专利名称：关于轴向马达的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种把线性往复运动转换成转动运动的动力传送器，以及采用这种传送器的轴向马达。线性往复运动可以来自按圆形构型设置的活塞之类。
背景技术：
轴向马达包括一个发动机组，其中气缸和活塞按照环绕发动机组中心轴线的圆形构型均匀地设置，而不是按照传统发动机的并列、“V”形或水平对置的构型。在这种马达中活塞的往复运动依靠如在NZ221336中所发布的一个摇摆板和z形曲柄构型，或者依靠某些其他适当的转换装置，转换成一个输出轴的转动运动。在新近的轴向马达中，如在WO 96/29506和GB 2,338,746中所描述，采用对置的活塞来增加传送装置上的推力。
在这种马达中，连杆或某些其他适当的装置，把活塞连接到摇摆板，从活塞把推力转换到z形曲柄或其他装置，以驱动输出轴。由于摇摆板的运动，在整个循环中连杆不能保持在垂直方位，这可能在发动机的各个零部件上，包括在活塞上产生侧向推力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的轴向马达，或者是提供一个用于轴向马达的动力传送器，以减少工作时在活塞上的侧向推力。
在一个方面，可以说本发明是一个轴向马达，包括多个往复推力装置，设置成环绕中心轴线基本为圆形阵列的对置的成对装置，用于每个成对推力装置的连杆，在该成对推力装置中连接推力装置，每个连杆与延伸通过所连接的相关推力装置的轴线相符合，一个z形曲柄，连接在与中心轴线基本相符合的一个输出轴的两端之间，一个连接到z形曲柄的动力传送器，多个往复联接件，每个联接件连接到传送器或与之成为整体，并且也连接到相应的连杆，把推力从相应的推力装置传送到z形曲柄，其中在工作时，为了减少在推力装置上的侧向推力，往复联接件移动来补偿传送器中的运动，以保持每个连杆与延伸通过所连接的相关推力装置的轴线基本上对准。
在另一个方面，可以说本发明是一个动力传送器，适于从沿轴向成对对置的往复推力装置把推力传送到轴向马达的z形曲柄上，传送器包括一个把传送器连接到z形曲柄的z形曲柄联接件，多个从z形曲柄联接件沿径向伸出的联接件支架臂，多个往复联接件，每个往复联接件设在相关的联接件支架臂中，并且适于在相关的支架臂中来回摆动，其中由于在轴向马达中安装了传送器，每个往复联接件适于连接到在轴向马达中在一对对置推力装置之间延伸的连杆。并且在马达工作时，依靠来回摆动来补偿传送器的运动，以保持每个连杆基本上对准延伸通过所连接的相关成对推力装置的轴线，每个往复联接件适于减少在成对推力装置上的侧向推力。
许多内燃气缸/活塞组合、电磁或液压柱塞、或者按往复运动工作的任何其他适当的动力推进装置均可提供往复运动。在内燃活塞/气缸的应用中，活塞可以装配成碳复合材料零部件的标准组件方式。
附图简述现在将参照以下附图来描述本发明
图1和2以平面视图、正视图、左/右侧向视图和等角视图表示了一个具有对置活塞和动力传送器的轴向马达，图3和4表示了传送器的联接件支架、联接件和下齿轮限制件的正视图、平面视图和透视图，图5a是动力传送器(为了清楚去除了上齿轮限制件)、z形曲柄和输出轴的正视图，图5b是表示了上下齿轮限制件的动力传送器、z形曲柄和输出轴的正视图，图6是图5a和5b中所示动力传送器(为了清楚两个齿轮限制件均去除)、z形曲柄和输出轴的正剖视图，图7a表示了安装在一个关节接头中的连杆的销轴，为了清楚去除了动力传送器的细节，图7b表示了安装在一个关节接头中的连杆的销轴，图8a是动力传送器的平面剖视图(取自图3所示的C-C)，表示了联接件支架的伸缩臂(摇摆滑块)，图8b是更详细的一个摇摆滑块剖视图，图8c是一个摇摆滑块的剖视图，表示了支承表面，图8d到图8g是切去了联接件支架一部分的正视图，表示了一个摇摆滑块和支承表面，图8h和图8j是表示了支承表面的平面视图，图9是一个碳活塞的分离等角视图，图10a和10b是已装配活塞的正剖视图和平面剖视图(分别取自图11a中A-A和B-B)，包括一个轴承和连杆的小端，图11a和11b是已装配活塞的平面视图、正视图和等角视图，图12a，12b和12c是一个碳衬套的正全视图和正剖视图，碳衬套用于安装在发动机组的气缸孔中，图13a和13b分别是发动机组的正视图和等角视图，表示了气缸孔和涡轮增压器空腔的细节，图14是已装配活塞、油泵和连杆上部的剖视图(取自图1所示的B-B)，图15是轴向马达的正剖视图(取自图1所示的B-B)，表示了一组对置活塞和连接到相关摇摆滑块上的连杆，以及图16表示了图15中联接点的更详细细节。
