CN105143614A - 旋转式发动机、气体压缩机及液体泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转式内燃发动机。所述发动机包含：电源模块，其中所述发动机的所有移动部件定位在所述电源模块内；外壳，其包含进入口及排出口，其中所述外壳经配置以固持所述电源模块；及套筒，其经配置以耦合在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口。

Description

旋转式发动机、气体压缩机及液体泵
背景技术
本文所描述的实施例大体上涉及内燃发动机，且更具体来说，涉及旋转式内燃发动机。在发动机使其轴由电动机或发动机驱动的情况下，本文所描述的实施例还大体上涉及气体压缩机及液体泵。
通常，活塞式发动机为低效内燃发动机。举例来说，汽油活塞式发动机具有约25％到35％的效率且直接注入式柴油发动机的效率可为约40％。为了增加效率及/或降低内燃发动机的质量，已提出多种旋转式内燃发动机。然而，已知的旋转式内燃发动机缺乏在延长的使用周期内维持恒定燃烧室压力的密封能力、未能具有最佳燃烧而引起高温及不良燃料经济性、产生低于所要转矩的转矩，及/或归因于浮动的凸轮随动件机械配置而在RPM方面受到限制。
通常，活塞式及涡旋式压缩机及泵为低效的。
发明内容
在一个方面中，提供一种旋转式内燃发动机。所述发动机包含：电源模块，其中所述发动机的所有移动部件定位在所述电源模块内；外壳，其包含进入口及排出口，其中所述外壳经配置以固持所述电源模块；及套筒，其经配置以耦合在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口。
在另一方面中，提供一种用于旋转式内燃发动机中的外壳组合件。所述外壳组合件包含：外壳，其包含进入口及排出口，其中所述外壳经配置以固持用于所述内燃发动机的电源模块；及套筒，其经配置以耦合在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口。
在又一方面中，提供一种制造旋转式内燃发动机的方法。所述方法包含：提供包含进入口及排出口的外壳；将套筒耦合在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口；及将电源模块耦合在所述套筒内，其中所述发动机的所有移动部件定位在所述电源模块内。
附图说明
图1到25展示本文所描述的旋转式内燃发动机、气体压缩机及/或液体泵的示范性实施例。
图1为经组装的示范性旋转式内燃发动机的透视图。
图2为图1所展示的旋转式内燃发动机的分解部分透视图。
图3为与图1所展示的发动机一起使用的转子的透视图。
图4为定位在图1所展示的发动机外壳内部的转子的端视图。
图5为图2所展示的环形板的内部透视图。
图6A为图2所展示的环形板的外部透视图。
图6B为与图6A所展示的环形板一起使用的环形密封件组合件的透视图。
图7A为与图2所展示的电源模块一起使用的交越密封件的顶部透视图。
图7B为图7A所展示的交越密封件的底部透视图。
图7C为图7A所展示的交越密封件的分解图。
图8A为与图2所展示的电源模块一起使用的替代交越密封件的透视图。
图8B为与图2所展示的第一臂延伸部及第二臂延伸部一起使用的插入件的透视图。
图9为活塞组合件(例如，图2所展示的活塞组合件)的透视图。
图10为图9所展示的示范性活塞头的透视图。
图11A到11D为与图10所展示的活塞头一起使用的替代外表面的透视图。
图12A到12D为可与图10所展示的活塞头一起使用的活塞密封通道的侧视图。
图13A到13E为可与图10所展示的活塞头一起使用的活塞密封通道的侧视图。
图14A到14F为可与图10所展示的活塞头一起使用的示范性密封件的透视图。
图15A为与图10所展示的活塞头一起使用的密封组合件的俯视图。
图15B为图15A所展示的密封组合件的透视图。
图15C为与图10所展示的活塞头一起使用的替代密封组合件的透视图。
图15D为与图10所展示的活塞头一起使用的替代密封组合件的透视图。
图16为经部分组装的活塞头(例如，图12D所展示的活塞头)的透视图。
图17为与图16所展示的活塞头一起使用的示范性活塞套筒的透视图。
图18为用于图16所展示的活塞头中的套筒及密封组合件的透视图。
图19A到19E为与图9所展示的活塞组合件一起使用的替代枢转耦合组合件的底部透视图。
图20A为示范性活塞曲柄轴组合件(例如，图9所展示的曲柄轴组合件)的分解图。
图20B为与图9所展示的曲柄轴组合件一起使用的替代轴颈的透视图。
图20C为替代活塞曲柄轴组合件(例如，图9所展示的曲柄轴组合件)的分解图。
图21A为图3所展示的转子的透视图，其中主曲柄轴、交越密封件及活塞组合件定位在其中。
图21B为图3所展示的电源模块的透视图，其中主曲柄轴、交越密封件及活塞组合件定位在其中。
图22为示范性外壳组合件及套筒(例如，图2所展示的外壳组合件及套筒)的分解图。
图23为用于图2所展示的外壳组合件中的替代外壳的透视图。
图24为可用于图2所展示的外壳组合件或套筒中的通口形状的透视图。
图25为可用于图2所展示的外壳组合件中的替代外壳的透视图。
图26为可用于泵的外壳的透视图。
具体实施方式
图1为经组装的示范性旋转式内燃发动机10的透视图，且图2为图1所展示的旋转式内燃发动机10的分解图。发动机10包含可移除电源模块12、发动机外壳组合件14及套筒16。在示范性实施例中，电源模块12可移除地插入到发动机外壳14中且经配置以在外壳组合件14内旋转以提供旋转能。由电源模块12产生的旋转能被转移到主曲柄轴18。在示范性实施例中，电源模块12包含转子20、主曲柄轴18、至少一个活塞组合件22及两个电源模块环形板26。
电源模块
