專利名稱：往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置以及利用這種裝置的壓力泵和內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置以及利用這種裝置的壓力泵和內(nèi)燃機(jī)，特別是涉及這樣一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置以及利用這種活塞裝置的各種內(nèi)燃機(jī)、液壓泵和氣泵、真空泵等等，其結(jié)構(gòu)是在圓筒形內(nèi)部的同一個(gè)圓周上交替設(shè)置了許多對(duì)活塞，其中相鄰的活塞以同樣的速度向著互相相反的方向旋轉(zhuǎn)，由于在結(jié)構(gòu)上這些活塞的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的合力為零，它們所產(chǎn)生的振動(dòng)互相抵消了，所以振動(dòng)和噪音，以及由此而發(fā)生的磨損都減少了，從而能延長(zhǎng)機(jī)械的壽命，實(shí)現(xiàn)小型化，減輕其重量而提高其性能。
這種直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞裝置，在構(gòu)造上必須讓活塞在兩個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)，不可避免地有向著一個(gè)方向的力，以及在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換方向時(shí)產(chǎn)生的反力，當(dāng)在橫向設(shè)置多個(gè)活塞裝置時(shí)，即使在整體上這些力互相抵消了，但在某些個(gè)別位置上，仍不能避免有活塞的力或反力作用在缸體和曲軸上。
因此，在以往的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞裝置中，由于活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)而造成的振動(dòng)和噪音，成了過度磨損的原因。結(jié)果，采用這種活塞裝置的機(jī)械的壽命就要縮短。此外，為了機(jī)械本身的安全，必須使用巨大而牢固的零件，這又造成了機(jī)械重量過大的問題。
因此，有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，提出了本發(fā)明的技術(shù)方案，其目的是提供一種活塞裝置，它的結(jié)構(gòu)是在圓筒形內(nèi)部的同一個(gè)圓周上交替設(shè)置了若干對(duì)活塞，其中相鄰的活塞以同樣的速度向著互相相反的方向旋轉(zhuǎn)，由于在結(jié)構(gòu)上這些活塞的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的合力為零，它們所產(chǎn)生的振動(dòng)互相抵消了，所以振動(dòng)和噪音，以及由此而發(fā)生的磨損都減少了，從而能延長(zhǎng)機(jī)械的壽命，實(shí)現(xiàn)小型化，減輕其重量而提高其性能。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供使用這種活塞裝置的各種內(nèi)燃機(jī)、液壓泵或氣泵，以及真空泵等。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，它由下列各種部件構(gòu)成在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸；設(shè)置在上述汽缸內(nèi)部的同一個(gè)圓周上，互相交替地布置的第一組和第二組活塞；每一組活塞均由下列各種零件構(gòu)成以同樣的速度向著相反的方向在同定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的許多活塞；設(shè)置在上述各相鄰的兩個(gè)活塞互相會(huì)合處的汽缸部件上，為控制從外部流入內(nèi)部的流體的流動(dòng)用的許多吸氣閥；設(shè)置在上述各相鄰兩個(gè)活塞互相會(huì)合處的汽缸部件上，為控制從內(nèi)部向外部排出流體的流動(dòng)用的許多排氣閥。
根據(jù)本發(fā)明的第一特征，上述汽缸由下列各種零件組成外圓筒部分；與上述外圓筒部分的兩個(gè)端面結(jié)合的第一和第二環(huán)形板；外圓周面分別與上述第一和第二環(huán)形板的內(nèi)圓周部分結(jié)合的第三和第四環(huán)形板；與上述第三和第四環(huán)形板的內(nèi)圓周面結(jié)合，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)圓筒部分；上述第一組活塞與上述第三和第四環(huán)形板結(jié)合，剩下的第二組活塞與上述汽缸內(nèi)側(cè)的外圓筒部分的外圓周部分結(jié)合，借助于驅(qū)動(dòng)上述第三和第四環(huán)形板向內(nèi)圓筒部分的相反方向運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)上述第一組活塞和第二組活塞向相反的方向運(yùn)動(dòng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二特征，上述汽缸由下列各種零件組成外圓筒部分；結(jié)合在上述外圓筒部分的兩個(gè)端面上的第一和第二環(huán)形板；從外圓周表面分別與上述第一和第二環(huán)形板的內(nèi)圓周部分結(jié)合的第三和第四環(huán)形板向內(nèi)側(cè)方向延長(zhǎng)的，具有第一和第二內(nèi)圓筒部分的第一和第二活塞支承件。
