CN102322338A - 双转子旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

一种双转子旋转活塞发动机，属于内燃机。汽缸为环形气缸，由a转子与b转子形成的双转子机构在环形气缸内做同向换步旋转，并由动力输出模块将换步旋转转换为连续旋转并输出。发动机每个转子包含一个转子盘和两个扇形活塞。四个活塞将环形气缸动态分割为4个密闭空间。每个转子旋转180°即可完成吸气，压缩，做功，排气四个冲程。换步旋转由换步系统实现。可燃气体通过常开的进气口吸入，环形气缸壁上设有多个进气口，进气量可根据需要实时控制。废气通过常开的排气口排出。由正圆的转子盘直接产生旋转力，做功受力点沿转子盘切线方向，功率大，运转平稳，振动小。

Description

双转子旋转活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种双转子旋转活塞发动机，属于内燃机。

技术背景

一、传统的四冲程往复式活塞发动机，技术比较成熟，也是目前主流的发动机。但是往复式发动机由于自身特征，有不足之处。

1、往复式活塞发动机在工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构，活塞做功方向与连杆夹角越小有效做功越小。活塞做功方向与连杆夹角为0°时，产生做功死点。活塞做功不能十分有效的转换为扭矩。

2、往复式活塞发动机必须配备复杂的配气机构，功耗大，噪音大。

3、往复式活塞发动机活塞往复运动，活塞惯性难以消除，震动大。

4、往复式活塞发动机气缸容积恒定，进气量、压缩比不能得到有效控制。

5、往复式活塞发动机每旋转两圈，做功一次，马力容积率较小。

二、三角转子发动机与往复式活塞发动机相比，具有较高马力容积比的优点。没有复杂的配气机构，故障的可能性也大大减小。但是还有以下的不足。

1、由于三角转子引擎的相邻容腔间只有一个径向密封片，径向密封片与缸体始终是线接触，并且径向密封片上与缸体接触的位置始终在变化，因此三个燃烧室非完全隔离(密封)，径向密封片磨损快。引擎使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题，大幅增加油耗与污染。其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修。

2、三角转子发动机在做功时，由于转子形状和位置，存在一定的反冲角，从而耗能大。

3、三角转子发动机气缸容积恒定，进气量、压缩比不能得到有效控制。

三、本发明的优点

为了克服上述往复式活塞发动机和三角转子发动机的缺点，本发明提供一种双转子旋转活塞发动机。与一般发动机的原理相同，具备吸气、压缩、做功、排气等四冲程工作循环，但由于特殊的设计结构。具备了一下优点。

1、本发明的双转子旋转活塞发动机将活塞连杆曲轴等部件直线往返运动产生旋转动力改用由双正圆转子直接产生旋转动力，做功受力点沿转子盘切线方向，无扭矩死点。它的动力消耗少，活动部件少。联接紧凑，传动布置合理、噪音低，功率大。

2、本发明的双转子旋转活塞发动机将吸气、压缩和做功、排气在汽缸内动态分配完成，突破了往复式发动机吸、压、爆、排在一缸做功的模式，又摆脱了三角转子发动机的框架，也解决了转子发动机的成本高、油耗大，维修难，零部件制作难度高等弊端。

3、本发明的双转子旋转活塞发动机每旋转180°，便做一次功，同时完成吸气，压缩，排气的冲程。因此升功率大。

4、本发明的双转子旋转活塞发动机减去了往复式发动机复杂的配气机构，没有了进气门、排气门的弹簧力消耗的功率。

5、本发明的双转子旋转活塞发动机设有常开的进气门与排气门，进气充分，排气干净。发动机在任何时候都能进气、排气，所以没有骤然激增现象，故有自身消音效果。

6、本发明的双转子旋转活塞发动机设有多个进气门，可以根据不同的进气门的打开与关闭，实时控制进气量，从而获得不同的压缩比。

7、本发明的双转子旋转活塞发动机可按照并联结构型式使用，互相单独工作，可实现发动机部分停缸，和发动机内部废气再循环。

8、本发明的双转子旋转活塞发动机整体积小、重量轻、寿命长。发动机可以采用往复式发动机的材质即能达到设计和使用要求。发动机所采取的油路系统、电路系统、冷却系统与现有往复式发动机等同。日后可根据具体要求设计新型油电系统。发动机的结构简单，制造工艺更加方便。运转平稳。体积小、重轻、功率大、振动噪音小，易降温，适合汽车、轮船、小型飞机等各种交通运输工具动力。

发明内容

本发明的一种双转子旋转活塞发动机，其气缸为环形，在环形气缸壁上设有常开的排气口与若干进气口，双转子在环形气缸内换步旋转，每个转子旋转过180°便做一次功，在做功的同时完成排气、吸气、压缩3个冲程。在做功时，燃气直接推动转子旋转运动，做功受力点沿转子盘切线方向，没有曲轴连杆等往复机构。

附图说明

图1是a缸盖(1)的不同视图。

其中，

图2是b缸盖(2)的不同视图。

其中，

图3是a转子盘(3)的不同视图。

其中，

图4是b转子盘(4)的不同视图

其中，

图5是a1活塞(5)的不同视图

其中，

图6是a轴(9)的不同视图

其中，

图7是b轴(10)的不同视图

其中，

图8是a1扇轮(11)的不同视图

其中，

图9是输出模块(15)的不同视图

其中，

图10是气门座(16)的不同视图

其中，

图11是齿轮盖(17)的不同视图

其中，

图12是a冷却液壳(18)、b冷却液壳(19)、电磁气门(20)

其中，

图13是发动机主要部件的爆炸图

其中，

图14是发动机前视图与A-A剖面图。

其中，

图15是发动机转子工作过程图。

视图均为发动机后视图，为了便于观察，隐藏了b缸盖(2)与b冷却液壳(19)。

其中，(a)是做功开始图；    (b)是做功过程图；    (c)是做功结束图；

      (d)是联动过程图；    (e)是联动结束图。

图16是气门工作图

其中，(a)是气门关闭状态；  (b)是气门打开状态。

图17换步系统做功开始图

为了便于观察，图中仅显示a转子、b转子、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)，其他部件均隐藏。

