CN103477030A - 摆线转子发动机 - Google Patents

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Abstract

一种旋转式发动机，具有摆线转子和密封栅，该密封栅包括随着转子一起旋转的面密封件，并且包括不随转子一起旋转的其它密封件。当转子在壳体内旋转时，在转子、壳体和密封栅之间形成至少一个工作腔室，该腔室经历从初始体积V1到比V1小的V2的体积变化，因此工作介质被压缩，随后增大到可比V1大的体积V3，从而，该腔室体积是转子旋转角度的平滑连续的函数。

Description

摆线转子发动机
优先权
本专利申请要求2011年3月29日提交的发明名称为“CycloidRotor Engine（摆线转子发动机）”、发明人为Nikolay Shkolnik和Alexander C.Shkolnik、申请号为61/469,009的美国临时专利申请的优先权，该美国申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发动机，更具体地，涉及一种旋转式发动机。
背景技术
旋转式发动机具有高效率、高功率密度和低零件数的前景，它吸引了无数工程师致力于这一领域。在现有技术中存在的很多种构造中，最简单、最有前景的一种构造是基于转子付（gerotors）概念的构造。参考描绘了现有技术的图1（a）至图1（d）（更具体地，参考图1（a）），转子付包括：外转子，其可旋转地安装在壳体腔（图中未示出该壳体）内并具有凹齿轮轮廓；以及内转子，其具有凸齿轮轮廓。在其运行过程中，外转子和内转子都在所述壳体内旋转，从而形成多个具有可变体积的连续腔室。这些腔室可用于在压缩机/气动马达/发动机中执行气体的压缩或膨胀，或者在泵/液压马达中执行液体的移动。一种替代构造是：外转子静止，而内转子受到偏心轴的驱动而摇摆。如此形成的可变体积腔室的行为类似于上述第一种构造。可通过使用图1（b）所示的辊-叶片转子付设计来减小与这些设计相关的摩擦损失。该方案加入了多个辊来形成移位腔室，而不是在外转子与内转子之间形成直接接触。在所有这些设计中，外转子不仅用于形成腔室，而且用于引导内转子。
由于具有很少的移动部件，毫不意外的是，这种简单的设计已吸引了试图围绕这个概念来设计旋转式发动机的许多人的注意。然而，可追溯到所有旋转式发动机的主要问题在于：在发动机的压缩、燃烧和膨胀冲程期间，难以对工作流体进行密封。虽然理论上大部分发动机表面上看起来是可行的，但由于它们不使用密封件来完全包围工作流体，实际上，当考虑到加工公差和热膨胀以及当部件也开始磨损时，在无密封件的情况下不可能密封工作流体。汪克尔发动机是最著名的一种基于转子付的发动机并且是生产中唯一使用过的，其中，3凸叶转子在2凸叶壳体内移动，如图1（c）所示。这种发动机相对成功，有如下两个主要原因：首先，外转子并不用于引导内转子，而是一对齿轮用于使内转子的移动和旋转与偏心轴的运动同步。其次，内转子与外转子之间的间隙可通过密封件的栅系统（grid work）来密封，该间隙被提供用于允许制造公差、热膨胀和磨损，这种栅系统可称为“汪克尔栅”，其包括位于转子的平坦部分上的面密封件、位于转子的每个顶点内的顶点密封件、以及连接着两种密封件的“按钮”；所有这些密封件都位于转子上，因此将随转子一起移动。理论上，这些密封件与转子本身及所述壳体一起完全包围工作流体。同样，实际上，在这些密封件之间、或者密封件与转子之间、以及密封件与壳体之间仍存在间隙，但这些间隙较小且可管理，使得发动机能够正常工作。话虽如此，然而，众所周知，这些发动机具有较低的效率和高排放，并且不适合采用压燃运行模式，这是因为：
1.尽管有密封栅，仍存在较高程度的泄漏。例如，快速移动的顶点密封件的跳动以及通向发动机内用于容纳火花塞的孔造成了泄漏。
2.较大的密封件行程。
3.在最大压缩的时刻由于燃烧腔室的非常高的表面/体积比而造成的、高的热损失。
4.低的几何上可实现的压缩比。
5.需要将机油计量供应到工作腔室内，以润滑不能通过任何其它手段来润滑的顶点密封件，并且，存在排出该机油的端口，从而造成了排放问题。
理论上，具有静止外转子的转子付发动机仅具有一个主要的移动部件——转子。在壳体内移动的该转子形成可变几何形状的腔，该可变几何形状的腔在转子旋转的过程中收缩和膨胀。通过转子与所述壳体之间的虚拟线接触来实现密封；至少在两个位置发生这种接触。一般而言，转子付被设计成在转子与所述壳体之间具有很小的滑动接触，但已经进行了尝试以实现“滚动而不是滑动”，参见Katz的美国专利7,520,738，它是这种尝试的一个示例。Rene Linder的美国专利5,373,819中描述了另一个示例，它将辊与偏心部结合使用，以在壳体内引导转子。Veselovsky的俄罗斯专利RU2078221C1中描述了又一示例，它使用在壳体内的密封件。实际上，如上文所述，制造公差和热膨胀使得设计者在转子与壳体之间或者在转子与辊之间留有较大的间隙。如果该壳体和转子是非柔性的，或者，如果由于加工公差而使得辊不能适应热膨胀或预载荷，则不能实现密封。因此，讨论转子与壳体之间的单纯滚动接触就变得毫无意义。无论如何，必须通过密封件来闭合这个间隙以实现可工作的发动机。
发明内容
在本发明的第一实施例中，提供了一种改进型的发动机，其包括摆线转子和壳体，该摆线转子具有N个凸叶，该壳体具有相对应的一组N+1个凸叶容纳区域，该N+1个凸叶容纳区域用于在转子绕轴线相对于壳体旋转时相继地接纳所述凸叶，该壳体具有：（i）一对侧部，该一对侧部沿轴向设置在所述转子的第一侧和第二侧；（ii）叶峰，该叶峰设置在每一对相邻的凸叶容纳区域之间；以及（iii）进气端口和排气端口，其中，所述改进由下列方面限定：多个叶峰密封件，所述多个叶峰密封件中的至少一个设置在每个叶峰上并构造成在转子的整个旋转时段内与转子保持接触，由于转子和凸叶容纳部的摆线几何形状，每个密封件在转子的整个旋转过程中被径向偏压而抵靠所述转子；第一通道，该第一通道被限定在转子中，以在进气端口与工作腔室之间周期性地连通，该工作腔室被定义为在两个叶峰密封件、所述壳体和转子之间的空间；第二通道，该第二通道不同于第一通道且限定在转子中，以在排气端口与工作腔室之间周期性地连通；第一面密封件，该第一面密封件设置在所述第一侧与转子之间；第二面密封件，该第二面密封件设置在所述第二侧与转子之间；其中，所述通道和密封件被构造成：使每个密封件在转子的所有角位置处都与转子及所述侧部之一保持接触，同时，避免与所述端口中的任一个连通。
在另一实施例中，每个叶峰密封件与转子具有接触区域，并且，该接触区域是弯曲的，并具有与虚拟辊的曲率半径相等的曲率半径，该虚拟辊唯一地由转子的几何形状和所述凸叶容纳区域的几何形状限定。
在另一实施例中，转子具有：第一轴向面；与第一轴向面平行的第二轴向面；以及径向表面，该径向表面在第一轴向面与第二轴向面之间并垂直于第一轴向面和第二轴向面，并且其中，第一轴向面和径向表面限定转子的第一边缘，第二轴向面和径向表面限定转子的第二边缘；并且其中，第一面密封件设置在转子的第一边缘处。
在再一实施例中，第二面密封件设置在转子的第二边缘处。
在另一实施例中，转子具有第一轴向面、与第一轴向面平行的第二轴向面、以及径向表面，该径向表面在第一轴向面与第二轴向面之间并垂直于第一轴向面和第二轴向面，并且其中，第一轴向面和径向表面限定转子的第一边缘，并且其中，第一面密封件从转子的第一边缘移位地设置在第一轴向面上，以便限定在第一轴向面上位于第一边缘与第一面密封件之间的第一环形平台，所述发动机还包括按钮密封件，该按钮密封件设置成在第一环形平台处接触转子和第一面密封件。
在另一实施例中，在转子在壳体内的第一角度处，所述工作腔室形成具有最大压缩腔室体积的压缩腔室，并且，在转子在壳体内的第二角度处，所述工作腔室形成具有最大膨胀腔室体积的膨胀腔室，该最大膨胀腔室体积大于或等于最大压缩腔室体积的1.0倍。
在另一实施例中，该最大膨胀腔室体积为最大压缩腔室体积的至少3倍。
另一实施例还包括在所述侧部的至少一个中的多个润滑剂通槽，所述多个润滑剂通槽中的每一个均设置成将润滑剂输送到所述多个叶峰密封件中的相应一个叶峰密封件。
另一实施例还包括在所述侧部的至少一个中的润滑剂通槽，该润滑剂通槽设置成将润滑剂持续地输送到所述面密封件中的相应一个面密封件。
在另一实施例中，提供了一种改进型的发动机，其包括转子和壳体，该转子具有N个凸叶，该壳体具有相对应的一组N+1个凸叶容纳区域，该N+1个凸叶容纳区域用于在转子绕自身轴线旋转并且相对于所述壳体绕轴线盘绕时相继地容纳所述凸叶，该壳体具有：（i）一对侧部，该一对侧部沿轴向设置在所述转子的第一侧和第二侧；（ii）叶峰，该叶峰设置在每一对相邻的凸叶容纳区域之间；以及（iii）进气端口和排气端口，其中，所述改进包括：第一通道，该第一通道被限定转子中，以在进气端口与工作腔室之间周期性地连通，该工作腔室被定义为在两个叶峰密封件、所述壳体与转子之间的空间；第二通道，该第二通道不同于第一通道且限定在转子中，以在排气端口与工作腔室之间周期性地连通；密封栅，该密封栅包括多个叶峰密封件，所述多个叶峰密封件中的至少一个设置在每个叶峰上并构造成与转子保持接触，这样的密封件被径向偏压而抵靠转子，并且该密封栅还包括下列密封件之一：设置在转子上并构造成与壳体的侧部保持接触的面密封件，这样的密封件被轴向偏压而抵靠壳体的侧部，其中，在旋转过程中，所述侧部密封件并不越过进气端口或排气端口；2×(N+1)个按钮密封件，所述2×(N+1)个按钮密封件设置在壳体的侧部内，每个叶峰的一侧各有一个按钮密封件，所述2×(N+1)个按钮密封件被沿轴向朝着转子偏压并构造成与叶峰密封件及侧部密封件保持接触；以及，设置在转子上并构造成与壳体的侧部及转子的倒角部保持接触的面密封件，这样的密封件被轴向偏压而抵靠壳体的侧部；其中，所述端口、所述通道和面密封件被构造成：使所述密封件在转子的所有角位置处都与转子及所述侧部之一保持接触，同时，避免所述密封件越过所述端口中的任一个。
