径向脉冲引擎、泵和压缩机系统和相关联的操作方法

专利名称：径向脉冲引擎、泵和压缩机系统和相关联的操作方法
径向脉冲引擎、泵和压縮机系统和相关联的操作方法 以引用的方式并入的相关申请案的交叉参考本申请案主张2005年4月29日申请的第60/676,017号美国临时专利申请案和2005 年9月21日申请的第60/719,631号美国临时专利申请案的优先权。第60/676,017号美国 临时专利申请案和第60/719,631号美国临时专利申请案的全文以引用的方式并入本文中。本申请案与以下专利申请案相关在此同时申请的题为"RADIAL IMPULSE ENGINE: PUMP, AND COMPRESSOR SYSTEMS, AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION"的共同待决美国专利申请案[代理人案号56677.8001.US02];在此同时申请 的题为"RADIAL IMPULSE ENGINE, PUMP, AND COMPRESSOR SYSTEMS, AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION"的共同待决美国专利申请案[代理人案号 56677.8001.US03];以及在此同时申请的题为"RADIAL IMPULSE ENGINE, PUMP, AND COMPRESSOR SYSTEMS, AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION"的共同待决 美国专利申请案[代理人案号56677.8001.US04]。以上列出的美国专利申请案的每一者的 全文以引用的方式并入本文中。 技术领域以下揭示内容一般涉及引擎、泵和类似设备，且更明确地说涉及内燃机。
技术背景内燃机的效率通常依据热效率来表达，其为引擎将燃料能量转换为机械动力的能力 的量度。具有往复式活塞的常规内燃机通常具有相对较低的热效率。举例来说，常规汽 车引擎通常具有约.25的热效率，这意味着在引擎操作期间约75%的燃料能量被浪费。明 确地说，约40%的燃料能量作为损耗热量流出排气管，而另外35%被冷却系统(即，冷 却剂、油和周围气流)吸收。由于这些损耗的缘故，仅约25%的燃料能量转换为可用动 力，用于驱动汽车和操作二级系统(例如，充电系统、冷却系统、动力转向系统等)。常规内燃机如此低效有许多原因。 一个原因是，燃烧室的汽缸盖和壁从点燃的燃料 中吸收热能而不作功。另一原因是，点燃的燃料供给在排气冲程期间相对较高温度和压 力下被抽吸出燃烧室之前仅部分地膨胀。又一原因是，由于往复式活塞与旋转的曲柄轴 之间的几何关系的缘故，往复式活塞引擎在许多活塞冲程中仅产生极少的转矩。之间的几何关系的缘故，往复式活塞弓I擎在许多活塞冲程中仅产生极少的转矩。虽然活塞引擎技术领域中已作出了一些改进，但似乎已达到活塞引擎效率的实际极 限。举例来说，在过去的大约20年中，新型汽车的平均燃料经济性仅已增加2.3英里/ 加仑(nipg)。更明确地说，新型汽车的平均燃料经济性从1982年的26.6 mpg仅增加到 2002年的28.9 mpg。尽管已提出对常规内燃机的许多替代方案，但每种替代方案都只提供细微的改进。 举例来说，混合式机车(例如，Toyota Prius)和替代性燃料系统(例如，丙烷、天然气 和生物燃料)仍使用具有所有附带缺点的常规往复式活塞引擎。另一方面，电车的范围 有限且再充电较慢。氢燃料电池是另一替代方案，但这种新生技术的实施相对较昂贵， 且需要新的燃料分配基础结构来取代现有的基于石油的基础结构。因此，虽然这些技术 中的每一者将来都可能有希望得到利用，但它们要实现市场普及似乎还要很多年。发明内容本发明内容仅为帮助读者阅读而提供，且并不限制如权利要求书所陈述的本发明。 本发明一般针对引擎、泵和类似能量转换装置，所述能量转换装置将热能转换为机 械能，或者将机械能转换为流体能。根据本发明一个方面配置的内燃机包含第一端壁部 分，其与第二端壁部分间隔开以在其间至少部分界定压力室。所述引擎进一步包含第一 和第二可移动V部件，其可操作地设置在所述第一与第二端壁部分之间。第一V部件经 配置以围绕第一枢轴枢转且包含第一壁部分，所述第一壁部分定位成邻近于第二壁部分。 所述第一壁部分具有第一远端边缘部分，且所述第二壁部分具有第一圆柱形表面。第二 可移动V部件经配置以围绕第二枢轴枢转且具有第三壁部分，所述第三壁部分定位成邻近于第四壁部分。所述第三壁部分具有第二远端边缘部分，且所述第四壁部分具有第二圆柱形表面。在操作中，在第一v部件围绕第一枢轴枢转且第二v部件围绕第二枢轴枢转时，第一壁部分的第一远端边缘部分滑动越过第四壁部分的第二圆柱形表面，且第三壁部分的第二远端边缘部分滑动越过第二壁部分的第一圆柱形表面。


图1是根据本发明实施例配置的径向脉冲引擎的一部分的示意等距视图。图2A-2E是说明根据本发明实施例在二冲程模式中操作图1的引擎的方法的一系列 俯视图。图3是说明图1的引擎的各种几何特征的示意俯视图。图4A和4B是根据本发明另一实施例配置的径向脉冲引擎的示意俯视图。图5是根据本发明另一实施例配置的径向脉冲引擎的一部分的示意等距视图。 图6A-6I是说明根据本发明实施例处于四冲程模式中的图5的引擎的操作的一系列 俯视图。图7A-7B是具有根据本发明又一实施例配置的多个三叶弦(tri-chordon)的径向脉 冲引擎的一部分的示意俯视图。图8是根据本发明又一实施例具有相对较高数目的三叶弦的径向脉冲引擎的示意俯 视图。图9是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎的一部分的示意等距视图。 图10A-10D是说明根据本发明另一实施例处于四冲程模式中的图9的引擎的操作的 一系列示意俯视图。图11是类似于上文参看图9-iOD描述的引擎的径向脉冲引擎的一部分的示意俯视图。图12A和12B是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎的一部分的示意俯视图。图13A-13C是根据本发明又一实施例配置的双筒径向脉冲引擎的一系列示意图。 图14A-14D是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎的一系列示意图。 图15A-15D是根据本发明又一实施例配置的弦设备的一系列示意图。
