CN101463755A - 内燃机能量转化方法及其节能高效高速转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机能量转化方法及其节能高效高速转子发动机，为解决现有内燃机热效率低问题，其是利用内外相切相对套装滑配封闭的外圆筒和内圆筒之间封闭空间为工作空间；外圆筒和内圆筒其中一个的切面处通过配置轴向延伸的弹性密封机构对相切面进行动态密封，没有配置弹性密封机构的另一个圆筒通过配装轴向延伸密封活塞对两圆筒之间进行动态分隔，并对其中空气进行压缩或让点燃的混合气推动密封活塞做功；利用一组一动一静相对旋转的上述外圆筒和内圆筒进行吸气压缩，利用共用前组内圆筒作为外圆筒的另一组外圆筒和内圆筒的一动一静相对旋转进行混合气点燃膨胀做功和排气，由旋转圆筒通过传动机构驱动输出轴旋转。其具有燃料利用率高，单位时间内作功较多，热效率高，转速快，转子活塞充分利用了旋转惯性，转动平稳，噪音低，对环境污染轻的优点。

Description

内燃机能量转化方法及其节能高效高速转子发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，特别是涉及一种内燃机能量转化方法及其节能高效高速转子发动机。

背景技术

目前广泛使用的往复活塞式内燃发动机，已有一百多年的历史，其经过数代工程技术人员的不懈努力，技术已十分成熟，结构日臻完善，几乎达到不可能再改进的地步。往复活塞式内燃发动机的运动机构主要有，曲轴连杆机构和配气机构，它的工作气缸呈直圆柱体筒状，活塞为直圆柱体。通过曲轴连杆机构使活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。活塞做一次功，曲轴旋转180度，曲轴旋转带动轴端的飞轮一起转动，依靠飞轮储蓄的惯性势能旋转360度完成一个工作循环，同时配气机构则通过曲轴使凸轮轴旋转带动挺杆、气门上下移动、适时地开闭进气和排气孔完成换气过程，飞轮使曲轴旋转的更均匀、平稳。虽然往复活塞式内燃发动机的技术已十分完善，但是随着人类社会的快速发展，科学技术不断进步，现有的往复活塞式内燃发动机因其结构的局限性，已越来越多地暴露出其缺陷，已跟不上时代的发展，已不能顺应社会的需求，如体积大、质量重、造价高、结构复杂、难维护、加工制造困难、往复运动件受到的冲击力大、噪音高、磨损严重、易损坏，往复运动惯性难以克服、发动机转速难以提高，自身功耗大、燃料消耗多、对环境的污染比较严重、热效率不高等等；介于此，许多热机工程技术人员都纷纷另辟蹊径，研究新型高效率活塞内燃发动机，目前最接近实用性质的就是“三角转子活塞式内燃发动机”，该发动机有一个缸体线是一种长纡回外摆线的“8”字形缸体，两个半径不同、转速相差约三倍的齿轮，一个三角形转子和一根偏心轴，其具有体积小、重量轻、转速高、结构简单、噪音低的优点，但只可惜的是其存在以下几个根本缺陷，使其在民用方面难以实施，只能在个别体育竞技赛车上应用：线性磨损较大，密封不严，导致寿命大大缩短，因为两个齿轮中大齿轮是主动轮，大驱小，虽然转速提高了，但扭矩却严重不足，动力不够，难以低速运行，做功角度较小，使燃料的利用率降低，能耗较大，偏心轴旋转时产生的离心力较大，使发动机转动不够平稳。

发明内容

本发明的目在于克服惯用活塞式内燃发动机的缺陷，顺应当前社会形势的需求，提供一种体积小、重量轻、结构简单、噪音低、转速高、能耗少、污染小、热效率高、易于加工制造、易维护、造价低、经济实用的内燃机能量转化方法，本发明目的还在于用于实施该方法的节能高效高速转子发动机。

为实现上述目的，本发明内燃机能量转化方法是采用转子内燃机将燃油燃烧产生的热能转化成驱动输出轴旋转的机械能，利用内外相切相对套装滑配封闭的外圆筒和内圆筒之间的间隔封闭空间为工作空间；外圆筒和内圆筒其中一个的切面处通过配置轴向延伸的弹性密封机构对外圆筒和内圆筒之间切面进行动态密封，没有配置弹性密封机构的另一个圆筒通过配装轴向延伸的密封活塞对两圆筒之间的工作空间进行动态分隔，并对其中空气进行压缩或让点燃混合气推动密封活塞做功；利用一组一动一静相对旋转的上述外圆筒和内圆筒进行吸气压缩，利用共用前组内圆筒作为外圆筒的另一组外圆筒和内圆筒的一动一静相对旋转进行混合气点燃膨胀做功和排气，由旋转圆筒通过传动机构驱动输出轴旋转进行能量转化，利用左右对称的两套上述装置共同驱动同一个输出轴来提高能量转化能力。如此设计，与现有往复式发动机的能量转化方法相比，旋转的转子惯性被自然利用，不会产生往复振动。具有体积小、重量轻、结构简单、噪音低、转速高、能耗少、污染小、热效率高、易于加工制造、易维护、造价低、经济实用的优点。

