專利名稱：旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地涉及旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
本部分的陳述僅提供與本公開(kāi)相關(guān)的背景信息，并不會(huì)構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在傳統(tǒng)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中，界定燃燒室的壁是圓柱形狀的，在一端使用氣缸蓋封閉?；钊豢梢苿?dòng)地引導(dǎo)穿過(guò)另一端進(jìn)入氣缸。內(nèi)燃機(jī)具有4個(gè)基本步驟(1)進(jìn)氣；( 壓縮；(3)燃燒和膨脹；以及(4)排氣。在進(jìn)氣過(guò)程中，可燃混合物被噴入燃燒室中。該混合物通過(guò)活塞壓縮進(jìn)入氣缸而被置于壓力下。然后，混合物被點(diǎn)燃并燃燒。熱的燃燒產(chǎn)物最終膨脹；迫使活塞在相反方向上運(yùn)動(dòng)，并使能量傳遞至聯(lián)結(jié)或連接到活塞的諸如曲軸的機(jī)械部件。冷卻后的燃燒產(chǎn)物最終排出，燃燒周期重新開(kāi)始。根據(jù)該原理工作的典型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)以二沖程或四沖程工作，例如奧托發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
一直存在有與傳統(tǒng)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)出的低效率相關(guān)的問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)效率通常定義為燃料中的理論化學(xué)能與以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的動(dòng)能的形式從燃料中獲取的有用能量的對(duì)比。雖然從典型的燃料中獲取能量的熱力學(xué)極限是約37%，但是典型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出僅約20%的平均效率。
因而，一直期望有提供增強(qiáng)效率的內(nèi)燃機(jī)。還期望這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)具有更緊湊的尺寸和更輕的重量，對(duì)內(nèi)部潤(rùn)滑的要求減小，并能容易地制造。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)提供一種內(nèi)燃機(jī)以改進(jìn)效率、減小重量和尺寸并簡(jiǎn)化制造發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。 在本公開(kāi)的一種形式中，內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)沿局部圓環(huán)形路徑行進(jìn)的旋轉(zhuǎn)活塞。
在本公開(kāi)的該形式中，內(nèi)燃機(jī)包括氣缸體，該氣缸體具有界定第一燃燒室的第一壁和界定第二燃燒室的第二壁，所述第一壁和所述第二壁每個(gè)都限定圓環(huán)形的至少一段。 燃燒室進(jìn)一步由第一活塞和第二活塞界定，每個(gè)活塞都具有圓環(huán)形狀和兩個(gè)活塞頭。界定燃燒室的壁的端部還充當(dāng)位于活塞端部處的活塞頭的導(dǎo)向件。
第一燃燒室由第一活塞的第一活塞頭進(jìn)一步界定。類似地，第二燃燒室由第一活塞的第二活塞頭進(jìn)一步界定。第一燃燒室又由第二活塞的第一活塞頭進(jìn)一步界定；而第二燃燒室又由第二活塞(3 的第二活塞頭進(jìn)一步界定。
在本公開(kāi)的另一種形式中，示出的第一活塞還包括聯(lián)結(jié)到第一連桿的第一樞臂和聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)的第二樞臂。類似地，第二活塞還包括聯(lián)結(jié)到第二連桿的第一樞臂和聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)的第二樞臂。每個(gè)活塞的第二樞臂在徑向方向上朝向發(fā)動(dòng)機(jī)的中心延伸。
在本公開(kāi)的又一形式中，第一曲軸聯(lián)結(jié)到第一連桿，而第二曲軸聯(lián)結(jié)到第二連桿。 第一曲軸和第二曲軸位于第一活塞和第二活塞的曲線路徑之外，該曲線路徑由公共樞軸以及分別界定第一燃燒室和第二燃燒室的第一壁和第二壁限定。
總體上，第一活塞和第二活塞沿由公共樞點(diǎn)限定的曲線路徑導(dǎo)向。第一活塞的第二樞臂和第二活塞的第二樞臂繞公共樞軸擺動(dòng)。第一活塞和第二活塞沿相反的方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而使活塞頭擴(kuò)大或者減小相應(yīng)的燃燒室的容積。
