CN102383914B - 用于汲取回转式发动机的功的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合压缩式发动机的增压器。回转式发动机包括第一回转单元和第二回转单元。第一回转单元具有包含剩余被压缩空气充气的腔。在第二回转单元内燃烧之后，得到的第二单元排气借由第二通路与所述剩余被压缩空气充气流体连通。喷射器与第一回转单元中的所述剩余被压缩空气充气流体连通。喷射器将燃料喷射到包含在第一回转式发动机中的剩余被压缩空气充气和来自于第二回转式发动机的第二单元排气的混合物中。该混合物通过火花或通过自动点火（柴油机）燃烧。由此，发动机通过燃烧剩余被压缩空气充气和附加燃料而产生附加有用功。替代地，包括在第一回转单元中的喷射器可位于第二通路中。

Description

用于汲取回转式发动机的功的方法
技术领域
本发明涉及复合压缩式发动机的增压器。
背景技术
发动机在添加燃料并点火以产生功率之前通常压缩空气或其它气态氧化剂。当正排量压缩从功率生成部件物理地分离时，通常存在未使用的剩余被压缩空气。存在具有可分离正排量压缩系统的发动机的许多示例。一个示例可从Wankel发动机构想得到。由德国工程师FelixWankel发明的Wankel发动机是使用回转式设计的内燃机类型。其循环在椭圆形外旋轮线形状壳体的内部和转子之间的空间发生，所述转子的形状类似于弧边三角形（Reuleauxtriangle）但其侧面稍微更平坦。该设计从紧凑尺寸传送平滑的高rpm功率。由于这种引入，发动机通常被称为回转式发动机。对回转式发动机的改进使用一个转子作为压缩机，以向第二转子提供被压缩空气。于是，被压缩空气在燃烧之前在第二转子中被进一步压缩。在一些实施例中，第二转子的排气返回至压缩机转子的膨胀区段，藉此提供功率回收和增加的效率。该配置被称为复合回转式发动机。
附图说明
图1a-1f是处于非补燃模式的第一转子区段和第二转子区段的示意图。
图2a-2g是处于补燃模式的第一转子区段和第二转子区段的示意图，其中第一转子区段具有喷射器。
图3a-3g是处于补燃模式的第一转子区段和第二转子区段的示意图，其中第二通路具有通路喷射器。
具体实施方式
图1a-1e表示复合回转式发动机60的非限制性实施例。复合回转式发动机60具有第一回转单元10，其联接到第二回转单元20。被压缩空气充气53经由通路30从第一回转单元10传送到第二回转单元20。来自于第二回转单元20的第二单元排气58借由通路32传送到第一回转单元10。此外，第二回转单元20具有喷射器70，其与第二腔24连通。
在该配置中，第一回转单元10用作增压器以及用作第二单元排气58的附加膨胀机。第二回转单元20用作常规回转式发动机。
参考图1a，新鲜空气充气50通过进气端口18被抽吸进入到第一回转单元10中。
参考图1b，第一转子12将新鲜空气充气50（未示出）压缩为被压缩空气充气53。被压缩空气充气53达到一定压力，所述压力克服通常保持第一通路止回阀31关闭的弹簧力。一旦打开，该被压缩空气充气53流入到第二回转单元20中。在另一非限制性实施例中，省除了止回阀。在附加的非限制性实施例中，通路可包括通过电子致动电机（未示出）控制的阀。
参考图1c，第二转子22将被压缩空气充气53（未示出）进一步压缩为复合被压缩空气充气52。复合被压缩空气充气52是在燃烧之前在第二转子中接着被进一步压缩的被压缩空气充气53。
参考图1d，靠近上止点或处于上止点的第二转子22以及处于最小工作容积或接近最小工作容积的第二腔24借由喷射器70喷射有燃料42。燃料42可以是轻质燃料（例如，天然气、汽油和氢气）或者重质燃料（例如，JP-8、JP-4、柴油等等）。于是，复合被压缩空气充气52和燃料42的混合物燃烧。可借由自动点火（柴油机）或火花点火（未示出）启动燃烧。
参考图1e，第二单元排气58借由第二通路32离开第二回转单元20。第二单元排气58的压力克服通常保持第二通路止回阀34关闭的弹簧力。第二单元排气58进入第一回转单元10。在另一非限制性实施例中，省除了止回阀。第二单元排气58进一步膨胀，从而施加压力到转子工作面13上，藉此使得转子12旋转并驱动公共轴（未示出）。
参考图1f，第二单元排气58借由排气端口19离开第一回转单元10。该动作背后的力量在于，第二单元排气58处于比环境大气更高的压力。
第一和第二转子12、22的公共轴（未示出）对于每次完整转子12、22回转完成三次曲柄回转。每个转子工作面13在每次回转中完成一个循环。对于一共六个转子工作面13存在两个转子12、22，藉此允许发动机60在相对小的排量内产生显著功率。
术语增加、增压器和/或增量用于描述这样的过程，其中来自于第一回转单元10的剩余被压缩空气充气和燃料42在第一回转单元10中燃烧以增加发动机功率。当正排量压缩从功率生成部件物理分离时，通常存在未使用的剩余被压缩空气。该未使用的剩余被压缩空气被称为剩余被压缩空气充气。该剩余被压缩空气充气与燃料42以及第二单元排气58混合。该混合物在第一回转单元10的第一腔14中燃烧。该混合物借由自动点火（柴油机）来点火或用火花点火。否则，用于压缩该剩余被压缩空气充气所进行的主要功会在其被排出时丧失。燃料42可被引入到第二通路32中位于两个回转单元10、20之间。替代性地，燃料42可直接引入到第一转子的腔14内。在复合回转式发动机60运行中，该增加的燃烧可被选择性地致动或停用。
图2a-2g是增量模式复合回转式发动机60的一个非限制性实施例。增量模式复合回转式发动机60具有第一回转单元10，其联接到第二回转单元20。被压缩空气充气53借由通路30从第一回转单元10传送到第二回转单元20。第二单元排气58借由通路32从第二回转单元20传送到第一回转单元10。第二回转单元20具有喷射器70，其与第二转子的腔24连通。第一回转单元10具有喷射器70，其与第一转子的腔14连通。
