旋轉活塞機及其應用的製作方法
2023-06-14 17:35:26
專利名稱：旋轉活塞機及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉活塞機，它可以設計成壓縮機或泵，液壓或氣動馬達，內燃機，或這些機器的任意組合。
本發明的目的是提供一種旋轉活塞機，這種機器是完全平衡的，因此可以用極高的速度旋轉，並能降低油耗，減少汙染和噪音。
為了達到這一目的，採用一種其活塞可在氣缸中運動的旋轉活塞機，其特點是，活塞外部支承在三點式軸承上，活塞內部支承在一個偏心件上，活塞和氣缸的相對位置由偏心件和三點式軸承的位置連續確定;採用一種旋轉活塞機，其特點是，活塞及其氣缸分別繞兩根彼此偏心的軸線旋轉;以及採用一種旋轉活塞機，其特點是，活塞的周邊與裝在氣缸中的支承和密封輥連續接觸。
參見附圖在下文對本發明作詳細說明，其中
圖1，表示本發明機器的結構要素;
圖2，表示按本發明的內燃機部分工作循環;
圖3，本發明內燃機第一個軸向剖面;
圖4，本發明內燃機第二個軸向剖面;
圖5和6，分別為按本發明的泵或壓縮機的軸向和徑向剖面;
圖7和8，按本發明的液壓或氣動馬達在工作循環的兩個典型位置的徑向剖面;
圖9，機器旋轉活塞的加工系統;
圖10，示意表示本發明三種機器的應用;以及圖11和12分別為按本發明的壓縮機徑向剖面和軸向剖面。
圖1表示出本發明機器中工作部分的組成和基本幾何形狀。此機器有一個環形氣缸1，氣缸內部隔成腔2。三個腔2相隔120°。確定腔2界限的表面3是半徑為R+X的圓柱形表面。氣缸1上制有三個孔4，孔中裝入支承和密封輥5。輥5以一個在下文中將闡明的方式可轉動地安裝著，它們對稱地配置在每一對相鄰的腔2之間。機器的旋轉活塞6具有由兩個圓柱形表面7構成的拉長的形狀，這兩個圓柱面7相隔180°對稱配置。圓柱面7通過表面8連接起來，表面8的精確形狀用實驗的方法或通過專門的加工過程來確定。在此過程中，首先要加工出圓柱面7。然後將表面7支靠在兩個輥5上，並在此輥上運動，用在第三個輥處的刀具一個接一個地加工表面8。圖9示意表示了這一加工過程。如圖所示，已經加工好的活塞6的圓柱面7座落在兩個支承輥5上。第三個支承輥5用圓柱銑刀5′來代替。當活塞6在這兩個輥5上順時針轉動時，銑刀5′切削在表面8。然後將活塞6翻一個面，以便用同樣的方法切削右邊的表面8。如此獲得的活塞，可以用來作為在仿形磨床上成批加工同一種活塞的靠模。
當氣缸軸線與機器中心線0一致時，活塞6被安裝成繞一個中心或軸線C旋轉，軸線C相對於軸線0徑向錯開一個距離或有偏心距e。下面列出圖1中符號的含義。
O機器中心C轉子中心e上面這兩個中心之間的距離△e＝e/cos30°確定表面7長度的重要尺寸a＝5e+3e·3支承輥段中心至機器中心的距離s支承輥段的半徑R＝a-(s+△e)轉子表面7的半徑T-T和T′-T′要確定的曲線，此曲線應能使轉子和輥連續接觸。
轉子寬度等於其長度減去4e。
x在結構上的機器必須留有的間隙，亦即在轉子圓邊與被轉子圓邊所佔用腔的腔底之間的間隙。
如上所述，可將圖1所示系統想像為這樣一種工作方式，即，當氣缸1旋轉時，通過活塞6的表面在三個支承輥5上的連續接觸，並根據活塞軸線的偏心距，使氣缸和活塞6的相對位置被連續地明確地確定下來。這一情況表明在圖2中，並將在下文中說明，不過圖中已清楚地表明了氣缸和活塞之間所規定的相對運動關係。
