专利名称：旋转气缸阀发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括旋转气缸壁和往复运动活塞的发动机。
背景技术：
对于包括旋转气缸壁和往复运动活塞的已知发动机，往复运动活塞的线性运动转变成气缸壁的转动。该壁的转动用于打开和关闭发动机的进口孔和出口孔。旋转气缸阀发动机的一个实例如PCT专利申请No.PCT/GB97/01934的说明书中所述，该专利申请的标题是RCV Engines Limited。该说明书公开了已知用于模型飞机的旋转气缸发动机。不过，本领域技术人员应当知道，在该文献中所述的发动机也可以用于多种不同用途。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，包括活塞，该活塞布置在形成有封闭端和开口端的可旋转气缸内；燃烧室，该燃烧室由活塞和气缸确定；以及用于使气缸相对于活塞轴向运动的装置，以便改变发动机的压缩比。
优选是，用于使气缸轴向运动的装置包括弹簧装置，该弹簧装置布置在气缸的外部，并靠近可旋转气缸的封闭端。
优选是，在使用时，该弹簧装置有自调节压缩比的调节装置(selfregulating compression adjustment)。
也可选择，使气缸轴向运动的装置包括促动器，该促动器布置在气缸的外部，并靠近可旋转气缸的封闭端。
优选是，旋转气缸阀发动机还包括可旋转气缸阻尼装置，该结构在使用时，阻尼装置抑制可旋转气缸的轴向摆动。
优选是，阻尼装置包括液压阻尼系统。
旋转气缸阀发动机的效率的一个主要决定因素是压缩比。通常，压缩比越高，火焰锋(flame front)通过进料前进的速度更快，燃烧反应的效率越高，发动机的机械效率也越高。不过，当压缩比升高太大时，峰值气缸压力将变得非常高，从而导致机械应力和不平稳运转。高气缸压力还可能引起进料爆炸，而不是燃烧，这称为爆燃或爆震(detonation or knock)。因此，固定压缩比发动机的压缩比能够设置为可在全节流时不产生机械损坏或爆震的最大值。
本发明的第一方面向旋转气缸阀(RCV)发动机提供了可变压缩比，并通过使有效压缩比在整个节流范围内都保持在它的最佳水平，从而帮助增加部分节流时的燃料效率。这通过使RCV可旋转气缸朝着活塞运动或远离活塞而实现。
在RCV设计中可以实现可变压缩比，因为可旋转气缸为简单的封闭端结构，它能够在不影响发动机的其它部件的情况下运动。在普通发动机中，气缸体、气缸盖和阀机构的复杂内部结构关系使得可变压缩比很难实现。
根据本发明的第二方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内；以及燃烧室，该燃烧室由活塞和气缸确定(形成)，且该结构中，燃烧室的容积中心偏离活塞的中心轴线。
气缸包括气体进入孔，优选是，燃烧室的容积中心朝着气体进入孔偏离。
优选是，该偏离的燃烧室局部由形成于气缸封闭端内的弯曲表面确定。
燃烧室的、平行于活塞中心轴线的最大长度部分优选是靠近气体进入孔。
形成于气缸封闭端中的弯曲表面优选是从气体进入孔沿朝着活塞的方向延伸。
在气缸封闭端的内表面中可以形成有第二弯曲表面，该第二弯曲表面从内表面边缘沿朝着其它弯曲表面的方向延伸。
优选是，第二弯曲表面的曲率半径通常大于其它弯曲表面的曲率半径。
本发明的第二方面的目的是使大部分的燃料气体气缸进料运动到更靠近气缸口，从而更靠近点火点。这减小了火焰锋的传播延迟，还减小了捕获(trapped)的静态气窝(gas pocket)的容积，该静态气窝可能引起爆燃。
根据本发明的第三方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内，该可旋转气缸形成有气体进入孔，且该结构中，穿过气缸壁延伸的进口孔的纵向水平中心轴线并不与气缸的纵向垂直中心轴线相交。
