专利名称：旋转活塞式压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转活塞式压缩机，具有壳体，在壳体中设置至少两个活塞，所述 活塞可共同在壳体中围绕与壳体固定的转轴回转，其中，活塞滑动支承在活塞保持架中，活 塞保持架支承在壳体中并且与活塞一起围绕转轴回转，其中，两个活塞在围绕转轴回转时 进行相互反向的往复运动，用以使通过两个活塞的相互面对的端面和活塞保持架定义的工 作室在容积上交替地变大和变小，其中，转轴穿过工作室延伸，并且活塞保持架具有用于让 气体进入工作室和从工作室排出的换气孔。
背景技术：
此类旋转活塞式压缩机从W02006/089576A1中公开。根据本发明的旋转活塞式压缩机可以用作内燃机(内燃发动机)、泵或压缩机。在将这种旋转活塞式压缩机用作内燃机的情况下，通过至少两个活塞在两个最终 位置之间的往复运动协调燃烧混合物的进入、压缩、点燃以及燃烧过的燃烧混合物的膨胀 和排出的单个工作周期，其中，活塞的运动从围绕转轴的回转运动中转向。在将这种旋转活塞式压缩机用作压缩机的情况下的工作方式是类似的，然而在旋 转活塞式压缩机中没有燃烧过程以及相应地没有燃烧混合物的点燃，而仅仅对气体、特别 是空气进行高度压缩。从上述文献中公开的旋转活塞式压缩机在壳体中具有四个活塞，其与活塞保持架 一起定义两个沿转轴相对立设置的工作室，所述工作室朝向壳体的端面。在两个工作室中 分别发生进入、压缩、膨胀和排出的周期。在将已知的旋转活塞式压缩机用作内燃机的情况 下两个工作室同向地变大和变小，其中，从一个工作室到另一个工作室的进气、压缩、膨胀 和排气的周期顺序以两个周期相位移动。在将已知的旋转活塞式压缩机用作压缩机的情况 下两个工作室反向地变大和变小，即一个工作室的容积变小，而另一个工作室的容积变大。在两种情况下，活塞围绕其回转的、且在本发明的范围中作为几何轴来理解的转 轴穿过这两个工作室。已知的旋转活塞式压缩机的两个工作室中的每一个分别在壳体中配设进气孔和 排气孔。在活塞保持架中为每个工作室分别设置换气孔，其通到各个工作室中，并且如果 活塞保持架中的换气孔与壳体中的进气孔或出气孔重合，则换气孔在活塞保持架围绕转轴 的每次回转中与各个进气孔或出气孔短时间地连通，从而可以发生进入各个工作室和从各 个工作室排出的气体交换。在活塞保持架围绕转轴的通常的回转角范围中活塞保持架将 进气孔和出气孔在壳体中关闭，从而使进入各个工作室的气体在内燃机的情况下可以将燃 料_空气混合物压缩和点燃并且进行工作。在本发明的意义上的“气体”是指通常的气体并且包括比如空气、燃料_空气混合 物、燃烧的燃料_空气混合物或任何其它的流体。在已知的旋转活塞式压缩机中将换气孔在活塞保持架中侧面地或径向的与转轴 间隔地设置。
已知的旋转活塞式压缩机的优点在于，为了在工作室之间换气无需使用阀，因为换气孔的关闭和打开仅仅通过活塞保持架在壳体中的旋转就能完成。与此相反，在往复式活塞发动机的领域上，借助于阀、特别是所谓的郁金香式阀在 对进入和排出汽缸的工作室的换气的控制中的效果非常好。然而，如在旋转活塞式压缩机、特别是如旋转活塞式压缩机的球形发动机中作为 技术上非常简单的解决方案提供的用于控制换气的旋转滑阀式控制装置在学术界遭到质 疑，因为缺少关于利用此类换气控制装置的常年的效果。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种文章开头所述类型的旋转活塞式压缩机，其中 可以利用阀、特别是传统的郁金香式阀来控制换气。根据本发明，该目的鉴于文章开头所述的旋转活塞式压缩机如此实现，将换气孔 设置在转轴上，并且在换气孔中设置闭合机构，该闭合机构与活塞保持架关于转轴抗扭地 连接并且为了打开和关闭换气孔在转轴的方向上相对于活塞保持架轴向运动，其中，具有 用于闭合机构的控制机械装置，其从闭合机构围绕转轴的转动中转入闭合机构的轴向运 动。通过本发明提供一种如从文献W02006/089576A1中公开的具有阀控制的换气的 旋转活塞式压缩机。为此，首先将活塞保持架中的换气孔相对于已知的旋转活塞式压缩机 转移到转轴上，从而使设计为几何轴的转轴穿过活塞保持架中的换气孔。根据本发明，在轴 向设置的换气孔中设置闭合机构，其与活塞保持架关于转轴抗扭地连接并且因此与活塞保 持架一起围绕转轴回转。这以有利的方式使得闭合机构不实施在旋转方向上围绕转轴的与 活塞保持架之间的相对运动，从而在闭合机构的闭合位置中完全不会产生密封性问题，其 中，在闭合位置中闭合机构贴靠在活塞保持架中的换气孔的边缘上。为了通过闭合机构打 开换气孔以及为了通过闭合机构再次关闭换气孔，闭合机构在转轴的方向上可相对于活塞 保持架轴向运动。此外，根据本发明设置控制机械装置，即用于闭合机构的阀控制装置，其 从闭合机构围绕转轴的转动中转入闭合机构的轴向运动。由此在传统的往复活塞式发动机 中有利地实现对闭合机构的打开和关闭的自动控制，该控制始终与旋转活塞式压缩机的转 数相匹配，在此无需复杂的电子控制装置。这种控制装置与在常见的往复活塞式发动机中 的阀的传统的凸轮轴控制装置具有可比性。在优选的设计方案中，闭合机构被设计成提升阀、特别是郁金香式阀，其阀盘在闭 合位置中贴靠在阀座上，该阀座设计在活塞保持架的内侧面上，并且为了打开换气孔朝工 作室的方向运动。在该设计方案中，根据本发明的旋转活塞式压缩机使用提升阀、特别是郁金香式 阀，其在发动机技术中被多次证明是可行的。通过阀座在活塞保持架的内侧面上的设置 将提升阀在其闭合位置中在工作室中压缩空气时牢固地压向阀座，从而实现了最佳的密封 性。这对于将旋转活塞式压缩机用作内燃机的情况下在点燃和膨胀(工作)期间同样有效。在另一个优选的设计方案中，控制机械装置具有至少一个与闭合机构固定的控制 凸轮以及至少一个和与闭合机构固定的控制凸轮相互配合的与壳体固定的控制凸轮，使得 闭合机构在与闭合机构固定的控制凸轮经过与壳体固定的控制凸轮时从其闭合位置运动到开启位置中。利用该设计方案实现了对于闭合机构的结构简单的机械控制，用以从闭合机构围 绕转轴的转动中转入关闭和打开闭合机构的闭合机构的轴向运动。与闭合机构固定的控制 凸轮和闭合机构一起以相同的速度围绕转轴运动。然后，在与闭合机构固定的控制凸轮经 过与壳体固定的控制凸轮时，闭合机构被压入其开启位置中。