在本公開(kāi)的又一種形式中，第二樞臂通過(guò)接合構(gòu)件聯(lián)結(jié)到導(dǎo)向框架。該導(dǎo)向框架具有敞開(kāi)接收區(qū)域，在該敞開(kāi)接收區(qū)域中設(shè)置有接合構(gòu)件和公共樞軸。導(dǎo)向框架和包括兩個(gè)平行導(dǎo)向柱的導(dǎo)向裝置成一體。由于第二樞臂通過(guò)接合構(gòu)件連接到導(dǎo)向框架，導(dǎo)向框架沿導(dǎo)向柱的運(yùn)動(dòng)被傳遞到活塞。當(dāng)導(dǎo)向框架在一個(gè)方向上沿導(dǎo)向柱運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞沿圓形路徑行進(jìn)，導(dǎo)致一個(gè)燃燒室的容積的最小化和另一個(gè)燃燒室的容積的最大化。反轉(zhuǎn)導(dǎo)向框架的運(yùn)動(dòng)方向?qū)е孪喾吹男Ч?br> 在本公開(kāi)的另一種形式中，導(dǎo)向框架沿導(dǎo)向柱的運(yùn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)的至少一個(gè)橢圓形板來(lái)保持。由橢圓形板建立的動(dòng)量足以保持活塞沿曲線路徑的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
在此提供的說(shuō)明將使其它可應(yīng)用領(lǐng)域更為清楚。應(yīng)理解，說(shuō)明和具體例子旨在示例目的，而不旨在限制本公開(kāi)的范圍。


以下說(shuō)明的圖僅為示例目的，不旨在以任何方式限制本公開(kāi)的范圍。
圖1是本公開(kāi)的一種形式的從前方視角觀察的正等軸測(cè)投影圖，描繪根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)； 圖2是本公開(kāi)的一種形式的從后方視角觀察的另一正等軸測(cè)投影圖，描繪根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)； 圖3是本公開(kāi)的一種形式的正等軸測(cè)投影圖，描繪根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)的某些部分的透視圖； 圖4是本公開(kāi)的一種形式的斜等軸側(cè)投影圖，描繪根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)的某些部分的透視圖； 圖5是本公開(kāi)的一種形式的截面圖，描繪根據(jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)； 圖6A是本公開(kāi)的一種形式的透視圖，示出在圖1-5的內(nèi)燃機(jī)中使用的燃燒室和活塞，其中活塞旋轉(zhuǎn)在上位中； 圖6B是本公開(kāi)的一種形式的透視圖，示出在圖1-5的內(nèi)燃機(jī)中使用的燃燒室和活塞，活塞旋轉(zhuǎn)在中位中； 圖6C是本公開(kāi)的一種形式的透視圖，示出在圖1-5的內(nèi)燃機(jī)中使用的燃燒室和活塞，活塞旋轉(zhuǎn)在下位中； 圖7是本公開(kāi)的另一種形式的透視圖，示出在圖6的內(nèi)燃機(jī)中使用的活塞的部件； 圖8是與圖7的內(nèi)燃機(jī)中使用的活塞相關(guān)聯(lián)的部件的分解圖； 圖9A是根據(jù)本公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)的另一種形式的透視圖，示出在圖1的內(nèi)燃機(jī)中使用的活塞的運(yùn)動(dòng)； 圖9B是根據(jù)本公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)的另一種形式的透視圖，進(jìn)一步示出用來(lái)使活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)； 圖IOA是根據(jù)本公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)的另一種形式的透視圖，示出用來(lái)使活塞運(yùn)動(dòng)的另一種機(jī)構(gòu)； 圖IOB是用來(lái)在圖IOA的內(nèi)燃機(jī)中使活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的透視圖； 圖IlA是根據(jù)本公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)的另一種形式的透視圖，示出到位于活塞的圓環(huán)形路徑的直徑之內(nèi)的曲軸的聯(lián)結(jié)； 圖IlB是圖IlA的內(nèi)燃機(jī)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下述說(shuō)明本質(zhì)上僅為例示性，絕非旨在限制本公開(kāi)、其應(yīng)用或使用。應(yīng)理解，在說(shuō)明和圖中各處，相應(yīng)的數(shù)字標(biāo)號(hào)表示相似或相應(yīng)的零件和特征。