其中，(a)是换步系统前视图；  (b)是换步系统等轴测图。

图18换步系统做功过程图

为了便于观察，图中仅显示a转子、b转子、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)，其他部件均隐藏。

其中，(a)是换步系统前视图；  (b)是换步系统等轴测图。

图19换步系统做功完成图

为了便于观察，图中仅显示a转子、b转子、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)，其他部件均隐藏。

其中，(a)是换步系统前视图；  (b)是换步系统等轴测图。

图20换步系统联动过程图

为了便于观察，图中仅显示a转子、b转子、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)，其他部件均隐藏。

其中，(a)是换步系统前视图；  (b)是换步系统等轴测图。

图21换步系统联动结束图

为了便于观察，图中仅显示a转子、b转子、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)，其他部件均隐藏。

其中，(a)是换步系统前视图；  (b)是换步系统等轴测图。

图22输出系统双半齿轮啮合图

其中，(a)是输出系统与a轴(9)、b轴(10)等轴测图；(b)是双半齿轮(15.1)与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)放大图。

为了便于观察，(b)图中仅显示双半齿轮(15.1)、a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)

图23润滑系统

其中，7-b1活塞；8-b2活塞；7.6-b1活塞润滑油道；8.6-b2活塞润滑油道。

图24密封系统

其中，26-密封环1；27-密封环2；28-密封环3；29-密封环4；30-密封环5；

      31-密封环6。

图25冷却系统

其中，1.7-冷却液通过孔；2.4-冷却液通过孔。

具体实施方式

一、主要部件介绍

1、a缸盖(1)

图1是a缸盖(1)的不同视图。从“e图”可以看出，a缸盖(1)上最外面一圈圆孔为螺栓孔(1.6)；接近螺栓孔有一圈圆角弧形孔，这些孔是冷却液通过孔(1.7)；还有1个火花塞安装孔(1.1)；一个排气孔(1.4)；5个进气孔(1.3)；4个圆形的扇轮轴安装盲孔(1.5)；中间最大的1个孔是a轴通过孔(1.2)，在此位置安装a轴(9)轴承或者轴瓦；从“d图”我们可以看到，在接近气缸内壁的位置有两道圆形凹槽，这两个圆形凹槽是两道密封环安装槽(1.8)。从图上可以看出，进气孔(1.3)与排气孔(1.4)均为栅格化设计，以避免对活塞环的不均匀摩擦。

2、b缸盖(2)

图2是b缸盖(2)的不同视图。从“e图”可以看出，b缸盖(2)上最外面一圈圆孔为螺栓孔(2.5)；接近螺栓孔有一圈圆角弧形孔，这些孔是冷却液通过孔(2.4)；主体部分为环形气缸，能看见的是环形缸体内壁(2.3)；在接近气缸内壁的位置有两道圆形凹槽，这两个圆形凹槽是两个密封环安装槽(2.2)；中间的盲孔为b轴安装盲孔(2.1)，在此位置安装b轴(10)轴承或者轴瓦。

3、a转子盘(3)

图3是a转子盘(3)的不同视图，从“a图”可以看出，a转子盘(3)是一个圆盘。从“e图”可以看到，中间设有a轴安装孔(3.4)；转子盘的外边缘为弧形；a转子盘(3)上相对180°设有a1活塞柄安装盲孔(3.1)和a2活塞柄安装盲孔(3.5)；背面设有一道圆形密封环安装槽(3.2)；背面设有润滑油槽a(3.3)，正面设有润滑油槽b(3.8)；a1活塞润滑油道(3.6)与润滑油槽a(3.3)、润滑油槽b(3.8)相互连通，a2活塞润滑油道(3.7)与润滑油槽a(3.3)、润滑油槽b(3.8)相互连通。

4、b转子盘(4)

图4是b转子盘(4)的不同视图，从“a图”可以看出，b转子盘(4)是一个圆盘。从“e图”可以看到，中间设有b轴安装孔(4.5)，b转子盘(4)的外边缘为弧形。b转子盘(4)上相对180°设有b1活塞柄安装盲孔(4.1)和b2活塞柄安装盲孔(4.4)；正面设有一道圆形密封环安装槽(4.2)；正面设有润滑油槽a(4.3)，背面设有润滑油槽b(4.8)；b2活塞润滑油道(4.6)与润滑油槽a(4.3)、润滑油槽b(4.8)相互连通，b1活塞润滑油道(4.7)与润滑油槽a(4.3)、润滑油槽b(4.8)相互连通。

5、a1活塞(5)

图5是a1活塞(5)的不同视图，从“f图”我们可以看出，a1活塞体(5.1)为一个弯曲的弧形活塞，活塞中间有活塞柄(5.2)，活塞中间表面有润滑油孔(5.3)，活塞的两侧设有环形的活塞环安装槽(5.4)；从“e图”我们可以看出，活塞柄上设有一个活塞总润滑油道(5.5)，在活塞的中间分成了4个分支的润滑油道(5.6)，分别到达活塞的表面，因此活塞中间表面有4个润滑孔(5.3)

a1活塞(5)、a2活塞(6)、b1活塞(7)、b2活塞(8)，四个活塞的结构完全相同，a1活塞(5)、a2活塞(6)安装于a转子盘(3)，b1活塞(7)、b2活塞(8)安装于b转子盘(4)。

a2活塞的零件编号为(6)，a2活塞的结构编号为：6.1-活塞体；6.2-活塞柄；6.3-润滑油孔；6.4-活塞环安装槽；6.5-活塞总润滑油道；6.6-润滑油道。

b1活塞的零件编号为(7)，b2活塞的结构编号为：7.1-活塞体；7.2-活塞柄；7.3-润滑油孔；7.4-活塞环安装槽；7.5-活塞总润滑油道；7.6-润滑油道。

b2活塞的零件编号为(8)，b2活塞的结构编号为：8.1-活塞体；8.2-活塞柄；8.3-润滑油孔；8.4-活塞环安装槽；8.5-活塞总润滑油道；8.6-润滑油道。

