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旋转活塞发动机

阅读:810发布:2021-02-27

专利汇可以提供旋转活塞发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种旋转 活塞 发动机 ,包括可旋转地安装在 外壳 中的 转子 ,并且其中多个活塞可在外和内死点中心之间沿径向方向运动。每个活塞设置有 活塞杆 ,该活塞杆位于 横杆 上,该横杆在每一端紧固到滑动件,所述滑动件在转子的径向凹槽中可运动。滑动件的远离活塞的外侧安装有销,该销容纳在固定到外壳上的星形连续引导凹槽中。引导凹槽绕转子的旋 转轴 线延伸,并使得活塞沿径向方向在内和外死点中心之间运动。,下面是旋转活塞发动机专利的具体信息内容。

1.一种往复式活塞机器,具有可旋转地安装在外壳中的转子,所述转 子具有转子主体,该转子主体设置有至少一个汽缸,其中活塞相对于转子旋 转轴线沿径向方向可运动,并且汽缸室被包围在所述外壳和活塞之间的所述 汽缸中,并且其中所述活塞固定到径向活塞杆,该活塞杆安装在轴向横轴上, 该横轴在所述活塞杆或所述活塞的每一侧设置有滑动件,其中所述滑动件可 滑动地接收在设置在所述转子上的引导件中,所述滑动件相对于所述转子主 体平行于所述活塞的运动方向定向,并且所述滑动件设置有引导装置,该引 导装置通过围绕所述转子的旋转轴线的外壳固定的环状引导轨道而被引导, 所述环状引导轨道沿圆周方向具有与所述转子的旋转轴线可变的距离,并且 其中在具有所述活塞的转子的旋转期间,所述引导轨道通过所述引导装置、 所述滑动件、所述横轴和所述活塞杆,控制所述活塞在内和外死点位置之间 的径向冲程运动,所述外壳设置有进气开口和排气开口,在所述转子旋转期 间,所述进气开口和排气开口替换地与所述汽缸室相连通。
2.如权利要求1所述的往复式活塞机器,其中,所述引导装置设置在 所述滑动件的远离所述活塞的一侧。
3.如权利要求1或2所述的往复式活塞机器,其中所述引导装置是轴 向销,诸如滑动轴承套或优选为滚针轴承滚动轴承的轴承装置支承在所述 轴向销上,用于在所述引导轨道中的低摩擦引导运动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述转 子具有中心轴向通孔,该中心轴向通孔借助于径向通道与所述转子主体的径 向汽缸孔的内部连通,并且其中使所述活塞与所述横杆连接的所述活塞杆延 伸穿过所述径向通道,并且所述横杆在所述通孔中沿径向方向向内和向外可 运动。
5.如权利要求1至3中任一项所述的往复式活塞机器,其中所述转子 具有中心轴向通孔,该中心轴向通孔通过至少一个轴向贯通的狭槽径向向外 变大,其中所述狭槽延伸直至与所述转子主体的汽缸孔相交,并且使所述活 塞与所述横杆连接的所述活塞杆延伸到所述狭槽中,并且所述横杆在所述狭 槽中相对于所述转子沿径向方向可运动。
6.如权利要求1至5中任一项所述的往复式活塞机器,其中支撑凸缘 固定到所述转子主体的每一端表面,并且所述凸缘设置有用于在所述外壳中 支撑和轴颈所述转子的轴向短轴,所述凸缘还设置有沿径向方向与所述滑动 件对准的径向狭槽,并且其中所述滑动件在所述转子的引导凹槽中被引导, 所述引导凹槽在所述转子主体端表面中形成,并且所述滑动件的所述引导装 置在所述凸缘凹槽中沿径向方向可运动。
7.如权利要求1至5中任一项所述的往复式活塞机器,其中支撑凸缘 固定到所述转子主体的每一端表面,并且所述凸缘设置有用于在所述外壳中 支撑和轴颈所述转子的轴向短轴,所述凸缘还设置有沿径向方向与所述滑动 件对准的径向狭槽,所述滑动件在所述凸缘的径向狭槽中被引导。
8.如权利要求1至5中任一项所述的往复式活塞机器,其中支撑凸缘 固定到所述转子主体的每一端表面,所述凸缘设置有用于在所述外壳中支撑 和轴颈所述转子的轴向短轴,所述凸缘还设置有沿径向方向与所述滑动件对 准的径向狭槽,并且其中所述滑动件在所述转子的端表面内形成的引导凹槽 中以及在所述凸缘的径向狭槽中被引导。
9.如权利要求1至5中任一项所述的往复式活塞机器,其中在所述转 子主体的端表面中形成有用于所述滑动件的径向引导凹槽。
10.如权利要求9所述的往复式活塞机器,其中支撑凸缘固定到所述转 子主体的每一端表面,并且所述凸缘设置有用于在所述外壳中支撑和支承所 述转子的轴向短轴,并且所述凸缘还设置有沿径向方向与所述滑动件对准的 径向狭槽,并且其中所述滑动件的引导装置在所述凸缘狭槽中径向可运动。
11.一种往复式活塞机器,具有可旋转地安装在外壳中的转子,所述转 子具有转子主体,该转子主体设置有至少一个汽缸,所述汽缸中的活塞相对 于转子旋转轴线沿径向方向可运动,并且汽缸室被包围在所述外壳和活塞之 间的所述汽缸中,并且其中所述活塞固定在径向活塞杆的一端,其端部之间 在所述转子主体中沿径向方向被引导,并在所述径向活塞杆的另一端上安装 有轴向横轴,该轴向横轴借助于外壳固定的环状引导轨道而在所述活塞杆的 两侧上被引导,该环状引导轨道围绕所述转子的旋转轴线,并且沿圆周方向 具有与所述转子的旋转轴线可变的距离,并且其中在具有所述活塞的转子的 旋转期间,所述引导轨道借助于所述横轴和所述活塞杆,控制所述活塞在内 和外死点位置之间的径向冲程运动,并且其中所述外壳设置有进气开口和排 气开口,在所述转子旋转期间,所述进气开口和排气开口替换地与所述汽缸 室相连通。
