擺動活塞式機械的製作方法
2023-05-28 22:25:26
專利名稱：擺動活塞式機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種擺動活塞式機械，具有多個在一個殼體內設置的並繞一根基本上在殼體中心固定於殼體上的旋轉軸線在殼體內一起旋轉的活塞，這些活塞在殼體內旋轉時繞一根相應的擺動軸線進行來回擺動運動，其中，每兩個鄰近的活塞進行相反方向的擺動運動。
背景技術：
由WO 98/13583已知一種這樣的擺動活塞式機械。
擺動活塞式機械屬於內燃機的一種，其中通過各個活塞在兩終端位置之間的來回擺動運動產生燃燒混合物的進氣、壓縮、點火、膨脹和排氣的各個工作衝程。
在這種情況下各擺動活塞的殼體內繞一共同的固定於殼體上的旋轉軸線旋轉，此時活塞的旋轉運動經由相應的中間元件轉換為一輸出軸的旋轉運動。在擺動活塞在殼體內旋轉時擺動活塞進行來回擺動運動。
在上述已知的擺動活塞式機械中，殼體在內面具有圓柱幾何形狀。已知擺動活塞式機械的活塞構成為雙臂槓桿。各兩鄰近的活塞處於相互滾動嵌接。各活塞分別設置成可繞一平行於一中心的殼體軸線的活塞軸線擺動，其中殼體軸線位於圓柱軸線上。各活塞軸線延伸到貼鄰殼體內壁，其中每一活塞具有自身的活塞軸線。為了控制各個活塞在殼體內旋轉時的擺動運動，設置一在殼體中心固定於殼體的凸輪元件，沿其引導各個活塞。
由各兩鄰近的活塞形成的各個工作室構成在各活塞面向殼體內壁的一面與殼體內壁之間。
雖然已知的擺動活塞式機械關於其運轉特性和其轉矩曲線已證明是有利的。但可認為已知的擺動活塞式機械的缺點是，各活塞的質量分布由於殼體幾何形狀和各個活塞在殼體內壁上的支承仍然是可優化的。
由文件US 6,241,493 B1已知一種裝置用於通過一旋轉泵、一壓縮機或一電機控制流體流動。一第一葉片在球形殼體內旋轉，該第一葉片使至少一個第二葉片在交替地打開的和關閉的位置來回擺動，而且第二葉片遠離第一葉片並且再次接近第一葉片地擺動運動。當第二葉片接近關閉的位置時，流體通過殼體內的入口運動，而當第二葉片達到開啟位置時流體流入殼體內。一葉片進行純旋轉運動而沒有擺動運動，而另一葉片是可擺動的。因此該已知的裝置涉及完全不同於上述已知的擺動活塞式機械的工作原理。
此外由文件DE 297 24 399 U1已知一種裝置，其具有至少兩個在一環形空間內旋轉的旋轉活塞，其沿其旋轉方向在環形空間內向前和向後限定一膨脹室，其中各旋轉活塞經由一傳動裝置這樣連接於一共同的轉矩傳送軸，即使膨脹室的容積沿旋轉方向交替地縮小和增大。傳動裝置在轉矩傳遞軸與兩限定膨脹室的旋轉活塞之至少一個之間具有至少一個彎曲的和關於其循環的旋轉相位不被補償的萬向接頭。在該已知的裝置中各兩鄰近的活塞相互間接近或遠離運動，因為各活塞在殼體內旋轉時具有不同的轉速。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種開關所述型式的擺動活塞式機械，其還進一步改進關於質量分布的對稱性。
按照本發明該目的關於開頭所述的擺動活塞式機械這樣來達到，即將殼體在內面構成球形的，並且各活塞的擺動軸線由一共同的擺動軸線構成，而且其基本上通過殼體中心延伸。
因此在本發明的擺動活塞式機械中，各個在殼體內的活塞可繞一共同的擺動軸線擺動，該擺動軸線基本上位於球形殼體的一個直徑上，因此各活塞不同於開頭所述已知的擺動活塞式機械而具有一在殼體中心的支承。雖然在開頭所述已知的擺動活塞式機械中各個活塞在殼體內旋轉時由於離心力被壓向它們安裝在殼體內壁上的擺動軸軸承，但本發明的擺動活塞式機械的各活塞由於它們的在殼體中心的支承被向殼體中心支承而克服作用在各活塞上的離心力，因此各活塞可以以基本上較小的摩擦運轉。此外，本發明的擺動活塞式機械的殼體不同於開頭所述已知的擺動活塞式機械而構成球形的，其優點是，活塞的全部設置結合它們的在殼體中心的支承可以以特別均勻的質量分布構成。此外本發明的擺動活塞式機械的球形的構造的優點是，在擺動活塞式機械的顯著更緊湊的總尺寸的同時提供儘可能大的工作容積。因此在擺動活塞式機械的儘可能小的總尺寸的同時可以構成具有大容積的各個工作室。球形的構造還有另一優點是，關於共同的擺動軸線相對於旋轉軸線的位置可在相當大程度上自由選擇。
在一優選的構造中各活塞的共同擺動軸線傾斜於或垂直於旋轉軸線延伸。
這種措施的優點是，可以在結構上簡單而運動學有利地實現活塞的來回擺動運動與活塞的旋轉運動之間的互相配合。雖然傾斜或垂直的設置是優選的，但也可設想，各活塞的共同擺動軸線和共同的旋轉軸線平行延伸，例如可以重合。
但全部的構造共同的是，擺動軸線與旋轉軸線之間的角度在擺動活塞式機械的運轉過程中是不變的。擺動軸線垂直於旋轉軸線的設置的優點在於，活塞的來回擺動運動不作為加速力矩或減速力矩作用到繞旋轉軸線的旋轉運動上，因此達到擺動活塞式機械的很平穩的運轉。
在另一優選的構造中，各活塞可擺動地支承在一構成擺動軸線的軸頸上，後者與一構成旋轉軸線的軸關於旋轉軸線旋轉固定地相連接。
