专利名称：具有齿轮泵/旋转泵的反馈输入的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及内燃机，更具体地说，涉及一种齿轮泵或旋转泵，该齿轮泵或旋 转泵在压力作用下通过反馈回路将新鲜空气引入发动机的燃烧室中。
背景技术：
公知这样的内燃机，这种内燃机使用具有活塞的燃烧室来完成工作例如向汽车供 以动力，所述具有活塞的燃烧室响应于该燃烧室内的燃烧而驱动在操作上与驱动轴关联地 的活塞。这种发动机需要协调发动机各种部件的运动的正时皮带、将燃料和空气引入燃烧 室中的阀、点火装置(例如火花塞)等。
发明内容
本发明涉及一种具有简单但高效设计的内燃机，该内燃机不需要与公知内燃机有 关的活塞、正时皮带、阀、消音器等等。因此，减少了潜在的制造、安装和维护费用。而且，申请人的发明实现了更有效地燃烧燃料并且产生更清洁的排气(CO2含量降 低)的内燃机。另外，申请人的发明比公知的同样马力/功率的内燃机更轻，这使得本发明能够 在航空器、船舶以及各种大小的车辆中获得潜在的应用。同样地，申请人的发明将节省燃 料。在申请人的发明中，所述燃烧室相对于驱动轴垂直安装，该驱动轴上安装有两个 不同容量的旋转齿轮或旋转泵。大齿轮或泵接纳从燃烧室的排气管排出的热气体而旋转来 做功。大齿轮的旋转也使小齿轮或泵转动，这强制在反馈回路中的空气进入所述燃烧室。尽管申请人的发明的优选实施方式利用了一对不同尺寸的安装在公共的驱动轴 上的一对齿轮泵或旋转泵，但是，可以采用具有同样效果的其他装置。也可以使用径向叶片 泵或其他气密泵。最后，申请人的发明利用了燃烧室，该燃烧室使空气/燃料的混合物能够连续燃 烧而不会产生与公知内燃机相关联的爆燃。通过参照附图及随后的说明，本领域技术人员将更清楚这些及其他优选和改进之 处。附图如下。
图1是申请人的内燃机的示意图；图2是几个涡轮的示意图，这几个涡轮安装在公共轴上并且由来自内燃机的燃烧 室的排气来驱动；图3是图1中所示的燃烧室的可选实施方式的示意图；图4是将图1的实施方式的大涡轮的出口连接至小涡轮的输入部的可选布置方式 的示意图5是示出在申请人的内燃机中采用的大涡轮和小涡轮的可选实施方式的示意 图；图6示出了一对相互啮合的齿轮，所述齿轮可用于代替申请人的内燃机中的大涡 轮；以及图7是申请人的利用两个输出涡轮和一个输入涡轮的内燃机的示意图。
具体实施例方式图1示出了申请人的总体上由附图标记10表示的内燃机。内燃机10包括燃烧室 12，燃烧室12包括用于引入空气的入口管道14和用于引入燃料例如汽油的喷嘴16。绝热 部18围绕燃烧室12的外部延伸以便减小热量损失。入口折流板20位于入口 14与燃烧室12的中央宽阔部之间，而出口折流板22位 于燃烧室12和出口管道或排气管道24之间。使用诸如火花塞之类的点火器(未示出)使 燃烧室12内的空气燃料混合物开始燃烧。随后，燃烧不减弱地持续进行，而不再需要来自 外部源的任何点燃。汽油/空气的混合物在燃烧室12中燃烧，并且体积已膨胀的被加热空气通过管道 24排出。被加热空气被引导到安装在驱动轴30上的大涡轮28的入口端口 26。第二涡轮 即小涡轮32也安装在驱动轴30上。驱动大涡轮28的被加热空气也驱动小涡轮32。驱动 轴30产生用来做功(例如驱动车辆、驱动发电机等等)的力。在被排放至大气之前，运行经过大涡轮28的空气通过出口端口 34进入排气通道 36。小涡轮32聚集新鲜空气并且通过排气通道36将新鲜空气输送到入口管道14，从而将 新鲜空气引入燃烧室12。热交换器38固定在排气通道36上，以便通过线路40和入口 42 将热空气输送至入口管道14，从而增加入口管道14中引入的再循环空气的温度。尺寸逐渐增大的涡轮44、46、48、50、52固定在驱动轴43上。从燃烧室离开的被加 热空气流入排气管道54，经过打开的阀56而进入涡轮52的壳体内。涡轮52旋转并驱动轴 43 ；逐渐变小的小涡轮与轴43 —起旋转。在管道54中运行的被加热空气也流过打开的阀58而将动力供应至涡轮50。同 样，在管道53中运行的被加热空气流过打开的阀60，以便将动力供应至涡轮46。阀62和 64关闭，因此，在管道58中运行的被加热空气没有到达涡轮48和44。然而，涡轮44和48 可用于将新鲜空气输送至内燃机内的一个或多个燃烧室的入口管道。