[发明专利]用于与螺旋桨驱动式飞行器一起使用的内燃发动机

说明书

一种用于与螺旋桨驱动式飞行器一起使用的内燃发动机，包括凸轮轴，适于用作使螺旋桨旋转以提供推进推力的输出轴。齿轮组被配置成将旋转动力从曲柄轴传递到凸轮轴并且使凸轮轴以与曲柄轴的旋转速度成比例的速度旋转。齿轮组被设置在发动机壳体的后壁的后方，并配置成使凸轮轴在与曲柄轴旋转相反的方向上旋转。凸轮轴的长度使发动机扭转振动减少。在一个实施例中，发动机是具有对置式配置的六缸压缩点火式发动机，并且可以产生在从约300马力到约350马力范围内的峰值输出动力。

相关申请和优先权

本申请要求2015年7月22日提交的名称为“用于航空的内燃活塞式发动机(Internal Combustion Piston Engine For Aviation)”的U.S.临时申请No.62195611，该申请的全部内容以参考方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于航空的内燃活塞式发动机。更具体地，本发明涉及内燃活塞式发动机，其被配置成使得主导发动机谐波激发频率在发动机的高转速正常操作范围之外的较低转速处与传动系模式1固有频率会聚，从而减小了扭转力矩、减小了由于高幅度扭矩反转而导致的齿轮锤击以及扭转应力。在发动机的某些实施例中，凸轮轴除了其在控制提升阀的打开和关闭方面的标准作用之外还向螺旋桨提供齿轮减速、扭转振动减小和动力传输。

背景技术

用于通用航空的活塞式发动机通常是大排量、直接驱动、空气冷却的火花点火式发动机，其燃烧含铅航空燃料并且通常在2300rpm至2700rpm之间运行。在更高的每分钟转数(“rpm”)下，螺旋桨转速接近声速并且相应地降低效率。

航空燃料被认为是精品燃料；它是昂贵的，并且在世界上很多地方不可得。燃料的未来也是有问题的，因为它含铅。由于这些原因，已经花费了相当大的努力来开发用于通用航空的燃烧喷气燃料和柴油燃料的可行压缩点火式发动机。除燃烧喷气燃料(其广泛可用并且更便宜)之外，压缩点火式发动机效率更高，并且喷气燃料和柴油燃料具有比航空汽油更高的能量密度。与往复式发动机相比具有动力、重量和可靠性优势的燃烧喷气燃料的涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机解决方案在目前对于许多通用航空来说经济上不可行，因为成本和燃料燃烧要高得多。

发动机功率与活塞上的压力、发动机排量和rpm直接相关。为了产生使用直接螺旋桨驱动的螺旋桨在较低rpm下所需的必要的功率，标准的航空火花点火式发动机具有较大的排量。例如，大陆TSIO-550-K具有9.05升(550in³)的排量。它在2500rpm时产生315马力(235kW)的功率，并且具有578.4磅(262.4kg)的卸载重量，配有双涡轮增压器。它被用于目前可用的商业上最成功的单发动机通用航空飞行器，即西锐SR22T，它是总重量3600磅并且通常以接近200节(kts)(230mph)的巡航速度飞行的4/5位飞行器。TSIO-550及其TIO-540莱康明对置型火花点火式发动机系列代表目前通用航空领域的技术水平，并反映本发明优选实施例中待实现的功率和重量目标。

开发用于通用航空的可行的压缩点火式发动机的努力已经遇到了困难。这些发动机通常比火花点火式发动机更重，以约束产生的压力的增加。目前的努力包括较大排量的空气冷却和油冷却直接驱动发动机，和以较高rpm运行并且并入螺旋桨转速减小齿轮箱的较小排量的液体冷却发动机二者。较大排量的直接驱动发动机可无法成功满足产生在300马力范围内的功率的重量要求。较小排量的发动机的齿轮箱容易受到压缩点火式发动机的扭转振动特性的潜在破坏性影响。