CN104718354A - 内爆震引擎、包含内爆震引擎之复合式引擎及其制造与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了整合有爆震或脉冲引擎技术（例如一内爆震引擎）之复合式内爆震气体涡轮引擎、以及其制造与使用方法。该内爆震引擎包括一爆震腔室，其中系具有一燃料点引器；在该爆震腔室的一端部处之一定子，其具有至少一第一开口以接收燃料；与该定子相邻之一转子；以及一能量转换机构，其系配置以将从点燃或引爆燃料所产生的能量转换为机械能。该爆震腔室与燃料点引器系配置以点燃或引爆该爆震腔室中的一燃料。定子或爆震腔室中任一系具有一第二开口以排放爆震气体。转子中具有一或多个第三开口，其系配置以于转子旋转时与至少该第一开口重迭。

Description

内爆震引擎、包含内爆震引擎之复合式引擎及其制造与使用方法

相关申请案之互相引用

本申请案主张在2012年7月24日与在2012年11月30日所申请之美国临时专利申请案第61/741,661号与第61/797,161号之优先权，其系藉由引用形式而整体并入本文。

技术领域

本发明一般是与气体涡轮机技术领域有关。更具体而言，本发明之具体实施例是与一种新颖的内爆震引擎、包含该内爆震引擎之复合式引擎（例如复合式内爆震-气体涡轮引擎）以及其制造和使用方法有关。

背景技术

涡轮引擎是已用于推进车辆（例如喷射流），以及用于产生工业电力与中心发电。一般而言，气体涡轮机是由依序配置的压缩机、燃烧室、以及涡轮机所组成。流入的空气是于压缩机中被压缩为高压，并以高速与高压馈送至燃烧室中，其中空气系与燃料混合，并经燃烧以产生热的、加压气流，该气流系进入到涡轮机区段中，气体系于该处膨胀并驱动涡轮机。涡轮机将气体的能量（例如焓）转化为机械功，用以驱动压缩机和耦接至该气体涡轮机的可选的其他装置。

最近的技术进展已经能够生产比大部分汽车所使用之汽油燃烧引擎重量更轻且更便宜的小型气体涡轮引擎。这种涡轮引擎也会产生较少的污染。两种传统的气体涡轮引擎的图式系绘示于图1与图2中。

图1绘示了一种传统的气体涡轮引擎10，其一般系用于发电。图1的气体涡轮引擎10包括压缩机区段14（其具有多个阶段）以增加流入的空气（例如在空气进气口12处）的压力与温度；燃烧区段或腔室16，其具有位于引擎周边附近的多个燃烧腔室，燃料是在其中被点燃以进一步增加流入的空气的温度与压力；以及涡轮机区段18，热的、加压空气或排放气体20系传送至其中以驱动涡轮机的转子并产生机械能，以使涡轮机的中心轴旋转并产生动力。

图2说明了一种用于飞行器推进之传统涡扇涡轮引擎50。该传统涡扇涡轮引擎50包括在引擎50前方处的大型风扇52，其加速流入的空气并使其通入低压压缩机60和/或高压压缩机62，而进入沿着引擎50的外部通过之风扇导管80中。涡扇引擎50的压缩机60与62、燃烧腔室70以及高压与低压涡轮机区段72、74系以类似于图1之气体涡轮引擎10类似的方式作业。涡扇引擎50的运作与气体涡轮引擎10的不同处在于，“旁通流量（bypass flow）”（由风扇52进行加速并通过风扇导管80的空气）系对引擎所产生的总推力有贡献。

几乎所有的传统喷射引擎和大部分的火箭引擎都会在燃料爆燃（亦即燃料的快速、次音速之燃烧）时运作。在传统气体涡轮机与涡扇引擎的燃烧腔室中之燃料燃烧会对涡轮机叶片产生作用力并产生机械功率。在这类引擎中，燃烧腔室系开放系统，且燃料的燃烧是不间断的。燃烧腔室中的点燃来源（点引器）会在引擎启动时点火，但然后停止，因为在引擎运转时，燃料与来自压缩机的加压空气系持续馈送至燃烧腔室中，因而可维持燃料的点燃。

虽然最近的技术进展已经能够使用比其他引擎类型（例如燃烧引擎）更有效率且更低污染之更小、更轻的气体涡轮机，但气体涡轮机的效率则可再被提升。举例而言，传统的天然气点火之涡轮发电机系仅能将介于25%至35%之天然气热值转化为可用电力。因此，为能推进车辆及产生电力，对于更有效率的气体涡轮机技术仍存有需求。

此“背景技术”段落系仅用于说明背景信息。在“背景技术”中的陈述并非承认在“背景技术”中所揭露的标的内容即构成本发明之现有技术，且在“背景技术”中没有任何部分是用于承认本申请案的任何部分（包括此“背景技术”）即构成本发明之现有技术。

发明内容

本发明是关于一种新颖的内爆震引擎，进一步整合有一爆震或脉冲引擎技术（例如该内爆震引擎）的新颖复合式气体涡轮引擎以及其制造与使用方法。因此，本发明提供了一种复合式气体涡轮引擎系统，其系利用双重动力来源（单位为m/s或m/s²），即气体涡轮（或涡扇）冲力与脉冲式引擎冲力。该复合式气体涡轮引擎可适用作为飞行器、船与地面车辆之一动力系统。复合式气体涡轮技术也可适用于其他应用，例如有效率的发电或机械驱动系统。

一方面，本发明系与内爆震引擎有关，其包括内有燃料点引器的爆震腔室、在该爆震腔室的一端部处之的定子、与该定子相邻的转子以及配置以将从点燃或引爆燃料所产生的能量转换为机械能的能量转换机构。该爆震腔室与燃料点引器系配置以点燃或引爆该爆震腔室中的燃料。该第一定子具有至少一个第一开口以接收该燃料。定子或爆震腔室中任一系具有一第二开口，以排放爆震气体。转子中具有一或多个第三开口，其系配置用于在转子旋转时与至少该第一开口重迭。

本发明之内爆震引擎的各种具体实施例进一步包括了进气腔室，其具有(i)燃料进气口，其系间歇性连通于该第一开口，及(ii)排放口，其系间歇性连通于该第二开口。该进气腔室与该定子系密封地围绕该转子，并使该转子旋转于该进气腔室与该定子之间。此外，本发明之内爆震引擎系进一步包括驱动机构，其系配置以接收该机械能。该驱动机构系包括，例如，(1)连接至该能量转换机构的一或多个杆件，及(2)自该一或多个杆件中至少其一接收该机械能的曲轴。曲轴系能驱动齿轮或轮轴，该齿轮或轮轴接着驱动一或多个轴杆或皮带。本发明之内爆震引擎的其他具体实施例系进一步包括一定时齿轮，其系配置以(i)自该驱动机构接收该机械能，及(ii)直接或间接旋转该转子。

在某些具体实施例中，爆震腔室系包括汽缸与汽缸罩，且该能量转换机构包括连结至该杆件的活塞，该活塞系配置以可滑动地匹配于该汽缸内。该汽缸罩中具有第一与第二开口。优选地，润滑剂和/或表面涂层系位于转子与其外壳之间（例如进气腔室和定子），例如在转子的表面上。该表面涂层和/或润滑剂一般可减少转子与定子之间的摩擦。举例而言，该表面涂层系包括氮化硅或由氮化硅组成，其系进一步作用以机械性保护转子。

在某些具体实施例中，本发明之内爆震引擎进一步包括第二定子与第二转子。该第二开口系位于该第二定子中，且该第二定子系位于该爆震腔室的一相对端部处。该第二转子中一般系具有一或多个第四开口，其系配置用于与该第二开口重迭。

本发明的另一方面是关于一种复合式内爆震涡轮引擎，其包括内爆震引擎；轴杆；一或多个旋转风扇，其可旋转地固定至该轴杆、在该第一定子与第一转子的上游处；以及一或多个涡轮风扇，其可旋转地固定至该轴杆、在该内爆震引擎的下游处。涡轮风扇与轴杆一般系配置以驱动该等旋转风扇的空气压缩功能。

在进一步之构想中，本发明也关于一种转换能量的方法，包括经由在定子中的至少一第一开口注入燃料至爆震腔室中，该定子系位于该爆震腔室的一端部处；点燃或引爆该爆震腔室中的燃料；经由在该定子或该爆震腔室中的第二开口而排放爆震气体；在一或多个轴杆、轮轴或齿轮处将从点燃或引爆该燃料所产生的能量转换为机械能；以及旋转与该定子相邻的转子。该转子中具有一或多个第三开口，其系配置以于该转子旋转时与至少该第一开口重迭，否则则在该等第三开口未与该第一开口重迭时密封该第一开口。

