CN105275600B

CN105275600B - 不等程工作四转子内燃发动机

Info

Publication number: CN105275600B
Application number: CN201410329334.3A
Authority: CN
Inventors: 苏犁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2018-08-17
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: WO2016004746A1; CN105275600A

Abstract

本发明为一种不等程工作四转子内燃发动机，可以设计制作成：做功的行程是吸气行程的数倍乃至十倍以上，试想，若活塞式发动机的气缸做功行程为X，气缸内平均压力为1，气缸做功为100％的话，如果做功行程为2X，压力虽减少至50％，但做功增加50％；做功行程为3X，压力减少至33％，做功再增加33％，这样行程增加2倍，总做功＝100％+50％+33％＝183％，由此可见，通过这一途径可将每一次燃烧后膨胀的气体最大限度地转化成做功，实现内燃发动机功效成倍增长；并针对转子发动机密封性差的问题采取有效措施予以改进。其具有燃耗少、功效高、体积小、重量轻、零部件少等优点和有益效果。

Description

不等程工作四转子内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种以提高燃料使用效率为目的，所进行了一系列针对转子内燃发动机结构、零件及构造的机械领域的设计和改进。从而设计出一种不等程工作四转子内燃发动机。

背景技术

一般现有的内燃发动机都有吸气、压缩、做功、排气个四冲程，空气通过吸气和压缩冲程，其体积被压缩了几倍到几十倍并同燃料混合，当其被点燃一爆发后其体积会在原来的基础上再膨胀几十倍，这样膨胀的气体推动转子(叶片)转动或推动活塞运动做功。由于一般现有的内燃发动机的吸气、做功、排气的工作行程都是等程的，其膨胀气体所产生的气压只能有一部分用于做功，其余的被消音器、排气管等消耗，然后排放掉了。

试想：若活塞式气缸做功行程为X，气缸内平均压力为1，气缸做功为100％的话，如果(气缸直径不变)做功行程为2X，压力虽减少至50％，但做功增加50％；做功行程为3X，压力减少至33％，做功再增加33％；做功行程为4X，压力减少至25％，做功再增加25％。这样，行程增加3倍，总做功＝100％+50％+33％+25％＝208％，由此可见，通过这一途径可将每一次燃烧后膨胀的气体最大限度地转化成做功(即所排出的废气压力与燃料和空气混合气体压缩后的压力接近相等)，实现内燃发动机功效成倍增长，因此本发明可以设计成：做功的行程是吸气行程的数倍乃至十倍以上(前后两者之比称为排吸比)，至于多少倍为最合理，是下一步研究的课题。

现有转子内燃发动机在实际使用中转子密封性不好，能耗高影响其推广使用。如果转子径向、轴向密封能达到或接近活塞式内燃发动机的密封效果，那么就可得以保证上述构想的实现。

发明内容

本发明以提高燃料使用效率为目的，采用一种不等程工作四转子内燃发动机以增加做功行程为改进手段；针对现有转子内燃发动机实际使用中，转子密封性不好，改进转子径向、轴向的密封措施，所采取所进行了一系列机械领域的零、配件结构及功能部位的设计。

本发明采取的技术方案是：一种不等程工作四转子内燃发动机，该装置由主轴套1，左或右机壳2、3，减压阀4，左、右外转子5、8，左、右内转子6、7，左、右启动电机9、10，径向、轴向密封等零、配件组成；

优点效果

所述的主轴套1按顺序穿过左机壳2、左外转子5、左内转子6、右内转子7，右外转子8、右机壳3的轴心；前者与后者轴心重合；

所述的四个转子包括叶片，叶片以同侧内、外转子分别交叉后，两侧转子再交叉，叶片按左视顺时针排列为左外转子叶片5a、右内转子叶片7a、左内转子叶片6a、右外转子叶片8a布置组装，其每个转子的叶片数量＝N；转子的叶片厚度展开角度＝叶角；

所述的四个转子叶片的根部两侧设有叶肩即5b、6b、7b、8b，其厚度展开角度＝叶肩角。

优选地，所述每个转子与主轴套1之间都配有一个内飞轮或内棘轮5c、6c、7c、8c，当转子左视逆时针方向转动时，锁紧两者一起转动，形成发动机的动力输出，当转子不动时不影响主轴套1的惯性转动；在外转子5、8与机壳2、3上的支撑环2g、3g之间，各配有一个外飞轮或外棘轮5d、8d，当转子左视顺时针方向转动时锁紧两者，让转子不动，将反力传给机座。

优选地，所述外转子5、8的挡圈5-2、8-2上设置齿轮带动数个副轴5-3、8-3，可将左、右启动电机9、10、冷却水泵、燃油泵、机油泵等模块化，其传动轴插接到副轴上，其机座固定到端盖2-1、3-1上。

优选地，在转子叶片工作圆环体，外半径＝R1、内半径＝R2、中心轴半径＝R3的区域内，两转子叶片吸气时的夹角＝吸气角；某一转子叶片做功所转过的角度＝排气角；异侧两转子叶片完成压缩工作后的夹角＝压缩角；排气口展开角度＝排气口角；进气口展开角度＝进气口角；它们与压缩比、排吸比、叶角、叶肩角之间的逻辑关系：

