CN112119202A - 具有六相热力循环的非对称旋转发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于具有双旋转中心的旋转式内燃发动机的六相热力循环，该发动机包括具有相交的圆形膨胀轨道和压缩轨道的壳体，该壳体限定了相应的动态膨胀室和动态压缩室、动态中央进入室和在其顶部的静态燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述六相热力循环包括：相1，其中在进入相，一定体积的空气进入所述中央进入室并与来自相3的再循环排气混合；相2，其中在第一压缩相中，以低压缩比压缩来自相1的空气和再循环排气的体积；相3，其中在联合的扫气和排气再循环相中，来自相2的空气和再循环排气的一部分体积对燃烧室进行扫气并且部分地对膨胀室进行扫气；相4，其中在第二压缩相中，进入室分离以形成压缩室，并且来自相2的组合的排气和空气的剩余体积以高压缩比被压缩到燃烧室中；相5，其中在动力相中，形成膨胀室，该膨胀室源于该静止的燃烧室并且产生扭矩以转动该输出轴；以及相6，其中在排放相，来自相5的排气从膨胀室排出。

Description

具有六相热力循环的非对称旋转发动机

技术领域

本发明总体上涉及旋转发动机及其热力循环领域。更具体地但非排他地，本发明涉及一种用于插电式混合动力电动车辆(PHEV)的改进的旋转发动机。

背景技术

插电式混合动力电动车辆(PHEV)具有电动机和内燃发动机(ICE)。该电动机使用可再充电电池/其他能量存储装置，该可再充电电池/其他能量存储装置可以通过插入外部电源来再充电，同时该ICE使用可燃燃料源，例如汽油、柴油或气体。

WO 2014/083204中公开了一种这样的合适的ICE。该文献公开了一种具有双旋转中心的旋转式火花点火发动机。该发动机包括具有设置有隔室的定子中央本体的定子、第一侧盖和第二侧盖。该隔室包括膨胀隔室和压缩隔室以及位于该隔室的上部处的燃烧室。它还包括具有膨胀旋转元件、压缩旋转元件和置于所述膨胀旋转元件和压缩旋转元件之间的铰接线性元件的转子。转子设置在定子中央本体的隔室内。该膨胀隔室包括凹形内表面并且该压缩隔室包括凸形内表面。利用这种现有技术，旋转质量的双旋转中心优化了热力效率。

在WO 2014/083204中公开的发动机(在图1中示出)是具有九相热力循环的火花点火内燃发动机。它依赖于复杂的设计，该设计影响制造成本、各种部件的耐久性和寿命。此外，当排放降低时，认为耐久性和寿命可能进一步减少。

本发明的一个目的是对现有技术进行改进以提供一种用于PHEV中的转子发动机，该转子发动机具有更有效的热力循环和减少的排放，具有增加的耐久性并且其制造成本效益更佳。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种用于具有双旋转中心的旋转式内燃发动机的六相热力循环，所述发动机包括壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀室和压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述六相热力循环包括：

相1，其中在进入相中，一定体积的空气通过外围空气进入口进入壳体的中央进入室并与来自相3的再循环排气混合；

相2，其中在第一压缩相中，通过所述动态进入室在所述壳体内的减小的体积以低压缩比压缩来自相1的空气和再循环排气的体积；

相3，其中在组合的扫气和排气再循环相中，来自相2的空气和再循环排气的一部分体积对静态燃烧室进行扫气并且部分地对膨胀室进行扫气，然后动态膨胀室与使来自相6的残余排气在壳体内再循环的动态中央进入室汇合。

相4，其中在第二压缩相中，动态进入室分离以形成动态压缩室，并且来自相2的组合的排气和空气的剩余体积以高压缩比被压缩到壳体内的静态燃烧室中；

相5，其中在动力相中，形成了动态膨胀室，所述动态膨胀室源于所述静态燃烧室并且产生扭矩以转动所述输出轴；和

相6，其中在排放相，来自相5的排气通过壳体中的外围排放口从动态膨胀室排出。

与早期的类似热力循环相比，这种旋转式内燃发动机的六相热力循环被显著简化。用一个进入相、一个排放相和一个排气再循环相替代两个进入相和两个排放相，这提供了来自机械上更简单、更坚固、更低成本并且更容易升级的内燃发动机的显著减少的排放物。

优选地，所述六相热力循环的相1、相2和相3相继发生。优选地，所述六相热力循环的相4、相5和相6相继发生。优选地，在所述热力循环的每个相期间，所述循环的一个其他不同相的至少一部分也同时发生。优选地，六相热力循环的相1、相2和相3因此与相4、相5和相6中的一个或多个的至少一部分同时发生。