在控制器65(以虚线 轮廓示出)内部保持有多个阀，该控制器65可手动或自动操作。可以以各种组合方式对控 制器内的阀进行打开和关闭，以近似提供无级可变的动力调节，而无需公知的传动系统。虽然图1和2示出了两个或多个安装在一个公共的驱动轴(例如图1中的轴30 和图2中的轴43)上的相互配合的涡轮，但是，这些相互配合的涡轮可安装在两个单独的轴 上。这两个单独的轴可由环形带或链连接在一起，因此协调地旋转。交流发电机(未示出) 可固定在两个布置在单独的轴上的涡轮之间。图3示出了在申请人的内燃机中采用的燃烧室的另一种实施方式。入口管道62 将空气引入燃烧室64，而喷嘴66引入汽油。从管道62进来的空气沿着蜿蜒路径行进，该蜿 蜒路径由向上延伸的折流板68和向下延伸的折流板70限定。蜿蜒路径确保了进入燃烧室 64的空气的充分预热，从而改善了燃烧。
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在空气/汽油的混合物在燃烧室64中燃烧之后，热空气经过排出管道72排出。出 口折流板74在排出管道72的上游位于燃烧室64中。可旋转旋钮76来调整弹簧78的张 力，以便调整出口折流板74的位置。所述弹簧克服燃烧室64内的燃烧压力偏压所述出口 折流板，并且起到止回阀的作用，从而将排出的气体压力维持在满意的水平，并且没有压力 波动。图4示出了将被加热空气从图1实施方式的大涡轮传递至小涡轮的入口的可选方 式。在到达排气管道36之前，涡轮28中的一部分被加热空气进入管路80并流进入口 82， 所述入口 82与入口管道14对齐。调整阀84来调控旁路流量的体积。可手动或自动实现 的调整将一些热空气引入，以便与入口管道14中的冷空气混合；在高速度时，阀84开得较 大，而在低速度时，阀84朝向闭合位置移动，以便限制旁路流量。伸出部85可延伸到旁路 流量中，以延长反馈回路的有效长度并且使排气和引入的空气彻底混合。图5示出了图1实施方式中示出的大涡轮28和小涡轮32的可选实施方式。涡轮 28和32因径向尺寸不同而处理不同体积的空气。涡轮28、32可由安装在驱动轴130上的 涡轮128、132代替；涡轮128和132的径向尺寸相同。然而，与涡轮128相比，涡轮132具 有更大的轴向长度并且相关的容量更大。涡轮128的容量是涡轮132的容量范围的50°至 99°之间。该范围适合于具有不同径向尺寸的涡轮28、32。图6示出了一对齿轮200,202,所述齿轮200、202可来代替图1实施方式中的大涡 轮12。所述齿轮由通过入口 26进入而在下游通过排出管道36排出的被加热空气提供动 力。齿轮200、202上的齿相互缠绕或相互啮合以便形成防漏密封。齿轮200、202分别固定 在从动的正流体排量泵上，所述正流体排量泵是分别于2003年3月11日和2003年10月 14日授予申请人的美国专利6530365和6632145示出的类型。图7示出了申请人的基础发明的改进形式，该改进形式采用固定在公共驱动轴上 的两个输出涡轮和一个输入涡轮。该内燃机总体上由附图标记310表示。内燃机310包括 燃烧室312、用于引入空气的入口管道314和用于引入燃料例如汽油的喷嘴316。绝热部 318围绕室312的外部延伸以减少热量损失。汽油/空气的混合物在燃烧室312中燃烧，体积已膨胀的被加热空气经过管道324 排出。被加热空气被引导至安装在驱动轴330上的最大涡轮328的入口端口 326。具有中 间尺寸的第二涡轮332也安装在驱动轴330上；最后，与涡轮328和332相比具有更小尺寸 和容量的第三涡轮334也安装在驱动轴330上。涡轮328驱动负载(未示出)以产生有用功。涡轮332驱动输入泵332，输入泵 332将空气输送至用于燃烧室312的入口管道314。图7中示出的内燃机可应用于机动车辆，其中例如涡轮328与车辆的一个车轮在 操作上相关联，其他涡轮与车辆上的其他车轮在操作上相关联。这些涡轮可在一定值范围 内提供足够的原动力，以便驱动和控制车辆，而无需采用传统的差速机构。对本领域技术人员来说可进行各种改进和修改。例如可以使用两组以上的折流板 来作为燃烧室12或64的位于相对侧上的止回阀。可通过单个喷嘴或通过从单个入口分支 出的若干旁路引入汽油。