CN1735742A - 外部燃烧旋转活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机400，它包括一个压缩机用来周期性的形成气舱并进行压缩过程，在气舱缩小的同时而产生压缩空气；一个燃烧器用来将燃料和压缩空气燃烧并产生初级尾气；一个被初级尾气所驱动得而产生动力和二级尾气的空气机。一个将二级尾气膨胀而产生三级尾气和动力的空气膨胀器；和一个将空气机和空气膨胀器所产生的动力传输给压缩机和荷载的驱动杆。燃烧器可以接收不同量的燃料而向荷载产生不同的驱动力。在发动机稳定运行状态下，压缩机在压缩过程中从气舱中释放空气，其中气舱内的气压和初级尾气的气压是一个非常稳定的常量，此常量和动力所驱动的荷载有关。

Description

外部燃烧旋转活塞式发动机

技术领域

本发明是关于发动机的，更详细来讲，是关于可变压缩发动机的

背景技术

传统的汽缸-活塞式内燃机有四个冲程：吸气、压缩、燃烧、和排气四个冲程。在吸气冲程中，活塞从汽缸顶端向末端移动，在活塞和汽缸顶端之间形成一个渐渐扩大的空间，从而使空气进入汽缸。在进气的末期气门关闭。在压缩冲程中，活塞返回，内部气体被压缩。当空气压缩到一定程度(在压缩冲程的末期)燃料和空气的混合体被点燃。在燃烧冲程中，活塞被燃烧的气体推进到汽缸的末端。在排气冲程中，气门重新打开，活塞又返回到汽缸的头部，将尾气排到外面。

传统内燃机的一个共同缺点是：在燃料被燃烧后，热的气体将活塞摧进到末端，气压和气温比周围空气高得多，将其排出是浪费。

另一个问题活塞和连杆的往返运动，克服活塞和连杆惯性力是一项重要的工程问题。震动和磨损也是传统发动机需要经常维护的原因。

另外，传统内燃机在把反复线性运动转化成旋转运动时效率不高，连接杆和曲柄齿轮在从顶面死中心(TDC)75度达到他们扭矩的最大角度。从TDC 30度之前或在135以后还是做了一些有用的功，如此可见发动机的效率被明显降低了。

更深入的方面，内燃机燃烧点高导致相对高的NOx释放到大气里。

在美国2003年3月11日发布的6530211专利里(Holtzapple et al.)提到一种发动机。这种发动机包括一个大气压缩机、燃烧室、膨胀器。燃烧室被注入燃料并同时压缩燃烧后产生尾气。膨胀器被注入尾气后膨胀。压缩机可以是摆线式压缩机或有可变死容量控制的活塞式压缩机。膨胀器可以是摆线式膨胀器或有可变死容量控制的活塞式膨胀器。燃烧室可以是管式的。从膨胀器排出的气体是热的。一部分气体的热能通过一个热交换器被汲取。被汲取的热能转换到进入燃烧室的空气里。可变死容量装置由一个活塞和气缸组成。气缸里活塞的位置是由激励器设定的，比如伺服电动机。当活塞移动死容量变小时，气压达到很高。当活塞移动死容量变大时，气压会很低。这样控制压缩比可以控制发动机的输出功率。摆线式发动机部分地减轻了传统发动机振动和磨损方面的缺点，但是，摆线式发动机的生产工艺困难，并且设计复杂的伺服机在维修和维护上出问题。

在美国2003年3月11日发布的5101782(Yang)专利里提到一种旋转式活塞发动机。这种发动机包括两个隔离的压缩和膨胀室及一个独立的燃烧舱。在压缩和膨胀室里安装有一对螺旋式转子。运行时，压缩室的转子将空气压缩。压缩的空气和燃料一起进入固定体积的燃烧舱然后燃烧舱关闭并点火。然后高压的燃烧混合物被转入膨胀室，使另一对螺旋式转子转动，并且燃烧尾气被冷却排出。压缩空气会从燃烧尾气里吸收一部分热量。发明者说这种发动机效率高、可靠而且噪声小。但是螺旋形转子的需求使这种发动机的造价提高，高温运行也使发动机产生比较高的NOx废气。

发明内容

本发明目标是一种制造简单，相对可靠，高效能，低NOx排放的发动机。这种发动机相对其他发动机来讲更达到本发明的目的。

从外部讲，本发动机包括一压缩机、一燃烧器、一正向空气机、一正向气体膨胀器和动力传输器。

压缩机接收动力，之后使其周期性地形成气舱；周围空气被充入并压缩；在空间缩小的同时产生压缩空气。

燃烧器接受燃料和压缩空气而燃烧，并产生初级尾气。

空气机被初级尾气驱动而产生动力和二级尾气。

气体膨胀机接受二级尾气后在完全绝热的状态产生三级尾气和动力。

动力传输器将空气机和空气膨胀机所产生的动力传给压缩机和荷载。

燃烧器是用来接受变化数量的燃料，从而使动力传输器驱动变化的荷载。

压缩机制造得以适应：在加压过程中，从气舱释放气体到上述燃烧器，这种释放气体的方法可使压缩机和散热气舱的最大气压和驱动空气机的初级尾气的气压保持在一个完全稳定的常量，此常量大小和驱动荷载所需的动力有关。这种从气舱释放气体说明发动机只作根据发动机扭矩需要而压缩空气的功，根据荷载需求发动机会自发调整压缩比，并提高操作效率。另一个这种配置的优点是燃烧温度在一部分燃料荷载比最坏的情况要低，以减少排放NOx的可能。

