專利名稱：軌道式發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，更具體地涉及一種具有活塞沿環(huán)形路徑運動的軌道活塞運動的內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)一般可分為三種基本類型往復(fù)式或氣缸沖程式、旋轉(zhuǎn)式及透平式。三種型式中的每一種都構(gòu)建良好，并在其長期的發(fā)展歷史中得到持續(xù)的增強(qiáng)。
往復(fù)式或氣缸沖程式發(fā)動機(jī)是其中曲軸被在氣缸內(nèi)作上下運動的活塞帶動旋轉(zhuǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。通常在汽車應(yīng)用中，往復(fù)式發(fā)動機(jī)是四沖程的類型，其中，爆發(fā)性混合物在第一沖程吸入氣缸，在第二沖程壓縮并點火，在第三沖程做功，燃燒的產(chǎn)物在第四沖程排出。
旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)是一種功率直接傳遞給旋轉(zhuǎn)部件的內(nèi)燃機(jī)。就汽車中的應(yīng)用而言，Mazda汽車?yán)锼玫腤ankel發(fā)動機(jī)是普通的例子。換句話說，旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)是具有一般帶有隨旋轉(zhuǎn)而振動的三角形活塞的燃燒室的內(nèi)燃機(jī)。
透平式發(fā)動機(jī)是運動流體中的能量通過使葉片形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的發(fā)動機(jī)。典型的透平式發(fā)動機(jī)有一組吸入并壓縮空氣的轉(zhuǎn)子葉片。然后加入燃料并點火。膨脹的熱燃燒氣體在通過一組透平葉片時得到加速。該組透平葉片機(jī)械地連接到該組轉(zhuǎn)子葉片上，提供的動力使該組轉(zhuǎn)子葉片持續(xù)旋轉(zhuǎn)并吸入新鮮空氣。廣泛地講，透平就是運動的流體中的能量通過該流體與排列在輪體或缸體周圍的一系列葉片或槳葉的碰撞或作用轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的各種型式中的任何一種機(jī)器。
三種常用型式中的每一種內(nèi)燃機(jī)都具有各自的優(yōu)缺點。往復(fù)式發(fā)動機(jī)有成熟的設(shè)計，相對低的成本，中等的功率/重量比，中等的尺寸和中等的燃料效率。旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)有不太成熟的設(shè)計，中等的成本，較高的功率/重量比，較小的尺寸，中等到較低的燃料效率。透平式發(fā)動機(jī)具有成熟的設(shè)計，高成本，高功率/重量比，大尺寸和低燃料效率。
如此，可以看出，對于內(nèi)燃機(jī)需要至少可以綜合以上三種型式內(nèi)燃機(jī)的部分優(yōu)點。比如，優(yōu)選的發(fā)動機(jī)可以擁有往復(fù)式發(fā)動機(jī)的相對低的制造成本，旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)的高功率/重量比和小尺寸，同時還擁有不是任意一種內(nèi)燃機(jī)通常具有的較高的燃料效率。本發(fā)明的目的就是這樣一種優(yōu)選的發(fā)動機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明不同于發(fā)明者所知的任何一種發(fā)動機(jī)。與已知的發(fā)動機(jī)不同，本發(fā)明不是旋轉(zhuǎn)式、透平式或往復(fù)式發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的確包括活塞，但活塞不像已知的發(fā)動機(jī)那樣作直線運動，而是作圓周運動，因此，活塞不具有諸如沖程的頂端或底端的停止和反向，使本發(fā)明的發(fā)動機(jī)更有效率地運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的軌道形運動使其具有更高的功率和更平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。如透平式發(fā)動機(jī)一樣，本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的圓形運動是高效率的。然而，與本發(fā)明的發(fā)動機(jī)不同的是，透平式發(fā)動機(jī)沒有承受作用力的密閉容積，因此而丟失一部分動力。為彌補這部分動力的損失，透平式發(fā)動機(jī)必須燃燒更多的燃料，使其經(jīng)濟(jì)性降低。
