CN113811667A - 带循环弧形滚柱动力传输的旋转式发动机 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种旋转式机器，在一个实施例中其包括限定出中心轴线A的轴，所述轴具有第一端和第二端。所述轴可具有布置在其上的第一齿轮箱，在其内限定出一个或多个腔体。至少一个轮廓体可滑动地容纳在齿轮箱外表面内的弧形腔体中。轮廓体具有凸的外表面，其与壳体的向内弯曲表面协作以形成工作容积。齿轮箱机构由齿轮、曲轴、轴承和连接杆组成并产生每转2次的摆动运动，从而轮廓体可以在高速旋转速度下不接触腔体的前提下关于弧形腔体进行引导。于是，所述工作容积能够以可旋转的轴每转两次的方式扩张和压缩。

Description

带循环弧形滚柱动力传输的旋转式发动机
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年11月27日提交的编号为62/771,961的美国临时申请的优先权权益。本专利申请还涉及于2016年4月13日提交的编号为PCT/US16/027317的专利申请，其转而要求于2015年4月13日提交的编号为62/146,958的美国临时专利申请的优先权权益。本专利申请还涉及于2014年9月18日提交的编号为PCT/US14/56383的专利申请，其转而要求于2013年9月18日提交的编号为61/879,628的美国临时专利申请的优先权权益。本专利申请还涉及于2013年3月13日提交的编号为PCT/US13/30649的国际专利申请，其转而要求于2012年9月6日提交的编号为61/697,481的美国临时专利申请的优先权权益以及于2012年3月14日提交的编号为61/610,781的美国临时专利申请的优先权权益。上述各专利申请为任何目的以其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
以全部内容通过引用并入本文的编号为6,758,188的、发明名称为“产生连续转矩的相反置换的非对称旋转式发动机(Continuous Torque Inverse DisplacementAsymmetric Rotary Engine)”的美国专利的公开内容公开了相反置换的非对称旋转式(IDAR)发动机。这种发动机包括内腔壁、外腔壁和可运动的轮廓体。同样以全部内容通过引用并入本文的于2010年3月25日提交的编号为12/732160的美国专利申请提出了与编号为6758188的美国专利的实施例相比改进的实施例。如本文所述，本公开内容提供了超过这些实施例的显著改进。
发明内容
所公开的实施例根据如上所引用的专利和专利申请中所描述的实施例并且额外地进行了改进。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种燃烧空气-燃料混合物的旋转式机器，所述空气-燃料混合物释放化学能量并且在旋转轴处做有用功。所述旋转式机器可包括固定的壳体，其具有类似椭圆的形状(或其他合适的形状)和中心轴或主轴。所述机器可在非常紧凑的空间内设置用于每转一次、两次、三次或更多次燃烧事件。
在一些实施方式中，本公开内容提供一种旋转式机器，其具有强制地链合于轮廓体所需的循环运动的中心齿轮箱传动机构，以使轮廓体在不接触所述固定的中心部段的内表面的情况下环航通过固定的类似椭圆形的中心部段。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种旋转式机器，其使用一个或多个固定的驱动齿轮和轨道驱动齿轮以及带有连接杆的曲轴的组合，以强制地链合于必要的循环弧形运动，使轮廓体在固定的中心壳体内移动而不接触内部的弯曲表面。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种旋转式机器，其在固定的类似椭圆形的外壳内具有旋转式齿轮箱，该外壳包含支持轮廓体组件的弧形运动的轴承。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种旋转式机器，其具有固定的类似椭圆形的外壳，该外壳包含弧形密封件，以防止流体或气体在齿轮箱与相邻轮廓体的相对运动表面之间的间隙中传输。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种旋转式机器，其包括旋转式齿轮箱，齿轮箱中包含多个弧形滚柱滑轨，所述多个弧形滚柱滑轨支撑着围绕假想轴线以类似于弧形的方向移动的硬质圆柱形底面。
在一些实施方式中，本公开内容提供了一种旋转式机器，其包括限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体的前侧板和后侧板、以及限定出中心轴线A的中心轴，该轴具有第一端和第二端。旋转式机器可进一步包括设置在中心轴上的第一齿轮箱。第一齿轮箱可具有主体，该主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，前表面和后表面沿中心轴间隔开，该第一齿轮箱的至少一部分沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间。所述旋转式机器可进一步包括耦联至第一齿轮箱的至少一个轮廓体组件。所述至少一个轮廓体组件可至少部分地由径向向外的凸表面限定，该至少一个轮廓体组件的径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及所述壳体的向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着中心轴围绕中心轴线A旋转而改变容积。
