CN1365419A - 旋转式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

一种非往复式发动机包括安置在定子的圆筒形定子腔(14)中的中空圆筒形轴驱动件(13)。数个膨胀室(43)形成在轴驱动件的外壁、定子壁与自定子延伸以压在轴驱动件上的可动分隔件(25)之间。膨胀室在发动机运作期间膨胀和收缩。输出轴在中心穿过定子腔和轴驱动件,并具有压在轴驱动件的内表面上的偏置轴承(34)。位于定子的可拆卸进气端板中的入口可使例如压缩空气或空气/燃料混合物引入到膨胀室中。这些室绕着轴驱动件的圆周连续的膨胀和收缩引起轴驱动件的沿轨道运行和转动的组合与由此形成的输出轴的旋转。轴驱动件仅以输出轴的转速的一小部分旋转(为输出轴的转速的1/10－1/20)。轴驱动件沿轨道运行一次相当于输出轴旋转一周。

Description

旋转式活塞发动机

本发明涉及马达或发动机，尤其涉及一种可采用内燃发动机、诸如气动马达之类的流体驱动马达、或蒸汽驱动发动机的形式的无曲柄式发动机。

术语“无曲柄”是指马达不具有传统的曲轴，并且不会作往复运动。发动机的输出轴实际上是直轴，它藉由安置在可称之为“轴驱动件”的驱动件内的偏置轴承来得以旋转，虽然严格地讲，所谓的轴驱动件的运动更象是沿轨道运行加上相对于输出轴的转速缓慢地转动。

在过去已提出了成功度迥异的许多不同的旋转和沿轨道运行的发动机的形式以及发动机的其它形式，但总体而言，至少在涉及汽车的范围中，均未能给往复式内燃发动机带来严重的挑战。其原因主要在于旋转式发动机中的高磨损率，以及可能地，旋转式发动机的效率优于往复式发动机的进步还未足以使发动机制造商改变生产方向。

本发明的目的在于提供另一种能克服现有技术中的发动机的一个或多个缺点的非往复式马达或发动机的形式。

因此，本发明提供了一种发动机，它包括位于发动机的定子腔内、且由诸膨胀室所环绕的中空圆筒形轴驱动件，这些膨胀室形成在轴驱动件的圆筒形壁与定子腔的壁之间，诸膨胀室藉由安装在定子中、且压在轴驱动件上的可动分隔件所隔开，输出轴可旋转地支承在定子中，输出轴在中心穿过定子腔和轴驱动件，并具有至轴的一侧的轴承装置，该轴承装置压在轴驱动件的内表面上，藉此轴驱动件的沿轨道运行和转动的组合使得轴以比轴驱动件的转速大得多的转速旋转。

为了能更易于理解本发明，现在将参照示出了一种气动发动机的附图来描述一具体实施例。在这些附图中：

图1是从发动机的进气端板和进气管的内侧所看到的立体图；

图2是从发动机的定子的外侧所看到的立体图，它示出了该发动机的轴驱动件和可动分隔件的分解图；

图3是发动机的输出轴组件的立体图；

图4是从进气管端所看到的该发动机的端视图；

图5是类似于图4的视图，其中已拆除了进气端板和输出轴；

图6是输出轴组件的端视图；

图7是从进气端板和进气管的外侧所看到的立体图(局部分解图)；

图8是从定子、轴驱动件和可动分隔件的内侧所看到的分解立体图；

图9是(从与图3的相对端所看到的)输出轴组件的另一立体图；

图10是类似于图4的视图，其中已拆除了端盖；

图11是从输出端所看到的发动机的端视图，其中已拆除了输出轴；

图12是发动机端板的端视图，其中已拆除了进气管和端盖；

图13是安置于输出轴的内端的定时件的放大立体图；以及

图14(i)-(iv)示出了用于形成输出轴的旋转一周的、位于定子腔之中的轴驱动件的循环。

在附图中，发动机如图所示基本包括定子10、进气端板11和输出轴12。轴驱动件13系一中空圆筒形环，当装配发动机时，该中空圆筒形环安置在定子10的圆筒形定子腔14中。

