用于位移式泵或压缩机机器的装置的制作方法

文档序号:15432513发布日期:2018-09-14 21:47阅读:122来源:国知局

本发明涉及一种用于位移式机器的装置,包括:a)不能旋转的壳体,该壳体包围能相互运动的两个部件;b)第一部件,其外周缘能可控制地沿壳体的内壁以旋转方式移动;c)第二部件,能可控制地相对于第一部件的内周缘面移动;以及d)与壳体的壁结合的至少一个入口孔口和至少一个出口孔口。

进一步,本发明在第一方面涉及一种控制齿轮装置,用以于使同轴的第一部件和第二部件进行连续的互相能够变化的运动,其中,所述第一部件和第二部件与主驱动轴可操作地配合,在第二方面本发明涉及一种与机器装置操作配合的控制齿轮装置,用于控制机器装置中的两个连续旋转互相可移动的功能部分,从而使同轴的第一部件和第二部件在机器装置进行连续的互相可变运动,所述第一和第二部件与旋转主驱动轴操作地配合,该旋转主驱动轴构成控制齿轮装置的一部分,

所述主驱动轴分别与第一部件的第一旋转副驱动轴可操作地齿轮耦接并且与第二部件的第二旋转副驱动轴可操作地齿轮耦接,并且

所述齿轮耦接包括在其中的相互配合的椭圆齿轮,所述旋转主驱动轴装备有固定附接的椭圆齿轮。

本发明还涉及这种控制齿轮装置的使用。



背景技术:

从文献中已知,作为一种产品,有各种不同类型的位移式机器,例如,内燃机、压缩机和泵。但是,这种机器通常具有两个平行或两个偏心设置的旋转轴线。

最常见的是,基于旋转几何结构的容积变化的内燃机是汪克尔发动机(wankelengine,转子活塞发动机),这种发动机目前仍在发展。但是,其他基于几何容积变化的转子式内燃机没有投入任何商业性开发。

已知的汪克尔发动机仅有一个转子,该转子在固定封闭壳体中偏心地旋转。在其第一实施例中(在当今的已知版本中),其结构设计为:壳体绕自己的轴线旋转,这意味着汪克尔发动机的该第一变形实际上呈现为双转子发动机的形式。

但是,尽管汪克尔发动机在单位时间范围内表现出高旋转能力,操作中几乎无振动,结构尺寸小以及重量轻,但其在商业上并非获得巨大成功。这是由于存在很大的缺点,例如,由于对定子内周缘的运动路径的精细抛光和涂覆有要求,所以制造成本相对较高,定子与转子之间存在严重的密封问题,特别是朝向周边的方向。这是由于,这些密封面变得极其狭窄,几乎像一个细条一样,而且在旋转期间邻接角度变化很明显。在某种程度上,这些问题中的一部分已从技术角度得到解决,但几何结构方面的挑战仍然几乎无法解决。特别是在隔室中转子与定子之间在周边处的燃烧表面变得非常大,几何上的压缩比非常小。这导致汪克尔发动机表现出较低的效率和较高的燃油消耗量。

在文献和多个专利公开中,有多种涉及具有呈现偏心旋转轴线的一个或两个转子的机器的方案。

以下专利公开作为相关背景技术的代表而被引用:us2012/0080006-a1、us3430573-a、us2004/0187803-a1、wo03/008764-a1、us5622149-a、gb1021626-a、gb1028098-a、us3356079-a以及us3112062-a。

具有旋转几何结构的纯位移式或膨胀式机器通常以气体压缩机的形式出现,并且在某种程度上,以气体膨胀式机器的形式出现。目前广泛使用的是具有两个平行转子和旋转轴线的螺杆式压缩机(screwcompressor),特别用于产生加压空气。在将压力转换成机械动力的膨胀式机器的领域内,具体地,具有偏心旋转轴线的基于壳层(lamellae)的机器,这种机器还用于由加压空气提供动力的工具。

相似类型的其他结构以(例如)液泵的形式出现,即位移式机器。偏心几何结构也经常用在泵中,例如,汽车发动机的润滑油泵。



技术实现要素:

本发明的目的是针对挑战和已知的问题找到一种解决方案,这些挑战和已知的问题涉及在引言提及类型的装置(比如内燃机)的常规操作中密封和面积比率,根据本发明,提供了一种机器,其具有转子式机器的多种优点,例如,结构紧凑、质量轻、与质量力相关的振动小,还具有简单机械结构,其中最小化可活动部件的数量,同时可选择所需的压缩比。

