CN102392735A - 旋转缸塞式发动机 - Google Patents

Abstract

一种旋转缸塞式发动机，整机由上下两部分构成，上部分为燃烧系总成由上支架、下支架、上转子构件、下转子构件组成，下部分为传动系总成由传动腔上盖、传动腔体、传动构件总成组成；所述的上转子构件与下转子构件分别由1个换气圆盘、2个气缸、2个活塞固定而成；由传动构件总成实现上转子构件与下转子构件的交替向前转动，由换气圆盘与上支架或下支架的气门圆盘紧密对接实现换气，构成四冲程发动机。

Description

旋转缸塞式发动机

一技术领域

本发明涉及一种旋转缸塞式发动机，尤其涉及一种弧形活塞固定***在弧形气缸内，并同时转动的大功率发动机。

二背景技术

目前被广泛使用的发动机主要为往复活塞式发动机，三角转子式发动机，航空用的燃气轮机，另外国内外也在开发和研究环形气缸的转子交替转动的转子发动机。以上几类发动机中，往复活塞式发动机的优点是膨胀腔由柱状气缸与柱状活塞构成，所以此方式密封非常容易，但其因为活塞是往复运动，所以整机的极限转速比较低，一般不过万转。三角转子发动机的优点是，因为其三角转子单方向转动，所以其转速很容易过万，功率比较大，其特殊的结构使其不需要在设置换气阀门构件，使整机零件极少，但其特殊的转子与定子的形状使其密封不容易，另外其传动方式使它的机械传动效率较比往复式要低，能量利用率低，能耗高，所以不适合被推广。航空用的燃气轮机的优点是，因为其也属于转子类型的发动机，所以其转速很高，功率比较大，但燃气轮机向后喷射高温高压的气体使其仅能应用在航空领域，其他领域很难应用，另外其油耗过大，不能长时间维持设备的运转。近几年在国内外也在研究环形气缸的转子类型的发动机，此类发动机的活塞将环形定子腔间隔出多个气缸，活塞间实现交替换位转动，其优点是结构比较紧凑，功率重量比大，但因为膨胀腔是由活塞、固定活塞的圆柱及环形定子腔组成，所以由多个构件拼合成的膨胀腔的密封很难实现，必须用高精度的设备加工，所以在研发过程中大多都失败了。

三发明内容

以上发动机总的优点为，用柱状气缸与柱状活塞造成密封容易，使用转子与定子的结构使转子的极限转速极高造成功率很高。传统式的机械效率高于三角转子式的机械效率，它能量利用率高。三角转子式的换气是自然吸气式，使整机构件减少。燃气轮机型属于转子式，其转速高，摩擦力小，且燃气轮机本身可以充当飞轮使整机减小体积。本发明正是要利用以上所有优点，去除现有技术的所有缺点而设计。

本发明不但能拥有以上所有优点，去除以上各种缺点，本发明还要再增加更多优点，要将机械利用效率在传统活塞连杆式的基础上再进行提升，要再次减小整机体积加大功率，所以本发明提出全新概念。结构如下，将气缸设计成约66度弧状，将活塞也设计成约为66度的弧状，并将气缸与活塞进行套接固定，构成一个约为120度弧长带有公端和母端的缸塞单元，再由2个缸塞单元相差180度固定在一个换气圆盘上，在换气圆盘的直径上设有相对的两个孔，孔连接到气缸内，实现对气缸的换气，以上构件构成一个转子构件。将两个转子构件对置安放，且要一个转子构件的两个活塞***另一个转子构件的两个气缸中，从而使两个转子构件间的运动来实现气缸间的压缩关系。所以本发明还是由柱状气缸与柱状活塞构成膨胀腔，气缸密封将会非常容易，并且旋转时摩擦力减小了。因为气缸也在运动，所以在气缸外设叶片，所以还实现了强制风冷或水冷。本发明气缸间的传动靠内外两个套管传输，内套管套于输出轴，外套管套于内套管，两个套管的一端连接转子构件，另一端伸入传动腔内，传动腔内两个套管上分别固定有两根支轴，每个支轴上套一个双管构件，双管构件的另一个管孔套在凸轮轴上。双管构件的两个管孔的轴线呈异面直线垂直。凸轮轴的上下都设齿轮，并由泵腔构件固定在输出轴上，可绕输出轴转动，凸轮轴的上下齿轮与传动腔体上的壳体齿轮啮合，呈现行星齿轮状态，当传动腔体的壳体齿轮与凸轮轴齿轮的比例为6∶1或4∶1时，转子构件实现交替向前转动，并实现换气及膨胀力的传输。本发明在传动中凸轮轴与套管之间使用双管构件进行连接，此构件不仅实现传动时的扭力增加，还增加了传动构件的坚韧性。以上构件构成的发动机，转子非往复运动，而是交替向前转动，因为气缸的惯性力可以传递到前一个气缸，所以转子的极限转速非常高，类似转子发动机转速。又因为齿轮比例为6∶1或4∶1，所以整机相当于12缸发动机或8缸发动机，实现的功率重量比很高。因为使用的是支轴与凸轮轴进行扭力传输，支轴的轴线与输出轴轴心至凸轮轴的凸轴轴心的连线平行，所以活塞的扭力传动到凸轴时的传动角度为90度，实现的机械传动效率不但比三角转子发动机要高，而且比往复活塞式的效率还要高，实现的发动机更为节能。换气时依然使用了自然换气方式，因为传动腔的传动方式使转子构件与支架上的气孔实现自然换气，所以不需要再去设计气门构件，从而换气方式也类似三角转子发动机，整机的构件减少。因为本发明内设行星齿轮机构，齿轮比为6∶1或4∶1，所以该机构又相当于一个1/6或1/4减速机作用。另外泵腔构件可实现泵的作用，输出轴上还套由压油泵，实现传动腔内润滑油的循环，另外泵腔构件为圆柱状，周围的厚壁有一定的质量，其又与输出轴进行固定，所以又实现了飞轮的作用。

