專利名稱：產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩的相反置換的非對稱旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示出一種具有一個或多個相反置換、非對稱循環(huán)并且產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機是一種熱力發(fā)動機，其中熱能來自工作流體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。內(nèi)燃機中的工作流體為如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的燃料，例如汽油、柴油以及類似物，和空氣。熱量由燃料的化學(xué)反應(yīng)所釋放并且通過排放所消耗的燃料的副產(chǎn)物而被排入到大氣中。相反，在外燃機，例如蒸氣機中，熱量通過固體壁傳遞到工作流體中并且通過另一固體壁排放到大氣中。
內(nèi)燃機比其它類型的發(fā)動機，例如蒸氣機來說具有兩個固有的優(yōu)點。第一，它們除了輔助冷卻外，不需要熱交換器，因此，減小了發(fā)動機的重量、體積、成本和復(fù)雜性。第二，內(nèi)燃機不需要通過壁面的高溫?zé)醾鬟f。因此，工作流體的最高溫度可能超過壁面材料的最高允許溫度。然而，內(nèi)燃機也已知具有固有的缺點。在實際中，工作流體被限制為易燃的能源，空氣和燃燒產(chǎn)物，并且其燃燒條件也不靈活。不能采用例如廢熱、太陽能和核能等廢燃料熱源。另外，就目前設(shè)計的內(nèi)燃機而言其效率非常低。
然而，內(nèi)燃機的優(yōu)點遠遠大于其缺點。今天，基于奧托的四循環(huán)內(nèi)燃機已經(jīng)得到廣泛的運用。內(nèi)燃機遠比所有其它類型的熱力發(fā)動機使用得都多。內(nèi)燃機存在的一個問題就是發(fā)動機效率不高。目前用于內(nèi)燃機設(shè)計的技術(shù)在將工作流體的能量轉(zhuǎn)換為可用的動力時其效率大約為25％。因此，發(fā)動機的低效率增加了對燃料的需求，與此同時，對大氣的污染也就更加嚴重。
發(fā)動機被設(shè)計為將燃料轉(zhuǎn)換為可用的能量。在內(nèi)燃機中，燃料被燃燒，以提供高壓的動力，該動力通過一定的機械裝置被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩、或者旋轉(zhuǎn)運動，以使預(yù)期的目標，例如汽車的驅(qū)動軸、鋸床葉片、割草機葉片以及類似物產(chǎn)生運動。在任何給定時間繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩如阿基米德定律所述等于正交作用力矢量與所述作用力到轉(zhuǎn)軸之間距離的乘積。以下公式表示了馬力與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的輸出之間的關(guān)系(1)馬力＝轉(zhuǎn)矩×(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)/5252)在目前發(fā)動機的設(shè)計中，轉(zhuǎn)矩由在任何給定時間下作用于曲柄軸的力的大小，以及對作用力施加到轉(zhuǎn)軸上角度和距離進行控制的機械位移幾何關(guān)系來決定。在目前的內(nèi)燃機技術(shù)中，幾乎沒有對于將作用力機械地轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩的幾何關(guān)系進行改變的靈活性。為了增大轉(zhuǎn)矩，需要增大所產(chǎn)生的作用力的大小，這會產(chǎn)生更大的發(fā)動機排量并且需要更多的燃料。
在目前的內(nèi)燃機技術(shù)中的一個關(guān)鍵點就是輸出馬力(hp)與發(fā)動機立方英寸的排量，或者發(fā)動機總的工作容積之間的關(guān)系。馬力和立方英寸發(fā)動機排量之間的理想關(guān)系大約為1比1。這就意味著每立方英寸的發(fā)動機排量就會產(chǎn)生1馬力的輸出。然而目前，大多數(shù)內(nèi)燃機不具有這種1∶1的關(guān)系，每立方英寸的發(fā)動機排量僅獲得大約0.85hp。隨著設(shè)計中的各種已知的巨大改進，例如，渦輪增壓器的出現(xiàn)，每立方英寸的發(fā)動機的總排量將會使輸出馬力水平增加超過1hp。然而，目前所提高的效率僅僅只是獲得了效果的增強，并且是以高復(fù)雜性和高費用為代價的。
大多數(shù)內(nèi)燃機為活塞式發(fā)動機。在內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中，將燃料燃燒從而產(chǎn)生用于為活塞的運動提供動力的壓力。如

圖1a-1d所示，在活塞式發(fā)動機中，燃料被導(dǎo)入到腔室中并被活塞壓縮?；鸹ㄓ糜趯⑷剂宵c燃，使燃料進行燃燒并且使腔室內(nèi)部的壓力和溫度升高，這使得燃料位于其內(nèi)的工作容積發(fā)生膨脹。燃燒產(chǎn)物或者廢氣被釋放到大氣中。已知作為(1)吸氣、(2)壓縮、(3)燃燒、和(4)排氣的這四個依次發(fā)生的循環(huán)被統(tǒng)稱為奧托循環(huán)。今天幾乎所有的內(nèi)燃機都采用奧托循環(huán)來設(shè)計。奧托循環(huán)的順序以所列的次序發(fā)生。壓縮和燃燒循環(huán)為伴隨循環(huán)。在壓縮循環(huán)中產(chǎn)生大部分輸入功，同時大部分輸出能量在燃燒循環(huán)中產(chǎn)生。這兩個循環(huán)為彼此相反的過程并且通常在壓力體積(PV)圖表中一起采用相同的坐標以圖示的方式示出，其中壓力體積圖表示出了系統(tǒng)的凈輸出功。排氣和吸氣循環(huán)也是伴隨循環(huán)，并且在傳統(tǒng)的發(fā)動機中也是彼此相反的過程。在排氣循環(huán)中，工作容積被減小以將廢氣排出，而在吸氣循環(huán)中，工作容積膨脹以將燃料吸入。由于在每個循環(huán)中所作的功可以忽略不計，因此排氣和吸氣循環(huán)沒有在PV圖表上示出。圖2示出了示例性的PV圖表，并且還示出了介于A和B之間的壓縮循環(huán)、介于B和C之間的燃料的點火并且工作容積壓力的升高，介于C和D之間的燃燒循環(huán)和工作容積的膨脹，以及介于D和A之間的排氣和吸氣循環(huán)。
由于在壓縮或排氣過程中工作容積收縮的方式分別是與在燃燒或吸氣過程中發(fā)生膨脹的方式正相反的過程，因此壓縮和燃燒是彼此相反的過程，排氣和吸氣也是彼此相反的過程。在活塞的每次運動中，工作容積總的改變可以是相同的，但是該改變是在活塞的前次運動的工作容積改變的相反的方向上，并且活塞運動的方向可以是相同的，但是是朝向與前次運動相反的方向。將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩以及反過來將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為作用于活塞上的力的機械轉(zhuǎn)換是相反的機械過程。
如圖1a-1d所示，活塞式發(fā)動機的每個單獨的沖程都對應(yīng)于活塞20在腔室10內(nèi)的一個直線運動。當活塞20如圖1a所示沿著腔室壁以方向26運動時，工作容積170增加，燃料從吸入口60進入到腔室10內(nèi)，于是形成吸氣循環(huán)(圖1b)。在吸氣循環(huán)的結(jié)尾處并且如圖1c所示，活塞20沿著腔室壁進行反方向運動，從而在方向27上運動，并且如圖1d所示，對燃料和目前的空氣進行壓縮，于是形成了壓縮循環(huán)。在燃燒循環(huán)(圖1a)開始的附近處，被壓縮的燃料/空氣混合物由來自點火口80的火花點燃，使燃料/空氣混合物的溫度和壓力急劇地上升，將燃料點燃并且燃燒以產(chǎn)生氣體。受空間約束的氣體使工作容積內(nèi)的壓力升高，并使腔室中的工作容積170發(fā)生膨脹(圖1b)。燃燒中所包含的能量產(chǎn)生用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的作用力。在排氣循環(huán)中(圖1d)燃燒產(chǎn)物通過排氣口70排放到外界環(huán)境中。為了依次進行如上所述的奧托循環(huán)，活塞四次穿過腔室的長度?；钊軌蛞来瓮ㄟ^奧托循環(huán)。然而，由于功僅僅只在燃燒循環(huán)中產(chǎn)生，因此不只使用一個活塞并使之相互連接，從而在任意給定的時間內(nèi)，至少一個活塞能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，同時迫使其它活塞通過其它循環(huán)。數(shù)量為偶數(shù)的多個活塞，例如2、4、6、8或更多的活塞，以聯(lián)動的方式被使用，與在任何給定時間內(nèi)的其余活塞相比，一個或多個活塞位于奧托循環(huán)不同部分內(nèi)。多個活塞在反方向上的運動使得運動被平衡，從而發(fā)動機不會發(fā)生無法控制的振動，并且發(fā)動機更容易被起動。