本发明藉由将脉冲式爆震的组件整合至一般的涡轮引擎设计中而增进了现有涡扇与气体涡轮引擎的性能，产生了一种新颖的复合式气体涡轮引擎。相较于现有的气体涡轮机技术，该新颖的复合式气体涡轮引擎具有提升之效率，且因此具有减少之燃料消耗和/或较大的功率产生。在一脉冲式爆震引擎中，在爆震腔室中的空气与燃料之易燃性混合物系于超音速爆震中被点燃。爆震会使腔室中的气体压力增加至大约50 atm至大约150 atm的范围。该热的、加压气体接着会经由喷嘴而喷出，以驱动涡轮机转子和/或产生推力。本发明之新颖复合式气体涡轮引擎系于引擎的爆震区段中包括一脉冲式爆震腔室。该新颖气体涡轮机系另外包括传统的气体涡轮燃烧腔室。

整合于气体涡轮机设计中的脉冲式爆震腔室的新颖燃烧提高了每单位石化燃料或生质燃料所能利用的机械能与推力的大小。更具体而言，相较于传统的气体涡轮和涡叶引擎而言，脉冲式爆震腔室的加入会增加传送至涡轮区段的作用力与冲力（与特殊冲力）。因此，本发明之复合式气体涡轮机可利用相同量、或更少量的燃料而产生比传统气体涡轮机更大的功率量。本发明之技术也可用于多种燃料来源，包括天然气、合成气、煤炭产生之氢气、石油燃料产品（例如汽油、煤油、喷射燃料、柴油燃料等）、硝酸铵、氧化亚氮、硝基甲烷、乙醇、生质燃料以及其他燃料。可用以产生本发明之复合式气体涡轮机的其他材料来源包括火药、锯屑、稻草、纸张（例如磨碎的、截片的、切条的等）和/或其他不昂贵的、可再生之燃料来源。在某些具体实施例中，可于该复合式气体涡轮引擎中使用燃料组合以使性能优化。举例而言，可使用汽油来发动引擎，然后在引擎达到运转速度时以天然气或喷射燃料来替代汽油。

在其他具体实施例中，新颖之气体涡轮引擎可适用于发电或其他机械驱动应用（例如地面车辆）。举例而言，本发明系有利地提供了一种可用于传统发电的复合式气体涡轮引擎。涡轮机的旋转轴杆可用以驱动发电机。因此，该新颖气体涡轮机系可整合于传统的发电系统中，而不需特殊的设计变更或过多成本。

此外，新颖的复合式气体涡轮机系可利用与传统气体涡轮机所使用之相同材料与部件而制成，因此其制造成本系实质上等同于传统气体涡轮机的制造成本。从下述较佳具体实施例之详细说明即可直接清楚理解本发明的这些与其他优点。

附图说明

图1是一传统气体涡轮引擎的截面图。

图2是一传统涡扇气体涡轮引擎的截面图。

图3是根据具体实施例之复合式气体涡扇涡轮引擎的截面图。

图4是说明根据本发明的具体实施例的定子平板与对应转子的图式。

图5是提供了根据本发明的对分定子的前视图与侧视图之图式。

图6A是提供了根据本发明的具体实施例之成对的定子与转子的前视图之图式。

图6B是提供了根据本发明的另一具体实施例的另一对定子与转子的前视图之图式。

图7是说明在一四步骤爆震程序中前门装置与后门装置的转子位置之图式。

图8是说明在一四步骤爆震程序中另一前门装置与一后门装置的转子位置之图式。

图9是根据本发明的具体实施例的爆震腔室之图式。

图10是说明适用于本发明的爆震腔室之四个定子与转子的配置之图式。

图11提供了用于说明根据本发明的具体实施例的另外一种爆震腔室之图式。

图12是根据本发明的具体实施例的曲轴装置之图式。

图13是根据本发明的具体实施例之复合式涡扇气体涡轮引擎的截面图。

图14是根据本发明之另一具体实施例之复合式涡扇气体涡轮引擎的截面图。

图15是根据本发明的具体实施例的双发电机发电厂之俯视图与侧视图。

图16是根据本发明的具体实施例的例示内爆震引擎之图式，该内爆震引擎中具有一旋转阀门。

图17是图16的例示内爆震引擎之截面图。

图18A至图18C是根据本发明的具体实施例之旋转阀门与弹簧负载之密封装置的图式。

图19A至图19H是该例示内爆震引擎的各个运转阶段中旋转阀门的位置之图式。

具体实施例

现将详细参照本发明之各种具体实施例，其实例系说明于如附图式中。虽然本发明系结合下述具体实施例来加以说明，但应理解这些说明并不是为了将本发明限制于这些具体实施例；相反地，本发明意欲涵盖在发明精神与范畴中所包含的替代例、修饰例与等效例。此外，在下述详细说明中，系提出各种具体细节来提供对本发明之一通盘了解。然而，发明所属领域技术人士可在没有这些具体细节下实施。在其他例子中，不再详细说明习知的方法、程序、构件与材料，以避免不必要地混淆本发明之构想。

因此，本发明之具体实施例的技术构想将结合图式而完整及清楚说明余下述具体实施例中。可理解到说明内容并非用于将本发明限制于这些具体实施例。根据本发明所说明之具体实施例，该领域技术人士即可在无须创造性贡献下得到其他具体实施例，且这些具体实施例皆落于本发明所提出的法规保护范畴中。

此外，在此文件中所揭露的所有特征、计量与处理（除了互相排斥的特征和/或处理以外）皆可结合于任何可能方式或任何可能组合中。在本说明书、申请专利范围、摘要与图式中所揭露的任何特征皆可基于类似动机、目的和/或功能而以其他等效特征来取代，除非另外具体指明以外。每一特征一般系仅作为本文所揭露的发明具体实施例。

本发明之具体实施例是关于复合式气体涡轮引擎、以及其制造与使用方法。该复合式气体涡轮引擎包括气体涡轮机设计，其可整合一或多个可在爆震反应期间关闭之脉冲式爆震腔室，藉此提供额外的作用力以驱动一涡轮机和/或产生推动力。

内爆震引擎

如图3所示，一复合式内爆震气体涡轮机100一般包括四个区段：(1)压缩机或压缩机区段120，(2)爆震区段130，其具有一或多个脉冲式爆震腔室135，(3)涡轮机区段140，以及(4)排放区段150。该复合式内爆震气体涡轮引擎中可视需要而包括后燃烧器，以于飞行器应用中提高推动力。该复合式内爆震气体涡轮引擎可对涡轮叶片提供增加之作用力、冲力和/或特殊冲力，因而增加引擎的效率与功率输出。

参阅图3，在本发明的一例示具体实施例中，系说明了一种新颖之复合式涡扇气体涡轮引擎100，其可使用作为一飞行器或其他车辆的推进系统。该复合式气体涡轮设计系可以大范围的尺寸（例如引擎可具有介于约3吋至约15呎之范围的直径，或者其中的任何数值或数值范围）建构而成。此外，该复合式涡扇气体涡轮引擎100可具有数种应用，包括模型车辆（例如空用、水用与地面之无人车辆）以及空用、水用与地面之运输车辆（例如商务飞行器）。

在本发明之各种具体实施例中，引擎100可在引擎100的前部（前方）处具有一风扇105，引擎100系于该处接收流入的空气。风扇105系配置以增加流入空气的速率，其中流入空气是由风扇105分通至在风扇后或后方的两个个别结构：一风扇导管110与压缩机或压缩机区段120。风扇105、风扇导管110与压缩机120系配置为使得大约有5至95%的流入空气会通到引擎100的压缩机区段120中（例如大约10%至75%、15%至50%、20%至40%或其中的任何数值或数值范围）。流入空气的剩余部分会流到风扇导管110中。根据该复合式内爆震气体涡轮引擎100的整体尺寸而定，风扇105系具有介于约2吋至约14呎之范围的直径（例如约1呎至10呎、2至8呎、3至6呎或其中的任何数值或数值范围）。风扇105系配置为以大约500至大约7500rpm旋转（例如约1000至约5000rpm、约1500至约3500rpm或其中的任何数值或数值范围），藉此使通至风扇导管110和压缩机120的流入空气的速率可增加至大约50mph至约1500mph（例如较佳为约200mph至约700mph或是其中的任何数值或数值范围）。

