对汪克尔发动机及类似转子发动机的改进的制作方法

专利名称：对汪克尔发动机及类似转子发动机的改进的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及转子发动机。特别地，本发明涉及汪克尔发动机及 类似转子发动机中的改进，通过将这种改进应用到现有技术的发动机中， 有效地提高了其功率输出及效率，并且能够实现更高级的循环。
背景技术：
汪克尔转子发动机的制造商曾尝试提供一种内燃机，该内燃机要克 服往复活塞式发动机的大部分缺点，与此同时要运行顺畅，并且具有较 高的功率重量比和比往复活塞式发动机更高的旋转速度。在汪克尔发动 机发展多年之后，尽管相对于往复活塞式发动机具有理论上的优势，但 是一些实际中的限制妨碍了其被广泛接受。因此，仅有有限数量的制造 商涉及汪克尔发动机生产。图1示出了典型的现有技术的汪克尔转子发动机，以附图标记10表 示。汪克尔转子发动机IO包括转子壳体101、转子102、火花塞103、 径向密封件104、偏心轴105、定子齿轮106、转子齿轮107、排气口 108、 进气口 109。余摆线型转子壳体的短轴为110，所述壳体的长轴为111。 转子102的三个面A、 B和C的每一个依次参与以下的四个循环进气 循环、压缩循环、做功循环、排气循环。新鲜的混合气被转子102的面A 通过进气口 109吸入，直到到达峰值量。与此同时，面B被燃烧力驱动， 且面C将废气通过排气口 108排出。汪克尔转子发动机的一些缺点与转子径向密封件有关，现列举出缺 点的以下特性撞击壳体内部4仑廓的倾向；径向密封件的适当材料与转子壳体材料的不相容性； 对转子壳体的内部轮廓以及对密封件的损坏；由于高离心力的速度限制；在低转速下以及发动机载荷及运转条件突然变化比如加速和减速时 的不良密封性；以及在发动机被置于相对较高的压力环境中时径向密封件的密封限制， 这是柴油发动机的特性。全部上述的缺点导致了不充分的密封，这样的密封导致了较低的可 靠性和较短的运行持续时间，也就是较短的大修间隔时间(TBO)。现有技术的汪克尔转子发动机的其他的已知缺点如下 -燃烧室不是根据功能而最优化构成的，并且因此燃烧室是其不能达到 有效燃烧以及其相对较低的热效率的主要原因之一。-在排气-进气交替期间充入气与燃烧后的废气混合的倾向，其降低了 发动机效率及输出。进一步混合充入气与废气的涡轮增压器的效用降低，动机转子流动到其进气部分，并且与充入气混合。-高表面体积比，导致了在工作空间的内壁上的燃料凝结，这一点在水 冷发动机上尤为明显，而且对效率及磨损造成负面影响。-在每一个工作循环的初起时， 一明显的冲突是现有技术的汪克尔发动 机的特点，导致了在点火期间的转子的几何位置到燃烧产物产生的驱动 力的方向之间燃烧产物的低效利用。在点火时，转子的倾斜角度(即， 密封件到定子及转子齿轮的啮合点的直线相对于转子壳体的短轴所倾斜导致:转子旋转方^相反的燃烧力的大小基本等于支持转子旋:的燃烧力的大小。随着转子旋转以及倾斜角变化，支持转子旋转的燃烧力的大 小相应地增大，从而其大小明显大于对抗转子旋转方向的燃烧力。当倾 斜角度大约为60度时，基本上全部的燃烧力支持转子的旋转；但是，在 这样的倾斜角度下燃烧产物的残留压力非常低，指示出工作循环即将结 束。-除了上述的冲突，在点火后立即产生了基本上全部的燃烧压力，在转 子上方以及垂直主轴地向发动机系统强加非常高的载荷和压力，这一点需要在发动系统设计时考虑到。-现有技术的汪克尔发动机的有效工作循环区域相当地窄，从转子的顶点经过短轴大约60度后开始，到再旋转大约60度结束，在此，该顶点 到达了开始露出排气口的点位。-现有技术的汪克尔转子发动机的压缩比取决于K系数(定义为转子 半径对偏心距的比率)。较低的K系数允许在确定工作容积下使用小发动 机，但是，由于径向密封件必须通过转子壳体的短轴凸角处的非常紧密 的壳体轮廓，其潜在的压缩比较低并且径向密封件倾斜角度非常高。随 着K系数逐渐增加，对于确定的工作容积发动机尺寸以及潜在的压缩比 增加，此时径向密封件倾斜角度减小。为了以现有技术的汪克尔发动机 合理地达到好的结果，有必须进行有限的折衷。-汪克尔发动机的转子驱动系统组件的偏心运动导致了对发动机速度 的限制，并引起了动态平衡问题。转子和偏心轴组件的复杂运动导致了 高出转子转速3倍的轴速，因此导致了低扭矩-高速度的发动机轴动力输 出(P.T.O)。发明内容尽管有上述缺点，但汪克尔转子发动机提供了 一些对各种相关产业 具有吸引力的显著的特性。针对上述缺点的合适的方案可以给汪克尔转 子发动机提供超过大多数往复活塞式发动机的优越性、以及在某些实施 中甚至超过某些燃气涡轮应用的优越性。因此，本发明的一个目的在于提供一种改进的内燃机，其适用于陆 地、海上航行、航空推进，并且适用于固定抽吸、电功率和其他的家庭 及工业的应用。本发明的另一目的在于提供一种具有无跳动密封方法的转子发动机 系统。本发明的另 一 目的在于提供一种具有有效密封方法的转子发动机， 所述发动机对材料匹配不敏感及不受转速影响。本发明的另一目的在于提供一种密封系统，其不会损坏转子壳体的内部轮廓及能够承受较高的操作压力。本发明的另一目的在于提供一种紧凑和有效、可控的燃烧室的成型 方法。本发明的另一目的在于提供一种用于紧凑和有效、可控的燃烧室的 方法，所述燃烧室还是在工作期间能够根据工作条件，例如空气密度(海 拔)、外界温度和负载，自动改变压缩比率的变压缩比装置。本发明的另一个目的在于提供一种彻底清除废气并消除废气与进气 的混合的操作方法。本发明的另 一个目的在于提供一种转子发动机，所述发动机采用涡 轮增压器，不会对发动机的换气和废气与进气的混合有任何消极影响， 因此具有增加的输出功率和改善的功率重量比以及改善的密度补偿。本发明的另 一个目的在于提供一种转子发动机，所述转子发动机消 除了在空间内壁上的燃料凝结。本发明的另一个目的在于提供一种转子发动机，在所述转子发动机 中，几何地，从工作循环的开始到结束基本上所有燃烧压力在旋转方向 上起作用。本发明的另一个目的在于提供一种转子发动机，相对于现有技术的 汪克尔发动机所述转子发动机在更广的工作区域工作，结果获得更高的 输出和更高的效率。本发明的另 一个目的在于提供一种能够有效地燃烧大范围燃料的转 子内燃才几。本发明的另一个目的在于提供一种对海拔(密度补偿)具有低敏感 度的烧转子内燃机以有利于4元空应用。本发明的另一个目的还在于相对于汪克尔发动机的偏心系统，提供 一种改进的、完全旋转的、同心的系统，并且将这种同心的系统与本发 明提供的其他附加改进结合。本发明的另 一个目的在于提供一种成本有效的内燃机系统。本发明的另一个目的在于提供一种转子发动机系统，所述转子发动 机系统在保持现有技术的固有优点的同时克服其不足。本发明的其他目的和优点将随着说明的进行变得更清楚。 本发明提供了对汪克尔和类似配置的旋转式内燃机的改进。本发明 的发动机包括通过其进行工作的至少一个旋转装置(此后用"转子"表示)和相应的转子壳体；位于所述转子壳体的短轴两端的两个固定的緩 冲密封件将所述转子壳体分为两个独立的空间，其中第一空间是进气和 压缩空间，而所述第一空间下游的第二空间是膨胀和排气空间；与所述 至少一个转子同步的至少一个旋转燃烧室流体控制装置(CCFC),用于 接受来自第一空间的压缩流体，所述流体优选为空气，用于将所述压缩 气体输送到所述第二空间，点火并燃烧空气燃料混合物，以使燃烧产物 膨胀到所述第二空间；以及位于所述流体控制旋转燃烧室内的燃料喷射 器，用以将燃料注入所述燃烧腔内。两个密封件与转子的周边轮廓持久 接触。根据优选实施方式，发动机包括由在排气循环中从出口排出的流体 驱动的压缩机，特别地是涡轮压缩机，以及还作为发动机的压缩区和其 工作区之间的緩沖器的CCFC装置。在另一种实施方式中，发动^^包括流动控制系统和CCFC装置，以 便能够进行测定体积的、持续燃烧的、流动循环的工作。在一种优选实施方式中，本发明提供了 一种流体循环发动机系统， 所述系统包括a) 第一旋转装置；b) 连接到第一旋转装置以便一起工作并且获得更高功率输出并进一 步顺畅梯:作的第二旋转装置；c) 流体控制装置；d) 由受控燃料泵送料的两个燃料喷射器；e) 初始点火器；f) 包含d)和e)的燃烧室；g) 作为工作单元之间的系统流体连接的导管；h) 高压比涡4仑压缩才几；i) 电子和/或机械控制器，以根据空气消耗控制燃料喷射。在本发明的另一种优选实施方式中，转子顶点具有特定的成形密封件，所述密封件能够应对(cope w池)固定密封件，主要为本发明的非 涡轮增压实施方式而设计。在本发明的另 一种优选实施方式中，当转子设有通常形状的径向密封 件(apex seal)时，特定成形的密封件位于固定发动枳4莫块短轴凸角(lob ) 中。