运动，同时向转子凸轮施加成角度的力。成角度的转 子凸轮轨道与线性气缸凸轮轨道壁之间的轴承楔作用(图10)促使成角度的力施加在转子 上，从而迫使转子旋转。参照图10，以单个燃烧循环期间的顺序操作描述了发动机基本结构。转子沿着相 反方向旋转，同时，凸轮轨道沿着相反的直线方向驱动活塞。由于转子凸轮轨道形状的特 性，转子在一个完整的活塞燃烧循环期间旋转180度，没有齿轮而形成的比为2 1。对于 飞机的操作，10，000个做功冲程将产生5，000转推进器旋转(每个方向)，比带有较少做功 冲程的直接驱动推进器轴系统产生多得多的马力。对于本例子，假定这两个活塞几乎是一路向下到它们的最靠近位置(互锁)并且 排气循环(图9)恰好已经通过开放孔排空了燃烧室。而且，这些活塞在它们各自的下行冲 程恰好完成了这两个活塞之间的涡轮空气压缩并且压缩的空气现在留在这两个活塞储存室中。1.这些转子继续旋转，关闭八个转子排气口并打开八个转子_涡轮孔来匹配气缸 中的燃烧室孔位置。2.增压的涡轮空气流入排空的燃烧室中(图4)。3.在转子继续旋转时，这八个转子_涡轮孔关闭，因此使气缸与转子孔不对准。4.四个位于刚互锁的活塞支柱端部附近的增压器-填充孔打开以允许涡轮空气 流入这两个活塞之间的即将扩大的空隙中(图5)。5.这四个内部活塞孔和这四个增压器孔打开，为增压器增压空气提供流出活塞储 存区和流入燃烧室的路径(图6)。这在压缩循环之前大大增加燃烧室压力。6.在转子继续旋转时，这四个活塞孔和这八个增压器孔关闭。7.现在这些活塞处于它们的上行冲程并且处在分隔开的过程。这是发生在转子正 弦形凸轮轨道的转动把各个活塞推向气缸的相反端部的时候。当这些活塞分开时，涡轮空 气填充这两个活塞之间的扩大空隙，因此开始增压器_填充阶段(图7)。当活塞运动得更 接近气缸端部时，燃烧室内的气体被压缩。8. 一旦这些活塞完全扩展分开(活塞在上止点处)，这四个增压器填充孔就关闭， 由此密封了这两个活塞之间的扩展室。9.当活塞在正弦形凸轮轨道运动的作用下开始运动离开气缸端部时，从位于缸盖 中的喷射器把燃料引入燃烧室中。由于有3级压缩循环(涡轮、增压和气缸压缩)，所以燃 烧室中高度压缩的气体已经变得相当热。燃料一接触该过热气体就开始燃烧，类似于标准 的柴油机操作，并且可以用标准的点火器点火以改善燃烧特性。10.在燃烧阶段期间，这些活塞一起被燃烧室中的热膨胀气体压力推动，从而驱动 转子凸轮旋转并因此向这些转子传递动力。而且，当这些活塞合并在一起的时候，截留在这 两个活塞之间的涡轮空气受到压缩，推动压缩空气通过活塞簧片阀并进入活塞储存区，为 下一增压器循环做准备(图8)。增压空气还流过第二组簧片阀，进入更小的第二活塞室，为 活塞对气缸的密封提供压力。填充这些活塞室的压缩空气也在每个循环从里面冷却活塞。11. 一旦这些活塞接近它们的最靠近位置，这八个转子排气门就打开，允许热废气 排出燃烧室(图9)。
12.现在完成了一个燃烧循环，并且转子已经旋转了二分之一圈。这是由于正弦 形凸轮轨道的特性，该凸轮轨道在转子的相对侧上具有两个完整的正弦波峰和波谷，并且 匹配活塞的横向深度，使得每个活塞两侧的轴承在凸轮轨道的匹配部分上同样地滚动。注 意，每个转子上可能具有相同数量的更多个正弦形凸轮曲线(对于较大型活塞发动机)，这 进一步将活塞对转子的循环圈数减少至每活塞循环四分之一、六分之一、八分之一等转子 转数。应当注意，发动机设计成经由冷却和吸收的辐射热所损失的大部分热耗被再循环 回燃烧室，最终出现在排气中。这将提高发动机燃烧效率，减少未燃烧的燃料。因为预期该 发动机操作在比其它发动机结构更高的温度下，所以由于钢的高温性能和强度，已经选择 钢作为优选的金属。发动机的扩大的温度范围也将提高发动机的其它效率，例如降低冷却