根据本发明的另一个设计方案，优选通过蓄能元件、比如弹簧来实现将闭合机构 回复到闭合位置中，其中，弹簧将闭合机构从开启位置中压回到闭合位置中。由此整体上实现闭合机构的纯机械的、由转数协调的控制。在前述的设计方案的一个改进方案中，控制机械装置具有一个与闭合机构固定的 以及两个在圆周方向上间隔设置的与壳体固定的控制凸轮，或者两个在圆周方向上间隔设 置的与闭合机构固定的控制凸轮以及一个与壳体固定的控制凸轮。在该设计方案中闭合机构在每个围绕转轴的满转中被打开两次并且重新被关闭， 其中，一次打开用于使气体进入工作室以及另一次打开用于使气体从工作室中排出。与传 统的往复活塞式发动机相比不同的是，在根据本发明的旋转活塞式压缩机中为了气体的进 入和排出原则上仅需要闭合机构，而在传统的往复活塞式发动机中为了气体的进入和排出 设置具有单独的控制装置的单独的阀。在结构上特别简单的设计方案中，至少一个与闭合机构固定的控制凸轮设置在与 闭合机构固定的平整的控制元件的边缘区域中，并且至少一个与壳体固定的控制凸轮设置 在和与闭合机构固定的平整的控制元件相对立的与壳体固定的平整的控制元件的边缘区 域中。如果根据本发明的旋转活塞式压缩机作为内燃机使用，则控制凸轮在平整的、比 如圆盘形的、其支承控制凸轮的表面基本上横向于转轴延伸的控制元件的边缘区域中的设 置的优点在于，转轴本身是保持自由的，用以在比如通过闭合元件的柄部或杵(其向后的 端部上设置有与闭合机构固定的平整的控制元件的)实现比如燃料喷射。在各个平整的 控制元件上，各个控制凸轮优选被设计成具有有限延伸的在圆周方向上围绕转轴的轴向凸 起，即以波形、比如正弦形式的凸起。此外还优选的是，与壳体固定的平整的控制元件具有凹形的逐渐变细的控制面， 并且与闭合机构固定的平整的控制元件基本上与之互补地具有凸出的逐渐变细的控制面， 其中在所述控制面上构建控制凸轮。这里具有的优点在于，与壳体固定的控制元件和与闭合机构固定的控制元件通过 互补构成的控制面相互进行导向。另一个优点在于，控制凸轮位于关于转轴倾斜设置的平 面上，这有利于将转动转换成轴向运动。在另一个优选的设计方案中，控制机械装置是可调节的，用以改变闭合机构的打 开的时间点和/或关闭的时间点。众所周知，内燃机的功率与转数有关，并且通过该措施将该知识也在根据本发明 的旋转活塞式压缩机中用于计算，其中闭合机构的打开的时间点和/或关闭的时间点通过 协调闭合机构的轴向运动的控制机械装置根据载荷和转数来进行改变。在该观点的结构简单的转换方式中，优选至少一个与壳体固定的控制凸轮可在圆 周方向上围绕转轴进行位置调节。
通过至少一个与壳体固定的控制凸轮在圆周方向上围绕转轴的位置调节引起转 角的改变以及因此至少一个与壳体固定的控制凸轮和至少一个与闭合机构固定的控制凸 轮相互啮合以及同样地再次相互脱开的时间点的改变。啮合和脱开的时间点决定了闭合机 构打开和关闭的时间点。这种位置调节可以比如如此实现，即上述的在其上构建至少一个与壳体固定的控 制凸轮的控制元件可在圆周方向上围绕转轴通过有限的角度范围转动并且为控制元件设 置相应的旋转驱动装置。在上述的关于控制机械装置具有一个与闭合机构固定的控制凸轮以及两个在圆 周方向上间隔设置的与壳体固定的控制凸轮的设计方案的范围中，优选如此设置，即两个 与壳体固定的控制凸轮在圆周方向上可进行位置调节，其中两个与壳体固定的控制凸轮优 选可相互独立地进行位置调节。这里有利的是，不仅可以调节进气的开始和/或结束而且可以调节排气的开始和 /或结束，而且可以以优选的方式相互独立地调节，由此可以在用作内燃机时进一步改善根 据本发明的旋转活塞式压缩机的性能。这在结构技术简单以及因此有利的设计方案中如此实现，即上述的与壳体固定的 控制元件具有两个凸轮部分，其分别具有一个与壳体固定的控制凸轮，其中，这两个凸轮部 分可在圆周方向上围绕转轴相对于彼此和/或共同地进行位置调节。在该设计方案中与壳体固定的控制元件相应地被设计成两部分，并且这两个部分 中的每一部分支承一个控制凸轮，并且通过这两个部分的位置调节可以根据转数改变闭合 机构的不仅针对进气过程的也针对排气过程的打开的时间点和/或关闭的时间点。在另一个优选的设计方案中，控制机械装置是可调节的，用以改变闭合机构的开 启状态的持续时间。通过闭合机构的开启状态的持续时间可以以有利的方式特别是根据旋转活塞式 压缩机的转数将进入工作室的气体量与实现最佳的性能相匹配。因此由新鲜空气(燃烧空 气)和燃料(在将旋转活塞式压缩机用作内燃机的情况下)的混合比可以在很小的功率要 求下减小，其中使更少的新鲜空气进入工作室，其中减少闭合机构的开启的持续时间。与此 相反，在较高的功率要求下需要由新鲜空气和燃料的更大的混合比，这通过闭合机构的更 长的开启时间来实现。在另一个优选的设计方案中，控制机械装置是可调节的，用以使闭合机构在闭合 位置和开启位置之间的行程进行改变。通过闭合机构在闭合位置和开启位置之间的开启行程的可调性同样可以 改变进入工作室的气体量，这是因为闭合机构的行程影响流入的气体的流动速率 (Stromungsraie) ο在可以进行前述两种调节的有利的结构简单的设计方案中，至少一个与壳体固定 的控制凸轮可相对于至少一个与闭合机构固定的控制凸轮在转轴的方向上轴向地进行位
