CN102787867A - 旋转活塞和缸体装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转活塞和缸体组件(1)，包括两个旋转活塞和缸体装置(2a，2b)，各个装置包括转子(7)和定子(10)，所述定子至少部分地界定了环形缸体空间(3)，所述转子是环形，并且所述转子包括至少一个从转子环延伸到环形缸体空间中的活塞(8)，使用中，在所述转子相对所述定子转动时，所述至少一个活塞圆周向地移动通过所述环形缸体空间，所述转子本体相对所述定子密封，并且所述装置进一步包括缸体空间活板装置(5)，其能够相对所述定子移动到所述活板装置分隔所述环形缸体空间的关闭位置，以及移动到活板装置让所述至少一个活塞通过的打开位置，所述缸体空间活板装置包括活板片，其中所述装置通过传送通道连接。

Description

旋转活塞和缸体装置

本发明关于旋转活塞和缸体装置，其可以是例如内燃机形式或诸如增压器或流体泵等泵，或诸如蒸汽机或涡轮更换的膨胀机。

在此的术语“活塞”以最宽的含义使用，包括上下文承认的，能够相对缸体壁移动的分隔物，该分隔物在相对移动方向基本上不需要实质性的厚度，但可以通常是叶片的形式。该分隔物可以具有实质性的厚度或是中空的。

本发明尤其关于这一类型的旋转活塞和缸体装置，该类型的旋转活塞和缸体装置包括转子和定子，所述定子至少部分地界定了环形缸体空间，所述转子是环形，并且所述转子包括至少一个从转子环延伸到环形缸体空间中的活塞，使用中，在所述转子相对所述定子转动时，所述至少一个活塞圆周向地移动通过所述环形缸体空间，所述转子本体相对所述定子密封，并且所述装置进一步包括缸体空间活板装置，其能够相对所述定子移动到该活板装置分隔环形缸体空间的关闭位置，以及移动到活板装置让所述至少一个活塞通过的打开位置，所述缸体空间活板装置包括活板片。

在一个极优选的实施例中，至少一个活塞基本从转子环向内延伸，并且所述定子基本位于所述环的内部。

如果需要，所述定子可以具有基本径向向外延伸超出所述环的部分。

较佳的，所述活板片代表基本径向地在所述环形缸体空间延伸的分隔物。

虽然理论上所述活板装置是可往复运动的，但最好避免使用往复式组件，尤其当需要高速时；并且所述活板装置最好是至少一个旋转活板片，其具有至少一个孔，该孔在活板装置打开状态下设置成位于与所述环形缸体空间的周向延伸孔对准的位置，以允许所述至少一个活塞通过所述活板片。

较佳的，所述至少一个孔设置在所述活板片的径向。

较佳的，所述转子适于容置所述活板片。

所述活板片较佳地从所述转子通过合适的传动装置驱动。

较佳的，所述转子的转动轴线不与所述活板片的转动轴线平行。最好是所述转子的转动轴线与所述活板片的转动轴线基本直交。

较佳的，所述活塞形成可以无障碍地通过所述移动中的活板装置的孔，如穿过所述环形缸体空间的孔。活塞较佳地形成为使所述活塞和所述活板装置的孔之间的间隙最小，使得当活塞穿过所述孔时形成密封。较佳地，在活塞的前表面或后表面(leading or trailing surface)或边缘提供密封。在压缩机装置的情况下，可以在前表面提供密封，而在膨胀机装置的情况下，可以在后表面提供密封。

较佳地，转子本体由定子可转动地支撑，而不是依赖所述活塞和所述缸体壁之间的配合来相对定位所述转子本体和定子。

应该理解，这与现有的往复式活塞装置不同，现有活塞通过多个合适的活塞环与缸体保持同轴，这些活塞环会引起较高的摩擦力。

较佳地，转子环通过由定子支撑的合适的轴承装置支撑。

较佳地，定子包括至少一个入口和至少一个出口。

较佳地，至少一个出入口与所述活板装置基本相邻。

较佳地，所述转子的角速度与所述活板片的角速度之比为1∶1。

多个连接的装置(不管是压缩机装置、膨胀机装置的形式或其它形式)可以与一个或多个共同的进气排气歧管联结。这可以使得具有更为持续流动的气体输入或输出(在所述多个装置可能具有不同的进气相位等时)。一个例子是增压器或压缩机，其中两个或更多装置可以与共同的输出歧管连接以产生几乎连续的输出流量。

根据本发明的一个方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个旋转活塞和缸体装置以及传送管，所述传送管将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口流体地连接。

根据本发明的一个方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，将一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，并且所述组件进一步包括热传递装置，用于使另一个装置的排放流体与传送管内的流体形成热流通。

根据本发明的另一个方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，并且所述组件进一步包括用于将另一个装置的排放流体传送到传送管的装置。