360度＝{排气角+吸气角+(叶角+叶肩角)*4}*N；

压缩比＝吸气角/压缩角；压缩角＝2*叶肩角；或吸气角＝2*叶肩角*压缩比；

排吸比＝排气角/吸气角；排气角＝360度/N-吸气角-(叶角+叶肩角)*4；

排气口角＝2*叶肩角；进气口角＝2*叶肩角。

优选地，所述的每对同侧转子即左外转子5与左内转子6或右内转子7与右外转子8之间以主轴套1的轴心为圆心，同一半径R4上，各自配有转动限位装置，即滑块5e、6e、7e、8e和滑道5f、6f、7f、8f；以该转子叶片厚度中线为对称轴线，滑块的展开半角：E角＝±吸气角/2+叶角+叶肩角；滑道的展开角：360度/N-E角*2*N。

优选地，所述左、右机壳2、3以主轴套1的轴心为圆心，在同一半径R5上，左视逆时针方向按一定角度依次排列，减压口2a、3a、排气口2b、3b、进气口2c、3c喷油嘴2d、3d、火花塞2e、3e；它们之间的关系是：

排气口2b、3b中心线与进气口2c、3c中心线的夹角：BC角＝叶角+2*叶肩角；

排气口2b、3b中心线与火花塞2e、3e中心线的夹角：BE角＝吸气角+3*叶角+4*叶肩角；

排气口2b、3b中心线与减压口2a、3a中心线的夹角：BA角小于-(叶角+2*叶肩角)；

排气口2b、3b中心线与喷油嘴2d、3d中心线的夹角：BD角大于叶角+2*叶肩角，小于吸气角+2*叶角+2*叶肩角。

优选地，所述左、右机壳2、3和外转子5、8以主轴套1的轴心为圆心，在同一半径外R6、内R7上，左视逆时针方向按一定角度依次排列：喷油感应点2h、3h，启动感应点2i、3i，2i、3i由内、外两点组成，点火感应点2j、3j和喷油感应靶5k、8k，启动感应靶5m、8m，5m、8m由内、外两点组成，点火感应靶5n、8n；它们之间的关系是：

启动感应点2i、3i与点火感应点2j、3j的夹角＝IJ角＝叶角+2*叶肩角；

启动感应点2i、3i与喷油感应点2h、3h的夹角＝IH角＝-(吸气角+2*叶角+2*叶肩角)；

启动感应靶5m、8m与点火感应靶5n、8n的夹角＝MN角＝吸气角+2*叶角+2*叶肩角；

启动感应靶5m、8m与喷油感应靶5k、8k的夹角＝MK角＝-(吸气角+2*叶角+2*叶肩角)；

在不同一半径上：启动感应点2i、3i与火花塞2e、3e的夹角＝IE角＝叶角/2+叶肩角；或排气口2b、3b中心线与启动感应点2i、3i的夹角＝BI角＝吸气角+2.5*叶角+3*叶肩角。

优选地，所述减压阀4呈45度设置在左、右机壳2、3两侧，减压阀4的弹簧4-3的初始弹力＝阀芯面积*待爆发被压缩的混合气体压强。

优选地，所述左、右启动电机9、10和电磁抱闸9a、10a受启动电路控制，交替工作，以模拟发动机工作状态，直至发动机正常运转。

优选地，所述径向密封配件，是在四个转子叶片的圆周面上设两道以上环形沟槽，沟槽内嵌入类似于活塞环型状的转子叶片密封圈5-1、6-1、7-1、8-1与前者不同的是后者断面的外边缘为变弧形，其开口处匿藏于与转子与叶片连接部位的沟槽内且不可沿环形沟槽转动。

优选地，所述轴向密封配件，是在四个转子之间设隔离槽5p、6p、7p、8p，其隔离槽内嵌入弹簧片圈5-5、6-4、6-5、7-5、8-5和滚珠隔离圈5-4、6-3、8-4；在外转子与机壳之间设径向密封环5-6、8-6和隔离槽2p、3p，其隔离槽内嵌入弹簧片圈2-2、3-2；在所述四个转子叶片根部腋下设弧形槽，槽内嵌入左补偿片5-7、6-7、7-7、8-7；右补偿片5-8、6-8、7-9、8-8；其间安装补偿弹簧5-9、6-9、7-9、8-9。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。

1、本发明能够实现一般现有内燃发动机所不能，可以设计成：做功的行程是吸气行程的数倍乃至十倍以上，实现不等程工作，可将每一次燃烧膨胀后气体产生的压力最大限度地转化成做功-即废气排放压力约等于压缩混合气体压力，实现内燃发动机功效成倍增长；提高燃料使用效率，降低高压尾气排放，减轻其震动和噪音。

2、本发明的发动机转子工作是步动式转动，即一侧某一转子运转做功，同侧另一转子和另一侧转子两转子静止待发，为其三者之间的喷油和油气充分混合提供了宝贵时间，燃料适用性强，有利于后面的充分燃烧，为今后开展多种燃料的混燃提供了可能。

3、本发明的发动机做功靠两转子叶片之间的燃气爆发，其中一转子将反力传给机座，另一转子带动主轴套做功，很象撑竿行船，传力直接，机械传动损耗小；转子对主轴套做功完成后自动脱离并利用自身的惯性动能带动其他转子转动就位，连续对主轴套做功。实现了有益的能量转换，自身能耗低。其零部件种类少，可缩小、减轻发动机整机体积和重量。

4、本发明的发动机在两侧机壳上设置了数个副轴，副轴的转动与两侧外转子同步，可将左、右启动电机(9、10)、冷却水泵、燃油泵、机油泵等模块化其传动轴插接到副轴上；机座固定到端盖(2-1、3-1)上，以提高配套设备的传动效率，缩小发动机整机体积，又便于检修和更换。