本发明显著的有益效果是。

1.气缸与活塞均采用圆弧状，所以其密封与活塞式发动机一样容易。

2.因为气缸与活塞构成的转子做无偏心转动，所以整机在运转时摩擦力很小。

3.气缸的换气阀门不需要再增加阀门构件，使整机构件减少，体积减小。

4.转子构件的转动呈现交替向前转动，非往复运动，气缸惯性可由膨胀力向前传递，所以转子的极限转速非常高，类似转子发动机，整机功率非常大。

5.使用6∶1行星齿轮比时，本发明为12缸发动机，使用4∶1行星齿轮比时，本发明为8缸发动机，所以本发明的功率重量比很大，另外还可以因环境场合而更改替换，非常方便。

6.本发明采用燃烧系与传动系分开方式，传动系中的齿轮属于飞溅润滑，其他构件均为压力润滑，所以本发明可长时间高速转动。

7.本发明在气缸上设置有叶片，可以实现强制风冷或水冷，使整机不需要在设计泵动机构，使本发明减小体积。

8.本发明不需要再设置飞轮构件，泵腔构件本身就是飞轮，使本发明再次减小体积。

9.本发明不需要再设置润滑油槽，传动腔的底部本身为油槽，使本发明减小体积。

10.本发明内部的行星齿轮构件为1/6或1/4减速机，所以本发明安装在汽车或直升机等设备上不需要在设置减速机构，所以其安装的设备也再次减小体积。

11.本发明支轴的轴线与输出轴轴心至凸轮轴的凸轴轴心的连线平行，所以活塞的扭力传动到凸轴时的传动角度为90度，另外本发明在传动时无连杆构件，所以力矩曲线非余弦曲线，而是连续的抛物线式，所以本发明的机械效率较比往复式还要高，所以本发明非常节能。

12.发动机在工作时，对置的两个凸轮轴的惯性角动量平衡，所以整机在运转时无振动，运转非常平稳。

13.本发明的目前结构不影响本发明的再次改进，所以本发明还可再改进成压燃式、缸内直喷式或加入涡轮增压机构等。

四附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1整机外观图

图2发动机纵向截面示意图

图3发动机支架及壳体示意图

图4上下转子构件示意图

图5传动构件总成示意图

图6发动机做功示意图

图7本发明气缸与活塞示意图

图8本发明气缸叶片运动示意图

图9本发明凸轮轴构件示意图

图10本发明传动构件示意图

图11本发明传动构件俯视图

图12本发明支轴与凸轮轴角度示意图

图13本发明泵腔构件示意图

图14本发明润滑油循环示意图

图15本发明的a与b两种齿轮比例示意图

图16本发明使用a齿轮比例的换气示意图

图17本发明使用b齿轮比例的换气示意图

图中1.输出轴2.燃烧系总成3.传动系总成4.上支架5.下支架6.传动腔上盖7.传动腔体8.壳体螺栓9.泵腔构件10.上转子构件11.下转子构件12.外套管13.内套管14.凸轮轴15.壳体齿轮16.气门圆盘17.上输出轴孔18.外套管孔19.进气孔20.排气孔21.火花塞孔22.传动腔外套管孔23.下输出轴孔24.油槽25.螺线油沟26.壳体螺栓孔27.换气圆盘28.气缸29.活塞30.缸塞单元31a.上转子内花键孔31b.下转子内花键孔32.气孔33.气缸叶片34.支轴35.双管构件36a.内套筒外花键36b.外套筒外花键37.卡簧槽38.活塞卡簧39.活塞密封环40a.上齿轮40b.下齿轮41a.上轴颈41b.下轴颈42.细腰连接段43.凸轴44.凸轴管孔45.支轴管孔46.柱状泵腔47.泵腔上盖48.泵腔螺栓49.泵腔螺栓孔50.泵腔内花键孔51.泵腔外套管孔52.凸轮轴轴孔53.倾斜槽孔54.压油泵55.螺旋线油道56.内套管油孔57.油孔58.油道59.油堵螺栓

