專(zhuān)利名稱(chēng)：等容加熱發(fā)動(dòng)機(jī)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，并且更具體而言涉及一種完成高效混合循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知以諸如狄塞爾(Diesel)循環(huán)、奧托(Otto)循環(huán)、阿特金森 (Atkinson)循環(huán)之類(lèi)的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)。這些循環(huán)都具有獨(dú)特的特征，但是均具有當(dāng)維持高功率輸出時(shí)不能實(shí)現(xiàn)較高效率的缺點(diǎn)。提高設(shè)計(jì)成完成這些循環(huán)中的一個(gè)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)的效率已被證實(shí)是有挑戰(zhàn)性的。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，部分挑戰(zhàn)源自所有的過(guò)程諸如壓縮、燃燒以及膨脹都在不同時(shí)間僅在相同空間內(nèi)發(fā)生這一事實(shí)。其他挑戰(zhàn)源自不能在壓縮室中產(chǎn)生高度壓縮，以及不能在各種操作條件或負(fù)載下在足以?xún)?yōu)化燃燒的時(shí)間間隔內(nèi)維持等容壓縮容積。此外，除在典型的燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)中不能完成的阿特金森循環(huán)以外，因在燃燒過(guò)程的產(chǎn)物被耗盡并且被新鮮充氣取代之前，膨脹循環(huán)過(guò)早地結(jié)束而損失效率。

發(fā)明內(nèi)容
在第一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。本實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的轉(zhuǎn)子；兩個(gè)門(mén)。每個(gè)門(mén)均以能相對(duì)于所述殼體運(yùn)動(dòng)的方式安裝，使得每個(gè)所述門(mén)均至少周期性地與所述轉(zhuǎn)子接合，其中在所述兩個(gè)門(mén)中的至少一個(gè)與所述轉(zhuǎn)子接合期間，在所述至少一個(gè)門(mén)的表面、所述轉(zhuǎn)子以及所述殼體之間保持一容積。所述容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量；所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。在相關(guān)實(shí)施方式中，所述門(mén)以能相對(duì)于所述殼體滑動(dòng)的方式安裝?？商娲?，所述門(mén)以相對(duì)于所述殼體樞轉(zhuǎn)的方式安裝。在另一個(gè)實(shí)施方式中，樞轉(zhuǎn)安裝的所述門(mén)形成所述殼體的外壁。在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式中，該發(fā)動(dòng)機(jī)還包括聯(lián)接至所述門(mén)的兩個(gè)凸輪，所述凸輪通過(guò)和所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)同步的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。該實(shí)施方式包括具有至少一個(gè)進(jìn)氣口和至少一個(gè)排氣口的殼體；以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的多個(gè)轉(zhuǎn)子。每個(gè)所述轉(zhuǎn)子均聯(lián)接至所述至少一個(gè)進(jìn)氣口中的一個(gè)或者所述至少一個(gè)排氣口中的一個(gè)。該實(shí)施方式還包括多個(gè)門(mén)，每個(gè)所述門(mén)均和所述轉(zhuǎn)子中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)并接觸；以及至少一個(gè)燃燒室。所述至少一個(gè)燃燒室中的每一個(gè)均與一對(duì)所述轉(zhuǎn)子中的每個(gè)轉(zhuǎn)子相連通。所述一對(duì)轉(zhuǎn)子的第一轉(zhuǎn)子被聯(lián)接至所述至少一個(gè)進(jìn)氣口中的一個(gè)，并且所述一對(duì)轉(zhuǎn)子的第二轉(zhuǎn)子被聯(lián)接至所述至少一個(gè)排氣口中的一個(gè)。所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子同步移動(dòng)，其中(i) 在所述第一轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，所述第一轉(zhuǎn)子和其門(mén)與所述殼體相關(guān)地限定展示發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的壓縮部分的壓縮容積，通過(guò)所述壓縮部分，壓縮容積量的空氣被周期性地聯(lián)接至所述第一轉(zhuǎn)子的相應(yīng)的燃燒室，并且(ii)在所述第二轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，所述第二轉(zhuǎn)子和其門(mén)與所述殼體相關(guān)地限定展示所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的膨脹部分的膨脹容積，通過(guò)所述膨脹部分，所述第一轉(zhuǎn)子的燃燒室中的燃燒混合物被周期性聯(lián)接至所述膨脹容積；并且其中所述壓縮容積在所述循環(huán)的壓縮部分期間被從第一量減小到第二量，其中在所述循環(huán)的加熱部分期間發(fā)生燃燒時(shí)的容積被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述膨脹容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。在再一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。該實(shí)施方式包括殼體，所述殼體具有進(jìn)氣口和排氣口以及內(nèi)表面，所述內(nèi)表面具有以不變的曲率半徑為特征的第一弓形段和以形狀不同于所述第一段的形狀為特征的第二弓形段。該實(shí)施方式還包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子以能旋轉(zhuǎn)的方式同心地安裝在所述殼體的所述第一段內(nèi)并且圍繞C凸輪同心地設(shè)置，所述C 凸輪除具有凹部之處外具有半徑恒定的柱面。該實(shí)施方式還包括至少一個(gè)壓縮葉片，所述至少一個(gè)壓縮葉片可動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)子中以接觸所述C凸輪并且與所述轉(zhuǎn)子、所述C凸輪以及所述殼體一起限定壓縮容積。類(lèi)似地，該實(shí)施方式還包括至少一個(gè)膨脹葉片，所述至少一個(gè)膨脹葉片可動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)子中以接觸所述殼體的內(nèi)表面并且與所述轉(zhuǎn)子和所述殼體一起限定膨脹容積。還包括燃燒室，所述燃燒室設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子中，與所述至少一個(gè)壓縮葉片和所述至少一個(gè)膨脹葉片相關(guān)聯(lián)，其中(i)所述壓縮容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示壓縮循環(huán)，通過(guò)所述壓縮循環(huán)，壓縮容積量的工作介質(zhì)被周期性地聯(lián)接至所述燃燒室， 并且(ii)所述膨脹容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示膨脹循環(huán)，通過(guò)所述膨脹循環(huán)，所述燃燒室中的燃燒產(chǎn)物被周期性地聯(lián)接至所述膨脹容積。在相關(guān)實(shí)施方式中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括多個(gè)壓縮葉片、多個(gè)膨脹葉片以及多個(gè)燃燒室，各所述燃燒室均與對(duì)應(yīng)的壓縮葉片和對(duì)應(yīng)的膨脹葉片相關(guān)聯(lián)?？商娲鼗蛄硗猓鲋辽僖粋€(gè)壓縮葉片和所述至少一個(gè)膨脹葉片由樞轉(zhuǎn)支架和能滑動(dòng)的支架中的一個(gè)安裝在所述轉(zhuǎn)子中。可替代地或另外，該實(shí)施方式還包括安裝在所述轉(zhuǎn)子中以提供所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的密封的多個(gè)C形環(huán)?？