CN1612975A - 转缸式活塞发动机 - Google Patents

Abstract

发动机(10)包括固定壳体(18)；气缸组(20)，装配到壳体(18)上且可绕纵向中心轴线转动，该气缸组(20)具有多个气缸(28)，它们平行于纵向中心轴线但与其径向隔开，每个气缸(28)有缸壁、进气口、排气口、控制进气口与排气口开闭的阀门组件(32)，在气缸(28)中可在高位与低位之间移动的活塞(30)、以及连杆(40)，连杆(20)的内端连接活塞(30)，而外端有效地连接扭矩板(120、220)，该扭矩板(120、220)装配到由连杆(40)的外端确定的扭矩面中且可转动且与纵向中心轴线的垂直面形成斜角，从而在气缸组(20)转动时在其转一转圈的第一部分中扭矩板(120，220)按顺序引导每个活塞(30)从高位运动到低位，随后在气缸组(20)转一圈的第二部分中按顺序引导每个活塞(30)从低位到高位；还包括一同步构件(154)，有效地连接气缸组(20)及扭矩板(120、220)，使气缸组(20)及扭矩板(120、220)以同样速度旋转。

Description

转缸式活塞发动机

发明背景

本发明涉及各种各样的发动机，更具体说，本发明涉及有旋转气缸组的发动机。

内燃机已经流行很长时间，主要有奥托发动机和汪克尔发动机。奥托发动机是四冲程发动机，其活塞在气缸的燃烧室内作直线往复运动。气缸通常以三种方式中的一种布置：单排式(成一直线)，气缸的中心线在垂直方向；双排式，相对的气缸的中心线会聚成V形(V型发动机)；水平对置的二排式(对置式发动机或水平对置式发动机)。从20世纪初开始，传统的奥托型往复式发动机作为最实用的方案开始占据统治地位，即使已经认识到，通过燃料燃烧产生能量大部分损耗在往复冲程时活塞的减速和加速上。汪克尔发动机，也叫转子发动机，这样称呼是因为它利用三角形旋转盘在固定气缸内旋转时形成燃烧室。汪克尔发动机也是四冲程发动机，虽然它比奥托发动机具有几个优点，但它在低速下扭矩不足，导致油耗较大。

实际应用的内燃机如果具有一个或几个以前没有的下述优点是可取的：(1)发动机运转平衡，相对没有震动；(2)往复运动的活塞加速减速时无能量损失；(3)多个动力输出点；(4)许多可供选择的点火系统；(5)可选用传统增压器及燃料喷射器-火花塞点火或类似于柴油机空气-燃料喷射的压缩点火；(6)改进的中央燃料/空气点火，此时油/气靠离心力通过发动机向外流动，以提供较均匀的燃烧混合物，并通过环形布置的排放口完成排气；(7)异常高的功率一重量比；(8)机械效率曲线比传统的奥托发动机更有利于在作功冲程初期做有用功，以利用这时较高的气缸压力，导致大的扭矩和更大功率；(9)能改变气缸工作容量，因此在发动机运转时改变其可能产生的扭矩，从而能响应功率需求的变化；(10)能在一个旋转结构中运用四冲程顺序，包括进气、压缩、点火-作动及排气；(11)可把机械效率曲线改变成任何形状。

二十世纪七十年代初发明的二冲程转缸式V型发动机示于美国专利3,830,208；3,902,468及3,905,338，。实际上，转缸式V型发动机在壳体每一端包括六个气缸，在其中部弯成110°V形角。壳体两端每个气缸中的活塞与壳体相反端的活塞固定连接，整个气缸-活塞结构旋转。V形发动机旋转气缸组的优点是，与线性往复运动的奥托发动机或汪克尔发动机相比，功率和效率有很大提高。但V型发动机在结构设计上不成功，因为第二气缸组产生的扭矩借助于猛烈的扭铰运动通过第一气缸组传输，每当负荷大时会刮伤活塞与气缸壁。V型发动机的另一问题是二冲程的油气混合物结构不大可靠，且比四冲程结构燃烧不完全。

