CN1044149A - 带有在球形壳体内转动的活塞的动力转换机 - Google Patents

Abstract

动力转换机，包括一转子组件，该组件有分别带有第一、二对活塞的第一、二转子零件，第二对活塞可在机壳内相对于第一对活塞来回摆动，第一对转子和转轴连接，两转子零件间不能相对转动而是可摆动的连接。两转子零件可一起绕所述转轴转动，第一转子零件在第一转动轨迹转动。而第二转子零件则在与其相偏的第二运动轨迹中运动。两转子零件限定在一共同的球形母体内。第二转子零件的导向机构与机壳刚性相连，对中地设置在转子组件内。

Description

本发明涉及一种动力转换机，它包括带有第一对活塞的第一转子零件和带有第二对活塞的第二转子零件，这些活塞在机壳的球形腔体内运动，第二对活塞相对于第一对活塞成对地作强制的来回摆动运动，第一转子零件与一主动转轴或从动转轴连接，而第二转子零件与第一转子零件之间不能相对转动的连接，以便一起围绕上述转轴的轴线转动，第一转子零件可在垂直于转动轴线的平面内的第一转动轨迹内转动，而第二转子零件则与第一转子零件一起转动，并相对于第一转子零件来回摆动，第二转子零件由一个导向零件进行导向，该零件则由一位于与第一转动轨迹成角度V的平面内的静止导向机构进行导向，而在倾斜的第二轨迹上转动。

本发明的动力转动机可在多种场合下使用，例如，可分别用作单级或多级的压缩机、泵、水力或气动发动机，两冲程或四冲程内燃机等。这种机器可在大范围的各种速度下使用，特别适用作高速的机器，例如，高速压缩机或高速发动机。为这种机器是以气动马达、蒸气机或内燃机的形式使用并且其工作容量为中等时，适用速度为500转/秒（30，000转/分钟），当这种机器是一种内燃机时，合适的速度约为100转/秒（6000转/分钟）。在另外情况下，对于特殊的其他用途，其适用的速度可为50转/秒。对于舰船用的推进发动机（例如：狄塞尔发动机），考虑到螺旋桨的速度，采用低得多的速度可能是适宜的，而螺旋桨的速度为100转/分钟，对于推进发动机也是适当的。本发明的一个特殊的目的是提供一种机器，它能有效地平衡机器中的运动质量从而使机器在工作时的振动减到最小。本发明另一目的是提供一种结构较为紧凑的机器，它包括较少且较简单的零件，并且其客量和重量相对于输出功率来说是较小的。本发明还有一个目的是提供一种机器，其工作室除了要加润滑油的机器零件外是封闭的。本发明的再一个目的是提供一种机器，在该机器中可对机壳内各出入口进行简单而有效的控制。

1906年批准的美国专利826，985号（D.Appel）提出了前言中提到的这种技术方案，它根据不带曲轴不带独立移动的阀的简单设计得到了活塞和有关工作室的满意的运动。

该现有技术的技术方案提出在机器工作室的外面设置一种静止的导向机构，用来强制地控制第二对活塞相对于第一对活塞作来回摆动。公开了一种环形的导向零件，该零件由位于导向凹槽内的静止导向机构来控制，上述导向凹槽位于工作机的机壳内，并且径向延伸到工作机的机壳之外。

按照该现有技术的技术方案，第一对活塞实际上只进行旋转的运动，而第二对活塞除了作相应的转动外，还作附加的、强制地导向的、相对于第一对活塞的来回摆动。通过上述的径向在外的导向机构，第二对活塞被强制地引导到球面壳体内一固定平面的特定运动路线上，也就是采用一个转动轨迹相对于第一对活塞的转动轨迹偏斜一个角度V的环形导向机构。当第二对活塞被强制引导绕一垂直于转子组件转轴的转动轴线运动时，就使其相对于第一对活塞作来回摆动，这就意味着，第二对活塞的表面上的所有点都围绕着转轴的转动轴线连续地转动，与此同时，这些点也相对于第一对活塞的表面来回摆动。第二对活塞的转动和摆动的综合产生了第二对活塞（第二转子零件）相对于第一对活塞（第一转子零件）和相对于带有球形内表面的封闭的机壳的有利的运动模式，而第二活塞并不通过摆动的极限位置上的死点。

上述设计的结果是，由四个活塞之间形成的四个不同的工作室，产生了相应于绕转轴的转动轴线的运动的变化，而且，四个工作室是成对地连接到活塞（及工作室）的运动路线上一固定的局部区域内的机壳的固定出入口的，在转轴转动的每一循环内，有两个工作室先向着最大值作角度均等的体积膨胀，然后在随后一个冲程内连续进行相应的向着最小值作角度均等的体积收缩;而另外两个工作室则相应地，先向着最小值作角度均等的体积收缩，然后，在随后的冲程内向一个最大值连续进行角度均等的体积膨胀。一对工作室与第一对出入口配合，而第二对工作室则与第二对出入口相配合，因此，在每个冲程内，第一对工作室和第二对工作室内产生特别均匀的充满和排空，当摆动的活塞到达它们各自的极限位置后，立即发生冲程变化。冲程不会由于质量明显移动到两个活塞彼此相向和相背运动间的死点而发生变化，而是通过活塞在各自的路线上彼此间进行强制的转动，而使其发生质量均匀的运动。这种运动模式是重要的，将在下面叙述。

不管在运动模式方面还是转子零件能承受的操作条件方面都是满意的，但早先并不知道，已提出的上述技术措施已被证明是实际上有用的。这是由于将导向机构径向地设置在机器工作室外而引起了特殊问题，其中，导向件（导向环）承受特别高的圆周速度，并向机器工作室打开，这就引起了操作上的缺点。因此，一个较大的缺点是，摆动的活塞在每次摆动中必须横向地通过机壳上的间隙（该处是导向零件即导向环安装到机壳的位置）。一方面要保证导向零件与机壳的润滑加油，另一方面要建立起在机器工作室里的工作介质上面的导向零件的密封就出现了较大的问题。这些问题在高速机器中特别是在高速内燃机中特别明显。据认为，这些问题在本发明提出之前的过去80～83年还没有办法来解决。

挪威专利882，801号（Thor    Larsen）公开了一种类似的、但结构基本上不同的动力动换机，它克服了上述现有技术设计中某些缺点，但并没有达到上面提到的本发明的全部目的。对于泵或压缩机的结构形式，该现有技术起到了有效的作用，但对于内燃机的形式，情况就较为复杂，因为为了推动全部活塞形成一种摆动和转动的综合运动，要用转动的曲轴，而且，除了安装在机壳内的阀的工作以外，其他的阀都必须特别地操作。

按照本发明，使该两个现有技术存在的问题得到解决，并且所提出的技术方案也比现有技术有较大的优点。

按照本发明的机器的特征在于，上述的第一转子零件和上述的第二转子零件限定在一个与机壳内的球形内表面相适应的共同的球形母体内，其特征还在于，用来引导第二转子零件作来回摆动的静止的导向机构对中地设置在转子组件内，作为一个长的静子，它的一端与机壳刚性地连接。

通过使两对活塞进行连续的旋转运动，同时引导第二转子零件从转子组件内侧作来回摆动，并提供一种在转子组件内侧固定导向机构和导向零件的有效密封，就能够使设置在转子组件外边的活塞作比较高速的运动，而与外部导向机构等无关。所选择的设置在内部的固定导向机构、和相关的安装在内部的导向件，有可能形成一种紧凑而坚固的导向机构，这也使得导向零件有可能在较低的圆周速度下运动，而转子组件的径向上最大的圆周部分能在较高的圆周速度下运动，而不会出现任何特殊的问题。此外，在转子组件内，导向零件和相邻的第二转子零件中的零件能够以可控制的方式平衡不会引起转子组件或机器本身的任何特殊的振动。同时，工作室很容易同导向机构的润滑加油区和转子组件内相应的零件隔离开来，而不致产生润滑油与进入工作室的介质混合的危险。