蛇x地，該實(shí)施方式還包括形成在所述殼體內(nèi)用于引導(dǎo)所述葉片的運(yùn)動(dòng)的多個(gè)凹槽。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括雙向活塞，所述雙向活塞具有進(jìn)氣口和排氣口以及一對(duì)對(duì)置的活塞面；以及殼體，該殼體同心地安裝在所述活塞外側(cè)并且具有一對(duì)對(duì)置的內(nèi)接觸面。所述殼體沿著縱軸線(xiàn)相對(duì)于所述活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 每個(gè)接觸面均在所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的限度下接近于所述活塞的所述活塞面中的相應(yīng)的一個(gè)。該實(shí)施方式包括相對(duì)于所述殼體與所述活塞接合的活塞致動(dòng)器。所述活塞致動(dòng)器控制所述殼體相對(duì)于所述活塞的運(yùn)動(dòng)，使得在每個(gè)活塞面和所述接觸面中的相應(yīng)的一個(gè)之間限定一容積。所述容積在所述殼體相對(duì)于所述活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量，所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。
在相關(guān)實(shí)施方式中，所述活塞致動(dòng)器是凸輪，所述凸輪具有對(duì)所述殼體相對(duì)于所述活塞的所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供暫停的形狀。可替代地，所述活塞致動(dòng)器是電磁線(xiàn)圈系統(tǒng)。可替代地或另外，所述活塞和所述殼體是圓筒形的。在再一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)并且該實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的氣缸；以及設(shè)置成在所述氣缸中互相協(xié)調(diào)地往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一對(duì)活塞。所述活塞中的每一個(gè)均具有活塞面。所述活塞以如下方式聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)輸出，即使所述活塞在所述氣缸內(nèi)并且在所述活塞面之間限定一容積。所述容積在所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間展示一循環(huán)， 其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量，所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地維持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。在再一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，并且該實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；以能相對(duì)于所述殼體運(yùn)動(dòng)的方式安裝的至少一個(gè)活塞；以及用于將所述活塞移過(guò)一循環(huán)的裝置，使得在所述活塞和殼體之間保持一容積。所述容積在所述活塞的運(yùn)動(dòng)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量， 所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地維持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式中，所述活塞包含液體。在再一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，并且該實(shí)施方式具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；設(shè)置在所述殼體中的低壓室和高壓室。所述低壓室比所述高壓室大。每個(gè)所述室均具有外旋輪線(xiàn)形內(nèi)部，在所述外旋輪線(xiàn)形內(nèi)部中設(shè)置有三頂端式轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝成在對(duì)應(yīng)室內(nèi)偏心地運(yùn)動(dòng)，從而形成三個(gè)空腔，這三個(gè)空腔在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行進(jìn)氣、壓縮、過(guò)渡以及膨脹功能，這些功能中的三個(gè)在任何給定時(shí)間在各室內(nèi)運(yùn)作； 其中(i)在所述低壓室中執(zhí)行壓縮的空腔被聯(lián)接至在所述高壓室中執(zhí)行進(jìn)氣的空腔；(ii) 在所述高壓室中執(zhí)行膨脹的空腔被聯(lián)接至在所述低壓室中執(zhí)行膨脹的空腔；以及(iii)所述高壓室中執(zhí)行過(guò)渡功能的空腔執(zhí)行加熱從而在其內(nèi)產(chǎn)生燃燒。在再一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并且該實(shí)施方式包括內(nèi)轉(zhuǎn)子， 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子具有多個(gè)(N個(gè))葉片并具有接納構(gòu)件，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子圍繞相對(duì)于所述接納構(gòu)件的軸線(xiàn)移位的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)，所述接納構(gòu)件具有當(dāng)所述內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)用于和相繼葉片緊密配合的N+1個(gè)凹部。該實(shí)施方式還包括用于使所述內(nèi)轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述接納構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器，使得相對(duì)于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的每個(gè)所述葉片和所述接納構(gòu)件的相應(yīng)凹部限定一容積。所述容積展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量，所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地維持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式還包括殼體，所述殼體具有進(jìn)氣口和排氣口，其中所述內(nèi)轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述殼體沿第一方向旋轉(zhuǎn)，并且所述接納構(gòu)件相對(duì)于所述殼體沿第二方向旋轉(zhuǎn)。 在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式中，所述接納構(gòu)件是所述殼體的一部分，所述殼體具有進(jìn)氣口和排氣口。另一個(gè)實(shí)施方式提供一種用于相對(duì)于殼體密封內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)子具有邊緣和表面。該實(shí)施方式的系統(tǒng)包括凹槽，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子的表面中，接近于所述邊緣并且具有徑向向內(nèi)的壁和徑向向外的壁，所述凹槽具有位于所述徑向向外的壁中的斜面；和密封條，所述密封條設(shè)置在所述凹槽中并且具有和所述凹槽接觸的適形表面。所述條與所述殼體摩擦接觸地接合，所述殼體為所述密封條提供基本上平坦的表面，所述摩擦趨于使所述條相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子略微旋轉(zhuǎn)并且沿離開(kāi)所述凹槽的方向略微軸向移動(dòng)，從而減小所述條和所述殼體之間的任何間隙并提高所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的密封。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并且該實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的轉(zhuǎn)子；以及中空氣缸的環(huán)形段，所述環(huán)形段被安裝并驅(qū)動(dòng)成圍繞中心軸線(xiàn)以擺動(dòng)方式樞轉(zhuǎn)。