專利名稱：具有齒輪泵/旋轉(zhuǎn)泵的反饋輸入的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地說，涉及一種齒輪泵或旋轉(zhuǎn)泵，該齒輪泵或旋 轉(zhuǎn)泵在壓力作用下通過反饋回路將新鮮空氣引入發(fā)動機(jī)的燃燒室中。
背景技術(shù)：
公知這樣的內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)使用具有活塞的燃燒室來完成工作例如向汽車供 以動力，所述具有活塞的燃燒室響應(yīng)于該燃燒室內(nèi)的燃燒而驅(qū)動在操作上與驅(qū)動軸關(guān)聯(lián)地 的活塞。這種發(fā)動機(jī)需要協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)各種部件的運(yùn)動的正時皮帶、將燃料和空氣引入燃燒 室中的閥、點(diǎn)火裝置(例如火花塞)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種具有簡單但高效設(shè)計的內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)不需要與公知內(nèi)燃機(jī)有 關(guān)的活塞、正時皮帶、閥、消音器等等。因此，減少了潛在的制造、安裝和維護(hù)費(fèi)用。而且，申請人的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更有效地燃燒燃料并且產(chǎn)生更清潔的排氣(CO2含量降 低)的內(nèi)燃機(jī)。另外，申請人的發(fā)明比公知的同樣馬力/功率的內(nèi)燃機(jī)更輕，這使得本發(fā)明能夠 在航空器、船舶以及各種大小的車輛中獲得潛在的應(yīng)用。同樣地，申請人的發(fā)明將節(jié)省燃 料。在申請人的發(fā)明中，所述燃燒室相對于驅(qū)動軸垂直安裝，該驅(qū)動軸上安裝有兩個 不同容量的旋轉(zhuǎn)齒輪或旋轉(zhuǎn)泵。大齒輪或泵接納從燃燒室的排氣管排出的熱氣體而旋轉(zhuǎn)來 做功。大齒輪的旋轉(zhuǎn)也使小齒輪或泵轉(zhuǎn)動，這強(qiáng)制在反饋回路中的空氣進(jìn)入所述燃燒室。盡管申請人的發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式利用了一對不同尺寸的安裝在公共的驅(qū)動軸 上的一對齒輪泵或旋轉(zhuǎn)泵，但是，可以采用具有同樣效果的其他裝置。也可以使用徑向葉片 泵或其他氣密泵。最后，申請人的發(fā)明利用了燃燒室，該燃燒室使空氣/燃料的混合物能夠連續(xù)燃 燒而不會產(chǎn)生與公知內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)的爆燃。通過參照附圖及隨后的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更清楚這些及其他優(yōu)選和改進(jìn)之 處。附圖如下。


圖1是申請人的內(nèi)燃機(jī)的示意圖；圖2是幾個渦輪的示意圖，這幾個渦輪安裝在公共軸上并且由來自內(nèi)燃機(jī)的燃燒 室的排氣來驅(qū)動；圖3是圖1中所示的燃燒室的可選實(shí)施方式的示意圖；圖4是將圖1的實(shí)施方式的大渦輪的出口連接至小渦輪的輸入部的可選布置方式 的示意圖5是示出在申請人的內(nèi)燃機(jī)中采用的大渦輪和小渦輪的可選實(shí)施方式的示意 圖；圖6示出了一對相互嚙合的齒輪，所述齒輪可用于代替申請人的內(nèi)燃機(jī)中的大渦 輪；以及圖7是申請人的利用兩個輸出渦輪和一個輸入渦輪的內(nèi)燃機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了申請人的總體上由附圖標(biāo)記10表示的內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)10包括燃燒室 12，燃燒室12包括用于引入空氣的入口管道14和用于引入燃料例如汽油的噴嘴16。絕熱 部18圍繞燃燒室12的外部延伸以便減小熱量損失。入口折流板20位于入口 14與燃燒室12的中央寬闊部之間，而出口折流板22位 于燃燒室12和出口管道或排氣管道24之間。