圖3表示按本發明的內燃機實施例。此內燃機有一基座9，基座上裝有支架10和11，中心主軸12裝在支架10中。這意味著主軸是固定的，它支承著機器的旋轉件。軸12上有一個偏心部分12a，它相對於機器中心線O的偏心距為e。此內燃機包括一個驅動裝置氣缸1m的馬達部分和一個壓縮機氣缸1c。在本實施例中，壓縮機氣缸的軸向尺寸比驅動裝置氣缸大50%。驅動裝置活塞6m和壓縮機活塞6c，通過滾針軸承可轉動地裝在軸12的偏心部分12a上。氣缸1c和1m可用鋁製，並可制有散熱片13。圖3還分別表示了支承和密封輥5m和5c之一，它們可轉動地裝在法蘭中，亦即裝在馬達和壓縮機之間的中間法蘭14、排氣法蘭15和馬達法蘭16中。法蘭14、15和16通過滾針軸承可轉動地裝在軸12的非偏心部分上。因此，所有的法蘭14、15和16，以及氣缸1c和1m，均可繞軸線O轉動。壓縮機部分和馬達部分與圖1所表示的基本原理相符。法蘭16軸向延伸成為軸17，軸17上裝有一個小齒輪18，它與小齒輪19嚙合，小齒輪19裝在馬達軸20上。齒輪18和19可根據馬達和軸20之間所需的速比來選定。
支架11上有一個進氣通道21，法蘭16上有孔22，空氣因而可以進入壓縮機。空氣的進入由陶瓷分配器法蘭24上的通道23來控制。通過分配器法蘭24，可以自動控制壓縮機中的空氣通道開或關，從而無需任何類型的閥門。
中間法蘭上有側面密封塊25，它們壓在活塞6c和6m的端面。
圖4中發動機的零件標號與圖3中使用的相同。如圖所示，空氣通道26設在壓縮機部分和馬達部分之間。通道26通過斜槽27與壓縮機連通;通過槽28與馬達連通。活塞29的作用如同一個使壓縮機和馬達之間的通道開和關的閥門，此閥門活塞29由槓桿30操縱，槓桿則由軸12的凸輪表面31，亦即裝在軸上的一個環形凸輪推動。法蘭15上有一個排氣控制法蘭32。法蘭32上制有槽33，它通過活塞6m的相對運動自動開和關，從而可以將廢氣排入排氣通道34，並在壓縮前用空氣衝洗髮動機。活塞6m自動控制排氣槽33的情況表示在圖2中，圖中表示了在氣缸一個腔中的膨脹過程，在相鄰腔中直至壓縮開始前的排氣和衝洗過程，以及在氣缸第三個腔中的壓縮過程。在圖2下部表示壓縮機的各工作狀態以及相應的過程。由圖可見，壓縮機的零件位置相對於馬達零件大約錯開45°。
按圖4，燃料注射器35裝在壓縮機氣缸1c中。每一個注射器的注射噴嘴設在空氣通道26的前面，每個注射器35的注射活塞36用一個在支架11中的特殊的凸輪來控制。圖中未表示的三個火花塞裝在驅動裝置氣缸上適當的位置。
下表給出壓縮機和驅動裝置氣缸一個完整循環或轉一圈的詳細情況。
所介紹的馬達亦即本發明機器的設計思想，與現有已知的機器的基本區別在於，環形氣缸被內部的旋轉活塞驅動旋轉，氣缸和活塞的相對位置，在任何時刻均通過活塞與氣缸上的支承和密封輥連續接觸以及根據氣缸和活塞軸線之間的偏心距而被嚴格確定下來。馬達所獲得的驅動力矩是氣缸和活塞軸線之間存在偏心距的結果。可以看出，圖示之馬達有一個特殊的保護罩，它固定在基座9上，並圍繞著馬達的旋轉件。
圖5和6表示了本發明的容積泵。使用的標號與圖1相同。缸體1及其法蘭1′和1″裝在具有法蘭37和38的泵殼上，法蘭通過外套39互相連接起來。缸體1的軸線O相對於固定在活塞軸上的旋轉活塞6的旋轉軸線C錯開一個偏心距e。缸體的每個腔2與一徑向通道1a連通。缸體1被泵殼中的兩個腔40所包圍，此腔40與入口通道41和壓力通道42連通。為了補償在一個腔40中壓力液體對泵旋轉部分的徑向壓力，設有補償槽40′，它的表面積等於腔40的表面積。在壓力腔40對面的補償槽與此壓力腔連通，以補償來自壓力腔40的徑向壓力。
