本发明涉及旋转活塞机械，该机械具有一个有空腔的壳体；一个 安装在其内的转子，该转子有一转子轴线和一圆周表面，设有进口和 出口通道，与所说空腔连通，有一个或多个叶片，可沿径向滑动地安 装在转子地槽内，每一叶片从壳体的内表面径向延伸到转子轴线，至 少一个工作室(9a)，是空腔(9)的一部分，并由壳体的内表面、 转子的圆周表面和至少一个叶片的侧表面限定。

旋转活塞机械为一种热动力机械，该机械只要稍作改动，便能用 作燃烧发动机、热交换器、泵、真空泵和压缩机。在增压式发动机中， 这种旋转机械可被装配成几个单元，排列成行，使这种机械原理既用 于压缩机单元，又用于燃烧发动机单元。应该提前说明，这种旋转机 械没有曲轴，动力供应给机械或从该机械内输出都是直接供给转子或 从其内输出来实现的。

现有技术的旋转式发动机曾被实施为旋转活塞发动机，其中的活 塞形式为一转子，具有拱起的三角形结构，在一圆环形气缸孔内旋 转。这种燃烧发动机的缺点是，除了设计复杂以外，转子在气缸壁上 还存在相当多的密封问题。另外，这种燃烧发动的燃料消耗大。

从DE-3011399上可以看到另一种现有技术的燃烧发动机，该机 的壳体内有一工作室，安装着一个可连续旋转的转子，并设有燃气的 进口和出口。转子基本上为圆柱形，在一设计成椭圆形的空腔内旋 转，该空腔具有两个在直径上对置的燃烧室，该燃烧室是由转子的表 面和空腔的内表面形成的。在转子内设计有沿径向延伸的滑动槽，该 槽可安装并导引叶片(活塞)在滑动槽内沿径向向外和向内滑动。叶 片通过一个连杆与曲柄销铰接，该曲柄销还是轴颈被支承的曲轴的一 部分。当转子旋转时，起活塞作用的叶片由于固定地支承在所说曲柄 销上因而在滑动槽内沿径向向外和向内滑动。这样一组叶片将在空腔 的一部分即一个燃烧室内起作用，而另一组叶片将在沿直径方向对置 的那个室内起作用。

美国专利4，451，219曾示出一种旋转蒸汽发动机，该机有两个室 但没有阀门，另外该机有两组转子叶片，每组各有三个叶片。每组转 子叶片各环绕其在椭圆形发动机壳体内的一根固定的共用的曲轴上 的自己的偏心点旋转，一个圆柱型转子装在发动机壳体的中央，并形 成两个沿直径方向对置的径向工作室。两组转子叶片在上述发动机转 子的滑动槽内基本上沿径向向外和向内滑动。叶片也是以其中央端支 承在一个偏心设置的固定驱动轴上。但叶片并不铰接，而是将其可以 枢轴转动的相对端以轴颈支承在转子周边上所说的轴承内。

叶片式的泵和压缩机也是公知的。美国专利4，451，218涉及一种 叶片泵，该泵具有刚性的叶片和偏心地支承在泵的壳体内的转子。转 子上有槽，叶片可沿径向移动通过并被导引。在滑动槽的每一侧都设 有密封。

美国专利4，358，873示出一种叶片式旋转发动机，该机能被用作 马达、压缩机或泵。该机也有一个偏心安装的转子和多个可沿径向移 动通过的刚性叶片。

在US-4，767，295和US-5，135，372中还公开过现有技术的另外 一些例子。

本发明的一个目的是要提供一种旋转活塞发动机，它有高的效 率、低的燃料消耗、及污染物如一氧化碳、含氮气体和低的未燃碳氢 化合物排放。

本发明另一目的是要提供一种具有紧凑结构，即就动力输出而 言，只有小的机械排量和小的总容积。

按照本发明提供的如同本说明前言内所说那种型式的旋转活塞 机械具有下列特点：每一个叶片都是环绕一条轴线铰接在一个控制臂 的一端，其另一端可绕枢旋转地以轴颈支承在一固定的驱动轴上，该 驱动轴有一条中心轴线与在中央通过壳体空腔而延伸的轴线重合，而 后者又与转子的轴线平行且间隔开，转子本身则构成动力输出或输入 的单元。上面公开的实施例是一种活诤的旋转活塞机械，它可能是一 个压缩机或一个带有或不带外部压缩机的燃烧发动机。

