专利名称：球形外壳内具有转动活塞的动力转换机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力转换机器，它具有一对在球形外壳中转动的彼此相对的分开的双动活塞，活塞通过一个在球形外壳中央的共用的轴毂部分彼此牢固地连接，每个活塞被配置在一个位于中央的横向延伸的分隔板的相应侧面，分隔板被活塞的轴毂部分局部穿过，活塞位于沿直径相对的两端，每个活塞通过其在球形外壳中的相应的旋转销围绕一根第一轴线相对于五个活塞非对称地可以枢轴式转动地进行安装。
从挪威专利说明书NO.810691知道有一种上述类型的动力转换机器。该专利提出两个互相关联的方向相对的锥形短柱形状的活塞，它们在球形外壳中的一个共用的静止的分隔板的相对两侧上滚动。更具体地说，通过每个活塞和活塞之间的一块滑板(轴毂部分)，在活塞和分隔板之间的滚子构造的相对两侧上，形成几对交替地增大容积和缩小容积的工作室。此处一对依赖于一个滑板，该滑板使活塞相互连接，而且滑板可以在静止的分隔板中的封闭槽孔中倾斜。
本发明的目的是从结构和实用的观点提出一种更简单的在实际中更容易适用的解决办法。特别是，作为目的的这种办法可以避免上述活塞靠着分隔板滚动并避免使活塞相互连接的滑板沿轴向滑动，而代之以利用一种可以更容易控制的活塞来回运动，并同时采用在活塞和分隔板之间可以更容易密封的连接。
根据本发明所述的动力转换机器，其特征在于，每个活塞具有活塞面方向相反的球截体形式，其最外面的末端是活塞的球截体的球面，其最内端通过上述轴毂部分互相连接，上述轴毂部分具有位于中间的部分圆柱形的轴毂部分表面，它们形成靠着相当的部分圆柱形的分隔壁表面的轴承面，并且分隔板围绕在球形外壳中心与第一轴线交叉的另一轴线可以枢轴式转动地安装在球形外壳中，在活塞轴毂部分的相对两端处的分隔板装有轴承部分，该轴承部分带有每个活塞用的部分圆柱形的轴承面和对应于活塞轴毂部分端部轴承面的端部轴承面。
从英国专利说明书NO.1，259，801和NO.1，549，269中知道有几种解决办法，其中每个活塞具有活塞面方向向反的球截体形式，其最外面的末端是活塞的球截体的球面。活塞之间直接形成两个相对的起作用的工作室。
利用根据本发明所述的一种可以枢轴式转动地安装的分隔板，人们可以纯粹从结构方面获得一种在分隔板和活塞之间的更简单更有效的配合连接。特别是分隔板可以与活塞一起参与某些运动和相对于活塞参与其它运动，因此，通过活塞和分隔板的复合的强迫控制的相对运动，可以在相应的工作室内获得容积的变化。更具体地说，当活塞和分隔表面以相互强迫控制的方式相对于球形外壳的内表面共同运动时，活塞表面和分隔板的相对表面可以同时互相相向和相离地倾斜。
利用根据本发明所述的球截体形式的活塞和一个可以倾斜地连接到活塞上的分隔板，活塞表面和分隔板的相当的相对表面可以按需要设计成各种不同的形式，以便以根据情况尽可能有利的方式适应压缩条件、入口和出口开孔的开通和闭合、可能的阀门开通等等。例如，上述表面可以是平的，或由于局部增大或减小分隔板和活塞的厚度而具有相应的或多或少随意曲线形状的外形。
根据本发明，也可能确定工作室的大小，这完全取决于对分隔板和活塞所确定的尺度并取决于活塞销的旋转轴(上述第一轴线)和活塞的倾斜轴(轴毂轴线)之间所确定的角度。
根据本发明，借助于两个活塞和配合的分隔板，在360°转动角内，对于四个工作室中的每一个，可以完成每个周期具有各自的吸气和排气步骤的两个接连的工作周期(例如对于二冲程内燃机)和分别具有相应的四个工作步骤的一个工作周期(四冲程内燃机)。利用上述两轴之间的，比如35°的角度，人们可以在机器的四个工作室的每一个室中对每个活塞获得140°(4×35°)的共同(来回)角运动，因而获得对所有四个活塞为560°的总角运动。对于根据本发明的某些应用例子来说，下述情况是显著有利的，即每个工作周期可以确定为180°的转动角度，其中几乎一半的转动角度(接近90°)用于入口步骤，而几乎另一半的转动角度(接近90°)用于出口步骤。相应地，下述情况对于其它应用领域(如对四冲程内燃机)来说是有利的，即每个工作周期(四冲程Ⅰ～Ⅳ)可以确定为360°的转动角度，其中几乎一半的转动角度可以用于两个冲程(例如冲程Ⅰ和冲程Ⅱ)，而几乎另一半的转动角度可以用于另两个冲程(例如冲程Ⅲ和Ⅳ)。此外，最后提到的情况中有利的是，两个相邻的室一个接一个运转通过两个接连的工作冲程。通过使用在同一根轴线上的两个发动机组，人们可以让有关的工作室一个接一个通过所有四个工作冲程(Ⅰ～Ⅳ)。
