旋转式内燃机的制作方法
【专利说明】旋转式内燃机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的第13/832，876号美国专利申请的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及旋转式内燃机技术领域。
【背景技术】
[0004]内燃机是指这样的发动机:发动机中的可燃混合物，如空气-燃料混合物，在发动机的燃烧室内被点燃，从而将力作用到发动机的组件上。在往复式活塞内燃机例如奥托(Otto)循环发动机或柴油发动机中，燃烧室是容纳往复式活塞的气缸。燃料燃烧引起活塞持续的往复运动，而活塞的往复运动通过曲轴转换成旋转输出，其中曲轴通过连接杆连接到往复活塞上。低效率与活塞的往复运动相关。例如，当燃烧发生在或靠近于上止点的位置时，活塞与曲轴之间的转矩角为零或接近于零。
[0005]许多类型的旋转式内燃机已被提出作为往复式活塞内燃机的替代产品，并且它们有着不同程度的成功。一些旋转式内燃机设计为以环面的形式在“气缸”内放置一个或多个活塞。这些旋转式内燃机有时也被称为环形内燃机。这些设计有的包括一个或多个不做往复运动而做连续圆周运动的活塞，从而带动输出轴，使之与活塞的运动相一致地转动。虽然这样的设置避免了一些在往复式活塞内燃发动机中所遇到的低效率根源，但先前提出的设计都未能取得成功。
【发明内容】
[0006]本申请所公开实施例的一个方面是一种旋转式内燃机，其包括:弧形压缩室；弧形膨胀室；输出轴；活塞，其连接到输出轴上，用于在所述弧形压缩室和弧形膨胀室中运动。所述活塞具有:前端；后端；进给阀，其位于所述活塞前端，用于接收来自所述弧形压缩室的可压缩流体；排出阀，其位于所述活塞后端，用于将燃烧气体排入所述弧形膨胀室。
[0007]本申请所公开实施例的另一方面是一种旋转式内燃机，其包括:弧形压缩室；弧形膨胀室；输出轴；活塞，其连接到输出轴上。所述活塞具有:前端；后端；进给阀，其位于所述前端；排出阀，其位于所述后端；内室，其与所述进给阀和排出阀相连通。
【附图说明】
[0008]参照以下详细描述和其中的附图，可以更清楚的显示本发明装置的各种特征、优点以及其它用途。附图中:
[0009]图1为旋转式内燃机的侧剖面图；
[0010]图2为旋转式内燃机的剖切立体图；
[0011]图3为旋转式内燃机第一横向阀组件的侧视图，其中第一压缩室阀和第二膨胀室阀的关闭位置用实线表示，打开位置用虚线表示；
[0012]图4为旋转式内燃机的活塞的俯视截面图；
[0013]图5A为旋转式内燃机在压缩/吸入阶段开始时的俯视截面图；
[0014]图5B为旋转式内燃机在压缩/吸入阶段结束时的俯视截面图；
[0015]图6A为旋转式内燃机在膨胀/排出阶段开始时的俯视截面图；
[0016]图6B为旋转式内燃机在膨胀/排出阶段结束时的俯视截面图；和
[0017]图7为旋转式内燃机的另一种活塞的俯视截面图。
【具体实施方式】
[0018]本公开涉及旋转式内燃机，其中活塞在弧形气缸内沿着圆形路径以恒定的方向运动。这里讨论的旋转式内燃机通过提供以下优点的一部分或全部改进了先前的设计:不同负载条件下有利的氧化剂燃料比率，可燃混合物的适当压缩，热节能，灵活的燃料性能，以及可燃混合物的完全燃烧和排出。如将要在此中解释的，当活塞在气缸内运动时，活塞内燃烧室的设置允许在活塞内压缩可燃混合物。活塞包括可以打开和关闭的进给阀和排出阀，以允许可燃混合物在活塞内被压缩以及其在点燃之后膨胀。为了最大限度地提高发动机循环中压缩和膨胀阶段的有效性，所述气缸被分为弧形压缩室和弧形膨胀室，它们通过横向阀组件彼此隔离，横向阀组件的打开允许活塞从压缩室进入膨胀室以及从膨胀室进入压缩室。在一些实现方式中，横向阀组件和活塞可以相对于彼此互补地成型，以尽量减少当阀打开或关闭时在活塞和阀之间的死区。
[0019]图1示出旋转式内燃机100的侧剖面图。旋转式内燃机100包括外壳110，其限定了弧形压缩室120和弧形膨胀室130。弧形压缩室120和弧形膨胀室130共同限定大致成环形的气缸，活塞140在其内连续、单向地沿圆形(环形)路径运动。
[0020]活塞140连接到输出轴160上。输出轴160可以沿着旋转式内燃机100的中心轴线102延伸，其中大致成环形的气缸被弧形压缩室120和弧形膨胀室130所限定且围绕中心轴线102设置，而中心轴线102在气缸的中心位置。在一些实现方式中，此中所描述的两个或更多的旋转式内燃机可以结合在一起，例如通过输出轴160互连，可以使发动机的输出功率与想要的应用相匹配。