需求量。本发明的一个实施例还可以被归入成套零件。成套零件可以包括本发明实施例所 包括的部件的一些或全部。成套零件可以是实地改装的成套零件来改善现有系统，这些系 统能够合并本发明的实施例。成套零件可以包括软件、固件和/或硬件来执行本发明的实 施例。成套零件还可以包括指令来实施本发明的实施例。除非另作说明，成套零件的部件、 软件、固件、硬件和/或指令可以与本发明的实施例中所使用的一样。例子现在将通过下列非限制性例子进一步描述本发明的特定实施例，该例子用来较详 细地解释各个特征。包括下列例子有助于对本发明实施例可以实施的方式的理解。应该认 识到，下列例子代表着所公开的本发明的实施中作用最好的实施例，并且因此可以被看作 形成实施本发明实施例的优选模式。然而，应该认识到，在不脱离本发明实施例的精神和范 围的情况下，在所公开的示例性实施例中可以做出许多改变，但是仍然获得相同或相似的 结果。因此，本例子不应看作是限制本发明范围。发明的优选实施例包括连在转子上的离心泵(图11)。这些泵由围绕发动机旋转 的管道组成，并且连接到转子孔。旋转时，气体向外冲向这些管道的端部，因此在转子轮毂 附近形成真空并且在管道外端形成压力。这些管道终止于带有压力密封的中空导管以容纳 增压气体。对于飞机用途，这些离心泵管道位于推进器内。这些离心泵起到多个作用1.排气泵提供真空压力以有利于废气快速从燃烧室排出。这得到更彻底的废气排 出和更空的空气补给容积(不需要用共振调谐排气管来提高效率)。废热可以在导管内回 收用于加热用途。2.进气泵用来为发动机操作提供涡轮空气压力。增压涡轮空气经过定子管道回流 到发动机端部来冷却发动机并且提供发动机操作空气，如上文的"发明的操作"节段所述 的。3.涡轮泵的附带好处是使热的增压空气具有各种有用功能，例如机舱压力源和气 动控制电动机。本发明的优选实施例以二冲程模式操作，使用容纳在导管风扇结构中的反转推进 器。由于发动机轮毂的小横截面，所以在该导管内几乎没有空气阻力。这些推进器终止于 该导管形成圆环，带有孔和喷嘴为离心泵提供排气孔。该导管与该圆环之间的空气轴承用 来密封离心泵气体并且从旋转推进器到导管提供低摩擦推力传递压力。这两个推进器组件
8圆环提供小磁铁的安装，用于在导管环境中的起动电动机和发电机功能。由于从发动机轮 毂起的杠杆作用距离，所以得到高扭矩发动机起动功能。在运行时，这些磁铁有利于产生用 于蓄电池充电和一般系统操作的动力。而且，这些磁铁和电动机功能可以用于稳定推进器 组件，这是在发动机共振阶段期间以及在例如由车辆转向引起的强迫发动机扭转期间可能 需要的。离心泵末端处的气体射流瞄准与推进器旋转方向相反的方向，从而在有废气压力 的情况下提供某一推进器加速度，并且恢复在泵送过程期间蒙受的气体加速度损耗。(在泵 送旋转期间气体可以加速到接近声速。)废气被冷却并且被隔音板消音，然后最终安静地喷 射在导管的后部。该导管还将提供推进器减噪用于低噪音发动机操作。其它的和特有的发明方面1.无油操作·为了减少重量和对肮脏的润滑油系统的需求，本发明在可能的地方使用空气进 行润滑。主要的曲轴活塞轴承和推力轴承利用氮化硅陶瓷轴承代替钢轴承来提供比标准轴 承更好的性能和耐久性。在优选实施例中，对接触陶瓷轴承的钢表面进行硬化。2.活塞-气缸增压空气密封件·为了提供无油的活塞密封而没有看得出的磨损，空气被泵送通过活塞密封件中 的孔从而在气缸壁与密封件之间提供薄薄的空气垫。这允许这些密封件浮在该空气垫上而 没有摩擦。这可以只是在与本发明相似的系统中实现，其中，活塞在气缸内直线运动而不受 到左右侧的压迫，如传统的发动机曲轴-活塞运动一样。3.缸盖密封件 本发明使用高压使其优点突出，通过使用该压力来提高密封作用。本发明的气缸 盖衬垫是可变形的并且具有基础"C"形。衬垫的"臂部"面向压力源并且被增大的压力 分开。这个动作使"臂部"更紧密地延伸到需要密封的表面。这个结果是，随着压力的增 大，密封完整性更好，而不是像在其它系统中一样弱化密封。4.转子轨道扭曲·转子凸轮轨道扭曲成在任何旋转位置出现与活塞曲轴轴承最大的表面接触。无 论凸轮轨道在哪里接触到轴承，接触凸轮线总是平行于轴承表面。这在燃烧和压缩循环期 间非常重要，在这期间在转子轨道与活塞之间传递非常大的力。