專利名稱：加壓蒸汽驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，特別是一種由非燃燒加壓蒸汽驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)被證明是唯一最普編的大氣污染源。污染在很大程度上是由于需要增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率和性能而采用高壓縮比，從而導(dǎo)致燃燒不完全，并排出大量氣態(tài)及粒狀污染物而引起的。作為治理排污問題的一個(gè)嘗試，人們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)中就已加入了復(fù)合閥門裝置及電子控制電路。排污在某些方面已由于這種嘗試得到了很大降低。然而，這種排放的降低使發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格大為提高。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率也在一定程度上被降低。
再有，首先由于要將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而典型的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)是一種效率較低的系統(tǒng)。過去人們?cè)噲D脫離開往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的傳統(tǒng)概念。目前應(yīng)用最為廣泛的，已在汽車工業(yè)商業(yè)應(yīng)用中被接受的是如人所共知的“汪克爾”旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。它使用了設(shè)置在一個(gè)長(zhǎng)的、通常為橢圓形的室中的三角形偏心旋轉(zhuǎn)活塞。該活塞在室中旋轉(zhuǎn)并交替吸入燃料空氣混合氣，壓縮該氣體，點(diǎn)燃它而后再將其排出，就象往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)一樣，但具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上來說要比傳統(tǒng)的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)單得多，這是因?yàn)樗蟠蠛?jiǎn)化了閥門和取消了由復(fù)雜的曲軸連接的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。但是，在汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)中未能消除引入注目的嚴(yán)重污染問題。另外，汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的密封件一直存在嚴(yán)重的磨損和撕裂問題。
本發(fā)明提出了一種避免現(xiàn)有技術(shù)中這些問題及缺陷的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明通過向旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供帶有第一和第二相鄰輪轂的活塞組件來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。輪轂圍繞一公共軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體中。第一和第二兩組活塞分別從相應(yīng)的第一和第二輪轂上徑向地向外伸出。第二組的每一活塞頭都與第一組的一個(gè)活塞頭沿圓周間隔分布，以在它們之間構(gòu)成一個(gè)燃料膨脹室。從輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線到活塞頭的外圓周面之間的距離，至少是從活塞組件的輪轂外圓周表面到活塞頭的外圓周面之間距離，即膨脹室的徑向深度的三倍。
所述的相關(guān)尺寸增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。通過保持膨脹室在徑向方向上較小的尺寸，作用在活塞頭工作面上的平均力或壓力將始終向著活塞組件的周邊。因而增大了力臂。這樣在驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的壓力減小時(shí)，也能夠加大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
另外，膨脹室尺寸的減小，縮小了活塞頭的尺寸，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)更加緊湊。
膨脹室尺寸較小的另一優(yōu)點(diǎn)，就是改善了燃料的效率(即消耗的加壓蒸汽的體積減小了)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是活塞在壓力作用于其上之前就在運(yùn)動(dòng)。所以蒸汽基本上不發(fā)生泄漏，因而不需要密封。