置调节。如果至少一个与壳体固定的控制凸轮与至少一个与闭合机构固定的控制凸轮间 隔开来，从而使两个波形的控制凸轮的啮合的时间点较迟，且相应地脱开的时间点较早，则 闭合机构的开启状态的持续时间相应地缩短。同时闭合机构在闭合位置和开启位置之间的行程也减少。通过至少一个与壳体固定的控制凸轮向至少一个与闭合机构固定的控制凸轮 的相应的轴向运动相应地延长了闭合机构的开启状态的持续时间，同样闭合机构的行程也 增大。为了完成至少一个与壳体固定的控制凸轮的位置调节，可以在上述的与壳体固定 的控制元件上设置轴向驱动装置，其将与壳体固定的控制元件在转轴的方向上相应地朝着 或逆着与闭合机构固定的控制元件运动。在另一个优选的设计方案中，换气孔被构建在活塞保持架的轴向凸起中，其中换 气孔通向凸起中的通道中，该通道在凸起的一侧向外引导并且在活塞保持架回转时交替地 与壳体一侧的进入孔以及与壳体一侧的排气孔连通。
因此，凸起中的通道位于闭合机构背向工作室的面上，其优点在于，在通道中以及 在壳体中的进入孔和排气孔的区域中不构成会根本上导致密封性问题的压力。在另一个优选的设计方案中，在闭合机构中设置燃料喷射装置。这里的优点在于，在将根据本发明的旋转活塞式压缩机用作内燃机的情况下，即 使存在闭合机构也可以将燃料直接喷入工作室中，并且其以有利的方式喷射到转轴上且因 此喷射到工作室中心。在另一个优选的设计方案中，在闭合机构中设置用于在工作室中点燃气体的点火
直ο该设计方案特别适于将根据本发明的旋转活塞式压缩机作为内燃机的使用，该内 燃机可用内燃机燃料(汽油)驱动，其中，如在前述的设计方案中那样还具有另一个优点， 即实现在工作室中央点燃燃料_空气混合物。其它的优点和特征从下面的描述以及附图中给出。可以这样理解，前述的和下面还将说明的特征不仅可以在各个给出的组合中，而 且可以在其它的组合中或独立使用，不会脱离本发明的范围。
下面参照附图展示并且详细描述本发明的实施例。其中图1是根据本发明的旋转活塞式压缩机的立体总示图；图2是图1中的旋转活塞式压缩机的纵截面图；图3是图1中的旋转活塞式压缩机的另一个纵截面图，具有换气系统的第一种实 施方式；图4是图3中的截面沿穿过进气孔的平面的纵截面图，其中，旋转活塞式压缩机的 活塞在相对于图3的不同的运动位置中示出；图5是图3中的截面沿穿过旋转活塞式压缩机的出气孔的纵截面图，其中，旋转活 塞式压缩机的活塞在相对于图3变化的运动位置中示出；图6a)和b)是根据图3的实施方式中的用于旋转活塞式压缩机的换气系统的闭 合机构的控制机械装置的两个立体详细视图；图7a)和b)是根据换气系统的另一个实施例的与图3类似的根据本发明的旋转 活塞式压缩机在两个工作位置中的截面图；图8a)和b)是根据换气系统的又一个实施例的旋转活塞式压缩机在两个工作位置中的纵截面图； 图9a)至d)是与图6类似的用于根据图7a)和b)的旋转活塞式压缩机的换气系 统的闭合机构的控制机械装置的四个不同的立体示图；图IOa)和b)是用于根据图8a)和b)的旋转活塞式压缩机的换气系统的闭合机 构的控制机械装置的两个不同的立体示图；图Ila)和b)是根据图9a)至d)的控制机械装置的另外两个不同的详细视图；图12是根据图IOa)和b)的控制机械装置的另外的详细图；图13a)至f)是根据本发明的旋转活塞式压缩机的换气控制装置的原理图；图14是与图4类似的具有整合了点火装置的闭合机构的换气系统的另一种变型 的示图；以及图15是在整合了燃料喷射装置的闭合机构的区域中的换气系统的截面图。
具体实施例方式在图1至5中展示了整体上具有附图标记10的旋转活塞式压缩机。旋转活塞式压缩机10可以被设计成内燃机(燃烧发动机)，但也可以被设计成压 缩机。总的来说，旋转活塞式压缩机10具有球形发动机或球形压缩机的形状，其具有内 侧面基本上呈球形的壳体12。在图1中壳体12是闭合的，而在图2至5中相应地展示了壳 体12的内腔的截面图。壳体12基本上通过两个壳体主要部分14和16以及两个壳体端盖18和20构成。 壳体端盖18和20可从壳体主要部分14和16上拆卸，同样如两个壳体主要部分14和16 可以相互从另一个壳体主要部分上拆卸，其中，前述的部分的相互固定通过螺栓连接实现。在壳体12中总共设置四个活塞，在图中只能看见其中三个活塞，即第一活塞22、 第二活塞24、第三活塞26以及第四活塞(未示出)，第四活塞与第三活塞26相对立地位于 图2中所示的平面之前。活塞22、24、26以及未示出的第四活塞在壳体12中围绕与壳体固定的转轴28共 同回转。转轴28被理解为几何轴并且穿过壳体中央。活塞22和24参照转轴28相对于活塞26和第四活塞以90°错位地设置在壳体 12中，其中，第三活塞26和第四活塞也可设置在与活塞22和24相同的平面内，如在文献 W02006/089576A1中的展示和描述，其中，在该文献中关于活塞的几何结构也特别作了详细 描述。活塞22、24、26和未示出的第四活塞设置在活塞保持架30中并且滑动支承在其 中，活塞保持架本身又可在壳体12中围绕转轴28可旋转地支承。