6、a轴(9)

如图6所示，从“f图”我们可以看出，一个空心管构成a轴轴体(9.1)；一端有a轴齿轮(9.2)；与a轴齿轮(9.2)紧挨的便是a轴斧轮(9.3)，a轴斧轮(9.3)是一个有一定厚度的圆盘，从“a图”我们可以看出，相隔180°对置有两个圆弧形缺口；a轴(9)另一端是a转子盘连接装置(9.4)。

7、b轴(10)

如图7所示，从“f图”我们可以看出，一个实心圆柱构成了b轴轴体(10.1)，一端有b轴齿轮(10.2)，b轴齿轮(10.2)与a轴齿轮(9.2)的模数相同，基圆半径相同，齿根圆半径相同，齿顶圆半径相同；与b轴齿轮(10.2)紧挨的便是b轴斧轮(10.3)，b轴斧轮(10.3)是一个有一定厚度的圆盘，从“a图”我们可以看出，相隔180°对置有两个圆弧形缺口。b轴斧轮(10.3)与a轴斧轮(9.3)结构相同；b轴(10)另一端是b转子盘连接装置(10.4)。

8、a1扇轮(11)

如图8所示，从“f图”我们可以看出，a1扇轮(11)由扇轮轴(11.1)、扇轮齿轮(11.2)、扇形凸轮(11.3)组成。扇轮轴(11.1)为一实心圆柱，在扇轮轴(11.1)接近两端的位置分别设有扇轮齿轮(11.2)与扇形凸轮(11.3)；扇轮齿轮(11.2)模数与a轴齿轮(9.2)相同，扇轮齿轮(11.2)的基圆半径是a轴齿轮(9.2)基圆半径的一半，扇轮齿轮(11.2)与a轴齿轮(9.2)啮合同时动作。其旋转角速度是a轴齿轮(9.2)旋转角速度的2倍；扇形凸轮(11.3)为一个扇形，其厚度与b轴斧轮(10.3)厚度相等，外边缘弧形与b轴斧轮(10.3)边缘的缺口圆弧相等。

a2扇轮零件编号为(12)，结构编号为：12.1-扇轮轴；12.2-扇轮齿轮；12.3-扇形凸轮。

b1扇轮零件编号为(13)，结构编号为：13.1-扇轮轴；13.2-扇轮齿轮；13.3-扇形凸轮。

b2扇轮零件编号为(14)，结构编号为：14.1-扇轮轴；14.2-扇轮齿轮；14.3-扇形凸轮。

a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)四个扇轮，结构完全相同，安装方式有所不同，a1扇轮(11)、a2扇轮(12)为一组，b1扇轮(13)、b2扇轮(14)为另一组。

a1扇轮齿轮(11.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，工作时a1扇形凸轮(11.3)与b轴斧轮(10.3)配合。

a2扇轮齿轮(12.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，工作时a2扇形凸轮(12.3)与b轴斧轮(10.3)配合。

b1扇轮齿轮(13.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，工作时b1扇形凸轮(13.3)与a轴斧轮(9.3)配合。

b2扇轮齿轮(14.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，工作时b2扇形凸轮(14.3)与a轴斧轮(9.3)配合。

9、动力输出模块(15)

如图9所示即为动力输出模块(15)的几个不同视图。从“d图”中我们可以看出，动力输出模块(15)包含有以下几个主要部件：双半齿轮(15.1)、飞轮(15.2)、输出轴(15.3)、皮带轮(15.4)。输出轴(15.3)为一个圆柱形；飞轮(15.2)与普通发动机飞轮相似，为一个圆盘；皮带轮(15.4)为普通皮带轮，图中设定为皮带轮，也可以根据需要设定为齿轮等；如“e图”所示，为双半齿轮(15.1)放大图，从图上可以看出，整个齿轮从齿轮圆面分为4个扇形区域，a区，b区，c区，d区。a区180°-θ°，b区θ°，c区180°-θ°，d区θ°。a区前半部分无轮齿，仅保留到齿轮的齿根圆部分，b区为正常齿轮，前后两部分均有轮齿，c区后半部分无轮齿，仅保留到齿轮的齿根圆部分，d区为正常齿轮，前后两部分均有轮齿。

10、气门座(16)

如图10所示，为气门座(16)的几个不同视图。从“d图”可以看出，气门座(16)包含5个进气门座孔(16.4)，一个排气孔(16.5)，4个扇轮轴通过孔(16.1)，一个a轴通过孔(16.2)，还有若干螺栓孔(16.3)组成。进气门座孔(16.4)设斜角，与气门配合密封。

11、齿轮盖(17)

如图11所示，即为齿轮盖(17)的几个不同视图。从“e图”我们可以看出，齿轮盖中间部分设有一盲孔，此盲孔为b轴安装盲孔(17.6)，可用来安装b轴轴承或者轴瓦；靠近中间还设有4个小一点的盲孔，此盲孔为扇轮轴安装盲孔(17.3)，安装扇轮轴轴承或者轴瓦；中间靠近一侧的孔为输出轴通过孔(17.4)；靠近下面的为排气孔(17.5)，一个圆弧状进气歧管(17.2)，总进气口(17.7)与进气歧管(17.2)壁相连通，在进气歧管(17.2)上设有5个电磁气门安装孔(17.1)。其他小孔均为螺栓孔(17.8)。

12、其他部件

如图12所示，有a冷却液壳、b冷却液壳、电磁气门。

图18是a冷却液壳(18)；图19是b冷却液壳(19)；图20是电磁气门(20)。

由于本发动机气门开合频率较低，只有在获得不同压缩比的情况下才根据需要开合不同气门，所以气门采用电磁气门。“b图”是电磁气门(20)的A-A剖面图。电磁气门包括：驱动弹簧(20.1)；关闭磁铁(20.2)；电枢(20.3)；开启磁铁(20.4)；气门弹簧(20.5)；气门(20.6)。