5、本机的动力输出采用轴套方式，其优点之一是装拆方便，便于维修；优点之二是可方便串联多台发动机，满足多种动力要求，进一步降低系统能耗。

6、本发明对发动机的转子叶片周边设计了数道类似于活塞环式的密封环，其密封效果不低于活塞式发动机；对轴向即转子与转子或机壳之间设计了滚珠及隔离环和隔离槽与弹簧片圈使其间隙保持稳定，当发动机受热膨胀时其间隙变小被油膜密封，又使其间形成滚动摩擦，减小运转阻力；当发动机启动时(冷机状态)设于两机壳和四转子六者之间叶片根部(腋下)的弧形槽内的左、右补偿片封闭其间隙。其实用性强，整体上提高了转子发动机的密封效果。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明不等程工作四转子内燃发动机结构示意图之一A5-A5剖面图。

图2是本发明不等程工作四转子内燃发动机结构示意图之二A1-A1剖面图。

图3是本发明不等程工作四转子内燃发动机工作原理示意图之一。

图4是本发明不等程工作四转子内燃发动机工作原理示意图之二。

图5是本发明不等程工作四转子内燃发动机启动原理示意图之一。

图6是本发明不等程工作四转子内燃发动机启动原理示意图之二。

图7是本发明不等程工作四转子内燃发动机转子组装示意图。

图8是本发明不等程工作四转子内燃发动机右外转子(8)示意图。

图9是本发明不等程工作四转子内燃发动机右内转子(7)示意图。

图10是本发明不等程工作四转子内燃发动机右机壳(3)示意图。

图11是本发明单叶型不等程工作四转子内燃发动机设计参数示意图。

具体实施方式

1、不等程工作四转子内燃发动机的零配件及功能部位名称包括：如图1，图2所示。其中Xw表示X编号零件的第w编号的功能部位名称，如1a-销键；X-Y；表示X编号零件的第Y编号相关配件，如1-1轴承。

1.1主轴套-1。其功能部位有：1a-销键；其主要配件有：1-1轴承、1-2轴承顶圈。

1.2左或右机壳-2、3。其功能部位有：2a、3a-减压口；2b、3b-排气口；2c、3c-进气口；2d、3d-喷油嘴；2e、3e-火花塞；2f、3f-水腔；2g、3g-支撑环、2h、3h-喷油感应点；2i、3i-启动感应点；2j、3j-点火感应点；2p、3p-环形隔离槽。其主要配件有：2或3-1端盖；2或3-2弹簧片圈1#；2-3机壳密封环。

1.3减压阀-4。其主要配件有：4-1阀壳；4-2阀芯；4-3弹簧；4-4推杆；4-5调整螺母。

1.4左、右外转子-5、8。其功能部位有：5a、8a-扇叶；5b、8b-叶肩；5c、8c-内飞轮；5d、8d-外飞轮；5e、8e-滑块；5f、8f-滑道；5k、8k-喷油感应靶；5m、8m-启动感应靶；5n、8n-点火感应靶；5p、8p-环形隔离槽。其主要配件有：5或8-1转子叶片密封环；5或8-2挡圈；5或8-3副轴；5或8-4滚珠隔离环；5或8-5弹簧片圈2#；5或8-6转子径向密封环；5或8-7左补偿片；5或8-8右补偿片；5或8-9补偿弹簧。

1.5左、右内转子-6、7。其功能部位有：6a、7a-扇叶；6b、7b-叶肩；6c、7c-内飞轮；6e、7e-滑块；6f、7f-滑道；6p、7p-环形隔离槽。其主要配件有：6或7-1转子叶片密封环；6或7-2挡圈；6-3滚珠隔离环；6或7-4弹簧片圈3#；6或7-5弹簧片圈2#；6或7-7左补偿片；6或7-8右补偿片；6或7-9补偿弹簧。

1.6左、右启动电机-9、10。其功能部位有：9a、10a-电磁抱闸(断电时开；通电时抱死)。

2、不等程工作四转子内燃发动机工作原理(如图3、图4所示)

当经压缩夹着空气和燃料的混合气体(简称混合气体)的相邻两个转子叶片旋转经过火花塞被点燃时，燃爆后形成高压气体就会推动某一转子(第二转子)的叶片(以左视方向)向顺时针方向转动，这时该转子就会被(自身的或通过滑块传递使同侧外转子的)外飞轮将其锁紧于机壳(2或3)之上使之不动，将反作用力传递给机壳(2或3)；而推动另一转子(第一转子)的叶片做逆时针旋转，其初期，其他三个转子的叶片处于静止状态完成喷油、混合工作，此时该转子的内飞轮就会将其锁紧于主轴套(1)之上使之旋转形成发动机的动力，在该转子在旋转过程的末期其滑块会碰上与其同侧第三转子的滑块推动其叶片旋转进行(与第二转子之间的)压缩工作和(与第四转子之间的)吸气工作，随后该转子的叶肩会碰上第四转子(与其异侧转子)的叶肩，将上一次燃爆后废气挤出，同时通过减压阀对燃后的废气进行减压使之与压缩后的混合气体等压，最后再利用该转子的转动惯性使新的夹着空气和燃料混合气体的相邻两个转子叶片旋转经过火花塞……其中，火花塞点火和喷油嘴喷油动作是由设在机壳上的感应器和外转子上的感应靶重合引发逻辑电路接通控制完成的。

2.1发动机工作初期图解说明(图3所示)