根据本发明可以以这种方式(在二冲程内燃机或其它发动机或机器中)实现两个工作室内入口步骤的有效控制，而同时可以相应地有效控制其它两个工作室中的出口步骤。在包括互相接连的入口和出口步骤的180°工作周期(在球形外壳中转动180°)之后，利用相应的入口和出口步骤可获得相当的另一个180°的工作周期。如果需要，在上述两个轴线之间的角度可以设定为比上述35°角更大或更小的角度，以便对每个工作步骤相应地改变每个工作室的容积。
纯粹从结构方面考虑，最好有一个曲轴穿过活塞及其共用的轴毂部分，曲轴通过第三转动轴线可以转动地安装在活塞内，它在每个活塞中具有转动的和止推的轴承，曲轴以已知的方式牢固地连接到上述旋转销上。
用这种方式，可以以利用一个共用曲轴上的相应轴毂部分穿过活塞的有效方式来安装活塞，并且有可能在曲轴和活塞之间的轴承部分中有效地流过润滑剂。同时可以用现成方式保证球形外壳中润滑剂通道和相应的工作室之间的有效密封。
根据本发明，一个主要的优点是，活塞与相应的共用曲轴一起形成一个牢固的转动体，它可以在发动机球形外壳的室内部枢轴式地转动，即可以在两个轴颈之间枢轴式地转动，轴颈可以枢轴式转动地安装在发动机外壳内，刚巧在发动机外壳内室的外边。一个相应的优点是，也属于转动体形式的分隔壁可以在上述发动机外壳内室中倾斜，并且可以枢轴式转动地安装在发动机外壳中，刚巧在发动机外壳内室的外面，在活塞和曲轴之间形成的空间中。人们可以用准确可控的方式在活塞的转动范围内强迫控制分隔壁的倾斜运动，因此避免了活塞和分隔壁内的阻滞力。人们也可以用特别紧凑的方式构成上述构件，需要的空间很小，也就是说具有大的容积效率。此外人们可以实现摩擦力最小，同时配合公差最小，而构件彼此准确地适配。
根据本发明，由于具有180°的工作周期(相对于挪威专利说明书810691中解决办法的270°)，实现了一种远远简单得多的装置，其入口和出口开孔及可能的其它机构具有更简单更有利的部位，阀门的数量更少，或者可能不用阀门，阀门和其它机构的控制更简单更有效。此外，当需要时可以实现相当简单的密封。
根据本发明所述的机器属于效率相当高而体积相当小因而需要的空间很小的机器，可以用于许多不同的目的。例如，本机器可用于压缩机、泵、气动或液压发动机、活塞蒸汽机、斯特林发动机或其它类似机器的形式。此种情况下，入口开孔和出口开孔可以相对于球形外壳分别受活塞和分隔板的运动的控制，不需要使用阀门或其它控制装置。
如果机器为四冲程内燃机形式，排气开孔和换气开孔可以部分通过分开的阀门与部分通过分隔板和活塞而分别受到控制，即相应利用分隔板和活塞盖住和打开开孔而进行控制。人们可以用这种方式在某些冲程中用阀门控制(也就是分别开通和闭合)排气开孔和换气开孔，而换气和完全排空的时间和持续期可以分别由分隔板和活塞的运动来控制。
如果机器为斯特林发动机的形式，机器可以包括两个发动机机组，每个都连接到共用轴的端部，一个发动机机组与一个加热装置联结，而另一个发动机机组与一个冷却装置联结，有一个热交换器围绕其共用轴安置在冷却装置和加热装置之间。因此由几种途径实现特别有利的解决办法，有可能实现一种容积效率高的大大缩小的发动机。这使得本机器也就是斯特林发动机可以在一系列不同领域中获得巨大的应用。
在最后提到的情况中，最好通过一个角度调节装置将两个发动机组连接在一起，以互相调节发动机组的工作步骤，调节装置最好是枢轴活塞装置的形式，它用调节阀进行控制和液压操作，调节阀最好由发动机组彼此围绕共用转动轴的角转动进行调节，以控制发动机功率并转动一对发动机组使其分别沿两个彼此相反的转动方向运转。