此時(shí)，上述第一組活塞固定在第一活塞支承件上，上述第二組活塞固定在第二活塞支承件上，借助于驅(qū)動(dòng)上述第一和第二活塞支承件向相反的方向運(yùn)動(dòng)，就能驅(qū)動(dòng)上述第一組活塞和第二組活塞向相反的方向運(yùn)動(dòng)。
上述許多活塞的個(gè)數(shù)為2n個(gè)(n為大于2的正整數(shù))，由于這樣的結(jié)構(gòu)，上述活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的合力為零。
此外，由于本發(fā)明的活塞裝置的結(jié)構(gòu)使得軸與中心對(duì)稱，所以能使所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音降低到最小程度。
另一方面，如果本發(fā)明的活塞裝置還包括為使上述第一和第二組活塞以同樣的速度在上述汽缸內(nèi)部的固定的圓弧上向相反的方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置，上述活塞裝置便能構(gòu)成液壓泵、氣泵、真空泵等等其中的一種機(jī)器。
上述第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置通常由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的裝置，以及第一和第二曲柄裝置所組成；上述第一和第二曲柄裝置分別由用上述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的第一曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪和與第一曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合而旋轉(zhuǎn)的第二曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪來驅(qū)動(dòng)，從而使得各組活塞在汽缸內(nèi)部沿著一定的圓周作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
另一方面，在本發(fā)明的裝置還包括分別為上述許多活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)置了許多腔室，每當(dāng)上述各活塞到達(dá)上死點(diǎn)或下死點(diǎn)時(shí)，為通過上述吸氣閥被吸入上述腔室內(nèi)的燃料與空氣的混合氣體點(diǎn)火用的許多點(diǎn)火裝置；控制上述許多吸氣閥、排氣閥和點(diǎn)火裝置用的控制裝置，以便在各腔室中順序進(jìn)行混合氣的吸氣行程，壓縮行程，由于混合氣點(diǎn)火而發(fā)生的膨脹行程，以及燃燒氣體的排氣行程；把由于上述燃燒氣體的膨脹行程而使得上述第一和第二活塞分別在上述各汽缸內(nèi)的一定圓弧上作方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二曲柄裝置；以及把上述第一和第二曲柄裝置向相反方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力統(tǒng)一成一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力用的第一和第二曲柄齒輪；上述活塞裝置便形成了內(nèi)燃機(jī)，從而能從第一和第二曲柄齒輪的旋轉(zhuǎn)軸獲得旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。
上述許多吸氣閥和排氣閥可設(shè)置在汽缸的外部圓周面上或左右側(cè)面上的任何一個(gè)表面上。此外，上述許多活塞和氣室的內(nèi)部空間可以是四角形、橢圓形、圓形等的任何一種形狀。
另一方面，采用本發(fā)明的活塞裝置的內(nèi)燃機(jī)由下列各種部件組成在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸；設(shè)置在上述汽缸內(nèi)部的同一個(gè)圓周上，互相交替地布置的第一組和第二組活塞；每一組活塞均由下列各種零件構(gòu)成以同樣的速度向著相反的方向在固定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的許多活塞；設(shè)置在上述各相鄰的兩個(gè)活塞互相會(huì)合處的汽缸部件上，為控制從外部流入內(nèi)部的流體的流動(dòng)用的許多吸氣閥；設(shè)置在上述每一個(gè)相鄰的兩個(gè)活塞會(huì)合處的汽缸部件上，為控制從內(nèi)部向外部排出流體的流動(dòng)用的許多排氣閥；為上述許多活