在如圖1a-d所示的活塞式發(fā)動機中，活塞20在腔室10內(nèi)的運動能夠通過將活塞20連接到曲柄軸50上而被轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，其中活塞20通過連桿30和曲柄40被連接到曲柄軸50上，而曲柄樞軸40通過曲柄樞軸42連接到連桿30上?；钊?0的運動26、27與曲柄軸50在一條直線上。曲柄軸在活塞的直線運動的作用下被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)而作環(huán)形運動28。轉(zhuǎn)矩等于作用力乘以作用力到樞軸點的垂直距離，在這種情況下，樞軸點為曲柄軸50。在燃燒循環(huán)開始時，活塞20和曲柄40與曲柄軸50在一條直線上，并且活塞20的全部作用力如圖1a所示直接作用于曲柄軸50的頂部。在這個瞬時，作用力與樞軸點之間的垂直距離為零，因此所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也為零。直到曲柄軸50旋轉(zhuǎn)一定角度，曲柄40才獲得到曲柄軸50一定的垂直距離并且開始產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這個關(guān)系大致根據(jù)角A的正弦發(fā)生變化，所述角A是指曲柄40與活塞運動的直線之間的夾角。當燃料首次燃燒并且處于最大壓力和最小體積時，在燃燒循環(huán)開始附近，作用于活塞20上的力為最大。由于發(fā)動機的機構(gòu)不允許來自活塞的力施加到會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方向上，即，以一定的角度作用于曲柄軸上，因此能量的大部分都被損失掉了。實際上，來自活塞的作用力只有部分轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，而力的其余部分作為耗散熱散發(fā)掉了。由于對于將來自活塞的作用力轉(zhuǎn)換成作用于軸的轉(zhuǎn)矩的這種轉(zhuǎn)換存在有機械局限，因此在目前的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中大部分能量都被損失掉了。這個問題也出現(xiàn)在現(xiàn)有的內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機技術(shù)中，例如，“汪克爾”旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，如圖3a-c所示。
例如在圖3a-c中以其最基本的結(jié)構(gòu)示出的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，它通常具有一單獨的對稱腔室10。取代活塞的是多面轉(zhuǎn)子22，當它在腔室10內(nèi)繞曲柄軸50旋轉(zhuǎn)時擠靠著腔室壁。該轉(zhuǎn)子可以例如如圖3a-c中所示那樣以順時針方向旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子22旋轉(zhuǎn)時，它使奧托循環(huán)的四個循環(huán)的每一循環(huán)所必需的工作容積170a、170b和170c發(fā)生變化。對于汪克爾旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機來說，腔室10大致為橢圓形，并且曲柄軸50位于中心。用于汪克爾旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的轉(zhuǎn)子22大致為矩形，形成了三個凸形的轉(zhuǎn)子面5a-c以及三個單獨的工作容積170a-c。曲柄軸50的圓孔55可以設(shè)置于轉(zhuǎn)子22的中心處。轉(zhuǎn)子22在曲柄軸50的周圍作對稱運動。腔室壁的形狀可以被設(shè)計成如圖3a-c所示，當轉(zhuǎn)子繞曲柄軸50旋轉(zhuǎn)以完成4個循環(huán)的每一循環(huán)時，轉(zhuǎn)子22的3個頂點21a-c一直與腔室壁相接觸。轉(zhuǎn)子22的內(nèi)部與曲柄軸50相互作用并且通過位于圓孔55內(nèi)部的齒輪(未示出)使曲柄軸50發(fā)生旋轉(zhuǎn)。與活塞式發(fā)動機類似，可以設(shè)置燃料吸入口60、排氣口70以及點火口80，用以提供燃料、將燃料從其中排出、以及在工作容積170a-c中點火，從而實現(xiàn)奧托循環(huán)。
在旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，不能靈活地改變腔室壁或轉(zhuǎn)子的形狀。通過轉(zhuǎn)子面與腔室壁之間的相互作用產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩。與活塞式發(fā)動機類似，存在有在燃燒循環(huán)的某些部分處產(chǎn)生零轉(zhuǎn)矩的問題。在燃燒循環(huán)的開始和結(jié)尾處，轉(zhuǎn)子面和腔室壁之間沒有傾角，它們直接彼此相互擠靠，這時沒有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，就屬于上述情況。為了沿著腔室壁進行滑動，轉(zhuǎn)子面必須以一定的傾角擠靠在腔室壁上，從而使軸旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分力。在旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，轉(zhuǎn)子和腔室壁彼此擠靠的方向在燃燒循環(huán)開始和結(jié)束時與軸成一條直線。這樣，和在活塞式發(fā)動機中的一樣，由旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在燃燒循環(huán)的開始和結(jié)束時都為零，從而浪費了大量產(chǎn)生的力。值得注意的是，在旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，轉(zhuǎn)矩作為由轉(zhuǎn)子面產(chǎn)生的力的方向和來自腔室壁外部的力的方向之間的傾角的函數(shù)而變化，并且轉(zhuǎn)矩等于來自轉(zhuǎn)子面的力乘以傾角的正弦值再乘以傾角的余弦值。傾角大約在0度到20度范圍內(nèi)變化。這就導(dǎo)致了與目前的活塞式發(fā)動機相比，其將力機械地轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩的效率較差，其中轉(zhuǎn)矩作為從0度到180度范圍內(nèi)變化的一個角的正弦值的函數(shù)而變化。
傳統(tǒng)的內(nèi)燃機將活塞或轉(zhuǎn)子上的力的一部分轉(zhuǎn)換為繞曲柄軸的轉(zhuǎn)矩。在活塞和曲柄軸的幾何關(guān)系中，描述了計算活塞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達式。圖4示出了數(shù)學(xué)關(guān)系式可由其中得出的活塞作用力F(p)、連桿L、曲柄C和曲柄軸CS的幾何關(guān)系。如圖4所示，當曲柄C繞曲柄軸旋轉(zhuǎn)時，可以產(chǎn)生角度A。在燃燒循環(huán)開始時，角度A等于0度。當燃燒循環(huán)進行時角A上升到180度。在燃燒循環(huán)過程中任何時間繞曲柄軸的轉(zhuǎn)矩可以通過采用已知的三角和代數(shù)替換將力矩的水平分力F(x)和垂直分力F(y)相加，其中F(x)和F(y)由連桿L、曲柄C的運動產(chǎn)生，公式如下(2)轉(zhuǎn)矩＝F(x)*C*sin(A)+F(y)*C*cos(A)(3)L^2＝X^2+Y^2(4)Y＝C*sin(A)將式(3)中的X進行代換，得到(5)----X=L^2-C^2*(sin(A))^2]]>(6)----F(y)/F(x)=Y/X=C*sin(A)/L^2-C^2*(sin(A))^2]]>假設(shè)F(x)＝F(p)(7)----F(y)=F(p)*C*sin(A)/L^2-C^2*(sin(A))^2]]>將上式帶入到式(1)得出 如方程(2)中所示，發(fā)動機中總轉(zhuǎn)矩等于力F(x)乘以它到軸的垂直距離C*sin(A)，再加上力F(y)乘以它到軸的垂直距離C*cos(A)。代換F(x)、F(y)和F(p)之間的關(guān)系得到轉(zhuǎn)矩公式(8)。由于轉(zhuǎn)矩的公式的每一部分中都具有sin(A)，因此，轉(zhuǎn)矩將隨著sin(A)變化。當A為0度或180度時轉(zhuǎn)矩等于零。1升的活塞式發(fā)動機的力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的機械轉(zhuǎn)換函數(shù)如圖5中的線P所示。
在活塞式發(fā)動機中，當腔室內(nèi)的壓力最大時，燃燒循環(huán)開始的附近處作用于活塞上的力最大。在燃燒循環(huán)開始時，角A為零度，因此轉(zhuǎn)矩的分量等于零。燃燒循環(huán)開始的附近時，由于作用力沒有被轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩，因此來自活塞的整個作用力作為熱和摩擦被耗散掉，浪費了能量。在傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機中轉(zhuǎn)矩直到曲柄旋轉(zhuǎn)到超過零度的某個值時，才開始產(chǎn)生。