另一方面，发动机包括一旋转压缩机、一散热器、一号和二号倒流防止器、一压力室、一阀门、一管式燃烧器、一正向空气机、一正向位移旋转式空气膨胀机和一个驱动杆轴。

压缩机接收动力，之后使其周期性地形成气室；周围空气被充入并压缩；在空间缩小的同时产生压缩空气。

散热器象储藏室一样，连接着压缩机，接受压缩空气并使之冷却。

一号和二号倒流防止器分别连接散热器只允许压缩空气单项流动。

压力室连接一号倒流防止器，并接受从散热器来的压缩空气。

连接压力室的阀门可以从压力室有选择地释放压缩空气。

燃烧器连接着阀门，二号倒流防止器从散热器接收压缩空气。在燃烧过程中，压缩空气有选择地从压力室释放到燃烧器，燃烧器同时接收燃料而和压缩空气燃烧从而产生初级尾气。

空气机连接着燃烧器，被初级尾气驱动并产生动力和二级尾气。

气体膨胀机连接着空气机用来接收二级尾气并在完全绝热的状态下膨胀产生三级尾气和动力。

驱动轴可运转地连接着各个压缩机、空气机、气体膨胀器用来传输从空气机和气体膨胀器产生的动力到压缩机和荷载。

燃烧器用来接收不同量的燃料，并根据荷载需求在这里通过动力传输器来驱动荷载。

压缩机在加压过程中制造得以适应：在加压过程中，释放气体到上述燃烧器，这种释放气体的方法可使气室的最大气压和驱动空气机的初级尾气的气压保持在一个完全稳定的常量，此常量是被动力驱动地函数

两个具体发明现在阐述如下，并附有以下插图和简单的描述。

附图说明

一下附图只是示意图，并且不限制当前发明的范围：

图1是此发明的第一理想发动机示意轮廓图

图2是此发明的第一理想发动机的正视图，；

图3是图2所示沿3-3线的横断面图；

图4图2发动机的横断面图，断面位置在图3的4-4线；

图5图2发动机的横断面图，断面位置在图3的5-5线；

图5a沿图5的5a-5a线的横断面图；

图6图2发动机的横断面图，断面位置在图3的6-6线；

图7图2发动机的横断面图，断面位置在图3的7-7线；

图8图2发动机的横断面图，断面位置在图3的8-8线；

图9图2发动机的横断面图，断面位置在图3的9-9线；

图10图2发动机的横断面图，断面位置在图3的10-10线；

图11a是图2发动机的筒形燃烧器的侧视图；

图11b图11a的发动机的筒形燃烧器的前视图；

图11c图11a的发动机的筒形燃烧器的侧横断面图；

图11d图11a的发动机的筒形燃烧器的横断面图；

图12a是图2发动机的安装后活塞的前视图；

图12b图12a活塞的侧横断面图，断面位置在图12a的12b-12b线；

图12c图12a活塞的俯视图；

图13a图12活塞主体的正视图；

图13b图13a活塞主体的侧横断面图，断面位置在图13a的13b-13b；

图13c图13a活塞主体的俯视图；

图14a图12a活塞垂体面封的正视图；

图14b图14a活塞垂体面封的后视图；

图14c图14a活塞垂体面封的俯视图；

图15a图12a活塞的活塞侧封的侧视图；

图15b图15a活塞侧封的正视图；

图16a图12a活塞的垂体端封的正视图；

图16b图16a垂体端封的俯视图；

图16c图16b垂体端封的侧视图；

图17a图12a活塞的活塞面封的正视图；

图17b图17a活塞面封的侧视图；

图18a图12a活塞的活塞垂体的正视图；

图18b图18a活塞垂体的侧横断面图，断面位置在图18a的18b-18b线；

图18c图18a活塞垂体的俯视图；

图19a图2发动机门转子的正视图；

图19b图19a门转子的侧视图；

图19c图19a门转子的面封的正视图；

图19d图19c门转子的面封的侧视图；

图19e图19a门转子的插封的俯视图；

图19f图19e插封的正视图；

图19g图19a门转子的门转子体的正视图；

图19h图19g门转子体的侧横断面图；

图19i图19a门转子的侧封的侧视图；

图19j图19i门转子面封的正视图；

图20a图2除掉盖板后的油泵的正视图；

图20b图2盖板的侧视图；

图20c图20b盖板的后视图；

图20d图20a油泵模块的侧视图；

图20e图20d油泵模块的断面图；

图20f图20d油泵模块的正视图；

图20g图2油泵节气阀柄臂的侧视图；

图20h图20g油泵节气阀柄臂的正视图；

图20i图20a端面板的正视图；

图20j图20i端面板的侧视图；

图20k图2油泵叶片的的侧视图；

图20l图20k油泵叶片的的正视图

图20m图2油泵的油泵转子的正视图；

图20n图20m油泵转子的侧视图；

图20o图20a节流滑片油泵的侧视图；

图20p图20a节流滑片油泵的正视图；

图21是此发明的第二理想发动机示意轮廓图；

图22是此发明的第二理想发动机的构造后视图；

图23侧断面图，断面位置在图22的23-23线；

图24前断面图，断面位置在图23的24-24线；

图25前断面图，断面位置在图23的25-25线；

图26前断面图，断面位置在图23的26-26。

具体实施方式

从以下的阐述会发现，两个理想样机的组件中主要包括一个旋转式液压器，所以为了说明得更清楚，下面首先介绍旋转器的模型及操作。

旋转器

如图6所示旋转器模型200B，应由多垂体活塞204B和一对门转子206B组成。

另外旋转器200B包括固定一对液体孔208B、210B的外罩和与液体孔208B、210B连通的活塞箱2128。

如图3所示，此外罩包括罩板214B和架在罩板两边的一对隔板218、220。外罩214B的外形与邻接的隔板208、220，组成活塞箱212B，并且液体孔208B，210B在外罩内部的隔板208、220上。