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)置的許多腔室，每當(dāng)上述各活塞到達(dá)上死點(diǎn)或下死點(diǎn)時(shí)，為通過上述吸氣閥被吸入上述腔室內(nèi)的燃料與空氣的混合氣體點(diǎn)火用的許多點(diǎn)火裝置；控制上述許多吸氣閥、排氣閥和點(diǎn)火裝置用的控制裝置，以便在各腔室中順序進(jìn)行混合氣的吸氣行程，壓縮行程，由于混合氣點(diǎn)火而發(fā)生的膨脹行程，以及燃燒氣體的排氣行程；把由于上述燃燒氣體的膨脹行程而使得上述第一和第二活塞分別在上述各汽缸內(nèi)的一定圓弧上作方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二曲柄裝置；以及把上述第一和第二曲柄裝置向相反方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力統(tǒng)一成一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力用的第一和第二曲柄齒輪；上述活塞裝置便形成了內(nèi)燃機(jī)，從而能從上述第一和第二曲柄齒輪的旋轉(zhuǎn)軸獲得旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。
在汽缸3內(nèi)部的兩端，在中心軸線X的圓周方向上，分別設(shè)有外形與上述環(huán)形板3C、3B的內(nèi)徑相同的環(huán)形板2A、2B；在環(huán)形板2A、2B的內(nèi)側(cè)，分別有形成汽缸3的內(nèi)部表面的內(nèi)圓筒部分2C、2D，這兩個(gè)圓筒部分與環(huán)形板2A、2B做成一體，向汽缸內(nèi)部延伸，在各內(nèi)圓筒部分2C、2D的外圓周表面上，分別固定著一對(duì)活塞1A、1B和1C、1D，這兩對(duì)活塞在外圓周方向上具有與上述汽缸3的外圓筒部分3A相對(duì)應(yīng)的高度和寬度。
此時(shí)，第一和第二活塞1A、1B與第三和第四活塞1C、1D的位置分別對(duì)稱于中心軸線X，而且，第一和第二活塞1A、1B與第三和第四活塞1C、1D是互相交替布置的。
因此，第一和第二活塞1A、1B隨著第一活塞支承件2的旋轉(zhuǎn)而在汽缸3內(nèi)部旋轉(zhuǎn)；而第三和第四活塞1C、1D則隨著第二活塞支承件20的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
在上述汽缸3的外圓筒部分3A上，設(shè)置了相隔90度的4個(gè)吸氣閥4A-4D和4個(gè)排氣閥5A-5D；它們的位置布置在第一到第四活塞1A-1D的互相相鄰活塞同時(shí)向相反方向沿順向或逆向旋轉(zhuǎn)90度(實(shí)際上活塞只旋轉(zhuǎn)很小一個(gè)角度)時(shí)，兩個(gè)活塞互相會(huì)合的部分上。
另一方面，在活塞支承件2的環(huán)形板2A上，在與活塞1A、1B對(duì)應(yīng)的位置上形成了限制旋轉(zhuǎn)用的第一和第二凸起2E、2F，連接銷7B用螺栓連接在活塞1B和凸起2E上，連接銷7B的另一端與第二曲柄裝置8B的曲柄銷8D的一端鉸接，以便將活塞1A、1B的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成向一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者相反，將向一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成活塞1A、1B的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
此外，連接軸6插入內(nèi)圓筒部分2C、2D的內(nèi)部，能夠旋轉(zhuǎn)，在連接軸的一端設(shè)有限制旋轉(zhuǎn)用的第三和第四凸起6A、6B，并且在圓周方向上布置成與上述第一和第二凸起2E、2F互相交替的位置上，在連接軸的另一端，形成了與上述第三和第四凸起6A、6B在同一個(gè)圓周方向上延伸的，并且處在與上述活塞1C、1D相對(duì)應(yīng)的位置上凸出來的第五和第六凸起6C、6D。
上述活塞1C、1D和連接軸6的第五和第六凸起6C、6D分別用螺栓與各連接銷7C、7D固定連接，上述連接軸6實(shí)際上是一個(gè)整體，在圖中是為了便于說明而把它分成處于兩側(cè)的兩個(gè)半段的。
另一方面，上述第三凸起6A用螺栓與連接銷7A連接，連接銷7A的另一端與連接銷7B一樣，與第一曲柄裝置8A的曲柄銷8C的一端鉸接，以便將活塞1C、1D的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成向一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者相反，將向一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成活塞1C、1D的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