风扇导管110自风扇105接收流入空气，并使其通过压缩机120与爆震腔室135附近而至复合式内爆震气体涡轮引擎100的排放区段150，在该处经由一喷嘴155而提供推力。风扇导管110可沿着其长度而具有一变化之截面积，以于空气被推动到排放区段150中时使推力最大化。

在某些具体实施例中，复合式内爆震气体涡轮引擎100并不包括一内风扇。举例而言，为发电而设计之复合式气体涡轮机即不包括此一风扇结构。在这类具体实施例中，复合式内爆震气体涡轮引擎在爆震区段130中的直径系由一或多个爆震腔室135所占据，且视情况由一或多个传统燃烧腔室（未示）所占据，以使该复合式内爆震气体涡轮引擎100的爆震区段130所能产生的作用力与冲力达到最大。

压缩机区段120也自风扇105接收流入空气，并使其通过一或多个压缩机转子124，以增加流入空气的压力与温度。流入的空气可从风扇105流到压缩机区段120所在的一轴向导管115中。压缩机或压缩机区段120可具有1到15个阶段，其中每一阶段都包括一压缩机转子124与一间隔部（未示）。每一转子124包括一组径向方向之金属叶片（例如不锈钢、钛等），其系于运转期间以高速旋转，并于流入空气通过压缩机120时使其加速。每一阶段可视情况而于间隔部以外（或取而代之）更具有一定子136a或136b，其可具有叶片或导管以引导流入的空气之流动。

压缩机120可包括构成一低压压缩机区段之一或多个阶段（其以压缩机叶片122与124为特征或由其所定义）、以及构成一高压压缩机区段之一或多个阶段（其以压缩机叶片126为特征或由其所定义）。低压压缩机区段的阶段可连接至一第一（例如“低压”）轴杆132，其也可连接至引擎100的涡轮机区段140中的低压阶段144。风扇105也可连接至低压轴杆132。风扇105、压缩机区段120中的低压压缩机、低压涡轮机区段、以及低压轴杆132的组合系构成了一低压管。压缩机120也包含产生高压压缩机区段120之一或多个阶段，其系耦接至一第二（例如“高压”）轴杆134与涡轮机的高压区段（例如以涡轮叶片142为特征和/或由其所限定），以构成一高压管。低压压缩机区段的旋转系由低压涡轮机所驱动，而高压压缩机区段的旋转是由高压涡轮机区段所驱动。

压缩机120系配置以增加通过压缩机120之流入的空气的压力和温度。压缩机120的旋转转子122-126增加了由风扇105所导入至压缩机120的空气的速度。当压缩机转子122-126旋转时，压缩机转子122-126的金属叶片将空气推向引擎的的爆震区段130。随着导管在直径上的减少，轴向导管115也对空气压缩有贡献，这是因为其变得更靠近引擎的爆震区段130。然而，在与爆震区段130相邻的压缩机区段120中系存在压缩空气贮槽（未示），其具有比爆震腔室135大上数倍的容积，可提升性能与引擎稳定性（例如减少震动）。

压缩机120传送至爆震腔室135（在某些具体实施例中，传送至燃烧腔室）之压缩空气的压力系增加至介于约2atm至50atm之范围（例如约10atm至约35atm、约15atm至约25atm或其中的任何数值或数值范围）。传送至燃烧腔室的压缩空气的温度系介于约250°C至约1250°C的范围内（例如约500°C至约1000°C，或其中的任何数值或数值范围）。压缩空气可由轴向导管115传送至引擎的燃烧区段130中，如图3所示。在替代具体实施例中（例如在燃烧区段具有多个脉冲式爆震腔室135或脉冲式爆震腔室135和燃烧腔室之组合的具体实施例中），系经由一扩散岐管来传送压缩空气。扩散岐管具有复数个导管，每一导管系对应至一个别脉冲爆震腔室135或燃烧腔室。

如图3所示，该复合式内爆震气体涡轮引擎100包括爆震区段，其中具有脉冲式爆震腔室135。然而，本发明之具体实施例并不限于图3所示之复合式内爆震气体涡轮引擎100，且可包括一或多个脉冲式爆震腔室135。每一个脉冲式爆震腔室135可包括一或多个燃料注入器，以将一燃料来源137导入至脉冲式爆震腔室135中。当一脉冲式爆震腔室135中有多个燃料注入器存在时，每一个燃料注入器会导入一相同或不同种类之燃料（例如一第一燃料注入器系注入汽油、一第二注入器系注入喷射燃料、一第三注入器系注入天然气等）。一或多个点引器137（例如火星塞）系存在于每一个脉冲式爆震腔室135中以点燃空气-燃料混合物。同时，每一个脉冲式爆震腔室135都具有一前门装置与一后门装置，其中每一个装置都包括一第一成对之定子136a与转子138a以及一第二成对之定子136b与转子138b，以控制腔室（例如爆震腔室135）中气体的进流与排出。

图4说明了一定子平板136’与一对应转子138’。因此，一例示的定子136’与转子138’对或组系绘示于图4中。在前门装置中，定子201具有一或多个开口或转子空隙203，其可使压缩空气从压缩机流至爆震腔室（例如图3之爆震腔室135）中。转子202的形状可制造为与转子空隙203的形状对应，使得当转子202旋转时，转子202将在旋转位置处完全覆盖转子空隙203，并在某部分的旋转循环中避免压缩空气通过。因此，前门转子的旋转会控制来自压缩机（例如图3之压缩机120）之压缩空气的流动。在后门装置中，转子138’与定子136’系以相同的方式建置。后门转子138’的旋转控制从爆震腔室（例如图3之爆震腔室135）到引擎（例如图3的引擎100）的涡轮机区段（例如图3之涡轮机区段140）之热的、加压气体的流动。

前门与后门装置系可包括在转子空隙203的边缘周围之一环件或垫圈204，以于定子201和转子202之间产生一紧密的密封。环件或垫圈204系经润滑，以提高定子201（或环件或垫圈204）和转子202之间的密封性。同时，定子136’和转子138’系由相同材料制成，例如抗热与抗压材料（例如不锈钢、钛等）。可替代地，定子136’和转子138’系各包含一不同的抗热与抗压材料。

如图5所示，定子系可具有一罐状架构。图5提供了一对分定子236’的前视图与一对分定子236’的侧视图。定子236可具有一基部平板204，其中可形成有空隙空间203，一固体汽缸系连结至基部平板204或以其形成，且一环件系连结至汽缸的上缘或以其形成，并位于该基部平板204之一平行平面中。环件系于气体涡轮引擎中使用作为定子236与其他结构的链接点（例如一定子的环件系可拴接至另一定子的环件，见例如图9）。定子236的基部平板204系具有约1吋至约10呎之半径（例如约1呎至约6呎、或其中的任何数值或数值范围）。

定子236中的转子空隙204的数量可有所变化。在各种具体实施例中，定子236可具有1至100（例如4至20或是其中的任何数值或数值范围）个转子空隙203，端视于复合式涡轮引擎的大小、以及引擎的特定应用而定。转子空隙203的大小与数量可加以变化。较大的转子空隙203数量会在引擎中产生较少震动与更高的引擎稳定性。每一个定子236也可具有一中心圆形空隙，以供涡轮引擎（例如复合式引擎100，图3）的轴向轴杆（例如轴向轴杆132和/或134，图3）。

返参图4，转子空隙203可具有一楔形形状（见例如图5），其中转子空隙的长度（即从轴向轴杆起之径向长度）会延伸接近至基部平板204的周围，而转子空隙203的宽度会根据离轴向轴杆（例如轴向轴杆132和/或134，图3）的距离而改变。转子空隙的宽度较佳系以空隙203在基部平板204的平面上所占据的弧度为特征。转子空隙203可占据约1°至270°（例如5°至90°、或其中的任何弧度）之弧度，端视于转子空隙203的数量与基部平板204的半径而定。可替代地，转子空隙203可具有其他适当形状，例如圆形、椭圆形、罗勒斯多边形（Reuleaux polygonal）等。

转子236系连结至轴向轴杆（例如轴向轴杆132和/或134，图3）或高压管，且包括自该轴向轴杆或高压管径向延伸的一或多个叶片。转子叶片202（图4）的数量（例如1至100、或其中任何数量）、形状（例如楔形、圆形、椭圆形等）与间隔系与成对定子136’中的转子空隙203对应。因此，当转子叶片202与转子空隙203对准时，转子138’系完全覆盖定子236中的转子空隙203。在某些具体实施例中，转子叶片202系占据了比转子空隙203更大的弧度。