进气端板11具有安置在其外端的中心上的进气管15和向该进气管15提供进气口17的可拆卸端盖16。进气管15(参见图7)套配在端板11的圆柱形凸起45上，并藉由平头螺钉(未图示)锁固到凸起45上。可调节管15相对于凸起45的旋转位置，以改变发动机的定时。显然，诸压力软管18自进气管延伸至端板11内的诸入口19。端盖16的内部与诸孔口20相通(参见图7)，每个孔口20与其中一根压力软管18相通，以便将进气口17处的进气经由压力软管18分配至相应的入口19。孔口20藉由锁固至输出轴12的内端的定时件36打开或关闭(这在下文中将予以描述)。端盖16藉由螺栓21固定至进气管15，这些螺栓轴向延伸、并能使端盖16以气密的方式牢牢地夹置在进气管15上。滚柱轴承22安置在端板11中，以便支承输出轴12。

从图5和8中可清楚地看到，定子10具有其直径大于轴驱动件13的直径的圆筒形腔14。该定子10的壁23具有局部圆筒形沟槽24，这些沟槽自定子腔中的一个位置通过壁23弧形延伸，并又回到定子腔的沿圆周方向已形成位移的一个位置上。这些沟槽24容纳相应的可动分隔件25，这些分隔件能在相应的沟槽24中移动，藉此分隔件25的边缘可压在轴驱动件13的外表面上。例如，从图8中可清楚地看到，可动分隔件25系具有端部26的局部圆筒形分隔件，该端部支承一轴向转轴27，分隔件就在该轴27上进行枢转。轴27延伸穿过定子10中的孔46，并自定子的末端穿出。从图11中可更清楚地看到，螺旋弹簧28安置在各轴27的末端的槽之中，并固定至定子10，以便以一种使分隔件的边缘压在轴驱动件13上的方式给相应的分隔件的枢转加偏压。另一个滚柱轴承29安置在定子中，以便支承输出轴12。从附图中可清楚地看到，定子10中的孔30和端部11中对应的孔31能使这两个零件藉由螺栓(未图示)密封接合在一起。

从图5和11中可清楚地看到，排气口32自定子腔14延伸穿过定子10的固定端，以使废气消散在大气中。除了这些可使初级废气在定子10的相对末端处消散至进气管15的排气口32之外，经由入口19和进气管15还设有其它或二级排气通道。该二级排气通道跟随进气路径回到孔口20和压在进气管15的外表面39(图10)上的定时盘36(图13)的起始处。该定时盘36的凹部37允许其中一个孔口20与定时盘36的钻孔相通。定时盘36的钻孔间隙套配在输出轴12上(形成空间40)，由此任何经进气管被压回到定时盘36的废气被捕获在凹部37中，并被压入到空间40内。进气管中的径向孔47延伸至空间40，并为该二级排气提供排气出口。

输出轴基本由安装在进气端板11和定子10相应的滚柱轴承22和29中的直轴所构成。从动板33安装在该轴上，并且在已装配好的发动机中位于轴驱动件13内。该从动板33上已安装有一对滚柱轴承34，该对滚柱轴承彼此紧邻且紧靠轴的一侧。滚柱轴承34压在轴驱动件13的内侧壁上，并绕着轴驱动件13的内周驱动(这在下文中将作描述)。该从动板33被设置成与滚柱轴承34旋转平衡。在轴12的内端处，螺帽35将定时盘36保持在轴上。定时盘36具有位于该定时盘36的表面38中的凹部37，该定时盘压在进气管15的外表面39上。从图10中可清楚地看到，管15套配在输出轴12上，并且两者之间存在着空间40。当凹部37在表面39上旋转时，它将孔口20暴露给位于进气管与轴之间的空间。先前所述的进气管中的径向孔47与空间40相通，并能进一步排空发动机的膨胀室内的空气(这在下文中将作描述)。

定时件36的圆周中的剪切部分42将孔口20暴露给来自进气口17的进气压力。因此，定时件36担负着涉及进气压力和来自膨胀室的二级排气的定时功能。

从图5和14中可清楚地看到，发动机的膨胀室43形成在轴驱动件13的外表面、定子腔14的表面、以及触及轴驱动件13的表面的分隔件25之间。当轴驱动件13在定子腔14内移动时，这些膨胀室43具有不同的形状。为了更好地理解这种移动，现在请参阅图14，图中示出了形成输出轴12的完整旋转一周的引起的循环。在该实施例中，发动机由压缩空气驱动，因此，压力之下的空气与端盖16上的进气口17相连。设置一合适的阀(未图示)，以便打开压缩空气的供给。