按照本发明，很容易获得有效的技术方案，特别是对于前言中提到的高速机器的问题，其方法是，正如上述，将转子零件限定在与机壳的球形内表面相适应的球形母体内，并将静止导向机构从径向地在外部位置移动到在中心的内部位置。这就带来一个好处，即能够在机壳的球形表面上的任意位置形成出入口，而与导向机构的位置无关。还有一个特殊的优点是，转子组件的外部和马达壳体的内部都可以设计成具有球形的表面，这种表面能够相互适应于在特别高速度下的转子组件的转动。就这一点来说，静止导向机构和导向件径向地设置在转子组件的内部是十分重要的。

最好使导向机构与转轴同轴并使其从一个与转轴的内端相连接的轴承延伸穿过机壳在机壳的另一端的固定支架上。

因此，转子组件被有效地安装在静止导向机构上，与此同时，第二转子零件的导向零件（导向环）能在限定于转子零件内的静止导向机构中被有效地导向。

静止导向机构在中心延伸通过第一转子零件，其中，第一转子零件安装成可相对于其相对端的导向机构而转动，因此，转子组件也可很容易安装在机壳内。

如上所述，本发明旨在避免润滑剂与工作介质之间的交流，（前者是特别用来润滑导向零件与静止导向机构间的轴承表面、第一转子零件与静止导向机构间的轴承表面和第二转子零件与导向零件间的轴承表面;后者是在机器工作室内进行工作的）。

按照本发明，有可能保证转子组件的内部轴承装置和设置在内部的导向零件的轴承装置的一种有效的共同密封，从而使它们可通过设置在机器静子内的沟槽式的共同润滑***得到润滑作用。因此，所发明的机器的特征在于，第一转子零件在端头穿过一环形的、径向在外的转子零件部分而通过第二转子零件，其中，第一转子零件与第二转子零件一起形成了一个腔体该腔体含有润滑剂并与工作室隔离，上述腔体容纳着静止导向机构和相关的导向件以及导向件的连接机构，这种机构与第二转子零件连接。

按照本发明的各种技术方案（与美国专利826，985号提出的方式相同）一般地不需要阀工作的出入口，因为活塞的运动能仅靠它们相对于球形壳体内的出入口的旋转运动来操纵出入口的开启和关闭。开启和关闭出入口的时间点可由相应地任意设计出入口和相应地在球形机壳内设置出入口来调节，而与外部静止导向机构和外部导向件无关。可以采用两个吸入口和两个排出口，即第一对工作室共有一个吸入口和一个排出口，而第二对工作室也共有一个吸入口和一个排出口。

一个特别有利的结构上简单的技术方案就是第一对活塞和第二对活塞与转轴一起组成一个转子组件，而球形壳体和与其连接的导向机构（用于引导在第二导向路线上的第二对活塞）组成一个静子组件。

但是，这里，转子组件还是静子组件都采用少量的分开零件，与此同时，便提供了一种简单而较紧凑的结构，它具有重量较轻、体积较小但输出功率较大的优点。更精确地说，静子组件包括相互刚性连接的导向机构和机壳，而转子组件则包括第一转子零件、第二转子零件和用一对枢轴销钉与导向件连接的连接机构，所述的导向件是可转动地安装在静止导向机构上。实际上，从装配和生产方面考虑，上述的零件分成许多的零件，但粗略看来，静子由单一零件组成，而转子组件包括三个联合的零件（即两个转子零件和一个导向件）。另外，各种零件制造容易，并以较简单的方式安装起来，这将从下面的叙述看到。

在本发明的一种最佳实施方案中，机壳在其相对两端的每一端都设有一对出入口，它们相对于转动的角度，相互隔开，并位于第一转子零件各端部的球形外表面的周边的运动轨迹内部，上述出入口在转子组件各种位置或转动区域内由上述端部盖住或打开。其中，限定在第一转子零件端部并且相对于转子组件的转轴对称的球形外表面的长度比宽度大得多。

这就意味着，按照本发明有可能通过第一转子零件的形成的活塞端部，而整体地控制上述出入口。

按照本发明，用作为压缩机、泵或两冲程内燃机的机器时，可以保证两个径向相对的工作室与构成引入口的径向相对的出入口相互连接（也就与相邻的构成排出口的出入口连接），同时，另两个在径向彼此地相对的工作室与相应的径向彼此相对的构成各冲程的各固定阶段中的排出口的出入口连接（也就与构成排出口的相邻的出入口连接）。

当所述的机器是四冲程内燃发动机时，机壳腔体通过转子组件限定四个独立的工作室，这些工作室分别地又是成对地处于发动机四个冲程中的两个冲程，并与四个出入口中的两个出入口接通，同时，其中的第一个出入口成为通向第一工作室的进气口，第二个出入口则成为从第二工作室通向径向位于该工作室外面的连接室的压缩空气的排出口。第三个出入口成为从连接室通向构成膨胀室的第三工作室的进气口，而第四个出入口则成为从第四工作室到废气出口的排气口。

按照本发明，首先，连接室能将一对工作在机壳的吸气/压缩一侧的工作室与一对工作在机壳的燃烧/排气一侧的工作室连接起来。其次，最好是设置在发动机冷却机匣外面的连接室也构成一个带有喷咀（一个或多个）和点火装置的外部燃烧室。

把外部连接室和外部燃烧室结合起来，可得到一系列重要的优点：

首先，有可能同时保证四个冲程（吸气、压缩、燃烧和排气）中的每一个都在一个同样的机壳内进行，但又分别在四个工作室中的一个工作室内进行。

其次，有可能得到相当简化的真实燃烧过程、相当理想的热损失、高的燃烧温度，并从而实现燃料的完全燃烧，等等。

因此，燃烧室最好设置一层内部隔热的陶瓷材料。

这也带来一些重要的优点。

首先，发动机的燃烧冲程中的燃烧可在工作室外进行，从而使转子组件的零件在低温下工作，而燃烧室却能保持在高得多的热水平上，这就保证有效的燃烧，而与发动机的内部零件（机壳的内侧、转子组件等）无关。

更准确地说，燃烧室可以静止的方式与机壳本身连接，最好是既在发动机壳体本身外面又在发动机的水冷机匣外面，并与发动机转子组件、水冷机匣，润滑***等分开。对应地，发动机的转子组件在转动方面能够设计得尽可能地满意，而与实际的燃烧循环和燃烧室的设计无关。

另外，与燃烧室相互配合的工作室相对于从静止燃烧室供给工作介质的出入口连续转动，从而也可有效地利用沿工作室转动方向的热燃气流的动能。

将燃烧室以静止方式连接到发动机壳外面的再一个重要的优点是，燃料可以在特别高的而且比较均匀的温度下有效地燃烧，并且大体上与机壳内的温度条件无关。燃烧室很容易限定在一个较易隔热并易做成耐高温的区域内部，例如，可在该区域加衬内壁，并且，可随意地加上陶瓷材料的外壁，从而使燃烧室可保持高而稳定的温度，并保证燃料的有效而且大体上完全的燃烧。这给改善环境条件并使发动机有较高的输出功率都有好处。换句话说，可限制只对发动机机壳的外燃烧室的局部供热，热量的供给在很大程度上限制在发动机的这个局部区域。因而，在发动机机壳内部可相应地得到较低的温度，从而使发动机的转动零件保持在较低的温度，该温度很容易通过相应的方式加以控制，即采用普通的从外部对发动机机壳进行水冷或气冷，并采用普通的从内部对转子组件及其静止导向机构和有关的导向件进行油冷。

还有一个优点是，可以将热燃气在高压下通过单一出入口直接供到不同的工作室，这个出入口的开启面积被精确地限定，其开启和关闭的时间按照转动循环来精确确定。在实践中，热压缩气体流动能大体上完全连续地以快速脉冲的气流方式从燃烧室到流到紧接其后的工作室，而不需要用普通的阀的操作，而仅受转子组件转动的控制。