根据本发明,开头所述的机器的特征是:

e)能相互运动的两个部件具有同轴的旋转轴线,

f)所述第一部件内部具有至少两个径向朝内的翼部,所述两个翼部沿该部件的翼部之间的弧形内壁被设置成互成角度间隔,

g)所述第二部件具有毂,所述毂具有至少两个径向朝外的翼部,所述翼部互成角度间隔,

h)所述毂在第二部件的翼部之间的部分与在第一部件上的翼部的弧形自由端部分滑动接触或邻接接触,

i)在另一部件上的每个翼部的自由端部分与在第一部件上的弧形内壁滑动接触或邻接接触,该弧形内壁在第一部件上的所述两个相邻翼部的相应的翼部之间,

j)所述第一部件和所述第二部件均可连续旋转地移动,但能相互运动地可变,所述第二部件的翼部可在第一部件上的相应的相邻翼部之间移动,因此,在第一部件和第二部件上的配合翼部对之间形成的隔室的容积在形成的隔室的旋转周期期间分别连续增加和减少,和连续地减少和增加,

k)所述两个部件的一个第一轴向端与第一盖滑动接触或邻接接触,所述第一盖具有用于可控的与隔室连通的孔口,所述第一盖构成所述壁,所述两个部件的第二轴向端由第二盖覆盖,所述第二盖附接在第一部件上并与第一部件共同旋转,所述第二部件与第二盖滑动接触或邻接接触,并且

l)能相互运动的所述部件的运动是由控制齿轮装置产生的,所述控制齿轮装置与机器的能旋转的主驱动轴操作地配合。

根据一个实施例,与控制齿轮装置配合的旋转主驱动轴分别操作地齿轮耦接第一部件的第一旋转副驱动轴和第二部件的第二旋转副驱动轴,在各个齿轮耦接中整合有配合的椭圆齿轮。此外,所述主驱动轴和所述第一和第二副驱动轴同轴。

根据本发明的所述第一方面,前言中所述的控制齿轮装置的特征是,构成控制齿轮装置的一部分的旋转主驱动轴分别与第一部件的第一旋转副驱动轴和第二部件的第二旋转副驱动轴的操作地齿轮耦接,在相应的齿轮耦接中包括配合的椭圆齿轮,其中,所述主驱动轴和所述第一和第二副驱动轴同轴。

根据前言中所述的控制齿轮装置的所述第二方面,所述装置的特征是:

-所述主驱动轴与所述第一和第二副驱动轴同轴,

-由以第一相互轴向间距固定互连的旋转椭圆齿轮和旋转圆形齿轮组成至少一个第一同轴组,这些齿轮的旋转轴线与主驱动轴的旋转轴线平行,所述第一组的椭圆齿轮与刚性附接在主驱动轴上的椭圆齿轮形成齿轮啮合,所述第一组的圆形齿轮与用于旋转第一部件的第一部件的副驱动轴上的圆形齿轮形成齿轮啮合,以及

-由以第二轴向间距固定互连的旋转椭圆齿轮和旋转圆形齿轮组成至少一个第二同轴组,这些齿轮的旋转轴线与主驱动轴的旋转轴线平行,所述第二组的椭圆齿轮与刚性附接在主驱动轴上的椭圆齿轮形成齿轮啮合,所述第二组的圆形齿轮与用于使第二部件旋转的第二部件的副驱动轴上的圆形齿轮形成齿轮啮合。

使用所述控制齿轮装置是为了控制机器装置的两个连续旋转能相互运动的功能部件,以在机器装置的操作周期中在机器装置中产生连续位移改变的抽吸室、压缩室和排放室(如果所述装置是内燃机或压缩机),或在机器装置中连续形成变化的位移空间(如果所述装置是泵)。

附图说明

下文将参考附图对本发明进行详细说明,附图图示了根据本发明的所述装置和控制齿轮装置的各个部件的当前优选的、非限制性的实施例。

图1在透视图中显示了发动机变型形式的根据本发明的机器装置的主视图。

图2在另一个透视图中显示了图1的实施例,其中部分切除了机器盖。

图3a和3b分别在透视图中显示了所述装置的两个能相互运动的部件的第一部件的前部和后部,所述第一部件为外转子的形式。

图4在透视图中显示了所述装置的两个能相互运动的部件的第二部件,其中所述第二部件为内转子的形式。

图5显示了图4的放大细节部分v。

图6显示了从图3b中所示的第一部件的侧面所见的接合的两个能相互运动的部件的概略图。

图7是具有能相互运动部件的装置的一部分的透视图,为了清晰起见移除了前盖。

图8是具有两个能相互运动的部件的装置的一部分的透视图,其中为了清晰起见移除了前盖,并且切除了部件的不旋转的壳体的一部分。

图9是包括两个能相互运动的部件的装置的一部分的透视图,但是为了清晰起见,去除了包括在其中的控制齿轮装置,且切除了能相互运动的旋转部分的不旋转的壳体的一半,以及控制齿轮装置的不旋转的壳体的一半。

