本发明涉及转子发动机。

在很多种装置中都会发生气体的压缩或膨胀。众所周知的例子 包括泵、压缩机、鼓风机、排气机以及转子发动机和水力发动机， 所有这些均包括用来压缩或膨胀气体的某些形式的装置。

如上所述，压缩机是众所周知的装置。一种类型的压缩机是往 复式压缩机。往复式压缩机具有能够在高压下工作的优点。然而， 往复式压缩机具有很多个运动部件，因此是比较复杂的装置。另一 种类型的压缩机即罗茨压缩机具有旋转式而非往复式运动，其所得 到的简单性意味着它具有较少的运动部件并且是可靠的。然而，这 类压缩机具有其缺点。一项这种缺点在于，它依靠“背压”来增大 所泵送气体的压力。这意味着在低压输入气体接触到压缩机内的高 压气体并与之混合之前不会对低压输入气体进行压缩。这一不可逆 的过程缺乏效率，并且会导致较高的驱动功率要求和增大的空气出 口温度。

另一种类型的旋转压缩机即利肖姆压缩机采用内部压缩来克服 由“背压”所引起的问题。通常来说，这些压缩机的效率高得多。 然而，它们的性能在很大程度上取决于在运动零件之间保持非常小 的间隙，因此带来了显著的制造问题。零件之间的不良密封导致了 气体的反向泄漏，限制了使用单个压缩机所能得到的压力。

上述类型的压缩机用于内燃机中。特别是，罗茨式、单螺杆式 或利肖姆式旋转压缩机与相应的膨胀机装置一起用于转子发动机 中，该膨胀机装置允许在热高压气体的膨胀期间抽取功。与旋转压 缩机相似，转子发动机具有更少一些的运动部件，因此比其往复式 的等同物更加可靠。其生产和维修成本也较低。通常来说，与往复 式发动机相比，转子发动机的噪音更小，可以实现每秒更多的燃烧 循环，因此导致了更优越的动力重量比。

大多数旋转式内燃机的理想循环是奥托循环。奥托循环的一项 缺点在于，可从热高压气体中抽取的功的量受到了限制，这是因为 发动机的膨胀比无法超过其压缩比。如果可以进一步膨胀到环境压 力下，那么奥托循环的等熵膨胀步骤结束时的气体可以做更多的功。 在称为Atkinson-Miller循环的理想循环中可以克服这一缺点。 Atkinson-Miller循环允许到环境压力的等熵膨胀，因此允许不同的压 缩比和膨胀比。已经提出了许多种采用Atkinson-Miller循环的内燃 机。然而，这些发动机设计通常具有许多运动部件，或者使用了难 加工的部件。有利的转子发动机设计能够实现高压缩比，使得它们 可用于压燃式发动机如柴油发动机。转子发动机的动力输出应当是 平稳且连续的，只有很少的波动。噪音和机械磨损应当降至最小。

已经知道有多种单螺杆式转子发动机，其中压缩和膨胀在形成 于可旋转块体的表面中的螺旋形通道内进行。螺旋通道、围绕着密 封了螺旋通道的可旋转块体的表面以及具有可与螺旋通道相啮合的 齿或叶片的轮件形成了单独的工作腔。例如，GB653185公开了一种 转子发动机，其中通常提供具有变化深度的螺旋通道来实现压缩和 膨胀，并且轮件的齿或叶片的变化部分限定了工作腔。在GB653185 所公开的发动机中，齿尖或叶尖保持在通道内，并且齿或叶片总是 与工作腔中的气体接触。另外，轮件的齿或叶片的形状不会对发动 机的压缩比或膨胀比带来显著影响，压缩和膨胀可在发动机的不同 部分中进行。

US3862623和US3897756公开了一种转子发动机，其中在每次 循环期间可旋转块体仅围绕其轴线旋转一转的一部分，并且压缩和 膨胀在旋转轮的齿或叶片上进行。在这些发动机中，通道的深度并 不改变，因此必须有两个不同的工作腔分别用于压缩和膨胀。

US4003348、US4005682和US4013046公开了具有不同的压缩 比和膨胀比的转子发动机。然而为了控制燃料和空气流，它们具有 复杂形状的通道，其存在明显的制造问题。US4013046公开了一种 转子发动机，其中在每次循环期间打开和关闭气门，以便控制气体 的流动。