避免了阀的工作和凸轮轴等，也带来一些值得重视的优点。例如，有可能很容易采用大的出入口分别用来吸入空气和排出废气，从而保证了相应地快速而且较自由地吸入空气和快速地排出废气，而不需要另加的运动零件，这对于高速发动机是特别有利的。因此，人们就可以通过气体介质分别在发动机机壳里的不同的冲程内和燃烧室内的预期的流动路线而容易设计出具有一种横截面形状和面积的各种零件。

从下面参考附图所作的描述将可以看到本发明的更多的特征，附图中：

图1是本发明的动力转换机的平面图，示出了压缩机类型的第一种实施例。

图2是图1所示动力转换机的垂直剖面图。

图3是第一转子零件的透视图。

图4是第二转子零件的透视图。

图4a是图3所示转子零件和图4所示转子零件互相配合后的侧视图，示出了图4所示的第二转子零件的各部分。

图5是组成动力转换机静子的零件的垂直剖面图。

图6～8示出了动力转换机在三种不同工作状态下的转子组件。

图9～10示出了处在一个壳体部件里面的第一和第二转子零件并示出了互成90°角的两个不同工作位置。

图11是本发明的动力转换机用作四冲程内燃机时的透视图，特别示出了一个入口和一个出口。

图12与图11是同一种视图，但从其反面看，并且为了更清楚起见，有些零件被剖开，特别显示出发动机和外燃烧室。

图13是图11和图12所示发动机的剖面图。

图14是第二转子零件的导向机构的透视图。

图14a是安装在相关导向槽中的第二转子零件的静止导向机构和导向零件的剖面图。

图15是图14所示的导向机构和安装在连接机构中的相关导向件的部分剖开的侧视图，通过该连接机构，将导向件连接到第二转子零件上。

图16是由导向件和一起组成第一转子零件的两个半部分间的连接机构组成的组件的分解图。

图16a是与图16的视图成90°的第一转子零件的剖视图。

图17示出了由图16所示两个半部分组成的且位于第二转子零件的两个半部分之间的第一转子零件。

图18示出了图17所示第二转子零件的两半部分处于组装好的状态。

图19是图18所示的零件从图18的右侧看的侧视图。

图20是第二转子零件的一部分的部分侧视图和部分纵向剖面图。

图21和22是如图13所示一起组成发动机机壳的两个半部分的端视图。

图23是容纳发动机外燃烧室的结构件的纵向部分。

图24是第一和第二转子零件互成各种角度的位置的简图，示出了图11～23所示的四冲程内料机在各冲程时的盖住的和没盖住的出入口。

如前言所述，本发明的动力转换机可以用在许多不同的场合，例如，用作一级或多级压缩机、泵、气动或水力发动机，或者用作内燃机或类似的机器。本发明的动力转换机或发动机可用在很多不同的场合并有很多不同的结合形式，本文不对所有这些实施例都作陈述。下面给出一个简单的发动机装置的例子，而在实践中，很多能够带来显著优点的不同的结合都是可行的，例如，以串联的形式安排动力转换机或发动机或者以某些其他方式交互工作。

用作压缩机的动力转换机

在图1～10所示的第一实施例中，以用作压缩机的极简单的实施例阐述了本发明，但是，图1～10中所说明的零件并不只限于用在压缩机，原则上还可用在下面没有介绍其具体例子的其它类型的机器。

按照本发明的第一实施例的动力转换机一般包括一个机壳10、一个带有第一转子零件19～21和第二转子零件33～35的转子组件、一个静止地装在机壳内的径向在内的导向机构16，并由它对可转动地安装在一个独立的转动面上的导向件38起导向作用。导向件38强制地引导第二转子零件33～35相对于独立转动的第一转子零件19～21而来回摆动。

图1示出了一个带有球形内腔的球形机壳10。该机壳由两半壳11和12组成，并且沿图1、2和5中点划线所示的横向中心平面或径向平面10a分开。这两个半壳11和12分别带有一安装凸缘13和14，它们由一些安装螺栓15a和安装螺母15b连接在一起。图中示出了带有供安装螺栓（未示出）用的安装孔101的两个机座100a和100b。

图5中示出了上述转换机的静子10和16，而其转子组件19～21，33～35则示于图6～8中。图2和4a中更详细地示出了处在安装状态的静子和转子组件。上述第一转子零件19～21和第二转子零件33～35分别示于图3和图4中。

一个基本上是棒形的静止导向机构16永久固定在机壳的一半壳11上，它穿过球形壳体10中球形腔10b（参见图2）并垂直于上述中心平面10a。并且如图所示，它还从机壳的上端穿出机壳的球形腔体之外继续沿轴向向上延伸一段距离。导向机构16具有与转轴17的转动轴线17a相重合的纵向轴线16a。导向机构16较厚的一端16b刚性地连接到绕体的一半壳11上，从而使导向机构16与机壳的两半壳11和12构成了一个静子组件。

在图5所示的上面零件中，导向机构16由下列几部分组成：上面是棒形部分16c，紧接着是球形的中间部分16d和进入下端较厚部分16b的下棒形部分16e，通过下端较厚部分16b使导向机构与一半壳体11相连接。

在另一半壳体12中，转轴17的轴向内端17b可旋转地装在一个径向内转动轴承18中。转轴17的轴向相对的另一端17c的末端延伸到壳体10的外面，与一动力驱动机构（未示出）相连接用来使转轴17相对于壳体10和导向机构16旋转。

第一转子零件19～21刚性地连接到转轴17的内端17b上，该转子零件包括第一对活塞19和20，它们是刚性地连接到一个公共的中枢部分21上，上述第一转子的组成零件19～21与转轴17之间的连接是不能转动的连接，而又是可转动地安装在与导向机构16的轴向内端16b相邻的外轴承表面22、23和24和与导向机构16的轴向外端16c相邻的径向外轴承表面25和26上。导向机构16的外端16c朝上凸出进入转轴17的内端17b中，这样，内端17b是可转动地、径向在外地安装到导向机构16的外端16c上，并且是可转动地、径向在内地安装在壳体的一半12中的转动轴承18中。

从图3可以看出，活塞19、20和中枢部分21是沿由剖切线27分开的分割面分成两半19a、20a、21a和19b、20b、21b的，因此，在壳体的一半12安装到壳体的另一半11上之前，可以将上述的各两半部分相对的安装到导向机构16上，并将其固定到壳体的一半壳11上。

活塞19和20的形状是一拉长的球形扇形段。位于壳体10中央的中枢部分21的形状是两个轴向分开的圆柱形套筒21a和21b，并带有中间间隙21c。套筒21a和21b占据了壳体10的约1/3的内径长度。上述套筒两部分之间形成了一个中间球形腔体28（见图2和图4a），用来接纳导向机构16的球形中间部分16d和一相关的环状导向件38。导向件38带有销子39，销子39通过转子零件19-21中的上述间隙21c从导向机构和球形腔体28中径向向外延伸。

在中枢部分21的相对两端各形成了分别带圆柱形曲面31a、31b和32a、32b的凹入部分31和32（图3）。

可分开的第二转子零件33～35固定到第一转子零件19～21上，详见图4。从图2和图4a可以看出，转子零件19～21和31～35构成了一个转子组件。转子零件33～35包括两个活塞33和34以及中间的中枢部分35。与活塞19、20和中枢部分21相对应，活塞33、34和中枢部分35由一分割面（在图4中表示为一剖切线37）分别分割成两半33a、34a、35a和33b、34b、35b。但是，两个半中枢部分35a、35b的分割使它们本身就形成一个接纳第一转子零件的两半中枢部分21a和21b的腔。