本公開(kāi)涉及一種內(nèi)燃機(jī)，例如二沖程、四沖程、奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它內(nèi)燃機(jī)。參照?qǐng)D1和2，本公開(kāi)的一種形式涉及一種內(nèi)燃機(jī)(1)，其具有環(huán)繞所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1) 的部件的氣缸體(5)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的部件包括兩個(gè)曲軸05、50)。氣缸體( 可以以單個(gè)部件的形式或緊固在一起的多個(gè)部件的形式制成。每個(gè)曲軸(45、50)都可以和至少一個(gè)飛輪(75)聯(lián)結(jié)，也可以聯(lián)結(jié)到附加的飛輪(76)。內(nèi)燃機(jī)還可以包括下述二者或其中之一排氣門(mén)機(jī)構(gòu)和進(jìn)氣門(mén)機(jī)構(gòu)。當(dāng)前實(shí)施例包括電熱塞(61)和氣缸壓力座(cylinder pressure mount) (60)以及噴射口(55)。所顯示實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)包括利用掃氣過(guò)程的進(jìn)氣口(62)和排氣口(63)。
參照?qǐng)D3-6，本公開(kāi)的一種形式涉及一種內(nèi)燃機(jī)(1)，其具有氣缸體(5，部分示出)，該氣缸體具有界定第一燃燒室(11)的第一壁(10)和界定第二燃燒室(16)的第二壁 (15)，第一壁(10)和第二壁(1 每個(gè)都限定圓環(huán)形(torus)的至少一段。應(yīng)理解，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，圓環(huán)形是指由在繞公共樞點(diǎn)(30)擺動(dòng)的活塞(20、35)所限定的圓環(huán)形狀。雖然活塞頭(21、36)和燃燒室(11、16)的截面形狀顯示為圓形，但是它們可以是其他形狀，例如但不限于正方形、長(zhǎng)方形和橢圓。燃燒室(11、16)由每個(gè)都具有圓環(huán)形狀和兩個(gè)活塞頭 (21,36)的第一活塞00)和第二活塞(3 進(jìn)一步界定，如圖4和6所示。界定燃燒室(11、 16)的壁(10、15)的端部還充當(dāng)位于活塞(20、35)端部處的活塞頭Ol、36)的導(dǎo)向件。
在圖3、4和6中顯示第一活塞00)還包括聯(lián)結(jié)到第一連桿05)的第一樞臂(22A) 和聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)(30)的第二樞臂02B)。類似地，第二活塞(35)還包括聯(lián)結(jié)到第二連桿 (40)的第一樞臂(37A)和聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)(30)的第二樞臂(37B)。每個(gè)活塞(20,35)的第二樞臂(22B、37B)在徑向方向上朝向發(fā)動(dòng)機(jī)的中心延伸。在本公開(kāi)的一種形式中，第一連桿0 在第一接合部處聯(lián)結(jié)到第一活塞00)的第一樞臂02A)，該第一接合部包括第一接合軸(100A)，第二連桿00)在第二接合部處聯(lián)結(jié)到第二活塞(3 的第二樞臂(37A)，該第二接合部包括第二接合軸(100C)。第一樞臂(22A)和第二樞臂(22B)在公共樞點(diǎn)(30) 處聯(lián)結(jié)，該公共樞點(diǎn)包括公共樞軸(100B)。第一接合軸(100A)、第二接合軸(100C)和公共樞軸(100B)當(dāng)對(duì)齊在公共平面時(shí)彼此平行。
第一曲軸05)聯(lián)結(jié)到第一連桿(25)，而第二曲軸(50)聯(lián)結(jié)到第二連桿00)。第一曲軸0 和第二曲軸(50)位于第一活塞(20)和第二活塞(3 的曲線路徑之外，該曲線路徑由公共樞點(diǎn)(30)以及分別界定第一燃燒室(11)和第二燃燒室(16)的第一壁(10) 和第二壁(1 限定。連桿(25、40)可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任何裝置(包括但不限于軸承和螺栓)聯(lián)結(jié)到曲軸05、50)。
每個(gè)曲軸05、50)都可以例如通過(guò)傳動(dòng)輪聯(lián)結(jié)到飛輪(75)。曲軸05、50)也可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何裝置(包括但不限于使用鏈條和齒形帶)聯(lián)接到飛輪 (75)。第一曲軸0 和第二曲軸(50)可以沿相反方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝磺S0 和第二曲軸(50沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，與附加的飛輪(76)的聯(lián)結(jié)被簡(jiǎn)化，因?yàn)槟軐⑦@些附加的飛輪直接置于曲軸之間，如圖2所述。
