CN1010793B - 内轴式旋转活塞机 - Google Patents

Abstract

一种内轴式旋转活塞机，在壳体中有一个外转子，具有n个啮合部分的内转子与之啮合，在外转子的啮合部分之间有(n+1)个缺口。内转子和外转子以转速比(n+1)∶n均匀地旋转。在外转子的内侧表面和内转子的侧面之间，构成了工作容积，它们经壳体的进排气孔而运动。壳体在驱动端有一个与之形成整体的底部，壳体为罐状。在外转子端部的环上，有一个安装轴承的外表面。

Description

本发明涉及一种内轴式旋转活塞机，它有一对互相啮合的外转子和内转子，外转子被壳体所包围，其啮合部分之间形成（n+1）个缺口，内转子具有n个啮合部分，通过外转子内侧表面与内转子侧面的齿面类型的接触，使它们以转速比（n+1）∶n均匀旋转，此时，在外转子的缺口中构成了工作容积，这些工作容积途经壳体的进出口而移动。

这种内轴式旋转活塞机由US-PS4714417已知，并尤其是用来作为汽车发动机进气增压的压气机。壳体基本上是一个圆柱形的零件，它有一个流入通道和一个流出通道，在轴向的两端各用一个壳盖封闭，内转子和外转子可绕互相平行地错开的轴线旋转，其转速比和外转子的缺口数量与从内转子的轴线向外延伸的啮合部分的数量之比有关。设有一个传动装置，其中有一个固定在内转子轴上的小齿轮，小齿轮与一个装在外转子上的内啮合齿轮相啮合。这种传动关系有利于在两个转子之间获得最佳的缝隙密封，以及有利于避免磨损，虽然在原则上来说，由于在两个转子的表面之间有齿面类型的接触，而可以使这种附加的齿轮传动成为多余的。内转子的轴以及外转子均通过适当的轴承，最好是滚动轴承，支承在壳盖上。外转子有内侧表面，它们形成径向朝里的角形区，其形状是内转子外围表面的曲线函数。此外，内转子也具有角形区，它们描绘了上述外转子侧表面的曲线函数。

本发明的目的是，对所述类型的内轴式旋转活塞机作如下的进一步发展，即，在结构简单的情况下使制造成本下降。在考虑到允许的加工误差以及在批量很大的成批生产中，仍应使旋转活塞机工作非常可靠，具有长的寿命。应当减少零件的数量，尤其是那些彼此影响误差的零件的数量，并应在体积小和重量轻的条件下来实现基本的运动学原理。

达到上述目的的措施是，壳体在驱动端具有一个与之形成整体的底部，并设计成罐状，在底部上，尤其是在一个沿轴向延伸到外转子端部中去的环上，有一个装外转子轴承的外表面。

所提出的这种旋转活塞机的特色是结构合理。并能可靠地进行大批量生产。壳体设计成罐状和外转子直接支承在罐形壳体的底部，保证了外转子的轴承位置相对于壳体内表面位置的精度。消除了在设计成多个零件时所要求的加工面和制造误差。加工和装配成本大大减少，并且即使在大批量生产时也能可靠地保证高精度。壳体底部有一个设计成与之一体的沿轴向伸入外转子内部的环，在它的外表面上装有外转子的轴承。这种整体结构保证使转子的支承并从而使外转子相对于壳体内表面有确定的位置。总起来说，只需要较少的零件，尤其是减少了螺纹连接件或其它连接元件。

最好将内转子轴的轴承也装在壳体的底部中，这同样可保证内转子相对于外转子以及壳体具有精确的几何位置。在本发明的范围内，上述内转子轴承相对于外转子轴承在轴向错开安装，所以可以将外转子轴承的直径设计得比较小，从而以简单的方式减少了轴承的切线速度。

在一种特殊的设计中，内转子的轴承装在一个与壳体成一体的凸 台中，并与它一起装在一个皮带轮或类似物内部，皮带轮与轴固定连接。当通过例如皮带牵引力经由皮带轮给轴一个扭矩时，实际上将没有弯矩作用在轴和轴承上，因为内转子的轴承与扭矩的引入基本上在同一个径向平面中。