與活塞式發(fā)動機相比，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機以不同的方式產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機通過兩個面以一定角度彼此接觸或擠靠來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩為傾角的函數(shù)，所述傾角位于由轉(zhuǎn)子面所產(chǎn)生的力的方向和靜止的凹形腔室壁面之間。如圖6所示，當兩個表面的力在正相反的方向上推擠時，由于轉(zhuǎn)子的力F(r)和壁的力F(s)與曲柄軸CS在一條直線上，傾角為零，因此沒有轉(zhuǎn)矩分量產(chǎn)生。為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩分量，各力不得不以大于0度并且小于90度的傾角來彼此作用。如圖7所示，在以非0或90度的某一角度下產(chǎn)生的力的相互作用將使相互作用的表面相對于彼此繞曲柄軸CS向側(cè)面運動，并且產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量F(t)。如圖7所示，轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子力F(r)乘以從曲柄軸CS到腔室壁S之間的距離D，再乘以cos(C)*sin(C)，這里C為形成于腔室壁與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的力的分力F(t)的方向之間的傾角，并且F(s)為腔室壁的力。
(9)Torque＝F(t)*D(10)沿著腔室壁的力分量＝F(s)*sin(C)(11)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的力分量F(t)＝F(s)*sin(C)*cos(C)(12)F(s)＝F(r)，其中F(r)＝來自轉(zhuǎn)子的力(13)力矩＝F(r)*sin(C)*cos(C)*Dsin(C)*cos(C)的值在45度處具有最大值。在45度處，sin(C)*cos(C)的值等于1/2。
傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機在將力機械轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩時存在與傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機類似的問題。在旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，來自轉(zhuǎn)子面的力的方向與來自外部腔室壁的力的方向在燃燒循環(huán)開始和結(jié)束時在一條直線上。由于轉(zhuǎn)子面和外腔壁的作用力彼此在一條直線上，并且都與曲柄軸成一條直線，不能產(chǎn)生傾角，因此就沒有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。僅僅只有在燃燒循環(huán)的中部，轉(zhuǎn)子面和外部腔室壁以大于0度并且小于90度的傾角彼此擠靠時，才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量。
采用目前的技術(shù)獲得使作用力更多地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩時所面臨的另一個問題就是曲柄的長度。轉(zhuǎn)矩等于力乘以該力作用到的樞軸點或曲柄軸之間的垂直距離。如果曲柄做得越長，由于曲柄軸和力作用點之間的距離更大，因此與采用較短的曲柄相比，將會產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。從功能上來講，曲柄的長度被發(fā)動機的結(jié)構(gòu)所限制，例如，由發(fā)動機內(nèi)的燃料的壓縮比限制。在壓縮循環(huán)中，曲柄越長，對應(yīng)的壓縮比就越高。在使用活塞式發(fā)動機的情況下，活塞需要行進更長的距離。然而，活塞行進越長的距離，就意味著在壓縮循環(huán)中，發(fā)動機總的排量就越大并且燃料和空氣混合的壓縮比就越高。對于汽油這種最普通的燃料源來說，在它被引爆前，其壓縮比的最大值被限制為大約為10∶1。在發(fā)動機中，曲柄長度由發(fā)動機的機械結(jié)構(gòu)和燃料的最大壓縮比決定。增加曲柄的長度是不可行的，這是由于增加曲柄的長度會導(dǎo)致比燃料源的最大壓縮點更高的壓縮比。
正如這里所描述以及現(xiàn)有技術(shù)中已知的，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩通過公式(1)轉(zhuǎn)換為馬力。如果能設(shè)計出在保持有利的熱力學(xué)和流體機械屬性的同時、在整個燃燒循環(huán)過程中將作用于活塞或轉(zhuǎn)子上的力連續(xù)地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的機械轉(zhuǎn)換裝置，就能產(chǎn)生更多的馬力。如果能夠設(shè)計出在燃燒循環(huán)過程中能夠以更有利的到軸的距離施加作用力的機械裝置，那么就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，因此就能產(chǎn)生更大的馬力。

發(fā)明內(nèi)容
在各種實施方案中，將描述與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相比能夠獲得更大轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃機。在各種實施方案中，將描述能夠產(chǎn)生馬力與每立方英寸排量的關(guān)系為大約4∶1的的內(nèi)燃機。
在各種實施方案中，將要描述具有繞凸起輪廓運動的凹形輪廓的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。
在各種實施方案中，將要描述能夠在整個燃燒循環(huán)連續(xù)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。在各種實施方案中，轉(zhuǎn)矩能夠通過對由凹形輪廓產(chǎn)生的作用力的傾角和靜止表面產(chǎn)生的反作用力加以控制，來使整個燃燒循環(huán)連續(xù)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
在各種實施方案中，本發(fā)明所述的內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的曲柄能夠比具有相同排量的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機的曲柄的長度更長。
在各種實施方案中，內(nèi)燃機具有至少兩個凹形的輪廓，以及一根位于彼此成180度對置的至少兩個腔的每一個之內(nèi)的軸，以形成平衡的發(fā)動機總成。在各種實施方案中，每個腔可以為非對稱的形狀。
在各種實施方案中，將描述在整個發(fā)動機循環(huán)內(nèi)其曲柄長度發(fā)生變化的內(nèi)燃機。在各種實施方案中，在燃燒循環(huán)過程中曲柄長度增加，在壓縮循環(huán)中曲柄長度減小。
在各種實施方案中，曲柄軸可以偏心地位于內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的腔室內(nèi)。
在各種實施方案中，內(nèi)燃機具有燃燒、壓縮、吸氣、排氣循環(huán)，它們相對于工作容積的變化呈非對稱。
在各種實施方案中，內(nèi)燃機在燃燒和壓縮循環(huán)之間可以將力非對稱地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩。
還將描述在燃燒循環(huán)中產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩的方法。
附圖的簡要說明 如下所述的附圖中示出了在此所述的本發(fā)明的實施方案以及現(xiàn)有技術(shù)中的各種實施方案。
圖1a-d示出了在活塞式發(fā)動機中發(fā)動機循環(huán)過程的活塞的各個位置；圖2為活塞式發(fā)動機的壓力-體積曲線圖；圖3a-c示出了在汪克爾旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的發(fā)動機循環(huán)過程中轉(zhuǎn)子的各種位置；圖4示出了活塞力F(p)和在活塞的運動下繞曲柄軸CS產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之間的幾何關(guān)系；圖5示出了將力轉(zhuǎn)換為用于活塞式發(fā)動機P的轉(zhuǎn)矩的曲線以及將力轉(zhuǎn)換為用于如這里所述的內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩的曲線；圖6示出了當轉(zhuǎn)子的作用力和壁的分力在一條直線上時，壁的作用力F(s)和轉(zhuǎn)子的作用力F(r)之間的幾何關(guān)系；圖7示出了當轉(zhuǎn)子的作用力和壁的分力不在一條直線上時，壁的作用力F(s)和轉(zhuǎn)子的作用力F(r)之間的幾何關(guān)系；圖8a為轉(zhuǎn)子的一個面的示意圖，其中轉(zhuǎn)子面位于工作容積為最大時的位置；圖8b為轉(zhuǎn)子的一個面的示意圖，其中轉(zhuǎn)子面位于工作容積為最小時的位置；圖9a為本發(fā)明的一個實施方案的示意圖，其中凹面相對于靜止凸面處于使工作容積達到最大的位置處；圖9b為本發(fā)明的一個實施方案的示意圖，其中凹面相對于靜止凸面處于使工作容積達到最小的位置處