优选是，旋转气缸发动机包括由活塞和气缸确定的燃烧室，且该结构中，燃烧室的容积中心与活塞的中心轴线偏离，如本发明的第二方面所述。
本发明的第三方面使进口燃料气体进料产生称为涡旋的循环运动。该第三方面与根据本发明第二方面的偏离燃烧室相组合，使得涡旋的边缘朝着点火点运动，这改善了点火处理/点火工艺(ignitionprocess)。这是因为两个主要原因。首先，涡旋将使得较重的悬浮燃料液滴朝着涡旋的外侧进行离心运动，这意味着在气缸边缘上的点火源处于进料的最富油(richest)部分中，从而更可能实现满意地点火。其次，进料经过点火点的运动将点火时产生的火焰沿涡旋的运动方向而拉动离开点火点。这增加了火焰锋的传播速度，并更可能使火焰锋传播到整个进料，从而避免局部燃烧或点不着火。
根据本发明的第四方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括活塞，该活塞布置在形成有气体进入孔的可旋转气缸内，在该结构中当活塞处于冲程的上死点处时，活塞的底部靠近进入孔的最底侧边缘。
本发明的第四方面能够使进口孔和排气孔做得尽可能大，这改进了发动机的换气，从而使功率输出最大。气缸口的宽度(即环绕周边的尺寸)由气缸的外径以及发动机的正时限制，因此，增加口面积的唯一方法是增加它的高度(即平行于活塞冲程的尺寸)。为了避免影响燃烧室形状，通过使气缸口的底边缘向下移动而使该口做得更大。该口沿该方向能够延伸的最远位置是在顶部活塞环在上死点(TDC)时的顶边缘，使它进一步移动将会产生经过顶部环的泄漏通路。通过这样的孔结构，在TDC时，活塞顶将与气缸口交叠。为了使气缸口面积最大，与普通情况相比，可以使活塞环进一步向下移动。
为了能有最大换气量，可以使活塞环环绕活塞的底边缘。对于基本结构，主燃烧室将在活塞的侧部，并由气缸口自身的边缘形成。
本发明的第五方面有助于提高发动机的换气性，从而提高可能的最大功率。
根据本发明的第五方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括布置在可旋转气缸内的活塞以及环绕该可旋转气缸的气缸套，穿过该气缸套和可旋转气缸，该气缸套和可旋转气缸形成有气流进入孔，且气缸套包括密封装置。
优选是，密封装置包括环形密封元件，该环形密封元件保持在形成于气缸套的径向最靠内表面中的环形槽内，在该结构中，在使用时，环形密封元件的径向最靠内表面形成与可旋转气缸的径向最靠外表面的紧密密封。
在一个实施例中，环形密封元件保持在形成于环形正时环的径向最靠内表面中的环形槽内，该环形正时环布置在发动机内，在该结构中，在使用时，环形密封元件的径向最靠内表面形成与可旋转气缸的径向最靠外表面的紧密密封。
优选是，密封元件和可旋转气缸的径向最靠外表面之间的尺寸公差的最大程度也能在它们之间形成紧密密封。
密封装置可以使可旋转气缸的径向最靠外表面和气缸套的径向最靠内表面之间有很大的尺寸公差。
优选是，密封元件沿轴向布置在可旋转气缸的气体进入孔下面。
优选是，密封装置包括第二环形密封元件，该第二环形密封元件保持在形成于气缸套的径向最靠内表面中的环形槽内，该第二环形密封元件布置在可旋转气缸的气体进入孔上面。
也可选择，密封装置包括第二环形密封元件，该第二环形密封元件保持在形成于可旋转气缸的径向最靠外表面中的环形槽内，在该结构中，在使用时，第二密封元件的径向最靠外表面形成与气缸套的径向最靠内表面的紧密密封。
由于使用保持在气缸套的槽内的密封元件，可旋转气缸的壁厚可以减小。当普通的外部密封环用于布置在可旋转气缸上时，需要增加该可旋转气缸的壁厚，以便保持该密封环。这将增加点火点和燃烧室中的混合物之间的平均距离，并将使点火点进一步远离燃烧室中的任何涡旋的边缘。这还将使得气缸更重。
