轨道非往复式内燃机的制作方法

本公开总体上涉及内燃机，更具体地，涉及轨道非往复式内燃机。

背景技术

奥托(otto)循环发动机是往复式内燃机。奥托循环发动机的多个关键工作部件进行往复移动，也就是说，它们需要在第一方向上移动、停止并且之后在相反的第二方向上移动以完成循环。在奥托循环发动机中，在实现单个动力冲程的过程中，活塞组件的方向改变四次。活塞组件(例如，活塞、环、曲柄销和连接杆)以改变的速率在其相应汽缸中向上行进至顶部死点中心(即，冲程的结束处)，在该位置处，活塞组件停止并且之后朝向汽缸下部返回冲程的底部。连接杆(其与活塞一起行进、接合在曲柄销处并且在曲柄轴处沿轨道运行)施加改变的角向力，从而导致活塞抵靠汽缸壁受到侧部载荷。这导致摩擦损失。因为活塞部件在其运动中进行加速和减速，所以往复式内燃机需要飞轮来缓和这些能量震荡，但是这是不完善的解决方案并且导致了耗能的后果。

奥托循环发动机还应用活塞/汽缸关系来将空气(通过往复式阀)泵送至汽缸中以支持燃烧，并且之后通过往复式阀将废气泵送至汽缸外。发动机的大量动力量用于实现泵送动作，并且需要曲柄轴进行两次回转来引发一个动力冲程。

技术实现要素：

可燃流体操纵轨道式发动机可概括为包括：一个或多个汽缸，每个汽缸具有纵向轴线并且承载在一对旋转式汽缸承载轮上以进行轨道运动，在一个或多个汽缸中接收可燃流体，一对旋转式汽缸承载轮可绕沿着第一旋转轴的轮轴旋转；相应的一个或多个活塞，承载在一对逆向旋转式活塞承载轮上以进行相反的轨道运动，一对逆向旋转式活塞承载轮可绕沿着与第一旋转轴平行的第二旋转轴的轮轴旋转，一个或多个活塞中的每一个具有协作汽缸并且在整个运动过程中具有与所述协作汽缸相同的纵向轴线，从而在所述相同的纵向轴线上与所述协作汽缸相对并连续地进入所述协作汽缸以及从所述协作汽缸完全撤回；第一带，将一对旋转式汽缸承载轮中的第一旋转式汽缸承载轮机械连接至一对逆向旋转式活塞承载轮中的第一逆向旋转式活塞承载轮，使得当一对逆向旋转式活塞承载轮中的第一逆向旋转式活塞承载轮在第二方向上旋转时，一对旋转式汽缸承载轮中的第一旋转式汽缸承载轮在第一方向上旋转，其中第二方向与第一方向相反；以及第二带，将一对旋转式汽缸承载轮中的第二旋转式汽缸承载轮机械连接一对逆向旋转式活塞承载轮中的第二逆向旋转式活塞承载轮，使得当一对逆向旋转式活塞承载轮中的第二逆向旋转式活塞承载轮在与第一方向相反的第二方向上旋转时，一对旋转式汽缸承载轮中的第二旋转式汽缸承载轮在第一方向上旋转。第一带和第二带中的每一个可包括齿带。

可燃流体操纵轨道式发动机还可包括相应的链轮和皮带组件，该链轮和皮带组件由汽缸承载轮和活塞承载轮中的每一个支承，并且操作成使一个或多个汽缸和一个或多个活塞在其圆周运动方向上逆向地旋转，以当它们的相应路径交叉时，维持它们的相反关系以用于周期性的内部配合。

可燃流体操纵轨道式发动机还可包括可燃流体，该可燃流体以与活塞进入汽缸时间相关地供应至一个或多个汽缸以进行压缩、引爆和排放。一个或多个汽缸可各自包括联接至汽缸轮轴的汽缸头部，汽缸轮轴包括用于将燃料递送至操作性地联接至汽缸的燃料注入器喷嘴的燃料管。

可燃流体操纵轨道式发动机可包括空气供应部，将空气以与活塞进入汽缸时间相关地供应至一个或多个汽缸以进行净化废气或使燃烧气体增压中至少一个。一个或多个汽缸可各自包括联接至汽缸轮轴的汽缸头部，汽缸轮轴包括用于向操作性地联接至汽缸的空气注入器喷嘴递送空气的空气管。

