專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，該機(jī)械具有一個(gè)有空腔的殼體；一個(gè)安裝在其內(nèi)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有一轉(zhuǎn)子軸線和一圓周表面，設(shè)有進(jìn)口和出口通道，與所說(shuō)空腔連通，有一個(gè)或多個(gè)葉片，可沿徑向滑動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子地槽內(nèi)，每一葉片從殼體的內(nèi)表面徑向延伸到轉(zhuǎn)子軸線，至少一個(gè)工作室(9a)，是空腔(9)的一部分，并由殼體的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的圓周表面和至少一個(gè)葉片的側(cè)表面限定。
旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械為一種熱動(dòng)力機(jī)械，該機(jī)械只要稍作改動(dòng)，便能用作燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器、泵、真空泵和壓縮機(jī)。在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種旋轉(zhuǎn)機(jī)械可被裝配成幾個(gè)單元，排列成行，使這種機(jī)械原理既用于壓縮機(jī)單元，又用于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元。應(yīng)該提前說(shuō)明，這種旋轉(zhuǎn)機(jī)械沒(méi)有曲軸，動(dòng)力供應(yīng)給機(jī)械或從該機(jī)械內(nèi)輸出都是直接供給轉(zhuǎn)子或從其內(nèi)輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)曾被實(shí)施為旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其中的活塞形式為一轉(zhuǎn)子，具有拱起的三角形結(jié)構(gòu)，在一圓環(huán)形氣缸孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這種燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是，除了設(shè)計(jì)復(fù)雜以外，轉(zhuǎn)子在氣缸壁上還存在相當(dāng)多的密封問(wèn)題。另外，這種燃燒發(fā)動(dòng)的燃料消耗大。
從DE-3011399上可以看到另一種現(xiàn)有技術(shù)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)的殼體內(nèi)有一工作室，安裝著一個(gè)可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，并設(shè)有燃?xì)獾倪M(jìn)口和出口。轉(zhuǎn)子基本上為圓柱形，在一設(shè)計(jì)成橢圓形的空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該空腔具有兩個(gè)在直徑上對(duì)置的燃燒室，該燃燒室是由轉(zhuǎn)子的表面和空腔的內(nèi)表面形成的。在轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)計(jì)有沿徑向延伸的滑動(dòng)槽，該槽可安裝并導(dǎo)引葉片(活塞)在滑動(dòng)槽內(nèi)沿徑向向外和向內(nèi)滑動(dòng)。葉片通過(guò)一個(gè)連桿與曲柄銷(xiāo)鉸接，該曲柄銷(xiāo)還是軸頸被支承的曲軸的一部分。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，起活塞作用的葉片由于固定地支承在所說(shuō)曲柄銷(xiāo)上因而在滑動(dòng)槽內(nèi)沿徑向向外和向內(nèi)滑動(dòng)。這樣一組葉片將在空腔的一部分即一個(gè)燃燒室內(nèi)起作用，而另一組葉片將在沿直徑方向?qū)χ玫哪莻€(gè)室內(nèi)起作用。
美國(guó)專(zhuān)利4，451，219曾示出一種旋轉(zhuǎn)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)有兩個(gè)室但沒(méi)有閥門(mén)，另外該機(jī)有兩組轉(zhuǎn)子葉片，每組各有三個(gè)葉片。每組轉(zhuǎn)子葉片各環(huán)繞其在橢圓形發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)的一根固定的共用的曲軸上的自己的偏心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，一個(gè)圓柱型轉(zhuǎn)子裝在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的中央，并形成兩個(gè)沿直徑方向?qū)χ玫膹较蚬ぷ魇?。兩組轉(zhuǎn)子葉片在上述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)槽內(nèi)基本上沿徑向向外和向內(nèi)滑動(dòng)。葉片也是以其中央端支承在一個(gè)偏心設(shè)置的固定驅(qū)動(dòng)軸上。但葉片并不鉸接，而是將其可以樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)端以軸頸支承在轉(zhuǎn)子周邊上所說(shuō)的軸承內(nèi)。