图10是根据本发明的控制齿轮装置的透视图。

图11显示了具有两个能相互运动的部件的装置,为了清晰起见切除了包围两个部分的壳体的一部分,并示出了控制齿轮装置,为了清晰起见切除了包围控制齿轮装置的壳体的一部分。

图12显示了图10所示的装置,其中所述控制齿轮装置以局部分解图的形式显示。

图13a、13b和13c分别图示了在平面视图、侧视图和xiiic-xiiic截面中所见的用于控制齿轮装置的第一类型的齿轮。

图14a、14b和14c分别图示了在平面视图、侧视图和xivc-xivc截面中所见的用于控制齿轮装置的第二类型的齿轮。

图15显示了两个能相互运动的部件在每个时间单位内的回转数与机器驱动轴每个时间单位内的平均转数(uniformnumberofrevolutions)的关系曲线。

图16a-16f图示了两个能相互运动的部件在装置与发动机相关的一个工作周期内在六个不同位置处的位置,其中前盖适于发动机的运行模式。

图17a-17b图示了两个能相互运动的部件在装置与压缩机相关的一个工作周期内在六个不同位置处的位置,其中前盖适于压缩机的运行模式。

图18a-18b图示了两个能相互运动的部件在装置与泵相关的一个工作周期内在六个不同位置的位置处,其中前盖适于泵的运行模式。

具体实施方式

根据以下说明,应指出的是,无论所述装置用于发动机的运行、压缩机的运行还是泵的运行,即使为各个应用领域分别提供了不同的前盖104(图1、2和图16a-16f)、105(图17a-17b)和106(图18a-18b),两个能相互运动的部件(分别被表示为内转子101和外转子102,特别参见图3a、3b、4、5、6和7)的最开始的运行方式与控制齿轮装置201相同,具体如下文结合相应的功能周期所描述的。由内转子101和外转子102的旋转形成的可变隔室在轴向上受到所述前盖104(或者前盖105或106)和后盖103的限制,如图2、8、9、11和12所示。后盖103用螺栓固定在外转子的周缘上,具体如下文结合图3b所述。

图1显示了根据本发明的装置的一个实施例,所述装置构造成起发动机的功能。

图1中显示了壳体107,该壳体具有圆形壁108、第一端壁109以及由前盖104(如果用于压缩机的功能或泵的功能,则分别为前盖105或106)的第二端壁104。所述壁108和109优选为整体铸造。所述端壁或盖104(或者为盖105或106,也可构成端壁)优选利用多个附接螺栓110(例如,图1和图2所示)附接在壁108上。

图1还显示了控制齿轮装置的壳体111、用于任何试验台制动器的耦接件112、用于与点火装置114(例如,火花塞,该火花塞可拧到端壁104上)相关的点火指示器的齿盘113。进一步,图1还显示了可以本身已知的方式附接在主驱动轴116(特别参见图2)上的飞轮115。因此,为了简单起见,其他附图中均不显示所述飞轮。所述耦接件112和齿盘113可合适地附接在轴116上,或通过飞轮115附接在该轴上。所述壳体107和111分别设有机器悬挂装置117,118。毫无疑问,也可在各个壳体107,111的直径地相对的侧设置相应的机器悬挂装置。所述壳体107,111可由(例如)四个可互连的部分组成,但在一个实际实施例中,其可分别由两个半部组成,其中,一个壳体的一半与另一个壳体的一半以这样的方式整体铸造,该方式使壳体107和111由两个整体铸造部件组成,然后这两个部件可以接合。可替代地,所述壳体107(即,其壁108和109)和壳体111也可铸造为仅一个项目。第二种方案是当前优选实施例。

控制齿轮装置201的加油嘴短头119位于壳体111顶部,控制齿轮装置201位于壳体内部,具体如下文所述。排油孔120可位于壳体111的底部。可(例如)通过喷射油雾的方式进行加油,使壳体内部并未完全充满油,在重新喷射前可通过孔120将油排出并通过喷嘴短头119进行过滤和冷却。

壳体107上显示有用于从壳体内部吹出冷却空气的至少一个孔口121。

进一步,图1显示了喷射嘴122、顶部具有用于空气过滤器的附件的吸气歧管123、速度手柄125以及排放歧管126。

如图2所示,壁104的外部上有用于从壳体107的内部(即,从由转子101和102及端壁104,109形成的燃烧室)将吸气歧管123和排放歧管126附接至相应的吸气孔口128和排放出口孔口129的托架127。