在安装时，首先将导向件（导向环）38安装到导向机构16上。接着将第一转子零件19～21的两半从相对的两侧包在导向机构16的周围并安装到壳体的下半部11上，同时与转轴17牢固地、可转动地结合在一起。然后，将第二转子零件33～35装到第一转子零件19～21上。在实际操作中。可将第二转子零件的一半33a、34a、35a相应地安装到第一转子零件的一半19a、20a、21a上，而第二转子零件的另一半33b、34b、35b则相应地沿长度方向移进到与第一转子零件相应的另一半19b、20b、21b相连接。

环形导向件38分成两个部分38a、38b，如图4所示。导向件38带有两个销子39，它们径向向外伸出，并且分别固定在两个半环38a、38b上。销子相对的另一端可转动地安装到在第二转子零件33～35的两个分开的活塞零件33、34中构成转动轴承的相应的孔中。导向环38可转动地安装在导向机构16的球形部分16d中的凹槽41内，并且一起装入由第一转子零件的中枢部分的套筒21a和21b形成的球形腔28中，如图4a所示。用点划线41a表示的环形槽41的中央主平面和与导向机构16的中心轴16a成直角的平面10a夹一角度V。

在所示的实施例中，角V示为30°，但在实践中，它可以根据需要改为大于或小于30°角。当角V选为例如30°角时，在每一冲程内，第二对活塞可相对于第一对活塞移动60°角。如果将活塞做得薄些，例如一个为45°角，那么，在每一冲程里，第二对活塞中的每一活塞可相对于第一对活塞移动90°角。活塞的形状可以是球状扇形段，也可以是具有与机壳的球形内表面相适应的球形外表面的任一形状。

从图2可以看出，转子零件19-21和33～35构成了一个转子组件，该组件可以绕转轴17的轴线17a相对于安装在壳体10内且带有导向机构16的静子组件而转动。

第二转子零件33～35被强制绕枢轴线35c相对于第一转子零件19～21作往复的摆动。上述枢轴线35c从中心穿过第二转子零件33～35的中枢部分35a、35b并与在腔10b的中心与该轴线成直角的转轴17的轴线17a相交。由于静止导向机构16中环形槽41对导向环38在平面41a中的强制导向作用，导向环38在相对于导向机构16的一个独立转动轨道上旋转，也就是说，它是在一个与垂直于转动轴线17a的第一转子零件19～21的转动平面相倾斜的平面41a中转动。导向环38的销子39相对于活塞33、34而来回转动，因此，第二转子零件33～35被强制绕枢轴线35c来回摆动，与此同时，第一转子零件19～21（和第二转子零件33～35）绕转轴17的转动轴线17a转动。

压缩机的工作室

如图2和6～10所示，形成了两对工作室42、43和44、45，也就是说，在活塞19和20的每一侧和活塞33、34的每一侧分别形成一对工作室。为了更好地了解活塞的工作方式，将活塞19、20视为相对于活塞33、34是静止的。可以看出，只是活塞33、34摆动，并且，由于活塞33、34相对于活塞19、20移动，结果就使上述工作室膨胀或压缩。虽然，活塞19、20和活塞33、34绕转轴17的轴线17a的转动是同步的，但是，活塞19、20是在与转轴17的轴线17a相垂直的径向平面中转动，而活塞33、34是在与轴线17a相倾斜的径向平面上转动。活塞33、34来回摆动时，不会在其极限位置上发生普通的反向移动，而是在上述空间内连续来回转动并且没有死点。

从图5中可以看出，壳体10和导向机构16构成了一个静子组件。第一转子零件19～21可转动地安装在带有轴线17a的导向机构16上，而第二转子零件33～35则可摆动地安装在带有轴线35c的第一转子零件19～21上，并且可摆动地连接到可转动地安装在导向机构16上的导向环38上。第二转子零件33-35相对于第一转子零件的强制摆动当然是通过处于导向机构16的球形部分16d中倾斜的导向槽41进行导向的。

图6～8示出了在活塞33、34相对于活塞19、20的三种不同摆动状态下，活塞19、20和活塞33、34的位置。在图6和9所示的第一种状态下，侧视图6和顶视图9中所示的工作室42、43具有最大值，而工作室44、45则为最小值。在图7和图10所示的第二种状态，即中间状态下，从图7的透视图和图10的顶视图10中可以清楚地看到上述的活塞，并且此时的工作室42～45具有相应较大的体积。图8示出了活塞的第三种状态，在这种状态下，工作室44、45的体积最大，而工作室42、43的体积最小。当转子组件绕轴线17a完成一半转动时，活塞在第一冲程里被强制地经过如上所述的三种状态（如图6～8所示），而当转子组件进一步绕轴线17a完成另一半转动时，活塞则以相反的顺序经过相应的三个状态。显然，四个工作室42-45中的每一个，在转子组件转过一整周时，都经过了两个连续的冲程，并且，转子组件每转一周，相应于四个工作室体积的体积单元被排空和被充满。

上述工作室42～45的充满和排空是通过两对入口46（在图9和10仅用虚线示出了其中的一个）和两对出口47并由与出口和入口分别相连的排气管48和进气管49（图1）来实现的。当然，在每个半壳体11和12上也可只带一个入口和一个出口，并且，对于位于活塞19和20的每一侧的每对工作室也当然可以使用一个共同的入口和一个共同的出口。在图9和图10中示出了两个四边形的内孔46a、47a，它们与腔10b和圆形外孔46b、47b相通，而孔46b、47b又与管子48、49相通。在所示的实施例中，所有的孔46和47在图6和图8中所示的活塞的极限位置上可打开和关闭。并且在图7所示的中间位置上都没有完全关闭。当然，在实践中它可加工成所需的尺寸和形状，并且可按要求布置所有的孔，使它们在整个冲程中或在每一冲程的一定时间里保持打开状态。

如图2所示，活塞33、34表面上的密封件52径向在里并且面对转子零件19～21的中枢部分21，位于活塞33、34表面上的密封件53则径向在外并面对壳体10的内表面。如图2所示，活塞19、20表面上的相应的密封件50是径向在外的。在图3中，密封环51是位于中枢部分21的径向表面上的。只要能使转子零件间的每一转子零件与壳体10间获得有效的密封，也可采用相对简单的密封方法。

这里虽没有说明，但是，通过导向机构16和转轴17将循环润滑介质和冷却介质分别送到每个转子零件上是有可能使转子组件得到有效的润滑和冷却的。

用作内燃机的动力转换机

下面说明一个特别适用于在内燃机中使用的实施例，但是，对内燃机中转子所阐述的同样的设计也可用于其它类型的机器，例如泵、压缩机之类的机器中的转子，这点不再专门说明。最主要的不同在于机壳要适应不同的用途，而在不同的用途中都可使用相同的转子组件。在内燃机用的转子组件中，当然，其转子零件可进行表面处理或特殊加工，诸如它们可以通过施加陶瓷涂层而使其特别耐热和隔热，而转子零件的这种表面处理或这些特殊的制造方法对于其他类型的机器来说，不是绝对需要的。

图11～24示出了本发明的转换机用作内燃机的第二种实施例。更准确地说，图中示出了一种带有外燃烧室的四冲程双动式的内燃机。

另一方面，也可使用带有一个内燃烧室的相应的发动机，这里没有例举其具体的实施例。

它也可用于其它类型的内燃机（虽然没有示出其具体的实施例），这种内燃机可用作例如带有外部或内部燃烧室的双冲程单动式的发动机（本专利没有示出它的任何例子）。

图13示出了一个发动机机壳110，它包括沿横向中央平面110a分开的两个半壳体111和112。在每个半壳体上分别带有安装凸缘113和114，它们用一些安装螺栓115连接起来。

发动机机壳110的外部带有冷却用的散热片105。机匣106包围在发动机壳体110的外面，因此，在发动机壳体110与机匣106间形成了两个分开的冷却水室107，用于分别循环每一冷却水室中的冷却水。冷却水的循环方法如图12中箭头108所示，箭头108a表示冷却水的入口，箭头108b表示冷却水的出口。冷却水机匣的两个部分106a和106b由螺钉108c固定到发动机机壳110的凸缘113和114上，并由螺钉108d固定到发动机机壳110的与凸缘相对的端部上。图13中109是安装支架，用以使发动机水平地安装到一个底座上。

