專利名稱：球活塞徑向動(dòng)作發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與帶有球活塞的徑向內(nèi)燃機(jī)有關(guān)，該球活塞具有一個(gè)獨(dú)特的用來建立活塞相對恒速往復(fù)的靠模形。
在我的名稱為“四沖程連續(xù)循環(huán)徑向活塞發(fā)動(dòng)機(jī)”的專利申請(于1993年7月22日提交，申請?zhí)朜O 094,708)，此申請實(shí)為本人于1992年5月28日提交的專利申請(申請?zhí)朜O 5,257,599專利號5257599)的部分繼續(xù)申請，我敘述了一種安置在一圓靠模面上的球活塞的徑向內(nèi)燃機(jī)，而圓靠模面的旋轉(zhuǎn)中心偏離活塞缸的旋轉(zhuǎn)中心。球活塞，除了在靠模面作上滾動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)外，還有相對于活塞缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，各活塞沿著其圓周途徑的圓周速度和相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中變化很大。
當(dāng)速度變化時(shí)，活塞沿著它們圓周路徑的非勻速造成球活塞的打滑和滑動(dòng)而不是沿著靠模面的純滾動(dòng)，這就會(huì)引起由于磨擦的額外摩損并且增大了的噪音。此外，能夠看出非勻速運(yùn)動(dòng)引起各部分周期內(nèi)的活塞“隆起”，結(jié)果形成一個(gè)不平衡的效果且增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
在本發(fā)明中，設(shè)置有一個(gè)球活塞的徑向內(nèi)燃機(jī)，其中，一個(gè)獨(dú)特的靠模結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)沿著圓形途徑各活塞的均勻滾動(dòng)以及在各活塞缸內(nèi)恒定的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的原理，使用球活塞的徑向內(nèi)燃機(jī)缺少常規(guī)的柱塞(筒狀活塞)連桿，曲軸或其它擺動(dòng)運(yùn)行齒輪，相反，此種內(nèi)燃機(jī)含有一個(gè)帶有兩排或多排徑向延伸汽缸的汽缸轉(zhuǎn)子。在各汽缸內(nèi)，一個(gè)球活塞是貼靠著同心轉(zhuǎn)子的軌道，結(jié)果形成大致均勻的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
柱形轉(zhuǎn)子包含多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的活塞缸而同時(shí)在各活塞缸內(nèi)的球形活塞繞著發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)壁沿著另一個(gè)循環(huán)內(nèi)獨(dú)特設(shè)計(jì)的靠模滾動(dòng)，且借助離心力使其抵靠住，上述兩個(gè)循環(huán)彼此同軸，結(jié)果各球活塞在各自活塞缸內(nèi)來回往復(fù)，靠模的形狀做成保證各球活塞在其汽缸內(nèi)大致均勻的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
設(shè)置獨(dú)立的汽缸用于壓縮(下文稱為壓縮汽缸)和用于點(diǎn)火，燃燒和膨脹(下文稱為動(dòng)力汽缸)。
在壓縮汽缸內(nèi)的球活塞執(zhí)行吸入和壓縮進(jìn)氣的功能，在轉(zhuǎn)一圈中，所有在壓縮汽缸內(nèi)的球活塞經(jīng)歷一個(gè)進(jìn)氣沖程，一個(gè)壓縮沖程，然后把壓縮空氣輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)外送往一個(gè)中間冷卻器。
于是添加燃油的壓縮空氣通過一個(gè)輸送管送到動(dòng)力汽缸內(nèi)，在接納來自輸送管的空氣-燃油混合物后，該動(dòng)力汽缸的汽缸和活塞穿過一個(gè)火焰管用來點(diǎn)燃封閉的油氣混合物。
