CN107709703A

CN107709703A - 单室多独立轮廓旋转机器

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Publication number: CN107709703A
Application number: CN201680034430.2A
Authority: CN
Inventors: W·卢卡茨辛科; W·安德森; R·麦尔多莱斯
Original assignee: Lumenium LLC
Current assignee: Lumenium LLC
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: US20220127998A1; WO2016168320A1; EP3283731A1; US11168608B2; US20190226395A1; EP3283731A4; JP2018516340A; CN107709703B

Abstract

本发明提供了旋转机器，在一个实施例中，所述旋转机器包括定义了中心轴线A的可旋转轴，该轴具有第一端和第二端。该轴上可以布置有第一毂，该第一毂具有多个腔体。至少一个轮廓可滑动地容纳在毂的外表面中的弧形腔体中。该轮廓具有凸形外表面，该凸形外表面与壳体的朝内弯曲表面配合以形成工作容积。

Description

单室多独立轮廓旋转机器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年4月13日提交的序列号为62/146,958的美国临时专利申请的优先权的权益。本专利申请涉及2014年9月18日提交的国际专利申请No.PCT/US14/56383，该国际专利申请No.PCT/US14/56383进而要求2013年9月18日提交的序列号为61/879,628的美国临时专利申请的优先权的权益。本专利申请还涉及2013年3月13日提交的国际专利申请No.PCT/US13/30649，该国际专利申请No.PCT/US13/30649又要求2012年9月6日提交的序列号为61/697,481的美国临时专利申请以及2012年3月14日提交的序列号为61/610,781的美国临时专利申请的优先权的权益。上述专利申请中的每一份申请的全部内容出于任何目的以引用方式并入本文。

背景技术

发明名称为“Continuous Torque Inverse Displacement Asymmetric RotaryEngine(连续扭矩反向移位非对称旋转发动机)”的美国专利No.6,758,188公开了一种反向移位非对称旋转(IDAR)发动机，该美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。该发动机包括内室壁、外室壁和可移动轮廓。2010年3月25日提交的序列号为12/732,160的美国专利申请(其全部内容也通过引用并入本文)提供了相对于美国专利No.6,758,188的实施例而言改进的实施例。如本文所述，本公开提供了优于这些实施例的显著改进。

发明内容

所公开的实施例对上面引用的专利和专利申请中描述的实施例进行改进和增添。在一些方面，本公开提供了以下特征：

在一些实施方式中，本公开提供了一种旋转机器，以燃烧释放化学能并且在旋转轴处产生可用功的空气-燃料混合物。如在第一实施例中所示，该旋转机器可以包括具有类似椭圆形状(或其他合适形状)的固定壳体以及没有偏心机构或齿轮的中心轴或主轴。其次，它可以使用摆臂，该摆臂绕具有凸轮轨道和凸轮从动件的轴枢转以产生第二实施例的功能运动。第三，如第三实施例所示，它可以使用齿轮、偏心机构和连接杆来引起其功能运动。该机器可以在非常紧凑的空间内提供每转三次燃烧事件。

该装置还包括燃烧轮廓部件，该燃烧轮廓部件具有在圆柱形表面中与燃烧室相对的侧面。轮廓非常接近于附接到中心轴或主轴的中心可旋转毂，该毂具有与轮廓的弯曲或弧形表面相似的匹配弯曲或弧形表面。可以提供两个大轴承(例如，球或油膜)以支撑包括中心轴或主轴和毂的旋转组件。轮廓的往复运动可以通过与被油膜润滑的凸轮环相接触的滚柱或垫来引导。动力输出可以直接从中心轴或主轴上进行。燃烧循环可以是火花点火(“SI”)或压缩点火(“CI”)。

通过在固定壳体上的不带阀的端口可以实现进气和排气。可以提供辅助室以防止相邻工作容积的交叉污染。通过使用具有“无摩擦”轴承和凸轮轮廓的轮子来控制轮廓的运动，可以实现更低的摩擦和更好的工作容积密封。

本公开进一步提供了用于将高压能量传导到用于火花点火应用的火花塞的改进的系统。可以在进气和排气流动路径中设置阀以控制气体流动时间。可以提供整体式流体冷却通道以用于旋转机器的温度调节，并且可以提供用于冷却流体和排气流的旋转式流体联接器。此外，提供改进的几何形状以减轻油耗。

本发明还提供了一种旋转机器，其包括限定朝内连续弯曲表面的固定壳体、附接到固定壳体部件的前侧板和后侧板以及定义了中心轴线A的可旋转轴。该轴具有第一端和第二端，并且该轴具有安置在其上的第一毂。该第一毂具有主体，该主体的容积大体限定在沿可旋转轴间隔开的前表面和后表面之间。前表面和后表面位于平行于径向轴线R的平面中，前表面和后表面的周边限定穿过毂的至少一个凹部，该凹部被构造成与第一轮廓组件的至少一部分可滑动地配接。第一毂轴向地位于前侧板和后侧板之间。该机器还包括第一轮廓组件，该第一轮廓组件至少部分地可滑动地安置在第一毂上限定的凹部上，该第一轮廓组件由一对相对的朝外的前表面和后表面限定，所述前表面和后表面通过朝内凸的表面和朝外凸的表面连接。轮廓组件的朝内凸的表面面向第一毂的至少一个凹部。轮廓的朝外凸的表面、前侧板和后侧板以及固定壳体的朝内连续弯曲表面配合以形成工作容积。可旋转轴和第一毂被构造成相对于固定壳体和前侧板和后侧板旋转，其中当毂和中心轴旋转时，第一轮廓组件在毂的凹部内振荡。当中心轴旋转时，轮廓组件的第一横向端和第二横向端相对于壳体部件的朝内连续弯曲表面密封。