US2674982、US3208437、US3060910、US3221717和US3205874 公开了一些转子发动机，其中通过互相啮合的带有齿或叶片的轮件 而限定了工作腔。然而在这些发动机中，工作腔首先由一个轮件限 定，然后由另一轮件限定，因此需要密封超过一个旋转部件。

根据本发明的一个方面，提供了一种与可压缩流体一起使用的 转子发动机，该发动机包括：安装成可围绕第一轴线旋转的第一旋 转件；具有封闭了第一旋转件的至少一部分的表面的外壳，在第一 旋转件的表面和外壳表面之间限定了具有变化截面积的细长空腔； 以及多个安装成可围绕相应的第二轴线旋转的第二旋转件，各第二 旋转件安装成穿过外壳表面中的槽而伸出，并与第一旋转件表面配 合而将空腔分成相邻的工作部分，其中，各第二旋转件均包括多个 突出部分，其具有围绕相应的第二轴线为变化的半径，不同的半径 导致突出部分以各自不同的量伸入到空腔中，因此工作部分的体积 随着第一和第二旋转件旋转而变化，在使用中，工作部分中的流体 如同封闭体积一样经历压缩、燃烧和膨胀，该封闭体积在压缩、燃 烧和膨胀期间由相同两个相邻的第二旋转件来限定。

第一旋转件和各个第二旋转件具有可变的半径。因此，具有恒 定半径的外壳表面以及第一旋转件表面限定了围绕第一轴线延伸的 空腔。当第一旋转件围绕第一轴线旋转时，空腔也围绕第一轴线旋 转。各第二旋转件穿过外壳表面而伸出。当各第二旋转件旋转时， 它们穿过外壳表面而伸出的量也变化。实际上，第一旋转件和各个 第二旋转件的旋转是协同的，使得它们啮合在一起而提供了密封。 因此，各第二旋转件限定了空腔的多个工作部分。工作部分还可由 第一旋转件在其半径最大的部分处通过提供与外壳的密封来限定。 当空腔围绕第一轴线旋转时，空腔工作部分的体积也变化，因此在 其中提供了流体的压缩或膨胀。

因此，转子发动机可实现为具有多种所需的品质，同时制造和 使用简便。转子发动机依赖于内部压缩，因而避免了与“背压”有 关的缺点如效率不足。同时，设计的简单性允许在转子发动机的不 同零件之间实现有效的密封，因此避免了制造的复杂性以及其它与 已知的内部压缩转子发动机有关的问题。

优选的是，第一和第二旋转件均包括多个整体段，它们均具有 不同的半径。对于第二旋转件来说，这些段是突出的部分。

优选的是，第二旋转件围绕着外壳表面分布，各个第二旋转件 安装成可围绕垂直于第一轴线和外壳表面的半径的相应轴线旋转。 这样就限定了空腔的多个工作部分，在每个工作部分中，压缩和/或 膨胀过程可同时进行。

第一旋转件可以处于外壳表面之内，而多个第二旋转件可以处 于外壳表面之外。在这种情况下，第一旋转件将是大致圆柱形的。 或者，第一旋转件可以处于外壳表面之外，而多个第二旋转件可以 处于外壳表面之内。在这种情况下，第一旋转件将基本上采用环体 的形式。

转子发动机执行压缩，之后执行膨胀。第一旋转件和多个第二 旋转件中的每一个的旋转导致空腔工作部分的体积在各循环期间先 减小，然后增大。由于压缩和膨胀由第一旋转件表面的不同部分来 进行，因此可以实现具有不同压缩比和膨胀比的发动机。

优选的是，转子发动机还包括点火装置，用于在膨胀前点燃压 缩流体。例如，点火装置可包括火花塞。这样，当空腔工作部分内 的气体处于最大压力下时，可能会引发压力突增。例如，如果气体 是燃料和氧气的混合物，那么火花塞可能会如同传统汽油发动机一 样引发燃烧。或者，如果气体包括非常高压的氧气，那么燃料自身 的注射可能会如同传统柴油发动机一样引发燃烧。可以使用会导致 压力突增的其它手段，例如注射小体积的高压低温气体。压力突增 允许在膨胀期间抽取的功多于在压缩时用掉的功，从而为发动机提 供动力。

优选的是，第一旋转件还包括至少一个用于流体入口或流体出 口的通道。第一旋转件甚至可包括用于流体入口和流体出口的通道。 这样，流体可被抽取或被压迫到空腔工作部分中，或者从空腔工作 部分中排出或释放出来。

