專利名稱：帶有滾輪控制葉片的旋轉機械的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括旋轉的發(fā)動機，泵和壓縮機的旋轉機械。
背景技術：
各種各樣的旋轉式發(fā)動機和壓縮機在其各自領域被人們所熟知。旋轉式發(fā)動機得以發(fā)展的原因之一在于，在一些方面，它們比知名的內(nèi)燃發(fā)動機更有效，內(nèi)燃發(fā)動機使用多個活塞，每個活塞都被設置在氣缸內(nèi)，并通過連桿被連接到機軸。例如，在活塞線性往復運動到機軸旋轉運動的變換期間，大量熱和機械能被浪費。大量的旋轉發(fā)動機得以發(fā)展，其使用安裝在轉子中的狹槽中的滑動葉片。在2004 年2月3日授權的美國專利號6，684，847中描述了一個這樣的旋轉動力裝置。葉片繞轉子被等間距地隔開，并將轉子室分成離散的腔。當轉子轉動時，葉片沿著轉子室的壁的輪廓前進，使得那些腔隨著轉子旋轉并隨著轉子轉動而膨脹和收縮。每個葉片包括葉片板部分，可固定到葉片的基板并穿過轉子側面中的狹槽伸出的銷，旋轉安裝在銷外端處并與在發(fā)動機側板中形成的導向凸輪槽嚙合的凸輪從動滾輪。當轉子旋轉時，隨著由凸輪槽葉片相對于轉子做徑向外內(nèi)往復運動，其中葉片的運動被凸輪溝槽控制，使得葉片頂部幾乎接觸外部定子的中間部分的內(nèi)壁。公布號W02007/062116的PCT專利申請也描述了一種轉子，該轉子具有多個其中安裝有可移動葉片的、徑向延伸的狹縫。轉子被安裝在形成于發(fā)動機機體中的室中。每個葉片的運動由安裝在每個葉片的相對側邊上的凸輪滾輪裝置控制。凸輪滾輪與凸輪裝置嚙合，所述凸輪裝置具有內(nèi)外軌道，其中每個葉片上的較小的滾輪與外軌道嚙合，較大的滾輪與內(nèi)軌道嚙合。在這種發(fā)動機結構中，在轉子中也安裝有滾輪，用以當葉片在轉子中移入和移出其狹縫時滾動支撐每個葉片。雖然上述PCT申請中示出并描述的內(nèi)燃發(fā)動機具有很多優(yōu)于已知的現(xiàn)有設計的特點，并且，與所現(xiàn)有設計相比，在運行時效率高，但本申請改進了這一旋轉發(fā)動機設計，以提供用于控制葉片徑向運動的更好的凸輪和凸輪滾輪結構，并提供能被更容易并且更經(jīng)濟地構造、并能使葉片的支承滾輪有效安裝的轉子，并且，在需要發(fā)動機中自點火的情況下， 在燃燒室和壓縮室之間的位置處在機體內(nèi)提供壓力轉換配置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明所構造的如旋轉發(fā)動機，泵或壓縮機的旋轉機械的一個實施例，所述旋轉機械包括構成轉子室的定子，所述定子具有限定該室相對側的兩個側壁，以及基本上連續(xù)地周向延伸的內(nèi)壁。該定子具有至少一個入口和至少一個出口。該旋轉機械也具有安裝在室中的轉子，用于繞旋轉中心軸旋轉，并與定子在該室的相對的兩端處限定兩個腔。轉子具有至少兩個徑向延伸的狹縫，狹縫繞中心軸均勻地隔開。至少兩個徑向可移動的葉片被分別安裝在這些狹縫中的各自的單個狹縫中，并且每個葉片都具有安裝在葉片的徑向向內(nèi)部分上的第一和第二主動滾輪以及第一和第二從動滾輪。第一主動和從動滾輪被安裝在
5它們各自葉片的第一側邊上，第二主動和從動滾輪被安裝在它們各自的葉片的相對第二側邊上。兩個滾輪凸輪裝置被分別設置在定子的側壁中的各自的單個側壁上，并鄰近轉子的相對側而被放置在中心。每個滾輪凸輪裝置形成主動和從動凸輪面，用于分別嚙合和控制主動和從動滾輪的徑向運動。這些凸輪面在滾輪凸輪裝置內(nèi)形成，每個滾輪凸輪裝置的主動和從動凸輪表面相對于旋轉軸在軸向和基本徑向的方向上彼此偏移。在該旋轉機械運行期間，葉片的外部頂端滑行地嚙合定子的周向延伸的內(nèi)壁。主動滾輪限制葉片的由于作用在葉片上的離心力而產(chǎn)生的向外運動，從而限制力實質(zhì)轉移到內(nèi)壁。從動滾輪限制并控制葉片的向內(nèi)運動。在這一旋轉機械的例子中，使用螺紋緊固件將每個滾輪凸輪裝置可分離地連接到其各自的定子側壁。在旋轉機械運行期間，每個葉片上的主動滾輪以與從動滾輪的旋轉方向相反的方向旋轉。


在下述結合所提供的附圖進行的詳細描述中，本領域普通技術人員將更加了解所公開的旋轉機械的這些以及其他方面。