本领域技术人员应当知道，该限制并不适用于顶部密封环，因为可旋转气缸在气缸口上面的壁厚并没有限制，因此，当需要时，对于顶部密封件，可以采用更普通的外部密封环。
根据本发明的第六方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括布置在可旋转气缸内的活塞以及环绕该可旋转气缸的气缸套，穿过该气缸套和可旋转气缸形成有气流进入孔，且该旋转气缸提供有减小摩擦并冷却的装置。
优选是，该减小摩擦并冷却的装置是滑油泵(oil pump)，因此，在使用时，迫使滑油(oil)到达整个旋转气缸上。
也可选择，该减小摩擦并冷却的装置通过将气缸套环绕旋转气缸紧贴安装的相互作用来实现，在该结构中，在使用时，滑油压入气缸套和旋转气缸的相邻表面之间。
优选是，滑油泵布置在可旋转气缸的一端处。
本发明第六方面的优点是旋转气缸的外表面能够直接冷却。在一个实施例中，气缸套迫使滑油到达旋转气缸的整个表面上。这是一种比水冷系统更实际的方法，水冷系统需要环绕气缸的旋转密封件。这易于发生渗出，从而引起水污染润滑剂的问题。
根据本发明的第七方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内；曲轴组件，该曲轴组件包括曲轴和齿轮；平衡组件，该平衡组件包括平衡元件和齿轮，该平衡组件布置在发动机的、与曲轴相对的一侧，从而在使用时，该平衡元件向发动机提供了平衡作用，在可旋转气缸的开口端形成有斜齿轮，该斜齿轮与曲轴组件的齿轮元件平衡组件的齿轮啮合。
优选是，平衡元件是基本为L形的杆，在该结构中，在使用时，该杆沿与曲轴旋转方向相反的方向旋转。
根据本发明的第八方面，提供了一种旋转气缸阀发动机，它包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内，该可旋转气缸的一端形成有斜齿轮，该斜齿轮与驱动齿轮啮合；以及曲轴组件，该曲轴组件包括可绕第一轴线旋转且支承在管形套筒内的曲轴，该管形套筒的中心轴线与第一轴线偏离，在该结构中，在使用时，斜齿轮和驱动齿轮之间的间隙可通过使管形支承套筒绕它的中心轴线旋转而进行调节。
本发明的第八方面提供了齿轮间隙调节装置，该齿轮间隙调节装置不需要垫片、机械加工或拆卸。
根据本发明的第九方面，提供了一种用于起动旋转气缸阀发动机的方法，该旋转气缸阀发动机包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内，该可旋转气缸的一端形成有斜齿轮，该斜齿轮与驱动齿轮啮合；曲轴组件；以及起动机构，该方法包括将起动机构施加在可旋转气缸上。
本发明第九方面的优点是，对于包括螺旋桨的旋转气缸阀发动机，该方法使得操作人员在起动过程中能够留在螺旋桨的后面。从螺旋桨后面起动发动机更安全和更方便，因为用户不需要象以普通方式从发动机前面起动那样绕螺旋桨工作。对于没有螺旋桨的发动机，本方法也在机械包装和传动方面有一些优点。
将本发明的各个方面组合起来尤其有利，本发明可以包括这里所述的任意特征或限制的组合。
本发明可以以多种方式实施，下面将通过实例并参考附图介绍某些实施例。
图1是旋转气缸阀发动机的侧剖图；图2是穿过图1中所示发动机的剖面AA的侧剖图；图3是图1和2中所示的旋转气缸阀发动机的上部的剖视平面图；图4a是包括自调节弹簧的旋转气缸阀发动机部分的示意剖视图，该自调节弹簧用于使气缸相对于活塞进行轴向运动，并表示该发动机处于全节流结构；图4b是表示图4a中所示的发动机的剖视图，并表示该发动机处于部分节流结构；图5a是旋转气缸阀发动机的活塞和可旋转气缸的结构的示意侧剖图，其中包括位于活塞上端处的密封装置；图5b是旋转气缸阀发动机的活塞和可旋转气缸的结构的示意侧剖图，其中包括位于图5a中所示的活塞的底端处的密封装置；以及图6是图1和2中所示的旋转气缸阀发动机的局部剖侧视图。
具体实施例方式