本發(fā)明的發(fā)動機(jī)包括一個優(yōu)選地以兩半部分形成的發(fā)動機(jī)塊，盡管根據(jù)制造方法或制造廠的意圖，也可采用更多或更少的組成部分(二部分，三部分，四部分等)。例如，對一個較小的發(fā)動機(jī)來說，兩半部分是合適的，但對較大的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)塊可以由多個部分形成。當(dāng)各部分附接在一起時，發(fā)動機(jī)塊就具有通常內(nèi)部中空的環(huán)面的形式，等同于常規(guī)的活塞沖程式發(fā)動機(jī)的氣缸，活塞以環(huán)形或軌道方式通過或繞該環(huán)面運動。曲軸軸向地穿過環(huán)面的中心，垂直于該環(huán)面的平面。大致對應(yīng)于常規(guī)往復(fù)式發(fā)動機(jī)的連桿的連接盤徑向地延伸在曲軸和活塞之間，因而將活塞連接到曲軸上?；蛘?，在環(huán)面外周設(shè)置曲柄，連接盤徑向地向外延伸在活塞和曲柄之間，因此將活塞連接到曲柄上。連桿或其等效物可作為連接盤的替代。
為了允許活塞與曲軸之間的連接，兩半部分的發(fā)動機(jī)塊具有成圓周地形成或切削在該環(huán)面內(nèi)表面上的凹槽，連接盤通過該凹槽延伸。凹槽包括環(huán)面的整個內(nèi)圓周表面，因而允許連接盤通過發(fā)動機(jī)繞曲軸作360°旋轉(zhuǎn)。類似地，為了允許活塞與曲柄之間的連接，兩半部分的發(fā)動機(jī)塊具有成圓周地形成或切削在環(huán)面外表面上的凹槽，連接盤通過該凹槽延伸。凹槽包括環(huán)面的整個外圓周表面，因而允許連接盤通過發(fā)動機(jī)作360°旋轉(zhuǎn)。
燃料吸入系統(tǒng)可與常規(guī)的往復(fù)式發(fā)動機(jī)非常相似，但閥系列除外。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)不使用常規(guī)的凸輪閥或提升閥，而使用旋轉(zhuǎn)式盤閥、簧片閥、球閥或類似的閥。因而允許發(fā)動機(jī)在沒有閥浮動的情況下以更高的每分鐘轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。此外，這樣還增加了發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下文對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳盡敘述之后，本發(fā)明的這些特征及其它特征和優(yōu)點對于相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的常規(guī)熟練技術(shù)人員來說就更明顯了。


圖1是本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的分解透視圖。
圖2是該發(fā)動機(jī)的俯視剖面圖。
圖3A是該發(fā)動機(jī)的取自圖2中的直線3’-3’的側(cè)視剖面圖。
圖3B是圖3A的左側(cè)部分的放大側(cè)視圖。
圖4A是本發(fā)動機(jī)中使用的說明性的室閥(chambering valve)盤的側(cè)視圖。
圖4B是本發(fā)動機(jī)中使用的備選的室閥盤的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)動機(jī)中使用的活塞-連接盤-曲軸結(jié)構(gòu)的一個實施例的俯視圖。
圖6是本發(fā)動機(jī)中使用的活塞-連接盤-曲軸結(jié)構(gòu)的備選實施例的俯視圖。
圖7-10從以下四個不同位置說明了發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)圖7A所示為在任意初始位置盤閥打開時的俯視圖，圖7B是發(fā)動機(jī)處于7A中所示的位置時的分解透視圖。
圖8A所示為相對于初始位置轉(zhuǎn)過大約30°的位置盤閥關(guān)閉時的俯視圖，圖8B是發(fā)動機(jī)處于圖8A中所示的位置時的分解透視圖。
圖9A所示為相對于初始位置轉(zhuǎn)過大約60°的位置的俯視圖，圖9B是發(fā)動機(jī)處于圖9A中所示的位置時的分解透視圖。
圖10A所示為相對于初始位置轉(zhuǎn)過大約90°的位置的俯視圖，圖10B是發(fā)動機(jī)處于圖10A中所示的位置時的分解透視圖。
圖11是帶有每個室閥的多活塞的發(fā)動機(jī)的備選實施例的俯視剖面圖。
圖12是帶有每個活塞的多室閥的發(fā)動機(jī)的備選實施例的俯視圖。
圖13所示為一種結(jié)合四個發(fā)動機(jī)單元的模塊或多單元的設(shè)計。
圖14是本發(fā)動機(jī)中使用的活塞-連接盤-曲柄結(jié)構(gòu)的一個實施例的俯視圖。
圖15是本發(fā)明中使用的一種備選的室閥圓柱的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參見圖1-15，這些圖展示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1是本發(fā)明的發(fā)動機(jī)10的分解透視圖，顯示了活塞室12的兩半部分設(shè)計。圖2是發(fā)動機(jī)10中雙活塞14實施例的俯視剖面圖，顯示了發(fā)動機(jī)10各個主要配件間的相對位置。圖3A是發(fā)動機(jī)的沿圖2中直線3’-3’的側(cè)視剖面圖，顯示了活塞室12的基本形狀及室閥16的位置和運轉(zhuǎn)，室閥在此視圖中為盤閥。圖3B是圖3A的左側(cè)部分的放大的側(cè)視圖，顯示了活塞與活塞室及閥腔凹槽的關(guān)系，以及連接盤與活塞室是如何互相作用的。