外壳还可包括至少一个侧阀，该至少一个侧阀中的每一个仅当 相邻于空腔工作部分时才作为流体入口或流体出口来工作，对于装 置的一部分循环来说，该至少一个侧阀中的每一个均相邻于空腔的 工作部分。因此，转子发动机设计成使得包含侧阀的外壳区域仅在 需要流体入口或流体出口时才形成了空腔工作部分的边界。

优选的是，可操作该至少一个侧阀中的每一个来改变流体到空 腔工作部分中的流率，改变空腔工作部分内的流体压力，或者改变 转子发动机的压缩比或膨胀比。因此，侧阀可提供控制转子发动机 操作的方式。

优选的是，采用闭环反馈控制来控制该至少一个侧阀中的每一 个的操作，该闭环反馈控制基于例如流体入口压力、流体出口压力 和旋转速度的操作参数。这样，多个参数可保持在稳态下。

本发明还提供了一种包括两个上述旋转装置的转子发动机。这 样，相应的第二旋转件可设置成使得第一旋转件上的净力最小。例 如，这可通过在整体式第一旋转件的相对侧上为各转子发动机提供 第二旋转件来实现。

下面将参考附图并借助示例来介绍本发明：

图1和2显示了分别处于第一和第二位置的根据本发明的第一 转子发动机的截面；

图3显示了根据本发明的第一转子发动机的第二旋转件的侧面 轮廓；

图4和5显示了处于第三和第四位置的根据本发明的第一转子 发动机的截面；

图6显示了根据本发明的第二转子发动机的截面；

图7显示了根据本发明的第三转子发动机的截面；

图8和9显示了根据本发明的第四转子发动机的截面；

图10到14显示了分别处于第一到第五位置的根据本发明的第 五转子发动机的截面；

图15和16显示了分别处于第六和第七位置的根据本发明的第 五转子发动机的第一旋转件的表面；

图17显示了根据本发明的第六转子发动机的第一旋转件的表 面；

图18显示了根据本发明的第七转子发动机的截面；

图19显示了根据本发明的第八转子发动机的截面；

图20到27显示了分别处于第一到第八位置的根据本发明的第 八转子发动机的截面；

图28和29显示了分别处于第一和第二位置的根据本发明的第 九转子发动机的截面；

图30显示了根据本发明的第九转子发动机的第一旋转件的表 面；

图31显示了第一压缩机的截面；

图32和33显示了分别处于第一到第三位置的第一压缩机的第 一旋转件的表面；

图34显示了第二压缩机的第一旋转件的表面；

图35显示了第三压缩机的截面；

图36显示了第三压缩机的第一旋转件的表面；

图37显示了根据本发明的第十转子发动机的截面；

图38和39分别显示了根据本发明的第十一和第十二转子发动 机的截面；

图40显示了根据本发明的第十三转子发动机的第二旋转件的侧 面轮廓；

图41显示了根据本发明的第十四转子发动机的截面；

图42、43、44和45显示了如图1到41所示第二旋转件的特征； 和

图46显示了如图1到41所示装置的特征。

应当理解，所有图都是示意性的，因此未按比例绘制。例如为 了清楚起见，一些尺寸已被放大。

图1到5显示了根据本发明的第一转子发动机。第一转子发动 机包括第一旋转件1、外壳2、三个第二旋转件3a，3b，3c、三个火花 塞8a，8b，8c以及动力输出轴(未示出)。

第一旋转件1安装成可围绕第一轴线6旋转。第一旋转件1是 大致圆柱形的材料块，但在半径方面具有较大的变化。第一旋转件1 由钢制成，然而本领域的技术人员可以理解，它也可有利地由其它 材料制成。本领域的技术人员也将知道用于第一转子发动机的其它 所述部件的适当材料。

大致圆柱形的第一旋转件1基本上由具有不同半径的四个段形 成：密封段1a、压缩段1b、燃烧段1c和膨胀段1d。密封段1a围绕 第一轴线6跨过一个非常小的角度，然而却具有最大的半径。压缩 段1b、燃烧段1c和膨胀段1d均围绕第一轴线6跨过稍小于120°的 角度。

在旋转期间，密封段1a之后是压缩段1b，之后是燃烧段1c，再 后是膨胀段1d。燃烧段1c的半径稍小于密封段1a的半径。压缩段1b 的半径小于燃烧段1c。膨胀段1d的半径小于压缩段1b。第一旋转件 1还包括相邻于密封段1a的流体入口通道4和流体出口通道9。