可燃流体操纵轨道式发动机还可包括操作性地联接至每个活塞的可燃流体引爆器。

可燃流体操纵轨道式发动机还可包括鼓风机组件，该鼓风机组件在可燃流体操纵轨道式发动机的操作期间控制一个或多个活塞和一个或多个汽缸的冷却、压力、空气质量中的至少一个。一个或多个汽缸中的每一个可包括接近汽缸的入口定位的密封系统，密封系统包括非金属柔性密封件。对于每个汽缸，非金属柔性密封件可包括聚四氟乙烯。对于每个汽缸，非金属柔性密封件可包括填充有一定百分比的玻璃的聚四氟乙烯。一个或多个活塞中的每一个可包括接近活塞的端部定位的密封系统，密封系统包括非金属柔性密封件。

可燃流体操纵轨道式发动机还可包括联接至一个或多个汽缸中的每个或一个或多个活塞中的每个中的至少一个的密封系统，密封系统包括非金属柔性密封件和密封增能器。一个或多个汽缸可包括多个汽缸且一个或多个活塞可包括多个活塞，其中，每个活塞-汽缸对的纵向轴线可始终与相应的协作汽缸和活塞对的纵向轴彼此平行。

操作可燃流体操纵轨道式发动机的方法可概括为包括：设置多组协作汽缸构件和活塞构件，其中协作汽缸构件和活塞构件各自具有在公共纵向轴线上始终处于相反关系的平行旋转轴；将汽缸构件支承在一对汽缸承载轮上；将活塞构件支承在一对活塞承载轮上；通过第一带将一对汽缸承载轮中的第一汽缸承载轮机械连接至一对活塞承载轮中的第一活塞承载轮，使得当一对活塞承载轮中的第一活塞承载轮在第二方向上旋转时，一对汽缸承载轮中的第一汽缸承载轮在第一方向上旋转，其中第二方向与第一方向相反；通过第二带将一对汽缸承载轮中的第二汽缸承载轮机械连接至一对活塞承载轮中的第二活塞承载轮，使得当一对逆向旋转式活塞承载轮中的第二逆向旋转式活塞承载轮在与第一方向相反的第二方向上旋转时，一对旋转式汽缸承载轮中的第二旋转式汽缸承载轮在第一方向上旋转；使一对汽缸承载轮和一对活塞承载轮沿着交叉的逆向路径、绕与构件的旋转轴平行的旋转轴循环地旋转，同时使构件以轨道关系进行相逆的圆形运动，以足以维持构件在公共纵向轴线上的设置，其中旋转致使每组协作的汽缸构件和活塞构件在其相应路径交叉的情况下周期性地内部配合；以及响应于构件在发动机操作关系中的内部配合，将可燃流体供应至汽缸构件中以进行引爆。

该方法还可包括：利用由相应承载轮承载的相应链轮皮带组件驱动每个构件旋转。

该方法还可包括：将空气供应至汽缸构件中以进行净化废气或者使燃烧气体增压中至少之一。

该方法还可包括：通过联接至活塞构件、可燃流体的可燃流体引爆器进行引爆，同时活塞构件可定位在相应的汽缸构件内。

该方法还可包括：提供联接汽缸构件中的每一个或者活塞构件中的每一个之一的密封系统，密封系统包括非金属柔性密封件。

附图说明

在附图中，相同的参考标号标识相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些可任意地放大和定位以提高附图的易读性。此外，元件的如所示的特定形状不一定旨在传递与特定元件的实际形状有关的任何信息，而是可仅为了使附图容易识别而选择。