优选实施例详述参照附图可以理解到，本发明的轴向马达，以及用于轴向马达的本发明的动力传送器，可以以各种方式来实现。仅以举例方式给出以下实施例。
图1和2表示了一个轴向内燃马达100的优选实施例的各种视图，包括一个动力传送器300的优选实施例，用于把活塞101a-105b的线性往复运动转换为一个输出轴115a，115b的转动运动。为了清楚马达的气缸组124已从某些视图上去除。发动机组124可参照图13a和13b作详细描述。本发明将描述关于转换来自内燃气缸/活塞组合的往复运动，但动力传送装置或传送器300(摇摆装置)不限于仅用于内燃机用途。本发明可以适于转换任何线性往复运动动力源或推力装置、属于其他例子的圆形阵列的电磁或液压柱塞。为了清楚在图3和4中表示了动力传送器300本身。传送器300包括联接件支架306和一个用于安装到z形曲柄114上的主联接件(也称为z形曲柄联接件)117，曲柄又装在一个输出轴的两端115a和115b之间。关于动力传送器300可以仅包括联接件支架306/联接件117本身，或者包括整个联接件支架306/联接件117、z形曲柄114和/或输出轴组合115a、115b。
参照图1到4，其中在每个视图中相同的编号指相同的零部件，轴向马达100包括多个活塞101a-105b，具有在每个相关的成对对置活塞之间延伸的相应连杆106-110。在一个优选实施例中，有10个活塞101a-105，布置成5个并列的成对对置活塞101a，101b；102a，102b；103a，103b；104a，104b和105a，105b，设成环绕马达100中心轴线的圆形阵列，每个活塞被一个相关的连杆106-110连接。每个活塞容纳在气缸组124中的相应气缸内，在图2中可看到相应于活塞101b，102b，103b的气缸组的气缸111b，11b2，113b。气缸和活塞在图9-13中描述。气缸组可以也包括一个内燃涡轮增压器组合，如在WO 00/11330中描述。
由动力传送器300或摇摆装置把活塞的上、下运动传送到输出轴115a，115b。把每个连杆106-110的销轴，例如700(在图7a，7b中可看到)定位在如关节接头的相应联接件118-122中，由此把这个运动与传送器300联接，关节接头设在一个相应的伸缩臂或摇摆滑块(图中看不到)上，摇摆滑块保持在传送器300的联接件支架306中。如700的销轴和关节接头118-122的细节将参照图6a和6b来描述。摇摆滑块的细节将参照图8a-8i来描述。每个销轴可以在相应的关节接头，如118中转动，容许相应的连杆在相关活塞的整个往复冲程循环中保持基本垂直的方位。
在图3和4中更清楚看到的联接件支架306从动力传送器的主轴联接件117沿径向伸出，以提供一个装置，来保持具有关节接头118-122的相关摇摆滑块以基本上半圆设置方式环绕主轴联接件117的纵向轴线。最好是，联接件支架306包括5个臂301-305，与主轴联接件117整体形成和沿径向伸出。但是可以理解到，联接件支架306不限于径向伸出臂，例如，可以包括装在主轴联接件117上的一个板或圆环，它容纳了摇摆滑块。这样，活塞的往复运动可以转换到主轴联接件117，主轴联接件117与z形曲柄114组合，按以下描述的方式转动输出轴115a，115b。传送器300还包括一个下齿轮限制件307，它包括一个支持许多齿的圆环。下限制件307环绕主轴联接件117，并且用多个支承臂308-312连接，支承臂与主轴联接件117整体形成，并且与环形齿轮限制件307螺接，或其他方式连接，或整体形成，如在图4中可看到。齿适于与相应的上齿轮限制件500(在图5b中可看到)啮合，上齿轮限制件500固定在支承结构，如马达底座上，并且保持不动，与动力传送器300的运动无关。联接件支架306、摇摆滑块、联接件118-122、以及连杆106-110沿径向延伸不超过环形限制件500、307，而宁可保持在环形边界之内。