根据本发明进一步的方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，以及将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，其中传送通道具有湍流生成装置，在使用中，该湍流生成装置导致穿过所述传送通道的流体形成湍流。

根据本发明的另一个方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，以及将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，所述传送管具有共振控制装置，在使用中，该共振控制装置运行以使所述传送管内流体的流体压力波衰减或放大。

根据本发明的另一个方面，提供一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，以及将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，所述传送管具有压缩气体存储装置，在使用中，该压缩气体存储装置运行以将压缩气体供给所述传送管。

根据本发明的进一步的方面，提供一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，包括可调的出入口结构，所述可调的出入口结构包括可位移的定子壁部，所述壁部适于可相对于设置在所述定子内的孔区域移动，孔区域在所述缸体空间和所述装置之外的区域之间提供流体连通，并且所述出入口结构使得所述定子壁部可以移动，以改变所述孔相对所述环形缸体空间的位置和/或范围。

根据本发明的更进一步的方面，提供一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，其中所述转子设有孔区域，并且所述定子具有孔区域，所述转子和所述定子中的至少一个具有可移动部，并且当连通时，所述孔区域在所述环形缸体空间和所述装置之外的区域之间提供流体连通，并且所述装置的结构使得在使用中，所述可移动部可以移动这样可以改变所述孔区域中至少一个的角度范围。

本发明的另一个方面关于一种旋转活塞和缸体组件，包括两个所提及类型的旋转活塞和缸体装置，以及将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口连接的传送管，所述传送管具有吸音装置。

根据本发明的另一个方面，提供一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，包括可调的出入口结构，所述可调的出入口结构包括可位移部，所述可位移部适于可相对于设置在所述转子上的孔区域移动，该孔区域在所述缸体空间和所述缸体空间之外的区域之间提供流体连通，并且所述出入口结构使得可位移部可以移动，以改变所述孔区域相对所述缸体空间的位置和/或范围。

本发明的更进一步的方面关于一种内燃机，包括两个所提及类型的活塞和缸体装置，将其中一个装置的输出口与另一个装置的输入口以及燃料喷射装置连接的传送管，所述燃料喷射装置设置成将燃料流入所述传送管。

下面仅通过例子，参考附图来说明本发明的各种实施例，其中：

图1是第一旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图2a，2b，2c和2d是图1组件中各个旋转活塞和缸体装置的各个主要部件的立体图；

图3是第二旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图4是第三旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图5是第四旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图6是第五旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图7是第六旋转活塞和缸体组件的侧视图；

图8是第一可变出入口结构的立体图；

图8a是图8所示的第一可变出入口结构的部分立体图，其中可滑动安装的出入口盖被移除；

图9是第二可变出入口结构的立体图；

图10是第三可变出入口结构的另一个立体图；

图11是图10所示的可变出入口结构的另一个立体图；

图12是第四可变出入口结构的立体图；

图12a是第四可变出入口结构的部分立体图，其中枢轴安装的出入口盖被移除；

图13是第五可变出入口结构的立体图；

图14是湍流生成装置实施例的示意图；

图15是另一湍流生成装置实施例的示意图；

图16是旋转活塞和缸体装置的外壳处在第一状态的示意图；

图17是图16的外壳处在第二状态的示意图；

图18是旋转活塞和缸体装置的外壳处在第一状态的示意图；

图19是旋转活塞和缸体装置的外壳处在第二状态的示意图；

图20是点火装置处在第一位置时的内燃机的侧视图；

图21是点火装置处在第二位置时的内燃机的侧视图；

图22是点火装置处在第三位置时的内燃机的侧视图。

图1示出了形成内燃机的旋转活塞和缸体组件1。组件1包括两个活塞和缸体装置2a和2b，两者通过传送通道14连接。可以将内燃机认为是两个联合的容积泵，具有提供吸气和压缩的一个室和进行燃烧和排放气体的另一个室。循环的分离使两者功能最优化而不是功能的折衷，并得到非常大的好处。传送通道14可以由诸如陶瓷材料构造，以将装置2a和2b彼此在一定程度上热绝缘。因为一个选项是让两个装置在不同的温度工作。该内燃机同时集合了涡轮发动机和往复式发动机的优点。这样如涡轮发动机那样，在所有动作是单纯的转动并且吸气口和排气口都不断打开的同时，允许在宽范围的速度和条件下进行高效的运转。

图2a，2b，2c和2d示出了活塞和缸体装置2a，2b各自的主要部件。

图2a示出了侧壁12上设有出入口11的定子10，并且两个侧壁12和底部13界定了环形的缸体空间3。定子10具有径向槽4，径向槽所形成的尺寸为能容置分隔环形缸体空间3的活板片5。