在本發(fā)明的一種形式中，第一曲軸0 包括第一旋轉(zhuǎn)軸(102A)，第二曲軸(50)包括第二旋轉(zhuǎn)軸(102C)。第一旋轉(zhuǎn)軸(102A)和上述第一接合軸(100A)彼此平行并對(duì)齊在第一平面(103A)中；而第二旋轉(zhuǎn)軸(102C)和第二接合軸(100C)彼此平行并對(duì)齊在第二平面 (103C)中。第一活塞00)的中部中心位置、第二活塞(35)、第一平面(103A)和第二平面 (103C)垂直于(就第一接合軸(100A)、第二接合軸(100C)和公共樞軸(100B)的走向而言的)上述公共平面(101)。
分別界定第一燃燒室(11)和第二燃燒室(16)的第一壁(10)和第二壁(15)可以構(gòu)造為單個(gè)部件或多個(gè)部件。在本公開(kāi)的一個(gè)形式中，第一壁(10)和第二壁(15)構(gòu)造成緊固在一起的兩個(gè)部件(右和左)。該緊固可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任何裝置 (包括但不限于螺栓和粘合劑)來(lái)完成。墊片和密封件的使用可以用來(lái)減少可能會(huì)在構(gòu)成壁的緊固部件(右和左)之間發(fā)生的任何可能的泄漏。
如圖3所示，第一壁(10)和第二壁(1 還可以包括冷卻通道(17)。這些冷卻通道 (17)可以利用諸如空氣的氣體的流動(dòng)或者諸如水或油的液體的流動(dòng)來(lái)對(duì)燃燒室(11、16)、 活塞頭(21、36)和活塞(20、3幻提供冷卻效果。這種冷卻效果歸功于將熱量從壁傳導(dǎo)至在冷卻通道(17)中流動(dòng)的液體或氣體的熱傳導(dǎo)。
發(fā)動(dòng)機(jī)(1)還可以包括在第一壁(10)和第二壁(1 的至少一個(gè)中的進(jìn)氣口 (62)、排氣口(63)、氣缸壓力座(60)和火花塞或電熱塞(61)?？梢蕴峁╇p重點(diǎn)火系統(tǒng)。通常，進(jìn)氣口(62)和排氣口(63)在第一壁(10)和第二壁(15)的至少一個(gè)中與燃燒室(11、 16)相交。此外，燃料噴射口設(shè)置為與燃燒室(11、16)的至少一個(gè)相交。進(jìn)氣口(62)、排氣口(63)和噴射口(55)與燃燒室(11、16)相交的角度約為90度。在二沖程循環(huán)實(shí)施例的常規(guī)掃氣過(guò)程中，排氣口(6 優(yōu)選比進(jìn)氣口(6 打開(kāi)更長(zhǎng)一段時(shí)間。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，第一燃燒室(11)由第一活塞00)的第一活塞頭(21A)進(jìn)一步界定。第二燃燒室(16)由第一活塞00)的第二活塞頭(21B)進(jìn)一步界定。第一燃燒室(11) 又由第二活塞(3 的第一活塞頭(36A)進(jìn)一步界定；而第二燃燒室(16)又由第二活塞 (35)的第二活塞頭(36B)進(jìn)一步界定。在如圖6B所示的本公開(kāi)的一種形式中，第一活塞 (20)的第一活塞頭(21A)和第二活塞頭(21B)彼此成角度(α )；而第二活塞(3 的第一活塞頭(36A)和第二活塞頭(36B)彼此成角度(α幻。角度(α 1)和(α幻優(yōu)選至少110 度?；钊^(21、36)可以包括活塞環(huán)(85)，該活塞環(huán)將活塞頭相對(duì)于氣缸體(5)的壁(10、 15)密封。
第一活塞(20)、第二活塞(35)、活塞頭(21,36)、第一壁(10)或第二壁(15)可由金屬、碳復(fù)合材料或者陶瓷復(fù)合材料以及其它材料制成?；钊^(21、36)可由石墨復(fù)合材料制成。根據(jù)應(yīng)用，活塞(20、3幻和活塞頭(21、36)可以是完全實(shí)心的或者部分中空。金屬的例子可以包括但不限于鋁和經(jīng)過(guò)熱處理的鋼。陶瓷復(fù)合材料的例子可以包括碳化硅或氮化硅以及其它材料。碳和陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度可以通過(guò)使用纖維強(qiáng)化來(lái)強(qiáng)化。
燃燒室(11、16)的形狀由活塞頭(21、36)來(lái)限定，并且壁(10、15)可以是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任何形狀，包括但不限于圓錐形或圓柱形。本公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中的活塞O0、35)的運(yùn)動(dòng)依次示出在圖6A-6C中。在圖6Α中，活塞(20、35)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入上位，其中，活塞頭(21Α、36Α)減小燃燒室(11)的容積，而活塞頭(21Β、36Β)增大燃燒室 (16)的容積。當(dāng)活塞(20、35)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入中位時(shí)(見(jiàn)圖6Β)，燃燒室(11、16)的容積相似。