CN102203384A - 等容加热发动机和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种发动机和方法，所述发动机和所述方法执行高效混合循环，所述高效混合循环在发动机内的容积中实现。所述循环包括发动机内的等容加热和容积的过渡膨胀，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量；所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。

Description

等容加热发动机和方法

相关申请的交叉引用

本申请还要求分别在2008年8月4日、2009年2月4日、2009年2月23日、2009年6月5日以及2009年6月23日提交的美国临时申请No.61/085928、61/149889、61/154339、61/184627以及61/219495的优先权。上述申请均以引用方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种内燃机，并且更具体而言涉及一种完成高效混合循环的内燃机。

背景技术

在现有技术中已知以诸如狄塞尔(Diesel)循环、奥托(Otto)循环、阿特金森(Atkinson)循环之类的循环运转内燃机。这些循环都具有独特的特征，但是均具有当维持高功率输出时不能实现较高效率的缺点。提高设计成完成这些循环中的一个循环的发动机的效率已被证实是有挑战性的。在传统的发动机中，部分挑战源自所有的过程诸如压缩、燃烧以及膨胀都在不同时间仅在相同空间内发生这一事实。其他挑战源自不能在压缩室中产生高度压缩，以及不能在各种操作条件或负载下在足以优化燃烧的时间间隔内维持等容压缩容积。此外，除在典型的燃烧式发动机中不能完成的阿特金森循环以外，因在燃烧过程的产物被耗尽并且被新鲜充气取代之前，膨胀循环过早地结束而损失效率。

发明内容

在第一实施方式中，本发明提供一种转子发动机。本实施方式包括：具有进气口和排气口的壳体；以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子；两个门。每个门均以能相对于所述壳体运动的方式安装，使得每个所述门均至少周期性地与所述转子接合，其中在所述两个门中的至少一个与所述转子接合期间，在所述至少一个门的表面、所述转子以及所述壳体之间保持一容积。所述容积在所述转子的旋转期间展示一循环，其中：所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量；所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。

在相关实施方式中，所述门以能相对于所述壳体滑动的方式安装。可替代地，所述门以相对于所述壳体枢转的方式安装。在另一个实施方式中，枢转安装的所述门形成所述壳体的外壁。在另一个相关实施方式中，该发动机还包括联接至所述门的两个凸轮，所述凸轮通过和所述转子的旋转同步的驱动系统旋转。

在另一个实施方式中，本发明提供一种转子发动机。该实施方式包括：具有至少一个进气口和至少一个排气口的壳体；以能旋转的方式安装在所述壳体中的多个转子。每个所述转子均联接至所述至少一个进气口中的一个或者所述至少一个排气口中的一个。该实施方式还包括：多个门，每个所述门均和所述转子中的一个相关联并接触；以及至少一个燃烧室。所述至少一个燃烧室中的每一个均与一对所述转子中的每个转子相连通。所述一对转子的第一转子被联接至所述至少一个进气口中的一个，并且所述一对转子的第二转子被联接至所述至少一个排气口中的一个。所述第一转子和所述第二转子同步移动，其中(i)在所述第一转子的旋转期间，所述第一转子和其门与所述壳体相关地限定展示发动机循环的压缩部分的压缩容积，通过所述压缩部分，压缩容积量的空气被周期性地联接至所述第一转子的相应的燃烧室，并且(ii)在所述第二转子的旋转期间，所述第二转子和其门与所述壳体相关地限定展示所述发动机循环的膨胀部分的膨胀容积，通过所述膨胀部分，所述第一转子的燃烧室中的燃烧混合物被周期性联接至所述膨胀容积；并且其中所述压缩容积在所述循环的压缩部分期间被从第一量减小到第二量，其中在所述循环的加热部分期间发生燃烧时的容积被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述膨胀容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在再一个实施方式中，提供一种转子发动机。该实施方式包括壳体，所述壳体具有进气口和排气口以及内表面，所述内表面具有以不变的曲率半径为特征的第一弓形段和以形状不同于所述第一段的形状为特征的第二弓形段。该实施方式还包括转子，所述转子以能旋转的方式同心地安装在所述壳体的所述第一段内并且围绕C凸轮同心地设置，所述C凸轮除具有凹部之处外具有半径恒定的柱面。该实施方式还包括至少一个压缩叶片，所述至少一个压缩叶片可动地安装在所述转子中以接触所述C凸轮并且与所述转子、所述C凸轮以及所述壳体一起限定压缩容积。类似地，该实施方式还包括至少一个膨胀叶片，所述至少一个膨胀叶片可动地安装在所述转子中以接触所述壳体的内表面并且与所述转子和所述壳体一起限定膨胀容积。还包括燃烧室，所述燃烧室设置在所述转子中，与所述至少一个压缩叶片和所述至少一个膨胀叶片相关联，其中(i)所述压缩容积在所述转子的旋转期间展示压缩循环，通过所述压缩循环，压缩容积量的工作介质被周期性地联接至所述燃烧室，并且(ii)所述膨胀容积在所述转子的旋转期间展示膨胀循环，通过所述膨胀循环，所述燃烧室中的燃烧产物被周期性地联接至所述膨胀容积。

在相关实施方式中，所述发动机还包括多个压缩叶片、多个膨胀叶片以及多个燃烧室，各所述燃烧室均与对应的压缩叶片和对应的膨胀叶片相关联。可替代地或另外，所述至少一个压缩叶片和所述至少一个膨胀叶片由枢转支架和能滑动的支架中的一个安装在所述转子中。可替代地或另外，该实施方式还包括安装在所述转子中以提供所述转子和所述壳体之间的密封的多个C形环。可选地，该实施方式还包括形成在所述壳体内用于引导所述叶片的运动的多个凹槽。

在另一个实施方式中，本发明提供一种内燃机，所述内燃机包括双向活塞，所述双向活塞具有进气口和排气口以及一对对置的活塞面；以及壳体，该壳体同心地安装在所述活塞外侧并且具有一对对置的内接触面。所述壳体沿着纵轴线相对于所述活塞往复运动，每个接触面均在所述往复运动的限度下接近于所述活塞的所述活塞面中的相应的一个。该实施方式包括相对于所述壳体与所述活塞接合的活塞致动器。所述活塞致动器控制所述壳体相对于所述活塞的运动，使得在每个活塞面和所述接触面中的相应的一个之间限定一容积。所述容积在所述壳体相对于所述活塞往复运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在相关实施方式中，所述活塞致动器是凸轮，所述凸轮具有对所述壳体相对于所述活塞的所述往复运动提供暂停的形状。可替代地，所述活塞致动器是电磁线圈系统。可替代地或另外，所述活塞和所述壳体是圆筒形的。

在再一个实施方式中，本发明提供一种内燃机并且该实施方式包括：具有进气口和排气口的气缸；以及设置成在所述气缸中互相协调地往复运动的一对活塞。所述活塞中的每一个均具有活塞面。所述活塞以如下方式联接至旋转输出，即：使所述活塞在所述气缸内并且在所述活塞面之间限定一容积。所述容积在所述活塞的往复运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在再一个实施方式中，本发明提供一种内燃机，并且该实施方式包括具有进气口和排气口的壳体；以能相对于所述壳体运动的方式安装的至少一个活塞；以及用于将所述活塞移过一循环的装置，使得在所述活塞和壳体之间保持一容积。所述容积在所述活塞的运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在另一个相关实施方式中，所述活塞包含液体。

在再一个实施方式中，本发明提供一种内燃机，并且该实施方式具有进气口和排气口的壳体；设置在所述壳体中的低压室和高压室。所述低压室比所述高压室大。每个所述室均具有外旋轮线形内部，在所述外旋轮线形内部中设置有三顶端式转子，所述转子以能旋转的方式安装成在对应室内偏心地运动，从而形成三个空腔，这三个空腔在发动机循环内，执行进气、压缩、过渡以及膨胀功能，这些功能中的三个在任何给定时间在各室内运作；其中(i)在所述低压室中执行压缩的空腔被联接至在所述高压室中执行进气的空腔；(ii)在所述高压室中执行膨胀的空腔被联接至在所述低压室中执行膨胀的空腔；以及(iii)所述高压室中执行过渡功能的空腔执行加热从而在其内产生燃烧。

在再一个实施方式中，本发明提供一种转子发动机，并且该实施方式包括内转子，所述内转子具有多个(N个)叶片并具有接纳构件，所述内转子围绕相对于所述接纳构件的轴线移位的轴线旋转地运动，所述接纳构件具有当所述内转子旋转时用于和相继叶片紧密配合的N+1个凹部。该实施方式还包括用于使所述内转子相对于所述接纳构件旋转的驱动器，使得相对于所述内转子的每个所述叶片和所述接纳构件的相应凹部限定一容积。所述容积展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

另一个相关实施方式还包括壳体，所述壳体具有进气口和排气口，其中所述内转子相对于所述壳体沿第一方向旋转，并且所述接纳构件相对于所述壳体沿第二方向旋转。在另一个相关实施方式中，所述接纳构件是所述壳体的一部分，所述壳体具有进气口和排气口。

另一个实施方式提供一种用于相对于壳体密封内燃机的转子的系统，所述转子具有边缘和表面。该实施方式的系统包括：凹槽，所述凹槽形成在所述转子的表面中，接近于所述边缘并且具有径向向内的壁和径向向外的壁，所述凹槽具有位于所述径向向外的壁中的斜面；和密封条，所述密封条设置在所述凹槽中并且具有和所述凹槽接触的适形表面。所述条与所述壳体摩擦接触地接合，所述壳体为所述密封条提供基本上平坦的表面，所述摩擦趋于使所述条相对于所述转子略微旋转并且沿离开所述凹槽的方向略微轴向移动，从而减小所述条和所述壳体之间的任何间隙并提高所述转子和所述壳体之间的密封。

在另一个实施方式中，本发明提供一种转子发动机，并且该实施方式包括：具有进气口和排气口的壳体；以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子；以及中空气缸的环形段，所述环形段被安装并驱动成围绕中心轴线以摆动方式枢转。所述段具有形成一对连接门的对置的第一端和第二端，每端均周期性地接触所述转子，从而限定所述壳体内的容积。所述容积在所述转子旋转期间展示一循环，其中：(i)当仅所述第一端接触所述转子时，所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量；(ii)所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量；以及(iii)当仅所述第二端接触所述转子时，所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。

在另一个实施方式中，本发明提供一种内燃机，并且该实施方式包括：具有进气口和排气口的壳体；相对于所述壳体可动地安装的至少三个活塞，每个所述活塞均由磁性材料形成；围绕所述壳体设置的一系列电磁线圈。所述电磁线圈被以电子方式控制以将力施加在所述活塞上从而实现一循环，其中在所述活塞和所述壳体之间保持一容积。所述容积在所述活塞运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在另一个实施方式中，本发明提供一种用于转子发动机的密封系统，并且该实施方式包括：形成在壳体壁的内表面中的多个凹槽，和设置在各所述凹槽中的弹簧加载的密封条；在所述凹槽之间位于所述壳体壁中的孔，所述孔联接至供油部；设置在所述壳体壁和所述发动机的转子之间的浮动盖。所述浮动盖具有邻近于所述转子的表面的内表面和邻近于所述壳体壁的所述内表面的外表面，所述浮动盖的所述内表面包括直径大致符合所述转子的直径的凹槽以及位于所述浮动盖的所述凹槽中的弹簧加载的密封条。所述供油部致使加压油向所述浮动盖的所述外表面施加轴向力，所述轴向力与由所述发动机的工作介质引起的所述浮动盖的所述内表面上的轴向力相反，从而帮助密封所述发动机。

在另一个实施方式中，本发明提供一种在转子发动机中用于第一构件的顶端密封系统，所述第一构件是与第二构件相关的门或叶片中的一个，所述第二构件相对于所述第一构件运动并且在所述第一构件的接触区至少周期性地接触所述第一构件。所述顶端密封系统包括：在所述第一构件的所述接触区中形成的凹部；以能旋转的方式安装在所述凹部中的辊子，使得当所述第一构件接触所述第二构件时，所述辊子接触所述第二构件。

在另一个实施方式中，本发明提供一种密封系统，该密封系统在转子发动机中用于密封第一构件和相对于该第一构件运动的第二构件之间的界面，所述第一构件具有平行于轴并且和所述第二构件接触的边缘。该实施方式的所述密封系统包括：形成在所述边缘中的至少一个凹部；安装在所述至少一个凹部中的多个轴向相邻的条，每个所述条均被弹簧加载，以使所述条保持与所述第二构件接合。

