CN1053105A - 旋转活塞机器 - Google Patents

Abstract

摆线结构旋转活塞机64，有以1∶1母圆并以外 包络线确定的外摆线型活塞36，和包括一对装成挠 驱动轴14和活塞一起偏心旋转相互偏置的偏心体 52，54的活塞从动机构50，偏心体可转地装在沿呈 角度偏移轨迹被迫作直线往复运动的相应导向件 58，60内，和活塞直接固定在一起转动。有二个或多 个活塞，各有一相应从动机构。两者均装于轴的偏心 部分30，轴成台阶形，偏心体装于缩径部32。该机 可为模块式结构，活塞在一模块内，偏心体在相应其 它模块内移动。

Description

本发明涉及一种旋轮线型旋转活塞机器，特别是外旋轮线型旋转活塞机器。在这些机器中，要有一些导向或从动机构，以保证活塞绕驱动轴反向转动，本发明特别（而非主要）涉及到这样一个从动机构。

最为公知的外旋轮线型旋转活塞发动机是汪克尔发动机，而且公认的汪克尔发动机活塞从动机构齿轮传动最好是3∶2。汪克尔发动机使用一个由内包络面确定的外旋轮线型活塞。

在旋轮线型旋转活塞机器中，活塞基本上与1∶1创成圆的外旋轮线相符，从动机构必须产生2∶1的速比，在活塞由外包络线确定的机器中，现有很多是由从动机构直接带动的齿轮产生这种驱动形式的，但对于曲轴上给定的活塞的偏心距即冲程，齿轮的直径是确定的且固定齿轮的节圆直径必须是驱动轴的四倍。再有，为了将齿轮和活塞安置在驱动轴的偏心部分上，必须将驱动轴分为两部分。实际上上述要求意味着在较小的传动齿轮区域内需要驱动轴有一个明显缩小的断面，驱动轴的强度因此而减弱了，以致事实上无法组装多活塞机。同样，齿轮上的高速波动的负载会减少齿轮的寿命，并且其后在活塞与壳体接触时由于齿轮磨损的增大，使活塞的定位精度无法得到保证。

在美国专利说明书US  3，909，163和US  3，923，430中公开了一种不用2∶1的齿轮从动机构的外旋轮线旋转活塞，其中连续的驱动轴上安置有长的偏心旋转体，并随驱动轴转动，一个套筒安置在旋转体上并与之相对转动，一个或多个活塞装在套筒上转动，并有一从动机构安置在套筒上与活塞一起转动的偏置的偏心部分，它们在轴向间隔设置。偏心部分可在相应导向机构中转动，该机构在相对倾斜的直杆的直轨上往复运动。该机构工作原理是：当活塞相对于驱动轴和壳体转动时，每一个活塞上的任一选定的固定点都会相对于壳体按一椭圆轨道运行，就是以驱动轴两倍的角速度与之反向转动。如果活塞上选定点到活塞偏心轴线的距离等于到驱动轴旋转轴线的活塞偏心距，由活塞上的固定点在壳体上划出的椭圆就就了一条直线，这是椭圆短轴为零时的特例。因而，为了得到同步运动，活塞上的、或在距离等于到活塞转动轴的驱动轴偏心距的任何点，必须在通过驱动轴轴线的一条直线上运动。

尽管在上述美国专利说明书所述的方案中，能够减少在带有齿轮传动机构直接传动齿轮时驱动轴明显缩小现象，但需要很大的平衡物去平衡随驱动轴转动的偏心安置转动的旋转体的重量。再有，由于偏心旋转体和随之转动的套筒连续穿过每个活塞，所以偏心旋转体的无法平衡的质量将因每个附加的活塞而增加，并使发动机每一端的主轴承间的距离加大。在端部轴承之间安置轴承是不实用的。即使对单活塞发动机来说，偏心部分与活塞之间的空间也需要有完全隔开的驱动轴轴承。同样，对于这种结构的多活塞发动机来说，由于所有的活塞都装在一个连续的套筒上，每个有关活塞，相应的塞和孔对应的各旋轮线壳体必须相互偏置一个角度，这将提高发动机成本，不易制造和维修。

美国专利说明书US  4，086，038中使用了与上述美国专利说明书所述相似的从动机构，但是它的旋转体及套筒被换成了一个小直径的轴，该轴是相对于分开的驱动轴偏心转动的轴颈，其上安置有活塞和相应的导向机构固定在小直径轴上并随之转动。所有的活塞都在一个小直径轴上，且在上述方案中，所有的活塞只有一个从动机构，所述的从动机构与每对活塞的间隔相等，所有这些都意味着驱动轴的主轴承之间有很大的距离。再有，对于驱动轴的相对的部分来说，可能由于负载的偏斜而无法协调相位，这种偏斜将导致摩擦加大并因活塞碰撞壳体而被卡住。

本发明这目的是提供一种与上述美国专利说明书相关的、并克服所述缺陷的从动机构。

本发明的第一方案提供了一台旋轮线结构的旋转活塞机器，包括一根可转动的驱动轴，一个偏心装在驱动轴上和在壳体中相对驱动轴反向转动的活塞，活塞具有1∶1创成圆构成的外旋轮线型的外壁，壳体具有一个与活塞相配的工作面，它大致与外旋轮线形的外壁相一致，活塞从动机构包括一对相对设置的与活塞一起绕驱动轴做偏心转动的偏心部分，所述偏心部分可转动地装有相应导向件，它们在导向机构约束下沿成一角度的轨道随着活塞的转动而做往复直线运动，其中这对偏心部分紧靠活塞并与之直接固定在一起转动。

