本發(fā)明涉及旋轉活塞及汽缸裝置。

背景技術：

旋轉活塞及汽缸裝置可以采取內燃機發(fā)動機或壓縮機(例如增壓器或流體泵)或膨脹器(例如蒸汽機或渦輪機替代設備)的形式，并且可以為一種容積式裝置。

旋轉活塞及汽缸裝置包括轉子和固定體，該固定體至少部分地限定環(huán)形腔室/汽缸空間，該轉子可以為環(huán)形的形式，且該轉子包括至少一個活塞，所述活塞從轉子延伸進入環(huán)形汽缸空間中，在使用中至少一個活塞在轉子相對于固定體旋轉的時候沿周向移動穿過環(huán)形汽缸空間，所述裝置進一步包括汽缸空間快門式開閉部件，所述快門式開閉部件能夠相對于固定體移動至封閉位置(在該封閉位置上所述快門式開閉部件將環(huán)形汽缸空間分隔)和打開位置(在所述打開位置上所述快門式開閉部件允許至少一個活塞通過)，所述汽缸空間快門式開閉部件包括快門式開閉盤。

申請人已經發(fā)明了用于這種裝置的改進的密封布置。

技術實現要素：

根據本發(fā)明，提供一種旋轉活塞及汽缸裝置，其包括轉子、固定體以及快門式開閉盤，所述轉子包括從轉子延伸進入汽缸空間中的活塞，所述轉子與所述固定體共同限定所述汽缸空間，

所述快門式開閉盤穿過所述汽缸空間并在其中形成分隔體，所述盤包括允許所述葉片在其中穿過的狹槽，

所述快門式開閉盤包括布置成與轉子的表面形成密封的周向表面，所述周向表面限定與所述轉子表面形成至少一個封閉行進線的輪廓，至少一個封閉行進線從位于轉子的半徑上并包括轉子的旋轉的軸線的平面偏移。

周向表面可以被視作圍繞盤延伸的最外側的表面。

本文中所使用的術語“活塞”在其最廣泛的含義內包括(其中語境允許)能夠相對于汽缸壁移動的分隔體，這樣的分隔體基本不需要在相對移動方向上具有實質厚度，而是可以為葉片的形式。分隔體可以具有實質厚度或可以為中空的?？扉T式開閉盤可以表現為基本沿汽缸空間的徑向延伸的分隔體。

本文中所使用的術語密封為包括減小間隙、使泄露減到最小且不必完全防止流體穿過密封進行輸送的布置。封閉行進線/區(qū)域指的是在盤與轉子之間的密封配合表面處形成的區(qū)域。

雖然理論上快門式開閉部件意指可以往復運動，但是優(yōu)選地避免使用往復部件，特別是在需要較高速度的時候，快門式開閉部件優(yōu)選為設置有至少一個狹孔的旋轉快門式開閉盤，所述狹孔在快門式開閉部件打開的條件下放置成與環(huán)形汽缸空間的周向延伸孔基本對準，從而允許至少一個活塞穿過快門式開閉盤。

快門式開閉的至少一個狹孔基本沿徑向設置在快門式開閉盤中。

優(yōu)選地，轉子的旋轉的軸線與快門式開閉盤的旋轉的軸線不平行。更優(yōu)選地轉子的旋轉的軸線基本垂直于快門式開閉盤的旋轉的軸線。

優(yōu)選地，活塞成形為隨著狹孔穿過環(huán)形汽缸空間，活塞將在移動的快門式開閉部件中穿過狹孔而不會受到阻擋?；钊麅?yōu)選地成形為使得在活塞與快門式開閉部件中的狹孔之間存在最小的間隙，從而在活塞穿過狹孔時形成密封?？梢栽诨钊那把乇砻婊蚝笱乇砻婊蚯把剡吘壔蚝笱剡吘壣显O置密封。在壓縮機的情況下，可以在前沿表面上設置密封，而在膨脹器的情況下，可以在后沿表面上設置密封。

優(yōu)選地轉子由固定體可旋轉地支撐而不是依賴于活塞與汽缸壁之間的協作，從而使轉子本體相對于固定體定位。應理解的是旋轉活塞及汽缸裝置與傳統的往復活塞裝置不同，在傳統的往復活塞裝置中，活塞通過合適的活塞環(huán)而保持為與汽缸同軸，所述活塞環(huán)產生相當高的摩擦力。