此時(shí)，當(dāng)?shù)谝磺b置8A向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接銷7A、第三凸起6A、連接軸6和第六凸起6D便也向反時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)，活塞支承件20和活塞1C、1D也向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
另一方面，第一和第二曲柄齒輪9A、9B分別連接在第一和第二曲柄裝置8A、8B的軸上，而且，由于第一和第二曲柄齒輪9A、9B具有相同的直徑，互相嚙合在一起，如果第一曲柄齒輪9A向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則第二曲柄齒輪9B便與此相反，向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
因此，如果第一曲柄齒輪9A向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則如上所述，活塞1C、1D便向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而第二曲柄齒輪9B便與此相反，向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而且，活塞1A、1B也向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。即，活塞1A、1B始終與活塞1C、1D向著相反的方向旋轉(zhuǎn)。
如果像下面所描述的那樣，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力加在第一曲柄齒輪9A上，并且適當(dāng)?shù)乜刂莆鼩忾y4A-4D和與壓縮氣罐連通的排氣閥5A-5D，則上述第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)立刻就能像氣泵那樣地工作。
此時(shí)，要求對(duì)活塞支承件2、20之間的接觸面，活塞支承件2與右環(huán)形板3A之間的接觸面，活塞支承件20與左環(huán)形板3C之間的接觸面進(jìn)行精密加工，以便保持氣密性。結(jié)果，布置在四角管形狀的汽缸3內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)的活塞1A-1D把汽缸的空間分割隔成四個(gè)密閉的腔室CH1-CH4。
另外，在實(shí)際上希望使用許多滾珠軸承，以減輕各部件之間的摩擦，以使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)更加輕快，但為了便于說明，在圖面上省略了這些滾珠軸承。
另一方面，圖4是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式4汽缸活塞裝置的分解立體圖，該第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，活塞1A-1D的支承和驅(qū)動(dòng)活塞的構(gòu)造不同。
即，第一和第二活塞1A、1B是插入固定在第一和第二活塞支承件2、20上互相相對(duì)的內(nèi)側(cè)凹槽11A、11B；12A、12B中的，而第三和第四活塞1C、1D則直接連接在成為內(nèi)圓筒部分的連接軸6的外圓周表面上。
另外，第一曲柄裝置8A通過曲柄銷8C和連接銷7A與凸出在連接軸6一側(cè)的第三凸起6A連接，而第二曲柄裝置8B則通過曲柄銷8D和連接銷7B與凸出在第一活塞支承件2一側(cè)的第一凸起2E連接。
另外，剩下的汽缸3以及曲柄齒輪9A、9B的結(jié)構(gòu)則與第一實(shí)施例相同。
按照上述第二實(shí)施例的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式4汽缸活塞裝置，在構(gòu)造方面比上述第一實(shí)施例簡(jiǎn)單，并且在活塞動(dòng)作原理上，除了第一和第二活塞支承件2、20是向著同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的之外，其他都與第一實(shí)施例相同，所以省略了這種說明。
第二實(shí)施例的特征在于，它能把向兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)中心布置在一個(gè)點(diǎn)上，所以就不需要另外設(shè)置為平衡用的平衡重了，從而能減輕機(jī)構(gòu)整體的重量。
下面，參照?qǐng)D6詳細(xì)說明按照本發(fā)明的具有上述構(gòu)造的4汽缸活塞裝置的動(dòng)作過程。
圖6A是按照本發(fā)明的4汽缸活塞裝置的分階段曲軸動(dòng)作狀態(tài)圖；圖6B是本發(fā)明用于氣泵時(shí)的分階段動(dòng)作狀態(tài)圖；圖6C是本發(fā)明用于內(nèi)燃機(jī)時(shí)的分階段動(dòng)作狀態(tài)圖。
首先參照?qǐng)D6A和6B說明本發(fā)明用于氣泵的例子。
在第一階段是活塞1A-1D停止轉(zhuǎn)動(dòng)，向左右改變方向的階段，是腔室CH1、CH3的內(nèi)部容積最小，而腔室CH2、CH4的內(nèi)部容積最大，內(nèi)部的空氣停止流動(dòng)，改變其流向的階段。此時(shí)，所有腔室CH1-CH4的吸氣閥4A-4D和排氣閥5A-5D全部處于關(guān)閉狀態(tài)，曲柄銷8C、8D處于上死點(diǎn)位置。