為了使本發(fā)明所屬的領域中的普通技術人員更容易地理解怎樣制造并使用本發(fā)明，結合附圖對其示例性的實施例進行詳細描述，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機的透視圖，該圖顯示了發(fā)動機機體的一側上的一個側蓋和發(fā)動機機體的底側；圖2是顯示發(fā)動機部件的另一個透視圖，所述發(fā)動機部件包括轉子及其中心軸， 安裝在轉子內(nèi)的葉片，發(fā)動機機體的側蓋，和凸輪裝置；圖3是與圖2相似的透視圖，但其示出了形成發(fā)動機的一側的側蓋的另一種可替代形式；圖4是圖1所示的內(nèi)燃發(fā)動機的分解圖；圖5是沿圖1中的V-V線并通過轉子的旋轉軸的軸向截面圖，該圖顯示了安裝在轉子的相對側的兩個葉片；圖6是圖1所示的發(fā)動機的沿線VI-VI的另一個截面圖，其顯示了從發(fā)動機機體的底側延伸的油通道；圖7是示出轉子、轉子周圍的室和在平行軌道上運行的葉片的控制滾輪的截面示意圖；圖8是其中一個凸輪裝置的透視圖，其顯示了其中一個轉子葉片，該轉子葉片在一側具有在該凸輪裝置的凸輪軌道上運行的兩個控制滾輪；圖9是凸輪裝置的一部分和在其兩個軌道上運行的兩個控制滾輪的橫截面圖；圖10是圖1中發(fā)動機所使用的葉片的分解圖；圖11是省略了葉片的轉子的四分之一部分的放大的透視圖，該圖以分解方式顯示了轉子密封墊細節(jié)和葉片密封墊細節(jié)；圖12是根據(jù)一個實施例的發(fā)動機機體的側蓋的透視圖；圖13是與圖12類似的透視圖，顯示了所述發(fā)動機的側蓋的一個可替代形式；圖14是制造成為單個元件的轉子軸的示例版的透視圖；CN
圖15是單個葉片及其控制滾輪的分解圖，該圖也顯示了葉片相對側上的支撐滾輪單元；圖16是轉子的透視圖，其示出了可安裝在轉子周向表面中的腔中的塞子的用途；圖17顯示了帶有兩個葉片的轉子的一半部分的放大的細節(jié)透視圖，其中所述兩個葉片被安裝在轉子中，由滾輪軸承支撐；圖18是發(fā)動機機體的一個實施例的透視圖，該圖從發(fā)動機機體的一側以及從頂部獲得，顯示了在發(fā)動機機體的內(nèi)壁的底部上形成的油槽；和圖19是發(fā)動機機體的另一個透視圖，該圖顯示了發(fā)動機機體的一個側面和底部。
具體實施例方式在圖1，2和4中示出了旋轉內(nèi)燃發(fā)動機10和其各種部件，在圖3中示出了發(fā)動機設計的一種變化形式。在很多方面，該發(fā)動機結合了本申請人的已公布的公布號為 W02007/062116的PCT專利申請中所示出并描述的旋轉發(fā)動機的特征，該專利申請的說明書及附圖在此通過參考被結合。該發(fā)動機具有兩個位于發(fā)動機相對側的進氣口 12，也具有兩個位于發(fā)動機相對側的排氣口 14，雖然所示出的發(fā)動機具有一對進氣口和一對排氣口，但如果需要，該發(fā)動機也能被制成只具有單個的進氣口 12和單個的排氣口 14。通過進氣歧管16將燃料空氣混合物運送到發(fā)動機，所述進氣歧管可以包括圓柱形的端部封閉的管段18和兩個彎曲的連接管 20，22，每一個連接管都延伸到對應的一個進氣口。進氣導管M能將燃料/空氣混合物運送到管段18。排氣管沈，觀通過螺釘被連接到排氣口 14，并且，如圖所示，兩者在一端都由安裝板30支撐，該板可以由螺釘安裝到剛性支撐表面。發(fā)動機10包括不旋轉的定子或外殼32，所述定子包括主發(fā)動機機體34，其中該發(fā)動機機體的側面能夠可分離地連接到第一側蓋36和第二側蓋38，這在圖2中可以更清楚地看出。每個側蓋帶有一組緊固件孔40，用于接收例如螺釘42的緊固件，在圖1中只顯示了其中的一部分。螺釘延伸進入形成于機體的每一側的對應孔43 (見圖4)。集油器44可分離地安裝在發(fā)動機機體的底面，在圖示的示例性實施例中，在集油器的外表面形成一組散熱片46。這個集油器用于收集來自發(fā)動機底面的油，為發(fā)動機室提供油，也用于引導冷卻劑進出水泵(未示出)。兩個冷卻劑管連接器48，50被設置在集油器一側上，以連接引導冷卻劑進出水泵的冷卻劑管。兩個附加的管連接器52，53位于連接器48，50之間，用于連接引導冷卻劑通過冷卻劑口 54，56進出發(fā)動機的冷卻劑管。圖1中也示出了兩個進油口 58，60，如下所述，通過進油口進油以潤滑凸輪滾輪。 回油管路被連接到兩個出油口 62，64。圓柱軸承蓋66被安裝在每個發(fā)動機蓋的中心，其保護中心軸70的外部主軸承134，所述中心軸支撐發(fā)動機轉子72，如圖2所示。軸承蓋包括圓蓋74，通過螺釘將圓蓋固定在孔76中。軸承蓋用于防止軸承內(nèi)進入灰塵與碎片。進油口 78被設置在軸承蓋一側，通過該進油口將油提供到支持軸70的主軸承。每個發(fā)動機蓋可以帶有一組徑向延伸的肋板80，其延伸到橢圓形的蓋部分82。為了減輕該蓋部分的重量，在其上設置多個伸長的開口 84，在至少部分伸長的開口之間形成多個圓形開口 86，用于容納帶螺紋的緊固件，以將兩個蓋36，38固定到中心機體34?，F(xiàn)在參考圖2和3，可以看出，轉子72基本上是圓柱形的，并帶有兩個或多個徑向延伸的狹縫90，在狹縫中相對地安裝有板狀葉片92。所示出的示例性轉子具有8個狹縫 90和8個葉片92。轉子具有圓柱型表面94，其被狹縫分成多個部分。轉子可以包括兩個圓形的半轉子部分96，98，它們由螺栓99可分離地連接在一起。所示出的轉子具有8個餅型部分，在每部分的每側中形成有三個沉頭緊固件開口 100，其中兩個在轉子的圓周邊緣附近，第三個靠近轉子的中心。