参照图5a，5b和6，传送器300的主轴联接件117适于可转动地安装或联接在z形曲柄114的曲轴616上。最好是，主轴联接件117整体形成，或者包括一个用于曲轴616的联接套。或者是，主轴包括另一种适当形式的联接件，它适于安装在曲轴616上。z形曲柄114具有两个曲柄销板116a，116b，可转动地装在曲轴616的每个远端上。每个曲柄销板116a，116b适于可转动地与输出轴115a，115b的相关端连接成一个角度，使得传送器300和曲轴616相对于输出轴115a，115b的纵向轴线(如图1所示)倾斜一个角度。优选的角度为离开垂线17°和18°之间，特别优选的角度基本上为17.5°，虽然熟悉该技术的人员可以理解到，倾角可以落在更大的角度范围内。
图5b表示了在传送器300上的下齿轮限制件307细节，它与相应的环形上齿轮限制件500啮合，上齿轮限制件500装在如马达底座的支承结构上。为了表示看不到的细节，上齿轮限制件500在图5a上被去除。相关的齿轮限制件500，307在点502上啮合，在该点上一个上活塞处于其冲程的顶部。在马达100工作时，交错每对对置活塞101a，101b；102a，102b；103a，103b；104a，104b和105a，105b的循环，使得上活塞101a-105a的上死点(TDC)按圆形方式顺序产生。例如，如图1，5a，5b中箭头130所示从上看，TDC可以顺时针方向产生，虽然也可以逆时针方向产生。这个顺序的活塞运动使传送器300和下齿轮限制件307摇摆，使得齿轮限制件500，307的啮合点502以相应的圆形方式(如图1中箭头130所示)环绕马达100中心轴线运动。齿轮限制机构500，307防止或限制了传送器300的主轴联接件117和z形曲柄环绕z形曲柄114的曲轴616自转。从图5a、5b的正视图可以看到，每个联接件或大端坐落的平面与齿轮限制件500，307啮合点502的延伸线503、输出轴504的转动轴线以及曲轴616的纵向轴线506相交在主轴联接件117内的死点501上。这种设置限制了马达中连接点的侧向运动。
环形齿轮限制件307，500具有足够大的直径，使得连杆106-110在环形齿轮限制件内工作。与如果连杆在限制机构之外的工作情形相比，这个较大直径使得在齿轮限制件307，500上能够提供更多的齿。齿数的增加减少了由于活塞推力在每个齿上的单个载荷。在采用对置活塞的情形中，减少每个齿上的推力特别有利，因为推力是采用非对置活塞的相似马达中推力的一倍。这使得能够对齿轮限制件307，500采用较轻的复合材料，而不是较重的金属结构，金属结构通常是根据对置活塞马达中推力增加而需要的。上齿轮限制件500的较大直径，也使得能够把限制件牢固地固定在支承结构上。
参照图6来详细描述z形曲柄114的结构，图6表示了通过图5a，5b所示传送器300纵轴的剖视图。一个上套608在上曲柄销板116a的圆柱形突起600上滑动。突起600包括一个盲螺孔609，用于用螺钉之类连接到上输出轴115a(图中未示)。曲柄销板116a还包括一个半圆柱体601，它具有相应于曲轴616突出端的一个空心区。空心区装在曲轴上，然后用螺接一起的两个凸缘602(可看到其中一个)夹紧定位。通过曲柄销板116a和曲轴616中的对准孔607插入另一个螺钉，以防止曲柄销板116a环绕曲轴616自转。半圆柱体601包括一个凹区610，它使得曲柄销板116a能够与曲轴一起环绕联接套117的外部转动。曲轴616延伸通过联接套并从两端突出。它在位于联接套117内表面内的轴承604上转动。
曲轴616包括一个较大直径的孔605，它逐渐变小成为较小直径孔606。下曲柄销板116b包括一个半圆柱体615和带着一个套613的突起612。突起612包括一个盲螺孔614，用于用螺钉之类装到上输出轴115b(图6中未表示)的下部。曲柄销板116b包括一个装在曲轴616上的空心区620。在图6中还可看到一个伸缩摇摆臂，如806的内部结构，它将参照图8a和8b来详细描述。
图7a和7b表示了每个连杆106-110的销轴，如700与相关关节接头118-122接合的方式。将参照相应于活塞101a，101b的连杆106来举例描述销轴/关节接头组合。这个描述也适用于其他活塞/销轴/连杆组合。销轴700位于连杆106的中间，包括两个对置的圆柱形突起705，706。每个突起705，706与连杆106整体形成，并且从连杆106大致水平地伸出。相应的关节接头118包括一个基本上为U形的支承托架，托架包括一个底部701、弯曲内表面709(在图5a中可看到)和两对突起702a，702b和703a(703b看不到)。销轴700的突起705，706位于支承托架中。具有半圆形内支承表面708的一对相应的托架夹板704(为了清楚，一个夹板从图7a，7b上去除)螺接到每个相关的一对托架突起(例如图7a，7b中的703a，703b)上，把销轴700保持定位。然后分别在支承托架和夹板的内支承表面704，708上，销轴700在已装配接头118内自由转动。每个关节接头118连接到相关的伸缩臂806(也称为摇摆滑块)，它在联接件支架306的相关臂301内往复运动。摇摆滑块使得连杆106-110能够滑动地联接到z形曲柄上。