葉片式的泵和壓縮機(jī)也是公知的。美國(guó)專(zhuān)利4，451，218涉及一種葉片泵，該泵具有剛性的葉片和偏心地支承在泵的殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上有槽，葉片可沿徑向移動(dòng)通過(guò)并被導(dǎo)引。在滑動(dòng)槽的每一側(cè)都設(shè)有密封。
美國(guó)專(zhuān)利4，358，873示出一種葉片式旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)能被用作馬達(dá)、壓縮機(jī)或泵。該機(jī)也有一個(gè)偏心安裝的轉(zhuǎn)子和多個(gè)可沿徑向移動(dòng)通過(guò)的剛性葉片。
在US-4，767，295和US-5，135，372中還公開(kāi)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的另外一些例子。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，它有高的效率、低的燃料消耗、及污染物如一氧化碳、含氮?dú)怏w和低的未燃碳?xì)浠衔锱欧拧?br> 本發(fā)明另一目的是要提供一種具有緊湊結(jié)構(gòu)，即就動(dòng)力輸出而言，只有小的機(jī)械排量和小的總?cè)莘e。
按照本發(fā)明提供的如同本說(shuō)明前言內(nèi)所說(shuō)那種型式的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械具有下列特點(diǎn)每一個(gè)葉片都是環(huán)繞一條軸線鉸接在一個(gè)控制臂的一端，其另一端可繞樞旋轉(zhuǎn)地以軸頸支承在一固定的驅(qū)動(dòng)軸上，該驅(qū)動(dòng)軸有一條中心軸線與在中央通過(guò)殼體空腔而延伸的軸線重合，而后者又與轉(zhuǎn)子的軸線平行且間隔開(kāi)，轉(zhuǎn)子本身則構(gòu)成動(dòng)力輸出或輸入的單元。上面公開(kāi)的實(shí)施例是一種活諍的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，它可能是一個(gè)壓縮機(jī)或一個(gè)帶有或不帶外部壓縮機(jī)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
最好每一個(gè)葉片前端沿一氣缸表面扇形區(qū)運(yùn)行，扇形區(qū)的曲率中心處在穿過(guò)葉片和控制臂的連接點(diǎn)的軸線上。所以有這種想法是因?yàn)椋~片的前端是沿著一條與轉(zhuǎn)子軸線平行的直線延伸的，不論何時(shí)，它總是與空腔的內(nèi)表面相切，雖然不一定與該表面接觸。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，這條在葉片前端的直線將被位移，并且在任何時(shí)候?qū)⒀嘏c殼體內(nèi)表面幾乎相似的氣缸表面運(yùn)行，唯一相差的只是在葉片前端和殼體內(nèi)表面之間的公差。這個(gè)在葉片前端和空腔內(nèi)表面之間的公差應(yīng)盡實(shí)際可能地把它做小。
作為特別合適的實(shí)施例，氣缸表面扇形區(qū)的弧長(zhǎng)，因而每一葉片的厚度，應(yīng)由幾何關(guān)系來(lái)確定，即氣缸表面扇形區(qū)的半徑、空腔中央軸線和通過(guò)葉片和控制臂的連接點(diǎn)的軸線之間的距離、及轉(zhuǎn)子軸線和空腔中央軸線之間的距離。有了這些幾何條件，便可作出最佳設(shè)計(jì)，使在轉(zhuǎn)子作整轉(zhuǎn)的任何時(shí)候，葉片前端總是與空腔的內(nèi)表面相切，這樣這個(gè)實(shí)施例在不用密封的條件下也能很好地工作。
應(yīng)該注意葉片的厚度可以大一些，不會(huì)對(duì)空腔內(nèi)表面的密封有任何影響。但若葉片的厚度比最佳值小，那么在葉片隨同轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的部分時(shí)間，葉片的前端將不能與空腔的內(nèi)表面保持相切狀態(tài)，這時(shí)在葉片前端通常需要密封。對(duì)最佳值來(lái)說(shuō)，葉片越薄，葉片前端和空腔內(nèi)表面不相切的區(qū)域就越長(zhǎng)。
在某些實(shí)施例中，在葉片前端和殼體內(nèi)表面之間設(shè)置密封設(shè)施可能是合適的。最好將密封設(shè)施設(shè)在葉片的前端表面上，使密封設(shè)施掃過(guò)空腔的內(nèi)表面。在某些情況下將密封設(shè)施設(shè)在轉(zhuǎn)子內(nèi)的葉片槽和葉片的至少一個(gè)側(cè)表面之間也可能是合適的。當(dāng)殼體的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的圓周表面相切時(shí)或在它們相交的區(qū)域內(nèi)，也可能將密封設(shè)施設(shè)在它們之間。