二、各系统及工作方式

由于切割导致部分部件不可见，可参看图13

如图14所示。发动机主要包含的部件及功能部件有：a缸盖(1)、b缸盖(2)、a转子盘(3)、b转子盘(4)、a1活塞(5)、a2活塞(6)、b1活塞(7)、b2活塞(8)、a轴(9)、b轴(10)、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、输出模块(15)、齿轮壳(16)、气门座(17)、a冷却液壳(18)、b冷却液壳(19)、电磁气门(20)、火花塞(21)、轴承1(22)、轴承2(23)、轴承3(24)、轴承4(25)、密封环1(26)、密封环2(27)、密封环3(28)、密封环4(29)、密封环5(30)、密封环6(31)还有紧固件等。

1、气缸

如图14所示，由a缸盖(1)、b缸盖(2)、a转子盘(3)、b转子盘(4)通过螺栓，密封圈，共同组成一个密闭的环形隧道气缸。

2、运动系统

运动系统由两个转子组成，一个是由a转子盘(3)、a1活塞(5)、a2活塞(6)、a轴(9)组成的a转子；一个是由b转子盘(4)、b1活塞(7)、b2活塞(8)、b轴(10)组成的b转子。四个活塞与两个转子盘在气缸内旋转，动力通过a轴(9)与b轴(10)传递出气缸外。

3、工作过程

图15为活塞在气缸内的工作过程。(其活塞的换步旋转的实现方法在下面的换步系统详细阐述，双转子联动的实现方法在下面的动力输出中详细阐述。)

1)做功开始，如图15的“a图”，b1活塞(7)与b2活塞(8)所在的b转子旋转被换步系统锁定，不能自由转动，a1活塞(5)与a2活塞(6)所在的a转子可以自由转动。a1活塞(5)与b1活塞(7)之间为经过压缩后的混合气体，此时火花塞点火，膨胀气体推动a1活塞(5)带动a转子开始旋转，从而进入做功过程。

2)做功过程，如图15的“b图”，由于b1活塞(7)位置锁定，在燃烧气体的推动下，a1活塞(5)开始旋转做功；由于b2活塞(8)位置锁定，a1活塞(5)在旋转过程中压缩b2活塞(8)与a1活塞(5)之间的气体，从而迫使气体从常开的排气孔排出；由于b2活塞(8)位置锁定，在a2活塞(6)旋转时，b2活塞(8)与a2活塞(6)间产生负压，从而从进气口吸入混合气体。由于有多个进气孔，通过不同气门的打开与关闭，改变了吸气行程，从而可获得不同的气体吸入量；由于b1活塞(7)位置锁定，a2活塞(6)旋转时，便进行压缩b1活塞(7)与a2活塞(6)之间的混合气体。此过程发动机在进行做功的同时在做排气、吸气、压缩的过程。

3)做功完成，如图15“c图”，在a转子到达此位置时，也就是a转子旋转过了180°-θ°，便完成了做功过程，同时也完成了排气、吸气、压缩的4个冲程。此时换步系统解除对b转子的旋转锁定，a转子和b转子均可自由旋转。

4)联动过程，如图15“d图”，由于a转子和b转子均可自由旋转，a转子与b转子在双半齿轮的驱动下开始联动旋转，。

5)联动结束，如图15“e图”，当a转子与b转子联动旋转到此位置时，也就是当a转子与b转子一同旋转过θ°后，联动结束。此时a转子旋转被换步系统锁定。联动的结束即是做功的开始，此时a转子锁定，b转子开始做功，火花塞点火，b转子做功过程和a转子类似：在a转子旋转锁定的情况下，b转子完成做工后，a转子锁定解除，a转子与b转子在双半齿轮的驱动下一同联动旋转，当b转子旋转被再次锁定，火花塞点火，a转子开始做功，进入下一个循环。

6)如图15“联动结束”图所示，在联动结束时，包括联动结束做功开始、做功结束联动开始、联动过程，a2活塞(6)中心线与b1活塞(7)中心线的夹角均为θ°，a1活塞(5)中心线与b2活塞(8)中心线的夹角也为θ°此θ°角为活塞之间的最小夹角，类似往复式活塞发动机的上止点。

7)如图16所示，气门上升，与气门座紧密配合，便实现了进气门的关闭；气门下降，便实现了进气门的打开。每一时刻可以有一个气门打开，也可以有若干气门同时打开，根据发动机的工况实时调整。

4、换步系统

换步系统主要由a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)组成，并且要与a转子、b转子、动力输出模块(15)来共同来实现换步功能。(其双转子联动的实现方法在下面的动力输出中详细阐述。)

1)做功开始

如图17所示。(为了便于观察，此图仅显示a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、a转子、b转子)做功开始时，a1扇形凸轮(11.3)进入b轴斧轮(10.3)的一个扇形缺口，同时a2扇形凸轮(12.3)进入b轴斧轮(10.3)的另一个扇形缺口，此时b转子的旋转被锁定，无法自由旋转；而b1扇形凸轮(13.3)与b2扇形凸轮(14.3)均未进入a轴斧轮(9.3)的缺口，故a转子可以自由旋转。由于b1扇轮齿轮(13.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，b2扇轮齿轮(14.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，此时b轴齿轮(10.2)停止转动，故b1扇轮(13)与b2扇轮(14)也同步停止转动。

2)做功过程

如图18所示。(为了便于观察，此图仅显示a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、a转子、b转子)a转子继续旋转，由于a1扇轮齿轮(11.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，a2扇轮齿轮(12.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，在a转子的驱动下同步旋转，此时，a1扇形凸轮(11.3)依旧处于b轴斧轮(10.3)的缺口内，a2扇形凸轮(12.3)也仍旧处于b轴斧轮(10.3)的另一缺口内，故b转子旋转依旧被锁定，所以便实现了在做功过程中，仅有a转子可以自由旋转，b转子的固定不动。