[0021 ] 活塞140连接到输出轴160上，使得活塞穿过弧形压缩室120和弧形膨胀室130的运动引起输出轴160的旋转。特别地，活塞140可以连接到输出轴160上，使得输出轴160的旋转与活塞140的运动相一致。为了使输出轴160的旋转与活塞140的运动相一致，活塞140可被刚性地连接到输出轴160上。在一个例子中，活塞140和输出轴160分别连接在设置在外壳110内的转子170上。在一些实现方式中，输出轴160和/或活塞140可与转子170 一体地打造。在其他实现方式中，转子170可通过常规方法，例如机械紧固件刚性地连接到活塞140和/或输出轴160上。虽然此中描述的实现方式包括单个连接到转子170上的活塞140，但在其他实现方式中，可以包括两个或更多逐一连接到转子170上的活塞140。
[0022]为了密封弧形压缩室120和弧形膨胀室130，可以在转子170和外壳110的交接处设置密封件112，以允许在弧形压缩室120和弧形膨胀室130内加压。
[0023]考虑到阀门的致动对应于弧形压缩室120和弧形膨胀室130内活塞140的运动，转子170可包括具有表面特征174的凸轮表面172，例如凸轮表面172高度的改变，如将要在此中被详细描述的，其被设置为能引起阀门或旋转式内燃机100其他部分致动。
[0024]如图2所示，弧形压缩室120从第一端122延伸到第二端124。活塞140适于穿过弧形压缩室120，使其在弧形压缩室120的第一端122进入弧形压缩室120并在弧形压缩室120的第二端124退出。
[0025]为了允许可压缩流体进入弧形压缩室120，进入口 126由外壳所形成并与弧形压缩室120连通，用于向弧形压缩室120提供可压缩流体。在图示的例子中，单个进入口 126被设置在邻近弧形压缩室第一端122的位置。在其它实现方式中，多个进入口 126可设置在沿弧形压缩室120的多个位置。例如，多个进入口可以实现不同的压缩比或者帮助移除来自活塞140的燃烧副产品。
[0026]在一些实现方式中，可压缩流体是气态的氧化剂，例如空气。此外，可压缩的流体可基本由空气组成。从进入口 126引入可压缩流体到弧形压缩室120的实现方式中，可压缩流体是氧化剂且不包括燃料，燃料可以被引入到活塞140的内部，并与活塞内的可压缩流体混合以形成可燃混合物，例如在活塞140内形成了空气-燃料混合物，在此说明中将会被进一步描述。在其他实现方式中，可压缩流体可以是可燃混合物，其包括例如空气的氧化剂和燃料。
[0027]弧形压缩室120大致成弧形，并沿着以中心轴线102为中心的弧延伸，使得弧形压缩室120的形状基本上是环形的一部分。在图示的例子中，相对于中心轴线102所测得的，弧形压缩室120沿着弧度约为110°的弧延伸。然而，应该理解的是，在这个例子中弧形压缩室120的长度仅是示例性的，旋转式内燃机100不限于具有任何特定长度弧形压缩室120的设计。
[0028]弧形膨胀室130从第一端132延伸到第二端134。活塞140适于在第一端132进入弧形膨胀室130且穿过弧形膨胀室130，在第二端134退出弧形膨胀室130。排出口 136由外壳110形成，其位置与弧形膨胀室130的第二端134相邻。排出口 136与弧形膨胀室130连通，用于接收因可燃混合物燃烧而产生的燃烧气体。弧形膨胀室130大致呈弧形，并且该弧形的中心在中心轴线102上。因此，弧形膨胀室130的形状是以中心轴线102为中心的环形的一部分。在图示的例子中，在中心轴线102处所测得的，弧形膨胀室130沿着弧度约220°的弧延伸。然而，旋转内燃机100并不限于与具有任何特定长度的弧形膨胀室130一起使用，应该注意的是，弧形膨胀室130的长度与一个角度相关，在该角度下活塞140能够将转矩施加到输出轴160上。因此，一些优点可以通过提供这样的旋转式内燃机100实现，如在中心轴线102上所测，其弧形膨胀室130沿着大于180°的弧延伸。
[0029]为了将弧形压缩室120和弧形膨胀室130相对于彼此分离，设置了第一横向阀组件180和第二横向阀组件190。第一横向阀组件180定位在弧形膨胀室130的第二端134和弧形压缩室120的第一端122之间。为了密封弧形压缩室120，第一横向阀组件180包括第一