旋转气缸阀发动机的主要工作原理基本如标题为RCV发动机有限公司(RCV Engines Limited)的国际专利申请No.PCT/GB97/01934的说明书中所述。该申请的说明书介绍了一种用于模型飞机的旋转气缸阀发动机。旋转气缸和发动机壳体配合，以便提供燃料进口阀和排气出口阀。旋转气缸还将发动机的动力输出供给螺旋桨。本领域技术人员应当知道，动力输出装置也可以由曲轴组件提供，而不是旋转气缸。
本发明的各个方面涉及对基本的旋转气缸阀发动机设计的改进。
参考图1、2和3，旋转气缸阀发动机1包括发动机壳体2，该发动机壳体2装有环形的正时环3；可旋转气缸4，该可旋转气缸4形成有封闭端6和开口端8；以及活塞10，该活塞10布置在气缸4内。气缸4由活塞10通过传动组件而机械驱动，该传动组件包括反向杆12，该反向杆12驱动齿轮14，该齿轮14再与形成于气缸4的开口端8处的斜齿轮16啮合。在气缸4的封闭端6处有成一体的中心杆7，该中心杆7轴向离开该气缸4。环形的滚珠轴承9布置在杆7的一端处。
滑油泵装置布置在杆7上并在壳体2内。该滑油泵装置包括环形环5，该环形环5形成有中心圆孔以及网状滑油槽道5a。在使用时，滑油通过杆7的旋转作用而由网状槽道5a吸入到中心孔内。然后，滑油流过环形正时环3中的槽道，再压入气缸套筒28和可旋转气缸4之间；这提供了用于环形正时环3和可旋转气缸4的冷却工具。当滑油处于曲轴箱中时，该滑油向发动机1中的其它活动部件通过润滑。
根据本发明的第二方面，旋转气缸阀发动机1还包括燃烧室20，该燃烧室由活塞10的上表面的一部分以及气缸4的径向内表面来确定。气缸4包括管形中间部分22，该管形中间部分22有基本圆形的水平截面；截头锥形的底部24；以及上部26，上部26形成有从进入孔29向内延伸的弯曲内表面27。进入孔29穿过气缸4的壁延伸，并当与燃料孔对齐时提供燃料进口，当与排出孔对齐时提供排气出口。气缸4布置在环形正时环3和基本柱形的套筒28内，该套筒28形成发动机壳体2的一部分。环形正时环3形成有进口孔38。根据本发明第五方面，环形密封件31布置在环形正时环3的匹配表面内。该密封件31保持在形成于正时环3的径向最靠内表面中的环形槽内。
燃烧室20的容积中心偏离气缸4的中心轴线30。燃烧室20内装载燃料气体的气缸容积靠近进入孔29。因此，当气缸沿方向36旋转至靠近点火源34的位置并与该点火源34对齐时，燃料气体靠近点火源34(例如热线点火塞或火花塞)的点火点。这减小了火焰锋传播相对于点火的延迟，还减小了捕获的静态气窝的容积，该静态气窝可能引起燃料的爆燃。
对于某些发动机，气缸的上部26也可以形成有第二弯曲部分32，该第二弯曲部分32形成“挤气带(squish band)”。该第二弯曲部分32从中间部分22的径向最靠内表面径向向内延伸，并与弯曲表面27相交。
良好设计的燃烧室20将使得其中的压缩进料能够以可控制和高效的方式燃烧，同时燃烧处理成火焰锋通过该进料快速前进的形式。较差的燃烧室设计可能引起两种主要问题中的一个。首先是爆燃或爆震，这时燃烧以猛烈的瞬时爆炸形式，而不是控制传播的形式。其次是不完全燃烧，这时在进料中的所有燃料都烧完之前火焰锋熄火。
当部分或全部进料的温度和压力升高到能够使进料自发产生爆炸的水平时将发生爆燃。这使得气缸压力非常快和毁灭性地升高，从而可能导致发动机损坏。当发动机压缩比增加时将发生爆燃。燃烧室的设计越好，在发生爆燃之前可使用的压缩比越高。在燃烧室设计方面，燃烧室20的总体形状和热点的存在是最关键的因素。
当火焰锋在穿过全部混合物传播之前熄灭时，将产生不完全燃烧或点不着火。这将在混合物偏离化学当量时发生，尤其是在贫油时发生。发动机设计越好，在开始出现不完全燃烧或点不着火之前可以使用越贫油的混合物。在燃烧室性能方面，点火源的位置和进料气体的运动是最关键的因素。