通过本发明的第一方案，在驱动轴轴向被活塞和相应从动机构所占的长度可被减少，从而使驱动轴主轴承间的轴向距离减小。再有，由于将一对转动的偏心部分直接固定在活塞上，就不需要一个套在整个活塞与偏心部分间的轴承。

本发明的第二方案提供了一台旋轮线结构的旋转活塞机器，包括一根可转动的驱动轴，一组偏心装在驱动轴上和在壳体中相对驱动轴反向转动的活塞，每个活塞都是具有1∶1创成圆构成的外旋线确定的外壁，壳体具有与每个活塞相配的相应工作面，它大致与相应外旋轮线形的外壁相一致，活塞从动机构包括一对相对设置的与相应活塞一起绕驱动轴做偏心转动的偏心部分，所述偏心部分可转动地装有相应导向件，它们在导向机构约束下沿成一角度的轨道随着活塞的转动做往复直线运动。

本发明的第二方案的多活塞机器中，每个活塞都带有一个相应的从动机构，因而不需要对所有的活塞和一个可相对于驱动轴转动的从动机构连续安装，从而可在相邻的活塞组件和从动机构之间设置驱动轴轴承。

本发明的第一和第二方案是可以共同或单独使用的。

偏心部分可以位于相应活塞相对的两侧，但是最好是在一侧的。偏心部分最好（而非必须）设置成与驱动轴相接合并绕其转动的形式，例如设置相应的轴承。偏心部分可以绕与活塞相对于驱动轴主轴线相同偏心距的轴线转动。在偏心部分与曲轴贴合转动的地方，装有活塞及偏心部分的驱动轴偏心部分可以是直径相同的，但是该部分最好包括一阶梯形曲柄销，其中偏心部分转动处那部分的直径要比活塞转动处那部分的直径小。

偏心部分最好制成可从相应活塞上拆下的形式，以减小活塞和偏心部分组件的轴向长度。这有助于旋转活塞机的组装，同时因为驱动轴的每部分只需要足够容纳一个活塞和/或偏心部分的长度即可，所以可使整根的驱动轴变短。每对可拆的偏心部分包括一个装在活塞同一侧的整体铸件，而如果这对偏心部分装在活塞同一侧的阶梯形曲柄销上，那么每对偏心部分就必须与一个（或两个或两个以上）轴向平面对称，以便将其装在曲柄销上。

从理论上讲，一个偏心部分即可为相应活塞提供必要的从动控制，但是由于相应导向件做直线运动的轴线穿过驱动轴主轴线，就会有一个不确定的运动期，在此期间由第二个偏心部分和相应导向件以及直线导向机构控制这种运动，以使工作循环中不存在死点。不需要让直线运动沿着壳体工作表面的长轴和短轴进行，因为任何以驱动主轴线为圆心，以具有与所述主轴线垂直的两个活塞偏心距为半径的环，其直径线都会为活塞提供预期的同步运动。但是，在发动机中工作面的长轴和短轴是应该优先选择的，因为这两条线可以提供最高的活塞定位精度，使从动机构向驱动轴提供最大的支撑，并使发动机结构最紧凑。

直线导向机构可以象上述美国专利说明书所述的那样由成对的直杆组成，但是最好由壳体上的两相对平行直壁组成，它们限定出一条导轨，一个带有导向块的相应导向件在其中滑动。以一定角度设置的导轨最好（而非必须）是互相垂直的。导向块的四边可以是正方形的，以便在其中两相对边磨损后可将导向块转动90°，由另外两相对边代替。因为导向块上所有的点都做直线运动，所以导向块的任何部分都在适当的直线上运动。因而，另外的方案是：一个或多个成形的或者直的曲柄销装在部件和壳体中的一个上，同时相应的槽在部件和壳体中的另一个上。还有很多能使偏心部分在相应直线上运动的方法，包括由瓦特连动机构约束导向件的运动。

驱动轴最好为单件结构，而在多活塞机中驱动轴最好带有多个活塞平衡块。驱动轴偏心部分成一个角度安置，可使发动机更容易组装，随着与活塞相对应的旋轮线工作面的定位，使得所有的燃烧室和相应元件如塞和孔的位置也就定了。

在本发明的另一方案中，它可能选用第一及第二方案中的一个或是这两个方案全用或全不用。机器的壳体为一个组件，对于每个活塞组件而言，第一部件包含一个活塞，并由其确定了相配的工作面;第二部件包含第一偏心部分和相应的导向件，并带动相应的导向机构;第三部件包含第二偏心部分和相应的导向件，并带动相应的导向机构。导向机构包括壳体的相以平行对置的直壁，部件的这种安置能大大简化壁的加工。工作空间的两侧可以由第一部件相对两侧的第二和第三部件限定，或者最好是由相应的第二部件和与活塞件相邻的第三部件确定，以便在开头提到的活塞组件的第一部件的工作空间中开口。开头提到的活塞组件是端部活塞组件或是唯一的活塞组件，相邻的第三部件在设有相应活塞件时可以不用。同样的，开头提到的活塞件的第三部件包括一个在端部或唯一活塞件处的端件，或者可以包括相邻活塞件的开口。最好是在每个第三部件上安置驱动轴的主轴承。可以在第二端件上安置一个推力轴承，用以消除在驱动轴上的轴向移动。在单件曲轴及单件部件的情况下，部件必须能够在需要时沿驱动轴轴向移动。因而，安置在第三部件上的任何主轴承必须设置在第三部件的一个开口中，该开口大到足以让驱动轴穿过。最好一个或多个部件是可分开的，以便能安装在驱动轴上。

下面将根据附图，说明本发明旋转活塞机器的各种实施例：

图1是本发明第一种旋转活塞机的第一实施例的轴向剖示图;

