[发明专利]旋转活塞式内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转活塞式内燃机，特别是涉及，但不限于，一种通常所说的沃克尔发动机(Wankel engine)。

背景技术

在沃克尔发动机中，旋转活塞(所谓的转子，且下文称为转子)在由壳体或所谓转子壳体与端壳或所谓端板结合形成的空腔内旋转，转子的外周缘以及空腔的内壁的形状使得形成在转子的外周缘和空腔的内壁之间的工作腔在转子转动时容积发生改变，空腔设有进气口和排气口。在这类所熟知的内燃机中，所谓的空腔包括具有双弧外旋轮线形缸膛的静止转子壳体和大体为三角形但具有凸的弧形侧边的转子，保持与转子壳体的缸膛的周壁密封接触的在转子顶端的密封或所谓的顶端密封，和保持与两个轴向间隔开的端板和以行星方式在空腔内转动的转子密封接触的在转子的侧边的密封或所谓的侧密封。

这类内燃机转子的可选择的冷却方法以及每种系统的优点和缺点在专利申请号为WO2009/101385的文献中有描述。

上述WO2009/101385文献描述了一种转子冷却系统，以下称之为SPRACS(自增压转子空气冷却系统)，通过经侧密封从工作腔进入到转子内部且通过泵在一个完整的封闭循环内再循环的自增压窜漏空气或气体的介质来冷却转子，通过转子的介质带走了转子的热量，经管道和经换热器散热。

对该系统的实际测试证明了该系统能够如所述的快速且自动增压，当内燃机以高功率运行时，静压力具有在4-6巴绝对压力(bar absolute)范围内的典型值，这是对转子进行最大化冷却所需要的。结果密度极大地增加的循环气体对转子的散热效果比采用具有环境压力的空气或气体冷却转子的任何在先系统更有效率。这是从转子到冷却气体、从冷却气体到换热器的传热系数的理论值的必然结果，在给定的温差和典型地与气体密度功率0.8相关的气体流速的前提下。

足够的冷却能力仍然存在于该系统内，即使增压的气体的平均温度远高于在先系统内使用的未增压转子冷却空气的温度。

发明内容

根据本发明的一个方面，我提供一种如权利要求1所述的旋转活塞内燃机。记载在本发明实施例中的其他特征和/或本发明的其他方面则在下面的说明书和后续的权利要求中描述。

因为用于散热的换热器较小，系统可以恰当地冷却转子，但使用高温循环介质，且系统仍能够有效地冷却，即使介质或散热表面的温度非常高。使用SPRACS，换热器结构紧凑，因此能够集成在主内燃机壳体上，无需使用外部换热器和至今还在使用的连接到组件的外部管路，因此，进一步降低了体积、质量和成本。

通过高密度气体实现的更有效率的冷却也允许以较低速度经过转子和换热器循环介质的泵来实现对转子的足够冷却，并且该较低速度导致较少流动压力损失，因此泵输出的循环压力也较低。泵的优选类型是离心风机，因此该种风机的叶轮相比已知的叶轮，不是具有较小的直径就是以较低角速度转动。

为了产生必须的循环压力，在先的系统使用较小直径的且以高转速(几倍于内燃机的转速)驱动的叶轮，这种速度的提升是通过皮带驱动达到的。

在冷却转子上，高密度气体的效力允许使用具有相对小的直径(通常直径小于主内燃机壳体)的风机叶轮，因此，有助于达到紧凑封装；叶轮以内燃机的速度转动，因此无需速度提升装置，并且削减了这种装置的成本和体积，消除了这种装置的机械效率损失和扭转振动的问题。

采用涉及具有几个巴压力的气体的自增压系统的一个缺点是，每一个被要求穿过内燃机壳体的驱动轴必须使用高质量的转轴密封，该密封需要在内燃机工作期间能够防止任何严重的气体泄漏，而且在内燃机的使用寿命内能够持续提供适当的密封。

因此，采用直接安装到或连接到内燃机主偏心轴上的叶轮是有益的，并且叶轮需要以内燃机的速度转动，整个风机组件全部包含在高压冷却回路内，因此不需要任何驱动轴配有高压力旋转密封。需要高压密封的轴仅是从高压系统内伸出的驱动输出轴。

沃克尔型旋转内热燃机具有加热非常不均匀的转子壳体，围绕火花塞和介于火花塞和排气口的区域从燃烧气体接收了最多的热量。

通过使用用于转子冷却回路的集成换热器，本发明的有益特征为来自转子的热量能够部分排放进位于进气口和吸气区域内的转子壳体的低温区域。该低温区域被加热具有两个好处，第一，这有助于对进气/可燃混合气加热，因此有利于汽化液态燃料颗粒并改善燃烧前的混合比。第二，有助于确保转子壳体360度圆周分布的温度更均匀，因此保证了更均匀的轴向热膨胀，且减轻了顶端密封为了在其轴端达到良好气密性的任务。

这种水冷旋转内燃机的端板总是包括通过进行水循环的铸造空腔。