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旋转活塞发动机

阅读:942发布:2022-05-31

专利汇可以提供旋转活塞发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种旋转 活塞 式 发动机 ,该旋转活塞式发动机包括压缩级和膨胀级,分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞。为了提供气体路径比传统的旋转活塞式发动机更短的旋转活塞式发动机,本发明提出压缩级和膨胀级的工作活塞沿轴向相继设置并较佳地可绕共同的旋 转轴 线转动。,下面是旋转活塞发动机专利的具体信息内容。

1.一种旋转活塞发动机(1),所述旋转活塞式发动机包括压缩级(2)和膨胀级(3),所述压缩级和所述膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞(20,30),其特征在于,所述压缩级(2)和所述膨胀级(3)的所述工作活塞(20,30)沿轴向相继设置,并较佳地能绕共同的旋转轴线进行旋转。
2.如权利要求1所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述压缩级(2)和所述膨胀级(3)的所述工作活塞(20,30)设置在共同的轴(4)上。
3.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,为了进行点燃,被压缩的工作气体径向向内并沿所述工作活塞(20,30)的旋转轴线方向偏转。
4.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述压缩级(2)符合至少一个以下要求:
a.为了进行点燃,所述被压缩的工作气体通过所述工作活塞(20)而被引导;
b.所述工作活塞(20)包括穿过所述工作活塞(20)的至少一个开口(21);
c.所述开口(21)沿径向基本上穿过所述工作活塞(20);
d.所述工作活塞(20)包括至少一个侧表面(22),所述侧表面与所述旋转活塞式发动机(1)的外壳(10)相结合来限定环形室部段(2a、2b、2c);
e.所述工作活塞(20)的所述侧表面(22)大致呈圆柱形;
f.所述工作活塞(20)包括至少一个滑动件(23),所述滑动件较佳地从所述工作活塞(20)的所述侧表面(22)沿径向突出;
g.从剖面来看,所述滑动件(23)呈渐开线形;
h.所述滑动件(23)与所述旋转活塞式发动机(1)的外壳(10)以及所述工作活塞(20)的所述侧表面(22)相结合来限定较佳地从各侧密封的环形室部段;
i.所述工作活塞(20)包括多个滑动件(23),所述滑动件关于所述工作活塞(20)的所述旋转轴线以规则的度间隔从所述工作活塞(20)的所述侧表面(22)突出;
j.所述工作活塞(20)包括三个滑动件(23),所述滑动件关于所述工作活塞(20)的所述旋转轴线以120°的角度间隔从所述工作活塞(20)的侧表面(22)突出;
k.所述开口(21)止于所述滑动件(23)的肩部、较佳地止于所述滑动件(23)的沿旋转方向定位正面的肩部;
l.所述工作活塞(20)设计成双壁式中空圆柱形,所述工作活塞(20)的内圆柱体的轴向长度较佳地大于所述工作活塞(20)的外圆柱体的轴向长度;
m.所述工作活塞(20)与辅助活塞(25)相结合而起到限定具有可变体积的至少一个压缩腔室的作用;
n.所述工作活塞(20)与辅助活塞(25)相结合而起到限定具有可变体积的至少一个吸入腔室的作用;
o.所述辅助活塞(25)包括大致圆柱形侧表面;
p.所述辅助活塞(25)包括与所述工作活塞(20)的滑动件(23)的数目相一致的多个凹陷部(26);
q.所述工作活塞(20)和所述辅助活塞(25)以确保滑动件(23)密封接纳于凹陷部(26)内的方式来彼此滚动;
r.所述工作活塞(20)和所述辅助活塞(25)能以强制同步的方式来旋转;
s.所述压缩级(2)包括可调节控制元件(620),所述可调节控制元件交替地允许和阻止所述被压缩的工作气体从所述压缩级(2)漏出。
5.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述膨胀级(3)符合至少一个以下要求:
a.被点燃的工作气体为了进行膨胀径向向外远离所述工作活塞(20,30)的所述旋转轴线运动地引导;
b.为了进行膨胀,所述被点燃的工作气体通过所述工作活塞(3)而被引导;
c.所述工作活塞(30)包括穿过所述工作活塞(30)的至少一个开口(31);
d.所述开口(31)基本上沿径向穿过所述工作活塞(30);
e.所述工作活塞(30)包括至少一个侧表面(32),所述侧表面与所述旋转活塞式发动机(1)的外壳(10)相结合来限定最小环形室部段;
f.所述工作活塞(30)的所述侧表面(32)呈大致圆柱形;
g.所述工作活塞(30)包括至少一个滑动件(33),所述滑动件较佳地从所述工作活塞(30)的所述侧表面(32)沿径向突出;
h.从剖面来看,所述滑动件(33)呈渐开线形;
i.所述滑动件(33)与所述旋转活塞式发动机(1)的外壳(10)以及所述工作活塞(30)的所述侧表面(32)相结合来限定较佳地从各侧密封的环形室部段;
j.所述工作活塞(30)包括多个滑动件(33),所述滑动件关于所述工作活塞(30)的所述旋转轴线以规则的角度间隔在所述工作活塞(30)的所述侧表面(32)上突出;
k.所述工作活塞(30)包括三个滑动件(33),所述滑动件关于所述工作活塞(30)的所述旋转轴线以120°的角度间隔从所述工作活塞(30)的侧表面(32)突出;
l.所述开口(31)止于所述滑动件(33)的肩部、较佳地止于所述滑动件(33)的沿旋转方向定位在背面的肩部;
m.所述工作活塞(30)设计成单壁式圆柱体;
n.所述工作活塞(30)与辅助活塞(35)相结合而起到限定具有可变体积的至少一个膨胀腔室的作用;
o.所述辅助活塞(35)包括大致圆柱形的侧表面;
p.所述辅助活塞(35)包括与所述工作活塞(30)的滑动件(33)的数目相一致的多个凹陷部(36);
q.所述工作活塞(30)和所述辅助活塞(35)以确保滑动件(33)密封接纳于凹陷部(36)内的方式来彼此滚动;
r.所述工作活塞(30)和所述辅助活塞(35)能以强制同步的方式来旋转;
s.所述膨胀级(3)包括可调节控制元件(630),所述可调节控制元件交替地允许和阻止所述被点燃的工作气体从所述膨胀级(3)漏出。
6.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有点燃室(60),所述点燃室符合至少一个以下要求:
a.所述点燃室(60)是至少在一些部段内径向地定位在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)内和/或径向地定位在所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)内;
b.所述点燃室(60)能在所述工作活塞(20)的较佳是可调节的转角范围内与所述压缩级(2)连通;
c.所述点燃室(60)能在所述工作活塞(30)的较佳是可调节的转角范围内与所述膨胀级(3)连通;
d.所述点燃室(60)能在所述工作活塞(30)的较佳是可调节的转角范围内既不与所述压缩级(2)、也不与所述膨胀级(3)连通;
e.所述点燃室(60)包括点燃室进口(62,63,64),所述点燃室进口能在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)的较佳是可调节的转角范围内经由所述开口(21)与所述压缩腔室连通;
f.所述点燃室(60)包括点燃室出口,所述点燃室出口能在所述压缩级(3)的所述工作活塞(30)的较佳是可调节的转角范围内经由所述开口(31)与所述膨胀腔室连通;
g.所述点燃室(60)包括火花塞(65),所述火花塞定向成大致平行于所述工作活塞(20,30)的旋转轴线;
h.所述点燃室(60)是至少在一些部段内轴向地定位在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)内和/或轴向地定位在所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)内;
i.所述点燃室(60)至少在一些部段内设计成在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)内和/或至少在一些部段内设计成在所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)内,而所述点燃室部段(602,603)较佳地沿径向和/或沿周向彼此偏移地设置,并较佳地尺寸不同;
