CN1553988A - 具有旋转汽缸的往复移动式活塞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种往复移动式活塞机(1；1a、1b、1c)，具有至少一个由缸体和活塞构成的单元(2、3、4、5)，所述单元可围绕其旋转轴旋转地设置在一转子壳体(6)内。转矩被传递给转子壳体(6)，其中活塞(2、3、4、5)的作用线(2、3、4、5)位于垂直于转子壳体(6)的旋转轴的平面上并与转子壳体(6)的旋转轴偏心和是成直线的。

Description

具有旋转汽缸的往复移动式活塞机

本发明涉及一种用于产生转矩的具有旋转汽缸的往复移动式活塞机.所述往复移动式活塞机优选是内燃机，但所述往复移动式活塞机通过略有不同的结构设计以及对控制管路的设置也可以用于液压领域。另外本发明的方案也适用于液压泵、升压泵以及真空泵。

在内燃机领域的已知的典型的旋转活塞机是转子发动机。所述转子发动机具有一个以长短幅旋转线形态移动的形成工作室的活塞。所述活塞利用在发动机轴在长短幅圆外旋转线的内室内的内啮合和偏心设置进行移动。活塞的棱角和侧面具有密封件。通过对环围活塞的壳体上的缝隙的开合实现换气。转子发动机的特点在于由于摈弃了气门驱动，因而实现了完全的平衡和紧凑的结构。但其缺点在于转矩小以及伴随燃烧路径长的不利的燃烧室形状，其中将产生高的碳氢化合物的排放，与其它的往复活塞发动机相比燃油油耗和机油油耗高以及制造成本昂贵。而且出于工作原理的原因并不能直接采用转子原理实现柴油发动机。

本发明的目的在于提出一种往复移动式活塞机，其大大提高了根据现有技术的往复移动式活塞机的整体工作效率、改善了其重量/功率比、简化了其控制结构、降低了其制造和安装费用、最佳的实现了转子平衡并减少了有害物质的排放。

采用具有权利要求1的特征的往复移动式活塞机实现了上述目的。在从属权利要求中给出本发明的其它有益的设计和进一步设计。

具有旋转的缸体的往复移动式活塞机，每个汽缸单元具有至少一个活塞，所述活塞设置在转子壳体内，其中在转子壳体的内部范围内有一个空间，所述空间具有一个外廓，在可旋转的转子壳体内所述活塞围绕所述外廓可360°移动地设置，其中活塞与外廓连接，使外廓在活塞单元围绕外廓移动的同时促使活塞往复移动。通过往复移动式活塞机的这种设计机构提出一种全新的工作原理：在迄今通常的往复移动式活塞机中汽缸壳体是固定不动的和往复活塞通过一旋转的曲轴输出一个转矩，而在本发明中活塞与转子壳体围绕外廓可旋转360°设置。而且在此通过可燃介质在燃烧室内的燃烧在活塞上形成压力。活塞上的压力其中也加在转子壳体上。由于转子壳体围绕外廓可旋转的设置和活塞又与外廓连接，因此围绕外廓产生一个转矩，所述转矩导致转子壳体围绕外廓转动。同时通过外廓与活塞的连接实现对活塞往复移动的控制。该控制实现了活塞机的进气、压缩、燃烧和排出的整个工作冲程，其中优选采用四冲程原理。但通过相应的设计也可以采用二冲程方法。所产生的转矩尤其取决于在转子壳体内设置有几个活塞。此点一方面取决于转子的结构尺寸，和另一方面还要考虑到出现的振动。特别是可以将多个转子壳体(星形发动机方式)并列连接在一起，从而形成一个前后顺序设置的活塞列，所述活塞列与转子壳体一起可围绕外廓移动。转子壳体优选具有三个、四个或多个活塞。

根据本发明汽缸单元的活塞的作用线(活塞的往复移动方向)位于一垂直于转子的旋转轴的平面上和在所述平面的位置应使作用线与转子的旋转轴偏心和成直线伸展。

优选外廓的设计应使在工作冲程内由活塞限定的燃烧室至少基本上是等容的，即具有恒定不变的容积。燃烧室在工作冲程的一定的时段上是不变的。由于燃烧室本身基本上是不变的，因而可以围绕外廓产生大的转矩。因此与通常的往复活塞发动机相比，一方面可以实现燃烧室内燃烧气体的充分燃烧，另一方面可以长时间的利用在燃烧时燃烧室内产生的温度和随之的增压。通过转速可对等容燃烧室的该时段进行调整。同样作功冲程的长度也是很关键的。所述作功冲程优选至少围绕外廓旋转90°，特别是旋转100°以上。通过对燃烧后的气体排放的适配调整可以实现大约120°和120°以上的基本上等容的燃烧室。

转子优选具有四个汽缸单元，所述汽缸单元至少相互错位90°设置。在工作冲程内活塞基于外廓的形状，所述外廓优选是闭合的，实现往复移动。因此可以保证在燃烧室内的穿流和随之的燃烧，所以此点是很重要的。由外廓控制的往复移动优选应使进气行程明显地长于排气行程。优选往复移动式活塞机的外廓具有一种导轨形状，所述导轨形状具有第一、第二、第三和第四段，所述段都是凸起的、都是下凹的或都是线性的。采取此方式实现的活塞冲程是均匀的。特别是所述段相互连接，从而形成活塞的一基本形状相同的(负的或正的)加速度，从而将材料负荷保持在最小。特别是在换向点范围内外廓的设计应使由于活塞与外廓的连接而出现的表面压力保持在尽可能小的程度上。外廓的设计可以以一盘形凸轮的形式实现。盘形凸轮具有一个沟槽。所述沟槽的设计应使其实现对外廓的预给定，所述活塞根据耦合沿所述沟槽移动。外廓/弯曲导向的优选设计应使在汽缸单元完全旋转一圈所述汽缸单元至少完成一个工作冲程。

往复移动式活塞机优选具有一个平面凸轮以及一个第一和一个第二盘形凸轮。两个盘形凸轮设置在平面凸轮的对面和分别具有一套合的外廓。在两个盘形凸轮和平面凸轮之间一活塞连杆通过一相应的导向件在槽内被导向。通过连杆将由外廓预定的受控移动传递给活塞，所述活塞沿汽缸室和其导向件进行往复移动。

