[发明专利]具有旋转活塞和气缸的旋转发动机及操作方法

说明书

相关申请

本美国非临时申请请求享有2011年11月23日提交的未决美国临时专利申请序列第61/ 629,645号的权益。

技术领域

本发明大体上涉及内燃发动机，并且更具体地涉及使用旋转活塞和气缸类型的发动机。

背景技术

内燃发动机提供生成转矩中关键的构件，以用于对其它机械机器和系统供能。内燃发动机大体上使用汽油、柴油、天然气等来作为产生动力的燃料。常规内燃发动机以四个循环操作，即，进气循环、压缩循环、做功循环和排气循环。在这类发动机的情况下，连接杆在其一端处连接活塞，活塞在气缸中往复移动。连接杆的另一端连接到曲轴上，曲轴在活塞往复移动时旋转。曲轴连接到飞轮上，飞轮保持发动机的旋转动量。

在内燃发动机的进气循环或冲程期间，活塞在气缸中向下移动，以经由开启的进气阀引入燃料混合物。曲轴旋转，以便活塞在压缩循环期间向上移动，以在进气阀和排气阀闭合的情况下压缩气缸中的燃料混合物。接下来，当压缩的燃料混合物由火花塞点燃而引起燃料燃烧和膨胀时，执行做功循环。在做功循环期间，燃烧的燃料混合物的膨胀气体引起活塞在气缸中向下移动。下一个循环为排气循环，其中旋转曲轴向上驱动活塞，同时排气阀开启以将废气推出发动机。四个循环中的各个在曲轴的两次回转期间执行。旋转曲轴继续旋转且又执行四个循环。该相同循环在具有一个曲轴和许多连接杆和由此受驱动的活塞的内燃发动机中执行。在多缸发动机中，曲轴的各次回转可涉及多个活塞，该活塞在经历做功循环的同时，其它活塞经历其它循环，从而提供了动力顺利地传送至曲轴。许多单缸发动机在实用设备上使用，如割草机。四缸、六缸、八缸、十缸和十二缸发动机通常在汽车中使用，以提供用于驱动传动系的转矩。

其它类型的内燃发动机为两循环类型，其中进气、压缩、做功和排气冲程所有都发生于曲轴的一次回转中。在此类发动机中，当曲轴和飞轮向上传送活塞时，活塞的底侧在曲轴箱中产生真空，将燃料经由开启的进气端口引入曲轴箱中，且同时燃烧室中的燃料被压缩。在活塞的该向上行程期间，执行进气循环和压缩循环。来自火花塞的火花点燃压缩燃料，且在做功冲程期间向下驱动活塞。在活塞在气缸中向下移动时，曲轴箱中的燃料被压缩，且排气端口开启。在活塞的下冲程的其余部分期间，曲轴箱中的燃料混合物在活塞周围散逸至燃烧室，在该处，燃料混合物将废气推出排气端口。因此，在活塞向下行程期间，执行做功循环和排气循环。当曲轴继续旋转来又向上推动活塞时，执行另一个进气冲程和压缩冲程。

四循环内燃发动机的其它变型包括为高性能二次世界大战的飞行器开发的星型发动机。此类发动机类似于上文所述的四循环发动机，但在活塞杆连接到曲轴的方式上有所不同。星型发动机具有布置成类似于曲轴毂周围的轮的辐条的气缸。柴油发动机为一种内燃发动机，其很类似于上文所述的那样以四循环操作，但使用压缩来点燃柴油燃料混合物，以将燃料加热至闪点，而非使用火花塞。

汪克尔发动机为一种内燃发动机，但不使用往复移动的活塞。相反，汪克尔发动机使用旋转转子，其为具有弓形(bow-shaped)侧部的三角形。转子在椭圆状外旋轮线形壳体中旋转，以提供进气位置、压缩位置、点燃位置和排气位置。四个不同位置的空间随着转子在椭圆壳体中旋转而变化。例如，三角形转子的一个弓形侧与壳体之间的容积在连接到燃料混合物进气口时减小。然后，当转子继续旋转时，获得的燃料混合物随着容积减小而被压缩，且在最后压缩至最大程度时，燃料混合物由火花塞点燃。然后，在转子进一步旋转时，废气在联接到发动机的排气出口的容积中压缩。三角形转子的三个侧部中的各个均连同椭圆形壳体操作，以有效地提供三个气缸。

美国专利第6,739,307号中公开了一种不同类型的内燃发动机。该发动机构造有环面形气缸，其具有间隔开的活塞，活塞在环形气缸中回转。环面形气缸形成于其中的发动机组或盖是静止的。两组活塞由相应的曲轴系统连接在一起，以便活塞组独立于彼此在环面形气缸中移动。曲柄系统包括有太阳轮、连接杆和曲轴的复杂装置。活塞以逐步的方式围绕气缸移动，即，一组活塞暂时静止，而另一组活塞移动，从而吸入燃料混合物，且将在一些室中将其压缩，或经由其它室将废气排出排气端口。压缩的燃料混合物的燃烧然后使一组活塞移动，同时另一活塞组由曲柄系统保持暂时静止。曲柄系统在机械上很复杂，这与该发动机的其它部分一样。该发动机并未公开润滑系统，也未公开火花系统以点燃燃料混合物，而是取决于燃料混合物的压缩来将其点燃，很类似柴油发动机。