在图14中，为便于说明一操作循环，四个膨胀室被分别标示为(a)、(b)、(c)和(d)。请参阅图14(i)，由于定时件36置于进气管的末端、以便将相关的孔口20暴露给压缩空气，因而膨胀室43(a)正接纳压缩空气。膨胀室43(a)中的压力对着轴驱动件13的侧面形成一作用力，以使该轴驱动件沿着一个方向移动，藉此它与定子腔14的表面的接触沿着逆时针方向移动。换句话说，轴驱动件13不是具体地转动、而是以一种运动方式移动，藉此该轴驱动件与定子腔14之间的点或表面的接触绕着定子腔14的圆周移动。此外，膨胀室43(a)使轴驱动件13采用如图14(ii)所示的位置，此时，如滚柱轴承34的位置所示，该轴已转过90°，由于滚柱轴承相对于输出轴12的轴线偏置，因而迫使滚柱轴承34保持在轴驱动件13的内部可获得的空间内。输出轴12转过90°使定时件36将下一个相关的孔口20暴露给高压空气，该高压空气接着流入膨胀室43(b)，从而将轴驱动件13绕着定子腔14进一步推动。

此时要说的是，当可动分隔件被弹簧偏压、以便其边缘与轴驱动件13的外表面保持接触时，膨胀室内的压力还经由弧形沟槽24作用在分隔件25不与轴驱动件13相接触的边缘上，从而有助于在分隔件与轴驱动件之间施加压力。

现在请参阅图14(iii)，从图中可看到循环继续，并且在图14(iii)所示的位置中，轴已旋转了180°。在该位置上，压缩空气正容纳在膨胀室43(c)中，同时室43(a)和43(b)已完全膨胀。要注意的是，轴驱动件13的移动已露出了室43(a)中的排气口32，藉此，因轴驱动件的进一步移动而使室43(a)收缩使得室43(a)中的部分空气经排气口32排放。

如图14(iv)所示，轴驱动件13已移动到一个新的位置上，藉此输出轴12已从初始位置转过了270°。在该位置上，图14(iii)中所示的排气口32已因轴驱动件13的移动而被关闭，但室43(a)仍然收缩。倘若不存在可供空气逃逸的其它装置，则室43(a)的收缩将压缩该室中的空气。此类装置可有先前所述的二级排气通道来提供。这样就能使空气经适当的入口20返回到定时件36的凹部37之中，并接着回到位于进气管与输出轴之间的空间40中，最终经排气口或径向孔47流出。从图14(iii)和14(iv)中可清楚地看到，这意味着膨胀室43(a)可继续收缩其大小，而不会压缩该室中的空气和抵抗此类移动。当其它的室收缩时，同样发生类似的情况。在循环的下一个步骤中，诸元件又重新采用图14(i)所示的位置。

从上述描述中可清楚地看到，轴驱动件13在定子腔14中移动，藉此当每个膨胀室容纳压缩空气时，轴驱动件13的外周与定子腔14的表面之间的接触绕着腔14移动。该移动可被看作是沿轨道运行，并且当轴驱动件13没有以与输出轴12相同的转速旋转时，轴驱动件13稍作旋转。轴驱动件13的转速取决于轴驱动件与定子腔14之间的圆周的差异。通常而言，轴驱动件13以输出轴12的转速的大约1/12-1/20的转速来旋转。这样就提供了一个独特的优点：可动分隔件25触及轴驱动件13的表面与轴驱动件13的表面之间的磨损最小。这是由于轴驱动件13相对于输出轴12转动得很少的缘故。显然，输出轴12的旋转是由移动或保持在轴驱动件13中为其所提供的空间内的滚柱轴承34所引起的。

输出轴12的旋转方向简单地通过使圆柱形凸起45上的管15转动而反向。该管的转动将下一个孔口20暴露给定时件36的圆周中的剪切部分42，以使端盖16的内部与室43(b)、而不是图14(i)中的室43(a)相通。

