[发明专利]内燃机

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2005年11月23日提交的美国临时申请第 60/739,484号的权益。

发明领域

本发明涉及一种改进的旋转式内燃机。

发明背景

内燃机是众所周知的。最通用的内燃机的类型是一种具有至少一 个活塞的内燃机，所述活塞设置在气缸中，并利用连杆而连接在曲轴 上。活塞在操作期间从气缸的顶部移动至气缸的底部，这也被称为行 程长度。当活塞朝着气缸的顶部移动时，喷射到气缸中的空气和燃料 被压缩。一旦空气和燃料被压缩，就使其燃烧，迫使活塞在气缸中向 下移动。随着活塞在气缸中以循环方式移动时，空气被带到气缸中进 行压缩和燃烧。

活塞在气缸中的运动通过连杆而转移至曲轴，其将活塞的线性运 动转换成旋转运动。连杆具有轴承，其偏离曲轴轴承的中心，并连接 在连杆上。随着轴承至曲轴中心的距离增加，活塞的行程长度增加， 并且产生增加的扭矩量的能力也得以提高。然而，增加的行程长度还 增加了气缸内的空气的压缩量。内燃机的其中一个缺点是提高气缸内 部的空气压缩，其可能造成空气和燃料过早地燃烧。因此，在传统的 汽油内燃机中，行程长度和因而可产生的最大扭矩是有限的。

另外，连杆的角度也随着活塞在气缸内移动，且曲轴旋转时而变 化。为了应付活塞在气缸中的往复运动，曲轴通常是较重的。在活塞 这种运动传递期间浪费了大量的热能和机械能量。在燃烧行程期间， 活塞还必须在“上止点”位置(活塞已经移动到气缸的顶部的位置)停 下来。这使得可用于提供机械能量的有价值的热量和能量散失了。大 约三分之一的燃烧热能通过冷却系统而损失了，另有三分之一的燃烧 热能通过排气系统而损失了。这留下了三分之一的燃烧热能可用于机 械能量。

活塞在气缸内滑动，并依赖油，以最大限度地减小摩擦。在活塞 的一部分行程中，连杆的角度定位成使得活塞一个侧面上的摩擦水平 极大地增加。如果发动机没有恰当的冷却系统和油润滑作用，在有负 荷的情况下，活塞将卡在气缸的内部。油泵需要产生极大的压力，以 保持轴承在油膜上滑动，否则轴承将卡住。这种摩擦还可能产生功率 上的不一致，并减少发动机的效率。其它定位在气门机构中的摩擦点 也同样抑制了效率。

另一种发动机类型通常被称为“旋转式发动机”。这类发动机包 括设置在外壳中的转子，其中转子安装在输出轴上的大的圆叶上。该 圆叶偏离输出轴的中心，提供了杠杆作用，并因而提供了运转所需要 的扭矩。转子通常是三分面的，并在外壳内部创造了三个腔室，转子 的每个侧面各一个腔室。随着转子在外壳内旋转，各个腔室改变尺寸。 当转子旋转时，各个腔室接受来自入口的空气，之后按照与具有活塞 的内燃机相似的方式对空气进行压缩。转子将继续旋转，并且空气将 进行燃烧，并被迫离开排气口。为了帮助保持腔室彼此隔离开，在转 子和外壳之间使用密封件来阻止各个腔室中的空气和燃料的混合。

然而，这些密封件不仅以圆形方式随转子一起旋转，而且还以长 短幅圆外旋轮线(epitrochoidal)方式旋转，导致密封件过度磨损。另外， 在燃烧过程期间，典型的旋转式发动机由于不足的表面对容积比而并 不燃烧腔室内的所有燃料，其导致燃料经济性下降和更高的排放。

因此，存在对改进类型的内燃机的需求，其没有具有活塞的内燃 机的缺点，例如燃烧能量作为机械能量的不良利用、较高的摩擦、受 到活塞的行程长度的限制；并且还没有旋转式发动机的缺点，例如不 良的密封性能、不良的燃料经济性、以及由于输出轴上有限的杠杆作 用而引起的较低的扭矩。

发明概要

本发明是一种内燃机，其具有转子，所述转子可操作地与至少一 个叶片相关联而形成至少一个可变腔室，其中所述至少一个叶片具有 第一凸轮滚柱(cam roller)和第二凸轮滚柱。本发明还包括用于接收转 子的壳体(block)，其中壳体具有入口和出口，以及至少一个可操作地 与第一凸轮滚柱和第二凸轮滚柱相关联的滚柱凸轮(roller cam)，以及 由壳体容纳的点火源，其可操作地与可变腔室相关联。