五具体实施方式

1.发动机的各种部件

如图1所示，为整机外观示意图，从图中可以清楚的了解到该发动机上端部分为发动机的燃烧系总成(2)，下端部分为发动机传动系总成(3)，输出轴(1)位于中心轴线处，两端从上下两个端面露出，可连接发电机，启动电机等构件。整机由4个壳体构件构成，由上支架(4)与下支架(5)实现对上转子构件(10)及下转子构件(11)的固定，同时也实现两个转子构件的换气。由传动腔上盖(6)与传动腔体(7)合并，密封出整机的传动腔，发动机的传动构件安装在传动腔内，实现润滑非常容易。整机的四个壳体构件由壳体螺栓(8)进行固定。

如图2所示，为发动机纵向截面示意图，图中可以看出由上转子构件(10)与下转子构件(11)对置安装，构成整机转子总成。上转子构件(10)的上平面紧密对接上支架(4)的气门圆盘(16)，下转子构件(11)的下平面紧密对接下支架(5)的气门圆盘(16)，其作用是实现气门开关原理。本发明的进气、排气、点火正是通过上支架(4)与下支架(5)上的气门圆盘(16)上的多个气孔进行的。后续会详细描述本发明如何进行换气。

本发明的上转子构件(10)与下转子构件(11)的膨胀力传输是靠内外套管实现的，由内套管(13)的上端连接上转子构件(10)，下端伸入至传动腔中。由外套管(12)的上端连接下转子构件(11)，下端伸入至转动腔中。因为本发明需要转子做无偏心转动，所以将内套管(13)套在输出轴(1)上，将外套管(12)套在内套管(13)上，实现在转动时内外套管及输出轴都是无偏心转动，所以实现转子的无偏心转动，从而降低活塞与气缸间的摩擦力。

在本发明下端的传动腔内，由泵腔构件(9)与输出轴进行固定，在泵腔构件(9)上固定有4个凸轮轴(14)，凸轮轴与输出轴平行，凸轮轴的上与下都设齿轮，该齿轮上下都伸出泵腔构件(9)并与壳体齿轮(15)相啮合。壳体齿轮分别被固定在传动腔上盖(6)与传动腔体(7)上。

本发明的内套管(13)与外套管(12)的底端都伸入到泵腔构件(9)内。在每个套管的底部，分别固定两根相对180度的支轴(34)，支轴上套有双管构件(35)，双管构件的两个管孔呈异面直线垂直，其另一个管孔套在凸轮轴(14)上，从而实现动力的传递。

如图3所示，为本发明的支架及壳体构件示意图，图中可以看出在本发明的上支架(4)与下支架(5)的中心位置分别设置有气门圆盘(16)，安装后的气门圆盘(16)与转子构件的换气圆盘(27)紧密对接，构成气门阀门构件。

在每个气门圆盘(16)上还设有多个成套的气孔，每套气孔都有一个长圆状的进气孔(19)，有一个呈弧形且偏长一些的排气孔(20)，有一个小圆洞形的火花塞孔，此三个孔构成一套。在每个气门圆盘(16)上分别对称设置有两套或三套这样的气孔。具体的套数由壳体齿轮的类型而定，后续会详细说明。

在上支架(4)的气门圆盘(16)的中心位置设置有上输出轴孔(17)，其作用是使输出轴上部分穿过并固定输出轴，在下支架(5)的气门圆盘(16)的中心位置设置有外套管孔(18)，其作用是实现外套管(12)的穿过。在每个支架上还设置有壳体螺栓孔(26)，其作用是由壳体螺栓(8)穿过来固定支架。

在传动腔上盖(6)的中心位置也设置有传动腔外套管孔(22)，该孔不但要使外套管(12)穿过，还要实现对转动腔的密封。使腔体内的润滑油不会从传动腔外套管孔(22)与外套管(12)之间的间隙中渗漏出去。在传动腔体(7)的底部中心位置还设置有下输出轴孔(23)，其作用是使输出轴下部分穿过并固定，从而使输出轴可以做无偏心转动并同样实现密封，防止润滑油外漏。在传动腔体(7)底部的下输出轴孔(23)位置还设置有油槽(24)，螺线油沟(25)，其作用是在泵腔构件高速转动时，因为气流有粘性作用，其会带动润滑油顺着螺线油沟(25)进入到油槽(24)内，再由压油泵(54)吸入，压进输出轴内，实现润滑油的循环。在传动腔上盖(6)及传动腔体(7)上也分别设置有壳体螺栓孔(26)，由壳体螺栓(8)穿过，对其进行固定。

另外传动腔闭合后，在传动腔上盖(6)的下平面与传动腔体(7)的上平面分别设置有螺栓孔，其作用是固定壳体齿轮(15)。

如图4所示，为本发明的上下转子构件示意图，从图中可以看出本发明由上转子构件(10)与下转子构件(11)对置安装，构成转子总成。两个转子构件相同，每个转子构件由两个相对180度的弧状气缸(28)固定在一个换气圆盘(27)上，每个弧状气缸内***一个弧状活塞(29)，活塞的弧度及弧长与气缸的弧度及弧长相等。以上所述的转子构件还可描述为，将活塞(29)的一部分***在气缸(28)内固定成一个缸塞单元(30)，由两个缸塞单元相对180度固定在一个换气圆盘(27)上构成上转子构件(10)或下转子构件(11)。

