專利名稱：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置及控制該活塞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞泵型/發(fā)動(dòng)機(jī)型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，其中具有兩個(gè)或多個(gè)相互配合的活塞氣缸，各往復(fù)式活塞，該活塞的活塞桿在任何時(shí)候都或多或少地伸出相應(yīng)氣缸的外側(cè)，并由一旋轉(zhuǎn)體作用以便控制每個(gè)活塞，使其在各氣缸中具有一預(yù)定的位移，該位移與各配合活塞的相應(yīng)位移匹配，在該活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)用作泵的實(shí)施例的情況下，各控制的往復(fù)活塞對(duì)一流體流量具有強(qiáng)制作用，或者在該活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)用作發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的情況下，各控制的往復(fù)活塞由一流體流驅(qū)動(dòng)，這與權(quán)利要求1前序部分所述的完全一致。
本發(fā)明還涉及一種控制各個(gè)可控往復(fù)活塞的方法，各可控活塞的數(shù)量為2或大于2，形成該活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(活塞泵/發(fā)動(dòng)機(jī))的一部分，其中，設(shè)置了可旋轉(zhuǎn)裝置，用于對(duì)該活塞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互控制，該裝置通過其伸出的活塞桿對(duì)各活塞產(chǎn)生影響，這與權(quán)利要求15前序部分所述的完全一致。
由于例如液壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)用作泵和發(fā)動(dòng)機(jī)(馬達(dá))是公知的，因此下面只就與活塞泵相關(guān)的情況對(duì)本發(fā)明做出實(shí)質(zhì)性的說明，其中裝置得便于在一共同或各分離缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，被設(shè)計(jì)用來建立一液體流，然后維持該液體流。
如提到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置也可以用在由一液體流驅(qū)動(dòng)的液壓活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中。盡管所討論的發(fā)動(dòng)機(jī)如公知的那樣也可以用作一發(fā)動(dòng)機(jī)(馬達(dá))，但為了簡化，下面基本上是只參考一活塞泵或僅僅是一泵進(jìn)行說明。
公知的活塞泵的缺點(diǎn)是它們產(chǎn)生隨活塞沖程波動(dòng)的流體流動(dòng)。這些波動(dòng)是不需要的，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生壓力變化，振動(dòng)和噪聲。用于降低壓力變化的公知措施是將泵的輸出側(cè)連接到一蓄壓器上。
借助于使對(duì)相同的流體流進(jìn)行反復(fù)作用，則總會(huì)有一個(gè)活塞進(jìn)行做功沖程并壓迫該液體，同時(shí)另外的活塞進(jìn)行返回沖程。這樣可以獲得更均勻的流體流。通常是利用一旋轉(zhuǎn)曲柄來驅(qū)動(dòng)個(gè)活塞，此時(shí)各活塞沿該曲柄旋轉(zhuǎn)軸線在直徑方向相對(duì)的兩側(cè)通過其活塞桿連接到該曲柄上。因此，各活塞設(shè)置的工作相位差相當(dāng)于180度曲柄轉(zhuǎn)角。利用一雙向活塞可以獲得相似的效果，此時(shí)流體由該活塞的一側(cè)或另一側(cè)交替地驅(qū)動(dòng)。
即使帶有兩個(gè)活塞或帶有一個(gè)雙向活塞，在流體流中也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牟▌?dòng)(變化)。這是因?yàn)樵谒傈c(diǎn)處各活塞在做功沖程和返回沖程之間轉(zhuǎn)換時(shí)活塞的速度變化并等于0。對(duì)每個(gè)活塞沖程來說，每當(dāng)活塞從做功沖程轉(zhuǎn)換到返回沖程時(shí)，該流體流動(dòng)趨向于為0。在兩活塞按上述方式交替工作的情況下，在曲柄每旋轉(zhuǎn)一半，即每180度時(shí)，兩活塞的流體流動(dòng)將同時(shí)為0。