作为优化，利用旋转圆筒通过可操控变速传动机构驱动输出轴来简化变速度功能；利用兼做内外圆筒的圆筒内切面和外切面配装弹性密封机构作为定子，利用其它两个圆筒中的最外圆筒内切面和最内圆筒外切面配装弹性密封机构作为转子。如此设计，能进一步简化结构，减小体积，提高热效率。

用于实施本发明方法的节能高效高速转子发动机包括通过法兰及螺栓紧固件固装在一起的左右两半个基部敞口的圆桶形外缸体，圆桶形外缸体底面中部制有向基部延伸的偏心圆缸筒；两个圆桶形外缸体各自配有一个与其基部内周通过斜平面紧密滑配、端面与偏心圆缸筒内端紧密滑配的圆盘形内转子，圆盘形内转子端面制有与偏心圆缸筒外周壁相切滑配、与圆桶形外缸体底面紧密滑配的正心外动圆环筒，圆盘形内转子端面还制有与偏心圆缸筒内周壁相切滑配、与圆桶形外缸体底面紧密滑配的正心内动圆环筒；偏心圆缸筒外切面上制有轴向堵塞槽，轴向堵塞槽内配装有顶部与正心外动圆环筒内周密封滑配的弹性密封机构，偏心圆缸筒内切面上制有轴向堵塞槽，轴向堵塞槽内配装有顶部与正心内动圆环筒外周密封滑配的弹性密封机构；正心外动圆环筒内周制有轴向活塞槽，轴向活塞槽配装有与偏心圆缸筒外周密封弹性滑配的进气压缩密封活塞，正心内动圆环筒外周制有轴向活塞槽，轴向活塞槽配装有与偏心圆缸筒内周密封弹性滑配的做功排气密封活塞；所述进气压缩密封活塞与做功排气密封活塞方向相同，并且同在一条直线上；圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心外动圆环筒切面前方的底面上制有进气口，圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒切面后方的底面上制有排气口，偏心圆缸筒制有联通其内外周的导气道，圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒的切面前方底面上有安装有喷油嘴或者火花塞的燃烧坑；圆盘形内转子底面制有多道同心圆式伞形齿圈，伞形齿圈通过变速传动机构连接配装在两圆桶形外缸体中间的输出轴。如此设计，与现有往复式发动机相比，旋转的转子惯性被自然利用，不会产生往复振动。具有体积小、重量轻、结构简单、噪音低、转速高、能耗少、污染小、热效率高、易于加工制造、易维护、造价低、经济实用的优点。

作为优化，所述弹性密封机构包括两个相对滑配的弧面三角形密封块，外弧面三角形密封块的直侧壁与轴向堵塞槽一边侧壁相滑配，该外弧面三角形密封块斜侧壁与内弧面三角形密封块的斜侧壁相滑配；内弧面三角形密封块的直侧壁与轴向堵塞槽另一边侧壁相滑配，该内弧面三角形密封块的弧面上还制有径向盲孔，该径向盲孔与轴向堵塞槽底之间配装有支撑弹簧；所述密封活塞包括一个两侧与轴向堵塞槽滑配、厚度大于行程，有弧形端面的密封条，密封条与轴向堵塞槽之间由弹性支撑机构支撑。如此设计，此弹性密封机构具有结构简单，密封性好，磨损后能自行调整弧面三角形密封块之间的相对位置进行自适应，寿命长成本低，重量轻的优点。密封活塞结构简单，性能可靠。

作为优化，所述弹性支撑机构包括密封条底面制有的弧面凹坑，和端面与封条底面一侧相配合，底面与轴向活塞槽底相配合、直腰面与轴向活塞槽一侧壁相滑配的直角梯形密封片，直角梯形密封片的斜腰面与另一个三角形密封片的斜相滑配，该三角形密封片的端面与直角梯形密封片的端面共同与密封条底面相配合，该三角形密封片的直面与轴向活塞槽另一侧壁相滑配；直角梯形密封片底面制有轴向盲孔，该轴向盲孔与轴向活塞槽底面之间配装有支撑弹簧。如此设计，该弹性支撑机构具有结构简单，密封性好，磨损后能自行调整弧面三角形密封片之间的相对位置进行自适应，寿命长成本低，重量轻，稳定性强的优点。

作为优化，所述正心外动圆环筒的轴向活塞槽壁向圆桶形外缸体内周延伸，正心内动圆环筒的轴向活塞槽壁向内延伸；圆桶形外缸体与正心外动圆环筒之间为润滑油仓，圆桶形外缸体的端面上制有与正心内动圆环筒端面相对应的联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间的圆环形润滑油槽，圆桶形外缸体在环形润滑油槽处的端面上制有通过润滑油通道和单向阀联通润滑油仓的润滑油口，圆盘形内转子上制有联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间与伞形齿圈面中心的中心润滑通孔，输出轴两端处与润滑油仓之间还有两头润滑油通道。如此设计，所述正心外动圆环筒的轴向活塞槽壁向圆桶形外缸体内周延伸，正心内动圆环筒向内延伸能在满足活塞长度的前提下，尽量减少正心外动圆环筒和正心内动圆环筒的厚度，有利于减轻重量。圆桶形外缸体与正心外动圆环筒之间为润滑油仓，圆桶形外缸体的端面上制有与正心内动圆环筒端面相对应的联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间的圆环形润滑油槽，圆桶形外缸体圆在环形润滑油槽处的端面上制有通过油道和单向阀联通润滑油仓的润滑油口，圆盘形内转子上制有联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间与伞形齿圈面中心的中心润滑通孔，输出轴两端处与润滑油仓之间还有两头润滑油孔，则能以简单的结构形成，正心内动圆环筒轴向活塞为循环泵、在转子两侧循环的润滑油路。