在每个换气圆盘的直径上设有相对的两个气孔(32)，每个气孔的位置设置在气缸(28)与活塞(29)的中间，内部开口于气缸内偏向活塞的一端。在每个气缸的圆周***还固定有倾斜的叶片(33)，此叶片随气缸转动，所以实现强制风冷或水冷，不需要在另外设置泵动机构。

上下转子构件的安装方法，由图可以看出，气缸的弧长约为66度，活塞的弧长也约为66度，当气缸与活塞固定后的总弧长约为120度，当两个这样的构件固定在换气圆盘上后总弧度约为240度，即上转子构件或下转子构件的总弧度都为240度，此时还希望每个转子构件的活塞端***到另一个转子构件的气缸端，是如何做到的呢？本发明是这样解决的，因为活塞的弧度与气缸的弧度相同，所以首先将每个活塞完全***到气缸内。此时组成的转子构件总弧长约为132度，再将上转子构件(10)与下转子构件(11)对置，之后在将活塞(29)从一侧推出，并进入到另一个气缸当中。最后再将同一个转子构件的活塞与气缸进行固定。

在上转子构件(10)的中心位置还设置有上转子内花键孔(31a)，在下转子构件(11)的中心位置还设置有下转子内花键孔(31b)。其作用分别为，上转子内花键孔(31a)可与内套管(13)顶端的内套管外花键(36a)套接并固定，下转子内花键孔(31b)可与外套管(12)顶端的外套管外花键(36b)套接并固定，从而实现将动力传输到传动腔内。

如图5所示，为本发明传动构件总成，本发明的传动构件由输出轴(1)、内套管(13)、外套管(12)、4个双管构件(35)、4个凸轮轴(14)、泵腔构件(9)及上下2个壳体齿轮(15)构成。

以上各种构件的连接方式为，由内套管(13)套在输出轴(1)上，并可绕输出轴转动。由外套管(12)套在内套管(13)上，并可绕内套管转动。当套接结束，输出轴顶端伸出内套管(13)，内套管(13)顶端伸出外套管(12)，在内套管与外套管的顶端分别设置有外花键(36a)(36b)，其可与上转子构件或下转子构件上的内花键孔(31a)(31b)固定。

内套管与外套管的底端分别伸入泵腔构件(9)中，在每个套管的底端都设置两根相对180度的支轴(34)。由图2可以看出，外套管(12)的支轴较比内套管(13)的支轴位置偏上一些，在每个支轴上套有一种双管构件(34)，该双管构件的两个管孔轴线呈异面直线垂直。另一个管孔套在凸轮轴上，其轴线平行于输出轴。整机设置有4个凸轮轴，位于输出轴一周，每90度安置一个。凸轮轴由泵腔构件(9)进行固定，泵腔构件被输出轴固定，所以凸轮轴可以绕输出轴旋转的同时自身自转。凸轮轴的上下都设置齿轮，齿轮伸出泵腔构件(9)，并与壳体齿轮(15)啮合，构成内行星齿轮或外行星齿轮。本发明转动腔上盖(6)的内侧固定有壳体齿轮(15)，在传动腔体(7)的内侧也固定有相同的壳体齿轮(15)，两个齿轮处于同轴且半径与齿数相同。本发明每两个凸轮轴轴向旋转180度，对置安装在一个套管的两侧。内套管(13)与外套管(12)所连接的凸轮轴呈上下反向，即上下对调180度安装。发动机在工作时，对置的两个凸轮轴的惯性角动量平衡，所以整机在运转时无振动，运转非常平稳。

如图6所示，为发动机做功示意图，图中由9个小图来演示一个气缸的四冲程过程。图6-1所示，此时气缸处于准备进气状态，气缸B静止，但气缸A准备向前转动。图6-2所示，气缸B依然静止，气缸A带动活塞将可燃混合气吸进气缸内。图6-3所示，气缸A准备停止，气缸B准备向前转动，此时气缸容积最大，可燃混合气完全被吸入。图6-4所示，气缸A静止，气缸B向前转动，气缸B上的气孔与气门圆盘的进气孔分离，实现进气孔的关闭，并实现气体的压缩。图6-5所示，气缸B准备停止，气缸A准备向前转动，并把可燃混合气压缩到最小体积，此时可燃气体被点燃。图6-6所示，气缸B静止，此时因为换气孔位于气缸B上，所以气缸呈现密封状态，气缸A被膨胀力推动向前旋转。图6-7所示，气缸B准备向前转动，气缸A准备静止，此时的气缸容积最大，膨胀做功结束。图6-8所示，气缸A静止，气缸B向前转动，并将气孔连接气门圆盘上的排气孔，气缸容积减小，废气排出。图6-9所示，气缸A准备向前运动，气缸B准备静止，此时的气缸容积最小，废气完全排出，并开始下一段的四冲程过程。

如图7所示，为本发明气缸与活塞示意图，图中可以看出，每一个气缸的弧度为61至66度之间。每一个活塞的弧度也为61至66度之间。在加工制造时，如果机械加工比较精密，以上气缸与活塞的最佳度数为66度。

