专利名称：旋转活塞式机器的密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转活塞式机器，特别是这种机器工作室的密封装置。本发明适用于旋转活塞泵和压气机，它特别适用于旋转活塞发动机压缩气体的密封。因此，本文只对这种应用作详细描述，但并不排除将本发明用于其它旋转活塞式机器中。
旋转活塞式发动机通常设有径向密封装置和轴向密封装置，所述径向密封装置是控制活塞径向圆周面压缩气体的泄漏，所述轴向密封装置是控制活塞轴向表面压缩气体的泄漏。
旋转活塞式发动机密封的泄漏主要是反应在旋转活塞内燃机与往复式内燃机之间的性能差别上;在旋转活塞式发动机中，径向密封装置及其对应的摩擦表面的迅速磨损已成为现存的重要问题。据有关资料表明，三分之二到四分之三的泄漏都是发生在径向密封装置上，而其余部分是在活塞轴向侧面上产生。众所周知，减少泄漏可大为改善发动机的性能。
在旋转活塞式发动机中，为了保证密封装置的密封表面与活塞或壳体的摩擦表面之间的最佳密封接触，径向密封装置必须是可径向运动的，这就是说径向密封装置不能紧配合地安装在凹槽中。从而，径向密封装置的主要泄漏区是密封装置的轴向端部。由于在轴向密封装置和径向密封装置之间可能产生压缩气体的泄漏;因此，将轴向密封装置直接邻近活塞径向周边安装通常是不合适的。
本发明目的是为了减轻旋转活塞式机器的泄漏，将径向密封装置安装在壳体上而不装在活塞中。
根据本发明第一方面的内容，它提供了一种旋转活塞式机器，其中包括一个壳体、一个活塞，该活塞具有外包络面为余摆线形周边的工作面，并且偏心地可旋转地安装在两相对侧壁之间的壳体中。所述壳体具有一个基本上和余摆线形外包络面相一致的配合工作表面，并带有一个密封表面的径向密封装置，该装置安装在配合工作面向内弯的凸出部的凹槽中，并延伸跨过活塞的周边工作面。该径向密封装置包括一起限定组成密封面的密封元件组，并且这些密封元件组相对于活塞周边工作面是偏置的。中间密封件是弹性偏置的，并且在所述的中间密封件的弹性偏置的作用下，楔形件的两相对楔形面与相邻的密封元件配合以促使相对的端部密封件与凹槽的相应端部实现密封接触。
由本发明的第一个方面可知，借助于对活塞周边工作面的弹性偏置，楔形中间密封件起作用，从而促使径向密封装置与安装在凹槽的径向密封装置的相应端部实现密封接触。
由前面两段所限定的旋转活塞式机器对活塞或每个活塞可能有多于一个在壳体的配合工作面中向内弯曲的凸起部，且径向密封装置位于该弯曲凸起部之中。每个这种的径向密封装置都是与本发明的第一方面内容相一致的。
除了中间密封件之外，所述的密封元件可由凹槽的合适的楔形表面对活塞的周边工作面偏置，但通常是所有的密封件相对于活塞都是弹性偏置的。
例如，弹性偏置装置可借助于在径向密封装置后在凹槽和/或弹簧装置中的流体压力而获得。该弹性偏置装置也可直接作用在除中间密封件以外的密封件上，从而促使端部密封件轴向向外地与凹槽的端部贴合，以此帮助提高中间密封件之作用。
楔形中间密封件在朝向活塞的周边表面方向上逐渐变尖，并且该中间密封件的相对楔形表面最好是朝着半径方向上倾斜，从而帮助除中间密封件外的偏置密封件与活塞的周边工作面接触。对于倾斜的楔形面来说，其相对于径向方向的倾斜角度约在1°到45°范围内，最好是在5°至20°之间，并且两楔形表面的倾角最好相等。
中间密封装置可以是只构成径向密封装置的完整密封面的一小部分，如从0.1至10%。因此，当径向密封装置是新的时，在中间密封装置的密封表面的轴向长度可小于1mm。中间密封装置用比其它密封装置材料稍微软的材料制作而成。如果中间密封件比其它密封件更软，当径向密封装置是新的时，如中间密封件构成的密封面的相应端部相对于活塞周边工作面稍微突出其它密封件，则该中间密封件将被迅速地磨损至其它密封件的密封表面的同一水平面上。所有的密封件都可由公知的材料制成，诸如，铸铁与石墨的复合材料或者陶瓷材料。
在一个实施例中，在径向密封装置中只有三个密封元件，即中间和两相对端部的密封件;所以，中间密封件的两相对楔形表面直接与两端部密封件结合。
布置在凹槽中的密封元件最好是这样的即从相邻燃烧室来的压力燃烧气体能作用在密封件上使它们朝向活塞的周边工作面产生偏移。在一个实施例中，密封件在其侧面至少有一个塞孔对着相邻的燃烧室的一侧，在密封件的后面径向凹槽中设有一个空间;因而，压力气体能从相邻的密封件的密封表面的开口端部的凹槽中和在密封元件与相邻的凹槽的侧边壁通过而进入塞孔，然后再进入密封件后部的空间。该同一压力燃气促使密封元件与凹槽中的相对侧壁实现密封件贴合。径向密封装置联系着两个燃烧室，其中一个(燃烧室)在它的各一边，在密封装置的每一侧边至少设置一个塞孔。