在另一个实施方式中，本发明提供一种转子发动机，并且该实施方式包括：具有进气口和排气口的壳体；以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子，所述转子具有形成在所述转子的边缘中的轴向沟槽，使得所述沟槽轴向地位于一体形成的两个端板之间；以及至少一个门，所述至少一个门以能相对于所述壳体运动的方式安装从而可与所述轴向沟槽接合并且具有与所述轴向沟槽的形状相符的形状。在所述至少一个门和所述转子接合期间，在所述至少一个门的表面、所述转子以及所述壳体之间保持一容积。所述容积在所述转子旋转期间展示一循环，其中：所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

在再一个实施方式中，本发明提供一种用于改进在第一构件和第二构件之间在转子发动机中进行密封的密封系统，所述第一构件起叶片或门中的一个的作用，并且能沿轴线运动，所述第二构件相对于所述第一构件运动，所述第一构件在沿所述轴线的运动的限度内可抵靠所述第二构件接合。该实施方式的所述密封系统包括配对的部件，所述配对用作所述第一构件。所述配对中的每一个均被安装成能沿所述第一构件的运动轴线分别运动，使得每个所述部件均可与另一个部件不同地运动，以在所述部件的运动限度内改进密封。

在再一个实施方式中，发明提供一种转子表面密封件，并且该实施方式包括沿径向辐射出来并且设置在所述转子的平坦表面上的径向特征部，诸如脊、凹痕、条等，这些特征部减少与所述转子的平坦表面交叉的流体的切向流。

在另一个相关实施方式中，提供一种以允许调节功率输出的方式操作高效混合循环发动机的方法，该实施方式的方法包括：在所述循环的加热部分中，将燃料加入容积并且致使所述燃料燃烧，当添加所述燃料时，添加的燃料量在所有循环范围内基本上是不变的，从而当添加燃料时在每个循环范围内产生最大功率；和控制燃料的添加以在每单位时间仅足够数量的循环范围内发生添加，从而产生所述发动机的期望功率输出，并且，对于其中燃料的添加被制止的每个循环，通过(i)从所述发动机的壁直接地传热以及(ii)从热交换器传热中的至少一种传热而在所述循环的加热部分期间加热。在其他相关实施方式中个，所述高效混合循环发动机是上述实施方式所述的任一种发动机。

再一个实施方式提供一种改进的均质充量压燃式转子内燃机，当燃料-空气混合物的状态被从次临界转化成临界时，致使所述混合物燃烧。所述改进包括：机械基板上承载的催化表面，所述表面通常对所述混合物隐蔽；和触发器，所述触发器用于当所述混合物处于最小容积状态下时使所述催化表面暴露于所述混合物来启动燃烧。在另一个相关实施方式中，所述触发器包括直接放置在所述发动机的转子上的催化表面，使得每当所述转子在循环中达到特定角范围时所述催化表面被暴露。可替代地或另外，所述触发器包括放置在所述发动机的壳体的一位置中的催化表面，使得每当所述转子在循环中达到特定角范围时所述催化表面被暴露。

附图说明

通过参考参照附图理解的下列详细描述将更容易理解发明的前述特征，其中：

图1是示出根据本发明的实施方式与奥托循环和狄塞尔循环对比的高效混合循环的图；

图2是示出根据本发明的实施方式的执行扫气方法的高效混合循环的图；

图3a-3c示出根据本发明的实施方式的具有2个直门的转子发动机；

图4和图5示出在高效混合循环的不同部分期间图3的发动机；

图6示出根据本发明的另一个实施方式的具有2个直门的转子发动机；

图7示出根据本发明的另一个实施方式的具有2个直门的转子发动机；

图8示出根据本发明的实施方式的具有2个枢转门的转子发动机；

图9示出在高效混合循环的不同部分期间图8的发动机实施方式；

图10示出根据本发明的另一个实施方式具有形成壳体的一部分的2个枢转门的转子发动机；

图11示出根据本发明的实施方式可以用于合并扫气过程的循环的具有2个枢转门的转子发动机；

图12示出根据本发明的实施方式的具有转子和枢转门的转子发动机；

图13示出根据本发明的实施方式的具有2个转子和2个门的发动机；

图14示出根据本发明的实施方式的具有多个转子和多个门的发动机；

图15示出具有包括多个门的两个转子的本发明的实施方式；

图16示出图15描绘的发动机的运转顺序；

图17示出根据本发明的实施方式的具有多组枢转门的发动机的分解图；

图18a和18b示出图17描绘的发动机的立体图和剖视图；

图19a-19d示出在高效混合循环的不同部分期间图17的发动机实施方式；

图20a-20c提供图15中展示的发动机的元件的放大细节；

图21示出具有单个转子和多个叶片的发动机；

图22示出根据本发明的实施方式的双向活塞发动机；

图23示出根据本发明的另一个实施方式的双向活塞发动机；

图24示出根据本发明的另一个实施方式的多活塞发动机；

图25示出根据本发明的实施方式的具有门驱动器和多个活塞的发动机；

图26示出根据本发明的实施方式的具有双门和多个活塞的发动机；

图27示出根据本发明的实施方式的双活塞偏心轮驱动发动机；

图28-32示出根据本发明的实施方式的相反活塞发动机；

图33示出根据本发明的实施方式的双转子内燃机；

图34a-34e示出在循环的全部不同部分中图30的双转子发动机；

图35示出根据本发明的实施方式的另一个双转子发动机；

图36示出根据本发明的实施方式的偏心轮单叶片发动机；

图37示出根据本发明的实施方式的燃料输送系统；

图38示出根据本发明的实施方式的用作均质充量压燃触发器(HCCI)的催化剂；

图39示出供本发明的实施方式之用的涂有催化剂的转子；

图40a-40e示出根据本发明的实施方式的各种表面密封件；

图41示出根据本发明的实施方式的浮动盖密封设计；

图42描绘了根据本发明的实施方式的集成式转子发动机；

图43a-43f示出根据本发明的实施方式的各种转子密封机构；

图44a-44b示出供本发明的实施方式之用的辊子和顶端密封件；

图45示出根据本发明的实施方式的剖分式表面密封件；

图46示出根据本发明的实施方式的双叶片密封；

图47示出根据本发明的实施方式的表面密封件和顶端密封件。

具体实施方式

定义。如本说明书和附随的权利要求中使用的，除非上下文另外要求，下列术语应该具有指出的含义：

“转子”是可旋转地安装在壳体中的结构，其将作为燃烧结果产生的扭矩传输到机械输出。

“门”是用于隔开容积部的可移动结构，其周期性地或连续地和与其相对移动的诸如转子的构件接触。门可以通过旋转运动或平移运动而运动，并且这种运动基本上不需要改变相应空腔的容积。

“叶片”是可移动结构，叶片的运动导致容积部的位移，叶片也具有隔开功能并且周期性地或连续地和与其相对移动的诸如转子或壳体的构件接触。

“活塞”是相对于壳体线性移动的质量块，活塞位于壳体中，并且将作为燃烧结果产生的力相对于壳体直接或间接地传输到机械输出。“线性”运动在此包括沿着可以是直的或弯曲的路径运动。

“密封系统”是用于减小相对于彼此可动地安装的两个配对件之间的间隙的装置。这种间隙尤其可以归因于制造公差的限制以及配对件经历的热膨胀的差异。

棱柱面是由平行于给定直线并且和与该给定直线不在同一平面内的虚线相交的所有直线产生的表面。虚线是表面的准线；平行线是表面的母线(或者元)。假如虚线是闭合的(即闭合多边形)，则表面是闭合棱柱面。

为了前述讨论，将使用具有相应定义的下列术语：

A/F-空气/燃料

气刀-由风扇吹过扫气室或吹过进气口和排出口的空气，进气口和排出口彼此相对或者彼此成一定角度地定位。

室：

a.CbC-燃烧室

b.CmC-压缩室

c.EpC-膨胀室

d.EhC-排气室

室-发动机的各种部件之间的充满工作介质的空间

CV CbC-等容燃烧室

EGR-废气再循环

门：

a.压缩器门；也称为C门

b.膨胀器门；也称为E门

HEHC-高效混合循环

HCHC-均质充量混合循环

HEHC-S-高效混合循环(以扫气模示)

HCHC-S均质充量混合循环(以扫气模示)

加热-可以通过在空气中燃烧燃料或者通过热交换过程增加热，其中通过位于等容燃烧室内的热交换器或者只通过发动机的壁(主要是燃烧室壁)实现热交换过程。

FI-燃料喷射器

V_CbC-燃烧室容积

WM-工作介质-空气或空气/燃料混合物或燃烧的气体

在本申请中，公开了发动机的若干个不同实施方式。这些发动机实施方式描述了能以非常高的最大效率(～57％或以上)、非常高的最大平均效率(～50％以上)、非常高的功率密度和特定功率、低振动水平、低噪声水平以及低排放水平运转的发动机。

为理解设计意图并且为了完整性，将重申图1所示的高效混合循环的基本热力学原理。图中所示的循环的基本前提包括下列循环部分：(1)仅将空气压缩到高压缩比(类似于狄塞尔循环发动机)；(2)在等容条件下加热(通过燃料的燃烧或外部加热)(类似于奥托循环发动机)；以及(3)膨胀到大气压力(类似于阿特金森或米勒循环发动机)。因为该发动机完成了其中在等容下加热的循环，在此期间压力增大，所以发动机可以被称为等容加热发动机。

能在等容加热和过膨胀的机制下运转的发动机包括固定部分和可移动部分。固定部分有时在本文中被称为壳体。可移动部分可以包括下列结构中的一个或更多个，即：转子、活塞、门以及叶片。可移动部分通常在循环的至少一些部分期间隔离空腔，其中空腔包括在固定壳体和可动部件之间形成的空隙。空腔在循环期间充满工作介质。在发动机运转期间空腔容积的变化是工作介质压缩或膨胀的体现。

在根据本发明的实施方式的发动机运转期间，固定壳体和可动部件之间形成的空腔充满工作介质。该工作介质(WM)在发动机运转期间经历循环变换。在第一阶段中，空腔从其初始容积V₁收缩到最小容积V₂。在该步骤期间，空腔被称为压缩室(CmC)，具有初始容积V₁。在第二阶段中，空腔在有限的时间段内基本上恒定地保持在V₂。在该阶段期间，空腔被称为燃烧室(CbC)，具有恒定的容积V₂。随后空腔将膨胀为容积V₄，使得V₄≥V₁≥V₂。在该阶段期间，空腔被称为膨胀室(EpC)，具有最终容积V₄。

当该空腔的容积处于V₂≤V≤V₁时，可对工作介质加热。在运转阶段当容积从V₁收缩到V₂时，对工作介质做功。在运转阶段当空腔的容积基本上恒定地保持在V₂时，除了可能克服小的摩擦损失之外，不对工作介质做功或者从工作介质提取功。在运转阶段期间当容积从V₂膨胀到V₄时，从工作介质提取功。

由循环产生的净功是提取的功和施加的功之差，还要考虑由系统中摩擦引起的损失。假如借助于燃烧燃料增加热，则发动机构成内燃机。假如通过外部装置，诸如通过热管或直接加热壳体壁等增加热，则发动机是外燃机。

在本申请中，公开了若干实施方式，包括各种壳体构造和不同的可移动部分。除其他标准循环，诸如狄塞尔、奥托、HCCI等之外，所公开的实施方式都能执行本文公开的高效混合循环。

本发明的各种发动机实施方式将以具有火花点火的传统奥托循环、具有燃料喷射的传统狄塞尔模式或者以HCCI模式运转。

和传统活塞式发动机相类似，高效混合循环(HEHC)和均质充量混合循环(HCHC)可以被称为四冲程循环，因为它们具有4个独特的冲程：进气、压缩、燃烧&膨胀、以及排气。这些循环中的任一个的扫气变型等同于2冲程发动机循环，其中，在膨胀结束时，空腔通过吹过的周围空气扫气，这除去了燃烧气体，并且用新鲜空气或空气/燃料混合物充量再装满空腔。

如所示的，图1和图2示出了HEHC压力-容积曲线图。在初始状态下，像狄塞尔循环一样，在压缩冲程期间仅空气被压缩。可以在接近压缩冲程结束时或刚好在压缩冲程之后添加燃料。因为空气在此时已被压缩成相对高压(～55bar)，所以类似于现代狄塞尔发动机中所用的那样，需要高喷射压力以实现完全燃烧和清洁排气。除例如在火花点火的奥托循环发动机中实现的，以恒定容积发生燃烧以外，其运转与狄塞尔发动机类似。然而，与火花点火式发动机不同，因燃料喷射到非常热的压缩空气中而发生燃烧。然而，尽管具有所述的这些，也可以使用火花塞。类似于阿特金森循环，在该循环中膨胀至环境压力。

部分负荷运转可以如狄塞尔发动机中那样通过燃料调节实现，或者如将在下面描述的，通过跳过全部喷射中的一些来实现。

由于该循环类似于狄塞尔循环、奥托循环以及阿特金森循环，所以将该循环称为“混合循环”。在燃烧和/或膨胀冲程期间也可以喷射水，因为这可以提高发动机的效率，同时提供从发动机内部的冷却。