；圖10示出了本發(fā)明的凹形輪廓的一個實施方案的前視圖；圖11為沿圖10線11-11剖開的本發(fā)明的凹陷輪廓的一個實施方案的剖面圖；圖12為示出了具有吸氣口、點火口和排氣口、面板(faceplate)、凹形輪廓、曲柄樞軸以及保持器的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機腔室的一個實施方案的示意圖；圖13為沿線13-13剖開的圖12的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的剖面圖；圖14示出了半徑和由此半徑產(chǎn)生的曲線的幾何關(guān)系，其中當半徑逆時針繞樞轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)一定增加值時，半徑的長度保持不變；圖15示出了半徑和由此半徑產(chǎn)生的曲線的幾何關(guān)系，其中當半徑逆時針繞樞轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)一定增加值時，半徑的長度加大；圖16為所產(chǎn)生的曲線圖，其中當半徑繞樞轉(zhuǎn)點逆時針旋轉(zhuǎn)時半徑的長度持續(xù)地增加；圖17示出了孤立體(island)的內(nèi)部腔室壁的一個實施方案的形狀以及位于該孤立體上的曲柄軸的位置，其中所述形狀與圖16中的曲線相關(guān)；圖18為旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的一個實施方案的示意圖，其中該發(fā)動機具有圖17的孤立體，它帶有凹形輪廓、曲柄樞軸、保持器、曲柄軸和外腔壁；圖19a為外部腔室壁與圖17中的孤立體之間的關(guān)系的示意圖；圖19b為與圖16中的部分曲線成比例的圖，它匹配于圖19a的外腔壁的形狀；圖20為發(fā)動機的一個實施方案的分解圖，該發(fā)動機具有兩個腔室、一個曲柄軸和一個曲柄盤，每個腔具有兩個凹形的輪廓、一個面板、一個內(nèi)腔壁、一個后腔壁以及一個外腔壁，并且每個凹形輪廓都具有一個保持器和一個曲柄樞軸。
在所有附圖中相同的部件標以相同的附圖標記。應(yīng)該理解的是附圖代表了本發(fā)明的各種實施方案，并且可以不按比例給出。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了后續(xù)的說明以及所附的權(quán)利要求后，將可獲知其它的各種詳細說明 為了獲得更有效率的內(nèi)燃機，這種內(nèi)燃機在每單位的排量下產(chǎn)生更大的馬力和轉(zhuǎn)矩，將對傳統(tǒng)的內(nèi)燃機的一些特征進行單獨或聯(lián)合地改變。這些特征包括靜止腔室表面和使工作容積發(fā)生變化的運動部件之間的一個或多個關(guān)系，在燃燒循環(huán)中作用于曲柄軸上的力的角度、在整個燃燒循環(huán)中將力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的機械轉(zhuǎn)換，以及相對于工作容積的改變的發(fā)動機循環(huán)的對稱性。正如下面將結(jié)合附圖所進行描述的，改變這些特征中的一個或多個將導(dǎo)致內(nèi)燃機更有效率。
包括活塞式發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機在內(nèi)的傳統(tǒng)的內(nèi)燃機的幾何構(gòu)造，通過改變空間的體積進行工作，其中工作流體出現(xiàn)在腔室中或者“工作容積”中。工作容積在燃料吸入時膨脹，在燃料壓縮時收縮，在燃料點火時膨脹，并且隨著將燃燒副產(chǎn)物從腔室中排出而減小。在傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中，工作容積的改變通過使基本上呈凸形的活塞或轉(zhuǎn)子面沿著腔室的靜止凹面運動來獲得，如分別在圖1a-d和附圖3a-c中示出的。圖8a和8b示出了腔室10的靜止凹面11、凸形轉(zhuǎn)子22的單獨表面5以及由靜止的凹面11和凸起的轉(zhuǎn)子面5之間的空間產(chǎn)生的工作容積170之間的關(guān)系。如圖8a所示，當凸起的轉(zhuǎn)子面5繞曲柄軸50以方向23從腔室10的具有較大的旋轉(zhuǎn)半徑150的靜止的凹形面11運動到腔室10的具有較小的旋轉(zhuǎn)半徑160的凹形面11的某位置處時，工作容積170增大。這樣，當凸起轉(zhuǎn)子面5處于腔室10的具有較小的旋轉(zhuǎn)半徑160的靜止凹形面11的某位置處時，工作容積170達到最大。如圖8b所示，當凸起的轉(zhuǎn)子面5繞曲柄軸50以方向23從腔室10的具有較小的旋轉(zhuǎn)半徑160的凹形面11的某位置處運動到腔室10的具有較大的旋轉(zhuǎn)半徑160的凹形面11的某位置處時，工作容積170減小。這樣，當凸形轉(zhuǎn)子面5處于腔室10的具有較大的旋轉(zhuǎn)半徑150的靜止凹形面11的某位置處時，工作容積170達到最小。
為了增加傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)或活塞式發(fā)動機的效率，在本發(fā)明的一個實施方案中，用于形成工作容積的幾何關(guān)系將被改變。在燃燒循環(huán)過程中，可以通過顛倒在傳統(tǒng)的發(fā)動機中所發(fā)現(xiàn)的運動凸形和靜止凹面之間的關(guān)系來使發(fā)動機機械地將力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩得到更大的控制。根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案，如圖9a和9b所示，基本上呈凹形的輪廓繞靜止的凸面旋轉(zhuǎn)以使工作容積發(fā)生改變。如圖9a所示，與傳統(tǒng)的發(fā)動機相比，當凹形輪廓24繞曲柄軸50在靜止的凸形表面90上以方向29從靜止的凸起表面90的具有較小旋轉(zhuǎn)半徑160的某位置處運動到靜止凸起表面90的具有較大旋轉(zhuǎn)半徑150的某位置處時，這種將運動部件和靜止部件相反置換的方式使工作容積170增大。如圖9b所示，當凹形輪廓24繞曲柄軸50在靜止的凸形表面90上以方向29從靜止的凸起表面90的具有較大的旋轉(zhuǎn)半徑150的某位置處運動到靜止凸起表面90的具有較小旋轉(zhuǎn)半徑160的某位置處時，工作容積170減小。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機技術(shù)相比，工作容積的形成使靜止表面處出現(xiàn)最大工作容積的地方產(chǎn)生了相反的關(guān)系。
對存在于發(fā)動機中的活動部件和腔室表面之間的傳統(tǒng)空間關(guān)系的相反置換通過使限定了工作容積的凹形空間沿著某些靜止的凸形表面運動來使工作容積發(fā)生改變，這與某些可運動的凸形表面在靜止凹形腔室內(nèi)運動穿過工作容積的現(xiàn)有發(fā)動機技術(shù)相反。與活塞式發(fā)動機類似，它將活塞保持靜止并且使圓筒形腔室沿著活塞上下運動，以使工作容積發(fā)生改變。活動部件和靜止表面的相反的置換被用于更改發(fā)動機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動。在目前的發(fā)動機技術(shù)中，工作容積僅能以與其發(fā)生收縮的正相反的方式發(fā)生膨脹，這是因為當部件在腔室內(nèi)穿過工作容積向內(nèi)運動時，所述部件只能以其穿過工作流體向內(nèi)運動的相同的方式再向外移動。傳統(tǒng)發(fā)動機的工作容積的膨脹和收縮是正好相反的過程并且在吸氣、壓縮、燃燒和排氣這四個循環(huán)中是對稱的。采用將運動部件和靜止表面進行相反的置換，工作容積的膨脹和收縮以及由此所產(chǎn)生的力能夠通過指定工作容積的形狀而對其控制。通過控制工作容積的路徑和形狀，就能設(shè)計出將力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的有益的機械運動，從而提供在每單位的排氣下產(chǎn)生更大馬力的發(fā)動機。工作容積的變化作為凸形表面的曲線的半徑的函數(shù)，其中運動的凹形輪廓抵靠著所述凸形表面。工作容積根據(jù)沿著凹形輪廓的運動路徑的靜止凸形表面在每點處的形狀，以不同的值發(fā)生收縮和膨脹。在相反置換的發(fā)動機中，運動部件和靜止表面的相反的關(guān)系允許吸氣、壓縮、燃燒和排氣這四個循環(huán)彼此獨立并且被優(yōu)化，從而這些循環(huán)是非對稱的?，F(xiàn)在將詳細對相反置換的發(fā)動機進行說明。
根據(jù)各個實施方案，如圖10和11(沿圖10的11-11線的剖面圖)示出的凹形輪廓能夠用于相反置換發(fā)動機中。如圖10和11所示，凹形輪廓24可以為半球形，并且可以與汽缸縱向上的一半的形狀類似。凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200可以為半圓形，或者可以為與發(fā)動機的腔室的內(nèi)腔壁的形狀互補的任意其它形狀。凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200可以具有比內(nèi)腔壁的最小旋轉(zhuǎn)半徑小的旋轉(zhuǎn)半徑。凹形輪廓24具有腿33和34，所述腿能夠當凹形輪廓24圍繞內(nèi)腔壁時可滑動地鄰靠著內(nèi)腔壁。凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200和腿33、34與內(nèi)腔壁一起限定了工作容積。當支撐33、34與發(fā)動機腔室的內(nèi)腔壁相接觸時，凹形輪廓24的外部曲線210可以是能夠提供與發(fā)動機腔室的外腔壁相接觸的任意適當形狀。凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200可以是與內(nèi)腔壁一同限定了工作容積的任意形狀，其中在壓縮循環(huán)中，工作容積在凹形輪廓24沿內(nèi)腔壁滑動時為燃料和空氣混合物提供了一理想的壓縮比。