应注意的是,壁或盖104与前套管或前盖130形式的突出壁部分连接成整体。所述壁104包围外转子102的前轴131,并且所述前套管130包围并夹持外转子102的前轴131的滚柱轴承132。进一步,所述前套管130包围内转子101的轴133。质量惯性(massinertia)补偿器134通过螺栓135附接在内转子的轴133。所述前套管130被前端盖136终止,所述前端盖通过螺栓137附接在前套管130上。冷却油和润滑油入口138合适地位于前端盖136内。但是,可替代地,这种入口也可以实现为置于前套管130内。

图3进一步详细地图示了外转子102。在所示实施例中,所述外转子102具有直径地设置的两个径向朝内的翼部137。只要相应增加内转子上的翼部的数量,即可增加翼部的数量。但是,这可能需要增加机器直径方向上的尺寸。还可将壳体107和转子101,102的多个单元轴向平行连接,或者可增加它们的轴向尺寸。

翼部139设有多个压降槽140。这种压降槽的优点在于,避免了沿壁滑动的密封弹簧,该滑动要求对润滑进行良好控制,因为,特别对汪克尔发动机等类型的发动机来说,这是涉及磨损的一个严重问题。

如上所述,如图8和图9所示,所述后盖103通过使用多个螺栓141附接在外转子102的后侧,所述螺栓附接在外转子102的对应的附接孔142(图3b)中。所述外转子102还在翼部139内设有从外周缘朝内的冷却生成凹口143,使翼部在实际上并非实心,而是空心。所述凹口143与后盖103中的对应孔144(图8)配合,使冷却空气可经过孔和翼部139中的凹口143循环,并可经过沿外转子102的外周缘设置的冷却肋部145,可通过所述吹出孔口121将冷却空气吹出。

所述内转子101的进一步细节如图4和图5所示。该内转子具有毂146和相对的翼部147。翼部147(如外转子102的翼部139)还设有压降槽148,所述压降槽的技术优点与槽140相同,如上文所述。有利地,所述毂146还设有用于内转子的油冷却空间149。所述压降槽148的细节如图5所示,图5图示了图4的截面v。有利地,所述外转子102上的压降槽140以相似方式配置。与位于翼部147的径向部分上的槽151相比,优选地,位于所述翼部147的弧形部分上的压降槽150定位成相互之间距离更靠近。

图6显示了接合的内转子和外转子的“理想化”的视图,为了简单起见,并没有包括外转子上的冷却肋部和安装孔的相关细节,前套管130也不可见。孔152与螺栓110配合,所述螺栓以固定方式插入壳体107的圆环形部分108中的对应的孔(未显示)中。楔形轨道153位于毂内,以便于附接在与内转子101结合的驱动轴133上。下文将对该驱动轴进行进一步说明。

总体来说,在本发明的与所述两个能相互运动的部件关联的定义方面,有一种与机器相关的装置,所述装置包括非旋转式壳体107,即,包围两个能相互运动的部件101,102的壁部分104,108,109,130;105,108,109,130;106,108,109,130。构成外转子的第一部件102的外周缘能可控制地沿壳体的内壁面,即,壳体的盖104旋转运动。另一个部件,即,内转子101能可控制地相对于外部件102的内部弧形周缘面150,即,壁部分进行运动。如图1所示,至少一个入口歧管123和至少一个出口歧管126位于壁104(即,壳体107的前盖)上并与其结合。

从图6中可以特别明显看出,所述两个能相互运动的部件,即,转子101和102,具有同轴旋转轴线,即,所示的轴线155。如上所述,转子102内部具有至少两个径向朝内的翼部139,这两个翼部之间沿转子弧形内壁154(见图3a和3b)有互成角度的间距。在所示示例中,这两个翼部139的径向中间区域之间的角度间距为180o,即,两个翼部139在对角线上相对。内转子101具有毂146,所述毂具有至少两个径向朝外的翼部147,这两个翼部的径向中间部分之间的角度间距为180o,即,这两个翼部147在对角线上相对。在毂146上的部分156是弧形的并且与翼部139的弧形自由端部分157滑动接触或邻接接触。

在内转子101上的每个翼部147的弧形自由端部分158与在外转子102上位于两个相邻翼部139之间的弧形内壁部分154滑动接触或邻接接触。

前两段中的术语“弧形”应解释为具有圆弧段的形状。

转子101,102均可连续旋转地移动,但其相互运动是可变的,所述内转子101的翼部147可在外转子102上的相应的相邻和直径地相对的翼部139之间移动,因此,在外转子102和内转子101上的配合的翼部对139,147之间形成的隔室159,160和161,162的容积在形成的隔室的旋转周期期间分别连续地增加和减少,以及连续地减少和增加。