3)做功结束

如图19所示。(为了便于观察，此图仅显示a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、a转子、b转子)当a转子旋转到此位置时，做功结束。如图所示，a1扇形凸轮(11.3)此时正好旋转出了b轴斧轮(10.3)的弧形缺口，a2扇形凸轮(12.3)此时也正好旋转出了b轴斧轮(10.3)的另一弧形缺口。所以b转子的旋转锁定状态解除。

4)联动过程

如图20所示。(为了便于观察，此图仅显示a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、a转子、b转子)由于a转子与b转子均处于自由旋转状态，由于动力输出模块上的双半齿轮(15.1)与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)同时啮合，在双半齿轮(15.1)的驱动下，a转子与b转子同时旋转过θ°，此时a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)分别在a轴齿轮(9.2)与b轴齿轮(10.2)的驱动下同步旋转过2θ°。

5)联动结束

如图21所示。(为了便于观察，此图仅显示a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、a转子、b转子)在b1扇形凸轮(13.3)转过2θ°时，刚好进入到了a轴斧轮(9.3)的扇形缺口，在b2扇形凸轮(14.3)转过2θ°时，也刚好进入到了a轴斧轮(9.3)的另一个扇形缺口，此时a转子旋转便被锁定。开始进入b转子做功过程，b转子做功过程与a转子类似，当b转子独自旋转过180°-θ°时，a转子的旋转锁定解除，a转子与b转子开始联动，当a转子与b转子同步旋转过θ°时，b转子再次被旋转锁定，联动结束，进入a转子做功过程，火花塞点火，进入下一个循环。

5、动力输出

如图22中“b图”所示即为动力输出模块的双半齿轮(15.1)与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)的啮合关系。双半齿轮(15.1)的a区有齿的后半部分齿轮仅与a轴齿轮(9.2)啮合；双半齿轮(15.1)的b区同时与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(9.2)啮合；双半齿轮(15.1)的c区有齿的前半部分齿轮仅与b轴齿轮(10.2)啮合；双半齿轮(15.1)的d区同时与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)啮合。在b转子锁定，a转子做功时，a轴齿轮(9.2)通过与双半齿轮(15.1)a区的啮合驱动双半齿轮(15.1)旋转过180°-θ°，此时进入联动阶段，在飞轮(15.2)存储的能量驱动下，双半齿轮(15.1)b区齿轮通过与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)的同时啮合从而驱动a转子、b转子同时旋转过θ°，此时进入下一个做功阶段，a转子旋转被锁定，b转子做功时，b轴齿轮(10.2)通过与双半齿轮(15.1)c区的啮合驱动双半齿轮(15.1)旋转过180°-θ°，此时进入联动阶段，在飞轮(15.2)存储的能量驱动下，双半齿轮(15.1)d区齿轮通过与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)的同时啮合从而驱动a转子、b转子同时旋转过θ°，此时b转子再次被锁定，a转子开始做功，进入下一个循环。

动力输出模块(15)一方面通过双半齿轮(15.1)将换步旋转转换为连续旋转，另一方面利用飞轮(15.2)存储的能量，通过双半齿轮(15.1)驱动a转子、b转子来完成联动动作。

6、润滑系统

图23为发动机的主要部件润滑系统。图中灰色区域均为润滑油，发动机的运动机构包括a转子、b转子、换步系统、动力输出模块(15)的部分结构等均在处于润滑液中，来实现运动部件的润滑。a转子盘(3)和b转子盘(4)其上设置的润滑油道，润滑油道的一端与活塞柄上的润滑油道接通，活塞上也设有润滑油道直达活塞表面，形成润滑油孔。活塞表面的润滑油孔在旋转过程中，利用离心力将润滑油通过润滑油道抽取至活塞表面，实现活塞表面与气缸内壁之间的润滑。

7、密封系统

如图24所示，为发动机的主要密封系统。活塞上安装有4道活塞环用以与汽缸壁之间的密封，与现有往复式发动机活塞密封类似。图中显示的是a转子盘与a缸盖、a转子盘与b转子盘、b转子盘与b缸盖之间的密封。密封环1(26)与密封环2(27)安装于b缸盖的密封环槽(2.2)中，在b转子盘(4)装入后，与b转子盘(4)密封凸环配合从而形成气缸的一侧密封；密封环3(28)与密封环4(29)安装于a缸盖的密封环槽(1.8)中，在a转子盘(3)装入后，与a转子盘(3)的密封凸环配合形成气缸的另一侧密封；密封环5(30)安装于a转子盘密封环槽(3.2)，密封环6(31)安装于b转子盘密封环槽(4.2)，在a转子盘与b转子盘都安装于气缸内后，在a转子盘与b转子盘之间形成两道中间密封。

8、冷却系统

如图25所示，图中灰色区域为冷却液，冷却液在a冷却液壳(18)、a缸盖(1)、b缸盖(2)、b冷却液壳(19)形成的空间内流动，为汽缸壁冷却降温。B冷却液壳(19)有一个冷却液循环入口和冷却液循环出口。

冷却可以如图所示的液冷式，也可以采用风冷式，如果为风冷式，则没有了a冷却液壳与b冷却液壳，相应在a缸盖(1)、b缸盖(2)外壁上设置散热片即可。

9、并联的应用

本发动机在空间布置需要或者功率需要的情况下，可采用并联式，每个环形气缸独立工作，可在需要的情况下选择某个发动机停缸，停缸的发动机所有进气门同时打开。

本发明结构简单，部件多为圆形，环形的规则结构，易加工。升功率大，使用范围广泛，可以用于汽车、飞行器、坦克、船舶等领域。

Claims (10)

