CN113227538A - 具有优化进气内部冷却的旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有进气内部冷却(EM)和增压的旋转活塞发动机，其特征在于，在待冷却部件与进入工作空间的入口之间的连接件处设置有至少一个闭锁机构(V)，增压压力可以通过该闭锁机构(V)逸出。

Description

具有优化进气内部冷却的旋转活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种旋转活塞发动机。从实践中，旋转活塞发动机主要特征在于内壳体表面具有双叶外摆线形状的长(短)幅旋转线设计，作为所谓的汪克尔发动机。在此类发动机中，具有双叶长(短)幅旋转线内轮廓(也称为次摆线)的中间壳体和在每一侧上横向封闭次摆线的壳体部分(也称为侧板)形成工作空间，旋转活塞(也称为转子)在该工作空间中旋转，该旋转活塞在从垂直于发动机的中心轴线的剖视图中观看时具有凸边三角形形状。转子驱动轴的偏心部分(也称为偏心轴)，同时在该偏心部分上安装转子。偏心轴的中心轴线位于发动机的中心轴线上，在次摆线轮廓的原点中。转子在工作空间中的引导通常由侧板中的外齿齿轮以及转子中的对应内齿齿轮来实现。

背景技术

在多片式设计中，多个工作空间彼此并排布置。工作空间的转子驱动共同的单件或多件式偏心轴。在两侧上形成工作空间的位于两个工作空间之间的侧板也称为中间板。

对于旋转活塞发动机，内部冷却与外部冷却是有区别的。内部冷却用于冷却工作空间内的部件，即转子、偏心轴和轴承等部分。外部冷却主要用于冷却壳体部分，并且与本发明无关。因此，可以在根据本发明的发动机上使用任何外部冷却。

内部冷却可以通过不同方式实现。一个可行方案是在发动机的进气进入工作空间之前将其用于内部冷却。为此，进气首先经由进气歧管吸入，接着通过侧板引导到偏心轴和转子的内部区域。接着，空气平行于中心轴线流过偏心轴和转子，并且因此到达相对置的侧板。从该处，空气通过至少一个连接件引导到旋转活塞发动机的工作空间，例如形成为侧板中的凹部的溢流通道和/或通向次摆线的圆周入口的通道。本发明涉及使用这种进气内部冷却方法的发动机。

具有进气内部冷却的旋转活塞发动机特别轻并且紧凑。然而，在工作空间大小相同的情况下，它们的最大功率比其他旋转活塞发动机要小。这有几个原因。

主要原因是进气在第一次用于冷却时会变热。这导致容积效率(Füllungsgrad)低于未加热的进气直接进入工作空间的发动机的容积效率。另一个原因是经过转子和偏心轴的流动会导致湍流和快速的体积变化，从而损害流动。此外，冷却能力由于只有可接着进入工作空间的那么多空气可用于冷却而受到限制。

已知各种优化用于提高容积效率并且因此增大具有进气内部冷却的旋转活塞发动机的最大功率。

首先，用于冷却的进气引导到工作空间的一个或多个通道可以用不同的方式设计。用于冷却的进气也可以在进入工作空间之前在中间腔室中稳定并冷却。以此方式，可以使用增压空气冷却器，如文件DE2234698A中所公开的。提高性能的另一可行方案是为发动机额外提供入口，通过该入口不用于冷却的冷空气可以直接进入工作空间，这特别适合覆盖短期的功率峰值。此外，有可能例如借助于涡轮增压器或超级增压器为旋转活塞发动机增压。

如果具有进气内部冷却的旋转活塞发动机配备了增压器，则根据现有技术节流阀控制和燃料供应位于进气歧管处借助于化油器或带有进气歧管的喷嘴的节流阀喷管进行。为了防止增压器上的压力峰值、尤其在闭合节流阀时，使用了根据现有技术的增压压力控制，例如以通向节流阀的空气管路中的高压阀的形式，或在涡轮增压器的情况下也以排气流中使用旁通阀(所谓的废气门)的形式。

