旋转式内燃机的制作方法

专利名称：旋转式内燃机的制作方法
技术领域：
旋转式内燃机。2.背景技术。在存在氧气(通常来自空气)的情况下，内燃机在其燃烧室中燃烧燃料。燃烧产生高温及高压气体，其膨胀且抵着可移动的引擎零件施加力。所述零件的移动产生机械能量。由此，内燃机将燃料中潜在的化学能量转换为动态机械能量。因此，其为实际的机械工作提供动力以移动交通工具且运转泵及其它设备。内燃机分为两个主要类型 间歇式及连续式。活塞引擎(四冲程和二冲程)为最普遍的间歇式引擎。较不普遍的旋转式引擎也为间歇式。连续式内燃机包含燃气轮机及喷射引擎。内燃机最常使用于包含汽车、卡车、公交车、飞机及轮船的交通工具中。燃料(通常为汽油或柴油燃料)中潜在的化学能量与所述燃料的重量的比率较高。因此，内燃机可在携带其所有燃料的同时行进较长距离。汽油活塞引擎是效率最低的内燃机之一，其效率仅为大约25%到30%。直接喷射柴油引擎的效率至少在较低RPM下可为大约40%。燃气轮机是效率最高的内燃机之一-其在高转速下效率为大约60%。然而，燃气轮机在低转速下效率较低。由于多数陆地交通工具引擎在接近空转或远低于最大RPM下操作，因此燃气轮机对于多数陆地交通工具来说不实际。旋转式内燃机出现在20世纪早期。参见汉利(Hanley)的美国专利第1，048，308号(1912年)。研发于20世纪60年代初的汪克尔(Wankel)旋转式引擎已被商用。见美国专利第 2，938，505 号、第 3，306，269 号、第 3，373，723 号、第 3，793，998 号、第 3，855，977号、第3，923，013号及第4，072，132号。汪克尔引擎为一种使用旋转式设计(而不是往复式活塞)以便将膨胀燃烧气体的能量转换为旋转运动的内燃机。其四冲程循环发生在椭圆状圆外次摆线形外壳的内侧与形状类似于鲁洛三角形(Reuleaux triangle)的转子之间的空间中。公众经常将汪克尔引擎称为“旋转式引擎”，但旋转式引擎可具有其它构造。内燃机在燃烧室中压缩空气-燃料混合物并通过电火花或超高压缩点燃所述燃料。所得到的燃烧将所述气体膨胀以将化学能量变换为机械能量。燃气轮机中的燃烧室处于两组相对的扇叶片之间。所述扇叶片压缩所述空气混合物。当燃料被导入并点燃时，燃烧产物抵着下游的扇叶片膨胀，从而引起所述叶片旋转。来自所述叶片旋转的能量驱动交通工具或其它装置。

发明内容
一种旋转式引擎具有转子，所述转子具有在封闭圆柱形外壳内侧的室中枢转的摇杆。在每一摇杆枢转时，其使外曲柄轴旋转。每一外曲柄轴具有哨合固定环形齿轮的正齿轮。正齿轮旋转引起所述齿轮及所述外曲柄轴围绕所述环形齿轮转动。这引起所述转子旋转。随着所述转子旋转，连续的室被定位在进气、压缩、点火及排气位置。在进气位置，所述摇杆枢转进入到其室中以便将气体-燃料混合物抽取进入所述室中。所述摇杆在压缩位置中向外枢转。在点火位置点燃所述燃料将所述摇杆向内推动，且所述摇杆在排气位置再次向外移动以便排出燃烧产物。


图I为所述旋转式引擎的 透视图。图2为所述旋转式引擎的分解视图。图3为所述旋转式引擎的动力模块的分解视图。图4为所述旋转式引擎的前剖视图。图5为所述旋转式引擎的转子的内部零件的前视图。图6a及6b为所述旋转式引擎的转子的部分前视图。图7为所述旋转式引擎的摇杆的透视图。图8为所述旋转式引擎的小曲柄轴的透视图。图9为所述旋转式引擎的转子的外壳的前透视图。图10为所述旋转式引擎的转子的外壳的后透视图，其展示冷却套。图11为所述旋转式引擎的转子的透视图。图12为所述主曲柄轴的透视图。图13为双循环转子的前视图。图14为使用两个旋转式引擎的引擎的透视图。图15及16为所述旋转式引擎的替代环形板的透视图。图17为所述转子的部分的更换零件的透视图。图18为用于装置中的密封件的透视图。图19为用于所述转子的压缩机的外壳的透视图。图20为替代正齿轮的透视图。图21为用于所述旋转式引擎的另一个替代转子的透视图。当具体实施方式
论述一个或一个以上图式中的参考数字时，被论述的元件与参考数字可在所述图式中见到。所述元件还可在其它图式中见到而无其参考数字，以避免参考数字过于拥挤。
具体实施例方式旋转式引擎100(图I及2)具有如下的主要组件⑴外壳200，用于容纳其它组件并安装于交通工具或其它装置中；(2)动力模块300及输出部600。见图2。外壳200(图1、4、9及10)可包含大致上为圆柱形的外壳体202，其由8620、8514或其它钢合金制成。也可使用铝或其它适用的材料。所述外壳具有圆柱形内壁204。所述内壁也可为在铝外壳体之内的钢嵌件。所述外壳可为气冷或水冷式。如果为水冷式，则所述外壳体可具有顶部及底部水槽210及220 (图9及10)。覆盖所述顶部水槽的顶部水套212具有入口 214及出口 216 (图10)。同样地，覆盖所述底部水槽的底部水套222具有入口 224及出口 226。所述入口可从散热器或其它热交换器接纳冷却剂，且所述出口使所述冷却剂返回到所述散热器。未展示将所述入口及出口连接到所述散热器的软管。所述槽可具有导热材料制成的叶片218及228以便将热从外壳转移到冷却剂。所述叶片还可引导冷却剂以使其从所述入口流到所述出口。此外，可改变所述入口及出口的位置。前板230及后板232封闭外壳200 (图I及2)。所述板可为6061铝或其它适用材料。参考图式而使用术语“前”及“后”，并不一定需要参考其中安装所述旋转式引擎的交通工具或另一装置。外壳体202具有周向隔开的钻孔，所述钻孔延伸进入到所述外壳体的前部及后部中。仅前部上的钻孔234可见。见图2、4、9及10。螺栓或其它紧固件(未图示)延伸通过所述前板中的对应孔236并 锁定进入到所述钻孔中。外壳体202可具有下文更详细描述的开口及通口。