作为优化，偏心圆缸筒制有联通其内外周的导气道是偏心圆缸筒在燃烧坑一侧制有弧形通气道，偏心圆缸筒在其内外相切滑配面附近的端面上分别制有一个联通弧形通气道两端的进气孔和出气孔；圆盘形内转子在偏心圆缸筒与正心外动圆环筒之间的外端面上，圆盘形内转子在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒之间的内端面上分别制有与圆桶形外缸体底面进气口和排气口对称分布的联通上述进气孔的进气坑和联通上述出气孔的出气坑。如此设计，只有定子和转子相对旋转到进气口与进气孔相对，出气口与出气孔相对时内外工作间才能导气。并且相对位置设计，能保证各行程充分工作，即充分进气，充分压缩、充分做功，充分排气，有利于提高效率和提高排放标准。

作为优化，所述变速传动机构是两个圆桶形外缸体之间通过轴承配装与输出端相对的另一部分制有盲孔的空心输出轴，空心输出轴周向滑配有上下两组与两侧圆盘形内转子底面的多道同心圆式伞形齿圈的上下两部分相啮合的伞形齿轮，与制有盲孔的一半空心输出轴相配的一组伞形齿轮及另一组最内一个伞形齿轮内周制有轴向凹槽，空心输出轴制有与伞形齿轮内周轴向凹槽相对应的外周贯通轴心的轴向通孔，空心输出轴内套装有与空心轴轴向滑配的连杆，连杆内端一侧配装有与一个伞形齿轮内周轴向凹槽相配合的卡齿，连杆外端通过周向滑配连接支撑机构固装有操纵柄。如此设计，无需另外配置变速度箱就能实现多级变速，并且操作方便，性能可靠，体积小，重量轻，能显著减少自重和造价。

作为优化，所述伞形齿轮内周的轴向凹槽为梯形，卡齿外端也为与之配合的梯形；连杆内端一侧制有连杆凹槽，梯形卡齿以径向滑配的形式配装在连杆凹槽内，梯形卡齿底面与连杆凹槽底部之间配装有支撑弹簧；所有伞形齿轮都是伞面朝外的与输出轴轴向滑配的外向式伞形齿轮，每组的相邻伞形齿轮之间都配装有滚珠或轴承，上下两组之间配装有支撑弹簧。如此设计，活动式卡齿及支撑弹簧的引入能显著减小换挡时的撞击和磨损，会使换挡轻松自如，显著减少噪声。随着齿轮磨损，支撑弹簧将随时把伞形齿轮压向两侧，使齿轮始终与伞形齿圈密切啮合，保持良好传动状态，避免经常更换齿轮和转子，能明显减少换件成本，显著延长使用寿命，性价比非常好。

作为优化，所述周向滑配连接支撑机构包括连杆外端制有的丝杆头，通过螺帽和卡销固装在丝杆头上的外轴承套，通过滚珠配装在外轴承套上的中心轴承体，中心轴承体通过其垂直轴线的丝孔配装下端带丝杆的操纵柄，或者丝杆头通过螺帽和卡销固装里轴承套，里轴承套通过其垂直轴线的丝孔配装下端带丝杆的操纵柄；圆桶形外缸体在连杆一端固装带轴向操纵柄槽口的套管式连接连杆座。如此设计，沿套管式连接连杆座操纵柄槽口轴向操作操纵柄，可在倒挡和多级前进挡之间任意变换，且操纵柄不会随连杆转动。结构简单，又方便操作。