根據(jù)各種實施方案，凹形輪廓、內(nèi)腔壁和外腔壁的形狀是彼此相關(guān)的。這些形狀必須能夠相互作用，但是不能相互限制，并且可以是曲線形狀的任何變形，但不局限于球形、橢圓或者其它傳統(tǒng)定義的幾何形狀。根據(jù)各種實施方案，其中凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200為半圓形并且凹形輪廓具有大約等于凹形輪廓寬度的深度，凹形輪廓的內(nèi)部曲線的有效壓力表面積大約為類似體積的活塞的兩倍，從而提供了更大的力(力＝壓力*面積)以使曲柄軸發(fā)生轉(zhuǎn)動。
根據(jù)各種實施方案并且如圖10和11所示，凹形輪廓24可以通過保持器130可釋放地或永久地滑動地連接或鄰接于外腔壁上，其中保持器130允許凹形輪廓24沿著外腔壁的周圍滑動。適用的保持器包括，但不局限于滾動軸承、齒輪，或者其它本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可滑動的保持器。如圖10和11所示，保持器可以定位于凹形輪廓24的外部曲線210的中心，或者在一個或多個方向上發(fā)生偏移。
根據(jù)各種實施方案，凹形輪廓24的腿33和34能夠可釋放地或永久地可滑動連接或相鄰于內(nèi)腔壁上。凹形輪廓24的腿33、34可以具有可滑動的連接器，例如，但不局限于滾動軸承、齒輪或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可滑動的連接器，它們位于凹形輪廓24的一個或多個腿33、34上，其中可滑動的連接器允許凹形輪廓34的腿33、34沿內(nèi)腔壁的圓周上滑動。
根據(jù)各種實施方案并且如圖10和11所示，曲柄樞軸120位于凹形輪廓24上，該曲柄樞軸120延伸在凹形輪廓24的前表面之外。根據(jù)各種實施方案，曲柄樞軸120被定位為其延伸到凹形輪廓24的前表面之外的可以與曲柄盤充分地相互作用的任何點處。曲柄樞軸120被用于當凹形輪廓24沿腔室的內(nèi)腔壁運動時推動位于腔室外部的曲柄盤，使其繞曲柄軸運動。
根據(jù)各種實施方案并且如圖12所示，凹形輪廓24可以具有與靜止凸形表面100相作用的凹形內(nèi)部曲線200。靜止凸形表面是腔室10的內(nèi)腔壁100。靜止凸形表面100可以是孤立體90的外表面。靜止凸形表面100、凹形輪廓24的內(nèi)部曲線200以及后部腔壁180同面板140一起限定了工作容積170的工作容積腔室。凹形輪廓24的凹形內(nèi)表面200在功能上等同于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機內(nèi)的轉(zhuǎn)子的一個面。凹形輪廓24的外部曲線210通過保持器130與外腔壁110相作用并且沿著該外腔壁滑動。根據(jù)各種實施方案，凹形輪廓24的外部曲線210使凹形輪廓24的腿33、34一直抵靠著外腔壁100。在可滑動的連接器的作用下，凹形輪廓24可以沿著內(nèi)腔壁100滑動或運動。凹形輪廓24繞內(nèi)腔壁的運動通過曲柄盤(未示出)使曲柄軸50發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其中曲柄盤在曲柄樞軸120處與曲柄軸50和凹形輪廓24相互作用。
根據(jù)各種實施方案，腔室10的深度可以被設(shè)計為等于凹形輪廓24的厚度。腔室10可以通過限定了孤立體90的內(nèi)腔壁100、外腔壁110和內(nèi)腔壁180形成。腔室可由一片或多片金屬、陶瓷或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的合適材料形成。根據(jù)各種實施方案，內(nèi)腔壁100、孤立體90、外腔壁110和后腔壁180可以通過對適合材料進行銑或切削以及鑄造而成。根據(jù)各種實施方案，孤立體90和與其一體形成的內(nèi)腔壁100可以與外腔壁110和后腔壁180單獨形成并且通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方式連接在外腔壁和后腔壁上，例如但不局限于，例如，焊接、熱熔、粘接、鑄造或者機械地連接的方式。在另一實施方案中，孤立體90可以被置于由內(nèi)腔壁100限定的空間中，其中內(nèi)腔壁100可以與后腔壁180一體成形，并且還可選擇地與外腔壁110一體成形。孤立體90可以是由內(nèi)腔壁100限定的空心體。根據(jù)各種實施方案，孤立體90可以為實心體。
根據(jù)各種實施方案并且如圖12所示，面板140可以位于腔室10之上以限定包括了工作容積170的工作容積腔室，其中腔室10覆蓋了孤立體90、內(nèi)腔壁100、一部分包括內(nèi)部曲線200的凹形輪廓24和一部分后腔壁180。根據(jù)各種實施方案，面板140可以這樣安裝或連接在孤立體90、內(nèi)腔壁100或者它們兩者之上該面板140不會與曲柄軸50或者凹形輪廓24的運動發(fā)生接觸或干涉。根據(jù)各種實施方案，面板140覆蓋了孤立體90和內(nèi)腔壁100，并且以足夠距離延伸在位于腔室10之上的內(nèi)腔壁100之外，從而與凹形輪廓24相互作用并且將工作容積170覆蓋。面板140可以具有使曲柄軸50穿過面板140的孔。在又一實施方案中，面板140可以在腔10上以足夠的距離從內(nèi)腔壁100上延伸，從而與凹形輪廓24相互作用并且將工作容積170覆蓋，但并沒有覆蓋孤立體90的全部。根據(jù)各種實施方案，面板140不會與位于凹形輪廓24上的曲柄樞軸120的運動發(fā)生干涉。根據(jù)各種實施方案，面板140不會與曲柄盤的運動發(fā)生干涉。
根據(jù)各種實施方案并且如圖12所示，當工作容積170在腔室10內(nèi)運動時，吸氣口60、排氣口70和點火口80可以位于工作容積170區(qū)域內(nèi)的后腔壁180上的腔室10內(nèi)。如圖12所示，當發(fā)動機依次進行吸氣、壓縮、燃燒和排氣循環(huán)時，所述口60、70和80的位置假定凹形輪廓24繞內(nèi)腔壁100作逆時針的運動29。所述口60、70、80的位置可以與腔室10內(nèi)各自每一循環(huán)發(fā)生的位置相應(yīng)。根據(jù)各種實施方案，點火口80可以位于后腔壁180上的工作容積170最小并且出現(xiàn)在腔室10內(nèi)的燃料在工作容積17內(nèi)被壓縮至最大值的位置處。在此處，工作容積170內(nèi)的燃料和空氣的混合物被來自點火口80內(nèi)的火花點燃。當凹形輪廓繞內(nèi)腔壁100運動并且工作容積170從燃料和空氣混合物的燃燒膨脹到最大值時，燃燒循環(huán)完成。在燃燒循環(huán)之后，在凹形輪廓24繞內(nèi)腔壁100運動的同時工作容積縮小，從而在排氣循環(huán)中將消耗掉的燃料和氣體從腔室10的排氣口70中排出。凹形輪廓24繼續(xù)繞內(nèi)腔壁100運動，工作容積發(fā)生膨脹，燃料和空氣通過吸氣口60被吸入，這時吸氣循環(huán)開始。凹形輪廓24繼續(xù)繞內(nèi)腔壁100運動，工作容積170減小，對燃料和空氣混合物進行壓縮直到到達點火口89。然后可以重復(fù)發(fā)動機循環(huán)。
根據(jù)各種實施方案，例如，如圖12所示，曲柄軸50居中地位于孤立體90內(nèi)。根據(jù)各種實施方案，曲柄軸50可以偏心地位于孤立體90內(nèi)，從而允許凹形輪廓以可變的半徑繞內(nèi)腔壁100在腔室10內(nèi)運動。該半徑可以是在任何給定時間內(nèi)從曲柄樞軸50到位于凹形輪廓24上的曲柄樞軸120之間的距離。這個距離可以為機械曲柄長度。在曲柄軸50處于偏置的位置時，當凹形輪廓24繞內(nèi)腔壁100運動時，半徑發(fā)生改變。改變的半徑允許作用在曲柄軸50上的總轉(zhuǎn)矩在整個發(fā)動機循環(huán)中發(fā)生改變。當半徑增大時，作用于曲柄軸50上的轉(zhuǎn)矩增大。當半徑減小時，作用于曲柄軸50上的轉(zhuǎn)矩減小。根據(jù)各種實施方案，其中曲柄軸50被偏置，當凹形輪廓24在曲柄軸50周圍運動并且在通過曲柄樞軸120與曲柄盤相互作用使曲柄軸50發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，曲柄盤內(nèi)可以設(shè)有可適應(yīng)曲柄樞軸120的位置變化的狹槽。
