專(zhuān)利名稱(chēng)：往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)式或徑向活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有環(huán)狀并列分布、徑向設(shè)置的活塞氣缸單元和一根延伸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的偏心軸，該殼體密封住所述氣缸，其偏心輪或凸輪控制活塞的向外沖程，活塞的向內(nèi)沖程由一和活塞相嚙合的共用控制環(huán)控制。
EP88677公開(kāi)了一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其活塞由一凸輪徑向向外驅(qū)動(dòng)。在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中只有活塞的向外沖程是由一偏心輪機(jī)械控制的，并借助于一包含偏心輪的滾珠軸承來(lái)進(jìn)行控制，然而向內(nèi)沖程就只能通過(guò)由所述行程運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的彈簧的彈力來(lái)驅(qū)動(dòng)，以使得活塞與滾珠軸承的外環(huán)保持接觸。這樣一種彈簧尤其容易受不利因素的影響，進(jìn)而使其設(shè)置不利地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。此外，需要一定的間隙空間以用于將其安裝到氣缸區(qū)域內(nèi)，因?yàn)樵谙蛲鉀_程中是要防止介質(zhì)的完全膨脹的。
GB2225614(JP2188678)公開(kāi)了兩個(gè)相對(duì)的活塞的返程運(yùn)動(dòng)的實(shí)施例，所述活塞由一穿過(guò)一橫向連接環(huán)的一對(duì)橫向延伸部分的凸輪向外驅(qū)動(dòng)，其與加有預(yù)定載荷的彈簧相連接，且以交叉方式連接到一延伸到外殼區(qū)域上的內(nèi)活塞端部的凹槽中。因此，所述活塞并不能在相應(yīng)氣缸的整個(gè)長(zhǎng)度上滑動(dòng)，且容納連接彈簧和從氣缸中伸出的活塞端部所需的空間，阻止了發(fā)動(dòng)機(jī)形成緊湊的結(jié)構(gòu)。而且，由于可伸縮的結(jié)構(gòu)，連接彈簧的橫向延伸，該發(fā)動(dòng)機(jī)只能適合用作具有較低的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的泵。
從AT394892中可知，可通過(guò)一凸輪來(lái)單獨(dú)控制彼此成環(huán)形分布的各活塞的沖程運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗龌钊柚谝磺蚨艘糟q接方式嚙合，所述球端設(shè)置在包括凸輪的環(huán)狀控制體內(nèi)的徑向內(nèi)端上。由于這種在包含凸輪的環(huán)狀控制體和特定的活塞之間的機(jī)械連接的結(jié)構(gòu)，所以這樣一種活塞控制具有一會(huì)阻止緊湊結(jié)構(gòu)的間隙需要，進(jìn)而控制體的機(jī)械連接使得結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜。
最后從US3259074(DE1453663)中可知，可用一共用的連接環(huán)來(lái)提供相對(duì)活塞組的返程運(yùn)動(dòng)，該連接環(huán)沿橫向與活塞的周向槽相嚙合。借助于一個(gè)連接環(huán)來(lái)進(jìn)行兩個(gè)相對(duì)的等軸活塞組的連接可以由這樣一種連接來(lái)形成，即使其可橫向分布在第二活塞組中，分布在連接環(huán)的四個(gè)互相成90度的滑動(dòng)表面上。由于其與凸輪的接觸及在活塞長(zhǎng)度中間部分與連接環(huán)的連接，因此使得所述活塞具有一較大的長(zhǎng)度，并因此使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的徑向尺寸。共同決定了發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸的連接環(huán)尺寸由在一個(gè)較大的環(huán)形通道中對(duì)連接環(huán)的接收和安裝引起，所述通道在整個(gè)氣缸體圓周上延伸。所述環(huán)形通道還用于容納一阻擋件，其用于阻止連接環(huán)從活塞環(huán)形槽中橫向脫出。由于較大連接環(huán)尺寸的結(jié)果，這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)還是不適合用于高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，其中對(duì)于所述尺寸，還設(shè)置連線結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的問(wèn)題是找到一種如前所述類(lèi)型的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有十分緊湊的結(jié)構(gòu)，只需要很少的、易于生產(chǎn)和安裝的部件，其還可用作一CO2空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓縮機(jī)，在高壓下具有高性能規(guī)格和高旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)本發(fā)明，上述問(wèn)題可通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的技術(shù)特征來(lái)解決。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可從所附的權(quán)利要求和相對(duì)附圖的描述中獲得，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向截面圖。