如果需要，则旋转机器可以包括围绕轴线A相互等间隔布置的多个轮廓组件。每个轮廓组件可以被构造成绕与中心轴线A平行并且径向向外布置的轴线B振荡，其中在旋转机器运行时轮廓的轴线B绕中心轴线A绕动。

如果需要，旋转机器可以包括多个轮廓组件，每个轮廓与相应的轴线B相关联。每个轮廓可以被结合到围绕每个相应的轴线B以基本小于360度的角位移振荡的子组件。在一个实施例中，旋转机器可以包括三个以上轮廓组件。轮廓子组件的振荡运动与轮廓子组件围绕中心轴线A的旋转相结合可形成复合运动。

如果需要，则旋转机器可以是四冲程内燃机。毂优选只旋转360度一次以完成内燃机的四个冲程。机器的部件优选位于固定壳体内并且在固定壳体内移动。固定壳体优选地附着到基座上，该基座还支撑多个轴承，所述多个轴承进而可绕轴线A可旋转地支撑可旋转轴。朝内连续弯曲表面优选地被构造成接触附接到第一轮廓组件的密封件。

朝内连续弯曲表面可以包括多个贯通其限定的端口，以允许气体在旋转机器运行时流过端口。朝内连续弯曲表面优选地包括贯通其的至少一个通道，以接收火花塞和燃料喷射器中的至少一者。固定壳体优选包括相对于轴线“A”垂直取向的两个基本上平行的侧板，所述侧板允许所述可旋转轴从中穿过。侧板和固定壳体中的至少一者可以包括被构造成承受加压的密封件和用于运输润滑剂和冷却剂中的至少一者的通道。与第一轮廓组件相关联的工作容积优选地在毂的每次旋转中在容积上增加和减小两次。

在一些实施例中，轮廓子组件的振荡运动可由与和轮廓子组件集成的轮廓齿轮相互啮合的固定齿轮来驱动。固定齿轮的齿数可以是轮廓齿轮的两倍。如果需要的话，则每个轮廓子组件可以仅包括一个轮廓齿轮，或者可以包括两个轮廓齿轮，其中一个齿轮在发动机的任一侧上连接在轮廓子组件的每个端部处。优选地，无论在每个轮廓子组件上提供一个还是两个轮廓齿轮，轮廓齿轮都是共面的，其位于每个工作容积的同一侧。

优选地，每个轮廓齿轮安装在轮廓齿轮轴上，并且包括所述每个轮廓齿轮的每个轴安装在低摩擦轴承上。每个轮廓齿轮可以安装在相对于轮廓子组件的摆臂部分的端部偏心的轴上。通常，旋转机器的部件被构造成防止振荡的轮廓子组件和机器的任何固定部件之间的碰撞。机器的部件可被构造成提供超过20:1、25:1或30:1的压缩比。每个轮廓齿轮优选地被构造成与固定齿轮啮合。旋转机器可以包括多个浮动密封件，以防止在旋转机器运行期间从工作容积的损失气体。

根据另一方面，旋转机器还可以包括限定在轮廓组件之间的辅助工作容积。工作容积可以通过至少一个密封件与辅助工作容积隔开。可以相对于每个轮廓组件限定工作容积，并且由于存在设置在第一工作容积和第二工作容积之间的至少一个辅助工作容积，所以第一工作容积的气体因此不能与第二工作容积直接连通。旋转机器可以包括布置在轮廓子组件内的密封件承载环，该密封件承载环包括浮动密封件以防止气体通过该密封件承载环。

根据另一实施例，轮廓子组件的振荡运动由骑坐在凸轮盘中限定的固定凸轮轨道中的绕动的凸轮从动件驱动，轨道具有两个表面，每个轨道表面被构造成能够接触凸轮从动件的不同表面。凸轮从动件可以附接到摆臂，该摆臂绕轴线B枢转，轴线B与轴线A平行并且绕轴线A绕动。可以提供多个凸轮盘，每个凸轮盘与相应的凸轮从动件配接。本文公开的任何实施例可以设置有与工作容积流体连通的燃料喷射器和/或火花塞。

应该理解的是，前面的总体描述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供对在此公开的实施例的进一步解释。