优选地，相1(进入)与相4(第二压缩)的大部分同时发生。

优选地，相2(第一压缩)与相5(动力)的大部分同时发生。

优选地，相3(扫气和排气再循环)非常靠近相6(排放)而发生。

优选地，当所述中央进入室实现最大体积的空气时，所述发动机处于旋转的上止点(TDC)或0度。

优选地，在相1期间，进入口始终打开。排放口也可以是打开的。优选地，由于通过排气管排出的排气的动量，进入的空气不会经由排放口进入。

优选地，相1发生在约260度至约40度的旋转之间的旋转下。

优选地，相2(第一压缩)发生在所述壳体的所述动态中央进入室的减小体积中。优选地，压缩基本上产生在所述壳体的右手侧。优选地，相2包括约2：1的相对低的压缩比。

优选地，相2发生在约40度至约180度旋转之间的旋转处。

优选地，相3包括来自相2的经由上止点处的静态燃烧室从所述壳体的右手侧穿过到左手侧的空气和再循环排气的一部分。优选地，相3包括引入水以冷却所述膨胀室中的排气。优选地，排气和空气的组合发生在壳体的左手侧的膨胀室中。优选地，在相3中，所述动态膨胀室与所述动态中央进入室汇合，并且所述组合的排气和空气被抽吸到所述壳体的动态中央进入室中。

优选地，相3发生在约180度至约220度旋转之间的旋转处。

优选地，相4(第二压缩)包括所述动态进入室的分离以在所述壳体内形成动态压缩室。优选地，所述动态压缩室基本上产生在所述壳体的右手侧。优选地，在相4中，燃料被注射到所述动态压缩室中(大约225度旋转)。优选地，在相4中的进一步压缩过程中，所述燃料基本上被蒸发。优选地，在相4期间，从所述组合的排气和空气以及蒸发的燃料产生一种均质充量混合物。

优选地，相4(第二压缩)发生在约220度直到约TDC/0度旋转之间的旋转处。

优选地，静态燃烧室位于上止点(TDC)处。优选地，所述燃烧室包含可变压缩比机构。优选地，在相5(动力)中，所述燃烧室中的条件包括均质充量和高压缩比。优选地，所述热力循环利用均质充量压缩点火(HCCI)，所述均质充量压缩点火由到达上止点的从动转子的热量触发并且由所述可变压缩比机构控制。

优选地，所述转子的布置将高水平的扭矩立即从上止点直接传递到所述输出轴。这不会导致与连接到旋转曲轴的往复式活塞的情况一样的扭矩和动量损失。

优选地，在25度旋转时，利用HCCI的非常快的燃烧速率和压力增加，由机构传递高负载最大扭矩。这在往复式活塞发动机中是不可能的。

优选地，由于不对称的膨胀和压缩室体积，相5递送与压缩相比的过度膨胀。这使得在输出轴处气体压力到机械功的转换最大化。优选地，相5发生在大约TDC/0度至大约165度旋转之间。

优选地，在相6(排放相)中，排放口未被动力转子覆盖以用于排气排放。优选地，相6发生在大约165度至大约180度旋转之间。

优选地，六相热力循环在每次发动机旋转时输送动力相。

在本发明的第二方面中，提供了具有双旋转中心的旋转式内燃发动机，包括：壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀轨道和压缩轨道，限定了相应的动态膨胀室和动态压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述动力转子和所述从动转子被布置成彼此处于互锁关系并且分别安置在所述膨胀轨道和所述压缩轨道内的不同旋转轴线上，其中所述动力转子被配置成在所述轴上旋转，所述轴转动所述驱动装置并且所述从动转子被配置成经由所述驱动装置的联动装置驱动而旋转。

优选地，从动转子包括彼此以间隔开的平行关系布置的成对的轴承构件。优选地，从动转子包括基本上中空的转子本体，该转子本体布置有成对的轴承构件，该对轴承构件包括封闭的头端和打开的尾端。优选地，所述从动转子包括成对的配重，所述成对的配重以彼此间隔开的平行关系布置在所述成对的轴承构件上并且基本上与所述转子本体相对。

通过这种布置，转子和连接两个转子的驱动装置的互锁关系更易于制造并且具有更大的耐久性和寿命。

在本发明的第三方面中，提供了一种根据本发明的第二方面的用于发动机的从动转子，包括：彼此以间隔开的平行关系布置的成对的轴承构件、与该成对的轴承构件一起布置的基本上中空的转子本体，该成对的轴承构件包括封闭的头端和打开的尾端，其特征在于，从动转子进一步包括成对的配重，该成对的配重以彼此间隔开的平行关系布置在该成对的轴承构件上并且基本上与所述转子本体相对。

通过这种布置，从动转子独立地平衡，允许显著增加转速并因此允许功率输出，同时减少发动机振动。

以下陈述也可应用于本发明的第一和第二实施例。

优选地，该从动转子包括至少一个驱动轴承，该驱动轴承以彼此间隔开的平行关系布置在该对轴承构件上并且基本上邻近所述转子本体的头端以便与所述驱动装置联接。

在本发明的第四方面中，提供了一种根据本发明的第二方面的用于发动机的从动转子，包括：以彼此间隔开的平行关系布置的成对的轴承构件、与该成对的轴承构件一起布置的基本上中空的转子本体，所述成对的轴承构件包括封闭的头端和打开的尾端，其特征在于，从动转子进一步包括至少一个驱动轴承，该驱动轴承以彼此间隔开的平行关系布置在该成对的轴承构件上并且基本上邻近所述转子本体的头端以便与所述驱动装置联接。