假如可动部件和壳体之间的泄漏保持在低水平，则该循环的最高效率预期是大约57％，而平均效率预期是50％以上。

从设计角度出发，这种循环的实施将需要在有限时间段内存在等容燃烧室并需要存在大于进气容积的膨胀室容积。另外，假如如图2所示使用扫气(在进气/排气期间空气吹过)，则可以省去进气冲程和排气冲程。

均质充量混合循环(HCHC)是HEHC的变型，在HEHC中与仅压缩空气相反，在进气和/或压缩冲程期间形成的稀薄空气/燃料混合物被压缩。当混合物在压缩冲程结束时达到足以自动点火的温度时，发生自燃。与HEHC比较，HCHC以略低压缩比为特征，因此表现出低效率。

HCHC循环也可以与传统的均质充量压燃(HCCI)比较，当空气/燃料混合物的温度达到自动点火点时将发生HCCI，适当地设计发动机，自动点火点会精确地出现在压缩结束时或者正好在压缩结束之前。在HCCI循环中在整个容积中点火几乎是瞬时发生的，没有火焰传播或冲击波，并且在低温和低压下发生，虽然低温对于排放物和发动机综合性是好事情，但是低压会导致比在HEHC期间获得的效率低的低效率。

对于给定的进气口温度、压力、废气再循环(EGR)量、空气湿度等，存在空气对燃料的临界比(λ)，在该临界比之下，当压缩混合物的温度在压缩结束时达到自动点火点时发生自燃。为了进一步讨论，将这组条件定义为“临界条件”。例如当进气温度太冷而其他所有参数相同时，则当空气/燃料混合物达到目标压缩比时，不会发生燃烧。相反地，当所有参数都为临界值但是空气/燃料混合物太稀时，也不会发生燃烧。这种条件可以被称为“次临界的”。

在传统的HCCI发动机中，可发生自动点火的时窗非常窄，这对部分负载状态期间的发动机控制提出了非常有挑战性的问题。这就是为什么传统的HCCI发动机在过去25年仍处于研究阶段的原因。在奥托发动机中，火花扮演燃烧触发器的角色。在狄塞尔发动机中，开始燃料喷射作为触发器。在经典HCCI中，不存在触发器，这是燃烧过程非常难以控制的原因。假如在上死点(TDC)之前发生点火，则在活塞的全表面上作用的燃烧气体作用力将抵抗活塞的运动，从而不但使发动机慢下来并大大降低效率，而且最终将破坏发动机。假如点火发生在TDC之后，则效率将被显著降低。延迟越长，效率越低。

因为燃烧几乎是瞬时的，所以等容燃烧室严格来说从效率角度看不是必需的，但是从控制角度看是关键的，因为其为发生燃烧提供相当大的时窗。HCHC循环由于若干原因而优于传统HCCI循环。一个原因包括它的膨胀容积比进气容积大，这产生较高的效率。在HCCI和HCHC发动机中，燃料均可与空气一起被低压燃料喷射器或汽化器喷射到进气口内。除此之外，可以在恰好达到自动点火条件之前执行第二次燃料喷射。该附加的喷射由于燃烧延迟而将对自动点火定时仅有微小的影响，但是将允许在部分负荷情况下进行控制并且导致效率增大。附加的燃料将不会有足够的时间经历整个均质过程，并且该燃料将表现为在原始的均质空气/燃料混合中悬浮或穿过的小团。如在上述HCCI的情况下，原始的混合物或略微次临界混合物将自动点火，而附加的燃料将迅速蒸发并用于二次燃烧。对于最有效燃烧的“次临界度”的程度必须以分析和实验方式确定。顺便提及，这种附加的燃料喷射在传统HCCI中也是可行的。虽然可以使用汽化器和燃料喷射器(FI)，但是因为它们都提供非常类似的功能性，所以可在发动机中仅使用一个。为通过切断燃料供应控制部分负荷运转，优选地是使用燃料喷射器。假如使用汽化器，则应当在全节流下运转以避免节流损失，因此仅需要对供应特定量燃料的针型阀进行控制。

具有等容燃烧室(CV CbC)允许用于发生自动点火的大的操作时窗。这是由于自动点火可以在产生等容燃烧室之后(这相当于传统发动机的TDC点)任何时间发生。

对于在一些实施方式中点火事件的定时，重要但非关键的是：假如自动点火发生在压缩冲程结束稍稍之前(可与TDC相当的点)，则由于燃烧室“咽喉部”或出口横截面的小尺寸，作用在发动机的运动元件(即转子)上的差动力将非常小。在“TDC”之后发生任何自动点火也可以，因为这将在等容燃烧室内发生，即，在可动部件(即转子)上作用的力仅沿径向作用而被轴承完全吸收时，也就是说在这些力不会阻止运动时发生。

由于等容燃烧室的存在，通过使燃烧室暴露于催化物质而将“触发器”引入系统是相对容易的。由于激励点火而发生燃烧，可以通过专利申请PCT/US07/74980中所述的各种方法实现激励点火，该专利申请以引用方式并入本文。实现激励点火的一个简单方式是通过将诸如镍的催化剂淀积在组成等容燃烧室的其中一个表面上，使得当容纳处于略微“次临界”条件下的压缩的空气/燃料混合物的室进入容纳催化剂的部分时，将由这种催化剂触发反应。假如预期燃烧在膨胀区中继续(尽管这从效率观点看是不期望的)，则该催化剂部分可以延伸到膨胀区内，见图39。

术语“扫气的”在本文中是从传统的2循环压缩或火花点火发动机借用的：空气在膨胀冲程结束时吹过气缸并且燃烧空气被新鲜充气代替。假如使空气在膨胀冲程结束时吹过室，则可以对在HEHC或HCHC下运动的发动机应用相同概念。因而，排气室和进气室可以由扫气室代替。

扫气可以通过“气刀”实现，气刀即由风扇吹过扫气室或吹过进口和出口的空气，进口和出口彼此对置或者彼此成一定角度地定位。

该模式的益处在于增大功率密度，因为室中的一个被除去。因为扫气可以与冷却结合，假如需要发动机外部冷却，则这会是特别有益的。

因为需要能量清扫空气，所以缺点是效率略微降低。

图1a)示出了理论效率的定性比较。图1b)示出了理想循环的定量比较，该定量比较计算出最大理论效率，基于用于HEHC、狄塞尔以及奥托循环的下列公式进行计算：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{th}}^{\mathrm{HEHC}}=1-k\frac{T_4-T_1}{T_3-T_2}=1-k\frac{r_E-r_C}{r_E^k-r_C^k}$

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{th}}^{\mathrm{Disesel}}=1-\left(\frac{1}{k}\right)\frac{T_4-T_1}{T_3-T_2}=1-\left(\frac{1}{k}\right)\frac{r_E^{-k}-R_C^{-k}}{r_E^{-1}-r_C^{-1}}$

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{th}}^{\mathrm{Otto}}=1-\frac{T_4-T_1}{T_3-T_2}=1-\frac{1}{r_C^{k-1}}$

在此，k＝1.3；r_C-压缩比；r_E-膨胀比；T₁至T₄是循环中的不同时刻的工作介质的温度。也见图1a中定义的时刻。

全负荷运转是显然的，并且最大量的燃料被上述装置中的一个喷射。为了以部分负荷运转，尤其是通过重质燃料像柴油、JP8等部分负荷运转，有大量选择可用。可以和传统发动机中一样调整燃料的量。发动机可以在稀油状态下运转，即喷射比化学计量燃料少的燃料并且以HCHC模式运转。与传统HCCI发动机中一样，可以改变EGR的量。可替代地或优选地，发动机可以以“数字模式”运转，即运转全负荷下的每个循环，但是时不时地跳过一些循环。例如，每十个循环跳过三个将使得能在～70％的总功率下运转；每十个循环跳过八个将使得能出借～20％运转等。

跳过循环可以仅通过切断燃料供应而实施。在这种情况下，于是压缩器中压缩的空气将在膨胀器中膨胀。这将不但由于工作介质(在该示例中为空气)充当空气弹簧而以最小能量损失发生，而且回收一部分能量也是可能的，因为热从膨胀器的壁传送到空气，从而在内部冷却发动机，同时升高温度，因此膨胀气体的压力借此弥补一部分这样的冷却损失。这和传统发动机形成对比，传统发动机需要外部冷却(通过空气或冷却液)，损失是无可挽回的。

为执行这种运转模式，发动机装备有电子控制阀和止回阀，该止回阀防止在“中断”循环期间压力下降到低于环境压力。采用飞轮以使转矩波动变平滑，或者另选地，使用多缸结构取代飞轮或除飞轮外增设多缸结构。

假如发动机装备有外油箱和离合器，则可以为了增大的功率需求的持续而将压缩器断开，从而允许大约50％的功率增强，因为发动机将不会为压缩空气消耗这一量的能量。可替代地，假如在汽车中使用，可以通过断开膨胀器并且施加汽车动量以使车轮转动而部分地回收制动能，这进而将驱动压缩器，并且进而将压缩空气并且将压缩空气推入外部空气箱。

此后描述的实施方式是可以用来执行作为本发明的一部分提供的循环的实施方式。在本文件中，将参照汽车发动机。应当理解，提供的发动机同样也可应用于任何其他应用。

本发明的一个实施方式作为转子和直门实施方式提供。转子&两个直门实施方式具有由壳体(包括盖)、转子以及门形成的空腔，该空腔根据上述总体描述经历循环变换。图3至图7示出了该发动机。

图3给出发动机的总图和分解图，该发动机的门在这种情况下通过外部凸轮控制。也提供了发动机的主要部件的命名，也就是，壳体以及具有进气口和排气口的盖板(所有这些在一些实施方式中可以被称为壳体)、转子及两个门，该两个门包括C门或压缩器门和E门或膨胀器门以及可选的S门或分离器门。

如图4所示，转子(在其顺时针旋转期间)和壳体、盖以及门一起形成可变容积的空腔，现在将其称为室，这些室包括压缩室(CmP)、进气室(InC)、燃烧室(CbC)、膨胀室(EpC)以及排气室(EhC)。注意，如从图4和5明显看出的，不是所有的室都将同时存在。除了CbC之外所有的室都具有可变容积。

为便于前述讨论并参考用于循环描述的图2和用于相应的工作顺序的图5和6，定义下列术语：V₁是CmC进气容积(见PV图上的点1，图1)，这是在进气冲程期间该室可以采取的最大容积；V₂是CbC压缩空气容积(见PV图上的点2，图1；V₁≈12至25倍的V₂；这是等容CbC)；V₃是V₂减去在燃烧结束时的容积(见PV图上的点3，图1)；V₄是与P₄＝1bar对应的点4处的燃烧气体的EpC排气容积(见PV图上的点4，图1)。

发动机的工作顺序在图5a)至图5c)中示出并且在下面的表格中描述。

图5	进气	压缩	燃烧	膨胀	排气
						a)	开始	进行中
b)			进行中		开始
						c)				进行中	进行中

本发明的实施方式中的门被下列装置之一驱动和控制：如图3至图6所示的具有弹簧的外凸轮(这非常类似于现代发动机中的提升阀致动)；连控轨道凸轮，当两个凸轮控制门的位置时(这也类似于采用连控轨道凸轮的现代发动机中的提升阀制动)。有时，连控轨道凸轮被称为“共轭凸轮”。

如图6所示，门也可以由转子本身驱动，转子在这种情况下充当凸轮。反向运动可以由外凸轮或复位弹簧(传统弹簧或空气弹簧)提供。当这种门不参与相应的冲程时，战略性地在门上定位的突出部允许气体在门下逸出。例如，压缩气体将在不是压缩循环的一部分而仅“用于搭乘(for a ride)”的E门下离去。类似地，在膨胀冲程期间。膨胀气体在不参与膨胀冲程的C门下逸出。

直接机电驱动、气动驱动、液压驱动或任何其他适当的驱动(未示出)也是可行的。除涉及门几何尺寸、枢转点、壁的几何尺寸以及角度(例如圆锥形转子和相应的壳体壁以及门等)的改变之类的对于本领域专家微不足道的修改之外，还存在众多修改，这些修改可以改善发动的设计和运转，尤其是就涉及发动机的密封性能而言。

这些变型中的一些包括各种结构的门诸如图3所示的椭圆形门，因为可以在椭圆形形状上使用传统的高温聚合物O形环，所以椭圆形门可以提供提高的密封性能。矩形、三角形、曲线段等横截面也可以使用。门也可以由壳体和/或辊子(见图6和7)导向。而且，门上的各种部件可以是有用的：即，如图38所示，门上的唇部用来增强密封(由于作用于该唇部上的WM压力)以及止动件用来限制门的缩回。