動(dòng)力汽缸的靠模要對準(zhǔn)，這樣，在點(diǎn)火時(shí)，活塞開始其向外移動(dòng)，在作功沖程中，氣體完全膨脹之后，排氣孔打開而球活塞向內(nèi)移動(dòng)時(shí)排出燃燒氣體，動(dòng)力汽缸尺寸和活塞沖程的選定應(yīng)能達(dá)到廢氣的完全膨脹。在一最佳實(shí)施例中，使用二排動(dòng)力汽缸情況下帶有一排壓縮汽缸。
在本發(fā)明中，上文所說的球活塞的打滑和滑動(dòng)以及隆起的現(xiàn)象大大地減少。
所以，本發(fā)明的主要目的是提供一種具有改進(jìn)球活塞運(yùn)動(dòng)控制的球活塞回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)。
從下文敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加明顯。


圖1是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)由圖7中沿1-1線所剖取的簡略立面剖視圖，用以示范本發(fā)明的原理，圖中的活塞處于上死點(diǎn)和下死點(diǎn)；圖1A是球活塞轉(zhuǎn)過360°途徑的示意圖；圖2是一個(gè)由圖5沿2-2線所取的剖視圖；圖3是一個(gè)由圖5沿3-3線所取的剖視圖；圖4是一個(gè)由圖5沿4-4線所取的剖視圖；圖5是一個(gè)由圖1沿5-5線所取的剖視圖；圖6是一個(gè)由圖1沿6-6線所取的剖視圖；圖7是一個(gè)由圖1沿7-7線所取的剖視圖；圖8是一個(gè)由圖1沿8-8線所取的剖視圖；圖9是一個(gè)由圖1沿9-9線所取的剖視圖10是一個(gè)由圖1沿10-10線所取的剖視圖；圖11是一個(gè)由圖1沿11-11線所取的剖視圖。
所有附圖中的箭頭表示轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)向和文中所述各種流體的流向。
參照圖1，圖2和圖5至圖11，內(nèi)燃機(jī)10有一個(gè)帶有一外壁14，一端壁16和一圓形開孔18的靜止柱形殼體12，圓形開孔由罩蓋22蓋住，罩蓋22有一個(gè)用螺栓25連到殼體12的端板24以及一個(gè)伸入殼體12內(nèi)的柱形定子26。
轉(zhuǎn)子28位于定子26和殼體12的外壁14之間的環(huán)形空間內(nèi)，該轉(zhuǎn)子28有一個(gè)柱形壁30，一端壁31和一個(gè)穿過殼體12的端壁16上開孔33伸出的輸出軸32，用于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)10軸的輸出功率。
三排呈環(huán)陣排列且隔開的汽缸34，36和38形成在轉(zhuǎn)子28的壁30內(nèi)，上述汽缸34，36和38內(nèi)有各自的球活塞42，44和46。
再參照圖7，如圖所示，各汽缸，例如汽缸34是由一徑向延伸且?guī)в星驙钔辜?4b的圓孔組成以配匹球活塞42和一喉部34C，這樣如圖所示汽缸34完全穿透轉(zhuǎn)子28的壁30。
此處所說的汽缸34為壓縮氣缸，而此處所說的汽缸36和38為動(dòng)力汽缸，理由見于下文的討論。
殼壁14的內(nèi)面48設(shè)有一個(gè)獨(dú)特的靠模結(jié)構(gòu)而球活塞42就壓靠在該靠模結(jié)構(gòu)上，這種結(jié)構(gòu)是由一個(gè)上述內(nèi)面48上的凹穴52組成(見圖1)，其目的在下文詳述。殼壁14和內(nèi)面48和轉(zhuǎn)子壁30的外面皆為圓形而且有相同的旋轉(zhuǎn)軸線。
如圖7所見，轉(zhuǎn)軸線Y偏離轉(zhuǎn)軸線X，它是殼體14的圓形外面的圓心，在圖1和圖1A所見，凹穴52開口的寬度，即凹穴52的外緣A和B之間的距離設(shè)計(jì)成隨著內(nèi)面48的周邊而改變，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)子28轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)以便使活塞42在各汽缸34內(nèi)作勻速移動(dòng)。如果需要，為了在它們各自的汽缸內(nèi)獲得任何所要的活塞相對運(yùn)動(dòng)，外緣A和B之間的距離可沿周長變化。
應(yīng)該指出，實(shí)際上球活塞并不是往復(fù)運(yùn)行而是環(huán)繞一近似圓形軌道運(yùn)行，可是就各個(gè)汽缸內(nèi)來看，球活塞為往復(fù)運(yùn)行。
在殼壁14上的凹穴52深度沿周邊而變化以適應(yīng)各活塞，而活塞44和46具有相同外形。邊緣A和B構(gòu)成了球活塞滾動(dòng)的軌道且位于殼壁14的內(nèi)面48上。