图2b示出了固定到定子10的槽4内并分隔环形缸体空间3的活板片5。活板片5具有让适当形状的活塞8通过的槽6。

图2c示出了转子环7，向内延伸附接在其上的为活塞8。环7固定在定子10的外周以封闭环形缸体空间3。环7和活塞8依靠设置在定子10上的适当轴承(图中未示)绕定子10转动。环7具有与活塞8相邻的格栅式出入口9。

形成格栅式出入口9的各个开口在转子方向的宽度小于活板片5的厚度。活板片可在边缘延长以增加其厚度。

图2d示出了安装在转子环7的外周侧并具有出入口31的固定外壳体30。转子环7内的出入口9和固定外壳上的出入口31的合成动作构成阀，该阀在这两个部分对准(或至少成流体流通状态)时处在打开状态并在不处于上述状态时闭合。

转动传输装置(图中未示)将活板片5的轴4与转子环7转动地连接以确保合适的相对速度，使得活塞8可以无障碍的通过槽6。

回到图1，传送通道14连接压缩机装置2a的输出口31a并连接到膨胀机装置2b的输入口31b。

装置2a上的定子10a侧壁的出入口11a形成进气口，新鲜的充量(charge)通过该进气口抽入。

膨胀机装置2b的转子10b侧壁的出入口11b形成废料排放的排出口。

通过联接压缩机装置和膨胀机装置形成发动机的这种方式让独立的压缩循环和膨胀循环最优化。例如，压缩机装置2a可以以不同于膨胀机装置的温度工作，压缩机装置2a可以使用不同于膨胀机装置的密封或润滑策略，和/或装置2a的压缩率和装置2b的膨胀率可以不同。

发动机组件1可以设置成使以恒定容积进行传送，或在传送过程中气体能够持续被压缩(可能补充少量用来弥补泄漏)或均匀膨胀。

可以将来自膨胀机装置2b的排放气体从排放口11b通过排气歧管19传送到热交换器20。热交换器延伸穿过传送通道14。更具体的，热交换器20包括多个较窄的、以间距41分开的管道40。间距41让传送通道内的流体通过并因此加强了上述流体的热传递。

热交换器20将来自膨胀机装置2b的排放气体与将进入膨胀机装置2b的传送通道14内的气体之间进行热交换。

重要的是，热交换器20不让其内的排放气体与传送通道14内的气体混合。

从热排放气体到传送通道气体的热传递使一些能量得以重新利用，从而增加了发动机组件1的整体效率。另外，利用这种热循环可以“调整”发动机温度从而减少膨胀机装置2b的加热时间。

因为压缩机装置2a的进气保持不被加热，这种热循环不影响压缩机装置2a的容积效率。

发动机组件1使用中，当活塞8a和转子环7转动时，压缩机装置2a通过打开的出入口11a抽入流体。在将活塞8a后面的气体吸入的同时，在转子环7的上一次转动中吸入的流体在活塞8a的前面顶着活板片5a而被压缩。

当转子环7a的出入口9a和固定外壳30a的出入口31a形成对准时，两者形成的阀打开并且压缩的流体被排放到传送通道14。

在膨胀机装置2b中，加压的流体通过外壳30b的出入口31b和转子环7b的出入口9b进入装置的缸体空间。当转子环7b转动，阀关闭并且加压的流体膨胀。诸如设置在定子10b上的火花塞等点火装置(图中未示)然后将燃料混合物点燃。

进一步转动后，出入口11b使剩余的气体逸出至排气歧管19。并且，在下一个膨胀周期，迫使剩余的流体通过出入口11b。

可以理解环7b的转动输出通过适当的转动传输装置(图中未示)，同时驱动活板片5b、以及压缩机装置2a的转子环7a和活板片5a。

在另一个实施例中，没有设置热交换器，来自膨胀机装置的排放气体只是从传送通道引出至排气歧管(图中未示出)。

图3示出了内燃机100的装置2a，其中同样的参考标记表示同样的特征并且一部分排放气体被再循环至传送通道14。通过另一个排气歧管23设置排放气体从排气歧管21传回至传送通道14的路径。操作泵22来控制排气歧管21和传送通道14之间排放气体的流动。并且应理解可以使用阀、泵或其它流体控制装置来控制排放气体的流动。

可以利用这种排放气体再循环来控制焚烧或燃烧率。也可以用来控制膨胀机装置2b内的温度。并且可以用来控制排放或帮助控制受控的自动点火(CAI)周期。这些只是将排放气体再循环到传送通道14中被利用的一些原因。这种方式的再循环不影响压缩机装置2a的容积效率。

现在注意点火装置在发动机的膨胀机装置中的位置。参考图20，所示的内燃机1000包括两个联合的旋转活塞和缸体装置2a和2b。膨胀机装置2b具有火花塞950。具体的，火花塞950的电极位于定子的底部13的凹槽或引擎舱952内。