本发明节能高效高速转子发动机的结构和工作原理如下：左右两半个外缸体依靠法兰盘上的螺拴孔用螺拴、垫片、螺母连为一体。缸体内装有转子，转子的左右两半个转子的有底封端互相靠拢，依靠两半转子端面上的齿圈分别和轴上的伞形齿轮对边以90度角的位置面对面互相齿合，连为一体。连为一体的转子的两开口端，即两个外端，朝向外缸体开口端，并伸入外缸体内部，使转子的外筒套在外缸体的偏心内筒之外，两筒分别以转子外筒的圆形内壁和外缸体偏心内筒的圆形外壁相切，使大圆外筒套偏心小圆内筒形成两个环状腔。位于外侧的大环状腔即冷却腔，位于内侧的小环状腔即进气压缩腔。在外缸体偏心内筒的外壁该切线上沿着切线开设有一条轴向堵塞槽，槽内的堵塞依靠两块互补的楔形密封块上的斜面及弹簧压紧在转子外筒的圆形内壁和槽内壁上。转子外筒的内壁上沿轴向开有活塞槽，槽内的活塞顶端密封条依靠两个互补的楔形密封片上的斜面及弹簧压紧在外缸体偏心内筒的外圆周壁上。外缸体的偏心内筒及其端面上的导气槽，和开口端面上的外圆周壁上的堵塞、转子的外筒及其内圆周壁上的活塞、两筒间的空腔及其进气孔，互为作用，在活塞旋转方向的后方形成进气腔，在活塞运动的前方形成压缩腔。而转子上的圆柱体内芯，则伸入到外缸体偏心内筒的内部，转子上的圆柱内芯以外侧面和外缸体上的偏心内筒的圆形内壁相切。使大圆外筒套偏心小圆柱体内芯形成一个环状腔，即作功排气腔。在外缸体偏心内筒的内壁该切线上沿着切线开设有一条轴向堵塞槽，槽内的堵塞依靠两块互补的楔形密封块上的斜面及弹簧压紧在转子圆柱体内芯的外侧面和槽内壁上。转子圆柱体内芯的侧面上沿轴向开有活塞槽，槽内的活塞顶端密封条依靠两个互补的楔形密封片上的斜面及弹簧压紧在外缸体偏心内筒的内圆周壁上。外缸体的偏心内筒及其内圆周壁上的堵塞、转子的圆柱体内芯及其侧面上的活塞、筒柱间的空腔及其排气孔，火花塞孔或喷油孔，和位于转子封闭端的内端端面上的燃烧室窝互为作用，在活塞旋转的后方形成作功腔，在活塞旋转的前方形成排气腔。一组伞形齿轮套装在轴上并分别与转子封闭端的齿圈呈90度角的位置逐个齿合，从而将左右两半转子连为一体。各伞形齿轮套装在轴上，齿轮之间的结合部装圆球滚珠轴承。在位于转子圆心部位的两个齿轮间的轴上套有弹簧，弹簧的压力将各齿轮沿轴压向外缸体法兰盘上的轴承方向。轴分别贯穿两缸体和两半转子的结合部伸出缸体外，轴靠位于两半外缸体结合部法兰盘上的轴承座及其内部的轴承，固定在缸体上。轴伸出缸体外的部分，一端与变速杆，连接，另一端则是动力输出轴。轴的内部中空筒里装有连杆，连杆的一端从轴端伸出来伸入连杆座，内的轴承座端面中心孔内，另一端伸入轴内中间部位，操纵柄的有螺丝端通过连杆座圆周面上的长槽和轴承座上的螺丝孔连为一体，卡齿位于该部位的轴端长方体状槽内，依靠卡齿底面上槽孔中的弹簧使卡齿的顶部压紧在某一伞形齿轮的梯形槽内。

当有外力驱动动力输出轴时，轴转动位于轴心内的卡齿随轴一起转动，因为该卡齿事先已被通过操纵杆操作而嵌入某一伞形齿轮的梯形槽内和该齿轮锁住，所以该齿轮也随轴同时转动。又因该齿轮是以90度用的位置分别齿合在两半转子的相同部位的某一齿圈上的，所以两半转子便随着齿轮以90度夹角的方向同时转动。因齿圈与齿轮的大小比例和齿数的关系，所以两半转子的转速和轴的转速是有变化的。又因齿轮是以相对的两个边分别与两半转子上的齿圈齿合的，所以两半转子的转速相等，但旋转方向相反，一个沿顺时针方向旋转，另一个则沿逆时针方向旋转。转子转动带动活塞旋转，在进气压缩腔，位于活塞旋转方向前方的被上一工作循环吸入的可燃混合气被逐渐压缩，并通过外缸体内筒开口端圆环平面上的进气槽进入作功排气腔的燃烧室内，在活塞旋转方向的后方则同时吸入供下一循环燃烧作功用的新鲜可燃混合气，在作功排气腔，可燃混合气被压缩到位于活塞旋转方向的后方的燃发室内后，火花塞发出电孤火花，点燃可燃混合气，可燃混合气爆燃产生高温高压，推动活塞旋转360度作功，作功产生的废气则被下一个工作循环排出缸体外，在活塞旋转的前方，随着活塞的旋转将逐渐排出上一个工作循环作功产生的废气，从而完成进气、压缩、作功和排气四个过程，即一个工作循环，这四个过程是在转子旋转一周的过程中，在两个环体内的两个活塞和两个堵塞之间形成的四个腔体内同时完成的，每个过程的工作角度都是360度。在柴油机则吸入的是纯空气，在空气被压缩到一定程度时，向燃烧室内喷入雾化的柴油，迅速形成可燃混合气，靠高温热空气点燃柴油作功。两半转子旋转时依靠齿圈驱动伞形齿轮一同旋转，因两个互相齿合的齿轮之间的角度关系，还同时产生使转子的开口端压紧在缸体的有底密封端内端面上的力，使磨摩副间始终保持一个恒定的磨擦间隙，即自动调节磨擦间隙，在齿轮与转子间及外缸体大筒内侧和转子大筒外侧的冷却腔内注满冷却润滑油，润滑油随着活塞在活塞槽内的往复够动而不断地通过半外缸体一端的出油环槽和出油孔被泵出缸体外，经外部散热器和过滤器冷却过滤后，再从半外缸体另一端的进油孔经过转子上的润滑油通孔被泵入缸体内，以此循环，以冷却发动机并带走磨擦产生的废物。通过推拉操纵柄可以使连杆上的卡齿与套在轴上的某一齿轮与轴齿合或脱离，从而达到改变轴的旋转速度、旋转方向和轴与发动机离合的目的。

