[发明专利]振荡活塞发动机有效

专利信息
申请号: 201180023895.5 申请日: 2011-03-29
公开(公告)号: CN102906393A 公开(公告)日: 2013-01-30
发明(设计)人: 斯蒂芬·李·坎宁安;马丁·A·斯图尔特 申请(专利权)人: 斯蒂芬·李·坎宁安;马丁·A·斯图尔特
主分类号: F02B53/00 分类号: F02B53/00;F02B55/02;F02B55/08;F02B53/02
代理公司: 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 代理人: 谢敏楠
地址: 加利福*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 振荡 活塞 发动机
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年3月30日提交的美国临时申请61/282,774号的优先权,通过引用将其公开内容合并至本申请中。

发明技术领域

本发明大体上涉及内燃机的领域,也涉及高压气体膨胀器。更具体地说,本发明涉及利用振荡圆盘方法将一种形式的能量(无论是通过燃烧各种石油产品所产生的化学能抑或是在高压气体中的能量)转换为旋转机械能。旋转机械能可被用来驱动发电机发电或者驱动正在行驶的交通工具(汽车、卡车、飞机或船)变速。

背景技术

传统的内燃发动机应用了在直线上作往复运动的活塞。这种运动通过一组偏移轴承被转移到一个旋转的曲轴上。柴油发动机和传统的燃气发动机都基于进气、压缩、点火/扩展(或引爆)和排气这四个循环。二冲程发动机通常使用端口来代替阀门,且其结合进气/压缩循环和膨胀/排气循环。然而,传统的发动机倾向于具有较低的效率、大的质能比以及较大的容量需求,对所述任一方面所进行的改进都将具有重大的意义。此外,传统的发动机往往要求较高的转速来形成足够高的转矩。

现有技术中,有人试图利用一套活塞来克服所述发动机的某些问题,当燃烧定位在环形活塞腔的一部分时,这一套活塞沿着环形腔室运动。该环形腔室具有一个复杂的中心轴结构、具有端口而非阀门、具有一个固定的连接至底架上的主齿轮以及绕着主齿轮的行星驱动齿轮。然而,这样的解决方案存在局部温度过高,以及传输高转矩到驱动轴的材料强度问题。

其他发动机是基于早期的摩根引擎,采用了具有振荡活塞的旋转环形室(整个腔旋转)。转矩通过一个“拨叉”转移到曲柄轴上,该 “拨叉”与中央共线汽缸连接,汽缸又依次与振荡活塞的圆盘相接。这种发动机需要大的旋转环形腔室,这种腔室需要电滑环来输出火花塞中的电流,也需要一个重的拨叉配置来传递转矩至曲柄轴。

近期,CO2制冷循环重新引起了人们的关注,因为它的使用极少引发,甚至是不会引发环境问题。在其循环周期中,跨临界阶段的高压二氧化碳通过膨胀阀迅速移动至冰箱内以创建一个制冷点。气体/液体的组合通过吸收冰箱内部的热量而被加热并且变成蒸汽,然后,蒸汽被压缩机压缩至跨临界状态。该压缩气体在冰箱外被周围的空气冷却,然后泵入到冰箱中的膨胀阀以完成循环。通过反向运行的制冷循环,可以将低品质的热量(摄氏300度的温度范围内的热)转换成机械能。在这种逆循环中,液体二氧化碳被加压至其跨临界状态,然后加热以提高其温度。接着,气体通过一个膨胀器,该膨胀器能够冷却跨临界二氧化碳并且将高压气体的能量转换为机械能。最后,气体又冷凝成液体,并重复该循环。基于CO2循环的膨胀器系统的理论已是早前即存在的,但在该循环中,缺少了可用于高压力和低容量气体的膨胀器。此外,对转化效率、质能比,以及对空间容积考虑上的优化,也将是具有重要意义的。

发明内容

本发明所公开的示例设备包括对传统的四冲程内燃机和二冲程内燃机的改进,所作的改进具有新颖性和非显而易见性(或说创造性)。本文中所提供的示例主要是基于一个环形燃烧室,该燃烧室具有新颖的齿轮装置和布局,以使本发明区别于目前任何已知的现有技术。

本发明所记载的某些发动机的实施例具有活塞,这些活塞刚性地安装在至少两个圆盘周围。两个圆盘相邻设置,其各自的活塞相互交错。当活塞在一个围绕在圆盘圆周的固定的环形腔室内移动时,活塞盘来回振荡。活塞的来回运动通过推臂转移至旋转曲柄轴,推臂沿着与圆盘相连的销旋转。

例如在一些实施例中,发动机运用了多个曲轴,这些曲轴都穿过了圆盘上的孔。这些孔使得每个曲柄轴连接两个圆盘。多个曲轴通过负载共享的方式让高转矩转移到主轴上,而不需要其中任何一个轴过度承重,从而使质量大幅度减少。曲柄轴的对称设置使力达到平衡,并最大限度地减少了振动。圆盘之间的燃烧室围绕了整个环形腔室周围,这种结构可使得温度分布均一。

另一个例子中,发动机使用了单一的曲柄轴,该轴穿过一对圆盘中的孔,其中一个圆盘融合在环形燃烧室的一侧,另一个圆盘是自由振荡的,并且,对于每对活塞来说,第一活塞固定于融合圆盘处,第二活塞盘随所述第二圆盘自由振荡。发动机可设有一对或者多对活塞。

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