在第一階段以后的第二階段中，當(dāng)從外部向曲柄齒輪9A或9B施加反時(shí)針的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力時(shí)，活塞1A、1B便向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而活塞1C、1D則向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，于是腔室CH2和CH4的容積減小，其內(nèi)部的空氣通過排氣閥5B、5D排到外部，而腔室CH1和CH3的容積增大，外部的空氣通過吸氣閥4A和4C流入腔室內(nèi)。
第三階段是曲柄銷8C、8D由于曲柄齒輪9A、9B的旋轉(zhuǎn)而到達(dá)下死點(diǎn)的情形，此時(shí)活塞1A-1D停止旋轉(zhuǎn)，是改變向左右的旋轉(zhuǎn)方向的階段。這時(shí)的情形與第一階段相反，腔室CH1、CH3的內(nèi)部容積為最大，而腔室CH2、CH4的內(nèi)部容積為最小，是內(nèi)部空氣停止流動(dòng)，改變其流動(dòng)方向的階段。此時(shí)，所有腔室CH1-CH4的吸氣閥4A-4D和排氣閥5A-5D全部處于關(guān)閉狀態(tài)。
第四階段與上述第二階段相反，由于活塞1A、1B正向著反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而活塞1C、1D正向著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所以腔室CH1和CH3的容積減小，其內(nèi)部的空氣通過排氣閥5A、5C排到外部，而腔室CH2和CH4的容積增大，外部的空氣通過吸氣閥4B和4D流入腔室內(nèi)。
第五階段表示曲柄裝置轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)之后又回到第一階段的狀態(tài)。
仔細(xì)觀察上述第一活塞1A的運(yùn)動(dòng)軌跡，它是在第三個(gè)四分之一表面上的一段圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，第二活塞1B是在第四個(gè)四分之一表面上，第三活塞1C是在第一個(gè)四分之一表面上，第四活塞1D是在第二個(gè)四分之一表面上，在同樣長(zhǎng)度的一段圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。
下面，參照?qǐng)D6A和6C說明將本發(fā)明用于內(nèi)燃機(jī)上的例子。
此時(shí)，要求在每一個(gè)腔室CH1-CH4內(nèi)設(shè)置為點(diǎn)燃燃料與空氣的混合氣體用的第一到第四火花塞。
首先，在第一階段中，由第三火花塞點(diǎn)燃第三腔室CH3中的混合氣體，由于第三腔室CH3中的氣體在爆炸行程中膨脹，它所產(chǎn)生的氣體壓力便將活塞1A、1C向兩側(cè)推壓，結(jié)果，第一腔室CH1的容積便增大了，通過吸氣閥4A從吸氣管吸入混合氣，開始吸氣行程。與此相反，在第二和第四腔室CH2、CH4中容積開始減小，第二腔室CH2通過排氣閥5B將燃燒氣體排到排氣管中，進(jìn)行排氣行程，而第四腔室CH4則開始吸入混合氣的壓縮行程。
接著，在第二階段中，第三腔室CH3中的混合氣體膨脹，第一腔室CH1吸氣，第二腔室CH2排氣，而第四腔室CH4繼續(xù)壓縮行程。
在第三階段中，在完成了壓縮的第四腔室CH4中，當(dāng)混合氣體由于點(diǎn)火而發(fā)生爆炸時(shí)，像上述第一階段一樣，活塞1B、1C由于氣體的壓力而向兩側(cè)推壓，于是分別開始在第一腔室CH1中進(jìn)行壓縮行程，在第二腔室CH2中進(jìn)行吸氣行程，在第三腔室CH3中進(jìn)行排氣行程。
在第四階段中，用第四腔室CH4的氣體壓力，在第一腔室CH1中進(jìn)行壓縮行程，在第二腔室CH2中進(jìn)行吸氣行程，在第三腔室CH3中進(jìn)行排氣行程。
在第五階段中，在第一腔室CH1中混合氣體發(fā)生爆炸，于是就和上面所描述的一樣，分別在第二腔室CH2中開始?jí)嚎s行程，在第三腔室CH3中開始吸氣行程，在第四腔室CH4中開始排氣行程。
如上所述，圖6C中所示的實(shí)施例構(gòu)成了具有4氣室的4行程內(nèi)燃機(jī)。
即，如果以圖6C中的第二階段為例來說明上述4氣室的4個(gè)行程的話，由于混合氣體的爆炸，第一和第三活塞1A、1C就被氣體壓力向左右兩側(cè)推壓，這時(shí)，與泵的動(dòng)作相反，第一和第三凸起2E和6A各自向順時(shí)針方向和反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果，便通過連接銷7B、7A，在第二和第一曲柄銷8D、8C上施加了順時(shí)針方向和反時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。因此，連接在第一和第二曲柄裝置上的第一和第二曲柄齒輪9A、9B便各自向著反時(shí)針方向和順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，于是就能從第一或第二曲柄齒輪9A或9B的旋轉(zhuǎn)軸獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