12.如权利要求11所述的往复式活塞机器,其中在所述转子主体的每 一端表面处固定有支撑凸缘的轴向短轴,所述转子借助于所述轴向短轴支撑 并支承在所述外壳中,并且其中所述横杆延伸穿过所述支撑凸缘中的径向狭 槽,并且在所述径向狭槽中沿径向方向可运动。
13.如权利要求11或12所述的往复式活塞机器,其中,所述横杆设置 有轴承装置,例如轴承金属制的滑动轴承衬套或诸如滚针轴承的滚动轴承, 用于在所述引导轨道中低摩擦地引导所述横杆。
14.如权利要求11至13中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 活塞杆具有低摩擦阻地在设置于所述转子中的诸如球形衬套的轴承衬套 内被引导。
15.如权利要求11至14中任一项所述的往复式活塞机器,其中,沿径 向在所述活塞下方的汽缸空间通过所述转子主体中的至少一个孔与所述外 壳内部流体连通。
16.如权利要求11至15中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 横杆的由所述引导轨道引导的端部在所述横杆上从所述活塞杆的安装位置 径向向外地被偏置。
17.如权利要求11至16中任一项所述的往复式活塞机器,其中所述转 子主体是圆柱形,并且设置有圆柱形圆周表面,且在所述圆柱形转子主体的 两侧上具有垂直于所述机器轴线的端表面支承。
18.如权利要求11至17中任一项所述的往复式活塞机器,其中所述转 子具有多个汽缸,在每个汽缸中分别设置有一个活塞,并且其中所述活塞沿 径向轴线可运动,所有的这些径向轴线位于一个共同的垂直于所述机器轴线 的径向平面内。
19.如权利要求18所述的往复式活塞机器,其中,所述多个活塞沿所 述转子的圆周方向以彼此相等的度间隔设置。
20.如权利要求1至9中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述汽 缸孔设置在一个插入所述转子主体中的汽缸套中。
21.如权利要求20所述的往复式活塞机器,其中,所述汽缸套沿径向 方向可浮动地安装在所述转子中,并且在其径向外端具有一圆弧面,该圆弧 面的半径与所述外壳套的内圆周面的半径相对应,并且在所述机器运行时, 所述汽缸套通过离心力而保持与所述外壳套的内圆周面相贴靠。
22.如权利要求21所述的往复式活塞机器,其中,所述汽缸套在其位 于所述外壳一侧的端部处具有红涂层。
23.如权利要求21或22任一项所述的往复式活塞机器,其中,一盘形 弹簧设置在所述汽缸套下方,它沿径向向外施压地将所述汽缸套压靠在所述 外壳套上。
24.如权利要求1至23中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 活塞借助于包括螺母螺纹连接件而可调地固定在所述活塞杆上。
25.如权利要求1至24中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 外壳在所述转子的两侧分别具有一个盖,所述转子被包封在所述外壳中处于 两个盖之间。
26.如权利要求25所述的往复式活塞机器,其中,所述盖设置有形成 所述引导轨道的引导凹槽。
27.如权利要求1至26中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 引导轨道包括在轨道盘中形成的凹槽,并且所述盘固定地连接到所述外壳。
28.如权利要求1至27中任一项所述的往复式活塞机器,其中,短轴 带凸缘地设置在所述转子主体的两侧上,用于将所述转子支撑和轴颈在所述 外壳中,并且所述短轴中的至少一个形成为驱动轴或被驱动轴部件。
29.如权利要求28所述的往复式活塞机器,其中,两个所述短轴都是 中空的,并且与所述转子主体的中空内部流体连通,用于润滑剂和/或冷却剂 的供应和排放。
30.如权利要求29所述的往复式活塞机器,其中,所述外壳被空气或 冷却。
31.如权利要求1至27中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 机器是分别用于液体介质和气体介质的压缩机
32.如权利要求31所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道被如 此成型,使得所述活塞对于转子每旋转一圈就执行至少一个工作循环,所述 工作循环包括进气冲程和压缩冲程。
33.如权利要求32所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道在下 面三个可选实施形式中选择:
a.相对于所述机器轴线偏心的大致圆形、卵形、椭圆形或蛋形引导轨道, 并且该引导轨道具有一个轨道顶点和一个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使 所述活塞完成一个工作循环;
