CN1076249A - 旋转活塞机及其应用 - Google Patents

Abstract

旋转轴线C的旋转活塞在一个旋转轴线O的环 形气缸中相对转动，轴线O相对于活塞轴线C的偏 心距为e。气缸有三个腔，腔有圆柱形表面，当活塞 和气缸之间相对运动时，活塞上具有圆柱形表面的两 个端部，适合于与此圆柱形表面啮合，活塞的表面连 续支承在气缸的三个辊上。活塞和气缸的相对位置， 亦即相对运动，通过活塞在辊上的支承和根据活塞与 气缸轴线之间的偏心距e而被严格确定下来。此机 器可被用作为内燃机、容积泵或液压马达。

Description

本发明涉及一种旋转活塞机，它可以设计成压缩机或泵，液压或气动马达，内燃机，或这些机器的任意组合。

本发明的目的是提供一种旋转活塞机，这种机器是完全平衡的，因此可以用极高的速度旋转，并能降低油耗，减少污染和噪音。

为了达到这一目的，采用一种其活塞可在气缸中运动的旋转活塞机，其特点是，活塞外部支承在三点式轴承上，活塞内部支承在一个偏心件上，活塞和气缸的相对位置由偏心件和三点式轴承的位置连续确定;采用一种旋转活塞机，其特点是，活塞及其气缸分别绕两根彼此偏心的轴线旋转;以及采用一种旋转活塞机，其特点是，活塞的周边与装在气缸中的支承和密封辊连续接触。

参见附图在下文对本发明作详细说明，其中：

图1，表示本发明机器的结构要素;

图2，表示按本发明的内燃机部分工作循环;

图3，本发明内燃机第一个轴向剖面;

图4，本发明内燃机第二个轴向剖面;

图5和6，分别为按本发明的泵或压缩机的轴向和径向剖面;

图7和8，按本发明的液压或气动马达在工作循环的两个典型位置的径向剖面;

图9，机器旋转活塞的加工系统;

图10，示意表示本发明三种机器的应用;以及

图11和12分别为按本发明的压缩机径向剖面和轴向剖面。

图1表示出本发明机器中工作部分的组成和基本几何形状。此机器有一个环形气缸1，气缸内部隔成腔2。三个腔2相隔120°。确定腔2界限的表面3是半径为R+X的圆柱形表面。气缸1上制有三个孔4，孔中装入支承和密封辊5。辊5以一个在下文中将阐明的方式可转动地安装着，它们对称地配置在每一对相邻的腔2之间。机器的旋转活塞6具有由两个圆柱形表面7构成的拉长的形状，这两个圆柱面7相隔180°对称配置。圆柱面7通过表面8连接起来，表面8的精确形状用实验的方法或通过专门的加工过程来确定。在此过程中，首先要加工出圆柱面7。然后将表面7支靠在两个辊5上，并在此辊上运动，用在第三个辊处的刀具一个接一个地加工表面8。图9示意表示了这一加工过程。如图所示，已经加工好的活塞6的圆柱面7座落在两个支承辊5上。第三个支承辊5用圆柱铣刀5′来代替。当活塞6在这两个辊5上顺时针转动时，铣刀5′切削在表面8。然后将活塞6翻一个面，以便用同样的方法切削右边的表面8。如此获得的活塞，可以用来作为在仿形磨床上成批加工同一种活塞的靠模。

当气缸轴线与机器中心线0一致时，活塞6被安装成绕一个中心或轴线C旋转，轴线C相对于轴线0径向错开一个距离或有偏心距e。下面列出图1中符号的含义。

O机器中心

C转子中心

e上面这两个中心之间的距离

△e＝e/cos30°确定表面7长度的重要尺寸

a＝5e+3e·3支承辊段中心至机器中心的距离

s支承辊段的半径

R＝a-（s+△e）转子表面7的半径

T-T和T′-T′要确定的曲线，此曲线应能使转子和辊连续接触。

转子宽度等于其长度减去4e。

x在结构上的机器必须留有的间隙，亦即在转子圆边与被转子圆边所占用腔的腔底之间的间隙。

如上所述，可将图1所示系统想象为这样一种工作方式，即，当气缸1旋转时，通过活塞6的表面在三个支承辊5上的连续接触，并根据活塞轴线的偏心距，使气缸和活塞6的相对位置被连续地明确地确定下来。这一情况表明在图2中，并将在下文中说明，不过图中已清楚地表明了气缸和活塞之间所规定的相对运动关系。