在圖6C中，活塞(20、3幻旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下位，其中，活塞頭(21Β、36Β)減小燃燒室(16)的容積，而活塞頭(21Α、36Α)增大燃燒室(11)的容積。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7-8，使用活塞板(6 和基本構(gòu)件板(70)的組合來(lái)將每個(gè)活塞頭 (21,36)聯(lián)結(jié)到相應(yīng)的活塞00、35)。雖然在圖中僅示出一套活塞板(65)和基本構(gòu)件板 (70)，但是任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都會(huì)認(rèn)識(shí)到這種板(65、70)的組合能用于每個(gè)活塞頭01、 36)。可使用任何種類的螺栓和連接件(66、67)將板(65、70)的組合緊固到活塞頭(21、36)。 這些板(65、70)的目的是將發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的力更均勻地從活塞(20、3幻傳遞并分布至相應(yīng)的活塞頭01、36)。對(duì)這些力的傳遞是在板組合(65、70)至活塞O0、35)的寬連接區(qū)域上進(jìn)行的，以減小在這些連接部附近的應(yīng)力和潛在故障的風(fēng)險(xiǎn)，例如應(yīng)力裂紋的形成。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，圖9示出了旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)的另一種形式，該旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)具有沿著由公共樞點(diǎn)(30)限定的曲線路徑導(dǎo)向的第一活塞00)和第二活塞(35)。這樣的曲線路徑在圖9中由箭頭(80)描繪。第一樞臂(22Α、37Α)聯(lián)結(jié)到位于由活塞(20、35)建立的圓環(huán)形之外的曲軸(未示出)。圖9旨在說(shuō)明活塞的運(yùn)動(dòng)以及每個(gè)活塞O0、35)的第二樞臂 (22Β、37Β)和公共樞點(diǎn)(30)的相互作用。第一活塞Q0)的第二樞臂(22Β)和第二活塞 (35)的第二樞臂(37Β)繞公共樞點(diǎn)(30)擺動(dòng)。第一活塞00)和第二活塞(35)沿相反的方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而使活塞頭(21、36)擴(kuò)大或者減小相應(yīng)的燃燒室(11、16)的容積。在圖 9Α中，活塞(20、3幻都旋轉(zhuǎn)到它們的頂位，從而減小第一燃燒室(11)的容積并增大第二燃燒室(16)的容積。當(dāng)活塞(20、35)從它們的頂位運(yùn)動(dòng)到底位時(shí)，第一燃燒室(11)的容積將變大，而第二燃燒室(16)的容積變小。
在圖9Β中，描繪了活塞(35)依照曲線路徑(80)的運(yùn)動(dòng)，該曲線路徑由通過(guò)樞臂 (37Α、37Β)聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)(30)的曲軸限定，該公共樞點(diǎn)包括公共樞軸(100Β)。另一活塞 (20)設(shè)計(jì)為以基本上相似的方式運(yùn)動(dòng)。第二樞臂(37Β)通過(guò)接合構(gòu)件(91)聯(lián)結(jié)到導(dǎo)向框架 (90)。導(dǎo)向框架(90)布置為與第二樞臂(37Β)基本平行。該導(dǎo)向框架(90)具有敞開(kāi)接收區(qū)域，在該敞開(kāi)接收區(qū)域中設(shè)置有接合構(gòu)件(91)和公共樞點(diǎn)(30)。導(dǎo)向框架(90)和包括兩個(gè)平行導(dǎo)向柱(93R、93L)的導(dǎo)向裝置(93)成一體。導(dǎo)向框架(90)可以在導(dǎo)向柱(93R、 93L)給出的方向上運(yùn)動(dòng)。由于第二樞臂(37B)通過(guò)接合構(gòu)件(91)連接到導(dǎo)向框架(90)， 導(dǎo)向框架(90)沿導(dǎo)向柱(93)的運(yùn)動(dòng)被傳遞至活塞(35)。當(dāng)導(dǎo)向框架(90)在向上方向上沿導(dǎo)向柱(93)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞(20、35)沿圓形路徑運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致燃燒室(11)的容積的最小化和燃燒室(16)的容積的最大化，如圖4A所示?；钊倪\(yùn)動(dòng)在美國(guó)專利申請(qǐng)11/442，401(于 2006年5月30日提交)得到進(jìn)一步說(shuō)明，該申請(qǐng)和本申請(qǐng)為相同的人所擁有，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10A，圖IOA描繪了活塞(35)和與它相關(guān)聯(lián)的活塞頭(36A、36B)沿曲線路徑(80)的運(yùn)動(dòng)的本公開(kāi)的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，導(dǎo)向框架(90)通過(guò)接合構(gòu)件 (91)聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)(30)以及第二樞臂(37B)。