图1是根据三汽缸实施例的发动机的汽缸传动轮组件和活塞传动轮组件的立体图。

图2a至图2d是根据一个示出实施例的发动机的侧视立面图的逐步示意图，其中，发动机的活塞和汽缸由于其如由其相应承载轮限定的行进路径而接近、相互配合和抽出。

图3是根据一个示出实施例的发动机的从左前方观察的立体图。

图4是根据一个示出实施例的发动机的从右前方观察的立体图。

图5a是根据一个示出实施例的发动机的从右前方观察的部分分解的视图，其中发动机的侧壳体及其相关部件被移除。

图5b是根据一个示出实施例的发动机的从左后方观察的部分分解的视图，其中发动机的侧壳体及其相关部件被移除。

图6a是根据一个示出实施例的从右后方观察的发动机的部分分解的视图，其中发动机的侧壳体及其相关部件被移除。

图6b是根据一个示出实施例的发动机的从左前方观察的部分分解的视图，其中发动机的侧壳体及其相关部件被移除。

图7是根据一个示出实施例的发动机的剖视立体图，其示出注入空气压缩机、起动机电机、冷却空气鼓风机和发电机。

图8是根据一个示出实施例的发动机的汽缸传动轮组件和活塞传动轮组件的立体图，其中发动机的壳体及其他部件被移除。

图9是根据一个示出实施例的汽缸传动轮组件的剖视立体图，其示出空气注入线路、燃料进入线路和点火线路。

图10是根据一个示出实施例的发动机的剖视立体图，其示出发动机的冷却。

图11是根据一个示出实施例的汽缸传动轮组件的立体图，其示出传动装置冷却。

图12是根据一个示出实施例的发动机的剖视立体图，其示出发动机的空气和燃料分配系统。

图13是根据一个示出实施例的、示出用于发动机的空气和燃料分配系统的进气相位的示意图。

图14是根据一个示出实施例的发动机的剖视立体图，其示出发动机的废气和空气冷却。

图15是根据一个示出实施例的发动机的汽缸组件的剖视立体图。

图16是根据一个示出实施例的汽缸组件的立体图。

图17是根据一个示出实施例的活塞组件的剖视立体图。

图18是根据一个示出实施例的图17的汽缸组件的后视立体图。

图19是根据一个示出实施例的发动机的汽缸传动轮组件和活塞传动轮组件的侧视立面图。

具体实施方式

在以下描述中，为了透彻理解所公开的各实施例，阐述了某些特定细节。然而，相关领域的技术人员应意识到，实施例可在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下来实践，或者可利用其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，为了避免不必要地混淆对实施例的描述，没有详细示出或描述与计算机系统、服务器、计算机和/或通信网络相关的公知结构。

除非上下文另行要求，否则在说明书和所附权利要求的各个部分，词语“包括(comprising)”与“包括(including)”同义，并且是包含性的或开放式的(即，不排除另外的没有叙述的元件或方法步骤)。

贯穿该说明书全文，对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，措辞“在一个实施例中”和“在实施例中”在该说明书通篇各处的出现不一定全部表示同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性能够以任何合适的方式结合。

除非上下文清楚地另行指出，否则如该说明书和所附权利要求中所使用的那样，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括多个指示物。还应注意，除非上下文清楚地另行指出，否则术语“或”通常在其包括“和/或”的意义上进行应用。

本文提供的本公开的标题和摘要仅是为了方便而不解释实施例的范围或含义。

本公开的发动机设计(有时本文称为轨道式发动机)改变了奥托循环发动机的一些基本机械原理。代替往复式运动，轨道式发动机设计应用了活塞和汽缸的非往复式轨道运动。因此，轨道式发动机不具有发动机缸体(engineblock)、不具有曲柄轴或相关联的连接杆、不具有单独的飞轮、不具有进气阀或排气阀或水泵，也不具有其支承硬件。

代替地，轨道式发动机的活塞和汽缸各自附接至其自身相应的承载或传动轮。通过布置和维持活塞传动轮相对于汽缸传动轮的位置的关系和位置，可实现活塞/汽缸路径的重叠。活塞和汽缸路径的这种联合表示轨道式发动机的“冲程”。活塞轮和汽缸轮在其相应(且平行)的轴上在相反的方向上旋转，并且由其承载的各个活塞和汽缸处于轨道运动，从而环绕轮轴但是同时绕其自身的相应轴相逆地旋转，以始终保持在用于内部装配的适当位置处。换言之，相应组的活塞和协作汽缸无论其在其相应轮上的相对位置定位如何，均共享公共纵向轴线。