在另一实施例中，所述面密封件是线密封件。
在另一实施例中，所述面密封件设置在转子的边缘处，该边缘由转子的轴向面与转子的径向面的相交部分来限定。
在另一实施例中，所述面密封件的轮廓被生成为摆线曲线，其中，用于生成该摆线曲线的虚拟辊的半径为所述按钮密封件中的按钮的半径。
在另一实施例中，所述转子具有由一组N+1个虚拟辊限定的摆线几何形状，并且每个叶峰密封件与转子具有接触区域，该接触区域是弯曲的，其曲率半径接近于被叶峰密封件取代的所述虚拟辊的曲率半径。
另一实施例还包括：壳体，该壳体具有工作腔以及与该工作腔流体连通的燃烧腔室；活塞，该活塞设置在所述壳体上并构造成以可控方式进入燃烧腔室和从燃烧腔室中撤出；转子，该转子以可旋转方式安装在工作腔内，以便在转子在工作腔内的不同旋转角度处与所述壳体形成可变体积的工作腔室；以及控制器，该控制器与转子的旋转角度同步，以便以可控方式使活塞进入燃烧腔室和从燃烧腔室中撤出，从而使工作腔室和燃烧腔室的共同体积在转子的一定旋转角度范围内是恒定的。
另一实施例包括：壳体，该壳体具有工作腔；轴，该轴具有偏心部；转子，该转子具有第一轴向面以及与第一轴向面相反的第二轴向面，该转子设置在偏心部上并位于所述工作腔内，该转子包括第一轴向面上的第一凸轮，第一凸轮具有与所述轴的偏心部的偏心度相对应的偏心度；盖，该盖与所述壳体一体或固定地附接到所述壳体，该盖包括多个辊，每个辊均与所述凸轮接合，其中，当转子在所述工作腔内旋转并绕所述轴盘绕时，所述凸轮引导转子的旋转。
另一实施例包括所述转子的第二轴向面上的第二凸轮。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的详细描述，将能更容易地理解实施例的前述特征，在附图中：
图1（a）至图1（d）示意性地示出了使用转子付（gerotors）的、现有技术的旋转式发动机；
图2（a）至图2（b）示意性地示出了摆线转子发动机实施例的一个实施例；
图3示意性地示出了处于发动机循环的执行过程中的各个点处的、摆线转子发动机的实施例；
图4（a）至图4（d）示意性地示出了摆线式发动机的形成部件的几何形状；
图5示意性地示出了摆线转子发动机的一个实施例的各种部件；
图6示意性地示出了摆线转子的一个实施例的转子组件；
图7（a）至图7（d）示意性地示出了发动机壳体的实施例与转子中的进气通道及排气通道之间的相互作用；
图8（a）至图8（b）示意性地示出了密封栅的实施例，以及燃烧腔室活塞的实施例；
图9示意性地示出了面密封件相对于进气端口处于各种转子角度处的位置；
图10（a）和图10（b）示意性地示出了面密封件的实施例；
图11（a）-图11（c）示意性地示出了面密封件的实施例；
图12（a）-图12（g）示意性地示出了密封栅的部件的实施例；
图13（a）-图13（g）示意性地示出了面密封件的实施例；
图14示意性地示出了面密封件的实施例；
图15（a）-图15（c）示意性地示出了密封栅的部件的实施例；
图16（a）-图16（d）示意性地示出了密封栅的部件的实施例；
图17示意性地示出了叶峰密封件的实施例；
图18示意性地示出了叶峰密封件的实施例；
图19（a）至图19（b）示意性地示出了叶峰密封件的实施例；
图20（a）-图20（c）示意性地示出了叶峰密封件的实施例；
图21示意性地示出了转子付发动机的壳体和转子的实施例；
图22（a）至图22（c）示意性地示出了转子付发动机的实施例；
图23示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图24示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图25示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图26示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图27示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图28示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图29（a）至图29（b）示意性地示出了旋转式发动机的转子的实施例；
图30（a）至图30（c）示意性地示出了旋转式发动机的实施例；
图31示意性地示出了用于旋转式发动机的转子的实施例；
图32（a）至图32（f）示意性地示出了执行发动机循环期间的转子位置。
具体实施方式
各个实施例提供了改进的旋转式发动机，它在比传统的活塞式或旋转式发动机更高的效率下工作，且废气的排放更少。这些特性实现了提高的燃料效率，也使发动机比诸如汪克尔旋转式发动机的传统旋转式发动机更环保，例如已被马自达公司使用数十年的汪克尔旋转式发动机。
与先前的内燃机不同，说明性的实施例使用了在固定壳体内旋转的摆线转子（或摆线式转子）。
除非上下文另有所指，本说明书和所附权利要求中所用的下列术语将具有如下的指定含义：
摆线式：术语“摆线式”指旋转式发动机的某些实施例中的转子的几何形状。该转子（也可称为“摆线盘”）具有Z1个凸叶。转子的几何形状基于Z2个虚拟辊（theoretical rollers）来产生，其中Z2 = Z1+1，且这些虚拟辊具有半径Rr并且离中心点的距离为R。
可使用由Shin和Kwon推导出的如下方程式、通过数学方法来生成转子（摆线盘）的轮廓 [参见Shin, J. H.,和Kwon, S. M.在2006年的文章“On the Lobe Profile Design in a Cycloid Reducer Using InstantVelocity Center,” Mech. Mach. Theory, 41, 第596–616页]：
Cx=Rcosφ-Rrcos(φ+ψ)-ecos((Zl+l)φ)
                                            (1)
Cy=-Rsinφ+Rrsin(φ+ψ)+esin((Zl+l))
其中φ是输入轴的角度，ψ是摆线凸叶与辊之间的接触角，其计算如下：
ψ tan - 1 [ sin ( Z l φ ) cos ( Z l φ ) - R e ( Z l + l ) ] | - - - ( 2 )
对于从1到无穷大的任何Z1，可使用这种几何形状来构建旋转式发动机，甚至旋转式压缩机。例如，下文所述的各种实施例具有如下的转子：在该转子中，Z1 = 2且Z2 = 3，然而应当理解，也可使用任何其他的Z1，并且本申请不限于发动机，而是也适用于压缩机、泵、以及液压或气动马达。
压缩腔室的最大体积：压缩腔室的最大体积是发动机循环中的当该腔室第一次与发动机外部的环境隔绝的时刻、该压缩腔室的体积（该压缩腔室是处于发动机循环中的如下阶段的工作腔室：在此阶段，工作腔室内的工作介质是新鲜的（例如新鲜空气），并且在燃烧之前被压缩）。例如，在发动机200中，压缩腔室的最大体积是进气通道刚刚被关闭时、该腔室的体积，此时，不再存在从压缩腔室到发动机壳体外部环境的流体通道。
膨胀腔室的最大体积：膨胀腔室的最大体积是发动机循环中的当该腔室连通于发动机外部环境之前的最后时刻、该膨胀腔室的体积（该膨胀腔室是处于发动机循环中的如下阶段的工作腔室：在此阶段，工作腔室内的工作介质已经燃烧并对转子做功）。例如，在发动机200中，膨胀腔室的最大体积是排气通道正要打开之前、该腔室的体积，在此最后时刻，仍不存在从排气腔室到发动机壳体外部环境的流体通道。
转角或旋转角度：发动机的转子被构造成使得它可以在发动机内旋转和盘绕。在某些实施例中，转子绕由其输入/输出轴限定的发动机轴线盘绕，该输入/输出轴由偏心轴驱动并具有该轴的角速度，同时，转子通过稍后描述的同步构件绕其自身的轴线、以该轴的一定角速度在与该轴相反的方向上旋转。在各个位置，转子形成各种工作腔室并与进气端口和排气端口等接合。所提及的“转子角度”或“转子的旋转角度”是指转子在所述壳体内的位置。例如，如果图3（f）中的转子位置被视为0度，则图3（c）中的转子位置将逆时针移动60度。
工作介质：术语“工作介质”是指发动机内的气体，它例如可以包括：送入进气腔室内的空气；在压缩腔室内被压缩的空气；燃烧腔室内的气体；以及，膨胀腔室内的气体。工作介质可包括燃料（例如，汽油或柴油燃料），或者可包括燃烧的副产物。
偏心度：轴的旋转中心与固定到该轴上的圆形偏心部的几何中心之间的距离。
发动机的示例性实施例的概述
图2（a）示意性地示出了摆线旋转式发动机200的一个实施例，图2（b）以分解图示意性地示出了该摆线旋转式发动机200，并且图2（c）以剖视图示意性地示出了该摆线旋转式发动机200。发动机200包括壳体201，该壳体201具有本体201A（也可称为“周向本体”）、进气盖201C和排气盖201D，该本体201A具有孔口201B。在某些实施例中，进气盖201C和/或排气盖201D是本体201A的一体部分，并形成从转子202轴向移位且与转子202面对的平坦表面。因此，进气盖201C和/或排气盖201D可简单地称为壳体201的平坦部分。本体201A、进气盖201C和排气盖201D彼此成固定的空间关系，并且它们一起限定了用于容纳摆线转子202的腔。
除了壳体201之外，图2（a）和图2（b）还包括发动机200的多个其它元件。可选的风扇203将气流提供给发送机200以用于冷却，和/或可供应新鲜的进气，以用于执行发动机循环。如果不使用风扇，可通过转子的感应作用来供应新鲜的进气，转子在其旋转过程中、在所述循环的特定部分期间形成真空。如下文进一步描述的，可选的油泵204向发动机的内部部件提供机油。发动机200还包括进气歧管205、排气歧管206以及燃料泵207和燃料喷射器208，该燃料泵207和燃料喷射器208用于提供燃料以在发动机200中燃烧。