图3表示按本发明的内燃机实施例。此内燃机有一基座9，基座上装有支架10和11，中心主轴12装在支架10中。这意味着主轴是固定的，它支承着机器的旋转件。轴12上有一个偏心部分12a，它相对于机器中心线O的偏心距为e。此内燃机包括一个驱动装置气缸1m的马达部分和一个压缩机气缸1c。在本实施例中，压缩机气缸的轴向尺寸比驱动装置气缸大50%。驱动装置活塞6m和压缩机活塞6c，通过滚针轴承可转动地装在轴12的偏心部分12a上。气缸1c和1m可用铝制，并可制有散热片13。图3还分别表示了支承和密封辊5m和5c之一，它们可转动地装在法兰中，亦即装在马达和压缩机之间的中间法兰14、排气法兰15和马达法兰16中。法兰14、15和16通过滚针轴承可转动地装在轴12的非偏心部分上。因此，所有的法兰14、15和16，以及气缸1c和1m，均可绕轴线O转动。压缩机部分和马达部分与图1所表示的基本原理相符。法兰16轴向延伸成为轴17，轴17上装有一个小齿轮18，它与小齿轮19啮合，小齿轮19装在马达轴20上。齿轮18和19可根据马达和轴20之间所需的速比来选定。

支架11上有一个进气通道21，法兰16上有孔22，空气因而可以进入压缩机。空气的进入由陶瓷分配器法兰24上的通道23来控制。通过分配器法兰24，可以自动控制压缩机中的空气通道开或关，从而无需任何类型的阀门。

中间法兰上有侧面密封块25，它们压在活塞6c和6m的端面。

图4中发动机的零件标号与图3中使用的相同。如图所示，空气通道26设在压缩机部分和马达部分之间。通道26通过斜槽27与压缩机连通;通过槽28与马达连通。活塞29的作用如同一个使压缩机和马达之间的通道开和关的阀门，此阀门活塞29由杠杆30操纵，杠杆则由轴12的凸轮表面31，亦即装在轴上的一个环形凸轮推动。法兰15上有一个排气控制法兰32。法兰32上制有槽33，它通过活塞6m的相对运动自动开和关，从而可以将废气排入排气通道34，并在压缩前用空气冲洗发动机。活塞6m自动控制排气槽33的情况表示在图2中，图中表示了在气缸一个腔中的膨胀过程，在相邻腔中直至压缩开始前的排气和冲洗过程，以及在气缸第三个腔中的压缩过程。在图2下部表示压缩机的各工作状态以及相应的过程。由图可见，压缩机的零件位置相对于马达零件大约错开45°。

按图4，燃料注射器35装在压缩机气缸1c中。每一个注射器的注射喷嘴设在空气通道26的前面，每个注射器35的注射活塞36用一个在支架11中的特殊的凸轮来控制。图中未表示的三个火花塞装在驱动装置气缸上适当的位置。

下表给出压缩机和驱动装置气缸一个完整循环或转一圈的详细情况。

所介绍的马达亦即本发明机器的设计思想，与现有已知的机器的基本区别在于，环形气缸被内部的旋转活塞驱动旋转，气缸和活塞的相对位置，在任何时刻均通过活塞与气缸上的支承和密封辊连续接触以及根据气缸和活塞轴线之间的偏心距而被严格确定下来。马达所获得的驱动力矩是气缸和活塞轴线之间存在偏心距的结果。可以看出，图示之马达有一个特殊的保护罩，它固定在基座9上，并围绕着马达的旋转件。

