空气冷却式转子发动机的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年1月25日提交的美国临时申请No. 61/757,078的优先权，要 求2013年2月15日提交的美国临时申请No. 61/765, 339的优先权，且要求2013年9月3 日提交的美国临时申请No. 61/873, 182的优先权。所有前述申请案的全部内容以引用的方 式并入本文中。
[0003] 2013年9月3日授予Shkolnik等人的发明名称为"摆线转子发动机（Cycloid RotorEngine) "的美国专利No. 8, 523, 546的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0004] 本发明涉及内燃机，更明确地说，涉及转子发动机。
【背景技术】
[0005] 在现有技术中已知的是通过使液体循环穿过闭环系统而从内燃机中提取废热，该 闭环系统具有处于发动机缸体内的通道和处于发动机缸体外的散热器。这些系统是有效 的，但这些系统增加了发动机的重量和复杂性，且还使发动机较大且较难以维护。
[0006] 现有技术中还已知的是用散热片覆盖发动机的外部（例如，气缸和气缸盖的暴露 表面），该散热片提供暴露到发动机外部的冷却空气的大表面积。这些系统在一些应用中是 有效的，但需要开放的空间以允许围绕发动机的气流，因而需要显著大于发动机的发动机 室和/或引导气流进出发动机的管道系统。此外，经由发动机的外表面散热面临着如下风 险：使发动机的用户（例如，摩托车手）暴露到已热到危险程度的散热片。
【发明内容】
[0007] 在第一实施例中，一种改进类型的转子发动机具有N叶瓣转子、吸入口、排放口和 外壳，该转子相对于外壳安装以实现相对于该外壳的旋转运动，该外壳具有被构造成随着 该转子相对于该外壳旋转而相继收纳所述叶瓣的N+1个叶瓣收纳区，该外壳具有（i)轴向 设置在转子的第一侧和第二侧的一对侧面，以及（ii)设置在每一对相邻叶瓣收纳区之间 的尖端，其中该外壳被进一步关于该转子来构造以便建立与每个叶瓣收纳区相关联的腔 室，其中所述腔室中的至少一个被构造成相继地实行吸入阶段、压缩阶段、燃烧阶段、膨胀 阶段和排放阶段，该转子发动机包括一种改进，该改进的特征在于：该外壳相对于转子的构 造是为了建立至少一个腔室，该至少一个腔室仅专用于从以下项组成的组中选出的功能： 冷却、压缩、栗送和前述各者中的任一个的任意组合。
[0008] 在一些实施例中，所述功能是冷却，且该专用腔室是冷却腔室。实际上，在一些实 施例中，该冷却腔室被构造成接收穿过该冷却腔室的冷却介质的流动，该冷却介质也与转 子接触以冷却该转子。举例来说，在一些实施例中，该冷却腔室被构造成接收穿过该冷却腔 室的冷却介质的轴向流动。为此，转子的一些实施例包括穿过该转子的至少一个通道，以接 收所述冷却介质的流动。所述至少一个通道可被轴向设置。
[0009] 在一些实施例中，转子具有由肋相互分开的多个轴向通道。所述肋可带有角度，以 便充当风扇叶片来将冷却介质栗送穿过该冷却腔室。
[0010] 在一些实施例中，该冷却介质是空气。在一些实施例中，被构造成相继地实行吸入 阶段、压缩阶段、燃烧阶段、膨胀阶段和排放阶段的所有腔室的总容积小于500CC。
[0011] 在一些实施例中，所述腔室被构造成使得在膨胀阶段结束时的腔室容积大于压缩 阶段开始时的腔室容积。在一些实施例中，所述腔室被构造成使得在膨胀阶段结束时的腔 室压力约为1个大气压。
[0012] 该发动机的一些实施例还包括配重，所述配重被设置在转子内但联接到驱动轴， 以便随着该驱动轴转动且使转子平衡。
[0013] 在另一实施例中，一种改进类型的转子发动机具有N叶瓣转子、吸入口、排放口、 外壳，该转子相对于外壳安装以实现相对于外壳的旋转运动，该外壳具有被构造成随着该 转子相对于外壳旋转而相继收纳所述叶瓣的N+1个叶瓣收纳区，该外壳具有（i)轴向设置 在转子的第一侧和第二侧的一对侧面，以及（ii)设置在每一对相邻叶瓣收纳区之间的尖 端，其中该外壳被进一步关于该转子来构造以便建立与每个叶瓣收纳区相关联的腔室，其 中，多个所述腔室被构造成相继地实行吸入阶段、压缩阶段、燃烧阶段、膨胀阶段和排放阶 段，该转子发动机包括一种改进，该改进的特征在于单个燃料燃烧源，该单个燃料燃烧源被 构造成将燃料供应到所述多个腔室中的至少两个。
[0014] 一些实施例包含单个燃料源，该单个燃料源包含联接到设置在尖端中的导管的汽 化器，空气-燃料混合物通过该汽化器被供应到两个相邻腔室中。实际上，一些实施例包含 单个燃料源，该单个燃料源包含处于转子中的导管。在一些实施例中，该单个燃料源包含设 置在转子中且联接到该导管的喷射器。举例来说，该导管可联接到所述吸入口，且该单个燃 料源包含联接到该导管并将空燃混合物供应到该导管的汽化器。
[0015] 在一些实施例中，所述腔室被构造成使得在膨胀阶段结束时的腔室容积大于压缩 阶段开始时的腔室容积。在一些实施例中，所述腔室被构造成使得在膨胀阶段结束时的腔 室压力约为1个大气压。
[0016] 在一些实施例中，该发动机包括配重，该配重被构造成使转子平衡。
