专利名称：旋转变容式流体机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机和旋转机器。
专利GB2010401、GB2039328、GB2194322、USA4362014、USA4831827及EP-A-248613都是旋转机器的实例。
根据本发明的一个方面，旋转机器有一偏心地安装在一壳体内的转子，该转子上有若干叶片，每个叶片通过一曲柄连接到一摇摆杆并有一旋转轴，曲柄有一些可绕枢轴旋转的并环绕摇摆杆的径向外端的零件。
摇摆杆可以是径向的。
根据本发明的另一个方面，旋转机器有一偏心地安装在一壳体内的转子，该转子上有若干叶片，每个叶片通过一曲柄连接到一摇摆杆并有一旋转轴，摇摆杆相对于转子的轴线是径向的。
摇摆杆面对面地邻近成对并有用作润滑油进入的槽装置。
曲柄可以有同样的形状。
旋转轴可以是相同的长度或者不同的长度。
摇摆杆在轴套上可旋转，该轴套在一支柱上可旋转，转子可以有一轴向的外部和一轴向的中部，该中部被分裂开以允许圆周方向的膨胀，该外部通过防止径向移动的装置与中部相连接。
从另一个方面出发，旋转机器有一偏心地安装在壳体内的带有叶片的转子，这些叶片与该壳体一起限制出隔室，在该机器内的转子有轴向的外部和轴向的中部，该中部被分裂开以允许圆周方向的膨胀，该外部通过防止径向移动的装置与中部相连接。
防止径向移动的装置包括外部和中部上的相互连接结构。
相互连接结构包括在外部上的槽、中部上的圆环或者外部上的圆环、中部上的槽中部可以是在如上所述机器的里面。
这种机器适合于把冷却剂送到一热交换器。
从本发明的另一个方面出发，内燃机有一个准备由空气压力驱动的旋转装置。
空气压力可以从不依赖于发动机的气源中得到，或者从环境和进气管的压力差中得到。
旋转装置可以用作把压缩空气送到发动机的燃油喷射装置。
旋转装置可操作地连接到发动机的曲轴上或者发电机或者充当发动机的起动马达，也可以是上述的全部。
本发明可以以多种方式实现，参照附图，现在将描述当作实例的一些具体实施例，在附图中
图1代表旋转机器的一转子；图2是驱动叶片的机械联接；图3是用图1所述转子的装置的部分侧剖视图；图4表示一进气阀；图5表示转子的出入口；图6表示了同样的出入口；图7表示另一个转子；图8是一转子组件的纵剖面图；图9至11是一曲柄图；图12至14是辐条的安装图；图15是转子的轴向示意图；图16是中心壳体的透视图；图17表示一变型；图18表示一示例；图18A表示一辐条；图19是一旋转装置的部分透视图；图20是发动机上的一装置；图20A是一示意的工作系统图22是一轴套的剖面图；图23和24及25表示连接的形式；及图26表示一热交换循环；公知的那种旋转机器包括；
(a)一壳体；(b)一偏心地装在壳体内可旋转的转子，该转子有一与壳体共同限制出圆周隔室的装置，该隔室相互之间是分开的；(c)一个当转子旋转时用作流体相继流入隔室的进口；(d)一出口，该出口布置在从进口看去的转子转动的方向上，该出口供上述流体流出用，及(e)一用作从上述转子输出或输入动力的轴；这种机器适合于完成一发动机或膨胀功能(该功能通过当隔室体积增大时，允许热的进入气体在隔室膨胀而完成)或压缩机功能(该功能通过当隔室体积减少时，向隔室提供进入气体进行压缩而实现)。气体可以是呈蒸汽状态。
有一些与其端部一起以从转子扫过的区域轴向地移动的共同轨道移动的曲柄和一些可在支柱上转动并可绕着支柱摇摆的摇摆杆，该支柱被固定到壳体上或者是壳体的一部分，该摇摆杆被固定到曲柄上而曲柄被固定到相应的叶片上，因此摇摆杆绕着曲柄转动，此后，叶片到达一位置，在该位置叶片的尖端仍然是它们被连接到转子上的那部分是突出部。叶片、转子与壳体一起限制出隔室。在转一圈中，叶片时进时出地摇摆以提供相应的叶片运动的膨胀区域和压缩区域。如果机器仅仅地用作膨胀或者仅仅地用作压缩，壳体相应的压缩或膨胀部分可以被省略。在图1至3表示了一实例。