公知的是也可以使用同一曲柄控制三個(gè)活塞，各活塞之間的相位差為120度角。這樣的話，總會(huì)有一個(gè)活塞進(jìn)行做功沖程。因此，流體流動(dòng)永遠(yuǎn)不可能停止。在考慮流體流動(dòng)的波動(dòng)方面，這種所謂的三缸泵被認(rèn)為比帶一個(gè)或兩個(gè)活塞的泵好得多。
更進(jìn)一步的改進(jìn)可以利用甚至更多的相互配合的活塞來實(shí)現(xiàn)。然而，更多的活塞將導(dǎo)致成本和復(fù)雜性增加。
將三缸泵與一蓄壓器結(jié)合被認(rèn)為是一種可接受的折中方案。
公知的是，借助于一個(gè)作用在每個(gè)都連接到一活塞上的各活塞桿上的傾斜導(dǎo)向板，可控制一筒形轉(zhuǎn)子中的各缸孔中的活塞。該導(dǎo)向板與該轉(zhuǎn)子軸線形成一錐角，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)活塞被驅(qū)動(dòng)的行程由該導(dǎo)向板的該錐角確定。這種方案在小型液壓泵中使用最多，此時(shí)泵效率可借助于改變?cè)搶?dǎo)向板的所述角度而改變。
所述公知的活塞泵裝置的缺點(diǎn)是進(jìn)入的流體流動(dòng)以與流出的流體流動(dòng)的波動(dòng)方式相同的方式波動(dòng)。所述的波動(dòng)相對(duì)大。例如，在活塞桿長度大于曲柄半徑5倍，并且?guī)в胁豢蓧嚎s流體/各低壓和完善閥的情況下，容積流可以在平均容積流的81.5％-106.8％之間變化。
對(duì)較大的泵來說，即使在泵的輸出側(cè)帶有蓄壓器時(shí)，所示的波動(dòng)條件也可能產(chǎn)生有害的振動(dòng)和不必要的噪聲。
將活塞速度按這樣的方式，即在曲柄轉(zhuǎn)角為90度和270度時(shí)活塞速度達(dá)到最大的方式，表示為曲柄轉(zhuǎn)角的純正弦函數(shù)圖，因此每個(gè)活塞的容積流也是這樣。嚴(yán)格地說，這一點(diǎn)只對(duì)活塞桿是無限長時(shí)才正確。在實(shí)踐中，活塞的最大速度，因此最大容積流發(fā)生在曲臂和活塞桿形成一直角時(shí)，并且這一情況分別發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角小于90度并大于270度時(shí)。
因此，如圖所示當(dāng)活塞速度作為該曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)畫成曲線圖時(shí)，將呈現(xiàn)出一扭曲的正弦曲線。隨著非對(duì)稱的三次諧波分量的出現(xiàn)，其進(jìn)一步原因從理論上講是因?yàn)?20度的相位位移是較好的，在實(shí)踐中比所希望的存在更不利的壓力波動(dòng)補(bǔ)償和更大的噪聲。
另外的因素是，已經(jīng)證明產(chǎn)生的最大活塞速度對(duì)活塞泵中的磨損條件是決定性的，隨著速度增加，磨損將增加，并且工作壓力也增加。在高壓下工作的泵通常都必須比相同的泵、相同的流體在低壓工作時(shí)更低的活塞速度，因此容積率更低。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了提供一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，此時(shí)各種條件可以按這種方式設(shè)置，即可以以更穩(wěn)定的容積流，即沒有任何實(shí)質(zhì)上的波動(dòng)進(jìn)行工作，其基礎(chǔ)是在一活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中工作的兩個(gè)或多個(gè)活塞相互是不同步的。
此外，本發(fā)明的目的是，對(duì)具有相似尺寸、相似容積流量和壓力的公知活塞泵/發(fā)動(dòng)機(jī)來說，為了降低磨損而降低最大活塞速度，也就是說，對(duì)相似尺寸的公知活塞泵/發(fā)動(dòng)機(jī)來說，能增加在相應(yīng)的最大活塞速度和磨損時(shí)的容積流量。