所述前板230及后板232可包含油环密封沟槽238 (仅展示在图2中的板232上)。对应的环形密封件(见图18中的密封件532)安装在所述环形密封沟槽中以便在所述板附接到外壳体202时产生密封。垫圈(未图示)也可将所述板密封到所述外壳体。可提供其它装置或系统以便防止归因于不同金属的电化腐蚀。动力模块300安装于外壳体202内。见图2及4。所述动力模块包含在所述外壳体内围绕旋转轴旋转的旋转式模块或转子310。所述转子可由8620或8514钢或球墨铸铁形成。所述转子可具有四个臂312、314、316及318(图5、6a、6b及11)。每一臂的远端，例如臂312的末端320 (图5、6a及6b)，具有两个较短的、隔开的延伸部322及324 (图6a及6b)。外表面326及328 (图3、6a及6b)可具有符合外壳体202的内圆柱形壁204的表面。可为9254钢的压力板330(图3)安装在延伸部322与324之间的空间中。可由Incoloy 合金制成的弹簧332推动压力板330以便推动密封件306及308 (图3)密封所述内圆柱形壁。所述压力板密封件与臂延伸部(例如延伸部322与324)将臂的远端密封到外壳体的内圆柱表面。剩下的臂314、316及318具有类似布置。臂312、314、316及318可由从毂344(图11)及从中空空间336向外延伸的两个板340及342形成。仅形成图11中的臂312的板标有标号。所述中空空间由外曲柄轴使用，如下述。此外，具有隔开的板可降低转子质量并增加效率。用于臂312、314、316及318的板可具有对准的钻孔。图11展示板340中的钻孔350、352、354及356。仅板342中的钻孔358可见。如图6a及6b所示，钻孔350、352、354及356与板342中对应的钻孔对准，所述对应的钻孔在图6a及6b中不可见。一个臂及其相邻的臂与外壳体202的内圆柱形壁204之间的空间形成室。因此，室360 (图5)形成在臂312与318之间，且臂312与314之间、314与316之间、以及316与316之间的空间分别形成室362、364及366。四个摇杆370、372、374及376中的一者安装以用于在每一室360、362、364及366中枢转。图3展示从转子分解的摇杆376，图5展示所有与转子310有关的摇杆，图6a及6b仅展示在不同位置之间移动的两个转子，且图7展示所述摇杆的细节。所述摇杆可由4032铝或其它适当材料形成。枢销380延伸通过每一摇杆(图7及仅为图5中的摇杆376标号)的脊382。所述脊安装于每一臂312、314、316及318的圆形部分384中。所述脊的外表面与所述圆形部分的表面协作以便在摇杆枢转时密封所述脊及圆形部分的交点。可提供添加的结构以便增强所述脊处的密封，例如在沟槽382 (图7)中的密封部件428 (图3)。所述摇杆可具有前沟槽404及若干侧沟槽，在图7中仅所述侧沟槽中的一者(沟槽406)可见。侧压缩密封件424及426 (图3)安装于所述侧沟槽中且前压缩密封件428安装于所述前沟槽中。其可为5254钢。所述侧压缩密封件在前环形板396及后环形板398被安装到转子310的外侧时接触所述环形板的内侧。见图3。所述前压缩密封件接触每一转子臂的摇杆面，例如臂312的面368 (图5)。所述摇杆面可为围绕每一枢销的轴的拱形。所述摇杆面还隔离所述两个板之间的空间。密封件306及308 (图3)可安装于环形板396及398的周向沟槽334中(仅环形板396中的沟槽被标号)。每一密封件可具有面向内的部分504及506 (在图3中仅密封件306上的部分被标号)。所述面向内的部分彼此接触以形成密封。所述面向内的部分可从所述周向沟槽延伸通过所述环形板中的凹口(例如凹口 508)。当所述装置被组装时，密封件306及308密封室360、362、364及366 的外侧。如果面368(图5)被损坏或磨损，则可能需要更换零件。因此，转子可经设计以接受更换件378 (图17)上的更换面。前环形板396及后环形板398覆盖转子臂312、314、316、318，室360、362、364、366以及摇杆370、372、374及376。见图3。所述环形板可由球墨铸铁形成。前环形板396具有四个切口 484、486、488及490 (图3)。每一者与转子臂312、314、316及318中的钻孔350、352、354或356中的一者对准(图6a与6b)。后环形板398还具有四个切口 496、498、500及502(图3)。每一者与所述前环形板上的切口对准。摇杆的枢销(例如销380)可延伸进入到前环形板396 (图3)上的钻孔(例如钻孔394)中以及后环形板398上的对应钻孔(未标号)中。所述环形板可由球墨铸铁形成。所述枢销还可延伸进入到若干凹口中，所述凹口延伸进入到所述环形板中但不通过所述环形板。见图15及16中替代环形板492及494中的也为相似但下凹的钻孔。钻孔388、390及392以及所述环形板上其它未标号的钻孔可用于将前转子环形板396用螺栓紧固到转子310。对应的螺栓或其它紧固件将后环形板398附接到所述转子。所述紧固件(未图示)附接到转子臂312、314、316及318上的螺纹钻孔386(图3、4、5、6a及6b)。用于附接所述环形板的钻孔的位置可改变。图3展示被标号的两个额外钻孔。由此，每一环形板可通过十二个紧固件(四组紧固件，每组三个)附接到转子。为手动定位，合钉可被用于将环形板396或398中的适当孔(例如孔388)与适当的钻孔386对准。自动化组装可使用不同的技术。以下描述使用摇杆376作为所有摇杆370、372、374及376的实例。摇杆376可包含两个隔开的销毂410及412 (图7)，其可被整体形成为所述摇杆的部分。