專利名稱：復(fù)合壓縮式發(fā)動機(jī)的增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合壓縮式發(fā)動機(jī)的增壓器。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)在添加燃料并點(diǎn)火以產(chǎn)生功率之前通常壓縮空氣或其它氣態(tài)氧化劑。當(dāng)正排量壓縮從功率生成部件物理地分離時(shí)，通常存在未使用的剩余被壓縮空氣。存在具有可分離正排量壓縮系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的許多示例。一個示例可從Wankel發(fā)動機(jī)構(gòu)想得到。由德國工程師i^elix Wankel發(fā)明的Wankel發(fā)動機(jī)是使用回轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)類型。其循環(huán)在橢圓形外旋輪線形狀殼體的內(nèi)部和轉(zhuǎn)子之間的空間發(fā)生，所述轉(zhuǎn)子的形狀類似于弧邊三角形(Reuleaux triangle)但其側(cè)面稍微更平坦。該設(shè)計(jì)從緊湊尺寸傳送平滑的高rpm功率。由于這種引入，發(fā)動機(jī)通常被稱為回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)。對回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的改進(jìn)使用一個轉(zhuǎn)子作為壓縮機(jī)，以向第二轉(zhuǎn)子提供被壓縮空氣。于是，被壓縮空氣在燃燒之前在第二轉(zhuǎn)子中被進(jìn)一步壓縮。在一些實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)子的排氣返回至壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的膨脹區(qū)段，藉此提供功率回收和增加的效率。該配置被稱為復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)。


圖Ia-If是處于非補(bǔ)燃模式的第一轉(zhuǎn)子區(qū)段和第二轉(zhuǎn)子區(qū)段的示意圖。圖2a_2g是處于補(bǔ)燃模式的第一轉(zhuǎn)子區(qū)段和第二轉(zhuǎn)子區(qū)段的示意圖，其中第一轉(zhuǎn)子區(qū)段具有噴射器。圖3a_3g是處于補(bǔ)燃模式的第一轉(zhuǎn)子區(qū)段和第二轉(zhuǎn)子區(qū)段的示意圖，其中第二通路具有通路噴射器。
具體實(shí)施例方式圖Ia-Ie表示復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60的非限制性實(shí)施例。復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60具有第一回轉(zhuǎn)單元10，其聯(lián)接到第二回轉(zhuǎn)單元20。被壓縮空氣充氣53經(jīng)由通路30從第一回轉(zhuǎn)單元10傳送到第二回轉(zhuǎn)單元20。來自于第二回轉(zhuǎn)單元20的第二單元排氣58借由通路32傳送到第一回轉(zhuǎn)單元10。此外，第二回轉(zhuǎn)單元20具有噴射器70，其與第二腔M連通。在該配置中，第一回轉(zhuǎn)單元10用作增壓器以及用作第二單元排氣58的附加膨脹機(jī)。第二回轉(zhuǎn)單元20用作常規(guī)回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)。參考圖la，新鮮空氣充氣50通過進(jìn)氣端口 18被抽吸進(jìn)入到第一回轉(zhuǎn)單元10中。參考圖lb，第一轉(zhuǎn)子12將新鮮空氣充氣50 (未示出)壓縮為被壓縮空氣充氣53。被壓縮空氣充氣53達(dá)到一定壓力，所述壓力克服通常保持第一通路止回閥31關(guān)閉的彈簧力。