外壳2包括恒定半径的大致圆柱形表面，其以第一轴线6为中 心并且部分地封闭了第一旋转件1。外壳2还具有端壁2a，其可阻止 第一旋转件1沿第一轴线6轴向运动。端壁2a还在外壳2和第一旋 转件1的端部之间提供了密封。

在第一旋转件1和外壳2之间限定了空腔5a，5b，5c。空腔5a，5b，5c 的截面积取决于第一旋转件1的半径而围绕第一轴线6变化。例如， 空腔的截面积在其相邻于燃烧段1c之处较小，而空腔的截面积在其 相邻于膨胀段1d之处较大。在第一旋转件1的密封段1的附近不存 在空腔。作为替代，密封段1a与外壳2接触以提供密封。密封段1a 还形成了空腔5a，5b，5c的起始部和终止部。在第一旋转件1的旋转期 间，空腔5a，5b，5c也旋转。

三个第二旋转件3a，3b，3c均以围绕第一轴线6为120°的间隔而 安装在外壳2的周围。第二旋转件3a，3b，3c全都安装成离外壳2的端 部为相同的轴向距离。第二旋转件3a，3b，3c均安装成可围绕垂直于第 一轴线6和第一旋转件1的半径的相应轴线旋转。在第二旋转件 3a，3b，3c的旋转期间，它们均以变化的量穿过外壳2而伸入到空腔 5a，5b，5c中。在各个第二旋转件3a，3b，3c和外壳2之间形成了密封。

图3显示了第二旋转件3a，3b，3c中的一个的侧面轮廓以及第二旋 转件绕其旋转的轴线7。图4和5显示了发动机的垂直于轴线7的截 面。图4和5清楚地显示了外壳2的端壁2a以及圆柱形表面。从图 3中可以看到，与第一旋转件1相同，各个第二旋转件3a，3b，3c基本 上由具有不同半径的四个段形成。第二旋转件3a，3b，3c的各个段的半 径设计成使得在操作中，各第二旋转件的各段与第一旋转件1的不 同段1a，1b，1c，1d配合操作，以便提供密封。因此，第二旋转件3a，3b，3c 限定了三个或四个空腔工作部分。

第二旋转件3a，3b，3c是薄的平面部件。然而从图1和2中可以看 到，并且本领域的技术人员也可以理解，它们必须要有一定的厚度， 以便在操作期间承受施加在第二旋转件3a，3b，3c上的力。本领域的技 术人员还将理解，第二旋转件3a，3b，3c的形状必须设计成可与第一旋 转件1形成良好的密封。各个第二旋转件3a，3b，3c被驱动而以与第一 旋转件相同的角速度旋转。本领域的技术人员已公知多种可在与第 一旋转件相同的角速度下驱动第二旋转件3a，3b，3c的多种机构。例 如，这些零件可通过齿轮连接在一起。

火花塞8a，8b，8c均以围绕第一轴线6为120°的间隔安装在外壳2 上，并且处于第二旋转件3a，3b，3c的中间。火花塞8a，8b，8c与外壳表 面平齐，因此它们不会突入到空腔中。本领域的技术人员将知道用 于操作火花塞的装置(未示出)。

在使用中，第一旋转件围绕第一轴线6旋转。参见图1和4，当 第一旋转件1旋转时，汽化燃料形式的气体和氧气经由流体入口通 道4被抽入到第一转子发动机中。气体被抽入到限定在第一旋转件1 的密封段1a和第二旋转件3a之间的空腔工作部分中。该工作空腔随 第一旋转件1的旋转而膨胀，因而形成了可抽入气体的真空。

图2显示了相比于图1而言第一旋转件1推进了60°的第一转子 发动机。第一旋转件1的密封段1a此时旋转到第二旋转件3c处。因 此，此时在第二旋转件3a和3c之间限定了空腔工作部分。流体入口 通道4即将旋转经过第二旋转件3c，因此导致已被抽入到转子发动 机中的气体被完全封闭。

第一旋转件1的进一步旋转导致燃烧段1c开始旋转到限定在第 二旋转件3a和3c之间的空腔工作部分中。燃烧段1c的比压缩段1b 更大的半径导致空腔工作部分的体积减少。由于空腔工作部分被完 全封闭，因此气体的压力增大。气体压力持续增大，直到空腔工作 部分的体积达到最小值为止。当第一旋转件1的燃烧段1c已经完全 旋转经过第二旋转件3a时，就达到了该最小体积。