在一些实施方式中，至少一个轮廓体组件可通过连接杆耦联至第一齿轮箱。连接杆的径向向内端可枢转地耦联至齿轮箱，且连接杆的径向向外端可枢转地耦联至所述至少一个轮廓体组件。如需要，连接杆的径向向内端可枢转地耦联至曲柄销。曲柄销可限定在与中心轴不同的曲轴上。曲轴可具有相对于中心轴沿径向向外布置的旋转中心。曲轴包括与围绕中心轴的中心齿轮相啮合的齿轮齿。中心齿轮可以是相对于壳体固定的。
在不同的实施例中，旋转式机器可构造为强制地链合于循环运动，以使至少一个轮廓体组件环航通过受约束的轨道，同时使轮廓体组件的径向向外的凸表面与壳体的向内的连续弯曲表面之间保持预定的间距。
如需要，旋转式机器可设置为，其中，中心轴可耦联至第一齿轮箱，并且中心轴和第一齿轮箱可作为整体单元旋转。
本公开内容进一步提供了旋转式机器的实施方式，旋转式机器包括限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体的前侧板和后侧板、限定出中心轴线A的中心轴、布置在中心轴上的第一毂，该轴具有第一端和第二端，第一毂具有主体，主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，前表面和后表面沿中心轴间隔开。前表面和后表面的外周可限定出穿过第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。第一毂的至少一部分可沿轴向位于前侧板和后侧板之间。旋转式机器可进一步包括至少一个弧形密封件，所述至少一个弧形密封件沿穿过第一毂的径向向外的凹陷部布置。如需要，所述机器可进一步包括至少一个轮廓体组件，所述至少一个轮廓体组件至少部分地可滑动地布置在沿限定在第一毂上的至少一个径向向外的凹陷部布置的至少一个弧形密封件上。所述至少一个轮廓体组件可至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定。所述至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面可构造为沿着第一毂的至少一个径向向外的凹陷部沿所述至少一个弧形密封件滑动。至少一个弧形密封件可起到防止流体通过间隙传输的作用，该间隙限定在第一毂的所述径向向外的凹陷部与至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面之间。如需要，第一毂和至少一个轮廓体组件可通过连接杆机械地耦联。
本公开内容进一步提供一种旋转式机器的实施方式，其包括限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体的前侧板和后侧板、以及限定出中心轴线A的中心轴，该轴具有第一端和第二端。旋转式机器可进一步包括布置在中心轴上的第一毂，第一毂具有主体，主体具有通常限定在沿中心轴间隔开的前表面与后表面之间的容积。前表面和后表面的外周可限定出穿过第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。第一毂的至少一部分可沿轴向位于前侧板和后侧板之间。旋转式机器可进一步包括至少一个轮廓体组件，所述至少一个轮廓体组件至少部分地可滑动地布置在限定在第一毂上的至少一个径向向外的凹陷部上。至少一个轮廓体组件可至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定。至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面可面向第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。至少一个轮廓体组件的径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及壳体的向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着中心轴围绕中心轴线A旋转而改变容积。旋转式机器可进一步包括耦联至第一毂并延伸进入至少一个轮廓体组件的引导机构。引导机构可被构造为防止至少一个轮廓体组件相对于第一毂的径向向外移动。
在一些实施方式中，引导机构可包括可旋转地耦联至链接机构的至少一个轭辊，链接机构转而耦联至第一毂。至少一个轭辊可限定出与滚柱轨道滚动机械接触的外表面，滚柱轨道沿至少一个轮廓体组件的附加径向向外表面被限定。如需要，链接机构包括托架，托架具有耦联至至少一个轭辊的径向向外端和耦联至第一毂的部分的径向向内端。链接机构构造为向至少一个轮廓体组件预载径向向内的力，以保持至少一个轮廓体组件与第一毂之间的机械接触。如需要，所述预载至少部分地通过压缩弹簧和/或例如可弹性变形的弹片实现。链接机构能够沿长度方向调节。至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面和第一毂的至少一个径向向外的凹陷部中的至少一个可包括至少一个滚柱轴承，用以接触至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面和第一毂的至少一个径向向外的凹陷部中的至少一个的其他表面。如需要，旋转式机器可进一步包括连接杆，其使第一毂耦联至至少一个轮廓体组件，其中，连接杆与引导机构不同。