在這方面，結構上特別簡單的構造是有利的。只要活塞的擺動軸線基本上垂直地相交於旋轉軸線，如以前在一優選的構造所提到的，則構成擺動軸線的軸頸相應地垂直於構成旋轉軸線的軸設置並且與其關於旋轉軸線旋轉固定地相連接。
在另一優選的構造中軸由殼體中引出。
其中有利的是，構成共同的旋轉軸線的軸可以同時用作為驅動軸或輸出軸。因此活塞在殼體內的旋轉運動可以無中間元件直接轉換為軸的旋轉運動，然後可以將該旋轉運動在殼體外面作為驅動能量分流。
在另一優選的構造中軸大致延伸到殼體中心。
該構造的優點是，對於軸在殼體上只需一個軸承，因此還可進一步降低本發明的擺動活塞式機械的結構上的費用。
在另一優選的構造中，各兩個關於殼體中心基本上徑向對置的活塞相互固定連接成一雙活塞。
因此在該構造中一雙活塞的兩活塞從擺動軸線開始基本沿相反方向徑向於相應對置的殼體內壁。這種措施的優點在於，對於兩個活塞只需要半數的軸承環，因此一方面減小用於活塞關於擺動軸線的支承的佔地面積並且另外需要用於活塞支承的少量部件。
在一特別優選的構造中，總共四個活塞設置於殼體內，於是結合上述優選的構造在殼體內設置兩個雙活塞。該兩個雙活塞在共同的擺動軸線上大致成X形交叉。
在另一優選的構造中，各活塞在殼體內旋轉時沿至少一個在殼體上構成的控制凸輪導向以便控制來回的擺動運動。
控制凸輪的設置的優點是，可以確定的方式精確地控制各個活塞的擺動運動。至少一個控制凸輪在殼體上的設置不同於開頭所述已知的擺動活塞式機械，那裡在殼體內的中心設置一在殼體上固定的凸輪元件。在本發明的擺動活塞式機械中，相反，各活塞關於共同的擺動軸線支承在殼體中心，而控制凸輪構成在殼體上，因此可以以大的衝程實現活塞的擺動運動。
在這裡優選的是，將控制凸輪構成為至少一個在殼體內製出的凹槽，其中分別嵌入至少一個為相應的活塞配置的固定在活塞上的導向元件。
在殼體壁內一個凹槽的設置的優點是，相應的嵌入凹槽內的固定在活塞上的導向元件在兩面導向，亦即在凹槽的兩對置的側壁上導向。
在另一優選的構造中，導向元件具有至少一個導滾，或將導向元件構成為滑動軸承。
當導向元件具有至少一個導滾時，其優點在於，以很小的摩擦實現各個活塞在凹槽內的導向，因此降低了活塞在殼體內旋轉時的能耗。
特別優選的是，導向元件具有兩個導滾，其中一個與凹槽的一側面接觸而另一個與凹槽的另一側面接觸。
這種措施的優點是，兩單獨的導滾在凹槽內轉動時不必按照它們是否與一側面還是與另一側面接觸而改變它們的轉向。在該構造中一個導滾始終與凹槽的一個側面接觸，由此從導滾在凹槽內的一整轉看該導滾具有相同的轉向，同時另一導滾始終與另一側面接觸，並且因此其在凹槽內轉動的過程中也不改變其轉向。
結合一上述的構造，按其各兩個活塞組成為一個雙活塞，在另一優選的構造中設定，每一雙活塞只具有一個導向元件。
這也是各兩個活塞組成為一個雙活塞的優點，因為每一雙活塞只有一個導向元件並因此甚至總共只需要一個用於兩個雙活塞的控制凸輪，因此還進一步降低了結構上的費用。
代替控制凸輪作為在殼體內製出的凹槽的構造，控制凸輪也可以優選構成為至少一個從殼體向內伸出的凸出部，活塞沿其導向。
這種措施的優點在於，各活塞可以直接以一活塞自身的表面在向內伸出的凸出部上導向而不要設置一導滾，因此達到擺動活塞式機械的結構上特別簡單的構造。
在另一優選的構造中，每一活塞具有一徑向延伸的工作面和一與其遠離的背面，其中一相應的工作室構成在各兩個相互面對的工作面與殼體之間，同時在各兩個背面鄰近的活塞與殼體之間分別構成一在容積上反向於工作室增大的或縮小的輔助室。
這種措施的優點在於，在各兩背面鄰近的兩活塞之間構成的輔助室，其在各個活塞的來回的擺動運動時關於其容積處於反向於工作室容積的變化狀態，其中後者實現進氣、壓縮、膨脹和排氣的工作衝程，可以用於不同的目的，亦即一方面用於活塞的冷卻，或用作為增壓室，如設置在其他的優選的和以下還要描述的構造中那樣。
在另一優選的構造中，將各活塞設計成使由各兩個鄰近的活塞形成的工作室構成球楔形的，並且工作室的寬度在垂直於活塞的擺動軸線的平面內是可變的。
該活塞的構造與開頭所述已知的擺動活塞式機械相比導致增大的工作容積，這在本發明的擺動活塞式機械作為內燃機的應用中可以導致提高的功率輸出。
在另一優選的構造中，以上所述的至少一個輔助室可以注滿流體，優選空氣。
在本發明的擺動活塞式機械用作為內燃機的情況中，通過這種措施可以以有利的方式將新鮮空氣導入輔助室內以便冷卻活塞背面、殼體內壁和中心的活塞軸承。因此與其他的已知型式的內燃機相比有利地提高了總效率。在最簡單的情況中，各輔助室也可簡單地用作為油空間或油-空氣空間用以冷卻和潤滑。
在上述措施的另一結構上簡單的構造中，在殼體上設有至少一個入口閥用以注滿至少一個輔助室。
根據這一事實，即至少一個輔助室由於來回的擺動運動也在容積上增大和縮小，該入口閥可以構成為簡單的止回閥或碟形閥，因為通過連續的交替的容積變化交替地產生負壓和超壓，借其自動控制入口閥。按這種方式可以節省耗費很大的閥控制，例如一凸輪軸或甚至耗費很大的閥例如電磁閥。