图3为与图1所展示的发动机10一起使用的转子100的透视图，且图4为定位在外壳14中的转子100的端视图。在示范性实施例中，转子100(例如，转子20)经配置以用于发动机10及外壳14内。在一个实施例中，转子100包含第一臂102、第二臂104、第三臂106及第四臂108。定位在每一臂102、104、106及108上的是活塞曲柄轴孔隙110，其用于接纳且固持具有加油孔的键控衬套，所述加油孔将接纳且固持活塞组合件22(图20A到20B所展示)的活塞曲柄轴组合件。每一臂102、104、106及108还包含使活塞组合件22能够在转子100内以往复运动而移动的往复通道112。转子100还包含经配置以接纳且固持发动机10的主曲柄轴12的主曲柄轴孔隙114。孔隙110各自包含给油通道115，其经配置以当油经由给油通道115从端板穿过主曲柄18的中心流动到转子10时将润滑油提供到孔隙110内的旋转部件。在一个实施例中，转子100包含给油通道115以在操作期间也润滑活塞枢转销。
在示范性实施例中，压缩室产生在邻近臂、环形板26与外壳14的内径之间。替代地，压缩室产生在邻近臂、环形板26与套筒16的内径之间。举例来说，第一压缩室116延伸在第一臂102与第二臂104之间且延伸到外壳14的套筒16。第二压缩室118延伸在第二臂104与第三臂106之间且延伸到外壳14的套筒16。第三压缩室120延伸在第三臂106与第四臂108之间且延伸到外壳14的套筒16。此外，第四压缩室122延伸在第四臂108与第一臂102之间且延伸到外壳14的套筒16。压缩室116、118、120及122经配置以压缩将通过电火花、等离子体或造成燃烧的高压缩而点火的空气-燃料混合物。此类燃烧强迫活塞组合件22移动且实际上使转子100在外壳14内旋转。压缩室116、118、120及122经配置以在压缩机应用中压缩气体或在泵应用中移动流体。在压缩机或泵应用中，使用电动机或内燃机来驱动主曲柄轴18，其使转子100自旋且强迫活塞组合件22往复以压缩气体或移动流体。
在示范性实施例中，每一臂102、104、106及108包含经配置以接纳且固持交越密封件300(图7所展示)的交越密封件腔124。密封件腔124从每一臂构件102、104、106及108的第一臂延伸部126延伸到第二臂延伸部128。在一个实施例中，第一臂延伸部126及第二臂延伸部128的表面可具有出于改进磨损及可维修性而放置在延伸部126及128中的每一者上的插入件(图8B所展示)。在示范性实施例中，每一臂构件102、104、106及108包含经配置以接纳且固持与交越密封件300组合地被使用的弹簧的密封件弹簧腔130。转子100还包含多个有螺纹及无螺纹钻孔132。在一个实施例中，钻孔132为有螺纹的。在一个实施例中，钻孔132为无螺纹的。在另一实施例中，预定数目个钻孔132为有螺纹的，且预定数目个钻孔132为无螺纹的。预配置数目个有螺纹钻孔132经配置以将电源模块环形板26耦合及/或紧固到转子100。替代地，预配置数目个无螺纹钻孔132用于在操作期间将润滑油从转子100排去。
图5为环形板200(例如，图2所展示的电源模块环形板26)的后部透视图，且图6A为环形板200的前部透视图。图6B为与环形板200一起使用的环形密封件组合件230的透视图。发动机10包含2个环形板200，在发动机10的任一侧上各有一个。环形板200定位在转子100的侧上。在示范性实施例中，环形板200包含经配置以耦合到转子100的内侧面202。在一个实施例中，内侧面202经配置以保持与转子100实质上齐平，使得室116、118、120及122由外壳14、转子臂102、104、106及108及环形板200实质上密封。转子100与环形板200一起封装活塞组合件22。环形板200产生内室壁以供活塞组合件22抵靠着而密封。
在示范性实施例中，加工到环形板200中或耦合到环形板200上的是第一旋转环形密封件配合表面209及第二旋转环形密封件配合表面211。密封件表面209及211充当从两个外壳盖板806延伸出的静止外及内环形密封件的对置面密封件表面。在替代实施例中，旋转外及内环形密封件从转子延伸出，且接触两个外壳端板上的静止配合表面且密封在其上。
环形密封件组合件230包含第一环形密封件组232及第二环形密封件组234。每一密封件组232及234包含邻接于第一环形密封件238的第一弹性构件236、定位在第一环形密封件238与第二环形密封件240之间的第二弹性构件(未展示)。第二环形密封件240与环形板200的外表面配合。在示范性实施例中，第一密封件组232的第二环形密封件240经配置以与环形密封件200的配合表面211配合，且第二密封件组234的第二环形密封件240经配置以与环形板200的配合表面209配合。在示范性实施例中，弹性构件236为O形环。在一个实施例中，第二弹性构件经配置以包含用于接收油的通道。此类通道使密封件组合件能够具有使用控制组合件(包含但不限于油泵)而气动地及/或液压地控制的压缩。弹性构件236的使用使环形密封件组合件能够用作压缩密封件。
内侧面202包含主曲柄轴孔隙203及多个活塞曲柄轴孔隙204。活塞曲柄轴孔隙204各自包含经配置以与转子100(图4所展示)的活塞曲柄轴孔隙110配合的活塞曲柄轴支撑凹槽206。孔隙204及活塞曲柄轴支撑凹槽206经配置以接纳且支撑从孔隙110延伸的活塞组合件22的活塞曲柄轴组合件。因而，两个环形板200可封装或固持发动机10的所有移动部件。类似于转子100中的钻孔132，环形板200包含可经配置以在操作期间将板200耦合到转子100及/或从转子100及/或板200排回润滑油的多个钻孔208。环形板200还包含用于对准且固持交越密封件300(图7所展示)的交越密封件凹槽210。