在每個餅型部分中形成燃燒凹室102，可以分別在每個轉子部分96，98中形成凹室的一半。在每對相鄰的葉片之間有一個燃燒凹室。在本發(fā)明的發(fā)動機中，葉片之間的區(qū)域結合這些燃燒凹室構成變化的室或腔，通常以104表示，在圖7中被最好地顯示。隨著轉子旋轉，這些室的大小發(fā)生變化，被用于實現(xiàn)幾個功能，包括燃燒空氣和燃料混合物，將在下文中描述。鄰近于轉子的每個平坦側面，可分離地安裝有凸輪裝置106，108，其外觀通常是橢圓形的。其具有中心開口 110，軸70穿過該開口。該開口形成在平坦的外壁112中，并且在這個壁上形成緊固件孔114，用于將凸輪裝置連接到鄰近的發(fā)動機蓋。在凸輪裝置的兩個彎曲端中可以形成小的進油孔116，通過該進油孔將油運送至凸輪裝置的內(nèi)部。圖2中所示的平板是發(fā)動機的第二側蓋38，或者根據(jù)所需的特定的發(fā)動機結構，其可以是設置在實際發(fā)動機蓋和發(fā)動機機體34之間的附加保護板(例如鋼板)。板38可以帶有一組螺栓孔118， 螺栓通過這些孔連接外部橢圓形的發(fā)動機蓋(如圖1所示)。在實際發(fā)動機蓋和發(fā)動機機體之間設置附加平板的優(yōu)點是能夠容易地接觸到在定子中形成的水套。在板38中也形成了進氣開口 120和稍微大些的排氣開口 122。除了發(fā)動機蓋124的結構之外，圖3中所示的發(fā)動機部件基本上與圖2中所示的部件類似。該橢圓形蓋可以由單片金屬板構成，其被栓接到發(fā)動機機體上，或者由兩片連接到一起的金屬板形成。如果需要，蓋1 可以被鑄成單片板。如果其由兩片板組成，則該兩片板可以包括平坦的鋼板部分124’和外部鋁板部分125。繞蓋設置有一組緊固件孔126， 緊固件借助這些孔將蓋連接到發(fā)動機機體上。現(xiàn)在轉到圖4的分解圖，將從左到右描述組成發(fā)動機10的各種部件。上述兩個軸承蓋66位于圖的兩側。左側緊鄰軸承蓋66顯示的是軸封130，接下來是卡環(huán)132，其用于固定外部軸承的位置。轉子軸的外部主軸承134位于軸承預載杯136附近，幫助消除軸承上的后沖，其也由螺栓固定。緊鄰軸承預載杯的是由鋼制成的內(nèi)部薄墊片138。薄墊片形成保護表面，緊定螺釘可以抵靠該保護表面推進。在薄墊片和發(fā)動機蓋之間是第二軸封140。圖4所示的橢圓形蓋36包含冷卻水套，即，一組通道，冷卻劑可以通過這組通道流入以便從這一側冷卻發(fā)動機。鄰近蓋36的是分離的平板37，其用于密封這一側的發(fā)動機機體，如圖所示，平板37是橢圓形的。但是，可以理解，無論發(fā)動機機體的外部輪廓如何，該板的形狀可以被設置為與發(fā)動機機體的外部輪廓相配合。如圖所示，代替分離的板37，也可以將蓋36和板37結合設置為單一的件。板37帶有橢圓形中心開口 142，鄰近的凸輪裝置裝入其中。在這個開口的中部所示的是內(nèi)部主軸承144，緊鄰該軸承的是卡環(huán)146，以將內(nèi)部軸承適當?shù)毓潭ㄔ谳S上。在凸輪裝置106和轉子之間是下文將要詳細描述的轉子彈簧組件148。在轉子和發(fā)動機機體34之間的是可選的分離的襯套150，例如，其可以是繞轉子室延伸的鋼襯套，并在發(fā)動機機體內(nèi)提供保護層，在許多發(fā)動機示例中發(fā)動機機體可以由鋁合金制成。安裝在發(fā)動機機體頂部的是一組4個火花塞152，火花塞可以是標準結構。四個口 IM可以在發(fā)動機機體內(nèi)形成，以接收火花塞或點火器。如前述公布的申請中所解釋
8的，多個火花塞的目的在于，當轉子旋轉速度變化時，使空氣-燃料混合物在轉子旋轉期間的不同點被點燃。進油和回油塊156被插入發(fā)動機機體的底部并被連接到集油器44。在集油器44 頂部示出的是兩個較大的開口 158，用于冷卻劑進出發(fā)動機機體34。位于這兩個開口之間的是較小的孔160，用于將油送至轉子室，而孔160的相對側的那些孔被設置用于收集轉子室的油，所述油是從轉子室中返回。可以理解，發(fā)動機機體34在此包含(以現(xiàn)有技術中公知的方式)冷卻水套，冷卻劑從冷卻水套流入以冷卻發(fā)動機機體。圖4中示出的發(fā)動機機體是封閉的發(fā)動機機體，其中冷卻水套的通道是不可見的?？商娲氖牵l(fā)動機機體可以是開放式機體，其中冷卻劑的通道由適于密封的發(fā)動機機體的相對側上的發(fā)動機蓋進行封閉。圖5和6是發(fā)動機的軸向截面圖，這些圖示出了發(fā)動機的附加特征。圖5顯示了加長的螺紋緊固件162，其用于將兩個發(fā)動機蓋夾緊并緊固到發(fā)動機機體34。螺母164被用在每個緊固件的一端或兩端?？梢钥吹皆趦蓚€發(fā)動機蓋中形成一組冷卻劑通道166和168， 另一個冷卻劑通道179顯示在發(fā)動機機體34中?？梢钥吹接糜趯⒚總€軸承蓋66固定在適當位置的螺栓77。在圖5中，兩個示出的葉片92被充分延伸，而在圖6中示出了在徑向最深處位置的葉片?？