图6中的显示的是在邻接的隔板220上的一对液体孔210B。旋转器200B中液体孔208B在隔板218上。由于隔板218在图6中没显示，为此在邻连接隔板218上的液体孔208B的边界使用点线表示。

图12a-17b中，活塞204B由一个活塞体230B、垂体232B、活塞销234B、活塞固定夹236B、活塞面封238B、活塞侧封240、垂体末封242B和垂体面封244B组成。

图13a是最好的示意图。活塞体230B总体上是环状的并包括安装锯齿轴(没显示)的中孔246B和一个用键销固定锯齿轴和活塞体230B的键槽248B(销没有显示)。活塞体230B在上下左右四方各有一个外齿部分250B，它们之间的空间是四个轴瓦252B，每个外齿250B有五个空隙254B。靠近轴瓦252B，有穿过活塞体230B的通孔256B。

图13a和18a上显示，每个轴瓦252B都有一个垂体232B，每个垂体有一个二分叉基座258B，二分叉基座紧贴着跨越活塞体230B的轴瓦252B，销孔260B穿过二分叉基座258B和其通孔256B对齐。每个垂体232B在其顶端有一个凹口239B。每个垂体232B是多垂体活塞204B的一个垂体。

每个销孔260B有一个销子234B。销子234B沿通孔256B穿过销孔260B并用一对固定夹236B来固定。见图12a和12b。

每个空隙254B内安装有一个活塞侧封240B见图15a和15b。活塞侧封240B分别有斜面262B向外放射状延伸到末端270B。

活塞体230B/垂体232B的每个面安装有活塞面封238B，见图12b。每个活塞面封238B上有凸脊264B与活塞体230B、垂体232B以及活塞侧封240B上相对应的凹部266B配合。如图17a所示，每个活塞面封238B还有复数个凹口268B可以与图12b中活塞侧封240B上的突出端270B配合。

每个垂体232B反面都有一个垂体面封244B，见图12b。每一个垂体面封244B有一个舌部272B位于活塞面封238B和垂体232B之间的凹槽274B内并且在每一个垂体面封244B末端有一个齿276B和垂体232B的末端的凹口239B正对齐。见图14a和14b。

每一个垂体232B有一对垂体末封242B。每一个垂体末封242B被安装到有固定关系的一排凹口239B和279B。并且每对垂体末封242B相互被凹口和定位板278B固定死在上面。垂体末封242B有各自的向外辐射的斜面243B。

每个门转子206B由门转子体280B，门转子面封282B，插封284B和门转子侧封286B组成，见图19a-19j。

在图19g，门转子体280B呈环状并包括安装锯齿轴(没有显示)的中孔288B和一个键槽289B，该键槽用来将锯齿轴和门转子280B用键销(没显示)固定在一起。

门转子体280B有一对外齿部290B，位于相对的位置。它们之间的部分是轴瓦292B，插座294B位于轴瓦292B上。每个齿部290B有四个缝隙296B。

每个缝隙296B内有一个门转子侧封286B，图19i-19j，此侧封286B有各自的斜面298B呈放射状向外延伸也正对尾部312B。

每个插座294B的每个面上安装有一个插封284B，见图19e、19f，此插封284B有一个凹出的脊背300B与相应的在门转子体280B上的凹槽302B配合，见图19g。此插封284B也正对着图19f所示的尾部304B。

每个齿部290B的两侧都有一个门转子面封282B，此面封282B覆盖着相邻的插封284B凹出的部分304B并有凹出的脊背306B与相应的在门转子体280B上的凹槽308B配合，见图19g，复数个凹口310B与门转子侧封286B的突出端312B配合，见图19a。

在门转子206B和活塞204B上都有复数个凹穴269。在图18b中显示有这样的凹穴269。每个凹穴269里有一个相应的弹簧(没显示)。它是用来确保各封条238B、240B、242B、244B282B、284B和286B位于与活塞体230B，垂体212B和门转子280B相邻的位置，并确保封条接触相邻的结构。

在使用中，活塞204B安装在上述可转动的驱动杆314上并位于活塞箱212B里。其中一个上述活塞204B和驱动杆314的旋转是按先后顺序进行地。活塞204B的安装使垂体末封242B扫过活塞箱212B的内壁。

每个门转子206B都安装在活塞箱212B里相应的旋转门转子杆316上，门转子杆316和驱动杆314平行，两个门转子杆之间呈180度的夹角，并和活塞204B之间密闭接触，反向对着活塞箱212B的内壁。此外这对门转子206B和活塞204B相连接，通过齿轮组318、320、322和驱动杆314之间的啮合及门转子杆316使上述活塞204B的和门转子206B的每个转动有先后次序(如图8所示)。齿轮组合的齿数比为2∶1，这样主动齿轮322每转动一周，从动齿轮318、320就转两周。

活塞204B和门转子206B将活塞箱212B分成多个分箱，具体为两个，随着活塞204B和门转子206B的旋转，分箱体积改变。每一个分箱与液体孔208B的任一孔和液体孔210B的任一孔相通，用来操纵旋转器200B，操纵方式可采用如下两种方式之一：用驱动杆来作为动力源，连接着液体孔208B的液体被压缩而起到压缩机的作用；或则用驱动杆来作为苛载，连接着液体机208B的液体被膨胀，起到膨胀器的作用。