在本发明优选实施方式中，转子和流动控制器装置的壳体以这种方式 成形以作为简洁的燃烧室，从而点火和燃烧将在最佳的可能条件下发生。在本发明的另一种优选实施方式中，流动控制器燃烧装置是变压缩比 的，以便压缩比能够在工作期间自动或手动改变，另外，燃烧室在每个 循环结束时被彻底清洁。在本发明的另 一种优选实施方式中，流动控制器燃烧装置与主发动机 转子结合，作为每个转子架(bank)的单一恒定体积燃烧室在转子壳体 内部工作。在本发明的另 一种优选实施方式中，流动控制器燃烧装置与主发动机 转子结合，作为每个转子架的单变压缩比燃烧室在转子壳体内部工作。在本发明的另 一种优选实施方式中，流动控制器燃烧装置与主发动才几 转子结合，作为每个转子架的双变压缩比燃烧室在转子壳体内部工作。在本发明的一种优选实施方式中，区域(sector)緩冲密封件设有撞 击消除系统，以便改善密封，因此在内部壳体空间的两个区域之间适当 隔离。在本发明的另 一种优选实施方式中，流体压缩器机械连接到发动机的 主轴，以便作为单独的，或多级压缩机的一级，以便对发动机的进气加 压。在本发明的另一种优选实施方式中，发动机是完全旋转的、同心的、 测定体积的系统，所述系统功能性地与本发明的其他元件结合，以便避 免汪克尔体积系统的偏心、复杂动作的缺陷。一种改进的转子发动机设有用于测定流量的完全旋转的、同心机构， 包括用于并排的第一转子与第二转子的第一壳体，所述第一壳体限定了进气和压缩空间；用于并排的第三转子与第四转子的第二壳体，所述 第二壳体限定了膨胀和排气空间并且构造为与第一壳体前后串联；两根 纵向轴，均轴向安装，其轴承分别位于所述第一和第二壳体的中心；与 所述两根轴啮合以便同时运动旋转的两个齿轮；与所述轴和所述转子同 步的旋转燃烧室流体控制装置，用于从所述进气和压缩空间接受压缩流 体并将其传送到所述第二膨胀和排气空间；以及位于所述旋转燃烧室流体控制装置中的燃料喷射器。


图l是现有技术汪克尔转子发动机的剖视图；图2是图1的发动机的剖视示意图，表示当燃烧压力使转子在相反的旋转方向上受力时现有技术发动机的几何限制；图3是图1的发动机的剖视示意图，表示在现有技术汪克尔发动机中废气与进气的混合；图4是根据本发明的 一种实施方式的压缩点火发动机的剖视图； 图5是根据本发明的另 一种实施方式的火花点火发动机的剖视图； 图6是根据本发明的另 一种实施方式的持续燃烧流发动机的剖视图； 图7是具有两个转子、两个CCFC，和涡轮压缩机的持续燃烧流发动才几的剖一见图；图8是图7的发动机的侧视示意图，还包括发动机轴驱动流压缩机； 图9A是根据本发明的另 一种实施方式的示例性发动机的剖视图，表 示两个其固有优点其适应于与4一样低的K因子而不会对燃烧率有任何 影响，并且通过被设置在发动机的固定壳体中适应于缓冲密封件的撞击 消除系统。图9B是图9A的緩冲密封件撞击消除系统的放大图；图9C类似于图9B，表示发动机点火之前在初始位置的緩冲密封件，由此它与转子轮廓接触仅仅是由于膜预加载弹簧力；图9D类似于图9C,表示緩冲密封件的密封作用，由此在密封件上的压力通过施加在两膜之间的两个室的油压实现；图9E类似于图9D，表示通过在两个膜的外表面都施加发动机工作压力实现緩冲密封件与转子轮廓表面的平衡接触力；图10A示意性地表示径向密封件的结构，所述径向密封件能够补充具有固定转子壳体緩冲密封件的发动机，和非涡轮增压发动机，还表示用于平衡施加在径向密封件上的离心力的平衡力方法以及用于减小施加在转子径向密封件上的离心力的矢量分解力方法；图10B是图10A的径向密封件的主要元件的立体图；图10C是组装后的密封件和图10A的转子径向的主视图；图11A表示具有矩形径向密封件的径向密封件的结构；图11B是图11A的径向密封件的主要元件的立体图；图11C是组装后的密封件和图11A的转子径向的主视图；图11D是图11A的径向密封件的立体图，所述密封件设置在固定短轴中并作为緩沖密封件；图12A表示才艮据本发明的另 一种实施方式的同心及i走转测定体积的容积式发动机的每个转子的示意图； 图12B是图12A的活塞的i文大图； 图12C是图12A的转子偏心带密封件的放大图； 图12D和图12E分别是图12A发动机的示意性主视和侧视图； 图12F是本发明另一种实施方式的示意图，基本类似于图12A,表示具有至少一个凹面接合部和至少一个凸面接合部的转子，用于改善接合和密封；图13A-I分别表示一个利用图12A发动机执行的九步循环，其中每步 表示一个附加角度变化；图14A和14B分别是半J求状CCFC的主—见剖^L图和侧一见示意图，其 中图14A表示冷却方法并且图14B表示用于在每个循环结束从压缩室抽 空残余燃烧气体的方法；图15A和15B分别是变压缩比CCFC的局部示意图、主视剖视图和 侧视剖视图，其中用于控制压缩比的装置是利用双向凸轮和凸轮随动件；图16A和16B分别是变压缩比CCFC的局部示意图、主^L剖^L图和侧视剖视图，其中压缩比通过单向凸轮和弹簧加载的反向运动控制；图17是变压缩比CCFC的局部示意剖^L图，其中压缩比通过偏心轴 和连接杆控制；图18A和18B分别是变压缩比CCFC的主视和侧视剖视图，所述变 压缩比CCFC设在转子壳体侧面；图19A-C分别是适于驱动CCFC的三种传输装置的剖视图；图20A-C是与转子结合的CCFC的剖视图，其中图20A是CCFC的 主视图，图20B是沿图20A的平面A-A切开并包括用于每个转子面的单 个燃烧室的转子的侧视图，以及图20C是沿图20A的平面A-A切开并包 括用于每个转子面的两个燃烧室的转子的侧视图；图20D和20E是与转子结合的侧压抑制CCFC的剖视图，其中图20D 是压力消除CCFC,图20E是压力减小CCFC;图21A和21B是与转子结合的CCFC的剖视图，其中图21A是CCFC 的主^L图，图21B是沿图21A的平面B-B切开的转子的侧-f见图；以及图22A和22B分别是发动机系统的主视和侧视剖视图，在所述发动 机系统中燃烧室与转子结合并且具有双变压缩比室机构。
具体实施方式
本发明是一新型转子发动机结构，具有至少一个转子和至少一个旋 转燃烧室流体控制装置(CCFC),其转动与每个转子的转动是同步的。 两个固定緩沖密封件位于转子壳体的短轴两端并将后者分成两个独立空 间，第一进气和压缩室及位于第一空间的下游的第二膨胀和排气室。每 一个CCFC从进气室接收压缩的含氧流体，将燃料注入到压缩流体内， 点燃空气_燃料混合物，并将燃烧产物运送到膨胀室。为了理解本发明的发动机结构的效用，首先参见图1-3,其示出了 现有技术的汪克尔发转子发动机的若干缺陷。图1示出了典型的现有技术的总体上用附图标记IO表示的汪克尔转 子发动机，其包括转子壳体IOI、具有面A-C的转子102、定子齿轮 106、转子齿轮107、偏心轴105、火花塞103、进气口 109和排气口 108。外摆线形的转子壳体101具有一长轴111和一短轴110。发动机10相对 窄的工作区域被示出，在露出排气口 108之前具有相对低的60-70度的 范围。图2示出了现有技术汪克尔发动机20的非常公知的几何冲突图，当 转子202的倾斜角220垂直于相应转子面202A - C时，这样产生于燃烧 产物的力等同地作用于相应转子面202A - C的两侧。还示出了用于对相 应转子面202A-C与转子壳体201的内壁所界定出的空间进行密封的径 向密封件204A-C。图3还示出现有技术汪克尔发动机30的另一公知缺陷，进气与燃烧 产物相混合。大部分的燃烧过的气体通过排气口 308从发动机排出，部 分燃烧过的气体仍留在转子壳体301内，且由例如转子面302C沿图示的 转子方向引导通过转子壳体301的短轴310，以与通过进气口 309引入到 转子壳体301内的新鲜进气混合。图4示出了本发明的一优选实施例，其中总体上由附图标记40表示 的压缩点火(C丄)发动机包含被两个緩冲密封件404和404'分成两个 空间的转子壳体401。转子402的轮廓的两个独立接触点分别持续地与緩 沖密封件404和404'接触，以实现密封作用。进气-压缩空间400的出 口 419与旋转燃烧室流体控制装置(CCFC) 421的入口相通。在一压缩 循环结束时，由于其转子422的协同运动堵塞了排气口 419,压缩流体被 截留和密封在CCFC装置421的空间内。当转子422继续转动时，其将 压缩流体释》文在CCFC的相反端，在此燃料注入器423注入可控数量的 燃料，所述燃料被压缩流体的温度点燃。装设一加热块403以支持寒冷环境下的启动。燃料注入是定时 (timed)的以使燃烧在发动机转子402 (在此特定的图中对应于面B )的 前方运转的顶点已经完全越过^^功-排气空间480的进气口 418的点位 时开始进行。当发动机转子402因燃料压力冲击其面B而继续转动时， 面A执行进气循环且面C执行排气循环。