在每个气缸的内部一端设有卡簧槽(37)，在每个活塞的外部一端设有卡簧(38)，另一端设有用于活塞与气缸间运动密封的活塞环(39)。在安装固定时，将活塞带有卡簧的一端***到气缸内部，由卡簧(38)与卡簧槽(39)对活塞及气缸进行密封固定，使转子构件在运转的任何时刻，活塞与气缸都牢牢固定，且完全密封。

由一个气缸与一个活塞所组成的缸塞单元(30)，弧度为115至121度，在加工制造时，如果机械加工比较精密，最佳度数为121度。

如图8所示，为本发明气缸叶片运动示意图，因为气缸的转动为交替向前转动，方向为单方向，所以在上转子构件(10)与下转子构件(11)的气缸的圆周***分别设置气缸叶片(33)，又因为上转子构件(10)与下转子构件(11)安装在上支架(4)与下支架(5)内，所以气缸的圆周***完全外漏。所以安装大的叶片即可实现风冷散热，还实现了强制空气流动的作用，实现了强制风冷。安装该叶片的发动机可应用在坦克，飞机，舰船等特殊设备上。当将上支架(4)与下支架(5)替换成带冷却液密封腔的壳体，将活塞与气缸材料采用耐腐蚀材料，并将气缸外圆周安装成小的叶片来实现泵功能，此时实现了强制液体流动的作用，实现了强制液冷。采用带有叶片的气缸将大大减小整机体积，不需要再安装风扇或冷却液循环所用的泵等装置。

如图9所示，为本发明凸轮轴构件示意图，本发明的凸轮轴(14)是一个非常重要的构件，它不仅起到保持整机运转平稳的作用，还起到减少整机传动件数量、增加传动件坚固程度、提高机械能量利用效率、实现上转子构件与下转子构件交替向前转动的目的。

其结构为在凸轮轴(14)的上方设有上齿轮(40a)，由上轴颈(41a)连接上齿轮，上轴颈(41a)下方连接细腰连接段(42)，细腰连接段(42)下方连接凸轴(43)，凸轴下方再次连接下轴颈(41b)，下轴颈下方连接下齿轮(40b)。

其中，上齿轮(40a)与下齿轮(40b)齿数与半径相同，并处于同一个中轴线上。凸轴(43)的中轴线上下延长线经过上齿轮(40a)与下齿轮(40b)的圆周。

为了实现双管构件(35)的管孔(44)的穿过，并套在凸轴(43)上，还要实现凸轮轴的齿轮穿过泵腔构件(9)。本发明凸轮轴的上轴颈(41a)与下轴颈(41b)的直径略大于上齿轮(40a)与下齿轮(40b)的直径。凸轴(43)的直径略大于上轴颈(41a)的直径。细腰连接段(42)的长度稍大于凸轴(43)的长度，并且上下都设置缓坡来加固整个凸轮轴的强度。细腰连接段(42)的截面形状为两角椭圆形，其作用是实现将双管构件中的平行于输出轴的管孔(44)直接穿过上齿轮(40a)、上轴颈(41a)、细腰连接段(42)并套在凸轴(43)上。

如图10所示，为本发明传动构件示意图，图中演示了套管(12)、双管构件(35)、及凸轮轴(14)的安装关系。图中标示的是外套管(12)，可以看出在每个套管上都设有相对180度的两根支轴(34)。由双管构件(35)一端的支轴管孔(45)套在支轴(34)上，双管构件的另一个凸轴管孔(44)套于凸轮轴(14)的凸轴(43)处。本发明的4个凸轮轴安装方式为，外套管(12)所连接的两个凸轮轴的凸轴(43)位于上方，内套管(13)所连接的两个凸轮轴的凸轴(43)位于下方，图10中演示的是外套管(12)的连接方式，所以凸轮轴(14)呈上下反向放置，凸轴(43)的位置也在上方，由上至下***到凸轴管孔(44)内。

另外本发明使用双管构件(35)与支轴(34)及凸轮轴(14)进行连接，其作为一个整体构件直接套在以上两个构件上，在连接凸轴时，并没有将构件分为两部分，也没有使用连杆进行连接，所以其构件的坚固程度非常高，机械效率也较比使用连杆式要高很多。

如图11所示，为本发明转动构件俯视图，由图可以看出，在每个内套管(13)或外套管(12)的两侧分别安装有2个凸轮轴(14)，凸轮轴的轴线与输出轴的轴线处于平行，每两个凸轮轴轴向旋转180度，对置安装在一个套管的两侧。图11给出的凸轮轴(14)的方向为，内套管(13)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向内时，外套管(12)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向外。另外当内套管(13)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向外时，外套管(12)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向内。所以在整机工作时，实现运动的惯性角动量相同，发动机工作非常平稳，运转时几乎无振动。

如图12所示，为本发明支轴与凸轮轴角度示意图，图中给出了支轴的轴线y，还给出了输出轴(1)的中心至支轴连接的凸轴(43)的中心的连线x，因为双管构件(35)要在支轴(34)上滑动，所以本发明设置x直线与y直线平行。所以在膨胀力传出时，不管双管构件(35)滑动到哪里，支轴(34)作用在凸轴(43)上的力始终为直角90度，从而增加了发动机的机械效率。

