專利名稱：帶有對齊排列的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的制作方法
帶有對齊排列的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機
背景技術：
本發(fā)明要求2008年10月8日提交的序號為No. 61/103682的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，該臨時專利申請通過參考并入本文。本發(fā)明的涉及一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。發(fā)動機技術在功率密度與燃料消耗之間提供各種權(quán)衡。燃氣渦輪發(fā)動機技術提供相當高的功率密度，但在相對較小的尺寸下，燃料消耗相對較大且效率相對較低。較小的柴油活塞發(fā)動機具有合理的燃料消耗但可能相對較重，其中功率密度通常小于大約0. 5hp/ lb，而同等尺寸的四沖程發(fā)動機具有通常小于大約0. ip/lb的功率密度。兩沖程發(fā)動機具有比尺寸相當?shù)乃臎_程發(fā)動機更大的功率密度，但燃料消耗相對較大。


通過在下面對所披露的非限制性實施例的詳細描述，各種特征對于本領域的技術人員將是顯而易見的。詳細描述所參照的附圖可簡要地表述為如下內(nèi)容
圖1是示例性旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的方框示意圖； 圖2是示例性旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的局部透視圖3是圖1的示例性旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的局部裝配圖，圖3示出了第一轉(zhuǎn)子部； 圖4是圖1的示例性旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的局部裝配圖，圖4示出了第二轉(zhuǎn)子部； 圖5是旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的分解圖； 圖6是旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的軸組件的縱向剖視圖； 圖7是旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的軸的立體圖8是根據(jù)本發(fā)明的軸的立體圖，其中第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子以頂點對齊排列的構(gòu)造安裝在該軸上；以及
圖9是表示第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的超前角與有效功率的關系的曲線圖表示。
具體實施例方式圖1示意性示出了具有第一轉(zhuǎn)子部22和第二轉(zhuǎn)子部M的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機20。旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機20是基于旋轉(zhuǎn)的，例如，汪克爾型發(fā)動機。進氣口沈?qū)h(huán)境空氣輸送到第一轉(zhuǎn)子部22，排氣口觀將排氣產(chǎn)物從第一轉(zhuǎn)子部排出。第一傳輸管道30和第二傳輸管道32使第一轉(zhuǎn)子部22與第二轉(zhuǎn)子部M之間連通。燃料系統(tǒng)36與諸如JP-8、JP-4、天然氣、氫柴油以及其它的重質(zhì)燃料一起使用，燃料系統(tǒng)36與發(fā)動機20的第二轉(zhuǎn)子部M連通。對于各種商業(yè)、工業(yè)、緊湊便攜的動力產(chǎn)生以及航空航天應用，發(fā)動機20同時實現(xiàn)了高功率密度和低燃料消耗。參照圖2，旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機20通常包括繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)的至少一個軸38。軸38 包括分別驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46的對齊排列的偏心凸輪40、42 (圖3和圖4)，第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46由同一軸38以協(xié)調(diào)的方式驅(qū)動。第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46可分別在由靜止的第一轉(zhuǎn)子殼體52和靜止的第二轉(zhuǎn)子殼體M (圖3和圖4)形成的空間48、50中旋轉(zhuǎn)。在一個非限制性實施例中，燃料系統(tǒng)36包括一個或多個燃料噴射器，其中示出的與第二轉(zhuǎn)子空間50連通的兩個燃料噴射器36A、36B基本上與傳輸管道30、32在非限制性實施例中所在的該空間50的一側(cè)相對。應該理解的是，可以替換地或附加地設置其它燃料噴射器布置、位置以及數(shù)量。燃料系統(tǒng)36將燃料供給到第二轉(zhuǎn)子空間50中。在一個非限制性實施例中，第一轉(zhuǎn)子空間48形成比第二轉(zhuǎn)子空間50更大的空間。應該理解的是，可以替換地或附加地設置各種殼體構(gòu)造形狀和布置(圖5)。