现有技术的缺点是用于冷却的可用空气直接取决于节流阀开度，并且在节流阀完全打开的情况下，其受到发动机可以处理的最大空气量的限制。因此，发动机的冷却可能不足，尤其在满载和快的负载变化的情况下，这限制了发动机的最大功率和耐久性。

发明内容

本发明的目的是避免上述缺点并且提供一种旋转活塞发动机，其内部部件被更好地冷却，使得可以实现更高的最大功率和更好的耐久性。

该目的通过具有增压和进气内部冷却的旋转活塞发动机解决，其节流阀和高压阀不在进气歧管处，而是在与进入工作空间的入口的连接处。

由此，通过高压阀逸出的空气也可用于内部冷却。因此，空气量不再通过发动机可处理的空气量和节流阀位置受到限制，并且增压器可以直接针对发动机的冷却需求进行设计。

此外，还可行的是使用相对于发动机可处理的最大空气量而言尺寸过大的增压器。当使用涡轮增压器时，这对增压器本身也是有利的，因为旋转活塞发动机通常具有较高的排气温度，这会给增压器带来压力，而相对于发动机而言更大的增压器提供更多的冷却表面，并且可以处理更多的冷却进气。

与常规的增压发动机一样，增压器与进气歧管之间的增压空气冷却器可以与根据本发明的旋转活塞发动机一起使用。

此外，利用根据本发明的发动机，有可能在待冷却区域与进入工作空间的入口之间的连接处实施必要时的额外增压空气冷却器，以冷却流动到工作空间中的、先前用于冷却的空气。高压阀和节流阀由此可以位于增压空气冷却器的上游或下游，基于何种方式对于旋转活塞发动机的安装和/或操作更有用。

从高压阀逸出的空气可能因用于内部冷却而被加热，但其比发动机的某些部件、特别是出口区域的部件明显更冷。因此，根据本发明，可行方案是将通过高压阀逸出的空气引导到其他部件以冷却它们，例如引导到排气系统和/或涡轮增压器的涡轮侧。空气可以吹到部件的外面，并且如果部件在外壳中，则外壳也可以用来接住通过高压阀逸出的油。此外，根据本发明，可行方案是将来自高压阀的空气引入到排气流中，并因此降低排气温度。通过高压阀逸出的空气也可以引导到增压器的入口侧，以降低所需的吸力。

高压阀本身可以对应于任何已知的现有技术。高压阀的先前选择的术语仅用于说明功能。实际上，根据本发明，可以使用任何闭锁机构。举例来说，有可能使用具有弹簧的阀门或使用由真空致动器调节的阀瓣。根据本发明，还可行的是使用电子控制的闭锁机构。此类装置由此不仅可以根据至少一个压力传感器或必要时位于不同区域的多个压力传感器控制，而且还可以根据其他参数控制，例如至少一个节流阀位置或变化、在发动机中的温度和/或发动机的功率需求。

在根据本发明的多片式旋转活塞发动机上，空气流的引导可以不同方式进行。因此，工作空间可以在偏心轴处相互密封，使得供应的空气首先经由歧管分配到工作空间，并且接着工作空间的内部部件被单独冷却。随后可以向到工作空间的入口的连接提供单独的节流阀和闭锁机构。根据本发明，还可行的是用于冷却的空气在中间腔室或增压空气冷却器中合并，接着在中间腔室或增压空气冷却器处仅提供一个节流阀和闭锁机构，随后通过歧管将空气分配到进入工作空间的入口。

根据本发明，还可行的是使用多片式旋转活塞发动机(且尤其适宜的情况是具有双片的发动机)将冷却空气从增压器引导到外侧板中，并且避免在偏心轴处密封工作空间，使得空气在引导到如上所述的进气之前在至少一个中间板的共同通道中合并。相反，还可行的是集中地将冷却空气导入到至少一个中间板，该冷却空气随后经由侧板(或其他中间板)在先前描述的单独或合并的、进入工作区域的连接件处。