圖4A是發(fā)動機(jī)中所用的說明性盤閥16的側(cè)視圖，顯示了優(yōu)選的單槽口80結(jié)構(gòu)。圖4B是發(fā)動機(jī)中所用的備選的說明性盤閥16的側(cè)視圖，顯示了雙槽口80結(jié)構(gòu)。圖15是發(fā)動機(jī)中所用的備選的室閥圓柱71的側(cè)視圖，顯示了一個類似于盤閥16的槽口80的切削槽口72。
圖5是一種備選實施例結(jié)構(gòu)的俯視圖，顯示了可用于發(fā)動機(jī)10的活塞14、連接盤62和曲軸60之間的關(guān)系，此視圖中的結(jié)構(gòu)為實心的結(jié)構(gòu)。圖6是一種可用于發(fā)動機(jī)的實施例結(jié)構(gòu)的俯視圖，顯示了活塞14、連接盤62和曲軸60之間的關(guān)系，此視圖中的結(jié)構(gòu)為輪輻型的結(jié)構(gòu)。
圖7-10從四個不同位置說明了發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)。圖7A和7B所示為室閥16打開且活塞14正經(jīng)過此閥的任意初始位置。圖8A和8B所示為從初始位置大約轉(zhuǎn)動30°的位置，室閥16關(guān)閉，燃料混合物30開始通過燃料進(jìn)口46，50進(jìn)入活塞14及各個室閥16之間的活塞室12。圖9A和9B所示為從初始位置大約轉(zhuǎn)動60°的位置，燃料混合物30被點火并膨脹，將動力傳遞給活塞。圖10A和10B所示為從初始位置大約轉(zhuǎn)動90°的位置，活塞14通過活塞室12持續(xù)其產(chǎn)生動力的運動，推動位于其前方的廢氣并將其排出排氣口48，52。
圖11所示為帶有每個室閥16的多個活塞14的備選實施例。圖12所示為帶有每個活塞14的多個室閥16的備選實施例。此外，在一個多模塊結(jié)構(gòu)中，每個模塊可以具有一個活塞14和一個室閥16，只要其余模塊優(yōu)選地交替產(chǎn)生平衡的力。同樣地，根據(jù)尺寸、重量和其它因素，單活塞14、單室閥16的設(shè)計也是可以制造的。
圖13顯示了一種結(jié)合四個發(fā)動機(jī)單元的模塊化或多單元設(shè)計。更具體地說，圖13顯示了將四臺發(fā)動機(jī)10順次地連接到共用曲軸60上以制造一臺更大功率的單發(fā)動機(jī)的用法。任意數(shù)目的發(fā)動機(jī)單元都可以連接到一起以制造較大或較小功率的發(fā)動機(jī)。此外，發(fā)動機(jī)10可以被設(shè)計成單個活塞14帶一個或多個室閥16，或單個或多個活塞14帶單個室閥16。
圖14顯示了一種用于發(fā)動機(jī)中作為替代連接盤的活塞-連接盤-曲柄結(jié)構(gòu)的一個實施例的俯視圖。曲柄位于發(fā)動機(jī)主體之外，而連接盤在發(fā)動機(jī)主體內(nèi)部。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)10的說明性實施例包括第一半塊42A和第二半塊42B，兩者組合成為發(fā)動機(jī)塊42。第一半塊42A和第二半塊42B可以彼此完全相同，只有很小的或沒有例外。雖然發(fā)動機(jī)10和發(fā)動機(jī)半塊42A和42B可以定向在任意所需的平面上，但為了保持?jǐn)⑹龅囊恢滦裕鲌D中及對優(yōu)選實施例的描述中發(fā)動機(jī)10定向在水平面上。在此基礎(chǔ)上，第一半塊42A被稱為底半部分，與其相關(guān)的元件及部件稱為各個底部元件及部件；第二半塊42B被稱為頂半部分，與其相關(guān)的元件及部件稱為各個頂部元件及部件。然而，這并不意味著把發(fā)動機(jī)10限制在水平面上，因為發(fā)動機(jī)10可垂直地或在一定傾角的情況下運轉(zhuǎn)。
此外，本說明書公開了一種說明性發(fā)動機(jī)10，具有兩個活塞14，兩個室閥16和室閥16在其中旋轉(zhuǎn)的兩個相關(guān)的室閥腔54，56，兩根燃料吸入管46，50(每根與一個室閥16相關(guān)聯(lián))，和兩根排氣管48，52(每根與一個室閥16相關(guān)聯(lián))。然而，本發(fā)明并不局限于兩活塞和兩室閥的設(shè)計，可以包括任意數(shù)目的活塞和閥。
第一底部半塊42A包括底部活塞室12A，第一吸入管底半部分46A，第一排氣管底半部分48A，第二吸入管底半部分50A，第二排氣管底半部分52A，第一室閥底腔54A，和第二室閥底腔56A。第二頂部半塊42B包括頂部活塞室12B，第一吸入管頂半部分46B，第一排氣管頂半部分48B，第二吸入管頂半部分50B，第二排氣管頂半部分52B，第一室閥的頂腔54B，和第二室閥的頂腔56B。當(dāng)?shù)谝坏撞堪雺K42A和第二頂部半塊42B放置在一起組成發(fā)動機(jī)塊42時，各個部件的兩半部分彼此配合，即底部活塞室12A與頂部活塞室12B配合形成活塞室12，第一吸入管底半部分46A與第一吸入管頂半部分46B配合形成第一吸入管46，第一排氣管底半部分48A與第一排氣管頂半部分48B配合形成第一排氣管48，第二吸入管底半部分50A與第二吸入管頂半部分50B配合形成第二吸入管50，第二排氣管底半部分52A與第二排氣管頂半部分52B配合形成第二排氣管52，第一室閥底腔54A與第一室閥頂腔54B配合形成第一室閥腔54，以及第二室閥底腔56A與第二室閥頂腔56B配合形成第二室閥腔56。