工作单元(包括活塞和匹配汽缸的组)在活塞轮和汽缸轮的整个360度的旋转上始终保持对准。简而言之，活塞始终指向其在组或单元中的关联的汽缸，且汽缸开放地指向其关联的活塞。因此，不存在抵抗汽缸壁推动活塞且引起摩擦的角向力。这与轴向对准是暂时且局部的径向活塞/汽缸设置系统形成对比。在轨道式发动机中，上述纵向对准(其中汽缸/活塞角度不大于约0度)使得压缩力和燃烧力二者直接与活塞/汽缸中心线一致(如下面进一步解释的那样)。

对于沿着公共纵向轴线的内部装配，本公开的活塞和汽缸始终以相同的方式定向，从而避免侧面负载。在一些实施例中，轨道式发动机的活塞和汽缸通过链轮和齿形带来保持定向，以将其保持在期望的相对位置。

不同于当活塞处于其动力冲程的半程时实现其最大力臂或力矩的奥托循环发动机，轨道式发动机增加了其在动力冲程的整个路程上的力臂。轨道式发动机的力臂大于奥托循环发动机的力臂；冲程更长(作为典型的汽缸缸径的因素)，并且每个汽缸利用发动机的每次(不是每隔一次)旋转来完成动力冲程，从而允许轨道式发动机在低的rpm下达到高的马力，这意味着在发动机的操作中具有更缓和的发动机速度、更多的功以及更少的摩擦磨损。这些机械上的益处显著地提高了燃料效率。

汽缸承载组件和活塞承载组件二者充当被连接的飞轮。具有质量的全部发动机部件绕轮的旋转轴旋转/环绕轮的旋转轴，并且始终平衡。因为活塞和汽缸绕轨道运行并且因此不改变其运动方向或其速度(除了与发动机速度相关之外)，所以在轨道式发动机中保存了在往复式奥托循环发动机中损失的能量。

在一些实施例中，轨道式发动机可由诸如汽油、柴油、生化柴油等可燃流体燃料操作。在其他实施例中，轨道式发动机可利用诸如天然气、丙烷等可燃气态流体来操作。如下面描述的那样，一些实施例不需要进气阀或排气阀，从而提供了改善的发动机效率和简易性。

与当前设计相比，对于轨道式发动机，摩擦、泵送、冷却以及甚至振动损失基本减少大概多达50％。相对于当前奥托循环发动机而言，由于简易性和便宜的材料使得燃烧效率增加、重量降低且制造成本减少，并且显而易见，轨道式发动机在满足世界的发动机现代化需求中迈出了一大步。

就本公开的轨道式发动机而言，对于压缩冲程，活塞和汽缸两者朝向彼此运动；对于动力冲程，活塞和汽缸两者远离彼此运动。活塞和汽缸的速度结合以有效地使其相对运动加倍，并且，因为活塞和汽缸始终成一直线，所以冲程不会如往复式发动机的情况那样受连接杆的角度的限制。与较小的冲程缸径比相比，较长的冲程缸径比具有更小的暴露于燃烧室气体的表面区域。更小的区域直接导致汽缸热量传递减少以及能量传递增加。大多数内燃机的冲程/缸径比在0.9和1.2之间，而本文讨论的轨道式发动机的比率例如可从1.5到3.0。这些更大的比率确保了更充分的燃烧和更清洁的废气。

此外，因为轨道式发动机中的活塞和汽缸完全脱离接合，所以不需要排气阀或进气阀，或者不需要用于操作它们的机构。在二循环式发动机中，使用“冲程”的一部分来实现发动机的“呼吸”。在轨道式发动机(其为二循环式发动机)中，当活塞和汽缸在动力冲程结束时分离时，汽缸的整个直径打开以供废气在活塞/汽缸室的底部排出并且通过在室的顶部处施加的冷却和通风空气加以辅助。

汽缸轮和活塞轮两者平衡，且因为每个轮均是飞轮，所以运动动力学不要求单独的飞轮来缓和动力激增。当发动机运行时，振动最少或没有，这是其效率的证明。

在一些设计中，发动机部件传动系统采用了齿轮来控制活塞和汽缸的定位。如可认识到的那样，齿轮是重的且需要油来润滑它们。此外，齿轮需要一定程度的间隙配合来允许“齿隙”，这影响准确度。齿轮传动系统的其他不足有：在变速箱中需要大的、昂贵的油密封件且可能泄漏。