當(dāng)轉(zhuǎn)子28轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球活塞42緊壓在邊緣A和B上且旋轉(zhuǎn)，如圖1A所示，結(jié)果，由于寬度改變則球活塞42就在汽缸34內(nèi)往復(fù)運(yùn)行。
離心力使活塞42與邊緣A和B保持接觸，除了圖中所示的邊緣A和B以外，活塞42不會(huì)與凹穴任何部分相接觸，如上文所述，當(dāng)活塞42繞著邊緣A和B轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞42還沿一行星軌道運(yùn)動(dòng)。
從圖1，2，3，4和7中可見，當(dāng)轉(zhuǎn)子28回轉(zhuǎn)時(shí)即從TDC轉(zhuǎn)到BDC，活塞42向外移動(dòng)，這樣在該部分循環(huán)中，空氣通過位于定子26上的一進(jìn)氣孔54而進(jìn)入汽缸34，定子26還設(shè)有可接納來自多個(gè)進(jìn)氣孔58的新鮮空氣的進(jìn)氣總管56，如圖5所示。
而從BDC轉(zhuǎn)到TDC，則活塞42向內(nèi)移動(dòng)，從而在到達(dá)TDC之前，對空氣壓縮，直到壓縮空氣通過一個(gè)在定子26上的開孔64而排出。此壓縮空氣通過壓縮空氣出口孔64(見圖5)離開定子26且穿過一個(gè)圖1所示的中間冷卻器66，該中間冷卻器66為利用外界空氣來冷卻壓縮空氣的常規(guī)設(shè)計(jì)。
參照圖1和圖8，動(dòng)力缸36和38通過在定子26內(nèi)的油-氣總管68和在TDC上的開孔72和73，接納來自中間冷卻器66的壓縮空氣。燃油借助一個(gè)或多個(gè)位于油-氣總管68的噴嘴噴到壓縮空氣中。
如圖3所見，在定子26通過在TDC內(nèi)開孔72和73向汽缸36和38開口，用一個(gè)位于火焰管78內(nèi)的火花塞76來點(diǎn)火。
在汽缸36和38內(nèi)，如上文所述，對球活塞44和46，在各自的凹穴82和84上設(shè)有相應(yīng)的相似靠模緣C，D，E和F。
從TDC轉(zhuǎn)到BDC，發(fā)生了膨脹作功沖程，不久以后，如圖8所示通過排氣孔86排出廢氣直到TDC到達(dá)之前。廢氣通過廢氣總管88，廢氣出口92排到廢氣系統(tǒng)94。一個(gè)裝在出口92處的螺帽95把含有進(jìn)氣孔58的板95a定住。
如圖6所示，穿過活塞42，44和46泄漏的氣體進(jìn)入環(huán)形腔96且穿過一個(gè)再吸入孔98進(jìn)入進(jìn)氣總管56用于再循環(huán)。球活塞和汽缸設(shè)計(jì)成有一余隙以允許泄漏，從而把活塞與汽缸的摩擦減到最小。
最大的面對面接觸發(fā)生在轉(zhuǎn)子28的內(nèi)面和定子26的外面之間，各汽缸，例如，在球形段34b上方的汽缸34的橫截面是喉部34C橫截面的1倍，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子28和定子26之間的力平衡且進(jìn)一步減小了摩擦力。
在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行中，各自含有球活塞44和46的動(dòng)力汽缸36和38，在上文所述的膨脹沖程中，把力作用于它們各自的靠模緣C，D和E，F(xiàn)而使轉(zhuǎn)子28轉(zhuǎn)動(dòng)而且把功率通過軸32傳出，同時(shí)使汽缸34內(nèi)的空氣壓縮。
這種首屈一指的靠模結(jié)構(gòu)使球活塞在從TDC轉(zhuǎn)到BDC的180°過程中建立起回轉(zhuǎn)動(dòng)能，當(dāng)接觸點(diǎn)移出各球面時(shí)非常像“起伏”行程。然后在下一個(gè)180°回轉(zhuǎn)中該動(dòng)能用來幫助活塞克服離心力向內(nèi)移動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)導(dǎo)致自身固有的平穩(wěn)運(yùn)行，通過淘汰了曲柄和連桿，也就消除了由曲柄和連桿通常會(huì)誘發(fā)的振動(dòng)。