按照驅動軸和旋轉活塞6的旋轉方向，液體經通道41或42之一吸入，並經另一個通道排出。在這一情況下，被傳動的活塞6驅動缸體1運動，其運動關係是通過活塞表面與支承輥5的連續接觸以及根據活塞軸線相對於缸體軸線的偏心距嚴格確定的。
按照圖7和8所示的液壓馬達的結構，與圖5和6中表示的泵基本相同。所以，在圖5至8中相應的零件用同一個標號。壓力液體經通道43供入，從出口44離開馬達。馬達與泵的區別在於，它的旋轉活塞6可轉動地裝在偏心軸上，而馬達的驅動軸則與氣缸1連接在一起。
圖5和6中的泵以及尤其是圖7和8中的馬達，它們都是通過等價的反壓力來補償作用在缸體壓力側的巨大的力。
為避免馬達的壓力液體流量過分波動或泵的壓力液體輸出量的過分波動，可以平行地配置兩臺或多臺其工作循環有相位差的馬達或泵。
上述內燃機、液壓泵和液壓馬達最好組合起來，用作汽車的液壓式或液壓電動式驅動裝置。
為達到這一目的，必須有三個組成部分，即ⅰ)如以上所介紹的旋轉馬達;
ⅱ)汽車的液壓驅動裝置;
ⅲ)一定功率的發電機/電動機;已經用於某些設計者的解決方案。
圖10示意表示這種驅動裝置的組成部分。內燃機45通過離合器驅動發電機/電動機46。發電機46與蓄電池48和泵49相連，泵49有蓄壓器49a，蓄壓器可以供應液壓馬達50，以便驅動汽車輪子。顯然，圖10沒有表示為控制此系統所需的電和液壓的系統。
在農村，可以使用上述內燃機和液壓驅動裝置。與此同時，發電機/電動機對以後需要的蓄電池充電。按照發電機/電動機的大小，可以充分利用提供的功率但不浪費。
在城市，為供應液壓馬達所必須的泵應與內燃機脫開，而由發電機/電動機和蓄電池驅動。這不難理解，並且是可行的，因為在市區內對汽車速度有限制，所需的驅動功率較小。此外，經常要因交通的原因而停車，此時發電機/電動機不工作因而不充電，所以蓄電池容量很重要，它應能保證汽車在市區內有25至30公裡的工作半徑。
在圖10系統的改型中，用四臺液壓馬達來代替單臺馬達，或採用兩個雙差動器，它們由泵49或蓄壓器49a供應。在液壓系統中可設冷卻滑油用的散墊器。
為了變速，可以設置兩臺有較大功率的液壓馬達和兩臺有較小功率的液壓馬達。起動機在一擋時，四臺液壓馬達全部工作。在第二擋，使用兩臺功率較小的馬達。按此種工作方式，流量變化很小，因此只要求內燃機有小的減速或小的加速。液壓馬達可以與汽車的車輪製成一個整體。
不要低估這種新穎驅動裝置所具有的優點，它們對於未來有重要意義。城市中的大氣汙染對居民是不可接受的，而本方案將大大減少汽車汙染。此同一技術亦可用於解決噪聲引起的煩惱，噪聲可以被基本消除。
圖11和12中表示了一臺壓縮機，例如用於制冷機中，圖中相應的零件使用前面各圖中相同的標號。活塞6通過滾針軸承51可旋轉地裝在驅動軸53的偏心部分52上。軸53和支承輥5在軸承中旋轉，軸承裝在法蘭54和55中，法蘭則裝在殼體56中。要被壓縮的氣體，經過進氣通道57和58供入氣缸1的腔口2。在通道58裡面的單向閥59允許氣體進入腔2，但不允許氣體回流。對每個排氣通道60均設有一個單向閥61，此排氣通道允許壓縮氣體從腔2排出，進入蓄壓器62。
當軸53旋轉時，活塞6作強迫運動，如前所述，這一運動在任何時刻均通過支承在輥5上的三個點和根據偏心部分52的位置確定下來。氣體輪流地被吸入各個腔2，在腔中被壓縮，並供往蓄壓器62。圖11和12所示的壓縮機至少有兩個氣缸1和裝在同一軸上的兩個活塞6，這兩個活塞錯開一定角度，以便使機器更好地平衡。
權利要求