虽然上述实施例涉及一种由压缩空气所驱动的发动机，但显然可容易地构建其它类型的发动机。例如，通过在定子腔14中设置用于各膨胀室、且用于将燃料/空气混合物引入到发动机中的火花塞，可提供一种内燃发动机。另外，发动机可由蒸汽或其它流体装置来驱动。还可设想的是，本发明的内燃发动机实施例可驱动车辆以及车辆中的空气压缩机，藉此在某些时候，可切断燃料空气混合物，而发动机可由压缩机提供的压缩空气驱动。这将在无法获得燃料、或者对由内燃发动机排放所引起的污染较为敏感的地方发挥其优越性。例如，在某些城市的限制中，未来将禁止使用内燃发动机，本文中所述类型的发动机在这些地区可在各种时期内由压缩空气驱动。

显然，本发明的发动机提供了优于现有发动机的许多优点。例如，该发动机是非往复式的，因此，基本上不会有振动。较少的运动零件和最小的摩擦力可形成一种磨损最小的极为高效的发动机。发动机的输出轴是直轴，因此，避免了现有往复式发动机的许多固有的平衡和振动问题。为了增加本发明发动机的输出功率，只须在同一根输出轴上设置附加的定子组件。该发动机体积小、且比现有发动机来得轻，这样就能提高效率。

虽然已详细地描述了一个具体实施例，但本技术领域中的熟练技术人员要明白的是，在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下，本发明还可有多种变化型式。显然，可增加附加零件来提供发动机的一种产品型式。例如，必须提供覆盖排气口32的出气管，以便将废气引向单个排气点。另外，为了使发动机更平稳地运行，可设置一飞轮(未图示)。

Claims (12)

1.一种发动机包括位于所述发动机的定子腔内、且由膨胀室所环绕的轴驱动件，所述膨胀室形成在所述轴驱动件的壁与所述定子腔的壁之间，其特征在于，所述轴驱动件系中空筒体，并且所述膨胀室藉由安装在所述定子中、且压在所述轴驱动件上的可动分隔件所隔开，输出轴可旋转地支承在所述定子中，所述输出轴在中心穿过所述定子腔和所述轴驱动件，并具有至所述轴的一侧的轴承装置，所述轴承装置压在所述轴驱动件的内表面上，藉此所述轴驱动件的沿轨道运行和转动的组合使得所述轴以比所述轴驱动件的转速大得多的转速旋转。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述轴驱动件在沿着轴驱动件的圆筒形壁的长度延伸的圆周位置处加压在所述定子壁上，所述位置在所述沿轨道运行和转动期间绕着所述定子的壁移动，藉此所述位置绕所述定子壁转动一周相当于所述输出轴旋转一周，并且在所述旋转一周的过程中，所述轴驱动件绕其自身的轴线仅仅转过一周的很小一部分。

3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述一周的很小一部分约为一周的1/10或更小。

4.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述一周的很小一部分介于一周的1/10-1/20之间。

5.如权利要求3或4所述的发动机，其特征在于，所述可动分隔件包括在分隔件的中心轴向转轴上枢转的局部圆筒形分隔件，所述各分隔件的局部圆筒形壁安置在所述定子中的弧形沟槽内，藉此分隔件的枢转使得所述圆筒形壁的边缘压在所述轴驱动件上，从而构成所述膨胀室的一端。

6.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述定子腔的壁呈圆筒形、且在位于一端处的所述定子的端壁与位于另一端处可拆卸进气端板之间延伸，所述弧形沟槽和所述分隔件沿着所述定子腔的长度延伸。

7.如权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述轴承装置包括安装在锁固至所述轴的圆盘上的一对滚柱轴承。

8.如权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述可拆卸端板具有至相应的膨胀室的入口，并且所述定子的所述端壁具有出口或排气口。

9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，所述可动分隔件被弹簧偏压以枢转，以便所述边缘与所述轴驱动件保持接触。

10.如权利要求9所述的发动机，其特征在于，进气管安装在所述可拆卸端板上，用于将进气引向所述入口。

11.如权利要求10所述的发动机，其特征在于，所述进气管还为部分的排气流动提供出口。

12.如权利要求11所述的发动机，其特征在于，定时盘安装到所述输出轴的内端上，以便与所述轴一同旋转，所述定时盘在旋转期间有选择地覆盖所述入口，以便控制流入所述发动机的气流。

Images