活塞22、24、26和第四活 塞关于转轴28抗扭地与活塞保持架30连接，然而如果这些活塞与活塞保持架30 —起在壳 体12中围绕转轴28回转，则它们可相对于活塞保持架基本上垂直于转轴28在两个最终位 置之间进行往复运动。为此，活塞22、24、26和第四活塞滑动支承在活塞保持架30中。为了使活塞22、24、26和第四活塞的往复运动从其围绕转轴28的回转运动中转 向，为活塞22、24、26和第四活塞分别配设至少一个传送机构，如在图2中示出的用于活塞 22的传送机构32以及用于活塞24的传送机构34。第三活塞26和第四活塞也具有在与描述对应的附图中无法看见的相应的传送机构。活塞22和24的传送机构32和34沿共同的 控制凸轮36引导，该控制凸轮在所示的实施例中构建在壳体一侧的弯曲件38上并且为了 实现活塞22和24的往复运动具有带波谷和波峰的轮廓，如在文献W02006/089576A1中描 述，该文献涉及活塞运动的详细描述，并且其内容涉及本公开文献的主题。为第三活塞26 和第四活塞也配设了相应的在弯曲件38上的控制凸轮40。在图2中展示了在如下运动位置中的活塞22、24，在该位置中它们最大程度地相 互运动到一起。该位置也被称为OT位置(上部死点)。从OT位置出发，活塞22和24可以 在围绕转轴28回转时相互分开，直到它们到达UT位置(下部死点)，在该位置上它们最大 程度地相互分开(相互之间大约呈60°角)。第三活塞26和第四活塞实施朝活塞22和24 的同向运动，即在图2的示图中第三活塞26和第四活塞同样位于OT位置中。所有四个活 塞共同地占据OT位置或UT位置的结构适于将旋转活塞式压缩机10作为内燃机使用。与 此相反，在将旋转活塞式压缩机10作为压缩机使用时优选由活塞22和24组成的活塞对占 据其OT位置，而由第三活塞26和第四活塞组成的活塞对刚好位于其UT位置中，反过来也 同样成立。
在这里展示的实施例中，活塞22、24、26和第四活塞的往复运动是沿着弯曲轨道 的摆动或者说运动。这里可替代的是，活塞的往复运动也可以是沿直线轨道的运动、即线 性运动，如由同一个申请人在文献W02006/128545A1中所公开。在该情况下活塞的线性运 动倾斜于转轴28定向，比如活塞的线性运动可以与转轴28包围出从60°至85°、优选从 70°至80°的范围中的角。活塞22和24形成第一活塞对，其限定第一工作室42，且第三活塞26和第四活塞 形成第二活塞对，其限定第二工作室44。相应地在图2和3中展示的所有活塞22、24、26及 第四活塞的OT位置中工作室42和44的容积最小。在UT位置中工作室42和44的容积相 应为最大。转轴28穿过两个工作室42和44，确切地说穿过工作室42和44的中央。对应于活塞22、24、26及第四活塞的往复运动，工作室42和44的容积周期地变大 和变小。工作室42通过活塞22的端面46和活塞24的端面48以及通过活塞保持架30限 定，其中，端面46和48相互面对面。第三活塞26具有相应的端面50，其与第四活塞朝向其 的端面(未示出)结合活塞保持架30限定工作室44。如特别在图2和图4、5中的第三活 塞26中可见，端面46、48和50是圆形的，并且在活塞保持架30中滑动支承活塞22、24、26 和第四活塞的孔相应地为圆形，如针对第三活塞26和第四活塞的孔52可见。在工作室42和44中由于在围绕转轴28的回转中活塞22、24、26和第四活塞的往 复运动，周期性地发生进气、压缩、工作(膨胀)和排气的循环。针对为此所需的向工作室42和44中以及从工作室22和24中出来的周期性的换 气，根据图1为工作室42配设换气系统54以及为工作室44配设换气系统56。因为换气系统54和换气系统56在结构上相同地设计，下面的描述仅限于针对换 气系统54。换气系统54具有与壳体固定的进气装置58以及与壳体固定的排气装置60，它们 通过壳体12上的支管展示。活塞保持架30具有换气孔62，该换气孔设置在转轴28上并且与转轴同心设置。根据图4和5，换气孔62突入通道64中，该通道被设计成在活塞保持架 30的轴向凸起66中的孔，其中，凸起66与转轴28同心地设计，如特别从图3中可见。在活塞保持架30围绕转轴28回转时，通道64交替地与进气装置58 (如图4所示) 以及与排气装置60 (如图5所示)连通。在图3的活塞保持架30的示图中，凸起66中的 通道64既不与进气装置58连通，也不与排气装置60连通。为了气密地关闭活塞保持架30中的换气孔62，在换气孔62中设置闭合机构68， 该闭合机构是换气系统54的一部分。闭合机构68以提升阀的形式在所示的实施方式中被设计成郁金香式阀且具有阀 盘70，其在闭合机构68的闭合位置中贴靠在阀座72上，该阀座在活塞保持架30的内侧面 构建在换气孔62的边缘上。阀盘70和阀座72呈圆形或椭圆形。在图2和3中展示了在 闭合位置中的闭合机构68，其中闭合机构将换气孔62相对于在活塞保持架30的凸起66中 的通道64气密地关闭。因此在工作 室42中可以将事先进入的空气高度密封并且在点燃之 后以相应的高压进行膨胀。闭合机构68可以从根据图2和3的闭合位置出发在朝转轴28的方向上轴向地运 动到根据图4和5的开启位置中，从而可以根据图4使气体通过进气装置58进入工作室42 中，并且可以根据图5使气体再从工作室42中通过排气装置60排出。闭合机构68与活塞保持架30抗扭地连接并且与活塞保持架30 —起围绕转轴28 旋转，其中闭合机构68和活塞保持架30之间的抗扭的连接通过活塞保持架30的凸起66 实现，下面还将对此进行描述。因此阀盘70和阀座72在闭合机构68旋转时不做在围绕转 轴28的旋转方向上的转动。