如图3-1、图3-2所示：左外转子叶片(5a)和右内转子叶片(7a)夹着经压缩的燃料和空气混合气体(以下简称：混合气体)被推动以左视逆时针旋转过程中，当左外转子5上启动感应靶5m与左机壳2上的点火感应点2j和右外转子8上点火感应靶8n与右机壳3上的启动感应点3i同时重合，串联电路被接通，火花塞2e和3e点火；当右外转子8上点火感应靶8n与右机壳3上的启动感应点3i和右外转子8上喷油感应靶8m与右机壳3上的喷油感应点3h同时重合，串联电路被接通，喷油嘴2d和3d喷油。右内转子7的叶片7a欲顺时针转动，但右内转子7的滑块7e被右外转子8上的滑块8e顶住，右外转子8上的外飞轮8d锁定右机壳3的支撑环3g上不能动。左内转子叶片6a上的叶肩6b被右外转子8上叶肩8b顶住保持静止。

如图3-3、图3-4所示：左外转子5转动，其内飞轮5c锁定主轴套1转动输出动力，5a与8a之间的空间缩小将上一次燃烧的废气从排气口2b和3b挤压排出。7a、6a、8a不动，8m与3h和8n与3i保持重合，喷油嘴2d和3d继续喷油。

2.2发动机工作末期图解说明(图4所示)

如图4-1、图4-2所示：7a前有燃后的高压气体，后有8e顶住不能动，6e被5e推动，6a转动与7a之间进行对混合气体的压缩，6a远离8a进行吸气工作。为使5a与7a和6a与7a之间的气体形成等压，余压由2a和3a外接减压阀排出。

如图4-3、图4-4所示：5a借惯性转动，同时推动7a、6a、8a逆时针旋转，直至5n与2i和5m与2h重合，2d和3d喷油；同时5n与2i和8n与3j重合，2e和3e点火，新的循环开始。

3.不等程工作四转子内燃发动机启动原理(如图5、图6)

通过设在外转子5、8上的感应靶和外机壳2、3上的感应器之间的重合与分离，施以启动逻辑电路的控制，使左、右启动电机与左、右电磁抱闸交叉动作以模拟发动机工作运转，配合工作时逻辑电路的控制使发动机启动。

3.1发动机启动初期图解说明(图5所示)

如图5-1、图5-2所示：当处于停机状态时：5a、6a、7a、8a自然垂落；启动时：先使左启动电机9(通电)带动左外转子5旋转，同时给右电磁抱闸10a通电，锁定右外转子8使之不动。

如图5-3、图5-4所示：5a逆时针旋转，直至5m与2i和5k与2h重合，喷油嘴2d和3d喷油；当5m与2i重合时，左电磁抱闸9a通电将左外转子5抱死，启动电机9停电不动，右电磁抱闸10a断电将右外转子8放松，右启动电机10通电转动，带动8a推动7a、6a转动。由于左外转子5未动，2和3继续喷油。

3.2发动机启动末期图解说明(图6所示)

如图6-1、图6-2所示：右启动电机10通电转动带动8a推动7a、6a转动，7a封堵吸气口2c和3c；压缩与5a间的混合气体。

如图6-3、图6-4所示：8a继续转动，当5m与2j和8n与3i同时重合时，火花塞2e和3e点火爆发；8m与3h和8n与3i同时重合，喷油嘴2d和3d喷油，启动完成。

4.不等程工作四转子内燃发动机其零件结构及功能部位设计特征和具体实施方式：

4.1所述的主轴套1按顺序穿过左机壳2、左外转子5、左内转子6、右内转子7，右外转子8、右机壳3的轴心；前者与后者轴心重合(如图2所示)。

4.2所述的四个转子的叶片，以同侧即左侧和右侧的内、外转子分别交叉后，两侧转子再交叉，其叶片按左视顺时针排列为左外转子叶片5a、右内转子叶片7a、左内转子叶片6a、右外转子叶片8a布置组装(如图1、图7所示)，其排列决定了转子工作顺序。

4.3所述的四个转子每个转子与主轴套1之间都配有一个内飞轮或内棘轮5c、6c、7c、8c，从左视方向看，当转子逆时针转动时锁紧两者一起转动，形成发动机的动力输出，当转子不动时，不影响主轴套1的惯性转动；在外转子5、8与机壳2、3上的支撑环2g、3g之间，各配有一个外飞轮或外棘轮5d、8d，当转子顺时针转动时锁紧两者，让转子不动，将反力传给机座。以图8为例若从右视方向看，转子内、外飞轮或棘轮的作用方向相反(如中的图8-1、图8-2、图8-3所示)。其内、外飞轮或棘轮的设置决定了一侧转子工作转向和其他转子在某一时段处于静停(喷油混合)工作状态。

4.4所述的四个转子与其叶片的根部两侧设有叶肩即5b、6b、7b、8b(如图8-6、图9-4、图9-6所示)，它是(当燃料和空气混合气体燃爆后)保证发动机压缩比的限位装置，两叶肩相触其叶片相夹的体积与其叶片在吸气时相夹的体积之反比为发动机压缩比。

4.5所述外转子5、8的挡圈5-2、8-2上设置齿轮(如图8-7所示)带动数个副轴5-3、8-3(如图8-8所示)，副轴的轴头伸出左、右机壳2、3的端盖2-1、3-1，可将左、右启动电机9、10、冷却水泵、燃油泵、机油泵等模块化其传动轴插接到副轴上；机座固定到端盖2-1、3-1上，以提高传动效率，便于检修和更换(如图2所示)。

4.6所述发动机，以主轴套1的轴心为圆心，在工作圆环体(外半径＝R1、内半径＝R2、中心轴半径＝R3)区域内：两转子叶片吸气时的夹角＝吸气角；某一转子叶片做功所转过的角度＝排气角；异侧两转子叶片完成压缩工作后的夹角＝压缩角；排气口展开角度＝排气口角；进气口展开角度＝进气口角；它们与压缩比、排吸比、叶角、叶肩角之间的逻辑关系是：(如图11所示)。