本公开内容进一步提供一种旋转式机器，其具有限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体的前侧板和后侧板、以及限定出中心轴线A的中心轴和布置在中心轴上的第一毂，该轴具有第一端和第二端。第一毂可具有主体，主体具有基本限定在沿中心轴间隔开的前表面和后表面之间的容积。前表面和后表面的外周可限定出穿过第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。第一毂的至少一部分可沿轴向位于前侧板和后侧板之间。旋转式机器进一步包括至少一个轮廓体组件，所述至少一个轮廓体组件至少部分地可滑动地布置在限定在第一毂上的至少一个径向向外的凹陷部上。至少一个轮廓体组件可至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定，至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面面向第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。至少一个轮廓体组件的径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及壳体的向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着中心轴围绕中心轴线A旋转而改变容积，其中，旋转式机器构造为强制地链合于循环运动，以使至少一个轮廓体组件环航通过受约束的轨道，同时使轮廓体组件的径向向外的凸表面与壳体的向内的连续弯曲表面之间保持预定的间距。
本公开内容进一步提供旋转式机器的实施例，其具有限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体零部件的前侧板和后侧板以及构造为围绕中心轴线A旋转的第一毂。第一毂可具有主体，主体具有至少部分地限定在沿中心轴线A间隔开的前表面和后表面之间的容积。前表面和后表面的外周可限定出穿过第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。第一毂的至少一部分可沿轴向位于前侧板和后侧板之间。第一毂可包括至少一个附加曲轴，所述至少一个附加曲轴包括转而与中心齿轮啮合的齿轮。
在一些实施方式中，中心齿轮相对于壳体可以是固定的。第一毂可在其内限定出至少一个流体密封的内部腔体，用以在其中容纳和循环润滑剂。
本公开内容进一步提供一种旋转式机器，其具有限定出向内的连续弯曲表面的壳体、附接至壳体的前侧板和后侧板、限定出中心轴线A的中心轴，该轴具有第一端和第二端。旋转式机器进一步包括布置在中心轴上的第一毂。第一毂具有主体，主体具有通常限定在沿中心轴间隔开的前表面和后表面之间的容积。前表面和后表面的外周可限定出穿过第一毂的至少一个径向向外的凹陷部。第一毂可沿轴向位于前侧板和后侧板之间。旋转式机器可进一步包括：穿过第一毂沿径向向外的凹陷部布置的至少一个轴承滚道；和至少一个轮廓体组件，所述至少一个轮廓体组件至少部分地可滑动地布置在沿限定在第一毂上的所述至少一个径向向外的凹陷部布置的至少一个轴承滚道上。至少一个轮廓体组件可至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定。至少一个轮廓体组件的径向向内的凸表面可构造为沿至少一个轴承滚道滑动。
在一些实施方式中，所述装置可进一步包括燃烧轮廓体零部件，其与燃烧室相对的一侧为凸形(如圆柱形)表面。所述轮廓体与附接至中心轴或主轴的中心可旋转齿轮箱紧邻。设有两个大型轴承(例如，滚珠轴承、滚柱轴承或油膜轴承)，以支撑包括齿轮箱和轮廓体的旋转主轴。轮廓体的往复运动可以由滚柱或衬垫引导，所述滚柱或衬垫由油膜润滑，与轮廓体的底面接触并由齿轮箱支撑。动力传输是通过在工作容积内燃料-空气混合物的燃烧并对轮廓体施加压力来实现的。然后，轮廓体在支撑滚柱、滚珠或衬垫上施加力，使力进入与主轴结合的齿轮箱结构。然后从主轴上直接获得旋转动力。燃烧循环可以是火花点火(“SI”)或压缩点火(“CI”)。
吸气和排气可以通过固定的壳体上没有阀门的端口实现。可以提供辅助室以防止相邻工作容积的交叉污染。通过使用带有“无摩擦”轴承的轮子和凸轮型材来控制轮廓体的运动，可以实现更低的摩擦和更好的工作容积密封。
本公开内容进一步提供了改进的系统，以利用齿轮、链条、皮带、曲轴和连接杆来产生受控的往复运动。可以提供用于流体冷却和润滑的油，以便对旋转式机器进行温度调节，并提供旋转液力偶合器，使流体能够进入和离开齿轮箱。此外，提供改进的几何形状以减轻油的消耗。
应该理解的是，前述的一般描述和以下的详细描述都是示例性的，旨在对本文所公开的实施例作进一步的解释。
附图说明