与此相反，闭合机构68相对于活塞保持架30在转轴28的方 向上、即轴向地运动，由此可以根据其工作方式从其闭合位置运动到其开启位置中或者反 过来运动。如果闭合机构68与活塞保持架30 —起围绕转轴28转动，则为了使闭合机构68 从根据图2和3的闭合位置运动到根据图4和5的开启位置中(在开启位置中闭合机构68 向工作室42移动)，为闭合机构68设置控制机械装置74，其从闭合机构68围绕转轴28的 转动中转入闭合机构68的轴向运动。此外，控制机械装置74具有与壳体固定的控制元件76和与闭合机构固定的控制 元件78。与壳体固定的控制元件76设置在壳体部分80中(也参照图1)，该壳体部分与壳 体端盖18连接。在根据图3至5的实施例中控制元件76既不能轴向地调节也不能在围绕 转轴28的转动方向上调节。与闭合机构固定的控制元件78通过闭合机构68的阀杵82与闭合机构68的阀盘 70抗扭地连接。如前所述，闭合机构68与活塞保持架30抗扭地连接，这在所示的实施例中 如此实现，即控制元件78具有轴颈84，该轴颈型面配合地以及因此旋转配合地、但可轴向 移动地容纳在活塞保持架30的凸起66中的轮廓互补的容纳装置86中。在图6a)和b)中 展示了在单独位置中和在相互分开的示图中的与壳体固定的控制元件76和与闭合机构固 定的控制元件78。这里和与壳体固定的控制元件76 一体连接的轴颈84作为四棱体示出。在与壳体固定的控制元件76上同样设置了以一个或多个平整件88形式的旋转安 全装置，其与壳体部分80中的相应的平面相互配合，用以固定地保持控制元件76。与闭合机构固定的控制元件78和与壳体固定的控制元件76都被设计成是平整的，即它们具有相互面对面的控制面90和92。控制面90和92同心地围绕转轴28延伸但 却位于转轴28之外。控制面90呈凹形地在径向上从外向内逐渐变窄，控制面92呈凸形地 在径向上从外向内逐渐变窄，从而使两个控制面90和92基本上相互互补。在与闭合机构固定的控制元件78的控制面92上构建与闭合机构固定的控制凸轮 94，从围绕转轴28的圆周方向上看，该控制凸轮具有第一端部96和第二端部98，其中，控 制凸轮94在端部96和98之间经过控制凸轮92的剩余部分轴向突出。该突出部分在端部 96和98的区域中的过渡部分在控制凸轮92的剩余部分中被设计成正弦形。与此相反，与壳体固定的控制元件76的控制面90具有两个与壳体固定的控制凸 轮100和102，从围绕转轴28的圆周方向上看，这两个控制凸轮相互间隔并且分别表示在控 制面90上的轴向突出部分，所述突出部分如同控制凸轮94基本上被设计成正弦形。在根据图2至5的安装状态中，控制面90和92相互啮合，从而使控制凸轮92在 控制元件78围绕转轴28旋转时先后经过控制凸轮100和102并且与这两个凸轮啮合且再 脱开，其中，在每个啮合中，将控制元件78和因此通过杵82将闭合机构68压入或移入其开 启位置中，如在图4和5中所示。控制凸轮94以及100和102的在整个面上的延伸以及控 制凸轮100和102在整个面上的布置根据开启、关闭的时间点和闭合机构68的开启状态的 持续时间以及闭合机构68所需的行程进行设计。闭合机构68从其开启位置到其闭合位置的复位通过蓄能元件104比如以压力弹 簧的形式完成，该压力弹簧设置在活塞保持架30的凸起66的容纳装置86中，并且一方面 支撑在与闭合机构固定的控制元件78的轴颈84上以及另一方面支撑在活塞保持架30上， 从而使闭合机构68在根据图2和3的闭合位置中预紧。如果与闭合机构固定的控制元件 78的控制凸轮94与控制凸轮100或控制凸轮102脱开，则自动进行闭合机构68从其开启 位置到其闭合位置的复位。通过将两个控制凸轮100和102设置在与壳体固定的控制元件76上，在与闭合机 构固定的控制元件78的满转下两次开启闭合机构68，即一次用于使气体进入工作室42 (图 4)，一次用于将气体从工作室42中排出(图5)。前面描述的控制机械装置74展示了结构上非常简单的控制闭合机构68的可能 性。在该简单的设计方案中，开启的时间点和关闭的时间点以及闭合机构68的开启的持续 时间在旋转活塞式压缩机10运行期间不发生改变。下面描述该控制机械装置的改进方案，其中控制机械装置是可调节的，用以改变 闭合机构68的开启的时间点和/或关闭的时间点。这种控制机械装置74a在图7a)和b)中展示，其中，下面的描述仅限于与控制机 械装置74的不同之处。控制机械装置74a与控制机械装置74的不同之处在于，与壳体固定的控制元件 76a根据图9a)至c)具有两个凸轮部分106和108，其共同形成控制凸轮90a，该控制凸轮 相应地在圆周方向上被对半地划分在两个凸轮部分106和108上。凸轮部分106和108滑 动地支承在轴承环109上。此外，控制凸轮100设置在凸轮部分108上以及控制凸轮102设置在凸轮部分106上。两个凸轮部分106和108可在圆周方向上围绕转轴28相互独立地进行位置调节.由此控制凸轮100和102可在其关于转轴28的角位中调节。控制凸轮100和/或102围 绕转轴28的角位在气体进入工作室42的过程中和/或在气体从工作室42排出的过程中 改变闭合机构68开启的时间点和闭合机构68关闭的时间点。在图Ila)和b)中展示了用于对与壳体固定的控制元件78a的两个凸轮部分106 和108进行位置调节的驱动装置。为了对凸轮部分108进行位置调节设置驱动装置110、比如伺服电机，其可在两个 相反的旋转方向上驱动蜗杆112，其中，蜗杆112与凸轮部分108的外齿部114啮合，其中， 凸轮部分108根据蜗杆112的旋转方向在围绕转轴28的顺时针或逆时针方向上进行位置 调节。