具有密封件润滑的旋转式内燃发动机的制作方法

本申请要求2016年6月17日提交的美国申请号15/185,544的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。

本申请总体上涉及旋转式内燃发动机，并且更具体地涉及对此类发动机中的密封件的润滑。

背景技术：

具有周边密封件（诸如，汪克尔发动机中的顶端密封件）的旋转式内燃发动机通常需要向这些密封件喷油以防止过度磨损和性能损失。通常，此类发动机使用机械油泵，该机械油泵由发动机的可旋转轴驱动以通过与泵以及与密封件的环境连通的合适的流体导管将油递送到密封件；除了主油泵之外还提供该泵，主油泵向发动机的其他系统（例如，轴承润滑、转子冷却）提供油循环。然而，发动机驱动的机械泵在喷射频率方面的灵活性有限，通常对于给定的发动机速度而言喷射频率是固定的。因此，可能难以或不可能根据特定的操作条件来调节或定制向密封件递送油的频率，特别是在没有改变所喷射的油量的情况下。

技术实现要素：

在一个方面中，提供了一种内燃发动机，其包括：壳体，所述壳体限定转子腔；转子，所述转子被旋转地接收在转子腔内以围绕转子限定具有可变体积的多个工作室，所述转子具有周向间隔的周边密封件，所述周边密封件被从转子径向向外偏压并且在转子旋转时滑动地接合壳体的内表面的一部分以使工作室彼此分离，壳体具有流体通道，流体通道被限定为穿过壳体而通向内表面的接合每个周边密封件的那部分；以及喷射器，所述喷射器具有用于与加压润滑剂源流体连通的入口以及能够选择性地打开和关闭的出口，所述出口与流体通道流体连通以用于通过流体通道将加压润滑剂递送到周边密封件。

在另一个方面中，提供了一种用于汪克尔发动机的壳体，所述壳体包括：在两个轴向间隔开的端壁之间延伸的周边壁，所述周边壁和端壁协作以封闭转子腔，所述转子腔被构造成用于密封地接合能够在其中旋转的转子，壳体具有流体通道，流体通道被限定为穿过壳体而通向周边壁的内表面以与转子腔连通；以及喷射器，所述喷射器具有用于与加压润滑剂源流体连通的入口以及能够选择性地打开和关闭的出口，所述出口与流体通道流体连通以用于将加压润滑剂递送到转子腔。

在另外的方面中，提供了一种润滑内燃发动机中的转子的周边密封件的方法，转子能够在由发动机的壳体限定的转子腔内旋转，所述方法包括：使润滑剂从加压润滑剂源循环到喷射器；选择性地打开喷射器的出口；以及当喷射器的出口打开时，利用喷射器将加压润滑剂递送穿过壳体并递送到转子腔的内表面，当转子在转子腔内旋转时，周边密封件接触内表面。