使用諸如火花塞之類的點(diǎn)火器(未示出)使 燃燒室12內(nèi)的空氣燃料混合物開始燃燒。隨后，燃燒不減弱地持續(xù)進(jìn)行，而不再需要來自 外部源的任何點(diǎn)燃。汽油/空氣的混合物在燃燒室12中燃燒，并且體積已膨脹的被加熱空氣通過管道 24排出。被加熱空氣被引導(dǎo)到安裝在驅(qū)動軸30上的大渦輪28的入口端口 26。第二渦輪 即小渦輪32也安裝在驅(qū)動軸30上。驅(qū)動大渦輪28的被加熱空氣也驅(qū)動小渦輪32。驅(qū)動 軸30產(chǎn)生用來做功(例如驅(qū)動車輛、驅(qū)動發(fā)電機(jī)等等)的力。在被排放至大氣之前，運(yùn)行經(jīng)過大渦輪28的空氣通過出口端口 34進(jìn)入排氣通道 36。小渦輪32聚集新鮮空氣并且通過排氣通道36將新鮮空氣輸送到入口管道14，從而將 新鮮空氣引入燃燒室12。熱交換器38固定在排氣通道36上，以便通過線路40和入口 42 將熱空氣輸送至入口管道14，從而增加入口管道14中引入的再循環(huán)空氣的溫度。尺寸逐漸增大的渦輪44、46、48、50、52固定在驅(qū)動軸43上。從燃燒室離開的被加 熱空氣流入排氣管道54，經(jīng)過打開的閥56而進(jìn)入渦輪52的殼體內(nèi)。渦輪52旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動軸 43 ；逐漸變小的小渦輪與軸43 —起旋轉(zhuǎn)。在管道54中運(yùn)行的被加熱空氣也流過打開的閥58而將動力供應(yīng)至渦輪50。同 樣，在管道53中運(yùn)行的被加熱空氣流過打開的閥60，以便將動力供應(yīng)至渦輪46。閥62和 64關(guān)閉，因此，在管道58中運(yùn)行的被加熱空氣沒有到達(dá)渦輪48和44。然而，渦輪44和48 可用于將新鮮空氣輸送至內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的一個或多個燃燒室的入口管道。在控制器65(以虛線 輪廓示出)內(nèi)部保持有多個閥，該控制器65可手動或自動操作。可以以各種組合方式對控 制器內(nèi)的閥進(jìn)行打開和關(guān)閉，以近似提供無級可變的動力調(diào)節(jié)，而無需公知的傳動系統(tǒng)。雖然圖1和2示出了兩個或多個安裝在一個公共的驅(qū)動軸(例如圖1中的軸30 和圖2中的軸43)上的相互配合的渦輪，但是，這些相互配合的渦輪可安裝在兩個單獨(dú)的軸 上。這兩個單獨(dú)的軸可由環(huán)形帶或鏈連接在一起，因此協(xié)調(diào)地旋轉(zhuǎn)。交流發(fā)電機(jī)(未示出) 可固定在兩個布置在單獨(dú)的軸上的渦輪之間。圖3示出了在申請人的內(nèi)燃機(jī)中采用的燃燒室的另一種實(shí)施方式。入口管道62 將空氣引入燃燒室64，而噴嘴66引入汽油。從管道62進(jìn)來的空氣沿著蜿蜒路徑行進(jìn)，該蜿 蜒路徑由向上延伸的折流板68和向下延伸的折流板70限定。蜿蜒路徑確保了進(jìn)入燃燒室 64的空氣的充分預(yù)熱，從而改善了燃燒。
4
在空氣/汽油的混合物在燃燒室64中燃燒之后，熱空氣經(jīng)過排出管道72排出。出 口折流板74在排出管道72的上游位于燃燒室64中?？尚D(zhuǎn)旋鈕76來調(diào)整彈簧78的張 力，以便調(diào)整出口折流板74的位置。所述彈簧克服燃燒室64內(nèi)的燃燒壓力偏壓所述出口 折流板，并且起到止回閥的作用，從而將排出的氣體壓力維持在滿意的水平，并且沒有壓力 波動。圖4示出了將被加熱空氣從圖1實(shí)施方式的大渦輪傳遞至小渦輪的入口的可選方 式。在到達(dá)排氣管道36之前，渦輪28中的一部分被加熱空氣進(jìn)入管路80并流進(jìn)入口 82， 所述入口 82與入口管道14對齊。調(diào)整閥84來調(diào)控旁路流量的體積。可手動或自動實(shí)現(xiàn) 的調(diào)整將一些熱空氣引入，以便與入口管道14中的冷空氣混合；在高速度時，閥84開得較 大，而在低速度時，閥84朝向閉合位置移動，以便限制旁路流量。伸出部85可延伸到旁路 流量中，以延長反饋回路的有效長度并且使排氣和引入的空氣徹底混合。圖5示出了圖1實(shí)施方式中示出的大渦輪28和小渦輪32的可選實(shí)施方式。渦輪 28和32因徑向尺寸不同而處理不同體積的空氣。