根据本发明的第二方面的内容，它可以与本发明第一方面的内容一起使用，或者第一方面的内容单独使用。第二方面的内容提供了一种旋转活塞机器，该机器包括一个壳体、一个外包络面为余摆线形的周边工作面的活塞，并且它被偏心地安装在两个相对侧壁组成的壳体中间，该壳体内有一个配合工作面，该工作面与余摆线的外包络面基本上协调一致;该活塞有一个相应的周边轴向密封装置，该装置在与周边工作面相邻的每一侧壁周围延伸，并与壳体相邻的侧壁实现密封性接触，在壳体上有一个于配合工作面向内凹的突出部装有一个径向密封装置。该径向密封装置从活塞的周边工作面伸出，并且从壳体的至少一个侧壁中伸出密封装置与径向密封装置邻接，它被弹性地偏置与活塞的侧壁实现密封性接触，从而至少是基本上封住径向密封装置和相应的周边轴向密封装置之间的间隙。
由本发明的第二方面的内容，在环形轴向密封装置和在活塞的轴向侧边的径向密封装置之间的任何径向间隙至少是基本上由侧面密封装置密封住，并且活塞的摆动尽量由侧面密封装置的弹性偏移所吸收。
如在前面两段所述的那样，侧面密封装置最好设置在壳体的两相对侧面壁的每一侧面之中，以便在两则与活塞贴合。对每一个活塞，在壳体上可以有一个以上的径向密封位于相应的向内的弯曲部圆形截面的，但在另一种双燃烧室的布置中，其横截面可基本上是肾形的，并且塞杆居中地安装在径向密封装置的中轴平面上，该肾形截面的两端圆形部分在中心平面的相应部分延伸。
本发明的第一和第二方面的内容特别适用于旋转活塞式机器，但这并不是必不可少的。该机器的活塞是按1∶1母圆的外包络面所限定的长短幅圆外旋轮线的余摆线外形设计的。活塞的周边工作面和/或壳体的配合工作面距该数学地精确的余摆线基本上是等距离的，并对发动机以非限定方式作出进一步描述。
根据本发明各方面的内容，本旋转活塞式发动机的一个实施例可参照附图描述如下。这一实施例仅作为示例说明本发明，但本发明并不限于该实施例。
图1是通过示意性显示该旋转活塞式机器的轴剖面图;
图2是沿图1中2-2线的局部剖视图;
图3绘出带有径向和侧向密封装置的多个旋转活塞式发动机的轴向局部剖视图;
图4详细绘制了图3中所示的一个径向密封装置和一个侧面密封装置的局部放大图;
图5是沿图4的A-A线横剖面图，它显示了只与单个燃烧室相联系的径向密封装置的布置情况;
图6是类似于图5所示的部分视图，是对除去单个方案的成对布置燃烧室布置情况;
图7是类似于图5所示部分的视图显示了成对布置的燃烧室的另一方案。
参看图1和图2，旋转活塞式机器10包括壳体12，一曲轴14支承分中，并且每个这样的径向密封装置最好有一对与其关联的侧面密封装置。
弹性偏置的侧面密封装置与活塞的密封性接触可以由例如弹簧装置和/或流体压力的手段来实现。在最佳的实施例中，侧面密封装置是由受压弹簧来实现弹性偏移的，但侧面密封装置也可由相邻燃烧室中的压缩燃气的压力偏置，它借助于从径向密封装置后面的空间接受到燃烧气体并通过通道延伸到侧面密封装置中。另一方面，流体的压力也可由其它机器中产生的压缩流体提供之。
侧面密封装置部分在同活塞贴合的部分最好大致设置得使其表面的一部分与活塞的周边工作面和径向密封装置的尖端相切，而另一部分与周边的轴向密封装置的邻近面相切。
侧面密封装置部分在与活塞接合部最好是利用比径向密封材料相邻部分的材料较软的材料制成，从而减轻径向密封装置邻近部分防止侧面密封装置因弹性偏置而与活塞进行密封接触的可能性。径向密封装置的邻近部分是由如陶瓷或铸铁与石墨的复合材料制成。在这种情况下，与活塞贴合的侧面密封装置的邻近部分是由例如铅青铜制成。
侧面密封装置设置在相对于壳体燃烧室一边稍微偏离一些，例如从径向密封装置的中心轴平面向着燃烧室侧偏离10°至21°。这种布置仅对在壳体中只有一端是燃烧室的发动机是合适的。但在壳体的每端都带有一燃烧室的发动机中，则所述的一个侧面密封装置可布置在径向密封装置的中心线上，或者，两个侧面密封装置都这样布置即每一个都象如上所述的那样。向着相关的燃烧室一侧偏离。最好是象在前述的装置中，侧面密封装置与活塞接触的部分是在壳体内轴向相互隔开的普通滑动轴承16、18之间，并绕轴15旋转。所述壳体是标准形式设计的形状，它包括第一外设组件20、第二外设组件22和端部外设组件24、26，其中轴承16、18分别装在所述的端部外设组件中。
