CN1278888A - 一种径向马达或泵 - Google Patents

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Abstract

一种径向马达或泵,其具有一定子10,及一转子15在该定子10内旋转。该定子具有一个或多个径向汽缸L、M及N,每一汽缸中有一可滑动的活塞。每一气缸L、M及N的终端或一可在其中滑动的环43抵靠该定子10的内表面12,并且与该内表面12密封摩擦配合。活塞20由连杆21连接至一曲柄轴24的曲柄销22。齿轮互相连接定子、转子、及曲柄轴,以使转子15及曲柄轴24以相同速度但朝相反方向旋转。

Description

一种径向马达或泵
发明所属技术领域
本发明涉及一种径向旋转流体压力机，其中，藉由至少一活塞在一相互作用的汽缸中的往复移动以实现其操作。
在不同的实施例中，此种流体压力机可被使用于，例如，二冲程或四冲程循环工作的内燃机、液体泵、气体压缩机、或是藉由压缩液体、气体或蒸汽操作的马达。
发明概述
根据本发明的一个方面，提供一种径向旋转流体压力机，其包含一定子、一形成在定子上的第一表面以作为绕第一轴线旋转的表面、一转子、一形成在转子之部分上的第二表面以作为绕第一轴线旋转的表面，该第一及第二表面被设置成用以在其间作相对滑动旋转，其特征在于：一形成于转子中的实质上径向于第一轴线的工作汽缸，一可在汽缸中轴向滑动并且在其中滑动配合的活塞，一驱动轴，互连活塞与驱动轴的联结装置，该联结装置使得活塞在汽缸中的往复移动可使驱动轴旋转、或驱动轴的旋转可驱动活塞在汽缸中往复移动，一形成于定子中穿过该第一表面的口，位于定子中一预定的圆周位置上，液体可经由该口流进或流出汽缸，以及互连转子与驱动轴的驱动装置，该驱动装置设置成可使转子与驱动轴相对于定子以预定速度及旋转方向作旋转。
便利地，该联结装置包含一可转动地连接至驱动轴的曲柄、及一枢接至活塞及曲柄销的连杆。
该定子可位于转子的外部或在转子的内部。
较佳地，该第一及第二表面为同轴于该第一轴线的正圆柱形。
该流体压力机可包含该第一及第二口，流体可经由该口分别流进汽缸及流出汽缸。
该流体压力机可较佳使用作为一内燃机，其中其便利地包含一该第一及第二口，它们环绕定子间隔开来，一口适于让空气或空气／燃料混合物流进汽缸，而另一口则适于作为汽缸的排气口。
有利地，该流体压力机包含一设于定子中的火花塞或燃料注入器，且在转子的预定圆周位置暴露于该汽缸。
该流体压力机可按二种程或四冲程循环操作，其中该驱动装置配置成使驱动轴相对于定子旋转，其速度等于转子相对于定子的旋转速度，而驱动轴及转子则相对于定子以相反的方向旋转。
便利地，互连转子及驱动轴的驱动装置包含一齿轮系，该齿轮系适于驱动驱动轴及转子以相同转速但相反方向相对于定子作旋转。
介于转子与定子间的密封可由一对位于转子或定子沟槽中的圆周密封环而提供，该密封位于汽缸的轴向相对侧。
更进一步的密封由多个密封条提供，该密封条位于该第一表面中抵靠着第二表面，且围绕地间隔开来，每一密封条从其中一密封环延伸至另一密封环。
转子周围可围绕地设置多个所述汽缸及所述相互作用的活塞。
该流体压力机可适用于操作为液体用泵、气体压缩机、或藉由压缩液体、气体或蒸汽驱动的马达。
根据本发明的另一方面，提供一种径向旋转内燃机，其包含一定子、一形成在定子上的第一表面以作为绕第一轴线旋转的表面、一转子、一形成在转子的部分上的第二表面以作为绕第一轴线旋转的表面，该第一及第二表面被设置成用以在其间作相对滑动旋转，其特征在于：多个形成于转子中或转子上的实质上径向于第一轴线并在周向上均匀地间隔开来的工作汽缸，一可在每一汽缸中轴向滑动并且在其中滑动配合的活塞，一具有一曲柄弯程及一曲柄销的驱动轴，将每一活塞连接至同一曲柄销、或将每一活塞连接至个别的多个同轴的曲柄销的连杆，每一汽缸具有一穿过该第一表面形成于定子中的口，位于定子中一预定圆周位置，流体可经由该口流入汽缸或从汽缸流出，在其旋转期间，每一口仅会暴露至其中一个汽缸，以及互连转子与驱动轴的驱动装置，该驱动装置设置成可使转子及驱动轴相对于定子以预定速度及旋转方向作旋转。
