CN1310784A - 旋转式发动机和压缩机 - Google Patents

Abstract

一种具有一定子壳体和一转子(102)的旋转式发动机、原动机、压缩机或泵。在定子壳体(101)的成型内表面(166、167)和可移动壁(116、118)之间构成两可变容积工作室。当转子转动时,这些可移动臂(116、118)的表面积随着定子壳体内表面(166、167)的变化型线而改变,以产生所希望的发动机输出扭矩特性和压缩特性。

Description

旋转式发动机和压缩机

技术领域

本发明涉及发动机和原动机以及压缩或泵送流体的压缩机和泵。

背景技术

在PCT申请NO.PCT/NZ93/00123中公开了一种旋转式发动机或原动机。这种发动机结构与普通发动机尤其是活塞和气缸式内燃机相比具有明显的优点，但在某些方面仍有改进的余地。

本发明的目的是提供一种发动机，原动机压缩机或泵，它们朝克服已知结构缺点方向迈出了一步，即它们至少为公众提供了一种有利的选择。

发明公开

按照本发明的一个方面提供一种包括如下部件的发动机或原动机：

一个具有进气装置和排气装置的定子，前者对发动机或原动机供给一种或几种流体，后者将一种或几种流体自发动机或原动机排出；

一个相对于定子可旋转地安装的转子，一个设置在转子上的可移动的扭力杆臂装置，在使用中，该扭力杆臂装置将构成发动机或原动机的膨胀室的壁；

一个在定子上形成的内周表面，该内周表面制有廓线或型线，以提供对应于发动机或原动机工作的膨胀和压缩周期的一膨胀行程装置和一压缩行程装置。

按照本发明的另一方面，提供一种包括如下部件的发动机或原动机；

一个具有进气装置和排气装置的定子，前者对发动机供给流体，后者将燃烧或膨胀流体自发动机排出；

一个相对于定子可旋转地安装的转子；

两对设置在转子上的可移动的扭力杆臂装置，每对扭力杆臂装置构成发动机或原动机的膨胀室或压缩室的壁。

按照本发明的又一个方面，提供操作发动机或原动机的方法，包括了下步骤：

对发动机或原动机的压缩室提供一种或几种输入流体，压缩室的壁包含至少一个可移动扭力杆臂装置的一部分；

改变暴露于输入流体的压缩室一个壁相对于压缩室另一些壁中至少一个壁的面积，以压缩这些输入流体；

将压缩流体输送到发动机或原动机的一个燃烧或膨胀室，该燃烧或膨胀室的一些壁包含至少一个可移动扭力杆臂装置的一部分；

虽然这些压缩流体；

改变暴露于所述流体的燃烧室一个壁相对于该燃烧室另一些壁中至少一个壁的面积，以产生所需的扭矩特性。

按照本发明的再一个方面，提供一种安装发动机、原动机或压缩机的静止壳体，该壳体包括一个具有内周表面的中央外壳，该一部分内表面制有廓线或型线，以构成一第二膨胀或压缩行程装置，其余的内表面具有与第一和第二表面不同的廓线或型线，该第一和第二表面制有这样的廓线或型线，使设置在转子上的两可运动的扭力杆臂装置在发动机或压缩机至少一部分工作循环内相对于转子渐进运动。

按照本发明的又一个方面，提供一种发动机、原动机或压缩机的转子，该转子包括一个转子体，一个相对于发动机或压缩机静止壳体安装该转子体以允许该转子体和壳体相对转动的支承装置，该转子体具有一个两对在其上可运动和的扭力杆臂装置，至少部分扭力杆臂装置构成发动机或压缩机的一个膨胀室和/或压缩室。