圖2是沿圖1中II-II線截取的圍繞活塞軸的截面圖。
圖3是根據(jù)圖2所示的活塞結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰活塞的透視圖，且控制環(huán)的周向區(qū)域和所述活塞相嚙合。
圖4是設(shè)置在活塞和氣缸蓋上的止回閥的膜片閥的平面圖。
圖5是圖1中V區(qū)域內(nèi)的放大圖。
圖6是根據(jù)圖1和圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的控制環(huán)的側(cè)視圖。
圖7是根據(jù)圖1和圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的五個(gè)活塞中任意一個(gè)的放大軸向截面圖，其中有旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣的圖示表示。
徑向活塞或往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)1優(yōu)選為具有奇數(shù)個(gè)，例如五個(gè)活塞氣缸單元2，3，由于在實(shí)心材料中形成有五個(gè)徑向分布的引導(dǎo)活塞2的缸膛5，因此上述活塞環(huán)狀并列設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼5的一個(gè)共用的、相對(duì)較淺的殼體4中。
如圖2所示，為節(jié)省材料最好將殼體4沿徑向構(gòu)造，并在其外表上設(shè)置五個(gè)法蘭面6，以用于排氣閥7和密封排氣管8的氣缸蓋9的緊固安裝。
在朝向殼體4的中心端，缸膛3終止于一個(gè)小的相對(duì)于偏心軸12設(shè)置在中心處的圓形齒輪間隙10中，且其中偏心軸12的偏心輪或凸輪11用一包含偏心輪的滾珠軸承13來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
滾珠軸承13的外環(huán)14，例如可以構(gòu)造為一滾針軸承，和與其相對(duì)的活塞2的內(nèi)端面15常時(shí)接觸，使得凸輪11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依次驅(qū)動(dòng)活塞2徑向向外運(yùn)動(dòng)，以執(zhí)行其向外沖程。
因?yàn)槎噙呅慰刂骗h(huán)和每個(gè)活塞2的一個(gè)橫向凹槽17都相嚙合，所以五個(gè)活塞2的向內(nèi)沖程的驅(qū)動(dòng)可由多邊形控制環(huán)16來(lái)連接。由于每個(gè)活塞2的向外沖程依次對(duì)應(yīng)于凸輪11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以作為連接的結(jié)果，控制環(huán)16會(huì)被向外拉，因此會(huì)帶動(dòng)與其徑向相對(duì)的活塞向內(nèi)拉，這樣所述活塞就執(zhí)行了其向內(nèi)沖程。
活塞槽17成形為可以在割線方向滑動(dòng)的缺口，且與控制環(huán)16的橫截面形狀相配合，且具有互相平行的表面。從活塞2的內(nèi)端面15，凹槽17具有一最小的間隙，該間隙與活塞2的基壁18的厚度相應(yīng)，作為在氣缸3內(nèi)的圓柱滑動(dòng)面的橫向中斷，其優(yōu)選構(gòu)造為中空體，且構(gòu)造在活塞2的限定的圓周區(qū)域上。這樣會(huì)具有如下優(yōu)點(diǎn)，即活塞能在氣缸3內(nèi)在其整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)間斷地滑動(dòng)，至少在其較大的一端不會(huì)被凹槽17間斷，并且在圓周方向上具有明顯大于180°的弧度。
很明顯，活塞2的凹槽17和相應(yīng)的控制環(huán)16，可以和所示實(shí)施例不同，可以是設(shè)置在殼體4面對(duì)著外殼間隙45的另一側(cè)。在不考慮制造成本和作用在其上的應(yīng)力的情況下，控制環(huán)16可以具有和本實(shí)施例中所示的圓盤(pán)形狀不同的截面形狀，例如正方形，這樣便可使其具有一個(gè)更寬的內(nèi)控制面20。
本實(shí)施例所示的控制環(huán)16的五個(gè)內(nèi)控制面20通過(guò)一小內(nèi)圓角22形成為沿圓周方向的連續(xù)面，即內(nèi)控制面20，其中所述內(nèi)圓角用于更好地分布作用在控制環(huán)16上的力，這樣控制環(huán)16便具有一多邊形的內(nèi)表面輪廓。為反作用于與活塞軸線成直角的接觸面18的邊界邊緣61、62的載荷，控制面20在圓周方向上最好具有一輕微的凸曲率。
由于活塞2的凹槽17沿橫向開(kāi)口，所以控制環(huán)16能橫向延伸穿過(guò)活塞2，且能相對(duì)于活塞在橫向方向上不受阻礙地進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，這就會(huì)導(dǎo)致控制運(yùn)動(dòng)與凸輪11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步進(jìn)行。內(nèi)控制面20在五個(gè)活塞2的每一個(gè)基壁18上滑動(dòng)。而且，在安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，活塞2的橫向開(kāi)口凹槽17可和移動(dòng)部件簡(jiǎn)單地連接在一起。