1.一種其活塞可在氣缸內運動的旋轉活塞機，其特徵為活塞(6)外部支承在三點式軸承(5)上，活塞內部支承在一個偏心件上，活塞(6)和氣缸(1)的相對位置由偏心件和三點式軸承(5)的位置連續確定。
2.一種旋轉活塞機，其特徵為活塞(6)和它的氣缸(1)分別繞兩根彼此偏心的軸線旋轉。
3.按照權利要求1所述之旋轉活塞機，其特徵為活塞(6)的周邊與裝在氣缸(1)中的支承和密封輥(5)連續接觸。
4.按照權利要求1、2或3所述之旋轉活塞機，其特徵為氣缸(1)具有圓柱形表面(3)的腔(2)，活塞(6)有圓柱形表面(7)的端部，活塞(6)上的圓柱形表面(7)適合於與氣缸(1)的腔(2)嚙合，支承和密封輥(5)裝在氣缸中每對相鄰腔(2)之間。
5.按照權利要求4所述之旋轉活塞機，其特徵為氣缸(1)有三個腔，它們彼此相隔120°;活塞(6)為具有兩個圓柱形表面(7)的拉長了的形狀，這兩個圓柱形表面相隔180°。
6.按照權利要求1至4中任一項所述之旋轉活塞機，其特徵為活塞(6)可旋轉地裝在控制和密封法蘭(14-16)之間。
7.按照權利要求1至6中任一項所述之旋轉活塞機，其特徵為活塞(6)在一根固定的中心軸上旋轉，此軸相對於氣缸(1)的軸線(0)是偏心的，氣缸與機器的軸(20)聯接。
8.按照權利要求4至7中任一項所述之旋轉活塞機設計作為內燃機，其特徵為馬達部分的旋轉氣缸(1m)與壓縮機部分類似的旋轉氣缸(1c)互相連接，壓縮機部分將空氣輸送給馬達部分。
9.按照權利要求8所述之旋轉活塞機，有帶氣體通道的控制法蘭(24，33)，通道的開和關通過活塞(6c、6m)和法蘭(24，33)之間的相對運動實現，以便控制空氣進入壓縮機和燃氣從馬達部分排往排氣通道(34)。
10.按照權利要求8或9所述之旋轉活塞機設有閥(29)，它由在壓縮機部分和馬達部分之間的凸輪控制。
11.按照權利要求1、2或3中之任一項所述之旋轉活塞機設計作為泵或液壓馬達，其特徵為缸體(1)上設有通道(1a)，它使每個腔(2)與外部相通，在那裡的液體進口和出口腔(40)徑向相對配置。
12.按照權利要求1至3中任一項所述之機器，最好是壓縮機，其特徵為活塞(6)可旋轉地裝在驅動軸(53)的偏心部分(52)上，並在固定的氣缸(1)中運動(圖11和12)。
13.在汽車中使用按照前述諸權利要求之一所述之內燃機、至少一臺泵和至少一個液壓馬達，其特徵為泵(49)由內燃機(45)驅動，液壓馬達(50)由泵供應。
14.按照權利要求13之使用情況，其特徵為泵(49)有選擇地與內燃機(45)或與發電機/電動機(46)聯接，後者與蓄電池(48)連接。
15.用於按照權利要求3所述機器的旋轉活塞表面的加工方法，其特徵為首先加工出圓柱形表面(7)，然後將圓柱表面(7)支靠在兩個輥(5)上，並在其上運動，此時，用在第三個輥(5)位置上的刀具(5′)，加工連接表面(8)之一。
全文摘要
旋轉軸線C的旋轉活塞在一個旋轉軸線O的環形氣缸中相對轉動，軸線O相對於活塞軸線C的偏心距為e。氣缸有三個腔，腔有圓柱形表面，當活塞和氣缸之間相對運動時，活塞上具有圓柱形表面的兩個端部，適合於與此圓柱形表面嚙合，活塞的表面連續支承在氣缸的三個輥上。活塞和氣缸的相對位置，亦即相對運動，通過活塞在輥上的支承和根據活塞與氣缸軸線之間的偏心距e而被嚴格確定下來。此機器可被用作為內燃機、容積泵或液壓馬達。
文檔編號F04C2/22GK1076249SQ9310232
公開日1993年9月15日 申請日期1993年3月4日 優先權日1992年3月5日
發明者勒內·林德 申請人:勒內·林德