纳入并构成本说明书的一部分的附图被包括以说明并提供对本公开的方法和系统的进一步理解。附图与描述一起用于解释所公开的实施例的原理。

附图说明

连同说明书一起提供的是示出所公开实施例的多个图，所述多个图代表非限制性示例，并且其中：

图1示出根据本公开的旋转机器的实施例的等距视图；

图2是图1的第一实施例的分解图；

图3是图1的第一实施例的旋转毂组件的等距视图；

图4是图1的第一实施例的轮廓组件的等距视图；

图4A是图4的轮廓组件的等距分解图；

图5是图1的第一实施例的剖开端视图；

图6-13示出所有实施例的燃烧循环的各个部分；

图14示出图1的实施例的另一剖开端视图；

图15是中心轴和毂的等距视图，在毂上安装有轮廓和轴承；

图16是中心轴和毂以及其中一个轮廓的一部分的等距视图；

图17是图1的实施例的剖开视图，示出了润滑通道的布线；

图18是中心轴和毂的等距视图，安装在毂上的轮廓和轴承座接在壳体的下部内(剖开视图)；

图19是示出图1的实施例的不同部件的相对布置的线框图；

图20是第二实施例的分解图；

图21是第二实施例的中心部分的分解图；

图22是第二实施例的旋转毂组件的分解图；

图23是第二实施例的轮廓组件的分解图；

图24是第二实施例的摆动组件和机构的视图；

图25是第二实施例的机器的侧视图和两个截面视图。

图26是第三实施例的分解图；

图27是第三实施例的中心部分的分解图；

图28是第三实施例的旋转毂组件的分解图；

图29是第三实施例的轮廓组件的分解图；

图30是第三实施例的机器的侧视图和3个截面视图；以及

图31是第三实施例的机器的侧视图和1个截面视图。

具体实施方式

参照图2，示出了形成所公开的实施例的部件。另外，示出了将用于讨论所公开的实施例的坐标系。该坐标系是由轴线(A)、径向(R)轴线和周向(C)轴线组成的圆柱三维系统。如图2所示，固定的壳体“中心部分”1具有固定的厚度，其内部表示工作容积6的内表面之一。这个中心部分1由被用螺栓连接到其的后续部分支撑。任何这样的部分都可以具有将机器固定到支撑结构的安装特征。对于图1和2所示的示例，安装件在部分5中。

从装置的中心开始，如图2所示，固定中心部分1具有两个平坦且平行的侧边，其与两个独立的前侧板2A和后侧板2B配接。部件的机械界面具有使接头气密的特征。侧板2A和2B是工作容积6的内表面的一部分。接着，附接到侧板2A、2B上的是前凸轮环3A和后凸轮环3B。同样，这些环也对侧板2A或2B气密密封。最后，将壳体前部封壳4和壳体后部封壳5分别用螺栓固定到凸轮环3A和3B，以完成机器的外壳。

如图2所示，机械地固定到或集成到前壳体封壳4和后壳体封壳5上的是图7A和图7B的滚柱、滚珠或油膜类型的无摩擦轴承。所述轴承支撑可旋转轴8。

如图3所示，在可旋转轴8上以固定角移位的方式安装有中心毂9，该中心毂9在与轴8相同的轴线上旋转。毂9的厚度与中心部分1大致相同或稍小。如图2所示，毂9安置在侧板2A、2B之间。图3示出了毂9具有多个凹弧10A、10B、10C(示出了三个，但应该理解的是，可以有更多或更少的凹弧)，相对这些弧的中心，限定了空间13中的与毂旋转的中心显著更远的点。在任何一个弧中心与轴8和毂9旋转的中心之间画出的线将在旋转轴线(A)的径向(R)上。

毂9的凹弧大致在A轴线方向上被挤压以形成图3的不完整圆柱形表面11A、11B、11C。这些气缸的中心分别被示出为线14。表面11可以具有允许承载、滑动表面、提供油供给和保持、补偿热膨胀和收缩、提供高负载耐久磨损表面以及限制气体流动的特征。

如图4和图4A所示的轮廓组件20包括轮廓21，四个支重轮22A、22B、22C、22D，两个支重轮支撑轭23A和23B以及下面讨论的各种密封部件。轮廓21由凸弧和与工作容积表面直接相对安置的不完整的圆柱形表面24描述。凸弧表面24具有与毂中的凹弧表面11大致相同或稍小的半径。可以认为弧形表面24的中心几乎与图3中的线14重合。表面24具有允许承载、滑动表面、提供油供给和保持、补偿热膨胀和收缩、提供高负载耐久磨损表面、以及限制气体流动的特征。

图5中的部件致动轮廓组件20的运动。轮廓组件20使得轮廓21的圆柱形表面24非常接近或接触毂9的配接表面11。该连接允许轮廓组件20绕由图3所示的线14表示的假想中心轴线B在如图5所示的平面中枢转或振荡。表面24、中心线轨道与毂9的轴线B、线14共线。为了减少摩擦，可以将弧表面的这种界面联接到图3中的一对特殊垫26A、26B上，这些垫压靠在轮廓21上，或可替代地这种低摩擦力可以通过被油压系统或低摩擦滚柱不断地补充的油膜获得。该轮廓组件包括轮廓运动控制滚柱22A、22B、22C、22D，该轮廓运动控制滚柱22A、22B、22C、22D适于通过销或其他装置附接到支撑轭23A和23B上。如图4A所示，支承轭23A和23B通过紧固件附接到轮廓21。滚柱的表面22的位置和半径被选择为使稍后描述的密封系统的行程最小化。当直接在平坦表面上观察时，此形状可能是或可能不是常见的几何形状。随着毂9携带轮廓组件20以规则的轨道围绕旋转中心“A”旋转，圆柱形表面11和24相互作用以及滚柱22接触凸轮表面以迫使相对于毂9的参考点13在顺时针和逆时针方向上振荡。

当轴8和毂9围绕轴线A旋转并且轮廓组件20摆动且衬垫26A和26B与表面24接触时，中心部分1和受限的侧板2A和2B形成可变的工作容积6。容积6以每转两次重复的方式增大然后减小。工作容积的这种变化创造了四冲程内燃机的必要冲程。

滚柱22也与内凸轮环3A和3B表面相互作用，从而抵抗向心力并且使顶部密封件30A和30B在其保持槽中的行程最小化。

轮廓组件20的轮廓21比中心壳体1的厚度略窄，并且可以由不利于磨损的材料制成。轮廓21可以由铝或其他轻质材料制成，也可以由铸铁或锻钢制成。在轮廓21和相邻的侧板2A、2B之间限定待密封的间隙。为了桥接该间隙并且将气体保持在工作容积内，浮动侧密封件31A、31B、31C、31D(图4A)嵌入轮廓21的相对的平坦面中。侧密封件31A、31B、31C、31D位于预加载波形弹簧34A、34B、34C、34D的顶上。