為在活塞2的凹槽17的橫向向外的方向上固定控制環(huán)16，在其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中使其在殼體4的圓周方向上構(gòu)造的間隙65內(nèi)滑動(dòng)，例如該間隙構(gòu)造為一徑向缺口。橫向與控制環(huán)16相鄰的、實(shí)心殼體4的最小齒輪間隙10設(shè)置有一環(huán)形的、與控制環(huán)16的尺寸相應(yīng)的周向加寬部66，該加寬部可使控制環(huán)插入到整體構(gòu)造的殼體4中。
控制環(huán)16在外側(cè)上具有五個(gè)圓柱面的弧形部分21，每一個(gè)弧形部分都以控制環(huán)16的間隙23為邊界。這五個(gè)間隙23中的每一個(gè)都形成為活塞2橫向穿過(guò)凹槽17的氣缸內(nèi)部空間24的進(jìn)氣口。間隙23以這樣的方式分布，即如圖3所示，其貫穿控制環(huán)16的嚙合區(qū)的橫向部分，因此進(jìn)氣流橫向進(jìn)入活塞凹槽17，再沿切線方向進(jìn)入活塞2的氣缸內(nèi)部空間24。
在圓柱形內(nèi)部空間27中，雙箭頭方向25、26所示的切向進(jìn)氣流在離心作用下產(chǎn)生螺旋流27，使得氣體工作介質(zhì)中所含的潤(rùn)滑劑被限定在發(fā)動(dòng)機(jī)1內(nèi)，如箭頭26所示，反向?qū)蚧钊?的氣缸內(nèi)壁19。這種離心作用由通過(guò)活塞2的一個(gè)中心內(nèi)部接頭28的氣體介質(zhì)流形成，該內(nèi)部接頭的中心通道在活塞徑向向外的端面處在一閥口30中向外開(kāi)通。
止回閥31的膜片33借助于其邊緣35來(lái)固定到活塞2的端面上，例如通過(guò)焊接來(lái)加以固定。所述膜片33具有一中心封閉部分32和三個(gè)成弧形延伸向膜片邊緣35的腹板部分34，以使得腹板部分34成為用于封閉部分32的沖程運(yùn)動(dòng)的彈性元件。
缸膛3徑向向外以一氣缸蓋9的板狀件36為邊界，該板狀件環(huán)繞著一中心出氣通道37，在其外部抵靠著該板狀件安裝有一止回閥的膜片38，如圖4所示，該膜片和設(shè)置在活塞2上的止回閥的膜片33的構(gòu)造相同。
工作介質(zhì)從氣缸工作區(qū)域3流入連接體39中，該連接體借助于連接通道40形成了與包含發(fā)動(dòng)機(jī)外殼5的支管41的連接。借助于固定到殼體4的外側(cè)上的連接體，氣缸蓋9的板狀件在一定預(yù)緊力下被牢固地固定到殼體4上。
偏心軸12借助于滾珠軸承42、43安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼5或其鐘形殼體50內(nèi)。驅(qū)動(dòng)側(cè)密封結(jié)構(gòu)44相對(duì)于外側(cè)軸向地密封住殼體內(nèi)部45，但是承載凸輪11和平衡重物46的自由軸端47終止于外殼間隙48內(nèi)，該間隙由一帶凸緣的外殼覆蓋件49封住。工作介質(zhì)流借助于至少一個(gè)徑向連接到鐘形的第二殼體50上的連接件51而進(jìn)入到往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)1內(nèi)。然后，如圖5所示，再流經(jīng)設(shè)置在外殼內(nèi)壁52中的軸向通道53、54，撞擊在由偏心軸11帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的擋板55上，氣體工作介質(zhì)中的潤(rùn)滑劑部分便在此處得以分離。然后氣體繼續(xù)在擋板55周?chē)鲃?dòng)并流經(jīng)一位于擋板和殼體50之間的間隙56，進(jìn)入設(shè)置在外殼和軸57的中央的殼體4的環(huán)形齒輪間隙10中，凸輪11在該間隙中旋轉(zhuǎn)，以使工作介質(zhì)能從端部外殼間隙48中以上述方式流入到活塞2中。
用于使進(jìn)氣流進(jìn)入工作氣缸3和使出氣流從該氣缸中流出的止回閥構(gòu)造為一種膜片閥，其直接安裝在活塞2上的這種結(jié)構(gòu)可使其徑向尺寸特別小，且可使往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)1的結(jié)構(gòu)特別緊湊，該發(fā)動(dòng)機(jī)最后可以其凸輪11的高旋轉(zhuǎn)速度來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此可具有高性能規(guī)格。因此，根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)特別適用于用作機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)安裝的CO2空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓縮機(jī)。而且，該發(fā)動(dòng)機(jī)的具有創(chuàng)造性的主要部分以這樣一種方式來(lái)設(shè)計(jì)，即它們能以一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)生產(chǎn)和安裝。