在本文讨论的实施例中，齿轮替换为齿带和皮带轮。作为非限制性示例，这样的齿带可由聚氨酯或其他合适的材料制成。在这样的实施例中，不需要油且不存在“齿隙”。如下面进一步讨论的，为了确保可靠性，轨道式发动机两侧的传动带加倍设置。如果皮带失效，则发动机不会被损坏并且将继续操作直至皮带被更换为止。传感器可检测任何皮带失效和发动机的动力输出的限度，直到皮带被更换。相对于齿轮传动系统，带传动系统的更大优势在于：可包括带张紧和带对准以确保活塞汽缸对准的准确度。

在一些实施例中，为了达到最大的发动机效率，设置了用于净化废气和对燃烧气体增压的加压空气注入系统。

在一些实施例中，轨道式发动机包括设计成抵抗燃烧过程的热量和压力并且不需要润滑的非金属柔性密封件(例如，聚四氟乙烯(ptfe)(25％的玻璃纤维填充物))。作为非限制性示例，密封件可由聚四氟乙烯(ptfe)(25％的玻璃纤维填充物)或其他合适的材料形成。这些密封件具有非常少的压缩泄漏，且由于汽缸和活塞之间不接触所以活塞上的磨损小从而进一步提高效率。这种类型的密封件具有长的使用寿命，并且如果需要则可如替换火花塞那般容易地进行更换。密封件可包括在活塞中(图16至图19)，或者可包括在汽缸中的每一个的入口中。在密封件定位于活塞中的实施例中，由于仅密封件与汽缸的壁接触，所以燃烧热量与活塞的主体隔离开。

非润滑式活塞密封件的使用以及消除油在传动机构中的使用使得本公开的轨道式发动机成为世界上唯一的仅以空气和燃料来操作的内燃机。加入在没有任何往复式运动的情况下创建压缩和动力冲程的事实使得其真正地高效和独特。下面参考附图详细讨论本公开的轨道式发动机的各特征。

图1示出用于可燃流体操纵轨道式发动机14的活塞传动轮组件10和汽缸传动轮组件12。图3和图4示出发动机14的完全组装的视图。汽缸传动轮组件12包括由三个汽缸16形成的组，活塞传动轮组件10包括由三个活塞18形成的相应的组。在其他实施例中，可包括更多或更少的汽缸/活塞对。活塞18各自包括活塞头部20和活塞主体24，其中活塞头部20联接至活塞轮轴或轴22(图12)。汽缸16各自包括联接至汽缸轮轴或轴28(图12)的汽缸头部26(图11)以及配置为接收活塞18的汽缸套筒30。活塞18中的每一个布置成使得它们始终在公共纵向轴线上与相应汽缸16处于相对关系。

图2a至图2d示出活塞和汽缸在操作期间的运动。在这些图示中，示出汽缸170和活塞172。下面参考图16至图19进一步讨论汽缸170和活塞172。通常，汽缸170和活塞172在多个方面类似于汽缸16和活塞18，除了用于汽缸170和活塞172的密封系统联接至活塞而不是汽缸之外。

如图2a至图2d所示，汽缸170和活塞172配置为分别沿着由相应汽缸和活塞承载或传动轮36a、36b和38a、38b(参见图1)限定的交叉逆向路径32和34轨道运动。承载轮36a、36b和38a、38b在图1中最佳地示出，并且操作成使相应汽缸170和活塞172沿着图2a至图2d所示的路径32和34以圆形运动旋转。承载轮36a、36b绕汽缸组件主轮轴或主轴40(图2a至图2d)旋转，承载轮38a、38b绕活塞组件主轴42旋转。

如图1和图8中最佳可见，活塞18的轨道运动受围绕可调节活塞链轮46a定位的活塞传动对准皮带44a(图8)控制，其中可调节活塞链轮46a联接至传动轴42a、固定中心链轮50a和空转链轮52a。这样的部件在活塞承载轮38a、38b中的每一个上与同活塞承载轮38a关联的以字母“a”指定的部件以及与同活塞承载轮38b关联的用字母“b”指定的部件重叠。类似地，汽缸16的轨道运动受围绕可调节汽缸链轮56a定位的汽缸传输对准皮带54a控制，其中可调节汽缸链轮56a联接至传动轴40a、固定中心链轮60a和空转链轮62a。这样的部件在汽缸承载轮36a、36b中的每一个上与同汽缸承载轮36a关联的用字母“a”指示的部件以及与同汽缸承载轮36b关联的用字母“b”指示的部件重叠。因此，可利用这些链轮和皮带来生成汽缸16和活塞18的旋转和轨道运动，使得汽缸和活塞承载轮组件36a、36b和38a、38b分别环形地沿轨道承载活塞/汽缸并且始终在公共纵向轴线上沿着交叉逆向路径处于相对关系。