梢詮膱D5，6和14中看出轉子軸70的示例性結構。該軸帶有中心部分172，其具有較寬的直徑，在其上形成有一組平頂?shù)耐咕?74。這些凸緣與繞轉子的中心孔形成的配合槽嚙合，防止轉子相對該軸旋轉。該軸的大約半個部分176是實心鋼，而另外半個部分178 在其內(nèi)部具有中心送油通道180。通道180在端部182帶有螺紋，以接收塞栓(未示出)。 通過位于軸側和其中一個軸承蓋66中的進油口 184將油送入軸。潤滑油被送入軸承蓋的室186中。該油不僅潤滑主軸承，而且被輸送到轉子內(nèi)的通道，以潤滑下面將描述的葉片的滾輪。還有一個旁通孔190(未示出)，以將油從軸承蓋的內(nèi)部送入內(nèi)部主軸承?？梢酝ㄟ^軸的實心的半個部分176傳遞功，由于所述實心的半個部分沒有中心通道，因此比較堅固。圖6是從發(fā)動機較短側方向獲得的發(fā)動機的中心截面圖。該圖顯示了集油器44 的截面。進油通道192從集油器延伸并進入發(fā)動機機體底側，兩個回油通道194和196位于這個中心通道的相對兩側。還可以看到螺栓198，其用于可分離地將集油器連接到發(fā)動機的底部。一組緊密間隔的小孔或通道200在轉子室的寬度方向上均勻散布油。這些通道 200的內(nèi)端在圖18中可見。這些通道為葉片頂部和葉片密封墊提供了良好的潤滑。在圖6 中還能看到進油口 202，在壓力下通過該口將油送入軸承蓋66。每個軸承蓋和發(fā)動機蓋之間的連接由環(huán)形墊圈204密封。圖7示出，包括發(fā)動機機體34的定子形成了轉子72的基本上橢圓形的室210。發(fā)動機機體形成了基本上連續(xù)的周向延伸的內(nèi)壁212，當轉子旋轉時，葉片頂部沿著該內(nèi)壁移動。出于在此的目的，可以假定轉子正以圖7中的箭頭A所示的逆時針方向旋轉。發(fā)動機 10可以被看做具有第一軸線214和垂直于第一軸線的第二軸線215，兩個軸線都垂直于中心軸70。這些軸線將發(fā)動機有效地分成四個象限，包括第一象限216，第二象限218，第三象限220和第四象限222。每個象限構成發(fā)動機運行循環(huán)的不同部分，其中第一象限216是進氣循環(huán)，在此通過進氣開口 120由通過該象限的葉片將空氣/燃料混合物引入發(fā)動機。第二象限發(fā)生的是壓縮循環(huán)，當通過該象限的葉片徑向向內(nèi)移動時，空氣/燃料混合物被壓縮。第三象限220是做功循環(huán)發(fā)生處，爆炸混合物形成迅速膨脹的氣體以推動通過該象限的延伸的葉片。第四象限222是排氣循環(huán)發(fā)生處，由葉片通過出口或多個出口 122將廢氣排出。從圖7可以看出，示例的發(fā)動機中的內(nèi)壁212的形狀不是簡單的橢圓形。在轉子室的相對側面上設有稍微光滑的圓形的向內(nèi)延伸的壁部分2M和226。從發(fā)動機運行的觀點看，只有向內(nèi)延伸的壁部分2 在功能上是重要的，而設置另一壁部分2 僅僅是為了更好的平衡發(fā)動機以防止振動。圓形的壁部分2 被放置在第三象限220且被放置在火花塞所在的這個區(qū)域的原因，是為了通過減小在燃料循環(huán)期間的體積膨脹率從而減小熱損耗率來提高發(fā)動機的熱動力效率。因為這些優(yōu)點，發(fā)動機機體室的這一獨特的形狀促進了更好地完全燃燒空氣/燃料混合物。該形狀通過將拖動的葉片在轉子凹進處中保持較長時間減少負扭矩，同時允許引導的葉片延伸并通過作用在引導的葉片的表面上的膨脹氣體來旋轉轉子。現(xiàn)在談到圖8，該圖顯示了其中一個凸輪裝置106和一個葉片92的透視圖。每個葉片92具有安裝在葉片的徑向向內(nèi)的部分234上的第一和第二主動滾輪230以及第一和第二從動滾輪232。在示例性葉片中顯示了由U形間隙236隔開的兩個部分234。第一主動和從動滾輪被安裝在葉片92的第一側邊238，而第二主動和從動滾輪被安裝在葉片的相對的第二側邊240處。每對滾輪230，232被安裝在凸輪滾輪銷242上，圖10單獨示出。每個銷可以帶有加長的頭對4，以將鄰近的滾輪保持在銷上。主動滾輪230阻止葉片因離心力 (將破壞發(fā)動機機體)而向外飛，從動滾輪232阻止葉片因燃燒壓力而被向內(nèi)驅動，在發(fā)動機開始運轉時，在離心力很小或沒有離心力時，凸輪輪廓使葉片延伸。將每個主動滾輪和從動滾輪安裝在單個軸上降低制造成本。這也有助于消除在葉片中設置附加的孔的必要，從而提高了葉片的強度，并在凸輪裝置的附近提供了更多空間。從圖8和圖9以及圖5和圖6中將看出，在發(fā)動機中，凸輪滾輪位于它們各自凸輪裝置106，108的內(nèi)部。因為每個凸輪裝置具有相似的結構，只描述凸輪裝置106的內(nèi)部結構。凸輪裝置帶有主動滾輪軌道246和從動滾輪軌道M8，從動滾輪軌道248與主動滾輪軌道246相對，并由內(nèi)壁2M形成。與軌道248相對的表面250只是不與滾輪嚙合的間隙表面?？