具体实施方式
以下揭示内容提供许多不同引擎、泵和压縮机系统以及此类系统的许多不同操作方 法的详细描述。以下描述内容中陈述某些细节以提供对本发明各个实施例的彻底理解。 然而，描述通常与内燃机、蒸汽机、泵、压縮机和类似装置相关联的众所周知的结构和 系统的其它细节在下文未陈述，以免不必要地混淆对本发明各个实施例的描述。图中所示的许多细节、尺寸、角度和其它特征仅仅说明本发明的特定实施例。因此， 在不背离本发明的精神或范围的情况下，其它实施例可具有其它细节、尺寸、角度和/或特征。此外，可在不具有下文描述的若干细节的情况下实施本发明的额外实施例。图中，相同参考标号表示相同或至少大体类似的元件。为了有助于论述任何特定元件，任何参考标号的最高有效数字表示首次介绍所述元件的图式。举例来说，元件丄40是参看图1首次介绍和论述的。 I.径向脉冲内燃机的实施例图1是根据本发明实施例配置的径向脉冲引擎100 ("引擎100")的一部分的示意等距视图。图1中出于清楚的目的未展示引擎100的许多组件。在此实施例的一个方面， 引擎100包含多个可移动V部件140(个别地标示为第一V部件140a和第二V部件140b)， 其经配置以围绕相应的枢轴P (个别地标示为第一枢轴Pa和第二枢轴Pb)枢转。为了便 于参考，本文将V部件140称为"V弦140"。在所说明的实施例中，第一V弦140a与 第二 V弦140b相同(或至少大体上类似)。V弦140中的每一者包含压縮壁部分141 (个 别地标示为压縮壁部分141a和141b)和扫掠壁部分142 (个别地标示为扫掠壁部分142a 和142b)。压縮壁部分141中的每一者包含压力表面146 (个别地标示为压力表面146a 和146b)，其至少部分在第一远端边缘部分145 (个别地标示为第一远端边缘部分145a 和145b)与相应的枢轴P之间延伸。扫掠壁部分142中的每一者包含圆柱形扫掠表面144 (个别地标示为扫掠表面144a和144b)，其至少部分从第二远端边缘部分147 (个别地标 示为第二远端边缘部分147a和147b)朝着邻近的压力表面146延伸。引擎100进一步包含至少一个燃料喷射器134和至少一个点火器132，其定位在燃 烧室103附近。在所说明的实施例中，燃烧室103至少部分由压縮壁部分141中的相对 凹部形成。然而，在其它实施例中，燃烧室103、燃料喷射器134和/或点火器132可具 有不同于图1中说明的位置和/或配置的其它位置和/或其它配置。举例来说，在其它实施 例中，燃料喷射器134可被汽化器取代和/或进行扩充，所述汽化器经由相关联的进口提 供燃料/空气混合物。如上文所提到，已出于清楚的目的从图1中省略了引擎IOO的许多部件。这些组件 可包含(例如)与动力获取、进气、排气、点火定时和V弦同步相关联的各种组件。下 文参看图2A-2D更详细地描述引擎100的这些和其它部件。图2A-2E是说明根据本发明实施例在二冲程模式中操作引擎100的方法的一系列俯 视图。这些图说明出于清楚的目的从图1中省略的许多引擎组件。举例来说，图2A说明 V弦140枢转地设置在第一端板204a与第二端板204b之间。换气筒202在第一端板204a 与第二端板204b之间延伸，且包含第一侧壁部分221a和相对的第二侧壁部分221b。侧 壁部分221中的每一者包含至少一个单向阀226 (个别地标示为单向阀226a和226b)， 其经配置以在引擎操作期间允许空气进入换气筒202中。第一端板204a包含第一排气口 230a和第二排气口 230b。如下文更详细描述，排气 口 230经配置以在引擎操作期间引导废气离开燃烧室103。第二端板204b包含第一换气 室250a和第二换气室250b。每一换气室250包含进口 251和相应的出口 252。如下文更 详细描述，换气室250使在引擎操作期间来自压縮壁部分141中的每一者后方的加压空气能够流入燃烧室103中。V弦140中的每一者固定地附接到相应的腕轴220 (个别地标示为第一腕轴220a和 第二腕轴220b)，所述腕轴220围绕相应的枢轴P枢转。在所说明的实施例中，腕轴220 中的每一者延伸穿过第一端板204a并可操作地耦合到相应的定时齿轮222 (个别地标示 为第一定时齿轮222a和第二定时齿轮222b)。定时齿轮222中的每一者与环形齿轮228 可操作地啮合，所述环形齿轮228经配置以围绕其中心轴来回旋转。曲柄轴229从环形 齿轮228向外延伸并枢转地耦合到连接杆262。连接杆262又枢转地耦合到曲柄轴270。 曲柄轴270可包含一个或一个以上飞轮272，其具有足够的质量将V弦140驱动通过其 循环的压縮(即，向内)部分，如下文更详细描述。为了便于参考，图2A中说明的关闭弦位置可称为"上止点"(即，"TDC")。 V弦 140的TDC位置对应于曲柄轴270的TDC位置。在循环的这个点处，燃料喷射器134 已将燃料喷射到燃烧室103中，且点火器132已点燃压縮燃料/空气混合物。随后的燃烧 向外驱动压縮壁部分141，从而促使腕轴220在顺时针方向上围绕其各自枢轴P旋转。 在腕轴220旋转时，定时齿轮222在逆时针方向上驱动环形齿轮228。在环形齿轮228 旋转时，其经由曲柄臂229将动力从V弦140传输到曲柄轴270。接下来参看图2B，随着V弦140在顺时针方向上继续旋转，每一压縮壁部分141的 第一远端边缘部分145滑动越过相对的扫掠壁部分142的邻近的扫掠表面144,借此维 持燃烧室103的优良密封。