参照图1至3，在图3中，表示一旋转发动机100，该发动机有一个有轴线201的发动机转子200和一有轴线203并完全固定的圆柱形壳体202。在壳体202内转子200看上去是偏心的并与壳体一起限制出一偏心环状空间204。转子200可在固定轴205上旋转并装有12个斜置隔开并带有枢轴的叶片206，用轴207表示该转子，并在壳体内运转，同时该转子的尖端206b和壳体的内表面之间带有非常小的间隙。叶片206各自机械地连接到曲柄208上(现在看图2)，而曲柄208由安装在壳体支柱210上的各自的连杆209摇摆，并绕着轴线203旋转。叶片206在偏心环状空间204内限制出图1上周边的的隔室211，当转子200转动时该隔室的体积循环地变化。转子200按照图1箭头X方向旋转。叶片206的外表面206a是曲面以便当隔室211在最小体积时，该外表面实际上与壳体的内表面一致并同时有一运动间隙。
零件200至210也在现在将要描述的图3中表示出来。
发动机的主要固定件包括壳体202，有轴线203的壳体支柱210，有轴线201的固定轴205。
发动机的主要旋转件包括有锯齿形周边并可绕固定轴205的轴线201旋转的转子200、可绕锯齿根部的轴207转动的叶片206、曲柄208和连杆209。如图1所示，叶片206实际上径向地布满偏心环状空间204(用尺寸线204表示)。
转子的其它部件是一输入或者输出轴220(该轴与用作密封、支承、和润滑的前盘221和后盘222连成一体。在前、后盘221、222之间，有一转子的主体223(200)。在盘子221、222内，转子安装在轴承224、225、228上，叶片206支撑在轴承226、227之上。
壳体的其它件是主体230、前盖盘231和后盖盘232。主体限制出一径向排出口233。进口的形状和位置将由该机器所要完成的功能所决定。油道239是必需的。
在用作发动机功能的机器壳体内，当隔室的体积增大并一旦超出提供气体的关闭点时，提供的气体膨胀一般在周边的隔室211内发生。膨胀给轴220施加一驱动力矩。当隔室211的体积变化时，膨胀后的气体面临着一般角度超过大约圆周的5/12的排出口233。
图1表示一机器，该机器有带有膨胀进口61的壳体60、膨胀排出口区域62、压缩机进口区域63和压缩机出口区域64。在最大设计动力和油耗时，叶片顶尖206b将到达点A，该点是压缩机出口区域的开始也是最大压力点。如果供油现在减少或者工作功率变化，叶片将到达A点前面的相应压力的角度点，如B点，当从B点旋转到A点时为防止产生过压，设置一阀，该阀对在邻近的隔室的压力作出响应。该阀控制延续到B点上游的壳体区域66中的个气口。典型地给出九级调整的九个阀65，它们的设置如图5所示。该图表示了排气口的上游边缘C。
每个阀与各自在阀的圆周位置的隔室压力传感器相连接并被连接到后面描述的测压孔上。阀1、阀8的连接用65b示意性地表示，但是明显地省略了其它阀的连接。阀相互重叠以致任何过压角度值被减少或者消除。过压角度最好不要超过阀门直径的一半的数值。
传感器65a位于壳体的圆周部分并包括一空心管，该空心管在内端与壳体的一开口连通而外端与接线65b相连。区域66紧接压缩区域的出口64的上边缘的上游。
同样地，在用作压缩机器的情况下，在图7中，有膨胀物进入域71、膨胀物排出区域72、压缩物进入区域73及压缩物排出区域74。阀65位于区域75内以防止在膨胀过程中吸进气体，而当阀65位于区域76内时可在压缩过程中防止过压，在图6表示了在区域76内的阀口的典型位置。典型地在区域75内有九个阀。
阀65也紧挨壳体区域63a、73a内的进入区域61、71的下游是最好的。这就会使转子的加速度通过提高驱动力矩而提高，其结果是可容纳更多的气体通过阀进入该进入区域。
图4表示了一相应的阀65。该阀有用来密封各个气口的杆80、及被螺钉83固定在一起的内部和外部零件81、82。一柱塞84在零件82的空腔85内可滑动，并有一通孔86并连接到波纹管式密封87，通过螺帽88把该柱塞在杆80上固定就位。测压孔89、90与柱塞的个相对侧相连通。