从下面参考附图的说明中，可以理解本发明更多的特点，其中
图1表示本发明所述的机器的垂直剖面图，用压缩机形式举例说明，其中活塞例示处在一个外部位置，剖面是沿中央穿过活塞的共用曲轴而截取的。
图2表示图1机器的部分剖面和部分侧视图，其中活塞位置与图1中相同，但例示的剖面与图1中的剖面互相垂直。
图3表示本机器与图2中相似的部分剖面和部分侧视图，其中的曲轴为图2中所示位置转动45°。
图4表示沿中央穿过活塞的共用曲轴截取的剖面图，其中活塞表示与图3中例示的相同的角位置。
图5以三次膨胀活塞蒸汽机的形式示意地表示本发明所述的机器，其中蒸汽机的输送泵也是由本发明所述的机器制作的。
图6用剖面图表示如图5所述的机器的细节。
图7以八室斯特林发动机的形式示意地表示本发明的机器。
图8和图9表示图7所示的斯特林发动机用的调节装置，分别用图9中沿8-8线的剖面图和图9中沿9-9线的剖面图表示。
图10和图11以四冲程内燃机的形式表示本发明所述的机器，用图11中沿10-10线的剖面图和图10中沿11-11线的剖面图表示。
图12示意地表示图10和图11所示的机器中相应的四个发动机室的四个冲程。
图1至图4展示了一种动力转换机器，它在本发明的实施例中是分别以一种抽吸气体泵介质的压缩机形式和一种抽吸液体泵介质的泵的形式举例说明的。或者是，机器可以用作分别由气体或液体压力介质驱动的气动发动机或液压发动机。
图示的球形外壳10由两个相似的主要部件10a和10b构成。部件10a和10b通过相同的法兰部件11连接在一起，法兰部件11带有固定孔11a和相应的固定栓12，因此在外壳内部形成一个球形空间13。
每个外壳部件10a和10b在其与法兰部件11相对的端部装有套筒形轴承部件14。图1显示，在轴承部分14中有一对联结的旋转和止推轴承15、16，其中可以转动地安装了一个旋转销17a和17b，它组成曲轴18的一部分。曲轴18穿过带有轴承部分14的外壳10。曲轴18的主要部分18a固定连接到旋转销17a和17b上。在举例说明的实施例中，旋转销和曲轴18的主要部分18a为整体结构。在旋转销和曲轴的主要部分18a之间的过渡部分中有一个轴颈部分19，它通过垫片20靠着轴承部分14形成密封。曲轴18的主要部分18a具有一个位于中央的圆柱形轴杆部分21和一对在轴杆两端的相对的轴毂部分22及一对在轴毂两端的相对的球壳部分23，轴杆部分21具有最小的直径d1，轴毂部分22具有中等直径d2，球壳部分23具有最大的直径d3。
曲轴18可以转动地围绕第一旋转轴X-X安装，X-X穿过旋转销17a、17b的中央和外壳10的中心，而曲轴的主要部分18a有一根主轴Y-Y，该轴在举例说明的实施例中与X-X轴形成35°角。曲轴的主要部分18a可以转动地安装在一个具有内部截面分阶的孔腔25的活塞构造24中，孔腔25以一定的配合容纳主要部分18a，并具有中间轴衬26、27。在28和29处显示了相应的球壳部分23和活塞结构24之间的密封，在30和31处分别显示了活塞结构24的球形端面32与外壳10的内球面33和轴毂部分22的内球面34之间的密封。图中显示了一个通道35，它穿过旋转销17a、轴毂部分22、球壳部分23与在曲轴主要部分18a和活塞结构孔腔25之间的环形中间空间，衔到穿过曲轴对立端部处的球壳部分23、轴毂部分22和旋转销17b。
活塞构造24由两个相对的活塞36和一个中间共用轴毂部分37组成，它们组成一个相连的部件。更具体地说，活塞构造24是由两个一半的组件制成的(沿Y-Y轴并对图1图面成直角划分)，它们用螺栓或类似的可以解脱的固定机构以不再图示的方式固定在一起。用这种方法可以以现成方式将活塞构造安装在曲轴外边的位置中。
每个活塞36有两个相对的活塞面36a、36b，它们在图中表示成与图1的图面成直角的平面形式。中间轴毂部分37具有相同的互相对立的圆柱形密封面37a和37b。轴毂部分37穿过图1图面的尺寸较活塞36为短，在其两端具有径向的密封面，它们沿轴向推靠在分隔板40中的相对的轴毂部分38和39中相当的径向密封面(见图2)上。从图1可以明显看出，活塞构造的轴毂部分被配置在分隔板49中的通孔内，通过密封面37a和37b紧靠通孔中的凹形密封面41a和41b形成密封接合，通孔是在分隔板40的中心切割成的。