所述目的由權(quán)利要求1前序部分和權(quán)利要求1特征部分記載的所述各特征而設(shè)計(jì)成的一裝置來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，一活塞泵(發(fā)動(dòng)機(jī))中的每個(gè)活塞在做功沖程部分期間以恒定的速度運(yùn)行驅(qū)動(dòng)，這與活塞速度按正弦函數(shù)連續(xù)變化的相同或相似類型的公知泵(發(fā)動(dòng)機(jī))相反。在一沖程的每個(gè)端部，活塞速度逐漸變化到0或從0開始變化。當(dāng)一做功活塞的速度減速到0時(shí)，配合運(yùn)行的活塞加速并從0速度處開始做功沖程，所以全部輸出容積流量是不變的。
如果想象每個(gè)活塞分別在每個(gè)沖程的結(jié)束或開始處進(jìn)行線性減速和加速，其效果是很容易理解的。自然地，即使所示速度變化不是線性的，也可以取得相同的效果。在該位置處，在相位轉(zhuǎn)換期間，兩活塞的速度之和是恒定的，并且等于做功沖程期間一活塞的正常速度。
借助于使部分沖程期間活塞速度保持為恒定的盡可能最大的速度，每個(gè)做功沖程的容積流量明顯大于，最大速度發(fā)生在該沖程的特定位置時(shí)，只出現(xiàn)相同的活塞速度的公知泵的情況時(shí)的容積流，否則活塞速度將降低。
從磨損的觀點(diǎn)看，可想象活塞的連續(xù)高速將使缸壁更長的部分被磨損，但在一更受限制的區(qū)域的等效磨損仍將導(dǎo)致該泵不得不進(jìn)行大修。然而，一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的泵可以降低相當(dāng)多的最大速度運(yùn)行，并且具有與公知泵相同的容積流量。
利用一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的泵，只借助于兩個(gè)活塞的匹配就可以獲得穩(wěn)定的輸出容積流量。借助于使每個(gè)做功沖程具有該泵驅(qū)動(dòng)軸180度轉(zhuǎn)角多一點(diǎn)，對(duì)超過180度的部分可以獲得一重疊，兩活塞同時(shí)執(zhí)行部分做功沖程。該重疊部分的轉(zhuǎn)角例如可以是30度，此時(shí)一個(gè)活塞朝0速度處穩(wěn)定地減速，并結(jié)束其做功沖程，而另一個(gè)活塞開始執(zhí)行做功沖程并且工作速度穩(wěn)定地加速。當(dāng)該活塞的沖程長度經(jīng)過一小于180度的轉(zhuǎn)角的行程時(shí)，該返回沖程必須以高于做功沖程的速度進(jìn)行。就磨損而言，這個(gè)較高的返回速度本身是不理想的，但當(dāng)在返回沖程期間作用在活塞上的壓力比做功沖程期間的壓力低得多時(shí)，增加的速度不會(huì)導(dǎo)致磨損增加。此外，活塞的返回速度不會(huì)大于相應(yīng)的公知活塞泵的最大速度。
然而，所述的雙活塞方案的缺點(diǎn)可能是，即使輸出容積流量是恒定的，流入容積流量也不是恒定的。流入容積流量的變化是可以與一公知的三缸泵中的相似變化進(jìn)行比較的。
一個(gè)根據(jù)本發(fā)明運(yùn)行并包括三個(gè)相互之間相位差為120度的活塞的泵，與相應(yīng)的公知三缸泵相比，可以輸出恒定的容積流量，此時(shí)該容積流量的大小在任何時(shí)候都對(duì)應(yīng)于一個(gè)活塞的運(yùn)行速度。各活塞兩個(gè)兩個(gè)地交替按線性速度變化，并具有一整體恒定的容積流量。在使用三個(gè)活塞的情況下，活塞速度的性能可以與做功沖程和返回沖程相同，但與上述兩活塞泵的非對(duì)稱性能不同。
此外，一三活塞泵可以具有恒定的流入容積流量。多活塞泵，例如相互間的相位相差70度的五活塞泵也可以獲得相同的效果。
一較好的是活塞泵可以用工作相位差為60度的6個(gè)活塞形成，并且做功沖程和返回沖程的活塞速度不同(非對(duì)稱)。在一做功沖程的每個(gè)端部處，在變化區(qū)域之間，最大并恒定的活塞速度將低于一相似的公知泵的最大速度的1.6倍，在該公知泵中，活塞速度表現(xiàn)出正弦曲線的特性。
另外，根據(jù)本發(fā)明工作的活塞泵可以以更高的轉(zhuǎn)速比一相似的公知泵更高的相應(yīng)容積流量運(yùn)行，而不超過該公知泵的最大速度。
下面，借助于一個(gè)帶有兩個(gè)活塞泵的一第一簡化實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，對(duì)具有多個(gè)活塞的泵的速度特性和變化狀態(tài)進(jìn)行分析，最后參照一個(gè)更詳細(xì)示例進(jìn)行說明，該示例是一個(gè)鉆孔泥漿泵的優(yōu)化實(shí)施例。參照各