優(yōu)選地，轉子與快門式開閉盤的周向表面之間的密封由它們之間的密封間隔提供，以使流體的傳輸減到最小。

轉子可以由合適的軸承部件可旋轉地支撐，該軸承部件由固定體承載。

優(yōu)選地，固定體包括至少一個入口端口和至少一個出口端口。

優(yōu)選地，至少一個端口基本毗鄰快門式開閉部件。

優(yōu)選地，轉子的角速度與快門式開閉盤的角速度的比值可以為1:1，但是其它比值也是可能的。

轉子可以包括(圓形)凹陷表面，該(圓形)凹陷表面部分地與固定體限定汽缸空間。轉子可以包括中心孔以允許盤與轉子之間的旋轉傳動延伸穿過。

快門式開閉盤可以布置成在汽缸空間的一個區(qū)域處延伸穿過汽缸空間。

快門式開閉盤可以具有中平面，該中平面可以被認為是通常在盤的高度/深度的中間延伸的平面。

所述裝置可以包括一個或者更多的特征，其將在下文的描述中進行描述和/或在附圖中顯示。

附圖說明

現在將參考下面的附圖并僅通過示例性的方式來描述本發(fā)明的各個實施方案：

圖1為旋轉活塞及汽缸裝置的立體圖，

圖2為圖1的裝置的轉子的立體圖，其顯示了轉子的旋轉的軸線和不同平面，

圖2a為示出生成轉子徑向橫截面的優(yōu)選方法的示意圖，

圖3和圖4為包括偏移的封閉行進線的旋轉活塞及汽缸裝置的立體圖和側視圖，

圖5為包括偏移的封閉行進線的旋轉活塞及汽缸裝置的前視圖，并為圖3和圖4中顯示的裝置的一個變體實施方案，

圖6和圖7分別為包括兩個偏移的封閉行進線的旋轉活塞及汽缸裝置的前視圖和立體圖，

圖8為包括兩個分別都為偏移的封閉行進線的旋轉活塞及汽缸裝置的前視圖，其中快門式開閉盤(從轉子的徑向平面)偏移，

圖9為包括單個封閉行進線的旋轉活塞及汽缸裝置的前視圖，其中盤和封閉行進都從轉子的徑向平面偏移，

圖10和圖11分別為旋轉活塞及汽缸裝置的側視圖和前視圖，其中快門式開閉盤相對于轉子的徑向平面傾斜，

圖12a和圖12b為旋轉活塞及汽缸裝置的快門式開閉盤與轉子之間不同間隙的快照細節(jié)圖，

圖13a至圖13d顯示不同的快門式開閉盤表面幾何結構的橫截面視圖，

圖14為旋轉活塞及汽缸裝置的快門式開閉盤的周向表面的橫截面輪廓，其顯示不同的弧形部分，

圖15a至圖15c為不同的快門式開閉盤表面幾何結構相對于轉子的中心平面在不同位置的橫截面視圖，

圖16為旋轉活塞及汽缸裝置的第二類型的(局部)立體圖，

圖17a和圖17b為圖16的裝置的轉子和快門式開閉盤的橫截面視圖。

具體實施方式

參考顯示旋轉活塞及汽缸裝置1的圖1，所述旋轉活塞及汽缸裝置1包括轉子2、固定體(未示出)以及快門式開閉盤3。所述固定體包括相對于轉子被保持的構造以及固定體的面向轉子的表面2a的內表面，從而共同限定汽缸空間。固定體還可以包括位于轉子另一側的第二部分，因此固定體部分實際上共同圍住位于其之間的轉子，設置與轉子整體形成并從表面2a延伸的葉片5。設置在快門式開閉盤3中的狹槽3a的尺寸和形狀設置成允許葉片穿過狹槽而通過?？扉T式開閉盤3的旋轉通過傳動組件而與轉子保持對應，以確保轉子的正時與快門式開閉盤保持同步。

使用所述裝置時，快門式開閉盤的周向表面30面向轉子的內表面2a從而在它們之間提供密封，因此能夠實現快門式開閉盤在汽缸空間內充當分隔體的功能。在下文描述的實施方案中，公開了快門式開閉盤定位及周向表面的形狀方面的內容。

在下文描述的示例性實施方案中，我們提供用于限定封閉行進線的幾何結構的有利布置?！胺忾]行進線”包括提到的提供轉子與盤之間基本為最小間隙的快門式開閉盤上的(基本連接)點的集合。下文的實施方案描述用于旋轉汽缸裝置的多個構造的優(yōu)選幾何結構，并應容易理解也能夠為體現基本原理的變體。