在该位置处，空腔工作部分内的压缩气体由火花塞8c点燃。气 体的燃烧导致了压力突增。

第一旋转件1的进一步旋转导致膨胀段1d开始旋转到限定在第 二旋转件3a和3c之间的空腔工作部分中。膨胀段1d的比燃烧段1c 更小的半径导致空腔工作部分的体积增加。该高压气体在其膨胀时 做功，因而为发动机提供动力。气体持续做功，直到第一旋转件1 的膨胀段1d已经完全旋转经过第二旋转件3a时为止。由于第一旋转 件1的压缩段1b和膨胀段1d具有不同的半径，因此第一转子发动 机的压缩比和膨胀比不同。因此，本发明允许使用高效率的 Atkinson-Miller循环。

最后，密封段1a开始旋转到限定在第二旋转件3a和3c之间的 空腔工作部分中。废气被迫经流体出口通道9排出，当新鲜气体经 由流体入口通道4而抽入到空腔工作部分中时，新的循环开始。

在发动机的操作期间，上述压缩-燃烧-膨胀循环也在限定于第二 旋转件3a和3b以及3b和3c之间的工作空腔内同时进行。动力可经 由与第一旋转件1相连的动力输出轴(未示出)从第一转子发动机 中输出。

图6显示了根据本发明的第二转子发动机。在该转子发动机中， 执行与如图1到5所示的相同功能的部件采用了相同的标号。第二 转子发动机具有环形的第一旋转件1，其安装在外壳2之外。在外壳 2内安装了三个第二旋转件3a，3b，3c。第二转子发动机以与第一转子 发动机相同的方式工作，其中压缩-燃烧-膨胀循环在限定于相邻第二 旋转件之间的空腔工作部分内同时进行。

图7显示了根据本发明的第三转子发动机。在该第三转子发动 机中，第一旋转件1是大致圆柱形的。然而，密封段1a、压缩段1b、 燃烧段1c和膨胀段1d均在平行于第一轴线6的方向上突出。因此， 包括端壁2a的外壳2采用了围绕第一轴线6延伸且具有槽形截面的 环体的形式。然而，第三转子发动机仍以与第一和第二转子发动机 类似的方式工作。第三转子发动机优选还允许在第一旋转件的一侧 中结合冷却翅片。第一旋转件的其它设置对本领域的技术人员来说 也是显而易见的。

在第三转子发动机中，外壳2的端壁不平行，而是相互间形成 了角θ。角θ是由外壳端壁2a的内表面所限定的围绕着第二旋转件 的中心的角。在使用中，当空腔工作部分的体积处于最小值时，限 定了工作部分的各第二旋转件的段必须同时至少以角θ伸入到外壳 中。在采用了三个第二旋转件的第三转子发动机中，各第二旋转件 存在120°角的异相。因此，对应于第一旋转件的燃烧段的第二旋转 件的段必须跨过120°+θ的角。

由于角θ更小一些，因此图7所示外壳2的端壁2a提供了比图 4和5所示更有效的设置。

在如图4、5和7所示的转子发动机中，角θ必须比较小，因此， 一旦第二旋转件的段旋转到外壳2达角θ以形成密封并限定了两个 空腔工作部分，那么就可以保持密封，直到与之相互配合的第一旋 转件1的段已经旋转过去为止。这便限制了空腔的尺寸，因而限制 了发动机可产生的动力。

图8和9显示了可克服上述问题的根据本发明的第四转子发动 机。第四转子发动机中的角θ比第一到第三转子发动机中的更大。 角θ的这种增大可通过修改构成了第一旋转件1和各个第二旋转件 3a，3b，3c的段来实现。在第四转子发动机中，与第一旋转件的燃烧段 1c配合操作的各个第二旋转件的段跨过了θ+120°的角。这就保证了 可在第一旋转件的燃烧段1c和相关第二旋转件之间形成密封达足够 的持续时间。为了容纳这一额外的跨距，与第一旋转件1的压缩段1b 配合操作的各个第二旋转件的段的跨距减小。然而，该段的半径增 大以补偿跨距的减小。这还伴随有第一旋转件1的压缩段1b的相应 的跨距减小和半径减小。

当气体被抽入到第四转子发动机中时，它们被抽入到相邻于第 一旋转件1的压缩段1b的空腔工作部分中。虽然这个段比第一到第 三转子发动机中的第一旋转件1跨过更小的角，然而紧接于压缩之 前的空腔工作部分的体积是相似的，因为压缩段1b的半径更小，因 此给出了更大的空腔截面积。

