用於轉子發動機的附加複合控制閥的製作方法
2023-06-03 03:16:16 2
專利名稱：用於轉子發動機的附加複合控制閥的製作方法
用於轉子發動機的附加複合控制閥
背景技術：
本發明涉及轉子發動機。發動機技術提供功率密度與燃料消耗之間的各種折衷。氣輪機技術以相對較小的尺寸提供相當高的功率密度，燃料消耗相對較高，並且效率相對較低。小型柴油活塞發動機具有合理的燃料消耗，但可能相對較重，其功率密度通常低於大約0. 5hp/lb，而等尺寸四衝程發動機具有通常低於大約0. 8hp/lb的功率密度。兩衝程發動機具有比同等尺寸四衝程發動機更大的功率密度，但具有相對更高的燃料消耗。
從公開的非限制性實施例的以下詳細說明中，各種特徵對於本領域技術人員而言將變得顯而易見。伴隨詳細說明的附圖可以作如下簡要說明
圖I為示例性轉子發動機的示意性框 圖2為示例性轉子發動機的局部虛擬視 圖3為示例第一轉子部分的圖I的示例性轉子發動機的局部裝配視 圖4為示例第二轉子部分的圖I的示例性轉子發動機的局部裝配視 圖5為轉子發動機的分解 圖6為第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的附加複合控制閥的一個非限制性實施例，為了示例性目的，第二轉子示意性地被向上平移並圍繞水平與垂直軸旋轉180度；
圖7為響應於各種附加複合控制閥位置的附加效果的表格；以及 圖8為與連續的附加複合控制閥位置相關的附加複合效果的圖示。
具體實施例方式圖I示意性地示例了具有第一轉子部分22與第二轉子部分24的複合轉子發動機20。轉子發動機20基於轉子發動機，例如汪克爾型發動機。進氣口 26將大氣環境空氣連通至第一轉子部分22，排氣口 28從其連通排氣產物。第一傳輸導管30與第二傳輸導管32在第一轉子部分22與第二轉子部分24之間連通。使用例如JP-8、JP-4的重油、天然氣、氫氣、柴油以及其他燃料的燃料系統36與發動機20的第二轉子部分24相連通。發動機20為各種商業應用、工業應用、緊湊的可攜式發電應用以及航空航天應用同時提供高功率密度與低燃料消耗。參照圖2，複合轉子發動機20通常包括至少一個圍繞旋轉軸線A旋轉的軸38。軸38包括對齊的偏心凸輪40、42 (圖3與4)，其驅動相應的第一轉子44和第二轉子46，第一轉子和第二轉子通過相同的軸38以協調的方式被驅動。第一轉子44與第二轉子46分別在由固定的第一轉子殼52與固定的第二轉子殼54形成的容積48、50中可旋轉(圖3與4)。在一個非限制性的實施例中，燃料系統36包括一個或多個燃料噴射器，其中的兩個燃料噴射器36A和36B在一個非限定性實施例中不出為在與傳輸導管30、32所在的第二轉子容積50的側面基本相對的狀態下與第二轉子容積50連通。應該理解的是，可以替換地或額外地提供其他的燃料噴射器布置、位置與數量。燃料系統36將燃料供應入第二轉子容積50。在一個非限制性實施例中的第一轉子容積48提供比第二轉子容積50更大的容積。應該理解的是，可以替換地或額外地提供各種外殼結構形狀與布置(圖5)。第一轉子44與第二轉子46分別具有包括三個周向間隔的頂端44A、46A的外周表面。每個頂點44A、46A包括頂端密封件44B、46B，其與相應容積48、50的外周表面48P、50P相滑動密封接合。在與旋轉軸線A垂直的平面中的容積48、50的表面基本上為帶有兩個凸角的長短輻圓外旋輪線的表面，而相同平面內的轉子44、46的表面基本上為帶兩個凸角的長短輻圓外旋輪線的帶三個凸角的內包絡線的表面。在操作中，空氣通過進氣口 26進入發動機20 (圖I)。第一轉子44提供第一階段的壓縮，並且第一傳輸導管30將壓縮空氣從第一轉子容積48連通至第二轉子容積50 (圖2與3)。第二轉子46提供第二階段的壓縮、燃燒、以及第一階段的膨脹，隨後第二傳輸導管32將廢氣從第二轉子容積50連通至第一轉子容積48 (圖2與4)。