图7A为与电源模块12一起使用的交越密封件300的顶部透视图，图7B为交越密封件300的底部透视图，且图7C为交越密封件300的分解图。交越密封件300包含第一密封件302及第二密封件304。每一密封件302及304具有第一圆周边缘306及第二圆周边缘308。边缘306及308经配置以与环形板200的环形密封件组232配合以实质上密封燃烧室116、118、120及122。每一密封件302及304包含用于固持弹簧312的凹槽310。
交越密封件300经配置以安置在压缩室密封件腔124(图3及4所展示)及室密封件凹槽210(图5及6所展示)内。在操作中，在示范性实施例中，在第一方向上强迫第一密封件302且在与第一方向相对的第二方向上强迫第二密封件304。定位在密封件弹簧腔130及凹槽310中的弹簧312强迫密封件在横向方向上彼此远离。在此实施方案中，随着边缘306及308磨损且回缩，弹簧312强迫密封件302及304朝向环形密封件组232以在燃烧室内维持恒定密封来维持恒定压力。此外，密封件302及304的顶部表面314接触外壳组合件14的套筒16的内径且抵靠着其而密封或直接抵靠着外壳组合件14的内径而密封。随着边缘314磨损且回缩，弹簧312及离心力强迫密封件302及304朝向套筒804或外壳802的内径以在燃烧室内维持恒定密封及/或压力。在示范性实施例中，交越密封件宽度在弧长上大于套筒16及/或外壳14中的火花塞及/或注入器通口的直径以维持恒定压力且避免穿过此类通口的泄漏。由交越密封件300进行的密封产生密封力，其实质上防止室交越泄漏及室串扰且实质上防止曲柄箱增压。
在另一实施方案中，使流体或气体增压维持在密封件弹簧腔130中以强迫第一密封件302及第二密封件304相对于彼此横向地向外且一起径向地向外。利用流体或气体增压会使发动机10能够维持经调节的恒定密封力或RPM关联密封力。流体增压系统也使泵加油系统能够将润滑油提供到交越密封件300以及从下侧潜在地冷却密封件300。
图8A为用于转子100中的替代交越密封件340的分解图。交越密封件340大体上平坦且包含外面342、内面344、第一横向边缘346及第二横向边缘348。边缘346经配置以在室温下具有介于边缘346与密封件组合件230之间的间隙。同样地，边缘348经配置以在室温下具有介于边缘348与密封件组合件230之间的间隙。介于边缘346、348与密封件组合件230之间的间隙允许密封件340随着其在操作期间变热时膨胀以配合密封件组合件230及/或抵靠着密封件组合件230而密封。随着外表面342在交越密封件340上磨损且回缩，两个或两个以上锥形弹簧356及离心力强迫密封件340朝向套筒804或外壳802的内径以在燃烧室内维持恒定密封及/或压力。外面342可包含多个切口350以最小化交越密封件340与套筒16或外壳14的内径之间的旋转摩擦。尽管展示四个椭圆形切口350，但可使用具有任何形状的任何数目个切口。
活塞组合件
图9为活塞组合件400(例如，图2所展示的活塞组合件22)的透视图。活塞组合件400包含经由具有两个衬套加衬及加油孔的连接杆406而耦合到活塞曲柄轴组合件404的活塞头402。活塞头402包含经配置以接纳且固持安置在环形板200(图5所展示)的内侧面202的对应钻孔208内的枢转销(未展示)的枢转连接件408。在操作中，活塞组合件400围绕枢转连接件408往复。活塞400的此类往复经由连接杆406的往复移动而驱动及/或旋转活塞曲柄轴组合件404。
活塞组合件400包含经配置以接收且固持安置在环形板200的内侧面202的对应钻孔208内的枢转销(未展示)的枢转连接件408。活塞头402还包含经配置以接纳连接杆406的连接杆凸起部410。凸起部410包含经配置以接纳且固持将活塞头402耦合到连接杆406的活塞头销414的杆销钻孔412。
图10为示范性活塞头402的透视图。在示范性实施例中，活塞头402包含具有前边缘422、第一横向边缘424及第二横向边缘426的外表面420。在一个实施例中，外表面420弯曲，且包含经配置以提供燃烧区的燃烧凹槽428。外表面420被制造为具有与套筒16互补的形状，使得当活塞头402完全地延伸时，外表面420与图2所展示的套筒16或外壳14的内径实质上配合。随着活塞头402朝向套筒16延伸，燃烧室内的进入口被强迫从表面420进入凹槽428。由凹槽428产生的燃烧区使电点火(例如，火花塞、等离子体塞)能够提供产生燃烧的火花，其强迫活塞头402远离套筒16，从而旋转曲柄轴组合件404。在示范性实施例中，凹槽428为实质上椭圆形，然而，凹槽428可具有促进提供燃烧区的任何形状、大小及位置，如本文所描述。使凹槽428的尺寸变化会使能够产生燃烧区，其基于发动机10的要求而实现预定压缩。凹槽428的形状变化使发动机10能够产生独特燃烧。凹槽428的放置提供与一或多个点火装置火花或等离子体起始区的对准。
图11A到11D为与图10所展示的活塞头402一起使用的替代外表面430、432、434及436的透视图。图11A的外表面430实质上平滑且不包含凹槽，使得外表面430的全部为燃烧区。不具有凹槽的表面可向发动机10提供用于燃烧的最大压力。图11B的外表面432包含出于增强及/或增加转矩而位于前边缘422附近的凹槽438。图11C的外表面434经配置以与双点火装置系统协调。外表面434包含产生两个燃烧区(针对每一点火装置各有一个燃烧区)的两个实质上类似凹槽440。图11D提供与一个点火装置一起使用的双重燃烧区系统。外表面436包含第一凹槽442及第二凹槽444。第一凹槽442及第二凹槽444经配置以使能够使用单个点火装置而发生两个不同燃烧。