至少一個(gè)橢圓形板(120)和公共樞點(diǎn)(30) 聯(lián)結(jié)。優(yōu)選地，一個(gè)橢圓形板(120)位于導(dǎo)向框架(90)的每一側(cè)，如圖IOB中所示。由于橢圓形板(120)繞公共樞點(diǎn)(30)旋轉(zhuǎn)且導(dǎo)向框架(90)在向上或向下的方向上沿導(dǎo)向柱(93) 運(yùn)動(dòng)，由橢圓形板(120)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)量能保持活塞(3 沿曲線路徑(80)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
雖然如本公開(kāi)所示的旋轉(zhuǎn)式燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的不同實(shí)施例將曲軸05、50)示為位于活塞O0、35)的圓環(huán)形路徑的直徑范圍之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到曲軸能位于活塞的圓環(huán)形路徑的直徑范圍之內(nèi)。圖IlA和IlB中提供了曲軸位于活塞的圓環(huán)形路徑的直徑范圍之內(nèi)的本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)示例。當(dāng)曲軸以這種方式設(shè)置時(shí)，第一活塞和第二活塞(20,35)包括連接到公共樞點(diǎn)(30)的活塞臂(22Β、37Β)，該公共樞點(diǎn)具有曲柄銷(150)， 可以通過(guò)該曲柄銷實(shí)現(xiàn)到飛輪(未示出)的聯(lián)結(jié)。
在圖IlA和圖IlB中，內(nèi)燃機(jī)⑴設(shè)置為具有氣缸體(5，部分示出)，該氣缸體具有界定第一燃燒室(11)的第一壁(10)和界定第二燃燒室(16)的第二壁(15)，第一壁(10)和第二壁(1 每個(gè)都限定圓環(huán)形的至少一段。燃燒室(11、16)由第一活塞00)和第二活塞 (35)進(jìn)一步界定，每個(gè)活塞都具有圓環(huán)形狀和兩個(gè)活塞頭01、36)。界定燃燒室(11、16)的壁(10、15)的端部還充當(dāng)位于活塞O0、35)的端部處的活塞頭01、36)的導(dǎo)向件。第一活塞00)和第二活塞(3 沿相反的方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而使活塞頭(21、36)擴(kuò)大或者減小相應(yīng)的燃燒室(11、16)的容積。在一個(gè)實(shí)施例中，活塞O0、35)的運(yùn)動(dòng)可以使用圖10中描繪的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有聯(lián)結(jié)到公共樞點(diǎn)(30)的導(dǎo)向框架(90)，該公共樞點(diǎn)具有曲軸銷(150) 以及能保持活塞O0、35)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)橢圓形板(120)。發(fā)動(dòng)機(jī)(1)還可以包括在第一壁(10)和第二壁(15)的至少一個(gè)中并且和燃燒室(11、16)相交的進(jìn)氣口(62)、排氣口(63)、電熱塞(61)和氣缸壓力座(60)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到從上述說(shuō)明出發(fā)，在不脫離權(quán)利要求中所定義的公開(kāi)的范圍的前提下能對(duì)本公開(kāi)作進(jìn)一步修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括氣缸體，其具有界定第一燃燒室的第一壁和界定第二燃燒室的第二壁，所述第一壁和所述第二壁每個(gè)都限定圓環(huán)形的至少一段；第一活塞，其具有進(jìn)一步界定所述第一燃燒室的第一活塞頭、進(jìn)一步界定所述第二燃燒室的第二活塞頭、聯(lián)結(jié)到第一連桿的第一樞臂和聯(lián)接到公共樞點(diǎn)的第二樞臂；第二活塞，其具有進(jìn)一步界定所述第一燃燒室的第一活塞頭、進(jìn)一步界定所述第二燃燒室的第二活塞頭、聯(lián)結(jié)到第二連桿的第一樞臂和聯(lián)接到所述公共樞點(diǎn)的第二樞臂； 聯(lián)結(jié)到所述第一連桿的第一曲軸和聯(lián)接到所述第二連桿的第二曲軸； 其中所述第一活塞和第二活塞沿由所述公共樞點(diǎn)限定的曲線路徑導(dǎo)向； 其中所述第一活塞和第二活塞沿相反方向運(yùn)動(dòng)；以及其中所述第一活塞的所述第二樞臂和所述第二活塞的所述第二樞臂繞所述公共樞點(diǎn)擺動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一活塞和第二活塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一曲軸和所述第二曲軸位于如所述公共樞點(diǎn)限定的所述第一活塞和所述第二活塞的所述曲線路徑之外。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一壁和所述第二壁中的至少一個(gè)由聯(lián)結(jié)在一起的右部件和左部件組成。