第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46具有外圍表面，第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46的外圍表面分別包括沿圓周方向分隔開的三個頂點44A、46A。每個頂點44A、46A都包括頂點密封件 44B，46B，這些頂點密封件與相應空間48、50的外圍表面48P、50P滑動密封接合?？臻g48、 50在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線A的平面內(nèi)的表面大體為具有兩凸角外旋輪線的表面，而轉(zhuǎn)子44、46 在同一平面內(nèi)的表面大體為具有所述兩凸角外旋輪線的三凸角內(nèi)包絡線的表面。參照圖6，轉(zhuǎn)子44、46分別安裝到對應的外齒輪56、58，外齒輪56、58與圍繞軸線 A安裝的互補的旋轉(zhuǎn)固定齒輪60、62嚙合接合從而提供協(xié)調(diào)的旋轉(zhuǎn)。第一轉(zhuǎn)子的固定齒輪 60可設置在軸38的第一端部38A與第一轉(zhuǎn)子凸輪40之間。第二轉(zhuǎn)子的固定齒輪62可設置在軸38的第二端部38B與第二轉(zhuǎn)子凸輪42之間。第一轉(zhuǎn)子凸輪40在第一轉(zhuǎn)子的固定齒輪60與第一轉(zhuǎn)子的外齒輪56嚙合接合時驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子44，而第二轉(zhuǎn)子凸輪42在第二轉(zhuǎn)子的固定齒輪62與第二轉(zhuǎn)子的外齒輪58嚙合接合時驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子46，使得第一轉(zhuǎn)子44 和第二轉(zhuǎn)子46以相同的角度方向和相同的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。在工作中，空氣經(jīng)由進氣口 26 (圖1)進入發(fā)動機20中。第一轉(zhuǎn)子44提供第一階段的壓縮，并且第一傳輸管道30將來自第一轉(zhuǎn)子空間48的壓縮空氣輸送到第二轉(zhuǎn)子空間 50 (圖2和圖3)。第二轉(zhuǎn)子46提供第二階段的壓縮、燃燒以及第一階段的膨脹，隨后第二傳輸管道32將來自第二轉(zhuǎn)子空間50的廢氣輸送到第一轉(zhuǎn)子空間48(圖2和圖4)。第一轉(zhuǎn)子44提供對廢氣的第二階段的膨脹，膨脹的廢氣經(jīng)由排氣口 28 (圖1和圖2)排出。軸38 在每個循環(huán)完成一周的旋轉(zhuǎn)，因此，對于每個完整的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，存在三周(3)的曲柄旋轉(zhuǎn)。由于每個轉(zhuǎn)子面在每周旋轉(zhuǎn)時完成一個循環(huán)并且兩個轉(zhuǎn)子總共有六個面，所以發(fā)動機在相對較小的排量內(nèi)產(chǎn)生很大的功率。軸38可包括可軸向分離的部分，在一個非限制性實施例中，可軸向分離的部分可在凸輪40、42之間分離以便于組裝。替換或附加地，第一轉(zhuǎn)子凸輪40和第二轉(zhuǎn)子凸輪42 也可為可分離的部分。軸38的可分離的部分可通過拉桿或其它緊固設備組裝，以便于諸如旋轉(zhuǎn)固定齒輪60、62的組裝之類的組裝。軸38還可圍繞擴徑軸部38C支撐軸承60B、襯套62B或其它低摩擦裝置。擴徑軸部38C允許相對更大直徑的軸承、襯套或其它低摩擦裝置提供增大結(jié)構(gòu)剛度并減小潤滑需求的堅固和可靠的接合區(qū)域。參照圖7，第一轉(zhuǎn)子凸輪40和第二轉(zhuǎn)子凸輪42對齊排列，使得第一轉(zhuǎn)子44和第二轉(zhuǎn)子46以頂點對齊排列的構(gòu)造(圖8)運轉(zhuǎn)。即，第一轉(zhuǎn)子44的每個頂點44A與第二轉(zhuǎn)子 46的每個頂點46A對齊，并且相應的偏心凸輪40、42也對齊。在一個非限制性實施例中， 第一轉(zhuǎn)子44的每個頂點44A在第二轉(zhuǎn)子46的每個頂點46A的二十(20)度的范圍內(nèi)，并且相應凸輪40、42的偏心度在彼此的六十(60)度的范圍內(nèi)。在其它的實例中，相應頂點44A、 46A在彼此的十五度的范圍內(nèi)或者在彼此的10度的范圍內(nèi)。第一轉(zhuǎn)子凸輪40可具有不同于第二轉(zhuǎn)子凸輪42的尺寸。參照圖9，與凸輪40、42未對齊的超前角布置相比，頂點對齊排列的構(gòu)造提供了凈功率輸出效果。在非對齊排列的構(gòu)造中，功率相對較低。同樣地，功率隨著凸輪40、42變得對齊而增大。頂點對齊排列的構(gòu)造使第一和第二傳輸管道30、32的長度和隨后使其體積最小化，由此大幅地提高功率、效率以及結(jié)構(gòu)剛度并減小發(fā)動機質(zhì)量和封裝考慮因素。對齊排列的轉(zhuǎn)子構(gòu)造還有利于傳輸端口正時，由此通過使第一與第二轉(zhuǎn)子44、46之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移在循環(huán)的壓縮和膨脹兩階段最大化更進一步提高功率和效率。應該理解的是，在所有的圖中相同的附圖標記表示相應或相似的部件。還應該理解的是，盡管在所示實施例中披露了具體的部件布置，但其它的布置也將從本文獲益。盡管示出、描述以及要求保護了具體的步驟順序，但應該理解的是，這些步驟除非另外說明否則可以任何的順序執(zhí)行、分離或組合并仍受益于本發(fā)明。