附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，以说明和提供对本公开内容的方法和系统的进一步理解。附图与所述描述一起用于解释所公开的实施例的原理。
说明书所附的多张附图示出了所公开的代表非限制性示例的实施例，并且其中：
图1是根据本公开内容的旋转式机器的实施例的等距视图，示出了从发动机移除的盖板，描绘出盖板的内面和发动机零部件的等距视图；
图2是图1的实施例的内毂的等距爆炸视图，示出了所述毂的前方和后方部分，以及轮廓体、连接杆和相关的硬件零部件；
图3是图1的实施例的旋转齿轮箱组件的等距视图，示出了从该组件移除的一个轮廓体并且示出了相关的线性轴承，将来自轮廓体的力传递至所述毂；
图4示出图1的实施例的剖视端视图，示出了不同零部件的相对布局；
图5是说明性轮廓体的等距视图，示出了其相对于将轮廓体的运动传递至毂的线性轴承的布局；
图6是使轮廓体保持的轭辊的剖视图；
图7是发动机的正视图，在装置中的上止点示出了轮廓体。
具体实施方式
参照图1，示出了形成根据本公开内容的说明性实施方式的零部件。此外，示出了将被用于讨论所公开的实施例的坐标系统。这个坐标系统是圆柱形的三维系统，包括轴向(A)、径向(R)和周向(C)轴线。
如图1所示，固定式壳体中心部段1具有固定的厚度并且其内部表示工作容积的内表面之一。如所示出地，中心部段1包括环状椭圆形壳体，其由从各端看通常均具有椭圆投影的外周环状壁来限定。如在下文中的进一步细节所述地，环状壁限定出与壳体的侧板协作的内表面和每个轮廓体组件的面向外侧的表面，以限定出工作容积。这个中心部段1由螺栓固定至其的随后的部段保持。任何这样的部段可具有安装结构特征，例如法兰等，以将机器固接至支撑结构。对于在图1至图5中示出的示例，安装部是下方法兰。
从装置的中心出发，如图1和图4所示的固定中心部段1具有大致椭圆环状形状的两个平面的、平行的外周面，它们转而可拆卸地匹配至两个分离的前侧板2A和后侧板2B。众部件的机械界面具有使接口气密的特征(例如，密封件等)。侧板2A和2B有助于限定出工作容积6的内表面的一部分。接下来附接至侧板2A和2B的是前轴承支座3A和后轴承支座3B。轴承支座保持住支撑主轴8的油膜轴承、滚柱轴承、滚针轴承或滚珠轴承等。轴承支座3A和3B具有光滑的外表面，从而复合油封可接触所述光滑的外表面并且防止油在固定部件与旋转部件之间的泄漏。最后，固定齿轮7例如经由螺栓或花键附接至轴承支座3A的面向内侧的端部，所述螺栓或花键指向齿轮7和支座3A中的对齐的通孔，并且伸入齿轮箱9。这使得所述装置的固定部分完整。
图2示出了所述装置的众旋转部件的爆炸视图。主轴8由滚柱、滚珠或油膜类型的轴承4A和4B支撑。所述轴承支撑可旋转的轴8。
可旋转的轴8被安装在固定角位移的中心齿轮箱9中，其在与图1所示的轴8相同的轴线“A”上旋转。齿轮箱9具有与中心部段1(沿轴8的长度方向)的厚度相比几乎相同的或略小的厚度。齿轮箱9示出为具有两个可匹配的壳体部分9A和9B，以允许组装并且用于可旋转地支撑齿轮箱9内的零部件。然而，齿轮箱9可以是具有接入端口的单一式主单元，替代两个半体。如图1和图4所示，齿轮箱9放置在侧板2A和2B之间。图2示出齿轮箱9如何具有部分地由多个凹弧形表面10A、10B和10C限定的外部外周表面，所述多个凹弧形表面转而被三个外周凸表面分开。虽然示出三个凹进表面，但根据发动机的设计，可设有任何合适数量的这样的表面。例如，可设有一个、两个、三个、四个、五个或更多个这样的表面，其中如下文所讨论的，每个这样的表面具有相应地机械零部件。每个弧形表面示出为曲面，其具有沿轴线A的方向的弧形投影。
如所示地，示出的三维空间中的线13布置为从轴8的中心轴线(沿轴线A的方向)沿径向向外并且平行于轴8。每个弧形段的中心相对于轴8的中心轴线沿径向向外放置，从而使轴的中心轴线与弧形段的中心连接的线沿径向方向(假设轴线A与轴8的中心轴线重合，即沿轴线R的方向)取向。换言之，从每个弧形表面10A、10B、10C的曲率中心画的线沿方向R通至轴8的中心、直接与每个弧形表面的中心相交，从而所述弧形表面沿轴线R的方向以对称方式有效地指明。
齿轮箱9的凹弧形表面几乎沿A轴线方向挤入，以形成图2的不完整的圆柱形表面10A、10B、10C。这些圆柱形的中心分别以多条线13示出。表面10可具有一特征，所述特征实现承载轴承、滑动表面，提供给油和留油，补偿热胀冷缩，提供耐高负荷的磨损表面以及限制气体的流动。
这个实施例示出了三个轮廓体组件20A、20B、20C。它们如所示出地是一致的。三个轮廓体组件20(在本文中也称作“轮廓体”)在图3中示出。每一个轮廓体包括轮廓体上主体21，其具有布置在弧形零部件24上的外凸弧形表面和内凸弧形部段63，所述弧形零部件称为滑履部，其包括孔，用于待插入的肘销27。上主体21刚性地匹配至滑履部24。上主体21包括面向侧向的燃烧，可由相同或不同的材料制成，例如软钢或轻铝。未描述但示出的是留住容积6内的工作气体的浮动密封件的位置和运行。
图5示出了单一式轮廓体。轮廓体上主体21具有表面取向为径向向外的凸弧形或花键61，当其沿A轴线方向挤入时，形成工作容积6的众表面之一。滑履部24具有圆柱段表面63，其是凸的并且取向为沿径向向内朝向轴8。表面63具有与齿轮箱9中的凹弧形表面10相比几乎相同的半径或略小的半径。如下所述，表面63可具有特征，所述特征能实现承载轴承、滑动表面，提供给油和密封，补偿热胀冷缩，提供耐高负荷的磨损表面以及限制油和气体的流动。表面63在其内限定出位于其中间的间隙孔，以允许滚柱支撑件和连接杆穿过间隙孔而不接触它。