返回参考图10，活塞头402包含前活塞密封通道450及后活塞密封通道452。每一通道450及452经配置以接纳且固持活塞密封件。在示范性实施例中，活塞密封件(未展示)定位在密封通道450及452中，使得恒定密封及/或压力维持在燃烧室内。通道450及452内的密封件是由安置在枢转连接件408中的枢转套筒(未展示)耦合在一起。以组装方式，从第一横向边缘424及第二横向边缘426延伸的在通道450内的密封件的部分邻接于环形板200的内侧面202及/或与其配合，且从前边缘422延伸的在通道450内的密封件的部分邻接于前一转子臂及/或与其配合。类似地，从枢转连接件408延伸的在通道452内的密封件的部分邻接于其中安置活塞组合件400的转子臂的第一延伸部126及/或与其配合。举例来说，安置在第二转子臂104中的活塞组合件400将具有从前边缘422延伸的抵靠着第一臂102而密封的密封件的部分，及从枢转连接件408延伸的抵靠着第二臂104的第一延伸部126而密封的密封件的部分。
图12A到12D为可与活塞头402一起使用的活塞密封通道的侧视图。图12A的前通道452及后通道456经配置以接纳且固持实质上平坦的密封件。图12B所展示的活塞头402的前通道458经配置以接纳且固持实质上弯曲的密封件，而后通道460接纳且固持实质上平坦的密封件。两个或两个以上密封通道(例如，通道458及460)的使用使活塞头402能够产生冗余密封件。图12C所展示的活塞头402包含用于接纳且固持弯曲密封件的弯曲前通道462，及用于接纳且固持实质上平坦密封件的笔直前通道464及后通道466。图12C所展示的活塞头402还包含裙套468，其除了接纳且固持密封件之外还包含润滑剂倾斜排泄孔470，孔470延伸到活塞头402的下侧。通道462及464使活塞头402能够基于所述通道的连接性而产生密封件的不同压缩。此外，通道462及464使活塞头402能够在具有或不具有圆柱形密封件耦合器的情况下接纳多个弯曲或平坦密封件。
图12D的活塞头402包含前密封件通道472、中间密封件通道474及后密封件通道476，其皆经配置以接纳且固持实质上平坦密封件。前通道472及中间通道474是由连接套筒凹槽478连接，连接套筒凹槽478经定大小以接受以类似于枢转套筒的方式耦合且密封通道472及474内的密封件之间的链路的连接套筒(未展示)。尽管连接套筒凹槽478被展示为具有实质上圆形形状，但连接套筒凹槽478可具有促进密封的任何形状，如本文所描述及图13A到13E所展示。类似地，尽管枢转连接件408被展示为具有实质上圆形形状，但枢转连接件408可具有促进密封的任何形状，例如，图13F所展示的泪珠形状。应注意，具有任何设计组合的任何数目个密封通道可在本文中用于在燃烧室内维持压力及/或密封。
活塞密封件
图14A到14F为可与活塞头402一起使用的示范性密封件500、502、504、506、508及509的透视图。图14A的密封件500、图14B的密封件502及图14C的密封件504各自为经配置以密封在实质上平坦前活塞通道(例如，图12A所展示的通道454)内的实质上平坦密封件。图14D的密封件506弯曲且经配置以密封在弯曲前活塞通道(例如，图12B的通道458)内。图14E的密封件508实质上平坦且经配置以密封在后活塞通道(例如，图12A所展示的通道456)内。图14F的密封件509为可用于密封在中间活塞通道(例如，图12D所展示的通道474)内的实质上固体密封件。在示范性实施例中，密封件500、502、504、506、508及509为金属，然而，密封件500、502、504、506、508及509可为促进密封的任何材料，如本文所描述，其包含但不限于弹性体材料。密封件500、502、504、506及508中的每一者包含具有前边缘512的基底510。从基底510延伸的是第一支腿514及第二支腿516。第一支腿514及第二支腿516分别各自包含外边缘518及520。此类配置使密封件500、502、504、506及508能够被制造为紧邻于活塞头通道，使得密封件500、502、504、506及508滑进及/或滑出活塞头402中的通道。基底510及支腿514及516的上面及下面抵靠着活塞的上通道表面及下通道表面而密封。边缘512抵靠着转子100的表面128或126而密封。边缘518及520抵靠着后环形板200的表面202而密封且也充当安置表面以供弹簧延伸密封件。
在一个实施例中，前边缘512及外边缘518及520被制造及/或修整为包含预定成形边缘。成形边缘可经选择以实现用于密封件的所要磨损、密封及/或振动特性。在一个实施例中，前边缘512经成形以与转子100的臂进行界面连接及/或抵靠着其而密封，且外边缘518及520经成形以与环形板200进行界面连接及/或抵靠着其而密封。在另一实施例中，柔性密封件(未展示)以O形环配置围绕密封件500、502、504、506及508而放置。柔性密封件可具有任何横截面形状，其包含但不限于正方形及圆形。在示范性实施例中，密封件500、502、504、506及508经配置以成对地用作密封组合件。密封件500、502、504、506及508可被制造为个别地唯一的以匹配于相应密封通道。
图15A为与图10所展示的活塞头402一起使用的密封组合件600的俯视图，且图15B为密封组合件600的透视图。在示范性实施例中，密封组合件600包含第一密封件602及第二密封件604，例如，图14A到14F所展示的密封件500、502、504、506及508。每一密封件602及604包含具有前边缘612的基底610，前边缘612具有从基底610延伸的第一支腿614及第二支腿616。支腿614及616各自具有外边缘618、内边缘620，及延伸在边缘618与620之间的宽度622。密封组合件600还包含两个弹簧构件624。当被组装时，弹簧构件定位在活塞头402中的通道与内边缘620之间。弹簧构件624经配置以从密封通道朝向密封表面(例如，环形板内侧面及/或转子臂)推进边缘612、618及620。在示范性实施例中，弹簧构件624为波浪形弹簧。在一个实施例中，弹簧构件624为放置到通道的基底处的凹穴中的螺旋弹簧。在压缩机或泵应用实施例中，弹簧构件624为具有任何横截面形状的O形环型密封件。替代地，弹簧构件624可为从密封通道朝向密封表面推进密封件602及604的任何设备。