为防止气体从轮廓8的顶点泄露(图4A)，图4A的浮动密封件30A、30B被插入轮廓主体21中的横向的，轴向延伸的匹配槽中。密封件30A、30B和匹配通道的尺寸被确定为使顶部和30A、30B周围的泄漏最小化，但是仍然允许浮动密封件的移动。

预加载弹簧36A、36B(图4A)维持顶部密封件30A、30B的标称密封接触力。为了增强密封接触力，工作容积6内的内部气体压力在密封件上产生不平衡负载，从而使30A和30B处的密封接触力与工作容积6的内部压力成比例地增加。

预加载弹簧36A和36B还有助于校正在30A和30B的接触点处的运动和磨损的差异。

为了进一步增强密封，分别包括一个相应的预加载弹簧38A、38B、38C、38D的角部密封件37A、37B、37C、37D被安装在匹配的袋状部中。

例如由金属、橡胶或复合材料制成的两个附加的环形密封件40A和40B位于侧板2A和2B与毂9之间，以最小化油泄漏到燃烧区域以及最小化燃气泄漏到涂油区域。预加载弹簧可能在这些密封环后方以改善其性能。

图1和图2示出了结合到发动机的固定部分中的特征。这些包括火花塞50A或柴油喷射器50B(根据需要)、液体冷却入口51A，液体冷却出口51B、内部液体冷却通道52、空气-燃料入口通道53、排气通道59、进油孔55、壳体通风孔56A和排油输出56B。磁性或霍尔效应位置传感器位于57处，以通过检测音轮58的齿的经过的磁性装置来检测旋转轴的角速度和位置。该传感器的电气输出端附接到必要的但未示出的将火花塞点燃的电子点火电路。

未示出但可形成机器的一部分的其他附件包括例如用于柴油或汽油喷射的高压燃料泵、用于循环油的油泵、油压调节器、滤油器、油冷却器、将油路由到旋转轴8的油耦合器、水泵、水热散热器、恒温器、膨胀箱和现代内燃机上常见的其他装置。

图5示出当构造有多个轮廓组件20时位于主工作容积6之间的辅助可变容积70A、70B、70C。这些容积被用来分隔相邻的工作容积以防止交叉污染和其他不良影响，以促进工作容积6中的有效燃烧。可通过使用附加的顶端密封件和预加载弹簧来容纳辅助容积，以防止任何压缩气体泄漏到发动机的其他部分中。为了最小化这些辅助容积的泵送损失，这些容积可以与通道彼此交叉连接。这样的连接显示为75A、75B、75C。或者，辅助容积泵送动作可以用于其他目的。

当用作火花点火的内燃机时，化油器或燃料喷射器和节流板(未示出)产生适当的空气和燃料混合物，并且管接至图6的进口通道53。53通向中心壳体1的内表面中的端口。所述空气和燃料从端口出来并进入工作容积。当轮廓组件20旋转以使得工作容积6越过进口端口时，空气和燃料混合物被吸入到工作容积6中，如图7所示。

当轮廓组件20继续围绕轴8的中心绕动时，空气燃料混合物开始压缩，如图8所示。在如图9所示的最小容积点6处或附近，一个或多个火花塞50被来自适当电路的高压电力点燃。这样的点火启动空气和燃料混合物的燃烧以及气体在工作容积6中的随后膨胀。这些气体推动轮廓21，并且该机构在毂9上然后在轴8上产生旋转功，如图10所示。

在可用的燃烧工使用完之后，轮廓处于图11所示的位置。下端口为排气而设并且通向图1的开口59。图1示出了工作容积6连接到排气通道的排气冲程的开始。废气通过下降的工作容积6从该端口被推出。排气然后从通道59出来，通道59连接到排气管。

轮廓组件20继续绕动，直到入口通道53连接到工作溶剂并且重复燃烧循环。

如果使用如图5所示的三个轮廓组件，则在一次旋转中总共执行三个完整的燃烧循环。当发动机被构造用于压缩点火(柴油)时，火花塞由高压柴油燃料喷射器50B代替。这种燃料喷射器由定时柴油泵或电子“公共”轨道压力系统供应高压燃料。进气、压缩、做工和排气冲程的工作原理与点燃的火花相同，但在进气冲程的空气部分中没有燃料夹带。在峰值压缩点处或附近，链接到轴8的旋转位置的特定定时的机械柴油泵发出高压燃料脉冲，该脉冲被管接至位于中心壳体外部处的专用喷射器。这样的高压脉冲使得燃料喷射器50B迅速释放或“爆脱(pop off)”并且以高速率将燃料直接喷射到工作容积内的压缩空气中。这导致燃料的自发自燃和释放有用功被恢复的化学能。

可选地，现代电子模块通过图2中所示的传感器57“读取”音轮56，并且计算激励电致动喷射器的精确开始时间和持续时间，并因此产生高燃料喷射率。该计算基于其他传感器输入，诸如节流阀位置(负载需求)、温度、进气压力、排气污染控制等。这种系统被称为“共轨”，因为它获得的燃料在一个共同的燃料轨中被持续地保持在期望的非常高的压力下。

该实施例示出了围绕轴8绕动的三个这样的轮廓组件20，因此在一次旋转中执行三个完整的燃烧循环。无论是否使用火花或压缩点火，在一个轴旋转中都会产生三次燃烧循环。

可以选择凸轮轮廓的形状和端口的位置，以改变发动机循环内工作容积的变化，以便显示大于进气冲程最大容积的做工冲程最大容积。可以修改进气端口54的长度和闭合点以模拟较小的进气冲程容积。当膨胀容积大于进气容积时，视为“阿特金森循环”。膨胀容积与进气容积之比称为阿特金森比率。显著大于1.0的比率可以产生更高燃料效率的内燃机。可以很容易地修改本发明的特定几何形状细节，以使阿特金森比远远超过1.0。