梢岳斫猓鲃訚L輪軌道246在相對轉子的旋轉軸的軸向上與從動滾輪軌道248偏移。 主動滾輪軌道246也在相對轉子的旋轉軸的軸向和徑向上與間隙表面250偏移(見圖9)。 在葉片繞轉子室前進期間，主動滾輪230沿與從動滾輪相反的方向同時滾動。相對于使用單對滾輪，使用這些主動滾輪和從動滾輪的原因從這樣的事實來看應該是清楚的，即，在其與軌道的兩個壁接觸的同時，滾輪軸承不能在該軌道中滾動。而當滾輪軸承與軌道的兩個壁接觸這一情況發(fā)生時，滾輪將只打滑而不旋轉，將像軌道中的銷一樣。軌道中的銷需要正的油壓，以在油膜上運行，以防止其因過度的摩擦而燃燒。如果在凸輪軌道中只使用一個滾輪，則滾輪和壁之間必須存在間隙，使得旋轉期間滾輪不能在任何點同時接觸兩個壁。這樣的間隙將導致葉片的充分可控性的損失，因為，葉片將移動離發(fā)動機機體的表面更近或更遠。通過使用主動滾輪和從動滾輪以及兩個軌道，當葉片隨轉子旋轉時，在每個葉片上幾乎不存在軸向間隙。這樣的凸輪結構允許在轉子旋轉期間一直對每個葉片進行充分控制。在示例中，凸輪裝置106，108由硬化的鋁合金制成，該合金被陽極鍍膜到凸輪滾輪軸承所需的硬度。圖10提供了每個轉子葉片92的結構的進一步的細節(jié)。特別是，可以看出，葉片的
10徑向向內(nèi)部分234帶有兩個孔256，每個孔用于接收相應的一部分凸輪滾輪銷242。銷靠近其內(nèi)端設置有周向延伸的狹槽258。小的彈簧銷沈0穿過葉片中形成的孔沈2，并沿著狹槽258的一側延伸，以將滾輪銷鎖定在適當?shù)奈恢?。如果需要，可以在葉片中形成大量的孔沈4，以減小葉片的重量而基本上不損害葉片的強度和持久性。在一個示例中，滾輪230，232 設置有滾輪軸承266，以便于其在滾輪銷上自由旋轉。在某些情況下也可能使用整體軸承構建滾輪。圖10中也示出了兩個全角密封墊270，272，每個都形成直角，并且每個都具有減小的端部274，這兩個端部相重疊。每個角密封墊的一個示例是由硬化鋼制成，但也可能由陶瓷或其他合適的已知的發(fā)動機密封材料制成。這兩個角密封墊被三個波紋葉片彈簧276 至278彈性偏壓。這些彈簧與角密封墊一起被容納在形成于葉片的相對側的側槽280和葉片頂部溝槽觀2(圖15中被最好地示出)中。這一改進的葉片密封結構具有以下幾個優(yōu)占.(1)其減小了葉片密封部件的數(shù)量；(2)其允許兩個角密封墊熱膨脹，而不損失接觸面積，從而保持壓力；(3)角密封墊的使用減小了密封間隙，防止氣體泄漏，并通過吸收穿過每個角密封墊的側段觀4的振動減小了密封震顫的機會。圖11示出了上述轉子密封組件148的細節(jié)。該組件包括環(huán)形轉子密封墊觀6，環(huán)形薄墊片288和使密封墊向轉子偏壓的環(huán)形波紋彈簧四0，轉子密封墊286裝配到一組弧形槽四2中，這些弧形槽圍繞轉子的各自側而形成。所示出的實施例中的轉子密封墊具有交錯設置的小凹槽294和實質(zhì)上更大更長的凹槽四6，兩種類型的凹槽面向轉子的這側。凹槽 294用于在密封墊和轉子之間形成一種配合，該配合由在槽四2中的掛鉤或突起物298與這些凹槽嚙合所構成。以該種方式，阻止轉子密封墊相對于轉子沿周向移動。較長的凹槽 296的目的是容納葉片的側邊。示例性的凹槽296帶有稍微傾斜的表面300，其從凹槽的中心周向延伸。在角密封墊區(qū)域內(nèi)的每個葉片的每個側邊上形成匹配傾斜側邊表面302(見圖15)。也應注意每個凹槽比單個葉片的寬度稍長，以容納下述的葉片防塵密封墊?？梢岳斫廪D子密封墊靠著薄墊片288滑動，可以在薄墊片中形成切口(未示出)，以便將薄墊片保持在具有相配合的突起的發(fā)動機的側蓋上的適當位置。波紋彈簧290使薄墊片與密封墊的表面保持配合。圖11和15也示出了直的防塵密封墊310和直的壓縮密封墊312，它們與每個葉片的兩個相對側嚙合。防塵密封墊和壓縮密封墊都被安裝在轉子周圍附近，以鄰近各自葉片的側面。橫向延伸的槽314(見圖16)被設置在轉子中，以容納這些密封墊和它們的波紋彈簧316。每個壓縮密封墊相對其各自的防塵密封墊徑向向外定位。防塵密封墊由彈簧鋼制成，并被制成帶有輕微波浪，使得當發(fā)動機變熱時能縱向壓縮。壓縮密封墊312與轉子密封墊286互鎖。在轉子密封墊的外面加工小口袋(未示出)，使得每個密封墊312的兩個端部 “坐在”轉子密封墊中的各自的小口袋內(nèi)。圖15也示出了每個葉片的轉子支撐裝置及其結構。在示出的示例性版本中，葉片的相對側被支撐滾輪滾動支撐，葉片的每側上有四個或更多個支撐滾輪。這些滾輪在加長的支撐銷322上被支撐。這些銷穿過由單個板材制成的滾輪支撐底座324。如果需要，可以在底座3M上安裝多于4個的支撐滾輪320，例如當需要時對葉片提供附加的支撐。因此，在圖15的右側的底座3 上，有6個支撐滾輪320被安裝在底座上，兩個安裝在一端， 四個安裝在相對端。底座的內(nèi)端和外端設置有銷支撐手柄330，其中形成有孔332。