曲轴14有一个阶梯形的曲柄销28，所述的曲柄销包括相当大的直径的第一区段30和在第一区段30和曲柄臂34之间延伸的具有相当小直径的第二区段32。曲柄销28的轴线29相对曲轴14的轴线是偏心的。
曲柄销28的大直径区段30装有一个旋转活塞36，它在壳体12的第一外设组件20中。活塞36利用轴承38可旋转地装在曲柄销的第一区段30上。活塞36基本上是如图2所示虚线的心脏形。因此，活塞是由1∶1母圆确定的外包络面的长短幅圆外旋轮线形的。则所述活塞的周边工作面带有一个向内弯曲的自由边40，但该自由边40也可以包含一弯曲部分。
活塞36在工作室44中绕旋转曲轴14旋转，该工作室44由外设组件20的周面和壳体12的外设组件22和24相应的侧面所限定而成。该外设组件20设有与活塞配合工作的表面46，该表面之形状基本上与偏心旋转的心脏线形的活塞36的外包络面相一致，活塞36的周面37基本上与数学地精确的余摆线形状一致，并且工作表面46是相应的形状。当活塞36绕着曲柄销28旋转时，其活塞表面始终与相对的径向密封装置48保持接触。这些径向密封装置48中的每一个安装在配合工作表面46的相应向内弯曲的壳体的外设组件20的凹槽中。
所述的活塞36和配合工作表面46的形状要求活塞在相反的方向在曲轴上以两倍曲轴转速的角速度旋转。所需要的同步运动可由各种不同的系统获得，其中包括直接的和间接的驱动机构，但如图所示，该同步机构是由偏心机构获得的，与这种机器和这种机器的改进型的其它方面的内容一起构成了名称为“旋转活塞式机器”这一尚未批准的专利申请案的主题内容，所述的尚未批准的专利申请的内容可作为参考之用。
偏心机构包括一个直接与活塞36连接的偏心组件50，并且包括一对轴向相互隔开的相互错开一个角度的偏心件52和54。该偏心件52、54安装在带有活塞36的驱动轴14旋转的相应的轴段上，该两偏心件52、54的每一个轴线距曲柄销轴线29的距离等于曲柄销28到曲轴轴线15的偏心距。这样，偏心件54的轴线是42，其偏心件52的轴线与曲轴的轴线15重合了。偏心组件50布置在轴向直接与活塞相邻，从而保证了主轴承16和18之间的轴向距离最小。这里相对于偏心件所用的术语“轴隔开”仅仅意味着在径向不是在同一条线上。偏心件可直接在轴向相邻接或如图所示的那样只稍稍隔开。
偏心件52可旋转地装于第一导向块56中。该导向块56由壳体的外设组件22中的相对的导向面58控制在水平方向上(如图1和2所示)作直线往复运动。偏心件54可旋转地装于相应的导向块60中。该导向块60由壳体12的外设组件26中的相对导向面62(仅在图1中示出)控制在垂直方向作直线往复运动。由于相对导向面58、60设置在相应的外设组件中，故它们可容易地加工成所希望的形状。
由于对应的偏心块绕着曲柄销28的轴线29一个曲柄销偏心距的轴线旋转，所以导向块56和60可沿它们各自的轨迹作线性往复运动。但没有必要使导向块56和60沿着活塞的外包络面的长轴和短轴作线性往复运动。该外包络面限定构成了工作表面46。如图2所示，由于它提供了最精确的活塞定位，并且偏心组件50对曲轴的支承量最大，故这是人们乐意接受的，并且这还可以导致使发动机最紧凑。同样，导向块56和60相互之间垂直地作往复运动也是没有必要的。
为装配图1和2所示的旋转活塞式机器10，最好将每个曲轴14在小直径曲柄销区段32的一端或另一端分成两部分，或者将组件50制成相对于活塞36是可分的，通常与轴线平行分开。为简便起见，旋转活塞式机器的气口没有在图1和2中示出，但该机器10很容易地用作诸如泵、内燃机或气动发动机这样的被驱动或驱动的机器。
偏心组件50安装在曲柄销28的小直径区段32上，并旋转。该曲柄销使该发动机在径向比没有阶梯形曲柄销的发动机更为紧凑。然而，如没有阶梯形曲轴，偏心组件可与活塞36做成一体的，从而保证偏心组件直接与活塞邻接，从而显示轴向紧凑的优越性，因而使曲轴轴承16、18之间的分离距离可减至最小。
图1和图2绘出了单个活塞的旋转活塞式机器，其中的活塞是按1∶1母圆生成的外包络面具有长短幅圆外旋轮线形的。图2特别示出了壳体上的配合工作表面中的两个向内弯曲的突出部所在的部位，径向密封装置设置在该部位中，并且根据本发明的第二方面的内容，侧面密封装置邻近该径向密封装置安装。