采用上述技术方案后，本发明节能高效高速转子发动机可广泛应用于交通工具、武器装备、生产工具及发电机上做原动力机，无笨重复杂的曲轴连杆机构和配气机构，体积小、重量轻、结构简单，在直径较大的转子上作功，在直径较小的轴上输出动力，属轮轴结构，不但可省力，而且结构紧凑简单、易维护、好布置，转子上的齿圈和轴上的齿轮以斜面互补的形式配合，可自动调整齿圈和齿轮、缸体和转子间的间隙，使发动机总是在设定的磨擦配合间隙的最佳状况下工作，免去了修理、维护和更换发动机缸筒、活塞和活塞环的烦琐劳动，只需定期更换润滑油保养即可。转子在旋转一周的过程中即可完成进气、压缩、作功和排气四个冲程，作功角接近360度，作功行程大，燃料燃烧充分，燃料利用率高，单位时间内作功较多，热效率高，转速快，转子活塞充分利用了旋转惯性，减少了燃料消耗，转动平稳，噪音低，对环境污染较轻，与往复活塞式内燃发动机比较，在燃烧相同量燃料的情况功率提高了一倍。双环转子活塞内燃发动机，因结构简单合理，致使加工容易，制造成本低，使用寿命长，经济实用。

附图说明

图1是本发明节能高效高速转子发动机的部分剖视结构示意图；

图2是本发明节能高效高速转子发动机的圆桶形外缸体底面向剖视结构示意图；

图3是本发明节能高效高速转子发动机的圆盘形内转子端面向剖视结构示意图；

图4是本发明节能高效高速转子发动机中圆柱形外缸体的剖视结构示意图；

图5是本发明节能高效高速转子发动机中圆柱形外缸体的主视结构示意图；

图6是本发明节能高效高速转子发动机中圆盘形内转子的剖视结构示意图；

图7是本发明节能高效高速转子发动机中圆盘形内转子的主视结构示意图；

图8是本发明节能高效高速转子发动机中伞形齿轮的剖视结构示意图；

图9是本发明节能高效高速转子发动机中伞形齿轮的主视结构示意图；

图10是本发明节能高效高速转子发动机中空心轴的结构示意图；

图11是本发明节能高效高速转子发动机中空心轴的剖视结构示意图；

图12是本发明节能高效高速转子发动机中连杆座的主视结构示意图；

图13是本发明节能高效高速转子发动机中连杆座的侧视结构示意图；

图14是本发明节能高效高速转子发动机中连杆的结构示意图；

图15是本发明节能高效高速转子发动机中连杆的剖视结构示意图；

图16是本发明节能高效高速转子发动机中操纵柄的结构示意图；

图17是本发明节能高效高速转子发动机中操纵柄的侧视结构示意图；

图18是本发明节能高效高速转子发动机中连接操纵柄和操纵柄的轴承座剖视结构示意图。

图19是本发明节能高效高速转子发动机中轴承座中心轴承体的侧视结构示意图；

图20是本发明节能高效高速转子发动机中卡齿的结构示意图；

图21是本发明节能高效高速转子发动机中上密封块的主视结构示意图；

图22是本发明节能高效高速转子发动机中上密封块的剖视结构示意图；

图23是本发明节能高效高速转子发动机中下密封块的主视结构示意图；

图24是本发明节能高效高速转子发动机中下密封块的剖视结构示意图；

图25是本发明节能高效高速转子发动机中活塞密封条的主视结构示意图；

图26是本发明节能高效高速转子发动机中活塞密封条的剖视结构示意图；

图27是本发明节能高效高速转子发动机中活塞上密封片的主视结构示意图；

图28是本发明节能高效高速转子发动机中活塞上密封片的剖视结构示意图；

图29是本发明节能高效高速转子发动机中活塞下密封片的主视结构示意图；

图30是本发明节能高效高速转子发动机中活塞下密封片的剖视结构示意图；

具体实施方式

本发明内燃机能量转化方法是采用转子内燃机将燃油燃烧产生的热能转化成驱动输出轴旋转的机械能，利用内外相切相对套装滑配封闭的外圆筒和内圆筒之间的间隔封闭空间为工作空间；外圆筒和内圆筒其中一个的切面处通过配置轴向延伸的弹性密封机构对相切面进行动态密封，没有配置弹性密封机构的另一个圆筒通过配装轴向延伸的密封活塞对两圆筒之间的工作空间进行动态分隔，并对其中空气进行压缩或让点燃的混合气推动密封活塞做功；利用一组相对旋转的上述外圆筒和内圆筒进行吸气压缩，利用共用前组内圆筒作为外圆筒的另一组外圆筒和内圆筒的相对旋转进行混合气点燃膨胀做功和排气，由旋转圆筒通过传动机构驱动输出轴旋转进行能量转化，利用左右对称的两套上述装置共同驱动同一个输出轴来提高能量转化能力。利用旋转圆筒通过可操控的变速传动机构驱动输出轴来简化变速度功能；利用兼做内外圆筒的圆筒内切面和外切面配装弹性密封机构作为定子，利用其它两个圆筒中的最外圆筒内切面和最内圆筒外切面配装弹性密封机构作为转子。