如下圖1示意性地表示一個(gè)具有兩個(gè)活塞的泵的簡化結(jié)構(gòu)圖，該兩活塞由旋轉(zhuǎn)偏心盤/輥輪形的凸輪驅(qū)動(dòng)；圖2是一曲線圖，該曲線示出了圖1所示凸輪和一個(gè)活塞用的凸輪形線和活塞速度；圖3是對(duì)應(yīng)于圖2所示曲線，但其中還示出了圖1中另一個(gè)活塞用的活塞速度；圖4表示一三缸泵用的活塞速度曲線；圖5表示一五缸泵用的活塞速度曲線；圖6表示一六缸泵用的活塞速度曲線；圖7是一個(gè)帶有一外環(huán)凸輪的旋轉(zhuǎn)滾筒的側(cè)視圖；圖8表示一局部的相應(yīng)部分圖(相對(duì)圖7剖取)，其中一中間輥輪安裝在該分支輥輪軸承支承件的延伸部分上，該中間輥輪在該環(huán)形凸輪的背面上滾動(dòng)，即在與該實(shí)際凸輪面相對(duì)的側(cè)面上滾動(dòng)；圖9表示相應(yīng)于圖8所示中間輥輪實(shí)施例的局部視圖，其中該輥輪的偏壓是基于一個(gè)所謂的氣動(dòng)彈簧進(jìn)行的，此時(shí)，在該氣缸加壓，即作氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在該活塞桿的端部處，該輥輪倍加壓抵靠在該凸輪上；圖10表示一個(gè)根據(jù)圖8所示的帶有一“中間輥輪”的實(shí)施例，該實(shí)施例比圖7所示的尺寸大很多，并比圖8示出的詳細(xì)得多，并示出了處于該活塞桿端部的可自由旋轉(zhuǎn)輥輪，是如何以一特性方式使該環(huán)形凸輪的凸輪表面抵靠在該旋轉(zhuǎn)滾筒上的，該中間輥輪是旋轉(zhuǎn)地抵靠在該凸輪的相對(duì)側(cè)面；及圖11是一個(gè)三缸活塞泵的透視圖，該泵與圖7，8，9和10所示實(shí)施例具有相同的特點(diǎn)，但此時(shí)該中間輥輪的原理是與一氣動(dòng)彈簧的使用相結(jié)合。
如圖1所示，參考標(biāo)號(hào)10表示沿箭頭所示的方向反時(shí)針旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸。驅(qū)動(dòng)軸10與一凸輪12相連，當(dāng)從該驅(qū)動(dòng)軸10的中心到凸輪12的周邊測量時(shí)，該凸輪的半徑從一最小值增加到最大值，考慮朝右(順時(shí)針)增加的角度，以便將滿轉(zhuǎn)速時(shí)該凸輪12的半徑間到最小。凸輪12的最大半徑以凸輪12的最小和最大半徑構(gòu)成210度(順時(shí)針)定位，，如圖1中虛線所示半徑。
一個(gè)帶有第一活塞16的第一氣缸14，設(shè)置在與一個(gè)帶有一第二活塞16a的第二徑向定位的氣缸14a徑向相對(duì)的各側(cè)，該第一氣缸沿徑向方向相對(duì)該驅(qū)動(dòng)軸10定位。
該第一活塞16與一第一活塞桿18相連，該第一活塞桿的自由端設(shè)置有一個(gè)設(shè)計(jì)得沿該凸輪12的周邊運(yùn)動(dòng)的第一輥輪20。該第二活塞16a相應(yīng)地與一第二活塞桿18a相連，在該第二活塞桿的自由端設(shè)置有一第二輥輪20，該凸輪也設(shè)計(jì)得沿該凸輪12的周邊運(yùn)動(dòng)。
在圖2中，曲線22表示凸輪12的半徑作為凸輪12的轉(zhuǎn)角函數(shù)。因此，曲線22表示凸輪12的形線。曲線24表示驅(qū)動(dòng)軸10和凸輪12以一恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，該第一活塞16的速度作為凸輪12的轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
該凸輪12的轉(zhuǎn)角的水平方向的量度值為0-360度。垂直量度值為凸輪12的半徑，進(jìn)行校準(zhǔn)以便得出最大的半徑，其值為正數(shù)1.0，通常該最大的半徑出現(xiàn)在210度處，在做功沖程達(dá)到該值1.0期間，對(duì)活塞速度進(jìn)行校準(zhǔn)。
可以從曲線24中看出，在返回沖程期間，活塞16的最大速度等于做功沖程期間的1.5倍或高50％。這些校準(zhǔn)的值對(duì)應(yīng)的活塞速度顯然取決于該驅(qū)動(dòng)軸10和凸輪12的轉(zhuǎn)速，而且實(shí)際尺寸校準(zhǔn)的半徑等于1.0。