最好每一个叶片前端沿一气缸表面扇形区运行，扇形区的曲率中 心处在穿过叶片和控制臂的连接点的轴线上。所以有这种想法是因 为，叶片的前端是沿着一条与转子轴线平行的直线延伸的，不论何 时，它总是与空腔的内表面相切，虽然不一定与该表面接触。在转子 旋转时，这条在叶片前端的直线将被位移，并且在任何时候将沿与壳 体内表面几乎相似的气缸表面运行，唯一相差的只是在叶片前端和壳 体内表面之间的公差。这个在叶片前端和空腔内表面之间的公差应尽 实际可能地把它做小。

作为特别合适的实施例，气缸表面扇形区的弧长，因而每一叶片 的厚度，应由几何关系来确定，即气缸表面扇形区的半径、空腔中央 轴线和通过叶片和控制臂的连接点的轴线之间的距离、及转子轴线和 空腔中央轴线之间的距离。有了这些几何条件，便可作出最佳设计， 使在转子作整转的任何时候，叶片前端总是与空腔的内表面相切，这 样这个实施例在不用密封的条件下也能很好地工作。

应该注意叶片的厚度可以大一些，不会对空腔内表面的密封有任 何影响。但若叶片的厚度比最佳值小，那么在叶片随同转子旋转的部 分时间，叶片的前端将不能与空腔的内表面保持相切状态，这时在叶 片前端通常需要密封。对最佳值来说，叶片越薄，叶片前端和空腔内 表面不相切的区域就越长。

在某些实施例中，在叶片前端和壳体内表面之间设置密封设施可 能是合适的。最好将密封设施设在叶片的前端表面上，使密封设施扫 过空腔的内表面。在某些情况下将密封设施设在转子内的叶片槽和叶 片的至少一个侧表面之间也可能是合适的。当壳体的内表面和转子的 圆周表面相切时或在它们相交的区域内，也可能将密封设施设在它们 之间。

为了减少叶片的磨损并提高其使用寿命，在转子的滑动槽内可设 有滑动轴承。这个滑动轴承在形式上可为可更换的轴承插片或永久设 置在转子上的轴承。

在一个实施例中，转子的圆周表面在越过某一扇形区时可能与壳 体的内表面相交，这时可在发动机壳体的所说表面上制出相应的凹 部。

在一个实施例中，旋转活塞机械具有至少一个与燃烧发动机单元 共同旋转的压缩机单元，该压缩机单元与燃烧发动机单元相对应，具 有单独的空腔、单独的转子和单独的叶片，及连接各空腔的通道。