不用進(jìn)氣閥和排氣閥只用一個(gè)裝有油-氣供應(yīng)總管和排氣總管的開孔柱形定子使發(fā)動(dòng)機(jī)完成四沖程的機(jī)械循環(huán)。如上文所述，通過控制余隙和選擇一個(gè)汽缸反向孔有效面積(即喉部34C)等于1/2汽缸鏜孔的面積來保持轉(zhuǎn)子和定子之間的密封，上述措施的效果是為了在轉(zhuǎn)子和定子的界面上產(chǎn)生一個(gè)平衡條件，結(jié)果是在所有運(yùn)行情況下，不管汽缸內(nèi)是正壓或負(fù)壓，轉(zhuǎn)子作用在定子上的力基本上平衡掉了，從而減小了轉(zhuǎn)子和定子界面上的摩損，此特點(diǎn)對長期的密封控制是重要的。
以上所述的僅僅是本發(fā)明的某幾個(gè)最佳實(shí)施例，應(yīng)該理解為在下文所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)本發(fā)明可以有許多改型。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)有a.一個(gè)靜止的殼體；b.回轉(zhuǎn)的柱形裝置，它有一個(gè)至少包含兩排沿徑向延伸形成壓縮汽缸和動(dòng)力汽缸的圓形通道的圓形壁，這兩排汽缸沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互偏離，各上述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸完全穿透上述圓形壁；c.在上述殼體內(nèi)并由上述回轉(zhuǎn)柱形裝置的圓形壁圍繞的靜止芯裝置用于供應(yīng)，傳送和帶走通往上述汽缸和來自上述汽缸的工作流體；d.各上述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸包含一自由地往復(fù)和回轉(zhuǎn)的球活塞；和e.靜止的靠模裝置，它有一個(gè)由一對間隔開的邊緣構(gòu)成的圓形軌道，裝在環(huán)繞各上述多排汽缸的上述殼體內(nèi)，各靜止靠模裝置包括與各上述活塞接觸的裝置，當(dāng)上述回轉(zhuǎn)式汽缸裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使上述球活塞在各自汽缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)；和f.軸裝置連到上述回轉(zhuǎn)式汽缸裝置以傳送上述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸功率。
2.一種回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)有a.一個(gè)靜止的殼體b.回轉(zhuǎn)的柱形裝置，它有一個(gè)至少包含兩排沿徑向延伸形成壓縮汽缸和動(dòng)力汽缸的圓形通道的圓形壁，這兩排汽缸沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互偏離，各上述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸完全穿透上述圓形壁；c.各上述殼體內(nèi)并由上述回轉(zhuǎn)柱形裝置的圓形壁圍繞的靜止芯裝置用于供應(yīng)，傳送和帶走通往上述汽缸和來自上述汽缸的工作流體；d.各上述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸包含一自由地往復(fù)和回轉(zhuǎn)的球活塞；和e.靜止的靠模裝置，它有一個(gè)由一對邊緣構(gòu)成的圓形軌道，該圓形軌道有一個(gè)與上述回轉(zhuǎn)柱形裝置的回轉(zhuǎn)軸線相重合的軸線，各對邊緣在各自的汽缸排內(nèi)與所有的球活塞相接觸，上述邊緣的間隔是隨一轉(zhuǎn)360°內(nèi)而變化，以便使上述球活塞在各自的汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上述軌道裝在環(huán)繞各上述汽缸排的上述殼體內(nèi)；和f.連到上述回轉(zhuǎn)式汽缸裝置的軸裝置，用以傳送上述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于各上述發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸縮小到形成一個(gè)減小直徑的圓形喉部以與上述靜止的芯裝置相聯(lián)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于各發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的截面積約為其喉部截面積的1倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