為便于制造，活塞2包括兩個(gè)可伸縮的嚙合部件，且在兩個(gè)嚙合部件之一連接到其上之前，先將具有活塞頭29的那個(gè)部件固定到膜片33上，而在另一個(gè)部件上，凹槽17則通過(guò)橫向銑削而成。連接兩個(gè)部件時(shí)，則對(duì)兩者施壓使其在兩者之間能容入活塞環(huán)58。
根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)1適于10,000轉(zhuǎn)/分以上的高旋轉(zhuǎn)速度，因此偏心軸12及與其一起旋轉(zhuǎn)的部件、穿過(guò)平衡重物46的其它部件和在同軸旋轉(zhuǎn)的擋板55上的間隙60的平衡都很重要。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有環(huán)狀分布的徑向設(shè)置的活塞氣缸單元(2，3)，具有一根延伸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)外殼(5)的殼體(4)的偏心軸(12)，該殼體密封住氣缸(3)，其凸輪(11)控制活塞(2)的向外沖程，活塞(2)的向內(nèi)沖程由一和活塞(2)相嚙合的共用控制環(huán)(16)控制，其特征在于控制環(huán)(16)的接合在各個(gè)活塞(2)的橫向凹槽(17)中產(chǎn)生，所述凹槽沿一割線(Secant)方向形成且與控制環(huán)(16)的橫截面形狀相適應(yīng)，其以活塞(2)的基壁為邊界，控制環(huán)(16)被控制為通過(guò)內(nèi)控制面(20)與所述基壁(18)滑動(dòng)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于活塞氣缸單元(2，3)的數(shù)目為奇數(shù)，使得控制環(huán)(16)的基本上呈線性的內(nèi)控制面(20)一起形成一互相連接的(reciprocal association)非直角多邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于控制環(huán)(16)的內(nèi)控制面(20)具有一防止邊緣與基壁(18)相接觸的輕微的凸曲率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于控制環(huán)(16)的橫向表面與沿一割線方向成形的凹槽(17)的邊界表面相鄰并滑動(dòng)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于凹槽(17)和控制環(huán)(16)延伸到活塞半徑的一半以上，并進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的活塞(2)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于形成至少一個(gè)控制環(huán)(16)的對(duì)接面的間隙(65)設(shè)置在殼體(4)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于活塞(2)被構(gòu)造為具有圓柱形內(nèi)壁(19)的中空體，使得設(shè)置用于控制環(huán)(16)的凹槽(17)形成一橫向活塞開(kāi)口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在其與活塞(2)的凹槽(17)相嚙合的圓周區(qū)域上，控制環(huán)(16)在每一嚙合處都具有一間隙(23)，其沿著氣缸活塞內(nèi)壁(19)的切向形成內(nèi)部活塞空間(24)的進(jìn)氣連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于一內(nèi)部連接(28)形成于外部活塞頭(29)上，并在其上形成一在活塞(2)的端面上開(kāi)通的中央活塞通道，膜片閥(31)的膜片(33)和所述端面接合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于活塞(2)包括兩個(gè)可伸縮的嚙合部件，在兩者之間密封有一活塞環(huán)(58)，在所述一個(gè)部件上設(shè)置有一中央內(nèi)部連接(28)和一閥膜片(33)，且在另一部件中的凹槽(17)經(jīng)橫向銑削(milled)而成。
全文摘要
徑向活塞式或往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(1)具有環(huán)狀分布的徑向設(shè)置的活塞氣缸單元(2，3)?；钊?2)的向外沖程由共用偏心軸(12)的凸輪(11)控制，而其向內(nèi)沖程則由一控制環(huán)(16)控制，該控制環(huán)與各個(gè)活塞(2)的橫向凹槽(17)嚙合，該凹槽沿切向形成且與控制環(huán)(16)的橫截面形狀相適應(yīng)。凹槽(17)以活塞(2)的基壁為邊界，控制環(huán)(16)通過(guò)內(nèi)控制面(20)與該基壁滑動(dòng)接觸?；钊?2)是中空的，且膜片閥的膜片支承在其表面上。因此，往復(fù)式活塞(1)具有一相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)，能承受高載荷，因此其特別適合用作車(chē)輛的CO
文檔編號(hào)F04B27/04GK1651720SQ200410082239
公開(kāi)日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者彼得·庫(kù)恩 申請(qǐng)人:魯克車(chē)輛液壓系統(tǒng)有限公司及兩合公司, 維斯特恩環(huán)球技術(shù)公司, 奧布斯特工程有限公司