图21示出了内燃机1100，其中火花塞950位于膨胀机装置2b的外壳体30的凹槽内。因此，当进气口9b对准火花塞时，室内的工作流体只是暴露给火花塞的电极。有利的是，因为火花塞只是短时间暴露给热的燃烧混合物，可以提高火花塞的寿命。在一个实施例中，设置电热塞代替火花塞，并且通过电热塞与进气口9b的交互感应设置点火正时。

图22示出了内燃机1200，其中火花塞950设置在定子侧壁12的凹槽内。

图4示出了内燃机200，包括装置24，在使用中，该装置适于修正传送通道14内的气体流动，以促进通道内湍流的流动。可以以多种方式实现该装置24，并且该装置24可以是不动的、活动的或由动力驱动的。装置(由24示意性表示的)可以包括一个或多个伸入传送通道的空间内的翼片，或包括多个其它的具有供气体撞击的表面部分以修正流体流动特性的特征或形状。可以将装置24描述成气动装置。传动通道内产生的湍流可能包括漩流运动和/或翻滚运动中的一个或其组合。

装置24是可变形的，以使当通过通道14并到达该装置上的流体流速改变时，面对流体的结构也改变。装置24可以通过可受使用者控制的动力装置进行动态控制(实时的)，或是可在生产时设定的(为了考虑不同的燃料等)。因此，可以设定或动态控制装置的位置、形状、结构和/或方向。

可以修正产生的湍流量来控制传动通道14内流体的混合，从而控制传送通道14内燃料和气体的混合或影响此后膨胀机装置2b(装置24的下游)内循环的条件。

替代的，产生的湍流可以用来控制在传送通道内或位于膨胀机装置2b内的装置24下游内传送通道流体和任何再循环排放流体的混合。

可以利用湍流的控制让热交换器(诸如热交换器20)和传送通道14内的气体之间的热交换率被控制。

重要的是，传送通道14内流体的湍流程度至少部分地控制膨胀机装置2b内的燃烧，这样可以利用合适的湍流控制将燃烧效率最大化。对于不同的发动机运转速度、不同的发动机负载和不同的燃料，湍流的最适宜量也随之变化。

传送通道14内装置24处于该位置的具体好处是刚好在充量燃烧之前产生湍流，让来自流体的(对诸如滞流之类影响的)能量损失为最小。与利用通过进气阀的气体流动生成湍流、然后在燃烧之前必须经过压缩周期(有更多的时间来消耗湍流能量)的传统的往复式发动机大不相同。

湍流生成装置24a在图14中示出，并包括从传送通道14的内壁60径向向内延伸的大致为螺旋状的叶片。

图15示出了另一个湍流生成装置24b，包括两个可转动安装的翼片装置25。各个翼片装置25包括可扭转弯曲(如双箭头所示)的轴部26并且轴部与翼片部27连接。这种结构使得在使用于低流体流速的状态下，每个翼片装置可以在流体中呈现出很大的表面，从而使得产生的湍流增加。但是，如果流速增加，则会引起轴部26弯曲，使得在流体流动中呈现的表面面积降低。但在另一种“被动”的结构中，可转动安装的翼片装置的轴部可与弹性偏压装置(例如弹簧)配合，其中将翼片装置朝着在流体流动中呈现出更大的表面面积的方向偏压。在另一个实施例中，轴部26基本为刚性结构并且各个翼片部分为具有足够弹性的结构，以适应流体流速变化而产生弯曲。

在另一个结构中，各个翼片装置连接动力装置(图中未示)，操作动力装置来控制各个翼片装置相对传送通道内流体流动方向的倾斜度。在上述翼片装置实施例中，虽然描述了两个翼片装置，但可以采用一个或更多该装置。

图5示出了内燃机300，其中燃料喷射器25直接向传送通道14喷射燃料26。但是，替代的或另外，可以将燃料喷入压缩机进气口4a，进入压缩机进气管，进入环形缸体空间本身或进入膨胀室。

喷入传送通道14具有不降低压缩机装置2a的容积效率的优点。

喷入传送通道14也意味着在压缩机装置2a内没有燃料来弄湿壁部，从而影响润滑剂或破坏涂层。有利的是，在压缩机装置2a内没有燃料可让其结构的材料最优化。

并且，将燃料喷入传送通道14可以允许进一步控制充量分层(通过将更多燃料注入到通过传送通道的一些充量中)。这样有利于控制燃烧。

可以使用多个喷射器，同样可以使用多个传送通道歧管。

图6示出了内燃机400，包括通过阀装置28安装在传动通道14上的容器/储存箱27，阀装置28让压缩的流体在循环之间得以存储。

使用中，在发动机的制动循环期间，阀28让压缩气体存储在容器27中。然后，当重新加速时，可变的进气口(图中未示)或其他合适的装置会降低压缩机装置2a中达到的压力，以减少所需的压缩工作。让气体从容器27重新进入传送通道14以弥补压差(如同还未用可变出入口来减少压缩率一样)。整体上，因为引擎制动中的能量被重新获得，这样将有利于增加效率，并且这样形成一种“弱”的混合气体。这只是使用容器27和阀装置28的一个例子。另外或替代的，在发动机制动循环中获得的压缩气体可用于一个或多个安装在发动机400上或其它部件-例如气动制动系统-上的装置。