按照一种特殊的结构形式，在传动室和吸气侧之间设有一根起压力平衡作用的导管，传动室中装有内转子和外转子之间传动连接用的传动装置。此导管可以设在壳体的外部，或尤其可以是制在壳体上的纵向孔。有了这一连接导管，可以防止在传动室中形成压力，所以在传动室中用来润滑齿面的润滑剂不会被压入工作容积中去。这一结果有利于寿命和工作可靠性。

对于上述类型的旋转活塞机可用活塞环来进行工作容积的端部密封。在每一个工作容积中的瞬时压力相应于两个转子的瞬时旋转位置而不同，所以沿圆周作用在活塞环上的负荷不均匀，从而影响密封效果。为了避免出现这种问题。在一种特殊的设计中，在工作容积和活塞环之间设一个环形槽。对于每一个位于外转子轴向端部的活塞环，设一个这样的环形槽，环形槽与工作容积之间相隔一个轴向距离，因此，一方面可以使压力均衡，另一方面由于按本发明在外转子和壳体内表面之间窄小的环形缝隙而避免产生不允许的大量泄漏。

按照一种特殊的改进设计，一个封闭传动室的封盖与壳盖相连，封盖关闭了壳盖上的孔。传动装置在壳盖内部，壳盖封闭了本发明的罐状壳体。拆下封盖后便可方便地对传动装置进行维护，而无须分解转子。此外，与内转子的轴磨擦锁紧连接的传动装置小齿轮，在转子处于装配状态下易于进行装拆。壳盖或甚至转子轴承完全不需要拆除，以便通过改变小齿轮相对于内转子的旋转位置精确地调整齿隙。 拆下封盖并松开小齿轮与轴的连接装置后，可以方便地使小齿轮在轴上旋转一些，以进行所要求的角向调整。必要时，轴可以经封盖外伸，以便将例如汽车发电机或另一设备与内转子轴联结起来。为了保证可靠润滑，在传动室中的内转子和/或外转子上装一个离心板。借助于这种离心板，使润滑剂供往外转子的齿圈和小齿轮。

最后，在本发明的一种特殊的结构形式中，在压力侧和吸气侧之间，装有一个空气对流阀，它可以在一定的工作状态下，通过使空气从压力侧返回到吸气侧而进行调节。此阀可用于调节进气增压压力，并适当地还设置成与调节部分负荷相结合。这种阀的任务在于解决，一方面通过调节部分负荷，减少在部分负荷范围中的消耗，另一方面可通过调节增压压力而在满负荷范围中限制增压压力。在前面已阐述的按本文开始提到的US-PS4714417的旋转活塞机中最好设置这种阀。此外，这种以适当的方式组合起来的阀也可以用在其它的发动机上，而且尤其是设置在汽车发动机上用于进气增压。被机器输送的空气流量，按照需要全部或部分地引向吸气侧，而这两个阀门组件最好装在一个共同的外壳中。在用此旋适活塞机进气增压的发动机处于空转工作状态时，用来进行部分负荷调节的阀门被打开，发动机在自然吸气状态下工作。随着负荷的增加，在一个可预先给定的范围中逐渐关闭部分负荷阀，发动机则借助于旋转活塞机按所要求的方式进行进气增压。在满负荷的范围中，当达到一个可预先调整好的最大进气压力时，此用于限制进气压力的阀门被打开。当负荷减小时，过程按相反的次序进行。将阀门外壳装在壳体上可保证得到工作可靠的结构，而所需的安装空间增大得很有限，因此，降低了加工成本。空气对流阀装在一个盖中，盖与壳体密封连接，阀具有阀门导向装置和回 流管道。所建议的阀体积小，重量轻，这尤其对于汽车发动机具有特殊意义。

