專利名稱：雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵的制作方法
技術領域：
本發明分屬內燃機技術領域、流體動力機械和泵領域，特別涉及旋轉活塞式內燃 機領域、旋轉式壓力流體動力機械和旋轉活塞式壓力泵領域。
背景技術：
目前常用的發動機仍然是有上百年歷史的曲軸連桿往復活塞式內燃機，由于其工 作原理和構造原因帶有不可克服的效率低、體積大、轉速低、重量大等缺點。幾十年來，世界 范圍內，人們一直在努力開發有巨大潛力和優良性能的旋轉活塞式內燃機，并且試制了兩 種有代表性的試驗機，但由于多種關鍵技術未能解決，沒有被廣泛應用。一種是三角形轉子旋轉活塞內燃機(汪克爾式)，由于該型機實際制造對選材、加 工非常苛刻及磨損大和無法克服的結構性缺陷——進、排氣不暢，未獲推廣應用。另一種是從上世紀五六十年代便公開的雙旋轉四循環活塞式內燃機參見1964 年第一版上海科學技術出版社出版的數理化自學叢書《物理》第二冊第324頁-327頁，實驗 表明該機型相比具有良好的性能，功率大(3.6倍)、油耗低(1/3)、重量輕(約0. 5kg/kw)、 轉速廣(60轉/分-4000轉/分)，但是，由于控制及配套技術的不完善，至今未能開發成功 而廣泛取代落后的往復活塞式內燃機。雖然此間不斷有人努力研究，但仍然離實際應用相 距甚遠。專利號為ZL200820223472.3的中國專利公開了一種雙旋轉四循環活塞式內燃 機，在控制方面采用了單向旋轉軸承及凸輪、摩擦塊等解決旋轉活塞倒轉和速差問題；申請 號為200610075922.4的發明專利申請公開了一種雙旋轉四循環旋轉活塞式發動機，采用 了伸縮器及兩個旋轉器的控制裝置。以上最新現有技術方案不足之處有一是兩對旋轉活塞雖不能倒轉但存在著停 轉，并且轉速變化是突變性變化，機件承受扭轉剪切力大、震動性大。二是無論從機軸或套 軸直接輸出動力，轉速都是不穩定的，如果利用慣性原理裝置來求得輸出旋轉平穩，必然加 大了另一軸所連接旋轉活塞及機件加倍的突變性轉速變化，也造成了四個汽缸、活塞對應 工作沖程時間上、速度上的不同及功率、推力的不同，震動加大。三是高轉速、大功率、加減 速工作狀態下機件強度如何保證等問題，及相關配套技術更未系統性解決！因此到目前為 止，具有如此優良性能和巨大發展前途即具有換代潛力的優秀機型還是僅存在于人們的期 盼中，存在于研究中！特別是世界性能源危機的繼續和即要節能減排又要不停發展的矛盾日趨尖銳的 今天，淘汰被廣泛應用又數量巨大的低效、笨重往復活塞式內燃機更顯迫切！

發明內容
本發明正是針對雙旋轉四循環活塞式內燃機潛在具有多方面優良性能并特別適 用于飛行器，而研究多年，又特別是近年來世界性能源危機的暴發和節能環保迫切性，促進 了這一將擔當起世界性內燃機換代任務之優秀機型的研究，在長時間連續攻關下，在最關鍵的旋轉活塞合理、準確控制方面及適用于更高轉速、更大功率方面和多項配套技術及多 領域應用上，獲得突破性進展。其技術方案如下它包括筒形機缸4、端蓋5、機軸1、套軸2、旋轉活塞a-b、c-d，其關鍵技術是控制兩 對旋轉活塞加減速旋轉的是橢圓齒輪組和控制軸及軸承。實施例采用了由控制軸6串聯連 接的兩組同型橢圓齒輪對8-11 ；并由控制軸做為輸出或輸入軸，輸出或輸入為勻速旋轉； 活塞為整體式復合活塞3、17 ；活塞潤滑由軸心供油系統7. 12. 16等完成；密封裝置是限位 式自磨合密封片18 ；旋轉活塞雙工作面及兩端蓋內側設置有隔熱層13、14。與背景技術相比本發明內燃機的有益效果是1、在主要由橢圓齒軸組及控制軸構成的兩旋轉活塞速差控制裝置控制下，旋轉活 塞的加減速變化是圓滑過渡的正弦曲線，旋轉機件慣性剪切應力小，震動小。