在另一優選的構造中，輔助室內的流體通過所屬的活塞的擺動運動壓縮之。
這種措施的優點是，按結構上特別簡單的方式至少一個輔助室不僅用於冷卻活塞、殼體和活塞軸承，而且同時用作為增壓室，其在本發明的擺動活塞式機械用作為內燃機的情況中用來預壓縮燃燒空氣，該燃燒空氣以前已吸入至少一個輔助室。在該意義上上述的流體優選為新鮮空氣。
在這方面特別優選的是，至少一個輔助室與至少一個工作室經由至少一個入口閥相連通，這使流過的被壓縮的流體可以從至少一個輔助室進入工作室。
利用這種的構造現在提供很大的優點，即本發明的擺動活塞式機械可以用作為自增壓的內燃機。換言之，在本發明的擺動活塞式機械中將一種這樣的自增壓效應結合於機械中。這種自增壓效應通過反向於工作室增大或縮小的輔助室是可能的。在至少一個輔助室內預壓縮的流體，例如預壓縮的燃燒空氣，然後可以以壓縮的形式進入至少一個工作室，例如當其正好處於吸氣衝程或在吸氣衝程終端時。換言之，燃燒空氣可以已經以預壓進入至少一個工作室，從而按這種方式可達到壓縮壓力可足夠為本發明的擺動活塞式機械作為柴油機的運轉之用。在該優選的構造中實現了自增壓效應而不要增設一增壓空氣壓縮機，因此本發明的擺動活塞式機械可以以最少的結構上的費用達到自增壓。
在另一優選的構造中，至少一個輔助室與至少一個工作室經由一在殼體外面設置的導管相連通，其中在殼體上設置至少一個入口閥，通過它流體從輔助室進入工作室。
在一代替它的優選的構造中，至少一個輔助室與至少一個工作室穿過位於中間的活塞相連通，其中在活塞上設置入口閥，通過它流體從輔助室進入工作室。
雖然第一構造的優點是，活塞在結構上可較簡單地製造，因為不須要將閥結合於活塞內，而只須在殼體上設置一附加的入口閥，但第二構造的優點是，作為入口閥可以再次採用簡單的止回閥或蝶形閥，並且該閥的功能與殼體的環境壓力無關。相反在第一構造中受控的閥採用一電磁閥的形式或在簡單的情況下採用由一凸輪軸控制的閥。
在本發明的擺動活塞式機械中，為了得到大容積的工作室各活塞優選設置成使各兩個鄰近的活塞由於擺動運動交替地相互接近和相互分開運動。
由以下描述和附圖得出其他的優點和特徵。
當然，以下所述的和以下還要說明的特徵不僅可應用於相應說明的組合，而且可應用於其他的組合或單獨應用而並不背離本發明的範圍。
本發明的諸實施例示於附圖中並且以下關於它們給予更詳細的描述。其中圖1本發明的擺動活塞式機械按照第一實施例的局部剖開的透視總圖並且處於活塞的第一工作位置；圖2圖1中去掉殼體的擺動活塞式機械的透視圖；圖3圖1中的擺動活塞式機械的圖2中所示的各部件的分解的透視圖；圖4圖3中的擺動活塞式機械的各部件的另一分解的透視圖，其中省略一些部件；圖5a)和5b)圖1中的擺動活塞式機械的一個雙活塞的透視圖，其中圖5b)中的圖相對於圖5a)中的圖旋轉90°；圖6a)和6b)圖1中的擺動活塞式機械的殼體單獨的半剖開透視圖，其中圖6a)示出殼體的外面而圖6b)示出殼體的內面；圖7圖1中的擺動活塞式機械沿一平行於活塞的旋轉軸線和垂直於活塞的擺動軸線的平面截取的剖面圖；圖8圖1中的擺動活塞式機械沿一平行於活塞的擺動軸線和垂直於活塞的旋轉軸線的平面截取的剖面圖；圖9a)至9d)圖1中的擺動活塞式機械的功能原理在一沿活塞的旋轉軸線和橫向於擺動軸線截取的剖面內的示意圖；圖10a)至10d)圖1中的擺動活塞式機械的功能原理在一沿平行於活塞的擺動軸線和橫向於旋轉軸線的剖面內的示意圖，其中圖10a)至10d)中所示的各個工作位置相應於圖9a)至9d)中所示的各個工作位置；圖11控制凸輪的特性曲線的示意圖，借其控制活塞的擺動運動；圖12至14圖1中的擺動活塞式機械處於相應於圖9和10的不同的活塞工作位置的透視圖；圖15擺動活塞式機械按照一相對於圖1中的擺動活塞式機械稍微修改的實施例的相應於圖7的剖面圖；圖16圖15中的擺動活塞式機械處於相對於圖15改變的活塞工作位置；圖17圖15和16中的擺動活塞式機械處於相對於圖15和16進一步改變的活塞工作位置；圖18擺動活塞式機械相對於圖1中的擺動活塞式機械稍微修改的實施例的另一實施例的相應於圖7的視圖；以及圖19擺動活塞式機械的又一實施例相應於圖8的剖面圖。
具體實施例方式
以下參照圖1至8更詳細地描述設有總體標記10的擺動活塞式機械的構造。擺動活塞式機械10用作為內燃機，但也可以用於其他的用途例如用作為壓縮機。
擺動活塞式機械10具有一設有總體標記12的殼體，其由第一半殼體14和第二半殼體16構成。
兩半殼體14和16經由相應的環形凸緣18或20相互固定連接。
殼體12的內壁22構成球形的。在擺動活塞式機械10的殼體12的外面也具有球形對稱性。
圖1中局部剖開地示出殼體12，從而可看到圖1中擺動活塞式機械10在殼體12內部的其他的細節。
在殼體12內設有多個並且在該實施例中四個活塞24、26、28和30，其中活塞30在圖1中是被掩蓋的，而例如在圖4的分解的透視圖中或圖7中是可看到的。