通过这种布置，从动转子可以通过与附接到该轴上的驱动装置的链接而独立于该动力转子被驱动，但是在与该动力转子不同的旋转轴线上被驱动。这种布置显着地减小了转子联动装置驱动装置上的机械应力和热应力，从而允许发动机的径向尺寸显着地增加；显著改善发动机机构的耐久性并显著降低制造成本。

优选地，该从动转子进一步包括成对的配重，该成对的配重以彼此间隔开的平行关系布置在该成对的轴承构件上并且基本上与所述转子本体相反。

以下陈述也可应用于本发明的第一、第二和第三方面。

优选地，驱动装置包括至少一个驱动杆，最优选两个驱动杆。优选地，驱动杆适于从一端与轴一起旋转，并在其另一端提供与从动转子的链接。更优选地，通过驱动杆和从动转子的驱动滚子轴承之间的连接来提供链接。

优选地，驱动杆固定到轴并且与动力转子同步旋转。优选地，从动转子的驱动滚子轴承配置成位于所述驱动杆的长形槽内。因此，优选地，从动转子配置成与动力转子同步转动。

优选地，驱动滚子轴承被定位在所述从动转子上以允许两个转子具有不同的旋转中心。优选地，两个转子包括不同直径的轨道。

优选地，从动转子轴承构件基本上是圆柱形的。

优选地，从动转子包括基本上半环形的本体。优选地，该本体是中空的并且包括圆形头部和平坦打开的尾部。优选地，轴承构件在本体的相对侧上基本上彼此平行地安装。优选地，这些轴承构件与该本体共享同一轴线，使得每个轴承构件的大约一半是未附接的或自由的。优选地，配重安装在未附接/自由半部上以抵消本体的重量。优选地，这些驱动滚子轴承被布置在每个轴承构件上，基本上邻近该本体的头部。

优选地，所述动力转子包括大致半圆柱形的外部本体。优选地，所述动力转子包括大致四分之三圆柱形和较小直径的芯。优选地，所述芯从所述本体的平坦侧延伸。优选地，所述芯适于通过孔接收所述轴。

优选地，壳体包括在其中限定室的基本上环形的本体。优选地，所述室由两个相交的圆限定，所述两个相交的圆具有偏置的旋转中心轴线并且在左侧上具有相对于右侧的直径更大的直径。

优选地，该壳体被配置成概念性地在该室中提供不同的区域/体积/子室，最优选地，提供不同的膨胀体积/室、压缩体积/室、中央进入体积/室和燃烧体积/室。优选地，燃烧体积/室位于壳体的顶部。优选地，中心进入体积/室位于壳体的中心内。优选地，中央进入室和/或压缩室和/或膨胀室是动态的，意味着它们的特征在于依赖于转子的相对位置的恒定变化。优选地，膨胀体积/室和压缩体积/室基本上布置为彼此相对的区域。

优选地，壳体在其基部包括相邻的进入口和排放口。优选地，这些口被偏置朝向该室的较大直径左侧。

优选地，该壳体包括可变压缩比机构，该可变压缩比机构被配置成调节该燃烧室在该壳体内的体积，该可变压缩比机构可以包括电热塞。优选地，可变压缩比机构设置在壳体的顶部。

优选地，所述壳体包括燃料注射器，所述燃料注射器朝向所述壳体的顶部偏置，与所述压缩体积/室连通。

优选地，该壳体包括水注射器，该水注射器朝向该壳体的顶部偏置，与该膨胀体积/室连通。

优选地，在使用中，所述动力转子基本上占据所述壳体室的左侧相交圆，并且所述从动转子基本上占据所述壳体室的右侧相交圆。

从侧进入口到外围进入口的改变使得多个单元紧密堆叠在一起。

优选地，壳体包括水冷套。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了示出可以如何实施示范性实施例，现在将参考附图，在附图中：