可以理解，通過將轉子構建成具有兩個半部分，安裝這些支撐滾輪320和它們各自的底座3M變得相當容易。通過將銷322的端部插入轉子中形成的孔334(見圖11和16)中，首先將這些滾輪和它們的底座安裝在下半部分中。滾輪320和它們的底座3 被容納在凹槽336中， 該凹槽形成在其相對側上的轉子的每個餅形部分中。然后，當上半部分被結合到下半部分時，銷322的相對的端被安裝在上半部分的孔334中。不需要將轉子320預先裝到葉片上， 這減小了制造發(fā)動機/機械的成本。葉片被確定尺寸以精確地裝配在相對轉子之間的空間中。如果需要，每個底座3 可以設置為具有輕微錐形的側壁，這些側壁在穿過中心孔338 的底座的中心線處相交。這種錐形是為了便于安裝。通過在轉子中和其各自的底座324中形成的一組通道，可以用油對支撐滾輪320 進行潤滑。特別是，可以通過在每個底座中形成的中心孔338供應潤滑油，該孔所提供的潤滑油穿過另一個中心的互連的通道340，所述通道340與延伸到孔332的通道(未示出) 相連，其中孔332中安裝有滾輪的支撐銷。通過Y形油通道344(見圖17)將潤滑油運送至孔338，Y形油通道344形成于轉子的每個餅型部分內(nèi)。由轉子的每個半部分形成每個通道 344的一半，使得當兩個半部分連接到一起時形成完整的通道344。通道的兩個短分支346 延伸到兩個滾輪底座3M的中心孔338。通過中心軸和其出油口 348(見圖14)將油運送至每個通道344的徑向內(nèi)端。圖12示出了旋轉發(fā)動機10的側蓋的一個實施例。在側蓋的四個角的每一個都帶有一組上述的螺栓孔40，這些孔用于將側蓋連接到發(fā)動機機體34。槽350在蓋36的中心部分形成，其中安裝有轉子密封組件148中的一個。在該槽的下側設置有油接收槽352，當發(fā)動機運轉時，其收集油。在蓋的中心中形成的是通常橢圓形的凹室354，其被確定尺寸以緊密地容納圖4所示的凸輪裝置106，108中的一個。位于該凹室底部的是中心圓柱形的腔 356，其中安裝轉子軸的內(nèi)部主軸承。為了減輕蓋的重量，可以在蓋中形成孔360，362，孔的形成去除了不必要的材料。在凹室3M的底部形成的幾個孔364被用于由螺栓連接凸輪裝置。圖13示出了圖3中所示的發(fā)動機蓋124的中心部分的細節(jié)。從圖12和13的對比可以看出，除了之前已經(jīng)表明的不同之外，兩個發(fā)動機蓋的結構相似。如所述的，蓋124 可以由單片金屬板制成，或者由包括平板部分124’的兩片板制成。如果由兩片板制成，板部分124’可以由鋼板制成，而外部蓋部分125可以由鋁合金制成。圖14以示例形式示出了軸70的外觀。該軸可以由單個鋼板制成，包括其上具有凸緣174的中心軸部分172。軸可以帶有環(huán)形凹槽370和372，以容納卡環(huán)132，146 (見圖 4)，以便將主軸軸承保持在適當位置。圖16示出了改變繞轉子外圍形成的燃燒凹室102的形狀和尺寸的可選特征。通過改變這些燃燒凹室的形狀和尺寸，可以變化發(fā)動機10中所獲得的排量和壓縮的量。特別是，通過使用塞子375來變化壓縮凹室的大小，所述塞子或者能減小或者基本消除壓縮凹室。通過螺紋緊固件376連接塞子，螺紋緊固件穿過塞子中的孔，并擰入在每個凹室底部中形成的孔378中。如果發(fā)動機用柴油燃料，可以改變?nèi)紵际业某叽?，以提高壓縮來合適地燃燒柴油，允許用柴油噴嘴和相關硬件來代替火花塞。發(fā)動機也適用于使用氫或碳氫燃料。
圖18示出了發(fā)動機機體34本身，在該圖中可見的是其橢圓形內(nèi)壁212。發(fā)動機機體的底側被標示為380。在內(nèi)壁的底側附近形成一對V形槽382，384。這些油槽將油運送到出口 386。這些槽用于當發(fā)動機關閉時阻止油集中在發(fā)動機室的底部。當發(fā)動機關閉時，在發(fā)動機室底部收集的油將被槽導入上述的進油和回油塊156，在圖19中顯示進油和回油塊156從發(fā)動機機體的內(nèi)部被移除。這個被安裝在發(fā)動機機體的壁中適當?shù)拈_口中的小塊，將油導入發(fā)動機的主儲油槽。墊圈或密封墊390被用于對小塊156和發(fā)動機機體之間的連接進行密封。圖19示出了發(fā)動機機體34的一個版本，其可以由鋁合金制成，具有適當熱處理的內(nèi)表面，該內(nèi)表面能承受發(fā)動機運行產(chǎn)生的高溫。該圖示出了在機體的內(nèi)壁的上部上形成的兩個減壓槽392。這些槽主要用于HCCI應用，其中HCCI代表均質(zhì)充量壓縮點火，雖然柴油是用于該類型發(fā)動機的一種燃料，使用其他形式的燃料也是可能的。在該類型發(fā)動機中， 當達到燃料的自點火溫度時，燃料將自發(fā)點火引起爆炸。為了減少預點火情況，槽392被切進內(nèi)部，并位于燃燒室和壓縮室之間，以允許壓力釋放。該壓力釋放，不僅阻止了提前點火， 也使燃料混合物波動，這適于完全燃燒。雖然以不同的示例性實施例，例如在內(nèi)燃發(fā)動機，壓縮機等中具有特定用途的實施例，對本發(fā)明進行了解釋和描述，應該理解本發(fā)明并不限于在此所示出的細節(jié)，因為在不偏離本發(fā)明的精神和范圍情況下，本領域技術人員可以對所公開的機械和部件及其操作的形式和細節(jié)進行各種省略，修改，替換和變化。例如，本領域的普通技術人員將容易地使本公開適用于各種其他應用而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