按照本发明的还有一个方面，提供一种压缩或泵送流体的设备，包括：

一个按照本发明前面所述的静定壳体；

一个相对于定子可旋转地安装的转子；

两个可设置在转子上可运动的扭力杆臂装置，该扭力杆臂装置两者均构成所述压缩机或泵的压缩室的壁。

熟悉本发明相关技术的人们在不背离所附权利要求书限定的本发明的情况下可提出许多结构变更和各种不同的实施例。本文的公开内容和说明纯粹是说明性的，在各种意义上都不是限制性的。

本发明的要点在于上述内容，并设想出各种结构，下文给出关于这些结构的实例。

附图简述

现在参照附图，说明本发明的优先结构。

图1是内燃机简略侧剖视图；

图2是图1发动机可移动扭力杆臂的等角投影图；

图3是图2中所示扭力杆臂的侧视图，表示部分密封组件；

图4是图2和3中所示的扭力杆臂的另一形式的局部侧视图；

图5是另一扭力杆臂和密封装置的分解端视图；

图6是与前述图的扭力杆臂一起使用的任选的导向凸轮的端视图；

图7是图5中所示扭力杆臂的局部侧视图；

图8是本发明的内燃机在发动机正常工作循环内的点燃时刻的简略侧视图和剖视图。

图9是图8发动机的简略侧视图，表示该发动机处于发动机工作的膨胀或燃烧周期内；

图10是图8和9的发动机的简略侧视图和剖视图，表示处于紧接上一次排气的工作周期。

图11是图8和9发动机和简略侧视图和剖视图，表示相应于排气周期结束和进气周期开始的工作周期；

图12是图8-11发动机的简略侧视图和剖视图，表示处于进气周期结束时的工作循环中；

图13是图8-12发动机的工作循环简图；

图14是图8-13发动机的定子所可能有的几何形状图形；

图15是本发明内燃机的又一替换实施例的简略侧视图和剖视图。

实施本发明的最佳模式

参照图1，表示了可作用内燃机的发动机或原动机，总的以标号100表示。该发动机100一般可称作可变几何形状旋转发动机，而在某些方面类似于在我的国际申请PCT/NZ 93/00123和PCT/NZ96/00103中所描述的发动机。该发动机具有一个静止的壳体或定子101和一个转子102，转子被安装成相对于定子101可旋转。该转子有一输出轴104。轴104和该转子的正常旋转方向按箭头106所示。定子101在其周围附近有孔108和110。孔108可用来将发动机和/或压缩机叠置在一起，而孔110可用来将前、后端板连接到各发动机上，下面还要进一步说明。定子还有冷却散热片112，它们最好配置在定子的大部分外周附近，或整个外周附近。按照所采用的冷却方法，可以不用冷却散热片112，因为发动机可采用任何所希望的方法来冷却，如液体冷却。

在输出轴104和转子102上设有一些孔114，在使用中包含用以将该轴固定到该转子上的一些螺钉。该转子具有两个可移动的扭力杆臂装置116和118，它们分别是前、后扭力杆臂，它们由一些销或类似物120和122可摆动地连接于转子102。扭力杆臂116和118对定子内壁偏压，这样，扭力杆臂扫过定子的内表面。可采用许多偏置方法。优先的偏置方法是如下面进一步说明的，在定子外壳的端盖内侧壁上加工出槽。如从图1中所能看到的，在转子102上设有凹口，以便随着转子相对于定子转动时，允许扭力杆臂相对于转子大致径向移动。

参照图2，出于清晰起见，以等角投影图表示了扭力杆臂116和118中的一个。

在图3中表示了优先的扭力杆臂密封结构，其中表示了钮扣形密封件128，在使用中处于扭力杆臂棱缘130内。该扭扣形密封件包含一叶簧132，或将扭力杆臂棱缘密封件134偏压在定子101的内表面上的其它形式的偏压装置。在扭力杆臂可设有一个或多个孔136，以减轻其质量。