图1是WO 2014/083204的现有技术九相热力循环的图解表示；

图2是本发明的一个优选实施例的六相热力循环的图解表示；

图3是根据本发明的优选实施例的发动机的分解透视图；

图4是根据图3的壳体的透视图；

图5是根据图3的动力转子的示意性内部透视图；

图6是根据图3的动力转子的外部透视图；

图7是根据图3的处于第一旋转配置的从动转子的示意性透视图；

图8是根据图3的处于第二旋转配置的从动转子的示意性透视图；

图9是根据图3的从动转子的示意性内部透视图；

图10是处于旋转的第一上止点(TDC)相的图3的组装发动机的示意性透视端视图；

图11是处于旋转的第二下止点(BDC)相的图3的组装发动机的示意性透视端视图；

图12是图3的发动机的截面侧视图，示出了该发动机的部件；

图13是图3的发动机的截面侧视图，示出了膨胀体积和压缩体积；

图14是示出现有技术的Otto(奥托)发动机、现有技术的柴油发动机和图3的本发明之间的空气循环比较的图表；

图15是示出图3的发动机的估计制动热效率的图表；

图16是示出图3的发动机的估计低排放区运行的图表；

图17示出了在动力相开始和进入相结束时图3的发动机在TDC时的示意性侧视图；

图18示出了在动力相和第一压缩相开始时图3的发动机在90度旋转下的示意性侧视图；

图19示出了在动力相完成和接近第一压缩相完成期间图3的发动机在162度旋转时的示意性侧视图；

图20示出了在排放相完成和扫气相开始期间图3的发动机在180度旋转时的示意性侧视图；

图21示出了在扫气和EGR相以及第二压缩相开始期间图3的发动机在225度旋转时的示意性侧视图；

图22示出了在进入相中并且继续第二压缩相时图3的发动机在290度旋转的示意性侧视图；和

图23示出了在接近进入相和第二压缩相完成时图3的发动机在350度旋转时的示意性侧视图。

具体实施方式

图2和图17至23示出了本发明的第一实施例，该实施例是用于具有双旋转中心的旋转式内燃发动机1的六相热力循环，该发动机1包括：壳体10，该壳体具有相交的圆形膨胀轨道A'和压缩轨道B'，限定了相应的动态室、动态中央进入室以及在其顶部的静态燃烧室；动力转子20；从动转子30；旋转轴40；以及驱动装置50，该六相热力循环包括：

相1，在进入相，一定体积的空气通过周围空气进入口11进入壳体10的中央进入室，并与来自相3的再循环排气混合；

相2，其中在第一压缩相中，来自相1的空气和再循环排气的体积通过壳体10内的进入室的减小体积以低压缩比压缩；

相3，其中在联合的扫气和排气再循环相中，来自相2的空气和再循环排气的一部分体积对燃烧室进行扫气并且部分地对膨胀室进行扫气，该膨胀室然后与中央进入室汇合，该中央进入室使来自相6的残余排气在壳体10内再循环；

相4，其中在第二压缩相中，进入室分离以形成压缩室，并且来自相2的组合的排气和空气的剩余体积以高压缩比被压缩到燃烧室中

相5，其中在动力相中，形成了膨胀室，该膨胀室源自该燃烧室并且产生扭矩以转动该输出轴40；和

相6，其中在排放相，来自相5的排气通过壳体10中的外围排放口12从膨胀室排出。

图3至13示出了根据示范性实施例的具有双旋转中心的旋转式内燃发动机1。如图3所示，旋转式内燃发动机1具有双旋转中心A、B并且包括：壳体10，该壳体具有相交的圆形膨胀轨道A'和压缩轨道B'，限定了相应的动态室，以及在其顶部的静态燃烧室；动力转子20；从动转子30；旋转轴40；以及驱动装置50，动力转子20和从动转子30彼此以互锁关系布置并且分别位于膨胀轨道A'和压缩轨道B'内的不同旋转轴线A、B上，其中，该动力转子20被配置成在使所述驱动装置50转动的轴40上旋转，并且从动转子30被配置成经由所述驱动装置50的两个联动装置37驱动而旋转。

图3示出了本发明的发动机1的主要部件的分解图。总之，动力转子20和从动转子30在壳体10内旋转。

图4示出了由铝制成的壳体10，该壳体包括在其中限定了边缘椭圆形室13的基本上环形的形状。室13由两个相交的圆A'、B'限定，圆A'、B'具有偏置的旋转中心轴线A、B。由于与相交圆B'的直径相比，相交圆A'的直径较大，因此室的左侧A'的直径大于室的右侧B'的直径。壳体10由水套(未暴露)水冷。进入口11和排放口12穿过壳体10设置在壳体10的基部处，但是朝向由圆A'限定的室13的侧面偏置。在壳体10的顶部处基本上与口11、12相对并且大致位于两个圆A'、B'的相交处，安装了具有电热塞14a的带螺纹的圆柱形插入件14，该电热塞14a包括可变压缩比机构，以改变燃烧室内的压缩体积。燃料注射口17和水注射口18安装在再次向壳体10的顶部偏置的电热塞14a的相对侧上。燃料注射口17以将燃料注射输送到壳体10附近的角度在圆B'中进入室13。同样地，注水口18在圆A'中镜像这种布置。

如图12和图13所示，动力转子20基本上占据室13的左侧(大致为A')，并且从动转子30基本上占据室13的右侧(大致为B')，从而分别限定了大致新月形的动态膨胀室120和大致新月形的动态压缩室110。

如图5和6所示，动力转子20包括大致半圆柱形的两个半部21、28、29的铝外部本体。大致为四分之三圆柱形且直径较小的钢芯22从本体21的平坦侧延伸。本体21的扁平侧包括止推板25。在芯22的一侧上和在芯22的另一侧上的尾板26上。型芯22还包括平坦表面23，该平坦表面23略微倾斜以提供与止推板25略微小于90度的角度。中心定位的轴孔27穿过芯22设置，其靠近平坦表面23。平坦表面23在芯22上提供趾部。本体21和芯22中的每一个包括铝盖28、29，同时止推板25用铁质结合热障涂层处理。