在這種情況下，由于構(gòu)成第一和第二曲柄裝置8A、8B的零件的布置都是對(duì)稱的，它們的運(yùn)動(dòng)方向互相相反，所以由于這些零件的運(yùn)動(dòng)而造成的振動(dòng)便互相抵消，使得機(jī)械振動(dòng)減少到最小。
另一方面，在上述第一和第二實(shí)施例中，汽缸內(nèi)部與活塞斷面的形狀都以四角形為例，但，并不是一定限于這種形狀，不言而喻，也可以采用圓形或其他多角形的形狀。
此外，在上述實(shí)施例中，四個(gè)吸氣閥4A-4D和四個(gè)排氣閥5A-5D是每相隔90度布置在外圓筒部分3A上的，但是，也可以改變這種設(shè)計(jì)，把它們布置在左右環(huán)形板3C、3B上。
如上所述，在本發(fā)明中，由于把許多活塞布置在同一個(gè)圓周上，相鄰的活塞之間保持了方向相反的速度，從根本上消除了僅僅靠結(jié)構(gòu)上的剛性來克服的機(jī)械構(gòu)件的變形的主要原因，而且曲柄裝置和其他部件都盡可能地對(duì)稱布置，使得因部件的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的作用力和反作用力互相抵消了，所以這種結(jié)構(gòu)能使得運(yùn)動(dòng)的活塞之間因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的合力為零，從而能減少振動(dòng)和噪音。
此外，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是把汽缸、活塞支承件、活塞等等主要零件布置在一根軸的四周，在旋轉(zhuǎn)時(shí)能互相支承，所以能防止零件之間間隙的松動(dòng)，減少表面磨損，結(jié)果，就能延長(zhǎng)機(jī)械的壽命。還有，與以往在橫向連續(xù)布置的多氣室活塞裝置相比，本發(fā)明的活塞裝置具有小得多的外形尺寸，所以可以降低零件的剛度，使整個(gè)機(jī)器的重量減輕。
按照?qǐng)D4中的第二實(shí)施例，在制造本發(fā)明的活塞裝置時(shí)，可以制成直徑為22cm，長(zhǎng)為7cm的圓筒，排氣量達(dá)1500cc的主體。因此，與以往的氣泵或內(nèi)燃機(jī)的汽缸體相比，其尺寸和排氣量有明顯的差異。
雖然以上所描述的實(shí)施例主要是把活塞裝置用于氣泵或內(nèi)燃機(jī)這樣的例子，但，在不脫離本發(fā)明的基本原理的范圍內(nèi)，可以有各種各樣的變型。例如，可以將氣泵的構(gòu)造原封不動(dòng)地用于液壓泵；把吸氣閥與真空處理部分連接，就能用作與氣泵的作用相反的真空泵。
還有，在以上圖中所示的實(shí)施例中都是4個(gè)氣室的活塞裝置，但是很容易地就能設(shè)計(jì)出4個(gè)以上的偶數(shù)個(gè)(即2n個(gè)，n為＞2的正整數(shù))活塞的結(jié)構(gòu)，例如6個(gè)，8個(gè)，10個(gè)等等，由此構(gòu)成具有6個(gè)氣室，8個(gè)氣室或10個(gè)氣室的活塞裝置。即，例如，當(dāng)具有6個(gè)活塞時(shí)，每三個(gè)活塞組成一組，相鄰的活塞向著互相相反的方向運(yùn)動(dòng)，就能夠很簡(jiǎn)單地與曲柄裝置結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出變型的活塞裝置來。
另一方面，在上述實(shí)施例中，是把偶數(shù)個(gè)活塞對(duì)半分成兩組，用兩個(gè)曲柄裝置來驅(qū)動(dòng)它們向相反的方向運(yùn)動(dòng)的，但是，只要能驅(qū)動(dòng)這兩組活塞裝置向相反的方向運(yùn)動(dòng)，什么樣的結(jié)構(gòu)的曲柄裝置都可以采用。
還有，在以上的例子中都是單一的活塞裝置，但是，當(dāng)然也可以采用多排并列的活塞裝置，以使它的排量成倍地增大。
本發(fā)明可以用于往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，以及采用這種活塞裝置的液壓泵、氣泵、真空泵和內(nèi)燃機(jī)。
以上用圖例說明了本發(fā)明的特定的理想的實(shí)施例，但本發(fā)明不僅僅限于以上這些實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能對(duì)其進(jìn)行各種各樣的改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1．一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，包括在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸；許多活塞，形成交替地設(shè)置在汽缸內(nèi)的同一個(gè)圓周上的第一組和第二組活塞；第一組和第二組活塞以同樣的速度朝著相反的方向在給定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從外部流入其內(nèi)部的流體的流動(dòng)的許多吸氣閥；和設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從內(nèi)部向外部排出的流體流動(dòng)的許多排氣閥。