圖3中的曲線26表示當(dāng)凸輪12相對(duì)圖1的初始位置朝左邊旋轉(zhuǎn)時(shí)第二活塞16a的速度變化情況。在早期，更具體地說，在0-30度中間，第一活塞16處于做功沖程開始段，并且速度線性增加，而第二活塞16a處于做功沖程尾段，并且速度線性下降。這兩個(gè)活塞的速度正值之和是恒定的，并等于1.0。從30-180度期間，第一活塞16以一個(gè)等于1.0的恒定速度執(zhí)行該做功沖程的主要部分，而該第二活塞16a執(zhí)行其返回沖程，并將流體吸入該第二氣缸14a。
圖4表示一個(gè)具有三個(gè)活塞以120度相位差工作的泵的速度曲線。一正常的曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)活塞的速度正弦曲線28在圖中示出作為參考。曲線30，32和34分別應(yīng)用到第一，第二和第三活塞上。由曲線30，32和34所示，總有一個(gè)活塞以恒定速度工作，或者兩個(gè)工作活塞交替使它們的速度之和等于一個(gè)活塞的工作速度。
圖5表示一個(gè)用于一5活塞泵的速度曲線36，該泵的各活塞相位差為72度。一正常的曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)活塞的速度正弦曲線28在圖中示出作為參考。其余四個(gè)活塞的曲線沒有示出。如圖5所示，該活塞的工作速度在第一個(gè)180度轉(zhuǎn)角中比參考曲線28穩(wěn)定得多，在此同時(shí)，該活塞的工作速度也明顯低于由曲線28表示的曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞速度。
圖6表示一個(gè)用于一6活塞泵的速度曲線38，該泵的各活塞相位差為60度。一正常的曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)活塞的速度正弦曲線28在圖中示出作為參考。其余5個(gè)活塞的曲線沒有示出。如圖6所示，該活塞的工作速度在第一個(gè)180度轉(zhuǎn)角中比參考曲線28穩(wěn)定得多，在此同時(shí)，該活塞的工作速度也明顯低于由曲線28表示的曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞速度。該速度曲線38是不對(duì)稱的，所以該返回沖程經(jīng)過一個(gè)比做功沖程的轉(zhuǎn)角更小的轉(zhuǎn)角，因此此時(shí)的活塞速度更大。
在圖7，8和10所示的活塞泵實(shí)施例的示例中，一馬達(dá)40的輸出軸設(shè)置有一齒輪42，該馬達(dá)借助于齒輪42與一旋轉(zhuǎn)滾筒44的外圈46嚙合驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滾筒44。
該滾筒44的外側(cè)還設(shè)置有一封閉的環(huán)形凸輪50，其一側(cè)形成為一凸輪形線表面52。
在該滾筒44的外側(cè)并與該滾筒平行地設(shè)置有至少一個(gè)活塞缸14b，14c，此時(shí)一活塞(未示出)與一活塞桿18b，18c相連，當(dāng)該滾筒44旋轉(zhuǎn)時(shí)，其自由端設(shè)計(jì)得沿該凸輪表面52運(yùn)行，因此驅(qū)動(dòng)如前面所述的氣缸14b，14c中的所示活塞(未示出)。
在一優(yōu)化實(shí)施例中，6個(gè)活塞缸14b，14c，....繞該滾筒44等距離設(shè)置，在本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施例中，它們都連接到一共同的集合總管上。每個(gè)活塞缸14b，14c，....以公知的方式設(shè)置有閥和氣缸作用的泵缸所需要的各連接裝置。
在這種6缸活塞泵中，滾筒44由兩個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，每側(cè)一個(gè)。
圖10示出了活塞桿18的自由外端是如何與該環(huán)形凸輪50的凸輪表面52彈性接觸的。該自由外端實(shí)際上是由一個(gè)離該缸14b最遠(yuǎn)的旋轉(zhuǎn)接觸輥20b上的點(diǎn)構(gòu)成的。該接觸輥20b與該凸輪表面52的彈性接觸，保證該輥的圓周面沿該凸輪表面36的非圓路徑一直繞輥44的旋轉(zhuǎn)軸線作360度運(yùn)行。
為了獲得該輥20b(當(dāng)然也可以是其它的接觸輥20a，20c，.....)在各活塞缸/活塞桿的軸向方向作彈性運(yùn)動(dòng)，輥?zhàn)?0b的旋轉(zhuǎn)支撐的分支頭18b’在結(jié)構(gòu)上講由一橫向螺栓54形成在該實(shí)際活塞桿的端部(從功能上講，該實(shí)際活塞桿端由輥?zhàn)?0b形成，或者更具體地說，該位置在任何時(shí)候都是該活塞桿18b軸線方向周邊的最外端)，該分支頭18’的一個(gè)分支通過一保持件55支撐一個(gè)小的可旋轉(zhuǎn)輥/輪56形的彈簧負(fù)載接觸裝置，其軸線與該接觸輥輪20b的旋轉(zhuǎn)軸線平行。