j.所述点燃室(60)与所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)的轴线偏心地和/或与所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)的轴线偏心地设置,而所述点燃室(60)离开所述工作活塞(20,30)的轴线的距离较佳地大于所述点燃室(60)离开所述工作活塞(20,30)的侧表面(22,32)的距离;
k.所述点燃室出口径向定位和/或沿周向相对于所述点燃室进口偏移,较佳地径向在所述点燃室进口之外和/或沿所述工作活塞(20,30)的旋转方向与所述点燃室进口偏移。
7.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有控制台(6),所述控制台符合至少一个以下要求:
a.所述控制台(6)可调节地、并较佳是可枢转地设置在所述旋转活塞式发动机(1)的所述外壳(10)内;
b.所述控制台(6)相对于所述旋转活塞式发动机(1)的所述外壳(10)能够关于所述工作活塞(20,30)的所述旋转轴线转过+/-30°、优先是+/-20°、较佳是+/-10°、且特别较佳地是+/-5°的角度;
c.所述点燃室(60)和/或所述点燃室进口(62,63,64)和/或所述点燃室出口和/或所述火花塞(65)设置在所述控制台(6)内;
d.所述控制台(6)包括第一圆柱形部段(61),所述第一圆柱形部段径向定位在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)内;
e.所述控制台(6)包括第二圆柱形部段(66),所述第二圆柱形部段径向定位在所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)内。
8.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有外壳(10),所述外壳符合至少一个以下要求:
a.所述外壳(10)由大致为板形(101,102,103,104)的多个部件构成;
b.所述外壳(10)包括正面外壳盖(101)、用于所述压缩级(2)的外壳框架(102)、用于所述膨胀级(3)的外壳框架(103)和背面外壳盖(104);
c.至少两个外壳部件(101,102,103,104)彼此密封;
d.所述外壳(10)包括大致方形的外廓;
e.所述外壳(10)包括用于燃料进口的接口(11)和/或用于外壳冷却循环的接口(12)和/或用于控制台冷却循环的接口(13)和/或排出口(14)和/或用于传递数据和信号的接口(15,16);
f.所述外壳(10)包括燃料进口,球形止回放置于所述燃料进口内。
9.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有至少一根轴(4,5),所述至少一根轴符合至少一个以下要求:
a.所述轴(4,5)可旋转地定位在所述外壳(10)内;
b.所述轴(4,5)完全穿过整个外壳(10)延伸,并在相对侧从所述外壳(10)突出;
c.所述轴设计成工作轴(4),所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)和/或所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)固定地或可调节地定位在所述工作轴上;
d.所述轴设计成辅助轴(5),所述压缩级(2)的所述辅助活塞(25)和/或所述膨胀级(3)的所述辅助活塞(35)固定地或可调节地定位在所述辅助轴上;
e.所述工作轴和所述辅助轴(4,5)借助传动装置来联接;
f.所述传动装置设计成齿轮传动系;
g.所述齿轮传动系的齿轮(40,50)放置在所述外壳之外;
h.所述齿轮传动系的齿轮(40,50)设计成圆柱齿轮,较佳地是具有斜齿的圆柱齿轮;
i.所述传动装置的传动比是1:1。
10.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有至少一个、较佳是两个单独的冷却循环。
11.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有用于处理所述工作气体的化油器
12.如前述权利要求中任一项所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,所述旋转活塞式发动机(1)具有喷射器,所述喷射器用于将所述工作气体喷入所述压缩级(2)或所述点燃室(60)内。
13.一种旋转活塞式发动机(1),所述旋转活塞式发动机包括压缩级(2)和膨胀级(3)以及点燃室(60),所述压缩级和所述膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞(20,30),所述点燃室用于点燃和燃烧所述工作气体,其特征在于,所述点燃室(60)能在对应的工作活塞(20,30)的可调节的转角范围内与所述压缩级(2)和/或与所述膨胀级(3)连通。
14.如权利要求13所述的旋转活塞式发动机(1),其特征在于,根据所测量的变量来控制或调节所述点燃室(60)的能与所述压缩级(2)和/或与所述膨胀级(3)连通的对应的工作活塞(20,30)的可调节的转角范围,所述变量较佳是所述对应的工作活塞(20,30)的转速。
15.一种旋转活塞式发动机(1),所述旋转活塞式发动机包括压缩级(2)和膨胀级(3)以及点燃室(60),所述压缩级和所述膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞(20,30),所述点燃室用于点燃和燃烧所述工作气体,其特征在于,所述点燃室(60)至少在一些部段内径向地定位在所述压缩级(2)的所述工作活塞(20)内和/或径向地定位在所述膨胀级(3)的所述工作活塞(30)内。

说明书全文

旋转活塞发动机

[0001] 本发明涉及一种旋转活塞式发动机,其包括压缩级和膨胀级,压缩级和膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞。
[0002] 由WO 2008/071326A1已知通用的旋转活塞式发动机。
[0003] 旋转活塞式发动机一种是基于旋转的和功能上彼此对应的旋转活塞的内燃机,该旋转活塞用于压缩燃烧气体和膨胀已燃烧的气体。在本发明书的情况下,燃烧气体和已燃烧气体将简单地被称为工作气体。对于旋转活塞式发动机,工作气体的压缩和工作气体从压缩级到膨胀级的输送对于发动机效率来说是决定性的。与具有活塞—连杆曲轴的诸如奥托发动机的往复活塞式发动机相比,旋转活塞式发动机具有明显更高转速;然而,它们执行相同的工作冲程,即:吸入、压缩、点燃和膨胀。由于旋转活塞式发动机的压缩体积明显小于往复活塞式发动机的压缩体积,所以在工作冲程循环之间发生明显更多的气体传递,且功率密度高得多。
[0004] 实现用于在工作冲程循环之间运送工作气体的较短至极短气体路径或管路部段是重要的要求。
[0005] 本发明的任务是提供一种旋转活塞式发动机,其允许比传统的旋转活塞式发动机更短的气体路径。
[0006] 为了实现本发明的任务,根据权利要求1来提供一种旋转活塞式发动机。它包括压缩级和膨胀级,压缩级和膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转工作活塞,而压缩级和膨胀级的工作活塞沿轴向彼此相继地设置,且较佳地可绕共同的旋转轴线旋转。因此,压缩级和膨胀级的工作活塞可以沿轴向、即沿旋转轴线交叠地并彼此紧邻地设置,从而与传统的解决方案相比大幅缩短压缩级和膨胀级之间的气体路径,这解决了本发明的任务。较佳地,与工作活塞相结合而起到形成具有可变体积的压缩腔室和膨胀腔室作用的辅助活塞沿轴向相继设置和/或能绕共同的轴线转动,从而使工作活塞和辅助活塞的旋转运动能容易地同步。
[0007] 在从属权利要求中要求了本发明的有利的其它改进。
[0008] 有利的是,将压缩级和膨胀级的工作活塞定位在共同的轴上。压缩级和膨胀级的工作活塞较佳地被设计成不可转动地连接或构造成单体。这将使膨胀级根据航空燃气轮机的原理几乎无损失地驱动压缩级。这将使得不必在膨胀级和压缩级之间设置联接件或另一动传动装置。
[0009] 有利的是,为了进行点燃,使被压缩的工作气体沿工作活塞的旋转轴线方向径向向内偏转。这将允许发动机利用压缩级和/或膨胀级的工作活塞内的体积以点燃和燃烧工作气体,并因此使膨胀级和压缩级之间的气体路径相比于传统方案进一步缩短。
[0010] 作为本发明的有利改进,压缩级应符合至少一个以下要求:
[0011] 为了进行点燃,将被压缩的工作气体通过工作活塞而被引导。通过引导,被压缩的工作气体能以较短路径导入定位在工作活塞内的点燃室内。较短的管路距离将使压力损失较小,且有高压缩比。