因此希望有一种新型的转缸式发动机，其旋转的气缸组像V型发动机，但热效率高，废气污染低，尺寸小，及/或功率大，且具有上面提到的优点。

发明概要

本发明涉及的发动机包括：固定壳体；气缸组，安装在壳体中可绕纵向中心轴线旋转，该气缸组有许多气缸，平行于纵向中心轴线但径向隔开一定距离，每个气缸有缸壁、进气口、排气口、控制进气口和排气口开闭的阀门组件，在气缸内高位和低位之间运动的活塞，以及连杆，连杆有与活塞连接的内端还有外端，扭矩板，装配到由连杆外端所在扭矩面内可旋转且与纵向中心轴的垂直面形成一斜角，因此当气缸组转动扭矩板时在气缸组绕一圈的第一部分中按顺序将每一活塞从高位引导到低位并在该气缸组这一圈的第二部分中按顺序将活塞从低位引导到高位；及同步构件，有效地连接气缸组与扭矩板，使气缸组与扭矩板以同一速度转动。

本发明的发动机可适应四冲程内燃机，它有排气冲程、进气冲程、压缩冲程及作功冲程。在这种情况下，发动机还包括阀门控制构件，在气缸组转第一圈期间作为排气冲程的结果，按顺序打开每一其它气缸的进气口，在排气冲程中，随着各自的活塞从低位移到高位，燃烧后的气体从各其气缸排出，而作为吸气冲程的结果，这时，随着各活塞相应地从高位移到低位，可燃燃料供应到每一其它气缸内，在该气缸组转第二圈期间，作为压缩冲程的结果，阀门控制构件按顺序关闭每一其它气缸的阀门，在压缩冲程中，随着各活塞从低位移向高位，每一其它气缸中的可燃燃料受压缩，而作为作功冲程的结果，这时点火装置按顺序点燃每一其它气缸中的可燃燃料，迫使各自活塞从高位移向低位，其中，每个气缸是在气缸组转了二整圈后才完成四冲程运转的。

附图简要说明

图1是沿图2B的I、I线的纵剖面图，示出根据本发明所述四冲程转缸式活塞发动机。

图2A-2G是示出图1的发动机在转动一个循环各选定位置上的一系列水平截面。

图3是驱动根据本发明所述气缸阀门的凸轮盘的透视图。

图4是根据本发明所述四冲程转缸式活塞发动机另一实施例的纵剖面图。

图5是根据本发明所述四冲程转缸式活塞发动机另一实施例的纵剖面图。

优选实施例的详细说明

图1示出根据本发明原理的四冲程转缸式活塞式内燃机，发动机10包括动产生组件12，燃料控制组件14和动力输出组件16。在发动机转动二整圈的过程中完成四冲程运转，其中吸气冲程在发动机转第一圈的0°-180°范围，压缩冲程在第一圈的180°-360°范围，作功冲程在第二圈的360°-540°范围，排气冲程在第二圈的540°-740°范围，将在以下的本发明运转过程一节中进一步解释。

动力产生组件12包括固定壳体18，气缸组20，装配在固定壳体18内，可通过轴承21、28绕纵向中心轴旋转，排气集管23，固定在固定壳体18上，火花塞转换开关24，装配到固定壳体18上，在与旋转的气缸组20接触时工作；及控制器16，提供要求的点火顺序。气缸组20包括很多等距离隔开，径向不重合的燃烧室，每个燃烧室均由气缸28、活塞30和阀32构成，且还包括进气口34，排气口36和火花塞38。随着气缸组20的旋转，当活塞10从高位移动到低位时，燃料控制组件14允许油气混合物通过进气口34按时控顺序进入各气缸38。随着气缸组28的转动，当活塞10从低位移动到高位时，油气混合物在气缸内受压缩，随后随着气缸组20的转动，当各气缸28中的火花塞38在位置29处有效地接合火花塞转换开关24时，控制器26按时控顺序引爆油气混合物。这里使用的转换开关包括任何形式的引爆火花机械或电子定时器。爆燃将各活塞30从高位推到低位并使气缸组20旋转，从而由爆裂的燃裂的燃料引成膨胀气体并将能量转变成扭矩。随着气缸组20的转动，当活塞30从低位移向高位时，气缸28内的燃烧气体通过排气口孔排出并进入排气集管23。

每个活塞30均连到连杆40，将扭矩传递给动力输出组件16。连杆40的内端42装配到各自活塞30底面并用定位环44以便可形成球面连接，使连杆40的内端42可自由转动且在气缸组20转动时可绕其自身轴线旋转。连杆40的外端44用定位环48与动力输出组件16装配连接(如球形万向节等)，因此连杆40的外端46可自由转动且在气缸组20转动时能绕其自身轴线旋转。