分隔板40在其周缘上装有两个相对的枢轴销42、43，它们可以枢轴式转动地安装在相关的轴承套管44、45中，后者位于围绕Z-Z轴互相靠在一起的法兰部分的对应空腔中。分隔板装有两个成球截体形状的相对的圆盘部分46、47，它们通过上述轴毂部分38、39(见图2)互相连接。为便于装配起见，分隔板40分成平行于图1图面的两部分(图中不再表示)。
图1中活塞36图示于各自的外部位置上，该处形成工作室48a和49a，在分隔板40的相对两侧在活塞表面36b与分隔板表面47a和46b之间具有最大容积。与此相似，在分隔板40两侧在活塞表面36a与分隔板表面47b和46a之间形成一个具有最小容积的工作室(在图3中进一步图示为48b和49b)。
图2中虚线50a表示外壳10的球形内表面上两个入口开孔(它们被配置在直径的两端)中的一个，刚巧在两个外壳部件10a和10b之间的结合处附近。同样，虚线50b表示外壳10的球形内表面上配置的两个出口开孔中的一个，刚巧在外壳部件10a和10b之间的结合处附近。在图2中省略的外壳10的一部分中表示了一个入口开孔50a和一个出口开孔50b，各自配置在分隔板40的枢轴销42的相应侧面上，而相当的开孔50b和50a以相同方式分别配置在图2中外壳10后壁的另一枢轴销43的相应侧面上。在图2中例示的位置中四个联结的开孔为分隔板40的球形端面46c(47c)所盖住。将分隔板40从图2所示位置向外摇开-这是通过沿箭头P1所示转动方向围绕X-X轴旋转带有相应的活塞36和轴毂部分37的曲轴18和通过沿箭头P2所示的倾斜方向围绕分隔板的Z-Z轴相应地倾斜分隔板40而实现的一每个开孔50a和50b将被置于与其相应的工作室48a、48b、49a、49b连通。
在图3中，活塞36和分隔板40被图示位于两个外部位置之间的中间位置上，那就是说，是在将活塞36围绕X-X轴转动90°和将分隔板围绕Z-Z轴相应地用力再倾斜35°之后。在图3所示的中间位置上，在分隔板40的球形端面47c(46c)和相应的活塞36的球形端面36c之间示有一个暴露区51和52(如用斜线所示)。从图3明显看出，区域51和52将由分隔板40和相应的活塞36的运动联合控制。从图2所示位置到图3所示位置，工作室48a(49a)的容积将减小，而工作室48b(49b)的容积将增大。
从图3中位置到活塞的其它外部位置，通过沿箭头3所示的倾斜方向倾斜，分隔板40将向着图2所示的分隔板开始位置往回倾斜，通过分隔板的这种逆倾斜，工作室48a(49a)的容积将继续向最小值缩小(同样如图2中对工作室48b所示)，而在将活塞构造从图1和图2所示的开始位置转动180°之后，工作室48b(49b)的容积将相应地继续向最大值增大。此后在一个等价的新周期中，当活塞构造通过360°一圈的最后180°回到图1和图2的开始位置时，工作室48a(49a)的容积将增大，而工作室48b(49b)的容积将相应减小。在这个360°一圈中，每个工作室48a、48b、49a、49b已经经历了一个工作介质流入和流出(或流出和流入)的全封闭工作周期，那就是说，经历了一种接一种的四种成对相等的容积。图4中表示了两个短管棒53和54，每个短管棒以不再图示的方式穿过外壳部件10a、10b的法兰部分11处的壁部连通在外壳10中的各自相应的入口开孔和出口开孔。另两个短管棒同样配置在外壳的沿直径相对的壁部上，连通其它两个开孔(入口开孔和出口开孔)。这图1～4举例说明的实施例中，本发明是以抽吸气体或液体工作介质的压缩机或泵的形式表示的。但是，如上所述，该结构也适用于由气体或液体工作介质(压力介质)驱动的气动或液压发动机的形式。下面作为举例说明的实施例将说明许多种不同类型的机器，它们带有各自的附加设备，但带有与图1～4中实施例所述的主要部件相对应的主要部件。