所述两个部件101,102的第一轴向端可通过托架127与第一盖,即,具有孔口128和129的前盖104滑动接触或邻接接触,以可控地与隔室连通,所述第一盖104构成所述壁。所述两个转子101,102的第二端由第二盖103覆盖,如上所述,所述第二盖附接在外转子102上,由此与外转子一起旋转。这表示,当第一转子101在旋转时,转子101与第二盖103变为滑动接触或邻接接触。

所述两个能相互运动的转子101,102的运动受到控制装置201的影响,所述控制装置操作地包括用于机器的旋转主驱动轴116。

在图3a中,应注意的是,翼部139具有三个孔163。这些孔用于将外转子的前轴131通过螺栓164(见图7)附接在这些翼部139上,滚柱轴承132与外转子的前轴131配合。

内转子101的轴133可以本身已知的方式通过楔形轨道153附接在内转子的毂146上。轴133也在图2和图8、图9中可见。

从图8中可以看出,有利地,具有用于内转子101的滚针轴承165。该滚针轴承在其他附图中不可见,但内轴133也具有位于轴133与盖103之间的另一个滚针轴承166。盖103在其轴向延长线上构成外转子102的驱动轴167。外转子102的驱动轴167的滚柱轴承168的外周缘夹持在壳体111(见图9)上的凸缘169中。外转子的驱动轴167的推力轴承170夹持在轴167与壳体111(见图9)之间。

图8所示的孔171和172为螺钉附件,用于分别将外转子的轴167和内转子的轴133连接至控制齿轮装置201的结构单元,具体如下文所解释。

特别地,如图10至图14c所示,也构成控制齿轮装置201的一部分的旋转主驱动轴116通过齿轮耦接件202,203;202,204与第一旋转副驱动轴(即,外转子102的转子轴167)操作地配合,并通过齿轮耦接件202,205;202,206与第二旋转副驱动轴(即,内转子101的转子轴133)操作地配合,其中,在相应的齿轮耦接件中包括配合的椭圆齿轮207-211。

椭圆齿轮207位于主驱动轴116上,并且该椭圆齿轮由所有齿轮耦接件202,203;202,204;202,205;202,206共用。各个齿轮耦接件的在部件203;204;205;206中的齿轮旋转安装在各个轴212;213;214;215上,这些轴安装在附接板216上,该附接板用螺栓经通过板216中的孔217和在壳体111中的附接孔219固定在壳体111。短附接螺栓218可穿过板216中的附接孔219。部件203;204;205;206中还包括圆形齿轮220;221;222;223。齿轮220,221与圆形齿轮224齿轮啮合,该圆形齿轮构成与外转子102的轴167的连接。齿轮222,223与圆形齿轮225齿轮啮合,该圆形齿轮构成与内转子101的轴133的连接。

部件203;204中包括的齿轮组的细节如图13a至图13c所示,从该图中可以看出,椭圆齿轮208;209以间距d1与圆形齿轮220;221轴向分离,但与这些圆形齿轮刚性连接。椭圆齿轮208;209内和圆形齿轮220;221上设有轴承226;227,以使这些齿轮可在轴212;213上旋转。螺栓228将齿轮208,220和209,221与中间件229刚性地互相连接。间距d1在多少要大于齿轮225的厚度,例如,约大10-25%,但其仅应作为一个非限制性方案。间距d1的目的在于使齿轮210,222和211,223以可靠的方式分别形成与齿轮223,224的齿轮啮合。

部件205;206中包括的齿轮组的细节如图14a至14c所示,从该图中可以看出,椭圆齿轮210;211与以间距d2与圆形齿轮222;223轴向分离,但与这些圆形齿轮刚性连接,在一个非限制性实例中,间距d2为(例如)d1的10-25%。椭圆齿轮210;211内和圆形齿轮222;223上设有轴承230;231,以使这些齿轮可在相应的轴214;215上旋转。螺栓232将齿轮210,222和211,223与中间件233刚性地互相连接。间距d2使齿轮225的外周缘不受阻碍地进入该d2尺寸的间隔中。

图中显示了一个第一对相同部件203,204和一个第二对相同部件205,206,但应理解的是,可仅使用每对部件中的一个,例如,部分203和205。仅使用每对部件的其中之一,如果没有提高强度规格,可能会对最大动量(扭矩)传递产生限制。在一个实际的当前优选实施例中,使用了部件对203,204和205,206。