CCFC转子422与发动机转子 402同步转动，依此方式使每一发动机转子的面在一循环运动模式中紧靠 CCFC转子的面而工作。 一涡轮压缩机的入口与所述排气口 408相通且#皮注入废气，所述废气驱动一流体压缩纟几415,该流体压缩纟几通过进气口 409向进气循环提供加压的流体。因此明显可见，所述发动机转子402 的顶点执行对所述空间的清除操作并因緩沖密封件404'使废气不能与进 气混合。所述充气(进气)循环是连续的、无任何流动中断。没有必要对排 气口 408和进气口 409的交迭进行补偿，因为两个口间的流体流通祐:緩 沖密封件404'完全阻断。一个完全的循环始于流体压缩机415的进气口 420且止于涡轮机排 气口 430。该做功区域开始于该做功空间480的进气口 418被发动机转子 402相关的顶点完全通过的位置，其大约为短轴410与顶部緩冲密封件 404相交后的15°到18°,对比于约为60°_70°的如图1所示的有关现有技 术的汪克尔发动机。本发明的构造不仅对于做功区域这一点而言有利地 增加了大约42。，对于做功区域的末端也实际上相同地增加，由此，在短 轴410与底部緩冲密封件404'相交前大约15°到18°,所述排气口 408被 发动机转子相关的顶点露出。整体上，与如图1所示的现有技术的汪克 尔系统所得到的约60°相比，本发明有效的做功区域总共约144°。应该认 识到，本发明计算的做功区域比现有技术汪克尔发动机的最大做功区域 (其仅有60°_70°,因按此计算相应的容积没有增加)大很多。相比于现 有技术的汪克尔发动机，本发明的发动机的做功区域实际上是其两倍， 因为在120。的区域中其容积增加。另外，从本发明可明显看出，从开始至结束，所述做功循环燃烧压 力施加一力于转子使后者沿唯一一个转动方向旋转。由于燃烧压力对由 越过短轴中心线的緩冲密封件所限定的做功区域是有限的， 一单向的力 被施加。 一与现有技术系统的比较在图2中给出，从中可见在循环开始 时由燃烧压力所施加的力促使转动处于等量相反的和无效转动的方向。 这种情形才随着转动的继续而改善，直到约60。后，所有的力都指向期望 的转动方向，然而，此时所述做功循环接近结束且剩余的压力是可忽略 的。图5示出了本发明另一个实施例，形式为火花点燃(S.I.)发动机，其总体上由附图标记50表示，且包括上述的所有特征，只是如下区别与 其稍有不同燃料注入器523设于CCFC521的第一个室、位于其设有火 花塞503的燃烧室一侧的上游的压缩室一侧。为在燃烧前留下时间充分 混合燃料和空气，该燃料注入器位于压缩室一侧。另外，S.I发动机的压 缩比低于C.I.发动才几。参阅图6所示，示出本发明的另一个实施例，形式为连续燃烧发动 机，其总体上由附图标记60表示且包括上述所有的特征，只是如下区别 与其稍有不同图6的发动机系统包括转子壳体601,可选择地是包括一 个以上转子的多转子壳体，緩沖密封件604和604',潜在地，在多转子 壳体的情况下其相应为多个，以将每一壳体沿其短轴分成两个独立的空 间。 一个或多个转子602执行用于正位移循环的容积变化，也利用其外 部轮廓与緩冲密封件持续接触以实现密封作用。 一 自由轴气体涡轮压缩 机615的涡轮进气口通过其涡轮气动地连接到做功-排气空间680的排 气口 608，且压缩机的排气口直接连接到进气-压缩空间600的进气口 609。气体涡轮压缩机的作用是增强进入燃烧室642的流体压力以提升取 得的效率和功率输出。 一流体控制装置621的进气口装:^殳于进气-压缩 空间600的排气口 619的顶部。来自涡轮压缩机615的压缩流体(通常为空气)进一步在发动机的 容积装置内被压缩并进入流量控制器621的室，且通过与发动机转子602 同步的转子622移送到燃烧室642。由于同步，转子622也起緩沖作用， 阻止燃烧压力回流、返回到压缩区域。释》文的压缩流体通过一流量调节 单元640向下游朝着燃烧器流动，所述流量调节单元640响应于一自动 气流传感系统641以稳定进入燃烧器642的气流。燃料注入器623和初 始点火器603设于燃烧器642内。用于燃料测定的气流数据提供给燃料 注入系统(未示出)。所述初始点火器603仅用于起动发动机，发动机后 来在持续的燃烧循环中运转。由于发动机部件有效地冷却，能够支持高 操作温度，使得真实的化学当量的燃烧能够得到，因此相比于气体涡轮 机，简化了燃烧室642的设计和提升了其效率和输出。由于容积循环和 稳定的压力，本发明相比于的气体涡轮机的另一处改进是高机动性，导致与内燃容积发动机相似的操作特性，且同时具有与气体涡轮机相当的 功率密度、功率重量比和密度补偿特性。另外，多个容积的，也就是多 个转子、多个壳体等，能贡献平稳的发动机运转和流体流动的稳定。图7示出了本发明的另一实施例，其总体上由附图标记70表示，且 为多转子、连续燃烧流动发动机，其与显示典型布置方式的图6的发动 机60相似。图6中提供的操作和设计原则在图7中可见到，但稍有不同， 其中多个转子702 —起示出，通过相应的燃料注入器723和初始点火器 703直接注入燃料到膨胀空间780内，由于合适的燃料和空气的混合比， CCFC 722的相应的排出导管718被引入到膨胀空间780内而不带有任何 燃烧室。图8是图7实施例的侧面示意图，其中一发动机轴驱动的、流体压 缩机890增加到本实施例中，因此提供本发明另一实施例以产生用于增 加充入流体压力的多个阶段的流体压缩机。压缩机890由虚线标记，表明为一选择性特征，因为根据本发明的 容积单元能有非常高的压缩比(在任何K因子下都比实施例70高)。然 而，流体压缩机能传递较大量的流体，并且因此，在实际设计中，容积 压缩机和流体压缩机的结合是可行的。图8所示的系统循环开始于发动机轴驱动的、流体压缩机890的进 气口 891，压缩机890直接通过导管892或利用中间冷却器(未示出)通 过端口 820给自由轴涡轮压缩机815进料。所述自由轴涡轮压缩机815 进一步压缩流体且通过导管840或利用一中间冷却器(未示出)将流体 直接传递给容积装置801。在容积单元801进一步压缩后，压缩流体通过 流量控制器822经由流量调节器被传送到燃烧室内(与图6的燃烧室642 和流量调节器640相似)。流量控制器822通过其轴850利用传动装置855与发动机主轴860 同步。在空间880的容积装置内膨胀后，流体的余压经由导管841进入 到自由轴涡轮压缩机单元815的涡轮，且进入流体的压缩被压缩机返回。 燃烧过的流体通过涡轮机出口 830排出到大气。通过使用此流动发动机实施例，其本质为一 内置的多级燃料系统，由于弱功率重量比、燃料类型限制和海拔敏感性(密度补偿)，迄今被认 为不适合容积燃烧发动机的应用现在是可行的。另外，由于产生于稳定 压力下的容积循环，通过宽范围的发动机转速也能得到高效率和输出。 有效冷却的系统部件也能在远低于最大循环温度下的温度运转。结果是， 循环温度可以比较高，因此与气体涡轮机相比能够有更高循环效率。参照图9，本发明另 一实施例描述了本发明能被适用于现有技术系统 的证明过程，以获得高性能、效率和对普通和新的、潜在的应用的较高 适用性。发动机总体上由附图标记90表示，显示低K因子(转子半径与 离心率(eccentricity)的比)的适应性。低K因子在影响发动机构造方 面是显著的，因为低K因子允许对于给定的排量(swept volume)减小尺 寸和重量。伴随低K因子的优点，与现有技术汪克尔发动机相关的缺点， 如低压缩比和超出转子壳体内部轮廓的径向密封的过尖锐的套筒(lining) 角度，均可以克服。大部分现有技术汪克尔发动机具有高于6 (通常S丄 发动机大约为7而C丄发动机大约为10)的K因子。在图9A-E中，转子902和转子壳体901成型为K因子为4,说明发 动机能够得到的紧密性。活动空间相对大，转子形状简单，且转子重量 比具有相同容积的高K因子的转子低。并且，大部分转子能通过形成在 偏心轴953上的大通道959冷却，而远处顶点区域通过形成在靠近转子 相应顶点的窄通道952冷却，因而削除了与现有技术发动机关联的转子 大通道内的冷却油流动，已知的动力学平衡和中心转子密封问题。低K 因子的另一个优点是，另人惊讶的，由于较大偏心，其通常能够减小转 速和增大扭矩，转速可保持或甚至高于具有高K因子的现有技术的发动 机同时维持增大的扭矩，由于转子质量明显地减少。如图9A-E所示的緩冲密封件904和904位于最短轴的两端，该轴 通过其对应于中心凸角(lobes)的最窄的部位将内部外旋轮廓分成两个 相同的半部体。在本发明的所有实施例中，转子成型成这样，当旋转时，在每个给 出点，其圓周轮廓和其顶点与转子壳体的内部凸角顶端永久有一个固定 距离(缝隙)。结果，緩冲密封件904和904'正好位于面向转子轮廓的那两个点，始终接触和理论上静止不动。