一旦打開，該被壓縮空氣充氣53流入到第二回轉(zhuǎn)單元20中。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了止回閥。在附加的非限制性實(shí)施例中，通路可包括通過電子致動電機(jī)(未示出)控制的閥。參考圖lc，第二轉(zhuǎn)子22將被壓縮空氣充氣53 (未示出)進(jìn)一步壓縮為復(fù)合被壓縮空氣充氣52。復(fù)合被壓縮空氣充氣52是在燃燒之前在第二轉(zhuǎn)子中接著被進(jìn)一步壓縮的被壓縮空氣充氣53。參考圖ld，靠近上止點(diǎn)或處于上止點(diǎn)的第二轉(zhuǎn)子22以及處于最小工作容積或接近最小工作容積的第二腔M借由噴射器70噴射有燃料42。燃料42可以是輕質(zhì)燃料(例如，天然氣、汽油和氫氣)或者重質(zhì)燃料(例如，JP-8、JP_4、柴油等等)。于是，復(fù)合被壓縮空氣充氣52和燃料42的混合物燃燒。可借由自動點(diǎn)火(柴油機(jī))或火花點(diǎn)火(未示出)啟動燃燒。參考圖le，第二單元排氣58借由第二通路32離開第二回轉(zhuǎn)單元20。第二單元排氣58的壓力克服通常保持第二通路止回閥34關(guān)閉的彈簧力。第二單元排氣58進(jìn)入第一回轉(zhuǎn)單元10。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了止回閥。第二單元排氣58進(jìn)一步膨脹，從而施加壓力到轉(zhuǎn)子工作面13上，藉此使得轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動公共軸(未示出)。參考圖lf，第二單元排氣58借由排氣端口 19離開第一回轉(zhuǎn)單元10。該動作背后的力量在于，第二單元排氣58處于比環(huán)境大氣更高的壓力。第一和第二轉(zhuǎn)子12、22的公共軸(未示出)對于每次完整轉(zhuǎn)子12、22回轉(zhuǎn)完成三次曲柄回轉(zhuǎn)。每個轉(zhuǎn)子工作面13在每次回轉(zhuǎn)中完成一個循環(huán)。對于一共六個轉(zhuǎn)子工作面13存在兩個轉(zhuǎn)子12、22，藉此允許發(fā)動機(jī)60在相對小的排量內(nèi)產(chǎn)生顯著功率。術(shù)語增加、增壓器和/或增量用于描述這樣的過程，其中來自于第一回轉(zhuǎn)單元10的剩余被壓縮空氣充氣51和燃料42在第一回轉(zhuǎn)單元10中燃燒以增加發(fā)動機(jī)功率。當(dāng)正排量壓縮從功率生成部件物理分離時(shí)，通常存在未使用的剩余被壓縮空氣。該未使用的剩余被壓縮空氣被稱為剩余被壓縮空氣充氣51。該剩余被壓縮空氣充氣51與燃料42以及第二單元排氣58混合。該混合物在第一回轉(zhuǎn)單元10的第一腔14中燃燒。該混合物借由自動點(diǎn)火(柴油機(jī))來點(diǎn)火或用火花點(diǎn)火。否則，用于壓縮該剩余被壓縮空氣充氣51所進(jìn)行的主要工會在其被排出時(shí)喪失。燃料42可被引入到第二通路32中位于兩個回轉(zhuǎn)單元10、20之間。替代性地，燃料42可直接引入到第一轉(zhuǎn)子的腔14內(nèi)。在復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60運(yùn)行中，該增加的燃燒可被選擇性地致動或停用。圖2a_2g是增量模式復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60的一個非限制性實(shí)施例。增量模式復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60具有第一回轉(zhuǎn)單元10，其聯(lián)接到第二回轉(zhuǎn)單元20。被壓縮空氣充氣53借由通路30從第一回轉(zhuǎn)單元10傳送到第二回轉(zhuǎn)單元20。第二單元排氣58借由通路32從第二回轉(zhuǎn)單元20傳送到第一回轉(zhuǎn)單元10。第二回轉(zhuǎn)單元20具有噴射器70，其與第二轉(zhuǎn)子的腔M連通。第一回轉(zhuǎn)單元10具有噴射器70，其與第一轉(zhuǎn)子的腔14連通。