2．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述汽缸由下列各種零件構(gòu)成外圓筒部分；與上述外圓筒部分的兩個(gè)端面結(jié)合的第一和第二環(huán)形板；外圓周面分別與上述第一和第二環(huán)形板的內(nèi)圓周部分結(jié)合的第三和第四環(huán)形板；與上述第三和第四環(huán)形板的內(nèi)圓周面結(jié)合、能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)圓筒部分；上述第一組活塞與上述第三和第四環(huán)形板結(jié)合，剩下的第二組活塞與上述汽缸內(nèi)側(cè)的外圓筒部分的外圓周部分結(jié)合，借助于驅(qū)動(dòng)上述第三和第四環(huán)形板向內(nèi)圓筒部分的相反方向運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)上述第一組活塞和第二組活塞向相反的方向運(yùn)動(dòng)。
3．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述汽缸由下列各種零件構(gòu)成外圓筒部分；與上述外圓筒部分的兩個(gè)端面結(jié)合的第一和第二環(huán)形板；外圓周面分別與上述第一和第二環(huán)形板的內(nèi)圓周部分結(jié)合的第三和第四環(huán)形板；從外圓周表面分別與上述第一和第二環(huán)形板的內(nèi)圓周部分結(jié)合的第三和第四環(huán)形板向內(nèi)側(cè)方向延長(zhǎng)的，具有第一和第二內(nèi)圓筒部分的第一和第二活塞支承件；上述第一組活塞固定在第一活塞支承件上，上述第二組活塞固定在第二活塞支承件上，借助于驅(qū)動(dòng)上述第一和第二活塞支承件向相反的方向運(yùn)動(dòng)，就能驅(qū)動(dòng)上述第一組活塞和第二組活塞向相反的方向運(yùn)動(dòng)。
4．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述許多活塞的個(gè)數(shù)是2n個(gè)(其中的n是大于2的正整數(shù))。
5．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，由上述活塞運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的合力為零。
6．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述活塞裝置的結(jié)構(gòu)是以軸線為中心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
7．如權(quán)利要求1所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述許多活塞和汽缸的內(nèi)部空間是下列形狀中的一種四角形、橢圓形、圓形。
8．如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述活塞裝置還包括為使上述第一和第二組活塞以同樣的速度在上述汽缸內(nèi)部的一定的圓弧上向相反的方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置；上述活塞裝置構(gòu)成液壓泵、氣泵、真空泵等等其中的一種機(jī)器。
9．如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，該裝置還包括分別為上述許多活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)置了許多腔室，每當(dāng)上述各活塞到達(dá)上死點(diǎn)或下死點(diǎn)時(shí)，為通過上述吸氣閥被吸入上述腔室內(nèi)的燃料與空氣的混合氣體點(diǎn)火用的許多點(diǎn)火裝置；控制上述許多吸氣閥、排氣閥和點(diǎn)火裝置用的控制裝置，以便在各腔室中順序進(jìn)行混合氣的吸氣行程，壓縮行程，由于混合氣點(diǎn)火而發(fā)生的膨脹行程，以及燃燒氣體的排氣行程；把由于上述燃燒氣體的膨脹行程而使得上述第一和第二活塞分別在上述各汽缸內(nèi)的一定圓弧上作方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二曲柄裝置；以及把上述第一和第二曲柄裝置向相反方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力統(tǒng)一成一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力用的第一和第二曲柄齒輪；上述活塞裝置便形成了內(nèi)燃機(jī)，從而能從上述第一和第二曲柄齒輪的旋轉(zhuǎn)軸獲得旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。