在下面的描述中其将变得清楚， 作用于緩沖密封件的压力是固定和可调的。在本发明大部分实施例中，转子因两个重要因素而没有安装径向密封件。首先，当转子902的相关 顶点经过进气口 918时，其连接燃烧室到做功-排气空间，CCFC装置的 转子922阻止任何逆流的反压力通过燃烧室和CCFC装置。同时，緩冲 密封件904阻止转子壳体空间900、 980之间的任何反压力。其次，转子 顶点和转子壳体之间的缝隙能够非常小以使顶点近乎与壳体接触。转子 902装配有侧部密封件且唯一可能的漏气是在转子顶点和转子壳体轮廓 间的小缝隙。做功-排气空间980的出口与涡轮侧部、高压涡轮压缩机 (未示出)的进气口连接，且结果是每个向下游泄漏的气体量被涡轮压缩 机利用。这样，作为回报，增加了进气量和压力。在某此设计中，应制 作相对宽的缝隙以在充气过程中得到涡轮压缩机的较高部分。对于进气 -压缩空间900,最窄的可能的缝隙应在转子顶点顶端和转子壳体轮廓间 被允许，以将逆流泄漏减到最小。在任何情况下，泄漏具有非常小的意 义，因为流体由未混有燃料的干净空气构成，且通过涡轮压缩机的相关 高压而部分平稳。对于本发明连续流动、连续燃烧的实施例，逆流的和 顺流的泄漏是微小的意义或根本无意义，因为流线从进气口到排气口接 近于常压。不过，对于非涡轮充气系统(图IOA-C和图IID)径向密封 件被示出，其能在转子壳体内应付(cope with)緩沖密封件904和904' 上的泄露，且反之亦然，緩沖密封件其能应付径向密封件上的泄漏。在图9B中示出了緩冲密封件904的放大剖示图，所有的主要部件均 示出，包括与密封件904接触的发动机转子卯2的顶点顶端。该密封件 904位于其壳体961内且通过线性滑动轨道引导。密封件的基座与紧固附 于壳体961上的弹性膜962机械连接。与发动机内部空间相联系的通孔 形成于弹性膜962之上，且一室967形成于膜962之下。 一隔断壁964 将室967与直接在其下方的类似的室967A分隔开。室967A也由紧固附 于壳体961上的弹性膜963隔断。在第二膜963下方形成一通过钻道965 与发动机内部空间连通的空间966。 一标准钻孔960形成于两个膜962、 963之间的隔断壁994上。该钻孔960的作用是阻止由发动机运转条件-如大幅度的振动、速度和压力的突然改变和外部固体颗粒等-造成的緩冲密封件的跳动趋势。油通过这个小直径孔^皮迫经过两个室以抑制密封 件和弹性膜跳动的趋势，促成更紧密和更稳定的密封。在带有相应大的密封件的大型发动机里，孔太小会导致密封件响应过慢，其会导致机械 损伤、过度磨损及甚至断裂。孔太大不能吸收可能的振动的全部振幅。对于带有较大密封件的较大发动机，具有弹簧装载的限流阀995的较大 直径的孔则提供了适合的解决方案。 一油压进口 969设于上部室967内、 且一油压出口 968 i殳于下部室967A内。相似:t也，该进口可i殳于下部室 967A内及该出口可设于上部室967内。该油压出口连接一减压阀990, 所述减压阀是可调的或预先调节的且设定到与转子外部表面和密封件之 间的设计接触力相对应的压力水平。油通过进口 969进入室967,通过孔960流进室967A然后通过可调 节的减压阀990的出口 968流出室967A。油在少见定压力下循环冷却緩冲 密封件并在固定压力下提供与转子轮廓持久的接触。在室967、 967A内 的加压油还润滑密封件顶端。该密封件可用使油渗透到密封件顶端的多 孔合金制成，这样足够量的油将持久润滑緩沖密封件与转子轮廓间的接 触区域。膜962在与緩冲密封件904的底座接触的区域钻有小直径孔964, 以让加压油渗透到密封件。选择地，如果密封件不是用多孔材料制成， 可在其上制作小钻孔970作为将油输送到密封件顶端的管道。油的用量 可通过钻孔内固定的限流喷嘴进行限制。图9C示出了图9B中緩沖密封件装配图的一种状态，其中发动机没 有运转且密封件904仅承载弹性膜962的预载张力。这种状态足以启动 发动机。图9D示出了图9B中緩冲密封件装配图的一种状态，其中发动机在 运转且油压被提供给室967、 967A。该油压水平由减压阀990控制，其 通过控制油压水平决定密封件与转子外部轮廓的接触力。实践中，为了 研发和测试的目的或为了得到普通使用中最好的表现，压力调节器可装 在发动机的外部以使缓冲密封件的接触压力在任何时候可控。图9E 23与转子902的外部轮廓间的接触压力保持在固定水平。无论发动机处于 怎样的压力水平，均衡的压力消除了发动机内部压力对緩沖密封件与转 子接触压力的任何影响。如图IOA所示，示出了转子径向密封件的一实施例，其与普通抽吸 式发动机系统(也就是无涡轮压缩机)按期望进行结合，但也能运行于 前述的实施例上。密封件1006的外部成型为发动机转子1002顶点的主 要部件并且能够根据需要滑进和滑出以得到与转子壳体内部轮廓的持久 接触。由转子1002和径向密封件1006的正视IOC可见，密封件边 缘到转子间的外部叠合是斜面的。该斜面叠合的如此利用是确保径向密 封件以"滑动的"点接触的形式经过(passes over)固定緩冲件，而不是完 全横向接触。利用两种手段，其可以是合并使用，也可是单独使用，将 图10A的径向密封件也设计成用来消除离心力影响。一种防止离心力影响的手段是导向件1064。与图示的转子1002的径 向轴1070相比，导向件1064的平面面向发动机的转动方向倾斜。在这 种情况下，作用于径向密封件的离心力分成两个矢量。如图IOA所示， 一个矢量促使密封件朝向排出方向且另一个矢量促使径向密封件滑块 1066在导向件1064的壁的方向。如果导向件1064的斜角例如是45'，这 样离心力分解成两个相同的矢量，其意味着只有总共50%的力转变成作 用于密封件的有效接触力。运转时，径向密封件1006在转动方向的斜角 需要时可减少径向密封件的退回，并消除随垂直的径向密封件而产生的 分级效应。 一波紋状板簧1062设于径向密封件下方以提供基本的接触压 力。作用于径向密封件的离心力与速度的平方成正比增加，且既使使用 前述的倾斜导向件1064,在高发动机转速下离心力能达到破坏的水平。 对离心力的总体平衡的解决是采用平衡件。平衡件1007插入在带有一轴 线(支点)1065的空穴1008内。该平衡件1007通过向轴线(支点)1065 的另一侧延展的杆臂1068与径向密封件滑块1066接合。该杆臂1068插 在径向密封件滑块1066的相应孔1060内，更详细的如图10B所示，且 当发动机停顿时从轴线1065突出。当发动机运转时，该杆臂1068 —皮迫24朝向轴线1065且该平4軒件1007位于空穴1008的纵向壁内的适当位置。 该平4軒件1007能在空穴1008内以两个方向运动，即，面向和离开转子 的中心点、沿径向轴1070的径向运动。当转子1002以任意给定的速度 转动，该径向密封件1006和该平4軒件1007 —起转动，达到相似的值和 相同的方向的离心力。当平衡件1007与支点1065 —致，全部超出支点 1065的离心力被迫面向相反的方向且通过杆臂1068和其相应的孔1060 转移到径向密封件1006。可通过如下一个或多个因素使期望的工作压力 施加到径向密封件弹簧压力、油压或发动枳4故功压力。参照图11A - C所示，径向密封件的另 一个实施例被示出且包含前面 实施例(图IOA-C)的所有特征，只是如下区别与其稍有不同在图11A -C中，该径向密封件1066是平的且是矩形的，与现有技术的密封件形 状相似。平衡件1107通过向轴线(支点)1165的另一侧延伸的杆臂1168 与平的径向密封件滑块1106接合。该杆臂1168插在径向密封件滑块1106 的相应孔1160内。 一波紋状的板簧1162设在径向密封件的下方以提供 基本的接触压力。图11D示出了所起的作用与图10A-C的转子径向密封件相似的緩 冲密封件的实施例。密封件1114的外部成型为转子壳体1112的发动机短 轴凸角(lob)的主要部件且能够根据需要滑进和滑出以获得与转子轮廓 的持久接触。密封件边界与短轴凸角的外部重叠是斜面的，可从独立的 图中可以看出其位于密封件1114上。密封件的斜面1115与壳体的斜面重 叠，且如此利用的目的是确保转子径向密封件以"滑动的"点接触的形式 经过(passes over)固定緩沖件，而不是完全横向接触。图12A - F示出了由附图标记120表示的旋转的体积排量装置，其克 服了与现有技术汪克尔发动机的复杂偏心旋转运动有关的缺点。由图12A - F描述的实施例示意性地说明了完全转动的同心体积排量装置的每个 转子，以修正的方式补充了前面所述的改进。图12A所示的发动机，包括 一容纳进气-压缩空间1200的壳体 1201A， 一容纳做功(膨胀)-排气空间1280的壳体1201B,在一端载 有转子1202A且在另一端载有转子1202C的轴1260A,其中转子1202A和转子1202C具有相反的取向且绕着轴1260A旋转。