2、設置平行于機軸1橫跨機缸兩端的控制軸6，并由其串聯連接控制兩整體式旋 轉活塞的兩組橢圓齒輪8-11，一是解決了兩旋轉活塞速差控制和大功率、大扭矩對機件強 度需求；二是解決了一對橢圓齒輪不易解決的旋轉活塞對大速差和大壓縮比需要，提高了 有效缸容比，減小了旋轉活塞無效體積和質量；三因壓縮動力源自前缸爆發適應了多種流 體燃料要求；四是更解決了平穩轉速輸出難題，輸出軸即是控制軸，始終處于兩組旋轉活 塞相反性加減速完全互補的平均值上，屬結構性特征，動力輸出是平穩勻速旋轉輸出，見圖 15。3、以控制軸為平穩轉速動力輸出軸，同時也實現了四個活塞每周工作中完全相同 規律的加減速變化，即四個汽缸吸氣、壓縮、做功、排氣沖程在準確定位控制下，時間、缸容 變化曲線完全相同，工作推力也相同，輸出平穩。4、旋轉活塞及同步運轉機件在汽缸爆發做功階段加速推動下沖量至動量轉化見 圖3-圖4，動能增加而存儲，但此時由于橢圓齒輪組傳輸特性，此時對外為相反的比例減小 性傳遞見圖8-圖9，輸出軸受到的是持續勻速性推轉；至做功后期及排氣階段見圖4-圖6， 旋轉活塞及齒輪同步機件減速旋轉動量變沖量、動能釋放，雖旋轉活塞在減速但由于此時 輸出為相反的比例增大性傳遞見圖9-圖11，輸出軸受到的仍然是勻速性推動。即每個活塞 單體在其驅轉輸出軸工作期間，扭矩的供給相對穩定。5、由上項可知每個單體活塞工作推轉角是2 α+β，見圖8-圖11，遠大于每周四 個單活塞平均工作角(360° /4)90°，即輸出軸每周中受力是交疊性的，是在無間斷性、穩 定推動力下旋轉工作。6、本發明不存在現有技術下旋轉活塞的防倒轉和靜止問題。一是因為汽缸在爆發 做功時，雖然分別作用于前后兩個旋轉活塞上的正轉推力和反向推力相等，但由于分別定 位連接的控制性橢圓齒輪嚙合點至各自軸中心距離不同見圖8-圖9，因此力矩不同-杠桿 原理，在正向力矩差的推動嚙合下，分別做正向加速和減速旋轉，并且都是互補性疊加在平 均轉速值上進行的，沒有倒轉或停轉見圖15。二是旋轉機件的巨大旋轉慣性力保證了處于 壓縮終點的僅一個力矩平衡點處的定向旋轉，見圖3、5、7及對應圖8、10、12。三是上項所述 推轉角的交疊性存在，也確保了旋轉活塞正向有規律旋轉。7、旋轉活塞各個工作滑轉面的潤滑，由空心機軸或套軸及相應油道6、12、7供油 系統解決，簡單、可靠、易行，見圖1、圖2。
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8、旋轉活塞的密封問題，由限位式自磨合密封片組件18解決截面為倒T形密封 片，下面配以彈簧片安置在活塞相應部位的軸向開設的底大、口小縫槽內，見圖14。一是 有效解決了新裝機的密封性；二是降低了機缸及旋轉活塞體之間配合間隙及表面加工精度 要求；三是經一定階段磨合、使用后密封片受限不再彈出，實現了潤滑狀態下動密封和無摩 擦、零磨損、低耗能理想效果，使內燃機機械效率進一步提高，工作壽命大為延長。9、旋轉活塞及兩端蓋內側設置隔熱層13、14，見圖1、圖2、圖14，減少了機件吸熱 量，保證了機件高強度所需要的較低工作溫度；并減少了熱量損失，提高了整體效率。10、本發明雙旋轉四循環活塞式雙軸壓流驅動機和泵(圖16)，具有流量大、效率 高、壓力大、體積小、重量輕、故障少、長壽命等優點，用途廣如挖掘機壓力泵、礦井、消防高 壓水泵等及構造極簡的多種液壓傳驅車輛。11、綜上所述，本發明內燃機，具有更高的效率、更高的工作強度、更高的轉速和功 率、更平穩的動力輸出、更低的故障率、更長的工作壽命，且結構簡單、容易制造、成本低廉。 適用多種液、氣燃料，而且同型機適配不同壓縮比燃料，調整方便。定型開發容易、功率范圍 廣，小可不足千瓦、大可上萬千瓦。不但必將淘汰現有廣泛應用于多領域的往復式內燃機， 更適用于對功率重量比要求高、對低故障率長壽命要求嚴的國防、軍用機械，如坦克、氣墊 船、軍艦、直升飛機、輕型飛機、單人飛行器等。12、本發明近乎零磨損的工作特性，配以現有的內燃機電噴、大壓縮比成熟技術， 工作轉速更寬，有望達60轉/分-10000轉/分，加上體積小、功率大優勢下的功率富足儲 備，應用于車輛“大馬拉小車”，完全可以簡化造價高、結構復雜、故障率高的重要部件-變 速箱，成為僅有后退、空檔及前進只分空載和重載共四個檔位的純無級變速車。如本發明聯 合應用于車輛僅以管為連接，各輪獨立依令驅動機動靈活；且因無“后橋”箱位降低容量 大增。13、有益效果綜合展望，本發明的及時保護開發和推廣，其價值是不可估量的，具 有國家級利益上的戰略性價值，將挽領起內燃機多個相關領域的跨越性革命進步。


