技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
活塞可以旋转做功的发动机，属于发动机技术领域。
背景技术
[0002] 目前，往复活塞式发动机和
转子发动机较为成熟。往复活塞式发动机由于活塞直线往复运动而存在不可避免的惯性；
曲轴旋转720度完成四个冲程，曲轴输出
力臂并非保持最大值不变，而是一直变化，因此相对功率小。三
角转子发动机固有的
气缸形状不利于气体充分燃烧，油耗大，排放高，而且转子的三个角很容易磨损，密封不充分。差速型转子发动机
燃烧室的
密封性很难解决，两个差速转动的活塞很容易受热卡死。
发明内容
[0003] 为了克服上述
现有技术的不足之处，本发明提供一种主从双转子四冲程旋转发动机。
[0004] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种主从双转子四冲程旋转发动机，它包括缸体，缸体内装有主转子和从转子，所述的主转子可转动地架设在缸体的两个端盖之间，主转子的旋转中心装有中
心轴，中心轴安装在缸体上并连接动力
输出轴；所述的主转子内有至少一个能绕中心轴旋转的气缸，所述的从转子上连接有能与所述的中心轴作差速转动的从转子轴，从转子轴套装在中心轴上并与中心轴在同一轴线，所述的从转子上有与所述的气缸适配的活塞，活塞伸入气缸内形成封闭的燃烧室，每一个燃烧室配有独立的进气孔、排气孔和点火装置，所述的主转子上安装有能随主转子绕中心轴旋转的
配气机构；
[0005] 所述的主转子与缸体的内壁之间设置有能随主转子旋转的进气通道和排气通道；
[0006] 所述的缸体上有转子变速箱，转子变速箱内装有能控制所述的主转子和从转子在吸气和膨胀冲程中产生使燃烧室体积扩大的转速差、在压缩和
排气冲程中产生使燃烧室体积缩小的转速差的变速机构。
[0007] 所述的主转子是以所述的中心轴为对称中心的具有中心对称形状的壳体，主转子内部对称地设有多个所述的气缸，所述的从转子与主转子的形状适配，所述的活塞有多个，活塞与
气缸组合成多个所述的燃烧室。
[0008] 所述的主转子的
外圈上固定有旋转进气轨道和旋转排气轨道，旋转进气轨道和旋转排气轨道的外圈制作有环槽，所述的进气孔通过进气
歧管与旋转进气轨道相连通，所述的排气孔通过
排气歧管与旋转排气轨道相连通；所述的缸体的内壁上固定有固定进气轨道和固定排气轨道，固定进气轨道和固定排气轨道的
内圈制作有供所述的旋转进气轨道和旋转排气轨道转动的滑槽，所述的固定进气轨道与旋转进气轨道紧密贴合组成所述的进气通道，所述的固定排气轨道与旋转排气轨道紧密贴合组成所述的排气通道，所述的缸体的外壁上有与进气通道相连通的吸气管和与排气通道相连通的排气管。
[0009] 所述的固定进气轨道与缸体之间有进气轨道缓冲
块，所述的固定排气轨道与缸体之间有排气轨道缓冲块。
[0010] 所述的主转子上有
冷却水通道，冷却水通道包括将所述的气缸包围的边缘通道、径向通道和中心通道，中心通道是在主转子内位于旋转中心的腔体，中心通道通过所述的径向通道与边缘通道相连通，所述的主转子的外圈上固定有旋转水套，旋转水套的外圈制作有环槽，所述的缸体的内壁上固定有固定水套，固定水套的内圈制作有供所述的旋转水套转动的滑槽，所述的固定水套与旋转水套紧密贴合组成进水通道，进水通道与所述的边缘通道相连通，所述的固定水套上连接有进水管，进水管上有进水口，所述的中心通道上连接有
排水管。
[0011] 所述的固定水套与缸体之间有固定水套缓冲块，所述的排水管与缸体之间有排水管缓冲块，所述的进水管为“U”形管，所述的进水口位于“U”形管的中部。
[0012] 所述的配气机构与所述的燃烧室相对应，每组所述的配气机构包括与所述的进气孔、排气孔相对应的气
门、挺杆、气门
弹簧及进气
凸轮和排气凸轮，所述的进气凸轮和排气凸轮在同一根
凸轮轴上，进气凸轮和排气凸轮的朝向相反，凸轮轴安装在凸轮轴固定
支架上，凸轮轴固定支架固定在所述的主转子上，所述的凸轮轴的末端有凸轮轴
齿轮，所述的缸体上固定有与凸轮轴齿轮相
啮合的中心齿轮或齿圈。
[0014] 所述的非圆齿轮变速机构包括一级自由节曲线齿轮对、二级自由节曲线齿轮对、三级自由节曲线齿轮对和四级自由节曲线齿轮对。
[0015] 所述的主转子和从转子组成一个动力输出单元，动力输出单元有多组，多组动力输出单元并列设置在所述的中心轴上。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0018] 2.主转子旋转360度完成四个冲程，并且输出