為了減少葉片的磨損并提高其使用壽命，在轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)槽內(nèi)可設(shè)有滑動(dòng)軸承。這個(gè)滑動(dòng)軸承在形式上可為可更換的軸承插片或永久設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的軸承。
在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子的圓周表面在越過(guò)某一扇形區(qū)時(shí)可能與殼體的內(nèi)表面相交，這時(shí)可在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的所說(shuō)表面上制出相應(yīng)的凹部。
在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械具有至少一個(gè)與燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元共同旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)單元，該壓縮機(jī)單元與燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元相對(duì)應(yīng)，具有單獨(dú)的空腔、單獨(dú)的轉(zhuǎn)子和單獨(dú)的葉片，及連接各空腔的通道。
為了使殼體內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸穩(wěn)固，可用慣常設(shè)計(jì)的偏心適配器和軸承將驅(qū)動(dòng)軸的自由端內(nèi)部支承在轉(zhuǎn)子本身內(nèi)。
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的一個(gè)示范的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明

圖1示出旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其形式為一個(gè)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，在其兩側(cè)各有一個(gè)鄰接的壓縮機(jī)，三者處在裝配在一起的狀態(tài)；圖2示了一端的蓋被掀去后的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械；圖3示出端軸承被拿掉后的圖2中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械；圖4示出殼體的另一部分被掀去后的圖3中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，轉(zhuǎn)子開(kāi)始被暴露出來(lái)；圖5示出殼體的另一部分被掀去后的圖4中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，轉(zhuǎn)子更多被暴露出來(lái)；圖6示出殼體的又一部分被掀去后的圖5中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，轉(zhuǎn)子更多被暴露出來(lái)；圖7示出圖6中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其中一半轉(zhuǎn)子殼體已被掀掉，轉(zhuǎn)子葉片單元清晰可見(jiàn)；圖8示出圖7中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其中轉(zhuǎn)子葉片單元也已被掀掉，只留下轉(zhuǎn)子殼體的另一半在殼體內(nèi)，加上在殼體內(nèi)偏心設(shè)置的驅(qū)動(dòng)軸；圖9示出圖8中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其中轉(zhuǎn)子最后一個(gè)部分已被拿掉；圖10示出殼體的另一部分被掀去后的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械；圖11示出殼體的又一部分被掀去后的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，這樣就只留下第二端蓋和偏心驅(qū)動(dòng)軸；圖12示出偏心驅(qū)動(dòng)軸；圖13示出裝配好的轉(zhuǎn)子葉片單元，包括三個(gè)葉片零件；圖14示出拆開(kāi)后的圖13中的單元，各個(gè)零件已被散開(kāi)；圖15示出從外部觀察的一半轉(zhuǎn)子殼體；圖16示出從內(nèi)部觀察的圖15中的一半轉(zhuǎn)子殼體；圖17示出從內(nèi)部觀察的轉(zhuǎn)子殼體的下半部；圖18示出從外部觀察的轉(zhuǎn)子殼體的下半部；圖19示出本發(fā)明的、具有四個(gè)葉片的、形式為壓縮機(jī)或泵的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的第二實(shí)施例的主視圖；圖20示出本發(fā)明的具有四個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的另一個(gè)實(shí)施例，其中轉(zhuǎn)子的圓周表面在橫越一個(gè)扇形區(qū)域時(shí)切入到殼體的內(nèi)表面內(nèi)；圖21示出本發(fā)明的只有一個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械的另外一個(gè)實(shí)施例的主視圖，及圖22示出相對(duì)于殼體空腔支承轉(zhuǎn)子偏心的偏心適配器。