上文所示和的齿轮组的组成为当前优选的组。

因此,从发动机到输出轴116的功率传递是通过各个齿轮组的连接发生的,其中转子102,101通过相应的轴103',131配合(其中c=圆形齿轮,e=椭圆齿轮)。

功率传递用图式表示为:

167→224c→220c+208e→207e→116

167→224c→221c+209e→207e→116

133→225c→222c+210e→207e→116

133→225c→223c+211e→207e→116

在该实施例中,有6个圆形齿轮和5个椭圆齿轮。

一个技术等效方案可如下(由于未作为当前优选实施例的原因,在附图中未显示)(其中c=圆形齿轮,e=椭圆齿轮):

167→224e→220e+208c→207c→116

167→224e→221e+209c→207c→116

133→225e→222e+210c→207c→116

133→225e→223e+211c→207c→216

在该实施例中,有6个椭圆齿轮和5个圆形齿轮。

该技术等效方案意味着,轴167,133上的圆形齿轮224,225变成椭圆形,圆形齿轮220,221,222,223变成椭圆形,椭圆齿轮208,209,210,211变成圆形,共用的椭圆齿轮207变成圆形。椭圆齿轮的初始互成角度的定位必须与当前优选实施例相同,使转子之间进行操作配合变得正确。

如果机器装置以压缩机或泵的形式运行,即,外部驱动功率应用在驱动轴116上,以上两个图式中的箭头方向则相反。

特别地,从图12中可以看出,主驱动轴116和驱动轴167,133同轴(轴线155)。

齿轮组部件203、204、205和206中的椭圆齿轮优选采用相同配置,齿轮组部分203、204、205和206中的圆形齿轮优选具有相同配置。

应理解的是,在当前优选实施例中,控制齿轮装置201进行连续旋转运动,该连续旋转运动控制外转子和内转子的互相可变运动,这些部件的运动的旋转模式是椭圆齿轮208-211的最大直径和最小直径与主驱动轴116上的椭圆齿轮的最大直径和最小直径之间的比率函数。

在控制齿轮装置201技术上等效的替代实施例(未显示)中,该比率函数为椭圆齿轮220-225上的最大直径和最小直径之间的比值,这将决定外转子102和内转子101的配合旋转模式。

壳体111位于后沿区域176处,该后沿区域设有用于螺栓178的多个附接孔177,这些螺栓用于附接覆盖控制齿轮装置201的后盖179。与盖179成一体的套管状部分180包围驱动轴116。

滚柱轴承181位于驱动轴116与部分180的内侧之间。进一步,推力轴承182位于驱动轴166与部分180的内侧之间。推力轴承182通过锁紧环183被保持在位。套管状部分180的自由端由端盖184终止,该端盖通过螺栓185附接在部分180的自由端。如图11所示,驱动轴116穿过端盖184和简单的环(sim-ring)186,该环因此形成驱动轴116与端盖184之间的密封。

如上文结合图1,装置可配置为内燃机,其中,壳体104的其中一个端壁设有空气抽吸门123、排放门126和点火装置,例如,火花塞114和/或燃油喷射嘴122(如果需要燃油运行)。

内燃机可用于根据奥托过程(otto-process)运行。

根据观察图1和图16a至图16f,可以理解的是,火花塞114或喷嘴122在径向上看位于两个转子的旋转轴线155相对于抽吸门和排放门128,129的相对侧,该抽吸门和排放门与相应的歧管123,126结合。

在装置配置为压缩机的情况下,例如,如图17a和图17b所示,其中一个端壁105设有至少两个流体抽吸门172和至少两个流体排放门173。当装置配置为泵时,例如,如图18a和图18b所示,其中一个端壁设有至少两个流体抽吸门174和至少两个流体排放门175。

如图17a、17b和18a、18b所示,各对抽吸门172;174和排放门173;175相邻。抽吸门对和排放门对相对于两个部件101,102的共用旋转轴线155位于直径地相对的位置。

根据图15,可以看出,在一个选择的非限制性示例中,在驱动轴116的恒定转速为3000r.p.m.(每分钟转数)的情况下,转子101和转子102的转速将在2000与4000每分钟转数(r.p.m.)之间以正弦曲线变化,转子101和转子102的速度为反相,在分别经过轴116的0o、90o、180o、270o和360o旋转角度时,转速相同。这些正弦曲线变化是由于在控制齿轮装置中使用椭圆齿轮而产生的。