圖13是圖12所示實施方案的沿線13-13剖開的剖視圖，另外還示出了具有一個或多個狹槽36的曲柄盤35的位置。如圖13所示，根據(jù)各種實施方案，發(fā)動機包括相對于腔室10位于面板140的相對側(cè)上的曲柄盤35。根據(jù)各種實施方案，曲柄盤35包括一個或多個用于與凹形輪廓24上的曲柄樞軸120相互作用的狹槽36。根據(jù)各種實施方案，如圖13所示，狹槽36可以是凹槽、腔、通道或者其它能夠?qū)⑶鷺休S120容納于曲柄盤35內(nèi)的凹部。根據(jù)各種實施方案，狹槽36延伸穿過曲柄盤35，以便曲柄樞軸120能夠延伸穿過曲柄盤35并且位于曲柄盤35的上表面之外。曲柄盤35可以直接連接在曲柄軸50上，或者通過與一個或多個齒輪、皮帶或其它能夠使曲柄軸50轉(zhuǎn)動的裝置的相互作用連接在曲柄軸50上。根據(jù)各種實施方案，曲柄盤35可以永久地連接于曲柄軸50上，以便曲柄軸50和曲柄盤35一起旋轉(zhuǎn)。根據(jù)各種實施方案，曲柄盤50可以通過凹形輪廓24的運動以圓形或接近圓形的路徑繞曲柄軸50旋轉(zhuǎn)，其中所述凹形輪廓24通過配合于曲柄盤35的狹槽內(nèi)的曲柄樞軸120與曲柄盤35相作用。當凹形輪廓24繞內(nèi)腔壁100運動時，隨著半徑增大或減小，曲柄樞軸120在狹槽36內(nèi)向前后滑動。曲柄盤35、狹槽36和曲柄樞軸120的相互作用的功能就相當于是可變長度的曲柄。根據(jù)各種實施方案，曲柄軸50可以居中地穿過曲柄盤35。根據(jù)各種實施方案，曲柄盤35可以具有一個或多個狹槽36，從而可以不只一個凹形輪廓24同時與曲柄盤35相互作用。根據(jù)各種實施方案，其中不只一個凹形輪廓24能同時與曲柄盤35相作用，各狹槽36位于曲柄盤35內(nèi)的位置使得每個凹形輪廓24以相對的位置安裝在內(nèi)腔壁100或曲柄軸50周圍處。
根據(jù)各種實施方案，可以通過設(shè)計這種腔室來使整個燃燒循環(huán)獲得轉(zhuǎn)矩，所述腔室被設(shè)計為在燃燒循環(huán)過程中沿著外腔壁的每一點處來自凹形輪廓的力的方向和外腔壁的力的方向之間的傾角大于0度并且小于90度。導(dǎo)出介于0度到90度之間的傾角的內(nèi)腔壁、外腔壁和凹形輪廓的形狀根據(jù)預(yù)定的傾角代數(shù)地確定。由預(yù)定的傾角C產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩值如前所述等于F(r)*距離D*cos(C)*sin(C)，其中傾角C由與表面相作用的力F(r)產(chǎn)生。正如由數(shù)學(xué)方法所確定的，當傾角C為45度時，轉(zhuǎn)矩達到最大值。45度的正弦值乘以其余弦值等于0.5。根據(jù)各種實施方案，介于20度和70度之間的其它傾角也可以產(chǎn)生合適的轉(zhuǎn)矩值。根據(jù)各種實施方案，傾角可以在整個燃燒循環(huán)中發(fā)生變化。傾角可以在整個燃燒循環(huán)中減小。
如圖14所示，如果當繞點CS旋轉(zhuǎn)通過一定角度D時，半徑R保持恒定，那么由半徑R所描述的圓弧的切線C限定了位于點X和Z之間的直線。切線C相對于在圓弧中心(角D/2)處的半徑成直角。如果線X-Z也描述了在角D/2處的半徑所抵靠的腔室的表面，那么從半徑的力的方向和從所述表面的力的方向之間的傾角為0。這個關(guān)系描述了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機技術(shù)中的條件，其中傾角在燃燒循環(huán)的開始和結(jié)尾處為零。為了在整個燃燒循環(huán)都獲得轉(zhuǎn)矩，入射的角度要在燃燒循環(huán)中的每一點處都位于0到90度之間。
圖15示出了位于點Y和Z之間的由變化的半徑繞固定點CS旋轉(zhuǎn)一定角度D所產(chǎn)生的圓弧的切線C。如果切線C是改變的半徑所抵靠的腔室的表面，那么從半徑的力的方向和從所述表面的力的方向之間的傾角為角E，該角E位于0度到90度之間。在圖15中任意給定點處改變的半徑的長度等于R+dR，其中R為起始半徑長度，dR為等于或大于0的變化的長度。如果R和dR的值在角度D上為已知，那么就能夠計算傾角E。相反，如果旋轉(zhuǎn)角D的中點D/2處的傾角為已知，那么就可以確定長度dR。
根據(jù)各種實施方案，可以得出曲線的計算公式，其中當半徑繞可旋轉(zhuǎn)的參照物的固定點旋轉(zhuǎn)時，曲線的半徑使其與沿著曲線的每點處的表面之間的傾角大于0度并且小于90度。根據(jù)各種實施方案，沿著曲線每點處的傾角大約為20度和70度之間。計算公式用于得出曲線，該曲線為可運動輪廓的外輪廓和靜止內(nèi)部腔室的一部分。
參照圖15，當半徑(R+dR)繞曲柄軸旋轉(zhuǎn)時，預(yù)定的傾角E被用于計算dR值，其中半徑R必須以dR值增加以保持傾角E的大小。傾角E為45度時，圖15的三角形XYZ具有等長的邊XY和XZ。用于產(chǎn)生45度傾角的半徑增量dR與半徑R之間的關(guān)系的公式為(14)dR*cos(D/2)＝dR*sin(D/2)+2*R*sin(D/2)(15)dR＝(cos(D/2)-sin(D/2))＝2*R*sin(D/2)(16)dR/R＝2*sin(D/2)/(cos(D/2)-sin(D/2))公式16表明對于給定的轉(zhuǎn)角D，例如，1度，半徑R必須以一定的百分比以長度dR進行變化。為了在一定的轉(zhuǎn)角D中使傾角保持為45度，R的變化dR/R必須是恒定的。百分比的改變可以是長度的增加。例如，采用公式16，對于在轉(zhuǎn)角為1度內(nèi)要產(chǎn)生45度的傾角E而言，半徑R增加大約1.76％。半徑R變化(dR)的百分比能夠保持恒定，而不用考慮用于旋轉(zhuǎn)每一度時R的初始值。用于除了45度角之外的角度的公式可以通過將公式16的右邊乘以比例系數(shù)K來得到。當傾角E從45度改變時，比例系數(shù)K為三角形XYZ的邊XY與邊XZ的長度差，其中當傾角為45度時，XY與XZ的長度相等。當傾角E不等于45度時，公式為
(17)dR/R＝2*sin(D/2)/(K*cos(D/2)-sin(D/2))比例系數(shù)K等于1/tan(E)。當角E為45度時，1/tan(45)＝1，從而得到公式16。當角E不等于45度時，K為不等于1的某個值。公式17可以用于計算百分比R在轉(zhuǎn)動了轉(zhuǎn)角D后必須改變多少才能產(chǎn)生預(yù)定的傾角E。通過采用定常的傾角E的公式16或17所產(chǎn)生的曲線立即從固定的旋轉(zhuǎn)點向外呈螺旋形地延伸。為了產(chǎn)生具有較小的變化的半徑百分比的平緩的螺旋線，可以采用變化的傾角E。例如，在曲線的起始點處傾角可以為大于或等于45度并且小于90度，并且當R繞固定點旋轉(zhuǎn)時傾角逐漸減小。根據(jù)各種實施方案，變化的傾角，例如連續(xù)減小的傾角可以保持在90和0度之間，或者70度和20度之間。結(jié)合附圖15參考公式14，可以看到相對于公式中的其它項，項dR*sin(D/2)定義了非常小的值。如果將項dR*sin(D/2)從項2*R*sin(D/2)中減去，而不是加上的話，半徑R的值將會仍然保持上升，但是上升得更為平緩，并且傾角E將會逐漸減小。對于初始角不為45度的傾角而言，將項dR*sin(D/2)從項2*R*sin(D/2)中減去并且通過采用比例系數(shù)K來縮放比例，從而得出下列公式(18)dR＝2*R*sin(D/2)/(K*cos(D/2)+sin(D/2))根據(jù)各種實施方案，當起始半徑的長度R為2并且起始傾角E為45度采用上述公式18時，則K等于1，并且將得出如圖16所示的曲線。
圖16示出了由公式18得到的示例曲線，以及兩個圓，其中一個圓的半徑為1個單位，而另一個半徑等于2個單位。參照圖16，根據(jù)公式18，從原點到與曲線上任何點相切的直線在轉(zhuǎn)角為0處的傾角為45度，并且傾角在轉(zhuǎn)角為90度處傾角逐漸減小到大約為20度?？梢援a(chǎn)生具有附圖16的曲線的輪廓的內(nèi)腔壁，它產(chǎn)生了傾角，其中凹形輪廓在0度轉(zhuǎn)角處以傾角為45度開始并且在旋轉(zhuǎn)了90度后該傾角逐漸下降到大約為20度。由于外腔壁的輪廓隨內(nèi)腔壁輪廓而變化，因此凹形輪廓上的轉(zhuǎn)矩的分力的方向與外腔壁的力之間的傾角也在燃燒循環(huán)期間從45度變化到20度。
為了形成內(nèi)腔壁輪廓，由公式18產(chǎn)生的曲線，例如如圖16所示的曲線能夠被重復(fù)并且被旋轉(zhuǎn)180度，以形成如圖7所示的形狀一致的兩相交曲線。例如，圖17中所產(chǎn)生的形狀定義了內(nèi)腔壁和凹形輪廓在腔室內(nèi)繞其旋轉(zhuǎn)的孤立體。由公式18產(chǎn)生的曲線的原點可以位于孤立體內(nèi)曲柄軸的位置處。根據(jù)各種實施方案，并且如圖17所示，曲柄軸偏心地位于孤立體內(nèi)。如圖18所示，產(chǎn)生了與內(nèi)腔壁的形狀匹配的凹形輪廓。
如圖18示出的凹形輪廓24可以具有相對于內(nèi)部曲線200的中心偏置的曲柄樞軸120和保持器130。曲柄樞軸120和保持器130的位置與用于構(gòu)成內(nèi)部曲線200的幾何旋轉(zhuǎn)中心相對應(yīng)，該中心與通過公式18所產(chǎn)生的曲線的原點相應(yīng)，或與曲柄軸50的位置相應(yīng)。圖18示出了腔室10內(nèi)的內(nèi)腔壁100、孤立體90、外腔壁110、具有曲柄樞軸120和保持器130的凹形輪廓24以及曲柄軸50的關(guān)系，它們每一個的輪廓和/或位置根據(jù)由公式18產(chǎn)生的曲線決定。
根據(jù)各種實施方案，外腔壁的形狀通過使凹形輪廓繞內(nèi)腔壁運動而產(chǎn)生。外部腔室可以被設(shè)計成在凹形輪廓的保持器或外部曲線沿著外腔壁運動的同時使凹形輪廓抵靠于內(nèi)腔壁。圖18示出了如圖18所示的由內(nèi)腔壁100和凹形輪廓24產(chǎn)生的外腔壁110的形狀。外腔壁110可以由與內(nèi)腔壁100相同的數(shù)學(xué)函數(shù)產(chǎn)生。根據(jù)各種實施方案，外腔壁110可以具有與至少一部分外腔壁100相同的形狀，但是在比例上更大并且在與燃燒循環(huán)相對應(yīng)的一部分腔室10中繞原點旋轉(zhuǎn)一定的角度，例如90度。