通過將兩個半塊42A和42B用螺栓緊固到一起形成發(fā)動機(jī)塊42，該發(fā)動機(jī)塊42包括一個具有作為活塞室12的基本上中空的內(nèi)部的環(huán)面，相當(dāng)于常規(guī)活塞沖程式發(fā)動機(jī)的氣缸或多個氣缸?；钊?4通過活塞室12并繞該活塞室作圓形或軌道方式的運動。曲軸60最好軸向通過環(huán)面的中心并垂直于該環(huán)面的平面，活塞14和曲軸60繞作為曲軸60的軸中心線的軸線軸向轉(zhuǎn)動。連接盤62徑向地延伸在曲軸60和活塞14之間，如此將活塞14連接到曲軸60上?；蛘呷鐖D14所示，曲柄162設(shè)置在環(huán)面的外圍，連接盤徑向地向外延伸在活塞14和曲柄之間，如此將活塞14連接到曲柄162上。
為了允許活塞14和曲軸60之間的連接，發(fā)動機(jī)塊42具有形成或切削在環(huán)面的內(nèi)圓周表面上(就是說，在最小的半徑或直徑的范圍處)的凹槽64，連接盤62通過凹槽64延伸。凹槽64在環(huán)面的整個內(nèi)圓周表面上延伸，因而允許連接盤62通過發(fā)動機(jī)10并繞曲軸60作全部360°旋轉(zhuǎn)。類似地，為了允許活塞14和曲柄之間的連接，發(fā)動機(jī)塊42有形成或切削在環(huán)面的外圓周表面上(就是說，在最大的半徑或直徑的范圍處)的凹槽(圖中未示出)，連接盤62通過該凹槽延伸。在該實施例中，凹槽繞環(huán)面的整個外圓周表面延伸，因而允許連接盤62通過發(fā)動機(jī)10作全部360°旋轉(zhuǎn)。
圖2是將第二頂部半塊42B移去后發(fā)動機(jī)10的俯視圖，這樣做是為了更好地顯示發(fā)動機(jī)10的內(nèi)部構(gòu)造，特別是活塞室12，活塞14，連接盤62的圓的形狀以及吸入導(dǎo)管46，50和排氣導(dǎo)管48，52。圖3A是發(fā)動機(jī)10的通過圖2中的直線3’-3’的側(cè)視剖面圖，第二頂部半塊42B在其位置上，可以更好地顯示發(fā)動機(jī)10的內(nèi)部構(gòu)造，特別是室閥16和室閥腔54，56。圖3B是圖3A的左側(cè)部分的放大的側(cè)視圖，意在更好地顯示發(fā)動機(jī)10的各個結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，以及連接盤62與活塞室12是如何互相作用的。
圖4A是發(fā)動機(jī)10中所用的說明性室閥16，即盤閥16的側(cè)視圖，盤閥16是一個平圓板，有一個基本上梯形的槽口80。盤閥16以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在室閥腔54，56內(nèi)，這樣盤閥16延伸到活塞室12中。盤閥16位于基本垂直于活塞室12平面的平面內(nèi)，這樣盤閥通過活塞室12的環(huán)形截面旋轉(zhuǎn)。如下文中的詳述，當(dāng)盤閥16旋轉(zhuǎn)時交替地密封和打開活塞室12，當(dāng)平圓板區(qū)域旋轉(zhuǎn)經(jīng)過活塞室12時密封活塞室12，當(dāng)槽口80旋轉(zhuǎn)經(jīng)過活塞室12時打開活塞室12。當(dāng)槽口80旋轉(zhuǎn)經(jīng)過活塞室12時，活塞14可以在繞活塞室12旋轉(zhuǎn)時無阻礙地經(jīng)過槽口80。在其它時刻，平圓板區(qū)域封閉活塞室12，形成密封的點火室區(qū)域90用以點燃燃料，和密封的廢氣排出室區(qū)域92用以排出燃燒產(chǎn)物。槽口80的尺寸可使活塞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過盤閥16時保持活塞室12完全打開，這就是槽口是梯形而不是圓形開口的原因。
室閥16機(jī)械地連接到曲軸60或等同物上，這樣，室閥16以與曲軸60協(xié)調(diào)的方式旋轉(zhuǎn)。在圖示的雙活塞盤閥的實施例中，盤閥16與曲軸60的轉(zhuǎn)速比是2∶1。就是說，為了使兩個活塞14無阻礙地旋轉(zhuǎn)通過槽口80，當(dāng)曲軸60旋轉(zhuǎn)一周時，盤閥16必須旋轉(zhuǎn)兩周。對于更多或更少數(shù)量的活塞，盤閥16和曲軸60之間的轉(zhuǎn)速比根據(jù)活塞14的數(shù)量變化?；蛘撸议y16可以有多個槽口80，這樣就允許數(shù)目相同的活塞14在室閥16每旋轉(zhuǎn)一周的過程中經(jīng)過室閥16。例如，如圖4B中所示，具有兩個相對的槽口80的室閥16只需旋轉(zhuǎn)一周就能讓兩個活塞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過槽口80，結(jié)果是對于雙活塞雙室閥的實施例盤閥16與曲軸60以1∶1的轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通熟練技術(shù)人員能夠設(shè)計曲軸60或其等同物與室閥16之間的合適的機(jī)械的傳動聯(lián)系或其它型式的聯(lián)系，使槽口80或其等同物在活塞14在活塞室12內(nèi)接近或經(jīng)過室閥16時旋轉(zhuǎn)經(jīng)過活塞室12室閥。