b.伸长的且为大致肾形状或8字形环路形式的引导轨道,该引导轨道设 置有两个轨道顶点和两个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使所述活塞完成两 个工作循环;和
c.星形的引导轨道,该引导轨道具有至少三个臂,以及至少三个轨道顶 点和三个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使所述活塞完成至少三个工作循 环。
34.如权利要求32或33所述的往复式活塞机器,其中,所述外壳具有 用于每次工作循环的一个吸入开口和一个排气开口。
35.如权利要求1至30中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 机器是四冲程内燃机
36.如权利要求35所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道被如 此成型,使得所述活塞对于转子每旋转一圈就执行至少一个工作循环,所述 工作循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程
37.如权利要求36所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道的形 式在下面两个可选实施形式中选择:
a伸长的且为大致肾形状或8字形环路形式的引导轨道,该引导轨道具 有两个轨道顶点和两个轨道凹部,用于转子每旋转一圈就使所述活塞完成一 个工作循环;和
b星形的引导轨道,该引导轨道具有四个臂,以及四个轨道顶点和四个 轨道凹部,用于转子每旋转一圈就使所述活塞完成至少两个工作循环。
38.如权利要求36或37所述的往复式活塞机器,其中,在所述外壳上 为每次工作循环设有一个进气开口和一个排气开口以及一个火花塞
39.如权利要求36或37所述的往复式活塞机器,其中,为每次工作循 环在所述外壳上设置一个燃料喷射装置。
40.如权利要求36或37所述的往复式活塞机器,其中,为每次工作循 环在所述外壳上设置一个水喷射装置。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种往复式活塞机器,并且特别涉及一种旋转的往复式活塞 机器,该发动机既可以作为作功机械又可以作为内燃机进行操作,特别是四 冲程内燃机。

背景技术

在传统的往复式活塞机器中,通常借助于与活塞互连的摆动铰接类型 的连杆曲轴进行传递。在汽缸盖中设置有排气和进气,这些阀通过来自 曲轴的一个或多个凸轮轴而被驱动。传统的往复式活塞机器具有相对较大的 尺寸,并且由大量的不同的发动机零件组装。由于生物燃料总是具有一定 的杂质,这些杂质难于被过滤掉,并且污染或导致达部件变脏,因而传统 的使用生物学燃料的发动机要可靠地操作延长的时间周期是非常困难的。特 别地进气和排气阀受到关注,以及与阀协力操作的所有部件,例如阀驱动结 构。所关注的发动机部件在短暂的操作周期后贴或粘在一起,并且不再能够 被合适地驱动,因而需要清洁发动机。

发明内容

本发明的目的是提供一种往复式活塞机器,该机器具有紧凑、简单和轻 质的结构,具有相对较少的机器零件,并且不需要进气和排气阀。
根据该目的的第一解决方案,本发明提供了一种根据独立权利要求1的 往复式活塞机器。
通过消除传统的气缸盖、摆动铰接的连杆、曲轴、凸轮轴或多个凸轮轴、 以及具有其驱动机构的进气和排气阀,可以实现更小的结构体积,以及材料、 重量和需要的空间的减少。由于不再需要进气和排气阀,在马达应用中往复 式活塞机器还可用生物学燃料操作更长的时间周期,直至必须实施清洁和维 护工作。
由于较少数量的构造零件,也降低了生产成本,其中仅需要大约60个 机器零件,这表示减少了多于50%的零件。此外,本发明的旋转活塞机器的 构造允许容易地装配和简单地维护。由于不需要与阀驱动装置相关联的阀, 因而还减小了操作噪音。由于更少的摩擦损失,可以获得大概60%的效率增 加。由于不需要摆动铰接的连杆用于力的传递,因而没有横向力施加到活塞, 从而将活塞的磨损减小到最小值,并且允许用减小的高度和相应的更轻重量 的活塞来操作。外壳固定引导轨道可以构造,使得在内燃机的情况下,对于 马达的每次旋转,活塞进行一个或多个工作循环,且优选的是两个工作循环, 这(与传统的四冲程发动机相比较)表示双倍(假设一个工作循环)或四倍 (假设两个工作循环)。因而,马达可以以减少的速度操作,并且构造零件 的耐用时间还得到了增加。在作为压缩机的应用中,引导轨道可被构造 以在每冲程中提供一个、两个、三个、四个或更多的工作循环。
多个活塞可绕活塞机器的旋转轴线等距地设置,以减小马达振动。由于 转子的简单圆形形状,例如在汪克尔(Wankel)发动机中遇到的密封问题通 常被排除。
更高的效率确保了燃料消耗的减少以及废气的减少。通过较少的结构修 改,任何经济地可得到的燃料都可使用。通过延长燃烧路径,实现了减少 化氮(NOX)的产生。发动机还可能不用催化剂而进行操作,并且特别适合 于力-热耦合(发生器应用)。