特别参考图3，根据本发明的第三方面，发动机壳体2形成有燃料进口孔38，该燃料进口孔38穿过壳体2的壁延伸；以及排气孔40。进口孔38的纵向中心轴线41并不与气缸4的纵向中心轴线30相交。该进口孔38的纵向中心轴线41与从轴线30伸出的半径线“β”形成钝角(obtuse angle)“α”。由于该角度“α”，进口孔使进入的燃料产生称为涡旋的环绕运动。
燃烧室20主要设计成能够在压缩比尽可能高以及混合物尽可能贫油的情况下运转，同时避免爆燃和不完全燃烧。高压缩比和贫油混合物将使设计的功率输出和燃料效率达到增大。因此，通常燃烧室设计中所需的主要特征是(i)紧凑的形状紧凑的燃烧室形状减小了爆燃的趋势。在任何燃烧室中最不希望的特征是在离点火源相当远距离处有较大容积的静止气窝。该捕获的端部气体将引起爆燃。这是因为当火焰锋从点火点朝着端部气窝前进时，膨胀的燃烧气体起到作用在该捕获气体上的活塞的作用。这引起振动波，并使得该端部气窝内的压力快速升高，然后将引起自发爆燃。该问题在传统的侧阀发动机设计中最值得注意。较大的捕获端部气窝在侧阀发动机的阀装置上时，在产生爆燃之前只能在极低的压缩比下运转。因此，它们的功率输出水平较低，且燃料效率较差。
紧凑燃烧室形状的第二优点是内部表面面积最小。这提高了燃烧室的热动力效率。具有较大内部表面面积的燃烧室将通过传导损失更多热能。这将减小燃烧进料的温度和压力，从而降低可获得的机械力和功率。
(ii)平滑(顺畅)的内部形状燃烧室的内部形状应当尽可能平滑。这是因为尖锐边缘将形成热点，该热点可能引起提前点火，这又将导致爆燃。当产生热点时，混合物将在该点处点火，通常在非常提前的曲轴角。然后，来自热点的火焰锋将朝着来自实际点火源的火焰锋前进。这将在两火焰锋之间的气体中引起爆燃。为了避免热点，理想是在燃烧室内的所有表面的半径都将大于3mm。
(iii)涡旋涡旋包括以有序方式环绕燃烧室内部旋转的进口进料。在与正确布置的点火点组合时，涡旋减小了不完全燃烧的趋势。涡旋通过使进口歧管成角度进入燃烧室而引入进料中，从而通过气缸壁迫使进口进料沿循环通路运动。涡旋定义为气体环绕气缸周缘进行的循环运动。当环绕与气缸轴线成90度的轴线进行循环流动时，这称为翻转。翻转可以产生与涡旋相同的性能改进，但是因为燃烧室的点火位置和总体形状，可能并不适用于RCV设计。
(iv)点火源位置在具有涡旋进口进料的任何燃烧室中，点火源将靠近燃烧室的边缘。这保证该点火源在涡旋进料中最快速运动的部分内。当进行点火时，火焰将被带离火花塞或热线点火塞。这提高了火焰锋的传播，并减小了不完全燃烧的可能性。
第二优点是旋转进料将使得较重的燃料液滴朝着进料的外侧进行离心运动，从而使混合物在涡旋的边缘处成为富油。该“分层进料(stratified)”的富油部分将通过点火源而燃烧，火焰锋将通过该外部富油部分而可靠传播，然后使它很好地穿过进料的其余贫油部分传播。这使得发动机能够利用更贫油的混合物来运转。
总之，燃烧室/孔的设计必须紧凑和没有尖锐边缘；有引起涡旋的机构；以及使点火点尽可能靠近涡旋进料的边缘。燃烧室的最初设计为“挤入”形式，其中，燃烧室的直径比主气缸内径小得多，同时活塞恰好到达该挤入区域的底侧，以保证所有的混合物都压入该燃烧室。这提供了紧凑形状，没有明显的捕获末端气体容积，且长宽比与很多普通的提升阀设计相同。
进口孔38成一定角度，从而使混合物环绕燃烧室20产生涡旋。燃烧室20在旋转气缸内偏移，以便使气缸口自身尽可能短。这保证点火源尽可能靠近该涡旋的外边缘。偏移燃烧室设计影响了旋转阀的密封设计。
通常使用设置在旋转气缸外侧中的外部密封环。不过，因为偏移的燃烧室，在旋转气缸的、低于气缸口的区域中没有足够的可用材料来接收普通的外部密封环，因此使用设置在旋转气缸内表面中的内部密封环。