可使漏斗形状开口定位在入口管道的末端与燃烧室之间；漏斗形 状有助于使引入的空气与汽油接触，以便更完全地燃烧。举例来说，通过试验和验证，申请人建议大旋转泵与小旋转泵的比率应为1. 25，以允许被加热气体可膨胀25%。同样，如果被加热气体膨胀35%，那么大泵的容量与小泵相 比应大1.35倍。这里，如果制作内燃机模型并进行测试，将知道更多的精确比率和操作参数。已经为了示例性目的而使用了术语涡轮，该术语涡轮旨在包含例如在喷漆发动机 中使用的非气密涡轮、气密且泄漏最小的径向叶片涡轮、以及为期望目的而强制排放流体 的防漏流体排量泵。也可以采用气密泵或上述这些泵的组合。因而，对于本领域技术人员来说，通过考虑说明书和相关附图可进行其他修改和 改型。因此，所述权利要求应以与本发明的宽广本质一致的方式来宽泛地解释，而不应限于 权利要求的文字表述。
权利要求
一种内燃机，该内燃机包括a)燃烧室；b)将汽油引入所述燃烧室内的喷嘴；c)将空气引入所述燃烧室内的入口管道，所述汽油/空气的混合物在所述燃烧室中燃烧；d)驱动轴；e)第一旋转动力装置和第二旋转动力装置，所述第一旋转动力装置固定在所述驱动轴上，所述第二旋转动力装置与所述驱动轴在操作上相关联；f)管道，该管道将从所述燃烧室排出的排气引导至所述第一旋转动力装置，以使所述第一旋转动力装置旋转；g)所述第一旋转动力装置的旋转运动使所述第二旋转动力装置旋转；h)所述第二旋转动力装置的旋转使空气强制进入反馈回路，该反馈回路将所述空气馈送至所述燃料室中的入口。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一旋转动力装置是大涡轮，所述第二旋转 动力装置是小涡轮。
3.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一旋转动力装置的容量大约是所述第二 旋转动力装置的容量的150%。
4.如权利要求3所述的内燃机，其中，所述第一旋转动力装置的半径显著大于所述第 二旋转动力装置的半径。
5.如权利要求3所述的内燃机，其中，所述第一旋转动力装置的排量显著大于所述第 二旋转动力装置的排量。
6.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述第一旋转动力装置包括一对齿轮，该对齿轮 具有相互啮合的齿，以用于将从所述燃烧室流出的排气强制排出。
7.如权利要求1所述的内燃机，其中，在所述燃烧室中设置有折流板，以用于压缩所述 汽油和空气的混合物。
8.如权利要求7所述的内燃机，其中，该内燃机设置有用于改变施加至所述输出折流 板上的张力的调整装置。
9.如权利要求1所述的内燃机，其中，在所述燃烧室内设置有入口折流板，以便于进入 所述燃烧室的所述汽油和空气的混合。
10.如权利要求9所述的内燃机，其中，所述入口折流板从所述燃烧室的基部向上延伸 并从所述燃烧室的顶部向下延伸，所述向上和向下延伸的折流板交替布置，以限定供进入 所述燃烧室的空气流动的曲折路径。
11.如权利要求1所述的内燃机，其中，绝热部覆盖所述燃烧室的外部。
12.如权利要求1所述的内燃机，其中，在从所述燃烧室导出排气的所述管道与用于所 述燃烧室的所述入口管道之间连接有热交换器。
13.如权利要求1所述的内燃机，其中，在用于从所述燃烧室排出排气的所述管道与用 于所述燃烧室的入口管道之间延伸有旁路回路。
全文摘要
一种内燃机，该内燃机包括不具有活塞的燃烧室，在该燃烧室中燃烧并排出的膨胀气体流入第一排量泵(例如齿轮泵或径向叶片泵)。该排量泵驱动负载以及附加的另一个小的第二排量泵，该第二排量泵对新鲜空气进行加压并且通过反馈回路将新鲜空气引导入所述燃烧室。汽油或其他可燃燃料被引入所述燃烧室，从而使燃料在点燃之后进行连续的燃烧。燃烧室中的空气膨胀率影响大泵与小泵之间的比率的大小。其他实施方式可包括位于燃烧室内的弹簧加载的可调折流板、曲折壁和位于反馈回路中的伸出部，并且在空气进入反馈回路之前加热空气。
文档编号F02B53/04GK101925727SQ200880125443
公开日2010年12月22日 申请日期2008年12月29日 优先权日2007年12月27日
发明者阿瑟·范莫尔 申请人:阿瑟·范莫尔