附图说明

现参考附图，其中：

图1是根据特定实施例的旋转式内燃发动机在垂直于发动机的轴向方向的平面中截取的示意性截面视图；

图2是复合循环发动机的示意性表示，其中可使用图1的内燃发动机；

图3a是根据特定实施例的诸如图1中所示的旋转式发动机的壳体的一部分在垂直于图1的平面的平面中截取的示意性截面视图，其被构造成用于润滑剂喷射；

图3b是图3a的壳体的周边壁的内表面的示意性平面图；

图4a是根据另一个特定实施例的诸如图1中所示的旋转式发动机的壳体的一部分在垂直于图1的平面的平面中截取的示意性截面视图，其被构造成用于润滑剂喷射；

图4b是图4a的壳体的周边壁的内表面的示意性平面图；

图5a是根据另一个特定实施例的诸如图1中所示的旋转式发动机的壳体的一部分在垂直于图1的平面的平面中截取的示意性截面视图，其被构造成用于润滑剂喷射；

图5b是图5a的壳体的周边壁的内表面的示意性平面图；

图6是根据另一个特定实施例的诸如图1中所示的旋转式发动机的一部分在垂直于发动机的轴向方向的平面中截取的示意性截面视图，其被构造成用于润滑剂喷射；

图7是根据特定实施例的喷射器的示意性截面视图，其可被用于在诸如图3至图6中所示的旋转式发动机中喷射润滑剂；

图8是根据特定实施例的润滑剂喷射系统的图，其可与诸如图3至图6中所示的旋转式发动机和/或诸如图7中所示的喷射器一起使用；以及

图9是根据特定实施例的润滑剂喷射系统的图，其可被用在诸如图3至图6中所示的旋转式发动机中和/或与诸如图7中所示的喷射器一起使用。

具体实施方式

图1图示了被称为汪克尔发动机的类型的旋转间歇式内燃发动机12的示例。应理解，发动机12的构型（例如，端口的布置、密封件的数目和布置等）可与所示的实施例的构型不同。

发动机12包括限定转子腔的壳体32，该转子腔具有限定两个凸起部（lobe）的轮廓，该轮廓优选地为外旋轮线。转子34被接收在转子腔内。转子限定三个周向间隔的顶端部分36以及具有向外成拱形的侧部的大致三角形轮廓。顶端部分36与壳体32的周边壁38的内表面密封接合，以在转子34与壳体32之间形成和分离出具有可变体积的三个工作室40。周边壁38在两个轴向间隔开的端壁54之间延伸，以封闭转子腔。

转子34接合到输出轴16的偏心部分42，以在转子腔内执行公转。对于转子34的每次公转，输出轴16执行三次旋转。转子34的几何轴线44偏离并平行于壳体32的轴线46。在每次公转期间，每个室40的体积发生变化并且围绕转子腔移动以经历进气、压缩、膨胀和排气的四个阶段。

进气端口48被设置为穿过周边壁38，以用于容许压缩空气进入工作室40中的一个。排气端口50也被设置为穿过周边壁38，以用于从工作室40排出排气。通道52也被设置为穿过周边壁38，这些通道52用于火花塞或其他点火机构以及用于燃料喷射系统（图1中未示出）的一个或多个燃料喷射器。替代地，进气端口48、排气端口50和/或通道52可被设置为穿过壳体的端壁或侧壁54。可提供与室40连通的子室（未示出），以用于燃料的先导或预喷射以进行燃烧。

为了高效地操作，工作室40由以下各者密封：弹簧加载的周边或顶端密封件56，其从转子34延伸以接合周边壁38的内表面；以及弹簧加载的面或气体密封件58和端部或拐角密封件60，其从转子34延伸以接合端壁54的内表面。转子34还包括至少一个弹簧加载的油密封环62，所述油密封环62围绕轴偏心部分42上的用于转子34的轴承而被偏压抵靠端壁54的内表面。

在可特别地但非排他地适合于低海拔的特定实施例中，发动机12具有从6:1至8:1的体积压缩比。

发动机12的（一个或多个）燃料喷射器（其在特定实施例中是共轨燃料喷射器）与重质燃料（例如，柴油、煤油（喷气燃料）、等效生物燃料）的源30（见图2）连通，并且将重质燃料递送到发动机12中，使得燃烧室被分层成点火源附近的富燃料-空气混合物和别的地方的较贫混合物。

在特定实施例中，旋转式发动机12被用在诸如图2中示意性示出的复合循环发动机10中，其中一个或多个旋转式发动机12驱动连接到输出轴16的共同负载。复合循环发动机10还包括涡轮增压器18，该涡轮增压器18包括通过轴24驱动地互连的压缩机20和涡轮22，涡轮增压器18的压缩机20在空气进入（一个或多个）旋转式发动机12之前压缩空气。来自（一个或多个）旋转式发动机12的排气流被供应到与其流体连通的复合涡轮26，该复合涡轮26也驱动（例如，通过适当类型的传动装置28连接到输出轴16的）共同负载。来自第一级涡轮26的排气流被供应到涡轮增压器18的第二级涡轮22。