所述段具有形成一對(duì)連接門(mén)的對(duì)置的第一端和第二端，每端均周期性地接觸所述轉(zhuǎn)子，從而限定所述殼體內(nèi)的容積。 所述容積在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間展示一循環(huán)，其中(i)當(dāng)僅所述第一端接觸所述轉(zhuǎn)子時(shí)，所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量；(ii)所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量；以及(iii)當(dāng)僅所述第二端接觸所述轉(zhuǎn)子時(shí)，所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)，并且該實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；相對(duì)于所述殼體可動(dòng)地安裝的至少三個(gè)活塞，每個(gè)所述活塞均由磁性材料形成；圍繞所述殼體設(shè)置的一系列電磁線(xiàn)圈。所述電磁線(xiàn)圈被以電子方式控制以將力施加在所述活塞上從而實(shí)現(xiàn)一循環(huán)，其中在所述活塞和所述殼體之間保持一容積。所述容積在所述活塞運(yùn)動(dòng)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量，所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的密封系統(tǒng)，并且該實(shí)施方式包括形成在殼體壁的內(nèi)表面中的多個(gè)凹槽，和設(shè)置在各所述凹槽中的彈簧加載的密封條；在所述凹槽之間位于所述殼體壁中的孔，所述孔聯(lián)接至供油部；設(shè)置在所述殼體壁和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的浮動(dòng)蓋。所述浮動(dòng)蓋具有鄰近于所述轉(zhuǎn)子的表面的內(nèi)表面和鄰近于所述殼體壁的所述內(nèi)表面的外表面，所述浮動(dòng)蓋的所述內(nèi)表面包括直徑大致符合所述轉(zhuǎn)子的直徑的凹槽以及位于所述浮動(dòng)蓋的所述凹槽中的彈簧加載的密封條。所述供油部致使加壓油向所述浮動(dòng)蓋的所述外表面施加軸向力，所述軸向力與由所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作介質(zhì)引起的所述浮動(dòng)蓋的所述內(nèi)表面上的軸向力相反，從而幫助密封所述發(fā)動(dòng)機(jī)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種在轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中用于第一構(gòu)件的頂端密封系統(tǒng)，所述第一構(gòu)件是與第二構(gòu)件相關(guān)的門(mén)或葉片中的一個(gè)，所述第二構(gòu)件相對(duì)于所述第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)并且在所述第一構(gòu)件的接觸區(qū)至少周期性地接觸所述第一構(gòu)件。所述頂端密封系統(tǒng)包括在所述第一構(gòu)件的所述接觸區(qū)中形成的凹部；以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述凹部中的輥?zhàn)?，使得?dāng)所述第一構(gòu)件接觸所述第二構(gòu)件時(shí)，所述輥?zhàn)咏佑|所述第二構(gòu)件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種密封系統(tǒng)，該密封系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中用于密封第一構(gòu)件和相對(duì)于該第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的第二構(gòu)件之間的界面，所述第一構(gòu)件具有平行于軸并且和所述第二構(gòu)件接觸的邊緣。該實(shí)施方式的所述密封系統(tǒng)包括形成在所述邊緣中的至少一個(gè)凹部；安裝在所述至少一個(gè)凹部中的多個(gè)軸向相鄰的條，每個(gè)所述條均被彈簧加載，以使所述條保持與所述第二構(gòu)件接合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并且該實(shí)施方式包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有形成在所述轉(zhuǎn)子的邊緣中的軸向溝槽，使得所述溝槽軸向地位于一體形成的兩個(gè)端板之間；以及至少一個(gè)門(mén)，所述至少一個(gè)門(mén)以能相對(duì)于所述殼體運(yùn)動(dòng)的方式安裝從而可與所述軸向溝槽接合并且具有與所述軸向溝槽的形狀相符的形狀。在所述至少一個(gè)門(mén)和所述轉(zhuǎn)子接合期間， 在所述至少一個(gè)門(mén)的表面、所述轉(zhuǎn)子以及所述殼體之間保持一容積。所述容積在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量， 所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。在再一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于改進(jìn)在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間在轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行密封的密封系統(tǒng)，所述第一構(gòu)件起葉片或門(mén)中的一個(gè)的作用，并且能沿軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所述第二構(gòu)件相對(duì)于所述第一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，所述第一構(gòu)件在沿所述軸線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)的限度內(nèi)可抵靠所述第二構(gòu)件接合。該實(shí)施方式的所述密封系統(tǒng)包括配對(duì)的部件，所述配對(duì)用作所述第一構(gòu)件。所述配對(duì)中的每一個(gè)均被安裝成能沿所述第一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)分別運(yùn)動(dòng)，使得每個(gè)所述部件均可與另一個(gè)部件不同地運(yùn)動(dòng)，以在所述部件的運(yùn)動(dòng)限度內(nèi)改進(jìn)密封。在再一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子表面密封件，并且該實(shí)施方式包括沿徑向輻射出來(lái)并且設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的平坦表面上的徑向特征部，諸如脊、凹痕、條等，這些特征部減少與所述轉(zhuǎn)子的平坦表面交叉的流體的切向流。在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式中，提供一種以允許調(diào)節(jié)功率輸出的方式操作高效混合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該實(shí)施方式的方法包括在所述循環(huán)的加熱部分中，將燃料加入容積并且致使所述燃料燃燒，當(dāng)添加所述燃料時(shí)，添加的燃料量在所有循環(huán)范圍內(nèi)基本上是不變的， 從而當(dāng)添加燃料時(shí)在每個(gè)循環(huán)范圍內(nèi)產(chǎn)生最大功率；和控制燃料的添加以在每單位時(shí)間僅足夠數(shù)量的循環(huán)范圍內(nèi)發(fā)生添加，從而產(chǎn)生所述發(fā)動(dòng)機(jī)的期望功率輸出，并且，對(duì)于其中燃料的添加被制止的每個(gè)循環(huán)，通過(guò)(i)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壁直接地傳熱以及(ii)從熱交換器傳熱中的至少一種傳熱而在所述循環(huán)的加熱部分期間加熱。在其他相關(guān)實(shí)施方式中個(gè)，所述高效混合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是上述實(shí)施方式所述的任一種發(fā)動(dòng)機(jī)。再一個(gè)實(shí)施方式提供一種改進(jìn)的均質(zhì)充量壓燃式轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)，當(dāng)燃料-空氣混合物的狀態(tài)被從次臨界轉(zhuǎn)化成臨界時(shí)，致使所述混合物燃燒。所述改進(jìn)包括機(jī)械基板上承載的催化表面，所述表面通常對(duì)所述混合物隱蔽；和觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于當(dāng)所述混合物處于最小容積狀態(tài)下時(shí)使所述催化表面暴露于所述混合物來(lái)啟動(dòng)燃燒。在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施方式中，所述觸發(fā)器包括直接放置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上的催化表面，使得每當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在循環(huán)中達(dá)到特定角范圍時(shí)所述催化表面被暴露。可替代地或另外，所述觸發(fā)器包括放置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體的一位置中的催化表面，使得每當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在循環(huán)中達(dá)到特定角范圍時(shí)所述催化表面被暴露。