压缩部分和膨胀部分可通过以下方式自动调整燃油控制系统产生的变化或者工作效率的变化。
低压压缩机防过压阀由其波纹管进行弹簧加载而闭合，最内部测压孔89用来捡测机器环状空间内的压力(即靠近隔室)，外测压孔90由线65c连接到高压膨胀排出口。
高压压缩机防过压阀由其波纹管进行弹簧加载而闭合，最内部的测压孔89用作捡测机器环状空间里面的压力。最外面的测压孔90被连接到压缩器出口74的压力。
高压膨胀排出防吸阀由其波纹管进行弹簧加载而打开，最外部的测压孔90用作捡测机器环状空间里面的压力。最内面的测压孔89通过线65c被连接到高压膨胀排出口，如图5所示。
最好有相同的防吸阀紧接低压排出口的上游。
旋转机器的叶片和辅助零件的数目可以变化，一般是六个或者更多。
最好设置止推轴承以防止叶片的轴向移动并在叶片的边部与该机器侧的圆盘之间保持运动间隙。
这样一种机器在美国专利号4831827全面地描述过。
本方案提供上述机器的变型或者改进。
在图8中连杆或者辐条209是径向设置并成对的(在壳体内表示了三对)。图9至图11中，曲柄208全部是同样的形状但是每对叶片旋转轴207轴向长度不同(图12至图14)。在这种情况下，不同对的曲柄在不同的轨道上运动。曲柄208包括轴向部分208a，在该轴向部分上的相应连杆209是旋转的。与采用平行辐条209和相同轴向长度的轴207(该相同轴向长度需要不同形状的曲柄)的方案相比，这就减少了轴向外部曲柄208a的应力。径向辐条209实质上是处于平行面中并且每根辐条有一在轴207的中心线的相对侧的如图15所示的径向部分209b，至少这些径向部分209b之一在图12的209c处在相对面中铣槽，以便从辐条209和轴210之间的轴承(没有表示出来)来的润滑油进入并到达在辐条209和曲柄208之间的轴承(没有表示出来)。
在图17所示的变型中，例如有六根辐条209，所有的轴207形状相同，所有曲柄208形状相同以致除在这种情况下六根辐条的宽度外曲柄部分208a沿轴向延伸相同的距离；整体来说，所有曲柄形状相同并且轴207全部有相同的轴向长度。所有辐条209在曲柄208a上的位置不同。在这种情况下，曲柄在一共同轨道上移动。如需要，每根辐条的外端可有一轴向的弧形延伸部209d以便在曲柄208a提供一附加支承面。
在另一个变型中，叶片旋转轴零件207全部有相同的长度以致不同对的曲柄208的部分208b有不同的长度，用虚线208c表示；曲柄构成旋转轴的部分。这适用于横跨2个或者6个或者其它数目的辐条209的部分208a。
在这个情况下，参看图18，由于连杆209在其径向外端是径向的，因此它们安装在与曲柄208做成整体的平行柄400、401之间，该曲柄208与轴207是一体。206是叶片。曲柄400，401替换部分208b，部分208a被省去。在孔422内的轴销403为辐条209提供一心轴。在这种情况下，辐条部分209b被省去(如图18A)。用这种方案实质上通过减少曲柄400、401上的扭矩来减少应力。连杆209可以全部是径向的(在图7)或者在它们的径向内端和外端(在图3中)是径向的。
中心壳体450当圆环变热，它就径向地膨胀，因而控制圆环和圆环内的转子之间的顶尖间隙将是困难的。
在本示例中，圆环450(即壳体202)被沿着图16的一径向线451切开带有一宽的切口，另一个相对于环450实质上具有恒温的完整圆环457、458(如图8)安置于每个轴外侧并且与内圆环450紧配合。该内圆环将在圆周方向膨胀并且趋于封闭间隙451，但是明显地直径不变。
在本示例中，如图8和16所示，壳体450在每侧具有圆形轴向插销圆环452，该圆环452配装进相互配合的壳体457、458内的图8所示的圆形轴向槽453内。该些壳体的定位是由用螺栓454把所有的壳体连在一起形成的，此处相对温度实质上是一定的，同时没有实质不同的膨胀。插销可防止径向运动。在用作空压机的情况下，这就超过大约进气口所在圆周的一半。对剩余的圆周部分，分开的中心壳体的每侧的壳体由桥456连接在一起。该桥横跨中心壳体450。