在发动机200内，如图6中最清楚可见，转子以可旋转方式联接到偏心轴210，该偏心轴210可简单地称为“轴”。偏心轴210被构造成绕轴210的中心点（或轴线）210A旋转，并包括偏心部210B，该偏心部210B以偏心度“e”偏离所述轴。施加到轴210的该偏心部的力将作用在轴210上，从而使轴210旋转。
在此实施例中，转子202具有两个凸叶202A和202B，并且如图3中示意性地示出的，孔口201B具有三个凸叶容纳区域250、252和253。
凸叶202A、202B是弯曲的并具有一定曲率。这些凸叶容纳区域220、221和222由与它们同样数量的相交曲线限定，它们形成同样数量的叶峰205、206、207，在每个相交点处有一个叶峰。限定这些凸叶容纳区域的曲线208、209和201具有与所述凸叶的曲率类似形状的曲率，从而，凸叶容纳区域220、221和222的内侧曲线与凸叶202A、202B的外侧曲线相同（但这两个曲线之间应存在较小的间隙，以适应部件的制造公差和热膨胀），使得这些凸叶中的任一个可完全占据任一个凸叶容纳区域，下文将对此更全面地说明。
每个叶峰205、206、207分别具有叶峰密封件251A、251B、251C，并且每个叶峰密封件在径向上被偏压以与转子202持续地密封接触，从而形成多个工作腔室，如下文更全面地描述的。
图3（a）至图3（f）示意性地示出了处于其各个运行阶段的发动机200，在此期间，转子202的几何中心绕轴210的中心210A盘绕，并且转子202绕自身的中心、以一半的角速度在与轴210相反的方向上旋转。上述同步机构（在此情况下，是指固定于所述盖上的内齿轮211和固定于转子上的小齿轮212，这两个齿轮处于3:2的关系）使轴210在与转子202的旋转方向相反的方向上转动。例如，在图3（a）至图3（f）中，转子202逆时针转动，而轴210逆时针转动。
当转子202在孔口201B内转动时，壳体201和转子202协作而形成三个工作腔室250、252、253，用于执行发动机循环。更具体而言，每个工作腔室由周向壳体201A、转子202、多个密封件、和该壳体的侧部201C、201D限定。
例如，其中一个工作腔室250由转子202、周向壳体201A、密封件251A和251B、以及侧部201C和201D和在转子与侧部之间的其它密封件形成。为了便于图示，图3（a）至图3（f）中未示出其它密封件。
如图3（a）所示，工作腔室250具有有限体积，并且未连通于发动机200外部的环境。随着转子202逆时针转动，气体或工作介质（例如，在此刻之前已吸入到工作腔室250中的空气）从其初始体积（V1）被压缩。随着转子202继续转动，转子202的一个凸叶202A逐渐更多地占据凸叶容纳区域221，从而逐渐压缩工作腔室250内的气体。因此，在发动机循环的此阶段，工作腔室250可以称为“压缩腔室”。
最终，如图3（c）中示意性地示出的，凸叶202A完全占据凸叶容纳区域221。在此位置，凸叶202A迫使该压缩腔室内的全部气体都进入周向本体201A内的燃烧腔室260中。该燃烧腔室260具有固定体积（V2）。
转子202在凸叶容纳区域221内的该位置可称为“上止点”或“TDC”。在发动机循环的此时刻，燃烧腔室内的燃料被点火，从而为所述气体增加了热量，由此显著增大了所述气体的压力。
能够以本领域中已知的各种方式来启动点火。然而，在本实施例中，压缩腔室的初始体积（V1）与上止点处该燃烧腔室的体积（V2）之比可高达30或更高。因此，可通过压燃的方式将工作腔室内的燃料与气体混合物点燃。实际上，燃料可在燃烧腔室被闭合之前（例如，在压缩期间）、或者在燃烧腔室被闭合的时刻或之后喷射到工作腔室内。
随着转子202继续旋转，凸叶202A在凸叶容纳区域221内基本静止短暂的一段时间（或转过小的旋转角度）。换言之，虽然凸叶202A处于上止点处，轴210的旋转有效地使凸叶202A在凸叶容纳区域221内枢转，之后最终开始从凸叶容纳区域221中撤出（图3（d））。因此，在上止点及其附近处的工作腔室（例如，燃烧腔室）的体积对于转子202的角旋转的一部分来说是基本恒定的。实际上，由于从转子与所述壳体之间的很小间隙中移动经过的气体的空气动力学属性，在大约5至10度的旋转角度内截留在燃烧腔室中的工作介质的体积变化小于燃烧腔室体积的百分之一的一半（0.5%），因此可认为是有效恒定的体积或基本恒定的体积。
某些实施例在比旋转转子所能提供的更长时段（或者转子的更大旋转角度）内具有基本恒定的体积。例如，如图8（a）中示意性地示出的，某些实施例包括能够可控地延伸到燃烧腔室820中的活塞850。例如，在某些实施例中，活塞850可延伸到燃烧腔室820中。随着转子821减小压缩腔室的体积时，该压缩腔室内的工作介质被迫进入燃烧腔室820中。在该发动机循环的预定时刻，活塞850开始从燃烧腔室850中撤出而提供燃烧腔室850内的额外体积，以精确地匹配该压缩腔室的体积减小。类似地，随着转子821转动而越过燃烧腔室852时，活塞850可开始逐渐更多地占据燃烧腔室850。以此方式，该压缩腔室和燃烧腔室820的共同体积可在转子行程的给定范围内保持恒定。
在各种实施例中，小活塞850可被弹簧加载，或者由与发动机循环同步的凸轮、电动或液压驱动机构从外部驱动。任何这样的驱动机构都可称为“控制器”。如果被从外部驱动，则活塞850延伸到燃烧腔室820中并且能够受到控制以在更长的时段内维持恒定体积的燃烧腔室820。替代地，活塞850可用来帮助具有非常快速压缩或可变压缩比的发动机——所有这些都适用于发动机的不同运行模式，以提高发动机效率，或使发动机在大量燃料下运行。替代地，在燃烧阶段的气体体积（及其构成）可通过喷水来控制。
返回至图3（a）至图3（f），在燃烧之后，工作腔室250内的气体开始膨胀，从而迫使转子202从凸叶容纳区域221中撤出，如图3（d）中示意性地示出的。在发动机循环的此阶段，工作腔室250可称为“膨胀腔室”。在其膨胀最大的时刻，该膨胀腔室具有体积（V3），该体积（V3）大于压缩腔室的最大体积（V1）。在某些实施例中，膨胀腔室的最大体积（V3）可等于压缩腔室的最大体积，而在其它实施例中，膨胀腔室的体积（V3）可大于压缩腔室的最大体积（V1）。在某些实施例中，膨胀腔室的体积（V3）可以是压缩腔室的最大体积（V1）的1.1至3倍。例如，图32（a）至图32（f）示意性地示出了这样的实施例：其中，进气通道和排气通道被构造成使得体积V3大于体积V1。在某些实施例中，进气通道和排气通道的构造可描述为“非对称的”，意思是：在与排气通道接合所述工作腔室时的角度（或角度范围）不同的转子旋转角度处和/或在更小的转子旋转角度范围内，进气通道与工作腔室接合。
在膨胀腔室250内膨胀的气体将力施加在转子202上，从而造成转子202继续绕偏心轴210旋转，由此造成偏心轴210绕其轴线210A在与转子202的旋转方向相反的方向上旋转。在本实施例中，轴210顺时针旋转，如偏心部210B上的箭头所示。
在膨胀结束并且转子202继续旋转时，转子202中的排气通道（参见图7（a）至图7（d））与工作腔室250连通。该排气通道与排气端口相连，从而使工作腔室250连通于发动机250外部的环境，使得排气可离开发动机200。随着转子202继续转动，该工作腔室的体积减小并排出排气。
随着转子202继续旋转，转子中的进气通道（参见图7（a）至图7（d））与该工作腔室连通，此进气通道与壳体侧部中的进气端口连通。这样，工作腔室250最终连通于发动机200外部的环境，使得：当该腔室的体积随着转子的进一步旋转而增加时，新鲜空气(它可称为新鲜“进气”)可吸入到工作腔室250内。当该工作腔室连通于发动机200外部的环境时，工作腔室250的体积的特点在于可不具有有限的体积。然而，在排出排气时，腔室250可称为“排气腔室”，而在吸入新鲜进气时，腔室250可称为“进气腔室”。
尽管上述讨论集中于工作腔室250，图3（a）至图3（f）还展现出发动机200也形成有两个其它工作腔室252和253。每个工作腔室均执行包括下列步骤的循环：进气、压缩、燃烧、膨胀和排气，如上文结合腔室250所描述的。在此实施例中，每个工作腔室在发动机循环中所处的相位与每个其它工作腔室的相位之差是120度。在该循环的任何给定时刻，正经历膨胀的腔室不仅使所述偏心轴转动，而且也向在其它两个工作腔室中执行的阶段提供动力。
在此点上，关于发动机200及其运行的许多观察结果都是有用的。首先，在转子202的所有旋转角度处，转子202与所有三个叶峰密封件251A、251B、251C都接触。实际上，这是摆线转子的特性，其具有下文更全面描述的有益结果。
而且，尽管本实施例具有带两个凸叶202A、202B的转子和具有三个凸叶容纳区域220、221、222的静止孔口201B，但其它实施例可具有与此不同数量的凸叶和凸叶容纳区域，其中，凸叶容纳区域的数量比相应转子上的凸叶数量（N）多一个（N+1）。而且，在其它实施例中，具有N+1个凸叶容纳区域的“壳体”和具有N个凸叶的转子绕另一个固定的壳体旋转，或者，具有N个凸叶的转子可以是静止的，而具有N+1个凸叶容纳区域的“壳体”绕转子旋转。
壳体
图5和图6中提供了壳体和转子的实施例的更详细视图。图5示意性地图示了壳体201和转子202的分解图，示出了在进气盖201C与排气盖201D之间的周向本体201A。图5中可看到三个叶峰中的两个叶峰205、206以及三个燃烧腔室中的两个燃烧腔室205和215。图5中看不到第三个叶峰207和第三个燃烧腔室217，因为它们被转子202挡住了。然而，在图7（a）至图7（c）的实施例中，示意性地示出了所有三个叶峰215、216、217。图6在下文中讨论。
周向本体
本体201A具有与转子202密切相关的三个凸叶容纳区域。对于与具有已知偏心度“e”的偏心部联接的给定转子来说，通过对设于母曲线413上的一组虚拟辊410、411、412进行设定来确定相应周向本体中的孔口的几何形状，如图4（a）至图4（d）所示。每个虚拟辊410、411、412具有半径为Rr的圆柱形状，且虚拟辊410、411、412在半径为R的母圆413上等距地间隔开。而且，根据上文所述的摆线方程式，转子401的形状由半径Rr和半径R确定。