第二轴1260B载有 另外一对转子、转子1202B在一端且转子1202D在另一端，其中转子 1202B和转子1202D具有相反的取向且绕着轴1260B旋转。CCFC 1228 设于壳体1201A与壳体1201B之间，在平行轴上横靠着转子壳体，或在 壳体共享相同的中心发动机转子轴时位于发动机转子壳体内。该CCFC单元设于两个壳体之上以使壳体1201A的排气口 1219与CCFC单元1228 的进气口连通、及壳体1201B的进气口与CCFC单元1228的排气口相通。 图12D示出了排量装置120的示意性主视图，及图12E示出了与其侧视 图。在CCFC单元1228内， 一椭圆形转子1222共中心地绕与轴1260A 和轴1260B同步的轴1250旋转，轴1260A和轴1260B也通过齿轮1265、 1265A相互接合。燃料通过注入器1223喷入到作为燃烧室的空间1226, 且当采用C丄发动机时被气体的温度点燃、或当采用S丄发动机时被火花 塞1203点燃。随着燃烧发生在CCFC单元1228的空间1226及膨胀发生 在j故功-排气空间1280中，在循环过程中空间1229连续地充入新鲜充 进的压缩流体。密封件1204i殳在空间1226 (图12A)的下游端部，以防止空间1226 和空间1280内燃烧后的气体回到装置的压缩腔(compression bank)。如 图12B所示，用于密封件1204的操作压力来自于发动机润滑系统，由此 将通过钻孔1262供应的油压分配给活塞1263，该活塞通过连杆1264连 接到密封件1204。选择地，可以使用通过弹簧1266或将弹簧1266与油 压结合的装有弹簧的密封件。涡轮压缩机1215增加到装置上以提升输出 和效率。涡轮1227的进气口 1241与做功-排气室1280的排气(出)口 1208连通，借由排气室1280将废气排进涡轮1227,该涡轮接着驱动通 过导管1240给空间1200充气的压缩机1226。整个循环开始于压缩机1226 的进气口 1220和终止于涡轮1227的排气口 1230。图12C示出了本实施例的一离心带密封系统，用于密封两个转子。 一弧形金属密封件1298插入形成在转子1202中的空穴1299、 1299A中， 通过此方式使其大部分重量悬挂在轴1260的旋转中心上方。当旋转时， 密封件1298因离心力^L迫离开该中心。密封件的这种运动导致与转子圆周的接触并使密封产生。相似地，密封件1298装设在转子轴1260A、 1260B 上，位于形成在每个转子内的空穴内，以得到有效的密封操作。 图12A - E示出的实施例的更多的优点包括a) 与现有技术汪克尔转子发动机60°做功区域相比的180'做 功区域；b) 与现有技术汪克尔转子发动机的一个旋转(360°) —个做功 循环相反，从发动机的全部旋转(360')得到本实施例的两个做 功循环；c) 与具有偏心轴而导致齿轮转子的复杂运动的现有技术汪克尔 发动机相比，产生完全同心旋转，其简化了发动机的设计和构 造，并且消除了严重的平衡问题和发动机转速限制；及d) 本实施例发动机轴和转子以相同速度旋转，而现有技术汪克 尔发动机的发动机轴的转速是转子的三倍。图12F示出了类似于图12A-E中所述的装置的装置，尽管图12F 的转子1272A-D的构造与图12A的转子1202A-D的不同。每一转子 1272A-D是曲线的且具有至少一个凸结合部1273和一个凹结合部 1274,其如此成型以使两个转子旋转时一个转子的凸接合部1273适于坐 落在相应转子的凹接合部内。相应地，通过两个相应接合部1273、 1274 的这种接合构成隔离手段，使保留在两个相应接合部1273、 1274间的液 体从两者间的缝被挤压，以阻止新鲜充入气体与残留的先前充入气体的 混合。由于在转子缸体内占据相应较小的腔室的转子1272A-D的不同 形状，当图12A和图12F中的转子具有基本相同的长度和宽度时，图12F 的转子提供一加强的密封动作，因为它们具有相比于图12A的更大的交 迭区域，且它们相比于图12A也能够引入更大体积的进气。而且，图12F 的转子1272A-D的凸接合部1273具有比图12A的转子1260A-D短的 周长，形成一增加的进气口的开口区域，从而将增加的进气引入到转子 缸体内以便可以利用附加的可用容积。另一方面，图12A的转子能比图 12F的转子有更大的压缩比，因为与图12F的转子相比，较少的占用容积 保留在进气口的周围。设定的压缩比不过是转子的较大直径比较小直径之间的关系函数。现有的S丄和C丄发动机的任意压缩比容易用图12A和 图12F的发动才几得到。尽管CCFC 1281显示出具有四个凹壁1282,应该 明白图12A和12F的CCFC能被本发明的、包括可变化压缩比设备的 CCFC具体实施。图13A-I显示了图12A-F的实施例的九步循环，其中A-I的每 一步表明与相继的约45°的发动机转动相关的角位移。为了表示的更清 楚，箭头和每个转子顶点的黑点显示了发动才几每个部件的相对运动。图14A示出了通常由附图标记1400表示的控流器装置的实施例，， 其具有3个半球状的燃烧室1418，每个发动机转子区(bank) —个。该 室装配有冷却鳍状突片并通过密封环1420密封以密封位于燃烧室开口周 围的转子1417与和转子缸体1416间的缝隙。图14B是图14A的示意性的侧4见图，其示出了控流器装置的进口 1424和出口 1412的排列，以解释剩余的压缩压力如何在一个压缩冲程结 尾和接近膨胀冲程的结尾(对应于压缩压力高于膨胀(做功)压力的时 间)吹灭在重叠的窄区域内的来自燃烧室1418的残余燃烧气体。短延伸 部1430乂人出口 1412向进口 1424突出一个距离，所述距离能够4吏燃烧室 1418重叠在延伸部1430和进口 1424的小暴露区域1431上方。由于压缩 压力基本在其最高水平并且膨胀压力基本在其最低水平，少量(a short blast)压缩空气能够清洁来自燃烧室的残余燃烧气体。这个过程在燃烧 室的压缩侧已经进气之后发生并且端口 1412不再暴露，以便用于清洁动 作的空气可以方便地为相对小量，并被挡在出口 1412内。参照图15A和15B,描述了 CCFC的另一种实施方式。由1500表示 的所描述的CCFC能够响应于空气密度或其他考虑的因素，例如燃料类 型、寒冷是否开始、在非常寒冷的条件下工作等等，在工作期间改变压 缩比。发动机转子1527在转子壳体1513内旋转，例如，按所示的顺时针 方向，并压缩在压缩空间1511内的空气。所述压缩空气通过CCFC1500 的入口 1512^皮送入相应的燃烧室，例如，CCFC1500的燃烧室1518A。 由于活塞1514处于其冲程的底部，室1518A的体积处于其最大值。通过设置在CCFC1500的基本中心的双向(双壁)凸轮1522以及与每个活塞 底部的活塞体一体形成的凸轮随动件1521,控制该冲程。当发动机转子 1527和CCFC转子1517继续旋转时，发动机转子1527完成压缩冲程并 且入口 1512被控流器转子1517关闭。随着所述控流器转子1517继续旋 转，通过凸轮随动件1521和凸轮向缸体的顶部推动相应的活塞1514，由 此进一步增加了压缩压力。当指向发动机的膨胀空间1526的出口 1524 随着控流器转子1517的继续转动而被暴露燃烧室1518A的压力增加一皮终 止，并且燃烧室1518A的流体物沖入膨胀空间1526。引起活塞1514运动的凸轮1522被安装在中心轴1523上。所述中心 轴1523能够执行顺时针和逆时针角转动并且通过杆1519或其他任何类 似的由自动或手动设备控制的装置控制，所述自动或手动设备对于控制 中心轴1523运动具有适当的灵敏度。当杆1519在逆时针前进方向转动 中心轴1523和凸轮1522时，在出口 1524被控流器转子暴露之前，相应 的活塞1514会进一步向缸体顶部移动，导致在相应燃烧室内部的压力增 加。当杆1519在顺时针前进方向转动中心轴1523和凸轮1522时，出口 1524将^皮暴露给燃烧室1518,同时相应的活塞1514在缸体内部的下部 位置中，因此在相应燃烧室1518的内部产生更低的压力。当采用C丄发动机时，燃料在优化的预定时间被喷射进燃烧室1518 以〃使其在纟皮暴露到出口 1524之前充分燃烧。在燃料喷射时的气压水平对 于冷起动和正常运行是非常重要的，特别是当外界空气是低密度的时候， 例如通常在高绵度或在非常寒冷的季节条件下发现的。当采用S.I.发动机时，在优选的预定时间火花点燃空气和燃料的混合 物，从而全部的或大部分混合物在暴露到出口 1524之前可以接收充分的 燃烧。关于S.I.