該小的輥/輪56的圓周面彈性地支撐并抵靠在該凸輪50的圓周表面的背面52a上，該圓周面不像實(shí)際凸輪表面52那樣，可沿一圓環(huán)表面運(yùn)動(dòng)。
這個(gè)小的輥輪用的彈簧58，例如可以由幾個(gè)相連的盤形彈簧構(gòu)成，該盤形彈簧設(shè)置在一支撐部分60的臥式杯形部分中，該支撐部分60除其它東西外，支撐一個(gè)用于支撐該輥/輪56的分支端片62。
64表示一個(gè)用于調(diào)節(jié)小輥/輪56在該活塞桿18b的軸線方向相對(duì)于凸輪50(凸輪的圓形后側(cè)52a)的運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)螺絲，而63表示一個(gè)與該凸輪輥裝置50一20b相關(guān)的滑動(dòng)導(dǎo)向件。
如上所述，所示優(yōu)化實(shí)施例包括繞該滾筒均勻隔開(即隔開相同的角度)的六個(gè)活塞缸，在該優(yōu)化實(shí)施例中，這些活塞缸較好的是與一共同的集合總管相連。
在一些實(shí)施例中，分支頭18b’，18c’與該活塞桿18a-18c....其它端的氣缸14a-14c....的尺寸相同。
保證各輥輪20一直與相對(duì)的凸輪表面52接觸的裝置可以具有各種形式。通常，它們必須能保證吸氣側(cè)的壓力總是足夠高，從而可以平衡摩擦力，重力及慣性力，這些力使該輥輪抬起離開該凸輪，從而終止它們之間的導(dǎo)向配合。圖8和10提出使用一個(gè)中間輥輪，該輥輪的位置設(shè)置得可以沿該凸輪50的背面運(yùn)行。此外，可以使用例如圖9所示的氣動(dòng)偏壓，其中一個(gè)楔插裝在該活塞桿18b的一中間部分上從而沿18b運(yùn)動(dòng)的環(huán)形活塞16A，在氣缸14B由供給的壓縮空氣加壓時(shí)，迫使輥輪20b抵靠在該凸輪50上。取代這種氣動(dòng)彈簧偏壓實(shí)施例，該偏壓可以通過機(jī)械方式提供。
在圖11所示的實(shí)施例中，可以使用氣動(dòng)彈簧，并且通常處于各氣壓缸14a-14c的活塞桿18a-18c的端部處的分支保持件18b’，18c’可以如此形成，以致于可以分別使小輥/輪56中的接觸輥和中間輥輪20b，20c支撐在每個(gè)保持件中。此外，圖11的實(shí)施例具有與圖7相同的驅(qū)動(dòng)和傳遞機(jī)構(gòu)40，42，46，齒輪42，46，帶有360度的封閉環(huán)形凸輪件50的滾筒44，和三個(gè)等距離(具有120度的角度間隔)隔開設(shè)置的活塞缸14a-14c支撐在一框架構(gòu)件的兩個(gè)隔開部并平行的側(cè)壁82，84中，此時(shí)一安裝板80將該兩側(cè)壁82，84連接起來。參考標(biāo)號(hào)44a表示該滾筒44的一個(gè)軸頸。
權(quán)利要求
1.一種活塞泵型/發(fā)動(dòng)機(jī)(馬達(dá))型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，其中具有兩個(gè)或多個(gè)相互配合的活塞缸(14，14a，14b，14c，.....)，各往復(fù)式活塞(16，16a，....)，該活塞的活塞桿(18，18a，18b，18c，....)在任何時(shí)候都或多或少地伸出相應(yīng)缸的外側(cè)，并由一旋轉(zhuǎn)體作用以便控制每個(gè)活塞，使其在各氣缸中具有一預(yù)定的位移，該位移與各配合活塞的相應(yīng)位移匹配，在該活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)用作泵的實(shí)施例的情況下，各控制的往復(fù)活塞對(duì)一流體流具有強(qiáng)制作用，或者在該活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)用作發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的情況下，各控制的往復(fù)活塞由一流體流驅(qū)動(dòng)，其特征在于這個(gè)設(shè)計(jì)用于控制各活塞(16，16a，....)