因为在转子旋转并且活塞 轴承沿着凸轮轨道运动时接触位置会移离中心，所以凸轮轨道的扭曲表面抵消了转子的旋 转曲率，从而确保这两者之间的最大"轨迹"接触面积。预期的发明效果大多数涡轮或增压发动机仅仅获得1. 2个大气压。因为燃烧室中的空气量直接与 能够燃烧的燃料量有关，本发明能够获得比其它类似发动机尺寸大6倍的功率。另外且因 此，能够实现比其它活塞驱动式发动机高得多的操作海拔。由于燃烧室中的高压、高操作温度和发动机转速，估计500cc的发动机结构(3" 的活塞，2. 2英寸的活塞冲程)能够产生超过200马力，具有6000RPM的转子转速和优越的 燃料效率。利用40英寸的导管内径，能够实现800磅的推力。在这个结构中，整个发动机 轮毂截面小于6英寸，横向长度为2英尺。发动机、导管、推进器、起动电动机/发电机、电 池以及相关控制部分的全部重量将小于50磅，带有的导管的实际尺寸为直径为4英尺，深度为2英尺。另外，由于本发明的涡轮和增压器功能，所以将在格外高海拔的位置良好操 作。由于高的气缸压力本发明将用各式各样的燃料和适当的直喷式燃料系统进行可靠地良 好操作。其它的和可替代的发明实施例1.可以对大活塞以均勻增加地使用多个正弦形凸轮轨道区段。这个结果是，有了 更大的活塞，功率更高，转子旋转更慢。例如，四个正弦形凸轮轨道区段提供活塞_转子循 环的传动比为4 1，六个区段提供的传动比为6 1。2.这些活塞之间的单个正弦形开槽轨道转子可以代替两个分开的转子轨道进行 单向转子操作。活塞下行冲程的压力在单个转子组件中得到平衡，因此实际上没有负载作 用在转子推力轴承上。然而，单向转子组件引起的发动机扭矩必须与更坚固的电动机底座 相抵消。3.通过改变转子和气缸孔可以把发动机构造成4冲程发动机。4.在气缸壁及发动机其它零件内可以执行液体冷却。5.在优选实施例中，在这两个活塞行向期间，活塞得到气体缓冲，因此减小机械磨 损。增压器机构用作活塞在下止点位置附近的减震器和弹簧。这是对标准发动机操作的极 大改进，其中上止点活塞力必须全部通过机械装置来抵消。6.不需要增压用的中空活塞，并且在外表上活塞可以做成与其它发动机结构中的一样。7.对于非航空设计，推进器和导管的尺寸可以减小并且用来提供更小规模的冷却 风扇功能。8.非推进器管道或管子也可以用于离心泵送动作，为发动机操作提供适当的冷却 和操作气体传送功能。9.发动机外部冷却也是个选择。10.发动机还可以构造成气体或液体泵，用马达驱动转子。11.发动机能够构造成气体或液体发动机(气动或液压的)。12.这两个反向对置活塞之间的容积可以用作气体或液体泵。13.单活塞可以充当泵或液压马达。单活塞的两侧能够用作双作用泵或液压马达。 这些能够用作振动器，用于压紧、锤打及其它振动用途。14.单活塞版本允许双作用操作(活塞两端的燃烧室交替点火)。15.双作用模式能够使用双活塞版本的活塞之间的区域或是单活塞的两端用于燃 烧或泵送动作。在双作用双活塞形式中，每个活塞的半个冲程是一个做功冲程，是2冲程操 作所提供的做功冲程的两倍。这个出现在这两个活塞被标准燃烧冲程一起驱动的时候，并 且一旦这些活塞到达下止点位置，这两个活塞之间的区域就被压缩用于另一个做功冲程。 中心燃烧推动活塞向后分开，从而开始向气缸端部的标准压缩冲程，像在2冲程模式中的 一样。应当注意，对于等中心燃烧冲程做功，中心排量等于这两个活塞端部的排量。16.凸轮和转子轴承可以是任何用途兼容的类型。轴颈轴承、滚针轴承、静液压轴 承、动液压轴承和滑动轴承都是对优选滚珠轴承的可行替代物。17.在气缸线性轨道中并且可能对转子正弦轨道，球轴承能够用未加工的轴承滚 珠代替。这将得到更粗大和更坚固的曲轴。