尽管图l-2E中未展示，远端边缘部分145 (和/或V弦140 的其它部分)中的每一者可包含金属密封件或其它装置来增强邻近表面之间的密封。第 60/676,017号美国临时专利申请案中详细描述了此类装置，所述专利申请案全文以引用 的方式并入本揭示案中。在压缩壁部分141接近图2C所示的位置时，膨胀的废气开始通过暴露的排气口 230 流出燃烧室103。随着压縮壁部分141继续向外移动，其压縮捕集在其与邻近的侧壁部 分221之间的进气。在压缩壁部分141接近图2D所示的位置时，其驱使这些压縮的空气 供给经由换气室250进入燃烧室103中。进入的空气帮助通过排气口 230将废气排出燃 烧室103。在V弦140到达图2D所示的位置(即，"下止点"或"BDC"位置)时，曲柄轴270 的动能促使V弦140反向并开始朝着图2A的TDC位置旋转。当压縮壁部分141在逆时 针方向上旋转时，其通过排气口 230将剩余废气排出燃烧室103。另外，压缩壁部分141 的这种向内移动通过单向阀226将空气抽取到换气筒202中。接下来参看图2E，压縮壁部分141随着其继续向内移动通过排气口 230而压缩燃烧 室103中的空气。在V弦140处于图2A的TDC位置或附近时，燃料喷射器134将燃料 喷射到燃烧室103中，且点火器132点燃压縮的燃料/空气混合物。随后的燃烧在顺时针 方向上向外驱动V弦140,且上述循环重复。尽管上述引擎IOO包含用于将供给移进和移出燃烧室103的转移室和排气口，但在 其它实施例中，根据本发明各方面配置的类似引擎可包含用于执行这些功能的提升阀。 举例来说，在一个实施例中，类似于引擎100的引擎可在端板204中的每一者上包含居 中定位的提升阀，用于从燃烧室103排出废气。此类配置将允许存在双换气室， 一个在 第一端板204a上且另一个在第二端板204b上，用于允许进气进入燃烧室103中。在又 一实施例中，类似于引擎100的引擎可经配置以作为使用提升阀的四冲程引擎操作。因 此，图l-2E中所说明的实施例的各方面不限于上述特定的二冲程特征，而是扩展到可包 含其它二冲程和四冲程特征的其它实施例。II.选定的弦特征图3是引擎100的一部分的示意俯视图，其用于说明V弦140的一些几何特征。举 例来说，图3说明枢轴P围绕圆C等间距隔开。圆C具有直径D，其等于扫掠表面144 的曲率半径R。对于给定的V弦140， 一种相对于压力表面146定位扫掠表面144的方法如下首 先(为了便于参考，参看第一V弦140a)，选择压力表面146a的所需长度L。接着，选 择压力表面146a在TDC处的所需位置(由图3中的假想线展示)。举例来说，如果压力 表面146a的长度L小于圆C的直径D，那么长度L可在TDC处在两个枢轴P之间居中。 如果压縮壁表面146a的长度L大于圆C的直径D,那么长度L不必在TDC处相对于两 个枢轴P居中。(然而，此类实施例可导致彼此不同的V弦。)以以上方式选择压力表面 146a的长度和位置规定了扫掠表面144a与压力表面146a相交的第一点PT^。接着，两个压縮壁部分141均从TDC位置向外旋转到部分打开位置，所述部分打开 位置例如由图3中的实线展示的部分打开位置。第一扫掠壁部分142a接着围绕点PL旋 转，直到第二压縮壁部分141b的远端边缘部分145b刚好接触扫掠表面144a为止。这确 定了远端边缘部分145b接触扫掠表面144a的第二点PT2。两个点PT^和PT2—起有效地 相对于压力表面146a定位扫掠表面144a。如上文参看图3的论述内容所说明，V弦140的圆柱形扫掠表面144不必与引擎100 的相应枢轴P相交来适当起作用。也就是说，扫掠表面144可定位在相应枢轴P内侧或外侧，且V弦140将仍然顺畅地打开和关闭，从而维持弦之间的滑动接触，以用于对燃 烧室103的充分密封。举例来说，图4A和4B是根据本发明另一实施例配置的径向脉冲引擎400 ("引擎 400")的示意俯视图。在此实施例中，引擎400包含两个V弦440，其具有定位在各自 枢轴P内侧的圆柱形表面444。以类似方式，根据本揭示案配置的其它引擎可具有定位 在各自枢轴P外侧的圆柱形扫掠表面。 —III.径向脉冲内燃机的其它实施例图5是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎500 ("引擎500")的一部分的示 意等距视图。在此实施例的一个方面，引擎500包含第一 V弦540a和第二 V弦540b， 其类似于上文参看图l-4B描述的V弦。然而，在此特定实施例中，V弦540中的每一者 包含第一扫掠壁部分541 (个别地标示为第一扫掠壁部分541a和541b)和第二扫掠壁部 分542 (个别地标示为第二扫掠壁部分542a和542b)。第一扫掠壁部分541中的每一者 包含相应的第一扫掠表面544 (个别地标示为第一扫掠表面544a和544b)，且第二扫掠 壁部分542中的每一者包含相应的第二扫掠表面546 (个别地标示为第二扫掠表面546a 和546b)。在所说明的实施例中，第二扫掠表面546中的每一者包含排气阀切块551 (个别地 标示为排气阀切块551a和551b)和进气阀切块552 (个别地标示为进气阀切块552a和 552b)。如下文更详细描述，排气阀切块551经配置以在其延伸进入燃烧室503中时容纳 排气阀530。类似地，进气阀切块552经配置以在其延伸进入燃烧室503中时容纳进气 阀531。在此实施例的另一方面，引擎500进一步包含定位在第一点火器532a (例如，第一 火花塞)附近的第一燃料喷射器534a，和定位在第二点火器532b (例如，第二火花塞) 附近的第二燃料喷射器534b。燃料喷射器534经配置以将燃料喷射到燃烧室503中以供 随后由点火器532点燃。图6A-6I是说明根据本发明实施例处于四冲程模式中的引擎500的操作的一系列俯 视图。首先参看图6A， V弦540中的每一者附接到相应的腕轴620 (个别地标示为第一 腕轴620a和第二腕轴620b)。