摇杆杆销414 (其可为4140钢)延伸通过销毂410中的钻孔416 (图7仅一个可见)。所述摇杆杆销还延伸通过连杆418的上钻孔420(图3及7)。图3还展示所述连杆的下钻孔422。所述连杆也可为4140钢。摇杆370、372、374及376围绕其相应的枢销(例如摇杆376中的销380)枢转(图5)。每一摇杆从接近于外壳体202的内表面204的外侧位置枢转到远离所述内表面的内侧位置并回到所述外侧位置。因此，在图5中，摇杆370及374被展示处于内侧位置，且摇杆372及376被展示处于所述外侧位置。这些位置是暂时的，因为所述摇杆如下述而枢转入且枢转出。每一摇杆370、372、374及376的枢转使对应的外曲柄轴430、432、434及436 (图7和8)旋转。类似地，旋转外曲柄轴将使其对应的摇杆枢转。所述外曲柄轴可由4140钢制成。虽然每一者可由一件形成，但图7及8展示构成每一外曲柄轴组合件的以下零件。曲柄轴436包含前轮440及后轮及442 (图7及8)。所述前轮包含具有位于其末端处的榫446的面向后轴颈444。所述榫安装于后曲柄轮442的榫接纳器448 (图8)中。前正齿轮450包含安装于前轮440中的榫接纳开口 454中的榫452，且后正齿轮456也包含被接纳于其在后曲柄轮442中的榫接纳开口(在图8中不可见)内的榫458。螺栓460及462 (图5 (仅两 个被标号)以及图6a及6b)或其它紧固件延伸通过前正齿轮450中的螺栓孔464及466并通过前曲柄轮440中的经对准的孔468及470、通过后曲柄轮442中的经对准的孔472及474并进入后正齿轮456中的孔476及478中。用于将螺栓啮合在后正齿轮内的螺纹不可见。因此，所述螺栓将所述前正齿轮、所述前及后曲柄组合件以及所述后正齿轮紧固在一起。每一外曲柄轴(例如曲柄轴436)的前轮440及后轮442可具有用于润滑所述轮的油槽480及482(图7及8)。所述油槽可从油供给338 (图11)接纳润滑剂。所述油供给可成角度以便于加工。或者，所述油供给可通过在钻穿臂板340及344后再钻成笔直。起因于在与摇杆376相关联的燃烧室中燃料的点燃的来自气体的压力使所述摇杆向内枢转(即图7中右侧向下移动)。因此，所述摇杆抵着外曲柄轴436的轴颈444而驱动连杆418，这使所述曲柄轴旋转。所述零件经定尺寸使得当所述摇杆到达最内的位置时，所述曲柄轴轴颈处于或靠近其底部位置。所述轴颈的持续旋转驱动所述摇杆向外。如果所述摇杆处于不同于通过气体膨胀而被推动且取决于所述摇杆在其循环中的位置的位置中，则所述曲柄轴拉动或推动所述摇杆。在论述所述外曲柄轴的操作之前描述主曲柄轴610。所述主曲柄轴(图2、3、5及12)(可为4130钢)从引擎提供动力，以便对交通工具供能或产生其它有用的功。所述主曲柄轴可为一件式，但不同直径的部分被描述为如同是附接到一起的单独零件。所述主曲柄轴可包含区段616 (图3)，其直径大于中间直径部分614。在所述较大直径区段的末端的油槽650及652(图12)运送用于润滑的油。所述主曲柄轴还包含在所述曲柄轴末端的较小直径凸缘612及618。此外，套筒616包含纵向键槽632 (图12)。虽然图12仅展示一个键槽，但可存在不止一个键槽。所述主曲柄轴610的纵向中心可为中空以便将油传输到所述曲柄轴之外或从一个油孔传输到另一个。举例来说，一个或一个以上油分配通道640 (图12)可沿着所述中心、较大直径区段616延伸并与油槽650及652连接。类似地,一个或一个以上额外周向油沟槽642及644可围绕所述主曲柄轴的较小直径凸缘612及618的外侧延伸。油供给628及630可将润滑剂运送到所述油沟槽。凸缘612及618可具有键槽634及636。所述凸缘的末端形成螺栓孔638，在图12中仅其中的一者可见。可为铜的推力环540安装于转子310中的推力环腔体542中(图6a、6b及11)，且对应的推力环安装于所述转子的另一侧上。每一推力环具有钻孔544。主曲柄轴610可按如下方式安装到转子。其可定位于腔体542内。所述推力环在所述主曲柄轴上滑动，且来自每一推力环的键546啮合套筒616的键槽640。
主曲柄轴610延伸通过环形齿轮620及622以及环形板396及398。所述环形齿轮可为4140钢。所述主曲柄轴安装于在臂板340及342的中心的钻孔(在图6a、6b及11中仅钻孔510可见)中。所述环形齿轮可抵着前板230及后板232(图I及2)的内侧固定。举例来说，所述环形齿轮可被固定到安装板662，且螺栓660可将所述环形齿轮及安装板紧固到前板及后板。所述环形齿轮还可被固定到其它结构。与外曲柄轴436及摇杆376相关联的前正齿轮450及后正齿轮456的齿啮合环形齿轮620及622上的齿。类似地，在其它外曲柄轴(例如432、434、436)上与其它摇杆相关联的其它正齿轮也啮合所述前或后 环形齿轮上的齿。由于所述环形齿轮是固定的，所以正齿轮的旋转引起所述正齿轮围绕所述环形齿轮转动。所述外曲柄轴(包含其正齿轮)到转子310的连接引起所述转子围绕所述转子的旋转轴旋转。所述轴与主曲柄轴的旋转轴重