阀装置28可操作地连接到控制装置，以使在装置2a的后续循环中，从装置2a(当阀装置28打开时)接收到的压缩气体可从储存箱27释放到装置2b，这样进行气体的存储和气体的释放步骤。

在另一个实施例中，室29可以是膨胀室的形式，其中以特定的频率，使室29的剖面面积发生急剧的变化，以将波反射至传送通道。

发动机400可以纯粹利用来自容器27的压缩气体提供动力，在一些情况下，利用使膨胀机装置2b中的压缩气体膨胀而产生的动力。这样需要绕开压缩阶段或使用可变出入口(如下所述)来降低压缩率。

但在另一个实施例中，容器27是压缩气体的来源，而不是由压缩机装置2a提供压缩气体。在这种实施例中，阀28是仅允许气体进入通道14而反之不行的单向阀。

图7示出了内燃机500，包括安装在传送通道14上的基本为圆柱形的室29。这些室用来调节传送通道和/或发动机其它部件的共振，共振是由于阀31a和31b周期性地打开或闭合而发生的流体内压力波相互作用而引起的。元件50是导流片/板部件，其用来修正共振室的效果。

虽然示出了两个室29，但可以有一个或多个共振室。可以通过可选择性地操作将室与传送通道隔离的阀(图中未示)来控制流体进入一个或更多个共振室。使用中，一个或更多个共振室用来使传送通道内流体的共振效果衰减，从而提高流体的流动并减少噪音。可以设想出室29的不同实施例。一个实施例中，室是赫尔姆霍茨(Helmholtz)共振型结构，其中流体内压力波在特定频率下，室发生共振并且将波发送至并进入传送通道内的流体，以改变传送通道内压力波的共振。进一步，允许使用让室的容积或长度改变的机构。此类结构的一种实现方式包括伸缩室。另一个实施例包括在室内可控制地移动的活塞。可以设想另外的实施例，其中多个子室通过阀流体地连接以允许修正室的共振容积。可以将这种子室与传送通道连接以提供到该传送通道的返回路径。一个实施例中，共振室适用于放大对传送通道的共振效应，以致在使用中使传送通道内发生压力波的相长干涉。

在一个替代实施例中，吸音材料设置成与传送通道声连通，以致在使用中，当压力波通过传送通道时散射。在这种实施例的一个实现方式中，传送通道被吸音材料包围着。

虽然在装置2a和2b之间仅示出了一个传送通道，也可以设置多个传送通道。

应该意识到本发明的其它实施例包括图1的两个旋转活塞和缸体装置2a和2b，设置在其间的传送通道以及至少两个热交换结构，图3的排气循环结构，图4的湍流生成结构，图5的燃料喷射结构，图6的压缩流体容器以及图7的共振室。

虽然上述实施例的装置2，2a和2b的进气口和出气口所显示为固定尺寸，现在将说明关于利用可变的出入口结构来控制出入口尺寸的其它的实施例。

参考图8，示出了旋转活塞和缸体装置的定子构件600，包括可变的出入口结构。该结构包括基本为弧形平面形状的可滑动盖部件602，其适于在设置在侧壁603上的拱形孔601a内滑行。面朝缸体空间内的盖部件602的表面设置成与侧壁的相邻面朝内的表面部分基本齐平。因此，盖部件602意欲替代侧壁部分，至少从活塞这边看，使得当活塞通过盖部件时，不产生泄漏路径。图8的侧壁603可以基本是平面的。这种平面可以基本在盘轴的径向或偏移盘轴的半径。

当讨论出入口的角度范围时，转子环7绕之旋转的、并且绕之形成缸体空间3的轴，是作为判断角度范围的基础。

可滑动盖部件602适用于滑动通过弧形，以选择性地控制孔601a的角度范围。

定子构件600进一步设置有第二孔601b，第二孔的角度范围不能通过可滑动盖部件602的运动而改变。

可滑动盖部件602相对孔601a的可调整性允许压缩率发生改变。压缩阶段开始的点通过转子环7上的活塞8通过孔601a和601b的角度范围终点的角度位置进行部分地控制。如果孔601a出入口的角度范围增加，则在转子环的转动之后开始压缩。如果所有其它的参数都相同，这样会导致压缩率降低。设置在转子环内的出入口与设置在的外壳体内的孔构成排气阀，而该出入口和孔的交互正时保持相同，则从装置的排气口排放的气体体积保持一致。