门也可以由辊子导向。门可以由步进马达、线性马达、电磁系统、气动系统、液压系统或者任何其他适用于控制的装置控制。这也允许运转周期中具有更大的灵活性，并且也可以提供低的恒定摩擦力以及门和转子之间的紧密密封。

燃烧室可以被沿轴向剖开。两个、三个或更多个部分可以设置单独的燃料喷射器并且因而为部分负荷运转提供附加的控制。例如，假如CbC被划分成3个室并且燃料仅被加入到3个子室中的2个，则产生的功率将是总功率的2/3。其附加的重要益处是NO_X形成物的潜在减少，因为相对冷的空气将与热的燃烧气体结合。

进气口的位置可相对于转子位置变化。这将有效地允许改变V₁，从而改变压缩比。可替代地，可以使用可变大小的CbC(例如通过利用可缩回的柱塞)，因为这将使压缩比可变，而不会改变进气容积V₁。当需要进气容积V₁和压缩比具有更大的灵活性时，这些选项中的两个都可以使用。

氮/氧膜或氧浓缩器可以安装在发动机的进气口，限制空气中N₂的量，从而限制NO_X形成物的量。也参见美国专利No.6,640,794

(http://www.csiro.au/hannover/2001/catalog/projects/ceramic.html， http://www.csiro.au/solutions/psw3.html)

例如在门被弹簧加载并且运动由气体压力控制的情况下，重要的是确保从转子上的叶片施加小而恒定的力(反之亦然)。为使这能够实现，可以具有凸轮操作的弹簧，使得由弹簧施加的力-F＝kx(其中k是弹簧常数，x是变形量)由基本恒定的变形量提供。即，弹簧的一端应被固定在可动门上，而另一端应该由凸轮或由凸轮支承的表面直接支承。凸轮将确保变形量x保持近似恒定。

门、转子(以及叶片，适当时)可以在中间(垂直于轴线)剖分并且C密封件/弹簧或充气密封件/弹簧可以被放置在两半部分之间，这将迫使门/转子/叶片的平坦面充当表面密封件。作为剖分门/转子/叶片的替代方案是剖分这些元件的自身充当密封件的外表面。这在图45中针对转子示出，在图43中针对门示出。同样的观念也可以应用于叶片。边缘可以被硬化，而剩余的平坦面可以略微凹进以防止和壳体的平坦面相互作用而破坏密封。该凹进的容积部也可以承载一些油/油脂以帮助密封和润滑。

转子中的孔使转子变轻，并且允许气体能够在凹部下方逸出以防止“漂浮”。

两个门都由转子/凸轮驱动并且由位于门上方的空气弹簧施加背压。在完全抽出位置中(图6)，空气弹簧对门几乎没有压力。在完全插入位置中，门上的压力高。空气弹簧空腔中的油密封空气弹簧并且润滑门。油也可以被供应给门的辊子以减小摩擦并且形成液体动压轴承。门上的尾部能通过转子/凸轮支承门并且允许气体能够进入CbC或能够从CbC获得气体。壳体中的凹部允许门中的尾部能够被完全插入，这将空气损失减到最少。在运转期间，一个门由辊子支承，而另一个门由尾部支承(除燃烧冲程以外，在燃烧冲程两个门都由辊子支承)。辊子充当密封件。

假如使用集成式转子(图43)，则转子可以利用液体动压轴承，该液体动压轴承将使作为附加密封件的功能加倍，从而消除对支承转子的轴承的需要。

另一个变型可包括直的或在旋转转子内侧枢转的门。图6和8示出了该发动机的基本几何形状。与直门设计的差异是微小的。门以弧形枢转而不是滑动。该发动机的运转与直门设计的运转相类似并且在图9中示出。除针对直门设计描述的变型之外，枢转门几何形状的变型可能包括：通过挠性枢轴承枢转的门，以相同的枢轴枢转的门。

本发明的另一个实施方式包括具有两个枢转门的转子。该实施方式可以结合扫气设计。扫气可以以许多不同方式实现，包括使用扫气门设计。其他方式可以包括通用方法，像可应用于大多数实施方式的“气刀”概念。

实施扫气设计的具有两个枢转门的转子的实施方式具有由壳体、盖、转子以及枢转门形成的空腔，该空腔根据在前提供的描述经历循环变换。图10示出了该发动机。门由外凸轮(未示出，但类似于图12所示的那些)枢转到工作位置。盖被去除而显示发动机的主要部件，包括：壳体(盖板，未示出)、转子、两个枢转门(同时充当发动机的壁)、C门或者压缩器门、E门或者膨胀器门。两个门不必具有相同的形状。

如图9所示，转子，在其旋转期间，和壳体、盖以及门一起形成可变容积室。形成的室包括压缩室(CmP)、燃烧室(CbC)以及膨胀室(EpC)。注意，如从图9明显看出，不是所有的室都将同时存在。除了CbC之外所有的室都具有可变容积。

和在前的枢转实施方式不同，不存在进气室和排气室以及进气口和排气口(如果有益也可以有)，并且发动机以“2循环”扫气模式运转。在这种情况下，甚至吹送新鲜充气的扫气风扇也不是必需的，因为扫气室是宽的敞开空间。

该发动机的运转类似于直门和枢转门实施方式。图10示出了发明的变型，其中门绕枢转点枢转。替代性装置具有滑动结构的侧门。适当安装的轴承导向件应当能承担来自高压WM的侧向负荷。最后，也可以采用滑动和枢转的结合。

总而言之，扫气设计的不同变型涉及使进气口和排气口彼此接近地，优选彼此对置地定位并且使空气吹过进气口，从而产生“气刀”，该气刀将充当“壁”，从而防止来自排气室的交叉流进入进气室内。气刀将排气“拖”出排气室。该概念在图11中示出并且可应用于本申请中讨论的大部分实施方式。

根据本发明的一个实施方式还提供一种转子和枢转连接门的实施方式。该实施方式类似于枢转门设计，只不过门具有同一枢转点并且彼此相连接，从而形成看来是具有两端的一个门，该门用作E门和C门。几何学上这表示中空圆筒的一段。

CbC位于中空圆筒之内。这限制了从顶部接近CbC，但是因为可以从两侧接近CbC，这不会是大问题。CbC内的燃料输送和压力/温度测量需要该接近。

该发动机的运转类似于直门和枢转门实施方式。通过如图12所示的弹簧加载四连杆机构，或者通过本质上成为连控轨道驱动的对称四杆机构，或者通过任何其他适当的装置，围绕燃烧室以摆动方式驱动门。

可以存在这种非常紧凑的设计的许多种变型。假如如在图41中描述的，允许盖被刚性地附接于转子并且从而和转子一起转动，则可以在这些盖内形成沟槽，这些沟槽将用作凸轮来驱动门。该变型对于HCHC尤其重要，因为不需要燃料喷射器至CbC的入口。对于HEHC运转，燃料喷射器可以垂直于门的枢轴线定位在发动机的侧面。

枢转门可以被转换成完全旋转门，尽管以非匀速旋转。在形成CV CbC期间运动可以是连续的或者通过暂停可以是间歇的。最后，门本身可以用作CbC。

本发明的另一个实施方式提供具有两个转子和两个门的发动机。图13示出了两个转子和两个门的实施方式。该实施方式包括两个转子，即C转子和E转子；和两个门，即C门和E门；以及壳体。包含CbC的传输通道连接由壳体、转子以及门形成的空腔。转子通过齿轮、链条或正时带被机械地联接。为清楚起见，未示出盖、轴、喷射器等。为了进一步讨论，将该实施方式称为“单层(single deck)”，其基本上与单缸发动机对应。

转子基本上是D形的；具有相当大的等半径段对转子的阀调功能来说是极其重要的，这将在下面描述。D形在此用来表示具有从圆周除去的直切割段的大半圆形几何尺寸。当然为了运转的平稳性，角部是倒圆的。这种转子在此被称为D形或单叶转子。转子在其顺时针旋转期间和壳体、盖以及门一起形成变容空腔或室，如图13所示，包括压缩室(CmP)、进气和传输室(InC)、燃烧室(CbC)、膨胀室(EpC)以及排气室(EhC)。注意，如从图5明显看出的，不是所有的室都将同时存在。

在该发动机运转期间，空气进入进气口进入到C转子、门以及壳体形成的CmC内。然后，在CmC的大部分角行程期间传输空气，而CmC的容积不变。

在运转的传输部分期间，空气被截获在CmC内。这可有利地用来通过以下方式增大发动机运转的效率，即通过与第一层面对置地定位第二“层面”，即通过使第二“层面”的E转子与第一“层面”的C转子同轴，将热从膨胀器的壁经由热管传输到压缩器的壁，。

在传输阶段之后，C门接合C转子，并且空气被“D”形的前缘压缩到等容CbC内，而同时空气在“D”的后缘上被引入。在所有的空气都被压缩到CbC内之后，D形转子的径向部分堵塞通向CbC的孔。因此，转子执行阀的附加功能。

此刻，根据设计，沿相同或相反方向旋转的E转子仍堵塞从CbC通向膨胀室的孔。这两个转子的重叠限定等容时间的长度。

上述实施方式的变型可以包括具有两个单独的转子。这种实施方式使设计具有很大的灵活性，因为转子形状可以背离D形。虽然具有相当大的等半径段对转子的阀调功能是极其重要的，但是剩余的非等半径部分可以采取从直到凹的任何形状。

在转子形状中可以有一个以上“切口”，两个或三个以至更多个是可行的。这种转子将被称为2叶、3叶转子等。这将增大发动机的功率密度。

门可以是直的或弯曲的，在壳体内滑动或枢转。辊子可以用于导向目的并且减少摩擦。

假如转子是“集成式的”，即联接至与转子一起转动的盖，如图43所示，则门可以由位于端板上的凸轮本身驱动。

转子可以是不同直径或厚度的以适应HEHC的V₄＞V₁的条件。门可以由转子(如果是弹簧加载的话，弹簧可以是空气弹簧)或者由外凸轮或电磁的、液压的或其他装置驱动。

转子不必以相同的速度(和方向)旋转。通过具有多叶转子和/或使两个转子以不同速度旋转，可以减少以至完全消除相当长的暂停，在暂停期间WM被从一个位置传输到另一个位置。

2转子/2门实施方式可以被认为是用于较大系统的结构单元。虽然对任何上述实施方式都是如此，但是这对该发动机尤其有利。图14示出了6转子/12门实施方式的实例，该实例的益处在于，它使等同的2转子/2门系统的输出倍增，因为每对转子在单次旋转期间均发动两次。澄清一下，假如2转子/2门的转子功率输出是P，则6转子/12门系统将产生P×3×2＝6P的功率输出。

可以通过在中心定位的C转子和两个、三个或更多个E转子而形成单个特别紧凑的结构，其中E转子具有相同或不同的尺寸、相同或不同数量的叶片、相同或不同的旋转速度等。E转子可以围绕C转子对称地定位，从而在三个E转子的情况下形成大致三角形结构或者在四个E转子的情况下形成四边形结构等。

在本发明的另一个实施方式中，提供具有多个门的两转子发动机。基本发动机的多个变型是可能的并且对本领域技术人员来说是显而易见的。一个特别关注的实施例是轴向叶片发动机，其中叶片沿轴向而不是沿径向移动。使进气槽和排气槽在壳体和/或盖板中适当定位将允许执行HEHC、M-HCCI、M-HCCI+FI、HEHC-S等。

在本发明的另一个实施方式中，提供单个转子、多叶片发动机结构。在该几何形状中，转子在壳体内旋转并且携带两组(或更多组)叶片，每组叶片均由C叶片和E叶片组成，其中C叶片将新鲜充气压入CbC，E叶片使燃烧产物膨胀同时通过转子将功率传输到轴。图17至19所示的发动机根据上面的概述经历循环变换。

图17给出了发动机的总图和分解图，并且还定义了发动机的主要部件的名称，包括附接于输出轴的旋转转子以及包括C叶片或压缩器叶片的两组(或更多组)叶片，该压缩器叶片滑动成密切接近由插入件形成的C凸轮，而不接触该C凸轮。C叶片的位置由销控制，由壳座中的第一槽凸轮导向(图20c)。叶片和可动插入件的C凸轮表面之间为适应制造公差和热膨胀而存在的小间隙由位于C叶片上的一组顶端密封件和表面密封件以及位于转子上的活塞状密封件封闭。

E叶片或者膨胀器叶片滑动成密切接近由壳座形成的E凸轮，而不接触该E凸轮。E叶片的位置由销控制，由壳座中的第二槽凸轮导向(图20c)。E叶片和壳座的E凸轮表面之间的小间隙由位于E叶片上的一组顶端密封件和表面密封件以及位于转子上的活塞状密封件封闭，存在该小间隙以适应制造公差和热膨胀。