由于燃料的燃烧产生显著的热量，所以液体冷却通道52被结合到图1所示的中央壳体中。

为了允许发动机内的摩擦表面的润滑，将加压油泵入进油孔55，然后在轴8内部释放并且进入毂9。油被路由到策略位置，以减少摩擦和冷却部分。然后油通过弧形表面界面11-24转移，然后流入到轮廓21内的通道中。油循环经过轮廓21以拾取热量并且将热量从轮廓21输出。油一旦经过轮廓21，就进入支撑轭23A或23B中的孔，然后进入包含滚柱和凸轮环的油廊(galley)。

为了进一步冷却工作容积6的表面，在侧板2A和2B的与工作容积相反的一侧中形成通道。这允许润滑油更有效地从侧板移除多余的热量。或者，封闭的通道可以内置入侧板2A和2B中，从而壳体部分周边的液体可以横过这些侧板的较热的内部并且排出热量。

一旦在油廊中存在油，油就被收集在安置在前部和后部处的孔56B处。适当的管道或整体通道将这种油向下引导至未示出的保持容器。然后将油泵入到必要的压力，过滤，冷却并且再循环回发动机的进油孔55处。

图6-13示出了使用图1的实施例的示例性燃烧循环的不同阶段。图6示出了一个轮廓在燃烧循环开始时在0度处三点位置出现的一个实施例。贯通壳体的进气端口朝向轮廓的上端，而贯通壳体的排气端口朝向轮廓的下端。图7示出了主轴和45度轮廓的进一步顺时针旋转。这代表了循环的吸入部分，其中燃料和空气混合物(在内燃机的情况下)被带入由轮廓的凸外表面和壳体面朝内凹的侧壁限定的工作容积中。图8示出了代表循环的下死点(“BDC”)部分的另一45°逆时针旋转。此时，工作容积与进气路径流体隔离。当在图9中继续逆时针旋转另一45°至总共135°时，冲程的压缩部分开始，其中工作容积减小以压缩燃料-空气混合物。图10示出另一45°逆时针运动，使得压缩在循环的上死点(“TDC”)部分处达到最大值。此时，燃烧事件由火花塞启动，或者仅通过压缩燃料空气混合物(例如，柴油循环)来启动。图11示出另一45°旋转到经过循环的225°，示出了循环的膨胀部分，该膨胀部分与轮廓的外表面和壳体的内表面之间的工作容积的扩大一致。图12还示出了主轴的另一45°逆时针旋转到另一BDC位置，而图13示出了允许工作气体逸出发动机的循环的排气部分。

图14是图1的实施例的横截面，并且示出了在装置操作期间用于限定三个工作容积的三个轮廓中的每一个轮廓上的密封件的位置。图15示出了中心轴和其上安装有毂的轴承，以及安装在毂上的三个轮廓。图16示出了毂/轮廓界面的分解图。

图17示出了穿过毂和轮廓的润滑通道。如图所示，油或其他润滑剂沿主轴被轴向向下输送，在这里主轴被划分成延伸到毂的每个臂中的流动沟槽。朝向毂的每个臂的端部，再次分流以提供至少两个端口用于润滑每个轮廓与毂之间的界面。在每个轮廓内提供了额外的通道，用于吸收润滑剂且使其经过轮廓且通过出口出来，进入发动机壳体，在发动机壳体处润滑剂可以被拾取和回收。图18是发动机的等距视图，其中壳体的上半部分被切去以显示安装在中央毂上的轮廓。图19是处于组装状态下的所有发动机部件的线框图。

图20-25中示出了所公开的旋转机器的第二实施例。功能运动和燃烧室动画类似于上述实施例，但是运动是由齿轮、连接杆、摆臂和盘产生的。

图20示出了固定中心组件、三个轮廓组件和毂组件的分解图。

中心组件是固定的，并且在图20中示出为处于组装状态下，且在图21中以分解图示出。基座100形成两个主轴承支架104安装到基座100或基座100的一部分上的基础。在每个轴承支架内是低摩擦轴承107和油密封件108。在基座的中间附近安装中心部分101。中心部分101的内表面形成燃烧室的外表面。包围燃烧室的侧面的是侧板102A和102B，每个这样的侧板具有面向燃烧室的内表面和相对的外表面。每个侧板为大致环形形状，但是在其外周上由椭圆形形状限定，并且限定贯通其的具有一定内径的圆形(或其他形状)开口。侧板102A和102B是彼此的镜像。每个侧板包括围绕贯通板的开口限定的朝内凹的区域或唇状部，该朝内凹的区域或唇状部被构造成用于接纳图22中所示的构件114。

为了压缩点火，燃料喷射器105被定位成使得其将燃料喷射到燃烧室中。如果实施例是火花点火，则可以类似地定位火花塞。

在该第二实施例中，一个或两个固定齿轮103安装成使得它们与主轴承和旋转轴线“A”同心。这些齿轮不会移动，而是精确定时到下面的运动部件。

图22示出了第二实施例的回转毂组件。该组件中的所有部件相对于图21的轴线“A”和轴承107的中心线同心地旋转。中心毂109附接到盘106A和106B或与盘106A和106B在同一个部件中。盘106B基本上是盘106A的镜像。在旋转盘106A和106B的中心处，轴伸出，该轴承载旋转轴承表面或内圈111以容纳图21的轴承107。这种组合111/107可以是迫使油静液压或无摩擦滚动元件类型的轴承。