为了使壳体内的驱动轴稳固，可用惯常设计的偏心适配器和轴承 将驱动轴的自由端内部支承在转子本身内。

现在结合附图对本发明的旋转活塞机械的一个示范的实施例进 行详细说明：

图1示出旋转活塞机械的一个实施例的透视图，其形式为一个燃 烧发动机，在其两侧各有一个邻接的压缩机，三者处在装配在一起的 状态；

图2示了一端的盖被掀去后的旋转活塞机械；

图3示出端轴承被拿掉后的图2中的旋转活塞机械；

图4示出壳体的另一部分被掀去后的图3中的旋转活塞机械，转 子开始被暴露出来；

图5示出壳体的另一部分被掀去后的图4中的旋转活塞机械，转 子更多被暴露出来；

图6示出壳体的又一部分被掀去后的图5中的旋转活塞机械，转 子更多被暴露出来；

图7示出图6中的旋转活塞机械，其中一半转子壳体已被掀掉， 转子叶片单元清晰可见；

图8示出图7中的旋转活塞机械，其中转子叶片单元也已被掀 掉，只留下转子壳体的另一半在壳体内，加上在壳体内偏心设置的驱 动轴；

图9示出图8中的旋转活塞机械，其中转子最后一个部分已被拿 掉；

图10示出壳体的另一部分被掀去后的旋转活塞机械；

图11示出壳体的又一部分被掀去后的旋转活塞机械，这样就只 留下第二端盖和偏心驱动轴；

图12示出偏心驱动轴；

图13示出装配好的转子叶片单元，包括三个叶片零件；

图14示出拆开后的图13中的单元，各个零件已被散开；

图15示出从外部观察的一半转子壳体；

图16示出从内部观察的图15中的一半转子壳体；

图17示出从内部观察的转子壳体的下半部；

图18示出从外部观察的转子壳体的下半部；

图19示出本发明的、具有四个叶片的、形式为压缩机或泵的旋 转活塞机械的第二实施例的主视图；

图20示出本发明的具有四个叶片的旋转活塞机械的另一个实施 例，其中转子的圆周表面在横越一个扇形区域时切入到壳体的内表面 内；

图21示出本发明的只有一个叶片的旋转活塞机械的另外一个实 施例的主视图，及

图22示出相对于壳体空腔支承转子偏心的偏心适配器。

图1示出按照本发明的旋转活塞机械10的一个实施例，但应注 意这是由一个燃烧发动机单元和两个分别在其两侧的压缩机单元装 配起来的，所有单元都一同旋转。另外，应该注意该发动机的设计和 制造精度可使密封的采用减少到最低限度。考虑采用迷宫式密封。进 一步试验将及时显示这一点并可推测至少对于某些用途，除了可采用 密封并预先润滑的轴承外，不用密封和润滑也可工作得很好。构造材 料可采用各种等级的钢，也可采用塑料，对于某些用途，特氟隆可很 好适合。

图1-18所示的旋转活塞机械为一增压式燃烧发动机，它具有一 个壳体5，包括几个内部气缸表面，包围着一个偏心设置的转子2， 转子2的动力输出零件在图上示出。注意该发动机没有曲轴，动力直 接从转子2上取出。转子2环绕旋转轴线A旋转。壳体5由多块具有 相似厚度和外形的板构成。壳体5可制成两半片，然后放置在一起。 但壳体如何制造是本行业的行家要作出的抉择。

旋转活塞机械还具有燃料和空气的混合物用的进口通道3和废气 用的出口通道4。壳体5的各个零件用螺栓穿过壳体5的每一个角上 设置的孔13而保持在一起。构成壳体5的各个板分别标以5a到5g。 5a代表上端盖，5g代表下端盖。

图2示出图1中的旋转活塞机械，其中上端盖5a已被掀去，因 此上端轴承14外露。在端盖5a内有一圆形的凹陷的孔用来安装轴承 14。因此使轴承14作为转子2的端部支承。

图3示出图2的同一物，只是端轴承14已从转子2的端头上卸 去，因此转子2开始外露。

图4示出图3的同一物，但其中壳体5的另一块板5b被卸去， 因此有较多的转子2外露，可以看到一个转子叶片1a，还有进入通道 3。进入通道3从发动机壳体5的外部导到壳体5内的室9a内。转子 2的具有叶片1a的那个部分和图4示出的壳体零件5c构成环绕轴线 A旋转的第一压缩机单元。

在图5中，壳体5的另一零件5c被卸去，显出转子2的更多零 件，在室9b内运转的转子叶片1b被示出，室9b与转子2的这个零 件构成燃烧发动机单元。有一个排放通道4从该单元的室9b延伸出 来导到周围环境。

在图6中，壳体5的另一个板零件5d被卸去，显出更多的燃烧 发动机单元。

在图7中，转子2的上半部被卸去，叶片单元和其叶片1a、1b 清晰可见。在所示实施例中叶片单元1具有三个压缩机叶片1a和三 个燃烧发动机叶片1b。每一叶片1a、1b都是铰接地连接在控制臂7 的一端上，其另一端则可绕枢旋转地支承在一个固定的驱动轴8内， 该驱动轴8有一个中心轴线B与发动机壳体5的纵长轴线重合。这在 图8-12中整个示出。控制臂7并不传递动力，只是使每一叶片1a、 1b、1c强制运动而在转子2的导引槽11内沿径向向内和向外滑动， 从而使叶片前端在转子2旋转的任何时刻都与壳体的内表面相切。标 号6所指出的偏心适配器将在下面结合图22进一步说明。在燃烧发 动机单元下面的另一个压缩机单元完全与上面的压缩机单元对应。

在图8中可以看到在叶片单元1被卸去后的转子2的下部，还可 清晰地看到各该叶片1a、1b、1c在其内滑动的沿径向延伸的槽11。 如上所述，驱动轴8是在壳体5的空腔9的中央延伸的，转子2的轴 线A与壳体5的中央轴线B平行但偏离一个距离。这个偏心在图7中 示出，其中轴线A和B都被示出。由于这个偏心，才能得到沿径向的 运动，或各该叶片1a、1b、1c在转子2的各该导引槽11内的向内和 向外的强制运动。