参考图4a和4b，根据本发明第一方面，旋转气缸阀发动机1包括弹簧装置50，由于使气缸55相对于活塞10轴向运动，以便改变发动机的压缩比。该弹簧装置50向气缸提供了沿方向52指向活塞10的轴向力。弹簧装置50布置在柱形腔室54中，该柱形腔室54由形成于发动机壳体53中的管形部分的末端以及气缸55的端部而确定。该弹簧装置50缠绕在从气缸55上轴向伸出的杆7上。
旋转气缸55布置成使它能够朝着活塞10运动和离开该活塞10，以便改变发动机10的压缩比。旋转气缸55既可以通过外部促动器(未示出)而运动，也可以安装在弹簧装置50上以提供自调节作用。
在曲轴驱动的RCV发动机中，为了能够在不干涉齿轮啮合的情况下使气缸55相对于活塞10运动，气缸55安装在气缸斜齿轮16内的花键上。这样，气缸55能够轴向上下运动，同时斜齿轮16仍然处于正确啮合的位置。
图4a、4b中所示的发动机1包括自调节弹簧装置50。图4b中，所示发动机1处于它的部分节流结构。旋转气缸55已经通过弹簧装置50而接近活塞10运动，以便使燃烧室20的容积最小。这增加了发动机1的有效压缩比和部分节流工作效率。
发动机1的压缩控制机构包括强力弹簧装置50以及末端止动和阻尼机构60。弹簧装置50将气缸55向下压向气缸55的最高压缩比位置，即压向活塞10。弹簧装置50的压力设置成能够以与弹簧控制压力调节器相同的方式保持所希望的正确最大气缸压力，即弹簧压力将等于气缸孔面积×所希望的气缸压力。在开始时，气缸55将置于它的端部止动器上，处于高压缩位置，即尽可能靠近活塞10。当活塞10接近上死点(TDC)时，气缸压力开始升高到高于所希望的最大值。这时，弹簧装置50允许气缸55离开它的端部止动器和活塞10，并保持近似恒定的气缸压力。节流阀59开口越大，气缸55将越远离活塞10，以便保持正确的气缸压力。
阻尼机构60包括盘形活塞58，该盘形活塞58形成于杆7的一部分上。在使用时，活塞58在形成于发动机壳体53中的柱形腔室61内往复运动。
在没有任何阻尼装置的最简单形式中，在活塞10的冲程的顶点处，气缸55将与该活塞10一起运动。气缸55将只运动较短距离，并且运动相对缓慢，但是可以证明这样并不合适。
为了避免这样摆动(oscillation)，可以采用阻尼机构60。该机构60包括阻尼滑油槽道62，该阻尼滑油槽道62从形成于发动机壳体53内的腔室61中伸出；以及单向阀64，该单向阀64装于槽道62内。当气缸远离活塞时，单向阀64允许滑油自由地从槽道62流入腔室61，但是当气缸往回朝着活塞运动时该单向阀64将关闭。这时，小得多的节流泄漏通路66允许气缸往回朝着它的部分节流位置缓慢运动，即朝着更高压缩比设置的位置运动。这意味着当发动机1采用全节流时，气缸55立即离开活塞10朝着它的全节流设置位置运动，并通过单向阀64抽吸滑油，但是在部分节流时，气缸55只能逐渐往回接近它的部分节流设置位置，从而将滑油通过节流泄漏通路66压出。
发动机1的促动器控制类型可以采用任意普通促动器方法，以便使气缸55相对于活塞10运动，例如步进马达和丝杠、油压促动器和凸轮等。
发动机效率的一个主要决定因素是压缩比。通常，压缩比越高，火焰锋通过进料前进的速度更快，燃烧反应的效率越高，发动机的机械效率也越高。不过，当压缩比升高太大时，峰值气缸压力将变得非常高，从而导致机械应力和不平稳运转。高气缸压力还可能引起进料爆炸，而不是燃烧，这称为爆燃或爆震。因此，固定压缩比发动机的压缩比能够设置为可在全节流时不产生机械损坏或爆震的最大值。
当在部分节流情况下运转时，吸入气缸内的进口进料的最初压力为远远低于1.0巴，通常在0.3和0.6巴之间。峰值气缸压力相应减小，有效压缩比将远远低于最佳值。因此，在部分节流时，发动机的运转效率相当低。
可变压缩比RCV发动机通过使有效压缩比在整个节流范围内都保持在它的最佳水平，从而增加部分节流时的燃料效率。这通过如上所述使RCV气缸朝着活塞运动或远离活塞而实现。据估计，通过本方法，部分节流时的燃料消耗效率能提高10％至30％。在很多用途中，发动机的大部分运转时间处于部分节流状态，因此，在总燃料效率方面有很明显的效果。