彼此間的相對(duì)位移的可旋轉(zhuǎn)控制體由一凸輪(12；50)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述凸輪(12)由一個(gè)設(shè)置有一條在一旋轉(zhuǎn)軸(10)的外側(cè)上360度的封閉路徑的凸輪環(huán)構(gòu)成，該凸輪環(huán)的凸輪形圓周面與各活塞桿的端部直接或間接接觸。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其中一活塞缸(14，14a)設(shè)置在該可旋轉(zhuǎn)軸/凸輪(10/12)的各側(cè)，即相對(duì)該軸(10)的旋轉(zhuǎn)軸線沿直徑方向彼此相對(duì)設(shè)置，各活塞缸的各活塞桿(18，18a)相互對(duì)著地定位，其特征在于相對(duì)該軸(10)的旋轉(zhuǎn)軸線，該凸輪(12)具有一增加的半徑(按偏心方式設(shè)置)，圓周曲線超過180度，所以每個(gè)做功沖程都進(jìn)行得比該驅(qū)動(dòng)軸(10)轉(zhuǎn)半圈多一點(diǎn)，并可以獲得例如30度的重疊，此時(shí)，兩個(gè)活塞(16，16a)的一個(gè)，例如活塞16朝0速度穩(wěn)定地降低，從而使做功沖程結(jié)束，而另一個(gè)活塞(16a)開始進(jìn)行做功沖程，并朝一完整的做功沖程穩(wěn)定地加速。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述裝置，其特征在于每個(gè)活塞桿(18，18a，18b，1cc，....)的自由外端由一個(gè)在任何時(shí)候都在軸向方向最外面的可旋轉(zhuǎn)輥輪(20，20a，20b，20c，....)的圓周表面的接觸表面部分構(gòu)成，該圓周表面在任何時(shí)候都抵靠在該凸輪表面(12，52)上。
5.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于該凸輪由一個(gè)設(shè)置在一可旋轉(zhuǎn)滾筒(44)上的封閉凸輪環(huán)(50)，缸形體或相似的裝置或結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于所述可旋轉(zhuǎn)輥輪(20，20a，20b，20c，....)被設(shè)計(jì)成在任何時(shí)候都保持與所述凸輪表面(12；52)彈性接觸。
7.如權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于用于支撐相應(yīng)的接觸輥(20，20a，20b，20c，...)的各活塞桿端形成有一分支頭(18b’)，該分支頭設(shè)計(jì)用來利用一橫向螺栓(54)接收這個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在各U形分支頭之間的接觸輥。
8.如權(quán)利要求4，6或7所述裝置，其特征在于裝置(例如56)設(shè)計(jì)用來保證在吸氣側(cè)建立并維持足夠高的壓力，從而可補(bǔ)償摩擦力，重力和慣性力，其用來使該接觸輥(20，20a，20b，20c，....)抬起離開該凸輪(50)的導(dǎo)向表面(52)。
9.如權(quán)利要求8所述裝置，其特征在于所述裝置由彈簧偏壓裝置，例如氣動(dòng)裝置(16A，14B)，諸如彈簧之類的機(jī)械裝置構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于在每個(gè)活塞桿(18，18a，18b，18c)的端部處的分支頭(18b’)支撐一個(gè)軸線伸出的保持件(60)，該保持件設(shè)計(jì)用來確保該接觸輥(20b)與該凸輪的凸輪表面(52)保持彈簧負(fù)載接觸。
11.如權(quán)利要求8所述裝置，其特征在于所述保持件(60)是一U形的，一第一U形分支件是朝沿軸向遠(yuǎn)離該分支頭外部，自由活塞桿頭(18b’)的方向延伸的，而另一個(gè)U形分支件通過形成一橫向連接片的U形附板連接到該第一U形分支件上，并且沿軸向朝該活塞桿頭(18b’)方向延伸，且支撐一個(gè)接觸輪(56)，其圓周表面以彈簧負(fù)載的方式與該凸輪環(huán)(50)的后環(huán)表面(52a)接觸，并對(duì)著該凸輪的凸輪表面(52)，從而使該接觸輥(20b)與該凸輪表面(52)恒定地并彈性地接觸。
12.如權(quán)利要求7，8和11所述裝置，其特征在于所述分支頭(18a’-18c’)設(shè)計(jì)用于將該接觸輥(20a-20c)和接觸輪/中間輥輪(56)兩者支撐在該凸輪環(huán)(50)相對(duì)該實(shí)際凸輪表面(52)的相對(duì)側(cè)上。