壳座(具有排气口)、壳盖以及可动插入件(具有进气口)对于一些实施方式在本文中可以被称为“壳体”。除限定(包围)空腔之外，壳体(基座和盖)具有形成E凸轮的曲面壁，该E凸轮引导E叶片的顶端密封件。壳座或壳盖，或者两者上的平坦面具有控制叶片的一般位置的两个槽凸轮。

除限定(包围)空腔之外，可动插入件具有形成C凸轮的曲面壁，该C凸轮引导C叶片的顶端密封件。该插入件被可旋转地安装在壳座内。它可以被静止地或动态地旋转±30度(或更多，如必要的话)以改变角度，从而改变两个凸轮之间的定相。该角度将控制形成等容燃烧室的时间的长度。未示出用于动态地改变角度(即当发动机正运转时)的移相器。

工作腔(室)由发动机的壳体、转子、叶片以及密封部件形成。这些在图18中示出。

室由壳体、转子、叶片以及密封部件之间存在的可变容积的空腔形成。从现在开始将其称为室，这些室正经历变换，其中容积从最小容积V₂扫到最大容积V₄。燃烧室具有恒定容积V₂。膨胀室的容积从V₂增大到V₄。排气室的容积从V₄减小到0。进气室的容积从0增大到V₁。

发动机通过执行上面定义的其中一个循环工作。在其运转期间，许多冲程同时发生。如图19所示，发动机在循环的进气部分开始。在进气期间，大量的新鲜工作介质通过位于插入件的侧面上或中心内的进气口(图19示出后一种布置)被允许进入，在轴旋转的主要部分期间，对于图17-19所示的两组结构这种旋转大约是45度。

当转子旋转(顺时针方向)时，推动沿插入件的C凸轮表面具有相应的密封件的C叶片使该C叶片枢转。WM被压缩到CbC内。CbC的“出口”被壳体封闭。

图19a)和19d)示出了压缩。图19a)、19b)以及19d)示出了进气。图19b)示出了压缩冲程的结束和燃烧冲程的开始。燃烧过程进入其完成阶段，而CbC的容积保持不变。CbC的容积保持不变的持续时间由C凸轮和E凸轮之间的定相控制，并且从而由可动插入件的位置控制。

图19c)示出了燃烧的结束和膨胀的开始。燃烧的WM离开CbC并且以非常大的压力但是在暴露于该燃烧WM的小面积之上推动E叶片。当旋转继续时，面积被增大，然而压力减小，导致在膨胀冲程的主要部分内扭矩相对恒定。

同时，E叶片的前缘将来自先前的循环的排气推出排气口。图19a)和19d)示出了膨胀和排气。

除涉及转子或叶片几何形状、枢转点、壳体几何形状以及角度(例如圆锥形转子以及相应的壳体壁和叶片等)的改变之类的对于本领域专家微不足道的修改之外，还存在众多的修改，这些修改可以提高发动机的设计和运转，尤其是就涉及发动机的密封性能而言。这些修改中的一些包括图17和图19所示的实施方式，其中两个叶片(每组中)在两个不同的凸轮(包括C凸轮和E凸轮)上连续地运行。可以并且可以有利地使两个叶片在位于壳体上的同一凸轮上间歇地运行。如先前的实施方式一样CbC将位于转子内，但是CvC将由凸轮的轮廓而不是由作用于叶片上的凸轮的相互移相限定。这在图20b)中示出。

可以使用以线性方式移动的直叶片代替基本设计结构(图17和19所示)以及图20b)所示的所有变型的枢转叶片。这些直叶片如为提高承载能力和密封性能所需可以由辊子支承。

可以使用移相器连续地改变暂停(等容CbC的持续时间)。

顶端密封件可以是传统类型的，如Wankel发动机中所用的一样，或者是本申请中讨论的任何类型。图17例如示出了周向密封件。

叶片可以是单体或多体设计。

半环密封件在圆形尺寸和扁平尺寸中必须由其自身的几何形状或由单独的弹簧施力。

密封栅由位于叶片、转子以及壳体内的多个半环密封件、顶端密封件以及表面密封件形成。

如同本申请中公开的大多数实施方式一样，可以通过在进气冲程期间或其后不久喷射稀的燃料/空气混合物来实现HCHC。在CbC等容阶段期间的任何时刻，WM应当达到均质充量混合循环(HCHC)中所述的其“临界条件”。为帮助达到该条件，可以用适当的催化剂涂覆壳体壁的一部分(E凸轮)，在如图20c)所示WM暴露于这种催化剂之后，该催化剂将在略微延迟(几分之一毫秒)内启动燃烧。

本发明的另一个实施方式包括具有两个气缸的单活塞设计。本实施方式有时被称为双作用活塞发动机，其可以被改进从而以高效的混合循环做功并且如图22所示可以以数字模式运转。

图22示出了特别紧凑结构的双作用活塞发动机的3D视图。驱动气缸的凸轮(活塞是由凸轮驱动的替代性结构也是可行的)可以是任何适当类型的：平面凸轮、槽凸轮、筒型凸轮、平板凸轮等。优选地是，这种凸轮具有同心部分，该同心部分在燃烧过程期间不使气缸运动，并且将提供比膨胀容积小的进气容积。这种类型的运动和阀的适当定时一起实现用于活塞式发动机的HEHC。也可能的是，凸轮的轮廓提供在形成NO_X的温度范围内，典型地从1350到1100摄氏度范围内的燃烧气体非常迅速的膨胀。这限制了N₂和O₂必须再结合以形成NO_X的时间，从而潜在地降低NO_X排放。凸轮也可以用作飞轮。

图22示出了球形燃烧室，该燃烧室降低了燃烧过程期间的热损失并且由于由凸轮运动赋予的片刻停止而保持等容。

阀、燃料泵(未示出)以及油泵(未示出)都由内凸轮和/或齿轮驱动，图22示出了该内凸轮中的一个。进气歧管和排气歧管(未示出)位于中心柱内。

一组两个发动机(未示出)可以简单地由六角形驱动器连接。两个以上发动机可以被连接以获得需用功率。多发动机结构的益处在于，相位可以以60度的增量改变以向负荷提供更均匀的运动以及在部分负荷运转下提供精密控制。

假如气缸用软铁或者高温超强磁性材料制造并且由电磁线圈环绕，则由发动机产生的动力可以被直接转换成电。另外，假如电磁力也被用来压缩空气，则可以在没有凸轮传动的情况下实现该发动机。所有的阀和泵也可以被电磁驱动或凸轮驱动。为提供用于压缩的机械能，可以将电能存储在合适的电池和/或超级电容器中。将需要有效的控制器作为凸轮控制运动的替代。最后，假如气缸和活塞被布置为环面段(图25)，并且活塞用软磁性材料或者更好地用高温超强磁性材料制造，则将不需要阀，该阀由适当的端口取代。气缸壁也可以在发生压缩并且特别是燃烧和膨胀之处由混合物制造(即部分由强金属制造)，并且在发生活塞加速和减速之处部分由非磁性材料制造。为使活塞加速而增大能量，并且为使活塞减速而提取能量，这导致燃料的化学能转换成电能产生。显然可以通过圆筒形结构而不是环形结构获得相似的结果。这具有简化发动机的机械部件的潜能。

也可以存在发动机的多种旋转式结构，HEHC与数字运转模式结合。这些结构中的一些在下列图中示出。

本文描述的各种结构，尤其是旋转式结构需要充分密封以使发动机能够有效运转。这些密封方案在下面描述。

图40b)示出了楔形密封件。在一侧或两侧上具有倾斜轮廓的扁平金属或复合材料，使得由转子的旋转引起的任何切向运动被转化成轴向力以增大密封压力。

图43示出集成式转子。在该密封系统中，通过使转子和盖结合并且允许盖随转子旋转，可以省略转子表面密封件。密封位置现在从转子的表面移到盖的径向表面。

本发明的另一个实施方式包括使用液态金属密封。该思想使用转子的表面上的沟槽中捕获的低熔点金属。当转子旋转时，摩擦和气体温度使金属熔化，该金属然后充当液封。

在发明的实施方式的情况下也可以使用油隔板密封。将油提供给转子的表面使得它沿表面收集在沟槽中并且充当防止工作气体逸出的隔板。类似的思想是使用油浸透的“布”，但是布有助于容纳密封油并且减少油泄漏。

剖分式转子密封件是本发明的另一个实施方式。该密封件包括两个部分，在这两个部分之间具有Wankel型密封件或者作为密封件的0.01″×0.01″矩形钢丝。各半转子密封件均由弹簧施力并且被允许在壳体内部漂浮以最小化工作间隙。

可设置剖分式转子，其中存在由油膜分离的多个～0.1″厚的“薄片”。转子被剖分成由类似于湿式离合器机构的流体薄膜分离的多个层。当转子旋转时，流体层的厚度增加，从而使转子板分离并且封闭表面以覆盖间隙而形成密封。

可以提供浸油的纳米地毯(纳米线、纳米刷)。使纳米尺寸的纤维在转子的表面上生长并且定位成包含油层，油层充当防止工作气体逸出的隔板密封件。

本发明的另一个实施方式包括具有电磁线圈的单活塞式发动机。该发动机的几何形状类似于先前描述的单活塞、2-气缸发动机的实施方式。在本实施方式中，假如气缸用软铁或者更好地由高温超强磁性材料制造并且由电磁线圈环绕，则凸轮可以用电磁驱动代替。

通过下列步骤将发动机产生的动力直接转换成电：(1)最初存储在小电池中的电能对超级电容器组充电；(2)然后，控制器使线圈通电并且移动活塞以引入空气，之后压缩空气；(3)照常添加燃料并且燃烧发生，导致膨胀冲程；(4)控制器使线圈断电并且将它们切换到使超级电容器再充电；以及(5)多余的电被用来驱动电负荷。所有的阀/泵都是凸轮或电磁驱动。

该循环最适合HCHC运转，使得不需要暂停。

本发明的另一个实施方式包括使用具有电磁线圈的多个活塞。

如上面的实施方式中的，假如气缸和活塞被布置为环面段(图25)，并且活塞用软磁性材料或者更好地用高温超强磁性材料制成，则将不需要阀，阀由适当的端口代替。气缸壁也可以在发生压缩并且特别是燃烧和膨胀之处由混合物制造(即部分由强金属制造)，并且在发生活塞加速和减速之处部分由非磁性材料制造。能量为使活塞加速而膨胀并且为使活塞减速而抽出，从而允许燃料的化学能转换成电能产生。显然可以通过圆筒形结构而不是环形结构获得相似的结果。这具有简化发动机的机械部件的潜能。

发动机的运转类似于如具有电磁线圈的单活塞实施方式所述的发动机。

本发明的另一个实施方式使用具有多个活塞的转子。图25示出麦克尤恩罗斯“罗塔”发动机的变型。在该结构中，新鲜充气由小的涡扇(也用作飞轮和活塞用驱动器)推动，其作为涡轮增压器/清除器或作为气刀/清除器工作。就清除器而沿，是指在同一运转中，当充进的新鲜空气被拉入时，排放产物被推出去。这与HEHC的2冲程型式对应。新鲜的充气然后被活塞压缩，活塞执行由凸轮从动件驱动的复杂的旋转/摆动运动，该凸轮从动件安放在位于涡扇/飞轮/驱动器的内表面上的槽内。为了简单起见而示出了槽的直型式。然而，假如使用曲线槽，则压缩循环通过短时暂停而结束，在短时暂停期间两个邻接活塞实际上不相对于彼此移动。在该暂停期间，这些邻接活塞之间的空间保持不变。这与等容燃烧(CvC)对应。在一些优先情况下应当喷射燃料使得它有时间和空气混合。这借助于通向框架的高压燃料喷射器以及相应的ECU(电子控制单元)和来自位置编码器及各种其他编码器的数据实现。该燃料喷射机构以现代柴油机为标准并且可应用于本申请中讨论的所有结构，为了简洁起见而不再重复。

可以提供该结构的4冲程型式，其中进气口和排气口是分开的，但是需要更复杂的驱动装置，所述驱动装置可以包括凸轮或者双偏心轮(未示出)。另外，如图25所示，可以使具有槽的驱动器静止或摆动，而活塞可以由具有相应的凸轮齿轮或非圆柱齿轮的偏心的双偏心轮驱动器驱动以提供CvC室。在这种情况下形成固定的等容燃烧室，并且可以使用传统的提升阀。