然后，通过将转子401放置在每个虚拟辊410、411、412的上止点处来确定所述孔口的几何形状。然后，转子401的相反的另一端限定凸叶容纳区域的曲线420、421、422。实际上，通过在转子容纳区域处、在转子与所述壳体之间提供间隙来考虑凸叶容纳区域的实际曲线的结构，这将考虑部件的制造公差和热膨胀。通过对每个虚拟辊420、421、422重复上述这个过程，限定了孔口430的几何形状。这些虚拟辊的位置对应于所述周向本体的叶峰。请注意，在某些实施例中，可制造出其尺寸与“虚拟”辊的尺寸相等的实际辊420、421、422，这样，这些辊就实际存在，而不是仅理论上存在。
因此，孔口430、转子401和虚拟辊410、411、412之间存在唯一的关系。因此，转子和所述孔口的几何形状完全由R和Rr限定。如下文所论述的，半径Rr可用于确定叶峰密封件或叶峰转子的几何形状。
这种摆线几何形状提供了多种有益特征。例如，凸叶和凸叶容纳区域的相协作的几何形状获得了非常高的压缩比（即，压缩腔室的最大体积与最小体积之比，其中，该燃烧腔室的最小体积限定了恒定的燃烧腔室体积）。在发动机200中，该压缩比至少在12至25之间，但更高的压缩比也是可以的。这是相对于现有技术的旋转式发动机而言的一个改进。例如，众所周知，对于汪克尔发动机来说，压缩比的实际极限值约为10，这不足以用于压燃式点火。这就是为何不存在自然吸气式的汪克尔柴油机的原因。
实际上，当转子位于其“上止点”时，即当工作腔室的体积在几何上来说最小时，需要使转子与所述壳体之间的间隙最小。
盖和转子
进气盖201C包括形成进气端口260的孔口，以允许空气进入发动机200内的各个工作腔室。考虑到对称性，在3凸叶壳体结构中选择了3个孔口，但也可选择与此不同的数量。
在本实施例中，转子202包括在转子202的进气面202F与转子202的径向面202R之间的进气通道261。在其它实施例中，该进气通道可穿过所述轴，而在其它一些实施例中，这两种方法可相互混合并匹配。例如，某些实施例可具有在所述壳体的盖或侧部上的排气端口（如图7（d）），以及穿过所述轴的进气端口（如图30（a））。
进气通道261间歇地连通于进气端口260。在所述壳体内的一定旋转角度范围内，进气通道261将连通于工作腔室，从而形成从发动机200外部的环境到该工作腔室中的临时进气管道262。临时进气管道262将在转子202在壳体201内的一定旋转角度范围内存在，只要进气通道261至少部分地连通于该工作腔室。在转子202在壳体201内的其它旋转角度处，该同一进气通道261将周期性地与其它工作腔室中的每一个对准，以形成到这些其它工作腔室中的每一个工作腔室的临时进气管道。
排气盖201D包括形成排气端口265的孔口，以允许用过的工作介质离开发动机200内的各个工作腔室。与上述进气盖类似，考虑到对称性，在3凸叶壳体结构中选择了3个孔口，但也可选择与此不同的数量。
在本实施例中，转子202包括在转子202的排气面202G与转子202的径向面202R之间的排气通道270。在其它实施例中，该排气通道可穿过所述轴，而在其它一些实施例中，这两种方法可相互混合并匹配。例如，某些实施例可具有在所述壳体的盖或侧部上的进气端口（如图7（c）），以及穿过所述轴的排气端口（如图30（a））。
在某些实施例中，排气通道270间歇地连通于排气端口265，而在其它实施例中，该排气通道持续连通于排气端口265。在所述壳体内的一定旋转角度范围内，排气通道270将与工作腔室之一对准，从而形成从给定的工作腔室到发动机200外部环境的临时排气管道。该临时排气管道将在转子在所述壳体内的一定旋转角度范围内存在，只要排气通道至少部分地与该工作腔室对准。在转子在所述壳体内的其它旋转角度处，该同一排气通道将周期性地与其它工作腔室中的每一个对准，以形成从这些其它工作腔室中的每一个工作腔室进行排气的临时排气管道。排气通道270可选地包含止回阀，以在进气过程中、当排气通道和进气通道可能在短暂的重叠时段内同时暴露于工作介质时防止排气回流到发动机中。
盖201C和201D中的一个或二者包括轴承（650，图6），以支承所述轴。轴承650可以是任何常规类型的轴承，包括轴颈（流体动力）型轴承，这尤其有价值，因为它提供了如图30（a）所示的特别简单的构造。而且，在此构造中，以偏心且旋转的方式保持转子轴的输入/输出轴也起到平衡作用。因此，它们可由诸如钨的重金属制成或具有重金属嵌件。
图6示意性地示出了转子202和偏心轴210的分解图。为了容纳面密封件801，转子202具有两个凹槽802（转子的每个面中各有一个），两个面密封件801设置于这两个凹槽802中。这些凹槽802被形成为使得凹槽802内的面密封件801将与按钮密封件810恒定接触。因此，在某些实施例中，转子821上的平台811具有恒定宽度，而在其它实施例中，平台811可具有在转子821上的不同点处变化的宽度。而且，发动机在每个叶峰205、206、207附近在每个壳体侧部（盖）201C、201D中具有三个点（一般而言，对于具有N凸叶转子的发动机而言，有N+1个点），其中，壳体侧部201C或201D中的这种点与面密封件801持续接触。壳体侧部201C、201D中的机油供应端口（例如图2（b）中的270和271）位于这些点中的至少一个上。因此，这种设计确保了整个面密封件801将在转子821旋转时最终经过机油端口。换言之，面密封件801分别具有自己的位于每个壳体侧部201C、201D中的润滑通槽。此外，面密封件801、进气端口260和排气端口265被构造成使得面密封件801从不连通于固定的端口260、265，这防止了机油通过这些端口流出。该机油不仅用于减小密封件的磨损和冷却该密封件，而且也可帮助防止泄漏。
转子202的运动由偏心轴210和一对同步齿轮限定：固定到转子202的小齿轮212（所述轴的轴线经过该小齿轮但并不与它接触）和固定到进气盖201C之一的内齿圈211。内齿圈211与小齿轮202具有3:2的啮合关系。
轴210具有偏心度为e的偏心部210B。某些实施例包括放置在轴210的偏心部与转子202之间的轴承。其它实施例（例如图30中的实施例）则通过如下方式完全省略了这样的轴承：即，使轴3210附接到转子3202并使输入/输出轴在流体动力轴承上偏心地支承该转子——这些流体动力轴承能承受高很多的荷载。
通过参考图7（a）和图7（b），可进一步理解进气端口260、排气端口265、进气通道261和排气通道270的操作，图7（a）和图7（b）包括了周向本体201A以及进气盖201C和排气盖201D的两个视图。在图7（a）中，转子202与进气盖201C中的进气端口260之一对准，从而形成进气路径，空气（“新鲜进气”）710经由该进气路径进入膨胀工作腔室711。空气穿过进气端口260并进入转子202中的进气通道261。空气穿过转子202并通过转子202的径向面202R离开而进入工作腔室711内。随着转子202的转动，工作腔室711膨胀，从而吸入空气。
随着转子202继续转动，进气通道260的开口将最终经过叶峰206。在该旋转角度处，进气通道260中的开口将被该叶峰遮蔽，从而不再存在进气路径或进气管道。在该角度处，建立了压缩腔室，实际上，在该角度处，压缩腔室处于其最大体积（V1）。
在如图所示的转子角度处，图7（a）还示意性地示出了从排气通道270到相邻的凸叶容纳区域720中的转子202的径向面202R内的开口。排气从工作腔室720进入该排气通道，最终经由排气盖201D中的排气端口265进入发动机200外部的环境中。这可有助于压燃式点火，因为其避免了对排气再循环的需要，因此减少了排放。对于火花点燃操作，所述止回阀可安装成消除串流（cross-talk），这例如对于火花点燃操作模式而言是很有价值的。
如图7（a）的实施例中所示，进气通道261和排气通道270可在转子202的某些角度或角度范围内都向工作腔室（排气从该工作腔室离开发动机）打开，从而产生新鲜空气与排气的混合物。
图7（c）中示意性地示出了一个替代的实施例750。在此实施例750中，转子202的径向面202R中的孔口751小于图7（a）中的相应孔口。因此，进气通道261并未如图7（a）中一样向进气腔室和排气腔室都打开。类似的小孔口从排气腔室通向排气通道，但图7（c）中并未示出，因为它在转子202的如图所示的方位上是不可见的。这样，某些实施例包括如下的进气通道和排气通道：这种进气通道和排气通道被构造成使得进气通道和排气通道并不同时（或者在给定的旋转角度处或旋转角度范围内）向同一个工作腔室打开，并且使得该进气通道和排气通道每次不向多于一个的工作腔室打开。
图7（d）示意性地示出了另一实施例中的空气流动，其包括壳体本体760以及进气盖761和排气盖762的视图。进气通道260与膨胀工作腔室730连通，从而形成进气路径，新鲜进气764经由该进气路径进入工作腔室763中。空气穿过进气端口260并进入转子202中的进气通道261。空气穿过转子202并通过转子202的径向面202R离开而进入工作腔室263。随着转子202的转动，工作腔室263膨胀，从而吸入空气。类似地，图7（d）示意性地示出了从工作腔室通过排气端口765流出的排气765（例如，燃烧废气形式的燃烧副产物）的流动。
密封栅
在发动机（例如包括发动机200）的操作期间，处于压力下的工作介质将试图经由任何可用的路线从工作腔室中溢出。因此，发动机包含密封件以防止或至少阻碍工作介质从各个工作腔室中溢出。为此，发动机内的密封件可称为“密封栅”或“密封格栅”。用于旋转式发动机的密封栅系统被限定为下列密封件的系统：将转子的平坦轴向表面密封到所述壳体（盖）的平坦轴向表面的密封件，称为侧部密封件或面密封件；以及，将转子的径向表面密封到所述壳体的径向表面的密封件，称为叶峰密封件。在某些实施例中，密封栅可包括按钮，其在侧部密封件与叶峰密封件之间进行密封。密封栅系统被构造成使得：在压缩、燃烧和膨胀期间，与转子和所述壳体一起使工作腔室基本闭合，从而高压工作介质并不泄漏到相邻的低压区域中（包括进气口和排气口）。实际上，由于制造公差，总是存在泄漏路径并且需要在所述栅本身的构件之间或者在所述栅的构件与转子或壳体之间留有间隙来适应部件的热膨胀；如果设计得正确，可最小化这种泄漏。