图5中所示的第二实施例举例说明一种三次膨胀活塞蒸汽机6°，带有三个串联的蒸汽发动机61、62、63。发动机61通过两根平行的进汽管64a、64b从蒸汽锅炉64输入新鲜蒸汽，从发动机61排出的蒸汽通过两根平行的蒸汽管65a、65b输入发动机62，从发动机62排出的蒸汽通过两根蒸汽管66a、66b输入发动机63，从发动机63排出的蒸汽通过两根管子67a、67b输入蒸汽冷凝器68。冷凝液通过管子68a从冷凝器68输入阶式水箱69。管子70从阶式水箱69通出分支为两根支管70a、70b，通到一个四室输送泵71。两根支管72a、72b从输送泵71通到蒸汽锅炉64。
每个发动机61、62、63和输送泵71属于如图6和图1～4中分别图示的对应的通用结构。
图6表示二部件外壳10的一个截面。分隔情况与图1～4中的结构的有关说明相对应。在外壳中图示了一对沿直径相对的入口开孔50a和一对相当的在中间沿直径相对的出口开孔50b，它们相对于外壳截面的内表面打开和关闭，不使用额外的阀门而分别受对应于图1～4中的分隔板的分隔板40的运动的控制和受对应于图1～4中的活塞的活塞36的控制。分隔板40以与图1～4中的枢轴销相对应的方式围绕外壳10中的枢轴销42、43可以倾斜地安装。分隔板40和活塞36的结构和运转方式对应与图1～4中所述的分隔板40和活塞36的方式。
在图7中本发明所述的机器以八室斯特林发动机或引擎的形式表示，带有封闭的热回收再生流路，其中工作介质在不同的温度水准受到压缩和膨胀。斯特林发动机或引擎可以根据需要分别构成发动机、热泵、压力发生器和冷却发动机或类似机器。在举例说明的实施例中，斯特林发动机预定用作发动机，带有外部燃烧或其它外部加热并带有相应的外部冷却。
图中表示的两个串联的发动机85、86的示意装置，它们通过轴承88、89a、89b、90连接到共用的驱动轴上。一个发动机85受冷却装置91(周边用实线表示)的包围，另一发动机受加热装置92(周边用实线表示)的相应包围。在发动机85、86和相应的轴承89a、89b之间的轴连接93(用虚线表示)为热交换器或普通的再生换热器94(周边用实线表示)所包围。
根据本发明所述的解决办法是这样安排的，即一个冷却发动机组85具有四个分离的室，其中只有两个室85a、85b示于图7，而另一发动机组86具有相当的四个分离的室86a、86b、86c、86d。在两个发动机组85、86之间显示四个分离的导引通道95a、95b、95c、95d。更准确地说，一个发动机组中，四个室中的每一个通过对应的上述通道与另一发动机组的相应室连接。以这种方式获得一种带两对双动活塞的装置，也即每个发动机组中有两个双动活塞。一个发动机组中的活塞相对于另一发动机组中的活塞存在90°相位移。这导致，两个发动机组的活塞在工作周期的某些部分压缩它们之间的介质，而在工作周期的其它某些部分却允许它们之间的介质膨胀，并在工作周期的其它部分允许介质从一个工作室通到另一个工作室。(一种两对双动活塞的系统的普通斯特林周期)。
图中没有分别表示冷却装置91或加热装置92和热交换器的详细情况，因为图7作为原理示意图例示了解决办法而没有特别强调细节。例如，通道在长度和整体方面可以做成不同于图中所示形式，这对熟悉本技术的人是很明显的。但是要求管子共同具有相同的长度和同样的容积。
箭头P2表示两个发动机组中分隔壁40的两个相对的倾斜方向之一，而箭头P1表示带两个活塞36的活塞结构的枢轴方向。一个发动机组86的活塞36表示位于一个外部位置，而另一发动机组85中的活塞36取一个中间位置。图7中两个发动机组的活塞配置表示彼此相对于转动轴存在角位移90°，因此一个发动机组的工作室整个时间都相对于另一发动机组的工作室存在90°相位移。
根据本发明所述的解决办法的主要部分是它使用两个发动机组，它在结构和运转方式两方面都主要对应于图1～4中所示的解决办法。但是，必须注意到，在本发明所述的解决办法中，对于斯特林发动机，它不使用任何形式的阀门，因为相对两端处的管子对两个发动机组中相当的工作室处于永久打开的连接状态，不存在对各自工作室连接的遮盖。本发明的主要优点是，斯特林发动机同时得到结构紧凑的解决办法，因为它可以用相对最小的体积获得特别高的效率，因而对空间的要求最小，大大节省材料并节省有关设备。