还提供一种也用作气刀清除器和飞轮的转子驱动器，该转子驱动器具有接合活塞上的辊子的槽。转子被相对于活塞的运动偏心地驱动。

本发明的另一个实施方式具有双活塞和双偏心轮驱动器。在本实施方式中，两个活塞在两端运转，从而命名为双活塞。第一活塞是在中间具有圆孔以接纳偏心驱动器的方形活塞。第二活塞具有供第一活塞在其中滑动的矩形凹部。发动机由双偏心轮驱动器驱动，该双偏心轮驱动器可以以两个方式中的一种实施。方形活塞(未示出)可以由双偏轮驱动器，诸如在图26中针对不同实施方式示出的那些双偏心轮驱动器驱动。具有矩形凹部的第二活塞不被驱动但是可以沿垂直于矩形活塞的方向滑动。双偏心轮驱动器在机械方面等同于2连杆系统并且照此可以被驱动以产生短时暂停，在该暂停期间形成等容CbC。端口位于固定壳体中以允许引入和排放。

图27示出双驱动发动机的另一种变型，其中：方形活塞由偏心轮驱动，而具有矩形凹部的第二活塞(“矩形活塞”)由另一偏心轮驱动。

在图27所示的实施方式中，方形活塞由偏心轮驱动，而“矩形活塞”由另一个偏心轮驱动。该布置的净效应在于第二“矩形活塞”绕主轴旋转。壳体容纳进气口和排气口以及燃料喷射器(未示出)。在活塞的相互运动期间，空气通过进气口进入第二活塞，被压缩。燃料被喷射并且基本上等容地燃烧，并且燃烧产物被膨胀到比进气大的容积，然后通过排气口排出。顺便说一下也可以用于许多其他实施方式中的双偏心轮可以允许暂停，该暂停与等容加热过程(等容燃烧)对应。

本发明的另一个实施方式包括两个对置的活塞结构。内燃机被用于对车辆和其他机器提供动力。典型的往复式内燃机包括主体、活塞、至少一个端口或阀、曲轴(用作驱动轴)以及连杆。主体限定气缸。活塞位于气缸内使得活塞的表面和气缸的壁限定内容积。端口位于主体中，并且允许空气和燃料进入内容积并且允许废气排出内容积。阀可在其中端口敞开的第一位置和其中阀关闭端口的第二位置之间移动。连杆在活塞和曲轴的曲拐部分(offset throw section)之间连接，使得活塞的往复运动导致曲轴的曲拐部分绕曲轴轴线旋转。

上述这种往复式发动机典型地具有气缸盖，该气缸盖和活塞的表面以及气缸的壁一起限定内容积。热被传递到气缸盖并且通过该气缸盖传导，从而导致内容积的能量损失和效率降低。提高效率的一个方式是通过减小活塞的表面的面积并且增大活塞的冲程(曲拐部分所沿的圆的直径)。点火延迟防止了燃烧在活塞运动之前完成，降低了自动点火所需的压力和温度，使得发动机仅可以在低的每分钟转数下运转并且功率相应减小。因为传统的活塞发动机是对称的(进气冲程和排气冲程相同)，所以膨胀冲程限于进气压缩冲程，导致当气体被排出时气体的温度相对较高。废气中的热量是导致效率降低的能量损失。通过使废气膨胀直到所有的可用温度和压力被取出，可以获得较高的效率。传统的发动机具有固定的几何形状，导致对于所有的运行条件具有给定的压缩比。通过更高的压缩比能实现更高的效率；然而，不同的发动机运转条件为了最高效率需要不同的压缩比。由于传统的发动机的固定的几何形状，而仅能实现一个压缩比，导致其他运行条件下的折衷效率。

本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：限定相互连通的(不必成一直线)的第一气缸和第二气缸的主体；分别位于第一气缸和第二气缸中的第一活塞和第二活塞，活塞表面和气缸壁限定内容积；位于主体中以允许空气和燃料进入内容积并允许废气排出内容积的至少一个端口；第一驱动轴和第二驱动轴，该第一驱动轴和第二驱动轴均具有为在穿过主体的驱动轴线上旋转而安装的轴承部分并且均具有曲拐部分，第一活塞和第一驱动轴的曲拐部分相连接，第二活塞和第二驱动轴的曲拐部分相连接，使得第一活塞和第二活塞的往复运动使内容积的尺寸在最小尺寸和最大尺寸之间增大和减小，并且导致第一驱动轴和第二驱动轴的曲拐部分绕驱动轴线旋转，内容积的最小尺寸几乎是等容的并且可在用于较低压缩比的大尺寸和用于较高压缩比的小尺寸之间调整；以及一个进气端口和一个排气端口，它们安装至通过活塞的运动打开和关闭的主体，从而允许膨胀比和压缩比不对称。在活塞的一个循环中，活塞的运动以及端口的打开和关闭分别允许和限制至少空气流入内容积。

内燃机可借助于通过安装在驱动轴上的旋转装置使一个驱动轴相对于另一个驱动轴定相，可以调节压缩比、进气口打开时间和持续时间、排气口打开时间和持续时间，以及膨胀比。由上述装置实现的过程也可以通过利用安装在两个轴上的两个转子代替两个活塞和两个曲柄来产生。当发动机运转或静止时，该旋转装置可以使一个轴相对于另一个轴旋转。

本发明的另一个实施方式提供一种内燃机，该内燃机包括：限定相互连通(不必首尾相连)的较大转子和较小转子的壳体，较大转子和较小转子分别位于壳体的较大端和较小端中，转子表面和壳体壁限定内容积；壳体中的允许空气和燃料进入内容积并允许废气排出内容积的至少一个端口；第一驱动轴和第二驱动轴(或者，假如成一直线，可以是一个凸轮轴)，第一驱动轴和第二驱动轴每均具有为在穿过壳体的各自的驱动轴线上旋转而安装的轴承部分。较大转子抽入新鲜空气并且压缩该新鲜空气。压缩空气的一部分被推动通过端口或阀并且被喷射到转子的排气侧内。该空气喷射在排气中引起反应以帮助减少碳氢排放物同时也减小进气容积。然后，剩余的压缩空气通过阀或端口被传输到较小转子，在该较小转子处空气被进一步压缩。这允许第二转子使压缩比倍增(倍增的量取决于两个转子之间的容积比；例如，假如较大转子是较小转子的两倍大，则将使压缩比加倍。假如较大转子是较小转子容积的三倍，则将使压缩比增至三倍，等等)。燃烧发生在较小转子上的上止点，在该上止点处容积对于三个转子角度(九个曲柄角度)几乎不变。在燃烧之后，较小转子的壳体中的排气在转子上施加力，从而使轴旋转。较小转子上的膨胀冲程等于较小转子上的压缩冲程。然后，该加压的废气通过阀或端口被传输回较大转子，在该较大转子处空气被更多地膨胀。这允许第二转子对于压缩冲程如上所述使膨胀比倍增。此时，压缩的新鲜空气通过端口或阀被喷射到废气中，导致二次反应而减少未燃的碳氢化合物。由于压缩侧上压缩空气的减少，该第二膨胀大于第一阶段压缩。因此，能够通过较大转子的壳体中的端口逸出壳体。

除对于本领域专家来说微不足道的修改之外，其中修改涉及改变端口和活塞尺寸、形状以及位置，不一般的修改是以同轴或几乎同轴结构定位两个活塞(与单层相对的双层)。

本发明的另一个实施方式包括基于图35所示的摆线转子(gerotor)设计的两个转子实施方式，其中内摆线转子和外摆线转子可以围绕固定轴线在壳体内以恒定速度旋转。内摆线转子使用比外摆线转子少的齿。壳体具有成一直线的进气口和排气口并且使用涡扇(未示出)以使气刀能够扫气。这使得能够进行HEHC-S(扫气的)操作循环。

低计数摆线转子是优选的，诸如3-4叶，如图35所示，因为当内摆线转子叶接合外摆线转子的相应的叶时几乎产生等容。2-3叶转子也可以使用，但是其产生非常长的暂停(等容期间)。当CV CbC的持续时间不重要时，尤其是对于HCHC运转也可以使用高阶摆线转子。

内转子旋转并且驱动外转子。弹簧加载或油支承的辊子帮助密封并减少摩擦。端口必须被成形并定位成使得进气容器小于膨胀容积。假如转子被以恒定速度驱动，则不存在CvC，但是由于恰好在燃烧之后存在的相对缓慢的容积膨胀率，准等容是可能的。可替代地，利用具有短暂暂停的驱动器可以实现真正的HEHC。再次，框架可以由凸轮/齿轮驱动以也实现真正的CvC。内辊可以被偏心驱动。如所有上述结构中一样也可以使用数字模式。在本实施方式运转期间，可变容积空腔或室由内摆线转子和外摆线转子以及壳体盖产生。每个室均旋转并且在其运动期间将容积从与CbC容积对应的最小容积V₂改变到与排气容积对应的最大容积V₄。燃料通过位于盖内的固定FI(未示出)喷射。该运转典型地依照HEHC-S循环，其中空气被清扫(排出并引进)，空气被压缩，燃料被喷射并燃烧，以及燃烧产物被膨胀。虽然示出了3/4结构，但是2/3、4/5等结构同样是可能的。该发动机也能以数字模式运转。

本发明的另一个实施方式包括单叶片结构。本实施方式基于图36所示的摆线转子设计，该摆线转子设计采用壳体(外摆线转子)和单叶片(内摆线转子)，单叶片围绕其轴线旋转而该轴线同时相对于壳体(在偏心轮上)旋转。内摆线转子使用比外摆线转子少的齿。如前述实施方式中，低计数摆线转子是优选实施方式，诸如图36所示的3-4结构，因为当内摆线转子叶接合外摆线转子的相应叶时几乎产生等容。然而，2-3叶结构也可以被使用，但是它产生非常长的暂停(等容持续时间)。当CV CbC的持续时间不重要时，尤其是对于HCHC运转来说也可以使用高阶摆线转子。

本实施方式的壳体和叶片一起形成4个(在这种情况下)可变容积空腔或室，这类似于4气缸活塞发动机。接合每个室的叶片进而模拟4冲程运转。工作介质将被引进、压缩、燃烧、膨胀以及排出。

壳体将容纳等容CbC，该CbC可以适当地位于壳体提升阀中或盖中。可以使用传统的提升阀或球形阀或盘阀控制进气冲程和排气冲程的定时。该图中未示出阀。假如CbC如所示位于壳体内，则可以采用柱形阀。这些阀将与壳体同心并且将旋转以使CbC的开口暴露于进气口或排气口。当室容积被减小时打开进气阀会允许比排气容积小的进气容积，从而完成循环的阿特金森部分。本实施方式也可以以数字运转模式运转并且可以和燃料喷射系统一起使用。

可以使用传统的低压和/或高压燃料喷射器。然而，这些喷射器和泵通常是大的(不可用于小发动机)并且非常昂贵。

替代方法是使用图37所示的非常紧凑且经济的系统。它由下列部分组成：(a)凸轮，该凸轮向活塞泵提供恒定的上升速率；(b)使燃料泵缸和喷射器或者引回燃料箱的一个或更多个旁路管线相连接的燃料歧管，(c)致动旁路活塞塞子的一个或更多个磁铁，(d)燃料管线，该燃料管线通向燃料喷射器并且通向燃料箱或者从燃料箱引出，以及(e)防止流体回流到燃料箱内并防止流体从燃料喷射器回流的一个或更多个止回阀(未示出)。

活塞将高压流体(燃料)供应给燃料喷射器，只要高压被施加于燃料喷射器的针形阀(未示出)该燃料喷射器就将“发动”。为产生高压，两个旁路活塞塞子应该堵塞旁路通道。假如一个或两个塞子处于“打开”位置，则流体压力不足以打开(或“发动”)FI。然后，使流体通过回流管回到燃料箱(未示出)。旁路管线是歧管中直径非常小的孔。塞子需要非常小的运动来阻塞旁路管线，从而可以使用简单的磁铁来提供非常快速的运动。

系统的运转也非常简单。在初始瞬间期间，一个塞子被关闭，并且第二个塞子被关闭；从而，尽管活塞被凸轮驱动而正在移动，泵也不会输送燃料。来自控制器的信号被发送给待关闭的当前打开的塞子。在非常短的延迟之后，塞子执行该运动，压力开始增大并且FI“发动”。同时地，或有一些延迟，第二信号打开第二塞子，从而再经历燃料泵缸中的压力并且使喷射器停止。因此，FI将仅在两个信号之间的延迟期间被发动，该延迟可能非常短。这将确保可以以所需的量输送燃料。

对于5-叶片发动机，凸轮具有5段，每段均产生自己的压力脉冲。假如使用两个喷射器，则它们可以被相同或不同的凸轮驱动，这可以提供相同或不同的压力(这实际上是燃料喷射器弹簧的功能，而不是泵的功能)。