图5和6表示了本发明的容积泵。使用的标号与图1相同。缸体1及其法兰1′和1″装在具有法兰37和38的泵壳上，法兰通过外套39互相连接起来。缸体1的轴线O相对于固定在活塞轴上的旋转活塞6的旋转轴线C错开一个偏心距e。缸体的每个腔2与一径向通道1a连通。缸体1被泵壳中的两个腔40所包围，此腔40与入口通道41和压力通道42连通。为了补偿在一个腔40中压力液体对泵旋转部分的径向压力，设有补偿槽40′，它的表面积等于腔40的表面积。在压力腔40对面的补偿槽与此压力腔连通，以补偿来自压力腔40的径向压力。

按照驱动轴和旋转活塞6的旋转方向，液体经通道41或42之一吸入，并经另一个通道排出。在这一情况下，被传动的活塞6驱动缸体1运动，其运动关系是通过活塞表面与支承辊5的连续接触以及根据活塞轴线相对于缸体轴线的偏心距严格确定的。

按照图7和8所示的液压马达的结构，与图5和6中表示的泵基本相同。所以，在图5至8中相应的零件用同一个标号。压力液体经通道43供入，从出口44离开马达。马达与泵的区别在于，它的旋转活塞6可转动地装在偏心轴上，而马达的驱动轴则与气缸1连接在一起。

图5和6中的泵以及尤其是图7和8中的马达，它们都是通过等价的反压力来补偿作用在缸体压力侧的巨大的力。

为避免马达的压力液体流量过分波动或泵的压力液体输出量的过分波动，可以平行地配置两台或多台其工作循环有相位差的马达或泵。

上述内燃机、液压泵和液压马达最好组合起来，用作汽车的液压式或液压电动式驱动装置。

为达到这一目的，必须有三个组成部分，即：

ⅰ）如以上所介绍的旋转马达;

ⅱ）汽车的液压驱动装置;

ⅲ）一定功率的发电机/电动机;已经用于某些设计者的解决方案。

图10示意表示这种驱动装置的组成部分。内燃机45通过离合器驱动发电机/电动机46。发电机46与蓄电池48和泵49相连，泵49有蓄压器49a，蓄压器可以供应液压马达50，以便驱动汽车轮子。显然，图10没有表示为控制此系统所需的电和液压的系统。

在农村，可以使用上述内燃机和液压驱动装置。与此同时，发电机/电动机对以后需要的蓄电池充电。按照发电机/电动机的大小，可以充分利用提供的功率但不浪费。

在城市，为供应液压马达所必须的泵应与内燃机脱开，而由发电机/电动机和蓄电池驱动。这不难理解，并且是可行的，因为在市区内对汽车速度有限制，所需的驱动功率较小。此外，经常要因交通的原因而停车，此时发电机/电动机不工作因而不充电，所以蓄电池容量很重要，它应能保证汽车在市区内有25至30公里的工作半径。

在图10系统的改型中，用四台液压马达来代替单台马达，或采用两个双差动器，它们由泵49或蓄压器49a供应。在液压系统中可设冷却滑油用的散垫器。

为了变速，可以设置两台有较大功率的液压马达和两台有较小功率的液压马达。起动机在一挡时，四台液压马达全部工作。在第二挡，使用两台功率较小的马达。按此种工作方式，流量变化很小，因此只要求内燃机有小的减速或小的加速。液压马达可以与汽车的车轮制成一个整体。

不要低估这种新颖驱动装置所具有的优点，它们对于未来有重要意义。城市中的大气污染对居民是不可接受的，而本方案将大大减少汽车污染。此同一技术亦可用于解决噪声引起的烦恼，噪声可以被基本消除。

图11和12中表示了一台压缩机，例如用于制冷机中，图中相应的零件使用前面各图中相同的标号。活塞6通过滚针轴承51可旋转地装在驱动轴53的偏心部分52上。轴53和支承辊5在轴承中旋转，轴承装在法兰54和55中，法兰则装在壳体56中。要被压缩的气体，经过进气通道57和58供入气缸1的腔口2。在通道58里面的单向阀59允许气体进入腔2，但不允许气体回流。对每个排气通道60均设有一个单向阀61，此排气通道允许压缩气体从腔2排出，进入蓄压器62。