优选活塞通过固定在的凸轮传动机构中的一被滚针轴承支撑的连接轴被导向。其中连接轴优选是一体的，例如是铸造或锻造的。根据另一设计，连接轴是由多个构件组装而成的。凸轮传动机构由两个盘形凸轮和一个平面凸轮构成。采取沟槽曲线的两个边沿的错位决定对活塞的无间隙的导向。每个边沿具有一个自己的滚轮，所述滚轮位于连接轴上。因此所述滚轮相互反向旋转并持续保持贴合。

根据往复移动式活塞机的进一步设计，在活塞上设置有一个被一活塞的密封部分隔开的导向部分。密封部分和导向部分与活塞连接在一起，一起移动。随动连接用于将作用于活塞的力传递给转子壳体上。导向部分沿一在转子壳体上的单独的导向件可移动地设置。导向部分优选至少部分位于转子壳体内。例如在活塞上用其活塞环和与活塞连接的连杆构成密封部分的第一第一臂，同时导向部分构成一与前者分隔开的第二臂。优选这两个臂在一连杆轴承上又相互连接在一起。因此密封部分和导向部分构成一杠杆系统。优选导向部分的杠杆臂短于密封部分的杠杆臂。采用此方式通过两个臂优选固定在其上的连杆轴承可以在转子壳体上产生特别大的转矩。特别是具有导向部分和密封部分的活塞与外廓协调一致，从而导向部分和密封部分分别沿转子壳体上的一条直线进行往复移动。因而特别是导向部分用于将将作用于活塞的压力传递给转子壳体。优选利用轴承，特别是滚动轴承实现导向部分的往复移动。此点的设计应特别可以实现由导向部分向转子壳体的对压力的持续传递。密封部分和导向部分因此构成一个杠杆系统，所述杠杆系统用于将作用于活塞的压力通过导向部分传递给转子壳体。具有密封部分和导向部分的活塞可以是一体的，例如铸造或锻造而成。根据另一设计，具有密封部分和导向部分的活塞也可以由各个构件组装成一个整体。导向部分的轴与转子的旋转轴垂直相交。

对燃烧室进行限定的活塞的优选设计应促进在进气过程中燃烧室内的混合气的旋转。此点例如采用一大致中心对称设置的锥形结构的活塞头通过形成圆环状的挤气区而得到增强。优选采取倾斜流入燃烧室的方式实现用于产生燃烧室内涡流的进气涡旋。为此例如进气通路倾斜于活塞的纵轴(往复移动轴)设置。

另外往复移动式活塞机具有一个转子壳体，所述转子壳体具有旋转对称的外壳体。其优点在于，一方面因此可以避免转子壳体的不平衡。因此还优选将往复移动式活塞机相同的构件相对设置，以便在高转速的情况下，例如在5000至8000转/分钟^-1，特别是在12000转/分钟^-1(转数/分钟)的情况下避免出现不平衡力矩。优选部件的设置力求实现对由于转子壳体的旋转产生的力的相互补偿。另一方面旋转对称的外壳体可以实现燃烧室的进气和排气在转子壳体上特别的气密封。往复移动式活塞机的一种设计是，在转子的壳体的外壳体上具有一个伴随转动的换气密封系统，所述换气密封系统的表面在径向上优选至少部分以转子壳体的外壳体闭合，即密封贴合。在转子壳体设置在一外套壳体内时，伴随转动的换气密封系统可以建立外套壳体与转子壳体之间的密封。

优选转子壳体设置在外套壳体内，所述外套壳体具有一至少下凹的表面，所述表面与转子壳体的外壳体相对设置。换气密封系统的设计应使一方面在某个冲程或进气、压缩、燃烧和排气等阶段内使转子壳体内燃烧室被相应密封。另一方面密封系统通过流入以及流出的气体的相应的输入或排出保证了燃烧室的完全充注或排空。为此在外套壳体上例如设置有相应的控制管路或相应的孔，沿所述管路或孔实现对燃烧室的充注或排空。所述控制管路可以沿与转子壳体的外套相对的表面设置。此点也适用于换气密封系统。由于换气密封系统是环状的，所以优选缝隙形式的控制管路相对较长，例如在排气管路上延伸达10至30℃旋转角或例如在进气管路上延伸达120℃或120℃以上；优选进气管路基本上长于排气管路。控制管路的深度以及宽度和控制管路之间的间隔取决于往复移动式活塞机的尺寸。控制管路与进气条件以及进气流以及排气流的相应的压力相应适配。

优选换气密封系统具有一个在压力下径向移动和优选可旋转的滑移件，滑移件偏心设置在所述转子壳体外套上。所述滑移件例如被保持在槽内，所述槽偏心设置在转子壳体的的外套上。所述滑移件优选被滚动轴承支撑，转子腔体与与其相对的外套腔体相对密封。为此滚动轴承支撑的滑环优选同样具有与相对的外套壳体表面相符的表面。所述外套壳体表面优选为球形。另外滑环具有至少一个密封唇，优选两个密封唇。两个密封唇为环形，相互套合。所述滑环优选除了可径向移动外还可进行轴向移动。所述轴向移动是轴向转动。为此滑环偏心设置并以外套壳体表面为基准的设置应能产生外套壳体在滑环上的转动。转动的优点例如是：由于径向力，因而可以将可能存在的异物输送到外面并因此将其从行程中消除。

为了减小在转子壳体上的转矩，优选驱动输出端与转子壳体法兰连接。此点例如利用一变速箱，优选利用一行星传动机构加以实现。因此可以提高转速或降低转速。如果在往复移动式活塞机外至少在一多配置中的另一往复移动式活塞机附加顺序设置在一个轴上，则特别可以实现平衡。例如因此第一往复移动式活塞机与第二往复移动式活塞机就工作冲程段的阶段可以相互错位180°。在第一和第二往复移动式活塞机同时点火的情况下将因此改善平衡。根据进一步设计，对多个在多配置中在一个轴上或相互分隔开的往复移动式活塞机可以被分别接通或断开。而且对往复移动式活塞机的一个汽缸可以推迟点火。例如如在机动车发动机中已知，往复移动式活塞机在滑动作业时可以节省燃料。另一设计是可以改变用于有待燃烧的介质和输送的空气的进气和排气的入口孔和出口孔。例如可以利用截流截面实现该改变。根据所要求的功率优选通过发动机控制单元对截流截面进行控制或调整。