再有，活塞的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)僅使其轉(zhuǎn)動(dòng)速率增加和降低，這就消除了發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)不好的主要特性，即其高速運(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量在轉(zhuǎn)向時(shí)引起的，象未平衡的傳統(tǒng)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)那樣的震動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)動(dòng)部分有效地構(gòu)成了一個(gè)飛輪，為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效輸出增加了慣性而不需要另外再加飛輪。
上面是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一些不足之處及本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的概述。本發(fā)明的其它特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)及其具體實(shí)施例將由附圖及附帶的權(quán)利要求書，通過下面的描述呈現(xiàn)于本領(lǐng)域技術(shù)人員面前。


圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖;
圖2是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)部分被剖去并分解的視圖;
圖3是圖2所示發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖;
圖4是沿圖3中4-4線的剖視圖，顯示出一套曲軸組件;
圖5是沿圖3中5-5線的剖視圖，顯示出一套活塞組件;
圖6是圖2中所示動(dòng)力系列的分解圖。
詳見附圖，這里根據(jù)本發(fā)明的原理來說明旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中相應(yīng)標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)元件。
參照?qǐng)D1，它簡(jiǎn)單說明了旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)原理。兩個(gè)擺動(dòng)的活塞組件，每個(gè)帶有一對(duì)徑向?qū)χ玫幕钊?，安置在活塞組件殼體2中這些組件由線4和6表示，代表每一活塞對(duì)的中心線。
活塞組件殼體2包括入口30、32和出口或稱排氣口31、33。入口30和32與加壓氣體源，液體或蒸汽(未示出)，如催化蒸汽、水蒸汽、膨脹的被液化的大氣液態(tài)空氣，通過一啟閉閥門(未示出)相連?；钊M件4和6的位置如下面將要討論的那樣，控制著蒸汽的噴入及排出，因而不需要進(jìn)氣和排氣閥。再有，如果液態(tài)空氣作為燃料使用，它就應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)中被加熱，以防止凍結(jié)。
在蒸汽壓力自入口30和32引入時(shí)，加壓流體進(jìn)入了相鄰活塞組件之間形成的四個(gè)氣體膨脹室中的一個(gè)內(nèi)。而后氣體壓力壓向兩相對(duì)的活塞面，使得活塞通過一同心驅(qū)動(dòng)軸8和10的軸線限定的弧前、后，即相向和相背相互擺動(dòng)。活塞的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過連接點(diǎn)12和14傳遞給同軸的驅(qū)動(dòng)軸8和10。驅(qū)動(dòng)軸8和10與曲軸組件16和18相連，將擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而后傳給行星齒輪20和22。象行星齒輪20和22繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一樣，它們也圍繞一固定的太陽齒輪24運(yùn)行。曲軸組件16和18隨著行星齒輪20和22的運(yùn)動(dòng)軌跡繞行，從而驅(qū)動(dòng)軸8和10旋轉(zhuǎn)，而軸本身又依次驅(qū)動(dòng)活塞組件4和6旋轉(zhuǎn)。因而活塞組件4和6如相應(yīng)箭頭34和36所確定的那樣擺動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的另一端，曲軸組件16和18與曲軸組件殼體26相連，而該殼體26則與輸出軸28相連。因而，當(dāng)行星齒輪20和22圍繞太陽齒輪24運(yùn)行時(shí)，曲軸組件16和18與曲軸組件殼體26一起繞著輸出軸28運(yùn)轉(zhuǎn)。由于曲軸組件殼體26是連在輸出軸28上的，因此輸出軸28便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。該旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)是這樣構(gòu)成的，即活塞組件的位置如下面所述是與通過入口30和32進(jìn)入的加壓流體的噴射自動(dòng)調(diào)整的。