根据优选的实施例,转子具有圆柱形转子主体,该转子主体设置有沿圆 周方向彼此等间隔的多个径向孔,并且这些孔的中心轴线处于垂直于转子的 旋转轴线的共同平面中。这些孔从转子的圆形圆周表面向内延伸,并且汽缸 套浮动地安装在孔中,并且活塞在汽缸套中沿径向方向向内和向外可运动。 浮动设置的汽缸套通过离心力,并且还可能借助于弹性装置,而被径向向外 推动,与圆形外壳内壁相接触,以相对于外壳内壁紧密地封闭汽缸室。
优选地,滑动件的引导装置包括轴向销,这些销设置有轴承金属的滑动 衬套或设置有轴承或滚动轴承,优选的是滚针轴承,以减小摩擦阻力。在转 子驱动轴或被驱动轴的两侧上具有凸缘,其可旋转地安装在外壳中。这些轴 优选的是中空的,并且与转子的中心中空空间流体连通,用于冷却剂或润滑 剂的循环,优选的是油,油一旦从往复式活塞机器流出就通过管道运输到冷 油器,在冷却之后被引导到机器中。往复式活塞机器的外壳可以是空气冷却 或冷却的。
滑动件可在转子主体的径向凹槽中和/或在固定到转子主体的侧表面的 驱动轴或被驱动轴的凸缘的径向狭槽中被引导。
根据本发明的目的的第二解决方案,本发明提供了一种根据独立权利要 求11的往复式活塞发动机。在本发明的目的的该解决方案中,不需要滑动 件,因为横杆其自身被引导轨道所引导。于是构造更加简单,并且可消除在 引导凹槽和/或凸缘狭槽中可运动的滑动件的摩擦损失。活塞杆可以在位于绕 活塞杆的主转子主体的径向孔中的滑动轴承衬套或球或滚针式衬套中,具有 低摩擦阻力地被引导。
外壳具有进气开口和排气开口。在作为内燃机的应用中,还可设置燃料 喷射装置以及水或蒸汽喷射装置。
从属权利要求中限定了旋转往复式活塞机器的其它优选特征。
附图说明
现在将参考附图对旋转往复式活塞机器进行更加详细地描述,其中:
图1是根据本发明的旋转往复式活塞机器的侧视图;
图2是根据图1中的旋转往复式活塞机器的端视图;
图3是沿图2中的线A-A’截取的旋转往复式活塞机器的横截面视图;
图4是沿图1中的线C-C’截取的旋转活塞机器的横截面视图;
图5是沿图1中的线B-B’截取的横截面视图;
图6是转子主体的部分切除的端视图;
图7是具有连接凸缘的驱动轴或被驱动轴的端视图;
图8示出了包括活塞、活塞杆、横杆和滑动件的活塞组件;
图9示出了用于作为内燃机的应用的修改的凸轮轨道;
图10和11示出了用于作为动力发动机的应用的其它修改的凸轮轨道; 和
图12示出了旋转往复式活塞机器的另外的实施例。

具体实施方式

现在将描述旋转往复式活塞机器作为马达或内燃机的应用。然而,如上 面所指出的,根据本发明的旋转往复式活塞机器还可作为泵或压缩机来操 作。
此外,在下文中将参考设置有三个活塞的实施例对旋转往复式活塞机器 进行描述,但是该发动机还可以是一个或两个活塞的发动机,或可以设置有 四个或多于四个的活塞。
此外,在下文中将结合星形引导轨道对旋转往复式活塞机器进行描述, 该引导轨道用于每个活塞和每次转子旋转的两个四冲程工作循环。还可设置 其它的引导轨道,如下文中所描述的。
现在将参考图1至8对旋转往复式活塞机器进行更加详细地描述。如从 图4中可最清楚地看到,旋转往复式活塞机器具有外壳,该外壳包括外圆柱 形容纳环1,该容纳环1在其相对端通过盖6a和6b而封闭。盖6a和6b通 过在位置1a处的螺纹螺栓或螺钉而固定到容纳环1。多个螺纹螺栓1a设置 在圆周地间隔的位置处。该容纳环1的圆柱形内表面优选的是被细磨,并且 容纳环1和盖6a和6b可由气体硝化ST52-3制成。该外壳固定到支撑件(未 示出)。
在由容纳环1围绕和通过盖6a和6b在容纳环1的两端处封闭的中空内 空间中设置有转子的转子主体2。转子主体2具有外圆柱形圆周表面,并且 在其两侧处具有径向端表面。在转子主体2的每一侧上转子还具有中空轴或 中空加伸轴(hollow stub shaft)7。这些轴7设置有支撑凸缘7a,其从这些 轴7a径向向外延伸到转子主体2的外圆周,并且通过螺纹螺栓(未示出) 固定在转子主体2的螺纹中。轴7借助于轴承配置安装在外壳中。这些轴承 配置每个都在轴承外壳9的每个盖6、6a的外侧处构成,其中滚动轴承8被 设置用于支撑相关联的轴7。因此转子包括主转子主体2和具有轴或加伸轴 7的支撑凸缘7a,这些支撑凸缘还可用作用于转子的轴颈。
转子主体2具有三个径向的以120度的间隔度彼此间隔开的汽缸孔 2a。这些孔2a从转子主体2的外圆周表面径向向内延伸到底表面2a’。孔2a 具有设置在共同的径向平面中的径向中心线L,该径向平面相对于转子的旋 转轴线A垂直,并且所有的中心线L在共同交点S处相交,该交点S位于 旋转轴线A上的径向平面中。
此外转子主体2具有中心的轴向穿过通道孔2b,该孔2b与中空轴7流 体相通。
加工到主转子主体2的每个径向端表面中的是三个径向凹槽2c,其沿平 行于汽缸孔中心线L的径向方向延伸。这些凹槽2c从转子主体2的中心孔 2b延伸到转子主体2的外圆周表面。每个汽缸孔2a相应地定位在成对的径 向凹槽2c之间,并且凹槽2c平行于汽缸孔中心线L。设置凹槽2c的目的在 下文中进行描述。
此外,径向穿过通道2d在转子主体2的每个汽缸孔2a中从底部表面2a’ 延伸,并且与中心孔2b连通。该穿过通道2d具有比汽缸孔2a更小的直径, 且使用该穿过通道的目的在下文中进行描述。