此外，在多片式旋转活塞发动机上，根据本发明，可行的是将冷却空气引导到一个侧板上，并且使其流过多个或所有工作空间的内部部件和中间板。如果冷却空气一直流到相对的侧板，则在用于进气的连接件处的一个节流阀和闭锁机构就足够了。然而，还可以使用多个节流阀和/或闭锁机构，只要这有利于发动机的操作即可。此外，根据本发明的用于多片式旋转活塞发动机的上述空气管道的任何组合都是可能的。

在具有进气内部冷却的传统旋转活塞发动机上，内部部件润滑所需的油与燃料预先混合或者使用油泵单独供应。在任何情况下，燃料供应都是在进气歧管处的化油器或节流阀体处进行。燃料和机油都与用于内部冷却的进气混合，因此与进气一起通过进入工作空间的入口。因此，不存在油的反馈送，而是完全燃烧。

与此相反，对于根据本发明的旋转活塞发动机，与燃料分离地提供油。本发明进一步提出，在流过待冷却部件之后并且在进入工作空间之前，油可以使用至少一个根据现有技术的分离器至少部分地从用于冷却的空气中分离。必要时，也可以在闭锁机构的出口处使用的额外分离器，借此不会以此方式漏油。根据增压空气冷却器的位置和设计，其也可以用作分离器，例如通过适当的结构和/或通过使油在增压空气冷却器内部冷凝并且将其单独导出增压空气冷却器的方式。如果通过闭锁机构逸出的空气被引导到增压器的压缩机侧的入口，则由于其中所产生的离心力增压器也可以用作分离器，并且由此也可能避免使用分离器，因为无论如何油都会被引导回到内部部件。

通过使用油分离器，可以增大油量，同时可以减少油耗。尤其是在使用液体燃料时，为了防止燃料也进入分离器，本发明还提出，液体燃料仅在油才供应，即在流动方向上在分离器之后或直接进入工作空间。然而，当使用气态燃料时，根据本发明，将其引导到闭锁机构下游的气流中就足够了。

根据本发明，油分离器的使用和在流动方向上在分离器之后的液体燃料供应不仅可以用于前面描述的具有进气内部冷却的增压旋转活塞发动机，而且还可以用于具有进气内部冷却的传统旋转活塞发动机。

如果进入工作空间的剩余油量不足以润滑工作空间中转子的密封元件，则根据本发明提供单独向密封元件供油。

在描述中使用术语空气即进气。可以理解，可以使用适合操作发动机的另一介质代替空气。还可以理解，根据本发明的发动机可以具备根据现有技术的任何其他优化。举例来说，可以应用多级增压器、电辅助的增压器或额外使用排气能量(所谓的复式涡轮增压引擎)。

附图说明

在下文中，参考附图示出了所呈现的本发明的实施例。

在所有图中，相同的附图标记用于相同或同类的部件。

应理解，所示部件和轮廓仅是示例性的，并且任何组合和实施例都是可行的。

在图中：

图1以剖视图示出了根据现有技术的具有进气内部冷却的旋转活塞发动机，用以解释各部件。

图2示出了图1中的旋转活塞发动机，用于说明气流。

图3示出了具有根据现有技术的进气内部冷却的旋转活塞发动机作为原理草图。

图4以原理草图示出了具有根据现有技术的进气内部冷却的增压旋转活塞发动机。

图5到9以原理草图示出了根据本发明的具有进气内部冷却的增压旋转活塞发动机。

图10到11示出了从根据本发明的发动机的闭锁机构逸出的空气如何能够用于冷却热发动机部件。

具体实施方式

图1用于解释各部件，并且以穿过中心轴线和入口通道的剖视图示出了采用外摆线设计并且具有进气内部冷却(M)的旋转活塞发动机。图中所示为进气歧管(1)、与进气歧管(2)连接的侧板、转子(3)、偏心轴(5)、转子(3)与偏心轴(5)之间的所谓主轴承(4)、第二侧板(6)、次摆线(8)以及作为侧板(6)与次摆线(8)之间的连接件的桥接件(7)。进一步示出了偏心轴(5)的侧向轴承(9、10)、用于密封偏心轴(5)的轴封环(11、12)以及转子(3)中的齿轮(13)和侧板(6)中的对应固定齿轮(14)的概述。