360度＝{排气角+吸气角+(叶角+叶肩角)*4}*N；

排吸比＝排气角/吸气角；

排气口角＝2*叶肩角；进气口角＝2*叶肩角；

4.7所述的每对同侧转子即左外转子5与左内转子6和右内转子7与右外转子8之间以主轴套1的轴心为圆心，同一半径R4上，各自配有转动限位装置，即滑块5e、6e、7e、8e和滑道5f、6f、7f、8f它允许某一侧相交的内、外转子在某限定的角度内可自由摆动滑行，当达到限定角度时，可推动或阻止同侧另一个转子的转动，使转子叶片完成吸气和压缩工作(其作用详见发动机工作原理2有关章节)。其滑块和滑道的设置决定发动机不等程工作的性质。其设计参数：以该转子叶片(厚度)对称轴线为其对称轴线，滑块的展开半角＝E角＝±(吸气角/2+叶角+叶肩角)；滑道的展开角：360度/N-E角*2*N。(如图9-1、图11所示)。

4.8所述在左、右机壳2、3以主轴套1的轴心为圆心，同一半径R5上：左视逆时针方向按一定角度依次排列：减压口2a、3a、排气口2b、3b、进气口2c、3c、喷油嘴2d、3d、火花塞2e、3e(柴油机可采用喷油嘴进行二次喷油点火)；(如图10-1、如图11所示)；

排气口2b、3b中心线与进气口2c、3c中心线的夹角＝BC角＝叶角+2*叶肩角；

排气口2b、3b中心线与火花塞2e、3e的夹角＝BE角＝吸气角+3*叶角+4*叶肩角；

排气口2b、3b中心线与减压口2a、3a中心线的夹角＝BA角小于-(叶角+2*叶肩角)；

排气口2b、3b中心线与喷油嘴2d、3d中心线的夹角＝BD角大于叶角+2*叶肩角；小于吸气角+2*叶角+2*叶肩角；

4.9所述在左、右机壳2、3和外转子5、8以主轴套1的轴心为圆心，同一半径(R6)上：左视逆时针方向按一定角度依次排列：喷油感应点2h、3h、启动感应点2i、3i分为内、外两点(外为点火感应点在半径R6上，内为启动感应点在半径R7上统称-启动感应点)、点火感应点2j、3j和喷油感应靶5k、8k、启动感应靶5m、8m分为内、外两点(外为点火感应靶在半径R6上，内为启动感应靶在半径R7上统称-启动感应靶)、点火感应靶5n、8n(如图8-1、图11所示)；

启动感应靶5m、8m与喷油感应靶5k、8k的夹角＝MK角＝-(吸气角+2*叶角十2*叶肩角)；

在以主轴套1的轴心为圆心，在不同一半径上：启动感应点2i、3i与火花塞2e、3e的夹角＝IE角＝叶角/2+叶肩角；或排气口2b、3b中心线与启动感应点2i、3i的夹角＝BI角＝吸气角+2.5*叶角+3*叶肩角(如图11所示)；

其电路逻辑关系是：

当机壳上点火感应点2j或3j与一侧外转子上的感应靶重合的同时，启动感应点2i或3i与另一侧外转子上的感应靶也重合-称异侧感应，电路连通控制火花塞2e和3e点火；当启动感应点2i或3i和喷油感应点2h或3h与一侧外转子上的感应靶同时重合-称同侧感应，电路连通控制喷油嘴2d和3d喷油。

启动时：模拟发动机工作时转子运动，即启动电路打开，先使左启动电机9(通电)运转带动左外转子5转动，电磁抱闸9a(断电)放松，另一侧的右启动电机10(断电)停转，电磁抱闸10a(通电)抱死；当启动感应点即内启动感应点2i与左外转子5上的感应靶5m重合时，左启动电机9(断电)停转，电磁抱闸9a(通电)抱死，同时转换成右启动电机10(通电)运转，带动右外转子8转动，电磁抱闸10a(断电)放松。当启动感应点即内启动感应点3i与右外转子8上的感应靶8m重合时，实现反转换，这样反复转换辅以上述的点火和喷油控制，直至发动机正常运转，启动电路断开，启动电机9、10被外转子5、8带动转变成发电机为电池充电。

4.10所述减压阀4呈45度设置在左、右机壳2、3两侧，减压阀4的弹簧4-3的初始弹力＝阀芯面积*待爆发被压缩的混合气体压强。所述减压阀(安装位置见4.8中的减压口)作用；使转子叶片在做功末期的燃爆气体压强与待爆发被压缩的混合气体压强趋于平衡，为该转子借惯性推动其他两转子叶片相夹被压缩的混合气体转动就位(到火花塞点火)持续工作减少阻力，提供稳定环境，弹簧4-3的初始弹力＝阀芯面积*待爆发被压缩的混合气体压强(如图2所示)。

4.11所述左、右启动电机9、10和电磁抱闸9a、10a受启动电路控制(说明见4.10)，交替工作，以模拟发动机工作状态，直至发动机正常运转(如图2所示)。

4.12所述主轴套1内设销键1a，可多机带一轴(如图2所示)

4.13所述四转子叶片的圆周面上设两道以上环形沟槽(如图8中图8-4、8-6；图9中的图9-4、9-6所示)，沟槽内嵌入类似于活塞环型状的转子叶片密封圈(配件：5-1、6-1、7-1、8-1)(如图9中图9-7所示)与前者不同的是后者断面的外边缘为变弧形，其开口处匿藏于与转子与叶片连接部位的沟槽内且不可沿环形沟槽转动通过以上措施解决转子径向密封问题。