口 o在所述图式中，正齿轮围绕环形齿轮的外侧行进。环形齿轮可为具有内部齿的行星齿轮，使得正齿轮将围绕此齿轮的内侧行进。此外，虽然所述图式展示与环形齿轮啮合的正齿轮，但所述齿轮可用例如能够通过其相互作用而驱动或被驱动的皮带、链条驱动以及摩擦驱动的其它装置替代。可修改正齿轮齿与环形齿轮齿的数目比率。这样做改变了转子310针对正齿轮(例如齿轮450及456)的每一旋转所行进的角距离。主曲柄轴610的凸缘612及618可延伸通过前板230及后板232 (图2)中的钻孔244及246。然而，仅一个凸缘从外壳200突起是可接受的。所述曲柄轴凸缘可延伸通过曲柄轴套环248及250的相应开口 252及254。通过前曲柄轴套环248中的开口 256的紧固件(未图示)啮合前板230中的钻孔258，且对应的紧固件将后套环250紧固到所述后板。这些零件未被标号。同样见图I。每一套环可具有围绕开口 252及254的内侧的密封件(未图示)。还可提供一时标安装孔260 (图2)。前板230及后板232可包含油环密封沟槽238 (仅展示于图2中的板232上)。对应的环形密封件(仅密封件532在图2中可见且展示于图18中)安装于所述环形密封沟槽中，以便在所述板附接到外壳体202时，在前转子环形板396及后转子环形板398与前外壳板230及后外壳板232的内侧之间产生密封。所述环形板密封件可包含环形肩530，其面朝所述环形板并与其接触。所述环形板密封件可为铸铁、硅石墨、碳纤维或其它适当材料。弹簧(未图示)可朝所述前及后环形板偏置所述环形板密封件。环形板密封件532在转子旋转期间相对于外壳板230及232保持固定。因此，所述转子的环形板396及398在环形板密封件上滑动。所述环形板密封件具有如图18所示的缘肩534。垫圈(未图示)也可将板230及232密封到所述外壳体。可提供其它装置或系统以便防止由于任何不同金属彼此接触而产生的电化腐蚀。所述环形板可具有不同设计，且图15及16展示两个用于环形板492及494的替代设计。外表面580包含圆毂582。所述圆毂配合到在将由图2中的端板230或232修改而来的外壳前或后板上的对应凹陷中。例如开口 584、586及588的开口可发挥若干功能。开口 584及586以及环形板494中的对应孔是用于将所述环形板附接到转子的紧固件(未图示)。开口 590及592 (图16)用于正齿轮间隙及支撑。每一象限中的一个开口可安装用于转子的摇杆的枢销。与完全延伸通过所述环形板的切口(例如图3中的切口 484、486、488及490)不同，图15及16中的切口为环形板的内壁中的凹部。举例来说，见图16中的凹部590。正齿轮594 (图20)安装于每一凹部中。钻孔588及592 (图15及16)延伸通过所述环形板且接纳对应正齿轮的毂596。轴将延伸通过所述钻孔以便将正齿轮连接到外曲柄轴的轮。开口(未图示)也可被设置在邻近正齿轮处以便喷洒润滑剂到所述正齿轮上。为了使所述引擎操作，受控量的空气及燃料在摇杆374(图5)向内枢转时经由进气通口 514(图9及10)而注入。电子控制可改变空气及燃料的量或者空气-燃料比率。涡轮增压器或机械增压器可增大通过所述进气通口的空气(氧气)体积。随着外曲柄轴434上的正齿轮围绕前环形齿轮620转动(且对应的正齿轮围绕后环形齿轮622转动)，所述外曲柄轴旋转。所述外曲柄轴通过连杆 到摇杆374的连接使所述摇杆向内枢转。所述向内枢转在室366 (在图5中标为“输入”室)中引起压力减小。在室366接纳预定量的空气及燃料后，转子310的旋转运送室366通过进气通口514。所述转子的进一步旋转引起外曲柄轴434开始向外枢转摇杆374。由于所述图式非动画且组件保持固定，所以认为室366已移动到室360早已在所述图式中所处的位置且已在所述处的零件的参考数字现在被使用。随着摇杆(现在是376)向外枢转，室360中的容积下降引起所述摇杆之上的室中以及用于火花塞(之后论述)的任何凹部524中的空气-燃料混合物的对应压力增加(压缩)。摇杆(例如摇杆376)的顶面可被涂布。所述顶面具有被挤压区域408包围的中央燃烧区402 (图7)。在活塞式引擎中，挤压区域为燃烧室的狭窄区段，空气-燃料混合物在此区段中比在所述室的其它部分中受到更多压缩。挤压区域有助于引导新鲜的空气-燃料混合物的流动且有助于改善排气，即，将废气推出汽缸。在此，挤压区域408为从表面402凸起的表面区域并与外壳体202的内表面204(图9及10)匹配。此凸起表面围绕燃烧表面402的延伸边缘产生较高压力。挤压区域408可通过压缩所述区域中的空气-燃料混合物而在所述混合物在中央燃烧区402之上达到完全压缩时产生紊流。这可允许气态混合物的更完全的燃烧以便降低排放。所述挤压区域还可改善剩余的已燃烧气体的排出。所述挤压区域的表面可在燃烧表面402之上0. 010英寸至IJ 0. 080英寸(0. 25毫米到2毫米，公制等价换算是近似值)，可能优选的是0. 020英寸到0. 060英寸(0. 5毫米到I. 5毫米)。基座522中的火花塞520 (图4)的热端朝室360延伸以使得来自所述火花塞的火花可点燃所述燃料。高压、直接喷射器可被安装进入于外壳202中接近火花塞以用于汽油直接喷射。火花塞的热端可在外壳体202 (图9)的内壁204中的凹部524中终结。所述凹部被展示为圆柱形，但可经定大小及形状以改善燃烧。所述图式展示单一火花塞，但具有两个或两个以上用于每一燃烧室的火花塞可改善操作。此外，火花塞被展示于所述图式中，但旋转式电动机可利用处于更高压力的柴油循环来工作而不具有火花塞。所述更高的压力对于旋转式引擎的组件可能需要不同的材料或不同的尺寸。所述火花塞以预定的时间点火以便用于适当的引擎时序。燃料在室360中存在空气的情况下的点燃引起室中压力的实质增加。所述压力施加力于摇杆376上以便迫使所述摇杆向内。随着转子310继续旋转，室360旋转进入到图5中室362的位置。这是从所述室的压缩到来自所述室的动力的移动。因此，摇杆370枢转到其向内的位置(图5)。通过外曲柄轴榫436与榫接纳器448的连接，所述向内移动旋转外曲柄轴442。因此，正齿轮450及456旋转且沿着环形齿轮620及622(图3及5)的外侧行进。这接着引起转子310旋转。转子310的继续旋转将论述中的室定位于图5中室364的位置。