如图7和8所示，从动转子30由基本上为半环形的钢制本体31制成。该本体31是中空的并且包括圆形头部32和平坦打开的尾部33。成对的中空的轴承缸34安装在本体31的任一侧，轴承缸34彼此平行地安装在与本体31相同的轴线C上，使得每个轴承缸34的大约一半未连接或自由。每个轴承缸34包括安装在未附接/自由半部上以抵消本体31的重量的配重35。

从动转子30装配有成对的内侧板38，每个内侧板38具有轴承39。

除了动力转子20、从动转子30和侧板38之外，发动机1还包括两个外侧板60、两个内轴承65、位于侧板60外部的两个驱动杆50、设置在驱动杆50的任一侧的两个部分中的外壳70，以及最后，还有设置在外壳70的任一侧的两个外轴承75。

图10和11示出了轴40、动力转子20和从动转子30的组合的旋转组件(但为了便于说明，未示出从动转子配重35、驱动滚子轴承37和驱动杆50)。在组装过程中，动力转子20和从动转子30如图10和11所示安置在一起，其中轴40延伸穿过动力转子的芯22并且穿过从动转子30的每个轴承缸34。轴40位于壳体10的轴线A上。

从动转子轴承缸34延伸穿过外侧板60，使得外侧板60抵靠动力转子本体21。从动转子30的驱动滚子轴承37位于外侧板60的外部并位于驱动杆50的长形槽52内。驱动杆50自身经由圆形孔54座落在驱动轴40上，该圆形孔54向内轴承65外部的驱动杆50的一端偏置。从动转子30组件的内侧板38围绕轴40装配并且装配在从动转子轴承缸34的内侧上。外壳70安置在轴40上以覆盖包括主轴轴承75的整个工作组件。

如图9所示，驱动杆50固定到轴40并与动力转子20同步旋转。从动转子30的驱动滚子轴承37座落在驱动杆槽52内，因此，从动转子30也与动力转子20同步转动。驱动滚子轴承37的位置允许两个转子20、30具有不同的旋转中心A、B和不同的轨道直径。当驱动杆50旋转时，从动转子30的驱动滚柱轴承37以低摩擦在驱动杆槽52内线性行进，同时从动转子30的头部32保持精确且一致地接近动力转子20的推力板25。从动转子配重35、驱动滚子轴承37和驱动杆50在外侧板60的外部旋转。

通过这种布置，两个转子独立地平衡。

图10示出了在上止点(000度)处的相对转子20、30位置，并且图11示出了在下止点(180度旋转)处的相对转子20、30位置。可以看出，两个转子20、30的形状是互锁的。动力转子20的趾部24装配在从动转子30的壳状腔内。从动转子30的头部32在动力转子20的止推板25上线性扫掠。从动转子头部32和动力转子止推板25之间的非接触密封由两个密封表面提供，这两个密封表面包括设计成充分磨损以暴露从动转子头部32和动力转子止推板25之间的最小间隙的可磨损热障涂层。转子20、30的质量的惯性力意味着在燃烧和膨胀相期间，从动转子头部32与动力转子止推板25之间的间隙处于压缩状态，有助于有效密封。小百分比的密封损失是无害的，因为这些损失有助于循环的内部废气再循环。

图12示出了发动机1的截面视图。燃料注射机构17被引导到动态压缩体积110中。注水机构18被引导到动态膨胀体积120中。可变压缩比机构14和注水机构18对于发动机1的基本性能不是严格必需的。

图13示出了月牙形工作膨胀体积(左)120和月牙形工作压缩体积(右)110，它们是由在壳体10内旋转的两个转子20、30的相互作用而产生的。由于左侧的动力转子20的轨道直径大于右侧的从动转子30的轨道直径，因此膨胀体积120比压缩体积110大大约32％。与压缩相比，这种过度膨胀允许比膨胀体积和压缩体积相等的传统活塞发动机更多的压力被转换成机械功。

图14示出了现有技术Otto发动机、现有技术柴油发动机和本发明的发动机的热力循环之间的标准空气循环比较。本发明的发动机1的热效率可以在理论上使用工作压缩比(18)和膨胀比(22.8)来证明。本发明的热力循环的热效率高于任一现有技术循环的热效率68.3％。

图15示出了当考虑气体交换效率、机械效率和燃烧效率的其他关键方面时，本发明的发动机1的估计的>50％的制动热效率。

图16示出了在没有后处理的情况下本发明的发动机1的所估计的符合Euro 6/7的低排放区域运行，这是因为由于均质充量压缩点火(HCCI)策略和内部冷却排气再循环(EGR)的低燃烧温度<1800K(1500℃)。

现在将参考图17至23描述热力循环的各个相。由于相1-3与相4-6的重叠，这些相中的许多相与一个或多个其他相同时发生并且这可以在图2中清楚地看到。

为了方便，已经以连续的顺序描述了这些相，但是以相5开始并且以相1结束。

如图17所示，上止点(TDC/000)是动力相(被标识为热力循环的相5)的开始。由于气体的高度湍流被完全压缩到燃烧室140中，所以燃料-空气混合物是均质充量。从动转子30保持来自燃烧事件的大量热量，并且该热辐射仅在从动转子30到达TDC时传递到燃料-空气混合物。燃料-空气混合物的压缩和来自从动转子30的热辐射的组合提供了对燃料-空气混合物的均质充量压缩点火的精确控制。TDC也是中央进入室130中进入相1的最大体积点。