通過(guò)參考參照附圖理解的下列詳細(xì)描述將更容易理解發(fā)明的前述特征，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式與奧托循環(huán)和狄塞爾循環(huán)對(duì)比的高效混合循環(huán)的圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的執(zhí)行掃氣方法的高效混合循環(huán)的圖；圖3a_3c示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有2個(gè)直門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖4和圖5示出在高效混合循環(huán)的不同部分期間圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的具有2個(gè)直門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的具有2個(gè)直門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有2個(gè)樞轉(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖9示出在高效混合循環(huán)的不同部分期間圖8的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式具有形成殼體的一部分的2個(gè)樞轉(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可以用于合并掃氣過(guò)程的循環(huán)的具有2個(gè)樞轉(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有轉(zhuǎn)子和樞轉(zhuǎn)門(mén)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有2個(gè)轉(zhuǎn)子和2個(gè)門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有多個(gè)轉(zhuǎn)子和多個(gè)門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖15示出具有包括多個(gè)門(mén)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的本發(fā)明的實(shí)施方式；圖16示出圖15描繪的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)順序；圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有多組樞轉(zhuǎn)門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)的分解圖；圖18a和18b示出圖17描繪的發(fā)動(dòng)機(jī)的立體圖和剖視圖；圖19a_19d示出在高效混合循環(huán)的不同部分期間圖17的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式；圖20a-20c提供圖15中展示的發(fā)動(dòng)機(jī)的元件的放大細(xì)節(jié)；圖21示出具有單個(gè)轉(zhuǎn)子和多個(gè)葉片的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖22示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的雙向活塞發(fā)動(dòng)機(jī)；圖23示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的雙向活塞發(fā)動(dòng)機(jī)；圖M示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的多活塞發(fā)動(dòng)機(jī)；圖25示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有門(mén)驅(qū)動(dòng)器和多個(gè)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖沈示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有雙門(mén)和多個(gè)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)；圖27示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的雙活塞偏心輪驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；圖觀-32示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的相反活塞發(fā)動(dòng)機(jī)；圖33示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的雙轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)；圖34a_3^示出在循環(huán)的全部不同部分中圖30的雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖35示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的另一個(gè)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖36示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的偏心輪單葉片發(fā)動(dòng)機(jī)；圖37示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料輸送系統(tǒng)；圖38示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用作均質(zhì)充量壓燃觸發(fā)器(HCCI)的催化劑；圖39示出供本發(fā)明的實(shí)施方式之用的涂有催化劑的轉(zhuǎn)子；圖40a-40e示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的各種表面密封件；圖41示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的浮動(dòng)蓋密封設(shè)計(jì)；圖42描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；圖43a_43f示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的各種轉(zhuǎn)子密封機(jī)構(gòu)；
圖44a_44b示出供本發(fā)明的實(shí)施方式之用的輥?zhàn)雍晚敹嗣芊饧粓D45示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的剖分式表面密封件；圖46示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的雙葉片密封；圖47示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的表面密封件和頂端密封件。