1.一种双转子旋转活塞发动机，主要由a缸盖(1)、b缸盖(2)、a转子盘(3)、b转子盘(4)、a1活塞(5)、a2活塞(6)、b1活塞(7)、b2活塞(8)、a轴(9)、b轴(10)、a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)、动力输出模块(15)、气门座(16)、齿轮壳(17)、a冷却液壳(18)、b冷却液壳(19)、电磁气门(20)、火花塞(21)、轴承1(22)、轴承2(23)、轴承3(24)、轴承4(25)、密封环1(26)、密封环2(27)、密封环3(28)、密封环4(29)、密封环5(30)、密封环6(31)、紧固件等组成，其特征是：气缸腔体为圆环形，圆环型气缸由a缸盖(1)、b缸盖(2)、a转子盘(3)、b转子盘(4)、密封件、紧固件组合而成，沿环型气缸壁弧形分布有火花塞安装孔，排气口与若干进气口，a转子与b转子在气缸内换步旋转，其换步旋转由换步系统与a转子、b转子，动力输出模块(15)的共同作用下得以实现。再由动力输出模块(15)将换步旋转转换为连续旋转并输出。

2.如权利要求1的一种双转子旋转活塞发动机，a转子由a转子盘(3)、a1活塞(5)、a2活塞(6)、a轴(9)、组成，其特征是：a转子盘(3)是一个圆盘，中间设有a轴安装孔(3.4)，转子盘的外边缘为弧形，a转子盘(3)上相对180°设有两个活塞柄安装盲孔，a1活塞柄安装盲孔(3.1)和a2活塞柄安装盲孔(3.5)，背面设有一道圆形密封环安装槽(3.2)，背面设有润滑油槽a(3.3)，正面设有润滑油槽b(3.8)，a1活塞润滑油道(3.6)与润滑油槽a(3.3)、润滑油槽b(3.8)相互连通，a2活塞润滑油道(3.7)与润滑油槽a(3.3)、润滑油槽b(3.8)相互连通，a1活塞(5)与a2活塞(6)结构相同，a1活塞体(5.1)为一个弯曲的弧形活塞，活塞中间有活塞柄(5.2)，活塞中间表面有润滑油孔(5.3)，活塞的两侧设有环形的活塞环安装槽(5.4)，活塞柄上设有一个活塞总润滑油道(5.5)，在活塞的中间分成了4个分支的润滑油道(5.6)，分别到达活塞的表面，因此活塞中间表面有4个润滑孔(5.3)，a1活塞柄(5.2)安装在a1活塞柄安装盲孔(3.1)内，a2活塞柄(6.2)安装在a2活塞柄安装盲孔(3.5)内，a轴(9)是空心轴，一端与a转子盘(3)连接共同旋转，一个空心管构成a轴轴体(9.1)，一端有a轴齿轮(9.2)，与a轴齿轮(9.2)紧挨的便是a轴斧轮(9.3)，a轴斧轮(9.3)是一个有一定厚度的圆盘，相隔180°对置有两个圆弧形缺口，形成一个是双面斧的形状，a轴(9)另一端是a转子盘连接装置(9.4)，a轴齿轮(9.2)与a轴斧轮(9.3)均设置在a轴(9)的外表面，对a轴(9)中心的通过性不造成影响。

3.如权利要求1的一种双转子旋转活塞发动机，b转子由b转子盘(4)、b1活塞(7)、b2活塞(8)、b轴(10)组成，其特征是：b转子盘(4)是一个圆盘，中间设有b轴安装孔(4.5)，转子盘的外边缘为弧形，b转子盘(4)上相对180°设有两个活塞柄安装盲孔，b1活塞柄安装盲孔(4.1)和b2活塞柄安装盲孔(4.4)，正面设有一道圆形密封环安装槽(4.2)，正面设有润滑油槽a(4.3)，背面设有润滑油槽b(4.8)，b1活塞润滑油道(4.7)与润滑油槽a(4.3)、润滑油槽b(4.8)相互连通，b2活塞润滑油道(4.6)与润滑油槽a(4.3)、润滑油槽b(4.8)相互连通，b1活塞(7)、b2活塞(8)与a1活塞(5)结构相同，b1活塞活塞柄(7.5)安装在b1活塞柄安装盲孔(4.1)内，b2活塞活塞柄(8.5)安装在b2活塞柄安装盲孔(4.4)内，b轴(10)是实心轴，一端与b转子盘(4)连接共同旋转，一个实心圆柱构成了b轴轴体(10.1)，一端有b轴齿轮(10.2)，b轴齿轮(10.2)与a轴齿轮(9.2)的模数相同，基圆半径相同，齿根圆半径相同，齿顶圆半径相同，与b轴齿轮(10.2)紧挨的便是b轴斧轮(10.3)，b轴斧轮(10.3)是一个有一定厚度的圆盘，相隔180°对置有两个圆弧形缺口，b轴(10)另一端是b转子盘连接装置(10.4)，b轴(10)从a轴(9)中间无接触的穿过。