剩余的将被提及的是如图3和6所示的螺纹孔2e,这些螺纹孔设置用于 将轴凸缘7a连接到转子主体2的螺纹螺栓(未示出)。这些螺栓延伸穿过轴 凸缘7a中的开口7b(参见图7)。转子优选地包括合金AL-CU-NI 7-13, 并且具有优选为大约比圆柱形容纳环1的内径要小1mm的直径。
在每个汽缸孔2a中,设置有沿径向方向浮动安装的汽缸套3。汽缸套3 的径向内端是平坦的,并且设置在与相关联的汽缸孔2a的中心线L相垂直 的平面内。在其径向外端,该汽缸套3是圆弧形状,圆弧的半径相应于外壳 的容纳环1的内表面的半径。汽缸套3包括灰铸件,并且在其径向外端 具有红(red bronze)涂层。浮动安装的汽缸套3在转子2的旋转期间通过 径向向外的离心力而被推动,与外容纳环1的内表面紧密配合。盘形弹簧3a 或贝氏弹簧还可设置在汽缸套3和汽缸孔2a的底部表面2a’之间,以径向向 外推动汽缸套3与外容纳环1的内圆柱形表面紧密配合。
在每个汽缸套3中,活塞4可滑动地配置,在其圆周外表面具有通常的 活塞环4a用于相对于汽缸套3密封。活塞4在汽缸套3中沿径向方向向内 和向外可运动,并且在活塞4的外侧和圆柱形容纳环1的内表面之间处于封 闭的汽缸室ZK被包围。活塞4例如可以由商品ST52-3制成,或可包括 硬铝(Dural)。对于每个活塞4,在其远离汽缸室ZK面对的侧面处固定有 活塞杆5a。活塞杆5a螺纹固定到活塞4,该螺纹配合允许活塞4相对于活 塞杆5a精细地调整。螺母5b使活塞4相对于活塞杆5a保持在调整位 置。如果马达的应用提前已知,那么该类型的可调整连接可被省却,因而构 造上预先确定活塞4相对于活塞杆5a的位置。活塞杆5a与相关联的汽缸孔 2a的中心线L共轴地从活塞4径向向内延伸,穿过径向穿过通道2c,进入 转子主体2的中心孔或腔2b,并且在其内端设置有轴承眼5a’,其中轴向或 横杆5c被接收,其平行穿过转子主体2的轴向尺寸或宽度从其一端面延伸 到另一端面。横杆5c在每一端处设置有滑动件5d,该滑动件5d从横杆5c 径向向外延伸。滑动件5d接收在转子2的径向凹槽中或引导件2c中,并且 在这些凹槽2c中径向可滑动。每个滑动件5d在其远离活塞4面对的外侧, 大概在其径向外端处设置有引导装置或轴向销5e,相对于转子的旋转轴线A 平行定向。销5e延伸穿过凸缘7a中的径向狭槽7c,并且沿径向方向在这些 狭槽7c中可运动。在每个销5e上设置有由轴承金属构成的轴承衬套5f,或 优选的是滚动轴承,例如滚针轴承。
在每个外壳盖6a、6b的径向内表面处固定有引导轨道盘6,该引导轨道 盘位于相关联的盖6a或6b和相关联的轴7的凸缘7a之间。引导轨道盘6 借助于螺纹螺栓10固定到盖6a、6b,该螺纹螺栓延伸穿过在盘6中形成的 通孔以及与在盖6a和6b中形成的通孔对准的通孔,并且在轴承外壳9的螺 纹孔中螺纹配合。
每个轨道盘6在其面对转子主体2的内侧设置有星形引导轨道或引导凹 槽6’,特别地参见图5,其中滑动件5d的销5e被接收,并且在转子2旋转 时沿旋转方向运动。安装在销5e上的滑动或滚动轴承减小了销5e和引导凹 槽6’之间的摩擦损失。
引导轨道或引导凹槽6’还可直接在盖6a、6b中加工。于是不再需要引 导轨道盘。由于盖6a、6b是非旋转的外壳部件,因而引导轨道是固定的或 相对于外壳固定,也就是固定的外壳。
此外,中空轴7的轴承外壳9可整体构造,使得每个零件6、6a和9以 及零件6、6b和9分别地构成一个单独的部件。
如从图5中可最清楚地看到,每个星形引导凹槽6’具有彼此间隔90度 的四个轨道顶点限定活塞4的上死点,以及沿圆周方向中心地位于轨道顶点 之间的四个轨道凹部,以限定用于活塞4的下死点。在图5中,上死点用 OT1、OT2、OT3和OT4表示,下死点用UT1、UT2、UT3和UT4表示。 在转子的顺时针方向的旋转期间,活塞4由此通过从动销5e、滑动件5d、 横杆5c和活塞杆5a交替地向内和向外运动,用于实施冲程运动。对于顺时 针的旋转并且从上死点OT1开始,相关联的活塞4将首先被径向向内移动, 直至到达下死点UT1,然后向外直到上死点OT2,且然后再次径向向内直到 下死点UT2,等等。
发动机外壳的外容纳环1包括用于助燃空气或用于空气-燃料混合物的 径向进气开口1d(如图3所示)、用于燃烧产物的径向排气开口1b、以及用 于火花塞(未示出)的螺纹孔1c,如果需要的话还包括连接件12,该连接 件用于在点燃之后并且活塞通过相关联的上死点之后将水注入到汽缸室 ZK。
例如,如果压缩的空气-燃料混合物在上死点OT1处通过拧入螺纹孔1c 的火花塞被点燃,那么当销5e在引导凹槽6’内从上死点OT1行进到下死点 UT2时出现膨胀冲程,此后从UT1到OT2的排气冲程用于通过排气开口1d 排出燃烧产物。当到达OT2时,相关联的活塞4再次借助于引导轨道凹槽6’ 径向向内运动,并且相应的汽缸孔ZK设置成与进气开口1b连通。因而新 鲜空气或新的空气-燃料混合物被吸入。一旦到达UT2那么进气冲程完成, 并且压缩冲程开始,并持续直到到达与OT1直径上相对设置的OT3。借助 于拧入螺纹孔1c的火花塞在OT3处出现新的点火,并且新的工作循环从OT3 开始,经过UT3直到OT4,并且经过UT4返回到OT1。因此可以看到,对 于每个转子旋转实施了两次工作循环。代替空气-燃料混合物的吸入,燃料 可借助于附图中未示出的喷射装置直接喷入到汽缸室ZK或燃烧空间中。