图2基于图1的剖视图用箭头示出了进气如何流过具有外摆线设计且具有进气内部冷却的旋转活塞发动机(M)。白色箭头指示冷空气，黑色箭头指示热空气。冷空气首先进入进气歧管(1)，并且从那里流过侧板(2)。从侧板(2)出来时，空气分散到旋转部件，即转子(3)、主轴承(4)和偏心轴(5)。空气流过并且冷却转子(3)、主轴承(4)和偏心轴(5)，并且因此升温。在侧板(6)中，空气再次积聚，并且经由在此情况下形成为桥接件(7)的连接件进入次摆线(8)的入口区域。

图3示出了先前描述的以外摆线设计的具有进气内部冷却(M)的旋转活塞发动机的示意图。指明了两个侧板、次摆线以及进气歧管和从侧板到次摆线入口区域的连接。

图4示意性地示出了根据现有技术的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(KM)。此处，增压器(L)(例如压缩机或涡轮增压器)与进气歧管连接并且产生增压压力，并且使用根据现有技术的增压压力控制。所示出的是设计为节流阀上游的高压阀(V)的闭锁机构。在涡轮增压器的情况下，增压压力可以替代地或补充地由排气流中的旁通阀(所谓的废气门)控制。由增压器(L)输送但未经由高压阀(V)逸出的空气(可能在通过此处未示出的增压空气冷却器后)到达节流阀(D)，该节流阀设计为具有用于喷射燃料(K)的喷嘴的化油器或节流阀体。油供应(O)在所说明实例中单独进行，但也可以提供将油与燃料混合来进行。

图5示意性地示出了根据本发明的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM1)。再次，增压器(L)(例如压缩机或涡轮增压器)连接到进气歧管，并且产生增压压力。然而，闭锁机构(V)和节流阀(D)此时在流动方向上位于发动机(M)之后，使得增压器输送的全部空气量流经发动机(M)。为了润滑发动机(M)的内部部件，需要单独的油供应(O)。燃料供应(K)可以像以前一样实现，即在节流阀(D)中或在节流阀(D)的下游。

图6再次示意性地示出了根据本发明的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM2)。在此实施例中，增压空气冷却器(LLK1)设置在增压器(L)与发动机(M)之间，以便冷却必要时已被增压器(L)加热的空气，并因此更好地冷却发动机(M)。第二增压空气冷却器(LLK2)设置在闭锁机构(V)与节流阀(D)之间，以便在通过冷却发动机(M)而受热的空气进入发动机(M)的工作空间之前对其进行冷却。闭锁机构(V)还具有油分离器(A)，使得可以将油与通过闭锁机构(V)逸出的空气分离并且再次用于润滑。油分离器(A)也可以与闭锁机构(V)分开地设置在发动机(M)与闭锁机构(V)之间的区域中或另外设置在发动机(M)与燃料供应(K)之间的区域中。这对于具有进气内部冷却(M)且无增压的发动机也是可能的。

图7示意性地示出了作为另一选项的类似于图6的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM3)，其中在发动机(M)下游的增压空气冷却器(LLK3)还用作油分离器(A)。根据本发明，这对于具有进气内部冷却(M)而无增压的发动机也是可能的。

图8示意性地示出了作为另一实施例的根据本发明的类似于图5的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM4)。在此情况下，通过闭锁机构(V)逸出的空气引导到增压器(L)的压缩机侧的入口，以便减小所需的吸力。如果增压器中出现离心力，则其也可以用作油分离器。也有可以避免使用分离器，因为无论如何油都会被引导回到内部部件。由于再循环空气的温度，在本实例中使用增压空气冷却器(LLK1)是适宜的。