4.如权利要求1的一种双转子旋转活塞发动机，其特征是：双转子换步旋转，在a转子做功时，b转子旋转被锁定，a转子开始做功时，a1活塞(5)中心弧顶到旋转轴的连线与b1活塞(7)中心弧顶到旋转轴的连线夹角为θ°，火花塞点火，由于b1活塞(7)位置锁定，在燃烧气体的推动下，a1活塞(5)开始旋转做功，由于b2活塞(8)位置锁定，a1活塞(5)在旋转过程中压缩b2活塞(8)与a1活塞(5)之间的气体，从而迫使气体从b2活塞(8)与a1活塞(5)之间常开的排气孔(1.4)排出，由于b2活塞(8)位置锁定，在a2活塞(6)旋转时，b2活塞(8)与a2活塞(6)间产生负压，从而从进气口(1.3)吸入混合气体，由于有多个进气孔，通过不同气门的打开与关闭，改变了吸气行程，从而可获得不同的气体吸入量，由于b1活塞(7)位置锁定，a2活塞(6)旋转时，便进行压缩b1活塞(7)与a2活塞(6)之间的混合气体，此过程发动机在进行做功的同时也在做排气、吸气、压缩的过程，当a转子旋转过180°-θ°时，b1活塞(7)中心弧顶到旋转轴的连线与a2活塞(6)中心弧顶到旋转轴的连线之间的夹角为θ°，a转子完成做功，排气，吸气，压缩四个冲程，此时b转子旋转锁定解除，a转子与b转子同时按a转子的旋转方向同步旋转，开始a转子与b转子联动，当a转子与b转子旋转过θ°时，联动结束，此时a转子旋转被锁定，火花塞点火，b转子开始做功，由于a2活塞(6)位置锁定，在燃烧气体的推动下，b1活塞(7)开始旋转做功，由于a1活塞(5)位置锁定，b1活塞(7)在旋转过程中压缩a2活塞(6)与b1活塞(7)之间的气体，从而迫使气体从位于b1活塞(7)与a2活塞(5)之间常开的排气孔(1.4)排出，由于a1活塞(5)位置锁定，在b2活塞(8)旋转时，b2活塞(8)与a1活塞(5)间产生负压，从而从进气口(1.3)吸入混合气体，由于有多个进气孔，通过不同气门的打开与关闭，改变了吸气行程，从而可获得不同的气体吸入量，由于a2活塞(6)位置锁定，b2活塞(8)旋转时，便进行压缩b2活塞(8)与a2活塞(6)之间的混合气体，此过程发动机在进行做功的同时在做排气、吸气、压缩的过程，当b转子旋转过180°-θ°时，b2活塞(8)中心弧顶到旋转轴的连线与a2活塞(6)中心弧顶到旋转轴的连线之间的夹角为θ°，b转子完成做功，排气，吸气，压缩四个冲程，此时a转子旋转锁定解除，开始a转子与b转子联动，a转子与b转子同时按b转子的旋转方向同步旋转过θ°时，b转子旋转再次被锁定，联动结束，进入下一个循环，除过做功过程以外，其他状态下，两两活塞中心弧顶到旋转轴的连线的夹角锐角为θ°，此θ°角为活塞之间的最小夹角，类似往复式活塞发动机的上止点。

5.如权利要求1的一种双转子旋转活塞发动机，其特征是：进气口(1.3)与排气口(1.4)均为栅格型，进气口(1.3)设有气门，每一时刻可以有一个气门打开，也可以有若干气门同时打开，进气口通过不同气门的关闭与打开获得不同进气量，根据发动机的工况实时调整。

6.如权力要求1的一种双转子旋转活塞发动机，换步系统由a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)组成，其特征是：a1扇轮(11)、a2扇轮(12)、b1扇轮(13)、b2扇轮(14)结构均相同，a1扇轮(11)由扇轮轴(11.1)，扇轮齿轮(11.2)，扇形凸轮(11.3)组成，扇轮轴(11.1)为一根圆柱，扇轮齿轮(11.2)和扇形凸轮(11.3)分别位于扇轮轴(11.1)靠近两端的位置，扇轮齿轮(11.2)模数与a轴齿轮(9.2)模数相等，扇轮齿轮(11.2)基圆直径是a轴齿轮(9.2)基圆直径的1/2，扇形凸轮(11.3)是一个有一定厚度的扇形，扇形直径与a轴斧轮(9.3)圆弧形缺口直径相等，扇形圆心与扇轮轴(11.1)圆心重合。

7.如权力要求1的一种双转子旋转活塞发动机，其双转子换步旋转是由换步系统，双转子，动力输出模块(15)共同完成，其特征是：a1扇轮齿轮(11.2)、a2扇轮齿轮(12.2)分别与a轴齿轮(9.2)啮合，a1扇形凸轮(11.3)、a2扇形凸轮(12.3)与b轴斧轮(10.3)圆弧缺口相配合，b1扇轮齿轮(13.2)、b2扇轮齿轮(14.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，b1扇形凸轮(13.2)、b2扇形凸轮(14.2)与a轴斧轮(9.3)圆弧缺口相配合，a转子做功开始时，a1扇形凸轮(11.3)进入b轴斧轮(10.3)的一个扇形缺口，同时a2扇形凸轮(12.3)进入b轴斧轮(10.3)的另一个扇形缺口，此时b转子的旋转被锁定，无法自由旋转，而b1扇形凸轮(13.3)与b2扇形凸轮(14.3)均未进入a轴斧轮(9.3)的缺口，故a转子可以自由旋转，由于b1扇轮齿轮(13.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，b2扇轮齿轮(14.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，此时b轴齿轮(10.2)停止转动，故b1扇轮(13)与b2扇轮(14)也同步停止转动，a转子继续旋转，由于a1扇轮齿轮(11.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，a2扇轮齿轮(12.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，在a转子的驱动下同步旋转，在a转子转过的角度小于180°-θ°时，a1扇形凸轮(11.3)依旧处于b轴斧轮(10.3)的缺口内，a2扇形凸轮(12.3)也仍旧处于b轴斧轮(10.3)的另一缺口内，故b转子旋转依旧被锁定，所以便实现了在做功过程中，仅有a转子可以自由旋转，b转子的固定不动，当a转子旋转角度等于180°-θ°时，做功结束，a1扇形凸轮(11.3)此时正好旋转出了b轴斧轮(10.3)的弧形缺口，a2扇形凸轮(12.3)此时也正好旋转出了b轴斧轮(10.3)的另一弧形缺口，所以b转子的旋转锁定状态解除，由于a转子与b转子此时均处于自由旋转状态，动力输出模块(15)上的双半齿轮(15.1)与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)同时啮合，在双半齿轮(15.1)的驱动下，a转子与b转子同时旋转过θ°，此时a1扇轮(11)、a2扇轮(12)在a轴齿轮(9.2)的驱动下同步旋转过2θ°，b1扇轮(13)、b2扇轮(14)在b轴齿轮(10.2)的驱动下同步旋转过2θ°，在b1扇形凸轮(13.3)转过2θ°时，刚好进入到了a轴斧轮(9.3)的扇形缺口，在b2扇形凸轮(14.3)转过2θ°时，也刚好进入到了a轴斧轮(9.3)的另一个扇形缺口，此时a转子旋转便被锁定。联动结束，火花塞点火，b转子的做功开始，此时，a1扇形凸轮(11.3)与a2扇形凸轮(12.3)均未进入b轴斧轮(10.3)的缺口，故b转子可以自由旋转，由于a1扇轮齿轮(11.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，a2扇轮齿轮(12.2)与a轴齿轮(9.2)啮合，此时a轴齿轮(9.2)停止转动，故a1扇轮(11)与b2扇轮(12)也同步停止转动，b转子继续旋转，由于b1扇轮齿轮(13.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，b2扇轮齿轮(14.2)与b轴齿轮(10.2)啮合，在b转子的驱动下同步旋转，在b转子转过的角度小于180°-θ°时，b1扇形凸轮(13.3)依旧处于a轴斧轮(9.3)的缺口内，b2扇形凸轮(14.3)也仍旧处于b轴斧轮(9.3)的另一缺口内，故a转子旋转依旧被锁定，所以便实现了在做功过程中，仅有b转子可以自由旋转，a转子的固定不动，当b转子旋转角度等于180°-θ°时，做功结束，b1扇形凸轮(13.3)此时正好旋转出了a轴斧轮(9.3)的弧形缺口，b2扇形凸轮(14.3)此时也正好旋转出了a轴斧轮(9.3)的另一弧形缺口，所以a转子的旋转锁定状态解除，由于a转子与b转子此时均处于自由旋转状态，动力输出模块(15)上的双半齿轮(15.1)与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)同时啮合，在双半齿轮(15.1)的驱动下，a转子与b转子同时旋转过θ°，此时a1扇轮(11)、a2扇轮(12)在a轴齿轮(9.2)的驱动下同步旋转过2θ°，b1扇轮(13)、b2扇轮(14)在b轴齿轮(10.2)的驱动下同步旋转过2θ°，在a1扇形凸轮(11.3)转过2θ°时，刚好进入到了b轴斧轮(10.3)的扇形缺口，在a2扇形凸轮(12.3)转过2θ°时，也刚好进入到了b轴斧轮(10.3)的另一个扇形缺口，此时b转子旋转便被锁定，联动结束，火花塞点火，a转子做功开始，进入下一个循环。