为了帮助爆震腔室（例如图3的爆震腔室135）的连续运作，会存在有：(1)转子叶片202（图4）和转子空隙203之间的大小差异，及(2)前门装置和后门装置的转子运作之间的相位偏移（一错置配置），以容纳一开启与关闭顺序，其可使空气-燃料混合物于一关闭之爆震腔室中爆震，然后有热的、加压之空气-燃料混合物之排除。

图6A说明一成对的定子236a与转子238a。如图6A所示，定子236a具有四个转子空隙（例如图5之空隙203），其具有1°至22.5°（例如22.5°、或其中的任何弧度或弧度范围）之弧度，而转子238a可具有四个转子叶片，其具有等于或大于转子空隙之弧度（例如大于1°至89°、30°至60°、45°、或其中的任何角度或角度范围）。前与后转子（例如分别为图3中的转子138a和138b）系以大约1°至约45°之弧度（例如22.5°）加以错置。

在另一具体实施例中，如图6B所示，一成对的定子236b具有一个转子空隙203’，其具有1°至180°之弧度（例如90°或其中的任何弧度或弧度范围），而转子238b具有单一叶片，其具有等于或大于转子空隙203’之弧度（例如大于1°至359°、90°至270°、180°、或其中的任何角度或角度范围）。前与后转子（见例如图3中的转子138a与138b）系以大约1°至约90°之弧度（例如90°）加以错置。

前与后转子（例如转子138a与138b）系直接连结至轴向轴杆（或一高压管，例如图3中的轴杆132和/或134），且因此以与轴向轴杆（或高压管）之相同方向（例如顺时钟方向）及相同速度旋转。然而，在替代具体实施例中，转子系经由插置在转子与轴向轴杆（或高压管）之间的一齿轮系统或其他机械装置而间接耦接至轴向轴杆（或高压管）。举例而言，一反向惰轮齿轮（未示）系插置在轴向轴杆（或高压管）与转子之间，以改变转子相对于轴向轴杆之旋转方向。同时，连结至转子并耦接至轴向轴杆的齿轮（或在其间的惰轮齿轮）的大小可经调整以对转子产生轴向轴杆之一所需齿轮比（例如输入齿轮的角速率对输出齿轮的角速率之比例），并藉以调整转子旋转的速度。

在其他的替代具体实施例中，转子238a和/或238b中的一或两者（图6A至图6B）系可独立于轴向轴杆（例如图3的轴杆和/或轴132和/或134）。在这类具体实施例中，第六A-B图的转子238a和/或238b系由一分离的机械驱动机构予以控制。因此，转子238a和/或238b系彼此独立地从一关闭位置移动至一开启位置。举例而言，如图6A所示之转子238系开始于一关闭位置，然后在一方向（例如顺时钟方向）中旋转一预定角度（例如与对应空隙203’相等之一角度）而至一开启位置。然后，第六图的转子238a系以相反方向（例如逆时钟方向）旋转相同角度，以使转子238a返回关闭位置。

图7显示在一四步骤之爆震程序期间的前门装置与后门装置的转子位置。转子238a及238b的错置和/或转子238a和/或238b的独立旋转系可运用以产生一多阶段爆震循环，其中前与后门装置系可经编程为以一预定顺序开启或关闭。前与后转子238a与238b的位置（关闭与开启）可经控制以使爆震所产生并施用至涡轮机转子238a与238b的作用力优化，藉以增进推力和/或引擎的扭矩。在某些具体实施例中，转子238a与238b和/或定子236a与236b的错置排列可于转子238a和238b与涡轮机轴杆（例如图3的轴杆和/或轴132和/或134）一起旋转时，进行四个连续步骤之运转。类似于四冲程内燃烧引擎，图7之转子238a与238b的转动会产生随着转子238a与238b旋转而重复之四个基本步骤。爆震程序的四个步骤系简要说明于下表：

表1

 在步骤1，压缩空气从压缩机流到爆震腔室（例如图3中的爆震腔室135）中。在步骤2中，在爆震腔室中点燃空气-燃料混合物系产生一超音波爆震脉冲，其接着于步骤3中自爆震腔室中排出。在步骤3中所排出之快速爆炸的气体对复合式内爆震气体涡轮引擎的涡轮机区段中的涡轮机转子（例如图3中的转子142和/或144）传送大量作用力，并且驱动涡轮机转子的快速旋转。在每单位燃料下，超音波爆震可提供比传统涡扇引擎中的传统燃烧腔室实质上更多的力（提升特殊冲力）。在步骤4中，前与后门装置皆为开启，以冲洗爆震之任何残余气体。

在爆震程序中，转子238a、238b相对于定子236a、236b之移动系由图7与图8予以例示，其显示了在上述步骤1至步骤4中转子238a、238b与定子236a、236b之对准。图7显示了与图6A类似的转子238a、238b与定子236a、236b，其中在每一个转子238a、238b上有四个转子叶片（例如各具有45°之弧度），且每一个定子236a、236b上有四个转子空隙203’、203”（例如个具有22.5°之弧度）。图8显示与图6B类似的转子与定子，其中有一个转子空隙（例如具有90°之弧度）与一转子叶片（例如具有180°之弧度）。

图7与图8显示了前与后转子238a、238b以相同方向旋转之实例（例如，从引擎的前方观看时，两个转子238a、238b皆以逆时钟方向旋转）。如上述说明，转子238a、238b可具有不同之配置，其中转子238a、238b可以相反方向和/或不同速度旋转。

本发明中也可包含其他的转子/定子配置。举例而言，每一转子238a或238b可独立地具有1至100个转子叶片，且各对应定子236a或236b具有一对应数量的转子空隙203’或203”。因此，每一个转子/定子对可具有不同的配置及转子叶片与转子空隙203’或203”之数量。此外，在相同引擎中的不同转子/定子对之间，转子238a与238b和转子空隙203’与203”的形状系可加以变化。转子叶片和转子空隙的配置、数量与形状可针对每一个转子/定子对而进行优化，以使该复合式内爆震气体涡轮引擎的作用力与冲力达最大。转子和定子系可位于复合式涡轮引擎的中央部分，一般是位于传统燃烧腔室所在位置或接近该位置（见例如图3）。定子与转子的配置系可相对于涡轮轴的长度而固定。

举例而言，图9绘示了一前定子903与一后定子904，其可静止位于一爆震腔室902的端部处，并且在连结点907处耦接至该复合式涡轮引擎的本体，但定子903、904并不耦接至轴向轴杆901。定子903、904系可彼此连结（例如利用其间的O形环拴接在一起）以密封爆震腔室902。前转子905与后转子906系连结至轴向轴杆901（或高压管），使得转子905、906可在该复合式内爆震气体涡轮引擎的运转期间由涡轮机（例如高压涡轮机）予以驱动（旋转）。前转子905与后转子906系于连结点908处连结（例如熔接）至轴向轴杆901。每一个爆震腔室902可包括一燃料注入/点引器909。

如图10所示，定子903、904与转子905、906可具有多种配置。如图10的四个例子所显示，前转子905与后转子906可位于爆震腔室902的内或外部。

在爆震顺序的步骤1中，前转子905可离开与前定子903中之转子空隙之对准，而后转子906系与后定子904对准，使来自压缩机的压缩空气进入爆震腔室902中。在步骤2（引爆阶段），前转子905系与前定子903中的转子空隙对准，而后转子906系与后定子904对准，藉此关闭爆震腔室902。可在以点引源909（例如火星塞）点燃压缩空气与燃料的混合物之前，于步骤1和/或步骤2中将燃料注入至爆震腔室902中。空气-燃料混合物的点燃会在爆震腔室902中产生爆震以及一产生之热的、加压气体混合物。在步骤3中，前转子905与前定子903中的转子空隙对准，而后转子906离开与后定子904之对准，使得爆震所产生的热的、加压空气可经由后定子904中的转子空隙排出至复合式涡轮引擎的涡轮机区段（见例如图3与图9）。在步骤4中，两个转子905、906都离开了与其各别定子903、904之对准，以使爆震腔室902中的残余气体可被冲洗出来。

在一替代具体实施例中，前门装置系如上所述，但后门装置则建构为可在空气-燃料混合物的爆震期间（步骤2）进行一活塞式动作。在后门装置被建构为可进行一活塞式动作的具体实施例中，后定子1104系耦接至用于驱动轴向轴杆1101之一机构和/或其他机械处理、装置或设备。