在滑履部24中，与表面63相反的是表面64，其同样是圆柱段，但是从主轴8面向向外远离的并且是凹的。其主要目的是与轭辊23的外周部接触。
在图2、图3、图5和图6中示出的部件引导轮廓体20的运动。轮廓体20的圆柱形表面63非常靠近或接触线性轴承22A和22B的圆柱形滚柱。这种接触允许轮廓体组件20在如图1所示的平面内围绕假想的中心线14枢转或摆动。轮廓体20的表面63，中心线几乎但不完全地与齿轮箱9的中心线13共线地跟随。凸表面63沿线性轴承22A、22B滚动，线性轴承放置在齿轮箱9的凹面10。这意味着，轮廓体20可沿如由线性轴承的配置所限定的弧形路径来回滑动，因为轮廓体的面向内侧的滑履部24部分的弧形表面63沿线性轴承来回滚动，所以轮廓体沿弧形路径摆动，弧形路径的中心实际上是表面10A、10B、10C的曲率中心，与线13重合。
图6示出通过轭辊23A和23B将轮廓体20向下保持在线性轴承22A和22B上。轭辊23A和23B附接至托架25A和25B的径向外端部。这些托架25A和25B通过紧固件28A和28B在托架25A、25B的径向内端部被保持至齿轮箱9。特别地，这些紧固件将轭辊托架25A、25B保持就位并且防止它们沿径向向外方向被拉出齿轮箱9。轭辊托架25A、25B自身沿限定在齿轮箱9内的轨道滑动，所述轨道是直线形的、沿径向(R)方向取向。于是，当在轮廓体20之内，沿径向受约束的轭辊23A、23B沿其面向外侧的凹形轨道64滚动时，这具有将轮廓体的运动约束至仅为弧形运动并且防止轮廓体20沿径向向外移动的净效应。附接至托架25A、25B的并使轭辊23A、23B保持就位的紧固件28可(例如，经由螺纹紧固件)沿长度方向调节，以实现在滑履部24和线性轴承22A、22B之间的期望容差，线性轴承可沿限定在壳体中的弧形轨道、沿弧形方向来回滚动。在紧固件28下加入高弹簧系数“蝶形”弹片29A、29B，可允许一些小的顺度，以及如果需要的话，可允许对轭辊23的预载力。虽然可使用蝶形弹片，但应注意的是，所公开的机构可被修改以允许使用其他类型的压缩弹簧，例如压缩盘簧。
参看图7，在轴8和齿轮箱9围绕轴线A旋转(对于图7来说是顺时针方向)并且轮廓体20在接触线性轴承22A和22B的情况下沿其自身的弧形轨道来回摆动时，中心部段1的沿径向面向内侧的壁、前侧板2A和后侧板2B的面向内侧的表面以及轮廓体主体的面向外侧的凸表面61协作以限定出可变的工作容积6，其中，工作容积6的排量随着齿轮箱9跟随轴8旋转经过而变化，并引导每个轮廓体沿顺时针方向经过进气口82，其中，每个轮廓体在移动经过进气口82时吸入燃料-空气混合物(或只是空气)并将其压缩以自燃(例如在柴油机的情况下)或者如果是火花点火，则大约在轮廓体到上止点的地方点燃。于是，轴8的旋转结合轮廓体20的往复弧形运动形成组合运动。作为参考，面向图7中所绘的面向内侧的壁的右侧的轮廓体在上止点。燃料可经由以附图标记86标识的位置处的低压燃料喷射器来喷射，如需要，可在工作容积中形成压力之前进行。除此以外或作为备选方案，由于仍存在如在上止点位置处、在轮廓体的面63中所限定的一些容积，燃料可经由位置88处的高压燃料喷射器来喷射。接着，随着轮廓体20经过排气口84，工作容积扩张和缩小。如果提供火花打火，可将火花塞90设置在上止点处或附近。
因此，在连续运行中，工作容积6用于每个轮廓体20的容积以重复的方式增加、然后减小，每转两次，一次进气一次排气。在轴8和齿轮箱9旋转时工作容积的这种变化产生了四冲程内燃机的必要冲程，但是在装置的一次旋转中产生的，与传统活塞式发动机所需的两次旋转不同。通过这样做，轭辊23A和23B防止轮廓体20沿径向向外移动、脱离与线性轴承的接触，从而抵抗向心力以及例如当空气-燃料混合物通过进气口被吸入时由工作容积引起的负压力，如下文所述。
为了产生轮廓体20沿线性轴承的往复弧形运动，每个轮廓体20具有图2中的配合曲轴组件30。曲轴组件30包括齿轮31、偏置销32、平衡重33和两个端部支撑轴承34A和34B，两个端部支撑轴承分别由齿轮箱9的壳体的各一半体容纳。图2示出在齿轮箱9内安装和能旋转的3个曲轴组件。
当齿轮箱9旋转时，每个曲轴组件30在齿轮箱内围绕轴线A绕轨道运行。当曲轴组件绕轨道运行时，每个组件30的齿轮31与固定齿轮7啮合，在这种情况下，固定至轴承支座3A。在所示实施方式中的两个齿轮的比率为每个曲轴组件在齿轮箱9围绕轴线A每转一圈就旋转2次。
图3示出具有肘销27的轮廓体30，肘销将连接杆26的径向外眼端连接至轮廓体20。肘销27允许连接杆枢转并将力传递进入轮廓体组件。连接杆26具有两个眼端，包括前述的径向外眼端和径向内眼端，径向内眼端连接至其相应曲轴组件30的偏置销32。连接杆26的每个眼端在其内设有相应地轴承单元，包括平的油膜轴承或低摩擦类型的滚珠轴承、滚针轴承或滚珠轴承。如所示地，每个连接杆26具有至少部分地朝向曲轴组件30沿径向向内方向延伸的第一细长直线部分，和至少部分地从曲轴组件的销32沿径向向外延伸的第二直线部分，其中，所述两个直线部分在曲轴的弯曲处相遇，以实现适当的几何关系，以便允许装置运行。