8.如权力要求1的一种双转子旋转活塞发动机，动力输出模块(15)由双半齿轮(15.1)，飞轮(15.2)，输出轴(15.3)，皮带轮(15.4)组成，其特征是：双半齿轮(15.1)的结构为，整个齿轮从齿轮圆面分为4个扇形区域，a区，b区，c区，d区，a区180°-θ°，b区θ°，c区180°-θ°，d区θ°，a区后半部分无轮齿，仅保留到齿轮的齿根圆部分，b区为正常齿轮，前后两部分均有轮齿，c区前半部分无轮齿，仅保留到齿轮的齿根圆部分，d区为正常齿轮，前后两部分均有轮齿，双半齿轮(15.1)a区有齿一端仅与a轴齿轮(9.2)啮合，b区与a轴齿轮(9.2)和b轴齿轮(10.2)同时啮合，c区有齿一端仅与b轴齿轮(10.2)啮合，d区与a轴齿轮(9.2)和b轴齿轮(10.2)同时啮合，在发动机工作时，b转子旋转被锁定，所以b轴齿轮(10.2)旋转被锁定，a转子旋转做功时，a转子旋转180°-θ°所以a轴齿轮(9.2)旋转180°-θ°，由于双半齿轮(15.1)a区有齿一端与a轴齿轮(9.2)啮合，所以双半齿轮(15.1)在a轴齿轮(9.2)的带动下旋转180°-θ°，此时b转子位置锁定解除，在飞轮(15.2)存储的惯性能量驱动下双半齿轮(15.1)旋转θ°，由于双半齿轮(15.1)b区与a轴齿轮(9.2)和b轴齿轮(10.2)同时啮合，双半齿轮(15.1)驱动b轴齿轮(10.2)与a轴齿轮(9.2)同时旋转θ°，所以a转子和b转子同步旋转θ°，此时，a转子旋转被锁定，所以a轴齿轮(9.2)旋转锁定，b转子开始旋转做功，b转子旋转180°-θ°，所以b轴齿轮(10.2)旋转180°-θ°，双半齿轮(15.1)在b轴齿轮(10.2)的驱动下旋转180°-θ°，此时a转子旋转锁定解除，所以a轴齿轮(9.2)旋转锁定解除，在飞轮(15.2)存储的惯性能量驱动下双半齿轮(15.1)旋转θ°，由于双半齿轮(15.1)d区与a轴齿轮(9.2)、b轴齿轮(10.2)同时啮合，所以双半齿轮(15.1)驱动a轴齿轮(9.2)与b轴齿轮(10.2)同时旋转θ°，所以a转子与b转子同步旋转θ°，此时b转子旋转再一次被锁定，a转子开始做功旋转，进入下一个循环，双半齿轮(15.1)一方面将a转子与b转子的换步旋转转换成了连续旋转并通过输出轴(15.3)传递到皮带轮(15.4)将动力输出，另一方面通过飞轮(15.2)存储的动力驱动a转子与b转子实现联动过程中的同步旋转。

9.如权力要求1的一种双转子旋转活塞发动机，其特征是：a转子盘(3)、b转子盘(4)均设有润滑油道，a1活塞(5)、a2活塞(6)、b1活塞(7)、b2活塞(8)的活塞柄均设有活塞总润滑油道，a1活塞(5)、a2活塞(6)、b1活塞(7)、b2活塞(8)的活塞体均设有润滑油道，在活塞装入转子盘后，活塞柄上的润滑油道与转子盘上的润滑油道相互连通，并且在转子旋转时，润滑油通过润滑油道到达活塞表面与气缸内表面，实现活塞与汽缸壁之间的润滑。

10.如权力要求1的一种双转子旋转活塞发动机，本发动机在空间布置需要或者功率需要的请工况下，可采用双气缸并联式，其特征是：每个环形气缸独立工作，共同输出功率，可在需要的情况下选择某个气缸停缸，停缸的发动机所有进气门同时打开。

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