单个活塞或多个活塞的旋转活塞式发动机的其它诸实施例都结合了上述图1和图2所述的偏心机构以提供所需的活塞的同步运动。所述的该活塞或每个活塞都是按1∶1母圆生成的外包络面具有长短幅圆外旋轮线形的。所述的外包络面在前面提到的名称为“旋转活动式机器”的尚未批准的同族专利申请中作了更详细的描述。
图3是通过多个活塞旋转活塞式发动机160的一部分中的隔开的径向密封装置48的组件的轴向剖面视图。该发动机在前面提到的尚未批准的同族专利申请中作了详细描述，为了方便起见，它的工作和安装在此就不再详述，这里只描述工作室的密封。
发动机160的工作原理与图1和图2所示的旋转活动式机器10是相同的。相同的或者相似的部件将给出相同的参考标号加上“，”表示。
参见图3和图4，壳体12′是按标准形式设计的结构，并且是一根曲轴14′由相应的连接螺栓直接接到外设组件166中的轴承座164支承的普通滑动轴承162中，曲轴14′具有若干曲柄。这些曲柄相互偏转180°但在图3中看不出。每个曲柄都由阶梯形的曲柄销28′限定构成。该曲柄销28′具有较大直径的第一区段30′和相对较小直径的第二区段32′。
每个活塞36′由轴承38′安装在第一曲柄销区段30′上，基本上与心脏形活塞36′的外包络面相一致的工作室44′中作逆向旋转运动。工作室44′由壳体12′的第一外设组件20′在工作面46′处限定构成，该工作面与活塞的周边工作面37′配合起作用。
每个偏心件50′通过安全环168用螺栓固定到相应的活塞36′上，该环168是用螺纹拧紧的，并且由轴承170支承在第二曲轴销区段32′上，并与活塞一起做偏心旋转运动。偏心件52′、54′可旋转地装在各自的导向块56′和60′中，该导向块56′和60′由各自相对的导向表面58′和62′控制相互之间作垂直线性往复运动。导向表面58′被限定在壳体12′的外设组件22′中，而导向面62′则被限定在邻近的中间外设组件166的一个中。
工作室44′的相对两侧壁172和174分别由相邻的外设组件22′和外设组件166(不是指与活塞相连的偏心件54′的导向表面62′构成于其上的那个中间外设组件166)限定构成，在该工作室44′中的每个活塞36′都作偏心旋转。
如图1和图2所示，当绕曲轴14旋转时，每个基本上是心脏形的活塞36′与各自外设组件20′的配合工作表面46′始终保持密封接触。所述的外设组件20′在两处限定构成工作室44′，即心脏形外包络面的两向内弯曲部分，并且径向密封装置48′设置在这些地方以提供密封性接触。因此，每个基本上是心脏形的活塞36′与被置于相应的外设组件20′中相应的凹槽176中的两径向密封装置48′相接触。更进一步地说，每个径向密封装置48′与其两相对的侧面密封组件178相接触。
所有的径向密封装置都是相同的，并且所有的侧面密封装置178也是相同的。图4是图3中所示的一个径向密封装置48′和一个完整的侧面密封组件178的放大图。活塞36′具有一周边工作表面37′，沿周边任何方向所得之剖面与该工作表面37′之交线都是直线形的。径向密封装置48′突出于工作室44′，并有一个相应的密封表面180，该表面180延伸到基本上工作室44′的整个宽度。该工作室44′处于相邻组件166和22′之间的壳体外设组件20′之中。这是由密封组件来保证实现的。所述径向密封件包括一对外端密封件182和184，中间楔形密封件186插入两外端密封件之间。密封件182、184及186中的每一个都具有一个如图5至7所示的窄的通常为矩形的横截面。相互对齐的密封件182、184、186装在外设组件20′中的相应的窄的凹槽176中，该凹槽176在邻近外设组件22′和166的一侧是开口的。径向密封装置48′的密封表面180最好如图5和图7所示的那样是突起的截面。
两端部密封件182、184具有相对的倾斜的内端面188、190，其倾角与中间密封件186的楔形面192、194的锥度相对应。每个内端面188和190分别与径向的倾角α可在1°至45°的范围内，最好是如图所示的10°至12°，并彼此相等。由密封件182、184所限定的密封表面180的长度是这样的即至少密封装置是新的时，在密封表面各密封件之间的距离最小，如大约为1mm。由非端部密封件182、184构成的密封表面180的密封区是由楔形中间密封件186构成。