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18.旋转阀由旋转凸轮驱动或是其的一部分。19.凸轮轨道不是必须为正弦形的，但是它们应该是对称的，使得这两个活塞同步 协调一致地运动。20.替代的材料没有改变专利基本原理。可行的材料包括钢、陶瓷、石墨复合材 料、钛和铝(在温度允许的地方)。21.替代的活塞环结构是可行的，包括无环的。由于直线活塞运动和活塞力，该发 动机是少数几个能够使用无环和空气轴承型活塞密封件的发动机之一。22.把石墨纤维增强石墨用于活塞、气缸以及任选的转子能够在宽温度范围内得 到完全低磨损、无密封的操作，这是因为材料的低温系数和缺少侧向力。23.活塞密封的漏气和活塞居中是另一可行事件。24.增压器内活塞面积可以是不同于燃烧室的容积。25.很容易容纳标准的喷射器，连同标准的"热罐"、柴油机或火花点火系统。26.多个轮毂中心发动机能够机械地啮合/连接在一起，通过翻转相邻发动机上 的端部并且与转子直接啮合或摩擦连接在一起，即使在发动机“壁”的2维平面中。在这个 结构中，能够在不关闭系统的情况下移除和维修个别发动机。发动机燃烧循环的交错正时 将得到非常低噪音、平顺和无振动的操作。27.对于发电机操作，磁铁能够安置在转子周围，固定线圈可以建立在导管壁内 部。28.能够执行多个涡轮增压阶段用于更高空气压力。29.可行的结构；无导管。非整体式涡轮增压。30.导管中的推进器或轮辐用作离心式阿基米德压缩机，空出中空导管壁。31.推进器叶尖周围的增强连续气缸支撑着推进器或轮辐轴承并且有助于密封中
空导管壁。32.推进器组件、定子或这两个可以支撑发动机轮毂。33.高圆周速度对使用无润滑的膜空气轴承是最优的，既在发动机轮毂附近又在 推进器或轮辐叶尖处。34.导管使压缩涡轮增压空气经过定子回到发动机轮毂。35.单旋转元件喷气发动机版本是可行的，通过用喷气发动机燃烧室代替或旁通 该活塞燃烧室。36.压缩机和通过经由空心推进器或轮辐叶尖喷口排出气体所恢复的排气加速能 量的方向与叶尖运动方向相反。37.叶尖喷口排空了导管壁内部或推进器管道内，用于消音和气体控制。38.能够支撑单个推进器或两个反转推进器。39.增压空气和真空是内部和外部使用很容易获得的。40.中空定子能够在本发明的发动机核心的两端之间往返输送空气、燃料、电流以 及控制和状态信号。41.定子能够用作风车叶片，用叶片控制空气矢量，既为推力又为导管进气。42.定子能够用作涡轮增压空气中冷器，通过把热量传给经过该导管的空气。43.该导管能够容纳电池、定子风车叶片控制器、电子控制设备、控制电动机、发动机起动电动机和发电机、排气消声器以及增压气流的空气通道。45.在飞机系统中，发动机支撑着推进器，并且发动机曲轴必须处理所有推进器能 量。在这个系统中，推进器支撑着发动机，使得推进器毂能够更小得多和轻得多。大部分推 力能量是通过推进器叶尖空气轴承环直接传递给导管，不由发动机处理。这解脱了发动机， 使其只需要处理转子的旋转能。46.转子上其它的凸轮轨道能够驱动一些装置，例如燃料泵、机械配气系统、发动 机位置传感器、发电机及其它装置。定义措辞〃基本上〃意图意味着所指的是主要地但不必须整个。措辞〃大致〃意图意 味着至少接近一个给定值(例如在其10%以内)。措辞"通常"意图意味着至少接近一个 给定状态。措辞"连接"意图意味相连，但不必须是直接地，也不必须是机械地。本文所 使用的措辞"近似的"意图意味着靠近的、接近的、邻近的和/或一致的；并且包括空间场 所，在那里能够执行和/或实现指定功能和/或效果(如果有)。本文所使用的措辞"末端 的"意图意味着远的、在外的、间隔开的和/或非一致的，并且包括空间场所，在那里能够 执行和/或实现指定功能和/或效果(如果有)。措辞"配置"意图意味着设计、构造、输 送、安装和/或操作。措辞"第一或一个"以及短语"至少第一个或至少一个"意图意味着单个或复 数个，除非从文献的原文可以清楚地知道它所指的其它内容。措辞"第二或另一个"以及 短语"至少第二个或至少另一个"意图意味着单个或复数个，除非从文献的原文可以清楚 地知道它所指的其它内容。除非在文献的原文中明确做了相反的陈述，措辞"或"意图意 味着"或"而并非"异或"。具体地，下列任一都满足"A或B"的状态:A为真(或存在) 且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)以及A和B都为真(或存 在)。采用措辞"一个"只是语法形式且仅仅为了方便起见。