例如，考虑一下汪克尔旋转式发动机，它是唯一市售成功的旋转式发动机。发动机的几何形状在汪克尔之前是公知的。汪克尔的贡献在于发展了理论上的密封栅，这使得这种发动机在技术上和商业上变得可行。
图8（a）中示意性地示出了密封栅的一个实施例，但上文所述的其它图也示出了密封栅的各个实施例的一部分。图8（a）中的密封栅包括面密封件801、叶峰密封件205和按钮密封件810。这些密封件一起防止工作介质从工作腔室溢出到相邻的工作腔室，或者溢出到发动机200外部的环境中。例如，叶峰密封件205防止工作介质从一个工作腔室越过转子821的径向表面821R泄漏到另一工作腔室中。面密封件801防止工作介质从工作腔室越过转子821的轴向面821A泄漏。
除了所述面密封件之外，该密封栅的所有其它构件（例如，叶峰密封件和按钮密封件）是静止的。这是与汪克尔发动机相比的一个重要优点，在汪克尔发动机中，密封件都随着转子转动（例如，转子上的顶点密封件随着转子行进，参见图1（c）和图1（d）））。与汪克尔相比，由于该密封栅的元件是静止的，所以，能向它们直接供应润滑剂（例如，通过侧盖中的机油端口），而不是如汪克尔发动机中那样将机油喷射/计量供应到进气端口内。与汪克尔发动机相比，这将显著地减少机油消耗量和发动机排放。
虽然所述面密封件随着转子一起行进，但它们也通过所述盖内的专用机油端口被恒定地供应有机油，并且，由于所述密封件从不连通于进气端口和排气端口，即使未能完全消除，也最小化了从这些密封件的机油泄漏。所述面密封件本身可具有能够保持机油的一个或多个小凹槽、通槽或网纹（cross hatch），从紧邻按钮密封件地位于所述盖内的机油端口供应这种机油。通过摆线曲线的方程式、以如下方式生成所述面密封件的形状：即，无论转子的角位置如何，密封件的中性平面总是经过所述盖中的三个点（对于3凸叶壳体而言）。这些点中的任一个或所有点决定了机油端口的位置。因此，所述面密封件将持续连通于机油端口，而这些机油端口仅连通于面密封件，从而不会发生机油泄漏。此外，面密封件总是临近与可选的按钮密封件对应的虚拟辊。这使得占据了虚拟按钮辊的空间的、所述可选的按钮密封件放置在面密封件与辊/密封件之间。如上文所述，该按钮密封件是静止的并支靠在转子的平坦表面或平台上，从而将所述面密封件与叶峰密封件之间的间隙闭合。
面密封件
在图8（a）的实施例中，面密封件801设置于转子821的边缘821E内侧，在边缘821E处，转子821的轴向面821A与转子821的径向表面821R会合。转子821的轴向面821A的位于边缘821E与面密封件801之间的部分可称为平台811。在图8（a）的实施例中，该平台可具有例如十分之一（1/10）英寸的宽度。因此，图8（a）的密封栅包括按钮密封件810，它防止工作介质越过转子821的轴向面821A在叶峰密封件205与面密封件801之间泄漏。下文中更详细地描述这些密封件中的每一个的实施例。
本文所述的每个面密封件可以由铸铁材料制成。但是，适合用作该面密封件的其它材料例如包括钢合金和其它合金。一般而言，该面密封件及其制造材料应具有足够的强度，以在本文所述的、所需的内燃机环境下工作，并且它也应具有低摩擦、低磨损和低的热膨胀系数。面密封件也应具有一定的容积来保持润滑剂（例如机油）并且应具有高的热导率。
虽然图8（a）示意性地示出了转子821的进气面821A上的面密封件801的实施例，但其它面密封件设置在转子821的排气面上，例如，参见图6中的面密封件801。这些面密封件801分别与对置的进气盖201C和排气盖201D相结合，发挥作用以阻碍或防止工作介质越过转子821的这些面而溢出。为此，面密封件801设置在转子821上，使得面密封件801在转子的任何旋转角度处从不连通于进气端口260或排气端口265。若面密封件801连通于进气端口260或排气端口260，这将表明该密封件连通于发动机200外部的环境，并且可能导致密封件上的任何润滑剂的损失。例如，图9示意性地示出了面密封件的位置，该面密封件被示出为抵靠进气盖201C的进气端口260。如图所示，在任一点处，面密封件801都不出现在进气端口266或排气端口265的任一个中或者穿过进气端口266或排气端口265的任一个。
图10（a）和图10（b）中示意性地示出了面密封件1001的实施例。如图10（a）所示，面密封件1001可以是连续材料带，或者，如图10（b）所示，面密封件1001可包括联接在一起的材料的若干个部分。某些实施例1001包括多个带，如图11（a）中示意性地示出的，例如，其中面密封件1001包括位于转子202中的凹部1102内的三个带：内带1101A、外带1101C和中间带1101B。
图11（b）中示意性地示出了一个这种带1101A的说明性实施例。带1101A包括弹簧部1103，当安装在转子202中的凹部1102内时，弹簧部1103向凹部1102B的底部施加力，以将带1101A从转子202的面202F沿轴向方向偏压，由此偏压该面密封件1101A而使其抵靠对置的进气盖或排气盖。这有助于形成该密封件与所述盖的初始接触。在操作中，空气穿过凹槽1102的外边缘与密封件1101A之间的通槽，到达密封件1101A下方并产生该密封件在相应盖的方向上的轴向移动并与所述相应的盖接触，从而产生用于高压操作的密封件。这被称为气体促动的密封件。
图11（c）中示意性地示出了分段带1150的替代实施例。分段带1150包括若干个分段（1150A，1150B），它们彼此联结以形成一个带，并且，分段带1150还包括弹簧部1150C。
图12（a）至图12（g）中示意性地示出了面密封件的替代实施例。在一个实施例中，面密封件1201设置在转子1202的倒角或斜角边缘1203处。这样，面密封件1201具有大致三角形的截面1203。这种构造消除了对于按钮密封件的需要，因为转子1202上并不存在平台空间。在这些类型的密封件中，不存在凹槽，这样，在转子与密封件之间不存在通槽，气体不能在密封件下方透过。但是，该密封件仍然被认为是空气致动的，因为径向表面可暴露于该气体，由此受到由转子的倒角边缘转换为轴向力的力，因此密封件朝向所述盖轴向移动，从而便于密封功能。
在图12（d）中，上述密封件可具有轴向（平坦）表面1210，其可以离所述盖的表面距离很短。这形成了用于使气体通过的间隙并在与上述轴向力相反的方向上形成压力/力。通过改变这种间隙的表面积，能够控制该轴向力（该轴向力可用作非期望的制动器），从而减小了在面密封件与所述盖之间的摩擦。
如果叶峰密封件1201的倒角表面1201B具有与楔形密封件1220相同的倒角，则可以将该叶峰密封件的小部分设计成与楔形密封件1220一起移动，因此减小或完全消除了叶峰密封件1201与楔形密封件1220之间的间隙。
柱1230与面密封件1201相邻地设置在转子1202中并用于防止面密封件1201沿着斜角边缘1203在转子1202的轴向面1203F上向上升。楔形密封件1220设置在密封件1201的与柱1230相反的另一侧，并用于防止面密封件1201移动离开转子1201。
图12（d）示意性地示出了面密封件1201的顶部轮廓1205，其包括凹槽或通槽1206，该凹槽或通槽1206容纳被供应到面密封件1201的润滑剂。一种替代方案是向面密封件的表面上施加网纹图案。
图12（e）中示意性地示出了用于将面密封件1250保持到转子1202的替代结构。在此实施例中，面密封件1250包括与转子1202的轴向表面1202A平行地从面密封件1250延伸的闩锁弹簧臂1251。弹簧臂1251延伸到转子1202上的腔1252内，并围绕腔1252内的销1253。由此，销1253用于使弹簧臂1251能够将面密封件1250向内朝着转子的中心拉动。这将形成将该面密封件推压到壳体侧部上所需的预载荷条件，因此允许开始该密封件的操作。在加压条件下，气体压力将取而代之。
图12（f）中示意性地示出了用于将面密封件1260保持到转子1202的又一种方案。在此实施例中，转子1202的斜角边缘1201包括对置的第二斜角区1261A，使得该边缘具有叶峰1261B。面密封件1260包括缺口1261A，该缺口1261A具有被构造成与叶峰1261B相配合的截面。面密封件1260的舌部1260B与对置的斜角区1261接合，以防止面密封件1260在转子1202的轴向面1260F上离开边缘1261。楔形密封件1220固定该面密封件1260的相反侧。
图12（g）中示意性地示出了用于将面密封件1270保持到转子1202的另一种替代结构。再一次，与前述构造一样，闩锁和保持机构1203的功能是为了在密封件上提供初始预载荷。
图13（a）至图13（g）中示意性地示出了面密封件的替代方案。在第一实施例中，面密封件1301置于在转子1303中设置的凹槽1302中。当发动机较冷时，如图13（a），线密封件1301置于转子凹槽1302与侧盖1304之间，该侧盖1304例如可以是进气盖或排气盖。线密封件1301可具有圆形或三角形截面，该线密封件1301与转子1303及盖1304产生物理接触，以便形成密封。当发动机较热时，如图13（b），各个部件由于热膨胀而膨胀。因此，部件之间的间隙缩小，线密封件1301仍在转子1302与盖1304之间形成物理接触。
任何高温钢或钨丝可用于线密封件1301。对于0.020”的线直径，计算出冷启动条件下的泄漏路径的截面为0.11mm2；而在热运行条件下，该截面为0.03mm2。对于该泄漏路径，存在四个位置，转子的2侧×顶点密封件的2个部位；因此，对于冷启动而言，这种类型的侧部密封件的总泄漏路径为0.33mm2，而对于热运行条件，其为0.12mm2。这可以与汪克尔发动机的大约～4mm2的泄漏面积进行比较[参见Performance and Combustion Characteristics of Dire-InjectionStratified-Charge Rotary Engines,Nguyen,Hung Lee,N.A.S.A.1987)。