在示范性实施例中，第一密封件602为例如密封件504的两片件式平坦密封件，且第二密封件604为例如密封件500的单片件式平坦密封件。在此实施例中，第一密封件602的第一支腿614及第二支腿616的宽度622宽于第二密封件604的第一支腿614及第二支腿616的宽度622。在此实施例中，随着第一密封件横向地分离，弹簧构件624仅朝向环形板200的密封表面推进第一密封件602。在此实施例中，弹簧构件624朝向转子100的密封表面向前或向后推进第一密封件602及第二密封件604两者。密封组合件600通过允许密封件以往复方式移动而使恒定压力能够在启动时(例如，当密封件冷时)或在操作期间(例如，当密封件已归因于内部温度而膨胀时)维持在燃烧室内部。组合件600也使密封件602及604能够在边缘612及618归因于磨损及/或使用而回缩时维持恒定压力。
图15C为与图10所展示的活塞头402一起使用的替代密封组合件630的透视图。密封组合件630实质上类似于密封组合件600(图15A及15B所展示)，但第一密封件602为实质上类似于密封件604的单个平坦密封件除外。因而，图15C所展示的组件是用图15A及15B中所使用的相同参考数字进行标记。在示范性实施例中，第一密封件602的第一支腿614的宽度622不同于第二密封件604的第一支腿614的宽度622。同样地，第一密封件602的第二支腿616的宽度622不同于第二密封件604的第二支腿616的宽度622。在此实施例中，第一密封件602的第一支腿614的宽度622小于第二密封件604的第一支腿614的宽度622，且第一密封件602的第二支腿616的宽度622大于第二密封件604的第二支腿616的宽度622。此类配置使弹簧构件624能够在从枢转头402中的密封通道的基底被推动时在第一方向626上推进第二密封件604且在与第一方向626相对的第二方向628上推进第一密封件602。
尽管密封组合件600及630的示范性实施例被说明为具有两个密封件602及604，但应注意，密封组合件600及630可包含任何数目个密封件，如图15D所展示包含4个。组合件600及603中的密封件可在组合件600及603内具有可变厚度及可变大小差异。组合件600及630可堆叠在一起以产生组合件组(例如，图15D)。类似地，多个组合件600及630及/或组合件组可用于单个密封通道450及452或单个活塞100内的多个通道(比如450及452)内。
图16为经部分组装的活塞头640(例如，图12D所展示的活塞头402)的透视图。图17为与活塞头640(图16所展示)一起使用的示范性活塞套筒660的透视图。活塞头640包含密封组合件642及643，例如，定位在密封通道(例如，通道472及476)内的密封组合件600及630(图15B及15C所展示)。活塞头640还包含中间密封件644，例如，图14F所展示的密封件509。活塞头640包含活塞套筒凹槽646及枢转套筒凹槽648。活塞套筒660可为与活塞头640一起使用的任何套筒，例如，经制造以定位在活塞套筒凹槽646及枢转套筒凹槽648内的活塞套筒。
活塞套筒660包含套筒662及弹簧构件663。套筒662包含外表面664、内表面666，及用于接纳且固持活塞密封件及/或活塞密封件组合件的两个密封件孔隙668。在示范性实施例中，外表面664经配置以配合环形板200(图5所展示)的内侧面202及/或抵靠着其而密封。在一个实施例中，套筒662还包含经定大小以使从枢转连接件408及凹槽648延伸的枢转销(未展示)能够穿过的枢转销孔隙670。替代地，套筒662不包含枢转销孔隙，例如，用于套筒凹槽646中的套筒。在一个实施例中，套筒662经定大小以安置在活塞枢转凹槽648中，且经配置以接纳且固持密封件组合件643及中间密封件644的至少部分。在另一实施例中，枢转套筒662使其枢转销内径孔被移除，且经定大小以变成活塞套筒，接着安置在活塞套筒凹槽646中，且经配置以接纳且固持密封件组合件642及中间密封件644的至少部分。在示范性实施例中，弹簧构件663经配置以朝向密封表面(例如，环形板200)将套筒662推离活塞头640。在一个实施例中，弹簧构件663为贝氏(Belleville)垫圈。替代地，弹簧构件663可为使活塞或枢转套筒能够密封燃烧室的任何机构，如本文所描述。图18为用于活塞头640(图16所展示)中的套筒662对及密封组合件643的透视图。
图19A到19E为与活塞组合件400一起使用的替代活塞枢转耦合组合件700、702、704、706及708的底部透视图。应注意，活塞头402包含在活塞头402的下侧上的至少一个润滑剂集存区域710，如可通过图19A到19E所见。集存区域710使电源模块的任何室(其在旋转停止之后指向下)能够排泄在旋转期间收集的润滑油，而非使其集存在活塞密封件区域中。
图19A的活塞耦合组合件700包含从组合件700在第一横向方向上延伸的第一枢转销712，及从组合件700在第二横向方向上延伸的第二枢转销714。每一枢转销712及714经配置以安置在环形板200的内侧面202的对应钻孔208内以将组合件700耦合到电源模块12。活塞耦合组合件702及704各自包含中心区段枢转销716，使得销716不从耦合组合件横向地延伸出且从一个侧被齐平地按压。在此实施例中，活塞耦合机构用于将活塞组合件702及704耦合到转子臂而非环形板200。