图3的扭力杆臂具有侧表面138，最好将其机加工得足够的精确，以便在扭力杆臂和发动机的前和/或后端盖之间形成密封。因此，在每一扭力杆臂上仅需要密封件128和134中的一个。然而，在某些应用场合中，在侧表面138上的密封面可能达不到所希望的质量，在此情况下，可采用图4中所示的替代方案。如从图4中所能看到的，设有另一个钮扣形密封件140，它包含另一弹簧和棱缘密封件(未示)，而在两钮扣形密封件之间设有一侧密封件142。

参照图5，表示钮扣形弹簧144，它使钮扣密封件130跟前和/或后端板保持接触，同时表示另一替代的密封方法，它包括一扭力杆臂端盖146，由弹簧148偏压发动机的前和/或后端板。该盖经机加工，以形产密封。

图6表示一凸轮150，它设在扭力杆臂的一部分上，如在其中央腹板上，以便借助于定子的一个或两个端板上的相应凸轮廓线相对于定子内表面引导扭力杆臂。该结构是相对于定子内表面机械控制该臂的优先方法，因为迅速旋转的扭力杆臂质量能将不可接受的大的力传给密封件134。这样，在发动机的整个工作循环内，能控制扭力杆臂相对于定子的位置，因此，密封件134能在臂116和118的端部内浮动。图中表示凸轮150处在滚珠滚道152上，因此可相对于设置于发动机前或后端板壁上的槽移动。在该结构中，扭力杆臂的负荷由前或后端板而不是密封件134支承。

图7表示图5的扭力杆臂端盖146的侧视图。

仍参照图1，转子102具有包含棱缘密封件160和162的钮扣形密封件156和158。在这些密封件之间，设有一棱缘密封件164。如从下面说明中将会看到的，扭力杆臂和转子的摆动连接的位置提供了最大的转动矩，而转子作为整体具有足够的惯性，而无须飞轮。

在图1中所示的位置上，发动机处在通往发动机循环的膨胀和燃烧相的部分途径上。随着扭力杆臂116遵循定子的加工内表面166的廓线移动，扭力杆臂已径向摆动地移离转子102的中心。它在图1中自168处的上止点(TDC)膨胀到点172。产生燃烧直到在点170排气时为止。但可随发动机结构的变化而改变。与转子体102的外周边几乎邻接的最好是偏心的内表面其余部分标有标号174。表面166和174的角度范围可以变化，只要后扭力杆臂118的密封件134与表面174相接触，而前扭力杆臂116则处在点火和排气点之间的燃烧周期内。

工作室，也可称作燃烧室或膨胀室，实际上设置在扭力杆臂116和118的密封棱缘表面、各扭力杆臂的密封件128和134、密封件156、158、160、162和164与内表面170和174之间。该棱缘密封件164最好是弧形的，这样，它的棱缘不与转子同心，以防止它在端盖的内表面内磨出一条槽。在转子内设有一燃烧区或“小室”165，以便有助于充分燃烧。在转子内而不是在定子内设置燃烧室具有这样的优点，即在定子内没有燃烧气体难以从其内排出的空间。

如从图1中所能看到的，暴露于燃烧气体的前扭力杆臂116的面积176远大于密封件162和134之间的后扭力杆臂的暴露面积。因此，转子将会沿箭头方向移动。

参照图8，它表示本发明的一个实施例，包含两条在定子内周表面上的廓线或型线。图8-12采用和前面图中所用零件相同的标号，以表示相同或相似的零件。在作为发动机或原动机的图8实施例的应用中，在扭力杆臂116和118的密封棱缘表面、各扭力杆臂的密封件128和134，密封件156、158、160、162和164、和164与内表面170和174之间，实际上设有燃烧室或膨胀室。图8所示位置上，在工作室内包含受压缩的进口气体，且刚出现点燃。