发动机，压缩比可以通过爆震传感器(knock sensor)响 应于例如燃料辛烷比率、空气密度和外界温度被自动调节，所述爆震传 感器能够控制燃烧比率变化设备(未示出)适于响应于前述参数而操纵 杆1519,以便保持发动机处于最高效率而没有任何损坏的危险。 CCFC1500这样设计以便凸轮1522的顶部将活塞引导向缸体的顶部。在 燃烧室1518被暴露到出口 1524之后，活塞1514在其缸体中继续向上运动直到到达其顶部，使得所有燃烧气体从燃烧室排出。通过这种操作，达到了两个重要目标1 )所有燃烧的气体-燃料混合物加入膨胀运动 (work)产生过程，以及2)在新循环的开始残余燃烧气体不保留在燃烧 室中。随着旋转继续，通过凸轮1522的外壁，活塞1514在缸体中被降 低，以便在准备一个新循环时将燃烧室体积增加到最大值。图16A和16B表示受控压缩比CCFC的另 一种实施方式，所述CCFC 表示为1600。 CCFC1600类似于图15A和15B的CCFC1500工作并且具 有同样的优点。CCFC1500和CCFC1600在凸轮和凸轮随动件结构方面不 同。图16A和16B的偏心凸4仑1622是单向的、并且适于通过相应的凸 轮随动件1621仅向缸体的顶部推动活塞1614。通过相应的预加载弹簧组 1630和燃烧室1618内的压缩压力，活塞向下返回。活塞首先由压缩力并 且随后由燃烧压力压向凸轮1612。气压连同弹簧1630的载荷适于克服基 于转子1617的旋转作用于活塞1614上的离心力。而且图16B示出了活 塞以倾角a被设置在转子内部的方式，目的是使整个控流器装置的整体 尺寸最小。通过使凸轮随动件1621相对于弹簧1630的组件倾斜，活塞 1614A-C可以彼此靠近放置，形成更紧凑的CCFC。类似于图15A的CCFC1500，燃烧比通过凸轮1622的角转动控制， 所述凸轮利用轴1623连接至杆1619。由于在出口 1624暴露之前燃烧室 的活塞将达到缸体的较高点，杆1619和凸轮1622的逆时针角转动会增 大压缩比，与之相反，由于当活塞1614位于缸体的较低点时出口 1624 会发生暴露，杆1619的顺时针角转动将减小压缩比。该描述只在CCFC 转子1617和发动机主转子以顺时针旋转时有效。在所述转子逆时针旋转 的情况下，发动机以相反的次序进行工作。图17描述了受控压缩比CCFC的另一种实施方式。在这种实施方式 中，在转子1728的相应缸体内活塞1714的运动是通过偏心轴1722和连 接杆1733控制的。偏心轴1722与设置在CCFC 1700基本中心的中心轴 1723 —体形成。当在壳体1734内旋转时，通过与转子1728中形成的槽 1726接合的接合爪(engagement finger) 1725,转子1728使得轮轴1736 旋转。这种接合被这样设置以便使得安装在偏心轴1722上的轮轴1736相对于安装在中心轴1731上的转子1728相对直线运动。中心轴1731由 齿轮1730驱动。由于连接接合爪1725的轮轴1736绕偏心轴1722旋转 并且转子1728绕中心轴1731旋转，转子1728和中心轴1731之间的相 对直线运动在偏心轴1722的每次旋转期间发生，所述直线运动的长度基 本等于偏心轴1722的偏心度。槽1726接收接合爪1725的直线运动。活 塞1714通过连接杆1733连接至轮轴。当转子1728和活塞1714 —起旋 转时，后者在相应的缸体内直线移动轴1722偏心值的两倍距离的位移。 该机构被这样设置以便活塞靠近在到达出口 1724的区域周围的缸体上 部。连接偏心轴1722的中心轴1723的杆1719的任何角转动会以类似于 图15A和16A的CCFC的方式引起压缩比改变。图18A和18B描述了本发明的另一种实施方式，其中CCFC以平行 方式连接到主发动机壳体模块的侧面。在本实施方式中，CCFC由1800 表示，活塞1814A-1814C的方向相互平行于发动机轴1823以及 CCFC1800的中心线。凸轮1822引起活塞1814A-1814C在平行于发动机 轴1823方向上的运动。控流器转子1817的旋转方向优选地与发动机旋 转方向相反，以便最大程度地利用发动机轴1823的旋转并且由此为每个 循环提供最大的周期。齿轮传动装置可以用于同步发动机轴1823和控流 器转子1817的旋转。发动机主轴1823支撑齿轮(geared wheel) 1831, 所述齿轮1831作为控流器转子1817的从动齿轮1830的驱动齿轮。通过 相应的凸轮随动件1821移动活塞的凸轮1822通过杆1819和轴1842被 推进和缩回以侵i空制压缩比，如上面关于图15-17描述的。CCFC1800在 小型化和对整体发动机尺寸影响非常小方面有利。图19A-C描述了驱动控流器1917的三种不同方式。与发动机转子和 CCFC结构无关，用于驱动控流器转子1917的传动装置主要基于发动机 的类型选4奪。如可以看到的，在图19A-C中所示的三种不同的传动装置 分别适于降低发动机轴1923的速度，以便CCFC轴1913将以等于发动 机转子1927的角速度的角速度旋转，例如，发动机轴1923的速度的三 分之一。CCFC轴1913的降低的速度可以促进发动机的功率输出装置。 每一类传动装置能够将功率传输给发动机的附加元件，例如油泵、燃料泵、平衡轴等。图19A的传动装置1912 3皮设置于发动机轴1923的后面，CCFC轴 1913在对侧延伸以便通过连接器1925驱动螺旋桨或其他适合的元件。图 19B的传动装置1912A i殳置于发动机轴1923的前方。图19A和图19B 的传动装置是齿轮形式，而图19C的传动机构1910是链条和链4仑或齿形 带和齿4仑。图20A-C表示根据本发明的发动机系统的优选实施方式之一，通常 表示为2000,其中CCFC与发动机的主转子2020结合。固定体积燃烧室 2018通过环形密封件2021靠着壳体壁被密封。如所示，发动机转子2020 在入口压缩空间2011内部执行压缩沖程。随着发动机转子2020的另外 的旋转，到燃烧室2018的入口与转换口 2012相符，于是通常是空气的 压缩流体被传送进燃烧室2018。随着发动机转子2020的进一步旋转，充 满的燃烧室2018#皮推进至膨胀-排气空间2013。对应于一个设置的压缩室2018的角位移大约是65。至75°,在所述设 置进气-压缩空间2011的转换口 2012是关闭的，并且在所述设置从燃烧 室2018导入膨胀空间2013的端口 2024是暴露的。如本领域技术人员所 知，由于转子的旋转中心相对于发动机轴的位移，在所述压缩室2018的 角位移期间，转子顶部2025的相对角速度和圆周速度降低大约33%。在 燃烧室内部燃烧过程的增加的时间周期中，发动机转子2020的角位移大 约是68。，而发动机轴2023的角位移大约是285。。结果，在4000rpm的 轴转速下大约0.02sec的时间周期足够在端口 2024暴露至燃烧室2018之 前发生燃烧，并且使得燃烧流体沖入空间2013以便估支有用功。在短轴的另一端，燃烧室2018的出口与压力释;^文口 2032相符，并 且所述燃烧室2018因此能够从排气口 2054释放残余燃烧气体。旋转若 干度后，燃烧室2018持续一个短周期暴露清洁口 2031,释放口 2032和 清洁口 2031通过燃烧室2018连接。通常通过端口 2052发送空气的纟皮供 压力流体的涡轮压缩机清洁燃烧室2018并且经由清洁口 2032导向排气 口 2054。在图20C,发动机系统2000为每个转子面设两个压缩室2018。通过采用每一转子面有两个压缩室的发动机系统，避免了从转子2020向对面 壳体壁2050的侧压力，并且进一步地，可以实现对于大发动机必需的更 紧凑的压缩室。图20D和20E描述了图20B的发动机2000的另一种实施方式，其 中CCFC采用了侧压力抑制装置，从而在图20E中侧压力显著减小并且 在图20D中完全消除。当没有采用这种抑制装置时，由于在相对的侧壁 的压缩和燃烧压力，侧压力通常施加到转子壳体的侧壁2015之一，因此 增加了转子2020和壳体壁2015之间的摩擦力。在图20D中，利用形成在转子2020中的小直径钻孔2030，与发动 机转子2020结合并设置在其一侧的半球状或类似形状的燃烧室2018连 通至转子2020的对侧上的非常浅的凹槽2032。浅凹槽2032利用密封环 2021以与燃烧室2018在转子2020对侧被密封的同样的方式被密封。浅 凹槽2032的投影表面积与燃烧室2018的开口的表面积基本相等，并且 燃烧室2018的密封环2021与浅凹槽2032的密封环2021的直径基本相 等。当在燃烧室2018内产生压缩压力、继而产生燃烧压力时，最终的压 力经由钻孔2030被传送到转子2020对侧的浅凹槽2032,以便平4軒在燃 烧室内由压缩和燃烧产生的侧压力。