圖19a示出了由圖16中的曲線產(chǎn)生的內(nèi)腔壁100以及通過將凹形輪廓繞內(nèi)腔壁100進行滑動所產(chǎn)生的外腔壁110。外腔壁110的輪廓對應(yīng)于放大了的、用于產(chǎn)生內(nèi)腔壁100的曲線。圖19b示出了圖16中示出的內(nèi)腔壁曲線的放大圖。通過參考圖19a和19b，至少在對應(yīng)于燃燒循環(huán)的一部分外腔壁110中，需要使凹形輪廓與內(nèi)腔壁保持恒定接觸的外腔壁110可以是與內(nèi)腔壁100的輪廓的成比例版本。
內(nèi)腔壁的曲線可以根據(jù)由本發(fā)明定義的公式進行變化。這種內(nèi)腔壁曲線形狀的變化被用于提高整個發(fā)動機循環(huán)的效率，并且在各個循環(huán)中使工作容積形成非對稱的變化。例如，通常在傳統(tǒng)的發(fā)動機中，排氣循環(huán)和壓縮循環(huán)的特征為每一循環(huán)分別以相同的量對工作容積進行壓縮。在這里描述的發(fā)動機中，排氣循環(huán)和壓縮循環(huán)可以是彼此獨立的，這是因為每個循環(huán)實際上位于發(fā)動機腔室中的不同部分，并且可以具有不同尺寸的工作容積。排氣循環(huán)可以被設(shè)計為使工作容積比壓縮循環(huán)中收縮得大，從而更完全地排出燃燒副產(chǎn)品。通過在對應(yīng)于排氣循環(huán)的位置改進內(nèi)腔壁的形狀，使得在這個循環(huán)中內(nèi)腔壁的形狀能夠使工作容積發(fā)生更大的變化，從而獲得更充分地排氣。更改內(nèi)腔壁的形狀能夠產(chǎn)生相對于工作容積的改變不對稱的循環(huán)。可以產(chǎn)生這樣的非對稱的發(fā)動機循環(huán)其中在吸氣、排氣、壓縮或燃燒循環(huán)中的某一個循環(huán)中的工作容積，相較于它在該吸氣、排氣、壓縮或燃燒循環(huán)中的其余循環(huán)中一個或多個中的工作容積，改變了一個區(qū)別量。使內(nèi)腔壁的形狀產(chǎn)生其它的改變將會獲得其它在效率上的巨大進步，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在了解和/或?qū)嵺`了這部分披露的內(nèi)容和相關(guān)的附圖后，這部分內(nèi)容對他們是明顯的。
在圖5中示出了在燃燒循環(huán)中，活塞式發(fā)動機中力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的功能與這里所述的在相反置換的非對稱式旋轉(zhuǎn)發(fā)動機中力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的功能的比較圖，其中這兩個發(fā)動機具有相同的排量。由活塞式發(fā)動機(P)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在燃燒循環(huán)開始時為零，即使作用于活塞上的力在此點處為最大。在燃燒循環(huán)中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩值將會增加到某個最大值，然后又降為零。用于比較的位移相反置換的非對稱旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(IDAR)的機械轉(zhuǎn)換功能圖表并不以零作為起始點。IDAR圖表在燃燒循環(huán)的起始處具有一定的值，并且在燃燒循環(huán)過程中，該值增大，從而持續(xù)地將力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩。在IDAR曲線中所看到的將力持續(xù)地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩是由于在相反置換的非對稱旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的整個燃燒循環(huán)中，曲柄的機械長度的增加。在IDAR曲線中所看到的將力持續(xù)地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩是由于對位于凹形輪廓的力的方向和外腔壁的力的方向之間的傾角進行優(yōu)化的結(jié)果。比較轉(zhuǎn)換功能的曲線P和IDAR下的面積表明相反置換的非對稱旋轉(zhuǎn)發(fā)動機與具有相同排量的傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機相比，前者的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生能力大約為后者4倍。
能夠產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩反向置換的非對稱旋轉(zhuǎn)(IDAR)發(fā)動機的介于來自凹形輪廓的力的方向和外腔壁的力的方向之間的傾角可以是定?；蜃兓?。這種發(fā)動機在整個燃燒循環(huán)中連續(xù)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在IDAR發(fā)動機中，當凹形輪廓繞內(nèi)腔壁運動時，孤立體上的曲柄軸的位置和內(nèi)腔壁的形狀能夠為其產(chǎn)生非對稱的路徑。凹形輪廓的運動使工作容積腔發(fā)生運動，從而工作容積繞曲柄軸進行運動。當凹形輪廓繞內(nèi)腔壁運動時，所述從曲柄軸到外腔壁或曲柄樞軸的半徑在整個吸氣、壓縮、燃燒和排氣中發(fā)生改變，從而使循環(huán)相對于從固定旋轉(zhuǎn)點的距離成非對稱，并且當工作腔的尺寸改變時，產(chǎn)生非對稱的工作容積。
根據(jù)各種實施方案，能夠得到具有兩個或多個繞曲柄軸并且相對于彼此進行設(shè)置以使振動和抖動最小化并且在整個發(fā)動機中平衡運動的IDAR發(fā)動機。根據(jù)各種實施方案并且如圖20所示，兩個腔室10可以彼此相鄰并且沿著曲柄軸50相連。每個腔10可以包括位于孤立體90周圍的內(nèi)腔壁100、外腔壁110、后腔壁180、具有曲柄樞軸120和保持器130的凹形輪廓24以及面板140。每個凹形輪廓24的曲柄樞軸120可以與位于連接在曲柄軸50上的曲柄樞軸35上的狹槽36相互作用。根據(jù)各種實施方案，狹槽可以是凹槽、腔、通道或其它能夠?qū)⑶S樞軸120容納于曲柄盤35內(nèi)的凹部。根據(jù)各種實施方案，狹槽可以延伸穿過曲柄盤35，使曲柄樞軸120可以延伸穿過曲柄盤35并且位于曲柄盤35的上表面之外。通過曲柄樞軸120與曲柄盤35的相互作用，凹形輪廓24每次繞內(nèi)腔壁100的運動都會使曲柄盤和曲柄軸50發(fā)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)各種實施方案，在不同的時候，每個凹形輪廓24位于各自的燃燒循環(huán)內(nèi)。曲柄軸50被置于允許其不與面板140或內(nèi)腔壁100內(nèi)的孤立體90發(fā)生干涉的位置處。每個腔室10位于發(fā)動機組內(nèi)。在曲柄盤35的空間之外，通過螺栓、螺釘、焊接、粘接或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的連接技術(shù)而連接發(fā)動機組塊，或通過利用這些技術(shù)的各種組合而連接發(fā)動機組塊。發(fā)動機組塊可以被連接在一起，從而為曲柄盤35的運動、將曲柄盤35放置于腔室10之間、以及將面板140放置于每個腔10上或者上述的組合提供足夠的空間。根據(jù)各種實施方案，腔室10可以共享曲柄盤35，或者每個腔室10也可以具有獨立的曲柄盤35。
根據(jù)各種實施方案并且正如圖20所示，在一個腔室10內(nèi)可以設(shè)置兩個凹形輪廓24，并且多個這樣的腔室也可以在它們的周圍、在曲柄盤35的運動之外被連接。曲柄軸50可以延伸穿過每個腔10。每個凹形輪廓24可以通過各自的曲柄樞軸120連接到曲柄盤35上，這樣一個曲柄盤35能通過4個連接于其上的曲柄樞軸被轉(zhuǎn)動。根據(jù)各種實施方案，一個凹形輪廓能夠位于四個腔的每一個中。根據(jù)各種實施方案，等于或大于一個的任意數(shù)目的凹形輪廓，例如一個、兩個、四個或八個的凹形輪廓可以連接在單個的曲柄盤上。根據(jù)具有兩個或多個腔10的各種實施方案，腔室10可以在曲柄軸50的周圍彼此偏置以產(chǎn)生繞曲柄軸的平衡運動，如圖20所示。根據(jù)各種實施方案，例如，兩個腔可以位于曲柄軸的周圍并且彼此旋轉(zhuǎn)180度，三個腔可以位于曲柄軸的周圍并且彼此旋轉(zhuǎn)120度，或者四個腔可以位于曲柄軸的周圍并且彼此旋轉(zhuǎn)90度。