值得提及的又一个替代方案是利用压电晶体堆以将燃料直接喷射在使用点。由于每次喷射均需要相对少量和燃料压力的事实，这是可能的。

在某些情况下可以允许少量的高度压缩空气能被截获在转子、压缩器转子以及壳体之间。这将在燃料喷射期间迫使该被截获的空气通过非常小的喷嘴进入到CbC内。高速、高压气流将破坏燃料流，使液滴蒸发以及帮助燃料和空气的混合。可替代地，可以执行整个燃料喷射机构(利用缩流效应(venture effect)，或只是由该“剩余的”加压空气驱动的柱塞)。

如在上面讨论的，已证实在均质充量压燃触发器(HCCI)循环下具有触发发动机运转的能力对于这种发动机的实际实施非常有益。多种触发器可以用于转子发动机的环境中，该转子发动机具有等容燃烧或接近等容燃烧。这些触发器包括催化剂、柱塞，以执行由来自点火火花塞的火花引起容积变化或温度增大。

具有等容燃烧室(CV CbC)允许用于自动点火发生的大的操作时窗。这是由于自动点火可以在产生等容燃烧之后的任何时间(其等同于传统发动机的TDC点)发生。即使自动点火在TDC之前发生，由于几何约束，经受燃烧压力的转子的表面非常小，从而使早燃效应最小化。另外，发动机的几何尺寸提供了独特的时机以通过除了火花点火或燃料喷射外的装置“触发”自动点火反应。在提出的发动机中，关于控制窗口的问题可以在两个层面上解决。点火事件定时虽然重要但不关键；因此，假如自动点火稍稍在压缩冲程结束(可以与TDC比较的点)之前发生，则如将在稍后解释的，发动机的可动元件(转子)上的差动力将非常小。在“TDC”之后的任何时刻发生自动点火都可以，因为将在CV CbC内发生，即当作用于可动元件(转子)的力将仅沿径向起作用并且将被轴承完全吸收，使得该力不能阻止甚至不影响运动时。

由于等容燃烧室的存在，通过使燃烧室暴露于催化物质而将“触发器”引入系统是相对容易的，如稍后所述。由于激励点火而发生燃烧，可以通过专利申请PCT/US07/74980中所述的各种方法实现激励点火，该专利申请以引用方式并入本文。然而，实现激励点火的一个简单方式是通过将诸如镍的催化剂淀积在组成等容燃烧室的其中一个表面上，使得当容纳处于略微“次临界”条件下的压缩的空气/燃料混合物的室进入容纳催化剂的部分时，将由这种催化剂触发反应。假如预期燃烧在膨胀区中继续(尽管这从效率观点看是不期望的)，则该催化剂部分可以延伸到膨胀区内。

在可以和本发明的发动机实施方式一起使用的密封系统中也提供本发明的实施方式。

密封系统的功能是封闭任何两个可移动安装的配合部件之间的间隙；该间隙由于制造精度以及两个配合部件之间的差动热膨胀引起。密封装置可以设置在一个可动部件或固定部件或者两个可动密封件上，从而密封它们之间存在的间隙。

表面密封件密封任何两个平坦的配合面之间存在的间隙。

顶端密封件密封当两个配合面中的至少一个是圆筒形时存在于两个配合面之间的间隙。

密封件可以包括转子、门、叶片或壳体。

一般地说，注意到，条形密封件通常包含适当的低摩擦、低磨损材料(可以是金属或聚合物)制成的条。该条位于其中一个密封件中的适当形状和尺寸的凹槽内，同时接触另一个密封件的表面，从而密封这两个构件之间的间隙。在运转期间，条可以由流体压力、离心力、弹簧或摩擦或者上述全部施力。

辊子密封件通常包含直径至少比间隙大几倍的辊子。辊子设置在密封构件之间，封闭间隙。辊子靠在其中一个密封构件的平坦面上和另一个密封构件的圆筒形旋转面上。密封构件的平坦面具有定位突起，该定位突起限制辊子相对于这种密封构件的位置并且允许辊子仅在突起内旋转。辊子由流体压力施力。

存在发动机内的密封室的多种传统方式，包括Wankel式顶端密封件和表面密封件。图40示出了表面密封件的变型。在申请人的专利申请##60/535,891、60/900,182、60/834,919、11/832,483以及PCT/US07/74980中描述了另外的密封件，以上专利申请以引用方式并入本文。本文描述并要求了多种新颖的结构。

根据本发明提供的新颖的结构的一个实施方式是斜面或楔形密封件。图40b)和40c)示出了斜面(楔形)密封件。密封系统包括转子中的具有匹配凹槽的斜面(在横截面中)密封件。该密封件最初由弹簧或弹簧系统施力，在运转期间密封件由下列机构中的一个或更多个施力：弹簧、如Wankel类型表面密封件中作用的气体压力以及摩擦。

摩擦力沿与转子的旋转相反的方向沿着壳体的表面拖动密封件。通常与转子的边缘轮廓相符的密封件是非圆形的；因此，它不能在凹槽内旋转。反而，它朝向壳体“爬上”凹槽的斜面从而密封间隙。

可选的弹性体或有弹性的金属密封件(C形、E形、U形或任何其他适当的横截面)可以用来提高密封性能。

本发明的另一个实施方式提供浮动盖密封系统。图41示出了浮动盖。浮动盖包括在轴向上不被刚性约束的盖。反而，浮动盖可以在壳体上方“浮动”0.001″至0.005″或更多。转子的表面始终和该盖接触。转子具有实际上接触盖的脊部，然而表面的剩余部分在脊部的表面之下凹进千分之几英寸。脊部表面可以被硬化或者以另外的方式加工以减少磨损和摩擦。此外，可以制造将被油润滑的能及的凹槽，这将进一步改善密封。

为密封浮动盖包括Wankel型的表面密封件(实施为凹槽中的由弹簧施力的金属条)。该密封件的直径永远略大于转子的直径，使得当转子旋转时，转子的圆周接合密封件。

由工作介质对浮动盖起作用引起的压力将趋于使浮动盖轴向远离转子的表面移动。为抵消该压力，一固定盖将支持浮动盖。为容纳浮动盖的轴向运动并补偿公差积累和热膨胀，浮动盖将由油膜支承，该油膜提供与由加压气体产生的轴向力相等并相反的反作用力。该膜将是可变厚度的，因为转子的每次旋转，膜都将被从略微加压的(10-20帕)恒压供油“再供给”。图中未示出的阀将在压缩室中的压力开始增大的一瞬间切断供给。油膜将被容纳在位于固定盖中的两组聚合物密封件之间的环内。

图42和图43示出了集成式转子实施方式。在这些图中，使用具有矩形横截面的门，但是相同的概念应用于贯穿本申请提及的任何其他适当的横截面，诸如圆柱段、椭圆形、复合形等。

集成式转子实施方式中的转子由转子本体和刚性地附接于转子的两个圆柱形端板组成。如图43a)和43b)所示，端板包含密封件，该密封件如所示可以是活塞状密封件、表面密封件或两者。因为端板与转子成一体，所以转子和端板之间不存在泄漏。

图42和图43b)、c)以及d)示出了矩形横截面，该矩形横截面具有和端板接触的表面密封件。这些表面密封件可以是标准的Wankel型并且可以如图43c)所示和顶端密封件成一体。

图44示出了辊子顶端密封系统。该辊子顶端密封系统适于与门、叶片以及矩形活塞一起使用。该辊子顶端密封系统可以用来密封两个表面之间的小(0.001″至0.050″或以上)间隙，两个表面中的一个或二者可移动。该辊子顶端密封系统由和这两个表面接触的辊子组成并且在一个表面上滚动在另一个表面上滑动。假如该辊子顶端密封系统被用来密封可动的门或叶片，其中该可动的门或叶片与第二密封件诸如转子周期性相关(即，它周期性地接近和离开转子)，则如图44a)或者44b)所示门将需要突出部以容纳辊子同时它不与第二密封构件接触。气体压力给该密封施力并且增强该密封。因为其中一个接触表面相对于辊子处于滑移运动，所以有利的是给该辊子顶端密封系统提供润滑油，这也将使得能够具有油支承的液压支承面。

转子和门(或者叶片或活塞等)都需要表面密封件以用发动机罩或集成式转子的平坦面密封转子和门。典型的表面密封件需要行程的从0到0.010″以上的任何位置。剖分式表面密封系统的主要思想是将表面本身用作密封件，代替使用表面密封件。为此，将需要表面密封件的表面分成两个或更多个部分并且在该两个或更多个部分之间提供高温弹性体或弹性金属构件(中间平面密封件)。

为说明该方法，图45示出了由两部分构成的剖分式转子表面密封件。这些表面密封件由滚珠轴承支承以减小滑动摩擦。表面密封件由螺旋弹簧或者波形弹簧垫圈(未示出)施力。中间平面密封件还为表面密封件提供一些能量，但是它的主要功能是密封间隙。由于陡峭角度(～12度)，表面密封件的垂直运动为大约+/-0.005″，该运动被转化成中间平面密封件的大约小于0.001″的径向运动。

图43c)示出了也由两部分组成的剖分式门表面密封件。

假如表面被分成许多部分，每个部分均要求大约0.0001″的非常小的待密封间隙，则代替弹性体或弹性金属，可以利用加压到10-15帕的油。油将不会流过0.0001″间隙，从而提供能量和密封功能。

类似的方法用于提供顶端密封件。顶端密封件可以被设置在被分成共面或共半径元件的门、叶片或者活塞上，允许这些元件之间的相对运动。这些元件中的每一个均执行其原始功能并且不依赖于其他元件而施力。图45给出了针对叶片的这种方法的实例，该叶片可以被分成两个叶片，每个均提供相同功能，只不过特别是在使用油时，由于油将在两个叶片之间聚集并且提供附加的密封，所以顶端密封功能被增强。每个半叶片在这种情况下均由离心力分别施力。可以使用两个或更多个共面或共半径叶片。

还可以通过提供具有沿径向辐射出的并且设置在转子的平面上的径向特征部诸如脊部(即参见图40e))、凹痕、条等的转子表面来增强转子表面。这些特征部减少了流体的与转子的平坦面交叉的切向流。这些特征可以单独地或与传统的表面密封件结合以及和本申请中提供的密封件结合地使用。

本陈述同样地适用于本申请中所有的密封件。本文提供的密封件可以单独地或彼此结合地以及与本文提出的其他概念结合地使用。例如，图47所示的顶端密封件可以作为催化剂载体被对折。它由如上所述用作用于燃烧反应的催化触发器的薄板(0.005″至0.025″厚或以上)形成。因为板趋于保持平坦并且也由于作用于板的端部的离心力迫使板端朝向壳体壁，所以这种板被自然地弹簧加载，从而提供密封。这种板的边缘应该仅突出千分之几英寸以覆盖制造公差以及转子和壳体壁的热膨胀。应该选择用于弹簧的材料比壁硬以减少边缘的磨损。这种板的后缘上的附加特征部(未示出)可以用来提供与放置板的转子的槽抵靠的板上的恒定预负荷。图47b)、47e)以及47f)示出了类似设计的表面密封件。这些密封件也被安置在已机械加工的凹槽内。凹槽的深度和表面密封件的厚度相同，但是由于密封件的自然曲率，密封件从转子的表面突出0.005″至0.010″。该密封由密封件的边缘完成。

气体压力对该密封件施力并增强该密封件。因为其中一个接触表面相对于辊子滑动运动，所以有利的是为该密封件提供润滑油，这也将使油支承液压支承面可行。

本发明的各种实施方式可以以在该段落之后(并在本申请所附的实际权利要求之前)的段落中列出的潜在权利要求为特征。这些潜在权利要求形成本申请的写成的说明书的一部分。因此，下列潜在的权利要求可以在包括本申请的稍后的程序中或基于本申请要求优先权的任何申请中作为实际权利要求提出。

潜在特征：

1.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.具有进气口和排气口的壳体；

b.以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子；

c.中空气缸的环形段，所述环形段被安装并驱动成围绕中心轴线以摆动方式枢转，所述段具有形成一对连接门的对置的第一端和第二端，每端均周期性地接触所述转子，从而限定所述壳体内的容积，所述容积在所述转子旋转期间展示一循环，其中：(i)当仅所述第一端接触所述转子时，所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量；(ii)所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量；以及(iii)当仅所述第二端接触所述转子时，所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。

2.一种内燃机，所述内燃机包括：

具有进气口和排气口的壳体；

相对于所述壳体可动地安装的至少三个活塞，每个所述活塞均由磁性材料形成；

围绕所述壳体设置的一系列电磁线圈，所述电磁线圈被以电子方式控制以将力施加在所述活塞上从而实现一循环，其中在所述活塞和所述壳体之间保持一容积，所述容积在所述活塞运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

3.一种用于转子发动机的密封系统，所述密封系统包括：

a.形成在壳体壁的内表面中的多个凹槽，和设置在各所述凹槽中的弹簧加载的密封条；

b.在所述凹槽之间位于所述壳体壁中的孔，所述孔联接至供油部；

c.设置在所述壳体壁和所述发动机的转子之间的浮动盖，所述浮动盖具有邻近于所述转子的表面的内表面和邻近于所述壳体壁的所述内表面的外表面，所述浮动盖的所述内表面包括直径大致符合所述转子的直径的凹槽以及位于所述浮动盖的所述凹槽中的弹簧加载的密封条；