图8a表示了形成联接件支架306的径向臂301-305的内部细节。每个臂301-305包括一个基座区，它容纳一个在基座区内滑动的伸缩臂或摇摆滑块。摇摆滑块形成了连接到连杆106-110的往复联接件。图8b和8c更详细表示了一个臂，其中为了清楚，从图8b去除了支承表面820和821。将根据臂301来描述滑块机构，但可以理解到，这个描述适用于其余每个臂302-305。基座区800包括一个外筒801，它最好是与传送器300的主轴117整体形成。一个具有内筒803的泵塞802延伸通过外筒801的内部，提供在基座区800内的一个环形内部。一个O形圈816嵌在泵塞底上。支承装置805和套804设在外筒801的内表面上。伸缩臂806或摇摆滑块包括一个组装的关节接头118和具有圆柱形外表面的细长体808。
细长体808的直径尺寸作成配合在外筒801和支承装置805内。细长体具有一个内套809，它包括一个圆柱形孔810，其尺寸可容纳泵塞802。摇摆滑块806容纳在基座区800中，使得细长体808的外表面与支承装置805和套804接触，泵塞802位于圆柱形孔810中。摇摆滑块806能够相对于基座区800滑动。在马达工作时，摇摆装置300以这样方式摇摆使得摇摆装置300的中心和连杆上销轴位置之间的径向距离在最小和最大位移之间变化。摇摆滑块806从基座区800伸出和缩进，以补偿径向位移，使得连杆能够保持基本上垂直的方位(当马达沿垂直方位支承时)。所以可以理解到，在一般情形下，摇摆滑块806保持连杆基本上对准或符合在成对对置活塞101a，101b之间延伸的轴线131(在图1中可看到)。
参照图8c，摇摆滑块806的往复运动发生在两个环形支承表面上，第一个821在摇摆滑块806的底面，第二个820在外筒801的内底面。将参照图8d到8i更详细地描述支承表面。图8d和8f表示了联接件支架一个臂的切开部分，显示了摇摆滑块和支承表面的细节。图8e和8g是表示更详细的特写镜头，而图8h和8i表示了两个支承表面820，827的平面视图。应该注意到，这些图中表示的支承表面不成比例，而表示成过大的尺寸以说明细节。在优选实施例中，斜台峰顶约1/8英寸高。
参照图8d，8e，8f，8g和8i，第二支承表面820包括两个波状的环形斜台823，824，沿直径对着设在外筒801的底面，并且散布在平环形表面825，826之间。参照图8d，8e，8f，8g和8h，第一支承表面821包括两个波状的环形斜台827，828，沿直径对着设在摇摆滑块806的底面，斜台827，828散布在环形平高台829，830和环形凹坑831，832，833，834之间。
现在参照图8f和8g，在摇摆滑块806为水平的循环区(相应于与连杆106联接的对置活塞010a，101b通过其相关气缸运行了一半)，摇摆滑块完全退缩在外筒801中。第一支承表面821的斜台827，828位于第二支承表面820的斜台823，824底的弯曲处。相似地，斜台823，824位于相补的凹坑932，834中。环形高台829，830也以滑动配合靠在第二支承表面821的环形平表面825，826上。当活塞继续其行程，迫使连杆106按箭头835a所示向上(在图8f中可看到)时，摇摆滑块806按箭头836所示稍微转动(在图8g中可看到)。