10．如權(quán)利要求8所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置通常由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的裝置，以及第一和第二曲柄裝置所組成；上述第一和第二曲柄裝置分別由用上述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的第一曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪和與第一曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合而旋轉(zhuǎn)的第二曲柄驅(qū)動(dòng)齒輪來驅(qū)動(dòng)，從而使得各組活塞在汽缸內(nèi)部沿著固定的圓周作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
11．如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的往復(fù)旋轉(zhuǎn)式活塞裝置，其特征在于，上述許多吸氣閥和排氣閥可設(shè)置在汽缸的外部圓周面上或左右側(cè)面上的任何一個(gè)表面上。
12．一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，包括在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸；許多活塞，形成交替地設(shè)置在汽缸內(nèi)的同一個(gè)圓周上的第一組和第二組活塞；第一組和第二組活塞以同樣的速度朝著相反的方向在給定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從外部流入其內(nèi)部的流體的流動(dòng)的許多吸氣閥；設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從內(nèi)部向外部排出的流體流動(dòng)的許多排氣閥；為上述許多活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)置的許多腔室，每當(dāng)上述各活塞到達(dá)上死點(diǎn)或下死點(diǎn)時(shí)，為通過上述吸氣閥被吸入上述腔室內(nèi)的燃料與空氣的混合氣體點(diǎn)火用的許多點(diǎn)火裝置；控制上述許多吸氣閥、排氣閥和點(diǎn)火裝置用的控制裝置，以便在各腔室中順序進(jìn)行混合氣的吸氣行程，壓縮行程，由于混合氣點(diǎn)火而發(fā)生的膨脹行程，以及燃燒氣體的排氣行程；把由于上述燃燒氣體的膨脹行程而使得上述第一和第二活塞分別在上述各汽缸內(nèi)的一定圓弧上作方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的第一和第二曲柄裝置；以及把上述第一和第二曲柄裝置向相反方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力統(tǒng)一成一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力用的第一和第二曲柄齒輪；上述活塞裝置便形成了內(nèi)燃機(jī)，從而能從上述第一和第二曲柄齒輪的旋轉(zhuǎn)軸獲得旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。
13．一種往復(fù)旋轉(zhuǎn)式液壓/氣壓泵，包括在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸；許多活塞，形成交替地設(shè)置在汽缸內(nèi)的同一個(gè)圓周上的第一組和第二組活塞；第一組和第二組活塞以同樣的速度朝著相反的方向在給定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從外部流入其內(nèi)部的流體的流動(dòng)的許多吸氣閥；設(shè)置在汽缸上兩個(gè)相鄰活塞的各個(gè)會(huì)合處的、用于控制從內(nèi)部向外部排出的流體流動(dòng)的許多排氣閥；和第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置，用于使第一組和第二組活塞以同樣的速度朝著相反的方向在給定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明的活塞裝置包括:在內(nèi)部形成環(huán)狀空間部分的汽缸;設(shè)置在上述汽缸內(nèi)部的同一個(gè)圓周上,互相交替地布置的第一組和第二組活塞;每一組活塞均由以同樣的速度向著相反的方向在固定的圓弧上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的許多活塞組成:設(shè)置在上述各相鄰的兩個(gè)活塞互相會(huì)合處的汽缸部件上,為控制流體流動(dòng)用的許多吸氣閥和排氣閥。這種活塞裝置可以用于液壓泵和氣泵、真空泵和內(nèi)燃機(jī)。
文檔編號(hào)F04C9/00GK1281527SQ98811889
公開日2001年1月24日 申請(qǐng)日期1998年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月2日
發(fā)明者金昌鈞, 金承鈞 申請(qǐng)人:金昌鈞, 金承鈞