在图13（c）和图13（d）所示的另一实施例中，凹槽1302可位于转子1303的边缘1305处。在此实施例中，线密封件1301由楔形密封件1220保持就位。
在图13（e）和图13（f）所示的另一实施例中，转子1303包括位于其轴向面下方的腔1310，该腔1310向转子1303的径向表面敞口。这种布置在转子1303的轴向表面1303A中产生了悬臂梁1311，该梁1311可在轴向方向上略微挠曲。线密封件1301设置在该腔中，在两个倒角表面1310A、1310B之间，并且，当气体向其施加压力时，线密封件1301将梁1311在轴向方向上朝着对面的盖（例如进气盖或排气盖）偏压。在某些实施例中，该密封件的悬臂部分1311可以与转子完全分离。
图13（g）中示意性地示出了替代实施例。除了面密封件1370可相对于转子1303的轴向表面1303A成一定角度之外，该实施例与上文所述的实施例非常类似。这样的实施例使得面密封件的若干个“层”1370A、1370B能够放置在转子1303上。机油将聚集在这些“层”之间并帮助密封和润滑。
图14中示出了一替代实施例，该实施例包括金属的面密封件1401。在此实施例中，金属的面密封件1401减小了（但未完全占据）转子与相邻的盖之间的间隙。例如，在某些实施例中，密封件与所述盖之间的微小间隙仍可能比气体分子的尺寸大3个数量级。
为了便于密封，提供了油膜以填充上述间隙。由于毛细管作用力，机油将完全填充该间隙并将抵抗来自发动机内的工作介质（例如气体）的压力。此外，油膜将显著地减小该密封件与所述盖之间的摩擦，由此增强了发动机的冷却。
如上文所述，发动机200的摆线式转子几何形状的一个有益特征为：对于所述盖上的至少三个点，可设置有润滑端口（孔），使得它们将总是在面密封件上方。而且，所述盖上的进气/排气端口将放置成使得侧部密封件从不干扰这些端口。因此，这种几何形状允许在面密封件顶部上形成永久的油层。为了增强此层，面密封件的顶表面可具有各种设计的机油凹槽和/或衬垫，以形成减小该面密封件与相邻的盖之间的摩擦所需的弹性流体动力润滑条件。
辊
如上文结合其它实施例所描述的，壳体1502的周向本体1501中的每个叶峰1505具有叶峰密封件，但图15（a）至图15（c）中示意性地示出的替代实施例包括在每个叶峰1505处的辊1503。在这样的实施例中，辊1503的圆柱形表面1503A密封地接触转子1511的径向表面1511R，换言之，这种接触在辊1505与转子1511之间形成密封。每个辊的半径应等于与转子及周向本体的孔口相对应的虚拟辊的半径（Rr）。
在图15（a）至图15（c）的实施例中，辊1505设置在辊腔1510内，辊腔1510被填充有机油1520或其它润滑剂，以润滑辊1503，并且也在径向方向上偏压该辊1503以接合转子1511。一个或多个擦拭件（Wipers）1520设置在辊腔1510中，以将润滑剂容纳在辊腔1510中并帮助将辊1505固定于辊腔1510内。如上文所讨论的，在此实施例中，按钮密封件1530和面密封件1540构成了所述密封栅。
图16（a）至图16（d）中示意性地示出了密封栅的替代实施例，并且该密封栅包括面密封件1601和按钮密封件1602，如上文所讨论的。然而，这些实施例也包括楔形密封件1610。楔形密封件1610设置在叶峰中（即，楔形密封件1610是叶峰密封件）并且被弹簧构件1611偏压而抵靠所述周向壳体（为了清楚起见，图中已省略），以便接合转子1611的径向表面1611R。图16（d）示意性地示出了楔形密封件1611的楔形部1612的替代实施例。
叶峰密封件
各种叶峰密封件可用于各个发动机实施例中。如图8（a）所示，例如，叶峰密封件设置在壳体880上。在该实施例中，叶峰密封件205设置在叶峰822处的叶峰密封件通槽825中。在某些实施例中，叶峰密封件可在径向方向上被朝着转子821偏压，以便接合该转子821。
为此，每个叶峰密封件可包括弹簧，该弹簧接合叶峰密封件通槽825，从而导致叶峰密封件上的沿着转子821的方向上的径向力。图17和图18中示意性地示出了两个这样的实施例。叶峰密封件1701包括叶峰密封件本体1702和弹簧构件1703。类似地，叶峰密封件1801包括叶峰密封件本体1802和弹簧构件1803。在其它实施例中，叶峰密封件在叶峰密封件通槽内被设置在该叶峰密封件通槽中的机油或其它液体偏压。
图19（a）和图19（b）中示意性地示出了叶峰密封件1901的另一实施例。叶峰密封件1901包括如图19（a）所示地并排布置的两对密封元件1902和1903。每一对可包括由分体式弹簧（split springs）1904支承的、一个较小的1903分段和一个较大的1902分段。这些分段之间的润滑通槽1910直接向密封件/转子界面提供润滑剂（例如，机油）。这与现有技术的旋转式发动机不同，现有技术的旋转式发动机将机油喷射到发动机内部以到达转子上的密封件。通过将机油直接供应到密封件以及密封件/转子界面处，需要更少的机油并且更少的油在发动机中燃烧，从而减少了机油消耗量和排放。
叶峰密封件1925的、叶峰密封件与转子会合处的边缘优选是弯曲的，如图19（b）中示意性地示出的。在某些实施例中，叶峰密封件是弯曲的，具有曲率半径Rr（虚拟辊的半径）。这将最小化顶点密封件的行程。
图20（a）至图20（c）中示意性地示出了叶峰密封件2001、2010和2020的其它实施例。这些密封件被分开或被穿孔2020，以允许气体进入密封表面下方，从而平衡来自该密封气体外侧的压力。为了使泄漏最少，该密封件与转子或嵌件之间的空间应填充有高温金属绒2003。
应当指出，不同于需要密封件在其转子上行进大约0.070-0.110英寸的汪克尔顶点密封件（对于大约100KW的发动机），在上述各个实施例中，叶峰密封件最多也没有行进超过0.01英寸（0.0254厘米），在某些实施例中可能更少。
按钮密封件
图8（a）中示意性地示出了简单的按钮密封件810，该按钮密封件810可以是已知类型的，例如汪克尔发动机中所用的按钮密封件。然而，当转子821由于加热而膨胀时，位于转子821中的凹槽内的面密封件801在向外的径向方向上移动。取决于所选择的材料和操作温度，面密封件801可能会干扰该按钮810。此问题的一个解决方案可以是：使该按钮尺寸不足或者在转子821热膨胀期间允许该按钮随着面密封件一起移动。
为此，图8B中的按钮810设置于按钮套筒856中。按钮套筒856允许按钮870在径向方向上、与转子821的热膨胀相协调地略微移动。按钮密封件810的按钮870具有圆形截面和按钮半径。
替代实施例
尽管上文已经针对摆线转子描述了多个实施例，但这些特征中的许多特征可用于各种发动机中。
例如，图21中示意性地示出了具有3凸叶转子2102的旋转式发动机壳体2100，其中，内转子2102和外转子2103以恒定的速度、在壳体2100内绕固定轴线旋转。内转子2102比外转子2103少一个齿。根据上文所述的实施例，转子2102可包括面密封件。图23中示意性地示出了具有3凸叶转子2301的发动机2300的替代实施例。
在图21的实施例中，当内转子2102接合外转子2103的相应凸叶2104时，形成了基本恒定的体积。
内转子2102旋转并驱动该外转子。弹簧加载或机油支承的辊2110帮助密封和减小摩擦。进气端口和排气端口的形状和位置使得进气体积小于膨胀体积。由于在刚刚燃烧之后存在的相对缓慢速率的体积膨胀，可实现基本恒定体积的燃烧腔室。
在此实施例的操作期间，由内转子、外转子和所述壳体的盖形成可变体积的腔或工作腔室。每个腔室旋转并在其运动过程中从与恒定体积燃烧腔室的体积对应的最小体积V2变为与排气体积对应的最大体积V4。燃料通过位于所述盖内的静止的燃料喷射器（未图示）来喷射。该操作通常根据HEHC-S循环来进行，其中，空气被清扫（排出并引入），空气被压缩，燃料被喷射并燃烧，并且燃烧产物膨胀。虽然示出了一种3/4的构造，但2/3、4/5等的构造也同样是可以的。此发动机也可以在数字模式下运行。
另一实施例包括单叶片构造。图22（a）至图22（c）中示意性地示出了具有这种转子的发动机组件。此实施例包括壳体（外转子付）2201和单叶片2202（内转子付），叶片2202绕其自身轴线旋转，同时该轴线又相对于壳体2201基本上同时旋转（在偏心部2203上）。内转子付2202比具有凸叶容纳区域的外转子付少一个齿（或凸叶）。当该内转子付的凸叶接合该外转子付的相应凸叶时，形成了基本恒定的体积（2200）。根据上文所述的实施例，转子2202可包括面密封件。
此实施例的壳体2201与叶片2202一起形成4个（在本例中）可变体积的腔或腔室，其类似于4缸活塞发动机。与每个腔室结合的叶片2202模仿了4冲程操作。工作介质将被引入、压缩、燃烧、膨胀和排出。
该壳体将容纳恒定体积的燃烧腔室，该恒定体积的燃烧腔室可适当地位于所述壳体中或位于所述盖中。常规的提升阀或球形阀或盘形阀可用于控制进气冲程和排气冲程的定时。此图中未示出这些阀。如果恒定体积的燃烧腔室2220位于所述壳体中（如图所示），那么，可采用圆柱形阀。这些阀将与燃烧腔室同心并且将旋转，从而使该恒定体积的燃烧腔室的开口暴露于进气端口或排气端口。通过在腔室体积减小的同时使进气阀打开，允许比排气体积更小的进气体积，从而实现了该循环的阿特金斯（Atkinson）部分。此实施例也可以在数字运行模式下运行并且可与燃料喷射系统一起使用。
图23中示意性地示出了具有3凸叶转子2300的发动机2301的替代实施例。