渦輪28、32可由安裝在驅(qū)動軸130上的 渦輪128、132代替；渦輪128和132的徑向尺寸相同。然而，與渦輪128相比，渦輪132具 有更大的軸向長度并且相關(guān)的容量更大。渦輪128的容量是渦輪132的容量范圍的50°至 99°之間。該范圍適合于具有不同徑向尺寸的渦輪28、32。圖6示出了一對齒輪200,202,所述齒輪200、202可來代替圖1實(shí)施方式中的大渦 輪12。所述齒輪由通過入口 26進(jìn)入而在下游通過排出管道36排出的被加熱空氣提供動 力。齒輪200、202上的齒相互纏繞或相互嚙合以便形成防漏密封。齒輪200、202分別固定 在從動的正流體排量泵上，所述正流體排量泵是分別于2003年3月11日和2003年10月 14日授予申請人的美國專利6530365和6632145示出的類型。圖7示出了申請人的基礎(chǔ)發(fā)明的改進(jìn)形式，該改進(jìn)形式采用固定在公共驅(qū)動軸上 的兩個輸出渦輪和一個輸入渦輪。該內(nèi)燃機(jī)總體上由附圖標(biāo)記310表示。內(nèi)燃機(jī)310包括 燃燒室312、用于引入空氣的入口管道314和用于引入燃料例如汽油的噴嘴316。絕熱部 318圍繞室312的外部延伸以減少熱量損失。汽油/空氣的混合物在燃燒室312中燃燒，體積已膨脹的被加熱空氣經(jīng)過管道324 排出。被加熱空氣被引導(dǎo)至安裝在驅(qū)動軸330上的最大渦輪328的入口端口 326。具有中 間尺寸的第二渦輪332也安裝在驅(qū)動軸330上；最后，與渦輪328和332相比具有更小尺寸 和容量的第三渦輪334也安裝在驅(qū)動軸330上。渦輪328驅(qū)動負(fù)載(未示出)以產(chǎn)生有用功。渦輪332驅(qū)動輸入泵332，輸入泵 332將空氣輸送至用于燃燒室312的入口管道314。圖7中示出的內(nèi)燃機(jī)可應(yīng)用于機(jī)動車輛，其中例如渦輪328與車輛的一個車輪在 操作上相關(guān)聯(lián)，其他渦輪與車輛上的其他車輪在操作上相關(guān)聯(lián)。這些渦輪可在一定值范圍 內(nèi)提供足夠的原動力，以便驅(qū)動和控制車輛，而無需采用傳統(tǒng)的差速機(jī)構(gòu)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可進(jìn)行各種改進(jìn)和修改。例如可以使用兩組以上的折流板 來作為燃燒室12或64的位于相對側(cè)上的止回閥?？赏ㄟ^單個噴嘴或通過從單個入口分支 出的若干旁路引入汽油?？墒孤┒沸螤铋_口定位在入口管道的末端與燃燒室之間；漏斗形 狀有助于使引入的空氣與汽油接觸，以便更完全地燃燒。舉例來說，通過試驗(yàn)和驗(yàn)證，申請人建議大旋轉(zhuǎn)泵與小旋轉(zhuǎn)泵的比率應(yīng)為1. 25，以允許被加熱氣體可膨脹25%。同樣，如果被加熱氣體膨脹35%，那么大泵的容量與小泵相 比應(yīng)大1.35倍。這里，如果制作內(nèi)燃機(jī)模型并進(jìn)行測試，將知道更多的精確比率和操作參數(shù)。已經(jīng)為了示例性目的而使用了術(shù)語渦輪，該術(shù)語渦輪旨在包含例如在噴漆發(fā)動機(jī) 中使用的非氣密渦輪、氣密且泄漏最小的徑向葉片渦輪、以及為期望目的而強(qiáng)制排放流體 的防漏流體排量泵。也可以采用氣密泵或上述這些泵的組合。因而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過考慮說明書和相關(guān)附圖可進(jìn)行其他修改和 改型。因此，所述權(quán)利要求應(yīng)以與本發(fā)明的寬廣本質(zhì)一致的方式來寬泛地解釋，而不應(yīng)限于 權(quán)利要求的文字表述。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括a)燃燒室；b)將汽油引入所述燃燒室內(nèi)的噴嘴；c)將空氣引入所述燃燒室內(nèi)的入口管道，所述汽油/空氣的混合物在所述燃燒室中燃燒；d)驅(qū)動軸；e)第一旋轉(zhuǎn)動力裝置和第二旋轉(zhuǎn)動力裝置，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置固定在所述驅(qū)動軸上，所述第二旋轉(zhuǎn)動力裝置與所述驅(qū)動軸在操作上相關(guān)聯(lián)；f)管道，該管道將從所述燃燒