汽缸承载轮组件36a、36b包括相应的外环链轮64a、64b，活塞承载轮组件38a、38b包括相应的外环链轮66a、66b。汽缸承载轮组件36a通过第一齿形带68a联接至活塞承载轮组件38a，以及汽缸承载轮组件36b通过第二齿形带68b联接至活塞承载轮组件38b。齿形带68a-68b还分别联接至动力输出链轮70a和70b，其中动力输出链轮70a和70b用于驱动联接至发电机74(图1)的动力输出轴72。齿形带68a-68b可由任何合适的材料(例如，聚氨酯等)制成。在一些实施例中，齿形带例如可以是可从gates公司获得的poly-chain品牌的皮带。

如上所述，通过利用皮带68a和68b替代齿轮，不需要油且不存在齿隙。此外，因为存在两个皮带68a和68b，所以如果存在皮带失效，发动机14也不会被损坏并且将继续操作直至失效的皮带被更换。传感器(未示出)可检测任何皮带失效并限制发动机的动力输出，直至皮带被更换。

如图1、图5a至图5b和图6a至图6b所示，发动机14可包括下张紧轮滑动组件76a、76b和上张紧轮滑动组件78a、78b，所述下张紧轮滑动组件76a、76b和上张紧轮滑动组件78a、78b提供皮带张紧和传动轮对准以确保活塞汽缸对准的准确度。汽缸16和活塞18中的每一个可包括通过定位在中央顶部壳体92上的相应汽缸对准传感器79(图3)或者活塞对准传感器81进行感测的磁发射器77。可响应于通过汽缸对准传感器79和活塞对准传感器81检测的对准信号，自动控制滑动组件76a、76b和78a、78b。

起动机齿轮80(图5a)联接至活塞承载轮组件38b(图8)上的起动机组件82和链轮84。

因为汽缸和活塞保持在图2a至图2d中所示的公共纵向轴线a-a上，所以它们需要在其横向轴上转动(即，当它们由轮36a、36b、38a、38b圆形地承载时，逆向于圆形运动方向旋转以在整个360度行程上在其相应活塞/汽缸内保持对准)。无论汽缸16和活塞18相对于其相应承载轮36a、36b和38a、38b的圆形旋转的逆向旋转的比率如何，汽缸16和活塞18均需要在公共纵向轴线a-a上保持轴向对准。通常，在最佳实施例中这将是1:1。

图2a至图2d中示意性示出发动机14的活塞172和汽缸170中的每一个的基本运动。如所示，活塞承载轮38a、38b承载活塞172，从而在圆形路径34上绕活塞组件轮轴42顺时针方向(cw)旋转。承载汽缸170的汽缸承载轮36a、36b示为在圆形路径32上绕平行于活塞组件轮轴42的汽缸组件轮轴40与顺时针方向相逆地(ccw)旋转。如所示，路径32与路径34交叉。如所示那样，活塞172和汽缸170在其彼此接近以及彼此远离时对准。

为了达到上述旋转和轨道运动，由承载轮36a、36b和38a、38b承载的汽缸16和活塞18中的每一个的轴58和48分别与相应链轮56和46联接，链轮56和46转而分别经由皮带54和44联接至相应固定中心链轮60和50。该结构操作成使汽缸16和活塞18以与其相应承载轮36a、36b和38a、38b的旋转为1:1的比率相逆地旋转。

如下面进一步详细讨论的，存在可燃流体，其供应至汽缸16中的每一个以根据汽缸和活塞18的周期性内部配合而燃烧。存在注入空气，其供应至汽缸16中的每一个以净化废气和对燃烧气体增压。包括火花塞90(图7)的可燃流体引爆器与活塞18中的每一个操作性地关联。在操作期间，承载轮36a、36b和38a、38b在一个汽缸/活塞对之间的起爆(detonation)的爆炸动力下旋转，以将其他汽缸/活塞对等一起带入“圆形循环”。发动机14适于通过增大压缩和注入压力来进行柴油机操作，以及适于通过蒸汽、压缩气体或其他流体(例如，液体、气体)能量源来进行操作。