图9示出发动机壳体5内的空腔在转子2的下部2b也被卸去后 的情况。

图10为壳体5的另一个板零件5e被卸去后的情况。

图11示出在板零件5f被卸去后的最后端盖5g。

图12示出被固定在一固定端突缘15上的固定驱动轴8。

图13示出的叶片单元1是准备放置到固定驱动轴8上的装配好 的状态。如上所述，叶片单元1含有一组燃烧发动机叶片1b和两组 分别设在燃烧发动机叶片1b两侧的压缩机叶片1a和1c。每一组叶片 1a、1b、1c都是铰接地连接在各自的控制臂7上。当叶片单元1含有 三组叶片时，曾经发现能够方便地安排各对控制臂7，使它们具有不 同的臂间距离来分别适应和组叶片1a、1b、1c，如图14所示。每一 对控制臂7都包括轴承16，使各组叶片1a、1b、1c和各对控制臂7 都能环绕固定驱动轴8旋转。另外，每组叶片都有一个形式为轴销17 的铰接，轴销17具有设在各组叶片1a、1b、1c和两个控制臂7之间 的旋转轴线C。

另外应该知道，在目前认为最佳的发动机的实施例中，在每一叶 片的厚度t、轴线C和轴线B之间的距离、以及转子2对壳体5的偏 心度即轴线A和B之间的距离这些尺寸之间是有一定关系的。为了要 使叶片前端1bt按预定的距离和最小的间隙跟随壳体5的内表面20， 这个关系是必需的。另外，叶片前端的表面必须是弧形，这样该表面 才能以小间隙不断地跟随或与壳体5的内表面相切。但相切点是沿着 弧形表面位移的，在内表面20上作出如同摇摆的运动。为了相应地 做到这一点，叶片前端的曲率中心须在将叶片1b连接到控制臂7的 轴线C上。对各自具有其自身厚度、叶片前端分开的距离和曲率的压 缩机叶片1a和1c来说，也有如上所述的相同关系。

叶片前端的表面可设有合适的密封设施用来与壳体5的内表面接 合。但最好在这些表面之间没有接触，因此合适的解决方案可能是在 叶片前端的表面上按需要的程度和结构设置曲折的密封。

图15示出转子2的上部2a，它可构成动力输出的毂部，而图16 为倒立的同一零件，使能看见其内部空腔和导引槽11，上压缩机叶片 是在该槽内沿径向进、出滑动的。

图17示出向内部看的转子壳体2的下部，而图18示出从外部看 的同一零件，其上具有燃烧发动机叶片1b用的滑动槽11b和下压缩 机单元上叶片1c用的滑动槽11c。

现在结合图4-6说明发动机的运转。如前所述，本发明所示实 施例示出的是一个燃烧发动机，两侧各有一个压缩机单元。转子2将 环绕其中心轴线A按图4中箭头R所示方向旋转。当转子2旋转时， 在压缩机室9b内转动的压缩机叶片1a通过通道3将空气／燃料混合 物吸入到室9b内。当叶片1a转动经过导引到室9b内的通道3的进 口时，吸气阶段便开始，一直要到下一叶片转动经过同一进口才终 止。压缩机叶片1a的与旋转方向相反对的一侧构成压缩机的吸入侧， 而面向旋转方向的一侧构成加压侧。这意味着当压缩机叶片1a转动 经过通向室9a的通道3的进口时，压缩机叶片1a的加压侧开始其压 缩工作，而其反对侧开始其吸入工作。由于壳体的内表面20逐渐向 转子的圆周表面21靠近，致使室9a逐渐变狭，因此当叶片1a在室 9a内位移时，压缩作业便以人们共知的方式完成。

另外，在压缩机室9a和位在下一“层”与压缩机单元邻近的燃 烧发动机单元内的燃烧室9b之间设有通道如图5和6所示。每一通 道都从压缩机室9a最狭的部分向燃烧室9b内开启，在那里该室开始 逐渐扩大并与叶片9b一起形成膨胀室。通道可位在合适的地方，如 发动机壳体5内或转子内，此时转子叶片1a、1b可起到阀门作用， 让燃料混合物在正确时刻进入。在图6中可以看到从下压缩室9c到 燃烧室9b内的通道的出口，图上用标号12指出。从上压缩室9a也 有一个相应的出口通过壳体5，但在图上没有示出。该出口与转子2 内许多较小的凹穴18连通以资在瞬间内将压力从压缩室9a传送到燃 烧室9b。这样出口12和凹穴就一同起到阀门的作用。

燃料混合物的点燃大致在具有图6中的凹穴的区域内在叶片1b 接近这个区域时发生。当转子2和叶片1b转动通过相应于膨胀阶段 的一定圆弧时，排气通道便暴露出来，于是废气被排放到周围环境 中。

如所已知，空气燃料混合物从两侧即同时从上、下压缩机单元供 应给燃烧发动机单元。在另一些实施例中，可以只有一个压缩机单 元，外部的压缩机单元或者被完全省略。叶片的组数是可以改变的， 对于有关用途认为如何做合适就可如何改。