如图11所示，一前转子1105系在一爆震腔室1102的前方连结至一轴向轴杆1101。一前定子1103系于爆震腔室1102的前端部处连结至复合式涡轮引擎的本体。然而，后门装置系不同于图9之具体实施例。一后定子1104系藉由一滑动装置1107（例如一或多个线性轴承）而链接至复合式涡轮引擎的本体（或前定子1103），使其可沿着轴向轴杆1101而滑动。在前定子1103与后定子1104之间存在有一紧密密封，即使后定子不是静止亦然。同时，后转子1106系藉由一滑动装置1108（例如一或多个线性轴承）而链接至轴向轴杆1101，使后转子1106可沿着轴向轴杆1101而滑动。此配置可使后定子1104和后转子1106在运作引擎的爆震阶段中就像活塞一样沿着轴向轴杆而移动。当在爆震腔室内的空气-燃料混合物被点燃时，爆震会沿着轴杆1101将后门装置（后定子1104和后转子1106）推向引擎后方。轴向轴杆1101具有沿着轴向轴杆1101运行且平行于轴向轴杆1101的轴之一条状物1109与一沟部1110，以于其沿着轴向轴杆移动时引导后转子1106。后定子1104与后转子1106两者都具有一返回机构（未示），以使轴向轴杆1101上方的后定子1104和后转子1106返回其爆震前位置（例如一弹簧系统、一液阻系统等）。在后转子1106位于爆震腔室内的具体实施例中，后定子1104具有一返回机构，且后转子1106会被后定子1104推回到爆震前位置中。

图12显示一曲柄装置1111，其可链接至后门装置（例如后定子1104）并位于复合式涡轮引擎的涡轮机区段（例如图3的涡轮机区段140）中或附近。后门装置系连接至连接杆件1112（图12），其可于后门装置沿着轴向轴杆1101来回移动时旋转曲轴1113。当曲轴1113旋转时，连结至曲轴1113的驱动齿轮1114与1118会驱动轴向轴杆1101上的从动齿轮1116，藉以带动轴向轴杆1101旋转。在驱动齿轮1118与从动齿轮1116之间插置有一反向惰轮齿轮1117，以补偿驱动齿轮1114的旋转，并使轴向轴杆1101平滑连续地旋转。举例而言，当从动齿轮1116受驱动齿轮1114驱动而以顺时钟方向旋转时，反向惰轮齿轮1117即藉由驱动齿轮1118而以逆时钟方向旋转，其接着也以顺时钟方向驱动从动齿轮1116。在(1)驱动齿轮1114和1118以及(2)从动齿轮1116之间的齿轮比可被调整，以使该复合式内爆震气体涡轮引擎的运转达优化（例如使轴向轴杆转动的速度达最大、提供涡轮与活塞系统之平顺且协调的运转等）。举例而言，驱动齿轮1114与1118对从动齿轮1116的齿轮比可介于约0.1至约20（例如约0.5至约10、约1至5、或其中的任何比例或比例范围）。或者是，曲轴1113系驱动一齿轮箱（未示）中之一更复杂的齿轮系统，其接着即驱动轴向轴杆1101。曲轴1113也可耦接至其他机械处理、装置或设备1115，藉以提供多种机械用途。在某些具体实施例中，且某程度类似于传统的内燃引擎，多个引擎系可驱动一单一曲轴。

轴向轴杆1101可进一步耦接至一低压管轴杆1119（例如，连接至一低压涡轮机、一低压压缩机与一风扇）和一高压管轴杆1120（例如，连接至一高压涡轮机与一高压压缩机以及前与后转子）。可替代地，轴向轴杆1101作为低压管轴杆，且可耦接至一高压管轴杆。或者是，在轴向轴杆1101和低压管与高压管轴杆1119、1120之间可分别插置有齿轮，以调整轴向轴杆1101和低压管与高压管轴杆1119、1120之间的齿轮比。举例而言，轴向轴杆1101和低压管轴杆1119之间的齿轮比系介于0.1至20（例如约0.1至约15、约1至约10、其中的任何比例或比例范围），且轴向轴杆1101和高压管轴杆1120之间的齿轮比系介于0.01至20（例如约0.5至约5、约0.1至约2、或其中的任何比例或比例范围）。可替代地，低压管轴杆1119系藉由一或多个齿轮而个别地耦接至低压管轴杆1119与高压管轴杆1120。在这类具体实施例中，低压管轴杆1119对高压管轴杆1120的齿轮比可介于约0.01至约10（例如，约0.05至约1、约0.1至约2或是其中的任何比例或比例范围）。

同时，驱动齿轮1114和1118对从动齿轮1116的齿轮比以及轴向轴杆1101对低与高压管轴杆1119、1120的个别齿轮比可经调和以于该复合式涡轮引擎的这些不同的旋转部件（例如后转子（如图11的转子1106）和高压管轴杆1120）之间达到一特定的角速度关系。高压管轴杆1120和后转子（例如后转子1106）的角速度的调和系使爆震循环可以平顺进行。

在一具体实施例中（其中爆震循环与定子/转子配置与图7所示者类似），图12中之驱动齿轮1114与1118对从动齿轮1116的齿轮比为1，轴向轴杆1101对低压管轴杆1119的齿轮比为10，而低压管轴杆1119对高压管轴杆1120的齿轮比为0.1，藉以提供高压管轴杆1120对后转子之角速度比为1（其结果是高压管与后转子每转90°则产生一次爆震循环）。在另一具体实施例中（例如当爆震循环与定子/转子配置类似于图8中所示者），驱动齿轮1114与1118对从动齿轮1116的齿轮比为10，轴向轴杆1101对低压管轴杆1119的齿轮比为2，而低压管轴杆1119对高压管轴杆1120的齿轮比为5，藉以提供高压管轴杆1120对定子之角速度比为1。此一具体实施例的结果是高压管和后转子的每一完整循环会产生一次爆震循环（见例如图7）。

此外，在图12的具体实施例（以及后门装置被建构为可进行一活塞式动作的类似具体实施例）中，连接杆件1112可作为一后门装置之一返回机构。除了上述之弹簧或液阻系统以外或取而代之，连接杆件1112会在曲轴1113旋转时将后门装置推回到其原始位置（爆震前位置）。更具体而言，当连接杆件颈轴承1121朝向最靠近爆震腔室的位置旋转时，连接杆件颈轴承1121会推动连接杆件1112，其系接着将后门装置（包括定子1104）推回其爆震前位置。

图13提供了涡扇形复合式气体涡轮引擎1300，其于爆震阶段中包括一活塞式动作。在图13的复合式气体涡轮引擎中的爆震腔室1335系类似于图11中所示者。空气1312系被注入至对涡扇形复合式气体涡轮引擎1300的进气部。风扇1305、低与高压压缩机1322和1326、前门装置1330以及低与高压涡轮机1371与1372系类似于图3中之对应构件。图13的复合式内爆震气体涡轮引擎系包括一压缩空气贮槽1338和冷却风扇1340。当空气-燃料混合物在爆震腔室1335中由一燃料注入/点引器1337点燃时，后门装置1331系被推向复合式涡轮引擎的后方，如箭头所示。当后门装置1331向前移动时，连接杆件1375系使曲轴1332和驱动齿轮1317旋转，其接着驱动轴向轴杆1315。

如上所述，本文揭露的复合式涡轮引擎可用以推进车辆，包括地面车辆（例如，卡车、汽车、军事坦克车等）。为了减少引擎所产生的噪音，可将一种抑制噪音的系统（例如消音器）可整合或耦接到复合式涡轮引擎。例如，图13所示之复合式涡扇气体涡轮引擎可包括一消音器或其他抑制噪音的系统。

图14显示一新颖的复合式涡扇气体涡轮引擎1400之另一具体实施例。复合式涡扇气体涡轮具有一相似于图3所示之复合式内爆震气体涡轮引擎的设计，包括一风扇1405、风扇导管1410、低压及高压压缩机1422及1426、低压及高压轴杆1432及1434、燃料来源/点引器1437、转子1438a及1438b、定子1436a及1436b、爆震腔室1435、高压涡轮机1472以及位于风扇导管1410后的额外低压涡轮机区段1474。低压涡轮机区段1474可藉由从风扇导管1410通过的高压空气和/或来自爆震腔室1435的热、加压之排气而驱动。复合式气体涡轮机设计可具有许多应用，包括空用、水用及陆地车用以及发电。

如上所述，本文说明的新颖复合式内爆震气体涡轮引擎可用在发电应用。在这些应用中，复合式内爆震气体涡轮引擎可包括或可不包括一风扇结构。例如，在部分发电的具体实施例中，新颖的复合式内爆震气体涡轮引擎可以是不动的，其中轴是耦接到并驱动一发电器。在这些具体实施例中，在爆震区段中之复合式内爆震气体涡轮引擎的直径，可以一或多个爆震腔室，以及视需要地一或多个传统燃烧腔室而占据（不具风扇导管），以使可由复合式内爆震气体涡轮引擎的爆震区段所产生的作用力及冲力最大化。此外，由复合式内爆震气体涡轮引擎所产生的热也可用以将水加热，并且产生蒸汽，以运转一分离式或整合式蒸汽产生器。