考虑到活塞204B上的两个相邻的垂体232B，上述操作可以更加仔细分类。

当活塞204B作为压缩机工作时，它如图6所示逆时针旋转。当第一或前一个垂体232B掠过各自的液体孔208B时，可利用的气体，比如周围空气被吸入上述垂体232B后面的膨胀空间里。一旦后垂体超过液体孔208B，原始容积内的气体就被封闭起来。环状外边界是由前垂体232B的后侧壁、相邻的隔离板218、220、罩板214B、活塞204B和后垂体232B的前璧组成。当前垂体232B和插座294B在各自门转子206B里结合之后，门转子206B就限定了该封闭空间的终端。随着活塞204B继续旋转，封闭空间的体积会减小。从而迫使封闭的空气通过液体孔210B。值得注意的是，当封闭空间体积缩小时，它仍然保持可液体孔210B的连通。

如果选择活塞作为膨胀器使用，进入的空气在活塞上的垂体232B的后壁上施力，这样活塞204B会被加上一个力，前壁会向扩张后的气体推出去的。

第一优选实施例

现阐述根据上述第一理想样机所制造的发动机400。图1是发动机400的示意图。

由上述示意图可见，发动机400包含一第一压缩器402、一第二压缩器404、一第三压缩器406、一正向位移空气机408及一正向位移空气膨胀器410。每个元件都是上述旋转器的一种。其实前节所述的旋转器就是第二压缩器404。因为旋转器的操作和结构相似，所以这里旋转器的详细情况就不介绍了。然而应该明白的是，每个旋转器的等同结构用相同的代号表示。代号的字母表示：第一压缩器(A)、第二压缩器(B)、第三压缩器(C)、空气机(D)、空气膨胀器(E)。用此逻辑，因为前例中第二压缩器的罩板的代号是214B，因此空气机的罩板的代号是214D。相似，因为前例中活塞的代号是204B，因此第三压缩器406的活塞的代号为204C。

另外，现在应明白的是，上述这些元件相互共用驱动杆314、门转子杆316等，并且相毗邻的元件之间共用隔离板和承重板216、218、220、222、223、224、226、228。第一压缩器402的旋转器200A的外壳是由承重板216、隔离板218和罩板214A组成。隔离板218同时也是第二压缩器404的旋转器200B的外壳的一部分，第二压缩器404外壳另外的部分是隔离板220和罩板214B。第三压缩器406的旋转器200C的外壳是由隔离板220、222和罩板214C组成。空气机408的旋转器200D的外壳是由承重板224、罩板214D和隔离板226组成。相似的，空气膨胀器410的旋转器的外壳是由罩板226、214E和承重板228组成。更清楚地讲，承重板216、224和228包括用来旋转支撑驱动杆314的轴承324。只有罩板218在图中被详细的表示了。然而，罩板220、222和226在本质上同罩板218相似。它们只有尺寸和通孔形状的区别。承重板220、222、226的制作应由专业人员承担。比如区别在图4、6、7、9中的通孔208、210。螺栓800(图2)将上述的部件固定在一起。

由总图看，发动机包括两套止回阀412，一个歧管413、一个散热器414，一对倒流防止器416、417、一个压力箱418、一个螺旋管阀420，一对真空解除阀422，一个燃料泵424和一个前后管状燃烧器426。

参考图3、4，第一压缩器402的旋转器200A是作为压缩机来使用的。它的活塞204A有四个垂体232A。参考图3和6第二压缩器的旋转器200B也是作为压缩机来使用的，并且活塞204B有四个垂体232B，但不同的是活塞204B比第一压缩器402内的活塞的要薄并且垂体232B也更小，活塞204B的直径也要比第一压缩器的活塞204要小。参考图3和7，第三压缩器406的旋转器200C也是起压缩机的功能。但是和第一、二压缩器402、404的活塞204A、和204B不同的是，活塞204C有8个垂体232C并且比第二压缩器的活塞204B还要更薄。另外和第一、第二压缩器402、404的门转子206A、206B的一对插槽相比，第三压缩器的406的门转子206C有四个插槽294C。

第一、第二、第三压缩器402、404、406组成压缩机428，(如图1)，它是从驱动杆314接受动力并周期性地形成气舱，此气舱被充入周围空气，并进行加压使气体空间缩小而产生加压气体。更直接的说，第一压缩器402的进气孔208A通过一个两叉的进气管440与一空气过滤器438相连，用来接收过滤后的空气，如图2所示。第一压缩器402的排气孔210A是连接第二压缩器的进气孔208B，如图1和图5所示。第二压缩器404的排气孔210B连接着第三压缩器406的进气孔208C，如图1所示。这样提供从外部吸收空气的第一压缩器的进气孔208A到输送空气到歧管213的第三压缩器406的排气孔210C之间形成直接流道。这时要注意的是，压缩机428周期性形成的气舱是最初由第一压缩器402形成的。然后随着体积的减小，逐渐由第二、第三压缩器404、406形成。

多级压缩的应用是有其优点的，可能专业人士已经明白，因为他缩小了单级压缩压力并大大简化了密封的方式。在一个周期中，第一压缩器402和第二压缩器404掠过的体积差别表示第一压缩器402的压缩贡献。例如，如果在每个周期内，第一压缩器402活塞204A上的垂体232A掠过的体积为40立方英寸，第二压缩器404活塞204B上的垂体232B掠过的体积为10立方英寸，那么第一压缩器402对发动机的压缩比做出参数比为4∶1的贡献。类似的，如果在每个周期内，第二压缩器404活塞204B上的垂体232B掠过的体积为10立方英寸，第三压缩器406活塞204C上的垂体232C掠过的体积为2立方英寸，那么第二压缩器404对发动机的压缩比做出参数比为5∶1的贡献。来自第一压缩器402的4∶1的参数和来自第二压缩器404的5∶1的参数共同产生20∶1的压缩。