[0012] 工作活塞包括穿过该工作活塞的至少一个开口。较佳地,压缩级、特别是压缩腔室能在工作活塞的一定转范围内经由该开口与点燃室直接连通,该压缩腔室由工作活塞、外壳和与工作活塞结合作用的辅助活塞构成。为了防止已被排挤的工作气体流回压缩腔室内,可以在压缩腔室和点燃室之间、较佳地在开口区域内放置有止回单向阀。然后,该阀将仅允许工作气体压缩腔室进入点燃室,而不可反向。较佳地,开口包括沿轴向彼此间隔开的多个平行的孔。
[0013] 开口基本上沿径向穿过工作活塞。这将允许被压缩的工作气体能以最短路径导入定位在工作活塞内的点燃室内。这将使压力损失减到最小,并特别是产生较高的压缩比。
[0014] 工作活塞包括侧表面,该侧表面与旋转活塞式发动机的外壳一起限定至少一个环形室部段。在此环形室部段内,工作气体能在工作活塞的连续旋转过程中被吸入、混合和压缩。
[0015] 工作活塞的侧表面大致呈圆柱形。这将允许对形成于外壳和侧表面之间的环形室部段进行理想地密封。然而,工作活塞的侧表面还可设计成凹入或凸出的形状。
[0016] 工作活塞包括至少一个滑动件(Schieber),该滑动件较佳地从工作活塞的侧表面沿径向突出。在工作活塞的连续旋转过程中,滑动件将允许被吸入外壳和侧表面之间的环形室部段内的工作气体被理想地吸入、混合和压缩。
[0017] 沿横截面来看,该滑动件呈渐开线形。以此形状,滑动件的肩部(Flanke)形成渐开线的各部分。这确保工作活塞和辅助活塞从横截面来看在三个位点特别紧密地彼此面对并因此特别好地彼此密封。这还将产生工作气体的最佳流动特性。滑动件较佳地从底部向顶部渐缩,并在冠部形成锐角。
[0018] 滑动件与旋转活塞式发动机的外壳以及工作活塞的侧表面相结合限定较佳地从各侧密封的环形室部段。这将允许将压缩级的工作体积分成多个分离的部段。
[0019] 工作活塞包括多个滑动件,这些滑动件关于工作活塞的旋转轴线以规则的角度间隔从工作活塞的侧表面突出。这种设计使工作活塞每转一圈所进行的工作循环数任意地增大。
[0020] 工作活塞包括三个滑动件,这三个滑动件关于工作活塞的旋转轴线以120°的角度间隔从工作活塞的侧表面突出。当滑动件的数目等于三个时,发动机的性能特征特别有利。
[0021] 开口止于滑动件的肩部、较佳地止于滑动件的沿转动方向定位在正面的肩部。这允许最佳地利用压缩腔室的体积,特别是可以实现特别高的压缩比。
[0022] 工作活塞设计成带衬里的中空圆柱体,工作活塞的内圆柱体较佳地具有大于工作活塞的外圆柱体的轴向长度。这将使工作活塞具有非常牢固的设计。
[0023] 工作活塞与辅助活塞相结合而起到限定具有可变体积的至少一个压缩腔室的作用。较佳地,工作活塞和辅助活塞与外壳相结合而形成具有一定体积的压缩腔室,该体积在工作活塞与辅助活塞沿计划的旋转方向彼此滚动 的过程中减小。
[0024] 工作活塞与辅助活塞相结合而起到限定具有可变体积的至少一个吸入腔室的作用。较佳地,工作活塞和辅助活塞与外壳相结合而形成具有一定体积的吸入腔室,该体积在工作活塞与辅助活塞沿计划的旋转方向彼此滚动的过程中增大。
[0025] 辅助活塞大致包括圆柱形侧表面。
[0026] 辅助活塞包括与工作活塞的滑动件的数目相一致的多个凹陷部。
[0027] 工作活塞与辅助活塞将根据渐开线啮合齿、并较佳地彼此不接触地滚动,而滑动件被密封地接纳于凹陷部内。
[0028] 工作活塞与辅助活塞可以强制同步地转动。
[0029] 压缩级包括可调节的控制元件,该控制元件交替地允许和阻止被压缩的工作气体从压缩级漏出。
[0030] 作为本发明的有利改进,膨胀级应符合至少一个以下要求:
[0031] 点燃的工作气体为了进行膨胀而被径向向外、远离工作活塞的旋转轴线地引导。较短的管路距离将产生较少的压力损失和高效的旋转活塞式发动机。
[0032] 为了进行膨胀,被点燃的工作气体通过膨胀级的工作活塞而被引导。这允许被点燃的工作气体以较短路径传递到膨胀腔室内。这将产生非常小的压力损失和非常高效的旋转活塞式发动机。
[0033] 工作活塞包括穿过该工作活塞的至少一个开口。较佳地,膨胀级、特别是膨胀腔室能在工作活塞的一定转角范围内经由开口与点燃室直接连通,该膨胀腔室由工作活塞、外壳和与工作活塞相结合而作用的辅助活塞构成。较佳地,穿过膨胀级的工作活塞的开口的总体横截面面积大于穿过压缩级的工作活塞的开口的横截面面积。
[0034] 开口基本上沿径向穿过工作活塞。这允许被点燃的工作气体以最短路径传递到膨胀腔室内。这将产生特别小的压力损失和特别高效的旋转活塞式发动机。
[0035] 工作活塞包括侧表面,该侧表面与旋转活塞式发动机的外壳相结合而限定至少一个环形室部段。在此环形室部段内,被点燃的工作气体在工作活塞的连续旋转过程中能最佳地进行膨胀和排出。
[0036] 工作活塞的侧表面大致呈圆柱形。这将允许对形成于外壳和侧表面之间的环形室部段进行理想地密封。然而,工作活塞的侧表面还可设计成凹入或凸出形状。
[0037] 工作活塞包括至少一个滑动件,该滑动件较佳地从工作活塞的侧表面径向突出。在工作活塞的连续旋转过程中,滑动件的作用是使由工作气体的燃烧所释放的能量最佳地作用于工作活塞并将该能量转换成旋转能量。
[0038] 从横截面来看,滑动件呈渐开线形状。以此形状,滑动件的肩部形成渐开线的各部分。这确保工作活塞和辅助活塞从横截面看是在三个位点处特别紧密地彼此面对,并因此特别良好地彼此密封。这还将产生工作气体的最佳流动特性。该横截面形状将有利于膨胀工作气体在形成于外壳和侧表面之间的环形室部段内的流动特性。
[0039] 滑动件与旋转活塞式发动机的外壳以及工作活塞的侧表面结合限定较佳地从各侧密封的环形室部段。这将允许将膨胀级的工作体积分成多个分离的部段。
[0040] 工作活塞包括多个滑动件,这些滑动件关于工作活塞的旋转轴线以规则的角度间隔从工作活塞的侧表面突出。这种设计使工作活塞每转一圈所进行的工作冲程数任意地增大。
[0041] 工作活塞包括三个滑动件,这三个滑动件关于工作活塞的旋转轴线以120°的角度间隔从工作活塞的侧表面突出。当采用该数目的滑动件时,发动机的性能可以特别有利。
[0042] 开口止于滑动件的肩部、较佳地止于滑动件的沿转动方向定位在背面的肩部。这允许将被点燃的工作气体的膨胀能量用作使工作活塞加速的附加驱动力。止于滑动件肩部的开口较佳地起到喷管的作用,以允许在工作气体排出时对工作活塞加载一扭矩
[0043] 工作活塞设计成单壁圆柱体。借助此设计,工作活塞能以低成本方式来制造。
[0044] 工作活塞与辅助活塞相结合而起到限定具有可变体积的至少一个膨胀腔室的作用。较佳地,工作活塞和辅助活塞与外壳相结合而形成具有一定体积的膨胀腔室,该体积在工作活塞与辅助活塞沿计划的旋转方向彼此滚动的过程中增大。
[0045] 辅助活塞基本上包括圆柱形侧表面。
[0046] 辅助活塞包括与工作活塞的滑动件的数目相一致的多个凹陷部。
[0047] 工作活塞与辅助活塞将根据渐开线啮合齿、较佳地彼此不接触地滚动,而滑动件密封地接纳于凹陷部内。
[0048] 工作活塞与辅助活塞可以强制同步地转动。
[0049] 膨胀级包括可调节的控制元件,该控制元件交替地允许和阻止工作气体从膨胀级漏出。
[0050] 对于旋转活塞式发动机有利的是具有符合至少一个以下要求的点燃室:
[0051] 点燃室至少在一些部段内径向地定位在压缩级的工作活塞内和/或径向地定位在膨胀级的工作活塞内。此结构特别地紧凑。
[0052] 点燃室能在工作活塞的较佳是可调节的转角范围内与压缩级和特别是压缩腔室连通。这将防止被压缩的工作气体突然地传递到点燃室内。这将产生更好的燃烧特性。最佳的点燃时刻和用于将工作气体传递到点燃室内的最佳时间窗根据旋转活塞式发动机的运行状况而不同。根据本发明所设计的、用于将工作气体传递到点燃室内的时间窗的可调节性和/或根据本发明所设计的、与设定压缩级的工作活塞的转角位置有关的点燃时刻的可调节性可以大幅改善旋转活塞式发动机的性能。
[0053] 点燃室能在工作活塞的较佳是可调节的转角范围内与膨胀级、特别是与膨胀腔室连通。这将防止被点燃的工作气体突然地传递到膨胀腔室内。这将产生更好的膨胀特征。特别是,工作活塞的滑动件可以垂直地加载有膨胀的工作气体的力。这将确保最大可能地利用工作能量的膨胀能量。用于将工作气体传递到点燃室内的最佳时间窗根据旋转活塞式发动机的运行状况而不同。根据本发明所设计的、用于将工作气体传递到点燃室内的时间窗的可调节性可以大幅改善旋转活塞式发动机的性能,该时间窗与设定膨胀级的工作活塞的转角位置有关。
[0054] 点燃室能在工作活塞的较佳是可调节的转角范围内既不与膨胀级也不与压缩级连通。这将允许被压缩的工作空气无须专的阀也能包含于点燃室内。
[0055] 点燃室包括点燃室进口,该点燃室进口能在压缩级的工作活塞的较佳是可调节的转角范围内经由开口与压缩腔室连通。
[0056] 点燃室包括点燃室出口,该点燃室出口能在膨胀级的工作活塞的较佳是可调节的转角范围内经由开口与膨胀腔室连通。
[0057] 点燃室包括火花塞,该火花塞定向成大致平行于工作活塞的旋转轴线。
[0058] 点燃腔室至少在一些部段内轴向地定位在压缩级的工作活塞内和/或轴向地定位在膨胀级的工作活塞内。