图9示意性地示出了根据本发明的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM5)的另一变体。此处，增压器(L)也设置在发动机(M)的下游并且通过发动机(M)的进气歧管吸入空气。如前所述，提供单独的油供应，并且油分离器(A)在流动方向上位于增压器(L)之前。在流动方向上在增压器(L)之后，与之前一样是闭锁机构(V)、增压空气冷却器(LLK2)、节流阀(D)和燃料供应(K)。

图10示意性地示出了根据本发明的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM1-5)的闭锁机构(V)与外壳(E)的连接，具有排气歧管、消音器和出口的排气系统(AG)位于该外壳中。通过闭锁机构(V)逸出的空气流经外壳(E)并且冷却外壳内的排气系统(AG)，这使得有助于其集成、耐久性和材料选择。在所示实例中，空气通过排气系统所处的开口逸出。在外壳上，还设置有油分离器(A)，通过该油分离器可以接收通过闭锁机构(V)逸出的油并且使其返回到油路中。将含油空气流引导到油分离器(A)是有意义的，这样就不会将油引导到可能使其蒸发甚至点燃的部件。

应理解，在实践中，闭锁机构(V)、外壳(E)、排气系统(AG)和油分离器(A)之间可能存在连接管路和通道，为了更清楚起见，此处未示出。同样可以理解，当使用涡轮增压器作为增压器(L)时，增压器(L)的热涡轮侧可以容纳在外壳(E)内。

图11示意性地示出了根据本发明的以外摆线设计的具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM1-5)的闭锁机构(V)与排气系统(AG)的歧管的连接。为了促进将从闭锁机构(V)逸出的空气排放到排气歧管中，在所示实例中设置了文丘里喷嘴。通过使排出的空气与排气流混合降低了排气的温度，这有助于排气系统(AG)的集成和材料选择。

Claims (10)

1.一种具有进气内部冷却(M)的旋转活塞发动机，其特征在于，在待冷却部件(3、4、5)与进入工作空间的至少一个入口之间的至少一个连接件中设置有至少一个油分离器(A)。

2.根据前一权利要求所述的具有进气内部冷却(M)的旋转活塞发动机，其特征在于，在待冷却部件(3、4、5)与进入所述工作空间的至少一个入口之间的至少一个连接件中设置有至少一个增压空气冷却器(LLK2)。

3.根据前一权利要求所述的具有进气内部冷却(M)的旋转活塞发动机，其特征在于，至少一个增压空气冷却器(LLK3)与油分离器(A)组合。

4.一种具有进气内部冷却和增压的旋转活塞发动机(EM1-5)，其特征在于，在待冷却部件(3、4、5)与进入工作空间的至少一个入口之间的至少一个连接件中设置有至少一个闭锁机构(V)，增压压力能够通过所述闭锁机构(V)逸出。

5.根据前一权利要求和权利要求1至3中至少一项所述的旋转活塞发动机(EM1-5)。

6.根据权利要求4或5所述的旋转活塞发动机(EM2)，其特征在于，至少一个油分离器(A)设置在至少一个闭锁机构(V)中或与所述闭锁机构(V)相邻的至少一个连接件中。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的旋转活塞发动机(EM4)，其特征在于，从至少一个闭锁机构(V)逸出的空气被引导到所述增压器(L)的压缩机侧的入口。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的旋转活塞发动机(EM1-5)，其特征在于，从至少一个闭锁机构(V)逸出的空气被引导到至少一个外壳(E)中，所述旋转活塞发动机(EM1-5)的所述排气系统(AG)的至少部分位于所述至少一个外壳中，并且涡轮增压器(L)的至少一个涡轮侧也能够位于所述至少一个外壳中。

9.根据前一权利要求所述的旋转活塞发动机(EM1-5)，其特征在于，至少一个外壳(E)设置有至少一个油分离器(A)。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的旋转活塞发动机(EM1-5)，其特征在于，从至少闭锁机构(V)逸出的空气被引导到所述旋转活塞发动机(EM1-5)的至少一个排气系统(AG)中。

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