參考圖加，新鮮空氣充氣50通過進(jìn)氣端口 18被抽吸到第一回轉(zhuǎn)單元10中。當(dāng)腔中的容積增加時(shí)，產(chǎn)生局部真空或者比大氣環(huán)境低的壓力，并且來自于大氣環(huán)境的較高壓力強(qiáng)制新鮮空氣充氣50進(jìn)入。參考圖2b，第一轉(zhuǎn)子12將新鮮空氣充氣50 (未示出)壓縮為被壓縮空氣充氣53。被壓縮空氣充氣53達(dá)到一定壓力，所述壓力克服通常保持第一通路止回閥31關(guān)閉的彈簧力。一旦打開，壓縮空氣充氣53流入到第二回轉(zhuǎn)單元20內(nèi)。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了止回閥。參考圖2c，第二轉(zhuǎn)子22還將被壓縮空氣充氣53 (未示出)壓縮為復(fù)合被壓縮空氣充氣52。復(fù)合被壓縮空氣充氣52是在燃燒之前在第二轉(zhuǎn)子中接著被進(jìn)一步壓縮的被壓縮空氣充氣53。參考圖2d，第二轉(zhuǎn)子22接近上止點(diǎn)或處于上止點(diǎn)，其中第二轉(zhuǎn)子的腔M處于最小工作容積或接近最小工作容積，其借由噴射器70噴射有燃料42?？山栌勺詣狱c(diǎn)火(柴油機(jī))或火花點(diǎn)火(未示出)來啟動燃燒。參考圖加，第二單元排氣58借由第二通路32離開第二回轉(zhuǎn)單元20。第二單元排氣58的壓力克服通常保持第二通路止回閥34關(guān)閉的彈簧力。一旦打開，第二單元排氣58就流入到第二回轉(zhuǎn)單元20內(nèi)。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了第二通路止回閥34。參考圖2f，第二單元排氣58進(jìn)入到第一轉(zhuǎn)子的腔14中。在此第二單元排氣58混合剩余被壓縮空氣充氣51并且進(jìn)一步壓縮剩余被壓縮空氣充氣51。剩余被壓縮空氣充氣51是未傳送到第二回轉(zhuǎn)單元20的被壓縮空氣充氣53的一部分，且因此保留在第一回轉(zhuǎn)單元10中。第一噴射器16噴射燃料42以形成可燃燒混合物。或者通過自動點(diǎn)火(柴油機(jī))或者通過火花點(diǎn)火(未示出)，可燃燒的混合物燃燒。替代性地，剩余被壓縮空氣充氣可與在噴射器70處噴射的燃料混合以形成可燃燒混合物。在與第二單元排氣58混合之前，可燃燒混合物或者通過自動點(diǎn)火(柴油機(jī))或者通過火花點(diǎn)火(未示出)燃燒。在任一變型中，第一單元排氣M繼續(xù)進(jìn)一步膨脹，從而施加壓力到轉(zhuǎn)子工作面13上，藉此使得轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動公共軸(未示出)。參考圖2g，第一單元排氣M借由排氣端口 19離開第一回轉(zhuǎn)單元10。該動作背后的力量在于，第一單元排氣M處于比環(huán)境大氣更高的壓力。應(yīng)當(dāng)注意的是，在復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60運(yùn)行中，可選擇性地致動和停用該次級燃燒。復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60同時(shí)提供高功率密度(每發(fā)動機(jī)重量磅的馬力數(shù)量或分?jǐn)?shù)(fractional)馬力)以及低燃料消耗，從而導(dǎo)致相對等的更小發(fā)電廠包殼(power plantenvelope)。該回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60可用于各種商業(yè)、工業(yè)和緊湊便攜的功率生成以及航天應(yīng)用。圖3a_3g示出了增量式復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60的非限制性實(shí)施例。增量式復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60具有第一回轉(zhuǎn)單元10，其聯(lián)接到第二回轉(zhuǎn)單元20。