[0059] 点燃室至少在一些部段内设计成在压缩级的工作活塞内和/或设计在膨胀级的工作活塞内,而点燃室部段较佳地沿径向和/或沿周向彼此偏移地定向并且较佳地尺寸不同。
[0060] 点燃室与压缩级的工作活塞的轴线偏心地和/或与膨胀级的工作活塞的轴线偏心地设置,而点燃室离开工作活塞的轴线的距离较佳地大于点燃室离开工作活塞的侧表面的距离。
[0061] 点燃室出口沿径向和/或沿周向相对于点燃室进口偏移,较佳地沿径向位于点燃室进口之外和/或沿工作活塞的旋转方向与点燃室进口偏移。
[0062] 对于旋转活塞式发动机有利的是具有符合至少一个以下要求的控制台:
[0063] 控制台可调节地并较佳是可枢转地设置于旋转活塞式发动机的外壳内。
[0064] 控制台相对于旋转活塞式发动机的所述外壳能够关于工作活塞的旋转轴线转过+/-30°、优先是+/-20°,较佳是+/-10°并特别较佳地是+/-5°的角度。
[0065] 点燃室和/或点燃室进口和/或点燃室出口和/或火花塞设置在该控制台内。
[0066] 控制台包括第一圆柱形部段,该第一圆柱形部段径向定位在压缩级的工作活塞内。该部段较佳地不具有储存功能,并与压缩级的工作活塞的内圆柱体和/或外圆柱体略隔开,因而产生小间隙。如果有必要,也可以在控制台的第一圆柱形部段与压缩级的工作活塞之间设置有凹槽球轴承。较佳地,第一圆柱形部段包括点燃室进口,该点燃室进口在侧表面上具有沿周向延伸的凹槽或凹口。在压缩级的工作活塞的对应转角范围内,该凹槽或凹口将碰到压缩级的工作活塞内的开口,并将能与此开口连通,以使被压缩的工作气体可流入点燃室内。较佳地,开口沿压缩级的工作活塞的旋转方向位于凹槽或凹口末端处,经由该开口,凹槽或凹口可与通入点燃室内的通道连通。较佳地,对于压缩级的工作活塞处的每个滑动件的开口设有对应的凹槽或凹口。
[0067] 控制台包括第二圆柱形部段,该第二圆柱形部段径向定位在膨胀级的工作活塞内。此部段较佳地不具有储存功能,并与膨胀级的工作活塞略间隔开,以产生小间隙。如果有必要,可以在控制台的第二圆柱形部段与膨胀级的工作活塞之间设有凹槽球轴承。较佳地,控制台在第二圆柱形部段的侧表面上具有点燃室出口,该点燃室出口具有沿周向延伸的至少一个开口;该开口还在膨胀级的工作活塞的对应转角范围内碰到膨胀级的工作活塞内的开口,并由此能与此开口连通。为每个点燃室出口较佳地在膨胀级的工作活塞处的每个滑动件设有对应开口。
[0068] 对于旋转活塞式发动机有利的是具有符合至少一个以下要求的外壳:
[0069] 外壳由大致为板形的多个部件构成。模化的设计将便于外壳组装。
[0070] 外壳包括正面外壳盖、用于压缩级的外壳框架、用于膨胀级的外壳框架和背面外壳盖。通过用于压缩级和膨胀级的外壳框架的分离以及位于两侧的外壳盖将允许对应部件的最佳组装。
[0071] 至少两个外壳部件彼此密封。在旋转活塞式发动机的运行过程中,这将产生较小的压力损失和高效率。
[0072] 外壳大致包括方形外廓。此结构特别地紧凑和牢固。
[0073] 外壳包括用于燃料进口的接口和/或用于外壳冷却循环的接口和/或用于控制台冷却循环的接口和/或排出口和/或用于传递数据和信号的接口。这将允许根据本发明的旋转活塞式发动机容易地连接到现有设备。
[0074] 外壳包括燃料进口,球形止回阀放置于该燃料进口内。
[0075] 对于旋转活塞式发动机有利的是具有符合至少一个以下要求的至少一根轴:
[0076] 轴可旋转地定位在外壳内。
[0077] 轴完全延伸穿过整个外壳,并在相对侧从外壳突出。
[0078] 轴设计成工作轴,压缩级的工作活塞和/或膨胀级的工作活塞固定地或可调节地定位在该工作轴上。
[0079] 轴设计成工作轴,压缩级的工作活塞和/或膨胀级的工作活塞固定地或可调节地定位在该工作轴上。
[0080] 工作轴和辅助轴借助传动装置来联接。
[0081] 传动装置设计成齿轮传动系。
[0082] 齿轮传动系的齿轮设置在外壳外。
[0083] 齿轮传动系的齿轮设计成圆柱齿轮,较佳地是具有斜齿的圆柱齿轮。
[0084] 传动装置的传动比是1:1。
[0085] 有用的是旋转活塞式发动机具有至少一个冷却循环。较佳地,旋转活塞式发动机包括例如用于外壳和/或用于控制台的至少两个单独的冷却循环。
[0086] 有助的是旋转活塞式发动机具有用于处理工作气体的化油器
[0087] 有用的是旋转活塞式发动机包括喷射器,该喷射器用于将工作气体喷入压缩级或点燃室内。
[0088] 本发明的另一方面应用于一种旋转活塞式发动机,该旋转活塞式发动机包括压缩级和膨胀级以及点燃室,压缩级和膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的旋转的工作活塞,该点燃室用于点燃和燃烧工作气体,而点燃室能在对应的工作活塞的可调节转角范围内与压缩级和/或与膨胀级连通。可以较佳地调节转角范围的起始和/或结束,和/或可以使控制转角范围总体移位。在第一可调节的转角范围内,点燃室较佳地仅能与压缩级连通;在第二可调节的转角范围内,点燃室较佳地既不能与压缩级也不能与膨胀级连通;在第三可调节的转角范围内,点燃可以较佳地仅与膨胀级连通。根据本发明的该方面的旋转活塞式发动机可以与说明书或权利要求书中所阐释的每个特征结合。
[0089] 有利的是,根据所测量到的变量来控制或调节点燃室能与压缩级和/或与膨胀级连通的工作活塞的对应转角范围,该变量较佳地是对应工作活塞的转速。可以较佳地调节或控制转角范围的起始和/或结束,和/或可以总地控制转角范围的移位。
[0090] 本发明的另一方面应用于一种旋转活塞式发动机,该旋转活塞式发动机包括压缩级和膨胀级以及点燃室,压缩级和膨胀级分别具有用于压缩和膨胀工作气体的转动的工作活塞,该点燃室用于点燃和燃烧工作气体,而点燃室能至少分部段地径向定位在压缩级的工作活塞内和/或径向定位在膨胀级的工作活塞内。根据本发明的该方面的旋转活塞式发动机可以与说明书或权利要求书中所阐释的每个特征结合。
[0091] 根据该设计,旋转活塞式发动机是基于汽油的自点燃式发动机。旋转活塞式发动机较佳地包括炽热线圈(Glühspirale),以点着点燃室内的工作气体。炽热线圈较佳地设置在外壳上的可调节位置,以确保精确和自动的点燃。旋转活塞式发动机较佳地具有喷射器阀,以直接将燃料喷射到点燃室内。较佳地,可以调节喷射器阀在外壳上的位置。这将有助于确保喷射时刻和点燃时刻精确地同时进行。替代地,燃料可以已喷射到压缩级2内或吸入通道内。
[0092] 根据一种设计,旋转活塞式发动机的效率将通过实施从废气中回收能量的措施来进一步增加。较佳地,从旋转活塞式发动机的废气中借助至少一个换热器和/或经由至少一个涡轮机来回收能量;此能量将回馈到旋转活塞式发动机内。然而,从废气中回收的能量还可用于使其它耗能部件运行。较佳地,废气能量用于加热和/或预压缩所吸入的空气。
[0093] 由权利要求书和说明书中阐释的特征的组合来得到本发明的其它有利改进。附图说明
[0094] 图1示出根据本发明的旋转活塞式发动机的侧视图。
[0095] 图2示出根据本发明的旋转活塞式发动机的正视图。
[0096] 图3示出剖过工作轴和辅助轴的图2的剖面III-III。
[0097] 图4示出根据本发明的旋转活塞式发动机的正面的立体图。
[0098] 图5示出根据本发明的旋转活塞式发动机的正面的另一立体图。
[0099] 图6示出根据本发明的旋转活塞式发动机的背面的立体图。
[0100] 图7示出根据本发明的旋转活塞式发动机的后视图。
[0101] 图8示出根据本发明的旋转活塞式发动机的背面的局部立体图。
[0102] 图9示出根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的局部立体图,其中具有控制台、但没有圆柱齿轮。
[0103] 图10示出根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的立体图,其中具有控制台和圆柱齿轮。
[0104] 图11示出根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的另一立体图,其中具有控制台和圆柱齿轮。
[0105] 图12示出根据本发明的联接好的旋转活塞式发动机的工作轴和辅助轴的局部立体图。
[0106] 图13示出根据本发明的旋转活塞式发动机的控制台的立体图。
[0107] 图14示出根据本发明的旋转活塞式发动机的控制台的另一立体图。
[0108] 图15示出根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的分解图。
[0109] 图16示出根据本发明的适当组装状态下的联接好的旋转活塞式发动机的控制台和工作轴的局部立体图。
[0110] 图17示出根据本发明的适当组装状态下的旋转活塞式发动机的前部的立体图,其中不具有任何圆柱齿轮且不具有正面外壳盖。
[0111] 图18示出在压缩级的工作状态下的、根据本发明的适当组装的旋转活塞式发动机,其中不具有圆柱齿轮且不具有正面外壳盖。