如图所示，本发明用于实施上述方法的节能高效高速转子发动机包括通过法兰10及螺栓11紧固件固装在一起的左右两半个基部敞口的圆桶形外缸体1，圆桶形外缸体1底面中部制有向基部延伸的偏心圆缸筒2；两个圆桶形外缸体1各自配有一个与其基部内周通过斜平面紧密滑配、端面与偏心圆缸筒2内端紧密滑配的圆盘形内转子3，圆盘形内转子3端面制有与偏心圆缸筒2外周壁相切滑配、与圆桶形外缸体1底面紧密滑配的正心外动圆环筒4，圆盘形内转子3端面还制有与偏心圆缸筒2内周壁相切滑配、与圆桶形外缸体1底面紧密滑配的正心内动圆环筒5；偏心圆缸筒2外切面上制有轴向堵塞槽20，轴向堵塞槽20内配装有顶部与正心外动圆环筒4内周密封滑配的弹性密封机构，偏心圆缸筒2内切面上制有轴向堵塞槽20，轴向堵塞槽20内配装有顶部与正心内动圆环筒5外周密封滑配的弹性密封机构；正心外动圆环筒4内周制有轴向活塞槽30，轴向活塞槽30配装有与偏心圆缸筒2外周密封弹性滑配的进气压缩密封活塞，正心内动圆环筒5外周制有轴向活塞槽30，轴向活塞槽30配装有与偏心圆缸筒2内周密封弹性滑配的做功排气密封活塞；所述进气压缩密封活塞与做功排气密封活塞方向相同，并且同在一条直线上；圆桶形外缸体1在偏心圆缸筒2与正心外动圆环筒4切面前方的底面上制有进气口12，圆桶形外缸体1在偏心圆缸筒2与正心内动圆环筒5切面后方的底面上制有排气口13，偏心圆缸筒2制有联通其内外周的导气道，圆桶形外缸体1在偏心圆缸筒2与正心内动圆环筒5的切面前方底面上有安装有喷油嘴(火花塞)14的燃烧坑17；

所述弹性密封机构包括两个相对滑配的弧面三角形密封块，外弧面三角形密封块21的直侧壁与轴向堵塞槽20一边侧壁相滑配，该外弧面三角形密封块21斜侧壁与内弧面三角形密封块22的斜侧壁相滑配；内弧面三角形密封块22的直侧壁与轴向堵塞槽20另一边侧壁相滑配，该内弧面三角形密封块22的弧面上还制有径向盲孔23，该径向盲23与轴向堵塞槽20底之间配装有支撑弹簧68；

所述密封活塞包括一个两侧与轴向活塞槽30滑配、厚度大于行程，有弧形端面的密封条31，密封条31与轴向活塞槽30之间由弹性支撑机构支撑。所述弹性支撑机构包括密封条31底面制有的弧面凹坑32，和端面与封条31底面一侧相配合，底面与轴向活塞槽30底相配合、直腰面与轴向活塞槽30一侧壁相滑配的直角梯形密封片33，直角梯形密封片33的斜腰面与另一个三角形密封片34的斜相滑配，该三角形密封片34的端面与直角梯形密封片33的端面共同与密封条31底面相配合，该三角形密封片34的直面与轴向活塞槽30另一侧壁相滑配；直角梯形密封片33底面制有轴向盲孔23，该轴向盲孔23与轴向活塞槽30底面之间配装有支撑弹簧68。

所述正心外动圆环筒4的轴向活塞槽壁向圆桶形外缸体1内周延伸，正心内动圆环筒5的轴向活塞槽壁向内延伸；圆桶形外缸体1与正心外动圆环筒4之间为润滑油仓18，圆桶形外缸体1的端面上制有与正心内动圆环筒5端面相对应的联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间的圆环形润滑油槽16，圆桶形外缸体1在环形润滑油槽16处的端面上制有通过润滑油通道71和单向阀7联通润滑油仓18的润滑油口70，圆盘形内转子3上制有联通正心内动圆环筒轴向活塞支撑弹簧68空间与伞形齿圈15面中心的中心润滑通孔72，输出轴6两端处与润滑油仓18之间还有两头润滑油通道。

偏心圆缸筒制有联通其内外周的导气道是偏心圆缸筒2在燃烧坑17一侧制有弧形通气道8，偏心圆缸筒2在其内外相切滑配面附近的端面上分别制有一个联通弧形通气道两端的进气孔81和出气孔82；圆盘形内转子3在偏心圆缸筒2与正心外动圆环筒5之间的外端面上，和圆盘形内转子3在偏心圆缸筒2与正心内动圆环筒4之间的内端面上分别制有与圆桶形外缸体1底面进气口12和排气口13对称分布的联通上述进气孔81的进气坑83和联通上述出气孔82的出气坑84。

圆盘形内转子3底面制有多道同心圆式内向形型伞形齿圈15，伞形齿圈15通过变速传动机构连接配装在两圆桶形外缸体1中间的输出轴6。所述变速传动机构是两个圆桶形外缸体1之间通过轴承配装与输出端相对的另一部分制有盲孔的空心输出轴6，空心输出轴6周向和轴向滑配有上下两组与两侧圆盘形内转子3底面的多道同心圆式伞形齿圈15的上下两部分相啮合的外向式伞形齿轮60，与制有盲孔的一半空心输出轴6相配的一组伞形齿轮60及另一组最内一个伞形齿轮60内周制有梯形轴向凹槽61，空心输出轴6制有与伞形齿轮60内周形轴向凹槽61相对应的外周贯通轴心的轴向通孔62，空心输出轴6内套装有轴向滑配连杆63，连杆63内端一侧配装有与一个伞形齿轮60内周梯形轴向凹槽61相配合的梯形卡齿64，连杆63外端通过周向滑配连接支撑机构固装有操纵柄65。连杆63内端一侧制有连杆凹槽66，梯形卡齿64以径向滑配的形式配装在连杆凹槽66内，梯形卡齿64底面与连杆凹槽66底部之间配装有支撑弹簧。每组的相邻伞形齿轮60之间都配装有滚珠(或轴承)67，上下组之间配装有支撑弹簧68。