在这种情况下，参看图18，由于在它们径向外端的连杆209是径向的，它们被装在与曲柄208成一体的平行柄400、401之间，该曲柄208与轴207成一体的。206是叶片。曲柄400、401替换部分208b部分208a被省去。在孔402内的轴销403为辐条209提供了一轴销。在这种情况下，辐条部分209b被省去(如图18A所示)。采用这种方案通过实质上减少曲柄400、401的扭矩来减少应力。连杆209可以全部是径向的(图12至17)，在这种情况下，旋转轴的长度不同，或者柄在径向的内端和外端(如图3所示)可以是径向的，在这种情况下旋转轴的长度是相同。相应的叶片、旋转轴和曲柄可做成一个整体从而减少制造费用。
图19表示了一种方案的透视图，为了装配目的，圆盘404(222)可以由在405处示意性示出的环形分开线分成两部分，因此随着轴207的合理操作，径向外部被首先配装以便支撑各轴，然后配装径向内部。
图21、图22表示了一变型，在该变型中，一轴套500配装在轴210上。轴套500绕着轴210旋转，辐条连杆209绕轴套的外径旋转。轴套500有两端盘501，三个零件由螺栓和螺母503夹紧固定。轴套通过与各配合零件的磨擦接触可以自由旋转，或者由旋转销，或者由啮合齿有效地驱动。因此与端盘222接合可以提供一摩擦传动；或者栓子504可以从盘子222延伸并与图23的作成波纹边的圆周槽505相接合；或者在图24的圆盘222和盘子501上布置啮合齿轮齿506。轴套可用于任何一种辐条和曲柄设计中，并在轴套和轴210之间使用了一简单轴承510。
另一特点是燃油喷射内燃机与所有上述方案相结合的装置的运用。在图20表示的示例中，空气进入口410允许空气进入装有旋转装置412的壳体411，空气出口413与发动机进气管连接。当发动机空转或者低速时，进气管的压力比壳体411外部环境的小，因此压差使装置412旋转。装置412可操作地连接到发动机曲轴，用414简单地表示该连接，因此可大大地减少燃油耗，大约20％，原因在于产生压差的能量一般来源于发动机；所述的方案可把节流阀的一些损失送回发动机。
在旋转壳体416内，布置了一通向燃油喷射装置417的出口415。在冷起动时，当装置412最初通过起动马达420使之旋转时，冷压缩空气在出口415和装置417处送出用于雾化喷射出的燃油，因此提高了点火的概率，从而提高了起动发动机的概率。这个特征同样可运用到滑动叶片旋转装置中。
如果需要，装置412又可另外或交替地连接到一交流发电机上给电池充电，该装置本身可连接来驱动发动机；该装置可由压缩空气的独立供给驱动，或者被环境和进气管之间的压差驱动。
通过可操作地把转子连接到发动机曲轴上并用从供气装置418来的压缩空气驱动该马达，装置412可用作内燃机的压缩空气驱动起动马达，从而取代了电力起动马达。图21、图25表示了一齿形带120，该齿形带把各自可旋转的皮带轮122、123、121与装置100、发动机的曲轴和凸轮相连接。
装置100可用在带有膨胀和压缩热交换器110、111的循环中(如图26所示)，两装置100(该两装置100表示各自用作在循环或者膨胀和压缩过程中冷却介质流的膨胀器和压缩器)可被结合成一个。热交换器110、111中的一个可以把压缩流体送去当作热源。这个循环可以是带有一用作膨胀器的装置的空气调节循环。例如，转子大约每分钟旋转3600转，因此在使流体达到转子的速度的过程中，被吸收的有用的能量比在以如60000转旋转的装置少得多。
内燃机可以是固定的或者用在机动车上的。
权利要求
1.一旋转机器，该机器有一偏心地安装在壳体内的转子，该转子有若干叶片，每个叶片通过一曲柄连接到摇摆杆上并有一旋转轴，曲柄有可绕枢轴旋转的并环绕摇摆杆的一径向外端的零件。