因此,驱动轴116的转速与转子转速的平均值相等。因此,转子围绕驱动轴的稳定旋转相互摆动:燃烧期间的压力使运动较快的那个转子上的翼部产生较大的动量,该动量被传递到驱动轴上。由于每次点火(对于每个隔室,在可与活塞式发动机的上死点对应的位置处)后转子变化最快,其与活塞顶部和顶盖交替地对应。

根据本发明的装置是内燃机时,其具有与四冲程活塞式发动机相同的某些特征,但与这种发动机也有很大不同之处。

根据本发明的机器,例如,活塞式发动机,具有较小燃烧表面和相对较大的密封面。由于表面较大且互相不接触,可能会形成迷宫式密封和压力阱密封,有利地,可去除隔室区域内的润滑油。与四冲程活塞式发动机相比,对于每次回转,每个隔室进行抽吸、压缩、膨胀和喷射。在具有所示四个隔室的情况下,机器在周期上与八缸活塞式发动机对应。但是,在本发明中,仅要求有一个点火装置并且无需机械控制阀。

为了简单起见,四个隔室159-162中的一个隔室159的运行如图16a至图16f所示。

图16a显示了隔室159的燃油(例如,汽油与空气的混合物)初始抽吸阶段,隔室159在开始抽吸前出于封闭位置。该隔室159用圆点表示。其余三个隔室160-162位于周期的其他部分内。为了便于理解,我们仅对隔室159的抽吸、压缩、点火、燃烧/膨胀和废气喷射阶段进行说明。

图16b显示了隔室159的初始压缩阶段,隔室159已通过抽吸门128完成了抽吸,从所示位置开始进行压缩,抽吸门由翼部147封闭。

图16c显示了隔室159的最终压缩阶段,其中隔室159减少了大部分容积,燃气到达火花塞114上的空间。如果发动机以柴油发动机的形式运行,仅空气受到压缩并到达点火装置114,该点火装置为喷射嘴的形式,用于控制地喷射柴油,然后自发的点火,之后柴油和空气的混合物膨胀。

图16d显示了隔室159的点火和爆炸阶段。在该阶段,火花塞114朝向隔室159打开,并且根据转速的不同,进行特定预点火,如果转速较高则较早发生,一定时间之后转速降低。如果可替代地,发动机通过柴油运行,柴油经过喷嘴(代替火花塞114)的喷射在较晚的时间进行,此时隔室快达到最小容积的状态。这是为了将柴油与压缩空气一起充分地压缩,以便立即自发点火。对于柴油发动机,仅需要一个喷嘴。

图16e显示了隔室159的膨胀阶段,即,在燃油燃烧并且因此膨胀期间的隔室159。

图16f显示了隔室159的吹出阶段,其中,隔室159朝向排放出口孔口或门129打开,以这样的方式向其中喷射燃烧过的气体。

从图16e中可以看出,已经开始一个新的抽吸阶段,同时,图16f中与用黑点表示的隔室159对角线相对的隔室161被压缩。其他三个隔室160、161和162进行与隔室159相同的周期过程,但其处于旋转期间的其他阶段,如图16a-16f所示。从图中可以看出,每次回转期间进行四个四冲程过程,因此该机器与八缸四冲程发动机对应。

将全部气体或流体交换,且在机器的端盖104中点火,具有很大的优点,因为避免了将孔口/门朝向外转子102的周缘,有时这会引起热气体通过包围壳体107而漏出。这种问题在汪克尔发动机中是众所周之的。

如图6所示,应注意的是,如果使用位于周缘的抽吸门和排放门或排出门,可用于转子102的空气冷却多少变得不太可能。

内转子101由油进行冷却,所述油经由前端盖136上的入口138进入,在朝向壳体111的内部的轴向方向上扩散,所述油在其路径上对转子的轴的轴承进行润滑和冷却,然后经由出口120与通过喷嘴短头119进入壳体的润滑油一起,从壳体111中排出。

根据本发明的机器可使用与活塞式发动机相似的涡轮增压器,以增强性能。在这种情况下,增压器可在优良的动态条件下运行,因为涡轮部件可获得几乎均匀的废气流。

由于非接触式转子具有压降阱148、150、151和157,根据本发明的机器可在转子之间内部无油的情况下运行。在摩擦和向环境中排放污染物方面,这具有很大优点,因为实际上油没有受到燃烧产物的污染,油的消耗很少或没有消耗,或者不需要换油。

图17a和17b中的机器典型地以压缩机的形式运行,外功率被传递到驱动轴161。

图17a显示了隔室160的流体(例如,空气和/或燃气)抽吸阶段,而图17b显示了隔室160的压缩流体(例如,空气和/或燃气)的喷射阶段。其余隔室呈现为其他旋转阶段,但实际上,隔室160和162同时处于进行压缩机功能的相同阶段,相应地隔室159和161也是如此。

