[发明专利]轴向活塞机械装置

说明书

技术领域

本发明广泛地涉及到包括但不限于用于发动机、液压泵和马达的轴向活塞机械装置或涉及到轴向活塞机械装置的改进。虽然不唯一，本发明尤其涉及到用于轴向活塞机械装置的分度机构和/或同步机构，一般来说例如二冲程或四冲程轴向活塞内燃机，泵和马达。更具体但不唯一地，本发明涉及到在轴向活塞机械装置里，适合于以相对高速度操作和/或更能够应对内部机械载荷转移的分度机构和/或同步机构的结构。

背景技术

轴向活塞机械装置是由多个轴向延伸的汽缸组成的通常被安排成围绕中心轴的旋转对称布局的汽缸群，该中心轴与曲轴的旋转轴线一致的机械装置。每个汽缸包含一根轴，所述轴平行或轻微倾斜于另一个汽缸轴。每个汽缸包含可以沿着汽缸的轴往复运动的往复活塞。轴向活塞机械装置可以提供许多优于其它多缸活塞机构配置的潜在优势，包括：尺寸和重量的减小、流体端口设置的简化和实现接近动态惯性力理想平衡的能力。

有许多可以被用作驱动活塞在各自的汽缸里做往复运动不同的机构，最常见的两种是斜盘驱动和摆动板或z曲柄传动。术语可能变化，斜盘实际上是一个附着于并且围绕曲轴旋转的凸轮面，所述凸轮面驱动活塞的往复直线运动或由活塞的往复直线运动驱动。每个活塞有一个或多个附属于它的轴承，所述轴承在所述斜盘凸轮面的表面滑动或滚动。每个活塞还可有某种形式的线性轴承，比如所述轴承在所述斜盘的斜面时，活塞在其汽缸里的侧面，再次作用于由活塞传动轴承的作用产生的侧向力。活塞-斜盘轴承一般在斜盘上会有高的滑动速度和旋转速度，所述滑动速度和旋转速度与发动机旋转的速度和以旋转轴线的旋转半径成比例。当所述布置适合于具有相当低的活塞速度的轴向活塞机械装置，比如压缩机和液压泵或液压马达，新式的内燃机一般具有高得多的活塞相互速度，并且在运行于高活塞速度工况的斜盘传动装置中，高的惯性载荷和轴承滑动速度或滚动速度能够导致高摩擦损失，所述摩擦损失使斜盘传动对于内燃机的效果降低。

多方面地，z曲柄传动采用以摆动板、往复运动件或十字头而为人所知的中间机构，所述中间机构绕安装在曲柄部分的轴承旋转，所述曲柄部分倾斜于曲轴的旋转轴线线，与曲轴的旋转轴线线在一点交叉并成锐角，所述锐角下文称为“曲柄角”，所述点下文称为“点X”。所述往复运动件由可能使用了各种各样机构实现的扭矩约束机构，来约束相对汽缸群的旋转，所以倾斜式曲柄的旋转引起往复运动件的章动，或反之。因此，扭矩约束机构使往复运动件旋转与汽缸群旋转同步发生。US4235116描述了这样一个机构。WO9859160也是如此。

从点X到提供给旋转约束的所述往复运动件的特性的点的径向距离，保持不变。

所述往复运动件和活塞之间的连接可以采取多种形式，但是一般使用具有两个或多个旋转自由度的接头的连杆分别在两端来连接所述活塞和所述往复运动件。WO9859160示出了一个例子。

以典型的z曲柄传动配置，由具有多自由度的接头来连接所述连杆和所述活塞和所述往复运动件是很常见的，(连杆)大头端连接部在所述连杆连接到所述往复运动件的地方。当所述连杆大体上平行于汽缸轴时，所述连杆优选地获得最大负载。这将减少活塞在汽缸壁之上的显著的侧向负载。

从点X到每个连杆大头端连接点的径向距离保持不变。

现有的z曲柄式发动机布置已经以汽缸群相对于固定式发动机外壳旋转的形式为人熟知。WO9859160描述了一个例子。这种类型的发动机需要一个分度机构来分度汽缸群相对于端口的旋转。在WO9859160里，分度由锥齿轮完成。同步也是由锥齿轮完成。

如WO9859160所描述的，由往复运动件承载的同步锥齿轮在离点X有一段距离处运转，所述一段距离是不变的，并且基本上小于从点X到每个大头端连接点的距离。所述同步锥齿轮位置的其中一个缺点为接合时轮齿的节线冲击力很高，并且由于扭矩对于较小半径起作用，扭转刚度很低。

如图1所示，进一步的缺点是由于啮合在中线MA上的齿轮1000，需要往复运动件9A可以配置成围绕齿轮定位，以便于在赤道面EA上放置大头端连接部(连杆大头端连接部)。这样可以导致输入力(由活塞11A产生)的载荷转移，对多个往复运动件结构以较短的直接路径和增强的压力，经过连杆12A，经过往复运动件9A转移。

解决这些问题的方法是使锥齿轮的直径更大。这一点在US7,117,828的图5b有描述，其中它的直径到如此程度以致于围绕连杆的外部放置锥齿轮。但是这当中的缺点是发动机的总尺寸增大了。这样以较大半径增加了质量，并且因此基本上迟钝了。

US5109754中图4描述了放置在靠近大头端连接部的位置的锥齿轮的使用。