轉子的內表面2a的幾何結構受限于旋轉的快門式開閉盤的彎曲周向表面。由于盤(優(yōu)選地)只貫穿(環(huán)形)汽缸的一側，因此盤的軸線與轉子的軸線一般不會相交。由于盤也會具有厚度，因此可以理解不能沿著盤的外表面的整體形成一致的密封間隙。這是該類型的設備的偏移軸線和腔室?guī)缀谓Y構所導致的結果，圖12a和圖12b分別證明了這種效果。為了清楚起見將附圖中的盤的徑向橫截面放大，其具有單一中心crl。在該情況下，圖12a顯示圖1的內直徑處的間隙，而圖12b顯示圖1的外直徑處的間隙。在外部位置處，轉子曲率半徑比所述盤的更小，因此盤外表面在該點處與轉子曲率非常接近地匹配。在內部位置處，轉子曲率半徑比所述盤的更大，這意味著引入和引出的間隙更大，這是因為盤曲率沒有改變。crl處的間隙也沒有改變，且在示出的位置之間基本恒定。應理解的是這些附圖僅用于顯示特定實施方案的間隙，但是相似的特性對于其它實施方案也能夠觀察到。

對本領域技術人員來說顯而易見的盤的表面的幾何結構和轉子的設計方案限定了與轉子的中心平面一致的平面，對于圓形曲線限定封閉行進線完全包含在該平面之內。轉子2的中心平面還可以看作是徑向平面，其與轉子的軸線一致。參考顯示所述平面(用a和b表示)以及轉子的旋轉的軸線(用c表示)的圖2。圓形曲線為盤的圓周的部分，然后通過使其圍繞轉子軸線旋轉以形成表面用于限定轉子的內輪廓。然后可以通過確定輪廓而生成盤的外表面，該輪廓將盤的周向表面與轉子的內表面之間的間隔減小或減到最小，同時避免兩者之間的任何接觸。

顯而易見的是限定這樣的輪廓的一種方法為通過使用轉子的內表面2a，使其圍圍繞盤的軸線旋轉將其成為切割表面。盡管這對于給定的裝置構造提供最佳的表面，但制造和檢查將會更加困難。因此申請人已認識到優(yōu)選盤的周向表面通過一個或一組更簡單的曲線或半徑(可以數學上進行精確描述的)反而更接近這樣的最佳表面。

可以理解的是形成這樣幾何結構的其它方法是可能的，并且對實施方案進行的描述可以通過任何其他實現基本相似幾何結構的方法來實現。

在圖1中顯示的實施方案中，快門式開閉盤相對于轉子在中心(即在平面b上)安裝，從而盤的中心平面d(在圖1中顯示)與轉子的軸線及因此與盤的徑向平面重合。盤的中心平面穿過圍繞周向表面(相對于周向表面的相應厚度/高度)的正中央。在此構造中，技術解決方案的情況為封閉行進線處于所述中心盤平面或中平面，這導致轉子內表面可以由以盤的軸線為中心的單一半徑曲線來限定。盤的中平面可以限定為穿過盤并基本位于對于所述表面的周向延伸長度的至少部分盤的周向表面的深度/高度(或者其部分)的中間的平面。如果周向表面具有可變的高度/深度，那么平面基本位于表面的主要大部分的中間。這種簡單的幾何結構有利于制造和檢查。與此相反，在下文描述的實施方案中，封閉行進線從該(中心)平面偏移。

參考圖2a，如本文中所描述的，在封閉行進線從轉子徑向平面偏移的情況下，轉子的理想的徑向橫截面事實上基本為橢圓形。然而，為了簡化制造，可以通過一般具有更大直徑的(單一半徑)并具有從crl偏移的軸線的圓弧來估算。在許多構造中，這種估算的誤差非常低，并允許用于制造和檢查的工具軌跡的更簡單的規(guī)格。

參考圖3和圖4，圖3和圖4顯示在中央安裝但具有周向表面的快門式開閉盤13，所述周向表面具有限定從圖2的平面b偏移的封閉行進線13b的輪廓，但是其中盤的中心平面與平面b重合。

圖5顯示封閉行進線為快門式開閉盤33的厚度的中心，但是快門式開閉盤的中心平面從平面b偏移的實施方案。

轉到圖6和圖7，圖6和圖7顯示包括快門式開閉盤23的旋轉活塞及汽缸裝置，其周向表面設置有兩個隔開的封閉行進線，23b。封閉行進線圍繞盤的中心平面隔開，盤的中心平面與平面b重合。由此，封閉行進線23b中的每一個以對稱的形式從平面b偏移。盡管這樣的解決方案增加對盤的表面進行限定的復雜性，但是對稱的構造使兩個封閉行進線在轉子徑向表面的任一側呈現為對稱。具有兩個封閉行進線顯著地改進旋轉汽缸的密封，這是因為盤轉子密封間隔提供用于大部分行程的泄露路徑。