1權利要求
1.一種旋轉機械，例如旋轉發(fā)動機，泵或壓縮機，包括定子，所述定子形成轉子室，所述定子具有限定所述轉子室的相對側的兩個側壁和一個實質(zhì)上連續(xù)的周向延伸的內(nèi)壁，所述定子具有至少一個進口和至少一個出口 ；轉子，所述轉子被安裝在所述轉子室中，用于繞旋轉中心軸旋轉，并與所述定子在所述轉子室的相對端處限定兩個腔，所述轉子具有至少兩個徑向延伸的狹縫，所述狹縫繞所述中心軸均勻地隔開；至少兩個徑向可移動的葉片，每個所述葉片被分別安裝在所述狹縫中的單個狹縫中， 并且每個所述葉片都具有安裝在所述葉片的徑向向內(nèi)部分上的第一和第二主動滾輪以及第一和第二從動滾輪，所述第一主動和從動滾輪被安裝在它們各自葉片的第一側邊上，所述第二主動和從動滾輪被安裝在它們各自葉片的相對第二側邊上；兩個滾輪凸輪裝置，每個所述滾輪凸輪裝置被設置在所述定子的所述側壁中的一個側壁上，并鄰近所述轉子的相對側而被放置在中心，每個所述滾輪凸輪裝置形成主動和從動凸輪表面，用于分別嚙合和控制所述主動和從動滾輪的徑向運動，所述凸輪表面在所述滾輪凸輪裝置內(nèi)形成，每個滾輪凸輪裝置的所述主動和從動凸輪表面相對于所述旋轉軸在軸向和實質(zhì)徑向彼此偏移；其中，在所述旋轉機械運行期間，所述葉片的外部頂端滑行地嚙合所述定子的周向延伸的所述內(nèi)壁，所述主動滾輪限制所述葉片的由于作用在所述葉片上的離心力而產(chǎn)生的向外運動，從而限制所述離心力實質(zhì)轉移到所述內(nèi)壁，所述從動滾輪限制并控制所述葉片的向內(nèi)運動。
2.如權利要求1所述的旋轉機械，其中使用螺紋緊固件將每個所述滾輪凸輪裝置可分離地連接到其各自的定子側壁，在所述旋轉機械運行期間，每個所述葉片上的所述主動滾輪沿與所述從動滾輪的旋轉方向相反的方向旋轉。
3.如權利要求1或2所述的旋轉機械，其中所述轉子包括兩個圓形的半轉子部分，所述半轉子部分被可分離地互連并共軸。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的旋轉機械，其中所述旋轉機械是旋轉發(fā)動機，所述定子包括發(fā)動機機體，第一和第二側蓋，所述第一和第二側蓋可分離地安裝在所述發(fā)動機機體的相對側，所述旋轉發(fā)動機具有至少一個點火裝置，所述點火裝置被安裝在所述發(fā)動機機體內(nèi)形成的至少一個開口中。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的旋轉機械，其中每個所述滾輪凸輪裝置具有用于中心軸通過的中心開口，所述轉子被安裝在所述中心軸上，連續(xù)的內(nèi)壁繞所述中心開口延伸，所述內(nèi)壁具有從動滾輪軌道，所述從動滾輪軌道形成所述從動凸輪表面。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的旋轉機械，其中安裝在每個所述葉片的每側處的所述第一和第二滾輪被安裝在各自的單個凸輪滾輪銷上。
7.如權利要求1-6中任意一項所述的旋轉機械，其中所述主動滾輪具有與所述從動滾輪相同的外部直徑，所述主動滾輪和所述從動滾輪都帶有滾輪軸承，以便于其自由旋轉。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的旋轉機械，其中每個所述滾輪凸輪裝置由硬化的鋁合金制成。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的旋轉機械，包括附加滾輪，所述附加滾輪被安裝在所述轉子中的每個狹縫的相對側上，用于滾動支承所述葉片，所述附加滾輪被安裝，以在所述發(fā)動機運行期間與所述滾輪的各自葉片的相對側嚙合。
10.如權利要求1-3中任意一項所述的旋轉機械，其中所述旋轉機械是旋轉發(fā)動機，所述定子是具有第一鐵插件的發(fā)動機機體，所述鐵插件繞所述轉子室延伸，并形成所述周向延伸的內(nèi)壁，所述定子的至少一個所述側壁包括蓋配置，所述蓋配置以第二鐵插件形式位于所述轉子附近并與所述葉片滑動接觸。