在图1的示意图中，第一和第二压缩器的排气孔210A、210B分别连接着止回阀412。这种优选实施例的发动机样机的连接方式通过图5和图6可以看清楚。图5显示的是隔离板218和两个通道，每个通道各自通向通孔208B和210A。另外两个通道分别接到通孔210A和通孔215。图6中所示的通孔215导流歧管413通向各自的止回阀412。图4中所示的通孔215具有类似功能。止回阀412和歧管413的这种连接方式提供了一种可选的流路，如果歧管413中的压力小于排气口210A和210B中的压力。如果第一压缩器402的排气孔210A排出的气压大于歧管的压力，那么出口210A排出的一部分空气就会排入歧管413。相似的如果第二压缩器404的排气孔210B气压大于歧管中的压力那么排气孔210B排出的一部分空气就会排入歧管413。该优选实施例的样机的止回阀412是一个简单的弹簧承载BALL-IN-SOCKET可变的常见阀门，专业人士应很容易理解，这里就不详述了。

图1散热器414连接着歧管413并从其接受空气。散热器的表面积很大，该表面积适合将加压过程中产生的热量传递到空气中。重要的是，散热器414也是作为冷却压缩空气的储藏室来应用的。

第一倒流防止器416和第二倒流防止器417各自连接到散热器414以许可从散热器414流出的单向气流。

压力室418与第一倒流防止器416相连以接收来自散热器414的加压气体。

螺旋阀420连接着压力室418有选择性地从压力室释放冷却的加压气体。

图1和图11a-d，管式燃烧器426连接着螺旋阀420和第二倒流防止器417接收来自散热器414的加压气体和来自压力室418选择性释放出的加压气体，并适应接收燃料和有压气体的同时燃烧而产生初级尾气。这样管式燃烧器就定义为接收燃料并使其在燃烧过程中与有压气体燃烧而产生初级尾气的燃烧装置。在图示的优选实施例中，管式燃烧器426内壁是陶瓷的。这样的内壁应由专业人士制作，这里就不详述了。在管式燃烧器426中，燃料是由油嘴434注入得，并且由点火器436点燃而燃烧。此点火器和传统的火花塞结构一样。

该优选实施例中样机400的燃料泵424具有有效操作样机400的特点。第一、燃料泵424能完全连续的为油嘴供油而产生完全稳定压力下的燃烧。第二、燃料泵424，和驱动杆314同步，能在固定荷载时供给固定量的燃料并能根据荷载的变化而调整油量的供给。第三、油泵可以在很小的流量时产生固定的流量和足够的压力而使其雾化。同时此油泵的燃料可以是象酒精一样的低润滑或无润滑的液体。

图20a显示图2中的油泵424的图示，为清楚起见，盖板536没有显示。图中显示的是油泵体538，在使用时，它被螺栓固定在发动机上并与门转子连杆316尾部交叠。油泵体538由一个入油孔502、一个出油孔506和油泵室504组成。有销子的转子544单独用图20N表示，此转子544穿过油泵体538深入门转子杆316的尾孔(没显示)。通过一个栓子(没显示)固定。这样门转子连杆316旋转时，油泵室504中的转子544的转头512一起同时转动。燃料通过入油孔502经油泵室504从出油孔506输出。燃料被三个在转头512的狭缝中可转动的叶片组508从油泵室504卷过。图20O和20P单独显示节流滑514。此节流滑514适合在泵体538中作追逐或滑动。通过朝向或背离转子的前端旋进或旋出安装在节流阀臂516上的螺钉来移动节流滑514，从而改变油泵室504的体积。此节流阀臂516可在端面板518内转动。节流滑514的面是部分圆柱面形和转子头512的头的形状相符。这样当节流滑514完全推进到终点时，油泵室504的体积可以减小到零。通道520从入油孔502到达油泵体538的顶端，和盖板536上的L形凹槽522相交叉。这样如果节流滑514有任何油的渗漏都会被汲取回入油孔502。出油孔506中相似的通孔524连接到盖板536上的凹槽。它提供加压燃料到转子544顶部的圆形凹槽528，以迫使叶片508接触到节流滑514的表面。

图1和图9，空气机408的旋转器200D配置以用作一膨胀器。它连接着管式燃烧器426以被初级尾气所驱动而产生动力和二级尾气，驱动杆314每转一周，固定体积的的气体就会从燃烧器426中排出。图9中，液体孔208D各连接着相同的燃烧器426的阀门。空气机408的旋转器200D的活塞204D有四个垂体232D，在尺寸上与二级压缩器404的活塞的垂体232B相似。

图1和图10，气体膨胀器410的旋转器200E是作为膨胀器来使用的。它连接到空气机408从而接收二级尾气同时完全绝热尾气膨胀而产生三级尾气和动力。气体膨胀器410的活塞204E有四个垂体232E，在尺寸上它比压缩机转子204A，204B，204C要宽，以便提供比发动机400压缩体积要大的膨胀空间。

当内部气压降到小于大气压时，真空解除阀422可使大气和内部气体膨胀器410相通。它是通过各自的真空消除管道425和入口208E连通。该较佳实施例的样机的真空解除阀422的制作和上述的止回阀412相似，对于本领域技术人员来说是已知技术，因此，这里就不详细叙述了。

前述的驱动杆314被各个压缩机428、空气机408和空气膨胀机410所共用，显然它是用来将空气机408和空气膨胀机410所产生的动力传输以用于驱动压缩机和外部荷载的动力传输装置。