弹簧片196装在各密封件182、184、186和壳体外设组件20′之间的凹槽176的封闭端部，该壳体外设组件20′在端部密封件182和184两相对的肩形件200之间延伸。弹簧片做成这样的形状即使在凹槽中的封闭端部198处的壳体外设组件20′与楔形中间密封件186进行贴合，从而促使所有的密封件与活塞36′的周边工作面37′相贴合，并且与此同时，使密封端件182、184侧向地与各自邻接的外设组件166和22′进行贴合密封。
由于弹簧片196作用在密封端件182和184的相对肩部200处，从而向着外设组件166和22′限定构成的凹槽176的两相对端，密封端件182、184产生某些偏移，而主要的侧向偏移是依靠楔形中间密封件186相对于活塞周边工作面37′的弹性偏移而定。这时，楔形表面192和194促使端部密封件182和184与凹槽176的两端进行密封性接触。这样一来，连续的密封表面180是沿着端部密封件和中间密封件而保持着。
由外设组件166和22′限定而成的凹槽176的两端是在各自垂直于曲轴14′的旋转轴线15′的径向平面内延伸，并延伸到活塞的周边工作面37′。而且密封端件182和184的端部密封面202和204与凹槽176的端面平行，并且也与径向密封装置48′的密封面180垂直。这些端部密封面202和204与径向密封面180以垂直角度相交，从而在整个工作室44′的范围内提供密封。
端部密封件182、184、186可由公知的材料制成，如球墨铸铁或合适的陶瓷或烧结材料，但楔形中间密封件186最好是没有端部密封装置182和184那样抗磨。所以任何从主密封面180上突出的部分(如当密封装置是新的时)都会因与活塞的周边工作面37′的摩擦而迅速磨平到合适的形状。
当活塞36′旋转时，它往往会产生轻微的摆动，由于摆动，它可滑过密封面180而不会将端部密封件升起以脱离与凹槽端部的密封接触。
端部密封件182、184在其面临燃烧室(未示出)的侧面有凹陷206，它在外设组件20′中(或者在同一壳体外设组件中有两个燃烧室的情况下，如图6和图7所示密封件的两面都有)，从而促使从燃烧室来的气体在密封件后面的凹槽176的密闭端部198内迅速建立起气体压力。所述气体是通过相邻的凹槽壁207(如图5)和密封件的侧面通道流入封闭端区域198中的。在图5中用箭头X表示的是朝向邻近燃烧室的方向。在封闭端区域198中建立的压力使密封件偏向于活塞表面37′的一侧，借助于中间密封件186的楔形效果，同时利用相邻的外设组件22′和166限定的凹槽176端部偏移，从而改善密封效果。这种压力效应随着工作室44′中的燃烧情况而周期性变化。
通道208从凹槽的封密端区域198到相对的侧面密封组件178的每一端延伸穿过每一个相邻的壳体外设组件166或22′，以允许燃气压力促使些密封装置与活塞相应的侧壁进行更好的贴合密封。
在图4中，完整地示出了相关的侧面密封组件178中的一个。但两相对密封组件相互之间是镜像对称的。为方便起见，这里只对其中一个进行详细描述。
活塞36′具有公知设计的周边密封装置210。该装置210安装在活塞侧壁的外环槽212中，从而与由相应的外设组件22′和166所限定的工作室44′的侧壁贴合。周边的每个侧面密封装置210包括两个密封元件214和216，这两个元件214和216并排地支承在一环形通道形支承件218上的相应凹槽212中，借助于装在凹槽中的支承件的通道中的波形弹簧将密封件轴向向外地偏移使其与工作室的侧壁进行贴合。
密封件214和216可由铸铁制成，而支承件218可由高温弹性材料如不锈钢制成。
周边侧面密封装置210是为了防止从燃烧室绕活塞36′的周边漏气到相对侧，即工作室44′的低压侧。为了这一目的，由于该燃烧室或每个燃烧室被置于相邻于活塞的周边工作面37′上，所以，周边侧面密封装置210安装在距周边工作面尽量靠近活塞侧壁。然而，在实际情况下，有必要将周边侧面密封装置210安置在距活塞的周边工作面稍微离开一些，但这往往会导致燃烧气体沿着周边侧面密封装置210与相应的径向密封装置48′之间的活塞侧壁泄漏出去。侧面密封组件178就是为了减少这种泄漏而设计的。