圖1是整體式旋轉活塞結構示意圖。圖2是實施例構造剖面示意圖。圖3-圖7是旋轉活塞及汽缸工作過程示意圖。圖8-圖12是對應圖3-圖7汽缸、活塞工作的橢圓形控制齒輪狀態示意圖。圖13、圖14是橢圓齒輪、受控制旋轉活塞變化量示意圖。圖15是兩組活塞相反性加減速速度、時間特性曲線示意圖。圖16是雙旋轉四循環活塞式雙軸壓流驅動機和(壓力)泵示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施例詳細說明。圖1、圖2中3、17是整體式旋轉 活塞結構示意圖，其整體式結構保證了高轉速、大扭矩下工作的需要。機軸1為階梯軸與套 軸2在傳輸機械強度上為等強度結構，保證了兩對旋轉活塞的控制和輸出強度需要。15與 6同體的齒輪軸，可取得傳輸強度最大，不增占空間，輸出配套方便的效果。
圖2中，機軸1、套軸2為同心滑動套接配置，與控制軸即輸出軸6平行。套軸2定 位連接的橢圓齒輪8與控制軸上定位連接的橢圓齒輪9嚙合成對；機軸1定位連接的橢圓 齒輪10與控制軸上定位連接的橢圓齒輪11嚙合成對；且9與10在控制軸上為垂直定位 安裝。即兩組橢圓齒輪8-9、10-11通過控制軸成串聯式連接。橢圓齒輪8長軸與旋轉活塞 c-d長徑垂直定位連接；橢圓齒輪11與旋轉活塞a_b垂直定位連接。7是軸心供潤滑油裝 置。圖3-圖7是本發明單個活塞旋轉180°工作示意圖。O1. O2分別對應整體式旋轉 活塞 a_b、c-cL圖3是a、c之間汽缸壓縮終了，噴入燃料或點火工作狀態，爆發做功開始；b、c之 間汽缸吸氣結束、壓縮開始；b、d之間汽缸排氣結束、吸氣開始。此狀態下，兩旋轉活塞處在 分別加減速中間的均速值狀態，對應控制齒輪工作狀態見示意圖8。O1^O2速值相同。圖3-圖4是a、c之間汽缸爆發做功中，旋轉活塞a_b由均速值加速至最高速，旋 轉活塞c-d由均速值減至最低速；b、c之間汽缸在壓縮，b、d之間汽缸在吸氣；a、d之間汽 缸在排氣。對應控制齒輪工作狀態見圖8-圖9。O1R速由均速增至最高，O2由均速減至最 低。圖4-圖5，a、c之間汽缸達到最大，膨脹做功終了，排氣開始；旋轉活塞a_b減至 均速值，旋轉活塞c-d增速至均速值。此時b、c之間汽缸壓縮終了，缸容最小，噴燃料或點 火中，爆發做功開始；b、d之間汽缸吸氣終了，壓縮開始；a、d之間汽缸排氣結束，吸氣開始， 對應控制狀態見圖10。O1減至均速，O2增至均速。圖5-圖6，a、c之間汽缸排氣中，旋轉活塞a_b轉速減至最慢；b、c之間汽缸在爆 發做功中，旋轉活塞c-d增速至最快；b、c之間汽缸壓縮中，a、d之間汽缸吸氣中，對應控制 狀態見示意圖11。圖6-圖7，a、c之間汽缸排氣終了，吸氣開始；旋轉活塞a_b增至均速，旋轉活塞 c-d減至均速；b、c之間汽缸做功結束，排氣開始；b、d之間汽缸壓縮終了，噴燃料或點火中， 爆發做功開始；a、d之間汽缸吸氣終了，壓縮開始，對應控制狀態見示意圖12。從圖中可以看出，每個汽缸在筒形機缸里轉過一周時，它必定經歷兩次壓縮和兩 次膨脹的行程，從四個汽缸來看，它們是同時在進行著排氣、吸氣、壓縮、做功四項工作，在 旋轉一周的全部時間里，都有做功沖程。并且兩對旋轉活塞在每周中分別受到兩次汽缸做 功沖程的推動，即輸出軸每周受到四次活塞推動。圖13是長軸、短軸比為5 3橢圓齒輪結構示意圖。由于橢圓齒輪承受控制及 輸出和旋轉活塞加減速交變剪切力，為提高強度，優選齒數少、齒形大、齒高低技術方案10 個齒和14個齒。長、短軸比優選為5 3-2 1，可適用多種燃料及設計要求。齒位是10 齒型長軸向為齒牙、14齒型長軸向為齒槽，該布局有利于其所控制的兩組旋轉活塞交替做 功時相應加減速的過渡轉換。圖13、圖14是橢圓齒輪及工作時相對控制的兩對旋轉活塞角度變化情況示意圖， 并參見圖3-圖12。(工作要求數據設計參見如下方式)。一對橢圓齒輪控制旋轉活塞加減速相對變化量是二倍(α-β)，即 2(α-β) 28°，兩對橢圓齒輪串聯疊加后控制變化量為2Χ28° 56°。知汽缸工作壓縮比為6，則可知單活塞扇環截面占有向心角量為50. 8°，此時，吸氣或做功終了汽缸最大時，占有向心角量為67. 2°，排氣或壓縮終了值為11.2°。