在此转子旋转期间，与摇杆(现在是摇杆372)相关联的正齿轮在介于外曲柄轴与所述摇杆之间的连杆上作用以便使所述摇杆向外枢转。向外的枢转推动废气通过排气通口 516 (图2、9及10)。然后所述循环重复。在转子310的每个旋转期间，所述四个室中的每一者循序通过四个循环进气、压缩、燃烧及排气。通过选择所述摇杆连杆 的偏移枢轴(例如相对于其外曲柄轴436及其摇杆376(图7)的连杆418)及其枢销380的位置，所述引擎可修改所述进气、压缩、燃烧及排气循环的时序。由于所述摇杆的枢轴是固定的，因此所述枢轴还可产生弧形偏移角。举例来说，所述摇杆可具有比其压缩及排气循环更长的动力及进气循环。所述循环可为如下进气=100°，压缩=80°，燃烧=100°且排气=80°。此重叠可允许每一燃烧循环在前一个室已完成其动力循环之前20°点火。此重叠功能可允许动力循环之间的更平顺的转变。此外，进气通口 514及排气通口 516(图9及10)可重叠，使得新的空气及燃料在所述进气通口打开时及排气通口被完全关闭之前通过所述进气通口进入燃烧室。这可允许小股新的空气-燃料混合物将剩余的废气推出且抽入完全新的充入燃料及空气。所述进气/排气重叠可为4°到24°，且优选可为8°。注意，仅利用因燃烧所引起的膨胀而移动的摇杆而定位的外曲柄轴从作用于所述摇杆上的燃烧所引起的压力直接接纳动力。通过所述外曲柄轴的对环形齿轮620及622作用的正齿轮的旋转，转子310旋转。同时，所述转子的继续旋转引起用于其它三个外曲柄轴的正齿轮旋转，这接着使与所述曲柄轴相关联的摇杆向内或向外枢转。然而，随着每一正齿轮移动到空气-燃料混合物点燃的动力/燃烧位置，膨胀的气体向内驱动转子。因此，所述组正齿轮成为驱动齿轮，且其它正齿轮变为从动齿轮。前环形板396的后面以及后环形板398的前面抵着转子310的相应侧面。所述转子的每一侧面可具有可沿着所述臂的周边延伸的密封沟槽530。见图5、6a及6b。仅沟槽530在图式中可见。转子密封索可被安装于在转子的两侧上的密封沟槽中以便将所述臂密封到环形板396及398。主曲柄轴610延伸通过套环248 (图I)。如果旋转式引擎被使用于交通工具上，则所述主曲柄轴连接到所述交通工具的驱动链的剩余部分，例如变速箱、离合器或其它组件。对于非交通工具用途的机器，例如泵及压缩机，所述曲柄轴连接到被驱动装置。如果所述装置被用作压缩机或泵，则主曲柄轴也可被驱动。(见图19)。主曲柄轴还可延伸到外壳的任一侧或两侧之外。组件可具有用于冷却剂及润滑剂的通道及开口。这未被详细说明且可根据不同的引擎大小及设计而变化。然而，见开口 346及348(图6a、6b及11)，其可用于冷却或润滑。所述臂还可具有油喷头，例如用于在所述室中提供润滑的喷头338(图11)。这些油喷头可被压力或移动启动，从而允许油仅在需要时通过。其它物理启动(压力或移动)的油喷头可被放置于各种组件零件(例如前板230及后板232 (图2))上，以便于移动零件的受控加油。组件及零件可在需要的地方具有套管或轴承(未图示)，以用于减少摩擦、金属对金属接触保护或保持所需的公差规格。取决于引擎的物理安装位置，在前板230及后板232 (图2)上的油真空通口可被放置于最低可用的重力油收集区域，以便从移动零件提取油。零件还可具有切口以便降低重量或提供更好的散热。图4展示交通工具中的旋转式引擎的一些额外零件。进气系统110可包含在节流阀体114上的空气过滤器112，所述节流阀体114连接到进气歧管116。来自所述进气系统的空气流进进气室336 (图5)中。燃料喷射器126也定位在所述进气室附近。引擎可经设计以燃烧不同燃料，例如汽油、乙醇、CNG、LNG、丙烷或氢气。此引擎的燃料喷射器可具有用于不同燃料的单独出口 128及130。来自室364的废气穿入排气头118且进入所述排气系统的剩余部分。启动电动机120及交流发电机122以及电子控制单元124中的引擎电子器件也附接到外壳200。
引擎隔室的大小以及旋转式引擎在所述引擎隔室中的位置可影响各种组件的位置的程度是其必须配合于所述隔室中且可能需要可接达以便维修。皮带或其它连接器(未图示)可用引擎动力驱动所述交流电发电机和其它装置。图13展示一种用于旋转式引擎的具有两个室的转子。转子550对于每一动力引擎动力冲程旋转两次。所述转子具有形状可如图13所示的两个臂552及554。所述臂形成两个相对的室556及558。摇杆560及562安装于相应的销564及566上。外曲柄轴(未图示)通过类似于图7中所示的连杆组的连杆组连接到摇杆。每一曲柄轴可在外曲柄轴末端具有从转子突出通过钻孔568及570的正齿轮(未图示)。主曲柄轴(未图示)从中心钻孔572突出。固定环形齿轮(未图示)安装到固定的外壳结构。在图13中的一个位置中，空气-燃料混合物被注入或以其它方式进入所述室中的一者中，例如室556。随着转子550旋转，摇杆560向外枢转以便压缩所述空气-燃料混合物直到在完全压缩下或接近完全压缩下火花点燃所述空气及燃料为止。所述转子在不排出废气的情况下旋转直到所述转子返回到其初始位置，即，图13中室556所在之处。阀(未图示)控制室556及558的进气及排放。一个或一个以上阀打开以便允许空气-燃料混合物进入室556，然后一个或一个以上不同阀打开以便允许废气进入排气系统。已被描述的旋转式引擎为一种四冲程引擎，所述四个冲程为进气、压缩、燃烧及排气。在四冲程活塞式引擎中，这些冲程发生于曲柄轴的每两个旋转时。两冲程活塞式引擎在活塞的两个移动(移入及移出)中完成循环。旋转式引擎可被修改成两冲程引擎。两冲程及四冲程设计具有相对于彼此的优点及缺点。内燃机的典型用途在于交通工具。恰如活塞式引擎对于不同交通工具具有不同大小、压缩、功率额定及其它因素，旋转式引擎的规格可改变。