当轴53旋转时，活塞6作强迫运动，如前所述，这一运动在任何时刻均通过支承在辊5上的三个点和根据偏心部分52的位置确定下来。气体轮流地被吸入各个腔2，在腔中被压缩，并供往蓄压器62。图11和12所示的压缩机至少有两个气缸1和装在同一轴上的两个活塞6，这两个活塞错开一定角度，以便使机器更好地平衡。

Claims (15)

1、一种其活塞可在气缸内运动的旋转活塞机，其特征为：活塞(6)外部支承在三点式轴承(5)上，活塞内部支承在一个偏心件上，活塞(6)和气缸(1)的相对位置由偏心件和三点式轴承(5)的位置连续确定。

2、一种旋转活塞机，其特征为：活塞（6）和它的气缸（1）分别绕两根彼此偏心的轴线旋转。

3、按照权利要求1所述之旋转活塞机，其特征为：活塞（6）的周边与装在气缸（1）中的支承和密封辊（5）连续接触。

4、按照权利要求1、2或3所述之旋转活塞机，其特征为：气缸（1）具有圆柱形表面（3）的腔（2），活塞（6）有圆柱形表面（7）的端部，活塞（6）上的圆柱形表面（7）适合于与气缸（1）的腔（2）啮合，支承和密封辊（5）装在气缸中每对相邻腔（2）之间。

5、按照权利要求4所述之旋转活塞机，其特征为：气缸（1）有三个腔，它们彼此相隔120°;活塞（6）为具有两个圆柱形表面（7）的拉长了的形状，这两个圆柱形表面相隔180°。

6、按照权利要求1至4中任一项所述之旋转活塞机，其特征为：活塞（6）可旋转地装在控制和密封法兰（14-16）之间。

7、按照权利要求1至6中任一项所述之旋转活塞机，其特征为：活塞（6）在一根固定的中心轴上旋转，此轴相对于气缸（1）的轴线（0）是偏心的，气缸与机器的轴（20）联接。

8、按照权利要求4至7中任一项所述之旋转活塞机设计作为内燃机，其特征为：马达部分的旋转气缸（1m）与压缩机部分类似的旋转气缸（1c）互相连接，压缩机部分将空气输送给马达部分。

9、按照权利要求8所述之旋转活塞机，有带气体通道的控制法兰（24，33），通道的开和关通过活塞（6c、6m）和法兰（24，33）之间的相对运动实现，以便控制空气进入压缩机和燃气从马达部分排往排气通道（34）。

10、按照权利要求8或9所述之旋转活塞机设有阀（29），它由在压缩机部分和马达部分之间的凸轮控制。

11、按照权利要求1、2或3中之任一项所述之旋转活塞机设计作为泵或液压马达，其特征为：缸体（1）上设有通道（1a），它使每个腔（2）与外部相通，在那里的液体进口和出口腔（40）径向相对配置。

12、按照权利要求1至3中任一项所述之机器，最好是压缩机，其特征为：活塞（6）可旋转地装在驱动轴（53）的偏心部分（52）上，并在固定的气缸（1）中运动（图11和12）。

13、在汽车中使用按照前述诸权利要求之一所述之内燃机、至少一台泵和至少一个液压马达，其特征为：泵（49）由内燃机（45）驱动，液压马达（50）由泵供应。

14、按照权利要求13之使用情况，其特征为：泵（49）有选择地与内燃机（45）或与发电机/电动机（46）联接，后者与蓄电池（48）连接。

15、用于按照权利要求3所述机器的旋转活塞表面的加工方法，其特征为：首先加工出圆柱形表面（7），然后将圆柱表面（7）支靠在两个辊（5）上，并在其上运动，此时，用在第三个辊（5）位置上的刀具（5′），加工连接表面（8）之一。

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