关于图8，应该理解虽然示出的可滑动盖部件602可朝装置的中央转动，在另一个实施例中，盖部件也可以设置成朝装置外转动。

在压缩机中可以使用这种方式控制压缩率，来控制出口压力以响应系统指令。

增压器实施例中以这种方式控制出入口，在不改变增压器转速的同时，允许增压器的质量流量改变。

以这种方式控制压缩率可以用来允许构成一种发动机节流的形式，以降低发动机产生的动力，而不会发生现有节流阀导致的损耗问题。现有的节流阀在发动机的进气口作为限制，减少其下流的压力。发动机在较低压力下吸入相同体积的空气，使得空气分子量净减少，从而可以燃烧的燃料量减少导致动力降低。但是，通过代替使用的可控进气口(由可滑动盖部件602与孔601a组合形成)，增加了孔601a的角度范围，在进气压力没有很大降低的同时，有效地减少了被压缩的空气量。整个效果是更少的空气分子送到燃烧室，和现有的节流阀一样，但重要的是避免了节流阀限制的泵送损耗。

类似的，修正膨胀机装置(例如装置2b)的定子的排气口可让膨胀率改变。室内膨胀结束的角度位置是由转子环上的活塞经过排气口起点的点控制。如果排气口的角度范围增加，则膨胀将在转子环的转动中更早地结束。如果所有其它参数都相同，这样会导致膨胀率降低。如果设置在转子环内的出入口与设置在外壳的孔构成排气阀，而出入口与孔的交互作用正时以及所有其它参数保持相同，则通过装置的进气口传送的气体体积也保持相同。

发动机中膨胀率的降低会减少发动机产生的工作量并且增加排气的温度。当发动机作为热电联产装置(CHP)的一部分使用时，这会让系统的热电比得到控制。

可以利用通过降低实施例发动机的膨胀率以临时增加排放能量，来更快地加热下游的催化剂。这样能减少“起燃”散发物。

可以利用通过降低实施例发动机的膨胀率以临时增加排放能量，来为下游的涡轮增压器提供更多的能量使之“加速”，或减少响应发动机工作条件改变所花的“滞后”或时间。

可以在构成膨胀机装置(诸如蒸汽式膨胀机装置)的单旋转活塞和缸体装置中利用这种方式控制膨胀率，来控制膨胀机装置产生的工作量。这也可以用来控制膨胀机装置的排气压力。

这些只是可以从膨胀率控制得到的许多可能的优点中的几个。

现在参考图9，示出了设置在由旋转活塞和缸体装置构成的定子外壳的可变出入口结构，其中通过可滑动部件712对出入口711进行可变的阀调节。壁在其中形成了由壁部713界定的在局部大致呈螺旋状的通道。可滑动部件712打算用来代替外壳体的部分，从而至少从活塞这边来看，当活塞穿过可滑动部件时，没有产生泄漏通道。外壳体711内的孔和转子环7内的出入口9形成了阀，当出入口9和孔711基本对准时，阀是打开的。可滑动部件712让阀的正时发生变化。可滑动部件让孔711的角度范围得到控制，与图8中可变孔601a的方式相同。

在替代实施例中，出入口设置在外壳体内，并且弧形的可滑动部件设计成在出入口内基本绕着缸体空间的圆周方向(也就是基本与外壳体的轴同轴)移动(而不是螺旋地或部分为轴向地)。

在另一实施例中，出入口711设置在旋转活塞和缸体装置的定子的径向最内的底壁13上。

在另一实施例中，在转子环7内，附加设置另一个由可滑动部件控制的出入口或用其来替代出入口9。这样让通过第一次提及的出入口和外壳体内的孔的交互作用形成的阀的正时得到调整。

在压缩机装置中，转子环内的出入口与出入口711的交互作用可用来控制压缩率。

如果通过增加进气口角度范围(如上所述)降低压缩机的压缩率，则减少被压缩的体积，并且从排气口传送的体积保持相同(如果其它的参数不变)。取而代之的，如果可以通过滑动该部件712来降低压缩率，以使得可替代转子环7内的出入口9或外壳体30内的孔31的出入口711的角度范围增加，则压缩的体积保持相同，但从排气口传送的体积增加。

在一个实施例中，转子环7内的出入口9的角度范围以及外壳体30内的孔31的角度范围都可以变化。

如果进气口角度范围和排气口阀正时(该正时由出入口9和孔31的角度范围控制)都可以变化，则压缩体积或质量流量以及压缩率可以独立变化。例如如果进气口的角度范围增加，被压缩的体积减小。如果排气阀正时保持相同，压缩比会降低，但如果形成排气阀的出入口中的一个或两个的范围减小，可以保持压缩率。这意味着在不改变压缩率的同时已经降低了质量流量。

在膨胀机装置中，由转子环的出入口与出入口711的交互作用以及通过元件712的滑动形成进气口，进气口711的角度范围可以用来控制膨胀率。例如，可以通过增加出入口711的角度范围降低压缩率，膨胀的体积增加，但从排气口传送的体积保持相同。