參見圖2和3，在此對(duì)旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)1的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)1包括與活塞組件殼體2相連的傳動(dòng)殼體38，傳動(dòng)殼體38包含有一行星輪系和旋轉(zhuǎn)的曲軸組件或曲軸殼體26。殼體38還包括一個(gè)環(huán)形殼體40和兩個(gè)端蓋42和44。端蓋42和44在靠近其圓周處具有用于連接固定件的軸向排列的孔46。端蓋42和44還帶有環(huán)槽50和52，以便沿軸向?qū)h(huán)形殼體40插入。
活塞組件殼體2包括一環(huán)形殼52和一端蓋56。端蓋56帶有一系統(tǒng)與側(cè)壁邊緣相鄰的沿圓周分布的孔58?？?8與孔60以及螺紋孔62相配合，其中孔60沿軸向穿過環(huán)形外殼54，而螺紋孔62則開設(shè)在端蓋44上。隨后，緊固件如螺栓64穿過孔58、60和62將活塞組件殼體2緊固在傳動(dòng)殼體38上。由此，端蓋44，環(huán)形殼54及端蓋56，便構(gòu)成了一個(gè)容納活塞組件4和6的腔室。
參見圖2、3和6，活塞組件4包括輪轂或盤形件66和徑向相對(duì)的活塞頭68，該活塞頭68從輪轂或盤形件66的徑向向外伸出?；钊^68可以與盤66制成一體，也可以用緊固件70固定到盤66上。中空筒狀驅(qū)動(dòng)軸8從輪轂66中伸出，并軸向地與輪轂66中的中心孔72相配。管狀元件74從輪轂66的另一側(cè)伸出，也沿軸向與中心孔72相配。管狀元件74穿過端蓋56上的中心孔，并通過徑向軸承78可轉(zhuǎn)動(dòng)地被支承在那里。在端蓋56和管狀元件74之間還設(shè)有環(huán)形密封件76，以防止壓力泄漏。
活塞組件6也帶有一個(gè)輪轂或盤形件80，和沿徑向由輪轂80向外伸出的徑向?qū)χ玫幕钊^82。如同活塞組件4一樣，活塞頭82也可以與輪轂或盤形件80制成一體，或者用緊固件70固定在輪轂80上。中空筒狀驅(qū)動(dòng)軸10從輪轂80的一側(cè)伸出，并沿軸向與輪轂80中的中心孔84相配。參見圖3，驅(qū)動(dòng)軸8穿過孔84伸出并同軸地安置在驅(qū)動(dòng)軸10中。圖中顯而易見，驅(qū)動(dòng)軸10和中心孔84的內(nèi)徑大于驅(qū)動(dòng)軸8的外徑，以確保軸8在軸10中轉(zhuǎn)動(dòng)。青銅軸承86設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸8與10以及在驅(qū)動(dòng)軸10與傳動(dòng)殼體38之間，以進(jìn)一步促進(jìn)它們之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承86上帶有本領(lǐng)域公知的潤(rùn)滑油道。
膨脹室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ均構(gòu)成于活塞頭68和82之間(圖2和5)，特別是活塞頭68帶有工作面88，活塞頭82帶有工作面90。這些工作面構(gòu)成了膨脹室的一部分，且從輪轂66和80的徑向伸出。工作面82和90也沿軸向伸出輪轂元件的組合寬度，使得每個(gè)活塞頭從一個(gè)輪轂伸出并與另外的輪轂重迭。
曲軸組件16和18設(shè)置在曲軸組件殼體或曲軸殼體26中，其上連接有驅(qū)動(dòng)軸8和10。曲軸殼體26包括兩個(gè)隔開的盤形壁92和94，其間設(shè)有一筒形殼96并固定為一體。盤形壁94包括一環(huán)形法蘭90并向活塞組件方向延伸，伸入到在端蓋44上形成的一環(huán)形凹槽100中。環(huán)形法蘭98通過一徑向軸承102可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在環(huán)槽100中。環(huán)形法蘭98是由青銅軸承104支承在同軸驅(qū)動(dòng)軸8和10上。由此，盤形壁94便可相對(duì)于擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸8和10的縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
軸8和10帶有花鍵的一端(圖2所示)伸入到曲軸殼體26中，并通過伸入到曲軸桿或曲柄臂106和108的花鍵套部分與曲軸件16和18相連。曲軸桿106和108通過軸銷114與連接桿110和112轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。連接桿110和112通過頸軸120和122與曲軸116和118相連，象使曲軸116和118轉(zhuǎn)動(dòng)的傳統(tǒng)技術(shù)一樣。曲軸116和118也是由青銅軸承124支承在盤形壁92和94中，并與行星齒輪20和22固接，以提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的行星齒輪。曲軸組件殼體26的筒形殼體96包括有徑向相對(duì)的開口或縫126，以使連接桿110和112能夠在曲軸組件運(yùn)行期間從中穿過(如圖3、4和6所示)。曲軸118和120象傳統(tǒng)技術(shù)中所述的那樣，也設(shè)置有平衡塊128來平衡曲軸。