为了保证活塞和其它移动部件的尽可能顺利的移动，往复移动式活塞机具有一个与往复移动式活塞机的安装位置无关的，即与位置无关的润滑系统。润滑系统是一个与位置无关的压力循环润滑系统。其中由内啮合齿轮泵从对油环内的油进行抽吸。在泵壳体内的过压阀对油压进行限制并将多余的油送回泵的抽吸管路。由压力管路将油通过滤油器输送给喷油嘴。由喷油嘴润滑油到达转子壳体内。转子壳体具有多个伴随转动的润滑通路。所述润滑通路将润滑油分配给有关的润滑点。基于离心力润滑介质，通常是油被向外压，从而实现对移动部件由转子部件的壳体内向外的润滑。采用此方式可以对往复移动式活塞机的旋转速度进一步加以利用。

采用具有多个伴随转动的离心通路的转子壳体实现油料的回流。离心力通过离心通路将将润滑油向外挤压。所述油料被离心地甩向相对的油环孔、滴落和到达油环的闭合部分。在此处油被重新馈送到润滑油循环回路。此过程不断重复进行，以便保证与位置无关的可靠的润滑。优选油环可旋转360°、支撑在滚轮上并设置在前面的外套壳体上。由两个密封唇实现油环对应于进气管路的密封，所述密封唇与外套壳体固定连接。一个备有压簧的轴向可移动的密封环对与进气管路相对的一侧进行密封，所述密封环始终与油环保持贴合。外套壳体在圆周上具有孔，利用所述孔离心的油到达油环孔内。油环由两部分构成，其中第一油环壳体与第二油环壳体连接。但所述油环也可以一体构成，例如作为铸造件。在油环上设置有浮子针阀，其中通过浮子针阀和位于外套壳体上的油回流孔将多余的由重新送回润滑油回路。油环的闭合部分的容积小于半油环孔的容积，或最大等于半油环孔的容积。因此可以避免不必要的油料过剩和减少各种损耗。为对油位进行检查在油环以及在油环盖板上设置有视窗玻璃，所述玻璃上标有油位刻度。通过一设置在油环上的油料充注和排放螺钉实现对油位的调整。

本发明的往复移动式活塞机实现了将一种可燃介质内含有的能量机械能的转换。所述介质通过燃烧在燃烧室内将能量释放，在所述燃烧室内设置有一个移动的活塞，通过所述活塞经燃烧产生的压力能被转换成机械能。压力能产生一个围绕固定轴的转矩，所述转矩导致具有燃烧腔和活塞的燃烧室围绕固定轴的旋转，其中通过该旋转输出机械能量。这种工作原理的优点是：利用一个长的杠杆臂可以充分利用回转移动或加速，从而可以产生围绕固定轴的大的转矩。

下面的附图示出本发明的往复移动式活塞机的实施例。其中详细地示出燃油内含有的能量利用本发明的往复移动式活塞机是如何转换成机械能的。图中示出：

图1为往复移动式活塞机的剖面图(图2A-B向)；

图2为图1的往复移动式活塞机的侧视图；

图3为具有密封部分和导向部分在外廓上被导向的活塞；

图4为外廓和沿外廓的活塞的导向件的侧视图；

图5为图2的往复移动式活塞机的换气密封系统；

图6为图5的换气密封系统的转子密封；

图7为图5的换气密封系统的密封体；

图8为图5的换气密封系统的密封条；

图9为图5的换气密封系统的弹簧片；

图10为图2润滑系统的油环，和

图11为往复移动式活塞机的多配置的示意图。

图1示出一种往复移动式活塞机1。所述活塞机具有一第一活塞2、一第二活塞3、一第三活塞4和一第四活塞5。所述活塞2、3、4、5在往复移动式活塞机1的转子壳体6内分别相互错位90°设置。在转子壳体6的内部范围内有一个腔室7。在腔室7内设置有一个弯曲导向件或外廓8。活塞2、3、4、5分别进行往复移动，图中用双箭头示出所述往复移动。活塞2、3、4、5沿一直线的第一导向件9移动。第一导向件9作为缸体单元嵌装在转子壳体6上。活塞2、3、4、5具有一个带有锥形罩盖10的活塞底部，所述锥形罩罩中心对称(定中心)设置。罩盖10构成燃烧室的几何形状。所示的罩盖10的的锥形充分利用进气过程中流入的燃油-空气混合气的进气蜗旋，以便在燃烧室内获得改善的涡流和随之的混合。从而改善接着进行的燃烧。也可以用一种其它的罩盖替代锥形罩10，形成燃烧室，其中所述罩盖的几何形状例如取决于有待燃烧的介质，即馈送的燃油种类。例如可以采用各种典型的四冲程发动机或柴油发动机的喷油方法。在缓慢运转的大型柴油发动机中已知的无空气蜗旋的具有6-8孔喷油嘴的直接喷油方法也属于所述范畴。而且也可以采用3-5孔喷油嘴，其中在直接喷射时流向活塞2、3、4、5的助燃空气以通过相应的进气机构的设计形成蜗旋流的形式促使形成混合气。而且可以通过偏心设置的单孔喷油嘴将燃料油喷射在槽形燃烧室的燃烧室壁上。除了直接喷射方法外，还可以采用辅助室燃烧方法，例如涡流室喷射方法和预燃烧室方法。通过对往复移动式活塞机1的相应的设计还实现了油膜，其中通过内部形成的混合气在火花塞上形成的可点燃的混合气，同时在燃烧室的其它范围内则存在稀混合气。

往复移动式活塞机1也可以作为多种燃料发动机。由于往复移动式活塞机1是高度密封的，例如其压缩比ε＝14至ε＝25或更高，因而可以处理不同质量的燃油，而不会损坏发动机。其中例如采用内部形成混合气的方式，其中为了实现对点火的支持附加直接向燃烧室喷入5-10％的满负荷的燃油量，以便确保点火。对后者也可以采用外部混合的方式。为此除了通常的汽油或柴油外，还可以采用甲醇或燃气，特别是氢。用于实施燃烧过程所需要的部件设置在一未详细示出的外套壳体内，在所述外套壳体内设置有一个转子壳体6。