为了防止钻孔2030被侧壁2015堵 塞，浅凹槽2032是必要的。燃烧室2018和浅凹槽2032的燃烧室的开口 的投影表面积由内部密封环2021所围成的投影表面积限定。在图20E中，为了相当大地和简单地减小侧压力，采用侧压力抑制 装置。燃烧室2018是完整球形并且设置在转子2020中位于与图20A-D 的燃烧室几乎相同的位置。 一方面为了使其投影表面积最小化并且另一 方面可以足够长以便配合在转子2020的给定旋转区域中的燃料喷射器， 燃烧室2018的开口 2017是窄和细长的。开口 2017的投影表面积可以是 由燃烧室2018最大直径限定的圆中所围成的投影表面积的25%至40%。 通过使这种开口 2017投影表面积减小，由于由燃烧室产生的压力作用在 较小的投影面积上，可以实现燃烧室2018内压缩和燃烧产生的侧压力从 60%至75%范围内的减小。开口 2017利用密封件2021紧靠转子侧壁^皮 密封。类似地，可以采用相对窄和深的燃烧室，其中，开口和燃烧室的投 影表面积基本相同。图21A和21B描述了通常表示为2100的发动机系统的另一种实施 方式，其中变压缩比CCFC与发动机的转子2120结合。随着转子2120 的旋转，可倾斜的槽型凸轮2148控制活塞211 4在形成在转子2120中的 相应缸体2115内部的直线运动。活塞2114在其缸体中的相对位置决定 相应燃烧室2118的体积并且最终控制压缩比。槽型凸轮2148的轮廓与 外旋轮线转子壳体2116的内部轮廓的形状相似，并且在尺寸上较小，以 便适应相应于活塞2114位移的路径，所述活塞位于转子2120的顶部2125 附近。槽型凸轮2148利用具有球窝接头(未示出)的衬套2149连接到 转子壳体2116,槽型凸轮2148安装于该球窝接头。槽型凸轮2148倾斜 的角度由机械操纵设备2140控制，所述机械操纵设备响应于检测外界条 件例如空气密度、温度或其他适当参数的传感器。槽型凸轮2148的递增 的摆动通过摇臂2144和活塞销2146被传递到活塞2114，所述摇臂跟随 槽型凸轮2148限定的路径，通过所述活塞销2146活塞2114连接到杠杆 臂2144。除活塞销2146之外，杠杆臂2144和活塞2114之间的相对角转 动可能通过枢轴销2143产生，所述枢轴销适当地固定至发动机转子 2120。通过槽型凸轮2148的成形端2110，摇臂2144改变相对于其导向 槽型凸轮2148的倾斜角的角度位置。槽型凸轮2148通过连接杆2142连 接至其控制设备。活塞2114可以通过任何其他本领域技术人员公知的用 于将摇摆运动转换为往复直线运动的适合装置移动。发动机系统2100以 这样的方式设置当从压缩空间接收压缩流体时，燃烧室2118的体积为 最大值，并且由设备2140控制，当暴露至端口2124时，为最小值，以 便在发动机的每个作功冲程开始时将燃烧产物传送进膨胀空间，。图22A和22B描述了表示为2200的发动机系统的另一种实施方式， 其中变压缩比CCFC与发动机的转子2220结合，所述发动机系统为每个 转子面设置有两个室。随着转子2220的旋转，双槽型凸轮2248控制活 塞2214在形成在转子2220中的相应缸体2215内部的直线运动。活塞 2214在其缸体中的相对位置决定相应燃烧室2218的体积并且最终控制压缩比。盘2248的轮廓与外旋轮线转子壳体2216的内部轮廓的形状相 似，并且在尺寸上较小，以便适应相应于活塞2214位移的路径，所述活 塞位于转子2220的顶部2225附近。双槽型凸轮2248与衬套2249结合。 相应于双槽型凸轮2248限定的路径的运动通过摇臂2244和活塞销2246 被传递到活塞2214,其中通过活塞销2246将活塞2214连接到摇臂2244。 除活塞销2246之外，杠杆臂2244和活塞2214之间的相对角转动可能通 过枢轴销2243产生，所述枢轴销适当地固定至发动机转子2220。通过双 槽型凸轮2248的成形端2210，摇臂2244改变相对于双槽型凸4仑2248 的槽型路径的角度位置。双槽型凸轮2248能够通过顺时针或逆时针角转 动改变发动机的压缩比，类似于图15-18。利用外部的杆2219、步进电机 2259或其他适合的装置，通过整体安装的衬套2249,角转动被传递至双 槽型凸轮2248。活塞2214的位移可以通过本领域技术人员公知的用于将 摇摆运动转换为往复直线运动的任何其他适合的装置实施。发动机系统 2200以这样的方式设置当从压缩空间接收压缩流体时，燃烧室2218 的体积为最大值，并且由设备2240控制，当暴露至端口 2224时，为最 小值，以便在发动机的每个作功冲程开始时将燃烧产物传送进膨胀空间。 到作功沖程的末端，活塞2214位移至最大范围，临近相应缸体2215顶 部，以便从相应燃烧室2218中抽空剩余的燃烧气体。随着转子2220继 续旋转，活塞2214缩回它们的最大体积处或下死点(BDC)。为了避免 后冲，活塞通过弹簧2245被加载。应该理解，弹簧加载活塞还能够通过 单壁凸轮移动，同时弹簧产生由凸轮或其他类似装置引起的反向运动。尽管本发明的一些实施方式通过图示描述时，应该清楚本发明可以 用许多修改、变化和适应以及采用本领与技术人员理解范围之内的多种 等同或替换方案来实施，并不脱离本发明精神或不超出权利要求范围。
权利要求
1. 一种改进的转子发动机，包括a)至少一个转子和相应的转子壳体；并且其特征在于，b)位于所述转子壳体的短轴两端的两个固定缓冲密封件，所述固定缓冲密封件将所述转子壳体分为两个独立的空间，其中第一空间是进气和压缩空间，位于所述第一空间下游的第二空间是膨胀和排气空间；以及c)与所述至少一个转子同步的至少一个旋转燃烧室流体控制装置(CCFC)，用于接受来自所述第一空间的压缩流体，用于接受通过位于相应CCFC中的喷射器注入其中的燃料，用于点火并燃烧空气燃料混合物，以使燃烧产物膨胀到所述第二空间，并用于将所述燃烧产物输送到第二空间。
2、 根据权利要求1所述改进的转子发动机，其特征在于，所述燃料 喷射器位于CCFC的下游部中。
3、 根据权利要求1所述改进的转子发动机，其特征在于，所述燃料 喷射器位于CCFC的上游部中，用于将燃料喷射进CCFC的压缩空气中， 燃料与空气被旋转并发送到CCFC的下游部。
4、 根据权利要求3所述改进的转子发动机，其特征在于，还包括位 于CCFC下游部的点火火花塞。
5、 根据权利要求1-4中任何一项所述的政进的转子发动机，其特征 在于，还包括一个或多个涡轮压缩机。
6、 根据权利要求1所述的改进的转子发动机，其特征在于，CCFC 是持续燃烧型。
7、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包括 响应于空气流量传感系统的流量调节单元。
8、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包括 自由轴涡4仑压缩才几。
9、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包括 发动机轴操作的压缩机。
10、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包 括发动机轴操作的压缩机和自由轴涡轮压缩机。
11、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包 括位于燃烧室的初始点火器。
12、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，还包 括多转子、转子壳体和CCFC。
13、 根据权利要求6所述的改进的转子发动机，其特征在于，燃料 被直接喷射进工作空间。
14、 根据权利要求1所述的改进的转子发动机，其特征在于，緩冲 密封件使用包含油压减振器的振动吸收系统。
15、 根据权利要求14所述的改进的转子发动机，其特征在于，緩冲 密封件包括^接触压力调节器。
16、 根据权利要求14所述的改进的转子发动机，其特征在于，每个 緩沖密封件釆用用于将发动机压力导向其两个工作端的装置。
17、 根据权利要求1-16中的任何一项所述的改进的转子发动机系统， 其特征在于，转子未设有径向密封件。
18、 根据权利要求1-16中的任何一项所述的改进的转子发动机，其 特征在于，转子设有径向密封件。
19、 根据权利要求18所述的改进的转子发动机，其特征在于，转子 设有径向密封件，所述径向密封件的导向路径向旋转方向倾斜。
20、 根据权利要求18所述的改进的转子发动机，其特征在于，在径 向密封件和转子壳体内轮廓之间在增加的离心力作用下增加的接触压力 通过平衡件防止。
21、 根据权利要求18所述的改进的转子发动机，其特征在于，径向 密封件以这种方式成形在径向密封件边界和转子之间的外部重叠是斜 面的。