所述周向滑配连接支撑机构包括连杆63外端制有的丝杆头，通过螺帽和卡销固装在丝杆头上的外轴承套90，通过滚珠配装在外轴承套90上的中心轴承体91，中心轴承体91通过其垂直轴线的丝孔配装下端带丝杆的操纵柄65；圆桶形外缸体1在连杆一端通过螺杆固装带轴向操纵柄槽口93的套管式连接连杆座94。

上述实施例如适用于下列各种机型：

一、汽油机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以汽油为燃料，采用电子点火，电控喷油，润滑油强制循环冷却的形式。

二、柴油机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以柴油为燃料，采用空气压缩点火，电控喷油，润滑油强制循环散热器冷却的形式。

三、水煤炭浆机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以水煤炭浆为燃料，采用高压电弧放电点火，电控喷浆，润滑油强制循环散热器冷却的形式。

四、内燃机发电电动机组、外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以内燃机驱动发电机发电，电动机输出功率作功，润滑油强制冷却的形式。

五、压缩空气机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。无燃料，以压缩空气还原体积释放蓄能，采用激光对撞高温增压，高温膨胀增容作功，强制风冷却的形式。

六、可燃气机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以天然气、煤气等可燃气体为燃料，采用高压电弧放电点火，电控喷气，润滑油强制循环散热器冷却的形式。

七、可燃油机，外缸体采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压的合金灰口铸铁为材料，转子采用耐热、耐磨、耐腐蚀、耐高压、耐冲击、韧性强的球墨合金铸铁为材料，真空离心精密铸造后用车床、铣床、镗床、磨床等机床精加工。轴、活塞、卡齿、变速杆采用耐磨、耐热、耐冲击、韧性强的高碳钢型材为材料，用车床、铣床、镗床、磨床加工制造。伞形齿轮、堵塞采用耐热、耐磨、耐冲击、韧性强的合金铸钢精密铸造后用车床、铣床、磨床加工制造。且保证以上各种材料的热膨胀系数一致。以植物、动物、矿物质等可燃油料为燃料，采用高压电弧放电点火，电控喷气，润滑油强制循环散热器冷却的形式。发明内容机械制造领域，尤其是涉及原动力机械一一热机中内燃发动机部分的活塞式发动机的生产制造和使用领域。

Claims (10)

1、一种内燃机能量转化方法，是采用转子内燃机将燃油燃烧产生的热能转化成驱动输出轴旋转的机械能，其特征在于利用内外相切相对套装滑配封闭的外圆筒和内圆筒之间的间隔封闭空间为工作空间；外圆筒和内圆筒其中一个的切面处通过配置轴向延伸的弹性密封机构对相切面进行动态密封，没有配置弹性密封机构的另一个圆筒通过配装轴向延伸的密封活塞对两圆筒之间的工作空间进行动态分隔，并对其中空气进行压缩或让点燃的混合气推动密封活塞做功；利用一组一动一静相对旋转的上述外圆筒和内圆筒进行吸气压缩，利用共用前组内圆筒作为外圆筒的另一组外圆筒和内圆筒的一动一静相对旋转进行混合气点燃膨胀做功和排气，由旋转圆筒通过传动机构驱动输出轴旋转进行能量转化，利用左右对称的两套上述装置共同驱动同一个输出轴来提高能量转化能力。

2、根据权利要求1所述内燃机能量转化方法，其特征在于利用旋转圆筒通过可操控变速传动机构驱动输出轴来简化变速度功能；利用兼做内外圆筒的圆筒内切面和外切面配装弹性密封机构作为定子，利用其它两个圆筒中的最外圆筒内切面和最内圆筒外切面配装弹性密封机构作为转子。

3、用于实施权利要求1所述方法的节能高效高速转子发动机，其特征在于包括通过法兰及螺栓紧固件固装在一起的左右两半个基部敞口的圆桶形外缸体，圆桶形外缸体底面中部制有向基部延伸的偏心圆缸筒；两个圆桶形外缸体各自配有一个与其基部内周通过斜平面紧密滑配、端面与偏心圆缸筒内端紧密滑配的圆盘形内转子，圆盘形内转子端面制有与偏心圆缸筒外周壁相切滑配、与圆桶形外缸体底面紧密滑配的正心外动圆环筒，圆盘形内转子端面还制有与偏心圆缸筒内周壁相切滑配、与圆桶形外缸体底面紧密滑配的正心内动圆环筒；偏心圆缸筒外切面上制有轴向堵塞槽，轴向堵塞槽内配装有顶部与正心外动圆环筒内周密封滑配的弹性密封机构，偏心圆缸筒内切面上制有轴向堵塞槽，轴向堵塞槽内配装有顶部与正心内动圆环筒外周密封滑配的弹性密封机构；正心外动圆环筒内周制有轴向活塞槽，轴向活塞槽配装有与偏心圆缸筒外周密封弹性滑配的进气压缩密封活塞，正心内动圆环筒外周制有轴向活塞槽，轴向活塞槽配装有与偏心圆缸筒内周密封弹性滑配的做功排气密封活塞；所述进气压缩密封活塞与做功排气密封活塞方向相同，并且同在一条直线上；圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心外动圆环筒切面前方的底面上制有进气口，圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒切面后方的底面上制有排气口，偏心圆缸筒制有联通其内外周的导气道，圆桶形外缸体在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒的切面前方底面上有安装有喷油嘴或者火花塞的燃烧坑；圆盘形内转子底面制有多道同心圆式伞形齿圈，伞形齿圈通过变速传动机构连接配装在两圆桶形外缸体中间的输出轴。