参考图2a，新鲜空气充气50通过进气端口18被抽吸到第一回转单元10中。当腔中的容积增加时，产生局部真空或者比大气环境低的压力，并且来自于大气环境的较高压力强制新鲜空气充气50进入。
参考图2b，第一转子12将新鲜空气充气50（未示出）压缩为被压缩空气充气53。被压缩空气充气53达到一定压力，所述压力克服通常保持第一通路止回阀31关闭的弹簧力。一旦打开，压缩空气充气53流入到第二回转单元20内。在另一非限制性实施例中，省除了止回阀。
参考图2c，第二转子22还将被压缩空气充气53（未示出）压缩为复合被压缩空气充气52。复合被压缩空气充气52是在燃烧之前在第二转子中接着被进一步压缩的被压缩空气充气53。
参考图2d，第二转子22接近上止点或处于上止点，其中第二转子的腔24处于最小工作容积或接近最小工作容积，其借由喷射器70喷射有燃料42。可借由自动点火（柴油机）或火花点火（未示出）来启动燃烧。
参考图2e，第二单元排气58借由第二通路32离开第二回转单元20。第二单元排气58的压力克服通常保持第二通路止回阀34关闭的弹簧力。一旦打开，第二单元排气58就流入到第一回转单元10内。在另一非限制性实施例中，省除了第二通路止回阀34。
参考图2f，第二单元排气58进入到第一转子的腔14中。在此第二单元排气58混合剩余被压缩空气充气并且进一步压缩剩余被压缩空气充气。剩余被压缩空气充气是未传送到第二回转单元20的被压缩空气充气53的一部分，且因此保留在第一回转单元10中。喷射器70喷射燃料42以形成可燃烧混合物。或者通过自动点火（柴油机）或者通过火花点火（未示出），可燃烧的混合物燃烧。替代性地，剩余被压缩空气充气可与在喷射器70处喷射的燃料混合以形成可燃烧混合物。在与第二单元排气58混合之前，可燃烧混合物或者通过自动点火（柴油机）或者通过火花点火（未示出）燃烧。在任一变型中，第一单元排气54继续进一步膨胀，从而施加压力到转子工作面13上，藉此使得转子12旋转并驱动公共轴（未示出）。
参考图2g，第一单元排气54借由排气端口19离开第一回转单元10。该动作背后的力量在于，第一单元排气54处于比环境大气更高的压力。
应当注意的是，在复合回转式发动机60运行中，可选择性地致动和停用该次级燃烧。复合回转式发动机60同时提供高功率密度（每发动机重量磅的马力数量或分数（fractional）马力）以及低燃料消耗，从而导致相对等的更小发电厂包壳（powerplantenvelope）。该回转式发动机60可用于各种商业、工业和紧凑便携的功率生成以及航天应用。
图3a-3g示出了增量式复合回转式发动机60的非限制性实施例。增量式复合回转式发动机60具有第一回转单元10，其联接到第二回转单元20。被压缩空气充气53借由通路30从第一回转单元10传送到第二回转单元20。第二单元排气58借由通路32从第二回转单元20传送到第一回转单元10。第二回转单元20具有喷射器70，其与第二转子的腔24连通。第二通路32与附加喷射器70连通。
参考图3a，新鲜空气充气50通过入口端口18被抽吸到第一回转单元10内。当腔中的容积增加时，产生局部真空或者比大气环境低的压力，且来自于大气环境的较高压力强制新鲜空气充气50进入。
参考图3b，第一转子12将新鲜空气充气50（未示出）压缩为被压缩空气充气53。被压缩空气充气53达到一定压力，所述压力克服通常保持第一通路止回阀31关闭的弹簧力。一旦打开，被压缩空气充气53就流入到第二回转单元20内。在另一非限制性实施例中，省除了第一通路止回阀31。
参考图3c，示出了第二转子22，其将被压缩空气充气53（未示出）进一步压缩为复合被压缩空气充气52。复合被压缩空气充气52是在燃烧之前在第二转子中接着被进一步压缩的被压缩空气充气53。
参考图3d，第二转子22接近上止点或处于上止点，其中第二腔24处于最小工作容积或接近最小工作容积，其借由喷射器70喷射有燃料42。复合被压缩空气充气52和燃料42的混合物然后被燃烧。可借由自动点火（柴油机）或火花点火（未示出）来启动燃烧。
参考图3e，第二单元排气58借由第二通路32离开第二回转单元20。第二单元排气58的压力达到一定压力，所述一定压力克服通常保持第二通路止回阀34关闭的弹簧力。在另一非限制性实施例中，省除了第二通路止回阀34。
参考图3f，第二单元排气58进入到第一回转单元10的第一腔14中。在此第二单元排气58混合借由喷射器70喷射的燃料42并且进一步压缩剩余被压缩空气充气。剩余被压缩空气充气是未传送到第二回转单元20的被压缩空气充气53的一部分，且因此保留在第一回转单元10中。或者通过自动点火（柴油机）或者通过火花点火（未示出），燃烧混合物。在任一变型中，第一单元排气54继续进一步膨胀，从而施加压力到转子工作面13上，藉此使得转子12旋转并驱动公共轴（未示出）。
参考图3g，第一单元排气54借由排气端口19离开第一回转单元10。该动作背后的力量在于，第一单元排气54处于比环境大气更高的压力。
应当注意的是，在发动机运行中，可选择性地致动和停用该次级燃烧。复合回转式发动机60同时提供高功率密度以及低燃料消耗，用于各种商业、工业和紧凑便携的功率生成以及航空应用。
当分别提及第一或第二通路止回阀31和34时，术语止回阀应是通用术语。该术语包括螺线管类型的阀、弹簧类型的阀、簧片类型的阀、或者允许在一个方向上流动的任何其它阀。此外，如上所述，可省除这些阀。
当提及喷射器70时，应当注意的是，术语喷射器是通用术语。用于分别与第一和第二转子的腔14和24连通以及与第二通路32连通的喷射器可以具有许多不同类型。它们可借由弹簧力来机械地控制，以设置开启压力。它们可借由螺线管电子控制，以致动燃料雾化。所述喷射器可具有各种喷雾样式，以按照最有效的混合方法来引导燃料。
当提及第一转子的腔14时，其还可称为第一腔。当提及第二转子的腔24时，其还可称为第二腔。
当提及所有附图时，应当注意的是，转子12、22总是物理地存在于其相应回转单元12、20的每一个中。为了使得读者注意到动作或过程在其中被描述的回转单元10、20，在其相应附图中仅示出了这些转子12、22。