在旋转式引擎发电机、泵、机械或其它装置的范围内，引擎可具有不同设计。一些可能要求更高的速度但更小的低速扭矩。其它应用可能需要低速下的高扭矩。一些应用可能需要较长时间段的恒定输出。调整燃烧室的容积、摇杆的大小及枢转角度以及旋转式引擎的其它因数可经修改以满足引擎的要求。至少有两个方法允许匹配输出功率及功率需求。第一个为具有更大的燃烧室，其具有更大的摇杆。增大转子310的直径可允许摇杆枢转通过更大的角度以增大位移。类似地，增大转子的宽度还增大每一室的位移。优化性能可能要求平衡增大转子的直径及宽度的效果。举例来说，增大所有组件的尺寸重量可能影响其它引擎组件或引擎的对称。将两个或两个以上动力模块沿着主曲柄轴堆叠还可组合所述模块的动力输出。此夕卜，不同大小的动力模块的组合可被装配成为一个单元。图14展示包括前单元702及后单元704的双重单元700。所述前单元由前板706及中心板710定界，且所述后单元由后板708及中心板710定界。在图14中，燃烧发生的位置是在外壳的同一侧上，但其可隔开180°安装。类似地，将更多转子用于一个引擎的情况下，燃烧发生的位置可围绕每一外壳均匀隔开，例如三个转子隔开120°，且四个转子隔开 90°。虽然刚被描述的配置是内燃机，但具有变型的装置可成为压缩机。压缩机800 (图19)包括外壳体802。压缩机可为自 支式。因此，所述压缩机可包含基部804。外壳体具有圆柱形开口 806，转子(未图示)安装于其中以便旋转。前及后外壳板(未图示；类似于图2中的板230及232)覆盖所述转子及圆柱形开口。密封件810及812可密封所述外壳板到所述外壳体，且延伸通过所述外壳板中的开口的紧固件(未图示)可附接到所述外壳体中的钻孔808。主曲柄轴延伸通过所述外壳板并连接到单独的电动机或引擎。当所述装置被用作压缩机时，主曲柄轴被驱动而非提供原动力。外壳体802包含一个或一个以上入口 820及824以及一个或一个以上出口 826及828(图19)。这些入口及出口可用于高压，例如用于液压加压。阀可被提供用于任何入口或出口，且其构造及操作可取决于流体体积及压力。各种钻孔(例如钻孔830、832、836及838)可被提供用于紧固相关装置，例如用于润滑的入口及出口。转子旋转引起摇杆向内及向外枢转。A 口经定位以便在空气的情况下从大气或从流体源接纳空气、其它气体或液体(“流体”)。所述流体在摇杆向内枢转时流进转子室中的一者中以便降低压力。当转子从所述入口转离时，所述摇杆向外枢转以便压缩所述流体并迫使其通过出口。利用一种四室转子，所述转子旋转到另一个入口，将流体抽入室中且然后在所述转子移动到邻近另一个出口时压缩所述流体。四冲程并非必须的。因此，加压流体可在所有压缩冲程(摇杆的向外枢转)时流出出口。因此，转子可具有两个、四个、六个或六个以上室，其具有受空间限制的对应数量的摇杆及外曲柄轴。图21说明具有八个室的转子，其在作为重型柴油单元时尤为有用。由于图11具有其组件的参考数字，且图21展示具有相关功能的组件，因此图21的部分的描述被缩略。转子910具有八个臂912、914、916、918、920、922、924及926。邻近的臂形成八个室，例如臂914与916之间的室930以及臂916与918之间的室923。接纳转子910的外壳的圆柱形内壁(未图示)形成每一室的外部。摇杆934安装于臂916的远端附近并枢转进入且枢转出室930。其展示于图21中。类似地，摇杆936安装于臂918的远端附近且枢转进入或枢转出室932。图21展示其向外位置。所述转子还安装有六个其它的摇杆，所述摇杆未被标号。所述转子由前板940以及对应的后板形成，所述后板在图21中不可见。例如钻孔942及944的钻孔延伸通过所述转子的前板，且对应且对准的钻孔(未图示)延伸通过所述后板。经适当定大小的轮安装于所述钻孔中，且正齿轮安装到所述轮并延伸出所述钻孔。图21既不展示所述轮也不展示所述正齿轮。所述图式也不展示安装于延伸通过中心钻孔946的主曲柄轴上的环形齿轮。所述正齿轮啮合所述环形齿轮并在所述转子围绕其轴旋转时旋转。在所述轮与摇杆之间的连杆组引起所述摇杆在所述转子旋转时枢转进入和枢转出其相应的室。然而，当燃料在接着为动力室的室中点燃时，所述摇杆上的来自膨胀气体的力旋转所述轮及正齿轮。所述旋转作用在环形齿轮上以旋转所述转子。所述转子可具有附加的钻孔，例如钻孔950及952，以便降低重量。所述钻孔还可运送润滑剂。与外壳的圆柱形壁接触或接近接触的每一臂的外侧可具有两个沟槽，例如沟槽958及960，其接纳密封件(未图示)。其它用于密封所述室及转子本身的密封件未被展示。
在八室型式版本中，空气-燃料混合物在外壳的相对侧上的两个室内同时点燃。因此，在每一转子旋转期间，每一室完成八个循环(进气、压缩、动力、排气、进气、压缩、动力及排气)。还可考虑每个转子具有12、16或更多个室的引擎。对于例如挖土机、矿用自卸汽车及吊车等大型及重型设备来说其尤其有用。
权利要求
1.一种旋转式装置，其包括 外壳(200)； 旋转式模块(300)，其经安装用于在所述外壳内旋转，所述旋转式模块包括， 转子(310)； 至少一个摇杆(370)，其经安装用于在所述转子上枢转，所述摇杆被可操作地连接到第一驱动器(450)，以当所述摇杆在所述转子上枢转时旋转所述第一驱动器； 所述第一驱动器被可操作地连接到第二驱动器￠20)，由此所述第一驱动器的旋转引起所述第一驱动器围绕所述第二驱动器旋转； 至少一个输出部件￠00)，其被可操作地连接到响应于所述第一驱动器围绕所述第二驱动器的旋转而旋转的所述转子。