圖15展示了一種備選的室閥16，說明了一個帶有切削槽口72的圓柱閥71。圓柱閥繞垂直的軸A旋轉(zhuǎn)，切削槽口72旋轉(zhuǎn)經(jīng)過活塞室12。圓柱閥71的旋轉(zhuǎn)被定時，這樣，類似于圖7A和7B中所示活塞14經(jīng)過室閥16的槽口80，當(dāng)活塞14接近和經(jīng)過切削槽口72時，切削口72與活塞室12對準(zhǔn)。室閥腔54，56處于與圖7A和7B以及其他相關(guān)附圖所示的相同室閥的相對位置，但形狀不是盤形而是圓柱形，以容納圓柱閥71。對于其它備選的室閥，諸如球閥或簧片閥，室閥腔54，56被構(gòu)造成適應(yīng)這些備選形狀的實施例。
圖5和圖6說明了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實施例以及活塞14，連接盤62和曲軸60之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，圖5所示為結(jié)合實心盤或板70的實心式設(shè)計，圖6則是一種輪輻式設(shè)計。在輪輻式設(shè)計中，外圈68延伸在各輪輻之間，其中在實心式設(shè)計中，外邊緣和接近外邊緣的區(qū)域起到外圈68的作用。活塞14被附接到或接近于連接盤62或外圈68的外圓周上的預(yù)定位置。從圖3B中可看出，外圈68延伸到凹槽64中并用適當(dāng)?shù)拿芊庋b置(未示出)以使外圈68繞凹槽64旋轉(zhuǎn)并保持活塞室12的整體完整性的方式將凹槽64封閉。凹槽64，外圈68及已知的密封或密封裝置之間的配合結(jié)構(gòu)將活塞室12維持為一個整體密封的空間?？稍谕馊?8和凹槽64之間注入或放置諸如油的潤滑劑或諸如Teflon的光滑材料，以減小外圈68旋轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生的磨擦。曲軸6垂直地附接在連接盤62的軸向中心或通過盤70的軸向中心。
圖7-10通過展示發(fā)動機(jī)10在四個不同位置的旋轉(zhuǎn)說明了發(fā)動機(jī)10的常規(guī)運轉(zhuǎn)。圖7A和7B所示為任選的初始位置，室閥16打開，活塞14經(jīng)過室閥16。在此位置，活塞14剛通過排氣管48，52完成燃燒產(chǎn)物的排放，并且經(jīng)過槽口80為吸入燃料做準(zhǔn)備。
圖8A和8B所示為從圖7A和7B所示的初始位置轉(zhuǎn)過大約30°的位置，室閥16關(guān)閉，燃料混合物30(小循環(huán))開始通過燃料進(jìn)口46，50進(jìn)入到活塞14和各自的室閥16之間的活塞室12。位于關(guān)閉的室閥16和活塞14后側(cè)之間的活塞室12的容積為點火室區(qū)90，該點火室區(qū)90裝有燃料進(jìn)口46，50和點火裝置96。此時(或稍后)，室閥16旋轉(zhuǎn)以關(guān)閉活塞室12，諸如火花塞的火花裝置或其它點火裝置96引起燃料混合物30在點火區(qū)90內(nèi)爆發(fā)(燃燒)，使燃燒氣體迅速膨脹，如常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)中一樣。
圖9A和9B所示為從圖7A和7B所示的初始位置轉(zhuǎn)過大約60°的位置，燃料混合物30被點火并膨脹(大循環(huán))，將動力傳遞給活塞14。該過程推動活塞14繼續(xù)沿同一個轉(zhuǎn)動方向旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)再經(jīng)連接盤62傳遞給曲軸60。室閥16在此步驟中依然關(guān)閉活塞室12。
圖10A和10B所示為從圖7A和7B所示的初始位置轉(zhuǎn)過大約90°的位置，活塞持續(xù)其通過活塞室12的動力運動，推動位于其前方的來自先前燃燒的廢氣由排氣口48，52排出。室閥16在此步驟中依然關(guān)閉活塞室12，使來自先前燃燒的廢氣由排氣口48，52排出活塞室12。位于關(guān)閉的室閥16和活塞14前側(cè)之間的活塞室12的容積為排出室區(qū)域92，裝有廢氣排出口48，52。當(dāng)活塞14移動到接近室閥16時(即每個活塞14移動到接近下一個順次的室閥16時)，槽口80旋轉(zhuǎn)到進(jìn)入活塞室中，使活塞14通過槽口80，恢復(fù)到圖7A和7B所示的位置。
圖11所示為具有每個室閥16的多個活塞14室閥的備選實施例。例如，可以有兩個室閥16和二、四、六、八個或更多的二的倍數(shù)個活塞14，該多個活塞14等距離地分布在活塞室12周圍，以使作用到連接盤62上的動力平衡。同樣，也可以有三個室閥16與三、六、九個或更多的三的倍數(shù)個活塞14相配合。圖12所示為具有每個活塞14的多個室閥16的備選實施例。在一個多模塊結(jié)構(gòu)中，存在每個模塊可以有一個活塞14和/或一個室閥16的可能性，只要其余的模塊交替地排列以產(chǎn)生平衡的力。取決于尺寸、重量和其它因素，可以制造單活塞14，單室閥16的設(shè)計。
燃料混合物30可以通過常規(guī)的或未來開發(fā)的方式經(jīng)閥門流入或噴射進(jìn)點火區(qū)90，諸如經(jīng)定時后與活塞合適的位置相一致的燃料噴射系統(tǒng)。因此，通過已知的或未來開發(fā)的機(jī)械的、電氣的、電子的、光學(xué)的或其它相當(dāng)?shù)姆绞?，可以對燃料噴射系統(tǒng)或其它燃料引進(jìn)系統(tǒng)或裝置進(jìn)行定時或使其與曲軸60和/或室閥16的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以利用這些裝置而無需過度的試驗。