图19D及19E的耦合组合件706及708各自包含顶侧718的活塞头及底侧720的活塞基底。在将底侧720的前边缘滑动到顶侧719的前部中的接纳沟槽中之后，顶侧719及底侧720与枢转销(未展示)耦合在一起。类似于组合件700，枢转销经配置以安置在环形板200的内侧面202的对应钻孔208内以将组合件700耦合到电源模块12中。组合件706及708简化密封件安装、缩减密封件泄漏且改进密封件沟槽加工效率。
再次参考图9，活塞组合件400包含经配置以由于活塞头402及连接杆406的往复运动而旋转的活塞曲柄轴组合件404。图20A为示范性活塞曲柄轴组合件730(例如，曲柄轴组合件404)的分解图。组合件730包含活塞轴732、两个活塞曲柄轴轴颈734及两个正齿轮736。在一个实施例中，轴732包含经加工端738，其在轴732被插入到轴颈轴凹槽740中时提供轴732与轴颈734的牢固对准。类似地，轴颈734包含对准肩部742，其用于接纳、对准且固持正齿轮736。在一个实施例中，对准肩部742包含预定花键(例如，六边形)，其实质上消除正齿轮736在轴颈肩部742上的旋转。在一个实施例中，轴颈肩部742及/或正齿轮736包含经硬化的圆形端以在环形板200中提供轴承支撑。尽管组合件730被展示为具有5个单独组件，但组合件730可包含5、4、3、2或1个片件。举例来说，轴颈734可具有整体地加工到轴颈734(图20B所展示)中的齿轮736，从而形成3个组件或片件(图20C所展示)的组合件。此外，组合件730可以任何合适的方式而组装以形成单个组件，其包含但不限于压制、熔合及焊接。图21A为转子100的透视图，其中曲柄轴18、交越密封件300及活塞组合件400定位在其中。图21B为电源模块12的透视图，其中曲柄轴18、交越密封件300及活塞组合件400定位在其中。
外壳及套筒
图22为示范性外壳组合件800(例如，图2所展示的外壳组合件14)的分解图。外壳组合件800包含外壳802、套筒804及两个盖板806。在示范性实施例中，外壳802是通过铸造而制造。替代地，外壳802可通过挤压过程而制造，如可通过替代外壳803(图23所展示)所见。外壳802包含外壳入口810、外壳出口812、至少一个进入点814，及接入点(未展示)。外壳入口810经配置以经由压力通过力或经由真空进行吸入而接收气体、气体与燃料混合物及/或液体，且外壳出口812经配置以驱除所接收气体、经燃烧气体及/或液体。在一个实施例中，至少一个进入点814经配置以使能够对燃烧室进行电点火(例如，火花或等离子体)或加热(例如，电热塞)。在另一实施例中，至少一个进入点814经配置以使能够引入(例如，直接注入)燃料(例如，汽油、柴油、酒精、天然气)及/或助燃雾化液体(例如，水、尿素)。在另一实施例中，至少一个接入点使监测装置能够感测发动机性能，其包含但不限于室温度、压力、位移、速度、加速度/爆震、流量、湿度及化学成分感测。在示范性实施例中，主单元802包含用于将套筒804固持在外壳802内以实质上防止套筒自旋及/或旋转的两个突片凹槽或平面816。
套筒804经配置以充当外壳802与电源模块12之间的中介部件。套筒804经设计以通过室(及活塞)大小的增加或电源模块的堆叠的增加或这两者而可从50毫升扩展到200升以上。套筒804经制造以经由缩紧容限压机或夹具沿着套筒804的轴向长度的全部或部分围绕套筒804的外表面周长820而与外壳802的内表面818静态地进行界面连接。在示范性实施例中，套筒包含与外壳凹槽或平面816配合的突片或平面822。类似于外壳802，套筒804包含入口824、出口826、至少一个进入点828，及接入点(未展示)。套筒804围绕外壳入口810、外壳出口812及至少一个进入点814而与主单元802静态地进行界面连接以分别提供与入口824、出口826及至少一个进入点828的实质上无泄漏流径连接(例如，非贯通)。
套筒804可具有取决于设计需求及定大小的变化壁厚度。在一个实施例中，套筒壁厚度的范围为从0.1英寸到0.75+英寸。在示范性实施例中，套筒804的壁厚度介于0.15英寸与0.5英寸之间。替代地，套筒16可具有促进密封的任何壁厚度，如本文所描述。套筒16可出于增加环向应力及机械完整性而利用外壳802作为针对外径802的备用物的机械支撑。此外，套筒16可用作热导体以将热从燃烧腔移走且移入外壳802。套筒804通过允许磨损或污染物凿碎电源模块交越密封件界面表面在无需整个外壳的替换的情况下被容易地替换而提供经改进的可维修性。
外壳802及套筒804的使用使不与电源模块交越密封件300(即，外壳802)直接接触的材料能够由较轻重量且较好导热的材料制成，这是因为其不会从密封件300接收到任何磨损。此外，套筒804的使用使接触电源模块的交越密封件300的表面能够由较重、较强、较长磨损且较低摩擦系数的材料制成以承受磨损。因而，套筒804通过交越密封件300而与电源模块12动态地进行界面连接以提供用于交越密封件300的内置、密封及磨损表面。套筒804也形成用于电源模块12中的活塞的最向外室滑动表面区域。
套筒804的使用通过套筒改变而使穿过外壳入口810及外壳出口812的流径能够在横截面积上变化。举例来说，进入口824具有小于外壳入口810的横截面形状使进入口824能够将穿过外壳入口810的流径缩减为进入口824的横截面大小及/或形状。因而，通口823、824及826可改变进入燃烧室中且离开燃烧室的流径。改变流径的横截面积类似于改变阀大小，其影响持续时间及最终室充电及/或放电。此类变化类似于影响升起的凸轮凸部高度及影响升起速率的凸轮凸部上升角度，其影响发动机中的持续时间及流动速率。在一个实施例中，通口“宽度”(被定义为平行于套筒轴的最大尺寸)，及通口“长度”(被定义为垂直于套筒轴且沿套筒的内表面圆周的最大尺寸)。在此实施例中，“宽度”类似于升起速率且“长度”类似于持续时间。具有平行于交越密封件300的侧的正方形通口几何形状将给出即刻的高流量，其将模拟非常高的升起速率且将具有长的持续时间。具有垂直于或平行于交越密封件300的对角线的正方形通口几何形状(例如，菱形)将显示出线性渐增到高流量，其将模拟标称的升起速率且具有非常长的持续时间。如图24所展示，通口横截面形状的经定向矩形、圆形、经定向椭圆形、经定向三角形及实际上任何几何形状可针对给定电源模块RPM的多种发动机流量及经充电/放电室体积予以实施。