同时，调节角可以被限定在5°至20°。针对凸轮部分106设置驱动装置116，其驱动蜗杆118，蜗杆118与凸轮部分106 的外齿部120相互配合，用以围绕转轴28进行位置调节。在图1中同样展示了驱动装置110和116。在图8a)和b)中展示了控制机械装置的另一改进方案，其具有用于控制闭合机构 68的另一种调节可能性，其中，图8a)和b)涉及换气系统56，如前所述，其在结构上(除了 关于转轴28的角位)与换气系统54相同。此外，具有附图标记74b的控制机械装置是可调节的，用以改变闭合机构68在闭 合位置和开启位置之间的行程，以及用以改变闭合机构68的开启状态的持续时间。控制机械装置74b能够将与壳体固定的控制元件76b相对于与闭合机构固定的控 制元件78b轴向地、即在转轴28的方向上进行位置调节，也就是说将控制面90b与控制面 92b或多或少地间隔开来。通过将控制面90b和92b间隔开来，所附属的控制凸轮100b、 102b和94b也或多或少地相互间隔，由此缩短或延长在与闭合机构固定的控制元件78b围 绕转轴28回转时控制凸轮的啮合持续时间以及因此缩短或延长闭合机构68的开启持续时 间，同样地变大或变小了与闭合机构固定的控制元件78b的轴向行程以及因此变大或变小 了闭合机构68在其闭合位置和开启位置之间的行程。在图IOa)和b)中展示了与壳体固定的控制元件76b，其相对于与壳体固定的控制 元件76a具有带有螺纹的轴向凸起122。根据图12，中间轮126与螺纹啮合，中间轮在轴向上固定且具有外齿部128，蜗杆 130与该外齿部啮合，该蜗杆被驱动装置132旋转移动。驱动装置132在图1中同样示出。下面参照图13描述换气系统54的工作方式。在图13f)中展示了在从工作室42的观察方向上看的与壳体固定的控制元件76b，为了下面描述将该控制元件划分成四个扇形段1、2、3和4，这四个扇形段分别以大约90° 延伸。箭头131表示与闭合机构固定的控制元件78b围绕转轴28的回转方向。在围绕转 轴28的圆周方向上用R示出了利用控制凸轮IOOb和102b对凸轮部分106和108的位置 调节的最大范围，其大约为15°。在图13a)中分别在展平的示图中示出了与壳体固定的控制元件76以及与闭合机构固定的控制元件78，其中，在图13a)中控制元件76、78的左端部连接到各个右端部上。图13a)涉及在针对与壳体固定的控制凸轮100和102没有调节可能性下的控制机械装置74的最简单的情况。在图13a)中展示了在围绕转轴28的回转位置上的与闭合 机构固定的控制元件78连同与闭合机构固定的控制凸轮94，其中，控制凸轮94刚好位于从与壳体固定的控制元件76的扇形段4到扇形段1的过渡部分。闭合机构68在与闭合机构固定的控制元件78的回转位置上闭合。在工作室42中工作(膨胀)的工作周期刚好结 束。同时，活塞22和24位于UT位置。如果与闭合机构固定的控制元件78和与闭合机构 固定的控制凸轮一起在箭头132的方向上沿与壳体固定的控制元件76运行，则与闭合机构 固定的控制凸轮94首先擦撞在与壳体固定的控制凸轮100上，由此将闭合机构68打开，而 活塞22、24从其UT位置在朝其OT位置的方向上相互运动到一起。从这以后进行气体从工 作室42通过排气装置60排出的工作周期，如在图5中所示。在扇形段1的端部，闭合机构 68由于借助于蓄能元件104的预应力自动关闭。从这以后活塞22、24位于OT位置中，在 OT位置中工作室42根据图3具有最小容积。随后与闭合机构固定的控制凸轮94直接运行到与壳体固定的控制凸轮102上，并 且闭合机构68再次被打开，用以使气体通过进气装置58进入工作室42中，如在图4中所 示。在扇形段2的端部再次关闭闭合机构68。如果与闭合机构固定的控制凸轮94紧接着 在与壳体固定的控制元件76上沿控制元件的扇形段3和4运行，则闭合机构68被关闭，并 且在工作室42中首先进行从活塞22、24的UT位置出发的压缩的工作周期并且随后从活塞 22、24的OT位置出发再次进行工作的工作周期。之后活塞22、24共同从在图13a)中的左 端部出发直到图13a)中的右端部以360°围绕转轴28与活塞保持架30 —起在壳体12中 回转。在图13b)至d)中展示了与在图13a)中相同的针对与壳体固定的控制元件76a 的工作方式，该与壳体固定的控制元件76a允许壳体固定的控制凸轮IOOa和102a围绕转 轴28进行位置调节，用以改变闭合机构68开启和关闭的时间点。图13b)展示了与壳体固定的控制元件76a的调节，其中，凸轮部分108围绕转轴 28如此进行位置调节，即提早开始排气(扇形段1)的工作周期，而进气开始的时间点不改 变，即为中立的(neutral)。0表示闭合机构68的开启位置的持续时间。图13c)展示了与壳体固定的控制元件76a的位置调节，其中，控制元件76a的凸 轮部分108以与图13b)相反的方式如此围绕转轴28进行位置调节，即稍后开始排气的工 作周期，而进气的时间点仍保持不变。图13d)展示了一种运行状态，其中凸轮部分106围绕转轴28进行位置调节，而凸 轮部分108位于中立位置中。因此排气开始的时间点相对于中立位置不改变，而进气相对 于中立位置提早开始。图13e)展示了在使用与壳体固定的控制元件76b的情况下的换气的工作方式，该 控制元件可相对于与闭合机构固定的控制元件78轴向地在转轴28的方向上进行位置调 节。图13e)展示了与壳体固定的控制元件76b的轴向位置，其中该控制元件和与闭合机构 固定的控制元件78相对于图13a)至d)中的示图更远地间隔开来。结果是，与闭合机构固 定的控制凸轮94和与壳体固定的控制凸轮IOOb和102b分别更短地啮合并且与闭合机构 固定的控制元件78以及因此闭合机构68的行程减小。图13e)特别展示了与壳体固定的 控制元件76b的运行位置，其中，排气的持续时间O1减少，因为与闭合机构固定的控制凸轮 94和与壳体固定的控制凸轮IOOb的啮合持续时间缩短。另外，与壳体固定的控制凸轮102b 还在围绕转轴28的方向上如此进行位置调节，即进气的时间点相对于中立位置较迟并且 同时进气的持续时间O1由于与壳体固定的控制元件76b的轴向调节比在中立位置中更短。