[0112] 图19示出在膨胀级的第一工作状态下的、根据本发明的示意性适当组装的旋转活塞式发动机,其中不具有圆柱齿轮且不具有正面外壳盖。
[0113] 图20示出在膨胀级的第二工作状态时根据本发明的示意性适当组装的旋转活塞式发动机,其中不具有圆柱齿轮且不具有正面外壳盖。
[0114] 图21示出作为本发明的第二实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的示意剖视图。
[0115] 图22示出作为本发明的第三实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的示意剖视图。
[0116] 图23示出作为本发明的第三实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴和辅助轴的示意侧视图,而膨胀级和压缩级的工作轴和辅助轴显示为重叠。
[0117] 图24示出作为本发明的第四实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的示意剖视图。
[0118] 图25示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的示意剖视图。
[0119] 图26示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴和辅助轴的示意侧视图,而膨胀级和压缩级的工作轴和辅助轴部分显示为重叠。
[0120] 图27示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的示意剖视图。
[0121] 图28示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的工作轴的示意侧视图,而膨胀级和压缩级的工作活塞显示为重叠。
[0122] 图29示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的压缩级的工作活塞和辅助活塞的示意侧视图,而图29A示出处于开始加载点燃室的转角位置的压缩级的工作活塞和辅助活塞,而图29B示出在点燃室加载结束时压缩级的工作活塞和辅助活塞。
[0123] 图30示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的膨胀级的工作活塞和辅助活塞的示意侧视图,而图30A示出处于点燃室开始卸载时的转角位置的膨胀级的工作活塞和辅助活塞,而图30B示出在点燃室卸载结束时膨胀级的工作活塞和辅助活塞。
[0124] 图31示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的压缩级的控制环的不同视图,图31A示出图31C的A-B剖面,而图31B示出图31C的视图A,图31C示出图31A的C-D剖面。
[0125] 图32示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的膨胀级的控制环的不同视图,图32A示出图32C的E-F剖面,而图32B示出图32C的视图B,图32C示出图32A的G-H剖面。
[0126] 图33示出作为本发明的第六实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机的示意剖视图。

具体实施方式

[0127] 第一实施例
[0128] 接下来将参照图1至18详细描述根据本发明的具有不同部件的旋转活塞式发动机1的结构。
[0129] 外壳
[0130] 图1示出了根据本发明的旋转活塞式发动机1的侧视图。根据本发明的旋转活塞式发动机1的外壳10包括正面外壳盖101、用于压缩级2的外壳框架102、用于膨胀级3的外壳框架103以及背面外壳盖104。框架部件通过例如呈螺栓105形式的固件保持在一起,紧固件穿过框架部件102、103以及正面和背面外壳盖101和104。外壳包括各种外围接口,诸如用于燃料进给11的连接件(图2)、用于外壳冷却循环的连接件12(图2)、用于控制台冷却循环的连接件13、排气管或排气口14、用于火花塞15的连接器、点火电线16和用于控制台6的调节装置17。也可以附加地设计用于电子数据和/或信号传递的接口。工作轴4和它旁边的辅助轴5延伸穿过外壳。这些轴经由外壳10外侧的圆柱齿轮40、50耦合,以使工作轴4和辅助轴5的旋转对应地耦合并强制同步。外壳的一个开口接纳所谓的控制台
6,该控制台绕工作轴4的旋转轴线相对于外壳10转动,同时,可以使用调节装置17来调节控制台6相对于外壳10的旋转位置和转角位置。
[0131] 图2示出根据本发明的旋转活塞式发动机1的正视图。可以看到,外壳10呈大致方形,在顶部和底部处具有圆角,圆角的曲率中心与工作轴4和辅助轴5的旋转轴线重合。如果沿正面和背面外壳盖101、104的对应外侧处的工作轴4和辅助轴5的旋转轴线测量,则外壳10的深度约是175毫米,总高度为约465毫米。工作轴和辅助轴从正面外壳盖101突出约87毫米。排出口14从背面外壳盖104的外侧突出约124毫米。因此,如果沿工作轴4和辅助轴5的旋转轴线从由正面外壳盖101突出的工作轴4和辅助轴5到排出口14的端部测量,则根据本发明的旋转活塞式发动机的总深度为约386毫米。如果垂直于工作轴4和辅助轴5的旋转轴线测量,则不计入排出口14的外壳总宽度为约311毫米,计入排出口的外壳总宽度为约373毫米。外壳10的尺寸可依根据本发明的旋转活塞式发动机1的所需额定功率而不同。
[0132] 图3示出剖过旋转活塞式发动机1的工作轴4和辅助轴5的图2中的剖面III-III。该附图还显示外壳10的各部件,即,正面外壳盖1、用于压缩级2的外壳框架2、用于膨胀级3的外壳框架103和背面外壳盖4。通过多个滚子轴承、较佳地是径向推力球轴承,通过多个滚子轴承、较佳地是径向推力球轴承,工作轴4相对于外壳10或正面外壳盖101以及相对于控制台6枢转,并因此能相对于外壳10和控制台6转动。在工作轴4上不可转动地设置有压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30。通过多个滚子轴承、较佳地是径向推力球轴承,辅助轴5相对于外壳10或正面外壳盖101、背面外壳盖104枢转,并因此能相对于外壳10转动。在辅助轴5上不可转动地设置有压缩级2的辅助活塞25和膨胀级3的辅助活塞35。通过使用径向推力球轴承,外壳10内的工作活塞20、30或辅助活塞25、35的轴向距离可以调节成防止这些活塞与外壳壁的内侧接触并允许工作活塞20、30或辅助活塞25、35和外壳壁之间有最小距离。
[0133] 压缩级的工作活塞
[0134] 压缩级2的工作活塞20包括具有双壁式的大致中空圆柱形。工作活塞20的内圆柱体在外壳10的框架部件102、103的几乎总宽度上延伸,并直接定位在工作轴4上,而外圆柱体的外侧表面22与压缩级2的框架部件102相结合来限定多个用于吸入、混合和压缩工作气体或空气-燃料混合物的腔室2a、2b、2c(图18)。这些腔室由滑动件23分隔。腔室2a、2b、2c(图18)被设计成环形室部段。压缩级2的工作活塞20对于每个滑动件23包括一个穿过工作活塞10外圆柱体的开口21(图9)。该开口沿转动方向形成于每个沿径向从侧表面22突出的滑动件23的正面。开口21包括三个平行的孔,这些孔沿径向穿过工作活塞20的外圆柱体,以在工作活塞20的一定转角范围内能与旋转活塞式发动机1的点燃室60连通。
[0135] 膨胀级的工作活塞
[0136] 与压缩级2的工作活塞20的内圆柱体同心地设置有膨胀级3的大致圆柱形工作活塞30。膨胀级3的工作活塞30的外侧表面32与膨胀级3的框架部件103相结合而构成多个腔室3a、3b、3c(图19和20),这些腔室设计成用于使已点燃的工作气体膨胀的环形室部段。这些腔室由滑动件33分隔开。膨胀级3的工作活塞30对于每个滑动件33包括至少一个开口31(图9),该至少一个开口沿转动方形成于沿径向从侧表面32突出的每个滑动件33的背面。开口31沿径向穿过膨胀级3的工作活塞30,以在工作活塞30的一定转角范围内能与旋转活塞式发动机1的点燃室60连通。
[0137] 压缩级和膨胀级的隔绝
[0138] 呈环形或盘形的分离盘定位在压缩级2的工作活塞20和正面外壳盖101之间、压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30之间以及膨胀级3的工作活塞30与背面外壳盖104之间。这些分离盘较佳地不可转动地定位在工作轴4上,并沿轴向限定压缩级2和膨胀级3中的构造成环形室部段的腔室。压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30之间的分离盘较佳地提供迷宫式密封,以防止工作气体从压缩级2的腔室2a、2b、2c中的一个(图18)泄漏到膨胀级3的腔室3a、3b、3c中的一个(图19和20)内。