第一轉子44為廢氣提供第二階段的膨脹，並且通過排氣口 28排出膨脹的廢氣(圖I與2)。由於每個轉子面每旋 轉一周完成一個循環，並且存在兩個具有總共六個面的轉子，所以發動機在相對較小排量內產生顯著的功率。軸每次循環完成旋轉一周，因此每個完整的轉子旋轉存在三周(3)曲柄旋轉。在第一轉子44的上止點(TDC)位置處，第一轉子容積出口 480與第一轉子容積入口 481瞬時連通。當從第二轉子容積50穿過第二傳輸導管32與第一轉子容積入口 481返回的廢氣流入第一轉子容積48，隨後穿過第一轉子容積出口 480返回至第一傳輸導管30，以用於連通回第二轉子容積50時，就實現了附加複合作用。當迫使更高壓力的廢氣進入第一傳輸導管30的固定容積時，就迫使第一傳輸導管30中的剩餘的壓縮空氣進入第二轉子容積50。第一傳輸導管30中的剩餘的壓縮空氣被傳輸至第二轉子容積50中，其由此通過額外或附加的空氣品質流量移動進入第二轉子容積50而增加了發動機10的有效壓縮比，從而在第二轉子46壓縮衝程開始之前增加或複合了初始壓力。由於第二轉子46的固定的、幾何形狀限定的壓縮比，第二轉子46衝程的更高初始壓力導致燃燒產生的更高峰值的壓力。這種更高的壓力，結合增加的空氣品質捕獲，導致發動機10輸出功率的增加。參照圖6，附加複合作用可以通過附加複合控制閥60來調節，該附加複合控制閥60與第一傳輸導管30與第二傳輸導管32之間的旁通導管62相連通。第一止回閥64可以與壓縮機容積48相鄰地位於第一傳輸導管30中。第一旁通導管止回閥66可以與第一傳輸導管30相鄰地位於旁通導管62中。第二旁通導管止回閥68可以與第二傳輸導管32相鄰地位於旁通導管62中。止回閥64、66、68確保廢氣在附加複合控制閥60的控制之下穿過第二傳輸導管32從第二轉子容積50返回，進入第一轉子容積48，並且返回至第一傳輸導管30。應該理解的是，可以利用各種額外的或替換的閥布置，從而以替換的雙向方式控制旁通導管62中的流動。可以利用附加複合控制閥60控制發動機循環中各點處的附加複合作用，以利用模塊70增加節流性能、高海拔性能以及排放控制，模塊70執行附加複合算法72。例如以表格形式(圖I)公開了算法72的功能，並且明了本公開益處的本領域技術人員應該理解，這些功能可以以專用硬體電路或者能夠在基於微處理器的電子控制實施例中執行的編程軟體例程來實現。在一個非限制性實施例中，模塊70可以是軟體、控制系統的一部分或獨立線路的可更換單元或其他系統。模塊70通常包括處理器70A、存儲器70B以及接口 70C。處理器70A可以是任意類型的已知的具有所需性能特性的微處理器。存儲器70B可以包括各種計算機可讀介質，其存儲本文描述的數據和控制算法。接口 70C方便與飛行控制計算機(FCC) 74，以及在所公開的尤其是無人駕駛飛機(UAV)的非限制性實施例中的其他航空電子設備與系統通信。參照圖8，響應於模塊70，可選擇地在關閉位置與開啟位置之間連續移動附加複合控制閥60。通常，通過附加複合控制閥60傳輸的廢氣部分越大，附加複合作用越大。也就是說，基礎作用為在第二轉子壓縮衝程開始之前多個摩爾空氣中的一個摩爾被強迫進入固定容積。朝向附加複合控制閥60的關閉位置，最小化峰值燃燒壓力，以實現長的發動機壽命。當壓縮機出口 480與壓縮機入口 481之間的固定埠幾何形狀單獨實現最小的固有附加複合時，發生最小附加複合。朝向附加複合控制閥60的開啟位置，有效壓縮比(相對於大氣壓的峰值燃燒壓力)可以根據海拔高度而被控制，以產生所需的馬力。開啟位置還用於 最大化壓力，並且便於冷啟動。當發動機達到操作溫度時，就選擇性地關閉附加複合控制閥60，以提供相對較快的發動機暖機。應該理解的是，沿開啟與關閉位置之間的連續體的各種位置能夠在各種操作條件下被使用，以提供所需的操作效果。