除了可以采用不同的燃烧方法外，也可以采用不同的进气方法对往复移动式活塞机1加以支持。振动吸入管-增压、谐振-增压或开关控制进气系统对此都适用，所述开关控制进气系统的进气管长度可以分别根据转速通过对阀门的开合加以改变。除了采用这类可以充分利用抽吸的空气的动力(空气柱振动)增压系统外，也可以采用诸如活塞或多室或罗茨式结构方式的柱塞式增压机。同样也可以采用尾气涡轮机增压方式，其中采用的尾气涡轮机分别根据往复移动式活塞机1的转速接通或断开。除了尾气涡轮机增压外也可以采用具有压力波增压器的压力波增压。另外通过采用对往复移动式活塞机1的增压空气冷却对相应的增压加以辅助。采用此方式可以实现更强的压缩。一相应的增压器为此例如直接或间接地与转子壳体6连接，以便可以充分利用其旋转能量。

图1所示的活塞2、3、4、5另外具有一第一活塞环11和一第二活塞环12。两个活塞环11、12将燃烧室13对应于腔体7进行密封。根据所示的实施方式，第二活塞环12也起着挡油环的作用。用于对活塞2、3、4、5进行润滑的油其中从腔体7的内部范围被向外送至第一导向件9。另外活塞还具有可以对应变进行调整的嵌条，从而可以对不同的材料和随之不同的膨胀系数加以考虑。例如转子壳体6或第一导向件是由铝制成的。

另外从图1中还可以看出，活塞2、3、4、5与连杆15共同构成密封部分14。所述连杆15直接与活塞2、3、4、5连接，两者相互刚性连接。外廓8的设计结构应使活塞2、3、4、5被线性导向。因此例如可以省去活塞杆和活塞杆在连杆上的轴承。外廓8为此具有一个弧形段，以便结合联轴节实现对往复移动式活塞机1中活塞的线性导向。另外在连杆15上设置有一个连杆轴承17的孔16，其中连杆轴承17对连接轴18进行固定。连接轴18将外廓8与连杆15连接。其中连接轴18对活塞2、3、4、5的中心偏心设置。从而连杆15构成一个杠杆臂。所述连杆15的截面优选具有一个梁的形状。此点可实现对压力的良好的吸纳和传递。

另外在图1中示出，在连杆15上刚性连接有一导向部分19。所述导向部分19设置在第二导向部分20上。第二导向部分20例如是一个设置在转子壳体6上的套筒。围绕导向部分19设置有一个轴承21。所述轴承可以实现导向部分19在第二导向部分20上在很大程度上的顺畅的移动。所述轴承21优选是一个滚动轴承。由于导向部分19与密封部分14构成一个杠杆系统，所述轴承21特别能够将根据杠杆系统产生的压力传递给转子壳体6。如图1所示，所述轴承21可分别对应于第二导向部分20和导向部分19相对移动。为了避免轴承21不会在径向上从转子壳体6上脱出，有一个作为行程限制器的安全环22设置在转子壳体6上。因而导向部分19在围绕外廓旋转360°时会超过第二导向件20，而不会出现对第二导向件20的对力进行传递的面未充分利用的现象。最好轴承21至少与第二导向件20的长度相同。

图1示出在不同工作位置的四个活塞2、3、4、5。由箭头示出旋转方向。第一活塞2正处于开始进气阶段，第二活塞3大致在进气结束阶段，第三活塞4处于点火结束阶段，第四活塞5处于作功阶段。分别根据活塞2、3、4、5的位置导向部分19分别在第二导向件20内的不同的位置上。轴承21的尺寸设计应使其可以在径向上向内完全伸入第二导向部分20。为了使轴承21例如在往复移动式活塞机1处于静止状态时不会撞在外廓8上，可以设置一个行程限制器。例如在导向部分19上本身就可以有此行程限制器，例如利用一材料凸起。另一方面第二导向件20本身可以具有这种行程限制器。优选同样对轴承21进行润滑。通过一个喷油嘴58实现对润滑油的馈送，所述喷油嘴足以满足对所有部件提供润滑油的要求。

另外从图1可以看出，外廓具有第一段A、第二段B和第三段C。所述段分别是弯曲的。其弧度的设计应使导向部分19以及活塞2、3、4、5可以沿第一导向件9或第二导向件20线性伸展。第三段C特别是至少部分的设计应使在该处发生的的作功阶段内活塞2、3、4、5基本在其第一导向件9内的位置上保持不变。因此在作功阶段燃烧室13不发生变化。此点将导致在燃烧室13内产生特别高的压力。此点促使通过由密封部分14和导向部分19构成的杠杆系统将特别大的转矩传递给转子壳体6。在第四段D外廓8的形状应使活塞2、3、4、5被换向，实现从燃烧室内燃烧后的气体的排放。为此外廓8的段D具有一基本上线性的范围。另外外廓8的设计应避免在上死点以及下死点上活塞的翻转。因而将降低躁声。另外还降低了活塞2、3、4、5对汽缸壁的侧压。

图1另外还示出换气密封系统23的滑移件24。所述换气密封系统23设置在转子壳体6的外套23a上。因此换气密封系统23与转子壳体6一起转动。换气密封系统23具有一滚动轴承支撑的滑移件24，所述滑移件偏心弹性地固定在汽缸端25的一个槽26内并与燃烧室密封相对。滑移件24具有一个滚动轴承支撑的滑环27，所述滑环27具有一第一密封唇28和第二密封唇29。滑环27与外套壳体30的相对设置的表面适配。密封唇28、29与外套壳体30的表面密封配合。当滑移件24对设置有火花塞32的点火通路31溢流时，优选只有当火花塞32位于圆的第一密封唇28内时，才启动点火火花。在外套壳体30上的点火通路的几何形状的优选设计应使两个密封唇28、29共同起着密封的作用。因此滑移件24起着一种安全闸门的作用：当对点火通路31溢流时可能会有一定容量的气体经密封唇28泄漏，但该容量的气体至少通过第二密封唇29被截获。滑移件24在槽26内的设计应避免被压缩的气体沿槽26出现侧泄漏。为此槽例如具有一个或多个密封环。通过对滑移件24的弹性设置所述滑移件在对进气通路33和排气通路34以及点火通路31溢流时通过对外套壳体30表面的相应的反压确保密封。