现参照图9，可以看到转子从图8中所示的位置已转到图9中所示的位置。暴露于燃烧室中燃烧气体的前扭力杆臂116的面积176现在远大于密封件162和134之间的暴露于燃烧气体的后扭力杆臂的面积。因此，转子将沿箭头方向移动。膨胀路径166的廓线离开转动轴线，该转动轴线与输出轴轴线偏心，以允许随着转子转过燃烧循环，前扭力杆臂的面积176逐渐变大。定子内周表面74的廓线可以变化，以便在燃烧或膨胀周期内，为发动机提供所需的扭矩特性。本发明的实施例还使所需的压缩参数能被满足，下面作进一步的说明。

参照图10，表示转子处在发动机循环的燃烧周期结束时的位置。前扭力杆臂116的密封件134处在即将使燃烧气体经排气口180能自定子排出的位置。一旦该密封件通过排气口，燃烧气体便经排气口自燃烧室排出，而后扭力杆臂118“扫”过燃烧室，以确保将这些燃气排出。

转到图11，前扭力杆臂116现在已通过排气口165，因此进气气体可进入两扭力杆臂和相关密封件之间的空间内。可以看到，在气体被允许进入进气入口和自排气口排出之间，有些重叠。这一重叠的周期允许气体流经在两扭力杆臂之间限制的空间。这样，随着输入气体进入该限制空间，有助于在其排气行程中的废气经过排气口。可以看到在进气循环开始，两扭力杆臂基本上处在以转子旋转轴线为中心的定子内表面的大致圆形部182内。随着进气循环的进行，前扭力杆臂116开始移入定子内周表面的第二廓线或型线部167，在该部期间，前扭力杆臂116的暴露面积176增加，而剩下的扭力杆臂的暴露面积保持基本不变。因此，第二工作室的容积增加，抽入输入气体。

参照图12，将进气循环末端表示为后扭力杆臂118的密封件134通过排气口180而关闭排气口，因此，中止输入气体继续进入第二工作室。可以看到，当转子转到图8中所示的位置时，前扭力杆臂116的面积176会大致保持不变，而后扭力杆臂118的面积会减小。这有效地减少了第二工作室的容积，从而压缩经进气口已进入的可燃气体，因此，它们被压缩，并准备在发动机循环的燃烧周期内点燃。这样，该循环如参照图8所描述那样不断重覆。

现参照图13，可以看到，参照图8-12所描述的发动机工作循环的四个周期可被简略地图示。每一周期可被表示为具有转子旋转大约90°的持续期，因此，完整的工作循环发生在转子360°的转动中。这样，在图13中作为点燃发生点的上止点300开始，燃烧或动力周期302开始，并持续转子旋转90°。在燃烧周期内出现最大扭矩的点将取决于在定子内表面上成形的膨胀行程166的型线，但可能是处在上止点后的30°-45°之间。

排气周期304在燃烧周期结束后开始，且同样持续转子旋转大约90°，此后，进气周期306开始。如上提到的，在使用中，排气和进气周期有些重叠，还可有其它工作周期的重叠。

进气周期持续约90°，此后，压缩周期308开始，并持续其余的90°，直到转子返回到上止点，准备另一燃烧周期。

转到图14，它表示一简图，提供了达到所希望的发动机、原动机、压缩机或泵参数的定子结构的实例。具有圆心322的外圆320代表制成定子外壳的材料(例铝合金)的原始件的最小内径。把以转子旋转轴线为中心的(即围绕中心322)定子内周面的直径表示为圆324。然后可通过分别画出第一和第二圆326和328来设计第1和第2膨胀行程，它们的中心330和332偏移中心322例如45°角。该偏移的范围使得该偏心圆并不超出外圆320的圆周。圆324和各偏心圆之间面积的不同为各膨胀行程的容积提供指示。对于偏心圆326，该容积以阴影面积334表示。