燃料吸入系統(tǒng)最好與普通的往復(fù)式發(fā)動機(jī)相同，但閥系列除外。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)10不使用常規(guī)的凸輪閥或提升閥，而可以使用旋轉(zhuǎn)式盤閥、簧片閥、球閥或類似的閥。這樣就允許發(fā)動機(jī)在沒有閥浮動的情況下以更高的每分鐘轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。此外，這樣還增加了發(fā)動機(jī)10運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。
從排氣口48，52中排出的廢氣可通過排氣系統(tǒng)(未示出)排至大氣或廢氣處理系統(tǒng)。可根據(jù)需要或在必要情況下采用常規(guī)的排氣部件，諸如催化轉(zhuǎn)換凈化器及消音器。
圖13所示為一個結(jié)合四個發(fā)動機(jī)單元的模塊式或多單元設(shè)計。更具體地，圖13展示了將四臺發(fā)動機(jī)10順次連接到共用的曲軸60上以制造一臺功率更大的發(fā)動機(jī)的用法。因為發(fā)動機(jī)塊42是單元化設(shè)計，每個發(fā)動機(jī)塊42可以與其他發(fā)動機(jī)塊42完全相同，并且為獲得更大的功率可以將此塊組合成模塊式或多單元設(shè)計。各種數(shù)目的發(fā)動機(jī)塊42可順次連接到共用的曲軸60周圍，所有發(fā)動機(jī)塊42都可用于驅(qū)動該共用的曲軸60。此外，發(fā)動機(jī)塊42可以根據(jù)不同的功率需求做成不同的尺寸。小的發(fā)動機(jī)塊42可以應(yīng)用到諸如割草機(jī)中，而大的發(fā)動機(jī)塊42可以應(yīng)用到諸如汽車發(fā)動機(jī)中。任意數(shù)目的發(fā)動機(jī)單元都可以連接到一起以組成具有較高或較低功率的發(fā)動機(jī)。
發(fā)動機(jī)10可采用風(fēng)冷、耗散式冷卻或液體冷卻。發(fā)動機(jī)10的低應(yīng)力和平穩(wěn)性可帶來這些好處和可能性。各種已知的和常規(guī)的冷卻系統(tǒng)(未示出)都可以由本技術(shù)領(lǐng)域的普通熟練人員應(yīng)用到發(fā)動機(jī)10上而無需過度的試驗。示范性的風(fēng)冷系統(tǒng)可包括導(dǎo)向葉片，用于將冷卻空氣導(dǎo)向發(fā)動機(jī)10的各部件。示范性的耗散式冷卻系統(tǒng)可包括散熱器或散熱片用于從發(fā)動機(jī)10的各部件帶走熱量。示范性的液體冷卻系統(tǒng)可包括與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)很相似的液體循環(huán)管路。這些冷卻方法和系統(tǒng)在本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)中都是已知的。
本發(fā)明的發(fā)動機(jī)有諸多益處。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)具有超過基于往復(fù)式活塞傳遞動能和勢能所產(chǎn)生的離心動量的往復(fù)式發(fā)動機(jī)的更高的效率。此外，本發(fā)動機(jī)無需壓縮活塞頭與氣缸之間的空氣及燃料混合物，也無需為了將燃料空氣混合物吸入到活塞室內(nèi)而制造真空。此外，活塞的力總是垂直于旋轉(zhuǎn)的方向，并且一直保持與轉(zhuǎn)動軸相同的距離。
本發(fā)動機(jī)有更高的馬力和扭矩。扭矩的增加是因為有較長的力臂。本發(fā)動機(jī)可在較高的每分鐘轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)而沒有不利的活塞的方向改變，因此內(nèi)耗更少，沒有往復(fù)慣量，且閥系列也不受發(fā)動機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速的限制。與現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)相比，本發(fā)動機(jī)也具有較低的復(fù)雜性水平，有較少的運動部件并更易于維護(hù)。本發(fā)動機(jī)還具有更小的內(nèi)部摩擦，因此可以使用針式、輥式和滾珠式軸承，而不是常規(guī)發(fā)動機(jī)中的平面軸承。
本發(fā)動機(jī)具有更高的功率/重量比，意味著它可以在同功率輸出情況下做得更小、更輕。本發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)可以具有較低的剛度，因此可以使用較少的材料，結(jié)果是，本發(fā)動機(jī)在尺寸上可大可小，以適用于各種不同的裝置，從諸如割草機(jī)和修草坪機(jī)的小尺寸園藝設(shè)備，到諸如摩托車和發(fā)電機(jī)的中等尺寸發(fā)動機(jī)，再到大尺寸的汽車發(fā)動機(jī)，甚至還可應(yīng)用到大型機(jī)車，船舶及電站發(fā)動機(jī)中。