圖8顯示包括快門式開閉盤43的旋轉活塞及汽缸裝置，快門式開閉盤43包括兩個封閉行進線43b，封閉行進線相對于平面b對稱地定位，盤的中心平面從平面b偏移。

圖9顯示這樣的實施方案，其中快門式開閉盤53從中心平面b偏移，并且所述快門式開閉盤53的封閉行進線從盤的中心平面偏移。在這種構造中，盤偏移超過轉子平面之外，從而不與轉子平面b相互影響或重疊，封閉行進線偏移的延伸范圍仍會更大。在這樣的方案中，不能提供多于一個的封閉行進線，然而，將單一封閉行進線放置成從盤中心平面偏移也是有益的。如果封閉行進線沿使其距離轉子軸線更遠的方向從盤中心平面偏移，則該益處在于與封閉行進線的每一側的盤周向表面部分相關的方面，這是因為盤周向表面部分變得基本更靠近轉子表面。當這些表面(即周向表面與轉子表面)更接近的時候，即使封閉行進線處的(在周向表面與轉子之間)間隙并未發(fā)生變化，但穿過間隔的泄露也會減少。應理解的是封閉行進線從盤中心平面偏移的量取決于特定的裝置構造。其它因素(例如密封耗損、公差累積以及運行中變形)也是有影響的。

在圖10和圖11中顯示旋轉活塞及汽缸裝置，其中快門式開閉盤63不垂直于轉子的正交平面，并具有封閉行進線63b，從而封閉行進線在圖中示出的方向上偏移。這種傾斜的構造可以改進裝置的包封性能。這減少了部件連接的數量，并提高裝置的效率。使密封平面從盤中心平面偏移基本減小密封線的任一側的表面與轉子內表面之間的距離，從而改進密封。

在快門式開閉盤中心平面從轉子平面偏移和/或與轉子平面形成角度的實施方案中，對于將快門式開閉盤連接至轉子的傳動組件可以存在包封/益處。

現在參考圖13a至圖13d、圖14和圖15a至圖15c，顯示了快門式開閉盤的周向表面形狀/幾何結構的不同示例。在顯示具有兩個封閉行進線的中心盤的圖14中，可以看到周向表面包括一組共三個弧形部分(分別為r1和r2)。r1中間部分，部分r2位于r1的兩側。所述部分為連續(xù)的，并用來估算最佳表面輪廓(盡管是用通過數學準確地參考各自的半徑而容易地限定的方式)，并且每個具有拱形的延伸范圍。在中間部分r1的每一端處在距離轉子表面最近的區(qū)域處形成封閉行進線?？梢钥吹絩1的半徑比r2的半徑更大。具有三個(或事實上通常更多，多個)單一半徑曲線為制造和檢查兩者提供顯著的益處。應理解的是將理想曲線估算為一組單一半徑曲線，從而簡化檢查步驟。

在圖13a中，顯示具有方形形狀的快門式開閉盤103，其具有兩條封閉行進線。在圖13b中，快門式開閉盤203的周向表面設置有平坦輪廓，并設置有弧形的肩部。在圖13c中，周向表面包括凹陷部和弧形的肩部。在圖13d中，除了設置多個凹進處403a之外，快門式開閉盤403以盤103的周向表面的幾何結構為基礎。這可以被看作設置有凹進處的平直的(當在截面中觀察時)幾何結構。

圖15a顯示設置有弧形表面的快門式開閉盤503，其設有單一封閉行進線，該單一封閉行進線沒有從轉子的中心平面偏移，并顯示為以圖15b和圖15c中顯示的偏移的程度作為對照參考。圖15b顯示具有不對稱彎曲表面的快門式開閉盤603，其中快門式開閉盤和封閉行進線兩者都從中心轉子表面13偏移。圖15c顯示相似類型的布置，然而盤703的表面的彎曲幾何結構與盤603的不同，封閉行進線放置的位置也不同。

參考圖16，其顯示旋轉活塞及汽缸裝置的另一種類型，其中轉子2002包括活塞2005，其中活塞穿過設置在快門式開閉盤2003中的狹槽2006。為了清楚起見省略包圍的固定體結構。如同在圖17中可以看到的，為了清楚起見進行放大，盤的周向表面具有通常的凹陷形狀，呈現與轉子表面的兩條封閉行進線。兩個crl存在于盤的中心平面周圍。在該實施方案中，所述盤以轉子徑向平面為中心，兩個crl存在于其中心平面周圍，如上所述。兩個視圖都是在盤的徑向截面上呈現的。在轉子的內直徑處，從所述盤處所看到的轉子的曲率是最小的，由此確定盤外表面的中心部的曲率。在轉子的外直徑處，從盤所看到的轉子的曲率是最大的，由此確定盤外表面的外部的曲率。應理解的是在兩個極點之間，盤的曲率與轉子表面的曲率并不匹配，但crl處的間隙基本是恒定且最小的。因此，顯而易見的是當使用其它類型的旋轉活塞及汽缸裝置的時候使封閉行進線偏移的原理也是有益的。