如所述地，连接杆26的径向内眼端围绕曲轴组件30的偏置销32枢转。随着齿轮箱9围绕轴线A旋转，曲轴30的齿轮啮合比率差和速比差迫使轮廓体20沿其相应线性轴承相对于变速箱9做弧形摆动运动。这个功能对于防止轮廓体组件20(除去任何浮动密封件)直接接触壳体1的内表面非常重要。
图5示出线性弧形滚柱滑轨22。轮廓体20的滑履部24具有硬质(例如硬钢)抛光弧线形表面63。轮廓体顶部61可在其中限定出用于密封的一个或多个凹陷、凹槽或袋部和用于燃烧区的空间。滑履部24包括两个凸的硬表面，线性轴承的滚柱70靠在所述硬表面上。如所示地，圆柱段表面63接触轴承单元22A和22B的滚柱70。这个表面承受大部分燃烧过程负荷。圆柱段凹表面64接触轭辊23A和23，如上所述地，所述轭辊抵抗向上的向心负荷和来自表面63的其他相反的负荷。表面63和64是同心的。
弧形段滚柱滑轨22包括可在图5中找到细节的部分。通常，两个或更多个滚柱滑轨22可被用于支撑一个轮廓体20。大量的个体硬材料滚柱70接触轮廓体20的圆柱段表面63并在其下滚动。与表面63接触的滚柱70由内滚道71支撑。内滚道71通常具有圆柱段表面，其大都为与弧形表面63和假想轴线13和14同轴的，轮廓体围绕所述假想轴线旋转。内滚道71比滚柱70更宽，并且是长的，以使传递至内滚道的负荷可由内滚道超过滚柱长度的两个部分支撑，于是将负荷传送到齿轮箱外壳9中。在径向内滚道下方直接设有孔隙，从而无负荷的滚柱70可循环至滚珠滑轨的另一端。外滚道滚动的表面可以是可移除的并安放在壳体内，或者可以是形成齿轮箱外壳9的铸件或加工件的一部分。
图6示出滑履部24的表面64，其与轭辊23A和23B直接接触。如上所述，每个轭辊23附接至连接至齿轮箱9的托架25。轭辊23及其托架25可具有或可不具有允许沿径向的少量顺度的特征。
滚珠滑轨22、滑履部24和轭辊23的组合允许轮廓体20围绕假想轴线13的受控旋转运动。图5的细节示出承载旋转负荷的滚柱70，其穿过弧形段直至从内滚道71延伸出去的位置。当轮廓体相对于齿轮箱顺时针或逆时针旋转时，这将在两个位置发生。
当内滚道71顶部弧形表面结束时，滚柱70停止承载负荷并且通过硬材料转向部73在内滚道71下方重新定向。设有两个转向装置，分别在滚珠滑轨的各一端。转向部73优选由硬材料制成，因为当它们迫使滚柱70转回时，会发生磨损。由于大多为向心的力，滚柱70接触并遵循内滚道71的下侧表面。
滑履部24的表面63优选足够光滑，以便有效地使用图3的密封件40与表面63接触，从而阻止油和气体从齿轮箱内部工作中传输出来。
齿轮箱9的内部充斥着油液，油液润滑上述部件，并从更热的径向向内的轮廓体上部21的底面吸收热量。油通过轴承支座3A进入齿轮箱(图1，孔55)。然后，油在主轴8内的通路中穿行或穿过轴承4A或穿过轴承支座3A，例如。在飞溅到齿轮、轴承和连接杆周围后，向心力驱使油接触到轮廓体上部21的热内部。
一旦油被困在轮廓体的热燃烧表面之下的空间，就会被径向向外的取油管56(图3)收集，每个轮廓体一个取油管。管56连接到通往油泵的未示出的整体通路。油被强制从轮廓体中吸出，并进入它从轴8出来的相反端。热油以必要的压力流出，以过滤、冷却并重新循环到主轴8的另一端的发动机。
为了防止在图1的间隙13周围发生油的漏出和气体的漏入，轮廓体20的底面具有浮动密封件40，如图3所示，与滑履部24的径向向内的底面上的光滑弧形表面63接触。浮动密封件40被示出为矩形周界密封件，安装在形成于齿轮箱9内的周界槽41(图2)中。周界密封件包括主体，主体具有由弧形侧边连接的两个直端，主体沿着外边缘进一步限定出外周通道，其被配置为容纳矩形O型环(未示出)或围绕浮动密封件40外周的其他顺应性材料。O型环与齿轮箱的周界槽接触，密封件的外表面与轮廓体20的表面63形成轻度滑动接触，但可以理解的是，轮廓体20的表面63与齿轮箱结构之间的大部分接触力以及连接杆26所承受的力发生在线性轴承22和表面63之间。浮动密封件40的外周弧形凹表面被配置和布置为密封表面，而不是支承表面。密封件40和匹配的槽41的尺寸是为了最大限度地减少顶部和周围40的泄漏，但仍然允许浮动密封件40的移动。
密封件40下方的预载弹簧将密封件向外推，以保持与轮廓体20的名义上的密封接触力。密封件40可以用橡胶或顺应性材料加强，以改善密封下方的对油或气体的阻挡。
由于燃料的燃烧会产生大量的热量，因此可以将液态油冷却通路(未图示)并入齿轮箱中，以迫使热油离开与管56(图3)流体连通的轮廓体上部21的底面。油可以通过循环油泵(未示出)被强制通过冷却回路，并与油通路进行流体连通。
所公开的实施例可包括如上所述附接至一个共同轴上的多个整个发动机组件，作为增加可用轴马力的一种手段。众单元可以沿轴线A堆叠，并共享共同的轴8以增加动力。
尽管本文的公开内容已经参照其特定的优选实施例进行了描述，但应理解这些实施例只是说明了本公开内容的原则和应用。因此，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行修改，也可以设计出其他布置方式。

Claims (24)

1.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至所述壳体；