每一侧面密封组件178包括一根阀杆222，该阀杆222被偏置于周边侧面密封装置210和径向密封装置48′之间的与相应活塞侧壁接触处。该阀杆可由公知的密封材料制成，包括前述的径向密封元件182、184、186的材料，但最好是用比径向端部密封件182、184更软的材料制成。该阀杆伸入相应的外设组件22′或166中的通道224中，该通道224平行于曲轴14′的旋转轴线15′，穿过部阶梯形的外设组件孔中。在靠近活塞36′的地方，通道224为阀杆222设有封闭的滑动配合，然后在226处设有阶梯形以安置O形密封件228。从活塞36逐渐向外，通道224延伸处再设一个阶梯以安装端板230，阀杆222通过它伸出来，从此，通道224开口进入带内螺纹的主腔室232。从径向密封装置48′后的凹槽的密闭端区域198开始的通道208与邻近端板230的主腔室232打通。阀杆222伸入主腔室232中，并且其端部与法兰234进行摩擦式贴合，阀杆222可与法兰234分离，该法兰234为压缩弹簧236提供了弹簧座。弹簧的另一端支承在空心外螺纹堵头240的盲孔不通的一端。该堵头240拧在主腔室232的内螺纹上并压缩弹簧236，使阀杆222压向活塞的侧壁并与之贴合。堵头240带有一个如图3清楚可见的、但在图4中作了部分简化的六角头。
当活塞36′在壳体外设组件20′中摆动时，侧面密封组件178将向里和向外运动，从而补偿活塞侧向运动。周边侧面密封装置210也调整到适应于活塞的侧向运动。当在径向密封装置48′的后面的凹槽176的封闭端区域198中建立起压力时，如前所述，该增加的压力将沿着通道208传递到通道224的主腔室232和堵头240的空心部分，这时增加的压力将作用在阀杆法兰盘234上，从而增加阀杆对活塞侧壁的偏移。
由图3中可以懂得，保证侧面密封组件178安装就位的堵头240的入口可以是从相应的外设组件22′或166的反面到阀杆222其中伸出的部位。如果在工作室44′没有活塞36′时，则借助于将阀杆222与法兰盘234分离并将其通过通道224拉入工作室44′，就可将阀杆移去并可由别的零件代替。
参见图5，阀杆222是圆形截面的，并且是这样安置的即至少是部分圆周大致与活塞的周边工作面37′和径向密封装置48′相应的密封表面180相切，而圆周的其它部分与周边侧面密封装置210的相邻表面相切，从而对跨在径向密封装置48′和周边侧面密封装置210之间的间隙进行密封。阀杆222主轴线沿径向密封装置48′的中心平面242延伸，尤其是对前面所述的尚未批准的同族专利申请案所述的双燃烧室布置来说更是如此。在单燃烧室布置的情况下，如图5所示阀杆222最好是向壳体外设组件220′内的燃烧室侧(即X方向)稍稍偏置一点，从而在工作室44′中的压力达到最大时产生最佳效果的密封。这种效果通常产生在从径向密封装置48′的中心平面242朝X方向(燃烧室)的偏角大约为10°至21°处，所选之偏置量如图中244所示。
在图5中，活塞36′和周边侧面密封装置210的相应部分只示出了外轮廓，当活塞沿着工作室44′运动时，其周边工作面37′的轨迹由虚线246所表示。
事实上，活塞的周边工作面37′和工作室44′的配合工作面46′都不限定在真实的余摆线内，而真实的余摆线部分如图中248所示。箭头250表明了真实的余摆线248到壳体组件20′的内包络面之间各处都是相等的距离，该内包络面对应于配合工作面46′。箭头252表明了真实的余摆线到活塞的外包络面之间各处都是相等的距离，该外包络面对应于活塞周边工作表面37′的轨迹246。
径向密封装置48′的密封表面180有一个中心尖头254，该尖头254是拱弧形的，并具有一个以径向密封装置的中心平面242和真实的余摆线248的交点为中心的半径。角度β限定了尖头半径离中心平面242的极限角度，并且该角度对应于上死点中心处活塞表面的切线的法线通常是在大约10°至21°的范围之内。在活塞36′的上死点中心或在极根位置时，密封装置48′的尖头半径等于真实余摆线到活塞外包络面之间的距离。
从中心尖头254朝外，密封表面180在形状上通常与活塞的周边工作表面37′对应。
如图6所示，在成对活塞布置的另一个实施例中，两侧面密封组件178与各自的阀杆222结合，或者一个侧面密封组件178与两个阀杆222相结合，并且它们可由独立的弹簧偏置或相连的弹簧偏置。该侧面密封装置组件178可相邻于活塞36′的相对的各侧面的每一个而安置，并带有如上所述的相对于相关的燃烧室偏置的两阀杆。可以从图6中看出径向密封装置48′在其密封件的两侧带有凹陷206。