根据本发明，通过采用两个这样的发动机组85、86，人们能够进一步调节两个活塞装置之间的角度位置。图8和图9表示在一个发动机组的轴颈99和另一个发动机组的轴颈100之间的液压联接器98。一个轴颈99与第一活塞件101牢固地连接，另一轴颈100相应地与第二活塞件102牢固地连接。活塞件101、102装置在共用外壳104的共用内室103中。图中分别表示内室103和环形室106a之间的液压通道105a和105b与通到三向调节阀108上的管道接线107a和107b。利用阀门108中的手柄109，人们能够在需要时通过液压控制介质转动活塞杆101和102，使它们互相靠近或分开。具体地说，活塞件可以从图8所示的外部位置转动180°到另一外部位置，通过一个对应于图7所示位置的中间位置(90°)，也就是在两个发动机组中活塞装置之间存在90°角位移。活塞装置可以从图7所示位置沿相反方向分别向两个外部位置转动90°。这使得人们可以沿相反方向将角偏移从90°减小到0°。在两种情况下效率都可以降低到零。人们可以从效率为零的外部位置开始，通过将角位移分别增大到90°并超过90°而将效率逐步地提高到最大值。根据活塞件彼此相对采取何种外部位置，人们可以沿相应的两个相反方向从零开始持续地向着最大效率提高。换言之，可以用特别简单的方式使驱动方向从停止位置倒转，因为枢轴方向是由选作起点的外部位置决定的。此后偏移可以增大到90°，并通过将偏转增大到超过90°而继续进一步增大效率。因此，根据枢轴方向向何种外部位置运动，人们可以通过改变发动机组之间的角偏转而以相当简便的方式保证发动机功率的有效调节，并保证将枢轴方向从向前运转倒转为向后运转，反之亦然。
图10、图11、图12用一种四冲程内燃机110来举例说明本发明，这种内燃机的外壳10是由两个结合在一起的外壳部件10a和10b构成的。也可以采用与二冲程内燃机有关的类似装置。
图10表示了四个相联的火花塞和燃料阀111a、111b、111c、111d，也就是其相应的室112a、112b、112c、112d用的火花塞和燃料阀的联合。其次，图中表示了两个阀门控制的排气通道113a和113c与两个阀门控制的换气通道113b和113d，每个带有独立的阀门114，也就是各自的一对室所用的通道。火花塞和燃料阀的同期控制可以通过已知原理以本质上已知的方式实现。排气通道和换气通道的打开和关闭的同时控制，可以分别部分地通过阀门控制和部分地通过类似滑板的开闭来实现，滑板的开闭分别借助于分隔板40和活塞36来实现。火花塞、燃料喷嘴和排气通道出口相对于分隔板40和活塞36的运动路径的部位分别是这样确定的，使得可以获得最有利的效果。
二冲程内燃机(不再图示)要求单独控制换气阀，而排气通道的开闭可以只通过活塞和分隔壁的控制，或者只通过分隔壁的控制。换气必须通过过压(过载器)来实现。
对应的排气通道的阀门114和分隔板40的枢轴销42、43安装在发动机外壳的对应空腔内，也就是在外壳部件10a、10b之间的结合面内。
图12示意表示四冲程发动机的四个冲程，用参考编号115a、115b、115c和115d表示的四部分简图来举例说明，它表示位于分隔板40和两个活塞36之间的四个各自不同的工作室112a～112d的工作步骤(Ⅰ～Ⅳ)。
借助于四个中心定位的彼此同心设置的想象的环116a、116b、116c、116d(每个对应于一个冲程Ⅰ～Ⅳ)，可以利用开孔117a、117b、117c和117d标记四个燃料阀门/火花塞111a～111d(图10)的开通连接(在相应的环或冲程内)，利用开孔118a和118b标记两个排气阀门113a和113c(图11)的开通连接(在相应的环或冲程内)，利用开孔119a和119b标记两个换气阀113b和113d(图11)的开通连接(在相应的环或冲程内)。