配设给工作室44的换气系统56的工作方式与换气系统54仅具有唯一的不同，即 工作、排气、进气、压缩的工作周期以两个工作周期进行相位移动。在工作室42中刚好发生 工作的工作周期时，在工作室44中发生排气的工作周期，等等。在图14a)和b)中展示了闭合机构68的设计变型，其适合将旋转活塞式压缩机10 用作内燃机，该内燃机可用汽油燃料驱动。为此，在进气装置58中整合了燃料喷嘴133，通 过其可以将燃料135喷射到进气装置58中，从而在打开的闭合机构68的情况下可以使气 体进入工作室42中，该气体是由空气和燃料组成的混合物。为了在工作室42中点燃气体， 在闭合机构68中整合点火装置134，其点火电极136直接相邻于转轴28设置。
点火电极136位于阀盘70的高度上。为此，闭合机构68的阀杵82被设计成空心 管，其中点火装置134关于转轴28固定地设置，即点火装置134不与阀杵82和阀盘70 — 起围绕转轴28旋转。点火装置134或火花塞具有直到电线接口 139的电导线。此外，点火 装置134穿过控制元件76和78 (或76a或76b)。必要时可以将压缩空气141穿过点火装 置134和杵82之间的空隙吹入工作室中，用以避免燃烧的气体的回流。在图15中展示了闭合机构68的另一种变型，其特别适于将旋转活塞式压缩机10 用作柴油发动机。燃料喷射装置138延伸穿过闭合机构68的还被设计成空心管的阀杵82，在该燃料 喷射装置的工作室一侧的端部设置具有大量精细的喷嘴出口 142的喷嘴140，通过这些喷 嘴出口可将柴油燃料在非常高的压力下喷入工作室42中。燃料喷射装置138在阀杵82中 优选关于转轴28固定地设置。在燃料喷射装置138上还可以设置灯丝146。燃料喷射装置 138穿过杵82以及穿过控制元件78和76(或76a或76b)延伸直到未详细示出的喷射阀。这些实施例展示了尽管在转轴20上存在闭合机构68，也可以将旋转活塞式压缩 机10用作内燃机，即不仅可用作汽油发动机也可用作柴油发动机。
权利要求
一种旋转活塞式压缩机，具有壳体(12)，在壳体中设置至少两个活塞(22、24)，所述活塞能够在壳体(12)中共同围绕与壳体固定的转轴(28)回转，其中，活塞(22、24)滑动地支承在活塞保持架(30)中，活塞保持架支承在壳体(12)中并且与活塞(22、24)一起围绕转轴(28)回转，其中，两个活塞(22、24)在围绕转轴(28)回转时实施相互反向地往复运动，用以使通过两个活塞(22、24)的相互面对的端面(46、48)和活塞保持架(30)定义的工作室(42)在容积上交替地变大和变小，其中，转轴(28)穿过工作室(42)延伸，其中，活塞保持架(30)具有用于使气体进入工作室(42)和从工作室(42)中排出的换气孔(62)，其特征在于，换气孔(62)设置在转轴(28)上，在换气孔(62)中设置闭合机构(68)，所述闭合机构与活塞保持架(30)关于转轴(28)抗扭地连接并且为了开启和关闭换气孔(62)能够在转轴(28)的方向上相对于活塞保持架(30)轴向运动，其中，设置用于闭合机构(68)的控制机械装置(74；74a；74b)，所述控制机械装置从闭合机构(68)围绕转轴(28)的旋转运动中转入闭合机构(68)的轴向运动。
2.按照权利要求1所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述闭合机构(68)被设计 成提升阀、特别是郁金香式阀，其阀盘(70)在闭合位置中贴靠在阀座(72)上，阀座设置在 活塞保持架(30)的内侧面上，并且所述闭合机构为了开启换气孔能够在朝工作室(42)的 方向上运动。
3.按照权利要求1或2所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机械装置 (74 ；74a ；74b)具有至少一个与闭合机构固定的控制凸轮(94)以及至少一个和与闭合机 构固定的控制凸轮(94)相互配合的与壳体固定的控制凸轮(100,102 ;100aU02a;100b, 102b)，使得闭合机构(68)在与闭合机构固定的控制凸轮(94)经过与壳体固定的控制凸轮 (100,102 ； 100aU02a ；100b、102b)时从其闭合位置运动到开启位置中。
4.按照权利要求3所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机械装置(74、 74a,74b)具有一个与闭合机构固定的控制凸轮(94)以及两个在圆周方向上间隔设置的与 壳体固定的控制凸轮(100、102 ；100a、102a;100b、102b)，或者两个在圆周方向上间隔设置 的与闭合机构固定的控制凸轮以及一个与壳体固定的控制凸轮。