具體實(shí)施例方式定義。如本說(shuō)明書(shū)和附隨的權(quán)利要求中使用的，除非上下文另外要求，下列術(shù)語(yǔ)應(yīng)該具有指出的含義“轉(zhuǎn)子”是可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體中的結(jié)構(gòu)，其將作為燃燒結(jié)果產(chǎn)生的扭矩傳輸?shù)綑C(jī)械輸出?！伴T(mén)”是用于隔開(kāi)容積部的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其周期性地或連續(xù)地和與其相對(duì)移動(dòng)的諸如轉(zhuǎn)子的構(gòu)件接觸。門(mén)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或平移運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，并且這種運(yùn)動(dòng)基本上不需要改變相應(yīng)空腔的容積。“葉片”是可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，葉片的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致容積部的位移，葉片也具有隔開(kāi)功能并且周期性地或連續(xù)地和與其相對(duì)移動(dòng)的諸如轉(zhuǎn)子或殼體的構(gòu)件接觸。“活塞”是相對(duì)于殼體線(xiàn)性移動(dòng)的質(zhì)量塊，活塞位于殼體中，并且將作為燃燒結(jié)果產(chǎn)生的力相對(duì)于殼體直接或間接地傳輸?shù)綑C(jī)械輸出?！熬€(xiàn)性”運(yùn)動(dòng)在此包括沿著可以是直的或彎曲的路徑運(yùn)動(dòng)?！懊芊庀到y(tǒng)”是用于減小相對(duì)于彼此可動(dòng)地安裝的兩個(gè)配對(duì)件之間的間隙的裝置。 這種間隙尤其可以歸因于制造公差的限制以及配對(duì)件經(jīng)歷的熱膨脹的差異。棱柱面是由平行于給定直線(xiàn)并且和與該給定直線(xiàn)不在同一平面內(nèi)的虛線(xiàn)相交的所有直線(xiàn)產(chǎn)生的表面。虛線(xiàn)是表面的準(zhǔn)線(xiàn)；平行線(xiàn)是表面的母線(xiàn)(或者元)。假如虛線(xiàn)是閉合的(即閉合多邊形)，則表面是閉合棱柱面。為了前述討論，將使用具有相應(yīng)定義的下列術(shù)語(yǔ)A/F-空氣/燃料氣刀-由風(fēng)扇吹過(guò)掃氣室或吹過(guò)進(jìn)氣口和排出口的空氣，進(jìn)氣口和排出口彼此相對(duì)或者彼此成一定角度地定位。室a. CbC-燃燒室b. CmC-壓縮室c. EpC-膨脹室d. EhC-排氣室室-發(fā)動(dòng)機(jī)的各種部件之間的充滿(mǎn)工作介質(zhì)的空間CV CbC-等容燃燒室EGR-廢氣再循環(huán)門(mén)a.壓縮器門(mén)；也稱(chēng)為C門(mén)b.膨脹器門(mén)；也稱(chēng)為E門(mén)HEHC-高效混合循環(huán)
HCHC-均質(zhì)充量混合循環(huán)HEHC-S-高效混合循環(huán)(以?huà)邭饽Ｊ?HCHC-S均質(zhì)充量混合循環(huán)(以?huà)邭饽Ｊ?加熱-可以通過(guò)在空氣中燃燒燃料或者通過(guò)熱交換過(guò)程增加熱，其中通過(guò)位于等容燃燒室內(nèi)的熱交換器或者只通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的壁(主要是燃燒室壁)實(shí)現(xiàn)熱交換過(guò)程。FI-燃料噴射器Vcbc-燃燒室容積WM-工作介質(zhì)-空氣或空氣/燃料混合物或燃燒的氣體在本申請(qǐng)中，公開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)的若干個(gè)不同實(shí)施方式。這些發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式描述了能以非常高的最大效率( 57%或以上)、非常高的最大平均效率( 50%以上)、非常高的功率密度和特定功率、低振動(dòng)水平、低噪聲水平以及低排放水平運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。為理解設(shè)計(jì)意圖并且為了完整性，將重申圖1所示的高效混合循環(huán)的基本熱力學(xué)原理。圖中所示的循環(huán)的基本前提包括下列循環(huán)部分(1)僅將空氣壓縮到高壓縮比(類(lèi)似于狄塞爾循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))；( 在等容條件下加熱(通過(guò)燃料的燃燒或外部加熱)(類(lèi)似于奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))；以及C3)膨脹到大氣壓力(類(lèi)似于阿特金森或米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))。因?yàn)樵摪l(fā)動(dòng)機(jī)完成了其中在等容下加熱的循環(huán)，在此期間壓力增大，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可以被稱(chēng)為等容加熱發(fā)動(dòng)機(jī)。能在等容加熱和過(guò)膨脹的機(jī)制下運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)包括固定部分和可移動(dòng)部分。固定部分有時(shí)在本文中被稱(chēng)為殼體?？梢苿?dòng)部分可以包括下列結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或更多個(gè)，即轉(zhuǎn)子、活塞、門(mén)以及葉片?？梢苿?dòng)部分通常在循環(huán)的至少一些部分期間隔離空腔，其中空腔包括在固定殼體和可動(dòng)部件之間形成的空隙。空腔在循環(huán)期間充滿(mǎn)工作介質(zhì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間空腔容積的變化是工作介質(zhì)壓縮或膨脹的體現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，固定殼體和可動(dòng)部件之間形成的空腔充滿(mǎn)工作介質(zhì)。該工作介質(zhì)(WM)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間經(jīng)歷循環(huán)變換。在第一階段中，空腔從其初始容積V1收縮到最小容積V2。在該步驟期間，空腔被稱(chēng)為壓縮室(CmC)，具有初始容積義。在第二階段中，空腔在有限的時(shí)間段內(nèi)基本上恒定地保持在V2。在該階段期間，空腔被稱(chēng)為燃燒室(CbC)，具有恒定的容積V2。隨后空腔將膨脹為容積V4,使得V4 > V1 > V2。在該階段期間，空腔被稱(chēng)為膨脹室(EpC)，具有最終容積V4。當(dāng)該空腔的容積處于V2 ^ V^ V1時(shí)，可對(duì)工作介質(zhì)加熱。在運(yùn)轉(zhuǎn)階段當(dāng)容積從V1 收縮到V2時(shí)，對(duì)工作介質(zhì)做功。在運(yùn)轉(zhuǎn)階段當(dāng)空腔的容積基本上恒定地保持在V2時(shí)，除了可能克服小的摩擦損失之外，不對(duì)工作介質(zhì)做功或者從工作介質(zhì)提取功。在運(yùn)轉(zhuǎn)階段期間當(dāng)容積從V2膨脹到V4時(shí)，從工作介質(zhì)提取功。由循環(huán)產(chǎn)生的凈功是提取的功和施加的功之差，還要考慮由系統(tǒng)中摩擦引起的損失。假如借助于燃燒燃料增加熱，則發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)。假如通過(guò)外部裝置，諸如通過(guò)熱管或直接加熱殼體壁等增加熱，則發(fā)動(dòng)機(jī)是外燃機(jī)。在本申請(qǐng)中，公開(kāi)了若干實(shí)施方式，包括各種殼體構(gòu)造和不同的可移動(dòng)部分。除其他標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，諸如狄塞爾、奧托、HCCI等之外，所公開(kāi)的實(shí)施方式都能執(zhí)行本文公開(kāi)的高效混合循環(huán)。本發(fā)明的各種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式將以具有火花點(diǎn)火的傳統(tǒng)奧托循環(huán)、具有燃料噴射的傳統(tǒng)狄塞爾模式或者以HCCI模式運(yùn)轉(zhuǎn)。和傳統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相類(lèi)似，高效混合循環(huán)(HEHC)和均質(zhì)充量混合循環(huán)(HCHC) 可以被稱(chēng)為四沖程循環(huán)，因?yàn)樗鼈兙哂?個(gè)獨(dú)特的沖程進(jìn)氣、壓縮、燃燒&膨脹、以及排氣。 