在图11中，与进气喷嘴161a相连的是一支抽气管166，它分别与转子零件124的外表面和发动机机壳两个半壳111和112的内表面间形成的区域167和168相通（见图13），转子零件124直径最小，而发动机机壳的两个半壳111和112的内表面。直径也最小。因此有可能用本来就知道的方法通过进气口将不希望的残留气体排出发动机机壳腔体的外面，而不使残留气体与转子组件内的润滑***相接触。

从图13中可以看出，在发动机的端部支承构成静子的导向机构116的地方，连接有一供油管169和两个回油管170、171，以便通过静止导向机构116将润滑油分配到导向槽118和转子组件124、125内包围导向机构116的转动零件上。

图13以组装状态示出发动机中最重要的零件。为了更清楚起见，有些零件已卸掉。这些最重要的零件的更详细的细节示于图14～23中。下面交叉参考图13的总图和图14～23的细节图说明各重要的零件。

转子组件的导向机构

在图13中所示的发动机壳体110的左端，固定有一个长的导向机构116，它穿过发动机壳体110中的球形腔110b，并垂直于中央平面110a。导向机构116具有纵长轴线116a（也可参见图14），该轴线与转轴117（即发动机的驱动轴）的转动轴线117a重合，导向机构116的末端安装在转轴117的左端117b中的孔117c内。转轴117的孔117c中有一轴承导管117c′，用于在左边支承导向机构116的末端部分116c，见图13。上述的导向机构116的左端116c***并由转轴117的下端所包围。

通过导向机构116中的键槽116d和由螺栓112d固定在机壳部分112上的端盖112a中的相应键槽（未示出）以及另外的相应键槽（未示出），使导向机构116永久的固定在壳体112中。因此，导向机构116与发动机壳体组成了一个静子组件（见图14）。转子124、125安装在静子组件上并包围在导向机构116的周围且位于发动机壳体的球形腔110b中，下面将详细说明之。

图14所示的导向机构116带有一下棒形部分116e，和一上棒形部分116c，在下棒形部分的大约中点的地方，带有一形成制动器的环形圈116f。此外，在导向机构上，带有一球形的中枢部分116g，在116g上有环形槽118。环形槽118是燕尾形截面的，并且位于点划线118a所示的平面内，该平面与剖切线110a成一角度V。在导向槽118中装有一导向零件-导向环119。导向环119沿通过轴116b的一个平面分成两个部分（图14a），因此可装入导向槽118中。在所示的实施例中，导向环119位于两个独立的轴承导管119b和119c之间。导向环119在径向相对的两侧上有孔119a，形成了径向向外开口的支承轴承，用来接纳从构成导向机构的连接机构121径向向里伸出的相应销子120（见图16和20）。上述连接机构121包含在第二转子零件125中，下面将详细说明。上述第一转子零件124和上述第二转子零件125以及上述的导向环119一起组成一个普通的转子组件。

转子组件和导向机构间的连接

图15示出了在连接机构121中的导向机构116和有关的导向零件或导向环119的安装方法。连接机构121由两个半部分121a和121b组成，图15中只示出了其中的一半121a，另一半121b则示于图13和图16中。导向机构116的球形中枢部分116g包在两个半部分121a、121b内部的相应的球形凹入部分（未示出）中，而其分开的两个端块123a和123b的末端则从连接机构121相对的两侧***并由安装螺钉122固定到两个半部分121a和121b上（见图13），螺钉122在图15中的右侧用点划线表示。在图15中，一个端块123a固定在连接机构121上，而另一端块123b则很容易放入上述的两个半部分121a和121b之间（为了清楚起见，图15中设有示出半部分121b，而121b是与另一半部分121a组装在一起的它们分别和两个端块123a、123b相连接。端块123a、123b形成了如图中虚线123d′所示的球形弯曲内表面。端块123a和123b每个都带有一个端销123a′、123b′。

如图13所示，端销123a′、123b′通过间隔套126和如键槽126′所示的中间键与转子零件125刚性连接。

图16示出了安装在导向机构116和导向环119周围的连接机构121，连接机构121通过端块123a、123b相对于导向机构116的中枢部分而锁紧，而端块123a、123b则用螺钉固定到连接机构121的两个相对部分121a、121b上。借助如图16所示的连接机构121中的凹入部分121c、121d，使连接机构121可以绕延伸穿过销123a′、123b′的轴线123′沿一定的弧段来回摆动。由于连接机构121构成了导向环119和第二转子零件125间的连接机构，所以连接机构121就和转子零件125本身一起绕转轴117a转动。结果，就强制导向环119绕一垂直于平面118a的轴线116b（图13和14a）转动，因为有销子将连接机构121和导向环119连接起来，故连接机构121除了绕轴线117a转动外，还发生了绕轴线123′的附加摆动。这一摆动又通过连接机构121的端销123a、123b传给转子零件125，使转子零件125相对于转子零件124作相应的强制摆动。正如下面将要详细说明的一样，与此同时，零件121、124、125一起绕转动轴线117a转动。

转子组件的第一转子零件

图16是一分解图，示出了零件116，119和121是怎样以封闭的方式装入第一转子零件124的两半壳体124a、124b间的。

图17示出了装配成组成壳体的一转子零件124的两个壳体部分124a、124b。转子零件124具有与转轴117的转动轴线17a相重合的主轴线124′，因此壳体或转子零件124的运动与发动机转轴117相同，并与它一起运动。

第一转子零件，也就是壳体124，由图16所示的上端套筒部分124d（图16）所封闭，并且转轴117的下端通过一安装缝124e刚性的连接到壳体124上（见图13），这样，壳体124是不可转动地与转轴117相连。图中示出了发动机壳体的一半111和转轴117间的迷宫式密封117e;两个封环（径向组合环）117f、117g;在转轴117和轴承盖110′间的带轴承导管117h′的中间轴承环117h;以及一个相关的端盖110″。相应地，在壳体124的套筒形端部124g上有一个端盖116i，用来卡住密封环（径向组合环）124i。在壳体124的第一凹槽中，有一个密封环（径向组合环）124i，而在第二凹槽中，则有两个止推轴承124k，它们各位于环形圈部分116f的两侧（见图12和图13）。116m示出了一个用以支承导向机构116的轴承导座。图中还示出了在壳体的一半112和壳体110上的端盖112a中的端盖116i间的迷宫式密封116h。

转子组件的第二转子零件

图17示出了两个端块125a、125b，它们连在一起（和连接机构121结合在一起）形成相关的转子零件125，并且它们是从相对的两侧放入壳体124的。

如图16的上图的壳体部分124a和图16的下图的壳体部分124b所揭示的第二转子零件124带有套筒形中枢部分124t，在它的外面安装了第二转子零件125的活塞135、136，在它的里面，安装了连接机构121。

图18示出了由图中点划线125c所示的普通安装螺钉通过重叠的狭长部分125d、125e将两个端块125a、125b组装成相关的转子零件125。狭长部分125d、125e的端部向轴线方向延长到球形部分125a″、125b″的互相对着的侧边上。轴向的狭长部分125a′、125b′延伸到狭长部分125d、125e间。图19示出了由一端看去的端块125a（与端块125b相对应）。图中示出了密封环125a″和对应的密封环129（也可见图13），密封环125a″用以密封对着发动机壳体的球形内壁的转子组件的端块125a、125b（在腔体110b内），密封环129用于密封对着发动机壳体的球形内壁的壳体124。