从图12可以理解，在每个部分简图(115a～115d)中，发动机的每两个工作室也即分别沿直径相对设置的工作室112a、112c和112b、112d在同一冲程内工作。其次，也可以理解，每个位于一个活塞36的侧边并位于与分隔板40的同一侧的两个相邻的工作室112a、112b分别具有互相接续的冲程。相应地，工作室112c和112d分别具有互相接连的冲程，也就是如工作室112a和112b的相应冲程。在部分简图115a～115d所示的冲程Ⅰ～Ⅳ的每一个中，只连贯地使用四个冲程Ⅰ～Ⅳ中的两个。在实际中这可以用飞轮来解决。或者是，可以串联使用两个发动机组，其中一个发动机组的工作室按照另一个发动机组的工作室所处冲程(例如冲程Ⅲ和Ⅳ)之前的两个冲程(例如冲程Ⅰ和Ⅲ)进行工作，使得四个冲程在任何时间都分布在两个发动机组的工作室之中。
在二冲程发动机中两个冲程对应地成对配置在活塞相对两侧和分隔板相对两侧上，通常不需要飞轮和(或)额外的发动机组。但是，对于四冲程发动机或二冲程发动机可以在同一根轴上使用两个或更多的发动机组。
通过由活塞36的旋转运动所控制的分隔板40(图12中不再图示)的来回倾斜及因此而随后产生的强制来回倾斜，可以获得图示的四冲程发动机的工作冲程Ⅰ～Ⅳ(部分简图115a～115d)。打开过程(即发动机室的不同入口和出口的开通)的开始所采取的角度位置主要如图示的环116a～116d中的开通所指示的，并在角度上与不同的简图115a～115d有关。图12中通常只用环116a～116d指示不同的阀门等在哪一个冲程中被激活，而不太多强调这些位置彼此的角关系，因为角关系只是示意地图示。也没有在角度上暗示打开过程包括冲程(或接续的冲程)的多大部分。
在冲程Ⅰ中只是第一室112a中的燃料阀/火花塞111a(示于开孔117a处)和沿直径相对的室112c中的燃料阀/火花塞111b(示于开孔117b处)被激活。
在冲程Ⅱ中，分别是沿直径彼此相对的室112b和112d的燃料阀/火花塞111c(示于开孔117c处)和111d(示于开孔117d处)被激活。在同一冲程Ⅱ中，室112a和112c的排气通道113a和113c(示于开孔118a、118b处)被激活。
在冲程Ⅲ中，室112b和112d的同样的排气通道113a和113c(开孔118a、118b)被激活。在同一冲程Ⅲ中，室112a和112c的换气通道113b和113d(示于开孔119a、119b处)被激活。
在冲程Ⅳ中，正是室112b和112d的同样的换气通道113b和113d(开孔119a、119b)被激活。
从以上叙述显然可以知道，四个燃料阀/火花塞111a～111d是分别激活的，比如说通过电子控制而不受活塞或分隔板的控制而分别激活。在实际中，排气通道113a和113c将在两个最先的冲程中开通而在接连的冲程中闭合，也就是说，两个相对的邻室一个接一个地打开，而后受两个邻室中间的活塞36交互控制。相应地，换气通道113b和113d将两个最先的冲程中开通而在两个接连的冲程中闭合，也就是说，两个相对的邻室一个接一个地打开，而后受两个邻室中间的活塞36交互控制。
权利要求
1.一种动力转换机器，它具有一对在球形外壳(10)中转动的彼此相对的分开的双动活塞(36)，活塞通过一个在球形外壳中央的共用轴毂部分(37)彼此牢固地连接，每个活塞被配置在一个位于中央的横向延伸的分隔板(40)的相应侧面，分隔板被活塞的轴毂部分(37)局部穿过，活塞位于沿直径相对的两端，每个活塞通过其在球形外壳中的相应的旋转销(17a、17b)围绕一根第一轴线(X-X)相对于每个活塞非对称地可以枢轴式转动地进行安装，这种动力转换机器的特征在于，每个活塞(36)具有活塞面(36a、36b)方向相反的球截体形式，其最外面的末端是活塞(36)的球截体的球面(36c)，其最内端通过上述轴毂部分(37)互相连接，上述轴毂部分具有位于中间的部分圆柱形的轴毂部分表面(37a、37b)，它们形成靠着相当的部分圆柱形的分隔壁表面(41a、41b)的轴承面，并且分隔板(40)围绕在球形外壳中心与第一轴线(X-X)交叉的第二轴线(Z-Z)可以枢轴式转动地安装在球形外壳中，在活塞轴毂部分(37)的相对两端处的分隔板(40)装有轴承部分，该轴承部分带有每个活塞用的部分圆柱形的轴承面和对应于活塞轴毂部分(37)端部轴承面的端部轴承面。