密封系统23通过对流入的气体的相应的充注或排出实现对燃烧室尽可能充分的充注或排空。为此例如在外套壳体30上设置有相应的控制通路33、34，充注或排空沿所述控制通路进行。控制通路33、34沿与转子壳体6的外套23a相对的表面设置。此点也适用于换气密封系统23。由于换气密封系统23是环状的，所以控制管路可以相对较长。优选进气管路33基本上长于排气管路34。控制管路33、34的深度以及宽度和控制管路33、34之间的间隔取决于往复移动式活塞机的尺寸大小。

图2为图1所示的往复移动式活塞机的侧剖面图。从图中可以看出，换气密封系统23具有一个密封体35。在密封体35上设置有密封条36。通过簧片37对密封条36在径向上施加压力。密封体35同样可以对密封条36施加压力。所施加的压力在圆周向上。为此每个密封体35携带有一个蝶形弹簧38。所述蝶形弹簧38因此用于实现滑环27或滑移件24与与滑移件24贴合的密封条36之间的密封。所述滑移件24偏心设置，其中用角度α表示偏心度。密封体35、密封条36和簧片的两侧固定在转子壳体的外套23a的环形槽内。因此可以实现对换气通路和燃烧室13的完全密封。即使当转子6对点火通路31或火花塞32溢流时，也可以保证密封。因此换气密封系统23一方面可以实现燃烧室的密封以及换气时的密封。另一方面换气密封系统23实现气体经径向开孔的进入和排出。因此不必采用在通常往复移动式活塞机中需要的用于换气的成套控制单元，因而明显地减少了构件和改善了换气。图1中示出的往复移动式活塞机1以四冲程工作方式(进气、压缩、作功、排气)工作。当转子壳体6旋转一周，在两个活塞上，例如在活塞2和3上进行一个工作循环。

往复移动式活塞机1具有一个外套壳体30，所述外套壳体由两部分构成。第一外套部分壳体39与第二外套部分壳体40连接。旋转的转子壳体6设置在外套壳体30内。优选转子壳体6同样是由两部分构成的。第一转子部分壳体41与第二转子部分壳体42连接。外套壳体30的与转子壳体6的外套23a相对的表面是弯曲的，确切地说是成凸起状的。就密封而言，表面的所述的球形的设计的优点在于，利用换气密封系统23便于实现气密密封，其中尽管移动部分可以不受约束的移动，但对换气密封系统23的加工公差的选择应确保功能室的密封。在外套壳体30上另外设置有一个管接头43。所述管接头用于与排气管路34连接。

图2中另外示出对连杆或活塞沿外廓8的导向。所述外廓8由一平面凸轮44以及两个相互相对的的盘形凸轮45、46设置的形状全等的槽47构成。在槽47内设置一连接轴18，所述连接轴的端部48、49分别具有一个滚动轴承50。滚轮51与滚动轴承50配合。所述滚轮51以及连接轴18沿外廓8移动。在连接轴18上设置有一个作为连杆轴承的滚针轴承17。所述滚针轴承的特点特别在于，可以承受和传递大的轴承力。在基于由密封部分和导向部分19构成的杠杆系统出现的力和力矩的情况下，所述滚针轴承是特别有益的。槽47的外沿其中用于对活塞2、3、4、5的离心力进行吸收，其中平面凸轮44的凸沿对气体力进行吸收。滚动轴承支撑的滚轮51对应于槽47的内凸沿具有间隙。由于滚轮在在外凸沿上滚动时围绕自身的轴进行旋转，所述旋转对应于其它的凸沿相对静止。由于槽曲线47的两个沿相互错位和每个沿在连接轴18上具有一个自己的滚轮51，所以通过平面凸轮44可以避免出现此间隙。所述滚轮51反向旋转并能持续地保持贴合，其中外廓套合并且相互固定螺接。盘形凸轮45、46以及平面凸轮44通过壳体上盖52与外套壳体30连接。盘形凸轮45、46以及平面凸轮44另外还用于作为转子壳体轴承的支撑件，所述转子壳体的轴承是滚动轴承53。

在图2中示出一种润滑系统。所述润滑系统设置在转子壳体6以及外套壳体30上并具有一个油泵55。所述油泵通过一驱动盘56接在转子壳体6上，从而使油泵被驱动。润滑系统54是不受往复移动式活塞机的安装位置影响的，即与位置无关的压力循环润滑装置。其中齿环泵55从油环57对油进行抽吸，和在泵壳体内的一个过压阀对油压进行限制并将多余的油送回泵的抽吸管路。油由压力管路经滤油器被输送给喷油嘴58，润滑油由喷油嘴到达转子壳体6。为明了起见，在图中未示出过压阀、滤油器以及油路。转子壳体6具有多个伴随转动的润滑油路59；所述润滑油路将润滑油分配给有关的润滑点。通常是油的润滑介质基于离心力被向外压，从而实现从转子壳体6内向外对移动部件的润滑。采用此方式可以进一步利用往复移动式活塞机的旋转速度。通过具有多个伴随转动的离心管路69的转子壳体6实现油的回流。离心力通过离心管路69将润滑油向外压。油被离心甩向相对的油环孔61、滴落并到达油环57的闭合部分。所述油被重新输送给润滑回路。该过程不断进行，因而可以保证实现与位置无关的可靠的润滑。

优选油环57可旋转360°，设置在滚轮62上和在第一外套壳体39内。由两个密封环64对油环57对应于进气管路63进行密封，所述密封环与第一外套部分壳体39固定连接。由一具有一压簧65的轴向移动的密封环66对与进气管路63相对的一侧进行密封，所述密封环固定在槽67内并与油环57始终贴合。第一外套部分壳体39具有在圆周上的孔68，通过所述孔离心油进入油环孔61。油环57由两部分构成，其中第一油环壳体69与第二油环壳体70连接。但油环57也可以一体构成，例如作为铸造件。在油环57上设置有一个浮球式针形阀71。通过浮球针形阀71和在第一外套部分壳体39上的由回流孔72将多余的油或泄漏送回润滑回路。