图10到16显示了根据本发明的第五转子发动机。与第四转子 发动机相同，第一旋转件1的压缩段和膨胀段的半径相同。压缩段 和膨胀段也跨过不同的角。

在图10中，第一旋转件1的密封段的终端刚刚旋转经过第二旋 转件3a，因此气体开始经由开口而被抽入到空腔工作部分中，该开 口处于与第一旋转件1的压缩段1b配合操作的第二旋转件3a的段的 附近。

在图11中，发动机进一步旋转。气体仍被抽入到发动机中，然 而这并未示出。与第一旋转件1的压缩段配合操作的第二旋转件3a 的段此时已旋转到第一旋转件中，因此便形成了密封并限定了两个 空腔工作部分。

在图12中，发动机几乎旋转到与第一旋转件1的燃烧段配合操 作。

在图13中，发动机已旋转了另一个120度。在空腔工作部分的 另一端，旋转件处于如图12所示的位置。气体此时处于其最大压缩 下，并且进行燃烧。

在图14中，发动机进一步旋转。第二旋转件3a此时与第一旋 转件1的膨胀段配合操作。因此，气体在其膨胀时做功。

发动机的进一步旋转导致第二旋转件3a回到图10所示的位置， 在此位置点处气体完全膨胀。发动机的更进一步旋转导致废气被排 出发动机，如图11所示。

图15和16显示了第五转子发动机的第一旋转件1的表面。图15 和16还显示了第二旋转件3a，3b，3c的相对位置。在图16中，第一旋 转件1相比于图15已旋转了60°。剖面区域显示出限定了空腔的第 一旋转件1的表面，以及第二旋转件3a，3b，3c的表面。

图17显示了根据本发明的第六转子发动机的第一旋转件1的表 面。图17还显示了第二旋转件3的相对位置。第六转子发动机具有 六个第二旋转件3，它们在腔的六个工作部分内进行压缩-燃烧-膨胀 循环。设置六个第二旋转件3允许它们中的一些定位在第一轴线6 的相对侧上，因此便平衡了燃烧期间所产生的力。这便减小了第一 旋转件1上的净力，并且保证了第一旋转件1的质心处于第一轴线6 上。

图18显示了根据本发明的第七转子发动机的截面。第七转子发 动机也具有六个第二旋转件3，其在腔的六个工作部分内进行压缩- 燃烧-膨胀循环。燃烧期间所产生的力通过将第二旋转件3定位在第 一旋转件1的相对侧上来实现。

图19到27显示了根据本发明的第八转子发动机的截面。第八 转子发动机包括多个围绕外壳2分布的第二旋转件3。各个第二旋转 件3包括不同长度的两瓣。当第二旋转件3旋转时，它们伸出到限 定在第一旋转件1和外壳2之间的空腔中。与第一到第七转子发动 机不同，空腔的截面积在第一轴线6的周围逐渐变化。

图20到27显示了在压缩-燃烧-膨胀过程中的不同阶段处的第八 转子发动机。在图20中，第二旋转件3旋转到它不会伸入到第一旋 转件1中的位置。在该位置中，在第一旋转件1和外壳2之间形成 了密封。该密封限定了在第一轴线6的周围延伸的空腔的两端，并 且保证了被抽入空腔中的新鲜气体不会与废气混合。

在图21中，第一旋转件1已旋转到限定在第一旋转件1和外壳 2之间的空腔。空腔工作部分此时限定在由第一旋转件1和外壳2所 形成的密封与第二旋转件3之间。气体在膨胀时经由流体入口通道4 被抽入到空腔工作部分中，如箭头所示。

发动机继续旋转，气体被抽入到空腔内，直到第二旋转件3旋 转到图22所示的位置为止。在该位置中，空腔工作部分限定在相邻 的第二旋转件3之间。流体入口通道4旋转离开空腔工作部分，此 时其被完全封闭。

发动机的进一步旋转导致第二旋转件进一步旋转，如图23所示。 在该位置中，空腔工作部分被压缩，因此压缩了包含在其中的气体。

空腔工作部分继续被压缩，直到第二旋转件3达到如图24所示 的位置为止。在该位置中，空腔工作部分的体积处于最小值，包含 在其中的气体已被压缩。然后会引发气体的燃烧，因而导致气体压 力的进一步增大。