腕轴620在第一端板604a与第二端板604b之间延伸，且 经配置以围绕相应的枢轴P (个别地标示为第一枢轴Pa和第二枢轴Pb)来回旋转。尽管 图6A中未展示，但腕轴620中的每一者可与曲柄轴或其它装置可操作地啮合，以用于使 V弦540的运动同步和/或用于动力获取，如上文参看(例如)图2A-2E所描述。在所说明的实施例中，燃料喷射器534和点火器532由第一端板604a承载。然而， 在其它实施例中，可省略燃料喷射器534和/或点火器532中的一者或一者以上，或者额 外的喷射器和/或点火器可位于燃烧室503周围的其它位置。举例来说，在另一实施例中， 一个或一个以上燃料喷射器和/或点火器可由第二端板604b承载。图6A中，V弦540处于压縮冲程结束时的第一TDC位置。在循环的这个点处，燃 料喷射器534已将燃料喷射到燃烧室503中，且点火器532已点燃压縮的燃料/空气混合 物。当V弦540在顺时针方向上围绕枢轴P旋转时，随后的燃烧向外驱动第一扫掠壁部 分541。接下来参看图6B，随着V弦540在顺时针方向上继续旋转，第一扫掠壁部分541a 的第一远端边缘部分541a滑动越过第二扫掠壁部分542b的第二扫掠表面546b。同时， 第一扫掠壁部分541b的第一远端边缘部分545b滑动越过第二扫掠壁部分542a的第二扫 掠表面546a。各个壁部分的滑动接触充分密封燃烧室503以防止膨胀的废气逸离。在V 弦540到达如图6C所示的其冲程中点(为了便于参考，可将其称为"下止点"或"BDC" 位置)时，排气阀530开始移动进入燃烧室503中，从而允许废气通过第一端板604a中 的排气口 658流出燃烧室503。接下来参看图6D，随着V弦540在顺时针方向上继续旋转，第二扫掠壁部分542a 的第二远端边缘部分547a滑动越过第一扫掠壁部分541b的第一扫掠表面544b。同时， 第二扫掠壁部分542b的第二远端边缘部分547b滑动越过第一扫掠壁部分541a的第一扫 掠表面544a。各个壁部分的滑动接触继续密封燃烧室503并防止显著的压力泄漏。尽管图6A-6I中未展示，但远端边缘部分545和547 (和/或V弦540的其它部分) 中的每一者可包含密封件或其它装置来增强邻近表面之间的密封。第60/676,017号美国 临时专利申请案中详细描述了此类装置，所述专利申请案全文以引用的方式并入本揭示 案中。随着第二扫掠壁部分542继续向内移动，其通过打开的排气口 658将废气排出燃 烧室503。在V弦540接近图6E所示的第二 TDC位置时，排气阀切块551 (也参看图5)防 止第二扫掠壁部分542撞击打开的排气阔530。此时或大致此时，进气阀531 (图5)开 始移动进入燃烧室503中，从而允许新的空气供给开始通过第二端板604b中的打开的进 气口 (未图示)流进燃烧室503中。进气阔切块552 (图5)防止第二扫掠壁部分542撞 击打开的进气阀531。在第二 TDC位置短暂停止之后，V弦540开始在逆时针方向上向 外旋转。位置时，进气阀531完全或几乎完全打开，且第二扫 掠壁部分542的持续向外移动快速用新的进气填充燃烧室503。在V弦540再次到达图 6G所示的中点或BDC位置时，进气阀531关闭，以使得第一扫掠壁部分541的进一步 向内运动(如图6H所示)压縮进气。在V弦540返回图6I所示的第一TDC位置时，燃 料喷射器534将燃料喷射到燃烧室503中以供随后由点火器532点燃。在循环的这个点 处，进气阀531和排气阀530均完全关闭。因此，随后的燃烧在顺时针方向上向外驱动 V弦540，且上述四冲程循环重复。如所属领域的一般技术人员将了解，在不脱离本揭示案的精神或范围的情况下，结 构和功能上至少大体上类似于上述引擎500的各种引擎可装备有其它进气、排气和点火 系统配置。举例来说，其它引擎可包含端壁604 (图6A)中的一个或一个以上转移口， 和/或扫掠壁部分541或542，用于将进气引入燃烧室503中和/或用于将废气排出燃烧室 503。或者，进气阀531和/或排气阔530可被提升阀取代，所述提升阀延伸穿过弦面并 由V弦540与邻近结构之间的相对移动致动。类似地，可省略燃料喷射器534，且可使 用汽化系统将燃料/空气混合物引入燃烧室503中。在另一实施例中，结构和功能上至少 大体上类似于上述引擎500的引擎可经配置以在二冲程模式下操作，且不脱离本揭示案 的精神或范围。在本发明的另外其它实施例中，类似于引擎500、引擎100 (图1-3)或引擎400 (图 4)的两个或两个以上引擎可以第60/676,017号相关美国临时专利申请案中详细描述的各 种双轴和/或同轴多室布置耦合在一起。在另外的实施例中，具有结构和功能上至少大体 上类似于上述V弦140、 440和540的V弦的各种系统可用于各种泵和压縮机系统中。 因此，本发明不限于上文描述的特定实施例，而是延伸到涵盖本文描述的发明性方面中 的一者或一者以上的任何和所有实施例。图7A-7B是具有根据本发明另一实施例配置的多个三叶弦740 (个别地标示为三叶 弦740a-f)的引擎700的一部分的示意俯视图。 一起参看图7A和7B，在此实施例中， 三叶弦740中的每一者包含第一扫掠壁部分741、第二扫掠壁部分742和第三扫掠壁部 分743。在引擎操作期间，三叶弦740中的每一者围绕相应的枢轴P (个别地标示为枢轴 Pa-f) —致地来回枢转。在三叶弦740枢转时，每个三叶弦740的扫掠壁部分741、 742 和743以上文针对图5-61的引擎500描述的方式与两个相邻三叶弦740的邻近的扫掠壁 部分741、 742和743协作。举例来说，第一三叶弦740a的第一扫掠壁部分741a和第二 扫掠壁部分742a分别与第二三叶弦740b的第一扫掠壁部分741b和第三扫掠壁部分743b协作。以此方式，每对协作的三叶弦(例如，第一三叶弦740a与第二三叶弦740b)可充 在独立的"子引擎"。在其它实施例中，协作的三叶弦740之间的室可经配置以作为泵、 压縮机等进行操作。