为了如图17-18所示那样组装端块125a、125b，将端块125a、125b的相对着的端部凸缘125a′、125b′放入连接机构121中相应的凹入部分124p、124r中。在端部凸缘125a′、125b′上的相应密封槽里，放入两个分开的密封环129，如图13中粗黑线所示。密封环129在第一转子零件124的两个相对的活塞组成部分的纵轴方向连续延伸并且有一环状部分进入对着端部凸缘125a′、125b′的中间区域。从图13可以看出，在125a″处示出了三个密封环（也可参见图19），它们互相平行，并且绕过第二转子零件125的整个周边。密封环125a″和129设计成带有较大的T形横截面，它装入相应的T形槽中，并且其T形的横棒放入槽底。工作时，由于离心力的作用，密封环总是力图压到发动机壳体的内壁并且受到磨损，从而保证了有效地密封配合而零件间没有任何显著的摩擦。在端块125a、125b内（见图13），套筒型轴承126与键126′相配合，因此，如上所述，连接机构121的销子123a、123b就能够刚性地与端块125a、125b相连接。如上所述，由于键126′使转子零件121、125获得了相关的刚性连接，因此，它们能够一起作相对于转子零件124的转动。在套筒形枢轴承126的外面，有一个环形保护盖127，它位于壳体部分124a、124b和端块125a、125b之间，并且轴向向内。一个带有有关的轴承导座128′的转动轴承128和一个密封环（径向组合环）128″分别位于保护盖127和转动轴承128以及分开的端块125a、125b和壳体124之间。图13中还示出了组装壳体部分124a和124b的安装孔130。

通过一个比较简单的密封***，可以建立起互相可移动的转子零件124，125间（和/或转子零件124、125和发动机壳体的球形内表面间）的有效密封，因此，正如下面将要详述的一样，导向机构116和相关的导向件（导向环）119以及与其相连的连接机构121被径向的密封在发动机的转子零件124、125和有关的工作室131～134内。

图18从一个侧面示出了转子零件124、125。图19示出了绕转动轴线117a转过90°角的转子零件124、125。转子零件125带有两个径向相对的活塞135、136，这两个活塞分别带有相对的活塞表面135a、135b和136a、136b。一起绕轴线135′（见图18）相对于壳体124而运动的活塞135、136的两端带有凸出部分125d、125e，这两个凸出部分125d，125e互相重叠而形成一狭长部位（图9是活塞135、136的端视图）。

转子组件的活塞

如图19所示，活塞135、136以来回摆动的方式分别以离开和向着上活塞137的相对表面137a，137b以及离开和向着下活塞138的相对表面138a、138b相对于转子零件124而运动，且工作室限定在图中表示发动机壳体内壁的虚线之内。第一上工作室131和第一下工作室132位于活塞137、138和活塞135之间，而第二下工作室133和第二上工作室134则位于活塞137、138和活塞136之间。

由于导向机构116的导向环119和连接机构121间有销子连接以及连接机构121和转子零件125间有连接销123a、123b，故上述转动的结果，使转子零件125进行相对于静止导向机构116和转子零件124的强制摆动。更准确地说，导向环119在导向机构116中的相关的导向槽118内沿平面118a进行强制的转动（图14）与此同时，连接机构121与转子零件125一起绕轴线117a转动，导向环119通过连接机构121强迫转子零件125绕轴线123′摆动。相应地活塞135、136在活塞137、138间来回摆动，交替地增加工作室131、133的体积，减少工作室132，134的体积，反之亦然。

在转子零件124、125绕轴线117a旋转一周的时间里，每个工作室131、133充满和排空一次，同时每个工作室132、134也相应地排空和充满一次，也就是说，每个工作室在每一周内要完成一次完整的排空和充满循环。换句话说，当转换机设计用作一个四冲程内燃机时，四个工作室131～134在这种情况下是同时地且成对地完成各自的一对冲程，也就是，对于第一对工作室是1）吸入冲程和2）压缩冲程;对于第二对工作室是3）燃烧冲程和4）排出冲程。

在一次连续的循环里，每一对工作室131、132和133、134依次各自进行两个连续的冲程。

外接室/外燃烧室

图12示出了一个外接室，更精确地说，是一个连在一起的燃烧室150，下面参考图23进行详细说明。虽然下面只参照本发明的最佳实施例来说明带有外燃烧室150的发动机，但是本发明并不只限制使用这种外燃烧室。当工作室设置在腔110b中位于一定的转角范围内的相应位置时，也可以在实际发动机的腔110b中，也就是发动机腔110b中的各个工作室中进行燃烧（尽管图中没有详细表明）。在后一种情况下，室150只用作外接室，并且在实际发动机中，可以是一根位于壳体内的导管。连接室通常是指连接一对工作室和另一对工作室的连接管，这样，在一对工作室中的两个冲程能与另一对工作室中的下两个冲程相连接。

也可以提供一个没有上述连接室的四冲程内燃机，尽管本文没有对这种实施例进行说明。

从图23可以看出，燃烧室150是一个独立的结构部件150a，它可做成由两个半部150a′和150a″组成的独立装置，并且可单独安装到发动机机壳外面并位于机匣106（图23未示出）的外侧。通过延伸穿过机匣的连接机构150d和150e以及安装螺钉150d′和150e′，可将结构部件150a直接装到发动机机壳110上，使燃烧室150与进出口162和163相通。

在另一种情况下，燃烧发生在工作腔110b内，上述的结构部件150a形成了两个工作室（分别为压缩室和燃烧室）间的连接机构。结构部件150a（见图12）的两个半部分150a′，150a″由安装螺栓150b连在一起，并由安装螺栓150d′和150e′固定到发动机机壳110上。

图23是两半结构部件150a′～150a″的剖视图，在它们的内壁（也可按要求在外壁）涂上耐热和隔热陶瓷涂层（方法未示出），这样，燃烧室就可以保持在最佳的高温下从而保证在高温下的最佳燃烧。同时，也可防止燃烧室的热量分别流失到周围环境和机匣中的冷却水中。

在结构部件150a的外部分150a″中约在其中心处，有一点火套筒150f，用来安装点火机构（点火塞）150f′，也可以采用白炽管或类似的点火机构（例如狄塞尔或半狄塞尔发动机）（尽管本专利对这种机构没作专门说明）。在燃烧室150相对的两端，形成了入口喷嘴150g和150h，用来按箭头150g′和150h′的相对方向朝着点火机构150f′向燃烧室150供应燃料，即分别以与压缩空气/加压气体的流动方向（如图箭头150′所示）相同和相反的方向供给燃料。

图23简单的示出了燃烧室150（作为一个例子），并且燃料喷嘴150g、150h以及点火机构150f′的位置分别都可随意进行变化，这里无需特别举例说明。例如可以随意地将两个（或不同数目的）燃料喷嘴置于点火机构150f′相同的一侧上，例如从燃烧室相对的两侧供给燃料或任选一侧以与供给燃烧室的压缩空气流相同的方向供给燃料。

在图23所示的实施例中，燃烧室的横截面沿整个纵向基本上是一致的，但是，也可顺意使横截面积由燃烧室的一端向另一端逐渐增加，如图24所示。

也可以将发动机机壳做成向里凹入的，这样，燃烧室就可直接放入发动机机壳中，从而使压力介质在燃烧室流动的路线尽可能缩短。

在所示的实施例中，燃烧室的体积约为发动机四个工作室中每一个的体积的1/12，当压缩空气从工作室喷入燃烧室时，在燃烧室中被压缩到1/12。按照要求也可采用其他的压缩比而改变燃烧室的体积。

发动机机壳中的出入口

图21和22是发动机机壳110在发动机机壳的轴线上看的两个相对的端视图，即，图21是从发动机机壳的一半111和转轴117的一侧看的端视图，而图22是从发动机机壳的另一半112和静子零件116看的端视图。

图22示出了四边形的第一个口161，它构成了从发动机外侧上的进气口161a到发动机腔体110b的入口，而大致上是矩形的第二个口162则构成了从发动机腔体110b到燃烧室150入口侧的出口。

图21示出了基本上呈三角形的第三个口163，它构成了从燃烧室150到发动机腔体110b的入口。图21也示出了基本上呈梯形的第四个口164，它构成了从发动机腔体110b到位于发动机外面的排气口164a的出口（如图11所示）。