参考图16，示出了旋转活塞和缸体装置的外壳体830。外壳体包括两个分别具有孔841和842的壳体组件831和832。孔841和842组合作为膨胀机装置的输入口和压缩机装置用的输出口。壳体组件832安装成相对于壳体组件831旋转地运动。如图17所示，壳体组件832已经相对于壳体组件转动。在这样运动中，孔842的位置现在已经相对孔841改变。因此，当装置的转子的孔与其它孔(尤其是孔842)对准(至少部分)时的正时被改变。应该理解可以具有多于两个的可旋转外壳体组件，每个组件分别具有一个或更多相应的孔。

图18示出了旋转活塞和缸体装置的外壳体930。外壳体930包括多个孔区域940，多个孔区域一起形成输出口。外壳体930安装成相对缸体空间转动。

图19示出了外壳体930，外壳体处在调整位置，在该调整位置转子孔与孔区域940对准的正时被改变(与图18所示的活塞用外壳体的位置比较)。

在图10中，示出的定子630包括另一种可变的出入口结构。该结构包括两个活动的塞子元件631和632，塞子元件631和632可以固定到定子上或从定子移开，这样来改变出入口634的角度范围。这些元件可选择移动以形成连续的出入口，或替代地，可选择分开设置使得可以打开多个出入口。

如图11最佳的看出，在定子的侧壁通过格栅或栅栏结构设置出入口634，适于接收各个塞子元件631和632的突起635。在一个替代实施例中，出入口634可以不具有格子结构，例如是单一的开口。

在替代实施例中，塞子元件可以在一端(径向最内端或径向最外端)铰接到定子上，以使能够朝出入口634枢转或朝离开出入口634方向枢转，以让他们被打开或关闭，从而选择性地改变出入口的角度范围。

在另一个实施例中，将多个出入口盖元件铰接到定子的侧壁，借此铰链设置在各个出入口盖元件的一侧(如相对于端部)。然而在另一个实施例中，多个按角度间隔开的出入口盖元件可滑动地安装在定子的侧壁，使得在使用中，各个元件可以基本径向向内滑向定子的旋转轴线，或基本径向从旋转轴线向外滑动。

图12示出了另一个定子640的可变的出入口结构，其包括铰接在642上的可枢转的盖641，以使可以选择性地控制设置在定子侧壁的出入口643的角度范围。另一个角度范围固定的出入口644也设置在定子侧壁上。出入口643可在图12a中最佳地看出，可枢转的盖641在图中省略。其上形成出入口643的壁可以基本上是平面壁。

图13示出了设置在外壳体24内的可变的出入口结构，其一边缘由多个可相对出入口724滑动的可滑动阀部件725、726、727以及728形成。在一个替代实施例中，图13示出的可变出入口结构可用来改变定子环7内的出入口9的角度范围。

在替代实施例中，图13所示的可变出入口结构可以设置在径向最内的基壁13上。

在替代实施例中，阀部件725、726、727以及728中的一个或更多个能够在环形缸体空间的大致径向方向朝出入口724移动或从出入口724离开。

在另一个替代实施例中，阀部件725、726、727以及728中的一个或更多个可以在一端或一侧铰接，或安装到另一个枢轴上以让这些部件打开或关闭。然而，在另一个实施例中，阀部件725、726、727以及728中的一个或多个可以相对室的轴线或在另一个方向基本径向地往复运动，以改变出入口的范围。

在另一个实施例中，多个阀部件725、726、727以及728可以彼此枢转地联结，使得他们可以以“链”的形式从出入口“展开”。具体的，各个部件的相邻边729通过铰链结构连接(图中未示)。使用中，如果需要增加开口的尺寸，则适量的部件以折叠的形式彼此收折成一“堆”，同时其它的元件保持在盖住部分出入口开口的位置。相反地，如果需要减少出入口开口的尺寸，则所需数量的部件从该堆展开以闭合开口。也可采用将元件提升离开开口而不是折叠成堆的其它实施例。

在图9和13所示部件的替代实施例中，设置在定子环的出入口(例如出入口9a)的角度范围可以改造成能够变化，以改变孔的角度范围。也可以通过设置一个或多个塞子部件(图中未示)来达成，塞子部件适于能够可移除地插入形成转子环7出入口的栅结构的一个或更多个开口。

如果旋转活塞和缸体装置的进气口和排气口都设置有可变的出入口结构，则可通过同时控制进气口和排气口或其中的一个来独立地控制压缩率(例如)、被压缩的体积以及被传送的体积。

在旋转活塞和缸体装置作为压缩机装置使用的情况下，可通过增加定子进气口的角度范围来减少被压缩体积。如果外壳体的排气口(形成排气阀)的角度范围保持不变，压缩率会降低。但是，如果一起形成排气阀的排气出入口同时或其中一个的角度范围减小，则压缩率会保持。这样在不改变压缩率或传递动力的情况下会导致被压缩体积减少。这样让压缩机的容量或质量流量有效地改变。