此外，本發(fā)動機(jī)是模塊化設(shè)計，即多個發(fā)動機(jī)單元可疊加在一起形成多單元設(shè)計，類似于常規(guī)的多缸發(fā)動機(jī)。這種模塊化設(shè)計可以更容易通過簡單的增加額外的單元而增強(qiáng)其性能，因每個單元都完全相同而降低制造成本，因每個單元在發(fā)生故障時可被更換而易于維護(hù)。換句話說，單元的組合可視為完全獨立的被組合發(fā)動機(jī)之間的組合而不是缸數(shù)的增加。以商店或消費者的水平向標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)添加氣缸是不可能的。而且，如果常規(guī)發(fā)動機(jī)中一個氣缸損壞，整臺發(fā)動機(jī)就必須重造。對本發(fā)動機(jī)而言，人們可容易地增加或減少模塊，如果某個模塊損壞，可簡單地僅僅更換或修理該模塊。
以上關(guān)于優(yōu)選實施例的詳盡描述、示例及附圖僅用作說明的目的，無意于限制由附后的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍及要旨及其等效內(nèi)容。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練應(yīng)用者應(yīng)能認(rèn)識到可以對本說明書中公開的發(fā)明進(jìn)行多種變化而不背離本發(fā)明的范圍及要旨。
權(quán)利要求
1.一種軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)包括a)環(huán)形的活塞室；b)為在活塞室內(nèi)作軌道形旋轉(zhuǎn)設(shè)置的至少一個活塞；c)室閥用于交替地關(guān)閉及打開至少一部分活塞室的至少一個室閥；d)使燃料混合物進(jìn)入到活塞室中的至少一個進(jìn)氣管；e)用于點燃燃料混合物使其燃燒并產(chǎn)生燃燒氣體的至少一個點火裝置；和f)使燃燒氣體排出活塞室的至少一個廢氣排出管，其中，當(dāng)活塞經(jīng)過室閥時，室閥將活塞室關(guān)閉，燃料混合物被導(dǎo)入活塞室內(nèi)活塞后方和活塞和室閥之間的點火室區(qū)，點火裝置將燃料混合物點燃，燃燒氣體將動力傳給活塞，因此使活塞在活塞室內(nèi)連續(xù)進(jìn)行軌道形旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括在第一位置連接到活塞的連接盤。
3.如權(quán)利要求2所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括通過活塞室的圓周凹槽，連接盤通過該圓周凹槽延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括連接到連接盤的第二部分的曲軸。
5.如權(quán)利要求4所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中圓周凹槽位于環(huán)形活塞室的內(nèi)圓周上，曲軸沿環(huán)形活塞室的軸向中心線定位。
6.如權(quán)利要求4所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中圓周凹槽位于環(huán)形活塞室的外圓周上，曲軸具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，位于環(huán)形活塞室的外圓周外。
7.如權(quán)利要求2所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中連接盤是實心板。
8.如權(quán)利要求1所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中閥的數(shù)目相對于活塞數(shù)目為整數(shù)比。
9.一種軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)包括a)環(huán)形的活塞室；b)為在活塞室內(nèi)作軌道形旋轉(zhuǎn)而設(shè)置并具有前側(cè)和后側(cè)的至少一個活塞；c)至少一個室閥，每個閥包括一個用于交替地關(guān)閉及打開至少一部分活塞室的槽口；d)使燃料混合物進(jìn)入到活塞室中的至少一個進(jìn)氣管；e)用于點燃燃料混合物，使其燃燒并產(chǎn)生燃燒氣體的至少一個點火裝置；和f)使燃燒氣體排出活塞室的至少一個廢氣排出管，其中，當(dāng)活塞經(jīng)過室閥時，室閥旋轉(zhuǎn)將活塞室關(guān)閉，以便在活塞室內(nèi)活塞的后方以及關(guān)閉的室閥和活塞后側(cè)之間形成點火室區(qū)，燃料混合物被導(dǎo)入到點火室區(qū)，點火裝置將燃料混合物點燃，燃燒氣體在點火區(qū)內(nèi)膨脹并通過接觸活塞后側(cè)將動力傳給活塞，因此使活塞在活塞室內(nèi)連續(xù)進(jìn)行軌道形旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括在第一部分連接到活塞的連接盤。