图2是沿图1中2-2线的部分剖示图;

图3是本发明第一种单活塞旋转活塞发动机的第二实施例的轴向剖示图;

图4是沿图3中3-3线的局部剖示图;

图5A至5C是用于图3和图4所示的旋转活塞发动机的偏心部件的各种示图，图5A是沿5B的X方向的示图，而5B是一个与图3中所示偏心部件相似的示图，只是部件是倒置的，图5C则是沿图5A中A-B线的局部剖示图;

图6是与图5A相似的视图，显示出了偏心部件的改进部分;

图7A是用于偏心部件上的导向块的局部剖示正视图;

图7B是图7A导向块的右侧视图;

图8显示了图7A和7B的导向块的改进部分;

图9显示了导向块的另一种实施例;

图10是标准结构的本发明第一种单活塞旋转活塞发动机的第三实施例的轴向剖示图;

图11是利用图10的组件的本发明第一和第二种多活塞的旋转活塞发动机的轴向剖示图;

图12是沿图11轴向转动90°的发动机局部轴向放大剖示图;

图13是图12中所示的一套密封件的详图;

图14是图10中部分部件的倒置的放大视图，该部件适用于改进后的曲轴。

根据图1和图2，一台旋转活塞机器10包括一个带有曲轴14的壳体12，该曲轴由轴向设置的滑动轴承16和18支承着绕轴线15转动。标准结构的壳体12包括第一部件20，第二部件22和端件24和26，端件中各自装有轴承16和18。

曲轴14具有阶梯状曲柄销28，它包括大直径的第一部分30和小直径的第二部分32，第二部分位于第一部分30与曲柄臂34之间。曲柄销28的轴线29相对于曲轴14的轴线15偏移一个距离。

曲柄销28的大直径的部分30上带有一个位于壳体12的第一部件20内的旋转活塞36。活塞36通过轴承38可转动地安置在曲柄销部分30上。活塞36基本上呈图2中的点划线所示的心脏线形。因此，活塞的外壁是由1∶1的创成圆形成的外旋轮线确定的。图示的活塞端部40不带有拐点但该端部也可以带有拐点。

活塞36在工作腔44中绕曲轴14转动，工作腔的周界由部件20确定，其边界由壳体12的部件22和24确定。部件20确定了一个与活塞相配的工作面46，该活塞与可偏心转动的心脏线形活塞36基本一致。活塞36的周界基本上为心脏线形，并与相应形状的工作面46相配，当活塞36绕曲柄销28转动时，它始终与壳体部件20上相配工作面46的拐点处径向对置的密封条48相接触。

上述形状的活塞36和相配的工作面46要求活塞在曲轴14上以两部于曲轴的角速度反向旋转。这种所需的同步运动由直接与活塞36相连的偏心部件50来实现，偏心部件50包括一对沿轴间隔设置的偏开一定角度的偏心部分52和54，它们按各自的轴随活塞36绕驱动轴14转动。偏心部分52、54每个上都有一根轴线，该轴线到曲柄销的轴线29的距离与曲柄销28到曲轴轴线15的偏移量相等，故偏心部分54有一根轴线42，而偏心部分52的轴线与曲轴轴线15重合，偏心部件50沿轴向紧靠在活塞上，从而确保两个主轴承16和18间的轴向距离最小。在描述偏心部分的关系时，“轴向间隔”仅意味着它们在径向不是排成一排的。偏心部分可以紧靠在一起或如图示有很小的间隔。

偏心部分52可转动地装在一个第一导向块56上，该导向块只能在由壳体的部件22上相对的导向面58限定的水平方向（见图1和图2）做往复直线运动。偏心部分54则可转动地装在一个与之相配的导向块60上，该导向块只能在由壳体12的部件26上相对的导向面62（图1中只显示了一个）限定的垂直方向（如图1和图2）做往复直线运动。因为这些导向块是安置在各自部件中的，所以相对的导向面58和62便能很容易地按要求加工。

导向块56和60之所以能沿各自轨道做往复直线运动，是因为相关的偏心部分绕着一个偏离曲柄销28的轴线29一定距离的轴线转动的缘故。导向块56和60并不非要沿着确定相应工作面46的活塞外壁的长短轴线做往复直线运动，但是最好采用图2所示的形式，因为这样可使活塞具有最佳的精度，并为偏心部件50支承曲轴提供了最大值，从而使发动机结构最为紧凑。另外，导向块56和60的往复运动也不非要相互垂直。

偏心部件50及导向机构的上述特征，可用于这里所描述的各个实施例中，但为方便起见，与之有关的细节后面就不再描述了。

应该懂得，为了对图1和2中的旋转活塞发动机进行装配，或是曲轴14必须在曲柄销32的小直径的一端制成可拆分的两部分，或是偏心部件50必须在位置51处可与活塞36分开并同轴线基本平行地分开。为了方便起见，旋转活塞机的这一结构在图1和图2中没有示出，但该机10可以方便地用作从动机或者原动机，如泵、内燃机或者压缩空气发动机。

偏心部件50在曲柄销28的小直径部分32上转动，能使该机在径向比没有阶梯状曲柄销的情况更紧凑。但是，没有阶梯状曲柄销，偏心部件也能与活塞36组成一体，并由保证偏心部分紧靠活塞得到轴向紧凑的优点，从而使得曲轴轴承16和18有最小的间隔。

根据图3和图4，显示了一台单活塞旋转活塞发动机64的实施例，该机是根据将图1与图2所示的机器10的多种特征结合起来的本发明第一种方案而来的。为方便起见，图3和图4实施例中相同或相近的部分及在后面的实施例中的这些部分用在图1和图2所示机器10中的相同的编号表示。