在其他发电的具体实施例中，复合式气体涡轮引擎（具有或不具风扇）可用以驱动轴杆的旋转，以机械驱动发电机。如图15上视图及侧视图所示，一复合式气体涡轮引擎1500可链接至一驱动臂1576，其系以其另一端部连结至一中央发电机1577。随着复合式气体涡轮机1572产生推力，它会向前移动并且驱动了驱动臂1576的旋转。驱动臂1576接着驱动在中央发电机1577中的发电马达之旋转。此外，复合式气体涡轮引擎的轴向轴杆也可耦接至与复合式气体涡轮引擎相邻的另一发电机，并可驱动在相邻发电机中的发电马达之旋转。图15的具体实施例提供一双重发电系统。

工作实例

图16是根据本发明的一种构想之例示内爆震引擎1600之图式，该内爆震引擎中具有一旋转阀门1610。内爆震引擎1600（其已利用汽油作为燃料而建构并成功运作）显示本文的内爆震引擎及本文的复合式内爆震涡轮引擎，可被成功建构及运作。例示的内爆震引擎1600是四冲程引擎，其将以图19A至图19F而更详尽地解释。

一般而言，旋转阀门引擎1600包括进气腔室（例如上进气腔室1620，以及低于和/或相邻于上进气腔室1620之下进气腔室1625）。上进气腔室1620具有一进气口1622及一排气口1624，分别与下进气腔室1625的开口1626及1628气体或流体连通。上进气腔室1620也包括一燃料注入器出口1623，其配置用以将燃料注入到进气口1622。因此，上进气腔室1620也可包括一槽体、容器或液槽以储存燃料，以及一泵和/或注入器以将燃料注入到进气口1622。空气经由开口1626的天然流入进气口1622以及流入燃烧腔室，可将燃料带入至燃烧腔室。在一实施例中（例如，当燃料包括硝酸铵或锯木屑时），该注入器包括一粉末注入枪。在另一实施例中，燃料可包括硝酸铵溶液（例如，在水中），以及注入器包括雾化器、喷雾器或其他喷洒装置，其可将溶液喷洒成细微薄雾，使溶剂（例如水）能快速蒸发并将细微的硝酸铵粉末之悬浮液运送到燃烧腔室。然而，引擎1600可进一步包括一空气压缩机（未显示），其可将压缩的空气注入到进气口1622。

例示的内爆震引擎1600进一步包括一汽缸罩1630及一汽缸1640，其连同一活塞1642而定义该爆震腔室。汽缸罩1630进一步包括一燃料/空气入口1632及一排气出口1634。旋转阀门1610是在下进气腔室1625及汽缸罩1630之间。当旋转阀门1610中的开口1612是在开口1626及燃料/空气入口1632之间时，燃料及空气是被注入到爆震腔室1645内，以及当旋转阀门1610中的开口1612是在开口1628及排气出口1634之间时，爆震气体（例如，一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽）及可能的气体（例如，氮气和/或氧化氮），是从爆震腔室1645喷出。

在爆震腔室1645中的燃料之引爆，可驱动活塞1642及连接杆件1646向下。活塞1642可进一步包括一或多个密封环1644以减少或避免爆震能量通过活塞1642及汽缸1640间的任何间隙而损耗。连接杆件1646因此具有一可旋转连结至活塞1642的第一端部，以及一可旋转连结至曲轴1650的第二端部。连接杆件1646的第二端部（其经由两个平行的圆盘1654而在直角的接脚1656处连接，并从中央曲轴轴1652补偿）可驱动曲轴1650的旋转，其接着旋转一可驱动一皮带或链条1660的齿轮1658。曲轴1650是在曲柄箱1655之中和/或之上，其可被密封或实质上结合至汽缸1640，在这个例子中，曲柄箱1655可进一步包含一润滑油（例如马达油）。

皮带或链条1660可驱动上定时齿轮1662，其接着驱动直角齿轮装置（例如，一螺纹轴或轴杆1664（未显示螺纹）以及一垂直齿轮1666）。包括齿轮1658及1662以及皮带或链条1660的驱动系统，可以轮轴及皮带或滑轮而取代。垂直齿轮1666是中央连接至一轴杆或轴1668，其可使转子1610旋转。

在例示的引擎1600中，曲轴1650及转子1610具有2：1的旋转比例（也就是，转子1610每旋转1°，曲轴1650旋转2°）。然而，这个比例可根据齿轮1658、1662及1666的相对大小而改变，其可导致不同旋转比例。在曲轴1650及转子1610间之所要的旋转比例可进一步取决于汽缸罩1630中的燃料/空气入口1632及排气出口1634之大小及角度间隔，以及转子1610中的开口1612的大小及数量而定。

通常，转子1610、转子轴或轴杆1668、进气腔室1620/1625、汽缸罩1630、汽缸1640、活塞1642、连接杆件1646、曲轴1650、曲柄箱1655、定时齿轮1662及直角齿轮装置1664/1666，是由金属或金属合金（例如铝）而制得，但部分的组件也可由不同或其他材料制得或包含不同或其他材料。例如，转子1610及转子轴或轴杆1668可以低摩擦材料或涂层而覆盖，和/或可包括或由高抗压性、耐热性陶瓷材料而制得。曲轴1650可包括或由比铝更硬和/或更导热的金属或合金（例如钛合金或钢）而制得，以及曲柄箱1655可包括或由比铝更硬和/或更抗冲击性的金属或合金（例如钢）而制得。

一般而言，排放口系位于爆震腔室1645之与进气口相同的侧部上，因为将排放口放置在爆震腔室1645之与曲轴1650相同的侧部上会为所需效率等级及低维护率而在曲轴1650中/上产生过多污染。然而，当引擎维护和/或效率并非一个严重的问题时、或是当爆震腔室1645的下游侧上排放气体的释放所提供的额外推力为有用处时，可产生例示引擎1600的二冲程方式，其中在汽缸1640上的一半螺旋管形（例如“甜甜圈形”）环件可收集爆震气体并经由在曲柄箱方向中运行的一或多个出口管或管路提供额外推力。半螺旋管形环件的底部系有利地恰位于其冲程底部处之活塞1642的最上表面的最低点上方（亦即，当连接杆件的第二端部在曲轴1650的循环中是在其最低点时）。

图17是图16之例示内爆震引擎1600的进气腔室1620/1625、汽缸罩1630和转子1610的立体图1700。立体图1700显示在上进气腔室1620的侧向部分上的进气入口1622、以及在上进气腔室1620的底部表面上之一进气通道1722。此外，立体图1700显示在进气歧管（例如下进气腔室1625）内的两个密封环1710、1712。返参图16，类似的密封环件系围绕燃料/空气入口1632与排放出口1634的最上方表面。所示之四个密封环件系于转子（或旋转阀门）1610周围提供实质气密之密封。密封环件（例如图17中所示之环件1710与1712）系包括或由金属、陶瓷、或防水、抗热且具有相对低之摩擦系数的其他材料（例如黄铜套管）所制成。此外、或可替代地，转子1610的外围可包括这类密封件或密封环件。

此外，如立体图1700所示，汽缸罩1630在其一下表面（例如与汽缸1640相接触之表面）中具有一凹面的凹陷部1730。凹面的凹陷部1730形成燃烧腔室的最上方部分（见图16中的燃烧腔室1645）。返参图17，位于汽缸罩1630之凹面凹陷部1730内的是一爆震或点引装置1730（例如火星塞）。汽缸罩1630系因此更进一步配备有用于使爆震或点引装置1730起始爆震腔室中燃料之引爆或点燃的装置（例如对该爆震或点引装置1730之一引线，其传送由一定时机构所提供之电子脉冲、或是在多汽缸引擎的情况中则进一步包括一配电盘）。同时，无论是进气腔室1620/1625或汽缸罩1630都配备有一燃料注入系统（例如在如石化燃料或乙醇之液体燃料的情况中之一传统燃料注入器、或在以硝酸铵或锯屑作为燃料时之一粉末注入枪）。