在转动时，斜台827，828在第二支承表面的斜台823，824的相对表面836，837上向上滑动，直到它们达到斜台823，824的峰顶，如图8d，8e中所示。这相应于连杆的最大向上行程。在这个运动中，摇摆滑块806伸出外筒801之外，保持连杆106在基本垂直的方位。当连杆106改变它的运动向下835b，摇摆滑块806继续转动，从而斜台827，828在斜台823，824的相应的相反面838，839上向下滑动，直到连杆106再次达到其行程的中间点。在这个运动中，摇摆滑块806退缩到外筒801之内，保持连杆106在基本垂直的方位。在这个退缩的最大范围上(相应于连杆行程的中间点)，支承表面820，821处于与图8f，8g相似的状态，但斜台827，828位于斜台823，824底的相反弯曲处。另外，高台829，830靠在表面825，826上，斜台823，824位于另一个凹坑831，833中。这个说明是摇摆滑块运动的一半，相应于连杆运动的半个循环。连杆将继续向下运动，然后退回到中间位置。支承表面820，821的运动与所描述的第一个半循环相同，但发生在相反的转动方位，如箭头840所示。
在摇摆滑块806往复运动时，活塞802被液压流体，如阻尼油阻尼。再参照图8a，8b，活塞802的内筒803通过开孔851与z形曲柄114中的液压流体在液体上连通。当摇摆滑块806退缩到基座区800中，留在内筒803中的液压流体被压缩在圆柱形孔810的上部，提供了阻尼作用。另外，在压缩时，液压流体通过形成在内套809中的通道811，812被排出，如箭头所示。流体通过开孔813，814离开通道进入基座区800之内，润滑了套804和轴承装置。在压缩时，流体也通过另一个通道815被排出进入关节接头来提供润滑。在滑块806退缩时，进入摇摆滑块806底部空腔817中的任何在套804之间的剩余润滑剂通过出口818，819被排出到z形曲柄114中。
通过开孔851-855(在图8a中均可看到)，从z形曲柄114来的阻尼流体进入联接件支承臂301-305内的相关摇摆滑块。当联接件支架的摇摆作用发生时，每个开孔851-855运动来与相应孔对准和不对准。例如图8b所示，z形曲柄中的开孔851对准内筒803，容许阻尼流体流入摇摆滑块806。当摇摆滑块在其完全伸出时，开孔851与内筒803对准。当滑块806退缩时，由于传送器的一般作用，z形曲柄114侧向运动。在完全退缩点上，开孔851完全不与内筒803对准，从而没有阻尼流体流回到开孔851中。
现在将参照图1到8i来描述与轴向内燃马达有关的动力传送器的工作。可以理解到，z形曲柄的一般功能对熟悉该技术的人员是已知的，因此将不提供这个功能的详细描述。也应该理解到，一般描述的工作也可适用于内燃气缸/活塞组合之外的任何往复动力源。构成5个轴向设置的成对活塞/气缸的动力源，按顺时针或逆时针方式顺序地点火可燃烧装药。在两冲程和四冲程工作中，对置的成对活塞的每个上活塞/气缸组的上死点将与相应的下活塞/气缸组的下死点相符。当每个对置的成对活塞产生向上或向下推力时，它通过相应的关节接头、摇摆滑块和联接件支架306的径向臂，被转换到z形曲柄114上。
由于气缸的顺序点火，按顺序圆形方式产生来自每个成对活塞的力。这使得z形曲柄114以倾斜的圆形方式环绕相交的死点501摇摆，而联接套117的每个远端以圆形运动作转动。套117的每个远端划出的圆形运动通过曲柄销板116a和116b被分别转换到输出轴部分115a和115b。这个运动也在联接件支架306和下齿轮限制件307中产生摇摆作用。当联接件支架在与每个相关连杆的联接点上以基本上垂直的方式摆来回动时，在联接件支架306的每个臂中的摇摆滑块806伸出和缩进。这保持了连杆与活塞对准。下齿轮限制件307与上齿轮限制件啮合，按照每个活塞的冲程，啮合点以环绕齿轮限制件的环形方式运动。在这种方式下，齿轮限制机构使得z形曲柄能够以希望的方式转动，而仍基本上阻止传送器环绕z形曲柄114和套117的纵轴自转。可以理解到，动力传送器可适用于任何其他合适数量的轴向活塞，对置的或其他形式。
图9表示了一个模块化活塞的优选实施例的分离等角视图，可用于轴向马达，每个零部件用碳复合材料制造。活塞包括一个活塞头或活塞顶900，位于一个由上座套901和下座套902形成的小端轴承上。活塞顶900和轴承组件位于或保持在一个由两个半圆柱件903a，903b形成的活塞裙部外壳中，半圆柱件用螺钉之类连接一起。活塞顶900一般为圆柱形构造，具有空心的内部1002，空心可减少对周围的热传导。内部1002和活塞顶900之下的细节在图10所示的剖视图中可看到。活塞顶900在顶面有一个圆形凹口904，以提供漩涡运动来协助燃料/空气的混合。活塞顶900还在外表面包括了上905和下906环形凹口。活塞顶900在底边还包括一个环形边缘1003，它带一个环形凹口1004，其尺寸与上轴承座套901的上表面边接合。上座套901具有总体上变细的圆柱形外表面907，在上表面具有部分球形突起908，它相应于活塞顶900的空心内部1002。上座套901的内部基本上为半球形空心，与连杆小端的顶区球形形式配合。轴承装置的下座套902包括一个截半球形座909，它是一个半球形座，其中顶部被去除，留下一个在顶部有开口的底部。一个凸缘910从座909的底边伸出。上座套901的环形底边1001位于下座套902的凸缘910上，每个座套配合的内半球区形成了一个球形座，成为在连杆小端的一个轴承。