较佳地，汽缸轴线的旋转平面被沿着驱动轴间隔开来。
便利地，每一汽缸根据需要设有一个别的进气口、排气口、火花塞和／或燃料注入器。
附图的简要说明
以下仅藉由实例、并参照概略性的附图说明各个不同的实施例，其中：
图1为依据本发明的内燃机的横向剖视图；
图2为沿着图1中线Ⅱ—Ⅱ的剖视图；
图3A至H显示图1所示的内燃机的不同操作状态，其为缩小比例；
图4为图1所示的内燃机的三汽缸型的横向概略剖视图；
图5为图4所示的内燃机的局部放大剖视图；
图6显示图4的另一种内燃机设计；及
图7显示图4及图6的另一种内燃机设计。
发明的详细说明
在图1至图3中，一四冲程单汽缸内燃机包含一具有冷却水通道11的定子10。该定子10被形成具有一正圆柱体12形式的平滑表面，并具有平坦径向面13、14。一转子15容纳于由表面12、13、14所围成的空间中。该转子15具有一外表面16，其大致上为正圆柱体形式，并且其在定子10的表面12的内部平滑滑动配合。该转子15具有内部的及外部的突出套筒17，与表面16同轴。套筒17可在定子10中的轴承18内旋转，藉此转子15可在定子10中旋转。
在转子15中，形成一基本上径向的汽缸19，其中一引擎活塞20可在其内往复运动。该活塞20藉由一连杆21连接至一曲柄轴24的弯程22，该曲柄轴24在转子15的套筒17内的轴承(未示)中运转。在图2的右手侧，由柄轴24及其中之一套筒17突出于定子10之外，并且分别具有一斜齿轮25、26固定于其上，斜齿轮25、26藉由惰斜齿轮27互相连接，惰斜齿轮27枢接在销28上，销28设于定子10的突出部分29上。在大部分的内燃机实施例中，齿轮25、26为相同尺寸。
在正常使用中，来自内燃机的动力是从曲柄轴24的右手端取走，但也可从其中一个斜齿轮27取走，为达此目的，其被固定至一合适的动力输出轴上，而不是在其中一个销28上自由运转。应该了解的是，藉由斜齿轮25、26、27，当曲柄轴24在定子10中朝一方向旋转时，该转子15会被在定子10中以相同的角度但朝相反方向旋转。
图1及图2底部显示一火花塞30，其穿过定子10的壁被系固至一燃烧空间31中，该燃烧空间31在活塞20之头部与定子10的表面12之间形成。
又，图1及图3中显示一排气口32及一进气口33，其是穿过定子10而形成，并且延伸至转子15的表面16。
图3显示到此为止所描述的内燃机的不同操作模式状态，其中图3A是对应于图1。
由图3A开始，活塞20是位于其“顶部死点”。假设初始时燃烧空间31包含压缩充满的可燃空气／燃料混合物，然后藉由火花塞30将其点燃以开始一动力冲程。
由于转子15朝逆时针方向旋转，而曲柄轴24朝顺时针方向旋转，因此，图3B显示当两者都从图3A旋转45度的情形，然后活塞20约在其向下动力冲程的半途中。
在图3C中，曲柄轴24及转子15两者都已相对于转子10旋转90度，因此活塞20是位于动力冲程的终点的“底部死点”。在该点，汽缸19的开口端变为通向排气口32，因此工作汽缸中的燃烧生成物可从该处释出。
图3D显示曲柄轴24及转子15又再旋转45度，在四冲程循环的排出冲程期间，然后活塞20再度位于汽缸19向上的大约半途中。
图3E显示活塞20又再度位于其“顶部死点”，但在此情形中，汽缸19的开口端是同时通向排气口32及进气口33，以提供用于四冲程循环内燃机的正常阀重叠。
图3F显示内燃机在其进气冲程的半途中，活塞20再度位于汽缸19向下的半途中，且汽缸19完全通向进气口33。
图3G显示进气冲程的终点，活塞20再度位于“底部死点”。
图3H显示转子15及曲柄轴24又再度旋转45度，当活塞20于汽缸19向上的大约半途中时，压缩先前抽取入内燃机的空气／燃料混合物。两构件又再度朝相反方向旋转45度，使得活塞20回到其正常“顶部死点”位置，准备供点燃并重复四冲程循环。
