[发明专利]正位移旋转叶片发动机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2007年3月5日提交的美国临时专利申请第 60/892,913号的权益，该申请的全部内容在此为了所有目的特此通过引用 并入。

技术领域

本发明一般涉及发动机。更具体地说，本发明涉及正位移旋转叶片发 动机(positive displacement rotary vane engine)。

发明背景

运行在奥托循环中的预混合及直接喷射式火花点燃活塞发动机 (premixed and direct-injection spark-ignition piston engine)以及运行在狄 塞尔循环中的直接喷射式发动机代表了用于机动交通工具的大多数已知 发动机。这些发动机受欢迎的原因有多种，但它们被广泛使用主要是因为 它们能为各种各样的动力装置提供合理的效率。火花点燃发动机的一个主 要缺点是它们必须运行在这样一种模式中，在这种模式中，发动机在处于 燃烧阶段时燃料质量对空气质量的比率接近化学计量性比率。因此，为了 以部分功率运行，发动机必须被节流，由此，进口侧的压力必须被有意地 降低，以便限制空气质量流量。这有效地限制了压缩比率并进而限制了发 动机的效率。该事实是混合电力推进系统(hybrid-electric propulsion system)成功的基础。

直接喷射式火花点燃发动机及柴油发动机不受此要求的限制，但是这 两种类型的发动机具有显著的排放问题。将混合比率改变为远离于化学计 量性混合比率的问题使用基于燃气涡轮技术的布雷顿循环发动机 (Brayton cycle engine)中的高调节比燃烧器(high turndown ratio combustor)解决。这是可能的，因为燃烧过程发生在发动机中远离于压 缩和膨胀的分离的物理区域中，从而只允许部分空气以高度控制的方式与 燃料结合燃烧。具有发生燃烧的分离的物理区域允许仅通过改变通向燃烧 器的燃料流量来控制动力水平。以部分功率运行布雷顿循环发动机的缺点 通过已知的轴流压缩机和涡轮系统(axial flow compressor and turbine system)在偏离设计的运行点时是低效率的事实解释。

常规活塞发动机的另一个缺点是空气通过阀输送到燃烧室，这限制了 发动机有效地换气(breathe)的能力，并甚至在节流装置(throttle setting) 敞开时引起泵送损失。

为了解决这些问题，已经做出了很多努力来发展成功的旋转叶片类型 的高容积流率正位移压缩机(high volumetric flow rate positive displacement compressor)。先前已知的旋转叶片类型的发动机实质上取决 于在用于燃烧的小体积中的间歇火花点燃和/或燃料喷射。这以相同的方 式内在地限制活塞发动机的性能，其中活塞发动机的性能受燃烧化学计量 (combustion stoichiometry)的限制。

另外，用于高温用途的旋转叶片装置(rotary vane device)例如燃烧 发动机的密封迄今为止已经使得发明者感到困惑，并且过度磨损妨碍了所 有类型的已知旋转叶片装置的成功。为了创建成功的旋转叶片发动机，叶 片的可靠密封(positive sealing)必须沿着每个叶片的外边缘进行、沿着 每个叶片的侧面进行、沿着每个叶片的底部区域进行并位于转子和壳体 (case)之间。在没有正确密封的情况下，不能进行充分的压缩和膨胀。 另外，为了装置的寿命，必须减小与已知的旋转叶片发动机的离心力关联 的高磨损率。

因此，可见存在对于改进燃烧发动机且特别是那些旋转叶片类型的发 动机的需要。另外，可见存在对于有效地密封压缩和膨胀腔同时减小部件 磨损的旋转叶片燃烧发动机的需要，以使可以实现长期运行的旋转叶片发 动机。本发明主要涉及提供这些以及其它需要。

发明概述