太陽齒輪24固接在傳動(dòng)殼體38的端蓋42上，如利用緊固件130以防止太陽齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)力輸出軸28穿過在端蓋44和太陽齒輪24中形成的中心孔132和134伸出，并由青銅軸承136支承可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在其中。輸出軸28帶有一環(huán)形法蘭138，它例如用緊固件140固接在曲軸殼體26的盤形壁92上。這種設(shè)置確保了輸出軸28與曲軸殼體26圍繞著擺動(dòng)軸8和10的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。輸出軸28封閉的一端也帶有一個(gè)花鍵孔，輔助軸144的有花鍵的一端與之相接，以便同輸出軸28一起轉(zhuǎn)動(dòng)。而輔助軸144穿過擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸8和10伸出并遠(yuǎn)離端蓋56，為附屬設(shè)備提供輔助動(dòng)力。擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸8和10，輔助軸144和輸出軸28的縱向軸線是重合的。
端帽146和148用例如緊固件50固定在端蓋56和42上，以使活塞組件殼體2和傳動(dòng)殼體38與環(huán)境密封。端帽146和148均設(shè)有密封件76，以密封軸的孔及徑向軸承152和154，它們均位于密封件的軸向內(nèi)側(cè)，并進(jìn)一步為輔助軸144和輸出軸38提供旋轉(zhuǎn)支承。
參見圖5，這里描述了帶有入口和出口30-33的活塞頭68和82的同步裝置。如上所述，活塞組件4和6圍繞著圖5中由符號(hào)c表示的公共軸線擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。參見圖4，驅(qū)動(dòng)軸8和10以及曲軸桿106和108，象頸軸120和122沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)那樣，沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)活塞頭68和82因與曲軸116和118的連接而沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，膨脹室Ⅰ和Ⅲ對(duì)準(zhǔn)徑向相對(duì)的壓力入口30和32。高壓流體，最好是高壓蒸汽，流入室1和3中并產(chǎn)生一個(gè)壓向活塞頭68的工作表面后緣的逆時(shí)針方向的力，在逆時(shí)針方向上加速活塞頭68，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)壓向活塞頭82的工作表面前緣的順時(shí)針方向的力，以搖擺動(dòng)力方式對(duì)活塞82作用。當(dāng)活塞頭82相對(duì)于活塞頭68沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣缸Ⅰ和Ⅲ中的高壓流體膨脹并對(duì)活塞作功。由于徑向相對(duì)的排氣孔31，33是沿逆時(shí)針方向與入口30、32錯(cuò)開120°角設(shè)置的(順時(shí)針方向?yàn)?0°)，活塞頭68便在作功沖程中轉(zhuǎn)動(dòng)100°。由于排氣孔31和33設(shè)置位置的緣故，排氣發(fā)生在整個(gè)120°的作功沖程之中。在作功沖程完成以后，活塞68和82在逆時(shí)針方向30°處轉(zhuǎn)到一起。這一運(yùn)動(dòng)確定了活塞68和82下一作功沖程的位置。
在曲軸組件殼體26轉(zhuǎn)動(dòng)四分之一轉(zhuǎn)期間，膨脹室經(jīng)歷了一個(gè)完整的膨脹及排氣循環(huán)。當(dāng)室Ⅰ完成了一個(gè)循環(huán)，即一個(gè)膨脹和排氣沖程時(shí)，剩下的每個(gè)室Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都經(jīng)歷了相同的90°循環(huán)(相位變換)。因此，這顯示出在每一曲軸殼體26的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)或輸出軸28轉(zhuǎn)動(dòng)期間，與輸出軸28一道的擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸8和10必須得到四個(gè)等間隔的雙動(dòng)力脈沖，該脈沖是傳統(tǒng)8缸往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力沖擊速率的兩倍。對(duì)于行星齒輪和曲軸每90°的運(yùn)動(dòng)，桿都會(huì)有30°的運(yùn)動(dòng)。通過這種運(yùn)動(dòng)，就會(huì)有四倍120°共等于480°的活塞運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換，活塞運(yùn)動(dòng)重迭為120°。30°的桿運(yùn)動(dòng)和90°的齒輪運(yùn)動(dòng)也發(fā)生在滯后的活塞頭中，作為反向驅(qū)動(dòng)動(dòng)力它使得滯后活塞看上去不運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上是以相等的速度移向沖程活塞。因而，本發(fā)明達(dá)到了每一次爆發(fā)都有240°的作功沖程的目標(biāo)。