各兩個活塞相互固定連接成一個雙活塞，而且活塞26和30相互固定連接成一個雙活塞，同樣活塞24和28構成一單件的剛性的雙活塞。
活塞24至30可繞一共同的擺動軸線32擺動，並且同時活塞24至30繞一共同的旋轉軸線34在殼體12內旋轉，同時來回的擺動運動疊加在旋轉運動上，如以後還要更詳細描述的。
為了可擺動的支承，由活塞24和28構成的雙活塞具有一與兩活塞24和28固定連接的在活塞24和28的一端的軸承環36和一在活塞24和28的另一端的第二軸承環38。由活塞26和30構成的雙活塞相同於由活塞24和28構成的雙活塞，並且相應地具有第一軸承環40和第二軸承環42。
由活塞24和28構成的第一雙活塞和由活塞26和30構成的第二雙活塞經由軸承環36和38或40和42可擺動地支承在軸頸44上，該軸頸構成擺動軸線32。由活塞24和28構成的第一雙活塞和由活塞26和30構成的第二雙活塞相對扭轉180°安裝在軸頸44上，其中由活塞24和28構成的第一雙活塞和由活塞26和30構成的第二雙活塞在軸頸44或擺動軸線32上成十字形延伸。如以下還要更詳細說明的，各個活塞24至30之間的擺動運動總是成對反向的。
由活塞24至30和軸頸44構成的裝置在軸頸44的各端由封蓋46和48緊密地密封。封蓋46和48為此分別具有向內伸出的環形凸緣50，其緊密地嵌入在第二軸承環38和42上的相應的凹槽52內。封蓋46和48在軸頸44的兩端在外面構成由活塞24和30構成的裝置的半球形終端，其匹配於殼體12的內壁22的曲率半徑。
軸頸44連接於軸54，即通過將軸頸44不可拆式壓入軸54的一端的環56的孔內，以使軸頸44在兩端同樣程度地從環56中向其兩側伸出。活塞24至30以軸承環36至42支承在從環56中在兩側伸出的軸頸44的區域上。環56固定連接於軸54。軸頸44並從而擺動軸線32垂直於旋轉軸線34延伸，後者由軸54構成。相對於旋轉軸線34，軸頸44旋轉固定地連接於軸54，但其中軸頸44相對於擺動軸線32也不能旋轉地固定於軸54的環56中。
按照圖1軸54從殼體12中引出並且用作為擺動活塞式機械10的輸出軸。
在殼體12上相應地構成一管形的延伸部58通過該延伸部從殼體12中引出軸54。按照圖2和3軸54藉助於轉動軸承60和62與一中間套筒64安裝在延伸部58內。
如由圖1至8，特別是由圖7可看出的，軸54在殼體12內部通到殼體中心為止。
軸頸44並從而擺動軸線32通過殼體中心，其在圖7中以標記66表示。因此活塞24至30可擺動地支承在一通過殼體中心的擺動軸線32上。旋轉軸線34同樣通過殼體中心並在那裡與擺動軸線32垂直相交。
以上所述的第一雙活塞由相對於擺動軸線32或殼體中心66基本上徑向對置的活塞24和28構成，而第二雙活塞由相對於擺動軸線32或殼體中心66基本上徑向對置的活塞26和30構成。
由活塞24和28構成的第一雙活塞還設有固定於活塞上的導向元件68，同樣由活塞26和30構成的雙活塞設有導向元件70。導向元件68和70用於在活塞24至30繞旋轉軸線34旋轉時控制活塞24至30繞擺動軸線32的來回擺動運動。導向元件68和70構成軸杆式的。在活塞24和28的導向元件68的端部設有兩個導滾72和74。導滾72比導滾74具有較大的外徑。相應地，在導向元件70的端部設有導滾76和78，其中導滾76比導滾78具有較大的外徑。
導向元件68、70經由導滾72、74或76、78嵌入一在殼體12的內壁22中製成為凹槽80的控制凸輪內用以控制活塞24至30的來回擺動運動。其中構成為凹槽80的控制凸輪在殼體上關於旋轉軸線34同心於軸54的延長，亦即對置於軸54的環56設置。由凹槽80構成的控制凸輪為一閉合的曲線而沒有交點並且大致具有一在徑向對置的各側面上收縮的圓的形狀。
按照導滾72和導滾74的不同的外徑和按照導滾76與導滾78之間的不同，凹槽80具有沿徑向方向成階梯形的形狀，亦即凹槽80的側面82和84具有一階梯(參見圖12至14)。其中將該裝置構成使較大直徑的導滾72和76在凹槽80內轉動時只貼緊一個側面84，而較小直徑的導滾74和78貼緊另一側面82，從而導滾72至78的相應的轉向在通過凹槽80的一整轉內是相同的。
如特別由圖1可看出的，導向元件68和70相互位錯180°嵌入凹槽80內，此時在活塞24至30在殼體12內繞旋轉軸線34的一整轉內保持該180°的包圍角。由圖6a)和6b)中的視圖可特別清楚地看出凹槽80的形狀，其示出殼體12沿一垂直於旋轉軸線34和平行於擺動軸線32的平面截取的剖面，其中圖6a)示出殼體12的外面而圖6b)示出殼體12的內面。
圖5a)和5b)中單獨示出由活塞24和28構成的雙活塞。活塞24至30之每一個具有一工作面和一對置的背面，如在圖5a)和5b)中的活塞24和28的實例中所示。
對於活塞24，其工作面以標記86表示。工作面86基本上是光滑的和平面的並且以其最大的尺寸平行於擺動軸線32延伸。活塞28的相應的同樣構成的工作面設有標記88。