與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式或活塞式發(fā)動機相比，在IDAR發(fā)動機中，其工作體積在燃燒循環(huán)過程中膨脹的方式與其在壓縮循環(huán)中被壓縮的方式是不相同的。當凹形輪廓繞腔室運動時，工作容積的改變可以隨著半徑的改變而改變，從改變機械曲柄的長度。根據(jù)各種實施方案，發(fā)動機的非對稱可以通過曲柄軸進行偏心運動來產(chǎn)生，從而產(chǎn)生了在四個循環(huán)中凹形輪廓繞內(nèi)腔壁的非對稱運動。非對稱可以是一個或多個內(nèi)腔壁、外腔壁或凹形輪廓的形狀被改變從而使在每個循環(huán)中的工作容積值發(fā)生非對稱變化的結(jié)果。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到在這里詳細敘述的實施方案之外的其它實施方案。落入在權(quán)限和范圍內(nèi)的各種等同的方法、裝置和設(shè)備的所有實施方案都應(yīng)被包括。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求劃定。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，包括位于工作容積腔內(nèi)的工作容積、大致呈凹形的可運動的輪廓體，以及靜止的凸形表面，其中大致呈凹形的可運動的輪廓體和靜止的凸形表面限定了工作容積腔，并且其中工作容積腔能夠繞靜止的凸形表面運動。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中靜止的凸形表面包括以極坐標表達為R+(2*Rsin(D/2)/(K*cos(D/2)+sin(D/2)))的輪廓，其中K為介于0.27到4.0之間的常數(shù)，R為半徑的長度，D為半徑繞旋轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)的角度。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其中K為1.0。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中當工作容積腔繞靜止的凸形表面運動時，工作容積可以發(fā)生變化。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中工作容積的改變可以對應(yīng)于發(fā)動機吸氣循環(huán)、壓縮循環(huán)、燃燒循環(huán)或排氣循環(huán)。
6.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中工作體積可以在發(fā)動機的吸氣循環(huán)、壓縮循環(huán)、燃燒循環(huán)和排氣循環(huán)的兩個或多個中不相同。
7.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中當工作容積腔從靜止的凸形表面上的較小的旋轉(zhuǎn)半徑的位置處運動到在靜止的凸形表面上的較大的旋轉(zhuǎn)半徑的位置處時，工作容積能夠增大。
8.一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，包括由外腔壁、后腔壁以及圍繞在孤立體周圍的內(nèi)腔壁限定的腔，其中所述腔具有吸氣口、排氣口和點火口；在腔內(nèi)可運動的并且能夠可滑動地與外腔壁和內(nèi)腔壁中的一個或多個相互作用的凹形輪廓；位于凹形輪廓上的曲柄樞軸；能夠容納曲柄樞軸并且通過曲柄樞軸產(chǎn)生運動的曲柄盤；穿過孤立體并且連接在曲柄盤上的曲柄軸；面板，其中面板、凹形輪廓、后腔壁和內(nèi)腔壁限定了包括工作容積的工作容積腔。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中凹形輪廓通過保持器可滑動地與外腔壁相互作用。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動機，其中保持器為滾動軸承。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中當凹形的輪廓從內(nèi)腔壁上較小的旋轉(zhuǎn)半徑的位置處運動到內(nèi)腔壁上較大的旋轉(zhuǎn)半徑的某位置處時，工作容積能夠增大。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中內(nèi)腔壁的形狀包括以極坐標表達為R+(2*Rsin(D/2)/(K*cos(D/2)+sin(D/2)))的輪廓，其中K為介于0.27到4.0之間的常數(shù)，R為半徑的長度，D為繞旋轉(zhuǎn)點的旋轉(zhuǎn)半徑。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)動機，其中凹形輪廓的內(nèi)部曲線為內(nèi)腔壁的輪廓的函數(shù)。
14.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中曲柄軸非對稱地位于孤立體內(nèi)。
15.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中在整個發(fā)動機循環(huán)中，曲柄軸到曲柄樞軸的距離能夠發(fā)生改變。
16.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中在整個燃燒循環(huán)中，曲柄軸到曲柄樞軸的距離能夠連續(xù)地增大。
17.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中在整個壓縮循環(huán)中，曲柄軸到曲柄樞軸的距離能夠連續(xù)地減小。
18.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中發(fā)動機的每個循環(huán)包括吸氣、壓縮、燃燒和排氣的副循環(huán)，并且每一副循環(huán)對應(yīng)于凹形輪廓繞內(nèi)腔壁旋轉(zhuǎn)的一個用度數(shù)測量的值。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)動機，其中至少一個副循環(huán)的旋轉(zhuǎn)值不同于至少一個其它副循環(huán)的旋轉(zhuǎn)值。
20.如權(quán)利要求18所述的發(fā)動機，其中在至少一個副循環(huán)中的工作容積不同于至少其它兩個副循環(huán)的工作容積。
21.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中在燃燒循環(huán)中，位于來自凹形輪廓的產(chǎn)生力矩的力的方向和外腔壁的切線之間的傾角介于0度到90度之間。
22.如權(quán)利要求21所述的發(fā)動機，其中當凹形輪廓繞內(nèi)腔壁運動時，傾角能夠發(fā)生改變。
23.如權(quán)利要求21所述的發(fā)動機，其中傾角在大約15度到大約75度之間。
24.如權(quán)利要求21所述的發(fā)動機，其中傾角在大約30度到大約60之間。
25.如權(quán)利要求21所述的發(fā)動機，其中傾角為45度。
26.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，還包括位于腔內(nèi)并且能夠與外腔壁和內(nèi)腔壁可滑動地相互作用的可運動的第二凹形輪廓。
27.如權(quán)利要求26所述的發(fā)動機，其中第二凹形輪廓從位于腔內(nèi)的凹形輪廓處繞曲柄大約180度而設(shè)置。
28.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，具有從所述腔處繞曲柄軸旋轉(zhuǎn)大約180度的第二腔。
29.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中工作容積腔能夠在發(fā)動機內(nèi)運動。
30.如權(quán)利要求29所述的發(fā)動機，其中工作容積腔繞曲柄軸運動。
31.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中內(nèi)腔壁為非對稱形狀。
32.一種在旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的燃燒循環(huán)中連續(xù)地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方法，包括在靜止的凸形內(nèi)腔壁、后腔壁、可運動的大致呈凹形的輪廓以及面板之間形成工作容積；然后通過使大致呈凹形的輪廓沿外腔壁滑動，從而使大致呈凹形的輪廓繞靜止的凸形內(nèi)腔壁運動。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中來自凹形輪廓的產(chǎn)生力矩的力的方向和外腔壁的切線之間的傾角介于0度到90度之間。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中傾角在大約15度到大約75度之間。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中傾角在大約30度到大約60度之間。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，它通過將運動腔體(170)和靜止的凸形表面(100)進行相反的置換在整個燃燒循環(huán)過程中產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩。公開了一種具有一個或多個非對稱的腔(170)、進行非對稱布置的曲柄軸(50)以及具有變化長度的機械曲柄(120)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。描述了一種與傳統(tǒng)的活塞式或旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機相比，在每單位發(fā)動機排量下具有更大馬力的發(fā)動機。
文檔編號F02B53/02GK1662732SQ03815027
公開日2005年8月31日 申請日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者J·B·伍德里奇 申請人:盧門紐姆公司