下面借助于附图所表示的实施例进一步说明本发明。其中：

图1具有罐状壳体的旋转活塞机轴向剖面，

图2沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖视图，

图3图2中Ⅲ部分的放大视图，

图4图1中Ⅳ-Ⅳ线的剖视图，剖面通过一个在吸气通道和压力通道之间的阀，

图5表示一个设计成既用于部分负荷调节也用进气压力调节的阀工作原理的剖面图。

图1表示了内轴式旋转活塞机轴向纵剖面，它的壳体2是罐状的，壳体具有一个底部4，在其轴向的另一端用一个盖6封闭。壳体2的内部装有一个内转子8，它通过轴12支承，并可以轴线10为中心旋转，轴12从底部4向外伸出。为了支承内转子8，在底部4的凸台14中装了一个轴承16，它最好设计成组合式的径向止推轴承。内转子的另一端，在壳盖6上装有第二个轴承18，它最好设计为滚针轴承。装在凸台14中的轴承16，被一个设计成碗状的皮带轮20所包围，它与轴承16基本上处于同一个径向平面中，并与轴12固定连接。在内转子8借助于皮带拉力而转动时，在轴承12和轴承16上实际上不产生弯矩。内转子8可以用塑料或轻合金制成，并特别是通过复式铸造直接与轴12连接起来。这种整体式结构使装配大为简化。轴承16和皮带轮20用一个拧在轴端螺纹上的螺母22固定在轴12上，并通过一个定距衬套24将它们顶靠在内转子8上。

在壳体2的内部还装有一个外转子26，它与内转子8按已知方式构成工作容积。这里所涉及的基本工作原理可见本文开始提到的US-PS4714417。壳体2的底部4上具有一个轴向地伸入外转子26端部中去的环28。在环28的外表面上装有外转子26的轴承30。在图示结构形式中，外转子26分成三个沿圆周分布的啮合部分34，它们与转子盘36设计成一体。此外，采用在环28上的轴承30相对于内转子8的轴承16轴向错开的结构，可以使外转子26的轴承30具有比较小的直径。

在外转子26轴向的另一端，有一个环38，它用螺钉40与啮合部分34固定在一起。按本发明，外转子26的第二个轴承32装在环38内部的壳盖6上。仍利用这些螺钉40将一个内啮合齿轮42与外转子26连接起来。内齿轮42与一个装在内转子8的轴12上摩擦锁紧的小齿轮44啮合。小齿轮44用螺母46通过一个轴承衬套48紧压在轴环50上。传动装置的侧面间隙和内转子8与外转子26的旋转角位置可由于这种特殊结构方便地加以调整。传动室52可用一个固定在壳盖6上孔53中的封盖54加以封闭。拆下封盖便可以方便地在传动室52内进行维护和调整。这里重要的是，由于所建议的传动装置的结构整体化以及壳盖6和封盖54的设计，因而做到了结构简单而易于装拆和便于维修。

在传动室52中，设有一个固定在内转子8上的离心板56和固定在外转子26上的离心板58，通过它们来保证按可靠的方式供润滑剂。它们不需要另外的固定装置，因为离心板56可用已经提到过的螺母46固定在内转子8上，而离心板58则用螺钉40固定在外转子26上。在传动室5中通入导管60，它与吸气侧相连，以起平 衡压力的作用。因此防止了在传动室52中形成一个会将润滑剂压入工作容积中去的压力。轴12穿过封盖54，并通过一个轴密封装置来密封传动室52。在经封盖54傅出的轴颈上，可与另一个设备相连接，例如汽车的发电机。