圖1示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械10的一個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)注意這是由一個(gè)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元和兩個(gè)分別在其兩側(cè)的壓縮機(jī)單元裝配起來(lái)的，所有單元都一同旋轉(zhuǎn)。另外，應(yīng)該注意該發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造精度可使密封的采用減少到最低限度?？紤]采用迷宮式密封。進(jìn)一步試驗(yàn)將及時(shí)顯示這一點(diǎn)并可推測(cè)至少對(duì)于某些用途，除了可采用密封并預(yù)先潤(rùn)滑的軸承外，不用密封和潤(rùn)滑也可工作得很好。構(gòu)造材料可采用各種等級(jí)的鋼，也可采用塑料，對(duì)于某些用途，特氟隆可很好適合。
圖1-18所示的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械為一增壓式燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，它具有一個(gè)殼體5，包括幾個(gè)內(nèi)部氣缸表面，包圍著一個(gè)偏心設(shè)置的轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子2的動(dòng)力輸出零件在圖上示出。注意該發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有曲軸，動(dòng)力直接從轉(zhuǎn)子2上取出。轉(zhuǎn)子2環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)。殼體5由多塊具有相似厚度和外形的板構(gòu)成。殼體5可制成兩半片，然后放置在一起。但殼體如何制造是本行業(yè)的行家要作出的抉擇。
旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械還具有燃料和空氣的混合物用的進(jìn)口通道3和廢氣用的出口通道4。殼體5的各個(gè)零件用螺栓穿過(guò)殼體5的每一個(gè)角上設(shè)置的孔13而保持在一起。構(gòu)成殼體5的各個(gè)板分別標(biāo)以5a到5g。5a代表上端蓋，5g代表下端蓋。
圖2示出圖1中的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其中上端蓋5a已被掀去，因此上端軸承14外露。在端蓋5a內(nèi)有一圓形的凹陷的孔用來(lái)安裝軸承14。因此使軸承14作為轉(zhuǎn)子2的端部支承。
圖3示出圖2的同一物，只是端軸承14已從轉(zhuǎn)子2的端頭上卸去，因此轉(zhuǎn)子2開(kāi)始外露。
圖4示出圖3的同一物，但其中殼體5的另一塊板5b被卸去，因此有較多的轉(zhuǎn)子2外露，可以看到一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片1a，還有進(jìn)入通道3。進(jìn)入通道3從發(fā)動(dòng)機(jī)殼體5的外部導(dǎo)到殼體5內(nèi)的室9a內(nèi)。轉(zhuǎn)子2的具有葉片1a的那個(gè)部分和圖4示出的殼體零件5c構(gòu)成環(huán)繞軸線A旋轉(zhuǎn)的第一壓縮機(jī)單元。
在圖5中，殼體5的另一零件5c被卸去，顯出轉(zhuǎn)子2的更多零件，在室9b內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片1b被示出，室9b與轉(zhuǎn)子2的這個(gè)零件構(gòu)成燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元。有一個(gè)排放通道4從該單元的室9b延伸出來(lái)導(dǎo)到周?chē)h(huán)境。
在圖6中，殼體5的另一個(gè)板零件5d被卸去，顯出更多的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元。
在圖7中，轉(zhuǎn)子2的上半部被卸去，葉片單元和其葉片1a、1b清晰可見(jiàn)。在所示實(shí)施例中葉片單元1具有三個(gè)壓縮機(jī)葉片1a和三個(gè)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)葉片1b。每一葉片1a、1b都是鉸接地連接在控制臂7的一端上，其另一端則可繞樞旋轉(zhuǎn)地支承在一個(gè)固定的驅(qū)動(dòng)軸8內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)軸8有一個(gè)中心軸線B與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體5的縱長(zhǎng)軸線重合。這在圖8-12中整個(gè)示出。控制臂7并不傳遞動(dòng)力，只是使每一葉片1a、1b、1c強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)而在轉(zhuǎn)子2的導(dǎo)引槽11內(nèi)沿徑向向內(nèi)和向外滑動(dòng)，從而使葉片前端在轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)的任何時(shí)刻都與殼體的內(nèi)表面相切。標(biāo)號(hào)6所指出的偏心適配器將在下面結(jié)合圖22進(jìn)一步說(shuō)明。在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元下面的另一個(gè)壓縮機(jī)單元完全與上面的壓縮機(jī)單元對(duì)應(yīng)。