外裙部903a，903b的每一半在顶边上包括一个半环形边缘915a，915b和具有成型顶面的内部半环形搁板912a，912b。当外裙部的两个半部903a，903b联接一起时，每个半环形边缘915a，915b形成一个环形边缘，接合在活塞顶900中的下环形凹口906内。此外，搁板912a，912b形成一个环形搁板，适于放置下座套902的凸缘910和上座套901的环形底边1001。尤其是，成型搁板包括一个具有凸边和侧边的凹口913，适于放置凸缘910，使得下座套902被裙部保持成倒置的方式，其中截半球形部分通过环形搁板912a，912b向下突出。成型搁板还包括一个环绕凹口913的斜边914。这样，把上901和下902轴承座套保持在裙部903a，903b内，以对准的方式形成球形的小端座套。螺钉孔1101和1102(在图10图12中更容易看到)通过外裙部的一半903b，相应的盲螺孔通过裙部的另一半903a，使得裙部903a，903b能够用螺钉或其他合适的紧固件紧固在一起。成型搁板912a，912b还包括多个凹口，如916，用于减少重量。在成型搁板之下伸出的每个裙部903a，903b的下半部形成活塞的一个下空腔917。
图10a和10b分别表示了已装配碳活塞的正面和平面剖视图。活塞顶900位于上轴承座套901上，使得活塞顶之下的环形底边1003中的环形凹口1004位于上座套901顶面的环形区1005中。上座套901的下环形底边1001位于下座套902的凸缘910上，形成了球形轴承座套1006。然后环绕活塞顶900和座套901，902组件，夹紧外裙部903a，903b。在这种设置中，凸缘910以倒置的方式位于环形凹口的凸边913上，上座套901的下表面位于凸缘910上，以及环形边缘915a，915b接合在活塞顶900的环形凹口906中，因此以紧固的方式保持了活塞的所有零部件。用螺钉之类把两个半裙部903a，903b夹紧和固定在一起。在图11a和11b中可看到已装配活塞的外部。
图12a，12b和12c表示了一个碳复合材料衬套1200的各个视图，用于插入如图13a和13b所示的发动机组124中。碳衬套1200提供了一个如111b的圆筒，如101b的相关活塞在其中往复运动。衬套1200具有外轮廓1201，包括一个环形凸缘1202，它位于如1301的表面凹口中，表面凹口在气缸组124中如1300的相应气缸孔的入口处。采用螺钉之类拧入位于孔1300周围的如1303的相关开孔，把环形凸缘1202(在图12b中更详细表示)紧固在凹口中，由此可以把衬套1200固定在孔1300中。衬套1200包括各种传送口1203和排出口1204，与气缸组124中的导管(图中未示)连通，用作燃烧燃料/气体入口和废气出口。熟悉该技术的人员会了解这些细节，有关内燃气轮机增压器(如果采用的话)的开口已在WO 00/11330中描述。气缸组124还包括所需的空腔1303和用于内燃气轮机增压器的导管。在外轮廓上的一个环形凸缘1205包括了用于O形圈的机加槽1206。
图14表示了活塞、气缸和连杆组件，图15表示了包括摇摆装置的整个设置的细节，而图16表示了连杆/关节接头联接件的细节。参照图14，已装配活塞位于气缸衬内，它包括一个外壳1400和适于与活塞滑动配合的内部碳衬套1200。一个轴承1202装在轴承座套1006中，轴承1402的下部通过下轴承座套902中的开口突出。突出部分包括一个盲孔1403，用于容纳连杆106的小端1404。小端1404的直径小于连杆106本身直径，其尺寸与盲孔1403接合。在工作时，摇摆滑块还减少了在现有设置中产生的连杆循环量。这又可以减少轴承1402的运动，导致摩擦的减少。这可以减少在座套902中轴承1402润滑的需要，特别是如果采用碳零部件时。