图3和图4所示的旋转活塞发动机64是水冷的，冷却水道66在壳体12的部件22和24上。在图3中还部分地绘出了工作空间44的气口68（由虚线表示），气口68开在部件24上。部件20带有一个螺纹孔70，用以安装火花塞或其它点火装置（未示出），孔70开在工作空间44的燃烧室72内。活塞36是中空的，以使偏心旋转质量减到最小，而曲轴14的一端带有一个平衡飞轮74，考虑到曲柄销上的偏心旋转质量的减少平衡重量减至最低限度。在曲轴14的另一端装有一个附加的呈公知形状的皮带轮76也可以设置一些旋转质量的平衡物。

曲柄销14的形状基本上与旋转活塞机10的曲柄销相同，而且偏心部件50通过一个滑动轴承78在曲柄销28的小直径部分32上转动，转子36被可转动地安置在曲柄销的大直径部分30上。偏心部件50通过六个间隔一定角度设置的螺栓80（只示出了一个）与转子36固定在一起转动，这些螺栓平行于转动轴线地穿过转子，并装在偏心部件50的法兰盘84上的螺纹孔82中。法兰盘84象端盖一样安置在与活塞36侧壁相邻的相应凹坑86中。

正如图5中清楚显示的那样，偏心部件50由两个径向相对的两半88和90构成，这两半的中心在部件的旋转轴线上。两部分88和90具有两对排成一行的对置的凹坑92和94，其中装有销96用以确保两部分对正。偏心部件的两部分88和90通过与各自开在第一偏心部分52和第二偏心部分54上的相应螺纹孔102和104接合的螺纹头紧固件98和100互相固接。孔102和104在垂直于偏心部件的两部分88和90相对的面上延伸，88部分的孔的端部是封闭的，90部分的孔开有阶梯以容纳相应紧固件的头部106。在偏心部件50组装时，紧固件的头部106要完全埋入凹坑中，不得突出于相应的孔。

装配时，偏心部件50确定出了一个穿过曲柄销部分32的通道108。在通道108轴向远离法兰盘84的部分开有一槽，以便设置一滑动轴承78。该轴承也由两半构成，使之对应于由偏心部件的两个部分88和90确定的通道108的两半。偏心部分52和54相互靠紧，偏心部分52紧挨法兰盘84安置，并通过一短连接板110

与之相联。每个偏心部分52和54都有一个圆周部分112，该部分有一个小的凹槽，以容纳各自的导向块56和60。孔102和104开在这些凹槽的圆周部分112上。

图6描述了另一种偏心部件50’，其唯一的改进之处在于：用偏心部件两部分88’和90’上所设锯齿形接头114的精确配合来代替原偏心部件两部分88和90的两相对平面和定位销96，88’和90’这两部分也由螺纹头紧固件98和100牢固相接。偏心部件50’的其它方面可以与偏心部件50相同。

图7A和7B描述了导向块56和60中的一个。由于这两个导向块是相同的，为方便起见只详细描述导向块56，该相对平扁的导向块有一个中心孔116，中心孔的大小刚好使其与偏心部分52的圆周面112构成非自由的滑动配合。导向块56是长方形的，其上带有窄的平面对118和120，至少对平面对120进行了精确地加工，提供了与壳体12的配合的滑动面。导向块最好是方形，这样两对平面对118和120都进行精确加工，一旦平面对120被磨损，导向块56可以绕轴转动90°，另一平面对118便能用作导向面。

导向块56被线122沿对角分开，图7A所示的精确定位结构的剖分线带有一个定位台124。图8表示了另一种锯齿形定位结构126。导向块56的两部分通过拧入相应孔130中的螺纹头紧固件128牢固相连，孔130是阶梯状的，以便使紧固件头部132埋入其中。

对于低性能低速机器（象固定的发动机或泵），导向块的两部分如图9所示的那样不沿对角线分开也许更合理。这种导向块的零件可能由相应紧固件相连或者保持分开的状态。

将导向块56和60制成两部分可使之装入偏心部分52和54的凹槽部分112中。下面将描述发动机64的装配。

参照图3和图4，装配单活塞旋转活塞发动机64是先将偏心部件50装在曲轴14的曲柄销部分32上，它是将两部分88和90放在各自的滑动轴承套78上并固定在整个曲柄销32上，使之在定位销96作用下正好装在一条直线上。然后将两部分用紧固件90和100牢固相连，应当注意，紧固件98及与之相配的孔104比紧固件100及其孔102要长。壳体12的部件22在斜的截面内有对置的可拆卸的平行导轨134，导轨通过相应的紧固件136（仅示出一个）固定在部件22主体的相应凸缘上。导轨134限定了导向块56的导向面58，并且可由低摩擦材料制造。拆下导轨134，将部件穿过曲柄臂34并使之倾斜和/或在部件沿轴向装入曲柄部分30时转动偏心部件50，即可将部件22和导轨134一起装在偏心部分52上，这样就将部件装在了图3所示的偏心部件50下面的法兰盘84与偏心部分54之间。尔后把导向块56装在偏心部分52上，并由旋入相应孔130中的螺纹头紧固件128牢固连接。一旦偏心部分52与相应导向块56排齐，导轨就可以轻松就位，并由紧固件136牢固地固定在部件上。部件22上带有一密封环138，无论偏心部件转动在什么位置，密封环始终紧贴着偏心部件50的法兰盘84。该密封环可从部件22上拆下。