通过销5e与星形引导凹槽6’相协作、以及引导件5d与转子2的径向引 导凹槽2c相协作,实现了从活塞4传递到输出轴7或沿相反方向传递的力。 在上死点OT1和OT3处点燃之后,通过燃烧气体的压力,销5e在固定的星 形引导凹槽6d中向内运动,并因此借助于引导件5d沿圆周方向驱动转子2。 活塞4沿圆周方向彼此间隔120度布置,因而施加连续的驱动脉冲给输出轴 7。通过转子旋转,活塞4在借助于销5e与引导凹槽6a的协作的膨胀冲程 之后再次向外运动,以排出燃烧气体,并且此后向内运动,用于在进气冲程 中吸入新冲量,然后再次向外运动以压缩吸入的新冲量,直到出现新的点火。 因此,具有旋转式往复活塞的内燃机根据通常的四冲程过程或循环操作。
对于作为动力发动机也就是泵或压缩机的应用,不需要用于火花塞的螺 纹开口1c。然而,因为在此情况下将是四工作循环,也就是在每次转子旋转 期间四次进气和压缩冲程,因而进气开口和排气开口的数量必须加倍。
本发明并不限于在此公开的实施例,相反地,本领域技术人员可提供许 多不脱离所附的权利要求的范围的修改和变型。
代替四臂星形引导轨道6’,还可能的是提供例如伸长形式的引导轨道 6”,例如图9所示的通常的肾形状或8字形的环。然而,转子的每次旋转也 将仅有一个工作循环。对于更大的马达,还可能的是每次旋转提供多于四个 的工作循环。
对于作为动力发动机的应用,例如用于液体介质的泵或用于气体介质的 压缩机,其它不同的引导轨道可被提供,如图10和11所示。根据图10的 引导轨道6”’是通常的圆形,并相对于转子的旋转轴线A偏心。对于根据图 10的引导轨道6”,活塞实现每次旋转一个工作循环,也就是一次进气冲程 和一次压缩或泵冲程。代替根据图10的圆形的凸轮轨道6”’,还可能是卵状、 椭圆形或蛋状。
图11示出了星形引导轨道6””,该引导轨道具有三个臂,用于每次转 子绕泵或压缩机的轴线A旋转的三个工作循环。根据图9的引导轨道6”还 可在作为泵或压缩机的应用中使用,用于每次旋转的两个工作循环。
如前所述,可以设置两个或仅单独一个驱动或被驱动轴7。滑动件5d 可在凸缘7a的径向狭槽7c中被引导,而不是在马达主体2的凹槽2c中被 引导。如果凸缘7c具有足够的厚度,那么引导件5d可仅在凸缘7a的狭槽 7c中被引导,并且可以消除转子主体2中的凹槽2c。
转子主体2的通孔2b还可具有更小的直径,并且每个汽缸孔2a可设置 有轴向贯穿狭槽(未示出),其使得转子孔2b径向向外扩大且横断汽缸孔2a。 在此情况下,活塞杆5d将延伸进入轴向贯穿狭槽,并且横杆5c将设置在贯 穿狭槽中,并且在其内可径向向内和向外运动。
凸缘7a可部分地或完全地覆盖主转子主体2的侧面。在具有部分覆盖 的实施例中,凸缘中的径向狭槽将延伸直到其外圆周。在具有完全覆盖的实 施例中,这些径向狭槽7c将被形成为伸长的孔,其不延伸到凸缘的外圆周, 如图7所示。
还可能的是在滑动件5d的内侧上提供引导装置,不过滑动件5d必须径 向延伸超过转子,并且引导轨道将设置在外壳的外容纳环的径向表面内。
图12示出了本发明的简化实施例。在该实施例中,轴向横杆5c延伸穿 过支撑凸缘7a’中的径向狭槽7c’,并且在其端部配合引导轨道6’。滑动件 5d没有被设置。在横杆5c’的端部安装有滚动轴承或轴承金属的滑动套筒 5f’,例如滚针轴承用于减小横杆5c’在引导轨道6’中的摩擦。代替通过滑动 件5d的引导,活塞轴5a在该实施例中在主转子主体2’中沿径向方向被引导。 还可在转子主体2’中安装滑动轴承衬套或滚珠或滚针衬套(未示出),用于 引导活塞轴5a在转子主体2’中具有减小的摩擦阻力。在该实施例中,在活 塞4下的汽缸孔通过一个或多个分离的孔13(仅示意性地示出了一个),与 外壳或转子的充分地压力减小的内腔流体连通,使得在活塞4下方没有背压 产生。如根据图1至11的实施例,横杆5c’接收在中心轴向腔中或转子主体 2’的轴向狭槽中。在图12中没有示出汽缸套3,但还是可以设置汽缸套。引 导轨道6’如关于第一实施例所描述的那样被形成。
由于消除了径向滑动件5d,活塞4现在进一步地相对于引导轨道径向向 外设置,具有如第一实施例中那样大概相同的尺寸,因此转子的外径增加。 然而,为了至少部分地对此进行补偿,横杆5c’可在转子两侧也就是横杆5c’ 的端部径向向外偏置,假设轴承装置在引导轨道内被引导,那么其相对于活 塞杆5a的轴承眼5a’中的横杆5c’的轴承位置,能够径向向外被移置。因此 该偏移至少部分地替换引导件。