替代地，旋转式发动机12可在没有涡轮增压器18和/或没有复合涡轮26的情况下使用，并且可在具有或没有接合到同一输出轴16的一个或多个其他旋转式发动机12的情况下使用。在特定实施例中，旋转式发动机12被用作汽车发动机或被用作其一部分。在特定实施例中，旋转式发动机12被用作飞机发动机（原动机发动机或apu）或被用作其一部分。

发动机12包括用于将润滑剂递送到周边或顶端密封件56的系统，在特定实施例中，该系统允许例如基于操作条件调节所递送的润滑剂的频率和量。

参考图3a至图3b，壳体32具有至少一个流体通道70，其被限定为穿过壳体32；在所示的实施例中，限定了三个轴向间隔开的流体通道70（例如，均匀地间隔开），例如每个具有圆形截面。每个流体通道70终止于开口72中，所述开口72被限定在壳体32的内表面的在转子34的旋转期间接合密封件56的那部分中。如在图3b中可以更清楚地看到，周边壁38的内表面因此具有限定在每个流体通道70的端部处从中穿过的相应的开口72。在转子34的旋转期间，密封件56被偏压抵靠周边壁38的内表面并沿周边壁38的内表面滑动，且因此跨过这些开口72。

提供了喷射器74，其具有入口76以及能够选择性地打开和关闭的出口78。入口76通过合适的供给导管77与加压润滑剂源流体连通，该供给导管77包括压力和温度感测端口79。出口78与每个流体通道70流体连通，以用于将加压润滑剂递送到每个密封件56。

在所示的实施例中，壳体32包括被限定在其中的歧管80。喷射器74的出口78通过被接收在喷射器开口82中而与歧管80流体连通，所述喷射器开口80被限定为穿过壳体32并与歧管80连通。在所示的实施例中，喷射器74的主体位于壳体32之外；替代地，喷射器74的主体可被接收在壳体32内。通向周边壁38的内表面的每个流体通道70从与其流体连通的歧管80延伸。

在图4a至图4b中所示的实施例中，壳体32具有被限定为从中穿过的七个（7）间隔开的流体通道70，例如沿壳体32的轴向方向均匀地间隔开。如在图3a至图3b的实施例中，喷射器的出口78被接收在喷射器开口82中，所述喷射器开口82被限定为穿过壳体32并与歧管80连通，并且通向周边壁38的内表面的每个流体通道70从与其流体连通的歧管80延伸。

在图5a至图5b中所示的实施例中，壳体32具有被限定为从中穿过的单个流体通道170，该单个流体通道170经成形为长形槽，该长形槽沿发动机的轴向方向延伸并且限定位于周边壁38的内表面中的长形开口172。再一次地，喷射器74的出口78被接收在喷射器开口82中，所述喷射器开口82被限定为穿过壳体32并与歧管80连通，并且通向周边壁的内表面的流体通道170从与其流体连通的歧管80延伸。

应理解，可以替代地使用不同数目和/或构型的流体通道70、170。

此外，应理解，可以替代地使用直接喷射系统来喷射润滑剂。例如，如图6中所示，喷射器74的出口78被接收在被限定为穿过周边壁38的流体通道270中，并且位于周边壁38的内表面附近以用于在每个密封件56滑动越过由流体通道270在内表面中限定的开口272时将润滑剂直接递送到该密封件56。

在进气端口48被限定为穿过周边壁38的特定实施例中，每个流体通道70、170、270的开口72、172、272定位在进气端口48之后并且在燃烧开始之前，遵循顶端密封件56在转子34旋转时的运动方向，即密封件56按次序经过进气端口48，经过（一个或多个）开口72、172、272，然后到达燃烧区。例如，在特定实施例中，（一个或多个）开口72、172、272定位在从点“a”到点“b”的任何位置处，如图1中所指示。类似的位置也可用于进气端口被限定为穿过端壁54的发动机。基于在开口72、172、272的位置处的室压力来调节至喷射器74的供给压力；因此，如果稍后在压缩冲程中进行密封件润滑剂喷射，则可能需要更高的供给压力。在图1中所示的特定实施例中，（一个或多个）开口72、172、272被限定为邻近于进气端口48并且在进气端口48之后。