活塞24的對置於活塞24的工作面86的背面90設有多個向背面90開口的空心空間92，但其在工作面86上是封閉的。以同樣的方式在活塞28上構成背面94，其對置於活塞28的工作面88。
同樣構成的活塞26和30同樣具有以上所述活塞24和28的構造。
在各鄰近的活塞24至30的工作面之間構成一工作室。由於擺動活塞式機械10的構造包括四個活塞24至30，因此設有兩個工作室96和98，其中工作室96構成在鄰近的活塞24與26的工作面之間而工作室98構成在鄰近的活塞28與30的工作面之間。在活塞24至30在殼體12內旋轉時工作室96和98的容積由於來回擺動運動在一圖7中所示的幾乎關閉的位置的小容積與一最大容積之間變化，該最大容積例如在圖17中對一與此有關的同樣工作的擺動活塞式機械10′所示的。由於來回擺動運動各兩個鄰近的活塞24至30交替地相互接近或相互分開運動。
工作室96和98大致具有球楔形狀，其在垂直於擺動軸線32的平面內，亦即在圖7的平面內的寬度是變化的。工作室96和98由活塞24至30的工作面、殼體12的內壁22並且向殼體中心66由軸承環36至42和軸54的環56限定。
此外，工作室96和98通過密封99向殼體12的內壁22和通過密封101向軸54的環56的那邊密封。省去活塞24至30對軸承環36至42的密封，因為它們與活塞24至30成單件連接。
在各鄰近的活塞24至30的各背面之間構成輔助室。按照擺動活塞式機械10包括總共四個活塞24至30的構造設有兩個輔助室，亦即一個在活塞26與活塞28之間的輔助室100和一個在活塞30與活塞24之間的輔助室102。沿關於擺動軸線32的圓周方向觀察兩工作室96和98鄰近於輔助室100或102。
由於在活塞24至30的背面上的空心空間92對於輔助室100和102利用一儘可能大的容積。輔助室100和102的容積反向於工作室96和98的容積增大或縮小。工作室96和98的容積在活塞24至30在殼體12內繞旋轉軸線34旋轉時同向增大和縮小，並且輔助室100和102也同向增大和縮小。
輔助室100和102可以注滿流體，優選空氣。
為此在殼體12設置一為輔助室100配置的入口閥104，其位於一在殼體12上構成的閥殼體106內。入口閥104為一碟形閥，其偏壓向箭頭108的方向。入口閥104由輔助室100與殼體12外面的空間之間的不同的壓力關係控制。相應地，為輔助室102配置另一入口閥110，其同樣在殼體12上安裝於其中構成的閥殼體112內。入口閥110也是一碟形閥，並且其操作方式相當於入口閥104的。
按照圖6，入口閥104位於凹槽80內部的殼體區域內。
通過入口閥104或110引入輔助室100或102的流體，優選新鮮空氣首先用於冷卻活塞24至30，特別是其軸承環38至42以及軸頸44和殼體12的內壁22，此外冷卻活塞24至30的導向元件68和70上的導滾72至78。
在所示的實施例中輔助室100和102不僅具有冷卻功能，而且還用於引入輔助室100和102中的流體即新鮮的空氣。
該壓縮從圖7中所示的活塞24至30的位置開始這樣產生，即活塞24和26按箭頭114和116偏轉而活塞28和30按箭頭118和120偏轉，因此縮小輔助室100和102的容積。此時由於輔助室100和102內連續提高的壓力，入口閥104和110被壓向其關閉位置(圖7中的箭頭108方向)，從而流體不可能從輔助室100或102中通過入口閥104或110洩漏。
輔助室100和102還與工作室96和98分別經由一在殼體外面設置的導管122和124，並且經由一入口閥126相連通，入口閥126為一受控的閥，例如電磁閥。
導管122以一端經由殼體12中的孔128與輔助室102連通，而導管124經由殼體12中的孔130與輔助室100連通。導管122和124一起進入入口閥126的區域內。
根據哪一工作室96或98正好面對入口閥126，在輔助室100和102中被壓縮的流體就可以引入相應的工作室96或98。按這種方式可以將預壓縮的燃燒空氣，亦即以超壓壓入工作室96或98，因此產生擺動活塞式機械10的自增壓效應。
擺動活塞式機械10還具有一在殼體12上固定火花塞132、一貼鄰火花塞132的噴嘴134用以噴入燃料和一隻在圖8中可見的排出口136用以排出在擺動活塞式機械10運轉中燃燒過的燃料-空氣混合物。
此外，按照圖7和8，軸54中具有孔138和140並且軸頸44中具有孔142至150，這些孔用作各可運動的部件的油潤滑。
以下參照圖9、10和11更詳細地描述擺動活塞式機械的功能原理，其中活塞24至30的各個運動流程也可以藉助圖1和12至14中的透視圖補充說明。圖9中的視圖是大大簡化的。
在圖9a)、10a)和圖1中活塞24和26處於所謂上死點(OT)，而活塞28和30處於下死點(UT)。在這種狀態下，活塞24與26之間構成的工作室96和活塞28與30之間構成的工作室98具有其最小的容積。由活塞26和30構成的雙活塞的導向元件70在凹槽80內位於其一個頂點(參見圖11中的位置a))，而由活塞24和28構成的雙活塞的導向元件68位於凹槽80的另一頂點(圖11中的位置c))。