c)中心轴，其限定出中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端；
d)第一齿轮箱，其设置在所述中心轴上，所述第一齿轮箱具有主体，所述主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴间隔开，所述第一齿轮箱的至少一部分沿轴向位于前侧板和后侧板之间；以及
e)至少一个轮廓体组件，其耦联至所述第一齿轮箱，至少一个轮廓体组件至少部分地由径向向外的凸表面限定，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及所述壳体的所述向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着所述中心轴围绕所述中心轴线A旋转而改变容积。
2.根据权利要求1所述的旋转式机器，其中，所述至少一个轮廓体组件通过连接杆耦联至所述第一齿轮箱，所述连接杆的径向向内端枢转地耦联至所述齿轮箱，并且所述连接杆的径向向外端枢转地耦联至所述至少一个轮廓体组件。
3.根据权利要求2所述的旋转式机器，其中，所述连接杆的径向向内端枢转地耦联至曲柄销。
4.根据权利要求3所述的旋转式机器，其中，所述曲柄销限定在不同于所述中心轴的曲轴上，所述曲轴具有旋转中心，所述旋转中心相对于所述中心轴在径向上向外设置。
5.根据权利要求4所述的旋转式机器，其中，所述曲轴包括齿轮齿，所述齿轮齿与围绕所述中心轴的中心齿轮相啮合。
6.根据权利要求5所述的旋转式机器，其中，所述中心齿轮相对于所述壳体是固定的。
7.根据权利要求6所述的旋转式机器，其中，所述旋转式机器构造为强制地链合于循环运动，以使所述至少一个轮廓体组件环航通过受约束的轨道，同时使所述轮廓体组件的径向向外的凸表面与所述壳体的向内的连续弯曲表面之间保持预定的间距。
8.根据权利要求1所述的旋转式机器，其中，所述中心轴耦联至所述第一齿轮箱，并且进一步地其中，所述中心轴和所述第一齿轮箱作为整体单元旋转。
9.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至所述壳体；
c)中心轴，其限定出中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端；
d)第一毂，其设置在所述中心轴上，所述第一毂具有主体，所述主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴间隔开，所述前表面和后表面的外周限定出穿过所述第一毂的至少一个径向向外的凹陷部，所述第一毂的至少一部分沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间；
e)至少一个弧形密封件，其沿穿过所述第一毂的所述径向向外的凹陷部设置；以及
f)至少一个轮廓体组件，其至少部分地可滑动地设置在所述至少一个弧形密封件上，所述至少一个弧形密封件沿限定在所述第一毂上的所述至少一个径向向外的凹陷部设置，所述至少一个轮廓体组件至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面构造为沿着所述第一毂的所述至少一个径向向外的凹陷部沿所述至少一个弧形密封件滑动，所述至少一个弧形密封件起到防止流体通过间隙传输的作用，所述间隙被限定在所述第一毂的所述径向向外的凹陷部与所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面之间。
10.根据权利要求9所述的旋转式机器，其中，所述第一毂和所述至少一个轮廓体组件通过连接杆机械地耦联。
11.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至所述壳体；
c)中心轴，其限定出中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端；
d)第一毂，其设置在所述中心轴上，所述第一毂具有主体，所述主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴间隔开，所述前表面和后表面的外周限定出穿过所述第一毂的至少一个径向向外的凹陷部，所述第一毂的至少一部分沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间；
e)至少一个轮廓体组件，其至少部分地可滑动地设置在限定在所述第一毂上的所述至少一个径向向外的凹陷部上，所述至少一个轮廓体组件至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面面向所述第一毂的所述至少一个径向向外的凹陷部，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及所述壳体的所述向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着所述中心轴围绕所述中心轴线A旋转而改变容积；以及
f)引导机构，其耦联至所述第一毂并延伸进入所述至少一个轮廓体组件，所述引导机构构造为防止所述至少一个轮廓体组件相对于所述第一毂的径向向外运动。