由于发动机64只有一个活塞和偏心部件，所以活塞36和部件22及24就可以在装导向块及部件26之前或之后装配。导向块60在偏心部分54上的安装与导向块56装在偏心部分52上方法是相同的。当紧固件128固紧时，将滑动轴承18装入部件26的端部，且滑过曲轴14的相应轴颈，这样导向面62便与导向块60径向对齐了。端件26也可以带有可拆卸导轨（未示出），该导轨上带有导向面62，并类似于导轨134。尔后便可以将飞轮74由螺栓140安置在曲轴14上，螺栓连在曲轴的相应部分142上。

滑动轴承38装入活塞36中直至与凸缘144相抵，尔后再将活塞装在曲柄销部分30上。在此之前，也可以在靠近部件22的活塞侧壁相应槽146中装入密封环。随着轴承38与凸缘144抵紧，偏心部件50的法兰盘84紧紧嵌入活塞侧壁的凹坑86中，同时随着活塞上的孔82与法兰盘84对正，螺纹头紧固件80便可以将活塞与偏心部件牢固连接。活塞36与偏心部件50必须正确结合，这样才能够确保导向块56和60与活塞位置间的正确关系。

随着活塞在曲轴上旋转，安置活塞的部件20就可以装在设置了主密封条48（如图4）的位置上。尔后将环形活塞密封圈装在相应槽148和150及端件24中。端件24上装有位于相应曲轴轴颈处的主轴承16。有关部件20、22、24和26的相互对准是由图4所示的螺栓152完成，而图3中则全都省略了。然后，将皮带轮76装在曲轴上并由拧入曲轴上相应的螺纹部分156的螺栓154紧固。

图3和图4所示的单活塞发动机64只有一个燃烧室72及相应工作空间。然而工作空间及燃烧室可以（如图10所示）通过开设第二个孔70、燃烧室72以一些相应的孔而增加一倍，这些孔是开在图3和4所示的部件20的底部与原孔70和燃烧室72相对的地方的。偏心部件50的法兰盘84与偏心部分52之间的短连接板110使得曲柄销28的长度缩短，从而减小了轴承16与18间的距离。因为偏心部件50可从活塞36上拿开，并且分成可沿径向装在曲柄销28上的两部分，所以曲柄销部分32与安置活塞36的曲柄销部分30相比其直径小得多，这样就大大减小了曲柄销的偏心旋转质量和发动机的尽寸。

参照图10，单活塞的双燃烧室旋转活塞发动机158是发动机64的一个变形，其上带有很多相似的部分，为方便起见，相同或相似的部分仍用相同的编号表示。发动机158是准标型的，通过增加曲轴14的长度连入更多曲拐，同时重复增加部件，就能够得到一台多活塞发动机。图11中就示出了这样一台四活塞发动机160（比例已被缩小），其中能够看到图10中的部件20、22、26和162与图11最右边的部件20、22、26和162均相同，而且发动机158和160各对的相对端部件24也是相同的。部件20、22和162在发动机160中对应于四个活塞中的每一个重复出现，有关的部分如偏心部件50和相配的元件以及轴承18也重复出现。为方便起见，主要对图11所示的发动机160中涉及到图10所示的单活塞发动机158的部分进行描述。再有，由于发动机158和160中的许多元件实际上与图3和4所示发动机的相应元件相同，如包括偏心部分50及导向块56和60，所以只对发动机158和160中与发动机64的相应元件不同的元件做详细描述。

主要依照图10，发动机的装配依靠剖分式轴承18和相应的剖分式轴承座164在曲轴14的端部轴颈166上的定位来进行。部件26有一个轴向开口的环形法兰盘168，该开口大到足以使部件从图10所示的左端穿过整个曲轴14，然后轴承座164的环形凸缘170再装入环形法兰盘中。一组螺钉172（只示出一个）再将部件26固定在轴承座164上。另一种方案是，轴承18和轴承座164可以预先组配且部件26也固定在轴承座上，然后轴颈166再插入轴承中。部件26在轴颈166上的安置可以在发动机158的其它部件组装之后进行。

部件26为偏心部件50的相应导向块60限定出了对置的滑动面62，由于滑动面位于部件26的端面，因此加工方便。带有滑动面62的部件26上的开口174要大到足以容纳曲柄臂34的程度。另外，滑动面也可以由如图12所示的导向件218那样的导向元件来确定。导向件218与导向件134相类似。

发动机158和160的每一个偏心部件50与发动机64中的偏心部件相比稍有改进，即法兰盘84的直径有所减小，从而简化了发动机各种元件的组装，而且偏心部件上还带有外螺纹176，其原因将在下面予以解释。偏心部件的两个部分88和90安置在曲轴的小直径曲柄销部分32上，用以上述相同的方式与轴承套78固接。然后导向块60以上面描述过的方式安置在开口174中的偏心部分54上，再将导向块56装在相应偏心部分52上。

部件22带有一个象图2和4中描述的基本上为矩形的轴向开口，该开口能轻易地加工出来或铸造出来，导向件134可由相应紧固件136（只示出了一个）依图所示固定在开口上，从而为导向块56确定了导向面58。导向件134向内稍突出于部件22的主体，从而确定了一条凸缘180，但是套134限定的部件22的开口必须大到足以使部件从图示的左端穿过轴承14，并使之穿过偏心部件50的小直径的法兰盘84，与导向块56相配。随着部件22的就位，在对着凸缘180的部件上的开口处还要装上密封环座及密封件182。

然后用螺纹176将一个内螺纹连接环180旋入偏心部件50的法兰盘84上。法兰盘84与环184上相应的凹槽与固接在法兰盘的环对准，突出环184的一组定位销186（只显示了一个）插入法兰盘的环中。心脏线形活塞36的凹坑86刚好能使环184放入其中，它还带有容纳定位销186凸出部分的盲孔。带有轴承38和装在环槽146中的密封圈的活塞套入曲轴中，直到其装入曲轴大直径部分30上与环184和销186相抵。一组螺纹紧固件80将活塞与偏心部件50连为一体，使之同轴转动。