前面的描述是示例性的，而不用于限制本發(fā)明。本文披露了各種非限制性實施例， 但本領域的技術人員將認識到，根據(jù)上面的教義的各種修改和變型將落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。因此，應該理解的是，可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)以具體描述的方式以外的方式實施本發(fā)明。為此，應該研習所附權(quán)利要求來確定真實的范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，包括具有第一凸輪和第二凸輪的軸，所述第一凸輪與所述第二凸輪軸向分隔開并與所述第二凸輪對齊排列。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一凸輪在所述第二凸輪的六十 (60)度的范圍內(nèi)對齊排列。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一凸輪限定不同于所述第二凸輪的直徑的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述軸在所述第一凸輪與所述第二凸輪之間可分離。
5.一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，包括包括第一凸輪和第二凸輪的軸，所述第一凸輪與所述第二凸輪軸向分隔開；至少部分程度上圍繞所述第一凸輪安裝的第一轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子頂點部分；以及至少部分程度上圍繞所述第二凸輪安裝的第二轉(zhuǎn)子，所述第二轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子頂點部分，其中，所述第一凸輪的所述轉(zhuǎn)子頂點部分與所述第二凸輪的所述轉(zhuǎn)子頂點部分對齊排列。
6.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一凸輪在所述第二凸輪的六十 (60)度的范圍內(nèi)對齊排列。
7.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，各自的轉(zhuǎn)子頂點部分在彼此的二十(20) 度的范圍內(nèi)對齊排列。
8.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一凸輪在所述第二凸輪的九十 (90)度的范圍內(nèi)對齊排列。
9.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，各自的轉(zhuǎn)子頂點部分在彼此的三十(30) 度的范圍內(nèi)對齊排列。
10.一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，包括提供第一階段的壓縮的第一轉(zhuǎn)子；以及第二轉(zhuǎn)子，所述第二轉(zhuǎn)子與所述第一轉(zhuǎn)子連通以提供第二階段的壓縮、燃燒以及第一階段的膨脹，所述第二轉(zhuǎn)子與所述第一轉(zhuǎn)子連通以提供第二階段的膨脹，所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子被單個軸旋轉(zhuǎn)使得相應的所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子的每個頂點對齊排列。
11.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，相應的所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子的每個頂點在三十(30 )度的范圍內(nèi)對齊排列。
12.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一轉(zhuǎn)子限定比所述第二轉(zhuǎn)子更大的轉(zhuǎn)子外圍。
13.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一轉(zhuǎn)子至少部分程度上圍繞所述軸的第一偏心凸輪安裝，所述第二轉(zhuǎn)子至少部分程度上圍繞所述軸的第二偏心凸輪安裝。
14.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，所述第一轉(zhuǎn)子限定三個沿圓周方向分隔的第一轉(zhuǎn)子頂點，第二轉(zhuǎn)子限定三個沿圓周方向分隔的第二轉(zhuǎn)子頂點。
15.如權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，其中，相應的所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子的每個頂點在六十(60 )度的范圍內(nèi)對齊排列。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的軸限定旋轉(zhuǎn)軸線，第一偏心凸輪沿旋轉(zhuǎn)軸線與第二偏心凸輪軸向分隔開，第一偏心凸輪與第二偏心凸輪對齊排列。
文檔編號F01L1/08GK102177325SQ200980140033
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者G·L·哈夫斯克喬爾德, K·C·飛, M·D·霍爾恩 申請人:普拉特及惠特尼火箭達因公司