在圖8中可以看到在葉片單元1被卸去后的轉(zhuǎn)子2的下部，還可清晰地看到各該葉片1a、1b、1c在其內(nèi)滑動(dòng)的沿徑向延伸的槽11。如上所述，驅(qū)動(dòng)軸8是在殼體5的空腔9的中央延伸的，轉(zhuǎn)子2的軸線A與殼體5的中央軸線B平行但偏離一個(gè)距離。這個(gè)偏心在圖7中示出，其中軸線A和B都被示出。由于這個(gè)偏心，才能得到沿徑向的運(yùn)動(dòng)，或各該葉片1a、1b、1c在轉(zhuǎn)子2的各該導(dǎo)引槽11內(nèi)的向內(nèi)和向外的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。
圖9示出發(fā)動(dòng)機(jī)殼體5內(nèi)的空腔在轉(zhuǎn)子2的下部2b也被卸去后的情況。
圖10為殼體5的另一個(gè)板零件5e被卸去后的情況。
圖11示出在板零件5f被卸去后的最后端蓋5g。
圖12示出被固定在一固定端突緣15上的固定驅(qū)動(dòng)軸8。
圖13示出的葉片單元1是準(zhǔn)備放置到固定驅(qū)動(dòng)軸8上的裝配好的狀態(tài)。如上所述，葉片單元1含有一組燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)葉片1b和兩組分別設(shè)在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)葉片1b兩側(cè)的壓縮機(jī)葉片1a和1c。每一組葉片1a、1b、1c都是鉸接地連接在各自的控制臂7上。當(dāng)葉片單元1含有三組葉片時(shí)，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠方便地安排各對(duì)控制臂7，使它們具有不同的臂間距離來(lái)分別適應(yīng)和組葉片1a、1b、1c，如圖14所示。每一對(duì)控制臂7都包括軸承16，使各組葉片1a、1b、1c和各對(duì)控制臂7都能環(huán)繞固定驅(qū)動(dòng)軸8旋轉(zhuǎn)。另外，每組葉片都有一個(gè)形式為軸銷(xiāo)17的鉸接，軸銷(xiāo)17具有設(shè)在各組葉片1a、1b、1c和兩個(gè)控制臂7之間的旋轉(zhuǎn)軸線C。
另外應(yīng)該知道，在目前認(rèn)為最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中，在每一葉片的厚度t、軸線C和軸線B之間的距離、以及轉(zhuǎn)子2對(duì)殼體5的偏心度即軸線A和B之間的距離這些尺寸之間是有一定關(guān)系的。為了要使葉片前端1bt按預(yù)定的距離和最小的間隙跟隨殼體5的內(nèi)表面20，這個(gè)關(guān)系是必需的。另外，葉片前端的表面必須是弧形，這樣該表面才能以小間隙不斷地跟隨或與殼體5的內(nèi)表面相切。但相切點(diǎn)是沿著弧形表面位移的，在內(nèi)表面20上作出如同搖擺的運(yùn)動(dòng)。為了相應(yīng)地做到這一點(diǎn)，葉片前端的曲率中心須在將葉片1b連接到控制臂7的軸線C上。對(duì)各自具有其自身厚度、葉片前端分開(kāi)的距離和曲率的壓縮機(jī)葉片1a和1c來(lái)說(shuō)，也有如上所述的相同關(guān)系。
葉片前端的表面可設(shè)有合適的密封設(shè)施用來(lái)與殼體5的內(nèi)表面接合。但最好在這些表面之間沒(méi)有接觸，因此合適的解決方案可能是在葉片前端的表面上按需要的程度和結(jié)構(gòu)設(shè)置曲折的密封。
圖15示出轉(zhuǎn)子2的上部2a，它可構(gòu)成動(dòng)力輸出的轂部，而圖16為倒立的同一零件，使能看見(jiàn)其內(nèi)部空腔和導(dǎo)引槽11，上壓縮機(jī)葉片是在該槽內(nèi)沿徑向進(jìn)、出滑動(dòng)的。
圖17示出向內(nèi)部看的轉(zhuǎn)子殼體2的下部，而圖18示出從外部看的同一零件，其上具有燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)葉片1b用的滑動(dòng)槽11b和下壓縮機(jī)單元上葉片1c用的滑動(dòng)槽11c。