其中所述供油部致使加压油向所述浮动盖的所述外表面施加轴向力，所述轴向力与由所述发动机的工作介质引起的所述浮动盖的所述内表面上的轴向力相反，从而帮助密封所述发动机。

4.一种在转子发动机中用于第一构件的顶端密封系统，所述第一构件是与第二构件相关的门或叶片中的一个，所述第二构件相对于所述第一构件运动并且在所述第一构件的接触区至少周期性地接触所述第一构件，所述顶端密封系统包括：

a.在所述第一构件的所述接触区中形成的凹部；

b.以能旋转的方式安装在所述凹部中的辊子，使得当所述第一构件接触所述第二构件时，所述辊子接触所述第二构件。

5.一种密封系统，该密封系统在转子发动机中用于密封第一构件和相对于该第一构件运动的第二构件之间的界面，所述第一构件具有平行于轴并且和所述第二构件接触的边缘，所述密封系统包括：

a.形成在所述边缘中的至少一个凹部；

b.安装在所述至少一个凹部中的多个轴向相邻的条，每个所述条均被弹簧加载，以使所述条保持与所述第二构件接合。

6.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.具有进气口和排气口的壳体；

b.以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子，所述转子具有形成在所述转子的边缘中的轴向沟槽，使得所述沟槽轴向地位于一体形成的两个端板之间；以及

c.至少一个门，所述至少一个门以能相对于所述壳体运动的方式安装从而可与所述轴向沟槽接合并且具有与所述轴向沟槽的形状相符的形状，

其中在所述至少一个门和所述转子接合期间，在所述至少一个门的表面、所述转子以及所述壳体之间保持一容积，所述容积在所述转子旋转期间展示一循环，其中：所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

7.一种用于改进在第一构件和第二构件之间在转子发动机中进行密封的密封系统，所述第一构件起叶片或门中的一个的作用，并且能沿轴线运动，所述第二构件相对于所述第一构件运动，所述第一构件在沿所述轴线的运动的限度内可抵靠所述第二构件接合，所述密封系统包括：

配对的部件，所述配对用作所述第一构件；

所述配对中的每一个均被安装成能沿所述第一构件的运动轴线分别运动；

使得每个所述部件均可与另一个部件不同地运动，以在所述部件的运动限度内改进密封。

8.一种内燃机，所述内燃机包括：

a.双向活塞，所述双向活塞具有进气口和排气口以及一对对置的活塞面；

b.壳体，该壳体同心地安装在所述活塞外侧并且具有一对对置的内接触面，所述壳体沿着纵轴线相对于所述活塞往复运动，每个接触面均在所述往复运动的限度下接近于所述活塞的所述活塞面中的相应的一个；以及

c.相对于所述壳体与所述活塞接合的活塞致动器，所述活塞致动器控制所述壳体相对于所述活塞的运动，使得在每个活塞面和所述接触面中的相应的一个之间限定一容积，所述容积在所述壳体相对于所述活塞往复运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

9.根据潜在权利要求8所述的内燃机，其中，所述活塞致动器是凸轮，所述凸轮具有对所述壳体相对于所述活塞的所述往复运动提供暂停的形状。

10.根据潜在权利要求8所述的内燃机，其中，所述活塞致动器是电磁线圈系统。

11.根据潜在权利要求8所述的内燃机，其中，所述活塞和所述壳体是圆筒形的。

12.一种内燃机，所述内燃机包括：

具有进气口和排气口的气缸；

设置成在所述气缸中互相协调地往复运动的一对活塞，所述活塞中的每一个均具有活塞面，所述活塞以如下方式联接至旋转输出，即：使所述活塞在所述气缸内并且在所述活塞面之间限定一容积，所述容积在所述活塞的往复运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

13.一种内燃机，所述内燃机包括：

a.具有进气口和排气口的壳体；

b.以能相对于所述壳体运动的方式安装的至少一个活塞；以及

c.用于将所述活塞移过一循环的装置，使得在所述活塞和壳体之间保持一容积，所述容积在所述活塞的运动期间展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

14.根据潜在权利要求13所述的内燃机，其中所述活塞包含液体。

15.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.内转子，所述内转子具有多个(N个)叶片并具有接纳构件，所述内转子围绕相对于所述接纳构件的轴线移位的轴线旋转地运动，所述接纳构件具有当所述内转子旋转时用于和相继叶片紧密配合的N+1个凹部，

b.用于使所述内转子相对于所述接纳构件旋转的驱动器，使得相对于所述内转子的每个所述叶片和所述接纳构件的相应凹部限定一容积，所述容积展示一循环，其中所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量，所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地维持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

16.根据潜在权利要求15所述的发动机，该发动机还包括壳体，所述壳体具有进气口和排气口，其中所述内转子相对于所述壳体沿第一方向旋转，并且所述接纳构件相对于所述壳体沿第二方向旋转。

17.根据潜在的权利要求15所述的发动机，其中，所述接纳构件是所述壳体的一部分，所述壳体具有进气口和排气口。

上述发明的实施方式旨在仅仅是示例性的；对于本领域技术人员许多变形和修改是显而易见的。所有这种变形和修改理应在任何所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.具有进气口和排气口的壳体；

b.以能旋转的方式安装在所述壳体中的转子；

c.两个门，每个所述门均以能相对于所述壳体运动的方式安装，使得每个所述门均至少周期性地与所述转子接合，其中在所述两个门中的至少一个与所述转子接合期间，在所述至少一个门的表面、所述转子以及所述壳体之间保持一容积，所述容积在所述转子的旋转期间展示一循环，其中：所述容积在所述循环的压缩部分中被从第一量减小到第二量；所述容积在所述循环的加热部分期间被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量比所述第一量大。

2.根据权利要求1所述的转子发动机，其中，所述门以能相对于所述壳体滑动的方式安装。

3.根据权利要求1所述的转子发动机，其中，所述门以能相对于所述壳体枢转的方式安装。

4.根据权利要求3所述的转子发动机，其中，枢转安装的所述门形成所述壳体的外壁。

5.根据权利要求1所述的转子发动机，该转子发动机还包括联接至所述门的两个凸轮，所述凸轮通过和所述转子的旋转同步的驱动系统旋转。

6.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.具有至少一个进气口和至少一个排气口的壳体；

b.以能旋转的方式安装在所述壳体中的多个转子，每个所述转子均联接至所述至少一个进气口中的一个或者所述至少一个排气口中的一个；

c.多个门，每个所述门均和所述转子中的一个相关联并接触；

d.至少一个燃烧室，所述至少一个燃烧室中的每一个均与一对所述转子中的每个转子相连通，所述一对转子的第一转子被联接至所述至少一个进气口中的一个，并且所述一对转子的第二转子被联接至所述至少一个排气口中的一个，所述第一转子和所述第二转子同步运动，其中(i)在所述第一转子的旋转期间，所述第一转子和其门与所述壳体相关地限定展示发动机循环的压缩部分的压缩容积，通过所述压缩部分，压缩容积量的空气被周期性地联接至所述第一转子的相应的燃烧室，并且(ii)在所述第二转子的旋转期间，所述第二转子和其门与所述壳体相关地限定了展示所述发动机循环的膨胀部分的膨胀容积，通过所述膨胀部分，所述第一转子的燃烧室中的燃烧混合物被周期性联接至所述膨胀容积；其中所述压缩容积在所述循环的压缩部分期间被从第一量减小到第二量，在所述循环的加热部分期间发生燃烧时的容积被基本上恒定地保持在所述第二量，并且所述膨胀容积在所述循环的膨胀部分中被增大到第三量，所述第三量大于所述第一量。

7.一种转子发动机，所述转子发动机包括：

a.壳体，所述壳体具有进气口和排气口以及内表面，所述内表面具有以不变的曲率半径为特征的第一弓形段和以形状不同于所述第一段的形状为特征的第二弓形段；

b.转子，所述转子以能旋转的方式同心地安装在所述壳体的所述第一段内并且围绕C凸轮同心地设置，所述C凸轮除具有凹部之处外具有半径恒定的柱面；

c.至少一个压缩叶片，所述至少一个压缩叶片可动地安装在所述转子中以接触所述C凸轮并且与所述转子、[残端面]C凸轮以及所述壳体一起限定压缩容积；

d.至少一个膨胀叶片，所述至少一个膨胀叶片可动地安装在所述转子中以接触所述壳体的内表面并且与所述转子和所述壳体一起限定膨胀容积；

e.燃烧室，所述燃烧室设置在所述转子中，与所述至少一个压缩叶片和所述至少一个膨胀叶片相关联，其中(i)所述压缩容积在所述转子的旋转期间展示压缩循环，通过所述压缩循环，压缩容积量的工作介质被周期性地联接至所述燃烧室，并且(ii)所述膨胀容积在所述转子的旋转期间展示膨胀循环，通过所述膨胀循环，所述燃烧室中的燃烧产物被周期性地联接至所述膨胀容积。

8.根据权利要求7所述的转子发动机，该转子发动机还包括多个压缩叶片、多个膨胀叶片以及多个燃烧室，各所述燃烧室均与对应的压缩叶片和对应的膨胀叶片相关联。

9.根据权利要求7所述的转子发动机，其中，所述至少一个压缩叶片和所述至少一个膨胀叶片由枢转支架和能滑动的支架中的一个安装在所述转子中。

10.根据权利要求7所述的转子发动机，该转子发动机还包括安装在所述转子中以提供所述转子和所述壳体之间的密封的多个C形环。

11.根据权利要求7所述的转子发动机，该转子发动机还包括形成在所述壳体内用于引导所述叶片的运动的多个凹槽。

12.一种内燃机，所述内燃机包括：

具有进气口和排气口的壳体；

设置在所述壳体中的低压室和高压室，所述低压室比所述高压室大，每个所述室均具有外旋轮线形内部，在所述外旋轮线形内部中设置有三顶端式转子，所述转子以能旋转的方式安装成在对应室内偏心地运动，从而形成三个空腔，这三个空腔在发动机循环内，执行进气、压缩、过渡以及膨胀功能，这些功能中的三个在任何给定时间在各室内运作；

其中(i)在所述低压室中执行压缩的空腔被联接至在所述高压室中执行进气的空腔；(ii)在所述高压室中执行膨胀的空腔被联接至在所述低压室中执行膨胀的空腔；以及(iii)所述高压室中执行过渡功能的空腔执行加热从而在其内产生燃烧。

13.一种用于相对于壳体密封内燃机的转子的系统，所述转子具有边缘和表面，所述系统包括：

a.凹槽，所述凹槽形成在所述转子的所述表面中，接近于所述边缘并且具有径向向内的壁和径向向外的壁，所述凹槽具有位于所述径向向外的壁中的斜面；和

b.密封条，所述密封条设置在所述凹槽中并且具有和所述凹槽接触的适形表面；

其中所述条与所述壳体摩擦接触地接合，所述壳体为所述密封条提供基本上平坦的表面，所述摩擦趋于使所述条相对于所述转子略微旋转并且沿离开所述凹槽的方向略微轴向移动，从而减小所述条和所述壳体之间的任何间隙并提高所述转子和所述壳体之间的密封。

14.一种改进的均质充量压燃式转子内燃机，当燃料-空气混合物的状态被从次临界转化成临界时，致使所述混合物燃烧，其中所述改进包括：

机械基板上承载的催化表面，所述表面通常对所述混合物隐蔽；和

触发器，所述触发器用于当所述混合物处于最小容积状态下时使所述催化表面暴露于所述混合物来启动燃烧。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述触发器包括直接放置在所述发动机的转子上的催化表面，使得每当所述转子在循环中达到特定角范围时所述催化表面被暴露。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述触发器包括放置在所述发动机的壳体的一位置中的催化表面，使得每当所述转子在循环中达到特定角范围时所述催化表面被暴露。

17.一种以允许调节功率输出的方式操作高效混合循环发动机的方法，所述方法包括：

在所述循环的加热部分中，将燃料加入容积并且致使所述燃料燃烧，当添加所述燃料时，添加的燃料量在所有循环范围内基本上是不变的，从而当添加燃料时在每个循环范围内产生最大功率；和

控制燃料的添加以在每单位时间仅足够数量的循环范围内发生添加，从而产生所述发动机的期望功率输出，并且，对于其中燃料的添加被制止的每个循环，通过(i)从所述发动机的壁直接地传热以及(ii)从热交换器传热中的至少一种传热而在所述循环的加热部分期间加热。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述高效混合循环发动机是根据权利要求1、6、7以及12中的任一项所述的发动机。

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