然后，与相应心脏线形活塞36的外壁相配确定出工作空间44的部件22套入曲轴和活塞，与确定出工作空间44的一侧面的部件22相邻。发动机158和160的每个活塞均在双气缸的工作空间44中转动，并且在部件20上还带有开有相应火花塞或喷油器孔70的两个相对的燃烧室72。

接着，在活塞相对侧面的槽148和150中装入适当的密封条，其中密封条150是装在活塞的加强盘151里的。然后将第二滑动轴承18连同轴承座164装在曲轴14的轴颈188上。

在发动机64中，端件24确定工作空间44的一侧，其上开有工作空间44的气口68并装有轴承16。为了在单活塞发动机和多活塞发动机中能使用同样部件，发动机156和160的端件24则只带有轴承16，而部件20的两工作腔的开口68则开在中间部件162上，该中间部件限定了工作空间44的另一侧，装有轴承座164和滑动轴承18。部件162带有一个法兰盘190，该法兰盘带有容纳第二轴承座164的相应凹坑170，上述第二轴承座164通过一组螺栓172（只显示了一个）固定在法兰盘190上。

图中简要示出了中间部件162的气口68，在单活塞发动机158中，该部件的凹坑192只是为了减轻重量，但是对于多活塞发动机160来说，则必须有凹坑，以便为下一个偏心部件50的导向块60提供导向面60（或提供安装导向件的平面）。

然后将端件24紧靠在中间部件162旁，并将所有部件用一组螺栓152和相应螺母194紧固在一起。应该明白，对准各种部件20、22、24、26和162是极为重要的，螺栓152恰可以在某种程度上满足这一要求，在部件的各侧面上可以设置些定位销和相应的定位槽。

在发动机158和160中，轴承16带有一个推力滚动轴承件与曲轴14的法兰盘196相抵，用以调整曲轴的轴向间隙，这种间隙便于发动机的组装。轴承件16的外座圈198通过一个端盖200固定在紧靠部件24的凸缘处，端盖则由一组螺栓202固定在部件24上。内座圈204则通过一个装在曲轴14端部的顶推件206推入，与曲轴的法兰盘196相抵。顶推件则装在曲轴14的一端，并在有螺纹的端部156上由螺母154压紧。顶推件206带有一个可安装皮带轮76（在图3中已示出，但图10和11中未显示）或者相应的动力输出装置（包括螺旋桨）的法兰盘208。在另一边，曲轴的端部210上可安装飞轮74（图10和11中未出）或者辅助的齿轮装置或元件，它们由带有一组连接板214的壳体212保护起来。而连接板上带的螺栓216，将壳体212固定在端件26上。

单活塞发动机158使用飞轮是为了使发动机获得平衡，但正如前面提到的那样，鉴于偏心部件50的直径已很小，而且相应部分又装在曲柄销28的小直径部分上，所以平衡被减到了最低限度。但在图11中，发动机160已被四个活塞基本平衡，因而不需要装飞轮或者只需要很小的平衡。为了便于描述，图示的发动机160中的相邻曲柄销28及相应活塞36相差为180°。在实际上，这使曲轴每转动180°，在发动机顶部和底部各得到两个爆发冲程（图11所示）。更好的方案是将曲柄销在曲轴上的位置设计成曲轴每转动45°就有一个爆发冲程。为了实现这一点，曲柄销就要偏开适当的角度，以使曲轴每转360°得到八个爆发冲程（每个燃烧室72有一个）。应当注意到，发动机160的每个活塞36都带有偏心部件50，且每个活塞的相应部分都与偏心部件对正，这样进气口与排气口68以及孔70便能全部排齐，以简化气道的安装、制造和维修。

图10和11中显示了一些未加以说明的流体的流道，为了便于理解，图中的有些剖开部分划上了剖面线。

图12是发动机160的一部分沿轴向的剖示图，它垂直于图11的剖面。与图11相比，图12更大，并且清楚地显示了发动机160的活塞36的一种可能的密封结构。该视图所示是从一个中间部件162开始到下一个中间部件为止的，并做了改进，即将偏心部分54的导向块60的导向面62设在相应导向件218上，且该导向件的形状和结构均与偏心部分52的导向块56上的导向件134相同。导向件218由螺纹紧固件220固定在中间部件162上，通常每个导向件218上用至少两个这样的紧固件220。

根据图2和4所示，在绕曲轴14转动过程中，每个基本呈心脏线形的活塞36始终在两个位置上紧贴着构成工作空间44的相应部分20的壁46，即在心脏线形外壁的相对拐点处。安置在上述位置的密封条48提供滑动密封。图2和4中大致画出了密封条48，而径向密封222较好的结构构成了本申请的名称为“旋转活塞机器的密封”的共同申请主题的一部分，并在图13中有详细描绘。在图13中也详细描绘了在相应活塞每侧对应于每个径向密封222的各侧壁密封件224。密封件224也是本申请的共同申请主题的一部分，上述共同申请的内容将作为本发明的组成部分加以考虑。

所有的径向密封222及所有的侧壁密封件224都是相同的，图13显示了一个径向密封222和一个完整的侧壁密封件224放大部分。活塞36具有一个绕包括心脏线部分40的外周的画剖面线的顶面226，径向密封222突出在工作空间44中，且有一个相应密封面228，该面的宽度实际上就是壳体20中相邻部件162和22之间的工作空间44的总宽度。这一点由包含一对外组件230和232的密封件来保证，外组件的间隙由一楔形元件234填入。元件230、232和234的每一个都有象图2和4所示径向密封条48那样的矩形窄剖面，元件230、232和234排齐置入部件20的相应窄槽236中。槽236开在相邻部件的侧面上。径向密封222的密封面228的截面最好是凸形的。