如图3、图4、图5a至图5b和图6a至图6b所示，发动机14包括顶部壳体92、底部壳体94、左侧壳体96和右侧壳体98。壳体92、94、96和98以及排气隔板100形成用于活塞/汽缸对的大气控制室。

现在参照图9、图11和图12，燃料通过联接至汽缸组件主轮轴40的燃料入口102进入发动机14。燃料分布至汽缸组件轮轴40，其中，其通过燃料中心106和燃料线路108被分布至旋转接头110，从而经由燃料注入器喷嘴104注入汽缸16中的每一个的汽缸头部26中。燃料流可根据所确定的进气相位(porttiming)(参见图13)、通过电子燃料控制调整器(未示出)、由计算机控制单元(ccu)激活。

对发动机14的点火可受点火分配组件112的控制，该点火分配组件112经由火花塞导线116的、延伸通过活塞轴22到达点火整流器118(图5b)的端部114而将能量递送至火花塞90。火花塞导线116联接至点火整流器118，该点火整流器118附接至左侧壳体98的内表面。如可认识到的那样，在柴油机型式的发动机14中，因为使用压缩热量来初始化点火以使燃料燃烧，所以不需要点火系统。

发动机14还包括通气系统，该通气系统包括两个鼓风机120、蜗壳122以及废气过渡管124。鼓风机120中的每一个可包括鼓风机电机和鼓风机叶轮。鼓风机120各自联接至两个蜗壳122之一，从而各自定向在发动机14的大气控制室之一中(参见图10和图14)。

鼓风机120联接至具有空气泵126的鼓风机张紧轮组件，该空气泵126通过空气线路129流体连通至空气箱128并且经由空气泵插入管131流体连通至空气净化器组件130。空气泵126经由鼓风机皮带132联接至动力输出轴72，该鼓风机皮带132联接至空气泵/张紧轮链轮134和动力输出传动链轮71。鼓风机120还经由鼓风机链轮136和鼓风机皮带132联接至动力输出轴72。

在操作中，计算机控制单元(ccu)可控制鼓风机120和蝶状空气控制翼片(flap)140(图1)。可通过调整鼓风机120和空气泵126的速度，在大气控制室中保持正压力。在低的发动机速度下，废气中的一些可重新循环以限制汽缸16的燃烧室中可用的氧气。在发动机14的速度增加的情况下，蝶状空气控制翼片140可打开。根据需要，可通过增加鼓风机120的输出来控制发动机的冷却。

空气箱128经由空气线路150向在其右侧联接至汽缸组件轮主轴40的空气入口152递送空气。空气分配至汽缸组件轮轴40，其中，其通过空气中心154和空气线路156被分配至旋转接头158，从而经由空气注入器喷嘴159注入汽缸16中的每一个的汽缸头部26的中央中。空气流可根据所确定的进气相位(参见图13)、通过电子空气控制调整器(未示出)由计算机控制单元(ccu)激活。

现在参照图15，与其他活塞/汽缸操作系统不同，在一些实施例中，发动机14具有定位在在每个汽缸16的入口部分160中(而不是连接至活塞18)的密封系统。因为活塞18不与汽缸16接触，所以不需要对汽缸的壁进行润滑。密封系统包括定位在汽缸16的入口部分160中的环状凹口166内的非金属柔性密封件162(例如，ptfe(25％的玻璃纤维填充物))以及密封增能器164。密封件162和密封增能器164通过可选择性地移动的汽缸环盖168保留在汽缸16的入口部分160处的凹口166中。

密封件162设计成抵抗燃烧过程的热量和压力。密封件162具有非常小的压缩泄漏，且由于汽缸16和活塞18之间不接触所以活塞18上的磨损少，从而进一步提高效率。密封件162具有长的使用寿命，并且如果需要可如替换火花塞那般容易地进行更换。