11.如權(quán)利要求10所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括通過活塞室的圓周凹槽，連接盤通過該圓周凹槽延伸。
12.如權(quán)利要求11所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括連接到連接盤的第二部分的曲軸。
13.如權(quán)利要求12所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中圓周凹槽位于環(huán)形活塞室的內(nèi)圓周上，曲軸沿環(huán)形活塞室的軸向中心線定位。
14.一種軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)包括a)環(huán)形的活塞室；b)為在活塞室內(nèi)作軌道形旋轉(zhuǎn)設(shè)置并具有前側(cè)和后側(cè)的至少一個活塞；c)至少一個盤閥，每個盤閥包括具有一個槽口的基本平整的圓板，用于交替地關(guān)閉及打開至少一部分活塞室；d)使燃料混合物進(jìn)入到活塞室中的至少一個進(jìn)氣管；e)用于點燃燃料混合物，使其燃燒并產(chǎn)生燃燒氣體的至少一個點火裝置；f)使燃燒氣體排出活塞室的至少一個廢氣排出管；g)位于活塞室內(nèi)盤閥和活塞后側(cè)之間并裝有進(jìn)氣管和點火裝置的點火室區(qū)；h)位于活塞室內(nèi)盤閥和活塞前側(cè)之間并裝有排氣管的排氣室區(qū)；其中，當(dāng)活塞經(jīng)過盤閥時，盤閥旋轉(zhuǎn)以將活塞室關(guān)閉，以便室閥形成點火室區(qū)，燃料混合物被導(dǎo)入到點火室區(qū)，點火裝置將燃料混合物點燃，燃燒氣體在點火區(qū)內(nèi)膨脹并通過接觸活塞后側(cè)將動力傳給活塞，因此使活塞在活塞室內(nèi)進(jìn)行軌道形旋轉(zhuǎn)?；钊璐送苿游挥谄淝胺降膩碜韵惹暗狞c火的燃燒氣體進(jìn)入排出室并經(jīng)排氣管排出。
15.如權(quán)利要求14所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括在第一部分連接到活塞的連接盤。
16.如權(quán)利要求15所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括通過活塞室的圓周凹槽，連接盤通過該圓周凹槽延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括連接到連接盤的第二部分的曲軸。
18.如權(quán)利要求17所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，其中圓周凹槽位于環(huán)形活塞室的內(nèi)圓周上，曲軸沿環(huán)形活塞室的軸向中心線定位。
19.一種包括多個發(fā)動機(jī)單元的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，每個發(fā)動機(jī)單元包括a)環(huán)形的活塞室；b)為在活塞室內(nèi)作軌道形旋轉(zhuǎn)而設(shè)置并且具有前側(cè)和后側(cè)的至少一個活塞；c)至少一個室閥，每個室閥包括一個槽口，用于交替地封閉及打開至少一部分活塞室；d)使燃料混合物進(jìn)入到活塞室中的至少一個進(jìn)氣管；e)用于點燃燃料混合物，使其燃燒并產(chǎn)生燃燒氣體的至少一個點火裝置；f)使燃燒氣體排出活塞室的至少一個廢氣排出管；g)位于活塞室內(nèi)室閥和活塞后側(cè)之間并裝有進(jìn)氣管和點火裝置的點火室區(qū)；h)位于活塞室內(nèi)室閥和活塞前側(cè)之間并裝有排氣管的排氣室區(qū)；其中，當(dāng)活塞經(jīng)過室閥時，室閥將活塞室關(guān)閉，以便室閥形成點火室區(qū)，燃料混合物被導(dǎo)入到點火室區(qū)，點火裝置將混合物點燃，燃燒氣體在點火室區(qū)內(nèi)膨脹并通過接觸活塞后側(cè)將動力傳給活塞，因此使活塞在活塞室內(nèi)連續(xù)進(jìn)行軌道形旋轉(zhuǎn)?；钊璐送苿游挥谄淝胺降膩碜韵惹暗狞c火的燃燒氣體進(jìn)入排出室并經(jīng)排氣管排出。
20.如權(quán)利要求19所述的軌道式發(fā)動機(jī)，其特征在于，該軌道式發(fā)動機(jī)還包括在多個發(fā)動機(jī)單元之間延伸并機(jī)械地連接到各活塞的共用的曲軸，多個發(fā)動機(jī)單元中的每一個發(fā)動機(jī)單元都可借此將動力傳給該共用的曲軸。
全文摘要
一種軌道式發(fā)動機(jī)包括環(huán)形的活塞室，為在活塞室內(nèi)作軌道形旋轉(zhuǎn)設(shè)置的活塞，室閥用于交替地關(guān)閉及打開至少一部分活塞室的室閥，使燃料混合物進(jìn)入到活塞室中的進(jìn)氣管，用于點燃燃料混合物，使其燃燒并產(chǎn)生燃燒氣體的點火裝置，使燃燒氣體排出活塞室的廢氣排出管，在活塞室中，燃料混合物在旋轉(zhuǎn)的活塞后方被點燃，以驅(qū)動處于連續(xù)的圓形軌道中的活塞。
文檔編號F01C3/02GK101044303SQ200580016931
公開日2007年9月26日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者邁克爾D·賴特 申請人:賴特創(chuàng)新有限責(zé)任公司