這些循環(huán)中的任一個(gè)的掃氣變型等同于2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，其中，在膨脹結(jié)束時(shí)，空腔通過(guò)吹過(guò)的周?chē)諝鈷邭猓@除去了燃燒氣體，并且用新鮮空氣或空氣/燃料混合物充量再裝滿(mǎn)空腔。如所示的，圖1和圖2示出了 HEHC壓力-容積曲線(xiàn)圖。在初始狀態(tài)下，像狄塞爾循環(huán)一樣，在壓縮沖程期間僅空氣被壓縮。可以在接近壓縮沖程結(jié)束時(shí)或剛好在壓縮沖程之后添加燃料。因?yàn)榭諝庠诖藭r(shí)已被壓縮成相對(duì)高壓( 55bar)，所以類(lèi)似于現(xiàn)代狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)中所用的那樣，需要高噴射壓力以實(shí)現(xiàn)完全燃燒和清潔排氣。除例如在火花點(diǎn)火的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)的，以恒定容積發(fā)生燃燒以外，其運(yùn)轉(zhuǎn)與狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似。然而， 與火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，因燃料噴射到非常熱的壓縮空氣中而發(fā)生燃燒。然而，盡管具有所述的這些，也可以使用火花塞。類(lèi)似于阿特金森循環(huán)，在該循環(huán)中膨脹至環(huán)境壓力。部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)可以如狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)中那樣通過(guò)燃料調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，或者如將在下面描述的，通過(guò)跳過(guò)全部噴射中的一些來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于該循環(huán)類(lèi)似于狄塞爾循環(huán)、奧托循環(huán)以及阿特金森循環(huán)，所以將該循環(huán)稱(chēng)為 “混合循環(huán)”。在燃燒和/或膨脹沖程期間也可以噴射水，因?yàn)檫@可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，同時(shí)提供從發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的冷卻。假如可動(dòng)部件和殼體之間的泄漏保持在低水平，則該循環(huán)的最高效率預(yù)期是大約 57 %，而平均效率預(yù)期是50 %以上。從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，這種循環(huán)的實(shí)施將需要在有限時(shí)間段內(nèi)存在等容燃燒室并需要存在大于進(jìn)氣容積的膨脹室容積。另外，假如如圖2所示使用掃氣(在進(jìn)氣/排氣期間空氣吹過(guò))，則可以省去進(jìn)氣沖程和排氣沖程。均質(zhì)充量混合循環(huán)(HCHC)是HEHC的變型，在HEHC中與僅壓縮空氣相反，在進(jìn)氣和/或壓縮沖程期間形成的稀薄空氣/燃料混合物被壓縮。當(dāng)混合物在壓縮沖程結(jié)束時(shí)達(dá)到足以自動(dòng)點(diǎn)火的溫度時(shí)，發(fā)生自燃。與HEHC比較，HCHC以略低壓縮比為特征，因此表現(xiàn)出低效率。HCHC循環(huán)也可以與傳統(tǒng)的均質(zhì)充量壓燃(HCCI)比較，當(dāng)空氣/燃料混合物的溫度達(dá)到自動(dòng)點(diǎn)火點(diǎn)時(shí)將發(fā)生HCCI，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，自動(dòng)點(diǎn)火點(diǎn)會(huì)精確地出現(xiàn)在壓縮結(jié)束時(shí)或者正好在壓縮結(jié)束之前。在HCCI循環(huán)中在整個(gè)容積中點(diǎn)火幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的，沒(méi)有火焰?zhèn)鞑セ驔_擊波，并且在低溫和低壓下發(fā)生，雖然低溫對(duì)于排放物和發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性是好事情，但是低壓會(huì)導(dǎo)致比在HEHC期間獲得的效率低的低效率。對(duì)于給定的進(jìn)氣口溫度、壓力、廢氣再循環(huán)(EGR)量、空氣濕度等，存在空氣對(duì)燃料的臨界比(λ )，在該臨界比之下，當(dāng)壓縮混合物的溫度在壓縮結(jié)束時(shí)達(dá)到自動(dòng)點(diǎn)火點(diǎn)時(shí)發(fā)生自燃。為了進(jìn)一步討論，將這組條件定義為“臨界條件”。例如當(dāng)進(jìn)氣溫度太冷而其他所有參數(shù)相同時(shí)，則當(dāng)空氣/燃料混合物達(dá)到目標(biāo)壓縮比時(shí)，不會(huì)發(fā)生燃燒。相反地，當(dāng)所有參數(shù)都為臨界值但是空氣/燃料混合物太稀時(shí)，也不會(huì)發(fā)生燃燒。這種條件可以被稱(chēng)為 “次臨界的”。在傳統(tǒng)的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中，可發(fā)生自動(dòng)點(diǎn)火的時(shí)窗非常窄，這對(duì)部分負(fù)載狀態(tài)期間的發(fā)動(dòng)機(jī)控制提出了非常有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。這就是為什么傳統(tǒng)的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)去25年仍處于研究階段的原因。在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中，火花扮演燃燒觸發(fā)器的角色。在狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)中，開(kāi)始燃料噴射作為觸發(fā)器。在經(jīng)典HCCI中，不存在觸發(fā)器，這是燃燒過(guò)程非常難以控制的原因。假如在上死點(diǎn)(TDC)之前發(fā)生點(diǎn)火，則在活塞的全表面上作用的燃燒氣體作用力將抵抗活塞的運(yùn)動(dòng)，從而不但使發(fā)動(dòng)機(jī)慢下來(lái)并大大降低效率，而且最終將破壞發(fā)動(dòng)機(jī)。假如點(diǎn)火發(fā)生在TDC之后，則效率將被顯著降低。延遲越長(zhǎng)，效率越低。因?yàn)槿紵龓缀跏撬矔r(shí)的，所以等容燃燒室嚴(yán)格來(lái)說(shuō)從效率角度看不是必需的，但是從控制角度看是關(guān)鍵的，因?yàn)槠錇榘l(fā)生燃燒提供相當(dāng)大的時(shí)窗。HCHC循環(huán)由于若干原因而優(yōu)于傳統(tǒng)HCCI循環(huán)。一個(gè)原因包括它的膨脹容積比進(jìn)氣容積大，這產(chǎn)生較高的效率。在 HCCI和HCHC發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料均可與空氣一起被低壓燃料噴射器或汽化器噴射到進(jìn)氣口內(nèi)。 除此之外，可以在恰好達(dá)到自動(dòng)點(diǎn)火條件之前執(zhí)行第二次燃料噴射。該附加的噴射由于燃燒延遲而將對(duì)自動(dòng)點(diǎn)火定時(shí)僅有微小的影響，但是將允許在部分負(fù)荷情況下進(jìn)行控制并且導(dǎo)致效率增大。附加的燃料將不會(huì)有足夠的時(shí)間經(jīng)歷整個(gè)均質(zhì)過(guò)程，并且該燃料將表現(xiàn)為在原始的均質(zhì)空氣/燃料混合中懸浮或穿過(guò)的小團(tuán)。如在上述HCCI的情況下，原始的混合物或略微次臨界混合物將自動(dòng)點(diǎn)火，而附加的燃料將迅速蒸發(fā)并用于二次燃燒。對(duì)于最有效燃燒的“次臨界度”的程度必須以分析和實(shí)驗(yàn)方式確定。順便提及，這種附加的燃料噴射在傳統(tǒng)HCCI中也是可行的。雖然可以使用汽化器和燃料噴射器(FI)，但是因?yàn)樗鼈兌继峁┓浅ｎ?lèi)似的功能性，所以可在發(fā)動(dòng)機(jī)中僅使用一個(gè)。為通過(guò)切斷燃料供應(yīng)控制部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，優(yōu)選地是使用燃料噴射器。假如使用汽化器，則應(yīng)當(dāng)在全節(jié)流下運(yùn)轉(zhuǎn)以避免節(jié)流損失， 因此僅需要對(duì)供應(yīng)特定量燃料的針型閥進(jìn)行控制。具有等容燃燒室(CV CbC)允許用于發(fā)生自動(dòng)點(diǎn)火的大的操作時(shí)窗。