元件230和232有对置的斜内端面238和240，其角度与相应楔形元件234相同。例如每个内端面238和240的倾角可以在1℃至45℃范围内。元件230和232确定的密封面238的长度是：至少当密封件是新的时，在密封面处元件间的间隔最小（如图所示）。除元件230和232构成的密封面处，密封面228的其余部分由楔形元件234构成。在密封元件230、232和234与壳件20之间安装有位于元件230和232端部相对凸缘244之间的片簧242，片簧的形状与壳件20和楔形元件234相抵，进而推动所有元件与活塞的圆周面226相抵，与此同时横向推动密封元件230和232与相应的相邻部件162和22相抵。

密封元件230、232和234可由公知的材料制成，如球墨铸铁或适当的烧结材料，但楔形元件234的耐磨性最好比元件230和232差一些，这样密封面228上的任何凸起将很快被活塞的圆周面磨成合适的形状。

在转动过程中，活塞可有轻微的摆动。在摆动时，活塞可在密封面上滑动，但不离开密封元件。

密封元件230和232在其朝向壳件20中的燃烧室72的侧面（或者在如发动机158和160的一个壳体带有两个燃烧室的情况下，密封元件的两个侧面）带有槽口246，通过槽壁与密封元件侧面的燃气通道，在密封元件后槽236的248部分迅速形成一个来自燃烧室的压力。在空间248中形成的压力也使得密封元件紧贴在活塞表面上，并使其紧靠部件22和162的侧壁，从而改善密封效果。

通道250从室间248到相对的侧壁密封元件224穿过每一个相邻的壳件162和22，使燃气压力也能推动密封件与相应活塞的侧面靠紧。

图13中仅完整地显示了一个相应的侧壁密封件224，而两对置的密封元件224是相互对称的，为方便起见，这里只详细描述其中之一。

活塞36带有公知结构的、安置在侧壁的环槽146和148中的外缘侧壁密封件252，与由相应部件22和26确定的工作空间44的相邻侧壁相配。每个外缘侧壁密封件252都包含两个并排安置在环形座圈254上相应槽146或148中的环形密封圈。弹簧255紧靠在座圈254上，沿轴向向外推挤密封圈，使之紧贴在侧壁上。

外缘侧壁密封件252要能防止燃气从环绕活塞36的燃烧室72中的一个泄漏到其相对的工作腔44的低压侧，为此，由于每个燃烧室都开在靠近活塞外缘226的地方，所以外缘侧壁密封件252也应设在活塞侧壁尽量靠近外缘的地方。然而由于实际使用中，需要外缘侧壁密封件252稍微远离活塞外缘226，从而使燃烧气体沿着外缘侧壁密封件252与径向密封件222之间的活塞侧壁产生了泄漏。侧壁密封元件224是用来减轻这种泄漏的。

每个密封元件224都包括一个位于外缘侧壁密封件252与径向密封条222之间、与相应活塞36的侧壁接触的柱塞256。柱塞可由公知的密封材料制成，如前述的构成径向密封元件230、232和234的材料，但最好比径向密封元件230和232软。柱塞穿过相应部件22或162中的通道258，该通道在穿过整个部件时呈阶梯状。靠近活塞36处，通道258提供了一条装柱塞256的滑道，然后在260处开有一作为O型密封圈262座的阶梯。从活塞36再向后，通道258又开有一安装端盘264的阶梯，柱塞256伸出端盘，通道258由此开到一主腔266中，主腔开有内螺纹。通道250从径向密封条222后面的空间248开到靠近端盘264的主腔266中，柱塞256伸入腔266中，且该端部带有一个用作压缩弹簧270簧座的法兰盘268。弹簧的另一端支承在带外螺纹的空心螺柱272的封闭端，该螺柱旋在主腔266的内螺纹上，压缩弹簧270并推动柱塞256与活塞侧壁相抵。图12中清楚地描绘出螺柱272带有一六角形头部，而在图13中则作了部分省略。

当活塞36在壳体20中摆动时，侧壁密封件224伸入或伸出，以补偿活塞的横向移动。外缘侧壁密封件252同样也在活塞横向移动时与之紧贴。如上所述，当在径向密封条222后的空间248中形成压力时，高压将沿通道250传至通道258的主腔266，并传至螺柱272的空心部分，在此高压推动柱塞法兰盘268，并增加柱塞256上的压力，使之与活塞侧壁紧贴。

柱塞256最好为圆柱状，且其一边与活塞圆周面226及径向密封条222的顶部228相切，而另一边的周边与外缘侧壁密封件252的相邻侧相切，以填满径向密封条222与外缘侧壁密封件252之间的空隙。特别是对于双燃烧室（如发动机160）来说，柱塞要有一条沿径向密封条222的中心平面沿伸的轴线（在共同申请文件中有详细描述）。从理论上讲，在单燃烧室方案中，柱塞256安置在稍微偏离壳体的燃烧室一侧的地方，以便在发动机产生最大压力的同时产生最大的密封效果。这通常发生在从径向密封条的中心面到燃烧室约为10℃至21℃的范围内。

在双燃烧室方案的另一咱可选择的实施例中，装有相应柱塞256的两个侧壁密封件224或装有两个柱塞256的单个侧壁密封件224可以安置在活36的每一侧面，如上所述，每个柱塞各自偏离相应燃烧室。还有另一个方案，可以在双燃烧室方案中用如截面为肾状的柱塞，其中心定在径向密封条222的中心面上，肾状截面的圆周端部在中心面的相应侧壁上。