为了在启动往复移动式活塞机1时已经存在充足的油压，另外还可以附加设置一个油压蓄存容器。所述油压蓄存容器在往复移动式活塞机1工作时一直保持在压力下。所述压力即使在将往复移动式活塞机1断开时也不会降低。确切地说，在往复移动式活塞机1启动时，该压力将被释放。而且还可以设置一与转子壳体6分隔开的油泵。所述油泵例如通过一诸如电池的外部电源供电。根据进一步的设计通过一外部电源以及通过往复移动式活塞机1本身供电。其中可以在一预定的时间点由一个电源切换到另一个电源。

图2示出往复移动式活塞机1的驱动输出端73。所述驱动输出端73可以直接接在对机械能进行吸收的装置上。另外可以设置一个联轴节。根据进一步设计设置一个传动机构。最好传动机构是一个行星齿轮74。另一优点在于，可以采用无级变速箱。往复移动式活塞机因此可以采用恒定的转速工作。利用无级变速箱对吸收能量的装置所需的转速进行调整。而且采用此方式还可以改变减小的转矩。除了无级变速箱外也可以采用分级变速机构。

图3为图1和2所示的往复移动式活塞机1的局部图。图中示出由密封部分14、导向部分19和外廓8构成的杠杆系统。杠杆系统的滚轮51沿外廓8位于一个位置，在所述位置大的转矩被传递给转子壳体6上。在图中用力的三角形通过相应的标注对所述传输举例示出。当例如一个为2600N的最大的气体力F₁作用于活塞2、3、4、5的中心时，在活塞中心轴与滚轮中心轴之间的例如为38mm的间隔l₂在基于活塞2、3、4、5的几何形状的力作用时导致计算出的力的作用方向，所述作用方向得出大约为34°的角度β。当将作用力传递给转子壳体6上时，在一对导向部分19的相应的设计的情况下产生大约为3850N的力F₂。其中设定平均作用长度L₁大约为25mm(有效平均杠杆)。在本例中示出如何利用杠杆系统使作用于活塞的2、3、4、5的力用于提高转矩。在此将F₁＝2600N的力提高到F₂＝3850N仅为举例。分别根据杠杆行程和传递力的在活塞2、3、4、5或在导向部分19上的面积的变化可以针对应用，例如考虑到在各个部件的所采用的材料上出现的负荷的情况下，调整最适应的转矩。除了在图3中所示的对活塞2、3、4、5和导向部分19的线性导向外，在对外廓8相应适配调整的情况下，还可以对导向部分19或活塞2、3、4、5本身或两者的结合进行弯曲导向。为此对外廓8的适配调整应使在旋转360°时活塞2、3、4、5以及导向部分19可分别沿其导向件19移动。而且可以通过活塞表面的几何形状相应地调整向杠杆系统的传力作用。因此除了可以传递给中心，还可以与活塞轴相错地形成力的传递。例如可以与活塞轴偏心地，尤其是优选为实现大的杆杆臂在外活塞范围内将形成的力传递给杠杆系统。此点例如可通过对活塞2、3、4、5的相应的表面设计实现。另外为进行力的传递，最好导向部分19径向大幅度地向外延伸。该点将改善转矩作用。特别是此点可以采取如下方式加以实现，通过导向部分19的径向延伸在导向部分19上的表面力的积分的设计应使该积分或者根据一均匀增大的函数或者根据一指数函数变化。

图4为图3的剖面俯视图。贴合在外廓8上的滚轮51上加有例如800N的离心力F₃。离心力的大小取决于转速。第一盘形凸轮45和第二盘形凸轮46的设计应使它们可以对所述离心力进行吸收。在作功冲程内贴合在平面凸轮44的外廓8上的滚轮51被加有例如2600N的气体力F₁。其中平面凸轮44的设计应使其可以吸收所述气体力。采用杠杆系统的相应的部件可以使杠杆系统与一具有其它尺寸的相应的往复移动式活塞机1适配。优选导向部分19由一个部分构成，所述部分也可以作为套筒件被螺丝固定在杠杆系统上。特别是此点实现了一种模块系统的结构设计。模块系统例如包括活塞、连杆、轴承、滚轮、平面凸轮、盘形凸轮等。

图5示出图2的换气密封系统。如图5所示，换气密封系统23具有四个滑移件24、八个密封体35以及十六个密封条36和十六个弹簧条37。密封条36与密封体35以及与滑移件24密封适配。通过弹簧条37将一个径向压力加在密封体35和密封条36上。

图6为图5的滑移件24的分解图。所述滑移件24具有一个滚动轴承支撑的滑环27，第一密封唇28和第二密封唇29设置在滑环27上。所述滑环27与一滚珠筐75、套圈76和一个盘簧77共同构成滑移件24的径向压力装置，固定在一个设置在汽缸上的槽26内。其中内密封环78用于将滑移件24与燃烧室13的密封。图1中示出滑移件24以及滑移件24对燃烧室13的密封。

图7示出图5的密封体35的详细情况。密封体35包括一个蝶形弹簧38，所述蝶形弹簧被一圆柱形的销钉79固定。通过蝶形弹簧38一个压力被加在设置在密封体35上的密封条36上。蝶形弹簧38将密封条36向外压，从而在安装在槽内的状态下，作用在圆周向上的力将密封条36向滑移件24推压。因此也可以将密封条36保持在其位置上。采用此方式可以实现用于换气的密封。另一方面此点可以实现位于转子壳体6内部的部件的密封。密封体35例如可以由亚硝酸硅构成。

图8示出一种密封条36。所述密封条具有第一端80和第二端81。第一端80与滑移件24相应密封适配。第二端81的设计应使其可以吸收蝶形弹簧38的压力并将压力，特别是均匀地传递给密封条36的第一端80。密封条本身可以由亚硝酸硅构成。

图9示出将径向压力加在密封条36上的方案。所述径向压力装置为簧片37。簧片37通过其波形实现将在圆周上分布的多个力传递点与密封条36贴合。此点导致在径向上的均匀的加压并因此实现特别有效的密封。