图18示出了90度的旋转，其中动力相5在壳体10左侧的膨胀室120中提供高压并且经由动力转子20将扭矩直接传递到轴40。这种直接机构比活塞-连杆-曲轴布置更有效，并且能够立即从TDC输送高输出扭矩。由于直接作用在轴40上的动力转子20的杠杆作用并且由于热力循环在每转中递送动力相5，因此与活塞发动机相比，这种结构递送大约三倍高的扭矩。在动力相5期间，进入量在第一压缩相2中在壳体10的右侧压缩室110上开始被压缩。与活塞发动机相比，两个转子20、30利用具有减小的摩擦的非接触密封。两个转子20、30的外圆周呈现与壳体10具有最小间隙的非常大的密封表面。转子20、30的侧面利用邻近外侧板60的迷宫式密封槽。小百分比的密封损失(～5％)是无害的，因为这些损失有助于循环的内部废气再循环。

图19示出了旋转到162度，此时动力相5完成并且动力转子20将要暴露排放口12以开始排放相6。在压缩室110中的壳体10的右侧，第一压缩相2也接近完成。该相2提供了约2：1的相对低的压缩比。

图20示出了旋转到180度，其中排放相6已经完成并且膨胀室120中的压力已经降低到环境压力。从动转子30的尾部33暴露燃烧室140并且来自第一压缩(相2)的压力递送扫气(相3的一部分)，扫气清除并且冷却燃烧室140的残余排气。

图21示出了旋转到225度，其中相3提供了扫气和排气再循环(EGR)相。水从注射口18注射到膨胀体积120中，这具有冷却排气和防止碳沉积物在发动机1内部堆积的作用。由于由膨胀体积引起的低压，膨胀室120中的冷却的残余排气被抽吸到中央进入室130中。这消除了对发动机1的外侧板60上的进入口的需要。平行地，从动转子30的头部32与发动机1右侧上的壳体10相接合以启动第二工作压缩相4。此时，开始从燃料注射器17到压缩体积110的直接燃料注射，以允许足够的时间和空间用于燃料的完全蒸发。

图22示出了旋转到290度，其中在进入相1中，膨胀的中央进入体积130的低压经由进入口11将空气吸入到发动机1中。由于在排气管(未示出)中行进的排气的动量，空气不会经由排放口12被吸入发动机1。并行地，第二压缩相4在壳体10右侧的压缩室110中继续，使燃料和空气充分混合以产生均匀的进料混合物。

通过350度(图23)，进入相1接近完成。该进入体积几乎是第二工作压缩体积(相4)的体积的三倍并且包含大约20％的冷却的排气再循环(EGR)。第二压缩相4也接近完成。较冷的和高EGR百分比的混合物被准备好用于均质充量压缩点火(HCCI)，其递送非常快速但低的峰值温度燃烧以实现最大效率和最小排放物。由于燃烧室140没有阀，电热塞14a)可安装到带螺纹的气缸插入件14中。通过旋转气缸插入件14，可以改变燃烧室140的体积并且可以改变压缩比。这允许将高压缩比用于低负荷，使用稀混合物使效率最大化，而对于使用浓混合物的高负荷，可以降低压缩比以避免发动机爆震并且仍然保持有效和低排放的HCCI运行。

本发明的发动机1在机械上简单且制造成本低，同时具有高功率密度(2kW/kg、145kW/L)。这使得它适合作为用于PHEV的范围扩展ICE。

在两个互锁转子(动力转子20和从动转子30)位于不同的旋转轴线A、B上时，四个动态室(进入130、压缩110、燃烧140和膨胀120)之间的气体交换输送低的泵送损失。

膨胀室120的体积比压缩室110的体积大32％，从而提供了“过度膨胀”，该“过度膨胀”在比活塞/连杆/曲轴架构大得多的持续时间内以更高的效率将压力直接转化成机械功。

该均质充量压缩点火利用由从动转子30吸收的热量并且通过调节燃烧室140的体积经由简单的可变压缩比机构14、14a可容易地控制。这允许稀燃料-空气混合物和高压缩比，但具有低峰值燃烧温度和低NOx形成。

具有可磨损的热障涂层的非接触密封布置在超过3000rpm的速度下是足够的，并且完美平衡的转子20、30可以在高达5000rpm下运行而没有显著的摩擦损失。所观察到的小百分比的密封损失是可接受的，因为这仅仅有助于该循环的内部排气再循环(EGR)。

在口18处的注水使所产生的功率最大化、冷却EGR并且防止碳沉积物在发动机内部累积。

虽然已经示出并描述了优选实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于具有双旋转中心的旋转式内燃发动机的六相热力循环，所述发动机包括壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀室和压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述六相热力循环包括：