尽管第二实施例示出的盘106A、106B具有用于容纳轴承内圈111的突起，但是如图2和3所示，部件106A、106B和109可以改变为具有中心轴8。

每个盘106A和106B优选包含以下特征。每个盘上装配有三个轴承112，总共六个轴承。它们绕轴线A均匀分布(120度间隔)，它们的中心线与图23-24所示的轴线B共线。轴113也装配到每个盘106中或者是每个盘106的一部分。它们绕旋转轴线112均匀地间隔开，并且它们的中心线平行于轴线B。盘106还可以包含油路或其他特征以支撑用于油润滑和冷却的必要的流体流动。

为了防止气体在机器内部和可能包含油或周围空气的外腔体之间来回传递，侧承载环114保持朝内弧形密封件115和朝外弧形密封件116。承载环和密封件与包括毂的组件一起旋转。

第一实施例中的图4、图4A的部分被图23和图24中的部分代替。图23示出了轮廓124。为了简单起见，从图23和24省略了图4A的密封系统，但在实际使用中图4A的密封系统会出现。如图23所示，图4A的部分23A、23B被摆臂123A和123B代替。摆臂123A、123B通过如图4A中的直接紧固件或通过横向构件122间接附接到轮廓124。横向构件122被设计成比轮廓强得多，因为横向构件122需要承受燃烧载荷。摆臂123A和123B具有插入到臂孔中的轴承、油压或无摩擦元件125，所述臂与到轮廓124附接点的臂是相对的。这些轴承产生旋转轴线“B”，图23的整个组件可绕该轴线“B”枢转。该枢转“B”轴线与先前引用的“B”轴线同心。每个摆臂123具有附接到其或作为其一部分的销126。销126是附接到连接杆并且迫使产生摆动组件的枢转、振荡动作的点。图23的轮廓组件穿过侧板102A和102B的中心孔。

图24包含图23的部件，并且示出了每个摆臂销126穿过位于连接杆131的一端中的轴承132。在前部处的这个组件在后部处重复。

穿过图22的每个轴承112的是每个曲轴122。在该实施例中总共六个曲轴。每个曲轴122的端部具有图24的偏置销121。每个曲柄偏置销121上都有一个轴承133。轴承133安装到连接杆131的与轴承132相对的端部中。齿轮127附着到曲轴122，这样促使曲轴122旋转。图24中的三个组件被安装到图22的毂组件中，并且在图25中被示出为处于完全组装状态下。如图25所示，包括轮廓、横向构件、摆臂的三个振荡组件中的每一个，一个或两个连接杆-曲柄组以及所有支撑部件都绕毂组件的旋转轴线“A”绕动。每个振荡组件的摆臂123绕轴线B枢转，并且连接杆131绕销121振荡。

图25的B-B截面示出了曲柄齿轮127如何绕固定齿轮103绕动。当毂组件和3个振荡组件绕轴线“A”旋转时，每个曲轴在毂组件内都有一个相对旋转。

图25的截面A-A示出每个曲轴偏置销121通过轴承133附接到连接杆131。随着盘106回转，在这个截面A-A中所示的所有部件都绕机器的轴线“A”绕动。当曲轴122旋转时，偏置销121引起连接杆131的弧形振荡运动。该运动使摆臂的销126移动。因此，摆臂123A与123B一致导致轮廓以弓形振荡运动绕轴线B移动。如在截面A-A中所示，该设计重复三次。因此，推导出如第一实施例中所描述的那样类似的运动。

在图示的实施例中，齿轮比127至103被设定为2:1。因此，毂组件每旋转一次，轮廓124就相对于毂组件摆动两次。当从固定点观察时，轮廓124可以以复杂的运动摆动和绕动。因此，当仔细设计中心环101的内部形状时，通过轮廓的运动产生燃烧室工作容积，除了齿轮、密封件或轴承外，移动机构的任何部分都不接触固定部分。在最小的燃烧容积下维持紧密公差，减少顶部密封行程，并且减小摩擦。

可以消除一个而不是两个驱动组件，并且仍然能够产生功能运动。也就是说，在发动机的一侧只能使用一组曲柄部件和连接杆。然而，如果在发动机的仅一侧上使用仅一组所描述的曲轴和连接杆，则前或后不平衡力可能在轮廓旋转通过其理想旋转平面时导致轮廓扭曲。为了减少扭曲，曲轴和连接杆的机构在发动机的前部和后部处都是复制的。图22的整个毂组件在其旋转平面中平衡良好，并且当它以高RPM旋转时应表现出最小的振动，

图26-31所示的本发明的第三实施例用更简单但潜在更高的摩擦机构取代了齿轮传动和连接杆系统，该机构由分叉摆臂、复杂凸轮轮廓和硬凸轮从动件组成。

图26示出了与图20类似的机器。中心组件与前面的实施例一样是固定的。还存在毂组件和三个振荡组件。图26还示出了所有实施例应具有的前盖和后盖。

图27的中心组件具有基部基座200，基部基座200附接到中心部分201和增加的轴承支架204。类似的轴承207和密封件208也存在于轴承支架中以保持图28的旋转毂组件。如在其他实施例中那样，侧板202A和202B包含燃烧容积侧。在压缩点火的情况下，燃料喷射器205被插入到中心部分中。或者在火花点燃式发动机的情况下使用火花塞。

但是，不存在一个或多个固定齿轮。而是在图201中示出凸轮环210A和210B。凸轮环210A和210B基本上是镜像。凸轮轨道轮廓被设计成凸轮环中的槽，其中所述槽的外表面是一个路径而内表面是另一个路径。凸轮环附接到中心部分，并且通常由硬质耐磨材料(诸如，硬化钢和/或陶瓷)制成。