現(xiàn)在結(jié)合圖4-6說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。如前所述，本發(fā)明所示實(shí)施例示出的是一個(gè)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，兩側(cè)各有一個(gè)壓縮機(jī)單元。轉(zhuǎn)子2將環(huán)繞其中心軸線A按圖4中箭頭R所示方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時(shí)，在壓縮機(jī)室9b內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)葉片1a通過(guò)通道3將空氣／燃料混合物吸入到室9b內(nèi)。當(dāng)葉片1a轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)導(dǎo)引到室9b內(nèi)的通道3的進(jìn)口時(shí)，吸氣階段便開(kāi)始，一直要到下一葉片轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)同一進(jìn)口才終止。壓縮機(jī)葉片1a的與旋轉(zhuǎn)方向相反對(duì)的一側(cè)構(gòu)成壓縮機(jī)的吸入側(cè)，而面向旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)構(gòu)成加壓側(cè)。這意味著當(dāng)壓縮機(jī)葉片1a轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)通向室9a的通道3的進(jìn)口時(shí)，壓縮機(jī)葉片1a的加壓側(cè)開(kāi)始其壓縮工作，而其反對(duì)側(cè)開(kāi)始其吸入工作。由于殼體的內(nèi)表面20逐漸向轉(zhuǎn)子的圓周表面21靠近，致使室9a逐漸變狹，因此當(dāng)葉片1a在室9a內(nèi)位移時(shí)，壓縮作業(yè)便以人們共知的方式完成。
另外，在壓縮機(jī)室9a和位在下一“層”與壓縮機(jī)單元鄰近的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元內(nèi)的燃燒室9b之間設(shè)有通道如圖5和6所示。每一通道都從壓縮機(jī)室9a最狹的部分向燃燒室9b內(nèi)開(kāi)啟，在那里該室開(kāi)始逐漸擴(kuò)大并與葉片9b一起形成膨脹室。通道可位在合適的地方，如發(fā)動(dòng)機(jī)殼體5內(nèi)或轉(zhuǎn)子內(nèi)，此時(shí)轉(zhuǎn)子葉片1a、1b可起到閥門(mén)作用，讓燃料混合物在正確時(shí)刻進(jìn)入。在圖6中可以看到從下壓縮室9c到燃燒室9b內(nèi)的通道的出口，圖上用標(biāo)號(hào)12指出。從上壓縮室9a也有一個(gè)相應(yīng)的出口通過(guò)殼體5，但在圖上沒(méi)有示出。該出口與轉(zhuǎn)子2內(nèi)許多較小的凹穴18連通以資在瞬間內(nèi)將壓力從壓縮室9a傳送到燃燒室9b。這樣出口12和凹穴就一同起到閥門(mén)的作用。
燃料混合物的點(diǎn)燃大致在具有圖6中的凹穴的區(qū)域內(nèi)在葉片1b接近這個(gè)區(qū)域時(shí)發(fā)生。當(dāng)轉(zhuǎn)子2和葉片1b轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)于膨脹階段的一定圓弧時(shí)，排氣通道便暴露出來(lái)，于是廢氣被排放到周?chē)h(huán)境中。
如所已知，空氣燃料混合物從兩側(cè)即同時(shí)從上、下壓縮機(jī)單元供應(yīng)給燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元。在另一些實(shí)施例中，可以只有一個(gè)壓縮機(jī)單元，外部的壓縮機(jī)單元或者被完全省略。葉片的組數(shù)是可以改變的，對(duì)于有關(guān)用途認(rèn)為如何做合適就可如何改。
圖19示出本發(fā)明的一個(gè)四葉片的壓縮機(jī)實(shí)施例。如同剛才說(shuō)明過(guò)的實(shí)施例，本實(shí)施例包括一個(gè)概略示出的殼體5、一個(gè)轉(zhuǎn)子2、但卻有四個(gè)葉片1可在轉(zhuǎn)子2內(nèi)制出的滑動(dòng)槽11內(nèi)沿徑向向外和向內(nèi)滑動(dòng)。殼體5有一空腔9，其中心在軸線B上，還有一內(nèi)表面20，這是葉片1的端表面要接近接觸的表面。
轉(zhuǎn)子2具有外周表面21并環(huán)繞轉(zhuǎn)子軸線A旋轉(zhuǎn)。在位置C和D之間為可用氣缸表面扇形區(qū)來(lái)說(shuō)明的殼體5的內(nèi)表面20，該扇形區(qū)基本上與轉(zhuǎn)子2的周表面21的扇形區(qū)對(duì)應(yīng)。這樣這個(gè)殼體的完全的內(nèi)表面可被說(shuō)明為是由兩個(gè)不完全的氣缸表面或氣缸表面扇形區(qū)構(gòu)成的，它們并不具有重合的中心軸線，并且在那里較小的氣缸表面越過(guò)一個(gè)預(yù)定的氣缸扇形區(qū)切入到較大的氣缸表面內(nèi)。
該位置(C和D)為兩個(gè)圓柱表面所交切，因此能夠構(gòu)成一種能有效停止氣體回流的閥門(mén)。從而可任選地將曲折的密封設(shè)在殼體上C和D的區(qū)域上，也可能設(shè)在C和D之間的整個(gè)區(qū)域內(nèi)C和D之間的距離是可以變化的，或根據(jù)機(jī)械的有關(guān)用途而優(yōu)化。當(dāng)C和D之間的距離為零時(shí)，殼體5的內(nèi)表面將成為圓筒形，而轉(zhuǎn)子2的圓周表面21將沿著C、D位置上的輪廓與內(nèi)表面20相切。