在替代性实施例中，可将密封件润滑剂喷射在壳体32的上死点区段中；然而，由于高温和高压以及由于在该位置处存在高压燃料喷射系统，此类定位可能更复杂。在另一个替代性实施例中，可在发动机的膨胀冲程中执行密封件润滑剂喷射；然而，此类构型可能导致排气端口和/或进气端口中的润滑剂损失，特别是当这些端口被限定为穿过周边壁时。膨胀侧的更高温度也可能导致流体通道70、170、270中的润滑剂焦化。

在特定实施例中，喷射器74是或者类似于被构造成用于汽油直接喷射（gdi）的喷射器。图7中示出了gdi喷射器的示例，其中，入口76通过过滤器82与出口78连通。出口78包括出口开口78'，该出口开口78'由针84选择性地关闭，所述针84被朝向关闭位置偏压并且能够向内移动以脱离出口开口78'的周边来打开它。密封件86围绕喷射器的出口部分延伸，以密封地接合壳体32的相邻的壁表面。在所示的实施例中，针84形成电磁阀的一部分：喷射器壳体的磁性线圈88与连接到针的磁发电机电枢90相互作用，以使针84沿其轴线在喷射器74的打开构型与关闭构型之间移动。可提供其他类型的阀以选择性地打开和关闭喷射器74的出口开口78'，包括但不限于压电激活的阀。

可以通过阀的电致动来精确地激活喷射器74，以选择所期望的喷射频率和体积。通常可以例如通过发动机控制单元来控制gdi喷射器，以基于发动机的合适参数来调节喷射的流量和/或频率，这些参数包括但不限于所喷射的流体温度和压力、发动机速度、发动机负载（或节气门位置）、进气歧管压力、喷射器主体温度和发动机冷却剂温度；当喷射器74被用于向密封件56进行润滑剂喷射时，可以将类似的控制应用于该喷射器74，使得可以根据发动机的操作参数来定制润滑剂喷射。

因此，喷射器74充当计量装置，其允许控制向密封件56进行润滑剂喷射的量、频率和时机。用于汽油直接喷射（gdi）发动机的类型的喷射器通常允许对喷射持续时间进行良好的控制，这允许在发动机操作范围内精确控制所喷射的润滑剂的量。

替代地，可以使用任何其他合适类型的喷射器。在特定实施例中，喷射器74被设计成在30至180psia（例如，至少60psia）的压力下工作和/或以高达发动机每转一圈一次的频率和/或在至少120^of至250^of的温度下喷射润滑剂。

参考图8，示出了可与上述发动机12和喷射器74中的任一者一起使用的润滑喷射系统的示例。该润滑系统使用润滑剂，当喷射润滑剂以润滑密封件56时，该润滑剂被循环到转子34，例如以润滑将转子34旋转地支撑在转子腔内的轴承和/或用于冷却转子34。在特定实施例中，润滑剂是油。

该系统包括在与发动机12的润滑腔中的一个或多个连通的每条管线中的回油泵92，，以用于使用过的油循环回到油贮存器94。主发动机油泵96与油贮存器94连通并向发动机12提供加压油。油循环通过热交换器98（例如，位于主发动机泵96的下游），使得用过的油可以在被再循环到发动机12之前得以冷却。油循环通过过滤器99以去除污染物，然后既循环到喷射器74以用于向密封件56提供油，又循环到发动机12的各种润滑腔（例如，轴承腔）。传感器97（例如，位于油过滤器99与喷射器74/发动机12之间）提供可用于控制泵92、96和/或喷射器74的相关数据（例如，油温、油压）。因此，用于供给喷射器74的油处于主发动机油压（mop），即由主发动机油泵96提供的加压足以供给喷射器74。