为防止气体泄漏至内燃机或泄漏出内燃机，设置一密封件于转子15与定子10之间，其形式为两个环绕的密封环34及35，最好位于定子10的表面12的沟槽中及位于汽缸19的两侧。更进一步的密封可藉由密封条36而提供，其至少延伸介于环34、35之间，且位于环绕转子10的表面12的关键性的圆周间隔的位置，例如，在进气口33、排气口32、汽缸19(当汽缸19与火花塞30排成一直线时)的两侧，及如所需要的设于其他处。
应该了解的是，该四冲程循环内燃机的曲柄轴24每旋转一次便产生一动力冲程，不同于在已知内燃机中一般曲柄轴每旋转两次才产生一动力冲程。
若附图中的内燃机要在二冲程环中运转，其将需要设置另一火花塞30，其位于图1及图2所示的火花塞的径向对侧。
再者，还需要额外的进气口及排气口。它们相似于在内燃设计技术中所熟知者。藉由使用燃料注入器代替火花塞30，则该内燃机可按柴油循环运转。
若需要更多的动力，可设置三个或更多个汽缸19，较佳为环绕转子15均匀地间隔开来。每一汽缸19将具有其各自的相互作用活塞20及连杆21，所有的连杆21被有效地枢接至曲柄锁22上。这可藉由使用一“主”连杆来达成，其他连杆均枢接至主连杆，如同非旋转、径向内燃机中所熟知者。
除了斜齿轮系25、26、27以外，转子15与曲柄轴24之间的反向驱动可藉由合适的正齿轮系、或藉由任何其他合适的驱动装置来达成。虽然本发明已经由其在二冲程及四冲程内燃机中的应用来作说明，但如果设置适当的进气口及排出口结构，其也可被使用作为液态泵、气体压缩机、或由压缩液体、气体或蒸汽操作的马达。
在到此为止所说明的内燃机中，产生于曲柄轴24上的扭矩将会等于产生于转子15上的反作用扭矩，而因为该两者都以相同的速度操作(虽然为相反方向)，相同的动力将会经由曲柄轴24、以及经由转子15的套筒17传出。
然而，如果所有的动力将从曲柄轴24取走，来自转子15的动力将会藉由斜齿轮系25、26传送到曲柄轴24。
图4显示一种如图1及2所示内燃机的三汽缸型态。在图4中，活塞20及连杆21被省略，但连杆21是在曲柄轴24的销22上运转。如前所述，其中一连杆21可以作为主杆，而其他连杆都被枢接至主杆上。
在此种设计中，转子15是一六角形块40，三汽缸41被系固至六角形块40，以径向地朝向定子10的表面12突出。三火花塞30环绕定子10圆周间隔开来，以使得当其内的活塞在压缩冲程终端达到顶部死点时，其能露出至每一汽缸41的内部。
在每一汽缸41达到其火花塞30之前，其通过一燃料注入器42。其是被围绕地定位，以使得当火花塞30点燃混合物时，其是位于汽缸41之外。因此，注入器42并不会承受汽缸41中的燃烧压力或火焰温度。另一方面，注入器42可直接将燃料注入汽缸41的空气中，因而可改良燃料的汽化、活塞及空气充气件的冷却，以及可选择发挥成层加料的效果。
每一火花塞30及注入器42具有其各自的相关进气口及排气口，其将依序被所有的汽缸41通过。为避免一汽缸41的进气口及排气口会干扰其他汽缸41的操作，进气口及排气口在圆周上被缩短。
图5显示一放大比例的密封环43，其在每一汽缸41的外部紧密滑动配合。密封43的外部表面44被磨光，以配合并对着表面12密封，并且能够沿其滑动。密封环43藉由一沟槽45中之活塞环而被密封在汽缸41中。在使用时，离心力将密封环43压向表面12。藉由在另一沟槽46中的薄弹性环可防止密封环43掉落汽缸41，该薄弹性环靠在汽缸41的一端，并且径向地朝向内燃机施加一小力量在密封环43上，以便在起动期间能够压缩。
在顶部死点，活塞20的顶部非常靠近密封43的底面47。因此燃烧室是由在环43中央的空间48所形成，或者也可部分在空间48内、部分在活塞顶内。这将可获致令人满意的小型燃烧室、并可藉由改变密封环43的空间48以选择改变压缩比。介于活塞20顶部与底面47之间的小空间提供一良好的“压挤”区域以改良燃烧。如果有需要的话，角落49可以倒圆，即使是局部性的。因为燃烧压力作用在面47上，如果必要的话，密封环43的相对端面44的表面区域可被选择以改良朝向表面12的密封。