為了實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，并且為了在不需要復(fù)雜的閥門控制系統(tǒng)的情況下，在四個(gè)活塞頭與進(jìn)口和出口30-33之間提供內(nèi)在的自動(dòng)同步作用，該裝置要具備下列的幾何形狀。
太陽齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比為2∶1，以使曲軸組件殼體26以行星齒輪20和22的轉(zhuǎn)速的一半轉(zhuǎn)動(dòng)，因此也就是活塞組件2和4的擺動(dòng)速率的一半。再有，活塞頭延伸基本不大于37.5°的弧(剩下120°的膨脹室空間)，而且發(fā)動(dòng)機(jī)布置成等力臂的形式。相等的力臂由構(gòu)成元件提供，使得下列距離相等;從曲軸桿106和108的軸線至軸銷114(在圖4中由相應(yīng)符號(hào)S1表示)之間的距離;從軸銷114到曲軸頸120和122的中心(在圖4中由相應(yīng)符號(hào)S2表示)之間的距離;以及活塞組件的旋轉(zhuǎn)軸線到每個(gè)活塞頭的工作面的徑向中心線(圖5中由相應(yīng)符號(hào)S3表示)之間的距離。由于力臂相等，行星齒輪齒數(shù)比為2∶1，且活塞頭的弧度或由每個(gè)活塞頭的每對(duì)徑向延伸工作面及軸線c構(gòu)成的包容角不大于37.5°，因而活塞運(yùn)動(dòng)是重迭的，使得其與進(jìn)口和出口線性排列。由此，活塞組件在相同方向上以變化的運(yùn)轉(zhuǎn)速率轉(zhuǎn)動(dòng)，以協(xié)調(diào)的循環(huán)打開和關(guān)閉位于活塞頭之間的膨脹室，從而在膨脹室容積最小時(shí)打開進(jìn)氣口并在容積最大時(shí)打開排氣口。另外，上述參數(shù)確保了活塞頭之間不會(huì)發(fā)生接觸。
旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)1的正時(shí)由太陽齒輪上的行星輪一兩個(gè)齒的簡(jiǎn)單分度一次調(diào)整，直到所有的活塞運(yùn)動(dòng)都是相等為止。例如，當(dāng)室Ⅰ和Ⅲ的尺寸相等時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)相等。
根據(jù)本發(fā)明原理的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)還產(chǎn)生了一些上面沒有提及的優(yōu)點(diǎn)。第一它消除了由不旋轉(zhuǎn)部分產(chǎn)生的振動(dòng)，如往復(fù)活塞和氣門直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)。第二發(fā)動(dòng)機(jī)大部分的內(nèi)部元件都在旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生出很大的慣性。第三由于發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹循環(huán)期間作用在指定活塞一側(cè)的力，以與氣缸進(jìn)口壓力的函數(shù)關(guān)系被直接轉(zhuǎn)換成了力矩，因此發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生出的力矩不完全依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(r，p.m)。
在典型的往復(fù)活塞機(jī)中，由活塞向曲軸施加力并由此而產(chǎn)生的力矩，是氣缸壓力和相應(yīng)曲軸角度位置兩者的函數(shù)。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生出的針對(duì)軸8和10的力矩是作用在指定活塞上的力，乘以擺動(dòng)軸8和10與活塞上的力的中心之間的徑向距離的積。由曲軸116和118產(chǎn)生的這一力矩等于軸8和10上的擺動(dòng)活塞產(chǎn)生的力矩，假定連接桿110，112的力臂與曲軸之間的力臂比為1∶1。行星齒輪系2∶1的傳動(dòng)比使由輸出軸28輸出的有用的力矩倍增。
本發(fā)明所產(chǎn)生的力矩非常大，與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比本發(fā)明典型發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)臂大約有6英寸。最大的力矩在活塞間的室內(nèi)由空氣膨脹產(chǎn)生，并立即(也就是直接)傳給軸8和10。與此相反，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在曲軸上產(chǎn)生力矩的力臂通常不大于3英寸。在這種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)燃燒的燃料在活塞上產(chǎn)生最大的壓力時(shí)，在燃燒過程開始瞬間，由于曲軸頸與連接桿及活塞接近成一直線因而有效的力臂非常小，直到其轉(zhuǎn)過上死點(diǎn)90°才達(dá)到最大。因而，很明顯本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)由于其幾何形狀帶來了發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊型式，從而大大增加了有效力矩。也許更重要的是該力矩不僅對(duì)高轉(zhuǎn)速有效，而且?guī)缀鯇?duì)同樣情況下的低轉(zhuǎn)速也有效，如示例表明的那樣。因而動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系列的大大簡(jiǎn)化，使得用該發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛成為了可能。