4.14所述四个转子之间采用两片弹簧片圈夹一圈沿其布置的滚珠和滚珠隔离圈5-5、8-5、6-3，使两个相邻转子隔离，每个弹簧片圈各自嵌入各自的转子环形隔离槽5p、6p、7p、8p内；在外转子与机壳之间安装径向密封环5-6、8-6，并采用单片弹簧片圈靠在外转子的外飞轮滚珠5d、8d上使两者隔离，其弹簧片圈嵌入设在机壳的环形隔离槽2p、3p(如图2中图2-1、图2-2所示)。在隔离槽内弹簧片圈的内、外直径边缘部位与转子或机壳接触，其中间段被架空，当转子与转子或机壳两者受外力靠拢时，滚珠压迫弹簧片圈变形，形成两者之间的排斥力。此番作为的目的：其一是将两机壳包裹四转子其六者之间间隙均匀化，当发动机工作时零件受热膨胀时，其间隙变小，油膜封闭缝隙，又避免挤死；其二是将六者之间的接触形成滚动摩擦，减小运行阻力。要达到此番目的可以通过选用弹簧圈厚薄，研磨隔离槽的沟槽深浅，等方法事先配制成套；在所述四个转子叶片根部下方(腋下)设弧形槽，槽内嵌入左、右冷缩间隙密封补偿片简称-左、右补偿片，其间安装波形弹簧片简称-补偿弹簧用于封闭发动机启动时(冷机状态)两机壳和四转子六者之间叶片根部下方(腋下)间隙(如图8中图8-5、8-6；图9中图9-5、9-6所示)。通过以上措施解决轴向缝隙的密封问题。

4.15以一款单叶型不等程工作四转子内燃发动机为例，说明主要参数设计：(如图11所示)；

设：所述发动机，压缩比＝10；每个转子上的叶片数量为N＝1；以主轴套1的轴心为圆心在其工作圆环体内半径R1＝100mm；外半径R2＝200mm；中线半径R3＝150mm；转子叶片的叶角＝12度；叶肩角＝2度；

吸气角＝压缩比*2*叶肩角＝10*2*2＝40度；

因为：360度＝[排气角+吸气角+(叶角+叶肩角)*4]*N；

所以：排气角＝360度/N-吸气角-(叶角+叶肩角)*4＝360度/1-40度-(12度+2度)*4＝264度；

排吸比(排气量与吸气量之比)＝排气角/吸气角＝264度/40度＝6.6；

排气口展开角度(简称排气口角)＝2*叶肩角＝2*2度＝4度；

进气口展开角度(简称进气口角)＝2*叶肩角＝2*2度＝4度；

以所述发动机主轴套1的轴心为圆心同一半径R4＝70mm上：

滑块的展开半角＝E角＝±(吸气角/2+叶角+叶肩角)＝±(20+12+2)＝±34度；

滑道的展开角＝360度-E角*2＝360-68＝292度

以所述发动机主轴套1的轴心为圆心同一半径R5＝185.372mm上：

排气口2b、3b与进气口2c、3c的夹角＝BC角＝叶角+叶肩角*2＝12+2*2＝16度；

排气口2b、3b与火花塞2e、3e的夹角＝BE角＝吸气角+3叶角+4叶肩角＝40+36+8＝84度；

排气口2b、3b与减压口2a、3a的夹角＝BA角＝小于-(叶角+2叶肩角)＝-16度；为避让与其他零件干扰选用-18度

排气口2b、3b与喷油嘴2d、3d的夹角＝BD角＝大于叶角+2叶肩角＝16度；＝小于吸气角+2叶角+2叶肩角＝40+24+4＝68度；为避让与其他零件干扰选用58度

以所述发动机主轴套1的轴心为圆心同一半径R6＝77mm上：

启动感应点2i、3i与点火感应点2j、3j的夹角＝IJ角＝叶角+叶肩角*2＝12+4＝16度；

启动感应点2i、3i与喷油感应点2h、3h的夹角＝IH角＝-(吸气角+2*叶角+2*叶肩角)＝-(40+24+4)＝-68度；

启动感应靶5m、8m与点火感应靶5n、8n的夹角＝MN角＝吸气角+2*叶角+2*叶肩角＝40+24+4＝68度；

启动感应靶5m、8m与喷油感应靶5k、8k的夹角＝MK角＝-(吸气角+叶角*2+2*叶肩角)＝-(40+24+4)＝-68度；

内启动感应点2i、3i和内启动感应靶5m、8m在R7＝67mm上；

(启动感应点2i、3i与火花塞2e、3e的夹角＝IE角＝叶角/2+叶肩角＝6+2＝8度；或排气口2b、3b与启动感应点2i、3i的夹角＝BI角＝吸气角+2.5叶角+3叶肩角＝40+30+6＝76度；)

如果把某一部位的极坐标(排气口2b、3b或启动感应点2i、3i)确定了，上述各部位之间的位置也就确定了；上述各部位与轴心之间的(半径)距离关系，要依据发动机各零件结构及功能部位设置要求而定，这里就不予赘述(如图11所示)。