图6显示一大部分与图4相同的内燃机。然而，在图6中，曲柄轴24及转子15以相同方向旋转。互连曲柄轴24、定子10及转子15的齿轮装置被选择为，每当转子15旋转一次、可以使曲柄轴24旋转三次。
在该实施例中，每一汽缸的活塞在其压缩冲程的终端达到其顶部死点，在定子10的相同的圆周位置上。因此，只需要一火花塞30及注入器42。再者，进气口33及排气口32的每一个可绕圆周延伸90度，以确保进气冲程期间在每一汽缸41中之完全充气，以及在排气冲程期间从汽缸41完全排出燃烧的生成物。
在图6中显示一圆柱形挡板51延伸于相邻的汽缸41之间，并且与定子10的表面12紧密滑动配合。当汽缸41开始通过排气口32时，档板51用作防止排出气体漏出至介于汽缸41之间的空间52中。
图7中显示的实施例非常近似于图4中所示者。然而，在图7中，三汽缸L、M及N的中央纵向轴线沿曲柄轴24间隔开的距离，约等于每一汽缸的内径。因此，被任一汽缸L、M或N扫过的内部表面12区域不会再被其他汽缸扫过。
应该了解的是，三连杆21全部都在曲柄轴24的单个销22上运转。连杆21可藉由中介间隔物沿销22间隔开来。可取的话，中间主轴承也可被设置于连杆21之间，则曲柄轴24便具有三同轴曲柄销22。
在图7所示的实施例中，密封环43被使用于每一汽缸中，如同参照图4及5所说明的。
因为表面12被汽缸L、M及N扫过的路径基本上没有重叠，每一汽缸L、M及N的穿过定子10的进气口及排气口，在圆周上可如所需要的长或短。
每一汽缸L、M及N的操作模式相对于曲柄轴24的旋转角度显示于下表中：
    120     排气     120度TDC
    冲程     点燃
    150     330度BDC     动力
    180     180度TDC     压缩     冲程
    冲程
    210     进气     30度BDC
    冲程
    240     240度TDC     排气
    点燃     冲程
    270     90度BDC
    动力
    300     压缩     冲程     300度TDC
    冲程
    330     150度BDC     进气
    排气     冲程
    360     0度TDC     冲程
虽然该内燃机已依据单一汽缸及三汽缸形式加以说明，但藉由曲柄轴24及转子15的相对速度及旋转方向的适当选择，也可使用其他数量的汽缸。例如，也可以满意地使用具有五个径向汽缸的内燃机。

Claims (17)

1．一种径向旋转流体压力机，其包含一定子、一形成在定子上的第一表面以作为绕第一轴线旋转的表面、一转子、一形成在转子之部分上的第二表面以作为绕第一轴线旋转的表面，该第一及第二表面被设置成用以在其间作相对滑动旋转，其特征在于：一形成于转子中的实质上径向于第一轴线的工作汽缸，一可在汽缸中轴向滑动并且在其中滑动配合的活塞，一驱动轴，互连活塞与驱动轴的联结装置，该联结装置使得活塞在汽缸中的往复移动可使驱动轴旋转、或驱动轴的旋转可驱动活塞在汽缸中往复移动，一形成于定子中穿过该第一表面的口，位于定子中一预定的圆周位置上，液体可经由该口流进或流出汽缸，以及互连转子与驱动轴的驱动装置，该驱动装置设置成可使转子与驱动轴相对于定子以预定速度及旋转方向作旋转。
2．如权利要求1所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该联结装置包含一可旋转连接至驱动器的曲柄，及一枢接至活塞及曲柄销的连杆。
3．如权利要求1或2所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该定子位于转子的外部或转子的内部。