图19示出本发明的一个四叶片的压缩机实施例。如同刚才说明 过的实施例，本实施例包括一个概略示出的壳体5、一个转子2、但 却有四个叶片1可在转子2内制出的滑动槽11内沿径向向外和向内 滑动。壳体5有一空腔9，其中心在轴线B上，还有一内表面20，这 是叶片1的端表面要接近接触的表面。

转子2具有外周表面21并环绕转子轴线A旋转。在位置C和D 之间为可用气缸表面扇形区来说明的壳体5的内表面20，该扇形区基 本上与转子2的周表面21的扇形区对应。这样这个壳体的完全的内 表面可被说明为是由两个不完全的气缸表面或气缸表面扇形区构成 的，它们并不具有重合的中心轴线，并且在那里较小的气缸表面越过 一个预定的气缸扇形区切入到较大的气缸表面内。

该位置(C和D)为两个圆柱表面所交切，因此能够构成一种能 有效停止气体回流的阀门。从而可任选地将曲折的密封设在壳体上C 和D的区域上，也可能设在C和D之间的整个区域内C和D之间的距 离是可以变化的，或根据机械的有关用途而优化。当C和D之间的距 离为零时，壳体5的内表面将成为圆筒形，而转子2的圆周表面21 将沿着C、D位置上的轮廓与内表面20相切。

当转子2在箭头R的方向上旋转时，空气被吸入通过进入通道I。 接下来的一个叶片1将带动吸入的空气并在叶片1转动经过其最低位 置(图19中的六点钟位置)时开始压缩工作，继续使叶片1向最高 位置(图19中的十二点钟位置)转动时，空气就被压缩到排放通道U 内。

图20示出一个形式单纯为泵或压缩机的简单的四叶片旋转机 械。该机械与图19所示的压缩机很相象。但正是在偏心度和两个圆 形(圆筒形表面)的互相交切上显示得更为清楚。转子2在前头R的 方向上转动，空气被吸入通过进口通道I。空气被叶片吸入并带动， 最后通过出口U输出。

图21示出形式为一泵或压缩单元的一个叶片的旋转机械，其中 并示出可任选的密封设施23和轴承22。密封设施可以是单纯的刮研 密封或迷宫式密封。轴承22可以是一个由合适的轴承材料制成的插 片，该材料如巴比合金或青铜，对某些用途也可能用特氟隆。叶片前 端也可设有与壳体内表面20’接触或摩擦的密封24。在进口I和出口 U之间可有利地设置密封28，最好为迷宫式密封。

一个叶片的旋转机械需要有平衡重(未示出)为的是平衡重力。 图21具体示了一个优化机械适用的几何关系。优化机构的定义为一 个机械具有最少必需的摩擦密封或接合密封，最好完全没有接触密 封。非接触的密封如迷宫式密封是可接受的。

每一叶片前端沿一气缸表面扇形区运行，该扇形区具有特定的弧 长和曲率，这是根据几何关系确定的。叶片前端的曲率半径R4是由从 轴线C到壳体5内表面20’的距离确定的。叶片的厚度t也就是圆筒 形表面的弧长是由中心轴线B和轴线C之间的距离，即轴线C的绕枢 轴旋转的半径、和转子轴线A和中心轴线B之间的距离确定的。

在叶片随着转子2旋转时，叶片的前端在壳体5的内表面20’上 进行“滚动或摇摆的运动。转子旋转半周时，叶片前端在其弧形的两 端之间完成一次滚动运动。因此在转子旋转一周时，叶片前端来回摆 动一次。叶片厚度t本身可比优化值厚，这不会严重影响。但若较薄， 则在转子旋转时，叶片前端将不再能在所有时间内都与内表面20’相 切，于是会在表面20’和叶片前端之间出现距离或间隙。

图22较详细地示出偏心适配器6。偏心适配器通过一链25不可 旋转地固定在驱动轴8上。适配器6具有一个相对于中心轴线B的偏 心和圆筒形支承销26，该销26支承着一个轴承27，该轴承27相对 于中心轴线B为偏心设置，但相对于转子轴线B为同心设置。轴承27 使驱动轴8的自由端稳定，另外还给上转子部2a提供内部支承。于 是该轴承27相对于上部外轴承14为同心设置，并有一个对应的轴承 (未示出)设在转子2的另一端即支承转子零件2b。这个偏心度通过 控制臂7给叶片1提供强制的运动。