22、 根据权利要求1-21中任何一项所述的改进的转子发动机，其特 征在于，在转子壳体中的緩冲密封件以这种方式成形緩冲密封件边界 和转子壳体的内部轮廓之间的外部重叠是斜面的。
23、 一种改进的转子发动机，所述转子发动机设有用于测定流量的 完全41转的、同心才几构，包括a) 用于并排的第一转子和第二转子的第一壳体，所述第一壳体限定 了进气和压缩空间；b) 用于并排的第三转子和第四转子的第二壳体，所述第二壳体限定 了膨胀和排气空间并且构造为与所述第一壳体前后串联；c) 两根纵向轴，均轴向安装，其轴承分别位于第一和第二壳体的中心；d) 与所述两根轴啮合以便同时运动旋转的两个齿轮；e) 与所述轴和所述转子同步的旋转燃烧室流体控制装置(CCFC )， 用于从所述进气和压缩空间接受压缩流体并将其传送到所述第二膨胀和 排气空间；以及f) 位于所述CCFC中的燃料喷射器。
24、 根据权利要求23所述的改进的转子发动机，其特征在于，第一 和第二转子或第三和第四转子中的每一对被固定到相应轴上，每个所述对中的一个转子位于相应转子壳体的不同空间中，并相对于所述对中的 另一个转子以大约180°倾斜，所述对中的每一对围绕相应轴同步旋转。
25、 根据权利要求23所述的改进的转子发动机，其特征在于，燃料 喷射器位于CCFC的下游部中。
26、 根据权利要求23所述的改进的转子发动机，其特征在于，燃料 喷射器位于CCFC的上游部中。
27、 根据权利要求26所述的改进的转子发动机，其特征在于，包括 位于CCFC的下游部中的点火火花塞。
28、 根据权利要求23-27中任何一项所述的改进的转子发动机，其特 征在于，进一步包括一个或多个涡轮压缩机。
29、 根据权利要求23所述的改进的转子发动机，其特征在于，CCFC 是持续燃烧型。
30、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括响应于气流传感系统的流量调节单元。
31、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括用于增加所述改进发动机的进气和工作压力的自由轴涡轮压缩 机。
32、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括发动机轴驱动压缩机。
33、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括发动机轴驱动的压缩机和自由轴涡4仑压缩机。
34、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括位于CCFC的初始点火器，用于在发动机启动时初始地点燃燃料。
35、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，进一 步包括多转子、转子壳体和CCFC。
36、 根据权利要求29所述的改进的转子发动机，其特征在于，燃料 被直接喷射进工作空间，由此作为减慢工作流体的流速的装置。
37、 根据权利要求23-36中任何一项所述的改进的转子发动机，其特 征在于，离心带密封件用于密封每个转子的大半径外周轮廓与其相对的 小半径轮廓之间的区域。
38、 根据权利要求23所述的改进的转子发动机，其特征在于，密封 件#1加到CCFC上。
39、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， 进一步包括至少 一个中间冷却器和至少 一个热交换器。
40、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机系统，其特征在 于，CCFC设置在中心转子壳体中并且其转子绕轴旋转， 一对转子同样围 绕该轴i走4争。
41、 根据权利要求1-40中任何一项所述的改进的转子发动机系统， 其特征在于，流体控制燃烧室装置是余摆线旋转机构。
42、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC包括多个半球状燃烧室，随着多个半球状燃烧室充分旋转后，通过 每个半球状燃烧室的相应输出端，利用残余压缩冲击压力，燃烧产物是 可清除的，从而半球状燃烧室的相应输出口与第二空间的膨胀口连通。
43、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC是在发动机工作期间可控的受控压缩比CCFC。
44、 根据权利要求43所述的改进的转子发动机，其特征在于，利用 双向工作的双壁凸轮和凸轮从动件，压缩比是可控的。
45、 根据权利要求43所述的改进的转子发动机，其特征在于，压缩 比通过活塞是可控的，通过凸轮和凸轮随动件辊子所述活塞在一个方向 上是可移动的并且通过一套相应的预加载弹簧在另一个方向上是可移动 的。
46、 根据权利要求43所述的改进的转子发动机，其特征在于，通过 偏心轴、4合轴和连接杆控制压缩比。
47、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC沿发动机的外周设置。
48、 根据权利要求47所述的改进的转子发动机，其特征在于，CCFC 设置在发动机顶部。
49、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC设置在发动机的侧面并且垂直于安装有至少一个转子的轴。
50、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC包括在平行于安装有至少一个转子的轴的方向上可移动的活塞。
51、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， 通过齿轮传动驱动CCFC。
52、 根据权利要求51中所述的改进的转子发动机，其特征在于，通 过内齿轮传动驱动CCFC。
53、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， 通过齿形带和齿轮传动驱动CCFC。
54、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， 通过链和链轮传动驱动CCFC。
55、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC驱动轴也是发动机的功率输出轴。
56、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于，CCFC为固定体积型，与至少一个转子整合，并^:置于所述转子中。
57、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC为变压缩比型，与至少一个转子整合，并i爻置于所述转子中。
58、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC包括用于各转子架的两个恒定体积的燃烧室，转子架的两个燃烧室 设置在转子相对的两侧。
59、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC包括用于各转子架的两个变压缩比的燃烧室，转子架的两个燃烧室 设置在转子相对的两侧。
60、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC包括用于各转子架的两个以上燃烧室。
61、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC为侧压消除型并JU殳置在至少一个转子内。
62、 根据权利要求1或23所述的改进的转子发动机，其特征在于， CCFC为侧压消减型并JU殳置在至少一个转子内。
全文摘要
一种改进的转子发动机系统具有位于所述转子壳体的短轴两端的两个固定缓冲密封件，将所述转子壳体分为两个独立的空间。第一空间是进气和压缩空间，所述第一空间下游的第二空间是膨胀和排气空间。旋转燃烧室流体控制装置(CCFC)与转子同步，用于接受来自第一空间的压缩流体，用于接受通过位于相应CCFC中的燃料喷射器注入的燃料，用于点火并燃烧空气燃料混合物，以使燃烧产物膨胀到第二空间，并用于将所述燃烧产物输送到第二空间。在一种实施方式中，CCFC与分别安装在第一和第二壳体中心的两根纵向轴同步，其中每根轴位于一对并列的转子中。
文档编号F01C1/02GK101283172SQ200680037388
公开日2008年10月8日 申请日期2006年8月7日 优先权日2005年8月8日
发明者哈伊姆·罗姆, 塔尔·罗姆 申请人:哈伊姆·罗姆;塔尔·罗姆