发动机工作状况

图24的A1～A3、B1～B3、C1～C3、D1～D3和E1～E3分别示出五个不同的转动位置，这些位置对应于转子组件的第一转子零件和第二转子零件相对于静子组件（导向机构116和机壳110）的位置（位置A为0°，位置B为60°，位置C为90°位置D为135°，和位置E为180°）。图A1～E1的转动方向为顺时针，而图A3～E3的转动方向为反时针。为了更清楚起见，静子组件未画出，其中，只通过燃烧室150和出入口161～164（虚线画出）来说明上述情况，在各图A1～E3中，静子组件（机壳110和导向机构116）都处于一种同样的位置，同时，图A1、B1、C1、D1、E1和A3、B3、C3、D3、E3中出入口分别标为161～164，而图A2、B2、C2    D2、E2中的燃烧室分别标为150。为了使零件彼此区分清在第一转子零件的球形端面画上阴影线。

图A1、B1、C1、D1、E1示出从其端部沿轴向所看到的转子组件124、125，还示出驱动轴117，而图A3、B3    C3、D3、E3则从相对端（即从示出静子116的端部）沿轴向表示出来，图A2、B2、C2、D2、E2则示出沿侧向看到的转子组件124、125。

图A1～A3示出转子组件在活塞处在一个极限位置时在0°位置下转子零件125的活塞135、136，而图C1～C3示出转子组件在活塞处在中间位置时在90°位置下的活塞135，136，图E1～E3示出转子组件在活塞135，136的另一极限位置时在180°位置的活塞135、136（与图A1～A3的位置是相对应的，差别只在于活塞135、136已改变位置）。

在转子组件通过又一个60°的转动（到240°位置）和通过又一个30°的转动（到270°位置）和通过又一个90°的转动（到360°位置）的连续转动中，活塞相应地处在图B1～B3、图C1～C3和A1～A3所示的位置。换言之，对于转子组件124、125的每一个（360°）转动，每个活塞135、136就在它们的两个极限位置（如图A1～A3和E1～E3所示）之间进行一次来回摇摆运动（90°+90°的摆动）。

从图A2～E2可以看出，工作室（位于活塞135的右边和后边，如图A2所示。）在转子组件转过前半转（180°转动，即90°摆动）后便从最小体积膨胀到最大体积，然后就处于图E2所示活塞135的左边位置并和向下对着转子组件的侧面。但是在转子组件转动下半转时（180°转动，即90°摆动），上述工作室就被转动，所以，这就相应地表示出在活塞的左边位置，但然后又表示在向上对着转子组件侧面的位置。

每个工作室将依次分别进行相应的和附加的运动。第一对工作室（即位于活塞135两边的两个工作室）和第二对工作室（即位于活塞136两边的两个工作室）成对地进行附加的运动。活塞135一边的工作室和活塞136对应的一边的工作室加入工作循环的前两阶段，相应地，活塞135、136的另两个工作室则加入工作循环的后两阶段。在此情况下，一对工作室与出入口161、162配合。而另一对工作室则与另一对出入口163、164配合。

在0°位置（以及180°和360°位置）时全部出入口161～164都被第一转子零件124的球形周边表面盖住（示于图A1和A3的端面）

如图A3～E所示，空气入口161相对于极限位置A3和E3之间的区域内的第一工作室完全地或部分地被打开（见位置B3、C3、D3），并且，仅在极限位置E3和A3才被关闭。如图A3～E3所见，构成对燃烧室150的排气口162仅由示于图D3～E3的位置之间区域内的第一转子零件124的凹口162a（162b）所打开。

如图A1～E1所示，排出口164相应地在图A1和E1的位置之间的区域（见图B1～D1）被打开，并且仅在图A1和E1所示的极限位置才关闭。但是，出入口163仅仅在图A1和D1所示位置之间区域内才打开，在图A1、D1和E1所示位置则关闭。

活塞135、136的摆动扫过球形部分之间的腔体110b的中部环形扇形段，而上述球形部分被活塞137，138在旋转运动时掠过。

出入口162与两个相应地与位于第一转子零件的一个活塞形成的端部上的凹口162a和162b（也可见图16a）相配合。更准确地说，这些凹口部分地在活塞表面本身延伸，又部分地在球形端部表面延伸。因此出入口162直接由第一转子零件的球形端部表面内的凹口162a和162b的周边来控制，也就是说，出入口162受凹口162a、162b所示的工作活塞组成的一个阀体所控制。但是其他出入口161、163和164的开启则由第一转子零件的单独的球形端部表面的周边来控制。

如图A1和A3所示，活塞137、138在纵向比横向大，这一点可用来对出入口161～164进行必要的控制，在图A1～A3和E1～E3，即在0°、180°和360°位置，全部出入口都被活塞137、138盖住，在图B1～B3，出入口161、163、164的大部分相应地向着各自的三个工作室打开，而在图C1～C3出入口161、163、164整个地向各自的三个工作室打开。然而，在图D1～D3，出入口161，164部分地关闭，而出入口163（以及出入口162）则分别被活塞137和138完全盖住。在D1～D3位置与E1～E3位置之间（转动45°角），如上所述、出入口162是敞开的。

更准确地说，转子组件转动一个180°角时，无论进气口161和排气口164都或多或少地处于开启状态（在0°、180°和360°位置仅盖住一个小角度）。只是在0°、180°和360°位置，出入口161、164才完全关闭。这意味着可以得到出入口161，164的最适宜的开启时间，另外也可以采用最合适的出入口161、164的开口程度。

但是，从发动机腔体110b至燃烧室150的出入口162的横截面积比出入口161小，它在通过一个比161小一些的转动角（转动180°角的45°）就处于完全的或部分的开启状态。

但是，出入口163在通过一个稍大的转动角（转动180°角的135°）却保持开启状态，并且其横截面积比出入口162大。它只在出入口162关闭后才打开，反之亦然。

从上面所述可见，每个工作室131～134又各自单独地与各出入口161、162和163、164连接，也就是说在固定的时间点，四个工作室131～134各自处于不同的位置，这些位置分别对应于发动机的四个冲程中的一对冲程;分别为

1）吸气冲程和2）压缩冲程，和

3）燃烧冲程和4）排气冲程。

由于在发动机的球形内腔的外部（即径向在上述四个工作室之外）设置了连接室150，各个工作室就可以在转动每一个360°的循环过程中与连接室依次接通。

从0°位置的起点开始在该位置第一压缩室已经通过第一冲程即吸气冲程1（在冲程1，从180°位置到360°位置的180°转动，即从0°位置的起点到现在状态），上述第一压缩室经受压缩冲程（冲程2），并在再转动一个135°到135°位置时，上述第一压缩室通过剩余的45°角转动到180°位置与连接室150接通。

在180°位置，连接室150通过其后的135°转动角与向着325°位置的膨胀冲程（冲程3）的一个第一工作室接通。在向着360°位置的膨胀冲程的剩余45°角的冲程中，第一工作室与连接室150的连接中断。最后，通过其后的180°转动角，发生排气卸载过程（冲程4，即排气冲程）。

当第一压缩室和第一膨胀室经历冲程1～4时，第二压缩室和第二膨胀室相应地经历这些冲程，但相对于上述过程要滞后180°角。

从上面所述可以明显看出，通过180°转动，连接室150最初与一个第一压缩室接通，然后，分别地通过每一个单独的转动角（分别为45°和135°）与一个第一膨胀室连接。通过下一个180°转动角时连接室150相应地首先（45°）接通第二压缩室，然后（135°）接通第二膨胀室。

务必注意，上述的角度和角度位置仅是作为示例加以说明，实际上还可能有其它合适的角度和角度位置。通过改变出入口的形式和相对于转子零件124的位置可以得到其他控制。

向连接室150通入压缩比例如1/12的压缩空气，并供给燃料，它们的混合物就被点燃，这时，上述连接室150就起到燃烧室的作用。一旦燃烧室与压缩室断开（例如在180°位置），燃烧室与膨胀室就接通，并通过一个向315°位置的135°转动角将驱动力传递到膨胀室。通过向360°位置的剩余45°转动角时，驱动力的传递就停止，因此，膨胀室（在360°位置）就与排气口连通，大多数的驱动力被用在膨胀室。