发动机的继续旋转导致空腔膨胀，如图25所示。气体在其膨胀 时做功，动力经由与第一旋转件相连的动力输出轴(未示出)从发 动机中输出。

空腔工作部分中的气体继续膨胀，直到第二旋转件3到达如图26 所示的位置。在该位置中，空腔工作部分的体积处于最大值。图26 所示的空腔截面积比图22所示的更大。因此，发动机的膨胀比大于 其压缩比。由于各个第二旋转件3包括不同形状的两瓣，因此可以 实现不同的膨胀比和压缩比。在压缩期间使用一个瓣，而在膨胀期 间使用另一个瓣。

一旦气体已经完全膨胀，发动机便继续旋转，直到废气被排出， 如图27所示。在该位置中，第二旋转件3已经进一步旋转，使得空 腔工作部分缩小。第一旋转件1也已旋转，使得流体出口通道暴露 于空腔工作部分中。当空腔工作部分缩小时，包含在其中的气体经 由流体出口通道9从发动机中排出，这样就完成了转子发动机的循 环。

图28到30显示了根据本发明的第九转子发动机。该第九转子 发动机采用了滑阀10来控制其压缩比。滑阀10位于外壳表面上的 在气体压缩期间而不是在气体膨胀期间限定了空腔工作部分的区域 中。通过保证与第一旋转件1的压缩段配合操作的各个第二旋转件 的段具有最大的半径，就可以实现这一点。

为了阻止废气经过滑阀10，可将流体出口通道9设置在第一旋 转件1内，如图29所示。在这一方面，第九转子发动机与根据本发 明的其它转子发动机、例如图11所示的第五发动机不同。如图29 所示，第一旋转件1的设计允许气体在排放期间在限定于第二旋转 件3a的相对侧上的空腔工作部分之间流动，因此在空腔工作部分缩 小时提供了气体的逸出路径。

图30显示了第九转子发动机的第一旋转件1的表面，并且显示 出了第二旋转件3a，3b，3c和滑阀10的相对位置。各阀10具有滑盖11。 图30显示了在滑阀10完全打开时滑盖的位置。

滑阀10允许修改发动机的压缩-燃烧-膨胀循环。特别是，该循 环可被修改成使得一些压缩气体在燃烧之前便从空腔工作部分中排 出，因此便降低了发动机的压缩比。优选的是，所排出的气体将重 新循环以便提高燃料效率。通过改动滑阀10的打开程度，就可以控 制气体压力，因而控制发动机的压缩比。这样，滑阀10可用来控制 发动机的动力输出。

滑阀10仅用于气体压缩的期间。因此，滑阀10在整个压缩-燃 烧-膨胀循环中保持在同一位置。只有需要改变发动机的压缩比时才 改变滑阀10的位置。该操作原理不同于传统的内燃机，其中阀在每 一压缩-燃烧-膨胀循环中均打开和关闭。

也可采用其它的阀构造，这些都是本领域的技术人员已知的。 例如，可以提供其它的侧阀，这些侧阀的滑盖可在不同于图中所示 的方向上滑动，也可以提供未设滑盖的侧阀来代替滑阀。阀可形成 用于转子发动机的专用流体入口，或者提供成与第一旋转件1中的 一个或多个流体入口通道相结合。当阀形成了通到转子发动机中的 流体入口时，它们可用来调节其中气体不再被抽入到发动机中的正 时。

图31到33显示了第一压缩机。该第一压缩机以与上述转子发 动机相类似的方式工作。然而，从工作循环中取消了燃烧和膨胀阶 段，这便实现了简化。压缩机包括一个第二旋转件3，其以第一旋转 件1的角速度的一半旋转。气体被抽入到压缩机中，被压缩，然后 经由滑阀10释放。滑阀10用来控制气体被压缩机所压缩的程度。 第一旋转件1设计成使得在压缩气体的释放期间，气体可在限定于 第二旋转件3的相对侧上的空腔工作部分之间流动。这就提供了在 空腔工作部分缩小时气体的逸出路径。

压缩机可包括两个第二旋转件，以便平衡第一旋转件1上的力。 这可通过采用图17和18所公开的技术及其描述来实现。

图34显示了第二压缩机。在该压缩机中，空腔工作部分的体积 比第一压缩机中的更大。

图35和36显示了第三压缩机。在该压缩机中，滑阀10用来控 制气体的吸入而非其排出。

第一、第二和第三压缩机可如膨胀机地工作。在这种情况下， 压缩气体输送到流体出口中，第一和第二旋转件沿着与图中所示相 反的方向被驱动。

图37显示了根据本发明的第十转子发动机的截面。在该第十转 子发动机中，在第二旋转件3上增设了多个小齿12。这样，第一旋 转件1可以正确的角速度来直接驱动第二旋转件3。优选的是，小齿 12和第一旋转件1上的与之啮合的部分应当具有圆角。