2.一种旋转式引擎，其包括 外壳(200)，其具有内表面(204)以及封闭所述外壳的内侧的前及后封闭件(230，232)； 转子(300)，其经安装用于在所述外壳内旋转，所述转子包括至少一个摇杆(370)，每一摇杆经安装用于在所述转子上在与所述外壳的所述内表面隔开的内侧位置与邻近所述外壳的所述内表面的外侧位置之间枢转； 外曲柄轴(426)，其在所述转子上可操作地连接到所述摇杆且响应于在所述内侧位置与外侧位置之间枢转的所述摇杆而旋转，所述外曲柄轴具有随所述外曲柄轴的旋转而旋转的第一驱动器(450)； 第二驱动器￠20)，其可操作地连接地到所述外壳且啮合所述第一驱动器，由此所述外曲柄轴的旋转引起所述第一驱动器围绕所述第二驱动器行进，从而引起所述转子旋转；及主曲柄轴￠10)，其可操作地连接到所述转子并延伸出所述外壳，所述主曲柄轴随所述转子旋转。
3.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中所述第一驱动器为正齿轮(450)且所述第二驱动器为齿轮(620)。
4.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，所述转子包括从所述旋转轴向外延伸的至少两个臂(312，314)，每一摇杆在两个邻近的臂之间延伸，每一摇杆具有彼此相对的第一端及第二端、在所述摇杆的所述第一端并附接至一个臂的枢销(380)，所述邻近的臂具有符合当所述摇杆围绕所述枢销枢转时所述摇杆的所述第二端所行进的路径的表面(368)。
5.根据权利要求4所述的旋转式引擎，其进一步包括沿着所述摇杆的所述第二端定位的密封件(428)，所述密封件抵着符合所述摇杆的所述第二端所行进的所述路径的所述表面而偏置。
6.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，所述转子包括从所述旋转轴向外延伸的四个臂(312，314，316，318)，所述臂在相应臂之间产生室(360，362，364, 366),每一摇杆在两个邻近的臂之间延伸，每一摇杆具有彼此相对的第一端及第二端、在所述摇杆的所述第一端并附接至一个臂的枢销(380)，所述邻近的臂具有符合当所述摇杆围绕所述枢销枢转时所述摇杆的所述第二端所行进的所述路径的表面(368)。
7.根据权利要求6所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的入口(514)，当室邻近所述入口定位时所述入口用于注入空气-燃料混合物到所述室中。
8.根据权利要求7所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的火花塞(520)，所述火花塞用于当含有空气-燃料混合物的所述室邻近所述火花塞定位时在所述外壳中产生火花以用于点燃所述空气-燃料混合物。
9.根据权利要求6所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的火花塞(520)，所述火花塞用于当含有空气-燃料混合物的所述室经定位使得火花可点燃所述空气-燃料混合物时在所述外壳中产生所述火花以用于点燃所述空气-燃料混合物。
10.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，所述转子包括从所述旋转轴向外延伸的至少两个臂(312，314)，每一臂具有在两个隔开的侧面(340，342)之间延伸的厚度，每一外曲柄轴(436)被安装于臂上并邻近所述两个隔开的侧面延伸，所述第一驱动器(450)在所述隔开的侧面之外延伸。
11.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中每一摇杆具有面朝所述外壳的所述内表面的表面，所述表面具有中央区段(402)以及至少部分围绕所述中央区段并具有从所述中央区段凸起的表面的挤压区段(408)。
12.根据权利要求2所述的旋转式引擎，其中每一摇杆具有至少部分围绕所述摇杆延伸的沟槽(406)以及安装于所述沟槽中的密封部件(424)。
13.一种旋转式引擎，其包括 外壳(200)，其具有带有大致上圆柱形内表面(204)的主外壳(202)、覆盖所述外壳的前部的前板(230)及覆盖所述外壳的后部的后板(232)； 转子(300)，其在所述主外壳中介于所述前板与后板之间且经安装用于旋转，所述转子具有靠近所述转子的中心的旋转轴以及围绕所述转子的所述中心的外围部，所述外围部邻近所述主外壳的所述内表面； 所述转子包括邻近所述外围部围绕所述旋转轴向外延伸的多个隔开的臂(340，342)，邻近的隔开的臂与所述外壳的所述圆柱形内表面之间的空间形成室(360);安装于每一室中的摇杆(370),每一摇杆在所述摇杆的第一端具有枢销(380),所述摇杆围绕所述枢销枢转进出所述室，所述摇杆朝向且远离所述主外壳的所述内表面枢转，由此所述摇杆当其朝向所述主外壳的所述内表面枢转时压缩所述室中的任何气体； 外曲柄轴(436)，其可操作地附接到所述摇杆并安装于形成所述摇杆的所述室的一个臂的隔开的臂之间，连杆(418)在每一外曲柄轴与其摇杆之间，所述外曲柄轴随所述摇杆的枢转而旋转； 响应于所述外曲柄轴的旋转而旋转的驱动部件(450)以及相对于所述外壳固定的被驱动部件￠20)，所述驱动部件啮合所述被驱动部件以使得所述驱动部件沿着所述被驱动部件移动，由此所述驱动部件沿着所述被驱动部件的所述移动旋转所述转子。
14.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中所述驱动部件为正齿轮(450)且所述被驱动部件为齿轮(620)。