若为压缩机的形式,机器在每个回转进行四次抽吸和四次喷射,这与四缸活塞式发动机对应。由于同时进行两次抽吸和两次喷射,如果两个抽吸门172能具有共用的供应歧管,并且两个排放门173能具有共用的出口歧管,在周期方面,该机器更可被视为双缸压缩机。

与图16a-16f相同,如图17a和图17b所示,为了便于我们理解特定隔室(此处为隔室160)的运行,将其用黑点表示,但此处的过程更简单。

为了将机器用作压缩机,端盖105使用直径地相对定位的两个抽吸门172和两个排放门173构成的组。如上,这些对应组可互相连接,或单独地运行。运行模式的一种替代方案是,机器可用于将两种不同燃气经由门172与单独的吸入流混合,经由具有共用出口歧管的门173与共同的喷出物混合,由此,具有各自的门的两种不同燃气可压缩,燃气之间的比例可通过对相应的吸入流进行节流而进行控制。显而易见,如上分别互相连接的抽吸门和排放门172和173从所有隔室以全容量压缩一种气体,并压缩到共用出口歧管中。

此处的周期非常简单,在图17a中,气体(可为纯空气或燃气与空气)通过门172吸入,之后压缩并通过门173喷射出来,如图17b所示。

应指出的是,为了通过这种使用获得最大效率,可在隔室容积最小时将转子之间(即,形成的隔室)的几何比变为接近零的值。这可通过(例如)增加转子翼部的宽度,或更改控制齿轮装置201中的控制椭圆齿轮的最大和最小尺寸之间的比而完成。后者可提供较大的通过容积。适合的压缩率由喷射孔口173的尺寸、形状和位置决定。

在压缩机中,并非将压缩比作为一个术语,相反,采用位移比,位移比表示缸总容积的位移是多少。没有位移的部分用“有害空间”表示。压缩机中的位移比应当尽可能高,以尽量避免出现有害空间。由于这个原因,如上,在根据本发明的机器中,还可更改控制齿轮装置201中的椭圆齿轮的某些配置,以尽可能获得最大位移比。

应指出的是,对于气流在相反方向而言,可将机器的相同实施例作为燃气发动机。

根据与图17a和17b所呈现的相似的对应情况,图18a和图18b示出了泵解决方案。

首先,根据本发明的泵在结构上与压缩机相似,但不同之处在于,出口被改变为与入口具有相同的尺寸和形状。

这是因为,位移必须在隔室处于最大容积时开始进行,直到达到最小容积。如上,为了以泵的形式使用本发明,仅需要将前盖104换为盖106的实施例。

图18a和18b清晰地图示了与图17a-17b所示的压缩机应用的很多相似之处。主要的区别在于排放门175的形状和尺寸,此处,该排放门的形状与抽吸门174相似。这是因为,液体无法像空气和/燃气一样压缩,因此,必须在隔室开始缩小时开始进行喷射。否则,其功能将与图17a和图17b中的压缩机功能相同,但在此处的泵的功能中,混合比难以控制,因此可以锁定为1:1。

转子101和102可具有较多数量的翼部,但实际上会减少位移容积并增加受热表面,作为内燃机,会大大增加热损失,因此整体来看,不具有任何技术优势。相反,作为压缩机,需要使用大量的翼部,因为压缩期间热传递的增加会降低多变指数(polytrophicindex),由此降低能源消耗。

控制齿轮装置201的构造可采用除应用椭圆齿轮之外的其他技术解决方案。一个示例为,可使用圆形齿轮代替椭圆齿轮获得几乎相同的运动,但是,这种情况下,齿轮的旋转中心处于齿轮中的偏心位置。但是,这会使结构极其复杂,实际上几乎没有实施的实用性或经济性。因此,所示和的解决方案为当前优选解决方案,但也可考虑先前描述的技术等效方案。

发动机可在轴向上设有多组转子,也可用于除上述用途之外的其他用途。

本发明提供了一种机器结构,解决了燃烧期间涉及密封和面积比方面的问题,例如,可自由选择压缩比,同时形成一种紧凑轻量的结构,该结构在质量力下无振动,在很大程度上具有技术简单性,且具有更少的活动部件。

为了简单起见,显示的所有齿轮没有齿,但应理解的是,这些齿是存在的。齿与齿轮的旋转轴线是平行的、相对于旋转轴线是倾斜的,还是v形形状,根据选择的结构而定。倾斜齿对齿的互相啮合提供了较大的夹持面,产生的运行噪声小,这与具有v形形状的齿相似。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1