當(dāng)轉(zhuǎn)子2在箭頭R的方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣被吸入通過(guò)進(jìn)入通道I。接下來(lái)的一個(gè)葉片1將帶動(dòng)吸入的空氣并在葉片1轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)其最低位置(圖19中的六點(diǎn)鐘位置)時(shí)開(kāi)始?jí)嚎s工作，繼續(xù)使葉片1向最高位置(圖19中的十二點(diǎn)鐘位置)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣就被壓縮到排放通道U內(nèi)。
圖20示出一個(gè)形式單純?yōu)楸没驂嚎s機(jī)的簡(jiǎn)單的四葉片旋轉(zhuǎn)機(jī)械。該機(jī)械與圖19所示的壓縮機(jī)很相象。但正是在偏心度和兩個(gè)圓形(圓筒形表面)的互相交切上顯示得更為清楚。轉(zhuǎn)子2在前頭R的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣被吸入通過(guò)進(jìn)口通道I?？諝獗蝗~片吸入并帶動(dòng)，最后通過(guò)出口U輸出。
圖21示出形式為一泵或壓縮單元的一個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中并示出可任選的密封設(shè)施23和軸承22。密封設(shè)施可以是單純的刮研密封或迷宮式密封。軸承22可以是一個(gè)由合適的軸承材料制成的插片，該材料如巴比合金或青銅，對(duì)某些用途也可能用特氟隆。葉片前端也可設(shè)有與殼體內(nèi)表面20’接觸或摩擦的密封24。在進(jìn)口I和出口U之間可有利地設(shè)置密封28，最好為迷宮式密封。
一個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)機(jī)械需要有平衡重(未示出)為的是平衡重力。圖21具體示了一個(gè)優(yōu)化機(jī)械適用的幾何關(guān)系。優(yōu)化機(jī)構(gòu)的定義為一個(gè)機(jī)械具有最少必需的摩擦密封或接合密封，最好完全沒(méi)有接觸密封。非接觸的密封如迷宮式密封是可接受的。
每一葉片前端沿一氣缸表面扇形區(qū)運(yùn)行，該扇形區(qū)具有特定的弧長(zhǎng)和曲率，這是根據(jù)幾何關(guān)系確定的。葉片前端的曲率半徑R4是由從軸線C到殼體5內(nèi)表面20’的距離確定的。葉片的厚度t也就是圓筒形表面的弧長(zhǎng)是由中心軸線B和軸線C之間的距離，即軸線C的繞樞軸旋轉(zhuǎn)的半徑、和轉(zhuǎn)子軸線A和中心軸線B之間的距離確定的。
在葉片隨著轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片的前端在殼體5的內(nèi)表面20’上進(jìn)行“滾動(dòng)或搖擺的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半周時(shí)，葉片前端在其弧形的兩端之間完成一次滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，葉片前端來(lái)回?cái)[動(dòng)一次。葉片厚度t本身可比優(yōu)化值厚，這不會(huì)嚴(yán)重影響。但若較薄，則在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片前端將不再能在所有時(shí)間內(nèi)都與內(nèi)表面20’相切，于是會(huì)在表面20’和葉片前端之間出現(xiàn)距離或間隙。
圖22較詳細(xì)地示出偏心適配器6。偏心適配器通過(guò)一鏈25不可旋轉(zhuǎn)地固定在驅(qū)動(dòng)軸8上。適配器6具有一個(gè)相對(duì)于中心軸線B的偏心和圓筒形支承銷(xiāo)26，該銷(xiāo)26支承著一個(gè)軸承27，該軸承27相對(duì)于中心軸線B為偏心設(shè)置，但相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線B為同心設(shè)置。軸承27使驅(qū)動(dòng)軸8的自由端穩(wěn)定，另外還給上轉(zhuǎn)子部2a提供內(nèi)部支承。于是該軸承27相對(duì)于上部外軸承14為同心設(shè)置，并有一個(gè)對(duì)應(yīng)的軸承(未示出)設(shè)在轉(zhuǎn)子2的另一端即支承轉(zhuǎn)子零件2b。這個(gè)偏心度通過(guò)控制臂7給葉片1提供強(qiáng)制的運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械(10)，該機(jī)械具有一個(gè)具有空腔(9)的殼體(5)；一個(gè)安裝在其內(nèi)的轉(zhuǎn)子(2)，該轉(zhuǎn)子(2)有一轉(zhuǎn)子軸線(A)和一個(gè)圓周表面(21)；進(jìn)口和出口通道(3、4)，與所說(shuō)空腔(9)連通；一個(gè)或多個(gè)葉片(1)，可沿徑向滑動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子(2)的槽(11)內(nèi)，每一葉片可在徑向上從殼體(5)的內(nèi)表面(20)到轉(zhuǎn)子軸線(A)的范圍內(nèi)延伸；至少一個(gè)工作室(9a)，是空腔(9)的一部分，并由殼體(5)的內(nèi)表面(20)、轉(zhuǎn)子(2)的圓周表面(21)和至少一個(gè)葉片(1)的側(cè)表面限定，其特征為，每一個(gè)葉片(1)都環(huán)繞一條軸線(C)鉸接在一個(gè)控制臂(7)的一端，控制臂的另一端可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地支承在一固定的驅(qū)動(dòng)軸(8)上，該驅(qū)動(dòng)軸(8)有一條中心軸線(B)，與在中央通過(guò)殼體(5)空腔(9)而延伸的軸線重合，軸線(B)旋轉(zhuǎn)軸線(A)平行且間隔開(kāi)(d)，轉(zhuǎn)子(2)本身則構(gòu)成動(dòng)力輸出或輸入的單元。