另外，为下文的描述，发动机安装有机油回路，由油泵700(图2)而连接到机油箱714(图4)，从机油箱714出来的机油循环是通过机油供油管702到发动机400的顶端的分配管706，再到驱动杆314、316的上部来完成的。在罩板214A、B、C、D、E中润滑油流道708从分配管道706通向安装驱动杆314、316的中孔。分配总管710通过润滑油流道708得到润滑油并使油流沿下相临活塞经向流动。分配管708也给门转子杆316的轴承加机油(没显示)。另外低分配管706在驱动杆314、316的下面，发动机400的底部排列。附加的低分配管线706设置在发动机400底端，在驱动杆314、316下面。另外也有一个润滑管线708。此管线是用来收集从中孔、排油沟709和经向临近的轴承来的机油并输送机油到低分配管线706，从而回到油箱714并被再利用。一个传统的机油冷却器(图中未显示)被安置，可以使机油降温。在图2中显示的机油泵700和前面叙述的燃料泵外形虽然相似，但只是巧合；任何传统的机油泵都是可以采用的。

稳态操作

在稳定状态条件下的操作中，散热器414和燃烧器426的进气孔的气压是恒定的。(虽然，在排气管或开关器件中可能有少量的气流导致的气压坡度和由于压缩方式而导致的周期性的微小压力波动)。所以这里所说的常量不是绝对的，相对于其它来说，它随着被驱动杆314传输的动力所驱动的荷载的变化而变化。大气被上述的方式被吸收到压缩机428中并被摧进到散热器414。注意，当第三压缩器406的垂体232C的空间封闭时，它确保所有它们掠过的空间部分的两垂体间的空气都被收集到了，而不是在门转子206C和引导垂体232C之间。本例中的第三压缩器406起到增加部分压缩和防止任何可导致散热器压力波动的回流并使压力峰值减缓的作用。摧进到散热器414中的空气质量和驱动杆314的转动速度、第一压缩器中的垂体232A的排气量、周围气体的压力和温度有关。和传统的活塞-汽缸式的发动机不同，空气在进入压缩机之前不会被压缩到所设置的任何最大压力值。因为进行加压过程的压缩机428的机箱和散热器414任何时候都有流体对流，所以空气会克服散热器414的压力而被压缩进散热器414。从散热器414流出的气流的质量流量比等于进入散热器414的质量流量比，气流通过止回阀417进入燃烧器426，在燃烧器426内气流和燃料混合后燃烧，产生初级尾气。虽然有周期性膨胀的压强的波动发生，但是燃烧器426中的压力是非常稳定地。此压强也是和驱动杆314的荷载有关，并比散热器414的气压稍低。燃料在燃烧器中的停留时间就是大多数燃料燃烧的时间，并且此温度使产生的NOx废气相对比较低。初级尾气通过空气机408，产生驱动杆的动力，并变成二级尾气排出。二级尾气在膨胀室410里充分地膨胀，产生三级尾气并产生驱动杆的动力。三级尾气排出膨胀室时的气压接近大气压，这样所有有效的能量已被汲取，并且减少共鸣器和消声器的需要。另外为防止可能的膨胀器的过度膨胀，真空消除阀422能将周围大气吸回膨胀器410，以避免产生真空。

传递给新载荷

当将要传递的能量由一重载荷变换到一轻载荷时，，燃料的流量被减少，燃料就在燃烧器中产生较少的热量，被加热的气体的体积就减少了，气压也减少了。燃烧器中的较低气压会使散热器414中的气流增加直到散热器414中的气压减得小到只能将气流以压缩机428的输送量摧进到燃烧器为止。气压降低后的散热器414会有相对较多的气体通过第二压缩器404和/或第一压缩器402，导致气体做功的减少。很显然，有效的发动机400压缩比会随相应的低载荷自发的向下调整。

当将要传递的能量由一轻载荷变换到一重载荷时，燃料的流量被增加，燃料就在燃烧器中产生较多的热量和更高的压强。再次，燃料进入管式燃烧器426并产生稳定的气压。燃烧器426中的高压会使散热器414中的气流临时减小并导致燃烧器414内的气压增加。散热器414的气压加大会增加通向管式燃烧器426的气流，因为气压室418中的气压比散热器414的气压的低，这样气流就会流向压力室418。这种情况将会发生，直到能够达到散热器41 4内的压力增大到足以使得推进管式燃烧器426内的气流量和压缩机428输送的气流量达到相同流率的这一平衡状态时。散热器414的气压加大的结果是相对较少的气体通过第二压缩器404和/或第一压缩器402，这样气体所作的功就多了，以足够的力量摧进气体进入相对高压的散热器414。很显然，有效的发动机400压缩比会随相应的高载荷自发的向上调整。

当增大荷载时，停转或打滑的可能发生，特别是当荷载增大的过快时，因为稳定的发动机流量需要反应较快的散热器的气压的增大。为避免上述情况的发生，可打开螺旋阀420，使压力室418的空气排出。

压力室418中的加压气体可以用来和传统启动机一样启动发动机。为启动发动机，当发动机停转时，散热器414和燃烧器426中的气压就是一个大气压或很接近。因此，在发动机没有外部荷载时，只需要相对较小的力来旋转驱动杆以启动，因为吸入压缩机428的空气  不会被加很大的气压，并且很多或较少进入散热器414，克服的反向气压很小并且进入燃烧器426时的反向气压也很小，所以较小的力就可以启动发动机。

尺寸

发动机各个部件的制造需要满足发动机预期和操作燃料的需求。在稳定荷载发动机的描述里，膨胀的体积会非常合理以使燃料中的能量充分利用，并使膨胀后的气体剩余很少的能量。这是因为废气排出的气压接近大气压。压缩体积和压缩比的设定要合理以满足运转时发动机氧气的需求。

如果发动机不在稳定荷载的运转范围内，就要考虑发动机的正常操作范围。和在低荷载运转相比，在燃料荷载达到峰值时，发动机会在峰值压缩，并会需要更多的膨胀体积。这样一个较窄的运转范围比一个较宽的运转范围的发动机在设计时需要更大膨胀压缩比。