相1，其中在进入相中，一定体积的空气通过外围空气进入口进入壳体的中央进入室并与来自相3的再循环排气混合；

相2，其中在第一压缩相中，通过所述动态进入室在所述壳体内的减小的体积以低压缩比压缩来自相1的空气和再循环排气的体积；

相3，其中在组合的扫气和排气再循环相中，来自相2的空气和再循环排气的一部分体积对静态燃烧室进行扫气并且部分地对膨胀室进行扫气，然后动态膨胀室与使来自相6的残余排气在壳体内再循环的动态中央进入室汇合；

相4，其中在第二压缩相中，动态进入室分离以形成动态压缩室，并且来自相2的组合的排气和空气的剩余体积以高压缩比被压缩到壳体内的静态燃烧室中；

相5，其中在动力相中，形成了动态膨胀室，所述动态膨胀室源于所述静态燃烧室并且产生扭矩以转动所述输出轴；和

相6，其中在排放相，来自相5的排气通过壳体中的外围排放口从动态膨胀室排出。

2.根据权利要求1所述的热力循环，其中，所述六相热力循环的相1、相2和相3相继发生。

3.根据权利要求1或2所述的热力循环，其中，所述六相热力循环的相4、相5和相6相继发生。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热力循环，其中，在所述热力循环的每个相期间，所述循环的一个其他不同相的至少一部分也同时发生。

5.根据权利要求4所述的热力循环，其中，六相热力循环的相1、相2和相3因此与相4、相5和相6中的一个或多个的至少一部分同时发生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热力循环，其中，相1(进入)与相4(第二压缩)的大部分同时发生。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热力循环，其中，相2(第一压缩)与相5(动力)的大部分同时发生。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热力循环，其中，相3(扫气和排气再循环)非常靠近相6(排放)而发生。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的热力循环，其中，当所述中央进入室实现最大体积的空气时，所述发动机处于旋转的上止点(TDC)或0度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热力循环，其中，相1发生在约260度至约40度之间的旋转下。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的热力循环，其中，相2(第一压缩)发生在所述壳体的所述动态中央进入室的减小体积中。

12.根据权利要求11所述的热力循环，其中，压缩基本上产生在所述壳体的右手侧。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的热力循环，其中，相2包括约2：1的相对低的压缩比

14.根据权利要求1至13中任一项所述的热力循环，其中，相2发生在约40度至约180度旋转之间的旋转处。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的热力循环，其中，相3包括来自相2的经由上止点处的静态燃烧室从所述壳体的右手侧穿过到左手侧的空气和再循环排气的一部分。

16.根据权利要求15所述的热力循环，其中，相3包括引入水以冷却所述膨胀室中的排气。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的热力循环，其中，在相3中，所述动态膨胀室与所述动态中央进入室汇合，并且所述组合的排气和空气被抽吸到所述壳体的中央进入室中。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的热力循环，其中，相3发生在约180度至约220度旋转之间的旋转处。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的热力循环，其中，相4(第二压缩)包括所述动态进入室的分离以在所述壳体内形成动态压缩室。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的热力循环，其中，所述压缩室基本上产生在所述壳体的右手侧。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的热力循环，其中，在相4中，燃料被注射到所述压缩室中(大约225度旋转)。

22.根据权利要求21所述的热力循环，其中，在相4中的进一步压缩过程中，所述燃料基本上被蒸发。

23.根据权利要求22所述的热力循环，其中，在相4期间，从所述组合的排气和空气以及蒸发的燃料产生一种均质充量混合物。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的热力循环，其中，相4(第二压缩)发生在约220度直到约TDC/0度旋转之间的旋转处。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的热力循环，其中，静态燃烧室位于上止点(TDC)处。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的热力循环，其中，所述燃烧室包含可变压缩比机构。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的热力循环，其中，在相5(动力)中，所述燃烧室中的条件包括均质充量和高压缩比。

28.根据权利要求27所述的热力循环，其中，所述热力循环利用均质充量压缩点火(HCCI)，所述均质充量压缩点火由到达上止点的从动转子的热量触发并且由所述可变压缩比机构控制。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的热力循环，其中，所述转子的布置将高水平的扭矩立即从上止点直接传递到所述输出轴。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的热力循环，其中，相5发生在大约TDC/0度至大约165度旋转之间。

31.根据权利要求1所述的热力循环，其中，相6发生在大约165度至大约180度旋转之间。

32.一种具有双旋转中心的旋转式内燃发动机，包括：壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀轨道和压缩轨道，限定了相应的动态膨胀室和动态压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，其特征在于，所述动力转子和所述从动转子被布置成彼此处于互锁关系并且分别安置在所述膨胀轨道和所述压缩轨道内的不同旋转轴线上，其中所述动力转子被配置成在所述轴上旋转，所述轴转动所述驱动装置并且所述从动转子被配置成经由所述驱动装置的联动装置驱动而旋转。

Claims (32)

1.一种用于具有双旋转中心的旋转式内燃发动机的六相热力循环，所述发动机包括壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀室和压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述六相热力循环包括：