图18A至图18C是在图16的例示内爆震引擎1600中之旋转阀门（例如转子1610）与弹簧负载式密封装置的图式。图18A显示沿着C-C线所取之横越下进气腔室1620和汽缸罩1625之转子1610和进气腔室开口1628和排放口1634之密封装置1810-1812的截面图。图18B显示沿着D-D线所取之横越下进气腔室1620和汽缸罩1625之转子1610和进气腔室开口1626和进气口1632之密封装置1810-1812的截面图。图18C为转子1610以及在下进气腔室1620和汽缸罩1625中的进气腔室开口1626和进气口1632之密封环件装置1810-1812的细部放大图。

参阅图18A，转子（例如旋转阀门）1610系位于在下进气腔室1625的一浅圆柱形凹槽或切口中。可见火星塞1720是在汽缸罩1630的下侧部中的凸面之凹处1730的顶部处。因为转子1610必须在下进气腔室1625的凹槽或切口中旋转，在转子1610和下进气腔室1625和/或汽缸罩1630之间系存在一非常小的间隙。为了避免排放爆震气体从此间隙之不良泄漏，一第一密封环件1810系放置在下进气腔室1625的开口1628（其系连接至上进气腔室1620的排放口1624（图16））中，且一第二密封环件1812系放置在汽缸罩的排放口1634中。开口1628和排放口1634系加工为具有一在对转子1610之界面处呈稍微较大的开口，以容纳密封环件1810与1812。与图17中的密封环件1710、1712相似，密封环件1810、1812系包括、或由金属、陶瓷、或是防水、抗热且具有相对为低之摩擦系数的材料（例如黄铜套管）所制成。

在图18A至图18B的视图中，开口1612系位于进气腔室开口1626与1628之间。因此转子/阀门开口1612系可见于图18B中、但无法见于图18A中。图18B显示转子1610的开口1612，其系开始与下进气腔室1625的开口1626以及汽缸罩1630的进气口1632重迭。类似于图18A中的配置，为了避免燃料从转子1610和下进气腔室1625和/或汽缸罩1630之间的任何间隙之不良泄漏，一第三密封环件1820系置于下进气腔室1625的开口1626（其系连接至上进气腔室1620的进气口1622（图16））中，且一第四密封环件1822系置于汽缸罩的进气口1634中。因此，开口1626和进气口1632也经加工而具有在与转子1610之界面处呈稍微较大的开口，以容纳密封环件1820与1822。密封环件1820和1822可包含或由与密封环件1810和1812相同之材料所制成。

图18C以稍微放大方式显示图18A中的转子与密封环件装置。举例而言，在下进气腔室1624中的开口1628以及在汽缸罩1630中的排放口1634系制造（例如经加工）为可进一步接受垫圈1834、1836及分别在密封环件1810、1812与垫圈1834、1836之间的弹簧1830、1832。弹簧1830、1832系随着密封环件1810、1812磨耗而对密封环件1810、1812施加一作用力和/或压力，以使其保持连续接触转子1610。相同或类似的弹簧和垫圈也可以放置在密封环件1820、1822后方，以随其磨耗而对密封环件1820、1822施加一作用力和/或压力，以同样保持其与转子1610连续接触。转子轴杆/轴1658和/或下进气腔室1620系与一套管1840相配，以(i)减少转子轴杆/轴1658和下进气腔室1620之间的摩擦，和/或(ii)减少或最小化转子轴杆/轴1658上的应力和/或应变。

图19A至图19H为旋转阀门（例如转子1610）在图16之例示内爆震引擎1600的某些运转阶段期间的各个位置之上视图。转子1610具有一长形开口1612，以使得进气和排放口1632、1634可根据转子1610的转速而完全开启一段时间。进气与排放口1632、1634（以及图16之下进气腔室或进气歧管1625中的开口1626、1628）为圆形，且具有的直径系大约等于或稍微小于转子中开口1612之宽度。进气与排放口1632、1634系由转子1610的旋转开启与关闭，以使空气/燃料混合物进入燃烧腔室中并使排放气体排出。进气/排放口系经扩孔（counterbored）以与接触及密封转子1610的弹簧负载之密封环件1812、1822相配。进气/排放口的定时时序系类似于传统引擎的阀门定时时序，且将以图19A至图19H及活塞与曲轴（未示于图19A至图19H，见图16中的活塞1642与曲轴1650）的相应位置加以解释。在转子1610的中心处系一轴1668。

参照图19A，在初始点处（定义为曲轴和转子1610的0°旋转），转子/阀门开口1612系置为在进气口1632和排放口1634之间稍微重迭，其中两个阀门都稍微开启。在此位置，活塞系位于上死点处。

现参阅图19B，在曲轴中的90°旋转会在转子1610的开口1612中产生一45°旋转。活塞系向下运行，而旋转的阀门1610/1612完全关闭了排放口1634并完全暴露进气口1632。空气/燃料混合物系于此时至少部分藉由活塞的向下移动而被吸入燃烧腔室中。

如图19C所示，当曲轴位于180°时，转子1610系已旋转90°，活塞系位于汽缸的下死点，而旋转的阀门1610/1612已几乎关闭进气口1632。在转子1610的开口1612和进气口1632之间重迭处的完全关闭（即阀门关闭）会被延迟，以使空气/燃料混合物于进气岐管1625的开口1626中移动之惯性可继续填充燃料腔室。

在图19D中，曲轴位置是在270°，且旋转的阀门1610/1612系已经关闭了进气口1632。活塞系向上运行而压缩空气/燃料之混合物。在某些具体实施例中（例如使用锯屑、硝酸铵或其他固相燃料的具体实施例），为能使燃料充分完全引爆，高浓度的氧（例如在空气压力为数大气压至数十或数百大气压下提供）是重要的、且可能是必须的。因此，使压缩机配置为在空气被注入燃烧腔室之前先在进气入口中（或在转子处）压缩空气会是有利的。

现参照图19E，曲轴位置为360°，转子已经旋转180°，且活塞系返回到上死点。火星塞点燃空气/燃料混合物，爆震（或燃烧）程序开始。在一替代定时程序中，火星塞系于曲轴位置抵达360°之前（例如350°至359°）短暂地点燃空气/燃料混合物，且爆震程序是在转子到达180°的时间前已经开始。进气与排放口1632和1634被关闭并由接触转子1610之密封环予以密封。

参照图19F，曲轴位置为450°，转子已经旋转225°，且活塞系于爆震期间所产生之膨胀气体的作用力下再次向下运行。当曲轴位于540°时，如图19G所示，转子系已经旋转270°，且活塞现则位于下死点。转子1610中的开口1612已经开始暴露排放口1634而使排放的爆震气体泄漏。爆震气体系处于在爆震期间所产生之其他气体分子、燃料分子可能的相变化（例如从固相变为气相）和/或由一放热爆震反应所导致之热膨胀之压力下。

现参阅图19H，曲轴位置为630°，而转子1610已经旋转315°。转子1610中的开口1612系已经完全暴露排放口1634，且活塞系向上运行而将爆震气体推出燃烧腔室外。当转子返至0°（图19A）时，则完成循环并准备重复。

使用一内爆震引擎来转换能量之例示方法

本发明的另一构想是与用于转换能量的方法有关，包括：经由一第一定子中的至少一第一开口将一燃料注入一爆震腔室中，该第一定子系位于该爆震腔室的一第一端部处；点燃或引爆该爆震腔室中的一燃料；经由在该第一定子或该爆震腔室中的一第二开口排放爆震气体；在一或多个轴杆、轮轴或齿轮处将由点燃或引爆燃料所产生的能量转换为机械能；以及使与该第一定子相邻之一第一转子旋转，该第一转子中具有一或多个第三开口，其系配置以(i)当转子旋转时与至少该第一开口重迭，及(ii)否则则在该第三开口未与第一开口重迭时密封该第一开口。

将从点燃或引爆燃料所产生之能量转换为机械能系包括：驱动连接至一曲轴的一或多个杆件，该曲轴系自该一或多个杆件中至少其一接收机械能。该曲轴系驱动一齿轮或轮轴，且该齿轮或轮轴系接着驱动一或多个轴杆或皮带。

较佳为，驱动一定时齿轮，其自该一或多个轴杆或皮带中至少其一接收该机械能，并且利用该定时齿轮以及与其连结之一轴而直接或间接旋转该第一转子。该爆震腔室包括一汽缸与一汽缸罩，该汽缸罩中具有该第一与第二开口，且所述将从点燃或引爆该燃料所产生的能量转换为机械能包括：可滑动地移动在该汽缸中之一活塞，其中该活塞系连结至该杆件。