5.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一壁和所述第二壁還包括冷卻通道。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述冷卻通道使用氣體或液體通過(guò)熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)提供冷卻。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述內(nèi)燃機(jī)還包括設(shè)置在所述第一壁和第二壁中至少之一中的進(jìn)氣口、排氣口、燃料噴射口和火花塞中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述公共樞點(diǎn)還包括導(dǎo)向框架，其具有敞開(kāi)接收區(qū)域，在所述敞開(kāi)接收區(qū)域中接合構(gòu)件將所述導(dǎo)向框架聯(lián)結(jié)到活塞的第二樞臂；以及導(dǎo)向裝置，其包括兩個(gè)平行導(dǎo)向柱；其中所述導(dǎo)向框架沿所述導(dǎo)向柱的運(yùn)動(dòng)被傳遞至活塞。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述公共樞點(diǎn)還包括 至少一個(gè)橢圓形板；其中由所述橢圓形板的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)量保持所述活塞的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一活塞、第二活塞、活塞頭、第一壁或第二壁中的至少一個(gè)由從鋁、鋼、碳復(fù)合材料或陶瓷復(fù)合材料的組中選出的一種組成。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述碳復(fù)合材料或所述陶瓷復(fù)合材料是纖維強(qiáng)化的。
12.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中使用活塞板和基本構(gòu)件板的組合來(lái)將所述第一活塞頭和第二活塞頭聯(lián)結(jié)到相應(yīng)的第一活塞和第二活塞。
13.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述進(jìn)氣口以約90度的角度在所述第一壁和第二壁中的至少一個(gè)中和燃燒室相交。
14.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述排氣口比所述進(jìn)氣口打開(kāi)更長(zhǎng)的一段時(shí)間。
15.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述內(nèi)燃機(jī)是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種。
16.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中每個(gè)活塞的所述第一活塞頭和所述第二活塞頭之間的角度(α 1、α 2)是至少110度。
17.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一連桿在第一接合部處聯(lián)結(jié)到所述第一活塞的所述第一樞臂，所述第一接合部包括第一接合軸，所述第二連桿在第二接合部處聯(lián)結(jié)到所述第二活塞的第二樞臂，所述第二接合部包括第二接合軸；其中所述第一接合軸、所述第二接合軸和所述公共樞軸當(dāng)對(duì)齊在公共平面中時(shí)彼此平行。
18.如權(quán)利要求17所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一曲軸包括第一旋轉(zhuǎn)軸，所述第二曲軸包括第二旋轉(zhuǎn)軸，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸和所述第一接合軸彼此平行并在第一平面內(nèi)對(duì)齊; 所述第二旋轉(zhuǎn)軸和所述第二接合軸彼此平行并在第二平面內(nèi)對(duì)齊，其中在所述第一活塞和所述第二活塞的中部中心位置中，所述第一平面和所述第二平面垂直于所述公共平面。
19.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一曲軸和第二曲軸聯(lián)結(jié)到飛輪。