應該理解的是，貫穿幾幅附圖，相同的參考數字表示對應或相似的元件。還應該理解的是，雖然在示例的實施例中公開了特定部件布置，其他布置將由此獲益。雖然示出、說明與要求保護了特定步驟順序，應該理解的是，能夠以任意順序，分開或合併地，執行這些步驟，除非另外表示，並且仍然將從本發明獲益。前述說明為示例性的，而不由其中的限制限定。此處公開了各種非限制性實施例，但是本領域普通技術人員應該認識到的是，根據以上教導，各種修改與改變將落入所附權利要求的範圍內。因此應該理解的是，在所附權利要求的範圍內，本發明可以以不同於具體說明的方式實現。為此，應該研究所附權利要求，以確定真實的範圍和內容。
權利要求
1.轉子發動機，包括 第一轉子部分； 第二轉子部分； 第一傳輸導管，介於所述第一轉子部分與所述第二轉子部分之間； 第二傳輸導管，介於所述第二轉子部分與所述第一轉子部分之間；以及 附加複合控制閥，其控制所述第一傳輸導管與所述第二傳輸導管之間的連通。
2.根據權利要求I所述的轉子發動機，其中，所述第一傳輸導管將壓縮空氣從所述第一轉子部分連通至所述第二轉子部分。
3.根據權利要求I所述的轉子發動機，其中，所述第二傳輸導管將廢氣從所述第二轉子部分連通至所述第一轉子部分。
4.根據權利要求3所述的轉子發動機，其中，所述附加複合控制閥位於所述第二傳輸導管中。
5.根據權利要求I所述的轉子發動機，還包括所述第一傳輸導管與所述第二傳輸導管之間的旁通導管，所述附加複合控制閥位於所述第二傳輸導管中。
6.根據權利要求5所述的轉子發動機，還包括所述旁通導管中的至少一個止回閥。
7.根據權利要求I所述的轉子發動機，其中，所述第一轉子部分提供第一階段壓縮，並且所述第二轉子部分與所述第一轉子部分通過第一傳輸導管相連通，以提供第二階段壓縮、燃燒階段與第一階段膨脹，所述第二轉子部分與所述第一轉子部分通過所述第二傳輸導管連通，以提供第二階段膨脹。
8.根據權利要求I所述的轉子發動機，還包括控制所述附加複合控制閥的操作的模塊。
9.根據權利要求8所述的轉子發動機，其中，所述模塊與飛行控制計算機相通信。
10.一種控制轉子發動機的方法,包括 通過第一傳輸導管將壓縮空氣從第一轉子部分連通至第二轉子部分； 通過第二傳輸導管將廢氣從第二轉子部分連通至第一轉子部分；並且 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通，以控制峰值燃燒壓力。
12.根據權利要求10所述的方法，還包括 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通，以相對於大氣壓力控制峰值燃燒壓力。
13.根據權利要求10所述的方法，還包括 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通，以控制發動機功率。
14.根據權利要求10所述的方法，還包括 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通，以控制發動機壽命。
15.根據權利要求10所述的方法，還包括 選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通，以控制發動機啟動。
全文摘要
一種轉子發動機，包括第一轉子部分與第二轉子部分之間的第一傳輸導管。第二傳輸導管位於第二轉子部分與第一轉子部分之間。附加複合控制閥選擇性地控制第一傳輸導管與第二傳輸導管之間的連通。
文檔編號F02B55/16GK102667101SQ200980161809
公開日2012年9月12日 申請日期2009年10月8日 優先權日2009年10月8日
發明者M.D.洪 申請人:普拉特及惠特尼火箭達因公司