2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，有一个曲轴(18)穿过活塞(36)及其共用的轴毂部分(37)，曲轴通过第三转动轴线(Y-Y)可以转动地安装在活塞内，它在每个相应的活塞中具有转动的和止推的轴承(15、16)，曲轴(18)以已知的方式牢固地连接到上述旋转销(17a、17b)上。
3.如权利要求2所述的机器，其特征在于，曲轴(18)和相应的转动销(17a、17b)为整体结构，而活塞(36)和轴毂部分(37)是由沿纵向划分的两个(或多个)分部构成的。
4.如权利要求1、2或3所述的机器，其特征在于，处在活塞的具有最小的和最大的工作室容积的相应的外部位置中的分隔板(40)的球形端面(46c、47c)，盖住球形外壳(10)中的入口开孔(50a)和出口开孔(50b)，每个开孔在分隔板相对两端的枢轴销(42、43)的相应侧面上，而分隔板(40)的球形端面(46c、47c)控制入口开孔(50a)和相应的容积增大的工作室之间的沟通，并控制出口开祝 0b)和相应的容积缩小的工作室之间的沟通。
5.如权利要求4所述的机器，其特征在于，分隔板(40)的球形外表面(46c、47c)在靠近分隔板枢轴销(42、43)的中央区具有最大的宽度，并具有从枢轴销向球形外表面的两个相对端部逐渐减小的宽度，分隔板(40)包括两个圆盘部分(46、47)，它们通过过渡部分(38、39)互相连接，过渡部分(38、39)与活塞的轴毂部分(37)沿轴向准直，活塞在轴毂部分的相对两侧上。
6.如权利要求4或5所述的机器，其特征在于，入口开孔(50a)和出口开孔(50b)的位置和大小是这样的，使得它们的面积可以由分隔板的球形端面(46c、47c)与其相应活塞(36)的球形端面(36c)协同地盖住和打开。
7.如权利要求1～6中任何一项所述的机器，这种机器为压缩机、泵、气动或液压发动机、蒸汽机或类似机器的形式，其特征在于，入口开孔和出口开孔各自唯一地分别受活塞(36)和分隔板(40)相对于球形外壳(10)的运动的控制。
8.如权利要求1～6中任何一项所述的机器，这种机器为四冲程内燃机的形式，其特征在于，排气开孔和换气开孔各自部分地受独立的阀门与部分地受分隔板(40)和活塞的控制，后一种情况分别通过用分隔板和活塞分别打开和盖住开孔。
9.如权利要求1～7中任何一项所述的机器，这种机器为斯特林发动机或引擎，其特征在于，这种机器包括两个发动机组(85、86)，分别连接到一根共用轴的端部上，一个发动机组(85)与冷却装置(91)联接，另一个发动机组(86)与加热装置(92)联接，而一个热交换器(94)被配置成围绕冷却装置和加热装置之间的共用轴。
10.如权利要求9所述的机器，其特征在于，两个发动机组(85、86)通个一个角度调节装置互相连接，用以互相调节发动机组的工作步骤，调节装置最好是枢轴活塞装置的形式，由调节阀控制并进行液压操作，而且调节阀是通过发动机组围绕一个共用转动轴的相对角转动进行调整的，以便分别沿两个互相相反的转动方向控制发动机组并转动这一对发动机组。
全文摘要
一种动力转换机器，它装有带活塞结构(36，37)的球形外壳(10)，活塞结构具有两个可围绕第一轴线(X-X)转动的双动活塞(36)，双动活塞与可围绕第二轴线(Z-Z)倾斜的分隔板(40)配合，分隔板与来回运动的活塞表面(36a、36b)形成四个工作室。分隔板(40)被强迫连接到活塞结构上，使当活塞转动时分隔板倾斜而不转动。入口开孔和出口开孔相继与四个工作室沟通，它们受活塞和分隔板的联合运动的控制而打开和关闭。
文档编号D03D47/27GK1038136SQ8910470
公开日1989年12月20日 申请日期1989年5月27日 优先权日1988年5月27日
发明者托尔·拉森 申请人:3D国际公司