作为工作容积的端部密封装置，在外转子26的两端，各设有一个活塞环68，它们均紧靠在壳体2的圆柱形内表面70上。此外，从工作容积或内转子8看去，在活塞环68之前各有一个设在外转子26外表面上的环形槽72。通过这两个环形槽72，可避免活塞环68受到不均匀负荷。此外，沿轴向从工作容积到环形槽之间在外转子26和壳体内表面70之间所存在的环形缝隙对于避免工作容积之间不允许的压力损失而言也是重要的。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的径向剖面，从图中可看出吸气侧62和进气口63，以及压力侧65和排气口64。前面所提到过的导管60通入吸气侧62中。图中处于壳体2外部的导管60，在本发明的范围内也可直接制在壳体2中，例如用一个孔来构成，此孔设在厚度相应增大的壳体壁中。内转子8与轴12直接连接。这特别是可以通过复式铸造来实现，这时，内转子8浇铸在预先加工好的轴12的周围。内转子8和轴12的这种整体式的结构可使装配大大简化。三个扇形部分即啮合部分34以及三个工作容积66在图中可以看得很清楚。转子啮合部分34在驱动端与上面已阐明的转子盘连成一体。在扇形部分之间所存在的确定工作容积的缺口是用一个整体零件加工而成的，以保证尺寸精度。内转子8的啮合部分9和外转子26的啮合部分均设计成空心体，以减少材料。

图3是内转子8的放大图。由图可见，在内转子表面有沿轴向延 伸的型面或纵槽74。在与外转子进入工作时，型面上从表面凸出的尖端被磨平或折弯。这样就保证在内转子8和外转子26之间，从而使各工作容积之间有最佳密封。

图4是沿图1Ⅳ-Ⅳ线的剖面，表示了旋转活塞机的一种结构形式，这时，吸气侧62和压力侧65被剖切，并可俯视壳体2的一部分。在本发明的范围内，在压力侧65和吸气侧62之间，设有一个阀76和一个回流管路78，以便在规定的工作状态下可以从压力侧返回吸气侧。在阀盖80中导引着一个阀体82，它借助于弹簧84压在阀座86上，阀座最好设在壳体2上。阀76最好装在阀盖80中，后者通过密封装置88与壳体2固定在一起，阀盖80中还包含回流管路78，当压力侧65中压力过高时，可通过它使空气回流到吸气侧62中去。

图5表示了阀76的一种特殊的设计形式。这个阀不仅如图4所示的结构形式那样，设计成在满负荷范围内限制进气增压压力，而且也用来调整部分负荷。阀门外壳90中有一个压力通道92和一个吸气通道94，在它们两者之间有一个回流管路78。压力通道92通往前面提到的旋转活塞机壳体2的压力侧65，吸气通道94则与其吸气侧62相通。在本发明范围内，与图4所表示的阀盖一样，阀门外壳90可以与旋转活塞机的壳体固定在一起。阀门中包含有第一阀体82，它用来调节增压压力。此第一阀体82装在一个第二阀体96内，并可沿箭头98所示方向移动。第二阀体用来调节部分负荷，它装在外壳90中，同样可沿箭头98的方向移动。第一阀体82通过弹簧84、弹簧盘100和调整螺钉102以及盖104支承着，盖104与第二阀体96用螺钉固定。利用调整螺钉102可 改变弹簧84的预紧力，从而调整了最大增压压力，在满负荷范围中，在最大增压压力下，阀体82可克服弹簧力而运动。第二阀体96上有一个进口106和一个或多个侧面出口108。按本发明，可以通过这种组合式的阀，在图示的第一阀体82的位置下，切断进口106与出口108之间的通路。

图示第二阀体96所处的位置，相应于欲进气增压的发动机处于空转状态。压力通道92通过部分负荷孔114与吸气通道94彼此连通，发动机可以在自然吸气状态下运转。按本发明，部分负荷阀即阀体96可根据发动机的油门操纵踏板的位置来控制。部分负荷阀可按下面所述的通过机械的方法来控制，例如通过拉线装置来实现。除此以外，也可用气动（通过进气压力）、液压或电来操纵。为了用机械方法操纵，设有轴110，此轴没有在图中进一步表示，它可绕垂直于图面的轴线旋转。在此轴上有一个拉线装置，它直接与操纵发动机的节气控制拉线或油门操纵踏板相连。部分负荷阀96的操纵方式为，当油门操纵从0至2/3范围内时，不移动阀体96。如图所示，在阀座112和第二阀体96之间的部分负荷孔114在上述范围内是开着的，发动机工作在自然吸气工作状态。进一步操纵油门时使与轴固定连接的杠杆116沿箭头118方向旋转。通过杠杆116的自由端120使第二阀体96朝阀座112方向运动，杠杆最好通过一个在图上未表示的滚轮压靠在盖104上。在油门行程从2/3至3/3的范围内，逐渐关闭部分负荷孔114。压力通道92和吸气通道94之间的连通被第二阀体96切断。在满负荷工作时，当压力通道92中存在的进气增压压力超过由进气增压压力弹簧84用调整螺钉102所调整好的最大进气增压压力时，第一阀体 82克服弹簧84的预紧力而运动。这时，空气便可从压力通道92，经进口106到出口108，并通过回流管路78流入吸气通道94。按本发明，利用阀76将部分负荷调节和进气增压调节组合起来，一方面在部分负荷范围中减少消耗，而另一方面又可保证在发动机满负荷范围中有效地限制进气增压压力。

