具有双旋转中心的旋转式点火发动机的制作方法
【专利说明】具有双旋转中心的旋转式点火发动机
[0001]本发明涉及实现具有旋转质量块(rotating mass)的双旋转中心的旋转式火花点火发动机改进结构，利用该改进的质量块除了使其结构简化并且使燃烧废气出口与混有清洗空气的燃烧废气出口分开以外，还可能优化旋转式火花点火发动机的热力学效率，其中由于发动机的转子的加速和减速，机械力和振动减少，因而甚至确定应用催化消音器完成其功效的可能性。
[0002]本发明的主要特征是提供所述具有双旋转中心的旋转发动机的改进方案，用于使旋转元件和转子滑动的外侧表面与具有弯曲形状的内表面对应，使得整个尺寸和发动力需求的功率相等，可以相对于有效膨胀阶段期间燃烧气体的体积得到在吸入燃烧空气和压缩燃烧空气的阶段中形成的体积之间的理想关系，并且就理想关系而言，除了允许燃烧气体相对于同一发动机中的清洗气体具有不同且单独的排出出口以外，有可能使转子压缩元件与转子膨胀元件之间以及对应定子壳体隔室之间的轴距减至最小值。
[0003]已经设计并实施了所谓的“旋转活塞”发动机的一些解决方案以克服代表当前所谓的“交变活塞(alternating pison) ”发动机的特征的惯性和总尺寸限制，除此之外，这样的解决方案发现了直到如今已经限制其工业规模化生产的结构上和功能上的难题。
[0004]本申请的申请人名下的专利EP 1.540.139给出了克服这些难题中的一些难题的有益贡献，该专利已经基于元件或旋转活塞的两个旋转中心通过下述方式改进了同一申请人的旋转发动机的一些前述解决方案并且使其更加功能化，提供由经由相互连接接合的第三旋转元件在其间滑动的两个旋转元件构成的转子的实施方案，所述转子在座内旋转，座总体由具有相近轴线的两个筒形隔室构成并且包括中间的燃烧室，以形成易于通过膨胀和气体排出进行多个吸入、压缩、燃烧阶段的预定隔室。
[0005]由通过根据所述专利号EP1.540.139的教导的旋转发动机的实施方案和结构改进获得的经验，有可能获得仍属于具有双旋转轴线类型的火花点火发动机的改进的热力循环，火花点火发动机的循环和结构形成仍在同一申请人名下的国际专利申请WO2010/031585 的主题。
[0006]在所述专利申请号WO 2010/031585中，特别地实现了实施改进的热力循环的目的，在该改进的热力循环中，发动机允许使空气在压缩室内与燃料直接混合，由此除了增加燃烧混合物的产率并且因此增加了所提及类型的发动机的产率之外，还消除了未燃烃的任何可能的损失，特别是在清洗膨胀室的阶段期间消除了未燃烃的任何可能的损失，因而保证了完全燃烧并且降低了环境污染。
[0007]然而，根据在本申请的同一申请人名下的专利申请号BL2010A03的教导，具有双旋转中心的旋转式发动机的热力循环的改进的解决方案的实际实施方案强调下述事实:除了实现发动机的铰接线型元件和转子元件的具体结构对策以外，在无所需的发动机的结构改进的情况下难以获得旋转速度的最佳值，特别是针对加强驱动轴和支承元件。在所述附加解决方案中，通过有可能略微增加驱动轴的直径，并且通过在火花点火发动机中实施圆顶部(为了在点火阶段中实现更好的气体涡流)形成了用于在压缩旋转元件上应用轴承衬的空间。
[0008]然而，甚至这些对策也未完全消除当然存在于强有力的创新性解决方案(如在上述专利申请中实施的解决方案)中的其它缺点。具体而言，压缩转子元件的支承环的驱动轴与内部之间的空间利用率仍很低，因此，相对于已经能够在转子燃烧阶段和膨胀阶段获得的高功率，通过仅部分解决其机械阻力的问题，所述轴的直径仍受到限制。
[0009]甚至是这种旋转发动机的转数已经导致仍受到压缩元件的转速变化限制，转速变化是其从膨胀元件离开的阶段的加速和返回阶段期间的减速造成的。这样的速度变化总是机械力不变和发动机振动的原因，因此就表现出的功率而言，需要采用较低的转速。
[0010]发动机的热力学产率在通过发动机的初始膨胀阶段中的气体达到最大压力时，受到有效或工作表面的影响，在通过提及的申请WO 2010/031585提出的解决方案中，有效或工作表面由具有通过从压缩元件离开的膨胀元件的前部的平面示出的矩形形状的平面表面给出。刚好在燃烧能量最大的初始膨胀时刻，所述矩形平面表面允许形成用于向前推动转子元件的最小表面。