這是由于自動(dòng)點(diǎn)火可以在產(chǎn)生等容燃燒室之后(這相當(dāng)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的TDC點(diǎn))任何時(shí)間發(fā)生。對(duì)于在一些實(shí)施方式中點(diǎn)火事件的定時(shí)，重要但非關(guān)鍵的是假如自動(dòng)點(diǎn)火發(fā)生在壓縮沖程結(jié)束稍稍之前(可與TDC相當(dāng)?shù)狞c(diǎn))，則由于燃燒室“咽喉部”或出口橫截面的小尺寸，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)元件(即轉(zhuǎn)子)上的差動(dòng)力將非常小。在“TDC”之后發(fā)生任何自動(dòng)點(diǎn)火也可以，因?yàn)檫@將在等容燃燒室內(nèi)發(fā)生，即，在可動(dòng)部件(即轉(zhuǎn)子)上作用的力僅沿徑向作用而被軸承完全吸收時(shí)，也就是說(shuō)在這些力不會(huì)阻止運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生。由于等容燃燒室的存在，通過(guò)使燃燒室暴露于催化物質(zhì)而將“觸發(fā)器”引入系統(tǒng)是相對(duì)容易的。由于激勵(lì)點(diǎn)火而發(fā)生燃燒，可以通過(guò)專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/US07/74980中所述的各種方法實(shí)現(xiàn)激勵(lì)點(diǎn)火，該專(zhuān)利申請(qǐng)以引用方式并入本文。實(shí)現(xiàn)激勵(lì)點(diǎn)火的一個(gè)簡(jiǎn)單方式是通過(guò)將諸如鎳的催化劑淀積在組成等容燃燒室的其中一個(gè)表面上，使得當(dāng)容納處于略微“次臨界”條件下的壓縮的空氣/燃料混合物的室進(jìn)入容納催化劑的部分時(shí)，將由這種催化劑觸發(fā)反應(yīng)。假如預(yù)期燃燒在膨脹區(qū)中繼續(xù)(盡管這從效率觀點(diǎn)看是不期望的)，則該催化劑部分可以延伸到膨脹區(qū)內(nèi)，見(jiàn)圖39。術(shù)語(yǔ)“掃氣的”在本文中是從傳統(tǒng)的2循環(huán)壓縮或火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)借用的空氣在膨脹沖程結(jié)束時(shí)吹過(guò)氣缸并且燃燒空氣被新鮮充氣代替。假如使空氣在膨脹沖程結(jié)束時(shí)吹過(guò)室，則可以對(duì)在HEHC或HCHC下運(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用相同概念。因而，排氣室和進(jìn)氣室可以
由掃氣室代替。掃氣可以通過(guò)“氣刀”實(shí)現(xiàn)，氣刀即由風(fēng)扇吹過(guò)掃氣室或吹過(guò)進(jìn)口和出口的空氣，進(jìn)口和出口彼此對(duì)置或者彼此成一定角度地定位。該模式的益處在于增大功率密度，因?yàn)槭抑械囊粋€(gè)被除去。因?yàn)閽邭饪梢耘c冷卻結(jié)合，假如需要發(fā)動(dòng)機(jī)外部冷卻，則這會(huì)是特別有益的。因?yàn)樾枰芰壳鍜呖諝?，所以缺點(diǎn)是效率略微降低。圖la)示出了理論效率的定性比較。圖lb)示出了理想循環(huán)的定量比較，該定量比較計(jì)算出最大理論效率，基于用于HEHC、狄塞爾以及奧托循環(huán)的下列公式進(jìn)行計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)包括a.具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；b.以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的轉(zhuǎn)子；c.兩個(gè)門(mén)，每個(gè)所述門(mén)均以能相對(duì)于所述殼體運(yùn)動(dòng)的方式安裝，使得每個(gè)所述門(mén)均至少周期性地與所述轉(zhuǎn)子接合，其中在所述兩個(gè)門(mén)中的至少一個(gè)與所述轉(zhuǎn)子接合期間，在所述至少一個(gè)門(mén)的表面、所述轉(zhuǎn)子以及所述殼體之間保持一容積，所述容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示一循環(huán)，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量； 所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述門(mén)以能相對(duì)于所述殼體滑動(dòng)的方式安裝。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述門(mén)以能相對(duì)于所述殼體樞轉(zhuǎn)的方式安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，樞轉(zhuǎn)安裝的所述門(mén)形成所述殼體的外壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括聯(lián)接至所述門(mén)的兩個(gè)凸輪，所述凸輪通過(guò)和所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)同步的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。
6.一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)包括a.具有至少一個(gè)進(jìn)氣口和至少一個(gè)排氣口的殼體；b.以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述殼體中的多個(gè)轉(zhuǎn)子，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子均聯(lián)接至所述至少一個(gè)進(jìn)氣口中的一個(gè)或者所述至少一個(gè)排氣口中的一個(gè)；c.多個(gè)門(mén)，每個(gè)所述門(mén)均和所述轉(zhuǎn)子中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)并接觸；d.至少一個(gè)燃燒室，所述至少一個(gè)燃燒室中的每一個(gè)均與一對(duì)所述轉(zhuǎn)子中的每個(gè)轉(zhuǎn)子相連通，所述一對(duì)轉(zhuǎn)子的第一轉(zhuǎn)子被聯(lián)接至所述至少一個(gè)進(jìn)氣口中的一個(gè)，并且所述一對(duì)轉(zhuǎn)子的第二轉(zhuǎn)子被聯(lián)接至所述至少一個(gè)排氣口中的一個(gè)，所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子同步運(yùn)動(dòng)，其中(i)在所述第一轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，所述第一轉(zhuǎn)子和其門(mén)與所述殼體相關(guān)地限定展示發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的壓縮部分的壓縮容積，通過(guò)所述壓縮部分，壓縮容積量的空氣被周期性地聯(lián)接至所述第一轉(zhuǎn)子的相應(yīng)的燃燒室，并且(ii)在所述第二轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，所述第二轉(zhuǎn)子和其門(mén)與所述殼體相關(guān)地限定了展示所述發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的膨脹部分的膨脹容積，通過(guò)所述膨脹部分，所述第一轉(zhuǎn)子的燃燒室中的燃燒混合物被周期性聯(lián)接至所述膨脹容積；其中所述壓縮容積在所述循環(huán)的壓縮部分期間被從第一量減小到第二量，在所述循環(huán)的加熱部分期間發(fā)生燃燒時(shí)的容積被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述膨脹容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。