图28示出了第三实施例的旋转毂组件。中心毂部分209是本文上面公开的那些毂部分的另一变型。在这种情况下，如在其他实施例中可能使用的那样，毂的端部延伸以形成或支撑两个轴承表面211。然后，将在中心具有孔的盘206A和206B装配在轴承表面211上并固定到中心毂209上。

盘206A和206B具有3对轴213，总共6个轴213，这6个轴213附接到盘206A和206B或者盘206A和206B的一部分。如在前面的实施例中所描述的，轴线B安置成穿过轴对213的中心。密封件承载环214也存在于毂的两侧上。未示出的相似的密封件115、116如图22所示那样被使用，但插入到环214中。发动机的动力输出端附接到图28所示的凸缘表面219。

第三实施例具有三个完全相同的摆动轮廓组件，如图26中所示，且在图29中详细示出。在图203中，轮廓224附接到横向构件222。可选地，横向构件222的功能可以结合到轮廓224中，从而将两个部分合并为一个，如图4A所示。摆臂223A和223B附接到横向构件222，或直接附接到轮廓224上。臂223A是臂223B的镜像。在每个摆臂223中，与轮廓/横向构件的附接相对的是放置轴承225的孔。这对轴承的旋转中心线形成旋转轴线B。

每个摆臂223具有从凸轮从动件装置226所附接到旋转轴线B延伸出的结构分支的形式。装置226由相当坚硬的钢或能够抵抗磨损的其他材料制成。虽然226被示出为简单的耐磨垫，但是其可以包括一个或多个滚柱22，如图4所示。与该垫或滚柱相切的双向力将致使整个轮廓组件绕轴线B双向枢转。

图30示出了第三实施例在完全组装时的横截面。图30的截面B-B示出了机器的垂直于页面的主旋转轴线“A”。绕轴线“A”旋转的盘206具有绕轴线“A”绕动的三个轴213。与这些轴同心的是图29的轴承225并且具有相同的旋转轴线B。轮廓组件重复两次，如图30的C-C截面所示，产生三个间隔开的旋转轴线“B”，所述旋转轴线“B”进而绕轴线“A”绕动。图29的轮廓组件穿过侧板202A和B的中心孔。

通过移动凸轮从动件226和固定凸轮环210A和210B的相互作用产生轮廓组件的振荡摆动和回转运动。摆臂、凸轮从动件和凸轮轨道机构在前侧和后侧上重复以减小轮廓224上的扭转力。凸轮从动件226和凸轮轨道210具有限定凸轮轨道的两个相对的工作表面，如图30中的截面D-D所示。当摆臂的运动需要单向摆动时，凸轮从动件表面226C接触凸轮轨道表面210C。当摆臂必须以另一方式摆动时，凸轮从动件表面226D接触表面210D。

两个凸轮从动件接触表面226C、226D和凸轮轨道表面210C、210D的形状被设计成使得，毂组件每旋转一次，轮廓124就相对于毂组件摆动两次。当从固定点观察时，轮廓124将绕轴线B摆动并且绕轴线A绕动，从而进行复杂或任意的但重复的运动。因此，当仔细设计中心环201的内部形状并且使之与轮廓224的向外移动的表面匹配时，燃烧室的工作容积就产生了，并且除了凸轮、密封件或轴承之外，移动机构的任何部分都不接触固定部分。在最小的燃烧容积下维持紧密公差，减少顶部密封行程，并且减小摩擦。

图31与图5相似，但是示出机器旋转了90度。它适用于所有的实施例。当毂组件围绕轴线“A”顺时针旋转时，进入的新鲜空气通过进气端口“I”进入发动机并进入工作容积室6。在轮廓224的后缘离开进气端口“I”区域之后，充气被压缩，如图30的空间“Co”所示。随着毂209进一步旋转并且充气被高度压缩，燃料喷射器205将由外部装置通过使用上述系统以最佳时间或角度、速率和周期启动。高速燃料和压缩空气的相互作用将引起通过图28的毂组件动力输出凸缘219的自燃并且随后产生动力输出。当“Ex”位置的工作容积减小时，排气膨胀并且被推出。气体通过排气端口“E”从发动机排出。

虽然已经参照本发明的特定优选实施例描述了本公开，但是应该理解，这些实施例仅仅是本公开的原理和应用的说明。因此，可以对这些实施例进行修改，并且可以设计其他布置而不脱离本公开的精神和范围。例如，尽管示出了三个轮廓组件并且是优选的，但是也可以使用四个以上轮廓组件，并且可以相应地调整发动机的其余部件。

Claims

1.一种旋转机器，包括：

a)固定壳体，其限定朝内连续弯曲表面；

b)前侧板和后侧板，其附接到固定壳体部件；

c)可旋转轴，其定义了中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端，所述轴上布置有第一毂，所述第一毂具有主体，所述主体具有大体限定在前表面和后表面之间的容积，所述前表面和所述后表面沿着所述可旋转轴间隔开且位于平行于径向轴线R的平面中，所述前表面和所述后表面的周边限定穿过所述毂的至少一个凹部，所述凹部被构造成与第一轮廓组件的至少一部分可滑动地配接，所述第一毂轴向地位于所述前侧板和所述后侧板之间；以及

d)第一轮廓组件，其至少部分地可滑动地安置在所述第一毂上限定的所述凹部上，所述第一轮廓组件由一对相对的朝外的前表面和后表面限定，所述一对相对的朝外的前表面和后表面由朝内凸的表面和朝外凸的表面连接，所述轮廓组件的朝内凸的表面面向所述第一毂的所述至少一个凹部，轮廓的所述朝外凸的表面、所述前侧板和后侧板以及所述固定壳体的朝内连续弯曲表面配合以形成工作容积，所述可旋转轴和第一毂被构造成相对于所述固定壳体和所述前侧板和后侧板旋转，其中当所述毂和中心轴旋转时，所述第一轮廓组件在所述毂的所述凹部内振荡，而且当所述中心轴旋转时，所述轮廓组件的第一横向端和第二横向端相对于壳体部件的朝内连续弯曲表面密封。