[0011]根据各种已知和上面详细描述的解决方案，两个膨胀和压缩定子隔室的宽度由相应轴线的距离和不同形成半径决定。具体而言，所述距离或轴距应最大，以获得更高的发动机容量，但所述距离或轴距应尽可能减小以给以发动机的驱动轴和滚动支承件最大的空间。此外，两个轴线之间的最小距离通过允许转子元件达到更高的旋转速度和功率来允许将两个转子元件之间的速度变化减小至最小值。
[0012]根据上面提及的技术，在与通过四冲程旋转发动机形成的功率兼容的驱动轴的转速中，在定子的两个筒形隔室之间的轴距必须与等于相同隔室的形成半径的平均值的约25%的值大致对应。该轴距的较小值是可接受的，但其减小了室的体积并且因此减小了发动机的容量，其中体积/表面比对膨胀室是不利的。除了具有已经提及的更好的结构、移动和紧密性困难外，对于相同的发动机而言，因转子自身的两个膨胀和压缩元件相互滑动中的加速和减速，相同轴距的较大值还需要过度机械力，并且因此当前仅具有低旋转速度的发动机是可能的。
[0013]最后，已经发现在旋转发动机的已提及的相同已知解决方案中，通过使催化消音器的使用不兼容，燃烧气体导致与早已在清洗阶段储存并且容纳氧气的空气混合，因而在降低废气中包含的污染物方面确定了严重问题。
[0014]事实上，本发明所形成的主题的主要目的是能够通过下述方式最大程度地利用所提及类型的发动机获得的功率:在压缩体积与膨胀体积之间实施最佳比率，即总尺寸和发动机功率基本相等，即使旋转元件之间的轴距减小至最小值并且然后容纳定子隔室之间的轴距减小至最小值亦是如此。
[0015]在这样的目的内，其它重要的目的是通过将铰接压缩元件和膨胀元件的线型旋转元件的平移速度的差值减小至最小值，因而使相互加速和减速减小，该减小甚至能够增加发动机的转速，以便能够最大程度利用可以通过提及类型的发动机发出的功率。
[0016]本发明的附加目的是能够具有用于推动膨胀元件的最大表面，特别是在紧跟着燃烧阶段之后的时刻。
[0017]本发明的又一目的是能够采用驱动轴，所述驱动轴具有使得能够最大程度利用发动机功率的直径，从而使所述直径与压缩元件和膨胀元件的相互旋转的总尺寸和压缩元件和膨胀元件的相互距离或轴距无关。
[0018]本发明的另一重要目的是能够通过使驱动轴周围具有更多可处理空间并且通过确定甚至是驱动轴的更好的润滑来改进提及类型的发动机的定子与转子之间的储油接合件或轴承或轴承衬的布置和壳体。
[0019]本发明的并非最后的目的是能够通过允许采用甚至常用的催化消音器并且因此通过改善提及类型的发动机的效率来将发动机出口处的废气污染排放物减小至最小值。
[0020]根据所附主权利要求，这些和其它目的事实上通过形成本发明的主题的具有双旋转中心的吸热旋转发动机实现，发动机的特征在于用于使发动机的转子元件滑动的外侧表面和定子的对应内表面具有弯曲形状，使得整个尺寸和发动机的需求功率相等，可以相对于燃烧气体(burnt gases)的膨胀体积获得在用于吸入燃烧空气和压缩燃烧空气的阶段中形成的体积之间的理想关系，并且就理想关系而言，除了允许燃烧空气相对于同一发动机的清洗气体具有不同且单独的排出出口以外，有可能使转子压缩元件与转子膨胀元件之间以及对应定子壳体隔室之间的轴距减至最小值。
[0021]提出的解决方案和与上面详细说明的目标对应的解决方案在下文中仅经由示例而不带有限制性目的，甚至借助于在21个所附表格中示出的20个示意图更好地描述和示出，在附图中:
[0022]图1表示作为本发明的主题的改进的发动机的主要部分中的一些部分的立体放大图；
[0023]图2表示图1的发动机的仅定子的立体图；
[0024]图3表示图2的定子根据图5的剖面II1-1II的中间竖向截面图；
[0025]图4表示根据图5的剖面IV-1V的与图3的图示类似但更侧向的竖向截面图；
[0026]图5表示图2、图3及图4的定子根据图3和图4的剖面V-V的截面图；
[0027]图6表示图1的发动机的转子部分的组的立体图，转子部分的组包括压缩元件、膨胀元件以及转子的相互铰接元件，这样的元件相对于驱动轴在任意布置的情况下示出；
[0028]图7表示容置在图3的定子中的图6的转子部分的中间竖向截面图，图7示出了燃烧空气的最终压缩阶段，该阶段与吸入外部空气的阶段是同时的，然而，阀防止了燃烧空气的排出；
[0029]图8表示图7的同一发动机的细节放大图，图8示出了点燃燃烧混合物