力臂保持最大值不变，功率是往复活塞式
四冲程发动机功率的好几倍。
[0019] 3.主转子与从转子自身动平衡，两个燃烧室同时点火，比顺序点火能够爆发出更大的
扭矩。
[0020] 4.无往复运动，主转子转速稳定，从转子虽有
加速和减速过程，但是惯性可传递，主转子和从转子做单方向无偏心旋转运动，整机振动非常小，同时整机极限转速可以大大提高。
[0021] 5.主转子气缸与从转子活塞之间几乎没有
摩擦力存在，不会有气缸偏磨现象。
[0022] 6.往复活塞式四冲程发动机膨胀冲程终点气缸内气体压力在0.3～0.5Mpa左右，即是
大气压的3～5倍，可以继续对外做功，否则就会被当作废气排出气缸造成
能量的损失。主从双转子四冲程旋转发动机解决了这个问题，它可以实现膨胀比大于压缩比，使燃气可以继续对外做功直到燃气压强等于外界大气压，有效的提高了能量的利用率，降低了油耗。
[0023] 7. 往复活塞式四冲程发动机排气冲程终点，燃烧室会保留一部分体积，这样就导致排气不充分，废气会进入下一个循环。主从双转子四冲程旋转发动机解决了这个问题，它可以使排气终点
气缸体积等于零，这样在下一轮循环中，吸气过程吸入的是全新的燃气，由于没有上一循环废气的存在，燃气
温度降低很多，非常利于燃气的充分燃烧。
[0024] 8.气缸形状规整，有助于燃气充分燃烧，排放低，污染小。
[0025] 9.采用传统成熟的配气机构，有效实现气缸的密封。
[0026] 10.冷却系统和润滑系统布置简便。
附图说明
[0027] 下面根据附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0028] 图1是本发明主视图；
[0029] 图2是图1的A-A剖视图；
[0030] 图3是图1的俯视图；
[0031] 图4是图2的B-B剖视图；
[0032] 图5是本发明缸体结构示意图；
[0033] 图6是图5的立体图；
[0034] 图7是图5的C-C剖视图（进气轨道）；
[0035] 图8是图5的D-D剖视图（冷却轨道）；
[0036] 图9是图5的E-E剖视图（排气轨道）；
[0037] 图10是图5的F-F剖视图（齿轮轴安装孔）；
[0038] 图11是本发明自由节曲线齿轮系结构示意图;
[0039] 图12是图11的立体图；
[0040] 图13是图11的J-J剖面图（一级啮合）；
[0041] 图14是图11的H-H剖面图（二级啮合）；
[0042] 图15是图11的G-G剖面图（三级啮合）；
[0043] 图16是图11的K-K剖面图（四级啮合）；
[0044] 图17-图19是本发明配气机构示意图；
[0045] 图20本发明主转子结构示意图（双气缸）；
[0046] 图20a是本发明单气缸实施例的结构图；
[0047] 图20b是图20a的I’-I’剖视图；
[0048] 图21是图20的立体图；
[0049] 图22是图20的I-I剖视图；
[0050] 图23是图22的L-L剖视图；
[0051] 图24是本发明从转子结构示意图；
[0052] 图25是本发明从转子立体图；
[0053] 图26是图24的M-M剖视图；
[0054] 图27是图24的N-N剖视图；
[0055] 图28是缸体俯视图；
[0056] 图29是图28的O-O剖视图；
[0057] 图30是图28 的P-P剖视图；
[0058] 图31是缸体仰视图；
[0059] 图32是图31的Q-Q剖视图；
[0060] 图32a是图32的R-R剖视图；
[0061] 图33是本发明主从转子
传动比变化图；
[0062] 图34是本发明主转子受力分析图；
[0063] 图35是本发明从转子受力分析图；
[0064] 图36-图40是本发明四冲程工作原理图。
[0065] 图中：1.缸体 1-1.吸气管 1-2.排气管 1-3. 转子变速箱，2.固定排气轨道 3.排气轨道缓冲块 4.固定水套缓冲块 5.固定水套 6.进气轨道缓冲块 7.固定进气轨道 8.四级自由节曲线齿轮对8-1、四级自由节曲线齿轮Ⅰ，8-2、四级自由节曲线齿轮Ⅱ，9.三级自由节曲线齿轮对， 9-1、三级自由节曲线齿轮Ⅰ，9-2、三级自由节曲线齿轮Ⅱ， 10.二级自由节曲线齿轮对，10-1、二级自由节曲线齿轮Ⅰ,10-2、二级自由节曲线齿轮Ⅱ，11.一级自由节曲线齿轮对， 11-1、一级自由节曲线齿轮Ⅰ，11-2、一级自由节曲线齿轮Ⅱ， 12.主转子 12-1.中心轴 12-2.