在一个实施例中，套筒804通过套筒改变而使穿过外壳入口810及外壳出口812的流径进入或离开角度能够变化。因而，使外壳入口810及/或外壳出口812的中心线与套筒进入口824及套筒排出口826的中心线不连续会影响相对于活塞头402的位置的穿过外壳入口810及外壳出口812的流径角度。因而，可通过使用套筒804而使外壳入口810及外壳出口812的流径中心线更靠近在一起或更远离，因此控制其中外壳入口810及外壳出口812两者皆对同一室开放的重叠或时间。
在另一实施例中，套筒804通过套筒改变而使穿过外壳入口810及外壳出口812的流径能够在轴向颈缩(neck-down)或打开(open-up)几何形状上变化。横截面积从套筒804的外表面到套筒804的内表面颈缩的穿过外壳入口810及/或外壳出口812的流量将增加流过套筒入口824的气体速度且缩减穿过套筒出口826的速度。替代地，横截面积从套筒804的外表面到套筒804的内表面扩大的穿过外壳入口810及/或外壳出口812的流量将减低流过套筒入口824的气体速度且增加流过套筒出口826的速度。此类实施例支持控制其中通过室遇见按电源模块旋转度数开放的外壳入口810或以所述度数开放的外壳出口812的持续时间或时间。因而，套筒可经配置以影响持续时间，其又可影响充电及/或放电速度，从而影响发动机转矩及发动机马力。
在另一实施例中，套筒804使外壳入口810及外壳出口812的相对中心线位置(及因此，定时)能够经由组合件804的进入口824及排出口826的圆周定位而变化。室的交越密封件切线的后边缘相对于套筒的内表面上的排气通口826的后边缘的位置及室的交越密封件切线的前边缘相对于套筒的内表面上的进入口824的前边缘的位置影响进入口824及排出口826一起通向室的时间长短。因而，进入进入口824可帮助推出逸出的排气，且逸出的排气可帮助吸入进入的进气。
在又一实施例中，套筒804通过套筒改变而使注入器通口814的位置(用于直接注入)能够相对于活塞组合件下止点(BDC)而变化。因而，套筒804可通过简单地改变外壳800中的套筒804而影响及/或改变燃料定时。同样地，套筒804通过套筒改变而使火花塞通口814的位置能够相对于活塞组合件上止点(TDC)而变化。因而，套筒804可影响及/或改变典型点火定时。此外，通口变化也通过利用可使发动机10能够根据特定燃料类型的要求进行操作的套筒804而使发动机10能够依据不同燃料类型而运行。
返回参考图22，第一盖板806及第二盖板807用于围封且密封发动机10。在示范性实施例中，每一盖板806及807包含外面830及内面832。在一个实施例中，板806包含从其内表面(未展示)起的圆形突出部，其外径将与内径套筒钻孔配合。套筒804的外径将定位在外壳802的内径中。在端板806由螺钉或类似紧固装置固定到外壳802之前，这些中心线对准特征将使电源模块12保持最佳地居中于套筒804中。
在一个实施例中，端板806包含太阳齿轮组合件840。在另一实施例中，端板806及807两者皆包含太阳齿轮组合件840。太阳齿轮组合件840包含定位在内面832上的太阳齿轮842，其耦合到定位在外面830上的太阳齿轮锁844。当被组装时，太阳齿轮842以行星方式与活塞组合件22的图20所展示的正齿轮736配合以使活塞组合件22及电源模块12能够响应于或反应于活塞组合件22的活塞头402的往复而旋转。太阳齿轮锁844包含具有安置在其中用于防止太阳齿轮842的旋转的螺钉的长圆形(未展示)钻孔846。释放锁844使太阳齿轮842能够旋转。旋转太阳齿轮842会使电源模块12能够旋转，其又可通过旋转周期对通口位置而影响活塞定位。通过旋转周期而改变活塞定位也可影响发动机10的功率曲线对RPM。在一个实施例中，可通过释放锁844且将太阳齿轮842旋转到所要及/或预定位置而在不打开发动机10的情况下修改发动机10的功率曲线对RPM。
图25为可与图22所展示的套筒804一起使用的替代外壳850的透视图。外壳850包含耦合到第二单元854的第一单元852。在示范性实施例中，外壳850经配置以分离以提供用于移除及/或替换可用于其中的套筒804的简化方式。图26为可用于泵的外壳860的透视图。
上文详细地描述旋转式内燃发动机的示范性实施例。方法及系统不限于本文所描述的特定实施例，而是，系统的组件及/或方法的步骤可与本文所描述的其它组件及/或步骤独立地且分离地被利用。举例来说，所述方法也可与其它类型系统及方法组合地被使用，且不限于仅结合如本文所描述的发动机系统及方法的实践。而是，可结合许多其它压缩机及泵应用来实施且利用示范性实施例。应注意，尽管所述实施例已被描述为包含内燃发动机，但本文所描述的发动机可用作气动压缩机或液压泵，其将机械旋转移动转换为可用于工作的压力或真空。
尽管本发明的各种实施例的特定特征可展示在一些图式中且不展示在其它图式中，但此仅是为了方便起见。根据本发明的原理，图式的任何特征可与任何其它图式的任何特征组合地被参考及/或主张。
此书面描述使用本发明中的实例，其包含最佳模式，且也使所属领域的技术人员能够实践本发明，其包含制作且使用任何装置或系统且执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围是由权利要求书界定，且可包含所属领域的技术人员想到的其它实例。希望此类其它实例在权利要求书的范围内，前提为其具有不与权利要求书的文字语言不同的结构元件，或前提为其包含与权利要求书的文字语言并无实质差异的等效结构元素。