因此，所公开的发动机具有明显的优点，其压缩和膨胀完全在发动机一个360°循环内完成的，无需任何单独的压缩机装置为发动机供应压缩气体。

参照图15，表示另一替代实施例。图15采用和前面图中所用的相同的标号来表示相同或相似的零件。图15中所示结构与上述结构的不同是采用两对扭力杆臂。一对中的每一扭力杆臂构成一前扭力杆臂和一后扭力杆臂。该转子可通过把它成两大致对称部分来描绘，在图15中总的标以A和B。这些，在图15中A部具有一前扭力杆臂116A和一后扭力杆臂118A。同样，B部具有一前扭力杆臂116B和一后扭力杆臂118B。每对扭力杆臂均安装在可摆动的或可转动的支架350和352中，这些支架允许各臂遵循定子壳体内表面的型线而行。A部和B部各自的工作与参照图8-14所作的上述描述相同，但有两对臂，故每循环内所作的功将是两倍。

正如从对前面各图的实施例的工作所作的说明中所能看到的，图15所示转子结构的效果是对应于转子每一360°的实际转动，有两个膨胀和压缩周期。这在理论上在给定转速下，会使发动机的扭矩和输出功率至少增加一倍。若将该结构用作压缩机，所产生的压缩流体容积将提高一倍。可以看到，可进一步修改转子，以提供了对或更多对的扭力杆臂来使发动机或压缩机性能进一步提高。

也很明显，图15所示的转子结构可应用于参照图8-12所表示和描述的定子结构。这种混合的结构具有的优点将是在转子的一个360°的实际转动中出现两个完整的工作循环。

Claims (10)

1．一种发动机或原动机，包括：

一个定子，具有进气装置和排气装置，前者将一种或几种流体供给发动机或原动机，后者将一种或几种从发动机或原动机中排出；

一个相对于定子可旋转地安装的转子，一个设置在转子上的可移动的扭力杆臂装置，在使用中，该扭力杆臂装置构成发动机或原动机的膨胀室的壁；

一个在定子上形成的内周表面，该内周表面制有廓线或型线，以提供对应于发动机或原动机工作的膨胀和压缩周期的一膨胀行程装置和一压缩行程装置。

2．按权利要求1所述的发动机或原动机，其特征在于在转子上设有两可移动的扭力杆臂，在使用中，每一扭力杆臂构成发动机或原动机膨胀室的壁。

3．按权利要求1或2所述的发动机或原动机，其特征在于在转子上设有两对可移动的扭力杆臂，在使用中，每对扭力杆臂构成发动机或原动机膨胀室或压缩室的壁。

4．按上述任一权利要求所述的发动机或原动机，其特征在于在使用中，膨胀行程装置构成发动机或原动机燃烧室的一部分。

5．按上述任一权利要求所述的发动机或原动机，其特征在于在使用中，压缩行程装置构成发动机或原动机压缩室的一部分。

6．按上述任一权利要求所述的发动机或原动机，其特征在于扭力杆臂与包含膨胀和压缩行程装置的定子内表面密封地接触。

7．按上述任一权利要求所述的发动机或原动机，其特征在于进气、压缩、燃烧和排气四个周期均发生在发动机工作的360°内。

8．包括上述任一权利要求所述的发动机或原动机的一种泵或压缩机、其特征在于设置一压缩气体出口，以允许压缩气体在每一压缩周期结束时泄出。

9．一种操作如上述任一权利要求所述的发动机或原动机的方法，包括如下步骤：

对发动机或原动机的压缩室供给一种或几种输入流体，压缩室的壁包含至少一个可移动扭力杆臂装置的一部分。

改变暴露于输入流体的压缩室一个壁相对于压缩室另一些壁中至少一个壁的面积，以压缩这些输入流体；

将压缩流体输送到发动机或原动机的一个燃烧或膨胀室，该燃烧或膨胀室的一些壁包含至少一个可移动扭力杆臂装置的一部分；

点燃这些压缩流体；

改变暴露于所述流体的燃烧室一个壁相对于该燃烧室另一些壁中至少一个壁的面积，以产生所需的扭矩特性。

10．本文中所公开的特征中的任一新的特征或其组合。

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