进气歧管 12-3.排气歧管 13.从转子 13-1.活塞 13-2、从转子轴，14.进气凸轮 15.旋转进气轨道 16.旋转水套 17.旋转排气轨道 18.排气凸轮 19.排水管缓冲块 20.排水管 21.凸轮轴固定支架 22.凸轮轴齿轮 23.中心齿轮 24.气缸，24-1.进气孔 24-
2.排气孔 25.活塞 26.进水管，26-1、进水口， 27.
气门弹簧 28.挺杆，29、冷却水通道，
29a、边缘通道，29b、径向通道，29c、中心通道。
[0066] a、齿轮轴Ⅰ（图11），b、齿轮轴Ⅱ（图11），c、齿轮轴Ⅲ（图11），d、新鲜燃气（图29），e、废气（图30），f、
冷却液（图32）。
具体实施方式
[0067] 下面结合实施例对本发明进一步说明。
[0068] 如附图所示的一种主从双转子四冲程旋转发动机，参见图1-图6，它包括缸体1，缸体1内装有主转子12和从转子13，缸体结构参见图28-图32，主转子参考图20-图23，从转子参考图24-图27，所述的主转子12可转动地架设在缸体1的两个端盖之间，主转子12的旋转中心装有中心轴12-1，中心轴12-1安装在缸体1上并连接动力输出轴；所述的主转子12内有至少一个能绕中心轴12-1旋转的气缸24，所述的从转子13上连接有能与所述的中心轴12-1作差速转动的从转子轴13-2，从转子轴13-2套装在中心轴12-1上并与中心轴12-1在同一轴线，所述的从转子13上有与所述的气缸24适配的活塞13-1，活塞13-1伸入气缸24内形成封闭的燃烧室，每一个燃烧室配有独立的进气孔24-1、排气孔24-2和点火装置，所述的主转子12上安装有能随主转子12绕中心轴12-1旋转的配气机构，配气机构参考图17-图19。
[0069] 所述的主转子12与缸体1的内壁之间设置有能随主转子12旋转的进气通道和排气通道。进气通道、排气通道和冷却轨道参考图7-图9。
[0070] 所述的缸体1上有转子变速箱1-3，转子变速箱1-3内装有能控制所述的主转子12和从转子13在吸气和膨胀冲程中产生使燃烧室体积扩大的转速差、在压缩和排气冲程中产生使燃烧室体积缩小的转速差的变速机构。比如，顺
时针旋转时，所述的差速运动是指在吸气和膨胀冲程中主转子12转速大于从转子13转速，在压缩和排气冲程中主转子12转速小于从转子13转速。若逆时针旋转，则相反。
[0071] 所述的主转子12是以所述的中心轴12-1为对称中心的具有中心对称形状的壳体，主转子12内部对称地设有多个所述的气缸24，比如2～4个，所述的从转子13与主转子12的形状适配，所述的活塞13-1有多个，活塞13-1与气缸24组合成多个所述的燃烧室。
[0072] 所述的主转子12的外圈上固定有旋转进气轨道15和旋转排气轨道17，旋转进气轨道15和旋转排气轨道17的外圈制作有环槽，所述的进气孔24-1通过进气歧管12-2与旋转进气轨道15相连通，所述的排气孔24-2通过排气歧管12-3与旋转排气轨道17相连通；所述的缸体1的内壁上固定有固定进气轨道7和固定排气轨道2，固定进气轨道7和固定排气轨道2的内圈制作有供所述的旋转进气轨道15和旋转排气轨道17转动的滑槽，所述的固定进气轨道7与旋转进气轨道15紧密贴合组成所述的进气通道，所述的固定排气轨道2与旋转排气轨道17紧密贴合组成所述的排气通道，所述的缸体1的外壁上有与进气通道相连通的吸气管1-1和与排气通道相连通的排气管1-2。
[0073] 所述的固定进气轨道7与缸体之间有进气轨道缓冲块6，所述的固定排气轨道2与缸体之间有排气轨道缓冲块3。
[0074] 所述的主转子12上有冷却水通道29，冷却水通道29包括将所述的气缸24包围的边缘通道29a、径向通道29b和中心通道29c，中心通道29c是在主转子12内位于旋转中心的腔体，中心通道29c通过所述的径向通道29b与边缘通道29a相连通，所述的主转子12的外圈上固定有旋转水套16，旋转水套16的外圈制作有环槽，所述的缸体1的内壁上固定有固定水套5，固定水套5的内圈制作有供所述的旋转水套16转动的滑槽，所述的固定水套5与旋转水套