15.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，每一摇杆在两个邻近的臂(340，342)之间延伸，每一摇杆具有彼此相对的第一端及第二端、在所述摇杆的所述第一端并附接到一个臂的枢销(380)，所述邻近的臂具有符合当所述摇杆围绕所述枢销枢转时所述摇杆的所述第二端所行进的路径的表面。
16.根据权利要求15所述的旋转式引擎，其进一步包括沿着所述摇杆的所述第二端定位的密封件(428)，所述密封件抵着符合所述摇杆的所述第二端所行进的所述路径的所述表面而偏置。
17.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，所述转子包括从所述旋转轴向外延伸的四个臂(312，314，316，318)，每一摇杆在两个邻近的臂之间延伸，每一摇杆具有彼此相对的第一端及第二端、在所述摇杆的所述第一端并附接至一个臂的枢销(380)，所述邻近的臂具有符合当所述摇杆围绕所述枢销枢转时所述摇杆的所述第二端所行进的所述路径的表面。
18.根据权利要求17所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的入口(514)，当室邻近所述入口定位时所述入口用于注入空气-燃料混合物到所述室中。
19.根据权利要求18所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的火花塞(520)， 所述火花塞用于当具有空气-燃料混合物的室邻近所述火花塞定位时在所述外壳中产生火花以用于点燃空气-燃料混合物。
20.根据权利要求17所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的火花塞(520)， 所述火花塞用于当具有空气-燃料混合物的室邻近所述火花塞定位时在所述外壳中产生火花以用于点燃空气-燃料混合物，所述室中的所述摇杆朝向所述外壳移动以便在所述火花塞点燃具有所述空气-燃料混合物的所述室中的所述空气-燃料混合物之前压缩所述空气-燃料混合物。
21.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中所述转子具有旋转轴，所述转子包括从所述旋转轴向外延伸的至少两个臂(312，314)，每一臂具有在两个隔开的侧面(340，342)之间延伸的厚度，每一外曲柄轴(436)被安装于臂上并邻近所述两个隔开的侧面延伸，所述驱动器(450)在所述隔开的侧面之外延伸。
22.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中每一摇杆具有面朝所述外壳的所述内表面的表面，所述表面具有中央区段(402)及至少部分围绕所述中央区段并具有从所述中央区段凸起的表面的挤压区段(408)。
23.根据权利要求13所述的旋转式引擎，其中每一摇杆具有至少部分围绕所述摇杆延伸的沟槽(406)以及安装于所述沟槽中的密封部件(424)。
24.一种用于压缩流体的压缩机，其包括 外壳(200)，其具有带有大致上圆柱形内表面(204)的主外壳(202)、覆盖所述外壳的前部的前板(230)及覆盖所述外壳的后部的后板(232)； 转子(300)，其在所述主外壳中介于所述前板与后板之间且经安装用于旋转，所述转子具有靠近所述转子的中心的旋转轴以及围绕所述转子的所述中心的外围部，所述外围部邻近所述主外壳的所述内表面； 所述转子(310)包括多个隔开的臂(340，344)，所述外壳的内表面邻近所述外围部围绕所述旋转轴向外延伸，邻近的隔开的臂与所述外壳的所述圆柱形内表面之间的空间形成室(360，362，364，366)； 安装于每一室中的摇杆(370),每一摇杆在所述摇杆的第一端具有枢销(380),所述摇杆围绕所述枢销(380)枢转进出所述室，所述摇杆朝向且远离所述主外壳的所述内表面枢转，由此所述摇杆在其朝向所述主外壳的所述内表面枢转时压缩所述室中的任何气体；可操作地附接到所述摇杆并安装于形成所述摇杆的所述室的一个臂的隔开的臂之间的外曲柄轴(436)，连杆(418)在每一外曲柄轴与其摇杆之间，所述外曲柄轴随所述摇杆的枢转而旋转； 响应于所述外曲柄轴的旋转而旋转的驱动部件(450)以及相对于所述外壳固定的被驱动部件￠20)，所述驱动部件啮合所述被驱动部件以使得所述驱动部件沿着所述被驱动部件移动，由此所述驱动部件沿着所述被驱动部件的所述移动旋转所述转子；及 通过所述外壳的出口(516)，来自朝向所述外壳的所述内表面移动的摇杆的压缩的经压缩流体流动通过所述出口。
25.根据权利要求6所述的旋转式引擎，其进一步包括穿过所述外壳的火花塞(520)，所述火花塞用于当含有空气-燃料混合物的所述室经定位使得火花可点燃所述空气-燃料 混合物时在所述外壳中产生所述火花以用于点燃所述空气/燃料混合物，在所述室(360)中的所述摇杆(370)朝向所述外壳移动以便在所述火花塞点燃含有所述空气-燃料混合物的所述室中的所述空气-燃料混合物之前压缩所述空气-燃料混合物。
全文摘要
本发明涉及一种旋转式引擎，所述引擎具有转子(310)，所述转子具有在室(360)中枢转的摇杆(370)。随着每一摇杆枢转，其使外曲柄轴(436)旋转。每一外曲柄轴具有与固定环形齿轮(620)啮合的正齿轮(450)。正齿轮的旋转引起所述齿轮及所述外曲柄轴围绕所述环形齿轮转动。这引起所述转子旋转。随着所述转子旋转，连续的室被定位在进气、压缩、点火及排气位置。在所述点火位置中点燃燃料会向内推动所述摇杆，以便旋转与所述摇杆相关联的所述外曲柄轴以引起所述转子旋转。
文档编号F02B53/00GK102753800SQ201080063500
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者斯蒂夫·赫布里克 申请人:高科能源有限公司