4、根据权利要求3所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述弹性密封机构包括两个相对滑配的弧面三角形密封块，外弧面三角形密封块的直侧壁与轴向堵塞槽一边侧壁相滑配，该外弧面三角形密封块斜侧壁与内弧面三角形密封块的斜侧壁相滑配；内弧面三角形密封块的直侧壁与轴向堵塞槽另一边侧壁相滑配，该内弧面三角形密封块的弧面上还制有径向盲孔，该径向盲孔与轴向堵塞槽底之间配装有支撑弹簧；所述密封活塞包括一个两侧与轴向活塞槽滑配、厚度大于行程，有弧形端面的密封条，密封条与轴向活塞槽之间由弹性支撑机构支撑。

5、根据权利要求4所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述弹性支撑机构包括密封条底面制有的弧面凹坑，和端面与封条底面一侧相配合，底面与轴向活塞槽底相配合、直腰面与轴向活塞槽一侧壁相滑配的直角梯形密封片，直角梯形密封片的斜腰面与另一个三角形密封片的斜相滑配，该三角形密封片的端面与直角梯形密封片的端面共同与密封条底面相配合，该三角形密封片的直面与轴向活塞槽另一侧壁相滑配；直角梯形密封片底面制有轴向盲孔，该轴向盲孔与轴向活塞槽底面之间配装有支撑弹簧。

6、根据权利要求5所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述正心外动圆环筒的轴向活塞槽壁向圆桶形外缸体内周延伸，正心内动圆环筒的轴向活塞槽壁向内延伸；圆桶形外缸体与正心外动圆环筒之间为润滑油仓，圆桶形外缸体的端面上制有与正心内动圆环筒端面相对应的联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间的圆环形润滑油槽，圆桶形外缸体在环形润滑油槽处的端面上制有通过润滑油通道和单向阀联通润滑油仓的润滑油口，圆盘形内转子上制有联通正心内动圆环筒轴向活塞槽支撑弹簧空间与伞形齿圈面中心的中心润滑通孔，输出轴两端处与润滑油仓之间还有两头润滑油通道。

7、根据权利要求3所述节能高效高速转子发动机，其特征在于偏心圆缸筒制有联通其内外周的导气道是偏心圆缸筒在燃烧坑一侧制有弧形通气道，偏心圆缸筒在其内外相切滑配面附近的端面上分别制有一个联通弧形通气道两端的进气孔和出气孔：圆盘形内转子在偏心圆缸筒与正心外动圆环筒之间的外端面上，圆盘形内转子在偏心圆缸筒与正心内动圆环筒之间的内端面上分别制有与圆桶形外缸体底面进气口和排气口对称分布的联通上述进气孔的进气坑和联通上述出气孔的出气坑。

8、根据权利要求3或4或5或6或7所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述变速传动机构是两个圆桶形外缸体之间通过轴承配装与输出端相对的另一部分制有盲孔的空心输出轴，空心输出轴周向滑配有上下两组与两侧圆盘形内转子底面的多道同心圆式伞形齿圈的上下两部分相啮合的伞形齿轮，与制有盲孔的一半空心输出轴相配的一组伞形齿轮及另一组最内一个伞形齿轮内周制有轴向凹槽，空心输出轴制有与伞形齿轮内周轴向凹槽相对应的外周贯通轴心的轴向通孔，空心输出轴内套装有与空心轴轴向滑配的连杆，连杆内端一侧配装有与一个伞形齿轮内周轴向凹槽相配合的卡齿，连杆外端通过周向滑配连接支撑机构固装有操纵柄。

9、根据权利要求8所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述伞形齿轮内周的轴向凹槽为梯形，卡齿外端也为与之配合的梯形；连杆内端一侧制有连杆凹槽，梯形卡齿以径向滑配的形式配装在连杆凹槽内，梯形卡齿底面与连杆凹槽底部之间配装有支撑弹簧；所有伞形齿轮都是伞面朝外的与输出轴轴向滑配的外向式伞形齿轮，每组的相邻伞形齿轮之间都配装有滚珠或轴承，上下两组之间配装有支撑弹簧。

10、根据权利要求8所述节能高效高速转子发动机，其特征在于所述周向滑配连接支撑机构包括连杆外端制有的丝杆头，通过螺帽和卡销固装在丝杆头上的外轴承套，通过滚珠配装在外轴承套上的中心轴承体，中心轴承体通过其垂直轴线的丝孔配装下端带丝杆的操纵柄，或者丝杆头通过螺帽和卡销固装里轴承套，里轴承套通过其垂直轴线的丝孔配装下端带丝杆的操纵柄；圆桶形外缸体在连杆一端固装带轴向操纵柄槽口的套管式连接连杆座。

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