在发动机实施例的情况下，这种用阀控制的策略可用来提供先进的节流性能。在减少被压缩体积的同时保持压缩率可以比简单减少压缩比和被压缩体积更增加发动机的效率。

在发动机实施例的情况下，膨胀机装置的外壳体的可变的进气口可以用于与压缩机装置的可变的排气出入口相结合。压缩机装置的可变的排气出入口会让压缩率得到控制(独立于被压缩体积)，当压缩机装置排气口改变时，膨胀机装置的可变进气口会让出入口的正时与之配合。

应该理解，多个上述的任意一种或多种不同的可变出入口结构可以分布在环形缸体空间的周围，例如可以设置多个以角度间隔开的进气口。上述任意的可变出入口结构可以其自己设置或与一个或更多个固定尺寸的出入口联合配置。上述任意的可变出入口结构可以用于与同样的旋转活塞和缸体装置组合或用于包括两个联结装置的组件。

上述可变的出入口结构可以多种方式控制。例如在生产时和/或作为后续调节或调整程序的一部分，可通过手动干预来控制可变的出入口结构。可通过诸如伺服装置等合适的致动机构来控制可变的出入口结构，其中发给致动机构的控制信号对出入口的角度范围进行调节。在各个旋转活塞和缸体装置的操作期间，可以将这种致动机构设置成受实时控制，以响应来自一个或多个传感器的控制信号和/或响应存储在存储器机构中的数据。可以通过包括数据处理器和存储机构的发动机管理系统，例如是固件装置的形式，来控制致动机构。因此，可以通过控制可变出入口结构的方式来优化旋转活塞和缸体装置的操作，以适应对装置的不同要求。例如在发动机实施例中，在稳定动力/速度下巡航到加速会导致发生这种变化。在压缩机中，可以通过所要求的流体流量或所必需的传递压力的变化来构成这种变化。在(例如可以安装在现有的发动机上的)增压器中，可以发生这种出入口的改变来增加质量流量，以响应增加发动机动力的需求。

Claims (17)

1.一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，包括可调的出入口结构，所述可调的出入口结构包括可位移的定子壁部，所述壁部适于可相对设置在所述定子内的孔区域移动，所述孔区域在所述缸体空间和所述装置之外的区域之间提供流体连通，并且所述出入口结构使得所述定子壁部可以移动，以改变所述孔相对于所述环形缸体空间的所述位置和/或范围。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述孔区域设置在所述定子的侧壁上。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述孔设置在其上的所述侧壁为基本上平的表面。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述孔区域设置在所述定子的径向最内侧的壁上。

5.如权利要求1或2所述的装置，其中所述可移动的定子壁部适于与所述孔区域可拆卸地连接。

6.如权利要求5所述的装置，其中设置多个可移动的定子壁部，所述多个定子壁部适于由所述孔区域接纳。

7.如权利要求1或2中任意一项所述的装置，其中所述可移动的定子壁部设置成相对于所述孔区域可枢转地运动。

8.如权利要求1或2中任意一项所述的装置，其中所述可移动的定子壁部设置成相对于所述孔区域可滑行地运动。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的装置，其中所述孔区域形成了所述装置的入口。

10.如权利要求9所述的装置，其为压缩机装置。

11.如权利要求1至8中任意一项所述的装置，其中所述孔区域形成了所述装置的出口。

12.如权利要求11所述的装置，其为膨胀机装置。

13.一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，包括可调的出入口结构，所述可调的出入口结构包括可位移部，所述可位移部适于可相对于设置在所述转子上的孔区域移动，该孔区域在所述缸体空间和所述缸体空间之外的区域之间提供流体连通，并且所述出入口结构是这样的，即所述可位移部可以移动，以改变所述孔区域相对于所述缸体空间的位置和/或范围。

14.如权利要求13所述的旋转活塞和缸体装置，其中所述可位移部包括径向外壳体部，所述外壳体部安装成绕着所述转子的所述旋转轴线可旋转地运动。

15.如权利要求14所述的旋转活塞和缸体装置，其中所述旋转活塞和缸体装置包括两个或更多径向外壳体部，所述外壳体部安装成绕着所述转子的所述转动轴线彼此相对运动。

16.如权利要求15所述的旋转活塞和缸体装置，其中所述壳体部分是相邻的。

17.一种所提及类型的旋转活塞和缸体装置，其中所述转子具有孔区域并且所述定子具有孔区域，所述转子和所述定子中的至少一个具有可移动部，并且当连通时，所述孔区域提供在所述环形缸体空间和所述装置之外的区域之间的流体连通，所述装置的所述结构是这样的，即在使用中，所述可移动部可以移动并因此所述孔区域中至少一个的所述范围和/或位置可以被改变。

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