室排出的排氣引導(dǎo)至所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置，以使所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置旋轉(zhuǎn)；g)所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使所述第二旋轉(zhuǎn)動力裝置旋轉(zhuǎn)；h)所述第二旋轉(zhuǎn)動力裝置的旋轉(zhuǎn)使空氣強(qiáng)制進(jìn)入反饋回路，該反饋回路將所述空氣饋送至所述燃料室中的入口。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置是大渦輪，所述第二旋轉(zhuǎn) 動力裝置是小渦輪。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置的容量大約是所述第二 旋轉(zhuǎn)動力裝置的容量的150%。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置的半徑顯著大于所述第 二旋轉(zhuǎn)動力裝置的半徑。
5.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置的排量顯著大于所述第 二旋轉(zhuǎn)動力裝置的排量。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)動力裝置包括一對齒輪，該對齒輪 具有相互嚙合的齒，以用于將從所述燃燒室流出的排氣強(qiáng)制排出。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，在所述燃燒室中設(shè)置有折流板，以用于壓縮所述 汽油和空氣的混合物。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，該內(nèi)燃機(jī)設(shè)置有用于改變施加至所述輸出折流 板上的張力的調(diào)整裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，在所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有入口折流板，以便于進(jìn)入 所述燃燒室的所述汽油和空氣的混合。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述入口折流板從所述燃燒室的基部向上延伸 并從所述燃燒室的頂部向下延伸，所述向上和向下延伸的折流板交替布置，以限定供進(jìn)入 所述燃燒室的空氣流動的曲折路徑。
11.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，絕熱部覆蓋所述燃燒室的外部。
12.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，在從所述燃燒室導(dǎo)出排氣的所述管道與用于所 述燃燒室的所述入口管道之間連接有熱交換器。
13.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，在用于從所述燃燒室排出排氣的所述管道與用 于所述燃燒室的入口管道之間延伸有旁路回路。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括不具有活塞的燃燒室，在該燃燒室中燃燒并排出的膨脹氣體流入第一排量泵(例如齒輪泵或徑向葉片泵)。該排量泵驅(qū)動負(fù)載以及附加的另一個小的第二排量泵，該第二排量泵對新鮮空氣進(jìn)行加壓并且通過反饋回路將新鮮空氣引導(dǎo)入所述燃燒室。汽油或其他可燃燃料被引入所述燃燒室，從而使燃料在點(diǎn)燃之后進(jìn)行連續(xù)的燃燒。燃燒室中的空氣膨脹率影響大泵與小泵之間的比率的大小。其他實(shí)施方式可包括位于燃燒室內(nèi)的彈簧加載的可調(diào)折流板、曲折壁和位于反饋回路中的伸出部，并且在空氣進(jìn)入反饋回路之前加熱空氣。
文檔編號F02B53/04GK101925727SQ200880125443
公開日2010年12月22日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者阿瑟·范莫爾 申請人:阿瑟·范莫爾