连杆106延伸通过泵缸1406的一个轴承支承的中心孔1416，泵缸1406容纳了连杆106的上部。泵缸具有一个细长的圆柱形外壳，其第一直径1407延伸通过具有较大第二直径的圆柱形头部1408。头部1408适于以密封方式与气缸外壳1400和内套1200的底部接合，形成气缸的封闭。尤其是，头部1408包括一个具有环形壁1410的外环形搁板1409，它与内套1200中的相应环形轮廓1411接合。壁1410的顶端1412的宽度超出内套的宽度，以提供一个给出活塞运动下限的搁板。在泵缸1406的壁1410和细长外壳1407顶端之间形成一个环形内部1413。内部1413与下活塞空腔917形成一个封闭空腔。
连杆上端包括一个具有环形扩口端的外套，它形成了连杆泵塞1414。一个衬垫1415位于扩口端上。一个环形通道1418形成在连杆泵缸1406的中心孔1416中，如果需要的话，作为连杆/孔对接面到活塞空腔的油或其他适当润滑流体的通路。当连杆在中心孔1416内上、下线性运动时，泵塞1414的扩口端和衬垫1415迫使液压流体通过通道1418，进入空腔，并且再次退出。这个作用提供了对连杆/孔对接面和活塞/气缸对接面的润滑流体。可以理解到，这种润滑可以不需要或不要求，例如当采用碳活塞时。此时，密封件1417防止来自曲轴箱的连杆上的润滑剂进入气缸空腔。另外，这密封了从曲轴箱来的废气。连杆还包括一个中心孔1419，它提供了一个通道，如果需要，可在关节接头和小端轴承1402/轴承座套1006对接面之间传送润滑流体。当摇摆滑块的作用提供润滑流体进入关节接头时，这也传送到连杆孔1419。润滑流体流经孔进入小端轴承，并且通过轴承1402中的开孔1420进入轴承/轴承座套对接面。可以理解到，如果采用碳活塞，就不需要这种润滑。细长泵缸1406的下端在其底面中具有一个半球形凹口1421。一个具有相应半球形凹口1423的泵塞盖1422用联接件1424，1425装到泵塞上，形成一个用于连杆轴承1426的球形轴承座套。连杆的青铜轴承或衬垫1426承受了任何剩余的侧向推力，并且还有助于活塞/气缸对曲轴箱的密封。如果不需要润滑时，这有助于防止润滑流体进入活塞/气缸，并且也有助于防止燃烧气体进入曲轴箱。这也防止了活塞进入曲轴箱。
在用摇摆滑块机构工作时保持连杆基本垂直(假设马达为垂直支承)，减少了在活塞上的侧向载荷。这使得能够在轴向马达中采用碳活塞和碳衬套气缸(或者其他非金属复合材料)来替代传统的金属活塞和气缸。复合材料一般不能强到足以采用在侧向推力大得多的现有马达中。虽然在本发明中采用复合材料活塞/气缸零部件不是必需的，但采用它们提供了几个有利点。首先，复合材料较轻，使得整个马达变轻。其次，复合材料零部件不会由于热而过大膨胀和收缩。这与侧向推力减少相结合，使得与采用金属零部件相比，复合材料气缸/活塞零部件能够制造成更紧密的加工容差。结果是，可以不需要活塞环，这与复合材料的性质相结合，意味着在活塞/气缸中不需要润滑。可以设想，这将减少从发动机的排出物。在采用复合材料活塞/气缸的这种情形下，每个连杆的轴承和密封件，如1426，1417，对z形曲轴箱密封了相关的活塞/气缸，防止润滑剂进入活塞/气缸，并且防止废气进入曲轴箱。没有密封件(1417是主要密封件，轴承1426提供了某些辅助的密封)，连杆上的润滑剂可能会进入相关的气缸。但由于在工作时连杆保持在基本垂直的方位(或者在一般情形，与通过活塞的轴线平行)，密封是可能的。而现有发动机具有在工作条件下密封非常困难的往复连杆。另外，密封件/轴承1426承受了来自相关连杆的任何剩余侧向推力，进一步减少了活塞/气缸承受的任何侧向推力。另一方面，如果连杆在工作时不保持基本与活塞平行，用这种方式来承受连杆的载荷是很困难的。
权利要求
1.一个轴向马达，包括多个往复推力装置，设置成环绕中心轴线基本为圆形阵列的对置的成对装置，用于每个成对推力装置的连杆，在该成对推力装置中连接推力装置，每个连杆与延伸通过所连接的相关推力装置的轴线相符合，一个z形曲柄，连接在与中心轴线基本相符合的一个输出轴的两端之间，一个连接到z形曲柄的动力传送器，多个往复联接件，每个联接件连接到传送器或与之成为整体，并且也连接到相应的连杆，把推力从相应的成对推力装置传送到z形曲柄，其中在工作时，为了减少在推力装置上的侧向推力，往复联接件移动来补偿传送器中的运动，以保持每个连杆与延伸通过所连接的相关推力装置的轴线基本上对准。
