[发明专利]摆线转子发动机

说明书

优先权

本专利申请要求2011年3月29日提交的发明名称为“Cycloid Rotor Engine（摆线转子发动机）”、发明人为Nikolay Shkolnik和Alexander C.Shkolnik、申请号为61/469,009的美国临时专利申请的优先权，该美国申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种发动机，更具体地，涉及一种旋转式发动机。

背景技术

旋转式发动机具有高效率、高功率密度和低零件数的前景，它吸引了无数工程师致力于这一领域。在现有技术中存在的很多种构造中，最简单、最有前景的一种构造是基于转子付（gerotors）概念的构造。参考描绘了现有技术的图1（a）至图1（d）（更具体地，参考图1（a）），转子付包括：外转子，其可旋转地安装在壳体腔（图中未示出该壳体）内并具有凹齿轮轮廓；以及内转子，其具有凸齿轮轮廓。在其运行过程中，外转子和内转子都在所述壳体内旋转，从而形成多个具有可变体积的连续腔室。这些腔室可用于在压缩机/气动马达/发动机中执行气体的压缩或膨胀，或者在泵/液压马达中执行液体的移动。一种替代构造是：外转子静止，而内转子受到偏心轴的驱动而摇摆。如此形成的可变体积腔室的行为类似于上述第一种构造。可通过使用图1（b）所示的辊-叶片转子付设计来减小与这些设计相关的摩擦损失。该方案加入了多个辊来形成移位腔室，而不是在外转子与内转子之间形成直接接触。在所有这些设计中，外转子不仅用于形成腔室，而且用于引导内转子。

由于具有很少的移动部件，毫不意外的是，这种简单的设计已吸引了试图围绕这个概念来设计旋转式发动机的许多人的注意。然而，可追溯到所有旋转式发动机的主要问题在于：在发动机的压缩、燃烧和膨胀冲程期间，难以对工作流体进行密封。虽然理论上大部分发动机表面上看起来是可行的，但由于它们不使用密封件来完全包围工作流体，实际上，当考虑到加工公差和热膨胀以及当部件也开始磨损时，在无密封件的情况下不可能密封工作流体。汪克尔发动机是最著名的一种基于转子付的发动机并且是生产中唯一使用过的，其中，3凸叶转子在2凸叶壳体内移动，如图1（c）所示。这种发动机相对成功，有如下两个主要原因：首先，外转子并不用于引导内转子，而是一对齿轮用于使内转子的移动和旋转与偏心轴的运动同步。其次，内转子与外转子之间的间隙可通过密封件的栅系统（grid work）来密封，该间隙被提供用于允许制造公差、热膨胀和磨损，这种栅系统可称为“汪克尔栅”，其包括位于转子的平坦部分上的面密封件、位于转子的每个顶点内的顶点密封件、以及连接着两种密封件的“按钮”；所有这些密封件都位于转子上，因此将随转子一起移动。理论上，这些密封件与转子本身及所述壳体一起完全包围工作流体。同样，实际上，在这些密封件之间、或者密封件与转子之间、以及密封件与壳体之间仍存在间隙，但这些间隙较小且可管理，使得发动机能够正常工作。话虽如此，然而，众所周知，这些发动机具有较低的效率和高排放，并且不适合采用压燃运行模式，这是因为：

1.尽管有密封栅，仍存在较高程度的泄漏。例如，快速移动的顶点密封件的跳动以及通向发动机内用于容纳火花塞的孔造成了泄漏。

2.较大的密封件行程。

3.在最大压缩的时刻由于燃烧腔室的非常高的表面/体积比而造成的、高的热损失。

4.低的几何上可实现的压缩比。

5.需要将机油计量供应到工作腔室内，以润滑不能通过任何其它手段来润滑的顶点密封件，并且，存在排出该机油的端口，从而造成了排放问题。