反之，如果将双管构件去掉，替换为连杆。此时要在支轴上打孔，由连杆对凸轮轴及支轴进行连接。由于支轴上的孔与输出轴的轴心距离是固定的，所以内套管与外套管的力臂不变。又因为连杆的运动实现的支轴至凸轴上的夹角不是90度，而常小于90度，所以其机械利用效率将小于传统的往复活塞式发动机。

又因为使用双管构件对于本发动机每次膨胀冲程的扭力在经过零点后，是加速增加，在最高点时减速减小，之后在接近零点前，再减速减少的。扭矩曲线为连续的抛物线式。而使用连杆构件对于本发动机每次膨胀冲程的扭力在经过零点后，是减速增加，在最高点时减速减小，之后在接近零点前，再加速减少的，扭矩曲线为余弦式。

结合以上两点，本发明使用双管构件的机械利用效率将远大于使用连杆构件的机械利用效率，所以本发明抛弃连杆概念，大幅度提高机械效能。

如图13所示，为本发明泵腔构件示意图，所示泵腔构件(9)由泵腔上盖(47)与柱状泵腔(46)构成，由泵腔螺栓(48)***在泵腔螺栓孔(49)内固定而成。此泵腔构件(9)是一个圆柱状槽形，在柱状泵腔(46)的中心位置设置有泵腔内花键孔(50)其作用是与输出轴进行固定，在泵腔上盖(47)上的中心还设有泵腔外套管孔(51)，其作用是使外套管(12)穿过，并实现对腔体密封，使润滑油不会从泵腔外套管孔(51)与外套管(12)之间的缝隙渗漏出去。

在柱状泵腔(46)上底部与泵腔上盖(47)还对称设置了4个凸轮轴轴孔(52)，每个轴孔间隔90度，上下轴孔的轴线与输出轴平行，其作用是使凸轮轴(14)的上齿轮(40a)、下齿轮(40b)、上轴颈(41a)及下轴颈(41b)穿过，对凸轮轴进行固定。

本发明在柱状泵腔(46)及泵腔上盖(47)上都设置有倾斜的槽孔(53)，其作用是当泵腔构件(9)高速旋转时，倾斜槽孔(53)实现叶片作用使泵腔构件作为泵使用，实现润滑油的循环。

本发明的泵腔构件(9)有三个作用，第一是对凸轮轴的固定作用。第二是作为泵使用，可实现传动构件的润滑油的循环。第三，因为泵腔构件固定在输出轴上，其柱状泵腔(46)的圆周壁有一定的厚度，所以还起到了惯性飞轮的作用，使本发明不需要再安装飞轮构件。

如图14所示，为本发明润滑油循环示意图，图中分左右两个部分，左侧部分演示了润滑油的循环过程，右侧部分展示了传动构件上的油道与油孔位置。结合左右两个图，首先润滑油聚集在底部的油槽(24)内，在“a”处的润滑油由压油泵(54)吸入，并压入进输出轴内来到“b”处，并由输出轴“c”处的孔被挤出，并分为两个路线继续前进。一部分的润滑油来到“h”处，并由油孔(57)挤出，对支轴及双管构件所连接的凸轮轴进行压力润滑。另一部分的润滑油进入到输出轴外部的螺旋线油道(55)内，来到“d”处，并对输出轴及内套管之间进行压力润滑，之后在由内套管上方的内套管油孔(56)的“e”处进入到内套管与外套管之间，来到“f”处，并进入到外套管螺旋线油道(55)内，使“f”处的润滑油对内套管与外套管之间进行压力润滑。最后润滑油来到“g”处，由支轴上的油孔(57)挤出，对外套管的支轴及双管构件所连接的凸轮轴进行压力润滑。

所有润滑油对支轴及凸轮轴进行润滑后，从泵腔构件(9)上的槽孔甩出。被溅射到上方与下方的行星齿轮之间，对行星齿轮进行润滑。所以本发明泵腔构件内部的所有构件均为压力润滑，本发明泵腔构件外的齿轮间的润滑属于飞溅润滑。

另外本发明在支轴上打出油道(58)，其作用是实现以上所述的润滑油进入支轴，本发明还设置有油赌螺栓(59)，其作用是封住由于钻开油道(58)所出现的多余的油孔，实现以上润滑油被压入进入双管构件。

以上左图为本发明设置的润滑油循环路径，也可以在输出轴内设置很长的油道，并在输出轴、内套管、外套管上分别设置螺旋线油道，并在输出轴、支轴上钻孔，在泵腔构件上钻连接轴颈的孔，来设置不同的循环方式，从而实现除了齿轮的所有构件均为压力润滑，行星齿轮构件为飞溅润滑。

如图15所示，为本发明的ab两种齿轮比例示意图，图中a方式将壳体齿轮(15)设置成内齿轮，其与凸轮轴齿轮(40a)(40b)的半径与齿数比为6∶1，图中b方式为将壳体齿轮(15)设置成外齿轮，其与凸轮轴齿轮(40a)(40b)的半径与齿数比为4∶1。当使用a方式时，本发明是12缸发动机。当使用b方式时，本发明是8缸发动机。