7.一種轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，所述轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)包括a.殼體，所述殼體具有進(jìn)氣口和排氣口以及內(nèi)表面，所述內(nèi)表面具有以不變的曲率半徑為特征的第一弓形段和以形狀不同于所述第一段的形狀為特征的第二弓形段；b.轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子以能旋轉(zhuǎn)的方式同心地安裝在所述殼體的所述第一段內(nèi)并且圍繞C 凸輪同心地設(shè)置，所述C凸輪除具有凹部之處外具有半徑恒定的柱面；c.至少一個(gè)壓縮葉片，所述至少一個(gè)壓縮葉片可動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)子中以接觸所述C 凸輪并且與所述轉(zhuǎn)子、[殘端面]C凸輪以及所述殼體一起限定壓縮容積；d.至少一個(gè)膨脹葉片，所述至少一個(gè)膨脹葉片可動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)子中以接觸所述殼體的內(nèi)表面并且與所述轉(zhuǎn)子和所述殼體一起限定膨脹容積；e.燃燒室，所述燃燒室設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子中，與所述至少一個(gè)壓縮葉片和所述至少一個(gè)膨脹葉片相關(guān)聯(lián)，其中(i)所述壓縮容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示壓縮循環(huán)，通過(guò)所述壓縮循環(huán)，壓縮容積量的工作介質(zhì)被周期性地聯(lián)接至所述燃燒室，并且(ii)所述膨脹容積在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間展示膨脹循環(huán)，通過(guò)所述膨脹循環(huán)，所述燃燒室中的燃燒產(chǎn)物被周期性地聯(lián)接至所述膨脹容積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括多個(gè)壓縮葉片、多個(gè)膨脹葉片以及多個(gè)燃燒室，各所述燃燒室均與對(duì)應(yīng)的壓縮葉片和對(duì)應(yīng)的膨脹葉片相關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè)壓縮葉片和所述至少一個(gè)膨脹葉片由樞轉(zhuǎn)支架和能滑動(dòng)的支架中的一個(gè)安裝在所述轉(zhuǎn)子中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝在所述轉(zhuǎn)子中以提供所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的密封的多個(gè)C形環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，該轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括形成在所述殼體內(nèi)用于引導(dǎo)所述葉片的運(yùn)動(dòng)的多個(gè)凹槽。
12.一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括具有進(jìn)氣口和排氣口的殼體；設(shè)置在所述殼體中的低壓室和高壓室，所述低壓室比所述高壓室大，每個(gè)所述室均具有外旋輪線(xiàn)形內(nèi)部，在所述外旋輪線(xiàn)形內(nèi)部中設(shè)置有三頂端式轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子以能旋轉(zhuǎn)的方式安裝成在對(duì)應(yīng)室內(nèi)偏心地運(yùn)動(dòng)，從而形成三個(gè)空腔，這三個(gè)空腔在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行進(jìn)氣、壓縮、過(guò)渡以及膨脹功能，這些功能中的三個(gè)在任何給定時(shí)間在各室內(nèi)運(yùn)作；其中(i)在所述低壓室中執(zhí)行壓縮的空腔被聯(lián)接至在所述高壓室中執(zhí)行進(jìn)氣的空腔；(ii)在所述高壓室中執(zhí)行膨脹的空腔被聯(lián)接至在所述低壓室中執(zhí)行膨脹的空腔；以及 (iii)所述高壓室中執(zhí)行過(guò)渡功能的空腔執(zhí)行加熱從而在其內(nèi)產(chǎn)生燃燒。
13.一種用于相對(duì)于殼體密封內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)子具有邊緣和表面，所述系統(tǒng)包括a.凹槽，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子的所述表面中，接近于所述邊緣并且具有徑向向內(nèi)的壁和徑向向外的壁，所述凹槽具有位于所述徑向向外的壁中的斜面；和b.密封條，所述密封條設(shè)置在所述凹槽中并且具有和所述凹槽接觸的適形表面；其中所述條與所述殼體摩擦接觸地接合，所述殼體為所述密封條提供基本上平坦的表面，所述摩擦趨于使所述條相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子略微旋轉(zhuǎn)并且沿離開(kāi)所述凹槽的方向略微軸向移動(dòng)，從而減小所述條和所述殼體之間的任何間隙并提高所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的密封。
14.一種改進(jìn)的均質(zhì)充量壓燃式轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)，當(dāng)燃料-空氣混合物的狀態(tài)被從次臨界轉(zhuǎn)化成臨界時(shí)，致使所述混合物燃燒，其中所述改進(jìn)包括機(jī)械基板上承載的催化表面，所述表面通常對(duì)所述混合物隱蔽；和觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于當(dāng)所述混合物處于最小容積狀態(tài)下時(shí)使所述催化表面暴露于所述混合物來(lái)啟動(dòng)燃燒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述觸發(fā)器包括直接放置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上的催化表面，使得每當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在循環(huán)中達(dá)到特定角范圍時(shí)所述催化表面被暴露。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述觸發(fā)器包括放置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體的一位置中的催化表面，使得每當(dāng)所述轉(zhuǎn)子在循環(huán)中達(dá)到特定角范圍時(shí)所述催化表面被暴Mo
17.一種以允許調(diào)節(jié)功率輸出的方式操作高效混合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括在所述循環(huán)的加熱部分中，將燃料加入容積并且致使所述燃料燃燒，當(dāng)添加所述燃料時(shí)，添加的燃料量在所有循環(huán)范圍內(nèi)基本上是不變的，從而當(dāng)添加燃料時(shí)在每個(gè)循環(huán)范圍內(nèi)產(chǎn)生最大功率；和控制燃料的添加以在每單位時(shí)間僅足夠數(shù)量的循環(huán)范圍內(nèi)發(fā)生添加，從而產(chǎn)生所述發(fā)動(dòng)機(jī)的期望功率輸出，并且，對(duì)于其中燃料的添加被制止的每個(gè)循環(huán)，通過(guò)(i)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壁直接地傳熱以及(ii)從熱交換器傳熱中的至少一種傳熱而在所述循環(huán)的加熱部分期間加熱。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述高效混合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是根據(jù)權(quán)利要求1、6、 7以及12中的任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)和方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述方法執(zhí)行高效混合循環(huán)，所述高效混合循環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的容積中實(shí)現(xiàn)。所述循環(huán)包括發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的等容加熱和容積的過(guò)渡膨脹，其中所述容積在所述循環(huán)的壓縮部分中被從第一量減小到第二量；所述容積在所述循環(huán)的加熱部分期間被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容積在所述循環(huán)的膨脹部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。
文檔編號(hào)F01C1/344GK102203384SQ200980139504
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者亞歷山大·C·什科尼克, 尼古拉·什科尼克, 斯蒂芬·L·納波斯, 瑞安·D·內(nèi)爾姆斯 申請(qǐng)人:流體活塞有限公司