权利要求书(按照条约第19条的修改) 1.一种往复式活塞机器,具有固定的外壳、至少一个汽缸孔,活塞在 该汽缸孔内相对于机器轴线沿径向方向可运动,并且工作室在所述汽缸孔中 包封在所述活塞的一侧,所述活塞固定到连杆,该连杆包括一径向活塞杆, 该活塞杆在一端支撑所述活塞,在另一端则支承在一轴向横杆上,所述连杆 通过环状引导轨道在所述活塞的两侧上被引导,所述引导轨道绕所述机器轴 线延伸,并且沿圆周方向具有与所述机器轴线可变的距离,所述引导轨道通 过所述连杆控制所述活塞在内死点和外死点之间的径向冲程运动,并且所述 机器包括在所述外壳中的进气开口和排气开口,在转子旋转期间所述进气开 口和排气开口交替地与所述工作室连通,其特征在于,所述汽缸孔和所述活 塞设置在转子中,所述转子安装在所述外壳中并可绕所述机器轴线旋转,并 且所述环状引导轨道是相对于所述外壳固定的固定引导轨道,并且所述连杆 与所述转子和活塞绕所述机器轴线可旋转,并且所述连杆在所述转子上相对 于转子并沿所述活塞的冲程运动的方向可运动地被引导。 2.如权利要求1所述的往复式活塞机器,其中,所述横杆在其端部处 通过所述引导轨道被引导,并且所述活塞杆在其端部之间在所述转子中沿径 向方向且相对于所述活塞冲程运动共轴地被引导。 3.如权利要求1所述的往复式活塞机器,其中,所述横杆在所述活定塞 杆或所述活塞的两侧分别支撑一滑动件,所述滑动件可滑动地接收在径向引 导件中,该径向引导件设置在所述转子上并平行于所述活塞的冲程运动延 伸,并且所述滑动件设置有接收在所述引导轨道中的引导装置。 4.如权利要求3所述的往复式活塞机器,其中,所述活塞杆在其端部 之间在所述转子中沿径向方向并与所述活塞冲程运动共轴地被引导。 5.如权利要求3或4所述的往复式活塞机器,其中,所述引导装置设 置在所述滑动件的远离所述活塞的一侧。 6.如权利要求3至5中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述引 导装置是轴向销,诸如滑动轴承套或优选为滚针轴承的滚动轴承的轴承装置 支承在所述轴向销上,用于在所述引导轨道中的低摩擦引导运动。 7.如权利要求3至6中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述转 子具有中心轴向通孔,该中心轴向通孔借助于径向通道与所述转子的径向汽 缸孔的内部连通,并且其中使所述活塞与所述横杆连接的所述活塞杆延伸穿 过所述径向通道,并且所述横杆在所述通孔中沿径向方向向内和向外可运 动。 8.如权利要求3至7中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述转 子具有中心轴向通孔,该中心轴向通孔通过至少一个轴向贯通的狭槽径向向 外变大,其中所述狭槽延伸直至与所述转子的汽缸孔相交,并且使所述活塞 与所述横杆连接的所述活塞杆延伸到所述狭槽中,并且所述横杆在所述狭槽 中相对于所述转子沿径向方向可运动。 9.如权利要求3至8中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述转 子具有转子主体,所述转子主体设置有支撑凸缘,用于在所述外壳中支撑和 支承所述转子,所述凸缘还设置有沿径向方向与所述滑动件对准的径向狭 槽,并且其中所述滑动件在所述凸缘狭槽中和/或在所述转子主体的引导凹槽 中被引导。 10.如权利要求2所述的往复式活塞机器,其中,所述转子包括设置有 支撑凸缘的转子主体,所述转子借助于所述支撑凸缘被支撑并支承在所述外 壳中,并且其中所述横杆延伸穿过所述支撑凸缘中的径向狭槽,并且在所述 径向狭槽中沿径向方向可运动。 11.如权利要求2或10所述的往复式活塞机器,其中,所述横杆设置 有轴承装置,例如轴承金属制的滑动轴承衬套或诸如滚针轴承的滚动轴承, 用于在所述引导轨道中低摩擦地引导所述横杆。 12.如权利要求2、10和11中任一项所述的往复式活塞机器,其中, 所述活塞杆具有低摩擦阻力地在设置于所述转子中的诸如球形衬套的轴承 衬套内被引导。 13.如权利要求2、10、11和12中任一项所述的往复式活塞机器,其 中,沿径向在所述活塞下方的汽缸孔通过所述转子主体中的至少一个孔与所 述外壳内部流体连通。 14.如权利要求2、10、11、12和13中任一项所述的往复式活塞机器, 其中,所述横杆的由所述引导轨道引导的端部在所述横杆上从所述活塞杆的 安装位置径向向外地被偏置。 15.如权利要求1至14中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 转子具有圆柱形转子主体,所述转子主体设置有圆柱形圆周表面,且在所述 圆柱形转子主体的两侧上具有垂直于所述机器轴线的端表面,并且其中所述 支撑凸缘固定到所述端表面,用于将所述转子主体支撑和支承在所述外壳 中。 16.如权利要求1至15中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 转子具有多个汽缸孔,在每个汽缸孔中分别设置有一个活塞,并且其中所述 活塞沿径向轴线可运动,所有的这些径向轴线位于一个共同的垂直于所述机 器轴线的径向平面内。 17.如权利要求16所述的往复式活塞机器,其中,所述多个活塞沿所 述转子的圆周方向以彼此相等的角度间隔设置。 18.如权利要求1至17中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 汽缸孔在其径向外端在所述转子的外圆周处敞开,并且相对于紧贴围绕所述 转子的外壳套的内圆周表面密封,并且其中所述进气开口和排气开口设置在 所述外壳套中。 