工业应用性，可行性，适用性，先进性。

5.工业应用性

5.1可行性分析

首先以上述实例对所述发动机所用材料强度进行分析：当转子逆时针转动做功(工作最大压力＝100大气压)时，转子叶片的根部剪应力计算：转子叶片压力＝(5cm×5cm×3.14×100kg/cm²)＝7850kg，叶片中心距主轴套轴心距离＝15cm，其转子叶片的力距＝7850kg×15cm＝117750kg.cm，其转子叶片的根部剪力＝117750kg.cm÷10cm＝11775kg，左内转子6叶片根部(最小)截面积＝(3.157cm×0.684cm×2)＝4.29cm²，其转子的根部剪应力＝11775kg÷4.29cm²＝2745kg/cm²；叶片根部拉(压)应力＝7850kg×5cm÷(2.1cm×3.157cm×0.684cm)＝8655kg/cm²；转子内飞轮的辊子强度计算：转子叶片的力距＝117750kg.cm(同上)，辊子中心距主轴套轴心距离＝4.25cm，内飞轮的辊子受剪力＝117750kg.cm÷4.25cm＝27705kg，内飞轮的辊子压应力＝27705÷(0.6cm×0.5cm×30)＝3078kg/cm²。综上所述，虽然中碳(45#)钢材能满足制作上述零件的要求，但上述零件受反复应力作用，抗疲劳和耐冲击性能要求高，因此选用抗疲劳、耐冲击性能高的中碳合金调质钢，结合摩擦面的表面处理为佳。

所述发动机的制造可行性分析：转子加工较复杂可以把转子与叶片分别加工后再焊接，只要组装定位措施和焊接材料、方法、工艺得当，是可以保证焊接强度、组装精度和控制焊接变形的；其二是左、右机壳和内、外转子六者之间的隔离弹性和间隙可以通过选用弹簧圈厚薄调整弹性，研磨隔离槽的深浅控制间隙，制作专用胎架等方法反复调试-配制成套予以解决；其他零配件易加工或选用成品件(如轴承、滚珠、辊子、螺栓等)。

5.2适用性分析

本发明所使用的燃料适用性分析：发动机转子工作是步动式转动的，即一侧某一转子运转做功，同侧另一转子和另一侧转子两转子静止待发，为适用多种燃料和燃气混合提供了宝贵时间，有利于和后面的充分燃烧；由于本发明的左、右机壳上都设有喷油嘴、火花塞，可以适用双燃料(或增加喷油嘴，实现多燃料)供应(如汽油、柴油混喷；汽油、乙醇混喷等)或燃料及助爆液供应(如汽油和水等)和火花塞双频点火。

本发明对动力要求的适用性分析：虽发动机转子工作是步动式转动的，但做功完成后与主轴套脱离，主轴套借惯性转动基本是匀速的，与现有发动机没区别，适用动力要求广泛，特别适用对大功率动力输出的需求，如选用双叶或多叶型不等程工作四转子内燃发动机，发动机震动会进一步减小，动力输出会更平稳；发动机的动力输出采用轴套方式，其优点之一是装拆方便，便于维修；优点之二是可方便串联多台发动机，适用多种动力要求，进一步降低系统能耗。

5.3先进性效能分析：以上述举例的单叶型不等程工作四转子内燃发动机与直径100四缸活塞式发动机进行对比分析：

所述发动机两转子叶片吸气时的夹角称吸气角＝40度；两转子在工作圆环体中线距离＝150*2*3.14*40/360＝105mm与直径100mm四缸活塞式发动机单个气缸吸气行程近似。

所述发动机排吸比＝6.6；约是直径100mm四缸活塞式发动机单个气缸排气量的6.6倍；理论增加做功＝100％+50％+33％+25％+20％+16.7％+14.3*0.6-100％＝153％。在油耗相等的条件下，前者比后者多做功1.5倍；

(如果；排吸比＝10，理论增加做功＝50+33+25+20+16.7+14.3+12.5+11.1+10＝192.6％。)

所述发动机转子做功角度＝排气角＝264度并且以接力方式连续做功；主轴套旋转一周做功＝360度/264度＝1.36次；比直径100mm四缸活塞式发动机做功次数多0.36倍。

综上所述前者比后者增加做功总量＝1.36*153％＝208.6％。即前者比后者增加油耗36％，但前者是后者做功总量的308.6％。其先进性显而易见。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述事例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当提出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：它由主轴套（1），左机壳（2）、右机壳（3），减压阀（4），左、右外转子（5、8），左、右内转子（6、7），左、右启动电机（9、10），径向、轴向密封件组成；

所述主轴套（1）按顺序穿过左机壳（2）、左外转子（5）、左内转子（6）、右内转子（7）、右外转子（8）、右机壳（3）的轴心；主轴套（1）与左机壳（2）、左外转子（5）、左内转子（6）、右内转子（7）、右外转子（8）和右机壳（3）同轴；

所述的四个转子包括叶片，叶片以同侧内、外转子分别交叉后，两侧转子再交叉，叶片按左视顺时针排列为左外转子叶片（5a）、右内转子叶片（7a）、左内转子叶片（6a）、右外转子叶片（8a）布置组装，其每个转子的叶片数量=N；转子的叶片厚度展开角度=叶角；

所述的四个转子叶片的根部两侧设有叶肩（5b、6b、7b、8b），其厚度展开角度=叶肩角。

2.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述每个转子与主轴套（1）之间都配有一个内飞轮或内棘轮（5c、6c、7c、8c），当转子左视逆时针方向转动时，锁紧两者一起转动，形成发动机的动力输出，当转子不动时不影响主轴套（1）的惯性运动；在左、右外转子（5、8）与左、右机壳（2、3）上的支撑环（2g、3g）之间，各配有一个外飞轮或外棘轮（5d、8d），当转子左视顺时针方向转动时锁紧两者，让转子不动，将反力传给机座。