在另外其它实施例中，邻近的若干对三叶弦740可经配置以在交替的循环中操作， 使得(例如)当一个三叶弦正在燃烧冲程上向外旋转时，邻近的三叶弦正在压縮冲程上 向内旋转。在又一实施例中，引擎700的内室703可经配置以作为另一引擎、泵、或压 縮机室进行操作。如图8所说明，可以前述方式组合的三叶弦的数目实质上是无限的。图9是根据本发明另一实施例配置的径向脉冲引擎卯0 ("引擎900")的一部分的等 距视图。引擎900包含多个弦940 (个别地标示为弦940a-940c)，其经配置以围绕相应的 枢轴P (个别地标示为枢轴Pa-c)来回旋转。枢轴P围绕圆C均等地隔开。在此实施例 的一个方面，弦940中的每一者具有圆柱形扫掠表面944(个别地标示为扫掠表面944a-c)， 其在第一远端边缘部分945 (个别地标示为第一远端边缘部分945a-c)与第二远端边缘部 分947 (个别地标示为第二远端边缘部分947a-c)之间延伸。扫掠表面944中的每一者具 有曲率半径R，其等于(或至少近似等于)邻近枢轴P之间的直线距离D。在此实施例的另一方面，引擎900进一步包含燃料喷射器934和点火器932，其定 位在燃烧室903附近，如下文更详细描述，进气阀931在引擎操作期间的选定时间向燃 烧室903开放，以允许新的进气通过相关联的进气口 (未图示)进入。排气阀930也在 引擎操作期间的选定时间向燃烧室903开放，以允许废气通过相关联的排气口 (同样未 图示)逸离。图10A-10D是说明根据本发明实施例处于四冲程模式中的引擎900的操作的一系列 示意俯视图。首先参看图IOA，该图中，弦940处于其枢转冲程的最内部分，为了便于 参考，可将其称为压縮冲程上的TDC位置。在循环的这个点处，燃料喷射器934已将燃 料喷射到燃烧室203中，且点火器932已点燃压縮的燃料/空气混合物。随后的燃烧在顺 时针方向上围绕枢轴P向外驱动弦940。随着弦940朝着图10B的位置继续向外旋转，弦940中的每一者的第一远端边缘部 分945滑动越过邻近的弦940的扫掠表面944以密封膨胀的燃烧室903。另外，在此时 间点，排气阀930开始打开，从而允许废气开始流出燃烧室903。接下来参看图10C，弦940在顺时针方向上的持续旋转将废气推出燃烧室903，同时 燃烧室903开始收縮。在弦940接近如图10D所示的排气冲程上的TDC位置时，排气阀 930开始关闭且进气阀931开始打开，从而允许新的进气开始流进燃烧室903中。在弦940到达图IOD的位置时，弦940停止且开始在逆时针方向上围绕其各自枢轴P旋转。进气阔931随着弦940接近图10C所示的位置而继续打开，从而允许新的进气填充 燃烧室903。在弦940到达图10C的位置时，进气阀931开始关闭，以使得弦940在逆 时针方向上的持续旋转压縮进气。在弦940到达图IOA所示的TDC位置时，进气被完全 压縮。此时或大致此时，燃料喷射器934将新的燃料供给喷射到燃烧室903中，且点火 器932点燃压縮的燃料/空气混合物。随后的燃烧在顺时针方向上向外驱动940，且上述 循环重复。图11是类似于上文参看图9-10D描述的引擎900的径向脉冲引擎1100("引擎1100") 的一部分的示意俯视图。举例来说，引擎1100包含三个弦1140(个别地标示为弦1140a-c)， 其经配置以围绕相应的枢轴P (个别地标示为枢轴Pa-c)枢转。然而，在此特定实施例 中，弦1140中的每一者包含两个扫掠表面1144 (个别地标示为第一扫掠表面1144a和第 二扫掠表面1144b)。图11的两个扫掠表面弦配置可被认为是图9的弦940中的两个弦并 排定位。具有以此方式配置的两个扫掠表面使得弦1140能够在引擎操作期间持续旋转超 过TDC位置，如图ll中的假想线所示。此特征允许引擎1100以比上述引擎900更长的 往复式冲程操作。在另一实施例中，此特征还允许引擎1100在需要时以单向弦旋转进行 操作，借此省略任何来回循环运动。图12A-12B是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎1200 ("引擎1200")的一 部分的示意俯视图。 一起参看图12A和12B，引擎1200包含多个弦1240 (个别地标示 为弦1240a-f)，其经配置以围绕相应的枢轴P (个别地标示为枢轴Pa-f)来回旋转。每一 弦1240包含扫掠表面1244 (个别地标示为扫掠表面1244a-f),其具有曲率半径R，所述 曲率半径R等于枢轴P与邻近的腕轴1220之间的直线距离。在弦1240处于图12A所示的TDC位置中时，其形成燃烧室1203。点燃燃烧室1203 中的燃料/空气混合物会在顺时针方向上围绕枢轴P向外驱动弦1240。在每一弦1240旋 转时，其扫掠表面1244密封抵靠在邻近的弦1240的腕轴1220上，如图12B所示。 一旦 弦1240到达图12B的BDC位置，其就停止且朝着图12A的TDC位置反转。为了更好地说明这些特定弦配置的特征，图11-12B中未展示引擎IIOO和1200的许 多组件。然而，相关领域的一般技术人员将了解，引擎1100和1200可包含上文参看图 l-8详细描述的在二冲程和四冲程两种模式中运作的进气、排气、点火、定时、动力获取 和/或其它特征的各种组合。另外，结构和功能上类似于引擎1200的其它引擎可包含类 似于弦1240的更多或更少的弦。举例来说，在另一个实施例中，类似于引擎1200的引16擎可包含结构和功能上类似于弦1240的四个弦。在另外的实施例中，其它引擎可包含类 似于弦1240的七个、八个或九个弦。此外，引擎1100和1200还可包含第60/676,017号相关美国临时专利申请案中详细 描述的特征中的一者或一者以上。另外，所属领域的一般技术人员将容易了解，在不脱 离本发明的精神或范围的情况下，本文中以及第60/676,017号美国临时专利申请案中描 述的许多(如果不是全部)引擎可包含此项技术中己知的用于执行进气、排气、点火、 定时、动力获取和/或其它引擎功能的其它组件。