2．按權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，每一葉片前端(1a)沿一氣缸表面扇形區(qū)運(yùn)行，扇形區(qū)的曲率中心處在穿過(guò)葉片(1)和控制臂(7)的連接點(diǎn)的軸線(C)上。
3．按權(quán)利要求2的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，該氣缸表面扇形區(qū)的弧長(zhǎng)，因而每一個(gè)葉片的厚度(t)是由下列幾何關(guān)系確定的即氣缸表面扇形區(qū)的曲率半徑(R4)、空腔的中央軸線(B)和軸線(C)之間的距離(R3)及轉(zhuǎn)子軸線(A)和中央軸線(B)之間的距離(d)。
4．按權(quán)利要求1、2或3的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，密封設(shè)施設(shè)在葉片前端(1a)和殼體(5)的內(nèi)表面(20)之間。
5．按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，密封設(shè)施設(shè)在葉片槽(11)和葉片(1)的至少一個(gè)側(cè)面之間。
6．按權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，密封設(shè)施設(shè)在殼體(5)的內(nèi)表面(20)和轉(zhuǎn)子(2)的圓周表面(21)之間的兩個(gè)表面相切處。
7．按權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，葉片槽(11)具有與葉片(1)協(xié)同起作用的滑動(dòng)軸承。
8．按權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，轉(zhuǎn)子(2)的圓周表面(21)在越過(guò)扇形區(qū)(C-D)時(shí)切入到殼體(5)的內(nèi)表面(20)內(nèi)，在該機(jī)械殼體(5)的內(nèi)表面(20)上形成一個(gè)相應(yīng)的凹槽。
9．按權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，該機(jī)械具有至少一個(gè)與燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)單元共同旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)單元，該壓縮機(jī)單元相應(yīng)于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，具有一單獨(dú)的室(9a)、一單獨(dú)的轉(zhuǎn)子、和一單獨(dú)的葉片(1a)，及連接各空腔(9a、9b、9c)的通道(12)。
10．按權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械，其特征為，固定的驅(qū)動(dòng)軸(9)的自由端被轉(zhuǎn)子(2)用偏心適配器(b)支承并使它穩(wěn)定。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)械(10),該機(jī)械具有一個(gè)具有空腔(9)的殼體(5);一個(gè)安裝在其內(nèi)的轉(zhuǎn)子(2),該轉(zhuǎn)子(2)有一轉(zhuǎn)子軸線(A)和一個(gè)圓周表面(21);進(jìn)口和出口通道(3、4),與所說(shuō)空腔(9)連通;一個(gè)或多個(gè)葉片(1),可沿徑向滑動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子(2)的槽(11)內(nèi),每一葉片可在徑向上從殼體(5)的內(nèi)表面(20)到轉(zhuǎn)子軸線(A)的范圍內(nèi)延伸;至少一個(gè)工作室(9a),是空腔(9)的一部分,并由殼體(5)的內(nèi)表面(20)、轉(zhuǎn)子(2)的圓周表面(21)和至少一個(gè)葉片(1)的側(cè)表面限定,每一個(gè)葉片(1)都環(huán)繞一條軸線(C)鉸接在一個(gè)控制臂(7)的一端,控制臂的另一端可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地支承在一固定的驅(qū)動(dòng)軸(8)上,該驅(qū)動(dòng)軸(8)有一條中心軸線(B),與在中央通過(guò)殼體(5)空腔(9)而延伸的軸線重合,軸線(B)旋轉(zhuǎn)軸線(A)平行且間隔開(kāi)(d),轉(zhuǎn)子(2)本身則構(gòu)成動(dòng)力輸出或輸入的單元。
文檔編號(hào)F01C1/344GK1292060SQ99803360
公開(kāi)日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月25日
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