[发明专利]具有平衡旋转可变入口截止阀和次膨胀而对于主膨胀没有背压的旋转活塞蒸汽发动机

说明书

背景技术

1832年“等效双旋转活塞(equal double rotary piston)”机构在法国获得专利，但是由于多个问题导致其潜力没有完全释放，该多个问题现在利用平衡旋转可变入口截止阀(balanced rotary variable inlet cut-off valve)和由主膨胀的排气以不对主膨胀施加背压的方式驱动的次膨胀得到解决。

附图1教导了“等效双旋转活塞”机构的基本几何形状。有两个同等的盘状旋转活塞安装在平行的轴上并且容纳在精确适于围绕由旋转活塞的升高的半圆形部分勾勒出的轨迹的膨胀腔内。一个旋转活塞的升高的半圆形表面和另一个旋转活塞的未升高的半圆形表面在所述膨胀腔的中心点处紧密接近。旋转活塞的升高的和未升高的部分之间的活塞“面”为适当的齿轮齿廓。旋转活塞的升高的凸轮状部分的顶部延伸接近180°，尽管没有活塞环，但这种长距离提供了良好的密封。两个旋转活塞紧固到两个平行的驱动轴上，每个轴紧固到膨胀腔外部的齿轮。这两个同等的齿轮以相等的速度但是相反的方向同步地啮合并且转动旋转活塞。加压蒸汽(或者任何其它工作流体)在机构的中心附近进入膨胀腔的一侧。这种流体在活塞之一的驱动面上施加压力，压力近似垂直于包含转轴和经过活塞面的半径的平面。换言之，压力在活塞面的近似最佳方向施加，从所述压力发展到接近可能的最大转矩。另一个非驱动旋转活塞的升高部分形成桥台(abutment)。指向中心的压力被轴承在其轴上吸收，除了当轴承转动时轴承中的摩擦损失之外没有任何能量消耗。一个旋转活塞转动半圈，而另一个从动，随后第二半圈情况相反，等等。

该机构有点类似于相反运行为发动机的单凸轮齿轮泵(single lobed gear pump)。但是，由于单凸轮将不产生连续转动，所以运动由外部齿轮组保持。

两个活塞形状相同，与旋转活塞机构的很多其它尝试不同。因此，虽然没有完全限定，但是该机构可以方便地描述为“等效双旋转活塞”机构。更完整的限定包括旋转活塞的升高部分为接近180度的圆弧，紧密地配合在膨胀腔中，以及当两个旋转活塞在由膨胀腔外部的齿轮同步的平行轮轴上沿相反的方向转动时，它们也以紧密接近的方式运动。

该发动机的优点：等效双旋转活塞发动机有很多优点并且缺点很少。总体上，其应当是远远好于目前所有的汽车发动机的发动机。

1.旋转活塞沿着相反的方向连续转动，因此用作飞轮并且因此很有效地节省能量。通过往复运动或者摆动而完全没有能量浪费，即使在小部件(例如阀或者桥台)中，都是主要的能量节省因素。

2.“循环”的几乎100％的工作行程，与四冲程内燃发动机25％的工作行程对比明显。

3.往复式活塞和曲柄中力的分解意味着活塞和连杆仅仅很简单地作用在近乎最佳的方向以产生转动。(最佳的位置是活塞和连杆沿着直线施加它们全部的力之时，并且也是与曲柄的臂成直角之时。这仅仅近似地在每个周期中简单完成，但是在有限尺寸的曲柄式发动机中从来没有完全满足)。相反，等效双旋转活塞发动机一直几乎与转轴成直角(根据齿廓的斜度)向活塞面施加力，几乎在100％的时间产生近乎最佳的转矩。该发动机也显著优于汪克尔(Wankel)转动机构。

4.由于往复活塞具有以变化的角度指向缸体壁的力分量，通过连杆和曲轴将往复运动转化成转动也产生摩擦。引起功率和效率损失的这种摩擦在这种特定的旋转发动机中得到避免。

5.与典型的内燃发动机也不同，通过感应、预点火压缩以及排气冲程，没有功率损失。也免去了凸轮和阀的驱动。这样的能量消耗通常与以非弹性的方式操作的弹簧相悖、经常涉及往复运动并且需要显著的摩擦力。

6.双旋转活塞沿着相反的方向转动，顺时针和逆时针，确保它们的加速不对外壳施加净转动惯性力。这在发动机安装是动力-重量优化的一个重要部分的汽车动力装置中是重要的优点。

7.旋转活塞以及入口截止阀完美地平衡并且因此在高速时和低速时都不产生振动。这减小了发动机装置的体积，并且总体上改善了动力-重量工程。

8.该机构是正位移发动机，不是涡轮机。这导致从静止位置对抗载荷的良好加速，特别如典型的汽车应用中所需要的。涡轮机在从静止位置对抗载荷加速方面很差。“等效双旋转活塞”机构不是轨道式发动机、叶片式发动机或汪克尔发动机，这些发动机尽管是正位移旋转发动机，但都具有一个或多个明显的问题，特别是在汽车应用中。

9.利用在给定周期中恒定的转动方向以及接近恒定的角速度，摩擦和磨损很小。现代的轴承、密封件以及定时齿轮经过很多代已经高度工程化，具有较长的耐久性和性能并且在这种新装置中很容易利用。