当发动机400在低燃料运转时，膨胀器410中加入真空消除阀422的作用是防止不必要的对活塞204E的拖拉。然而，如果发动机经常在低燃料状态下运转，合理地减少膨胀体积是非常必要的。比如，在较宽的运转范围低荷载的发动机里，最好是将膨胀-压缩比调整为完全燃料荷载的75％。这样当发动机达到荷载高峰时，膨胀体积会不完全充分。相反，发动机用于低载荷时，膨胀体积会有些太大。不过在这种特定的运转荷载的整个范围内，从总体效率上讲，调整到75％的燃料荷载可以说是最好的解决方案。

第二优选实施例

本发明的第二优选实施例的发动机模型如图21至图26中所示，该发动机中和第一优选实施例中相应的部件用相同的标号。对本领域的普通技术人员来说，它和第一优选实施例大致相似，因此相细描述部件和其操作不需要提供。所以为简便起见，这里只说明结构和操作不同的地方。

从结构上来讲，本发动机没有第三压缩器，只包括两个活塞，相比而言，前一实施例有5个活塞。第一实施例中的发动机门转子以180度方向相对放置不同，本实施例中的门转子是以130度的角度分布的，这样两侧所形成的空间体积是不同的。该配置中，替代散热器的是一个简单的储藏室414A，并没有外燃烧室。另外一个进口阀门燃料注入孔600被一个在第二转子的入口阀门控制槽602上的升降杆601所控制。这种机制迫使入口阀门/燃料注入孔600当垂体通过门转子时被关闭。在本样机中的进气门/燃料喷射孔600是用来将燃料和压缩空气导入第一膨胀器。进气门/燃料喷射孔600有一个中空的跨在气门杆的中孔栓(没显示)的气门杆(没显示)，它有一个中心空穴几乎延伸到第一膨胀器。只有当进气门和燃料喷射孔600打开时，气门杆里的出气门和气门杆中孔栓才排列对起，从而使燃料注入并和进入的空气混合。闪光继电器609或火花塞(如果燃料合适)被安装于和进气门和燃料喷射孔600紧相临的下部。连接第二膨胀器进气门控制槽607内的初级排气门升降杆606的初级排气门605控制着到第二膨胀室的进气孔。这种机制可以防止燃烧的气体进入直到门转子凹槽直到压缩室602分开为止。当进气孔和排气孔打开时，这种机制也可防止气体泄漏到大气中。

运行时，通过发动机的气体进入由第一活塞较小的体积一侧形成的第一压缩器402，然后进入由第二活塞较小的体积侧形成的第二压缩器402。压缩后的气体从第二压缩器404通过进入储藏室414A，直接从那里进入第二转子的大体积侧。燃料被直接注入第二转子的大体积侧所掠过的封闭空间里并燃烧。因此，第二转子的大体积侧部分是起燃烧器和空气机408的作用。燃烧器内的气压在点火以后升高并驱使进气门600关闭。当凸轮凹槽允许，并且当储藏室414A的气压大于第一压缩器402里的气压时，进气门600就会打开并使气压相同。这样，当发动机荷载较低时，相应的燃料装载也低，在阀门杆达到凸轮槽的尾部以前，第一膨胀室的气压会降到低于储藏室414A的气压。在这种情况下，更到的气体将从储藏室414A流入燃烧器426。直到达到最大到最小间的压缩比的平衡状态时，储藏室414A中的气压才会停止下降。

两种较佳实施例的关系描述以后，本领域的技术人员可见，在不超出本发明的范围内，上述描述的较佳实施例可做其他方面的变动和改造。

比如，膨胀室和/或压缩室可以通过多个步骤来完成，而不是较佳实施例中的表明的。

另外，其他非旋转发动机结构也是可能的。方法一、第一压缩过程可以用一个活塞来实现，空气可用管道输向另外的地方，再用转子进行第二压缩。相似地，膨胀器可分为多个级别，各级间采用不同的装置，在不同的地方进行不同级别的步骤。

显然，第二较佳实施例可以象第一较佳实施例一样采用外燃烧器。

发动机可用或不用压力室，是要看发动机是否承受快速变换的荷载。

可以采用独立的压缩机为压力室注气，此独立的压缩机可以是有门转子驱动杆的另一组旋转组件或独立的机构。这样压力室中的气压可以比发动机最大压缩比大。

燃烧室中的水可以防止被燃烧室加温过热，也可增加膨胀体积。因为废气在排入大气之前，要经过一个典型的绝热的膨胀过程，回收冷凝的喷入的水，应该是一个非常简单的过程。另一个选择是在压缩过程中喷水。加入的吸热设备(HEAT SINK)影响水将压缩过程进行的更接近等温压缩。此优点是，在绝热压缩过程中产生相对冷的浓缩空气，此浓缩空气可以使发动机达到最大效能。

只用一对门转子和一个多垂体的活塞可制造一台简单的发动机。不用作改造，优选实施例的样机可以在各种液体燃料中转变。相似地，发动机从用气态燃料到其他燃料的改变应该相对简单。但是在燃料由液体和气体间的相互变化时，需要对燃料泵和喷嘴做出改造。因业内人士知道如何做，这里就不详细叙述了。爆炸性的燃料在渐渐注入时也可以用。对于慢性燃烧的燃料应该快速注入。

Claims (20)