2.根据权利要求1所述的旋转机器，包括多个轮廓组件，所述多个轮廓组件围绕所述轴线A相互等间隔地布置。

3.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，每个轮廓组件被构造成绕平行于所述中心轴线A且从所述中心轴线A径向向外布置的轴线B振荡，其中当所述旋转机器正在运行时，所述轮廓的轴线B绕所述中心轴线A绕动。

4.根据权利要求3所述的旋转机器，其中，所述机器包括多个轮廓组件，每个轮廓与相应的轴线B相关联。

5.根据权利要求4所述的旋转机器，其中，每个轮廓被结合到子组件中，所述子组件围绕每个相应的轴线B以大致小于360度的角位移振荡。

6.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述旋转机器包括至少三个轮廓组件。

7.根据权利要求5所述的旋转机器，其中，轮廓子组件的振荡运动与所述轮廓子组件绕所述中心轴线A的旋转相结合以形成复合运动。

8.根据权利要求5所述的旋转机器，其中，所述旋转机器是四冲程内燃机，并且其中所述毂旋转一次以实现内燃机的四个冲程。

9.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述机器的部件位于所述固定壳体内并且在所述固定壳体内移动。

10.根据权利要求9所述的旋转机器，其中，所述固定壳体附着到基座，所述基座还支撑多个轴承，所述多个轴承进而绕所述轴线A可旋转地支撑所述可旋转轴。

11.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述朝内连续弯曲表面被构造成接触附接到所述第一轮廓组件的密封件。

12.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述朝内连续弯曲表面包括贯穿其而限定的多个端口，以在所述旋转机器运行时允许气体流过所述端口。

13.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述朝内连续弯曲表面包括贯穿其的至少一个通道，以接收火花塞和燃料喷射器中的至少一者。

14.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述固定壳体包括相对于轴线“A”垂直取向的两个基本上平行的侧板，所述侧板允许所述可旋转轴从中穿过。

15.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述侧板和所述固定壳体中的至少一者包括被构造成承受加压的密封件和用于输送润滑剂和冷却剂中的至少一者的通道。

16.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，与所述第一轮廓组件相关联的所述工作容积在所述毂的每次旋转中在容积上增加和减小两次。

17.根据权利要求5所述的旋转机器，其中，轮廓子组件的振荡运动由固定齿轮驱动，所述固定齿轮与和所述轮廓子组件集成的轮廓齿轮相互啮合。

18.根据权利要求17所述的旋转机器，其中，所述固定齿轮的齿数为所述轮廓齿轮的两倍。

19.根据权利要求17所述的旋转机器，其中，每个轮廓子组件仅包括一个轮廓齿轮。

20.根据权利要求19所述的旋转机器，其中，所有轮廓齿轮共面且位于每个工作容积的相同侧上。

21.根据权利要求20所述的旋转机器，其中，每个轮廓齿轮安装在轮廓齿轮轴上，而且其中包括所述每个轮廓齿轮的每个轴安装在低摩擦轴承上。

22.根据权利要求21所述的旋转机器，其中，每个轮廓齿轮安装在相对于轮廓子组件的摆臂部分的端部偏心的轴上。

23.根据权利要求5所述的旋转机器，其中，所述机器的部件被构造成防止振荡的轮廓子组件与所述机器的任何固定部分之间的碰撞。

24.根据权利要求1所述的旋转机器，其中，所述机器的部件被构造成提供超过20:1、25:1或30:1的压缩比。

25.根据权利要求17所述的旋转机器，其中，每个轮廓子组件包括安装在轮廓子组件的相对两端上的两个轮廓齿轮，每个轮廓齿轮被构造成接合单独的固定齿轮。

26.根据权利要求1所述的旋转机器，还包括多个浮动密封件，以防止在所述旋转机器运行期间从所述工作容积损失气体。

27.根据权利要求2所述的旋转机器，还包括在所述轮廓组件之间限定的辅助工作容积。

28.根据权利要求27所述的旋转机器，其中，所述工作容积通过至少一个密封件与所述辅助工作容积隔开。

29.根据权利要求28所述的旋转机器，其中，能够相对于每个轮廓组件限定工作容积，由于存在布置在第一工作容积和第二工作容积之间的至少一个辅助工作容积，因此第一工作容积的气体不能与第二工作容积直接连通。

30.根据权利要求7所述的旋转机器，还包括布置在所述轮廓子组件内的密封件承载环，所述密封件承载环包括浮动密封件以防止气体通过所述密封件承载环。

31.根据权利要求7所述的旋转机器，其中，所述轮廓子组件的振荡运动由骑坐在凸轮盘中限定的固定凸轮轨道中的绕动的凸轮从动件驱动，所述轨道具有两个表面，每个轨道表面被构造成接触所述凸轮从动件的不同表面。

32.根据权利要求31所述的旋转机器，其中，所述凸轮从动件附接到摆臂，所述摆臂绕与轴线A平行并且绕轴线A绕动的轴线B枢转。

33.根据权利要求32所述的旋转机器，其中，设置有多个凸轮盘，每个凸轮盘与相应的凸轮从动件配接。

34.根据权利要求1所述的旋转机器，还包括与所述工作容积流体连通的燃料喷射器和火花塞中的至少一者。