图24示意性地示出了发动机2401的另一实施例，其中，2凸叶（通常，N凸叶）转子2402刚性联接到输入/输出轴2403。轴2403在壳体2404内与第二3凸叶（通常，N+1凸叶）外转子2405一起旋转，第二3凸叶外转子2405相对于该2凸叶转子偏心地安装。侧盖具有输入/输出端口，新鲜进气通过该输入/输出端口以气刀的方式吹送，因此同时实现了排气和进气并执行2冲程操作。除了简单的动力学和较少数量的移动部件之外，这种构造还可执行称为“HEHC”循环的发动机循环，如公开号为US2001/023814A1的美国专利申请中所描述的，该美国申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
图25示意性地示出了发动机2501的又一实施例。在该实施例中，2凸叶（通常，N凸叶）内转子2502是静止的，而3凸叶（通常，N+1凸叶）外转子2503被构造成绕该静止的内转子2502盘绕和旋转。带有驱动辊2505的驱动轴2504驱动该3凸叶转子2503。这是具有较少移动部件的、从动力学上来说很简单的构造。
图26、图27和图28示意性地示出了如下的实施例：在该实施例中，可在无齿轮的情况下实现转子的旋转和盘绕的定相或同步。
图26示意性地示出了固定在转子2602上的凸轮2601和固定在所述盖（为了清楚起见，省略了盖）上的三个辊2603。替代地，也可使用对称构造，例如两个凸轮/6个辊，其中第二凸轮在转子的另一侧，并且第四、第五和第六辊在另一盖上。应当指出，利用与转子2602本身相同的公式来计算该凸轮的轮廓，除了成形半径（R）和辊半径（Rr）不同之外，偏心度与转子2602的偏心度相同。
图27示意性地示出了一种不同的构造，其中，凸轮2701固定在所述盖上，而两个辊固定在转子上。
图28示意性地示出了称为W板的实施例。在此实施例中，辊2803固定在单独的轮毂2802上，使得该辊“获取”转子2801的运动并将该运动转换为所述轮毂的单纯旋转运动。
这样的发动机具有：具有工作腔的壳体；带偏心部的轴；设置于偏心部上并在所述工作腔内的转子；包括多个转子的轮毂；固定地联接到所述轴的板，该板具有多个孔口，使得所述辊中的每一个穿过多个孔口中的相应一个孔口。在操作中，转子的旋转导致这些辊绕所述孔口循环，使得转子的偏心运动被转换为所述板中的圆运动。
应当指出，图26至图28的实施例可根据需要来相互混合和匹配，以避免可能的盲区（dead spot）。而且，对于本领域技术人员而言，许多其它实施例应当是显然的。
图29（a）至图29（b）中示意性地示出了另一实施例2901。在摆线发动机中，偏心部承受来自气体压力的大部分荷载。齿轮对的功能是将转子相对于壳体确定相位。具有较小尺寸的小齿轮限制了所述轴的大小并因此限制了转子的厚度，从而导致大致类似煎饼的几何形状。图29示出了一种替代方案，其包括内置于转子2901内的额外的凸轮2903。刚性附接到所述盖的三个（或六个，转子的每一侧各有三个）凸轮从动件2905将在无齿轮的情况下使转子定相（phase）。凸轮2904和凸轮从动件2905由与转子2902本身相同的方程式和偏心度来描述。当然，半径R和Rr与转子的不同。此处的额外益处在于可以实现更高的速度，因为三个相当大的辊接受惯性载荷，而不是单个齿。
图30（a）、图30（b）和图30（c）中示意性地示出了发动机的替代实施例。在此实施例中，转子轴3210与转子3202刚性连接。转子轴3210由两个输入/输出轴3050偏心地支承，在转子的每个轴向方向上有一个输入/输出轴。每个输入/输出轴3050具有两个轴承表面3050A、3050B，其中外轴承表面3050A以发动机中心为中心，而内轴承表面3050B被偏心地构造，并因此偏心地保持转子轴3210。由于输入/输出轴3020的偏心度，它们可用作配重以动态地平衡所述转子，从而消除了对单独配重的需要，同时允许轴承和配重靠近该转子。输入/输出轴350将转子3202的盘绕运动转换为单纯的旋转运动。然而，仍然需要通过上文所述的齿轮或其它构件（例通过齿轮3501）来进行转子的同步。轴承3060可以是液压型（如图所示），或是其它类型的。
图30（b）和图30（c）中还示出了用于气体交换（进气和排气）的替代构造。此替代方案也可完全或部分地（对于进气和排气端口之一的策略而言）应用于图2所示的实施例。在此实施例中，到发动机中的进气以及工作介质从发动机中的排出均通过轴（3210）来进行，其中，该轴与转子刚性连接。具体而言，进气端口（3110）与经过输入/输出轴中的孔的通道连通，然后该通道继续经过转子轴（3210）中的中空部分。该通道继续穿过刚性连接的转子中的通槽（3260）并依次与工作腔室（3225）周期性地连通。排气端口被类似地构造在转子和所述轴的轴向相反端上，从而周期性地允许工作腔室（排气腔室）与外界环境之间的连通。如图所示的另外的元件是转子中的排气通槽（3161）、所述轴中的排气通槽（3111）、排气端口（3112）。
可使用常规的燃料调制或者如下文所述的燃料跳过循环（skip-cycle）方法来以部分荷载操作上文所述的各个实施例。例如，为了以部分荷载操作，特别地是利用如柴油、JP8等的重燃料，可以有多个选项。例如，可对提供给发动机的燃料量进行调制，如常规发动机中那样。
替代地，发动机也可在“数字模式”下运行——通过在全负荷下运行每个燃烧循环，但跳过所述循环的一定百分比。例如，通过跳过每10个循环中的三个循环，将允许发动机在70%的全功率下运行；通过跳过每10个循环中的八个循环，将允许发动机以20%的负荷运行，等等。可简单地通过切断燃料供应来实现这种跳过循环的过程。在此情况下，即使在中间不发生燃烧，在压缩腔室中压缩的空气将在膨胀腔室中膨胀。由于工作介质（在此情况下为空气）充当空气弹簧，这不仅以最小的能量损失发生，而且，由于热量从工作腔室的壁传递给空气，能回收一部分能量，从而从内部冷却发动机，同时升高温度并因此升高该膨胀气体的压力，从而与发动机的冷却相关联的一些损失可部分地作为有用功而回收。
图31示意性地示出了实施例3100，其包括具有3:2的比率的内部齿轮和小齿轮，或者，替代地，如果惰轮由偏心轴3101驱动，该比率为2:1。
图32示意性地示出了被构造成执行高效率混合循环（“HEHC”）的实施例。
类似于常规的活塞发动机，HEHC可称为4冲程循环，因为它们具有4个不同的冲程：进气、压缩、燃烧和膨胀、以及排气。HEHC的扫气式变型例（HEHC-s）等效于2冲程发动机循环，其中，在膨胀结束时，通过所吹送的环境空气来清扫该腔，其去除燃烧废气并利用新鲜空气或者空气/燃料混合物的进气来重新填充该腔。
美国公开的专利申请US201110023814Al的图1和图2中示出了HEHC压力-体积图。在初始状态，在压缩冲程期间，仅压缩空气，这类似于狄塞尔循环。可在压缩冲程快要结束时或在压缩冲程之后立即添加燃料。由于在此时刻、空气已被压缩到较高的压力（～55巴），需要高的喷射压力来实现完全燃烧和清洁的排气，这类似于现代柴油机中所用的方式。该操作类似于柴油机，除了燃烧以恒定的体积发生，如火花点火的奥托（Otto）循环发动机中实现的那样。然而，与火花点火发动机不同的是，由于燃料喷射到非常热的压缩空气中而发生燃烧。然而，话虽如此，也可使用火花塞。在此循环中发生了到周围压力的膨胀，这类似于阿特金斯循环。
可通过燃料调制来实现部分荷载操作，如柴油机中一样，或者通过完全跳过一些喷射来实现，如下文中将描述的。
由于这个循环类似于柴油机、奥托和阿特金斯循环，该循环被称为“混合循环”。也可以在燃烧和/或膨胀冲程期间喷射水，因为这可提高发动机的效率，同时提供从发动机内部的冷却。
如果把移动的部件与壳体之间的泄漏保持在较低水平，该循环的最大效率预计为约57%，而平均效率预计高于50%。
图32（a）至图32（f）中示意性地示出的实施例3201包括在壳体3203内的转子3202。随着转子3202旋转，它与壳体3202形成各种工作腔室，以执行HEHC循环。
该循环始于开始新鲜空气进气冲程，在此时刻，转子3202在凸叶容纳区域3210内，如图32（a）中示意性地示出的。在这个位置，进气管道在发动机3201内打开，例如，如先前的实施例中示出的。在完成进气的时刻，进气口闭合，并且空气（其可称为工作介质）被约束在工作腔室3250内，如图32（b）中示意性地示出的。随着转子继续转动，在HEHC循环的压缩阶段，工作腔室3250内的空气被压缩。因此，在该循环的此时刻，工作腔室3250是压缩腔室。当该压缩腔室开始与发动机3201外部的环境隔绝时，其具有体积V1。
随着转子3202继续转动，其最终完全占据凸叶容纳区域3210，并且工作介质被约束在燃烧腔室3251内，如图32（c）中示意性地示出的。燃烧腔室3251具有体积V2，该体积V2小于体积V1。在此时刻，工作介质包括压缩空气和燃料，并且燃烧开始。该燃烧可通过任何手段来开始，但在此实施例中，通过工作介质的压缩程度来启动燃烧。
该燃烧提高了工作介质的压力，这又向转子3202施加力，从而导致转子3202继续其旋转，由此，允许工作介质在HEHC循环的膨胀阶段膨胀，如图32（d）中示意性地示出的。该工作腔室的体积增大，因此工作介质的体积也增大，直到体积（V3）超过进气体积V1，如图32（e）中示意性地示出的。
最后，膨胀阶段结束，并且工作介质被排出到发动机3201外部的环境中，如图32（f）中示意性地示出的。
尽管上述实施例针对内燃机进行了描述，但某些实施例可用作膨胀器，例如在蒸汽机中。实际上，各个实施例可被构造为外部热机（例如，外燃机）。例如，可通过将热管放置在上文中被描述为燃烧腔室的空间内来将热量供应到工作腔室内，以允许从太阳能、燃烧、核能等将外部热量传递到该腔室内。
实际上，本文的公开内容将支持宽范围内的、可能的权利要求。例如，在具有楔型密封件和/或在转子的倒角边缘上具有面密封件的实施例中，压力（例如，气体压力）将在面密封件上生成径向力，该力又偏压所述面密封件而在倒角边缘上向上滑，从而通过该转子的倒角边缘将该力转变为密封件的轴向移动。而且，在某些实施例中，该面密封件可具有轴向（平坦）表面，它可离所述盖的表面距离很短。这形成用于气体穿过的间隙，并在与上文提到的轴向力相反的方向上形成压力/力。此间隙的表面积控制该轴向力（该轴向力常常用作不希望的制动器），从而减小了面密封件与所述盖之间的摩擦。