很明顯，制造旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的材料及尺寸可以從很大的尺寸和/或材料范圍中選取。這里列舉的以下例的僅是對(duì)所用材料的舉例說明活塞頭，活塞輪轂，曲軸桿、連接桿和曲軸殼體端蓋，由高強(qiáng)度鋁例如601 76A1制成;剩下的元件包括擺動(dòng)軸8、10，曲軸殼體96及曲軸116、118由低碳鋼制成。
上述是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)特殊實(shí)施例的詳細(xì)描述。與所公開的實(shí)施例不同的方案也可能會(huì)處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，而且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言可以做明顯而修改。本發(fā)明的整個(gè)范圍由下面的權(quán)利要求及等效物限定。因而權(quán)利要求書及說明書不應(yīng)是對(duì)本發(fā)明整個(gè)保護(hù)范圍的過于狹義的解釋。
權(quán)利要求
1.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞組件，包括一個(gè)殼體；一個(gè)可繞軸線旋轉(zhuǎn)，安裝在所述殼體上的第一輪轂；一個(gè)可繞軸線旋轉(zhuǎn)，安裝在所述殼體上的第二輪轂；從所述第一輪轂上沿徑向向外伸出的第一組活塞頭；從所述第二輪轂上沿徑向向外伸出的第二組活塞頭，第二組中的每一個(gè)活塞頭與第一組中的每個(gè)活塞頭沿圓周間隔分布，在其間構(gòu)成一個(gè)燃料膨脹室；每個(gè)活塞頭的外圓到其伸出的輪轂之間的距離小于或等于每個(gè)活塞頭的外周到所述軸線之間的距離的三分之一。
2.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞組件，包括一個(gè)殼體和繞公共軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述殼體中的四個(gè)活塞頭，它們?cè)谝画h(huán)形軌跡上運(yùn)動(dòng)，每一活塞頭具有一對(duì)工作表面，每一工作表面都與相鄰活塞頭的工作表面相對(duì)，相應(yīng)活塞頭的每個(gè)工作表面部分都確定出一個(gè)相對(duì)于所述軸線約37.5度的包容角。
3.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞組件，包括一個(gè)殼體，帶有兩個(gè)壓力入口，用以將加壓流體導(dǎo)入所述殼體，還有兩個(gè)壓力出口，用以將流體從殼體中排出;一個(gè)繞軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述殼體上的第一輪轂;一個(gè)繞軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述殼體上的第二輪轂;從所述第一輪轂上沿徑向向外伸出的第一組活塞頭，每個(gè)活塞頭帶有一個(gè)前面和一個(gè)后面;從所述輪轂上沿徑向向外伸出的第二組活塞頭，所述第二組中的每一個(gè)活塞頭都具有一個(gè)與所述第一組中活塞頭的后面相對(duì)的前面，以及一個(gè)與所述第一組中活塞的前面相對(duì)的后面，且每一個(gè)第二組中的活塞頭都與第一組的活塞頭沿圓周間隔分布，使它們之間形成一個(gè)燃料膨脹室;每個(gè)膨脹室的徑向深度小于或等于所述軸線到所述活塞頭的外圓周的距離的三分之一;每個(gè)活塞頭的前面及后面都確定出一個(gè)相對(duì)于所述軸線約37.5度的包容角。
4.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)活塞殼體;第一和第二輪轂，每個(gè)輪轂繞一公共軸線可旋轉(zhuǎn)地支承在所述活塞殼體中;活塞頭從所述輪轂中沿徑向向外伸出，以便繞所述軸線在一環(huán)形軌跡上運(yùn)行，每一活塞頭帶有一對(duì)工作表面，每一工作表面都與相鄰活塞頭相對(duì);一個(gè)與所述活塞殼體相連的傳動(dòng)殼體;一根從所述傳動(dòng)殼體中伸出的輸出軸;一對(duì)曲軸桿，每根與所述輪轂中的一個(gè)相連，并繞所述軸線可旋地設(shè)置;一對(duì)連接桿，每根都具有第一和第二部分，其中每個(gè)第一端部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與所述曲柄臂相連;一個(gè)固定在所述傳動(dòng)殼體上的太陽齒輪;一對(duì)與所述太陽齒輪嚙合的行星齒輪;一對(duì)曲軸頸;一對(duì)曲軸，每根都具有一個(gè)通過一個(gè)曲軸頸與所述一個(gè)連接桿的第二端部可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的第一部分，和一個(gè)與所述行星齒輪之一相連的第二部分，及所述轉(zhuǎn)動(dòng)行星齒輪的輸出軸和輸出軸;所述軸線與每個(gè)連接桿之間的力臂，每個(gè)曲軸頸與通過相應(yīng)的連接桿連接的曲軸桿之間的力臂，及每個(gè)活塞頭與軸線之間的力臂，它們的長(zhǎng)度相等。