12.根据权利要求11所述的旋转式机器，其中，所述引导机构包括可旋转地耦联至链接机构的至少一个轭辊，所述链接机构转而耦联至所述第一毂，其中，所述至少一个轭辊限定出与滚柱轨道滚动机械接触的外表面，沿所述至少一个轮廓体组件的附加径向向外的表面限定出所述滚柱轨道。
13.根据权利要求12所述的旋转式机器，其中，所述链接机构包括托架，所述托架具有耦联至所述至少一个轭辊的径向向外端和耦联至所述第一毂的一部分的径向向内端。
14.根据权利要求12所述的旋转式机器，其中，所述链接机构构造为向所述至少一个轮廓体组件预载径向向内的力，以保持所述至少一个轮廓体组件与所述第一毂之间的机械接触。
15.根据权利要求12所述的旋转式机器，其中，所述链接机构能够沿长度方向调节。
16.根据权利要求15所述的旋转式机器，其中，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面和所述第一毂的所述至少一个径向向外的凹陷部中的至少一个包括至少一个滚柱轴承，用以接触所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面和所述第一毂的所述至少一个径向向外的凹陷部中的所述至少一个的其他表面。
17.根据权利要求15所述的旋转式机器，其中，所述预载至少部分地通过压缩弹簧实现。
18.根据权利要求14所述的旋转式机器，其中，所述预载至少部分地通过可弹性变形的弹片实现。
19.根据权利要求11所述的旋转式机器，进一步包括连接杆，其使所述第一毂耦联至所述至少一个轮廓体组件，所述连接杆与所述引导机构不同。
20.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至所述壳体；
c)中心轴，其限定出中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端；
d)第一毂，其设置在所述中心轴上，所述第一毂具有主体，所述主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴间隔开，所述前表面和后表面的外周限定出穿过所述第一毂的至少一个径向向外的凹陷部，所述第一毂的至少一部分沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间；以及
e)至少一个轮廓体组件，其至少部分地可滑动地设置在限定在所述第一毂上的所述至少一个径向向外的凹陷部上，所述至少一个轮廓体组件至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面面向所述第一毂的所述至少一个径向向外的凹陷部，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向外的凸表面、前侧板和后侧板以及所述壳体的所述向内的连续弯曲表面协作以形成至少一个工作容积，所述至少一个工作容积随着所述中心轴围绕所述中心轴线A旋转而改变容积，其中，所述旋转式机器构造为强制地链合于循环运动，以使所述至少一个轮廓体组件环航通过受约束的轨道，同时使所述轮廓体组件的径向向外的凸表面与所述壳体的向内的连续弯曲表面之间保持预定的间距。
21.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至壳体零部件；以及
c)第一毂，其构造为围绕中心轴线A旋转，所述第一毂具有主体，所述主体具有在前表面和后表面之间至少部分地限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴线A间隔开，所述前表面和后表面的外周限定出穿过所述第一毂的至少一个径向向外的凹陷部，所述第一毂的至少一部分沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间，并且进一步地其中，所述第一毂包括至少一个附加曲轴，所述至少一个附加曲轴包括转而与中心齿轮啮合的齿轮。
22.根据权利要求21所述的旋转式机器，其中，所述中心齿轮相对于所述壳体是固定的。
23.根据权利要求21所述的旋转式机器，其中，所述第一毂在其内限定出至少一个流体密封的内部腔体，用以在其中容纳和循环润滑剂。
24.一种旋转式机器，包括：
a)壳体，其限定出向内的连续弯曲表面；
b)前侧板和后侧板，其附接至所述壳体；
c)中心轴，其限定出中心轴线A，所述轴具有第一端和第二端；
d)第一毂，其设置在所述中心轴上，所述第一毂具有主体，所述主体具有基本在前表面和后表面之间限定出的容积，所述前表面和后表面沿所述中心轴间隔开，所述前表面和后表面的外周限定出穿过所述第一毂的至少一个径向向外的凹陷部，所述第一毂沿轴向位于所述前侧板和后侧板之间；
e)至少一个轴承滚道，其沿穿过所述第一毂的所述径向向外的凹陷部设置；以及
f)至少一个轮廓体组件，其至少部分地可滑动地设置在沿限定在所述第一毂上的所述至少一个径向向外的凹陷部设置的所述至少一个轴承滚道上，所述至少一个轮廓体组件至少部分地由径向向内的凸表面和径向向外的凸表面限定，所述至少一个轮廓体组件的所述径向向内的凸表面构造为沿所述至少一个轴承滚道滑动。
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