2.按照权利要求1的轴向马达，其中每个推力装置是适于在发动机组的相关气缸中往复运动的一个活塞。
3.按照权利要求2的轴向马达，其中活塞设置为并列的对准成对活塞。
4.按照权利要求3的轴向马达，其中活塞由非金属复合材料制成，每个活塞在由非金属复合材料制成的一个相应气缸中往复运动。
5.按照权利要求4的轴向马达，其中非金属复合材料是碳复合材料，气缸包括一个碳复合材料衬套，设在轴向马达的发动机组中。
6.按照权利要求5的轴向马达，其中密封件和轴承设置在连杆附近，把相关活塞和气缸与润滑流体隔离，并且至少部分地承受在连杆上的剩余侧向推力，以减少在活塞上的推力。
7.按照权利要求6的轴向马达，其中传送器包括一个z形曲柄联接件，多个联接件支架臂，沿径向从z形曲柄联接件伸出，往复联接件可在其中来回摆动。
8.按照权利要求7的轴向马达，其中往复联接件泵压了阻尼和润滑流体。
9.按照权利要求8的轴向马达，其中用一个关节接头把每个连杆连接到相关的往复联接件。
10.按照权利要求1或9的轴向马达，还包括一个限制机构，防止传送器环绕z形曲柄轴线自转。
11.按照权利要求10的轴向马达，其中限制机构包括一个固定到支承结构上的上环形齿轮限制件，以及一个联接到传送器的下环形齿轮限制件，其中连杆在上、下环形齿轮限制件内工作。
12.按照权利要求11的轴向马达，其中上、下齿轮限制件由非金属复合材料制成。
13.按照权利要求12的轴向马达，其中关节接头所在的平面与齿轮限制件啮合点的延伸线、输出轴的转动轴线和z形曲柄的纵轴相交在一点。
14.按照权利要求1的轴向马达，其中当马达支承在基本垂直方位时，往复联接件保持连杆在基本垂直的方位。
15.一个动力传送器，适于从沿轴向成对对置的往复推力装置把推力传送到轴向马达的z形曲柄上，传送器包括一个把传送器连接到z形曲柄的z形曲柄联接件，多个从z形曲柄联接件沿径向伸出的联接件支架臂，多个往复联接件，每个往复联接件设在相关的联接件支架臂中，并且适于在相关的支架臂中来回摆动，其中由于在轴向马达中安装了传送器，每个往复联接件适于连接到在轴向马达中在一对对置推力装置之间延伸的连杆，并且在马达工作时，依靠来回摆动来补偿传送器的运动，以保持每个连杆基本上对准延伸通过所连接的相关成对推力装置的轴线，每个往复联接件适于减少在成对推力装置上的侧向推力。
16.按照权利要求15的传送器，其中每个推力装置是适于在发动机组的相关气缸中往复运动的一个活塞。
17.按照权利要求16的传送器，其中活塞由非金属复合材料制成，每个活塞在由非金属复合材料制成的一个相应气缸中往复运动。
18.按照权利要求17的传送器，其中其中非金属复合材料是碳复合材料，气缸包括一个碳复合材料衬套，设在轴向马达的发动机组中。
19.按照权利要求18的传送器，其中往复联接件泵压了阻尼和润滑流体。
20.按照权利要求19的传送器，其中每个往复联接件具有一个连接到一个相关连杆的关节接头。
21.按照权利要求15或20的传送器，还包括一个限制机构，防止传送器环绕z形曲柄轴线自转。
22.按照权利要求21的传送器，其中限制机构包括一个下环形齿轮限制器，其中连杆在下环形齿轮限制件内工作。
23.按照权利要求22的传送器，其中下齿轮限制件由非金属复合材料制成。
24.这里参照附图基本上描述了一个轴向马达。
25.这里参照附图基本上描述了一个动力传送器。
全文摘要
一个轴向马达(100)由成对对置的活塞/气缸(101a－105b，111a－115b)驱动，它们设置成以圆形阵列环绕马达(100)中心轴线。在每对活塞中对置的活塞(101a，101b；102a，102b；103a，103b；104a，104b；105a，105b)由相应的连杆(106－110)连接，通过一个动力传送器(300)和z形曲柄(114)组合，连杆从活塞(101a－105b)把推力传送到一个输出轴。设在传送器(300)中的往复联接件把连杆(106－110)连接到传送器(300)。在工作时，往复联接件来回摆动，保持连杆(106－110)与相应的成对活塞基本上对准，减少了在活塞上的侧向推力。
文档编号F16F15/16GK1545594SQ02816391
公开日2004年11月10日 申请日期2002年7月23日 优先权日2001年7月25日
发明者理查德·J·沙特尔沃斯, 理查德 J 沙特尔沃斯 申请人:沙特尔沃斯阿克西亚尔汽车有限公司