图38和39分别显示了根据本发明的第十一和第十二转子发动 机的截面。第十一转子发动机包括第二旋转件3，其重心处于其旋转 轴线上。这就通过提供作为在其它所述转子发动机的第二旋转件中 所提供的二倍多的段而实现了容易制造。第二旋转件3的段所跨过 的角度小于其它所述转子发动机中的情况，因此它们所限定的空腔 工作部分的空腔体积更小。然而在第十一转子发动机中，通过使空 腔处于第二旋转件3的两侧就可在一定程度上补偿这一点。这样， 第十一转子发动机可作为复合式发动机来工作。

如图39所示，在第十二转子发动机中，两个空腔定位成异相， 因此产生了平稳的功率输出。还已经从第十二转子发动机的第一旋 转件1中除去了多余的材料。这便降低了发动机重量，减小了第一 旋转件1和外壳2之间的接触面积，并且为发动机提供了增强的通 风。

第二旋转件的形状对应于空腔的截面形状。由于力与压力差乘 以面积成比例，因此精心地设计第二旋转件的形状可以提供一种在 整转中保持恒定的功率输出的发动机。对于具有一个空腔的发动机 来说，在其上做功的第一旋转件的面积为限定了空腔各端的第二旋 转件的面积之间的差值。可以计算出空腔的体积以及空腔内的气体 压力。该压力和体积允许计算出作为第一旋转件旋转的函数的可得 能量，因此允许计算出发动机的扭矩。可以得到各空腔的扭矩。这 样就可以得到第二旋转件的形状，从而提供具有平稳功率输出的发 动机。

第二旋转件的形状可以通过作为角度函数的半径来确定。确定 一个目标如“使最小扭矩最大”允许采用本领域的技术人员所知的 计算方法来得到第二旋转件的形状，从而提供具有平稳功率输出的 发动机。

图40显示了可用来提供具有平稳功率输出的发动机的第二旋转 件3的形状的一个例子。第二旋转件3a的左上方尖点减小了在压力 较高时进行气体压缩的面积。类似的，第二旋转件3a的右下方尖点 允许在压力较高时气体逐步膨胀，以及在压力较低时气体快速膨胀， 从而提供具有稳态功率输出的发动机。

图41显示了根据本发明的第十四转子发动机的截面。第十四转 子发动机具有安装在外壳2之外的环形的第一旋转件1。两个第二旋 转件3a，3b安装在外壳2内。在第十四转子发动机中，这些零件已经 安装成使得第二旋转件的平面不与第一旋转件的轴线相交。这就允 许第二旋转件具有比外壳的内半径更大的最大半径，对于给定的发 动机半径来说允许有更大的工作体积。另外，该发动机具有比第一 旋转件的外半径更小一些的外壳半径。这使得第一旋转件和外壳之 间的摩擦具有更小的区域，并且使得外壳和第一旋转件之间的泄漏 具有更小的长度。这一构造也为压缩机和膨胀机提供了这些优点。

图42到46显示了根据本发明的装置区别于已知旋转装置的一 些特征。应当注意的是，这些图中所示的零件已经参考前图进行了 介绍，图42到46并未增加构造发动机或理解其操作所必须的知识。

图42到44显示了可视为具有一个较大齿的第二旋转件3。图45 显示了可视为具有两个较大齿的第二旋转件。这些齿是第二旋转件 中的伸入到在循环中的一些部分期间由外壳和第一旋转件所限定的 空腔中的部分。这些齿限定了“齿角”其围绕着旋转件3的轴线 来测量。通常来说，第二旋转件设计成使得齿角稍小于360°/t，其中 t是齿数。在图42和43中，齿角稍小于360°，而一个齿包括三个 整体段或突出部分。在图45中，齿角稍小于180°，而每一齿包括 三个整体段或突出部分。图46显示了具有槽角ψ的外壳2，该槽角 围绕着第一旋转件3的轴线来测量，并且由第二旋转件伸入到空腔 中的区域来限定。在该装置的最简单的实施例中，齿角大于槽角ψ。

上面参考附图来介绍的本发明的上述实施例仅是优选实施例， 并且只通过示例的方式来描述。本领域的技术人员可以清楚，存在 有许多尚未描述的本发明的其它实施例，本发明的范围由权利要求 来限定。