图13A-13C是根据本发明又一实施例配置的双筒径向脉冲引擎1300 ("引擎1300") 的一系列示意图。首先参看图13A，在此实施例的一个方面，引擎1300包含可移动半筒 弦1340和固定块1350。固定块1350包含第一扫掠表面1346a和第二扫掠表面1346b。 弦1340包含第三扫掠表面1346c，其在第一远端边缘部分1345a与第二远端边缘部分 1345b之间延伸。扫掠表面1346中的每一者具有曲率半径R。在此实施例的另一方面，弦1340由两个平行连杆1360a和1360b可移动地支撑。连 杆1360中的每一者具有长度L，其等于扫掠表面1346的曲率半径R。在引擎1300的操 作期间，在第一和第二远端边缘部分1345滑动越过引擎块1350的扫掠表面1346时，弦 1340在平行连杆1360上来回摆动。连杆1360中的每一者可以可操作地耦合到相应的腕轴1320 (个别地标示为腕轴 1320a和1320b)，其经配置以围绕相应的枢轴P (个别地标示为枢轴Pa和Pb)枢转。在 所说明的实施例中，腕轴1320中的每一者可以与相应的定时齿轮1322可操作地啮合。 定时齿轮1322中的每一者可以与环形齿轮1328啮合，所述环形齿轮1328经由曲柄臂 1329可操作地耦合到连接杆1362。连接杆1362又可操作地耦合到曲柄轴1370。在此实施例的又一方面，引擎1300还包含定位在第一燃烧室1303a附近的第一燃料 喷射器1334a、第一点火器1332a和第一排气阀1330a，以及定位在第二燃烧室1303b附 近的第二燃料喷射器1334b、第二点火器1332b和第二排气阀1330b。尽管图13A中未展 示，但引擎1300可进一步包含第一和第二进气阀，其经配置以允许新的进气在引擎操作 期间分别进入第一和第二燃烧室1303中。在弦1340移到图13A所示的位置时，其将新的进气抽取到第一燃烧室1303a中，并 压縮第二燃烧室1303b中的进气。因此，在此位置中，弦1340处于第一燃烧室1303a的 进气冲程上的BDC位置，并处于第二燃烧室1303b的压縮冲程上的TDC位置。此时或 大致此时，第二燃料喷射器1334b将燃料喷射到第二燃烧室1303b中，且第二点火器1332b点燃压縮的燃料/空气混合物。随后的燃烧在平行连杆1360在逆时针方向上围绕其各自 枢轴P旋转时向右驱动弦1340。在弦1340朝着图13B所示的位置摆动时，第一和第二远端边缘部分1345滑动越过 引擎块1350的扫掠表面1346以充分密封燃烧室1303。在第一燃烧室1303a中，进气随 着第二燃烧室1303b中膨胀的气体继续向右驱动弦1340而被压縮。在第二燃烧室1303b 中，第二排气阀1330b随着弦1340接近图13C所示的位置而开始打开。图13C中，弦1340处于第一燃烧室1303a的压縮冲程上的TDC位置，并处于第二 燃烧室1303b的动力冲程上的BDC位置。此时或大致此时，第一燃料喷射器1334a将燃 料喷射到第一燃烧室1303a中，且第一点火器1332a点燃压縮的燃料/空气混合物。随后 的燃烧在平行连杆1360在顺时针方向上围绕其各自枢轴P旋转时向左驱动弦1340。在 弦1340从右移到左时，其通过打开的排气阀1330b将废气排出第二燃烧室1303b。在弦 1340到达图13B的位置时，第二排气阀1330b完全打开以使从第二燃烧室1303b流出的 排气量最大化。在弦1340接近图13A所示的位置时，第一排气阀1330a开始打开以使得废气可开始 流出第一燃烧室1303a。此时，第二燃烧室1303b中的第二排气阖1330b完全或几乎完全 关闭。在弦1340停止并反向时，从左到右的持续移动通过打开的排气阀1330a将废气排 出第一燃烧室1303a,并通过打开的进气阀(未图示)将新的进气抽取到第二燃烧室1303b 中。在弦1340再次到达图13C所示的位置时，第二燃烧室1303b中的进气阀(未图示) 现在完全或几乎完全关闭。弦1340朝着图13A所示的位置的从右向左的持续移动压縮第 二燃烧室1303b中的进气，同时将新的进气抽取到第一燃烧室1303a中。在弦1340到达 图13A所示的位置时，其将再次处于第一燃烧室1303a的进气冲程上的BDC位置，并处 于第二燃烧室1303b的压縮冲程上的TDC位置。因此，此时或大致此时，第二燃料喷射 器1334b将燃料喷射到第二燃烧室1303b中，且第二点火器1332b点燃所得的燃料/空气 混合物。随后的燃烧向右驱动弦1340，从而促使上述四冲程引擎循环重复。尽管上文出于说明的目的参看图13A-13C描述了双筒径向脉冲引擎，但在其它实施 例中，类似于引擎1300的其它引擎可包含更多的类似于弦1340的弦和更多的类似于扫 掠表面1346的扫掠表面。举例来说，在一个其它实施例中，类似于引擎1300的径向脉 冲引擎可包含耦合在一起并在四个相应的扫掠表面上来回移动的两个半筒弦。在其它实 施例中，其它引擎(或者，其它泵系统)可包含在六个或六个以上相应的扫掠表面上扫掠的耦合在一起的三个或三个以上弦。此类配置在泵配置中可能是有利的，在泵配置中 需要从单独的室中抽吸相等或成比例的量的各种流体。如上文清楚地说明，图13A-13C 中揭示的发明性方面不限于所说明的特定实施例。图14A-14D是根据本发明又一实施例配置的径向脉冲引擎1400 ("引擎1400")的 一部分的一系列示意俯视图。首先参看图14A，引擎1400包含多个弦1440 (个别地标示 为弦1440a-d)，其可操作地耦合到个别连杆1460 (个别地标示为连杆1460a-d)。弦1440 中的每一者包含扫掠表面1446(个别地标示为扫掠表面1446a-d)，其形成圆形燃烧室1403 的九十度片段。每一弦1440另外包含远端边缘部分1445 (个别地标示为远端边缘部分 1445a-d)，其经配置以在引擎操作期间滑动越过邻近的弦1440的扫掠表面1446。