措辞"多个"意图意味着两个或多于两个。措辞"任何"意图意味着装置的所有 适用构件或装置的所有适用构件的至少一个子设备。短语"其中可导出的任何整数"意图 意味着说明书中叙述的相应数字之间的整数。短语"其中可导出的任何范围"意图意味着 这些相应数字内的任何范围。措辞"意味着"在后面跟了措辞"用于"时意图意味着用于 获得一个效果的硬件、固件和/或软件。措辞"步骤"在后面跟了措辞"用于"时意图意 味着用于获得所述效果的方法(子方法)、过程(子过程)和/或程序(子程序)。措辞〃包含〃、“包括〃、“具有〃或这些的任何其它变化意图覆盖非排外的包 含物。例如，包含一列元素的过程、方法、物品或装置不一定限制为只有那些元素，而是可 能包括没有明确列出或是这些过程、方法、物品或装置固有的其它元素。措辞"组成"和/ 或"构成"意图意味着封闭式表达，不许可所述方法、装置或合成物包括除那些所述的以 外的过程、结构和/或成分，除了正常与其相关的辅助设备、附件和/或杂质。措辞"本质 上"与"组成"和/或"构成"一起使用的叙述意图意味着修饰封闭式表达，许可所述方 法、装置和/或合成物只对没有显著影响所述方法、装置和/或合成物的基本新特性的未指 出的过程、结构和/或成分的包含物开放。除非另作定义，本文所使用的所有技术术语和科学术语都具有与本发明所属领域 的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。如果出现分歧，本说明书，包括上述定义，
12将控制。结论所描述的实施例和例子只是说明性的，并不意图限制。尽管本发明的实施例能够 独立实施，但是本发明的实施例可以整合到与它们相关的系统中。参照本发明，在没有不当 实验的情况下，可以做出和使用本文所公开的本发明的所有实施例。尽管公开了发明人认 为的本发明的最佳方式，但是本发明的实施例不受其限制。本发明的实施例不受到本文所 述理论综述(如果有)的限制。本发明实施例的个别步骤不需要以所公开的方式执行或以 所公开的顺序组合，而是可以以随便什么方式和/或随便什么顺序的组合执行。本发明实 施例的个别部件不需要以所公开的形状形成或以所公开的结构组合，而是能够以随便什么 形状和/或随便什么结构的组合提供。个别部件不需要由所公开的材料制成，而是能够由 随便什么合适的材料制成。同系列的替换物可以代替本文所述的物质。化学和物理上都涉 及的手段可以代替本文所述的手段，将会获得相同或相似的效果。在不脱离下述发明构思的精神和/或范围的情况下，可以做出本发明实施例的特 征的各种替换、改型、添加和/或调整。每个公开实施例所公开的所有元素和特征都能够与 所有其它公开实施例的所公开元素和特征相结合或被其代替，除非这些元素或特征是互斥 的。由所附权利要求及其同等物所定义的下述发明构思的精神和/或范围覆盖所有替换、 改型、添加和/或调整。所附权利要求不要理解成包括装置加功能性限制，除非使用短语"装置用于"和 /或"步骤用于"把这个限制明确地叙述在特定权利要求中。用所附独立权利要求及其同 等物描述本发明的次同类实施例。本发明的特定实施例用所附从属权利要求及其同等物区 分开。
权利要求
一种方法，包括操作双活塞发动机，所述方法包括把气体引入一对燃烧室；把燃料引入所述一对燃烧室；压缩所述气体；燃烧所述气体和所述燃料；以及排出废气，其中，所述活塞中的每一个都驱动往复曲轴，该往复曲轴伸过气缸壁并且通过接合一对转子上的基本上正弦形的凸轮轨道而使所述一对转子配合地旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括涡轮增压所述气体。
3.根据在前任一项权利要求所述的方法，还包括增压所述气体。
4.根据在前任一项权利要求所述的方法，还包括排空所述一对燃烧室以降低排气口处 的背压。
5.一种包括凸轮驱动的、同轴驱动旋转气门双活塞发动机的装置。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括转子上的基本上正弦形的凸轮轨道，允许从由 单向转子操作或双向转子操作组成的群中选择至少一个操作。