11.一種旋轉發(fā)動機，包括發(fā)動機機體，所述發(fā)動機機體形成轉子室，并具有繞所述轉子室周向延伸的內(nèi)表面；第一側蓋配置，所述第一側蓋配置被連接到所述發(fā)動機機體的第一側；第二側蓋配置，所述第二側蓋配置被連接到與所述第一側相對的所述發(fā)動機機體的第二側；轉子，所述轉子的圓周表面上形成有多個燃燒室，并具有繞所述圓周表面分布的多個葉片接收狹縫，每個所述葉片接收狹縫位于所述燃燒室的各自相鄰對之間，所述轉子被安裝以便在所述轉子室中繞旋轉中心軸旋轉；多個徑向可移動的葉片，每個所述葉片被安裝在各自的一個所述狹縫中，并且每個所述葉片都具有安裝在所述葉片的徑向向內(nèi)部分上的第一和第二主動滾輪以及第一和第二從動滾輪，所述第一主動和從動滾輪被安裝在它們各自葉片的第一側邊上，所述第二主動和從動滾輪被安裝在它們各自葉片的相對的第二側邊上；兩個滾輪凸輪裝置，每個所述滾輪凸輪裝置被設置在各自的一個所述蓋配置上，并鄰近所述轉子的相對側而被放置在中心，所述每個滾輪凸輪裝置形成主動和從動凸輪表面， 用于分別嚙合和控制所述主動和從動滾輪的徑向運動，所述凸輪表面在所述滾輪凸輪裝置內(nèi)形成，每個滾輪凸輪裝置的所述主動和所述從動凸輪表面相對于所述旋轉軸在軸向和實質(zhì)徑向上彼此偏移；其中，在所述旋轉機械運行期間，所述葉片的外部頂端滑行地嚙合所述發(fā)動機機體的所述周向延伸的內(nèi)表面，所述主動滾輪限制所述葉片的由于作用在所述葉片上的離心力所產(chǎn)生的向外運動，所述從動滾輪限制并控制所述葉片的向內(nèi)運動。
12.如權利要求11所述的旋轉發(fā)動機，其中所述轉子包括兩個圓形的半轉子部分，所述半轉子部分被可分離地互連并共軸。
13.如權利要求11或12所述的旋轉發(fā)動機，其中所述轉子包括中心旋轉軸，所述中心旋轉軸限定所述旋轉的中心軸，并支撐所述轉子，其中每個滾輪凸輪裝置具有用于所述中心軸通過的中心開口，連續(xù)的內(nèi)壁繞所述中心開口延伸，所述內(nèi)壁具有從動滾輪軌道，所述從動滾輪軌道形成所述從動凸輪表面。
14.如權利要求11-13中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，其中安裝在每個所述葉片的每側的所述第一和第二滾輪被安裝在各自的單個凸輪滾輪銷上。
15.如權利要求11-14中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，其中所述主動滾輪具有與所述從動滾輪相同的外部直徑，所述主動滾輪和所述從動滾輪都帶有滾輪軸承，以便于其自由旋轉。
16.如權利要求11-15中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，其中每個所述滾輪凸輪裝置由硬化鋁合金制成。
17.如權利要求11-15中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，其中每個所述葉片具有第一和第二側溝槽和沿所述葉片的外端部延伸的外部溝槽，每個所述側溝槽在所述葉片的相對側邊的各自一個側邊中形成，葉片密封墊在所述側溝槽和所述外部溝槽中被部分接收，并被密封彈簧從所述溝槽向外偏壓。
18.如權利要求11-17中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，其中所述轉子具有兩個相對的徑向延伸的側面，周向延伸的密封狹縫在每個所述徑向延伸的側面中形成，彈簧偏壓的轉子密封墊被安裝在所述密封狹縫中。
19.如權利要求11-18中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，包括多個軸承滾輪組，當所述葉片在其各自狹縫中移動時，每個軸承滾輪組所含的軸承滾輪滾動接觸并支撐各自一個所述葉片，并且每個軸承組被安裝所述轉子上的各自狹縫中，使得當所述葉片在其狹縫中移動時，該組所述軸承滾輪沿其葉片的相對側表面滾動。
20.如權利要求11-19中任意一項所述的旋轉發(fā)動機，包括多個點火裝置，所述點火裝置被安裝在所述發(fā)動機機體中，并被布置用以在發(fā)動機運行的點火階段期間點燃燃料和空氣的混合物。
全文摘要
一種旋轉機械，包括形成基本上是橢圓形的室的定子和位于該室內(nèi)旋轉安裝在中心軸上的轉子，所述轉子與所述定子在室的相對端限定兩個腔。徑向滑動葉片安裝在形成于轉子上的狹縫中，每個葉片具有第一和第二主動滾輪以及安裝在其上的第一和第二從動滾輪。第一主動滾輪和第一從動滾輪被安裝在葉片的第一側邊上，第二主動滾輪和第二從動滾輪被安裝在相對側邊上。兩個滾輪凸輪裝置被設置在定子的側壁上，這些裝置形成了主動和從動凸輪表面，用于控制葉片的徑向移動，這些表面在滾輪凸輪裝置的內(nèi)部形成。這些凸輪表面在相對旋轉軸的軸向和徑向上彼此偏移。
文檔編號F02B53/02GK102459814SQ201080025686
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權日2009年4月16日
發(fā)明者安德烈·薩基斯·拉巴, 托尼·史萊曼, 杰西·約瑟夫·拉巴 申請人:科羅納集團有限公司