16紧密贴合组成进水通道，进水通道与所述的边缘通道29a相连通，所述的固定水套5上连接有进水管26，进水管26上有进水口26-1，所述的中心通道29c上连接有排水管20。
[0075] 所述的固定水套5与缸体之间有固定水套缓冲块4，所述的排水管20与缸体之间有排水管缓冲块19，所述的进水管26为“U”形管，所述的进水口26-1位于“U”形管的中部。
[0076] 所述的配气机构与所述的燃烧室相对应，每组所述的配气机构包括与所述的进气孔24-1、排气孔24-2相对应的气门、挺杆28、气门弹簧27及进气凸轮14和排气凸轮18，所述的进气凸轮14和排气凸轮18在同一根凸轮轴上，进气凸轮14和排气凸轮18的朝向相反，凸轮轴安装在凸轮轴固定支架21上，凸轮轴固定支架21固定在所述的主转子12上，所述的凸轮轴的末端有凸轮轴齿轮21，所述的缸体1上固定有与凸轮轴齿轮21相啮合的中心齿轮23或齿圈，使凸轮轴及凸轮轴齿轮在随主转子公转的同时自转。
[0077] 所述的变速机构是非圆齿轮变速机构。
[0078] 参考图11-图16，所述的非圆齿轮变速机构包括一级自由节曲线齿轮对11、二级自由节曲线齿轮对10、三级自由节曲线齿轮对9和四级自由节曲线齿轮对8。
[0079] 所述的主转子12和从转子13组成一个动力输出单元，动力输出单元有多组，多组动力输出单元并列设置在所述的中心轴12-1上。动力输出单元内部同时点火，不同的动力输出单元之间顺序点火。
[0080] 本发明的原理是：主要部件有：主转子、从转子、自由节曲线齿轮机构、配气机构和缸体。主从转子通过自由节曲线齿轮结构来实现差速转动，在每一个冲程，自由节曲线齿轮的主动轮和从动轮之间传动比不断改变（图33），从而实现燃烧室体积的扩大与缩小；另外自由节曲线齿轮结构还可以实现燃烧室膨胀比大于压缩比，从而在膨胀过程中将
热能最大限度的转
化成动能，还可以实现排气终点燃烧室体积为零，从而将废气最大限度的排出干净，这样在下一轮循环中，吸气过程吸入的是全新的燃气，由于没有上一循环废气的存在，燃气温度降低很多，非常利于燃气的充分燃烧；主转子气缸与从转子活塞组合成两个封闭的燃烧室，每一个燃烧室配有独立的进气孔、排气孔和点火装置，在每一个冲程，作用在主转子气缸上的气体压力大小相同、方向相反，是一组力偶矩，同时作用在从转子活塞上的气体压力大小相同、方向相反，也是一组力偶矩，因此主转子和从转子自身是动平衡的，两个气缸可以同时点火，同时点火要比顺序点火爆发出更大的扭矩；主转子和从转子组合出两个气缸，这是一个基本体，可以在主转子中心旋
转轴轴线方向排列多个基本体，基本体内的两个气缸同时点火，基本体与基本体之间的气缸顺序点火；配气机构安装在主转子上，随主转子公转的同时也在自转，实现进气气门和排气气门的开启与关闭；主转子连接输出轴，旋转360度完成四个冲程。
[0081] 另外，本发明在膨胀做功过程，主转子缸体和从转子活塞同时受到高压高温气体的作用力，主转子做正功，从转子做负功，会有一部分热能被从转子损失掉，这是结构固有存在的，无法彻底根除，但是可以通过增大该过程主从转子传动比来降低这种损失。
[0082] 一种实施例：如图2和图4所示，首先将从转子活塞25安装到主转子气缸24内部，主转子12和从转子13中心