20.如權(quán)利要求19所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述第一曲軸和第二曲軸沿相同的方向旋轉(zhuǎn)。
21.一種操作內(nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)具有由兩個(gè)活塞頭和第一壁界定的第一燃燒室、以及由兩個(gè)活塞頭和第二壁界定的第二燃燒室；所述方法包括步驟將燃料噴射到至少一個(gè)燃燒室中；使所述燃料燃燒，導(dǎo)致化學(xué)能的釋放和燃燒副產(chǎn)物的形成；由于化學(xué)能的釋放而迫使所述活塞頭運(yùn)動(dòng)；通過(guò)聯(lián)結(jié)到所述活塞頭的活塞的運(yùn)動(dòng)將所述化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；將所述機(jī)械能傳遞至聯(lián)結(jié)到所述活塞的至少一個(gè)曲軸；以及從所述燃燒室排放所述燃燒產(chǎn)物；其中每個(gè)壁和每個(gè)活塞都限定圓環(huán)形的至少一段；以及其中所述活塞沿由公共樞點(diǎn)限定的曲線路徑在相反方向上運(yùn)動(dòng)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中執(zhí)行迫使所述活塞運(yùn)動(dòng)的步驟，使得所述活塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中使用位于所述活塞的曲線路徑之外的曲軸執(zhí)行將所述機(jī)械能傳遞至多個(gè)曲軸的步驟。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述方法還包括通過(guò)使氣體或者液體流過(guò)位于所述第一壁和第二壁中的冷卻通道來(lái)冷卻所述活塞頭和燃燒室的步驟。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中傳遞所述機(jī)械能的步驟使所述曲軸沿相反方向運(yùn)動(dòng)。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中使用位于所述活塞的曲線路徑之內(nèi)的曲軸執(zhí)行將所述機(jī)械能傳遞至至少一個(gè)曲軸的步驟。
27.一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括氣缸體，其具有界定第一燃燒室的第一壁和界定第二燃燒室的第二壁，所述第一壁和所述第二壁每個(gè)都限定圓環(huán)形的至少一段；第一活塞，其具有進(jìn)一步界定所述第一燃燒室的第一活塞頭、進(jìn)一步界定所述第二燃燒室的第二活塞頭、聯(lián)結(jié)到具有曲柄銷的公共樞點(diǎn)的樞臂；第二活塞，其具有進(jìn)一步界定所述第一燃燒室的第一活塞頭、進(jìn)一步界定所述第二燃燒室的第二活塞頭、聯(lián)結(jié)到具有曲柄銷的所述公共樞點(diǎn)的樞臂；導(dǎo)向框架，其聯(lián)結(jié)到所述公共樞點(diǎn)的所述曲柄銷，并具有敞開(kāi)接收區(qū)域，在所述敞開(kāi)接收區(qū)域中接合構(gòu)件將所述導(dǎo)向框架聯(lián)結(jié)到活塞的樞臂；導(dǎo)向裝置，其包括由所述導(dǎo)向框架可滑動(dòng)地接收的兩個(gè)平行的導(dǎo)向柱；和至少一個(gè)橢圓形板，其聯(lián)結(jié)到所述公共樞點(diǎn)的曲柄銷； 其中所述第一活塞和第二活塞沿由所述公共樞點(diǎn)限定的曲線路徑導(dǎo)向； 其中所述第一活塞和第二活塞沿相反方向運(yùn)動(dòng)；以及其中所述第一活塞的所述樞臂和所述第二活塞的所述樞臂繞所述公共樞點(diǎn)擺動(dòng)； 其中所述導(dǎo)向框架沿所述導(dǎo)向柱的遠(yuǎn)動(dòng)被傳遞至活塞；以及其中由所述橢圓形板的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)量保持所述活塞的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
28.如權(quán)利要求27所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述內(nèi)燃機(jī)還包括設(shè)置在所述第一壁和第二壁中至少之一中的進(jìn)氣口、排氣口、燃料噴射口、氣缸壓力座和火花塞中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供了一種內(nèi)燃機(jī)，更具體地一種旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)由活塞頭界定的燃燒室以及限定圓環(huán)形的至少一段的氣缸體壁。此外，說(shuō)明了一種操作內(nèi)燃機(jī)的方法。
文檔編號(hào)F01C21/00GK102187060SQ200980140662
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者海因茨-古斯塔夫·A·賴塞爾 申請(qǐng)人:海因茨-古斯塔夫·A·賴塞爾