参考图9，示出了可与上述发动机12和喷射器74中的任一者一起使用的润滑喷射系统的另一个示例。该润滑系统使用被循环用于燃烧的燃料的一部分来进行喷射以润滑密封件56。

该系统包括第一级燃料泵196，所述第一级燃料泵196与燃料贮存器194连通并向发动机12提供加压燃料。第二级泵192设置在第一级泵196的下游，燃料过滤器199位于它们之间以去除污染物。用于密封件56的喷射器74在第一级泵196与第二级泵192之间提取燃料以用作润滑剂。第二级泵192将燃料递送到燃料喷射系统100（例如，高压共轨喷射系统），该燃料喷射系统将加压燃料递送到工作室40（和/或与工作室连通的子室）以进行燃烧。旁路管线195使来自燃料喷射系统100和来自第二级泵192的溢流燃料再循环到第一级泵196上游的位置以进行再循环。传感器197（例如，位于燃料贮存器194与第一级泵196之间，以及位于第一级泵196与喷射器74之间）提供可用于控制泵92、96、燃料喷射系统100和/或喷射器74的相关数据（例如，燃料温度、燃料压力）。

应理解，润滑喷射系统的特定构型可变化。例如，用于供给用于密封件56的喷射器74的润滑喷射系统可以是独立于其他发动机流体的循环的，不过此类独立的系统可能增加重量和/或复杂性。在特别地但非排他地适合于汽车目的的一些系统中，可省略回油泵。

尽管已示出了单个喷射器74，但是应理解，可以替代地提供多于一个的喷射器74。两个或更多个喷射器74可位于壳体内的不同角位置处，例如一个用于在进气端口之后喷射密封件润滑剂，而另一个用于在壳体的膨胀区段中喷射润滑剂。两个或更多个喷射器74可以替代地位于同一个角位置处。如上所述，多个喷射器74可被用于直接喷射或用于喷射到歧管中。

因此，本公开允许通过如下方式来润滑周边或顶端密封件56：使润滑剂从加压润滑剂源（诸如，泵96和油贮存器94，或者泵196和燃料贮存器194）循环到喷射器74；选择性地打开喷射器74的出口78；以及当出口78打开时，利用喷射器74将加压润滑剂递送穿过壳体32并递送到转子腔的内表面。当转子34在转子腔内旋转时，密封件56接触内表面，并因此被润滑。加压润滑剂可通过被限定在壳体32中的歧管80递送到密封件56或者由喷射器74直接递送到密封件56。喷射器74允许对所递送的润滑剂的量进行计量。

在特定实施例中，并且当与现有技术系统（其中通过由发动机轴16驱动的单独的机械泵来控制向顶端密封件的润滑剂递送）相比时，本文中所描述的系统允许通过使用合适的发动机传感器输入（例如，润滑剂压力和温度、发动机速度）来限定喷射频率和体积而对所递送的润滑剂的频率和量进行更完整和改进的控制。这进而可允许减少润滑剂消耗，同时保持发动机的相同的磨损率和性能。此外，在特定实施例中，本系统更紧凑和轻便，这对于航空航天应用是至关重要的。通过适当地定制喷射参数，也可正面地影响发动机的排放。当使用市售的gdi喷射器时，该系统可允许降低成本。该系统还允许把提供可接受的磨损率的其他流体用作润滑剂，例如燃料（重质燃料、柴油燃料等）。

以上描述意在仅是示例性的，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的范围的情况下，可对所描述的实施例进行改变。例如，在具有不同类型的构造的其他旋转式发动机中，密封件润滑剂喷射可适用于润滑不同于顶端密封件的周边密封件（例如，旋转式叶片泵的叶片上的周边密封件）。依据对本公开的回顾，落入本发明的范围内的修改对于本领域技术人员而言将是明显的，并且此类修改旨在落入所附权利要求内。