图10示出润滑系统54的油环57。所述油环57由两部分构成。第一油环壳体69与第二油环壳体70连接。油环57具有第一段E和第二段F。所述段与油环57的旋转轴分别径向配合。段E其中构成油环57的闭合部分，段F构成油环57的开口部分。在油环段E内的闭合部分的容积含量应小于或最大等于段F的半油环开口的容积含量。因此可以避免不必要的油料过剩并可以减少油料和液体损耗。通过浮球式针阀71实现油料的回流，所述浮球式针阀设置在第一外套壳体39内的油环57和油料回流孔72上。最好油环57设置在滚轮62上，从而使油环易于围绕其自身的轴旋转360°。为实现油位检查，在油环57以及在油环上盖上设置有视窗玻璃82，所述视窗玻璃上具有刻度，以便可以对油位进行测量。对油位本身可以通过在油环57上设置注油螺钉83和排油螺钉87进行调整。

图11示出往复移动式活塞机1a、1b、1c的多重配置。所述往复移动式活塞机相互连接。另外这种多重配置具有一个增压装置85。所述增压装置例如可以包含一个增压空气冷却装置86，最好在一尾气涡轮增压装置设置所述增压空气冷却装置。通过一个润滑装置87对往复移动式活塞机供给润滑油。润滑装置与往复移动式活塞机1a、1b、1c的优选连接应使润滑装置可以被往复移动式活塞机驱动。作为润滑装置87最好采用与位置无关的压力循环润滑装置。而且还可以设置一外部润滑装置87。所述外部润滑装置例如通过一外部能源88，例如一个电池供电。另外一个电子控制单元89与往复移动式活塞机1a、1b、1c连接。电子控制单元对往复移动式活塞机进行控制和调整。例如可以将一个或多个这种往复移动式活塞机1a、1b、1c接通或断开。电子控制单元89还对点火进行控制。例如可以将点火接通或断开。另外电子控制单元89还对燃油量进行调整或控制，所述燃油量由一油箱90通过相应的混合气制备装置91等输送给往复移动式活塞机1a、1b、1c。在往复移动式活塞机1a、1b、1c上还接有一个尾气处理装置92。所述尾气处理装置例如是催化剂、尾气回收装置等。优选对尾气处理同样由电子控制单元89进行控制或调整，确切地说还通过对燃油的馈送。

在往复移动式活塞机1a、1b、1c上接有一个耗能器93，所述耗能器对由机器产生的动能进行转换。在耗能器93与往复移动式活塞机1a、1b、1c之间最好还设置有一个中间件94。所述中间件94例如是一个联轴节、一个传动结构等。

往复移动式活塞机1a、1b、1c也可以与其它的一个或多个能量供给装置95结合使用。所述装置例如是燃料电池、电池等。能量供给装置95同样对耗能器93供给能量。通过电子控制单元89使能量供给装置95与一个或多个往复移动式活塞机1a、1b、1c相同，同样可以被接通或被断开。往复移动式活塞机1a、1b、1c其中例如可以作为基本能源。而能量供给装置95只是在需要时才被接通。反之也可以。而且两者可以互为补充。

如上所述，往复移动式活塞机优选可以单独地或与其它装置一起工作。例如往复移动式活塞机作为能量产生装置可以应用于固定的应用领域。例如可以应用于街区的热电厂。其它的在固定领域的应用例如是小型能量供给装置或诸如应急发电机组等可搬式的设备。另外基于往复移动式活塞机的结构还可用于货车、客车或诸如剪草机、锯等小型的机具。而且往复移动式活塞机也可以用于摩托车或轻便摩托车等其它的交通工具。

采用这种往复移动式活塞机降低了油耗。而且还满足了世界上已有的和未来的尾气排放标准的要求。往复移动式活塞机在转速很低的情况下可以实现很高的转矩。因而可以实现良好的行驶效率。往复移动式活塞机特别适用于在采用氢工作的机动车辆上应用。由于其设计结构由工作原理决定，往复移动式活塞机可以降低噪声。此点实现了往复移动式活塞机可以应用于对噪音敏感的领域。由于往复移动式活塞机的具有多个相同的部件的模块系统的设计结构，因而降低了制造成本。由于所采用的工作原理，因而摈弃了在通常的往复移动式活塞机中采用的气门等昂贵的部件。尽管如此仍能保证其可靠性。由于采用了与通常的往复移动式活塞机基本不同的结构，因而减少了易损件的数量。此点一方面便于维护，另一方面用低的成本代价即可实现对部件的简便的更换。往复移动式活塞机的设计应可以保证尽管存在不可避免的热膨胀和有时的，即使在对部件加载的情况下也会出现的变形，在相应润滑时仍可保证密封，而且在连续的磨损的情况下仍能确保其工作能力。

本发明的工作原理可以实现往复移动式活塞机的多种工作方式。例如最好在作功冲程内以相同的汽缸容积对燃油进行燃烧。而且往复移动式活塞机的设计可以实现没有抵消气体力的惯性力。采用分别换气的有益的四冲程工作方式与通常的往复移动式活塞机相比损耗功较少。具有作为杠杆系统的密封部分和导向部分的活塞的设计可以实现很大的力或力矩的传递。燃烧室结构可以保持非常紧凑，因而仅需要很小的燃烧室表面。从而可以实现对往复移动式活塞机的气体或空气冷却。由于活塞导向的结合点大大偏离开转子的旋转点，因而通过气体力结合杠杆臂在作功冲程内可以产生很大的转矩。另外在往复移动式活塞机上有益的是只需要一个火花塞以及汽化器或喷油嘴。此点减少了需要维护以及易损的部件的数量。利用特别是可以旋转的滑环可以实现燃烧室的密封。通过旋转燃油-空气-混合气可以获得对燃烧特别有利的涡旋。通过固定的密封件以可靠的方式实现外套壳体与转子壳体之间的密封。通过相应的传动机构，例如一行星齿轮可以为耗能器增大往复移动式活塞机的转速。另一优点和随之的往复移动式活塞机的应用的灵活性是，可以实现与位置无关的供油。往复移动式活塞机可以应用于任何可以想到的应用位置。尽管如此始终可以保证供油。从整体上对进气和排气管路的分隔将实现对静止的和移动的部件的充分冷却。燃烧室与发动机的通常移动的部件的分隔也促进了此点的实现。因此往复移动式活塞机可以实现高的效率、可靠的功能和低的故障率。