在壳体外设组件20′的相应端带有两个燃烧室的发动机中，一个更有效的但成本稍高的结构形式的侧面密封组件的阀杆222表示在图7中。在这种结构形式中，阀杆的横截面基本上是肾形的，它包括两个基本上是半圆的端部256，一个半径等于真实余摆线248和活塞外包络面之间的距离的凹部258及一个半径等于真实余摆线248和周边侧面密封装置210的径向外边缘之间的距离的凸起部260。该肾形阀杆222在径向密封装置48′的中心平面242两则延伸，从而，阀杆的大体为两半圆的端部256基本上相应于图6所示的两分离式阀杆222。这种肾形的阀杆222有效地密封住活塞36′与相邻壳体外设组件22′和166的侧壁之间的处于活塞的周边密封面37′和侧面密封装置之间的间隙。由于具有这种外形之间阀杆，这一间隙在活塞的各个部位都能被密封住，而不是在工作室44′中建立最高压的同时才密封的。
阀杆22最好是用诸如铅青铜这样的比径向密封装置48′的相邻部分较软的材料制成。这样使得，当径向密封装置随着发动机使而磨损时，如果封在活塞侧壁和相邻的壳体外设组件166和22′(见图4)之间的间隙上的密封装置48′的端部没有磨损的那样快，则径向密封装置之端部将嵌入阀杆222的材料中，从而由径由密封装置48′确保对活塞36′的周边工作面37′的有效密封。
很容易意识到侧面密封组件178可与许多其它形式的径向密封装置一起使用，包括与单片密封件一起使用。
熟悉本技术领域的技术人员会意识到这里描述的本发明是易于变种或改进成与本发明说明书以外的其它形式。应该懂得本发明还包括所有这样的属于本发明之精神和范围之内的变种和改进型。
权利要求
1.一种旋转活塞式机器包括一个壳体、一个活塞，该活塞具有外包络面为余摆线型的周边工作面，并可旋转地且偏心地安装在两相对侧壁之间的壳体中，该壳体具有与余摆线形外包络面基本上相一致的配合工作面，并且在配合工作面向内弯的凸起部分的凹槽中设置一径向密封装置，该径向密封装置横贯活塞周边工作面的密封面，该径向密封装置包括多个密封元件，这些密封元件限定构成密封面并且向活塞周边工作面偏置，中间密封件是弹性偏置的，楔形件在所述的中间密封件的弹性偏置作用下，其相对的两楔形表面与相邻的密封装置配合下，从而使相对的端部密封件与凹槽的相应的两端壁进行密封性接触。
2.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于配合工作面有两个或多个向内弯曲的凸出部分，径向密封装置装在每一个向内弯曲的凸出部相应的凹槽中。
3.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于所有的密封装置朝向活塞是弹性偏置的。
4.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于密封装置是弹性偏置地与凹槽的两端面贴合。
5.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于弹性偏置是由凹槽内的径向密封装置后面的流体压力而获得的。
6.如权利要求5所述的旋转活塞式机器，其特征在于凹槽中密封装置的位置是这样的即活塞与配合工作面之间的壳体中的流体压力能进入凹槽，从而促使各密封件与活塞周边工作面进行接触。
7.如权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于弹性偏置是由弹簧装置完成的。
8.如权利要求7所述的旋转活塞式机器，其特征在于弹簧装置是由一片弹簧构成。
9.如权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于中间密封装置的相对的楔形表面是向着径心方向倾斜。
10.根据权利要求9的所述的旋转活塞式机器，其特征在于除中间密封装置以外的与相对的楔形表面配合的密封装置的表是相应倾斜的。
11.根据权利要求9所述的旋转活塞式机器，其特征在于相对的各楔形表面是相等地并相反地倾斜着。
12.根据权利要求9所述的旋转活塞式机器，其特征在于每一个相对的楔形表面与径向的倾斜角是在1至45°的范围内，但最好是在10至12℃范围内。
13.根据权利要求9所述的旋转活塞式机器，其特征在于中间密封装置是密封表面长的0.1%至10%。
14.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于中间密封装置比其它密封装置不耐磨。
15.根据权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征在于中间密封装置的各相对楔形表面直接与端部密封件相配合。