[0139] 控制台
[0140] 控制台6能相对于外壳10转动,可以使用调节装置17在预定的角度范围内调节控制台6相对于外壳10的转动位置或角度位置。压缩级2的工作活塞20的外圆柱体非接触地在控制台的第一圆柱形部段61上滑动,而膨胀级3的工作活塞30在控制台6的第二圆柱部段66上滑动。控制台6的第二圆柱形部段66的直径略大于控制台6的第一圆柱形部段61的直径。控制台6(图13)能根据工作活塞20和工作活塞30的转角位置来调节工作气体流入点燃室60和逸出点燃室60。通过使用调节装置17,控制台6能绕压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30的旋转轴线相对于外壳10转过约+/-10°的角度。点燃室60、具有连结点燃室60的轴向连接孔64和径向孔63的点燃室入口62、63、64、点燃室出口和火花塞65放置于或形成于控制台6内。根据规定,火花塞65定向成大致平行于工作活塞20和工作活塞30的旋转轴线。根据规定,控制台6的第一圆柱形部段61径向放置于压缩级2的工作活塞20内,而根据规定,控制台的第二圆柱形部段66径向放置于膨胀级
3的工作活塞30内。点燃室60形成于控制台6的第二圆柱形部段66内,并因此根据规定位于膨胀级3的工作活塞30内的径向位置。对于示例设计,点燃室60具有13.44立方厘米的容积。例如,它通过端铣刀铣入控制台6。在凹槽62的沿工作活塞20和工作活塞30的旋转方向的前端部处的径向进入孔(Eingangsbohrung)63和沿轴向平行于工作活塞20、
30的旋转轴线延伸并通入点燃室60的横向孔或连接孔64关于压缩体积都具有尽可能大的直径,因而能实现最小流动阻力和最大压缩。点燃室出口在控制台6的第二圆柱形部段66内沿上述控制台的周向延伸约60°的转角范围。通过将点燃室60放置于能相对于外壳10转动的控制台6内,点燃室60能在工作活塞20或工作活塞30的可调节转角范围内与压缩级2和膨胀级3连通。此外,点燃室进口62、63、64能在压缩级2的工作活塞20的可调节转角范围内经由压缩级2的工作活塞20内的开口21与压缩腔室连通,而点燃室出口可经由膨胀级3的工作活塞30内的开口31在膨胀级3的工作活塞30的可调节转角范围内与膨胀腔室连通。较佳地,点燃室进口62、63、64和点燃室出口在工作活塞20或工作活塞30的可调节转角范围内被堵塞,以防止点燃室60既不与压缩级2也不与膨胀级3连通,以使压缩的工作气体包含在点燃室60内。较佳地,是在转角范围内点燃被压缩的工作气体。
[0141] 压缩级的辅助活塞
[0142] 如图3中的剖视图可见,压缩级2的工作活塞20的侧表面22相对于压缩级2的辅助活塞25的侧表面、借助渐开线啮合齿在理想情况下不接触地滚动,在工作活塞20的侧表面22上径向突出的渐开线形状的滑动件23以120°的角间隔被接纳于辅助活塞25的侧表面内的对应设计的凹槽形凹陷部26内。
[0143] 膨胀级的辅助活塞
[0144] 以相同的对应方式,膨胀级3的工作活塞30的侧表面32借助渐开线啮合齿相对于膨胀级3的辅助活塞35的侧表面在理想情况下不接触地滚动,在工作活塞30的侧表面32上径向突出的渐开线形状滑动件33以120°的角间隔被接纳于辅助活塞35的侧表面内的对应设计的凹槽形凹陷部36内。在工作轴和辅助轴4、5的滚动过程中,工作活塞20、30与正面外壳盖101、背面外壳盖104之间的分离盘密封地接纳于辅助活塞25、35的对应凹陷部内。
[0145] 为了避免重复,关于其它附图中的附图标记参照上述说明。
[0146] 图4和5示出正面的不同立体图,图6示出背面的立体图,而图7示出根据本发明的旋转活塞式发动机1的后视图。在外壳10的背面上有示出控制台6相对于外壳10的角度位置的刻度。
[0147] 图8示出根据本发明的旋转活塞式发动机1的背面的局部立体图。为了看得清楚,移除了正面外壳盖101和背面外壳盖104的部件和压缩级2和膨胀级3的外壳框架102、103的部件。可看到,工作活塞20、30的滑动件23、33关于共同的旋转轴线以相同的转角和相同的转角间距定向。可以进一步看出,在工作轴和辅助轴4、5的滚动过程中,工作活塞
20、30与外壳部件101、104之间的分离盘是如何密封地接纳于辅助活塞25、35的对应凹陷部内。还可以看到,压缩级2的腔室2a、2b、2c(图18)和膨胀级3的腔室3a、3b、3c(图19和20)是如何在工作活塞和辅助活塞20、25、30、35的侧表面22、32、凹陷部和滑动件23、33之间通过工作活塞20、30与辅助活塞25、35、外壳和分离盘的相互作用来形成。
[0148] 图9示出具有控制台6的根据本发明的旋转活塞式发动机1的工作轴4的局部立体图。为了看得清楚,未示出根据本发明的旋转活塞式发动机1的圆柱齿轮和分离盘,圆柱齿轮和分离盘设计成位于压缩级2的工作活塞20与正面外壳盖101之间。
[0149] 图10和11示出处于适当组装状态的工作轴4的不同立体图,而图12示出工作轴4和辅助轴5的立体图,工作轴和辅助轴经由放置于对应端部处的斜齿的圆柱齿轮40、50联接。这些圆柱齿轮使工作轴4和辅助轴5之间的旋转运动耦合并强制同步。
[0150] 图13示出根据本发明的旋转活塞式发动机1的控制台6的立体图。图14示出控制台6的另一立体图,图15示出具有同轴定位的控制台6的工作轴4的分解图。图16示出适当组装的工作轴4和控制台6的局部立体剖视图。图17和18示出在压缩级2的工作循环中的根据本发明的旋转活塞式发动机1,其不具有圆柱齿轮和正面外壳盖101。图19和20示出在膨胀级的操作的第一和第二工作状态下的根据本发明的旋转活塞式发动机1,其不具有圆柱齿轮和正面外壳盖101。
[0151] 接下来将参照图18至20详细地描述根据本发明的旋转活塞式发动机1的功能原理。
[0152] 图18至20中的箭头指示工作活塞20、30和辅助活塞25、35的计划旋转方向。工作活塞20、30在图18至20中沿顺时针旋转,而辅助活塞25、35逆时针旋转。在图19和20中可以看到,工作活塞20、30的滑动件23、33在点燃时、即在压缩循环结束时并在膨胀循环开始之前的位置。压缩级2和膨胀级3的工作活塞20、30的滑动件23、33分别间隔120°,连同对应的辅助活塞25、35和外壳一起,分别构成三个实施成环形室部段的腔室2a、2b、2c(图18)或3a、3b、3c(图19)。在工作活塞20、30借助渐开线啮合齿而相对于辅助活塞25、35滚动过程中,压缩级的腔室2a、2b、2c中的一个(图18)和膨胀级3的腔室3a、3b、3c中的一个(图19)分别由彼此紧密相接的工作活塞20、30和对应的辅助活塞25、35分开。在图
20中示出具有腔室部段3c*和3c的膨胀级3的分隔开的室3c/3c*。工作活塞30和对应的辅助活塞35的紧密定位造成腔室部段3c*和3c之间由油膜密封的屏障。压缩级2的一个腔室通过工作活塞20和对应的辅助活塞25的紧密定位同样一分为二,其中,在两个腔室部段之间产生屏障。被设计成部分环形的环形室部段的腔室2a、2b、2c或3a、3b、3c在此实施方式中具有约147立方厘米的体积。压缩级2的分隔开的腔室2c的缩小部分形成压缩腔室。压缩级2的分隔开的腔室2c的增大部分形成吸入腔室。膨胀级3的分隔开的腔室
3c/3c*的增大部分形成膨胀腔室。
[0153] 吸入
[0154] 工作气体经由燃料进口11通入压缩腔室2的吸入腔室内,在燃料进口内定位有球形止回阀。混合物的形成借助化油器(未示出)实现,或者燃料通过喷射系统直接运送到压缩腔室2c或点燃室60内。吸入腔室2a的最大体积为约147立方厘米。吸入腔室的体积随着压缩级2的工作活塞20的旋转而变化,以吸入工作气体。当压缩级2的工作活塞20以例如10000转/分钟来旋转时,吸入腔室每转一圈充注三次工作气体。在压缩级2的工作活塞20的连续旋转期间,工作气体在腔室2a和2b内混合。
[0155] 压缩
[0156] 在压缩级2的工作活塞20的连续旋转期间,工作气体在压缩腔室2c内进行压缩。如果滑动件23到达某一转角位置,其中,在该转角位置工作活塞20的开口21滑动到点燃室进口62、63、64的凹槽62,则压缩腔室2c将能与点燃室60连通。工作气体经由压缩级的工作活塞20内的开口21并经由点燃室进口62、63、64被压入点燃室60。气体仅在转角范围等于60°(对应于点燃室进口62、63、64的凹槽62的弧长)时通过工作活塞20的旋转才被压入腔室。在此转角范围内,点燃室进口62、63、64打开,且点燃室出口被堵住,以使点燃室60仅能与压缩级2连通。如果滑动件23超过了60°的转角范围,则点燃室60将再次关闭,并由此中断压缩腔室2c与点燃室之间的连通。被压缩的工作气体体积的约90%因此包含在点燃室60内。剩余的10%的体积将包含于下一循环中。这就是为什么工作活塞20的转速增大将提高压缩率以及因此提高旋转活塞式发动机1的效率。为了防止气体泄漏到点燃室60外,在压缩腔室2c与点燃室60之间设有止回阀。压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30通过定位在工作轴4上的分离盘彼此分开。这将防止被压缩的气体直接从压缩腔室2c进入膨胀腔室3c*。较佳地,在中间分离盘和工作活塞20之间和/或外分离盘和外壳部件101、104之间设有非接触式密封件