                附图标记对照表

1               往复移动式活塞机

1a              往复移动式活塞机

1b              往复移动式活塞机

1c              往复移动式活塞机

2               活塞

3               活塞

4               活塞

5               活塞

6               转子壳体

7               室

8               外廓

9               导向件

10              罩盖

11              活塞环

12              活塞环

13              燃烧室

4               密封部分

15              连杆

16              孔/连杆

17              连杆轴承

18              连接轴

19              导向部分

20              第二导向件

21              轴承

22              安全环

23             换气密封系统

23a            外套

24             滑移件

25             汽缸端

26             槽/汽缸

27             滑环

28             第一密封唇

29             第二密封唇

30             外套壳体

31             点火通路

32             火花塞

33             进气通路

34             排气通路

35             密封体

36             密封条

37             簧片

38             蝶形弹簧

39             第一外套部分壳体

40             第二外套部分壳体

41             第一转子部分壳体

42             第二转子部分壳体

43             管接头

44             平面凸轮

45             盘形凸轮

46             盘形凸轮

47             槽/外廓

48             端/连接轴

49             端/连接轴

50             滚动轴承

51             滚轮/连接轴

52               壳体盖

53               滚动轴承

54               润滑系统

55               油泵

56               驱动盘

57               油环

58               喷油嘴

59               润滑通路

60               离心通路

61               油环孔

62               滚轮/油环

63               抽吸通路

64               两个密封环

65               压簧

66               密封环

67               槽/密封环

68               孔/外套部分壳体

69               第一油环壳体

70               第二油环壳体

71               浮球式针阀

72               油回流孔

73               驱动输出端

74               行星传动机构

75               滚珠筐

76               套圈

77               盘簧

78               内密封环

79               圆柱形销

80               第一端/密封条

81               第二端/密封条

82               视孔玻璃

83               注油螺钉

84               排油螺钉

85               增压装置

86               增压空气冷却

87               润滑装置

88               电源

89               电子控制单元

90               油箱

91               混合气制备装置

92               尾气处理装置

93               耗能器

94               中间件

95               电源装置

Claims (15)

1.一种往复移动式活塞机，具有：

外廓(8)，所述外廓构成一个闭合的弯曲形状的导向装置，

转子壳体(6)，所述转子壳体以所述外廓(8)为基准可旋转地设置并对用于驱动或驱动输出的往复移动式活塞机的转矩进行传递，

至少一个设置在转子壳体(6)内的单元(1a、1b、1c、1d)，所述单元由缸体(9)和活塞(2、3、4、5)构成，其中缸体(9)内的活塞(2、3、4、5)的作用线位于一个垂直于转子壳体(6)旋转轴的平面内和与转子壳体(6)的旋转轴偏心和是成直线的，

连杆(15)，所述连杆与活塞(2、3、4、5)刚性连接并通过沿外廓(8)的导向将由外廓预定的受控的移动传递给活塞(2、3、4、5)，

其特征在于，导向部分(19)与连杆(15)连接，所述导向部分沿一在转子壳体(6)上的导向件可移动地设置，其中具有连杆(15)的活塞(2、3、4、5)和导向部分(19)分别沿一在转子壳体(6)上的直线进行往复移动。

2.按照权利要求1所述的往复移动式活塞机，其特征在于，在连杆(15)和导向部分(19)的连接部位的范围内有一个用于沿外廓(8)导向的连杆轴承(17)。

3.按照权利要求1或2所述的往复移动式活塞机，其特征在于，对导向部分(19)的特殊的导向是一个线性导向，所述线性导向的纵轴与转子壳体(6)的旋转相交。

4.按照权利要求3所述的往复移动式活塞机，其特征在于，导向部分(19)的线性导向件(20)是一个轴套(20)和围绕导向部分(19)设置有一个在轴套(20)纵向上可移动的滚动轴承(21)。

5.按照权利要求4所述的往复移动式活塞机，其特征在于，滚动轴承(21)可对应于导向部分(19)和轴套(20)相对移动，其中利用行程限制避免滚动轴承921)在导向部分(19)的纵向上脱出。

6.按照权利要求4所述的往复移动式活塞机，其特征在于，所述行程限制是一个设置在转子壳体(6)上的保险环(20)。

7.按照权利要求5或6所述的往复移动式活塞机，其特征在于，所述滚动轴承(21)至少与轴套(20)的长度相同。

8.按照上述权利要求中任一项所述的往复移动式活塞机，其特征在于，具有四个由缸体(9)和活塞(2、3、4、5)构成的单元(1a、1b、1c、1d)，其中在垂直于转子(6)的平面上的活塞的作用线相互错位90°。

9.按照上述权利要求中任一项所述的往复移动式活塞机，其特征在于外廓(8)的设计使转子壳体(6)完全旋转一周时由缸体(9)和活塞(2、3、4、5)构成的单元(1a、1b、1c、1d)至少完成一个工作冲程。

10.按照权利要求9所述的往复移动式活塞机，其特征在于外廓(8)的设计应使在单元(1a、1b、1c、1d)的工作冲程内由其活塞(2、3、4、5)限定的燃烧室(13)至少基本上是等容的。

11.按照权利要求2-10中任一项所述的往复移动式活塞机，其特征在于，外廓(8)由一平面凸轮(44)以及两个相互相对的盘形凸轮(45、46)形成的形状全等的槽(47)构成，和一在其上设置有连杆轴承(17)的连接轴(8)具有单侧的滚轮(51)，所述滚轮在槽(47)内保持贴合。

12.按照上述权利要求中任一项所述的往复移动式活塞机，其特征在于，转子壳体(6)在其外套(23a)上具有一个换气密封系统(23)，所述密封系统至少部分密封地贴合在往复移动式活塞机(1)的外套壳体(30)上。

13.按照权利要求12所述的往复移动式活塞机，其特征在于，换气密封系统(23)具有一个在压力下径向移动的和旋转设置的滑移件(24)。

14.按照权利要求13所述的往复移动式活塞机，其特征在于，换气密封系统(23)具有密封条(36)，所述密封条与滑移件(24)以及密封体(35)密封适配。

15.按照上述权利要求中任一项所述的往复移动式活塞机，其特征在于，一个与位置无关的润滑系统(54)具有一个油环(57)，所述油环设置在滚轮上并可围绕其自身的轴旋转360°。

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