被壓縮空氣充氣53借由通路30從第一回轉(zhuǎn)單元10傳送到第二回轉(zhuǎn)單元20。第二單元排氣58借由通路32從第二回轉(zhuǎn)單元20傳送到第一回轉(zhuǎn)單元10。第二回轉(zhuǎn)單元20具有噴射器70，其與第二轉(zhuǎn)子的腔M連通。第二通路32與附加噴射器70連通。參考圖3a，新鮮空氣充氣50通過入口端口 18被抽吸到第一回轉(zhuǎn)單元10內(nèi)。當(dāng)腔中的容積增加時(shí)，產(chǎn)生局部真空或者比大氣環(huán)境低的壓力，且來自于大氣環(huán)境的較高壓力強(qiáng)制新鮮空氣充氣50進(jìn)入。參考圖北，第一轉(zhuǎn)子12將新鮮空氣充氣50 (未示出)壓縮為被壓縮空氣充氣53。被壓縮空氣充氣53達(dá)到一定壓力，所述壓力克服通常保持第一通路止回閥31關(guān)閉的彈簧力。一旦打開，被壓縮空氣充氣53就流入到第二回轉(zhuǎn)單元20內(nèi)。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了第一通路止回閥31。參考圖3c，示出了第二轉(zhuǎn)子22，其將被壓縮空氣充氣53 (未示出)進(jìn)一步壓縮為復(fù)合被壓縮空氣充氣52。復(fù)合被壓縮空氣充氣52是在燃燒之前在第二轉(zhuǎn)子中接著被進(jìn)一步壓縮的被壓縮空氣充氣53。參考圖3d，第二轉(zhuǎn)子22接近上止點(diǎn)或處于上止點(diǎn)，其中第二腔M處于最小工作容積或接近最小工作容積，其借由噴射器70噴射有燃料42。復(fù)合被壓縮空氣充氣52和燃料42的混合物然后被燃燒。可借由自動點(diǎn)火(柴油機(jī))或火花點(diǎn)火(未示出)來啟動燃燒。參考圖!Be，第二單元排氣58借由第二通路32離開第二回轉(zhuǎn)單元20。第二單元排氣58的壓力達(dá)到一定壓力，所述一定壓力克服通常保持第二通路止回閥34關(guān)閉的彈簧力。在另一非限制性實(shí)施例中，省除了第二通路止回閥34。參考圖3f，第二單元排氣58進(jìn)入到第一回轉(zhuǎn)單元10的第一腔14中。在此第二單元排氣58混合借由噴射器70噴射的燃料42并且進(jìn)一步壓縮剩余被壓縮空氣充氣51。剩余被壓縮空氣充氣51是未傳送到第二回轉(zhuǎn)單元20的被壓縮空氣充氣53的一部分，且因此保留在第一回轉(zhuǎn)單元10中?；蛘咄ㄟ^自動點(diǎn)火(柴油機(jī))或者通過火花點(diǎn)火(未示出)，燃燒混合物。在任一變型中，第一單元排氣M繼續(xù)進(jìn)一步膨脹，從而施加壓力到轉(zhuǎn)子工作面13上，藉此使得轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動公共軸(未示出)。參考圖3g，第一單元排氣M借由排氣端口 19離開第一回轉(zhuǎn)單元10。該動作背后的力量在于，第一單元排氣M處于比環(huán)境大氣更高的壓力。應(yīng)當(dāng)注意的是，在發(fā)動機(jī)運(yùn)行中，可選擇性地致動和停用該次級燃燒。復(fù)合回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)60同時(shí)提供高功率密度以及低燃料消耗，用于各種商業(yè)、工業(yè)和緊湊便攜的功率生成以及航空應(yīng)用。當(dāng)分別提及第一或第二通路止回閥31和34時(shí)，術(shù)語止回閥應(yīng)是通用術(shù)語。該術(shù)語包括螺線管類型的閥、彈簧類型的閥、簧片類型的閥、或者允許在一個方向上流動的任何其它閥。此外，如上所述，可省除這些閥。當(dāng)提及噴射器70時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語噴射器是通用術(shù)語。用于分別與第一和第二轉(zhuǎn)子的腔14和M連通以及與第二通路32連通的噴射器可以具有許多不同類型。它們可借由彈簧力來機(jī)械地控制，以設(shè)置開啟壓力。它們可借由螺線管電子控制，以致動燃料霧化。所述噴射器可具有各種噴霧樣式，以按照最有效的混合方法來引導(dǎo)燃料。