[0157] 点燃
[0158] 图18和19示出在点燃时工作活塞20、30的转角位置。在此转角位置,压缩级2的工作活塞20上的滑动件23将被压缩的点燃用混合物挤压到点燃室60内,并且位于辅助活塞25的凹陷部26内。在此转角范围内,点燃室进口62、63、64和点燃室出口都被堵住,以允许点燃室60既不与压缩级2也不与膨胀级3连通。这将确保被压缩的工作气体包含在点燃室60内。当压缩比为11:1时,压力为11巴的工作气体现在由突出到点燃室60内的火花塞65点燃。点燃时刻可以较佳地根据各种可测量变量、通过控制装置与工作活塞20、30的转角位置有关地进行调节或控制,可测量变量是比如工作活塞20、30的转速等。
[0159] 膨胀
[0160] 图20示出就在点燃后不久以及膨胀过程中膨胀级3的工作活塞30的转角位置。此时,膨胀级3的工作活塞30上的滑动件33正从膨胀级3的辅助活塞35的凹陷部36中出来,并通过被点燃的工作气体的膨胀而被驱动。在此转角范围内,点燃室进口62、63、64被堵住,仅点燃室出口打开,以允许点燃室60仅与膨胀级3连通。膨胀级3的工作活塞30具有彼此偏移120°的三个端面侧开口31。每隔120°,工作活塞30的开口31和点燃室出口连通,而被点燃的工作气体在约60°的转角范围内被压入膨胀腔室。在燃烧和膨胀之后,吸入的气体体积需要更大的空间,而从点燃室60逸出的燃烧气体的体积瞬间增大。已燃烧的工作气体经由滑动件33的沿旋转方向在背面的肩部内的开口31排到膨胀腔室3c*内。所产生的压力造成垂直于旋转轴线(沿滑动件33的切向)作用的力,以允许膨胀级3的工作活塞30或整个工作轴以恒定的扭矩来加载。由此,在任何时候都能得到由压力造成的最大扭矩,例如以驱动车辆或其它类似物。燃烧气体可以在燃烧和膨胀过程之后从膨胀级
3逸出,并将随后通过排出口14排出。根据航空燃气轮机的原理,膨胀级3的工作活塞30驱动压缩级2的工作活塞20。
[0161] 密封设计
[0162] 压缩级2和膨胀级3的腔室部段2a、2b、2c(图18)或3a、3b、3c(图19和20)例如相对于外壳通过非接触式密封件来密封,以将被压缩的工作气体仅压入点燃室内,并且不让膨胀的工作气体在点燃后进入压缩腔室。
[0163] 点燃时刻的精调
[0164] 通过转动设计成调节螺钉的调节装置17,控制台6能在外壳10内转动。因此,此转动能调节点燃室60的位置。与通过本发明所设想的点燃时刻的可调节性结合,可以精确地调节工作气体的启动。
[0165] 较佳的实施方式和部件
[0166] 根据当前发展状态,将旋转活塞式发动机1设计成压缩比为约11:1、每转一圈点燃三次的液体冷却式旋转活塞式发动机。工作轴4和辅助轴5的传动比是1:1。该点燃通过NGK M16x1(两极)型火花塞65来实现。此混合物通过改型的Walbro化油器来形成。
[0167] 第二实施例
[0168] 接下来将参照图21来描述本发明的第二实施例。为了避免重复说明,相同的附图标记将用于与之前附图中相同的部件。下面,将解释与之前实施例的差异。
[0169] 图21示出作为本发明的第二实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的一部分的示意剖视图。为了看得清楚,未示出压缩级2和膨胀级3的辅助活塞和其它元件。与之前实施例不同的是,旋转活塞式发动机1在压缩腔室和点燃室60之间和/或点燃室60和膨胀腔室之间包括阀692、693或自动打开/关闭密封件。阀692将调节气体从压缩腔室进入点燃室60,和/或阀693将调节气体从点燃室60进入膨胀腔室。点燃室60设计成位于控制台6内,该控制台6可以绕工作轴4的轴线相对于外壳10调节,以允许点燃室60在对应的工作活塞20、30的可调节转角范围内能与压缩级2或压缩腔室和/或与膨胀级3或膨胀腔室连通。压缩级2内的工作活塞20和辅助活塞25的直径设计成使它们的切向速度相等。因此,切向速度之差等于零。这允许公差较紧,压缩较好和磨损较少。膨胀级3的工作活塞30被设计成直径大于压缩级2的工作活塞20的直径。这增大扭矩并减小转速(根据燃烧速度)。辅助活塞35的直径以相同的比例减小;对应的活塞30、35的容差可加大。压缩比由压缩级2和膨胀级3之间工作活塞20、30的轴向长度之差来决定。为了在工作活塞20、30的直径有差异的情况下仍实现气体路径尽可能短,膨胀级内的点燃室出口沿径向定位在压缩级2内的点燃室进口之外。此外,点燃室60与工作轴4偏心地定位,并较佳地沿辅助轴5的轴线方向偏置。这使工作气体沿径向仅以一短距离通入或离开点燃室60的出口。压缩级2的工作腔室2a、2b、2c和膨胀级3的工作腔室3a、3b、3c沿轴向受与工作轴不可转动地连接的分离盘403、405和不动的分离盘402的限制,这些工作腔室沿径向设计在工作活塞20、30的侧表面22、32与外壳部件102、103之间。
[0170] 第三实施例
[0171] 接下来将参照图22和23来讨论本发明的第三实施例。为了避免重复说明,相同的附图标记将用于与之前附图中相同的部件。下面,将解释与之前实施例的差异。
[0172] 图22示出作为本发明的第三实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的示意剖视图。与之前的实施例不同的是,外壳10在压缩级2和膨胀级3之间具有中间部件105。控制台6沿轴向和径向基本上放置于压缩级2的工作活塞20和膨胀级3的工作活塞30之间,被分成两个部分,并能借助调节杆6c在预定的转角范围内相对于中间部件105进行调节。控制台的两部分6a、6b的分离平面位于中间部件105的区域内。控制台6的至少一个部分6b能借助在中间部件105内延伸的调节杆6c来与另一部分6a无关地进行操作和调节。通过将控制台6分开,一方面组装得以简化,而另一方面使对气体从压缩腔室进入点燃室60和/或从点燃室60到膨胀腔室的调节得以简化。点燃室60包括多个部段,这些部段的尺寸沿径向和/或周向从压缩级2上的点燃室进口到膨胀级3侧的点燃室出口而增大。
点燃室60特别包括沿周向延伸的径向弧形段状的部段,该部段径向向外朝向膨胀级3的工作活塞30至少部分地打开。点燃室60的此弧形段状的部段或点燃出口在膨胀级3的工作活塞30的一定转角范围内与开口31相遇,以允许工作气体从点燃室60进入膨胀级3。
[0173] 图23示出作为本发明的第五实施例的根据本发明的旋转活塞式发动机1的工作轴4和辅助轴5的示意侧视图,而膨胀级3和压缩级2的工作和辅助活塞20、25、30、35显示为重叠。用箭头示出工作轴4和辅助轴5的旋转方向。压缩级2和膨胀级3的工作活塞20、30如所示地彼此偏置成使压缩级2的工作活塞20的滑动件23的前端部处的开口21被压缩级2的辅助活塞25闭合,而膨胀级3的工作活塞30的对应滑动件33的后端部处的开口31被膨胀级3的辅助活塞35打开。这将防止工作气体从膨胀级3经由点燃室60流回到压缩级2。点燃室60能与压缩级2连通的转角范围较佳地直接与点燃室60能与膨胀级
3连通的转角范围相接,且这两个范围不彼此交叠。滑动件23、33以规则间隔围绕压缩级2和膨胀级3的工作活塞20、30定位,并设计成相同的,以形成相同的成对滑动件22、33。通过这种设计,,工作轴4每转一圈时相似地执行与滑动件23、33的数目相对应的数目的前述工作循环。
[0174] 第四实施例
[0175] 接下来将参照图24来描述本发明的第四实施例。为了避免重复说明,相同的附图标记将用于与之前附图中相同的部件。下面,将解释与之前实施例的差异。
[0176] 图24示出作为本发明的第四实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的示意剖视图。与前三个实施例不同的是,点燃室60分部段地形成,部分地在压缩级的工作活塞20内,部分地在膨胀级3的工作活塞30内,且部分地在分离盘405内,该分离盘定位在工作活塞20、30之间并刚性地连接到工作轴4。这引起点燃室60与工作轴4一起绕工作轴
4的轴线旋转。因此总共有三个点燃室60,其中,一个压缩腔室2a、2b、2c和一个膨胀腔室