Claims (22)

1.一种旋转式内燃发动机，其包括：
电源模块，其中所述发动机的所有移动部件定位在所述电源模块内；
外壳，其包含进入口及排出口，其中所述外壳经配置以固持所述电源模块；及
套筒，其经配置以定位在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口。
2.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述套筒进入口经配置以与所述外壳进入口连通以产生进入流径，且所述套筒排出口经配置以与所述外壳排出口连通以产生排出流径。
3.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述电源模块包含至少一个活塞组合件，其具有耦合到活塞曲柄轴组合件的活塞头。
4.根据权利要求3所述的旋转式内燃发动机，其中所述活塞头包含至少一个燃烧凹槽，其经配置以在所述活塞头的顶部表面上提供燃烧区。
5.根据权利要求4所述的旋转式内燃发动机，其中所述活塞头耦合到经配置以实质上密封所述至少一个燃烧区的至少一个活塞密封组合件。
6.根据权利要求5所述的旋转式内燃发动机，其中所述至少一个活塞密封组合件包含弹簧构件，其经配置以在第一方向上推进所述密封组合件的第一密封件且在不同于所述第一方向的第二方向上推进所述密封组合件的第二密封件。
7.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述电源模块耦合到经配置以实质上密封所述外壳内的燃烧室的至少一个交越密封件组合件。
8.根据权利要求7所述的旋转式内燃发动机，其中所述交越密封件组合件包含弹簧构件，其经配置以在第一方向上推进所述交越密封件组合件的第一密封件、在不同于所述第一方向的第二方向上推进所述交越密封件组合件的第二密封件，且在不同于所述第一方向及所述第二方向的第三方向上推进所述两个密封件。
9.根据权利要求7所述的旋转式内燃发动机，其中所述交越密封件组合件包含流体或气体增压，其经配置以在第一方向上推进所述交越密封件组合件的第一密封件、在不同于所述第一方向的第二方向上推进所述交越密封件组合件的第二密封件，且在不同于所述第一方向及所述第二方向的第三方向上推进所述两个密封件。
10.根据权利要求7所述的旋转式内燃发动机，其中所述交越密封件组合件具有大于弧长的宽度，所述弧长大于所述外壳及所述套筒中的至少一者中的注入孔或点火装置孔中的较大者。
11.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述套筒进入口及所述套筒排出口中的至少一者经配置以修改所述发动机的转矩输出。
12.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述套筒进入口及所述套筒排出口中的至少一者经配置以修改所述发动机的马力输出。
13.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述套筒进入口及所述套筒排出口中的至少一者经配置以修改所述发动机的燃料定时及所述发动机的点火定时中的至少一者。
14.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其进一步包括至少一个环形密封件组合件及耦合到所述外壳的两个盖板，其中所述至少一个环形密封件组合件定位在所述电源模块与耦合到所述外壳的至少一个盖板之间，其中环形密封件组合件的压缩是通过气动控制及液压控制中的至少一者而进行。
15.根据权利要求1所述的旋转式内燃发动机，其中所述外壳包含至少一个盖板，其具有经配置以修改功率曲线对每分钟转数及转矩曲线对每分钟转数中的至少一者的太阳齿轮组合件。
16.一种用于旋转式内燃发动机中的外壳组合件，外壳包括：
主单元，其包含进入口及排出口，其中所述外壳经配置以固持用于所述内燃发动机的电源模块；及
套筒，其经配置以耦合在所述外壳中，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口。
17.根据权利要求16所述的外壳组合件，其中所述套筒进入口经配置以与所述外壳进入口连通以产生进入流径，且所述套筒排出口经配置以与所述外壳排出口连通以产生排出流径。
18.根据权利要求16所述的外壳组合件，其中所述套筒进入口及所述套筒排出口中的至少一者经配置以修改所述发动机的转矩输出、所述发动机的马力输出、所述发动机的燃料定时及所述发动机的点火定时中的至少一者。
19.一种制造旋转式内燃发动机的方法，所述方法包括
提供包含进入口及排出口的外壳；
将套筒耦合在所述外壳内，所述套筒包含套筒进入口及套筒排出口；及
将电源模块定位在所述外壳中，其中所述发动机的所有活塞及活塞曲柄轴定位在所述电源模块内。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将电源模块耦合到所述外壳进一步包括耦合包含经配置以实质上密封所述外壳内的燃烧室的至少一个交越密封件组合件的电源模块。
21.根据权利要求19所述的方法，其中将套筒耦合在所述外壳中进一步包括将经配置以修改所述发动机的转矩输出、所述发动机的马力输出、所述发动机的燃料定时及/或所述发动机的点火定时中的至少一者的套筒耦合在所述外壳中。
22.根据权利要求19所述的方法，将环形密封件组合件定位在所述电源模块与耦合到所述外壳的至少一个盖板之间，其中环形密封件组合件的压缩是通过气动控制及液压控制中的至少一者而进行。
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