在這種狀態下，工作室96內存在被壓縮的燃料一空氣混合物，而室98是空的。
現在如果藉助於火花塞132點燃工作室96中存在的燃料-空氣混合物，則在工作室96中自發產生的壓力升高試圖使活塞24和26繞擺動軸線32相互分開偏轉。由於活塞24和活塞26在凹槽80中的導向，這同時實現活塞24和26以及與活塞24和26固定連接的活塞28和30沿由凹槽80構成的控制凸輪的強制導向，藉此使活塞24至30沿箭頭152的方向繞旋轉軸線34運動，亦即活塞24至30繞旋轉軸線34從圖10a)中所示的位置運動到圖10b)中所示的位置，該位置也示於圖12中。同時隨著該繞旋轉軸線34的旋轉運動活塞24和26以相反方向的方式和同樣活塞28和30以相反方向的方式繞擺動軸線32相互分開偏轉，如由圖9a)至圖9b)的轉變可看出的。由活塞24和26形成的活塞對此時處於膨脹的工作衝程，同時由活塞28和30形成的活塞對處於吸氣的工作衝程。
同時隨著工作室96和98的容積增大伴隨輔助室100和102的容積縮小。通過入口閥104和110已進入輔助室100和102的空氣此時在輔助室100和102內被壓縮。
圖9c)中示出具有最大容積的工作室96和98，其中活塞24和26在該狀態下已結束膨脹的工作衝程並且活塞28和30已結束吸氣的工作衝程。直到該工作位置活塞24至30按照圖10c)已從起始位置繞旋轉軸線34轉過90°(同樣參見圖13)。導向元件68和70此時相互相反地位於凹槽80的窄邊的各頂點(圖11中的位置b)和d))。當在該狀態下工作室96和98佔有其最大容積時，輔助室100和102具有其最小容積，亦即在輔助室100和102內存在的空氣此時受最大的壓縮。優選此時通過相應的控制打開入口閥126，藉此將全部存在於輔助室100和102被壓縮的空氣引入工作室98內。
從該按照圖9c)的工作位置開始此時活塞24和26以及活塞28和30繞擺動軸線32重新相互接近運動，因此活塞24和26從此時起進行排氣的工作衝程而活塞28和30進行以前已流入的預壓縮的燃燒空氣的壓縮的工作衝程。該工作衝程示於圖9d)和圖10d)中或圖14中，由其可看出，活塞24至30繞旋轉軸線34轉過另一45°。
在工作室96和98從圖9c)中所示的狀態轉變到圖9d)中所示的狀態的過程中輔助室100和102相應地縮小、增大。此時輔助室100和102的增大引起，在輔助室100和102內形成相對於環境的負壓，從而通過入口閥104和110，此時其自動打開，將新鮮空氣吸入輔助室100和102內。
從圖9d)和10d)中所示的位置開始接著繼續相對於圖9a)、10a)和11繞旋轉軸線34轉過180°。但看不出活塞24至30的不同的位置，不過此時活塞24和26位於下死點而活塞28和30位於上死點。也就是說，接著從此時起將燃料經由噴嘴134噴入工作室98內的被壓縮的燃燒空氣中，然後將其與壓縮的空氣立即點燃。反之，工作室96在排出燃燒過的燃料-空氣混合物以後從此時起是空的並準備好從輔助室100和102中吸入新鮮的被壓縮的燃燒空氣。
活塞24至30此時已繞旋轉軸線34在殼體12內轉過180°。因此，擺動活塞式機械10經過活塞24至30繞旋轉軸線一360°的整轉而實現兩個完全的工作循環，亦即吸氣、壓縮、膨脹和排氣的工作衝程經過一360°的整轉發生兩次。
圖11中示出用於活塞24至30的導向元件68和70的控制凸輪的特性。由該視圖可得知，由半徑R2和R1的差值給出擺動活塞的衝程，其中半徑R1是凹槽80的中心到凹槽80在短的軸線上的中心的間距而半徑R2是凹槽80的中心到凹槽80在長的軸線的中心的間距。
圖15至17中示出相對擺動活塞式機械10稍微修改的擺動活塞式機械10′的實施例，其不同於擺動活塞式機械10的只在於以前關於擺動活塞式機械10所述的自增壓效應的結構上的構造。
擺動活塞式機械10′的相同的或可比較的特徵或元件用顯著的線條設有如擺動活塞式機械10中的相同的標記。
在圖15至17中所示的實施例中，工作室96′和98′與輔助室100′和102′的連通不是經由在殼體外面的導管如在上述實施例中那樣，而是直接經由活塞24′至30′本身，其中分別設有一個入口閥154至160。入口閥154至160構成為碟形閥。入口閥154至160按照在活塞24′至30′來回擺動運動時出現的在輔助室100′、102′與工作室96′、98′之間的壓力差自動地打開和關閉。入口閥154至160向輔助室100′和102′的方向偏壓。
圖15中示出在活塞24′與26′之間的工作室96′處於一個位置，在該位置活塞24′和26′位於上死點。如果此時藉助於火花塞132′點燃工作室96′內存在的燃料-空氣混合物，則在工作室96′內產生極高的壓力，從而入口閥154和156面對這樣的壓力保持關閉，直至工作室96′在排氣衝程以後重新準備好吸氣為止。