在RCV设计时，可变压缩比可以直接实现，因为气缸为简单的封闭端结构，它能够在不影响发动机的其它部件的情况下运动。在普通发动机中，气缸体、气缸盖和阀机构的复杂内部结构关系使得可变压缩比很难实现。
参考图1，根据本发明的发动机1包括曲轴组件70，该曲轴组件70包括曲轴72、第一驱动齿轮74、L形平衡杆76和第二驱动齿轮78。平衡杆76由斜齿轮16通过第二驱动齿轮78来驱动。平衡杆76和第二驱动齿轮78布置在斜齿轮16的、与曲轴72相对的一侧。在使用时，曲轴72、第一驱动齿轮74、L形平衡杆76以及第二驱动齿轮78绕公共水平轴线80旋转。平衡杆76将沿与曲轴72相反的方向绕轴线80旋转。
L形平衡杆76的、沿水平轴线80延伸的部分82由环形轴承84支承。第二驱动齿轮78沿部分82布置。在部分82的远端形成有螺纹部分86，保持螺母88拧在该螺纹部分86上。
参考图5a，图中表示了活塞和可旋转气缸结构的截面草图。该结构表示普通旋转气缸阀发动机包括位于活塞10的上端的活塞环90。图5b表示了活塞和旋转气缸结构的草图，表示了旋转气缸阀发动机包括位于活塞10的底端的活塞环92。图5b表示了本发明第四方面的实施例。当活塞10处于上死点时，活塞环92接近气缸进口孔95的最底侧边缘94。进口孔95有着比进口孔29更大的垂直截面面积。通过提供更大的截面面积，及有助于改进发动机的换气，从而增加它的最大功率输出。气缸口的宽度(即环绕周边的尺寸)由气缸的外径以及发动机的正时限制，因此，增加口面积的唯一方法是增加它的高度(即平行于活塞冲程的尺寸)。
参考图6，图中表示了本发明第九方面的旋转气缸阀发动机，它包括活塞10，该活塞10布置在可旋转气缸内，该可旋转气缸在其一端形成有斜齿轮16。斜齿轮16与驱动齿轮(未示出)和曲轴组件70啮合，该曲轴组件70包括可绕第一轴线100旋转的曲轴72，并支承管形套筒102，该管形套筒102的中心轴线104偏离第一轴线100一定距离106。该结构在使用时，斜齿轮16和驱动齿轮之间的间隙可以通过使管形套筒102绕中心轴线104旋转而进行调节。通常，该距离106为大约1mm。
权利要求
1.一种旋转气缸阀发动机，其特征在于，该发动机包括活塞，该活塞布置在可旋转气缸内；曲轴组件，该曲轴组件包括曲轴和齿轮；以及平衡组件，该平衡组件包括平衡元件和齿轮，该平衡组件布置在发动机的、与曲轴相对的一侧，从而在使用时，该平衡元件向发动机提供了平衡作用，在可旋转气缸的开口端形成有斜齿轮，该斜齿轮与曲轴组件的齿轮和平衡组件的齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的旋转气缸阀发动机，其特征在于该平衡元件是基本为L形的杆，在该结构中，在使用时，该杆沿与曲轴方向相反的方向旋转。
全文摘要
一种旋转气缸阀发动机(1)，包括发动机壳体(2)，该发动机壳体(2)含有环形正时环(3)；可旋转气缸(4)，该可旋转气缸形成有封闭端(6)和开口端(8)；以及活塞(10)，该活塞布置在气缸(4)内。该气缸(4)由活塞(10)通过传动组件机械驱动，该传动组件包括反向杆(12)，该反向杆(12)驱动齿轮(14)，该齿轮(14)再与形成于气缸(4)的开口端(8)处的斜齿轮(16)啮合。在气缸(4)的封闭端(6)处有成一体的中心杆(7)，该中心杆(7)轴向离开该气缸(4)。环形的滚珠轴承(9)布置在杆(7)的一端处。
文档编号F01B15/00GK1940265SQ20061015373
公开日2007年4月4日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年9月27日
发明者基思·T·劳斯 申请人:Rcv发动机有限公司