3.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述左、右外转子（5、8）的挡圈（5-2、8-2）上设置齿轮带动副轴（5-3、8-3），可将左、右启动电机（9、10）、冷却水泵、燃油泵、机油泵模块化，左、右启动电机（9、10）、冷却水泵、燃油泵、机油泵的传动轴插接到副轴上，左、右启动电机（9、10）、冷却水泵、燃油泵、机油泵的机座固定到端盖（2-1、3-1）上。

4.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：在转子叶片工作圆环体，外半径=R1、内半径=R2、中心轴半径=R3的区域内，两转子叶片吸气时的夹角=吸气角；某一转子叶片做功所转过的角度=排气角；异侧两转子叶片完成压缩工作后的夹角=压缩角；排气口展开角度=排气口角；进气口展开的角度=进气口角；它们与压缩比、排吸比、叶角、叶肩角之间的逻辑关系；

360度={排气角+吸气角+（叶角+叶肩角）*4}*N；

压缩比=吸气角/压缩角；压缩角=2*叶肩角；或吸气角=2*叶肩角*压缩比；

排吸比=排气角/吸气角；排气角=360度/N－吸气角－（叶角+叶肩角）*4；

排气口角=2*叶肩角；进气口角=2*叶肩角。

5.根据权利要求1或4所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述的每对同侧转子即左外转子（5）与左内转子（6）或右内转子（7）与右外转子（8）之间以主轴套（1）的轴心为圆心，同一半径R4上，各自配有转动限位装置，即滑块（5e、6e、7e、8e）和滑道（5f、6f、7f、8f）；以该转子叶片厚度中线为对称轴线，滑块的展开半角：E角=±吸气角/2+叶角+叶肩角；滑道的展开角：360度/N－E角*2*N。

6.根据权利要求1或4所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述左、右机壳（2、3）以主轴套（1）的轴心为圆心，在同一半径R5上，左视逆时针方向按一定角度依次排列，减压口（2a、3a）、排气口（2b、3b）、进气口（2c、3c）、喷油嘴（2d、3d）、火花塞（2e、3e）；它们之间的关系是：

排气口（2b、3b）中心线与进气口（2c、3c）中心线的夹角：BC角=叶角+2*叶肩角；

排气口（2b、3b）中心线与火花塞（2e、3e）中心线的夹角：BE角=吸气角+3*叶角+4*叶肩角；

排气口（2b、3b）中心线与减压口（2a、3a）中心线的夹角：BA角小于－（叶角+2*叶肩）；

排气口（2b、3b）中心线与喷油嘴（2d、3d）中心线的夹角：BD角大于叶角+2*叶肩角，小于吸气角+2*叶角+2*叶肩角。

7.根据权利要求1或4所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述左、右机壳（2、3）和外转子（5、8）以主轴套（1）的轴心为圆心，在外R6、内R7上，左视逆时针方向按一定角度依次排列：喷油感应点（2h、3h），启动感应点（2i、3i），（2i、3i）由两点组成，点火感应点（2j、3j）和喷油感应靶（5k、8k），启动感应靶（5m、8m），（5m、8m）由两点组成，点火感应靶（5n、8n）；它们之间的关系是：

启动感应点（2i、3i）与点火感应点（2j、3j）的夹角=IJ角=叶角+2*叶肩角；

启动感应点（2i、3i）与喷油感应点（2h、3h）的夹角=IH角=－（吸气角+2*叶角+2*叶肩角）；

启动感应靶（5m、8m）与点火感应靶（5n、8n）的夹角=MN角=吸气角+2*叶角+2*叶肩角；

启动感应靶（5m、8m）与喷油感应靶（5k、8k）的夹角=MK角=－（吸气角+2*叶角+2*叶肩角）；

在不同一平面上：启动感应点（2i、3i）与火花塞（2e、3e）的夹角=IE角=叶角/2+叶肩角；或排气口（2b、3b）中心线与启动感应点（2i、3i）的夹角=BI角=吸气角+2.5*叶角+3*叶肩角。

8.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述减压阀（4）分别设置在左机壳（2）上和右机壳（3）上，与机壳呈45度，减压阀（4）的弹簧（4-3）的初始弹力=阀芯面积*待爆发被压缩的混合气体压强。

9.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述左、右启动电机（9、10）和电磁抱闸（9a、10a）受启动电路控制，交替工作，以模拟发动机工作状态，直至发动机正常运转。

10.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述径向密封件，是在四个转子叶片的圆周面上设两道以上环形沟槽，沟槽内嵌入类似于活塞环型状的转子叶片密封圈（5-1、6-1、7-1、8-1）与前者不同的是后者断面的外边缘为变弧形，其开口处匿藏于与转子与叶片连接部位的沟槽内且不可沿环形沟槽转动。

11.根据权利要求1所述的不等程工作四转子内燃发动机，其特征在于：所述轴向密封件，是在四个转子之间设隔离槽（5p、6p、7p、8p），隔离槽（5p、6p、7p、8p）内嵌入弹簧片圈（5-5、6-4、6-5、7-5、8-5）和滚珠隔离圈（5-4、6-3、8-4）；在外转子与机壳之间设径向密封环（5-6、8-6）和隔离槽（2p、3p），隔离槽（2p、3p）内嵌入弹簧片圈（2-2、3-2）；在所述四个转子叶片根部腋下设弧形槽，槽内嵌入左补偿片（5-7、6-7、7-7、8-7）；右补偿片（5-8、6-8、7-9、8-8）；其间安装补偿弹簧（5-9、6-9、7-9、8-9）。