圖15中示出全部四個入口閥154至160處於其關閉位置。圖16中活塞24′、26′或28′、30′已繞擺動軸線32′相互分開運動並同時繞旋轉軸線34′在殼體12′內另外轉過約45°。入口閥154和156仍位於其關閉位置，因為工作室96′中的壓力仍高於輔助室100′和102′內的壓力。反之，入口閥158和160處於其開啟位置，因為圖15中空心並從而無壓力的工作室98′具有小於輔助室100′和102′的內壓。
由圖17中可看出，入口閥154和156保持關閉直至工作室96′，其中以前點燃的燃料-空氣混合物繼續膨脹，達到其按圖17的最大容積為止。
關於各活塞24′至30′的擺動運動，圖15至17也是在按照圖1至8的實施例中的活塞24至30的一個說明的視圖，它們以同樣的方式在按圖15和17的各終端位置之間運動，並同樣說明圖15至17的順序外加藉助於導向元件68和70或68′和70′對活塞運動的控制。
圖18中示出設有總體標記10″的擺動活塞式機械的另一實施例，其不同於兩上述的實施例的在於，活塞24″至30″的擺動運動的控制型式。
在該實施例中用於活塞24″至30″的擺動運動的控制而設置的控制凸輪構成為兩個從殼體12″向內伸出的凸出部164和166。不同於只一個凹槽80，凸出部164和166具有基本上橢圓形狀。其他不同於上述各實施例的是活塞24″至30″分別構成有支承面168，借其活塞24″至30″在凸出部164和166上滑動導向以控制活塞24″至30″的擺動運動。其中因此活塞24″至30″不同於上述各實施例只單面導向，從而在某些情況下可能需要在各個活塞對24″和26″或28″和30″的死點位置壓入增壓空氣，以便開始活塞24″和26″的打開的擺動運動。
此外在圖18中軸54″在兩側支承在殼體12″上，亦即不像在上述各實施例中那樣延到殼體中心66″為止。因此軸54″還支承在一第二軸承170上。
最後圖19中還示出擺動活塞式機械10的一個實施例，其區別在於活塞的幾何形狀，其中在圖19中示出活塞26和28。不同於上述各實施例，活塞26和28不具有直的而是弧形的活塞底面172或174，並且軸承環36至42和構成旋轉軸線34的軸上的環56相應地傾斜。
此外，圖19中示出擺動活塞式機械10的一個方案，其中沒有提供自增壓效應，而具有一簡單的入口通道176。在該實施方案中同樣存在的輔助室可以用作為注油的油空間或用作為注氣的空氣空間以便冷卻活塞24至30。
當然，以上所述的不同的實施例也可以按專家的意願相互任意組合。
權利要求
1.擺動活塞式機械，具有多個在一個殼體(12)內設置的並繞一根基本上在殼體中心固定於殼體的旋轉軸線(34)在殼體(12)內一起旋轉的活塞(24-30)，這些活塞在殼體(12)內旋轉時繞一根相應的擺動軸線(32)進行來回擺動運動，其中，每兩個鄰近的活塞(24-30)進行相反方向的擺動運動；其特徵在於，殼體(12)在內面構成球形的，並且活塞(24-30)的擺動軸線(32)基本上通過殼體中心(66)延伸。
2.按照權利要求1所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，活塞(24-30)的共同擺動軸線(32)傾斜於或垂直於旋轉軸線(34)延伸。
3.按照權利要求1或2所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，活塞(24-30)可擺動地支承在一個構成擺動軸線(32)的軸頸(44)上，該軸頸與一根構成旋轉軸線(34)的軸(56)繞旋轉軸線(34)旋轉固定地相連接。
4.按照權利要求3所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，軸(54)由殼體(12)中引出。
5.按照權利要求3或4所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，軸(54)大致延伸到殼體中心。
6.按照權利要求1至5之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，每兩個關於殼體中心(66)基本上徑向對置的活塞(24-30)相互固定連接成一個雙活塞。
7.按照權利要求1至6之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，活塞(24-30)在殼體(12)內旋轉時沿至少一個在殼體(12)上構成的控制凸輪導向，以便控制來回的擺動運動。
8.按照權利要求7所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，控制凸輪構成為至少一個引進到殼體內的凹槽(80)，其中分別嵌入至少一個為相應的活塞(24-30)配置的固定在活塞上的導向元件(68、70)。
9.按照權利要求8所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，導向元件(68、70)具有至少一個導滾(72-78)或構成為滑動軸承。