3a、3b、3c分别分配给每个点燃室60。此外,设有相对于外壳10可调节的控制元件或控制环或控制条620、630。这些元件、环或条将暂时允许和暂时中断点燃室60与压缩级2和/或与膨胀级3的连通。控制条620、630能经由控制杆621、631彼此独立地绕工作轴4的轴线转动,这些控制杆延伸穿过外壳部件101和104。控制条620、630此外还基本上设计成圆柱形,并具有带槽的开口622、632,这些开口沿周向彼此平行地延伸。经由这些带槽的开口,点燃室60在对应的工作活塞20、30的可调节转角范围能与压缩级2或压缩腔室和/或与膨胀级3或膨胀腔室连通。火花塞15基本上从膨胀级3侧沿工作轴4的轴线通过膨胀级3的控制条630延伸到点燃室60内,以点燃被压缩的工作气体。火花塞15能因此与控制条630相结合而相对于外壳10调节。压缩级2的工作活塞20的直径与膨胀级的工作活塞30相比较小,但它的轴向长度大于工作活塞30的轴向长度。为了在直径有差异的情况下仍实现尽可能短的气体路径,点燃室60与工作轴4偏心地定位,并且点燃室出口径向位于点燃室进口之外。点燃室60的形成于膨胀级3的工作活塞30内的部段603的体积小于点燃室60的形成于压缩级2的工作活塞20内的部段602的体积。点燃室60的两个部段
602、603沿径向和周向偏置,但彼此交叠地定向,以使部段602、603能彼此连通。在旋转活塞式发动机1的运行过程中,点燃室60内的工作气体将由于离心力而受迫地沿径向、从而沿点燃室出口和膨胀级3的方向通到外部。较佳地,膨胀级3内的点燃室部段603相对于压缩级2内的点燃室部段602径向向外并沿工作轴4的旋转方向偏置。形成于分离盘405内的点燃室部段603较佳地沿径向以及沿周向定位在点燃室部段602、603之间。
[0177] 第五实施例
[0178] 下面,将参照图25至32来解释大致基于第四实施例的本发明的第五实施例。为了避免不必要的重复说明,相同的附图标记将用于与之前附图中相同的部件。下面,将解释与第四实施例的差异。
[0179] 图25示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的示意剖视图。对于本设计,工作气体的点燃是由活塞环15来实现的,与第四实施例不同,该活塞环定位在相对于外壳10可调节的点燃调节环610内的压缩级2侧,并从外部进行螺接。点燃调节环610和火花塞15一起以其引导件沿两个转动方向可枢转地定位,以允许对点燃时刻和点燃位置的精确确定和设定。点燃火花将引起被压缩的气体的爆炸,由此来自点燃室60的冲击波经由开口31逸入膨胀级3,并在膨胀级3内使工作活塞30的滑动件33运动。
点燃调节环610可以独立于控制条620、630地相对于外壳10进行调节。与第四实施例不同,火花塞15的位置因此可以独立于对于允许气体从压缩级2进入点燃室60来说必要的转角范围和/或独立于对于气体从点燃室60进入膨胀级3来说必要的转角范围来调节。与第四实施例不同的是,点燃室部段602、603、605彼此齐平地连结,而形成于分离盘405内的点燃室部段605沿倾斜轴线延伸,并无级地(steplessly)旁路通过点燃室部段602、603。
[0180] 对于另一设计,火花塞15设置在点燃室60内(每个点燃室60内一个火花塞15)。这造成工作轴4的三个火花塞15一起转动的设计。点燃脉冲会经由滑动触点传递或将借助电感来实现。
[0181] 图26示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的工作轴4和辅助轴5的示意侧视图,而膨胀级3和压缩级2的工作和辅助活塞20、25、30、35显示为重叠。在此视图中,示出对应的工作活塞20、30的转角范围α1、β1,在此范围内,点燃室60能经由控制条620、630的开口622、632与压缩级2或压缩腔室和/或与膨胀级3或膨胀腔室连通。
[0182] 图27示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的工作轴4的示意剖视图。
[0183] 图28示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的工作轴4的示意侧视图,而膨胀级3和压缩级2的工作活塞20、30显示为重叠。
[0184] 图29示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的压缩级2的工作活塞20和辅助轴25的示意侧视图,而图29A示出处于就在点燃室60开始加载之前的转角位置的压缩级2的工作活塞20和辅助轴25,,而图29B示出就在点燃室点燃室60加载结束时压缩级2的工作活塞30和辅助活塞35。仅当滑动件23的孔21在转角范围α1内在控制条620的开口622的范围内滑动(überstreichen)时,膨胀级3才能与点燃室
60连通。转角范围α1止于转角范围α2附近,该转角范围α2与旋转方向相反地与工作轴4和辅助轴5的轴线的连接线偏置。转角范围α1和/或转角范围α2能通过调节控制条610来相对于外壳10调节。这允许精确地设定气体从压缩级2进入点燃室60(对点燃室60加载)的开始和结束。
[0185] 图30示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的膨胀级3的工作活塞30和辅助轴35的示意侧视图,图30A示出就在点燃室60开始卸载时的转角位置的膨胀级3的工作活塞30和辅助轴35,而图30B示出点燃室60卸载结束时膨胀级3的工作活塞30和辅助活塞35。仅当滑动件33的开口31在转角范围β1内于控制条630的开口632的范围内滑动时,点燃室60才可以与膨胀级3连通。转角范围β1在转角范围β2周围结束,转角范围β2沿旋转方向与工作轴4和辅助轴5的轴线的连接线偏置。转角范围β1和转角范围β2能通过调节控制条630来相对于外壳10调节。这允许精确地设定气体从点燃室60进入膨胀级3(点燃室60的卸载)的开始和结束。
[0186] 图31示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的压缩级2的控制环620的不同视图,图31A示出图31C的A-B剖面,图31B示出图31C的视图A,而图31C示出图31A的剖面C-D。
[0187] 图32示出作为本发明的第五实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的膨胀级3的控制环630的不同视图,图32A示出图32C的E-F剖面,图32B示出图32C的视图B,而图32C示出图32A的剖面G-H。
[0188] 控制元件、控制环或控制条620、630暂时地允许和中断点燃室60与压缩级2和/或与膨胀级3的连通。如上所述,控制条620、630还设计成大致圆柱形,并具有带槽的开口622、632,这些开口沿周向彼此平行地延伸。经由这些带槽的开口,点燃室60在对应的工作活塞20、30的可调节转角范围内能与压缩级2或压缩腔室和/或与膨胀级3或膨胀腔室连通。
[0189] 第六实施例
[0190] 下面,将参照图33来解释大致基于第五实施例的本发明的第五实施例。为了避免不必要的重复说明,相同的附图标记将用于与之前附图中相同的部件。下面,将解释与第五实施例的差异。
[0191] 图33示出作为本发明的第六实施例的、根据本发明的旋转活塞式发动机1的示意剖视图。与第五实施例的不同在于,旋转活塞式发动机是基于汽油的自点燃式发动机。一旦克服压缩标准,就实现自行点燃。对于旋转式自点燃发动机,所谓的抗爆震特性将不考虑地保留。如已知的,爆震过程是基于汽油-空气混合物在压缩过程中会不可控制地或早或晚地燃烧。但混合物的该特性在旋转自燃式发动机中并不引起任何不利效果,这是因为容易处理微小的差异。
[0192] 对于这一替代设计,火花塞15用炽热线圈来代替。炽热线圈放置于点燃调节环610内来代替火花塞15。与火花塞15相同,炽热线圈经由点燃室60内的窗口点燃气体。炽热线圈永久地炽热、能借助点燃调节环610来调节,并设定到精确的点燃位点。这将确保精确的点燃。自动地实现点燃。
[0193] 此外,喷射器阀或喷射器喷嘴611放置于点燃调节环610内。这将有助于确保点燃时刻与喷射时刻精确地同时进行。由于通向压缩级2的开口21在点燃和喷射时被控制环620堵住,排除了火焰回冲到压缩级2内,且冲击波只能经由点燃级60逸入膨胀级3。用于实现冲击波从点燃室60释放和逸出的期望和理想的位点能根据气体惯性来调节,并借助控制环630来调节。
[0194] 燃料借助直喷来喷射。由于旋转活塞式发动机1的转速,工作气体的混匀具有挑战性。燃料可以较早地喷射到压缩级2或吸入通道(这将允许更长的混匀过程),或者在进入点燃室60时直接喷射到压缩腔室内也是可行的。
[0195] 对于被加载的功能性部件的内部润滑来说,在压缩级2内或吸入通道内设有油润滑。
[0196] 提高效率的措施
[0197] 为了增加旋转活塞式发动机1的效率,可以采取从废气中回收能量的措施。在此过程中,借助至少一个换热器和/或经由至少一个涡轮机来从旋转活塞式发动机1的热废气中回收能量;然后将该能量馈送回到系统中。从废气中回收的能量还设想用于机动车辆的其它耗能部件的运行。较佳地,废气能量用于加热和/或预压缩所吸入的空气。
[0198] 本发明不限于所述实施例。将从实施例中所述的特征的组合来得到有利的改进。
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