Claims (14)

1、动力转换机，包括一转子组件，该组件具有带有第一对活塞(19，20；137，138)的第一转子零件和带有第二对活塞(33，34；135，136)的第二转子零件(125)，第二对活塞可在机壳(10，110)的球形腔体(10b，110b)内相对于第一对活塞成对地作强制的来回摆动运动，所述的第一转子零件(19～21；124)与一主动转轴或从动转轴(17，117)连接，而所述的第二转子零件(33～35；125)与第一转子零件(19～21；124)之间是不能转动的连接，以便一起围绕所述转轴(17，117)的轴线(17a，117a)转动，所述的第一转子零件可在垂直于所述转动轴线的平面内的第一转动轨迹内转动，而所述的第二转子零件则与上述第一转子零件一起转动，并相对于第一转子零件来回摆动，而第二转子零件由一导向零件(38，119)导向，该零件则由一位于与所述的第一转动轨迹成角度V的平面内的静止导向机构(16，116)进行导向，而在倾斜的第二转动轨迹中转动，其特征在于，

所述的第一转子零件(19～21；124)和第二转子零件(33～35；125)限定在一个与机壳(10，110)内的球形内表面相适应的共同的球形母体内，

用来引导所述第二转子零件(33～35；125)作来回摆动的静止的导向机构(16，116)对中地设置在转子组件内，作为一个长的静子，它的一端与机壳(10，110)刚性地连接。

2、按照权利要求1所述的转换机，其特征在于所述的静止导向机构（16，116）与所述的转轴（17，117）同轴设置，并从一个与所述转轴（17，117）的内端相连的轴承延伸穿过机壳到在机壳（10，110）的另一端的固定支架上。

3、按照权利要求1或2所述的转换机，其特征在于所述的静止导向机构（16，116）包括一轴零件，它有两个在一个大体为球形的中间部分（16d，116g）的相对侧上的棒形部分（16b，16c;116c，116e），和

所述的导向机构（16，116）的中间部分（16，116g）设置着一个环形导向槽（41，118），接受可转动地安装在所述的导向槽中的导向件（导向环38，119），并通过销子（38，39;120a，120b）和相配合的孔或类似的连接装置与第二转子零件（33～35;125）连接。

4、按照权利要求1～3中任一项所述的转换机，其特征在于，所述的静止导向机构（16，116）延伸穿过所述的第一转子零件（19～21;124）的中部，

所述的第一转子零件是可转动地安装在相应于所述的静止导向机构（16，116）的相对的端上的。

5、按照权利要求1～4中任一项所述的转换机，其特征在于，所述的第一转子零件（124）在端头穿过一环形的、径向在外的转子零件部分（125a″，135，125b″，136）而通过第二转子零件（125），

所述的第一转子零件（124）和所述的第二转子零件（125）一起形成了一个腔体，该腔体含有润滑剂并与工作室（131～134）隔离，上述腔体容纳着静止导向装置（116）和相关的导向件（119）以及导向件的连接机构（121），这种机构与第二转子零件（125）连接。

6、按照权利要求1～5中任一项所述的转换机，其特征在于所述的第一转子零件（124）向内限定一个形成在所述机壳的球形腔（110b）中的一个中间球扇形区，在所述的第二转子零件（125）的环形周边部分的两个部分球形部分（125a″，125b″）之间，

所述的第二转子零件（125）的两个相对的形成活塞的部分（135，136），在所述的第一转子零件（124）的轴端部分（137，138）的区域内，形成在所述的第二转子零件的部分球形部分（125a″，125b″）之间的外部周边连接机构。

7、按照权利要求6所述的转换机，其特征在于，所述的第一转子零件（124）在相应于转轴（117a）的轴向具有一个形成衬套的中间部分和两个相互相对的带切头的球扇形的端部（137，138），所述的端部（137，138）相配合，在所述第二转子零件（125）的部分球形部分（125a″，125b″）和与之环形连接的外部的形成活塞的连接装置（135，136）之间的区域内限定了所述的工作室（131～134）。

8、按照权利要求1～7中任一项所述的转换机，其特征在于，所述的第二转子零件（125）通过枢轴与导向件（119）连接，该导向零件可转动地安装在所述的静止导向机构（116）上，第二转子零件（125）与导向件（119）的连接是通过在所述第一转子零件（124），所述的静止导向机构（116）和相关的导向件（119）之间的腔中横向穿过所述第一转子零件（124）的中间部分的中间及径向在内的连接机构（121）而相连的。

9、按照权利要求1～8中任一项所述的转换机，其特征在于，所述的机壳（110）在其相对两端的每一端都设有一对出入口（161，164;162，163），它们相对于转动的角度，相互隔开，并位于所述的第一转子零件（124）的相应一个端部（137，138）的球形外表面的周边的运动轨迹内部，所述出入口（161，164;162，163）在转子组件各种转动位置或转动区域内，由上述端部盖住或打开，

限定在所述第一转子零件（124）端部（137，138）并且相对于转子组件的转轴（117a）是对称的球形外表面的长度比宽度大得多。

10、按照权利要求9所述的转换机，该转换机是一个泵、压缩机、双冲程内燃机或其它类似的双冲程发动机，其特征在于所述的机壳（110）的腔体（110b）通过转子组件（124，125）限定了四个分开的工作腔（131～134），它们各自分别地并依次成对在转子组件每转中，处于发动机的双冲程，两次与四个出入口（161，163;162，164）的各对相通。

这四个出入口（161，163;162，164）中的第一出入口（161）和第三出入口（163）在这时分别为第一和第三工作腔的入口，而第二出入口（162）和第四出入口（164）分别构成了第二和第四工作腔的排出口。

11、按照权利要求9所述的转换机，该转换机是种四冲程内燃机，其特征在于机壳（110）的腔体（110b）通过转子组件（124，125）限定了四个独立的工作室（131～134），这些工作室分别地又是成对地处于发动机四个冲程中的两个冲程，并同该两对出入口（161，164;162，163）中的各对应的出入口相通，

其中，第一出入口（161）构成通向第一工作室的进口，第二出入口（162）构成从第二工作室通向径向位于该工作室外面的连接室（150）的压缩空气的排出口，第三出入口（163）则构成从连接室（150）通到构成膨胀室的第三工作室的入口，而第四出入口（164）则构成从第四工作室到废气出口的排出口。

12、按照权利要求11的转换机，其特征在于最好是设置在转换机的冷却机匣（10b）外面的连接室（150）也构成一个带有相关的燃料喷嘴（150d，150e）和点火装置（150f′）的外部燃烧室，该燃烧室（150）最好由一空心件（150a）构成，该空心件（150a）与机壳（110）及冷却机匣（10b）间隔开。

13、按照权利要求12所述的转换机，其特征在于所述的燃烧室（150）设有一耐热陶瓷材料内层，最好还有一隔热陶瓷材料层。

14、按照权利要求1～4所述的转换机，其特征在于所述的第一转子零件（124）局部为所述的第二转子零件（125）所包围，其中第一转子零件有两块空心件（124a，124b）构成一机匣，并设有一对转动活塞（137，138），还与转轴（117）刚性连接，而第二转子零件有两块环形件（125a，125b）并设有第二对活塞（135，136），该对活塞既可转动又可来回摆动，有一个中间横向连接装置（121）通过可转动的导向环（119）把环形件与所述的静止导向机构（116）连接起来，而所述的二个转子零件（124，125）相配合限定了机壳的工作腔（131～134），并使工作腔与横向连接装置（121）和所述的在其里面的静止导向机构（116）以及相关的导向环（119）之间对液体及气体都是密封的。

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