13.一種控制各活塞缸(14，14a，14b，14c，....)中各個(gè)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(16，16a，....)的方法，該活塞缸的數(shù)量為2或更多，形成一活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(活塞泵/發(fā)動(dòng)機(jī)(馬達(dá)))的部件，其中，可旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置用來相互控制各活塞的沖程，該裝置通過其伸出的各活塞桿(18，18a，18b，18c，....)控制各活塞，其特征在于每個(gè)活塞(16，16a，....)以一穩(wěn)定的速度驅(qū)動(dòng)通過其部分做功沖程。
14.如權(quán)利要求12所述方法，其特征在于該活塞(16，16a，....)是以這樣的方式驅(qū)動(dòng)的，以致于在一做功沖程的末段，該活塞的速度逐漸變化到0，或從0開始變化，并且以這樣的方式驅(qū)動(dòng)，即當(dāng)一做功活塞減速到0時(shí)，此時(shí)開始做功沖程的配合活塞(或其中一個(gè)活塞)從0開始加速。
15.如權(quán)利要求13所述方法，其特征在于每個(gè)活塞(16，16a，....)分別在一做功沖程的結(jié)束和開始時(shí)線性地減速和加速，所以在變速期間，活塞的速度之和是恒定的，并等于該活塞在做功沖程期間的正常工作速度。
16.如前述權(quán)利要求10-11中任一所述方法，其特征在于在部分做功沖程期間，該活塞具有并保持一恒定的最大速度。
17.如前述權(quán)利要求10-11中一個(gè)或多個(gè)所述方法，其中該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由一泵構(gòu)成，并且利用兩個(gè)沿直徑相對(duì)設(shè)置的活塞缸(14，14a)和一中間凸輪(12)進(jìn)行工作，其特征在于每個(gè)做功沖程都大于該驅(qū)動(dòng)軸(10)的180度轉(zhuǎn)角多一點(diǎn)(例如30度)，所以在轉(zhuǎn)角重疊部分期間兩活塞(16，16a)同時(shí)執(zhí)行部分做功沖程，此時(shí)一個(gè)活塞是朝0速度穩(wěn)定地減速并結(jié)束其做功沖程，而另一個(gè)活塞開始其做功沖程，并朝整個(gè)做功沖程穩(wěn)定地加速，并且返回沖程的速度高于實(shí)際的做功沖程的速度。
18.如前述權(quán)利要求10-11中任一所述方法，其特征在于至少一個(gè)活塞是如此地驅(qū)動(dòng)的，其速度形線/曲線是非對(duì)稱的，即恒定的，但做功沖程和返回沖程具有不同的速度。
全文摘要
一種包括兩個(gè)或多個(gè)活塞缸(14b，14c)的泵型或發(fā)動(dòng)機(jī)型的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其最好相對(duì)一軸線相同間隔角度為兩缸180度或三缸120度等，并且每個(gè)活塞缸包括一個(gè)帶有一伸出的活塞桿(18b，18c)的往復(fù)活塞。每個(gè)活塞通過該活塞桿(18b，18c)給出一個(gè)與另一個(gè)或其它活塞的受控移動(dòng)配合的受控移動(dòng)。該控制裝置是可旋轉(zhuǎn)的并可以控制各活塞桿伸出的外端部或與這些例如可旋轉(zhuǎn)輥輪(20b，20c)配合的部件。如果是活塞泵，則該活塞用來推動(dòng)一流體，如果是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，則它將被一流體驅(qū)動(dòng)。工作目的是為了提供一種更均勻的容積流量，例如沒有任何顯著的波動(dòng)。為此，所述可旋轉(zhuǎn)控制裝置設(shè)置有一個(gè)封閉的凸輪表面(52)，各活塞桿端通過所述旋轉(zhuǎn)輥輪(20b，20c)的圓周面與該封閉表面接觸。根據(jù)這種活塞發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的方法特征，較好的是，每個(gè)活塞以恒定的速度驅(qū)動(dòng)通過其部分做功沖程。
文檔編號(hào)F04B9/02GK1459004SQ01815653
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月15日
發(fā)明者馬格納·穆厄, 奧厄·許林斯塔德 申請(qǐng)人:挪威國立奧伊威爾有限公司