[0017] 根据前述实施例中的任一个的发动机还可包括以可移除方式附接的盒，该盒容纳 燃料、或燃料与燃油的混合物。
【附图说明】
[0018] 通过参考以下结合附图进行的详细描述，将更容易理解实施例的前述特征，其 中：
[0019] 图IA到图IG示意性地说明了转子发动机的第一实施例的特征；
[0020] 图2A到图2B示意性地说明了燃料喷射器；
[0021] 图3A到图3E示意性地说明了处于若干个操作阶段的图IA到图IG的发动机；
[0022] 图4A到图4F示意性地说明了转子发动机的一些实施例的特征；
[0023] 图5A到图5H示意性地说明了风冷式转子发动机的实施例的特征；
[0024] 图6A到图6J示意性地说明了处于若干个操作阶段的图5A到图5G的发动机；
[0025] 图7A到图7B示意性地说明了转子发动机的转子；
[0026]图8A和图8B示意性地说明了发动机操作模式的压力-容积图；
[0027] 图9A到图9D示意性地说明了转子发动机的另一实施例的特征；
[0028] 图10示意性地说明了转子发动机的转子和外壳的另一实施例。
【具体实施方式】
[0029] 如下所述的内燃机的实施例和这些发动机的特征提供了：通过利用单个燃料汽化 器或喷射器来降低对具有多个腔室的发动机供应燃料的成本；通过具有服务于多个腔室的 单个点火源来降低对多个腔室中的燃料进行点火的成本和复杂性；以及例如通过具有暴露 于转子的专用风冷腔室或将燃料-空气混合物吹过转子的内部来冷却发动机的低廉且不 复杂的方式。
[0030] 结果是实现了以下的发动机：它紧凑、轻便、安静且燃料效率高，还容易制造且成 本低。
[0031] 定义。如本说明书和所附权利要求书中使用的，除非上下文另有要求，以下术语应 具有所指定的含义：
[0032] "转子"是作为发动机的一部分相对于外壳移动的N叶瓣构件。
[0033] "外壳"是作为发动机的一部分相对于转子移动的（N+1)叶瓣构件。外壳或转子可 以是固定的，或发动机可构造成使得外壳或发动机都不是固定的。
[0034] "工作腔室"是形成在（N)叶瓣构件与（N+1)叶瓣构件之间的腔室，且其中发生以 下过程中的至少一个：空气或空气/燃料混合物的吸入、空气的压缩、燃料的燃烧、和燃料 燃烧产物的膨胀。
[0035] "汽化空气"是已通过添加燃料或添加燃料和燃油（例如，通过汽化器或燃料喷射 器的作用）而汽化的新鲜空气。
[0036] "冷却腔室"是形成在（N)叶瓣构件与（N+1)叶瓣构件之间的腔室，它不是工作腔 室。
[0037] 在用于描述发动机内的两个容积时，术语"流体隔离"或"流体隔绝"意味着这两 个容积被构造成使得在发动机操作时、例如未燃烧空气或燃烧副产物的流体将不在这两个 容积之间流动。
[0038] 压缩腔室的"初始容积"或"最大容积"是压缩腔室的在发动机循环中该腔室变得 与发动机外部环境流体隔离时的容积。在一些实施例中，这被表示为"VI"。
[0039] 膨胀腔室的"最终容积"或"最大容积"处于发动机循环中的恰在该腔室不再被流 体隔离之前的点。在一些实施例中，这被表示为"V4"。
[0040] "燃料燃烧源"可为以下各者中的任一个：压燃式发动机中的燃料喷射器；与点火 源（例如，火花塞或电热塞）结合的汽化器；或与点火源（例如，火花塞或电热塞）结合的 燃料喷射器。
[0041] 第一实施例
[0042] 图IA到图IG中示意性地说明了转子发动机100的第一实施例，其包括刚性附接 到发动机主体101的N叶瓣构件110和可旋转地设置在发动机主体101内的N+1叶瓣构件 120。应注意，在第一实施例中，N叶瓣构件110相对于发动机主体101是固定的，而N+1叶 瓣构件120可旋转地设置在发动机主体101内。在操作中，转子110设置在外壳120中的 外壳空腔126内，且外壳120围绕转子110旋转以形成内燃机的工作腔室，如下文更详细地 描述的。
[0043] 然而，应注意，在其它实施例中，外壳120可相对于发动机主体101以固定关系设 置，且转子110可旋转地设置在外壳120内。举例来说，转子110可旋转地联接到驱动轴 150,且外壳120可例如经由盖132而固定地联接到发动机主体101，使得转子110的运动使 驱动轴150上的偏心轮转动。以这种方式，转子110将以下文描述的方式相对于外壳120 移动，使得如下所述的发动机循环的执行的描述是适用的。
[0044] 一般来说，存在若干可能的构造来基于图IA和图IF所示的几何结构实现发动机。
[0045] (I)构件120是固定的；而构件110执行复合旋转：S卩，构件110以角速度-Q围 绕偏心轮152旋转，而构件110的与轴150的偏心部分152重合的中心以轴的角速度+2Q 旋转；
[0046] (II)构件110是固定的；而构件120执行复合旋转：S卩，构件120以角速度-Q围 绕偏心轴152旋转，而构件120的与轴150的偏心部分152重合的中心以轴的角速度+2Q 旋转；以及
[0047] (III)两个构件120与110围绕两条不同的固定轴线旋转。构件110固定在轴150 上。
[0048] 转子发动机100被在图IA中示意性地说明，并示出在图I