10.按照權利要求9所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，導向元件(68、70)具有兩個導滾(72-78)，其中一個與凹槽(80)的一個側面(82)接觸，而另一個則與凹槽(80)的相對置的側面(84)接觸。
11.按照權利要求6和權利要求8至10之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，每一個雙活塞只具有一個導向元件(68、70)。
12.按照權利要求7所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，控制凸輪構成為至少一個從殼體(12″)向內伸出的凸出部(164)，活塞(24″-30″)沿其進行導向。
13.按照權利要求1至12之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，總共四個活塞(24-30)設置於殼體(12)內。
14.按照權利要求1至13之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，每一個活塞(24-30)具有一個工作面(86、88)和一個與其遠離的背面(96、98)，其中，相應的工作室構成在兩個鄰近的活塞(24-30)的每兩個相互面對的工作面(86、88)與殼體(12)之間，同時在兩個鄰近的活塞(24-30)的每兩個背面(90、94)與殼體(12)之間分別構成一個在容積上反向於工作室(96、98)增大的或縮小的輔助室(100、102)。
15.按照權利要求14所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，所述至少一個輔助室(100、102)可以注滿流體，優選空氣。
16.按照權利要求15所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，在殼體(12)上設有至少一個入口閥(104、110)用以注滿所述至少一個輔助室(100、102)。
17.按照權利要求15或16所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，在輔助室(100、102)內的流體通過所屬的活塞(24-30)的擺動運動被壓縮。
18.按照權利要求14至17之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，所述至少一個輔助室(100、102)與所述至少一個工作室(96、98)經由至少一個入口閥(126)相連通，該入口閥使被壓縮的流體可以從所述至少一個輔助室(100、102)流入到所述工作室(96、98)中。
19.按照權利要求18所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，所述至少一個輔助室(100、102)與所述至少一個工作室(96、98)經由一個在殼體外面設置的導管(122、124)相連通，其中，在殼體(12)上設置所述至少一個入口閥(126)，通過該入口閥，流體從輔助室(100、102)進入到工作室(96、98)中。
20.按照權利要求18所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，所述至少一個輔助室(100′、102′)與所述至少一個工作室(96′、98′)穿過位於其中間的活塞相連通，其中，在活塞(24′-30′)上設置入口閥(154-160)，通過該入口閥，流體從輔助室(100′、102′)進入到工作室(96′、98′)中。
21.按照權利要求14至20之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，活塞(24-30)設計成使由每兩個鄰近的活塞(24-30)形成的工作室(96、98)構成球楔形的，其寬度在垂直於活塞(24-30)的擺動軸線(32)的平面內是變化的。
22.按照權利要求1至21之一項所述的擺動活塞式機械，其特徵在於，活塞(24-30)設置成使每兩個鄰近的活塞(24-30)由於擺動運動交替地相互接近和相互分開運動。
全文摘要
本發明涉及一種擺動活塞式機械，具有多個在一個殼體(12)內設置的並繞一根基本上在殼體中心固定於殼體的旋轉軸線(34)在殼體(12)內一起旋轉的活塞(24至30)，這些活塞在殼體(12)內旋轉時繞一根相應的擺動軸線(32)進行來回擺動運動，其中，每兩個鄰近的活塞(24至30)進行相反方向的擺動運動。殼體(12)在內面構成球形的，並且活塞24至30的擺動軸線(32)由一共同的擺動軸線(32)構成，其基本上通過殼體中心66延伸。
文檔編號F01C3/06GK1617975SQ02827894
公開日2005年5月18日 申請日期2002年2月6日 優先權日2002年2月6日
發明者赫伯特·許特林 申請人:赫伯特·許特林