1.一种用于荷载的发动机，所述发动机包括：

一用来接收动力的压缩机，接收动力后，周期性的形成一封闭空间；用空气填充该封闭空间；并且执行空气压缩过程，该压缩过程中封闭空间体积缩小以产生加压空气，

用来接收燃料并同时将燃料与压缩空气燃烧并产生初级尾气的燃烧装置，

一作正向转动的空气机，被初级尾气所驱动而产生动力和二级尾气。

一作正向转动的气体膨胀机，用来接收二级尾气并完全绝热膨胀而产生三级尾气和动力，和

动力传输装置，用来将空气机和气体膨胀机所产生的动力传输用于驱动荷载或压缩机。

在发动机内：

燃烧装置接收变量的燃料以使动力传输装置驱动在使用时所需不同动力的荷载，并且压缩机可使在加压过程中从封闭空间释放空气以供燃烧，这种方式中，发动机稳态下运行时加压过程中的最大压力和驱动空气机的初级尾气的气压保持恒定的常量，所述常量的大小和驱动载荷所需的动力有关。

2.根据权利要求1所述的一种发动机，其中压缩机是一个旋转式压缩机。

3.根据权利要求1所述的一种发动机，其中燃烧装置包括一个管式燃烧器。

4.根据权利要求1所述的一种发动机，其中空气机是一个旋转式空气机。

5.根据权利要求1所述的一种发动机，其中空气膨胀机是一个旋转式空气膨胀机。

6.根据权利要求1所述的一种发动机，其中动力传输装置包括一个运行时连接到各个压缩机，空气机和空气膨胀机的驱动杆。

7.根据权利要求1所述的一种发动机，还包括一个储藏室用来从压缩机接收压缩空气，燃烧装置从该储藏室接收空气并进行所述燃烧。

8.根据权利要求7所述的一种发动机，其中储藏室为一散热器，该散热器用来冷却压缩机产生的加压气体。

9.根据权利要求1所述的一种发动机，还包含用于冷却在燃烧前由压缩机产生的加压气体的装置。

10.根据权利要求1所述的一种发动机，其中膨胀器所产生的膨胀比比压缩机所产生的压缩比要大。

11.一种用于荷载的内燃发动机，所述发动机包括：

一用来接收动力的旋转式压缩机，接收动力后，周期性的形成一封闭空间；用空气填充该封闭空间；并且执行空气压缩过程，该压缩过程中封闭空间体积缩小以产生加压空气；一连接着压缩机，并接收压缩空气，用来使所述压缩空气冷却的，作为储藏室来利用的散热器；

一第一倒流防止器和一第二倒流防止器；每个都连着散热器以从此产生单向气流；

一个压力室，连接着第一倒流防止器，用来接收来自散热器的压缩空气；

一阀门，连接着压力室有选择地从压力室释放压缩空气；

一管式燃烧器，连接着阀门和第二倒流防止器，以从散热器接收压缩空气和从压力室中有选择地释放出来的压缩空气，并接收燃料而在燃烧过程中使燃料和压缩空气进行燃烧而产生初级尾气，

一作正向转动的旋转式空气机，连接着燃烧器，以使得该正向转动的旋转式空气机被初级尾气所驱动并产生动力和二级尾气，

一作正向转动的气体膨胀机，连接着空气机，用来接收二级尾气并完全绝热膨胀而产生三级尾气和动力，和：

驱动杆，运行时连接着每个压缩机，空气机和气体膨胀机用来传输空气机和气体膨胀机所产生的动力并用于驱动荷载或压缩机，

在发动机内：

燃烧装置接收变量的燃料以使动力传输装置驱动在使用时所需不同动力的荷载，并且压缩机可使在加压过程中从封闭空间释放空气以供燃烧，这种方式中，发动机稳态下运行时加压过程中的室压和驱动空气机的初级尾气的气压保持恒定的常量，所述常量的大小和驱动载荷所需的动力有关。

12.根据权利要求1所述的一种发动机，其中空气膨胀器的膨胀比比压缩机的压缩比要大。

13.根据权利要求1所述的一种发动机，其中压缩机是一个三级压缩机。

14、一种在旋转驱动杆和气体动力源之间进行能量转移的装置，所述装置包括：

外罩装置，用于固定一对液体孔和与每个液体孔进行液体交换的活塞箱，

一多垂体活塞，安装在所述活塞箱上，用于相对第一轴旋转，并用于连接所述驱动杆以提供所述活塞和所述驱动杆两者之间的一个在另一个上的旋转；

和一对门转子，安装在所述活塞箱上，转动时每一个门转子分别相对第二轴旋转，并相对于所述活塞密闭接触，与所述驱动杆连接以提供所述活塞和所述驱动杆两者之间的一个在另一个上的旋转，所述门转子含有插座，用以接收所述旋转过程中的垂体，

活塞和门转子将活塞箱分成多个分箱，随着活塞和门转子的旋转，分箱体积改变，所述分箱与液体孔相通，用来操纵该装置，采用如下的操纵方式：作为压缩机，通过连接液体孔使得液体被压缩，并连接活塞至驱动杆；或作为膨胀器，连接液体孔使得液体膨胀，

这里第一轴和第二轴群之间相互平行，相对于第一轴来说，第二轴群里的轴各自间隔180度。

15、根据权利要求14所述的一种装置，其中每个门转子含有两个插座，两者相对于所述每个门转子绕其旋转的第二轴彼此间隔180定位，其中该活塞具有四个垂体，各垂体相对于第一轴相互间隔90度定位。

16、根据权利要求14所述的一种装置，作为正向气体膨胀器在权利要求12中所述的发动机的应用。

17、根据权利要求14所述的一种装置，作为正向空气机在权利要求12中所述的发动机的应用。

18、根据权利要求14所述的一种装置，作为第一压缩器在权利要求13中所述的发动机的应用。

19、根据权利要求14所述的一种装置，作为第二压缩器在权利要求13中所述的发动机的应用。

20、根据权利要求14所述的一种装置，其中每个门转子含有四个插座，每个插座相对于所述每个门转子绕其旋转的第二轴彼此间隔90定位，其中该活塞具有八个垂体，各垂体相对于第一轴相互间隔45度定位。

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