7.根据在前任一项权利要求所述的装置，还包括空气轴承和氮化硅滚珠轴承来获得无 油操作。
8.根据在前任一项权利要求所述的装置，还包括大容量离心式涡轮增压器泵，所述涡 轮增压器泵使大气压在用在发动机中之前大致增至三倍。
9.根据在前任一项权利要求所述的装置，还包括所述活塞之间的大容量增压器泵，所 述大容量增压器泵具有与所述两个活塞的排量基本上相同的容积以使燃烧室中的空气体 积大致加倍。
10.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，活塞环的增压空气轴承表面和密封件 减少气缸磨损。
11.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，离心式排气泵降低发动机排气口处的 背压，有利于增强燃烧室的排空并且由于燃烧室能够容纳的增大的新鲜空气体积而得到较 高的马力。
12.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，每个燃烧室中的间隔90度的四部分 发动机孔通过为气流提供更短的路径和多个方向来增强空气进入和废气排出。
13.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，三阶段换气循环提供高的起始燃烧室 压力，包括紧接着的排气阶段、第一涡轮增压器，然后是在两个附加阶段进入燃烧室的增压 器压力。
14.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，压力补偿自密封缸盖衬垫基本上确保 在所有操作压力下的气密密封作用而不需要扭矩螺栓。
15.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，转子凸轮轨道扭曲成在它们的全部旋 转位置具有与活塞曲轴轴承基本上最大的表面接触。
16.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，沿着相反方向旋转的双转子凸轮提供 双向无扭矩操作而没有沉重的齿轮或传动装置。
17.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，由于转子凸轮轨道的多个正弦特性，所以凸轮以燃烧循环频率的子集进行转动而没有齿轮传动，由此通过每个转子转数的增加 的做功冲程而获得更高的马力值。
18.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，在基本上相反的方向上运动的基本上 平衡的活塞基本上消除了发动机振动，而不需要沉重的平衡重。
19.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，每个活塞内的气室区域1)消除由燃 烧引起的过多活塞热；以及2)提供a)延迟的增压器压力储存功能和b)储存在分开的室中 且由增压器压力供应的用于浮起活塞对气缸密封件的压力。
20.根据在前任一项权利要求所述的装置，其中，所述发动机是风冷的。
21.—种车辆，包括在前任一项权利要求所述的装置。
22.—种飞机，包括在前任一项权利要求所述的装置。
23.一种装置，基本上如此处描述的。
全文摘要
本发明公开了用于往复式内燃机的方法和装置。一种方法包括操作双活塞发动机，包括把气体引入一对燃烧室；把燃料引入这对燃烧室；压缩气体；燃烧气体和燃料；以及排出废气。每个活塞驱动伸过气缸壁并且通过接合转子上的基本上正弦形的凸轮轨道与一对转子一起旋转的往复曲轴。一种装置包括凸轮驱动的、同轴传动旋转气门双活塞发动机。
文档编号F01B3/04GK101960088SQ200980108183
公开日2011年1月26日 申请日期2009年1月12日 优先权日2008年1月11日
发明者B·多诺万, R·S·麦克凯格 申请人:迈克梵航空有限责任公司