Claims (9)

1、一种内轴式旋转活塞机，它有一对互相啮合的外转子和内转子，外转子被壳体所包围，其啮合部分之间形成(n+1)的缺口，内转子具有n个啮合部分，通过外转子内侧表面与内转子侧面的齿面类型的接触，使它们以转速比(n+1)；n均匀旋转，此时，在外转子的缺口中构成了工作容积，这些工作容积途经壳体的进出口而移动，其中，壳体(2)上有一个吸气侧(62)，并在传动室(52)中设有在内转子(8)和外转子(26)之间建立传动关系的传动装置，其特征为：壳体(2)在驱动端具有一个与之形成整体的底部(4)，壳体设计成罐状；在底部(4)的一个沿轴向延伸到外转子(26)端部中去的环(28)上，有一个安装外转子(26)轴承(30)的外表面；装在底部(4)上的内转子(8)的轴承(16)，相对于外转子(26)的轴承(30)，在轴向错开安装；内转子(8)的轴承(16)装在一个设计成与壳体(2)为一体的凸台(14)中，并与它一起装在一个皮带轮(20)的内部，皮带轮(20)与内转子(8)的轴(12)是固定连接的；在传动室(52)和吸气侧(62)之间装有导管(60)；在吸气侧(62)和压力侧(65)之间设一阀(76)，它可以在压力侧(65)和吸气侧(62)之间连通或断开。

2、按照权利要求1所述之旋转活塞机，其特征为：内转子（8）与轴（12）直接地通过复式铸造相连接。

3、按照权利要求1或2所述之旋转活塞机，其特征为：在外转子（26）的两个轴向端部，各有一个活塞环（68），并在工作容积和活塞环（68）的轴向距离间，设有一个环形槽（72）。

4、按照权利要求1所述之旋转活塞机，其特征为：传动室（52）设在壳盖（6）中，壳盖上有一个用封盖（54）密闭的孔（53），通过孔（53）易于接近传动室（52）。

5、按照权利要求4所述之旋转活塞机，其特征为：内转子（8）的轴（12）穿过封盖（54）。

6、按照权利要求1所述之旋转活塞机，其特征为：内部装有阀（76）的阀盖（80）或阀门外壳（90）与壳体（2）连接。

7、按照权利要求1或6所述之旋转活塞机，其特征为：阀（76）具有一个用于调节进气增压压力的第一阀体（82），和一个用于调节部分负荷的第二阀体（96），这时，第一阀体（82）可移动地装在第二阀体（96）里面，以便使第二阀体（96）的进口（106）相对其出口（108）被隔断，或在超过可预先调整好的最大进气压力时被连通。

8、按照权利要求7所述之旋转活塞机，其特征为：第一阀体（82）在第二阀体（96）内部通过弹簧（84）、弹簧盘（100）支承，弹簧盘安装成可通过一个用来调整弹簧压紧力的调整螺钉（102）移动，而且装在一个与阀体（96）固定连接的盖（104）中。

9、按照权利要求7所述之旋转活塞机，其特征为：第二阀体（96）在部分负荷范围内是可移动的，以便逐渐地截止或反之连通部分负荷孔（114）。

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