如果叶峰密封件的表面具有与楔形密封件相同的倒角，叶峰密封件的较小部分可设计成随着该楔形密封件一起移动，从而减小或完全消除了叶峰与楔形密封件之间的间隙。
上文描述了各种密封件例如面密封件和叶峰，和/或它们可全部被保护，或仅单独地要求保护，或者在密封栅的情形下要求保护。
此外，本文描述的发动机的实施例可以在各种模式下运行。例如，实施例可以在2冲程模式下运行，或者多种4冲程模式，包括（但不限于）执行HEHC循环（即，HEHC运行）。
下面列出了某些可能的其它权利要求。
P1.一种旋转式发动机，包括：
壳体，其具有工作腔；
轴，其具有与所述轴一体或者固定地附接到所述轴的偏心转子，所述偏心转子设置在所述工作腔内；
支承所述轴的至少一个流体动力轴承，以便允许该偏心转子在工作腔内旋转。
P2.一种旋转式发动机，包括：
壳体，其具有工作腔；
轴，该轴具有偏心部；
转子，该转子设置在偏心部上并位于工作腔内；
轮毂，该轮毂包括多个转子；
板，该板固定地联接到所述轴，该板包括多个孔口，多个辊中的每一个穿过所述多个孔口中的相应一个孔口，
其中，转子的旋转使得所述辊绕这些孔口循环，使得转子的偏心运动被转换为所述板中的圆运动。
P3.一种旋转式发动机，包括：
壳体，该壳体具有工作腔；
密封栅；
转子轴，该转子轴具有与所述轴一体或固定地附接到所述轴的转子，该转子设置在工作腔内；以及
至少一个输入/输出轴，该输入/输出轴设置在发动机内，以便偏心地支承转子轴。
P4.根据可能的权利要求P3的发动机，其中，该输入/输出轴被构造成用作配重，以动态地平衡转子。
P5.根据可能的权利要求P3的发动机，该转子轴和输入/输出轴还包括进气通道和排气通道（例如，旋转式发动机具有气体交换系统，该气体交换系统包括进气端口和排气端口以及穿过该输入/输出轴和转子的通道）。
P6.根据可能的权利要求P3的发动机，还包括支承输入/输出轴的流体动力轴承。
上文所述的本发明的实施例仅是示例性的，对于本领域技术人员来说，许多变型和修改是显而易见的。所有这种变型和修改都在任何所附权利要求中限定的本发明的范围内。例如，上文公开的各种密封件中的任一个可用于本文描述的各种转子中的任一个。类似地，各个进气端口和排气端口中的任一个可与本文描述的转子和/或轴中的任一个一起使用。

Claims (17)

1.一种改进型的发动机，包括摆线转子和壳体，所述摆线转子具有N个凸叶，所述壳体具有相对应的一组N+1个凸叶容纳区域，所述凸叶容纳区域用于在所述转子绕轴线相对于所述壳体旋转时相继地接纳所述凸叶，所述壳体具有：（i）一对侧部，所述一对侧部沿轴向设置在所述转子的第一侧和第二侧；（ii）叶峰，所述叶峰设置在每一对相邻的凸叶容纳区域之间；以及（iii）进气端口和排气端口，其中，所述改进包括：
多个叶峰密封件，所述多个叶峰密封件中的至少一个设置在每个叶峰上并构造成在所述转子的整个旋转时段内与所述转子保持接触，由于所述转子和所述凸叶容纳区域的摆线几何形状，每个密封件在所述转子的整个旋转过程中被径向偏压而抵靠所述转子；
第一通道，所述第一通道被限定在所述转子中，以在所述进气端口与工作腔室之间周期性地连通，所述工作腔室被定义为在两个叶峰密封件、所述壳体和所述转子之间的空间；
第二通道，所述第二通道不同于所述第一通道且限定在所述转子中，以在所述排气端口与所述工作腔室之间周期性地连通；
第一面密封件，所述第一面密封件设置在所述第一侧与所述转子之间；
第二面密封件，所述第二面密封件设置在所述第二侧与所述转子之间；
其中，所述通道和所述密封件被构造成：使每个密封件在所述转子的所有角位置处都与所述转子及所述侧部之一保持接触，同时，避免与所述端口中的任一个连通。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，每个叶峰密封件与所述转子具有接触区域，并且，所述接触区域是弯曲的并具有与虚拟辊的曲率半径相等的曲率半径，所述虚拟辊唯一地由所述转子的几何形状和所述凸叶容纳区域的几何形状限定。
3.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述转子具有第一轴向面、与所述第一轴向面平行的第二轴向面、以及径向表面，所述径向表面在所述第一轴向面与所述第二轴向面之间并垂直于所述第一轴向面和所述第二轴向面，并且
其中，所述第一轴向面和所述径向表面限定所述转子的第一边缘，所述第二轴向面和所述径向表面限定所述转子的第二边缘；并且
其中，所述第一面密封件设置在所述转子的第一边缘处。
4.根据权利要求3所述的发动机，还包括：其中，所述第二面密封件设置在所述转子的第二边缘处。
5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述转子具有第一轴向面、与所述第一轴向面平行的第二轴向面、以及径向表面，所述径向表面在所述第一轴向面与所述第二轴向面之间并垂直于所述第一轴向面和所述第二轴向面，并且其中，所述第一轴向面和所述径向表面限定所述转子的第一边缘，并且其中，所述第一面密封件从所述转子的第一边缘移位地设置在所述第一轴向面上，以便限定在所述第一轴向面上位于所述第一边缘与所述第一面密封件之间的第一环形平台，所述发动机还包括按钮密封件，所述按钮密封件设置成在所述第一环形平台处接触所述转子和所述第一面密封件。
6.根据权利要求1所述的发动机，其中，在所述转子在所述壳体内的第一角度处，所述工作腔室形成具有最大压缩腔室体积的压缩腔室，并且，在所述转子在所述壳体内的第二角度处，所述工作腔室形成具有最大膨胀腔室体积的膨胀腔室，所述最大膨胀腔室体积大于或等于所述最大压缩腔室体积的1.0倍。
7.根据权利要求6所述的发动机，其中，所述最大膨胀腔室体积为所述最大压缩腔室体积的至少3倍。
8.根据权利要求1所述的发动机，还包括在所述侧部的至少一个中的多个润滑剂通槽，所述多个润滑剂通槽中的每一个均设置成将润滑剂输送到所述多个叶峰密封件中的相应一个叶峰密封件。
9.根据权利要求1所述的发动机，还包括在所述侧部的至少一个中的润滑剂通槽，所述润滑剂通槽设置成将润滑剂持续地输送到所述面密封件中的相应一个面密封件。
10.一种改进型的发动机，包括转子和壳体，所述转子具有N个凸叶，所述壳体具有相对应的一组N+1个凸叶容纳区域，所述N+1个凸叶容纳区域用于在所述转子绕自身轴线旋转并且相对于所述壳体绕轴线盘绕时相继地接纳所述凸叶，所述壳体具有：（i）一对侧部，所述一对侧部沿轴向设置在所述转子的第一侧和第二侧；（ii）叶峰，所述叶峰设置在每一对相邻的凸叶容纳区域之间；以及（iii）进气端口和排气端口，其中，所述改进包括：
第一通道，所述第一通道被限定所述转子中，以在所述进气端口与工作腔室之间周期性地连通，所述工作腔室被定义为在两个叶峰密封件、所述壳体与所述转子之间的空间；
第二通道，所述第二通道不同于所述第一通道且限定在所述转子中，以在所述排气端口与所述工作腔室之间周期性地连通；
密封栅，所述密封栅包括多个叶峰密封件，所述多个叶峰密封件中的至少一个设置在每个叶峰上并构造成与所述转子保持接触，所述密封件被径向偏压而抵靠所述转子；所述密封栅还包括下列密封件之一：
设置在所述转子上并构造成与所述壳体的侧部保持接触的面密封件，该密封件被轴向偏压而抵靠所述壳体的侧部，其中，在旋转过程中，所述侧部密封件并不越过所述进气端口或排气端口；以及2×(N+1)个按钮密封件，所述2×(N+1)个按钮密封件设置在所述壳体的侧部内，每个叶峰的一侧各有一个按钮密封件，所述2×(N+1)个按钮密封件被沿轴向朝着所述转子偏压并构造成与所述叶峰密封件及所述侧部密封件保持接触；以及
设置在所述转子上并构造成与所述壳体的侧部及所述转子的倒角部保持接触的面密封件，该密封件被轴向偏压而抵靠所述壳体的侧部；
其中，所述端口、所述通道和所述面密封件被构造成：使所述密封件在所述转子的所有角位置处都与所述转子及所述侧部之一保持接触，同时，避免所述密封件越过所述端口中的任一个。
11.根据权利要求10所述的发动机，其中，所述面密封件是线密封件。
12.根据权利要求10所述的发动机，其中，所述面密封件设置在所述转子的边缘处，所述边缘由所述转子的轴向面与所述转子的径向面的相交部分来限定。
13.根据权利要求10所述的发动机，其中，所述面密封件的轮廓被生成为摆线曲线，其中，用于生成所述摆线曲线的虚拟辊的半径为所述按钮密封件中的按钮的半径。
14.根据权利要求10所述的发动机，其中，所述转子具有由一组N+1个虚拟辊限定的摆线几何形状，并且，每个叶峰密封件与所述转子具有接触区域，所述接触区域是弯曲的，其曲率半径接近于被所述叶峰密封件取代的所述虚拟辊的曲率半径。
15.一种旋转式发动机，包括：
壳体，所述壳体具有工作腔，以及与所述工作腔流体连通的燃烧腔室；
活塞，所述活塞设置在所述壳体上并构造成以可控方式进入所述燃烧腔室和从所述燃烧腔室中撤出；
转子，所述转子以可旋转方式安装在所述工作腔内，以便在所述转子在所述工作腔内的不同旋转角度处与所述壳体形成具有可变体积的工作腔室；以及
控制器，所述控制器与所述转子的旋转角度同步，以便以可控方式使所述活塞进入所述燃烧腔室和从所述燃烧腔室中撤出，从而使所述工作腔室和所述燃烧腔室的共同体积在所述转子的一定旋转角度范围内是恒定的。
16.一种旋转式发动机，包括：
壳体，所述壳体具有工作腔；
轴，所述轴具有偏心部；
转子，所述转子具有第一轴向面以及与所述第一轴向面相反的第二轴向面，所述转子设置在所述偏心部上并位于所述工作腔内，所述转子包括所述第一轴向面上的第一凸轮，所述第一凸轮具有与所述轴的所述偏心部的偏心度相对应的偏心度；
盖，所述盖与所述壳体一体或固定地附接到所述壳体，所述盖包括多个辊，每个辊均与所述凸轮接合，其中，当所述转子在所述工作腔内旋转并绕所述轴盘绕时，所述凸轮引导所述转子的旋转。
17.根据权利要求16所述的旋转式发动机，还包括所述转子的所述第二轴向面上的第二凸轮。
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