较佳为，本发明系经由一进气腔室中的一燃料进气口提供燃料，该燃料进气口系间歇性连通于该第一开口；并经由该进气腔室中的一排放口排放该爆震气体，该排放口系间歇性连通于该第二开口；其中该进气腔室与该第一定子系密封地包围该第一转子，并使该第一转子于该进气腔室与该定子之间旋转。一般而言，第一转子的表面系经润滑以减少第一转子与第一定子间之摩擦。

可替代地，该爆震腔室包括一第二定子，该第二开口系位于该第二定子中，且该方法更包括旋转与该第二定子相邻之一第二转子，该第二转子中具有一或多个第四开口，其系配置以于该第二转子旋转时与该第二开口重迭，否则则在该一或多个第四开口皆未与该第二开口重迭时密封该第二开口。在本发明的各种具体实施例中，系利用机械能使可旋转地固定至一轴杆之一或多个涡轮风扇旋转。

除此之外、或可替代地，本发明之方法更包括使可旋转地固定至一轴杆之一或多个旋转风扇旋转，该一或多个旋转风扇系可旋转地固定于该爆震腔室之与该一或多个涡轮风扇之一相反侧部。一般而言，旋转风扇为压缩机的一部分，且其单独或与一或多个其他旋转风扇一起定义了一压缩机阶段。旋转风扇将转子处的空气（在被带入和/或注入燃烧腔室之前）压缩达数个大气压至数十或数百个大气压。此高空气压力可确保有明显较大的可能性来使液相（且特别是固相，例如锯屑、磨碎的或切条的纸张、硝酸铵、及其组合等）燃料实质完全爆震。

可知该新颖的复合式内爆震气体涡轮引擎（其包括了内爆震腔室设计）将利用增加之特殊冲力而对涡轮叶片产生额外的作用力与冲力，并且因而增进了引擎的整体效率，且其额外的资本成本极少。本发明之复合式内爆震气体涡轮引擎一般系可对几乎任何燃料运作，包括天然气、石油燃料、硝酸铵、乙醇与生质燃料。可利用本发明之复合式内爆震气体涡轮机来发电和/或产生机械能量的其他燃料来源包括火药、锯屑、稻草、纸张（例如磨碎的、截片的、切条的等）、和/或其他不昂贵的、可再生之能量来源。因此，本文所述之复合式内爆震气体涡轮引擎与油贮量变少无关，且可以替代燃料来运转。

结论/概要

本发明提供了新颖的复合式内爆震气体涡轮引擎，其系用于推进空气、水以及地面车辆，或用于发电。本发明藉由将脉冲式爆震的组件整合至一般涡轮引擎设计中而增进了现有的涡扇与气体涡轮引擎的性能。相较于现有的气体涡轮机与涡扇技术，新颖之复合式内爆震气体涡轮引擎具有提升之冲力、效率与降低之燃料消耗。

本发明之具体实施例的前述说明系已被提出作为说明与描述之用，其并非意欲作为穷举或将本发明限制于所揭露之精确形式，且鉴于上述教示，显然有许多修饰例与变化例亦皆属可行。具体实施例系为最佳解释本发明之原理与其实际应用而加以选择与描述。本发明之范畴系由如附申请专利范围及其等效方式所定义。

Claims (20)

1.一种内爆震引擎，包括：

a)  爆震腔室，其中具有燃料点引器，该爆震腔室与该燃料点引器系配置以点燃或引爆在该爆震腔室中的燃料；

b)  第一定子，其位于该爆震腔室的第一端部处，该第一定子具有至少一第一开口以容置该燃料，该第一定子或该爆震腔室系具有第二开口以排放爆震气体；

c)  第一转子，系与该第一定子相邻，该第一转子中具有一或多个第三开口，其系配置以于该转子旋转时与至少该第一开口重迭；以及

d)  能量转换机构，其系配置以将点燃或引爆该燃料而产生的能量转换为机械能。

2.根据权利要求1所述的引擎，其特征在于，还包括进气腔室，其具有(i)燃料进气口，其系间歇性连通于该第一开口，及(ii)排放口，其系间歇性连通于该第二开口，其中该进气腔室与该第一定子系密封地围绕该第一转子，并使该第一转子旋转于该进气腔室与该第一定子之间。

3.根据权利要求1所述的引擎，其特征在于，还包含驱动机构，其系配置以接收该机械能。

4.根据权利要求3所述的引擎，其特征在于，还包含一定时齿轮，其系配置以(i)自该驱动机构接收该机械能，及(ii)直接或间接旋转该第一转子。

5.根据权利要求3所述的引擎，其特征在于，该驱动机构包括连接至该能量转换机构之一或多个杆件以及自该一或多个杆件中至少其一接收该机械能的曲轴。

6.根据权利要求5所述的引擎，其特征在于，该曲轴系驱动一齿轮或轮轴，该齿轮或轮轴系依序驱动一或多个轴杆或皮带。

7.根据权利要求5所述的引擎，其特征在于，该爆震腔室包括汽缸与汽缸罩，该汽缸罩中具有该第一与第二开口，且该能量转换机构包括活塞，其连结至该杆件，该活塞系配置以可滑动地匹配于该汽缸内。

8.根据权利要求1所述的引擎，其特征在于，还包括在该第一转子上的润滑剂和/或表面涂层，该表面涂层系减少该第一转子与该第一定子之间的摩擦。

9.根据权利要求1所述的引擎，其特征在于，还包括第二定子与第二转子，其中该第二开口系位于该第二定子中，且该第二转子中具有一或多个第四开口，其系配置以与该第二开口重迭。

10.一种复合式内爆震涡轮引擎，包括：

a)  权利要求1所述之内爆震引擎；

b)  轴杆；

c)  压缩机，其位于该第一定子与第一转子之上游；以及

d)  一或多个涡轮风扇，其系可旋转地固定至该轴杆且位于该内爆震引擎的下游。

11.根据权利要求10所述的复合式内爆震涡轮引擎，其特征在于，该压缩机包括一或多个旋转风扇，其系可旋转地固定至该轴杆，且该一或多个涡轮风扇系配置以旋转该一或多个旋转风扇，并在空气被带入该燃烧腔室之前先于该转子处压缩空气。

12.一种用于转换能量的方法，包括：

a)  经由在第一定子中的至少一第一开口注入燃料至一爆震腔室中，该第一定子系位于该爆震腔室的第一端部处；

b)  点燃或引爆该爆震腔室中的燃料；

c)  经由在该第一定子或该爆震腔室中的第二开口而排放爆震气体；

d)  在一或多个轴杆、轮轴或齿轮处将从点燃或引爆该燃料所产生的能量转换为机械能；以及

e)  旋转与该第一定子相邻的第一转子，该第一转子中具有一或多个第三开口，其系配置以于该转子旋转时与至少该第一开口重迭，否则则在该一或多个第三开口皆未与该第一开口重迭时密封该第一开口。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述将从点燃或引爆该燃料所产生的能量转换为机械能包括：驱动连接至一曲轴之一或多个杆件，其中该曲轴系自该一或多个杆件中至少其一接收该机械能。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该曲轴系驱动一齿轮或轮轴，且该齿轮或轮轴系接着驱动一或多个轴杆或皮带。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括驱动一定时齿轮，其自该一或多个轴杆或皮带中至少其一接收该机械能，并且利用该定时齿轮以及与其连结之一轴而直接或间接旋转该第一转子。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该爆震腔室包括汽缸与汽缸罩，该汽缸罩中具有该第一与第二开口，且所述将从点燃或引爆该燃料所产生的能量转换为机械能包括：可滑动地移动在该汽缸中的活塞，其中该活塞系连结至该杆件。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

a)  经由在进气腔室中的燃料进气口提供该燃料，该燃料进气口系间歇性连通于该第一开口；及

b)  经由该进气腔室中的排放口排放该爆震气体，该排放口系间歇性连通于该第二开口

其中该进气腔室与该第一定子系密封地包围该第一转子，并使该第一转子于该进气腔室与该定子之间旋转。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括润滑该第一转子的表面，以降低该第一转子与该第一定子之间的摩擦。

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该爆震腔室包括第二定子，该第二开口系位于该第二定子中，且该方法更包括旋转与该第二定子相邻的第二转子，该第二转子中具有一或多个第四开口，其系配置以于该第二转子旋转时与该第二开口重迭，否则则在该一或多个第四开口皆未与该第二开口重迭时密封该第二开口。

20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括利用该机械能使可旋转地固定至轴杆的一或多个涡轮风扇旋转，藉此旋转一或多个旋转风扇，并在空气被带入至该燃烧腔室之前先在该转子处压缩该空气，其中该一或多个旋转风扇系可旋转地固定于该爆震腔室之与该一或多个涡轮风扇的相反侧部。