5.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是所述殼體帶有用以將加壓流體供入膨脹室的壓力入口，和用以將膨脹后的流體從膨脹室中排出的排出口，入口與出口的數(shù)量相等。
6.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是每個(gè)活塞頭的外圓周與伸出有活塞頭的輪轂之間的距離，約為每個(gè)活塞頭的外圓周到所述軸線的距離的三分之一。
7.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是它還包括一對(duì)管狀的驅(qū)動(dòng)軸，每一根都與所述第一和第二輪轂中的一個(gè)相連，所述管狀驅(qū)動(dòng)軸是同軸設(shè)置的。
8.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞組件，包括一個(gè)殼體;一個(gè)繞軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述殼體上的第一輪轂;一個(gè)繞軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述殼體上的第二輪轂;從所述第一輪轂上沿徑向向外伸出的第一組活塞頭。從所述第二輪轂上沿徑向向外伸出的第二組活塞頭，第二組中的每一活塞頭都與第一組中的活塞頭沿圓周間隔分布，從而在其間形成一個(gè)燃料膨脹室;一對(duì)管狀驅(qū)動(dòng)軸，每根均與第一和第二輪轂中的一個(gè)相連，以便將輪轂與曲軸桿相連，所述管狀驅(qū)動(dòng)軸是同軸設(shè)置的;從每個(gè)活塞頭的外圓周到伸出活塞頭的輪轂之間的距離，基本上是從每個(gè)活塞頭的外圓周到所述軸線之間的距離的三分之一。
9.一種加壓流體旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)活塞殼體;第一和第二輪轂，每個(gè)輪轂可旋轉(zhuǎn)地繞一公共軸線支承于所述活塞殼體中;從所述輪轂上徑向向外伸出的活塞頭，它在圍繞軸線的環(huán)形軌跡上運(yùn)行，每個(gè)活塞頭都帶有一對(duì)工作表面，構(gòu)成約為37.5°的包容角，每個(gè)工作表面都與相鄰的活塞頭相對(duì);從每個(gè)活塞頭的外圓周到伸出活塞頭的輪轂之間的距離，大約是從每個(gè)活塞頭的外圓周到所述軸線之間距離的三分之一;一個(gè)與所述活塞殼體相連的傳動(dòng)殼體;一個(gè)從傳動(dòng)殼體上伸出的輸出軸;一對(duì)曲軸桿，每根都與所述輪轂中的一個(gè)相連并繞所述軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置;一對(duì)連接桿，每根都具有第一和第二兩部分，其中每個(gè)第一端部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與所述曲柄臂相連;一個(gè)固定在所述傳動(dòng)殼體上的太陽齒輪;一對(duì)與所述太陽齒輪相連的行星齒輪;一對(duì)曲軸頸;一對(duì)曲軸，每根都具有一個(gè)通過一個(gè)曲軸頸與所述一個(gè)連接桿的第二端部可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的部分，和一個(gè)與所述行星齒輪之一相連的另一部分及所述轉(zhuǎn)動(dòng)行星齒輪的輸出軸，和所述輸出軸;所述軸線與每個(gè)連接桿之間的力臂，每個(gè)曲軸頸與通過相應(yīng)的連接桿連接的曲軸桿之間的力臂，以及每個(gè)活塞頭與軸線之間的力臂，它們的長(zhǎng)度相等。
10.如權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于每一活塞頭與所述軸線之間的力臂，從所述軸線伸向相應(yīng)活塞頭工作表面的徑向中心。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一帶有第一和第二相鄰輪轂的活塞組件。輪轂可旋轉(zhuǎn)地繞一公共軸安裝在殼體中，在此與兩根繞分共軸線同軸設(shè)置的驅(qū)動(dòng)軸相連。從第一和第二輪轂上沿徑向向外相應(yīng)伸出有第一和第二組活塞。每個(gè)第二組中的活塞頭均與第一組中的活塞沿圓周間隔分布，以在兩者之間構(gòu)成一燃料膨脹室。從輪轂旋轉(zhuǎn)軸線到活塞頭外圓周表面之間的距離，至少是從活塞組件輪轂外圓周表面到活塞頭外圓周表面的距離，即膨脹室徑向深度的三倍。這種結(jié)構(gòu)可以確?；钊^與驅(qū)動(dòng)軸之間的力臂，大于典型的往復(fù)式燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生的力矩亦大。
文檔編號(hào)F01C1/07GK1064914SQ9210159
公開日1992年9月30日 申請(qǐng)日期1992年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月8日
發(fā)明者馬修·A·謝德克 申請(qǐng)人:馬修·A·謝德克