19.如权利要求18所述的往复式活塞机器,其中,所述汽缸孔设置在 一个插入所述转子主体中的汽缸套中。 20.如权利要求19所述的往复式活塞机器,其中,所述汽缸套沿径向 方向可浮动地安装在所述转子中,并且在其径向外端具有一圆弧面,该圆弧 面的半径与所述外壳套的内圆周面的半径相对应,并且在所述机器运行时, 所述汽缸套通过离心力而保持与所述外壳套的内圆周面相贴靠。 21.如权利要求19所述的往复式活塞机器,其中,所述汽缸套在其位 于所述外壳一例的端部处具有红铜涂层。 22.如权利要求19至21任一项所述的往复式活塞机器,其中,一盘形 弹簧设置在所述汽缸套下方,它沿径向向外施压地将所述汽缸套压靠在所述 外壳套上。 23.如权利要求1至22中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 活塞借助于包括锁紧螺母的螺纹连接件而可调地固定在所述活塞杆上。 24.如权利要求1至23中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 外壳在所述转子的两侧分别具有一个盖,所述转子被包封在所述外壳中处于 两个盖之间。 25.如权利要求24所述的往复式活塞机器,其中,所述盖设置有形成 所述引导轨道的引导凹槽。 26.如权利要求1至25中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 引导轨道包括在轨道盘中形成的凹槽,并且所述盘固定地连接到所述外壳。 27.如权利要求1至26中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 转子为支撑和支承在所述外壳内而配设有一根驱动轴或被驱动轴。 28.如权利要求27所述的往复式活塞机器,其中,所述轴是中空的, 并且与所述转子主体的中空内部流体连通,用于润滑剂和/或冷却剂的供应和 排放。 29.如权利要求1至28中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 外壳被空气或水冷却。 30.如权利要求1至29中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 机器是分别用于液体介质和气体介质的泵或压缩机。 31.如权利要求30所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道被如 此成型,使得所述活塞对于转子每旋转一圈就执行至少一个工作循环,所述 工作循环包括进气冲程和压缩冲程。 32.如权利要求31所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道在下 面三个可选实施形式中选择: a.相对于所述机器轴线偏心的大致圆形、卵形、椭圆形或蛋形引导轨道, 并且该引导轨道具有一个轨道顶点和一个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使 所述活塞完成一个工作循环; b.伸长的且为大致肾形状或8字形环路形式的引导轨道,该引导轨道设 置有两个轨道顶点和两个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使所述活塞完成两 个工作循环;和 c.星形的引导轨道,该引导轨道具有至少三个臂,以及至少三个轨道顶 点和三个轨道凹部,用于转子每旋转一圈使所述活塞完成至少三个工作循 环。 33.如权利要求31或32所述的往复式活塞机器,其中,所述外壳具有 用于每次工作循环的一个吸入开口和一个排气开口。 34.如权利要求1至29中任一项所述的往复式活塞机器,其中,所述 机器是四冲程内燃机。 35.如权利要求34所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道被如 此成型,使得所述活塞对于转子每旋转一圈就执行至少一个工作循环,所述 工作循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。 36.如权利要求35所述的往复式活塞机器,其中,所述引导轨道的形 式在下面两个可选实施形式中选择: a 伸长的且为大致肾形状或8字形环路形式的引导轨道,该引导轨道具 有两个轨道顶点和两个轨道凹部,用于转子每旋转一圈就使所述活塞完成一 个工作循环;和 b 星形的引导轨道,该引导轨道具有四个臂,以及四个轨道顶点和四个 轨道凹部,用于转子每旋转一圈就使所述活塞完成至少两个工作循环。 37.如权利要求35或36所述的往复式活塞机器,其中,在所述外壳上 为每次工作循环设有一个进气开口和一个排气开口以及一个火花塞。 38.如权利要求35或36所述的往复式活塞机器,其中,为每次工作循 环在所述外壳上设置一个燃料喷射装置。 39.如权利要求35或36所述的往复式活塞机器,其中,为每次工作循 环在所述外壳上设置一个水喷射装置。
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