根据图16至图19中所示的另一实施例，发动机14包括具有密封系统的汽缸170(图16)和活塞172(图17至图18)，其中，密封件174定位成邻近活塞(而不是汽缸)的端部176。具体地，图16示出汽缸170，其包括汽缸头部178、汽缸主体或套筒180、接收活塞172的敞开端部182以及汽缸轴或轮轴184。

图17示出活塞172，其包括活塞头部186、活塞轴188、活塞主体190和活塞主体鼻部192。活塞主体鼻部192可选择性地与活塞主体190的端部176中的螺纹孔194螺纹接合。当活塞主体鼻部192联接至活塞主体190的端部176时，形成包括活塞密封件174和弹簧增能器196的孔。围绕活塞主体鼻部192的面对活塞主体190的周界还定位有o型环密封件198。类似于以上描述的活塞18，活塞172包括联接至火花塞导线202的火花塞200，从而如上所讨论的那样可选择性地电联接至点火系统。如上所述，针对柴油机操作，不应用火花塞。有利地，通过将压缩密封件174布置在活塞172(而不是汽缸170)上，在发动机的操作期间可将更少的热量传递至活塞。

在一些实施例中，汽缸和/或活塞可由陶器材料制成。因为活塞不与汽缸壁接触以及因为允许汽缸和活塞两者在每个动力冲程之后独立地“呼吸(breath)”，所以它们之间不需要热传递。这允许使用低热传递性陶瓷来将更多的燃烧热能转换成机械能，从而显著地增大发动机的热效率。

现在参照图11，汽缸承载轮组件36a、36b可包括围绕相应输入孔212定位的多个导气罩210。在操作期间，导气罩210通过输入孔212将空气引导到汽缸承载轮组件36a、36b的内部室中。空气通过输出孔214退出汽缸承载轮组件36a、36b。活塞承载轮组件36a、36b包括相似的或相同的导气罩、输入孔和输出孔。输入孔、输出孔和导气罩为相应的汽缸承载轮组件36a、36b和活塞承载轮组件38a、38b提供冷却。

图10示出指示在发动机操作期间通过发动机14的各部件的空气流的多个箭头，该空气流为发动机提供冷却。图14示出指示在发动机14操作期间用于废气和冷却的空气流的多个箭头。

图13示出例如发动机14的空气和燃料分配系统的进气相位的图形220。如上所述，空气和燃料分配到汽缸16的相位可受合适的空气和燃料调节器控制。图形220示出参照顺时针方向旋转的进气相位。如图所示，顶部死点中心(tdc)处于0度。动力冲程从0度到58度。第一空气净化阶段发生在从60度到100度，第二空气净化阶段发生在从100度到140度。空气增压阶段(空气净化3)发生在从260度到300度，其发生在从302度到360度发生的压缩冲程之前。燃料在305度到335度之间被注入。应理解，图13的图形220中所示的进气相位是出于解释而并非旨在进行限制的目而提供的。

前面的详细描述已经通过使用框图、示意图和示例阐述了设备和/或过程的各种实施例。在这样的框图、示意图和示例包括一个或多个功能和/或操作的范围内，本领域技术人员将理解，在这样的框图或示例内的每个功能和/或操作可通过宽范围的硬件、软件、固件或实际上其任意组合单独地和/或集合地执行。本领域技术人员应认识到，本文阐述的方法或算法中的一些可应用额外的动作，或省略一些动作，和/或可以以与所指定的顺序不同的顺序来执行动作。

以上描述的各种实施例可结合以提供更多的实施例。到它们不符合本文的特定教导和限定的程度，该说明书中引用的和/或申请数据表中列出的美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开中的全部通过引用以其整体并入本文，包括但不限于：提交于2006年4月17日的第60/792603号美国临时专利申请、提交于2008年9月28日的第61/100751号美国临时专利申请、第7,721,687号美国专利、第8,161,924号美国专利、第8,555,830号美国专利以及提交于2015年12月2日的第14/957,256号美国专利申请。如果需要，则实施例的方面可被修改以应用各专利、申请和公开的系统和构思来提供更进一步的实施例。

可根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应解释为将权利要求限定于说明书和权利要求中所公开的特定实施例，而是应解释为包括全部可能的实施例以及与这些权利要求授权的范围等同的整个范围。因此，权利要求不受本公开的限制。