本发明，使用a或b两种齿轮方式时，气门圆盘(16)上的气孔不同，当使用a方式时，气门圆盘(16)上设置三套气孔，每套气孔间隔120度安装。每套气孔由进气孔、排气孔、火花塞孔构成。以上三个孔占的总弧度为75度。在安装气门圆盘时，上下气门圆盘的气孔不是对齐的，而是相差60度。当使用b方式时，气门圆盘(16)上设置两套气孔，每套气孔间隔180度安装。每套气孔由进气孔、排气孔、火花塞孔构成。以上三个孔占的总弧度为110度。在安装气门圆盘时，上下气门圆盘真对气孔也不是对齐的，而是相差45度。

如图16所示，为本发明使用a齿轮比例的换气示意图，由6个小图来演示气门圆盘(16)与换气圆盘(27)的四冲程换气过程，A为上转子构件的气缸，当输出轴在0度时，A不动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔连接相通，实现进气。当输出轴转动到29度时，A开始运动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔开始移开，实现气缸的封闭，实现压缩。当输出轴转动到58度时，A减速至停止，气缸密封结束，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的火花塞孔连接相通，实现点火。当输出轴转动到90度时，A开始运动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的排气孔开始接通，实现排气。因为是气缸在运动，还要实现气缸的排气，所以本发明的气门圆盘(16)上的排气孔是稍长的弧状。当输出轴转动到114度时，A减速至停止，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的排气孔移开，实现气门的再次关闭。当输出轴转动到120度时，A刚好运动到下一个4冲程阶段的进气位置，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔连接相通，从而实现4冲程换气过程。以上输出轴转动仅120度，所以输出轴转动360度时，单个气缸做功3次，又因为上转子构件与下转子构件密封出4个气缸，所以其相当于12缸发动机。

如图17所示，为本发明使用b齿轮比例的换气示意图，同样由6个小图来演示气门圆盘(16)与换气圆盘(27)的四冲程换气过程，当输出轴在0度时，A不动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔连接相通，实现进气。当输出轴转动到40度时，A开始运动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔开始移开，实现气缸的封闭，实现压缩。当输出轴转动到83度时，A减速至停止，气缸密封结束，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的火花塞孔连接相通，实现点火。当输出轴转动到130度时，A开始运动，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的排气孔开始接通，实现排气。当输出轴转动到170度时，A减速至停止，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的排气孔移开，实现气门的再次关闭。当输出轴转动到180度时，A刚好运动到下一个4冲程阶段的进气位置，此时换气圆盘(27)与气门圆盘(16)上的进气孔连接相通，从而实现4冲程换气过程。以上输出轴转动仅180度，所以输出轴转动360度时，单个气缸做功2次，又因为上转子构件与下转子构件密封出4个气缸，所以其相当于8缸发动机。

a与b两种方式，由于壳体齿轮不同，气孔数量也不同，所以转子在转动一周时做功的次数也不同，所以构成发动机的缸数也不同，a方式呈现的为12缸发动机，b方式呈现为8缸发动机，所以a或b方式呈现的整机功率也不同。

因为本发明在a或b两种方式互换时，将壳体齿轮(15)完全替换，再将支架上的气门圆盘(16)也完全替换，其他构件均不需要替换，所以本发明可根据设备或地域等外界因素来切换发动机功率，使其更加适应各种工作。

Claims (10)

1.一种旋转缸塞式发动机，整机由上下两部分构成，上部分为燃烧系总成(2)，由上支架(4)、下支架(5)、上转子构件(10)、下转子构件(11)组成；下部分为传动系总成(3)，由传动腔上盖(6)、传动腔体(7)、传动构件总成组成；所述的上转子构件与下转子构件分别由1个换气圆盘(27)、2个气缸(28)、2个活塞(29)固定而成；由传动构件总成实现上转子构件(10)与下转子构件(11)的交替向前转动，由换气圆盘(27)与上支架或下支架的气门圆盘(16)紧密对接实现换气，构成四冲程发动机。

2.根据权利要求1所述的旋转缸塞式发动机，其特征在于将活塞(29)的一部分***在气缸(28)内固定成一个缸塞单元(30)，由两个缸塞单元相对180度固定在一个换气圆盘(27)上构成上转子构件(10)或下转子构件(11)；所述的上转子构件(10)与下转子构件(11)对置安装，上转子构件的两个活塞***下转子构件的两个气缸内，下转子构件的两个活塞***上转子构件的两个气缸内；所述的气缸(28)与活塞(29)均为弧状，弧长均为61度至66度，所述的缸塞单元(30)弧长为115至121度；在所述的每个换气圆盘的直径上设有相对的两个气孔(32)，每个气孔位于缸塞单元(30)弧长的中间位置，内部开口于气缸内偏向活塞的一端；所述的上转子构件(10)与下转子构件(11)的中心都设有内花键孔(31a)(31b)，其与内套管或外套管上的外花键(36a)(36b)套接，实现上转子构件(10)与内套管(13)固定，下转子构件(11)与外套管(12)固定。