2.如权利要求1所述的机器，其特征在于在该机器中摇摆杆是径向的。
3.如权利要求1所述的机器，其特征在于在该机器中摇摆杆的内端和外端是径向的。
4.一旋转机器，该机器有一偏心地安装在壳体内的转子，该转子若干叶片，每个叶片通过一曲柄连接到摇摆杆并有一旋转轴，摇摆杆相对于转子轴是径向的。
5.如权利要求2至4中任一所述的机器，其特征在于在该机器中摇摆杆带有相对的成对面，并且在该相对面的一面或两面有用作润滑油进入的槽装置。
6.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于在该机器中曲柄的形状相同。
7.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于在该机器中旋转轴的长度相同。
8.如权利要求1至6中任一所述的机器，其特征在于在该机器中至少一些旋转轴的长度不同。
9.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于在该机器中摇摆杆在轴套上可旋转，该轴套在支柱上可旋转。
10.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于在该机器中转子有轴向的外部和轴向的中部，中部被分开以允许圆周方向的膨胀，外部通过防止径向移动的装置连接到中部上。
11.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于在该机器中相应的叶片、旋转轴和曲柄做成一体。
12.一旋转机器，该机器有一偏心地安装在壳体内并带有叶片的转子，该叶片与壳体一起限制出隔室，在机器中，转子有轴向的外部和轴向的中部，中部被分开以允许圆周方向的膨胀，外部通过防止径向移动的装置连接到中部。
13.如权利要求1至12中任一所述的机器，其特征在于在该机器中防止径向移动的装置包括在外部和中部上的接合结构。
14.如权利要求10至13中任一所述的机器，其特征在于在该机器中接合结构包括在外部的槽和在中部的圆环，或者在外部的圆环和在中部的槽。
15.如上述权利要求中的任一所述的机器，其特征在于该机器适用于把冷却剂送到热交换器。
16.一内燃机，该内燃机有一设置用空气压力驱动的旋转装置
17.如权利要求16所述的发动机，其特征在于在该发动机中空气压力来自不依赖于发动机的气源。
18.如权利要求16所述的发动机，其特征在于在该发动机中空气压力是从在环境和进气管之间的压力差中产生的。
19.如权利要求15至18任一所述的发动机，其特征在于在该发动机中旋转装置被连接来把压缩空气送到发动机的燃油喷射装置中。
20.如权利要求16至19任一所述的发动机，其特征在于在该发动机中旋转装置可操作地连接到发动机的曲轴上。
21.如权利要求16至19任一所述的发动机，其特征在于在该发动机中旋转装置可操作地连接到发电机或用作发动机的起动马达上。
22.如权利要求15至21任一所述的发动机，其特征在于在该发动机中旋转装置是权利要求1至14中所述的任何一种。
全文摘要
一旋转机器有一偏心地安装在壳体内的转子(450),并有通过曲柄(208)连接到摇摆杆(209)的若干叶片(206),曲柄有可绕枢轴旋转的并围绕连杆(209)的径向外端的零件(400,401)。连杆(209)可以是径向的。转子(450)各个通过防止径向膨胀的槽(453)和圆环(452)连接到中部(450)上的外轴向部件(457,458)。这种旋转机器可用在如燃油喷射的发动机,例如用于产生因进气管和环境之间的空气压力差而产生的能量。
文档编号F01C21/10GK1191588SQ9619446
公开日1998年8月26日 申请日期1996年6月5日 优先权日1995年6月6日
发明者R·W·德赖弗, A·M·德赖弗 申请人:Pdi工程技术有限公司