當(dāng)提及第一轉(zhuǎn)子的腔14時(shí)，其還可稱為第一腔。當(dāng)提及第二轉(zhuǎn)子的腔M時(shí)，其還可稱為第二腔。當(dāng)提及所有附圖時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是，轉(zhuǎn)子12、22總是物理地存在于其相應(yīng)回轉(zhuǎn)單元12、20的每一個中。為了使得讀者注意到動作或過程在其中被描述的回轉(zhuǎn)單元10、20，在其相應(yīng)附圖中僅示出了這些轉(zhuǎn)子12、22。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，包括第一回轉(zhuǎn)單元，所述第一回轉(zhuǎn)單元包括具有剩余被壓縮空氣充氣的第一腔；第二回轉(zhuǎn)單元，所述第二回轉(zhuǎn)單元包括具有第二單元排氣的第二腔；其中，所述第二單元排氣借由第二通路與所述剩余被壓縮空氣充氣流體連通；并且噴射器與所述剩余被壓縮空氣充氣流體連通。
2.一種回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，包括第一回轉(zhuǎn)單元，所述第一回轉(zhuǎn)單元包括具有剩余被壓縮空氣充氣的第一腔；第二回轉(zhuǎn)單元，所述第二回轉(zhuǎn)單元包括具有第二單元排氣的第二腔；其中，所述第二單元排氣與所述剩余被壓縮空氣充氣流體連通；并且噴射器與所述第二單元排氣流體連通；二者都借由第二通路。
3.一種用于汲取回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的功的過程，包括a.將燃料噴射到第一回轉(zhuǎn)單元的剩余被壓縮空氣充氣中；b.用所述第一回轉(zhuǎn)單元的剩余被壓縮空氣充氣將第二單元排氣從第二回轉(zhuǎn)單元傳送到第一回轉(zhuǎn)單元中；c.在第一回轉(zhuǎn)單元中燃燒混合物。
4.一種用于汲取回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的功的過程，包括a.借由第二通路將第二單元排氣從第二回轉(zhuǎn)單元傳送到第一回轉(zhuǎn)單元中；b.將燃料噴射到第二通路中的第二單元排氣中；c.將第二單元排氣以及噴射燃料與第一回轉(zhuǎn)單元的剩余被壓縮空氣充氣混合；d.在第一回轉(zhuǎn)單元中燃燒混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了復(fù)合壓縮式發(fā)動機(jī)的增壓器?；剞D(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)包括第一回轉(zhuǎn)單元和第二回轉(zhuǎn)單元。第一回轉(zhuǎn)單元具有包含剩余被壓縮空氣充氣的腔。在第二回轉(zhuǎn)單元內(nèi)燃燒之后，得到的第二單元排氣借由第二通路與所述剩余被壓縮空氣充氣流體連通。噴射器與第一回轉(zhuǎn)單元中的所述剩余被壓縮空氣充氣流體連通。噴射器將燃料噴射到包含在第一回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)中的剩余被壓縮空氣充氣和來自于第二回轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的第二單元排氣的混合物中。該混合物通過火花或通過自動點(diǎn)火(柴油機(jī))燃燒。由此，發(fā)動機(jī)通過燃燒剩余被壓縮空氣充氣和附加燃料而產(chǎn)生附加有用功。替代地，包括在第一回轉(zhuǎn)單元中的噴射器可位于第二通路中。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行中，在第一回轉(zhuǎn)單元或第二通路中的噴射器可選擇性地被致動。
文檔編號F02B37/013GK102383914SQ201110187750
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者B. 米尼克 A., 利特爾 A. 申請人:普拉特及惠特尼火箭達(dá)因公司