相1，其中在进入相中，一定体积的空气通过外围空气进入口进入壳体的中央进入室并与来自相3的再循环排气混合；

相2，其中在第一压缩相中，通过所述动态进入室在所述壳体内的减小的体积以低压缩比压缩来自相1的空气和再循环排气的体积；

相3，其中在组合的扫气和排气再循环相中，来自相2的空气和再循环排气的一部分体积对静态燃烧室进行扫气并且部分地对膨胀室进行扫气，然后动态膨胀室与使来自相6的残余排气在壳体内再循环的动态中央进入室汇合。

相4，其中在第二压缩相中，动态进入室分离以形成动态压缩室，并且来自相2的组合的排气和空气的剩余体积以高压缩比被压缩到壳体内的静态燃烧室中；

相5，其中在动力相中，形成了动态膨胀室，所述动态膨胀室源于所述静态燃烧室并且产生扭矩以转动所述输出轴；和

相6，其中在排放相，来自相5的排气通过壳体中的外围排放口从动态膨胀室排出。

2.根据权利要求1所述的热力循环，其中，所述六相热力循环的相1、相2和相3相继发生。

3.根据权利要求1或2所述的热力循环，其中，所述六相热力循环的相4、相5和相6相继发生。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热力循环，其中，在所述热力循环的每个相期间，所述循环的一个其他不同相的至少一部分也同时发生。

5.根据权利要求4所述的热力循环，其中，六相热力循环的相1、相2和相3因此与相4、相5和相6中的一个或多个的至少一部分同时发生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热力循环，其中，相1(进入)与相4(第二压缩)的大部分同时发生。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热力循环，其中，相2(第一压缩)与相5(动力)的大部分同时发生。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热力循环，其中，相3(扫气和排气再循环)非常靠近相6(排放)而发生。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的热力循环，其中，当所述中央进入室实现最大体积的空气时，所述发动机处于旋转的上止点(TDC)或0度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热力循环，其中，相1发生在约260度至约40度之间的旋转下。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的热力循环，其中，相2(第一压缩)发生在所述壳体的所述动态中央进入室的减小体积中。

12.根据权利要求11所述的热力循环，其中，压缩基本上产生在所述壳体的右手侧。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的热力循环，其中，相2包括约2：1的相对低的压缩比

14.根据权利要求1至13中任一项所述的热力循环，其中，相2发生在约40度至约180度旋转之间的旋转处。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的热力循环，其中，相3包括来自相2的经由上止点处的静态燃烧室从所述壳体的右手侧穿过到左手侧的空气和再循环排气的一部分。

16.根据权利要求15所述的热力循环，其中，相3包括引入水以冷却所述膨胀室中的排气。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的热力循环，其中，在相3中，所述动态膨胀室与所述动态中央进入室汇合，并且所述组合的排气和空气被抽吸到所述壳体的中央进入室中。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的热力循环，其中，相3发生在约180度至约220度旋转之间的旋转处。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的热力循环，其中，相4(第二压缩)包括所述动态进入室的分离以在所述壳体内形成动态压缩室。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的热力循环，其中，所述压缩室基本上产生在所述壳体的右手侧。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的热力循环，其中，在相4中，燃料被注射到所述压缩室中(大约225度旋转)。

22.根据权利要求21所述的热力循环，其中，在相4中的进一步压缩过程中，所述燃料基本上被蒸发。

23.根据权利要求22所述的热力循环，其中，在相4期间，从所述组合的排气和空气以及蒸发的燃料产生一种均质充量混合物。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的热力循环，其中，相4(第二压缩)发生在约220度直到约TDC/0度旋转之间的旋转处。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的热力循环，其中，静态燃烧室位于上止点(TDC)处。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的热力循环，其中，所述燃烧室包含可变压缩比机构。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的热力循环，其中，在相5(动力)中，所述燃烧室中的条件包括均质充量和高压缩比。

28.根据权利要求27所述的热力循环，其中，所述热力循环利用均质充量压缩点火(HCCI)，所述均质充量压缩点火由到达上止点的从动转子的热量触发并且由所述可变压缩比机构控制。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的热力循环，其中，所述转子的布置将高水平的扭矩立即从上止点直接传递到所述输出轴。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的热力循环，其中，相5发生在大约TDC/0度至大约165度旋转之间。

31.根据权利要求1所述的热力循环，其中，相6发生在大约165度至大约180度旋转之间。

32.一种具有双旋转中心的旋转式内燃发动机，包括：壳体，所述壳体具有相交的圆形膨胀轨道和压缩轨道，限定了相应的动态膨胀室和动态压缩室、动态中央进入室以及在其顶部的燃烧室；动力转子；从动转子；旋转轴；以及驱动装置，所述动力转子和所述从动转子被布置成彼此处于互锁关系并且分别安置在所述膨胀轨道和所述压缩轨道内的不同旋转轴线上，其中所述动力转子被配置成在所述轴上旋转，所述轴转动所述驱动装置并且所述从动转子被配置成经由所述驱动装置的联动装置驱动而旋转。

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