本發明驅動機和泵機缸有兩個進口和兩個出口，參見圖16及以上內容。
權利要求
雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，包括筒形機缸(4)、端蓋(5)、機軸(1)、套軸(2)、旋轉活塞(a b、c d)，其特征在于控制旋轉活塞加減速周期性變化的裝置是橢圓齒輪和控制軸；壓流驅動機和泵的機缸有兩個流體進口和兩個出口。
2.如權利要求1所述的雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 橢圓齒輪是由平行于機軸的控制軸(6)串聯連接的同型號兩組橢圓齒輪(8-11)，控制軸又 是內燃機動力勻速旋轉輸出軸和泵的動力輸入軸。
3.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征 是橢圓齒輪為齒數優選10個齒和14個齒(圖15)；長軸、短軸長度比值優選5 32 1 ； 齒位是長軸頂點至短軸頂點弧段的中點在該處齒牙的短軸頂點方向一側，即10齒型長軸 向為齒牙、14齒型長軸向為齒槽。
4.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 旋轉活塞(a-b)、(c-d)分別是整體式復合活塞(3)、(17)。
5.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機，其特征是旋轉活塞雙側工 作面和兩端蓋內側設置有隔熱層(13、14)。
6.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 旋轉活塞(3)、(17)設置有限位式自磨合密封片(18)。
7.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 機軸(1)或套軸(2)為帶有徑向和軸向潤滑油道的空心軸(12、16)。
8.如權利要求1或2所述雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 機軸(1)是單側階梯軸。
9.如權利要求2所述的雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵，其特征是 控制軸(6)是在中間部位傳動輸出或輸入的齒輪軸(15)。
全文摘要
雙旋轉四循環活塞式雙軸內燃機、壓流驅動機和泵。包括筒形機缸、缸蓋、機軸、套軸、旋轉活塞、控制軸及橢圓齒輪，在控制軸及其串聯連接的兩組同型橢圓齒輪控制下，兩組旋轉活塞在工作中，固定規律地在平均轉速值上做彼此相反地加減速正弦曲線性旋轉，每個缸每周都完成相同的四沖程工作。不存在旋轉活塞倒轉或靜止問題，并實現了加減速的平滑過渡和沖量與動量相應平衡轉化，輸出或輸入軸即控制軸結構性勻速平穩旋轉；旋轉活塞的復合整體式結構，解決了更高轉速、大壓縮比及大工作壓力下對強度的需要；軸心式供油潤滑、限位式自磨合密封及隔熱技術保證了旋轉活塞正常工作運行。本機型結構簡、強度高、功率大、效率高，將取代所有領域現有內燃機。
文檔編號F04C2/18GK101922347SQ201010246218
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年3月3日
發明者段方泉 申請人:段方泉