旋转轴同心，将中心旋转轴安装到缸体1上，一级自由节曲线齿轮对11、二级自由节曲线齿轮对10、三级自由节曲线齿轮对9、四级自由节曲线齿轮对8分别安装到主转子12、缸体1和从转子13上；然后将挺杆28、气门弹簧27分别安装到主转子12上，进气凸轮14、排气凸轮18和凸轮轴齿轮22分别安装到凸轮轴固定支架21上，凸轮轴齿轮22与缸体固定齿轮23对应啮合；最后把主转子12安装到缸体1上，主转子旋转水套16与缸体固定水套5紧密贴合，并通过缸体固定水套缓冲块4与缸体1连接，主转子旋转进气轨道15与缸体固定进气轨道7紧密贴合，并通过缸体固定进气轨道缓冲块6与缸体1连接，主转子旋转排气轨道17与缸体固定排气轨道2紧密贴合，并通过缸体固定排气轨道缓冲块3与缸体连接，到此安装完成。
[0083] 发动机四冲程循环：
[0084] 如图36～图40，通过一实例来说明发动机四个工作冲程。
[0085] 该发动机外型圆柱体，直径380mm ，长度240mm，有两个气缸，每个气缸
排量0.5L，即发动机排量1L，气缸缸径75mm，冲程111mm，膨胀冲程主从传动比6：1，实际功率是相同排量往复活塞式发动机功率的至少2倍。自由节曲线齿轮机构传动比如图33所示，是四个冲程传动比曲线图，横坐标是主转子旋转角度，纵坐标是每一级齿轮从动轮对主动轮传动比。Z1是一级齿轮从动轮对主动轮传动比，Z2是二级齿轮从动轮对主动轮传动比，Z3是三级齿轮从动轮对主动轮传动比，Z4是四级齿轮从动轮对主动轮传动比。
[0086] 从转子对主转子传动比Z=Z1*Z2*Z3*Z4
[0087] 从转子对主转子平均传动比Z平均=Z1平均*Z2平均*Z3平均*Z4平均
[0088] 吸气过程：Z平均=0.71*0.65*0.61*0.59≈0.166≈1：6
[0089] 压缩过程：Z平均=1.28*1.18*1.10*1.06≈1.76≈1.76：1
[0090] 膨胀过程：Z平均=0.71*0.65*0.61*0.59≈0.166≈1：6
[0091] 排气过程：Z平均=1.30*1.20*1.13*1.08≈1.91≈1.91：1。
[0092] 初始时刻：
[0093] 参考图36，主转子和从转子都停止在0度
位置，气缸初始体积为0。
[0094] 吸气冲程：
[0095] 参考图37，起动机启动，主转子开始旋转，配气机构随主转子公转的同时自转，进气气门开启，该过程主转子转速大于从转子转速，气缸体积逐渐变大导致压强降低，因此混合燃气被吸入气缸内部。该过程主从平均传动比6：1，当主转子旋转到90度时，从转子旋转到15度，此时进气气门关闭，两个气缸密封起来。配气机构与主转子一起公转90度，同时自转90度，吸气气门先开启后关闭，两个气缸同时吸气。
[0096] 压缩冲程：
[0097] 参考图38，依靠主转子的惯性，主转子和从转子继续转动，但是由于自由节曲线齿轮的变传动比，该过程主转子转速小于从转子转速，两个气缸体积逐渐变小导致混合燃气被压缩。该过程主从平均传动比1：1.76，最终主转子转动到180度时，从转子转动到173度，压缩比是10.7：1。配气机构与主转子一起公转90度，同时自转90度。
[0098] 膨胀冲程：
[0099] 参考图39，在压缩过程末期，两个气缸同时点火，燃气膨胀对外做功，该过程主转子转速再次大于从转子转速，气缸体积扩大到和吸气终点气缸体积相同时，气缸内压强仍然比外界大气压高许多，因此气缸体积继续扩大直到气缸内气体不再对外做功为止。该过程主从平均传动比6：1，主转子最终旋转到270度，从转子最终旋转到188度，膨胀终点气缸体积是吸气终点气缸体积的1.1倍，膨胀比是11.7：1。配气机构与主转子一起公转90度，同时自转90度。
[0100] 排气冲程：
[0101] 参考图40，在高温高压气体的作用下，主从转子继续旋转，排气气门开启，该过程主转子转速再次小于从转子转速，气缸体积变小导致废气逐渐被排出气缸。该过程主从平均传动比1：1.91，最终主转子旋转到360度，从转子旋转到360度，此时排气气门关闭，两个气缸密封起来并且体积同时为0，配气机构与主转子一起公转90度，同时自转90度，废气被排除的一干二净，至此一个工作循环结束进入下一个工作循环，不断重复。