Claims (1)

1.一种用于汲取回转式发动机的功的方法，包括：
将新鲜空气充气抽吸到第一回转单元中；
在所述第一回转单元中将所述新鲜空气充气压缩为被压缩空气充气和剩余被压缩空气充气；将所述被压缩空气充气从所述第一回转单元传送到第二回转单元；
在所述第二回转单元中将所述被压缩空气充气压缩为复合被压缩空气充气；
由喷射器将燃料喷射到在所述第二回转单元中的所述复合被压缩空气充气中；
在所述第二回转单元中燃烧所述燃料和所述复合被压缩空气充气的混合物以产生排气；
在所述第二回转单元中膨胀所述排气以对转子工作面施加压力；
将所述排气从所述第二回转单元传送到所述第一回转单元中的所述剩余被压缩空气充气中；
由另一喷射器将燃料喷射到在所述第一回转单元中的所述排气和所述剩余被压缩空气充气中；以及
在第一回转单元中燃烧所述燃料、所述排气和所述剩余被压缩空气充气的混合物以开始后燃烧模式。
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C53 Correction of patent for invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: American California

Applicant after: PRATT & WHITNEY ROCKETDYNE, INC.

Address before: American California

Applicant before: United Technologies Corp.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: UNITED TECHNOLOGIES CORP. TO: PRATT + WHITNEY ROCKETDYNE, INC.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20160420

Termination date: 20180706