3.根据权利要求1所述旋转缸塞式发动机，其特征在于在发动机工作时，上转子构件(10)或下转子构件(11)的转动使气缸与活塞同时向前转动，在每个气缸的圆周***都设有倾斜的叶片(33)，此叶片实现气体或液体的流动，使发动机气缸实现强制风冷或液冷。

4.根据权利要求1所述旋转缸塞式发动机，其特征在于所述的传动构件总成由输出轴(1)、内套管(13)、外套管(12)、泵腔构件(9)、4个凸轮轴(14)、4个双管构件(35)构成；所述内套管套于输出轴；所述的外套管套于内套管；每个套管的底端固定有两根相对180度的支轴(34)；由双管构件的一个管孔(45)套于支轴(34)，另一个管孔(44)套于凸轮轴(14)的凸轴(43)处；所述的双管构件的两个管孔的轴线呈异面直线垂直。

5.根据权利要求4所述传动构件总成，其特征在于所述凸轮轴由上齿轮(40a)、下齿轮(40b)、上轴颈(41a)、下轴颈(41b)，及上轴颈与下轴颈之间的细腰连接段(42)与凸轴(43)构成；所述的上齿轮(40a)与下齿轮(40b)处于同轴且半径与齿数相同；所述的凸轴(43)的中轴线延长线经过上齿轮及下齿轮的圆周；所述上轴颈(41a)或下轴颈(41b)的直径略大于上齿轮或下齿轮的直径；所述凸轴(43)的直径略大于上轴颈(41a)的直径；所述细腰连接段(42)的长度稍大于凸轴(43)的长度，截面形状为两角椭圆形；其作用是实现双管构件的凸轴管孔(44)直接穿过细腰连接段套在凸轴(43)上。

6.根据权利要求4所述的传动构件总成，其特征在于所述的支轴(34)的轴线(y)与输出轴(1)轴心致支轴连接的凸轴(43)轴心的连线(x)平行；所述的凸轮轴(14)与输出轴(1)处于平行，每两个凸轮轴轴向旋转180度，对置安装在一个套管的两侧，内套管(13)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向内时，外套管(12)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向外，内套管(13)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向外时，外套管(12)所连接的凸轮轴的凸轴(43)向内；内套管(13)与外套管(12)所连接的凸轮轴呈上下对调180度安装，实现运动时的惯性角动量相同，保持运动平稳。

7.根据权利要求4所述传动构件总成，其特征在于所述的泵腔构件(9)由泵腔上盖(47)与柱状泵腔(46)构成，有三个作用；在泵腔上盖及柱状泵腔底部分别设有4个轴孔(52)，使凸轮轴(14)的上齿轮(40a)、下齿轮(40b)、上轴颈(41a)、下轴颈(41b)穿过，实现对凸轮轴的固定；所述的泵腔上盖与柱状泵腔的圆周及底部还设有倾斜的槽孔(53)，实现叶片作用，使泵腔构件充当泵，实现发动机的润滑油的循环；所述的柱状泵腔(46)的中心设内花键孔(50)，使柱状泵腔(46)与输出轴(1)套接固定，泵腔构件还起到惯性飞轮的作用。

8.根据权利要求4所述传动构件总成，其特征在于在所述的输出轴内部设有油道、在输出轴的外部、内套管的外部都设有螺旋线油道(55)；在传动腔体(7)的内底部设油槽(24)及螺线油沟(25)；在输出轴、内套管、支轴、双管构件上都设有油孔；在输出轴底部位于传动腔体(7)内还固定有压油泵(54)；所述的泵腔构件(9)内部的各种构件均为压力润滑；泵腔构件(9)外部齿轮间的润滑为飞溅润滑。

9.根据权利要求1所述旋转缸塞式发动机，其特征在于在转动腔上盖(6)的内侧固定有壳体齿轮(15)，在传动腔体(7)的内侧也固定有相同的壳体齿轮(15)，两个齿轮处于同轴且半径与齿数相同，该齿轮与凸轮轴(14)上的齿轮(40a)(40b)相啮合实现转子间的交替向前转动；所述的壳体齿轮(15)有a或b两种，两种可完全替换，所述的a方式为壳体内齿轮，其与凸轮轴的齿轮比为6∶1，构成内行星齿轮；所述的b方式为壳体外齿轮，其与凸轮轴的齿轮比为4∶1，构成外行星齿轮。

10.根据权利要求1、9所述旋转缸塞式发动机，其特征在于在上支架(4)与下支架(5)上分别设气门圆盘(16)，每个气门圆盘上分别设有多个成套的气孔，每套气孔由一个进气孔(19)，一个偏长弧状的排气孔(20)，一个火花塞孔(21)组成；所述气门圆盘(16)与转子构件的换气圆盘(27)紧密对接，实现气门开关作用；当应用所述a方式的齿轮比例时，在所述的气门圆盘(16)上分别设有间隔120度的3套气孔，每套气孔总弧长75度，上支架与下支架的气门圆盘(16)要偏差60度安装；当应用所述b方式的齿轮比例时，在所述的气门圆盘(16)上分别设有间隔180度的2套气孔，每套气孔总弧长110度，上支架与下支架的气门圆盘(16)要偏差45度安装；所述的a方式为12缸发动机，所述b方式为8缸发动机。

Images