16.根据权利要求1所术的旋转活塞式机器，其特征在于所述壳体是按标准结构设计的，并带有可在第一外设组件中旋转的活塞，该组件中设有凹槽，该凹槽在该第一外设组件中沿轴线是开口的，凹槽的两端是由相邻的外设组件限定的。
17.一种旋转活塞式机器包括一壳体、一个活塞，该活塞具有外包络面的余摆线型的周边工作面，并可旋转地且偏心地安装在两相对侧壁之间的壳体中，该壳体具有与余摆线形外包络面基本上一致的相配合工作面，该活塞装有一个相应的周边轴向密封装置，该密封装置围绕周边工作面相邻的每一侧壁延伸，并与壳体的相邻侧壁进行密封性接触，该壳体在配合工作面向内弯曲的凸出部设有一径向密封装置，该密封装置有一横贯活塞的周边工作面的密封面;侧面密封装置从与径向密封装置相邻的壳体的侧壁中伸出，并被弹性地偏置以便与活塞的相应侧壁实现密封性接触，从而至少是基本上封住径向密封装置和各自相应周边轴向密封装置之间的间隙。
18.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于侧面密封装置从壳体的侧壁中伸出，并被弹性地偏置与活塞的相应侧壁实现密封性接触。
19.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于所述的弹性偏置是由弹簧装置执行的。
20.根据权利要求19所述的旋转活塞式机器，其特征在于所术的弹簧装置包括一个螺旋弹簧。
21.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于弹性偏置至少一部分是由流体压力产生的。
22.根据权利要求21所述的旋转活塞式机器，其特征在于通道把在侧面密封装置和壳体内的凹槽联通，而径向密封装置安装在凹槽之中，所述之流体压力在该凹槽内建立起来，并借助于通道与侧面密封装置连通。
23.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于壳体是带有活塞的标准结构件，径向密封装置设置在第一外设组件中，侧面密封装置设置在相邻的外设组件中。
24.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于侧面密封装置与活塞接合的部分大约是这样定位的即其表面的一部分与活塞周边工作面和径向密封装置的尖头相切，其表面的另外部分与周边轴向密封装置的相邻表面相切。
25.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于侧面密封装置在与活塞接触的部分是由比径向密封装置相邻部分材料更软的材料制成。
26.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于其中燃烧室设在配合工作表面内，并且侧面密封装置位于径向密封装置中轴平面朝向燃烧室偏离一个角度。
27.根据权利要求26所述的旋转活塞式机器，其特征在于所述的偏角在10°至21°范围内。
28.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于在配合工作表面内设有两相对燃烧室，两个弹性偏置的侧面密封装置设在其中，每个侧面密封装置位于径向密封装置中心轴平面朝向相应的燃烧室偏离一个角度。
29.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于两相对燃烧室设在配合工作面内，并且侧面密封装置与活塞接触的部分之截面基本上是肾形的，它位于径向密封装置中轴平面中心部分，肾形截面的部分圆形端分别在中心平面两侧延伸。
30.根据权利要求17所述的旋转活塞式机器，其特征在于径向密封装置是权利要求1所述的装置。
全文摘要
旋转活塞机包括一壳体、一个外包络面为余摆线形的活塞，该活塞在壳体两侧壁之间内旋转。活塞的径向密封装置安装在壳体的凹槽内。在第一实施例中，径向密封装置包括一起限定构成与活塞周边表面贴合的密封面的多个密封元件，并向着活塞偏置。在第二实施例中，周边的轴向密封装置绕活塞之侧壁延伸。侧面密封装置从壳体侧壁中伸出，并被弹性地偏置着以使与活塞的侧面实现密封性接触，从而基本上密封住径向密封装置与周边轴向密封装置之间的任何间隙。
文档编号F01C19/06GK1051777SQ9010913
公开日1991年5月29日 申请日期1990年10月4日 优先权日1989年10月4日
发明者赫尔默思·理查德·尤贝尔 申请人:尤贝尔机械有限公司