述活塞在上述汽缸內(nèi)的尺寸做到能使一些氣體穿過上述活塞漏出，并有裝置使這些漏出氣體經(jīng)再循環(huán)后進(jìn)入上述壓縮氣缸的進(jìn)氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述靜止芯裝置包括把空氣傳送到上述壓縮汽缸的裝置，當(dāng)在部分轉(zhuǎn)動(dòng)周期中上述靜止的靠模裝置與球活塞接觸而使球活塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入各自的汽缸，則上述空氣在汽缸內(nèi)受壓縮；用于在上述動(dòng)力氣缸內(nèi)，燃燒和膨脹的另一部分轉(zhuǎn)動(dòng)周期中，把燃油噴入和把上述壓縮空氣送入上述動(dòng)力氣缸的裝置；以及在另一部分轉(zhuǎn)動(dòng)周期中使膨脹氣體從上述動(dòng)力氣缸內(nèi)撤出的裝置，燃燒氣體在上述動(dòng)力氣缸內(nèi)膨脹使上述動(dòng)力氣缸內(nèi)的活塞壓向上述靜止的靠模裝置，從而使上述回轉(zhuǎn)的汽缸裝置轉(zhuǎn)動(dòng)并使上述靜止的靠模裝置與在上述壓縮氣缸內(nèi)的球活塞接觸，而壓縮汽缸內(nèi)的空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述靜止芯裝置包括點(diǎn)燃送到上述動(dòng)力汽缸含有燃油的壓縮空氣的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于設(shè)有使進(jìn)入上述動(dòng)力汽缸的壓縮空氣冷卻的裝置。
9.一回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)有a.一靜止的殼體；b.在上述殼體內(nèi)的回轉(zhuǎn)的柱形裝置，它有一個(gè)包含一排徑向延伸圓形動(dòng)力汽缸的柱形壁，各上述氣缸完全穿透上述柱形壁；c.在上述殼體內(nèi)且由上述回轉(zhuǎn)的柱形裝置的圓形壁所包繞的靜止芯裝置，該裝置用于供應(yīng)工作流體到上述汽缸以及從上述汽缸帶走工作流體；d.各上述汽缸包含一個(gè)自由地往復(fù)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的球活塞且與上述靜止的芯裝置相聯(lián)通；e.裝在包繞上述汽缸排的上述殼體內(nèi)用于抵靠各上述球活塞的靜止的靠模裝置，上述靠模裝置有一對沿圓軌跡并按圓的直徑彼此間隔的邊緣，上述圓軌跡的軸線與上述回轉(zhuǎn)汽缸裝置的旋轉(zhuǎn)軸線相重合，上述一對邊緣與上述球活塞相接觸，上述一對邊緣間隔的改變方式應(yīng)能使上述活塞以一種預(yù)選形式在各自汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)。f.穿過上述殼體連到上述回轉(zhuǎn)柱形裝置的軸裝置，所述軸裝置用于提供上述轉(zhuǎn)動(dòng)的汽缸裝置的直接實(shí)際聯(lián)結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于各上述汽缸縮小以形成一個(gè)減小直徑的圓形喉部。
全文摘要
一個(gè)包含一回轉(zhuǎn)汽缸的殼體的回轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)，它有一至少包含兩排沿徑向延伸形成壓縮汽缸和動(dòng)力汽缸的圓通道的圓形壁，兩排汽缸沿著轉(zhuǎn)軸線彼此偏離，各汽缸包含一自由往復(fù)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的球活塞，一靜止靠模裝在環(huán)繞各排汽缸的殼體內(nèi)，各靠模由一對一定直徑的圓形邊緣構(gòu)成，該圓邊緣的軸線與回轉(zhuǎn)汽缸的轉(zhuǎn)軸相重合，每對邊緣在其各自排內(nèi)與所有球活塞相接觸，邊緣的間隔在360°轉(zhuǎn)動(dòng)中會(huì)改變，結(jié)果球活塞在各汽缸內(nèi)以勻速運(yùn)動(dòng)。
文檔編號F02B57/00GK1143994SQ95192055
公開日1997年2月26日 申請日期1995年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月15日
發(fā)明者托馬斯·W·戴爾 申請人:托馬斯·W·戴爾