4．如权利要求1至3中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该第一及第二表面为同轴于该第一轴线的正圆柱形。
5．如权利要求1至4中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该流体压力机包含第一及第二口，流体可经由该口分别流进汽缸及流出汽缸。
6．如权利要求1至5中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，其包含一第一及第二口，它们环绕定子间隔开来，一口适于让空气或空气／燃料混合物流进汽缸，而另一口则适于作为汽缸的排气口。
7．如权利要求6所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该流体压力机包含一设于定子中的火花塞或燃料注入器，且在转子的预定圆周位置暴露于该汽缸。
8．如权利要求6或7所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该流体压力机可按二种程或四冲程循环操作，其中该驱动装置配置成使驱动轴相对于定子旋转，其速度等于转子相对于定子的旋转速度，而驱动轴及转子则相对于定子以相反的方向旋转。
9．如权利要求8所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，互连转子及驱动轴的驱动装置包含一齿轮系，该齿轮系适于驱动轴及转子以相同转速但相反方向相对于定子作旋转。
10．如权利要求6至9中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，介于转子与定子间的密封由一对位于转子或定子沟槽中之圆周密封环而提供，该密封环位于汽缸的轴向相对侧。
11．如权利要求10所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，更进一步的密封由多个密封条提供，该密封条位于该第一表面中抵靠着第二表面，且围绕地间隔开来，每一密封条从其中一密封环延伸至另一密封环。
12．如权利要求6至11中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，转子周围可围绕地设置多个所述汽缸及所述相互作用的活塞。
13．如权利要求1至5中任一项所述的径向旋转流体压力机，其特征在于，该流体压力机可适用于操作为液体用泵、气体压缩机、或藉由压缩液体、气体或蒸汽驱动的马达。
14．一种径向旋转内燃机，其包含一定子、一形成在定子上的第一表面以作为绕第一轴线旋转的表面、一转子、一形成在转子的部分上的第二表面以作为绕第一轴线旋转的表面，该第一及第二表面被设置成用以在其间作相对滑动旋转，其特征在于：多个形成于转子中或转子上的实质上径向于第一轴线并在周向上均匀地间隔开来的工作汽缸，一可在每一汽缸中轴向滑动并且在其中滑动配合的活塞，一具有一曲柄弯程及一曲柄销的驱动轴，将每一活塞连接至同一曲柄销、或将每一活塞连接至个别的多个同轴的曲柄销的连杆，每一汽缸具有一穿过该第一表面形成于定子中的口，位于定子中一预定圆周位置，流体可经由该口流入汽缸或从汽缸流出，在其旋转期间，每一口仅会暴露至其中一个汽缸，以及互连转子与驱动轴的驱动装置，该驱动装置设置成可使转子及驱动轴相对于定子以预定速度及旋转方向作旋转。
15．根据权利要求14所述的径向旋转内燃机，其特征在于，汽缸轴线的旋转平面被沿着驱动轴间隔开来。
16．根据权利要求14所述的径向旋转内燃机，其特征在于，每一汽缸根据需要设有一个别的进气口、排气口、火花塞和／或燃料注入器。
17．一种如说明书所述和附图所示的径向旋转内燃机。
CN98810974A 1997-11-12 1998-11-05 一种径向马达或泵 Pending CN1278888A (zh)

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