5.按照权利要求3或4所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，至少一个与闭合机构固 定的控制凸轮(94)设置在与闭合机构固定的平整的控制元件(78)的边缘区域中，并且至 少一个与壳体固定的控制凸轮(100、102 ;100a、102a;100b、102b)设置在和与闭合机构固 定的平整的控制元件(78)相对立的与壳体固定的平整的控制元件(76 ；76a ；76b)的边缘 区域中。
6.按照权利要求5所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，与壳体固定的平整的控制 元件(76 ；76a ；76b)具有凹入的逐渐变细的控制面(90)，并且与闭合机构固定的平整的控 制元件(78)具有基本上与之互补地凸出的逐渐变细的控制面(92;92a ；92b)，其中在所述 控制面上构建控制凸轮(94、100、102 ；94、100a、102a ；94、100b、102b)。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机 械装置(74a;74b)是可调节的，用以改变闭合机构(68)的开启的时间点和/或关闭的时间 点ο
8.按照权利要求3至6中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，至少一个与壳 体固定的控制凸轮(100a、102a; 100b、102b)能够在圆周方向上围绕转轴(28)进行位置调节。
9.按照权利要求4和8所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，两个与壳体固定的控制 凸轮(100a、102a; 100b、102b)能够在圆周方向上进行位置调节、优选能够相互独立进行位置调节。
10.按照权利要求5或6以及按照权利要求9所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于， 与壳体固定的控制元件(76a;76b)具有两个凸轮部分(106、108)，所述凸轮部分分别具有 一个与壳体固定的控制凸轮(100a、102a; 100b、102b)，其中，两个凸轮部分(106、108)能够 在圆周方向上围绕转轴(28)相对于彼此地和/或共同地进行位置调节。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机 械装置(74b)是可调节的，用以改变闭合机构(68)的开启状态的持续时间。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机 械装置(74b)是可调节的，用以改变闭合机构(68)在闭合位置和开启位置之间的行程。
13.按照权利要求3至10以及按照权利要求11或12所述的旋转活塞式压缩机，其特 征在于，至少一个与壳体固定的控制凸轮(100b、102b)能够相对于至少一个与闭合机构固 定的控制凸轮(94)在转轴(28)的方向上轴向地进行位置调节。
14.按照权利要求1至13中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，所述控制机 械装置(74;74a;74b)具有用于将闭合机构(68)从开启位置轴向地复位到闭合位置中的 蓄能元件(104)。
15.按照权利要求1至14中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，换气孔 (62)构建在活塞保持架(30)的轴向凸起(66)中，其中，换气孔(62)通向凸起(66)中的通 道(64)中，所述通道在凸起的一侧向外引导并且在活塞保持架(30)回转时交替地和壳体 一侧的进气装置(58)以及和壳体一侧的排气装置(60)连通。
16.按照权利要求1至15中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，在闭合机构 (68)中设置燃料喷射装置(138)。
17.按照权利要求1至16中任一项所述的旋转活塞式压缩机，其特征在于，在闭合机构 中设置用于点燃工作室中的气体的点火装置(134)。
全文摘要
本发明涉及一种旋转活塞式压缩机，具有壳体(12)，其中设置至少两个活塞(22、24)，它们能够在壳体(12)中共同围绕与壳体固定的转轴(28)回转，其中，活塞(22、24)滑动地支承在活塞保持架(30)中，活塞保持架支承在壳体(12)中并且与活塞(22、24)一起围绕转轴(28)回转，其中，两个活塞(22、24)在围绕转轴(28)回转时实施相互反向地往复运动，用以使通过两个活塞(22、24)的相互面对的端面(46、48)和活塞保持架(30)定义的工作室(42)在容积上交替地变大和变小，其中，转轴(28)穿过工作室(42)延伸，其中，活塞保持架(30)具有用于使气体进入工作室(42)和从工作室(42)中排出的换气孔(62)。换气孔(62)设置在转轴(28)上，在换气孔(62)中设置闭合机构(68)，其与活塞保持架(30)关于转轴(28)抗扭地连接并且为了开启和关闭换气孔(62)可在朝转轴(28)的方向上相对于活塞保持架(30)轴向运动，其中，设置用于闭合机构(68)的控制机械装置(74)，其从闭合机构(68)围绕转轴(28)的旋转运动中导出闭合机构(68)的轴向运动。
文档编号F01L3/20GK101815844SQ200880103132
公开日2010年8月25日 申请日期2008年8月12日 优先权日2007年8月13日
发明者赫伯特·许特林 申请人:赫伯特·许特林