一起参看图14A-14D,在引擎操作期间，弦1440随着连杆1460围绕枢轴P (个别 地标示为枢轴Pa-d)来回旋转而向内和向外一致地平移。如图所说明，弦1440彼此相对 地平移但不旋转。尽管图中未展示，但引擎1400可进一步包含齿轮、连杆和/或其它装 置的系统以在操作期间维持弦对准。如图14A-14D进一步说明，当弦1440在其弓形路径上向内平移时，其压縮燃烧室 1403的体积。类似地，在弦1440到达图14D所示的TDC位置之后，其反向并向外平移， 从而促使燃烧室1403膨胀。尽管图14A-14D中出于清楚的目的未展示引擎功能所必需 的必要的进气、排气、点火、动力取出和/或其它特征，但所属领域的一般技术人员将了 解，引擎1400可包含例如本文中以及第60/676,017号相关美国临时专利申请案中所揭示 的特征的各种组合以执行这些功能。尽管上述引擎1400包含四个九十度的弦1440,但在其它实施例中，根据本发明各 方面配置的其它引擎可包含具有类似设计的更多或更少的弦。举例来说，在另一实施例 中，类似的引擎可包含三个各为120度的弦。在又一实施例中，另一类似的引擎可包含 五个各为72度的弦。因此，引擎1400的发明性方面不限于所说明的特定实施例，而是 延伸到具有以类似方式运作的更多或更少的弦的其它引擎。图15A-15D是根据本发明又一实施例配置的弦设备1500的一部分的一系列示意俯 视图。参看图15A,弦设备1500的许多特征在结构和功能上大体上类似于上文参看图 13A-13C描述的引擎1300的相应特征。然而，在所说明的实施例中，弦设备1500包含 两个可移动弦1540a和1540b，以及固定的弦1540c。弦1540中的每一者包含扫掠表面 1546 (个别地标示为扫掠表面1546a-c)，其在第一远端边缘部分1545 (个别地标示为第 一远端边缘部分1545a-c)与第二远端边缘部分1547 (个别地标示为第二远端边缘部分1547a-c)之间延伸。可移动弦1540a和1540b可操作地耦合到在逆时针方向上围绕固定 枢轴P旋转的连杆1560的相对末端。一起参看图15A-15D，当连杆1560在逆时针方向上围绕枢轴P旋转时，第一弦1540a 和第二弦1540b相继扫掠固定弦1540c。在可移动弦1540a或1540b中的一者移动离开固 定弦1540c (例如见图15C)时，此运动促使室1503从相对的远端边缘部分1545和1547 对准(例如参看图15A)时的充满体积收縮为实质上的零体积。尽管图中未展示，但弦 设备1500可包含一系列齿轮、连杆和/或其它装置以在操作期间维持可移动弦1540a和 1540b相对于固定弦1540c以及彼此的对准。在一个实施例中，收縮的室1503可用作泵或压縮机系统的一部分。在其它实施例中， 弦设备1500的各方面可用于内燃机、蒸汽机和其它有用的机器中。从以上内容中将了解，本文已出于说明的目的描述本发明的特定实施例，但可在不 脱离本发明精神和范围的情况下作出各种修改。举例来说，在特定实施例的情境下描述 的本发明的各方面在其它实施例中可被组合或排除。此外，虽然已在那些实施例的情境 下描述了与本发明的某些实施例相关联的优点，但其它实施例也可展现出此类优点，且 并非所有实施例均必需展现出此类优点以处于本发明的范围内。因此，本发明仅由所附 权利要求书限定。
权利要求
1.一种引擎，其包括第一端壁部分；第二端壁部分，其与所述第一端壁部分间隔开以在其间至少部分地界定压力室；第一可移动部件，其可操作地设置在所述第一与第二端壁部分之间，其中所述第一可移动部件具有第一远端边缘部分和第一圆柱形表面；以及第二可移动部件，其可操作地设置在所述第一与第二端壁部分之间，其中所述第二可移动部件具有第二远端边缘部分和第二圆柱形表面，其中在所述第一可移动部件围绕第一枢轴枢转且所述第二可移动部件围绕第二枢轴枢转时，所述第一可移动部件的所述第一远端边缘部分经配置以滑动越过所述第二可移动部件的所述第二圆柱形表面，且所述第二可移动部件的所述第二远端边缘部分经配置以滑动越过所述第一可移动部件的所述第一圆柱形表面。
2. 根据权利要求1所述的引擎，其中所述第一和第二枢轴相对于所述第一和第二端壁 部分固定。
3. 根据权利要求1所述的引擎，其中所述第一和第二枢轴延伸穿过所述第一和第二端 壁部分。
4. 根据权利要求1所述的引擎，其中至少所述第一可移动部件具有"V"形状。
5. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一可移动部件包含具有所述第一远端边缘 部分的第一壁部分和具有所述第一圆柱形表面的第二壁部分，且其中所述第二可移 动部件包含具有所述第二远端边缘部分的第三壁部分和具有所述第二圆柱形表面 的第四壁部分。
6. 根据权利要求5所述的引擎，其中所述第一可移动部件的所述第一和第二壁部分形 成"V"形状。
7. 根据权利要求5所述的引擎，其中所述第一可移动部件的所述第一和第二壁部分形 成90度与180度之间的角度。
8. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一可移动部件至少大体上与所述第二可移 动部件相同。
9. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一枢轴与所述第二枢轴间隔开距离D，且 其中所述第一圆柱形表面具有曲率半径R，所述曲率半径R至少近似等于D。
10. 根据权利要求1所述的引擎，其中所述第一枢轴与所述第二枢轴间隔开距离D，且其中所述第一圆柱形表面和所述第二圆柱形表面具有曲率半径R，所述曲率半径R 至少近似等于D。
11. 根据权利要求1所述的引擎，其中所述第一端壁部分包含至少一个孔口，以用于允 许燃料/空气混合物进入所述压力室中。
12. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一端壁部分包含至少一个转移口，以用于 允许燃料/空气混合物进入所述压力室中。
13. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一端壁部分包含至少一个孔口，以用于从 所述压力室排放废气。
14. 根据权利要求l所述的引擎，其中所述第一端壁部分包含至少一个孔口，以用于允 许燃料/空气混合物进入所述压力室中，且其中所述第二端壁部分包含至少一个孔 口，以用于从所述压力室排放废气。
15. —种引擎，其包括第一端壁部分；第二端壁部分，其与所述第一端壁部分间隔开以在其间至少部分地界定压力室； 第一可移动部件，其可操作地设置在所述第一与第二端壁部分之间，所述第一可 移动部件具有邻近第二壁部分定位的第一壁部分，所述第一壁部分具有第一远端边 缘部分和第一圆柱形表面，所述第二壁部分具有第二远端边缘部分和第二圆柱形表 面；以及第二可移动部件，其可操作地设置在所述第一与第二端壁部分之间，所述第二可 移动部件具有邻近第四壁部分定位的第三壁部分，所述第三壁部分具有第三远端边 缘部分和第三圆柱形表面，所述第四壁部分具有第四远端边缘部分和第四圆柱形表 面，其中在所述第一可移动部件围绕第一枢轴枢转且所述第二可移动部件围绕第二 枢轴枢转时，所述第一壁部分的所述第一远端边缘部分经配置以滑动越过所述第三 壁部分的所述第三圆柱形表面，且所述第四壁部分的所述第四远端边缘部分经配置 以滑动越过所述第二壁部分的所述第二圆柱形表面。
16. 根据权利要求15所述的引擎，其中在所述第一可移动部件在第一方向上围绕所述 第一枢轴枢转，且所述第二可移动部件在所述第一方向上围绕所述第二枢轴枢转 时，所述第一壁部分的所述第一远端边缘部分经配置以滑动越过所述第三壁部分的 所述第三圆柱形表面，且所述第四壁部分的所述第四远端边缘部分经配置以滑动越 过所述第二壁部分的所述第二圆柱形表面。
17. 根据权利要求15所述的引擎，其中在所述第一可移动部件围绕所述第一枢轴枢转 且所述第二可移动部件围绕所述第二枢轴枢转时，所述第二壁部分的所述第二远端 边缘部分经配置以滑动越过所述第四壁部分的所述第四圆柱形表面，且所述第三壁 部分的所述第三远端边缘部分经配置以滑动越过所述第一壁部分的所述第一圆柱 形表面。
18. 根据权利要求15所述的引擎，其中在所述第一可移动部件在第一方向上围绕所述第一枢轴枢转，且所述第二可移动 部件在所述第一方向上围绕所述第二枢轴枢转时，所述第一壁部分的所述第一远端 边缘部分经配置以滑动越过所述第三壁部分的所述第三圆柱形表面，且所述第四壁 部分的所述第四远端边缘部分经配置以滑动越过所述第二壁部分的所述第二圆柱 形表面；且其中在所述第一可移动部件在与所述第一方向相反的第二方向上围绕所述第一 枢轴枢转，且所述第二可移动部件在所述第二方向上围绕所述第二枢轴枢转时，所 述第二壁部分的所述第二远端边缘部分经配置以滑动越过所述第四壁部分的所述 第四圆柱形表面，且所述第三壁部分的所述第三远端边缘部分经配置以滑动越过所 述第一壁部分的所述第一圆柱形表面。
19. 根据权利要求15所述的引擎，其进一步包括同步齿轮，所述同步齿轮将所述第一 可移动部件可操作地耦合到所述第二可移动部件。
20. 根据权利要求15所述的引擎，其中所述第一壁部分的所述第一远端边缘部分承载 密封件，所述密封件经配置以在所述第一可移动部件围绕所述第一枢轴枢转且所述 第二可移动部件围绕所述第二枢轴枢转时滑动越过所述第二壁部分的所述圆柱形 表面。
21. 根据权利要求15所述的引擎，其进一步包括由所述第一端壁部分承载的燃料喷射 器，其中所述压力室是燃烧室，且所述燃料喷射器经配置以将燃料喷射到所述燃烧 室中。
22. 根据权利要求15所述的引擎，其进一步包括由所述第一端壁部分承载的点火器， 其中所述压力室是燃烧室，且所述点火器经配置以点燃所述燃烧室中的空气/燃料混 合物。
23. —种内燃机，其包括燃烧室；第一可移动部件，其定位在所述燃烧室附近，其中所述第一可移动部件具有第一 远端边缘部分和第一圆柱形表面；第二可移动部件，其定位在所述燃烧室附近，其中所述第二可移动部件具有第二 远端边缘部分和第二圆柱形表面；用于将燃料引入所述燃烧室中的构件；以及用于点燃所述燃烧室中的所述燃料的构件，借此在所述第一可移动部件围绕第一 枢轴枢转且所述第二可移动部件围绕第二枢轴枢转时，促使所述第一可移动部件的 所述第一远端边缘部分滑动越过所述第二可移动部件的所述第二圆柱形表面，且促 使所述第二可移动部件的所述第二远端边缘部分滑动越过所述第一可移动部件的 所述第一圆柱形表面。
24. 根据权利要求23所述的内燃机，其进一步包括用于从所述燃烧室排放废气的构件。
25. 根据权利要求23所述的内燃机，其进一步包括用于使所述第一和第二可移动部件 的移动同步的构件。
26. 根据权利要求23所述的内燃机，其进一步包括用于将所述第一与第二可移动部件 的枢转运动转换成相关联曲柄轴的旋转运动的构件。
全文摘要
本文揭示径向脉冲引擎、泵和压缩机系统。在本发明的一个实施例中，径向脉冲引擎包含第一和第二可移动V部件(140)，其可操作地设置在第一与第二端壁部分(141、142)之间。所述第一V部件可具有带有第一远端边缘部分的第一壁部分和带有第一圆柱形表面的第二壁部分。所述第二V部件可具有带有第二远端边缘部分的第三壁部分和带有第二圆柱形表面的第四壁部分。在此实施例中，在所述第一V部件围绕第一枢轴(Pa)枢转且所述第二V部件围绕第二枢轴(Pb)枢转时，所述第一壁部分的所述第一远端边缘部分可经配置以滑动越过所述第四壁部分的所述第二圆柱形表面，且所述第三壁部分的所述第二远端边缘部分可经配置以滑动越过所述第二壁部分的所述第一圆柱形表面。
文档编号F02B53/00GK101258308SQ200680021923
公开日2008年9月3日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年4月29日
发明者廷贝尔·迪克, 科尔班·I·蒂勒曼-迪克 申请人:坦恩迪克斯发展公司