从图12中可以知道，容纳固定侧壁密封件224的螺柱272的通道，也能开在相应部件22或162的伸出有柱塞256的相对另一侧。

现在参照图14，它表示了发动机的改进部分为曲柄销28不是阶梯状的，这样偏心部件50装在曲柄销28与安装活塞部分直径相同的部分上。图14所示的部件20与图10和11中的相应部件相同，但活塞36是通过一组螺纹紧固件20直接连在偏心部件50的法兰盘84上的（如图3和4所示）。偏心部件50通过装在偏心部件的扩大的通道108中的轴承78将其受控制的一端安装在曲柄销28上。偏心部分52和54、导向块56和60以及限定或带有导向面58和62的部件22和62或162都需要比上面提过的实施例中大一些，以适应无阶梯的曲柄销，而图14所示实施例的曲柄销28的长度及活塞与偏心部件组合体的长度则不需要比上述实施例的大，因为偏心部分是直接紧靠在活塞上的。再有，由于偏心部分50可以从活塞36上拆下，所以使装滑动轴承18和轴承座164的曲轴14的轴颈188的长度减到最小，因为装配过程中，轴颈188只需容纳活塞的长度即可，而不必考虑偏心部分的长度。

本领域的技术人员应该知道，这里所述的本发明可有另外一些的变形及改进，本发明包括所有属于本发明构思范围内的变形及改进。

Claims (23)

1、一种旋轮线结构的旋转活塞机器，包括一根可转动的驱动轴，一个偏心装在驱动轴上在壳体中相对其反向转动的活塞，活塞具有1∶1创成圆构成的外旋轮线确定的一个外壁，壳体具有一个与活塞相配的工作面，它基本上与外旋轮线形的外壁相一致，活塞从动机构包括一对相对设置的与活塞一起绕驱动轴做偏心转动的偏心部分，所述偏心部分可转动地装有相应导向件，它们在导向机构约束下沿成一定角度设置的轨道随着活塞的转动而做往复直线运动，其中这对偏心部分紧靠活塞并与之直接固定在一起转动。

2、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征是这对偏心部分是可以从活塞上拆下的。

3、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征是这对偏心部分安置在驱动轴上绕其转动。

4、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征是装有活塞及偏心部分的曲轴偏心部分包括一阶梯状曲柄销，其供偏心部分转动的部分比供活塞转动的部分的直径要小。

5、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于驱动轴为一单件。

6、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于这对偏心部分安置在活塞的同侧。

7、根据权利要求6所述的旋转活塞机器，其特征在于这对偏心部分可以从活塞上拆下，并沿一个或多个轴向平面分开，以便安置在驱动轴上。

8、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于每个导向机构包括壳体上的相对平行设置的直壁，并确定了一条让相应的一个导向件自由滑动的导轨。

9、根据权利要求8所述的旋转活塞机器，其特征在于每个导向件包括一个导向块，它确定出口与导轨配合滑动的第一对相对的侧壁，和当所述第一对侧壁磨损时作为后备的第二对相对的侧壁。

10、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于每个导向件都沿一个或多个轴向平面分开，以便装在相应偏心部分上。

11、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于每个导向件带有一瓦特连动机构。

12、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于它包括一台发动机，其中在其工作表面上确定有两个燃烧室。

13、根据权利要求1所述的旋转活塞机器，其特征在于机器的壳体是一个组件，其第一部件包含一个活塞并由此确定了相配的工作面，一个第二部件包含有第一偏心部分和相应的导向件并带有相应的导向机构，一个第三部件包含有第二偏心部分和相应的导向件并带有相应的导向机构。

14、根据权利要求13所述的旋转活塞机器，其特征在于驱动轴主轴承安置在第三部件上。

15、一种旋轮线结构的旋转活塞机器，包括一根可转动的驱动轴，一组偏心装在驱动轴上在壳体中相对其反向转动的活塞，每个活塞都具有1∶1创成圆构成的外旋轮线确定的一外壁，壳体具有与每个活塞相配的相应工作面，它基本上与相应外旋轮线形的外壁一致，活塞从动机构包括一对相对设置的与相应活塞一起绕驱动轴做偏心转动的偏心部分，所述偏心部分可转动地装在相应导向件上，它们在导向机构约束下沿成一定角度设置的轨道随着活塞的转动做往复直线运动。

16、根据权利要求15所述的旋转活塞机器，该机与权利要求1一致。

17、根据权利要求15所述的旋转活塞机器，其特征在于驱动轴具有多个活塞平衡物。

18、根据权利要求15所述的旋转活塞机器，其特征在于机器的壳体是一个组件，对于每个活塞及活塞从动机构来说，其第一部件包含一活塞并由此确定了相配的工作面，一个第二部件包含第一偏心部分和相应的导向件并带有相应导向机构，一个第三部件包含第二偏心部分和相应的导向件并带有相应的导向机构。

19、根据权利要求18所述的旋转活塞机器，其特征在于每个第三部件上均装有驱动轴主轴承。

20、根据权利要求19所述的旋转活塞机器，其特征在于每个第三部件都有一轴向开口，以可移动地安置相应驱动轴主轴承，所述轴向开口要大到足以让驱动轴穿过的程度。

21、根据权利要求18所述的旋转活塞机器，其特征在于至少一个活塞在相应第一部件的工作空间中转动，其周边确定了工作面，而其侧壁则由相应第二部件和带有活塞及活塞从动机构的相邻部件的第三部件确定。

22、根据权利要求21所述的旋转活塞机器，其特征在于所述相邻的第三部件包含所述第一部件工作空间的开口。

23、根据权利要求18所述的旋转活塞机器，其特征在于在机器壳体的端件上装有一驱动轴的推力轴承。

Images