为了达到四冲程运转，燃烧室最好是奇数(1、3、5、7、9等)，以便在气缸组20转动时，每个气缸28按单一的时控顺序经历四冲程运转，其中每一其它气缸28也照此行动。更详细说，在气缸一侧相邻的气缸28在进气与作功冲程之间交替进行，其中控制器26按时协调火花塞20工作，从而随着气缸体20的转动在每一其它气缸28内点火，且其中燃料控制组件14随着气缸组20的转动允许汽油混合物进入每一其它气缸28。在发动机的另一侧，相邻气缸28在压缩冲程和排气冲程之间交替进行。在图2所示7缸28的发动机中，交替进行点火/加油，反之，压缩/排气提供连续运转且在气缸组20按下列顺序完成二整圈的过程中所有气缸28完成四冲程运转，顺序如下：1#、3#、5#、7#、2#、4#、6#、1#气缸等等，将在以下本发明运转过程一节中进一步解释。

阀32将气缸28与进气口34及排气口36隔离且做成能耐燃烧室中爆燃气体的全压力。阀32是标准的当代汽油发动机中使用的提升阀。这种一个整体结构的阀门32比进气与排气分开的阀门好，因为它有较高的容积效率，简化凸轮几何形状，四冲程运转只要一次使阀门32下降，因而用的能量少，且不像二个阀门的结构那样需要快速使阀门冲程加快。然而应注意，一个或几个进气阀及一个或几个排气阀可应用于本发明其它实施例。

参看图1及2A，在所示实施例中，燃料控制组件14包括：一旋转的供气涡轮50或其它空气压缩机，以便让大气进入发动机10并增压，多条燃料管线51上连接液体燃料喷嘴52，使液体燃料溶化并与进入气缸28的加压的环境空气混合。供油装置54，及控制器26，可调节供油装置到燃料喷嘴52的流量，并调节涡轮50的转速及流入气缸28的空气压力与流量，及凸轮组件56，可结合涡轮50，燃料喷咀52及排气集管23的状况，调节每一气缸28的阀门32。环境空气通过进气口58在其转动中心进入发动机10，被涡轮50压缩，涡轮50以远大于气缸组20的转速旋转。涡轮52安装用轴承47.49因而可转动，并由任何一种方法驱动，包括与转动的气缸组20直接连接的轮系。涡轮50最好用安装在支座62上的变速马达60驱动，其功率直接传输或通过传动系64传输。马达60可变速且由控制器26通过电线55控制，按变化的发动机工况，如负荷、转速、温度等的要求按比例控制提供给发动机10的空气压力与容积。发动机工况用技术上熟知的专用实时传感器监控，测量其转速、负荷、风门状况、缸头温度、空气速度、排气成份并手工超越控制。

空气在涡轮50内沿轴向流动并从进气口58向下四射，在涡轮转子70的作用下流向固定的涡轮壳58的四周，增压进入转动的气缸组20，增压空气用于二个目的。首先，增压空气进入诸多冷却孔72，冷却气缸组20的内部。在冷却孔72进口处的双金属阀74或类似作动器自动打开、关闭，以增加或降低散热，从而保持发动机10处在均匀的工作温度。气缸组20上伸出冷却肋76，有助于提高冷却空气到达发动机10内部并从该内部带走热量的效率。增压空气从涡轮50流出，受到气缸组20及冷却肋76旋转的涡状运动的加强，经固定壳体18内部，许多冷却槽76离开气缸组20。冷却槽78的间隔应当是不规则的，以免产生悦耳的噪音。从涡轮50出来的增压空气的第二功能是为气缸内膛中的燃烧提供增压空气。这时通过涡轮50的增压空气再经过蝶阀80和进气口34，与燃料混合并再入气缸28。燃料通过一系列燃料管线51加入气缸28中，管线51沿纵向穿过一部分固定的涡轮壳68，然后进入燃料喷嘴33，喷嘴33在进气集气管内或与气缸在一起。控制器54根据发动机工况提供通过燃料喷嘴52的液体燃料，并控制其流入通过进气口34的增压空气中的流量。

参看图1及3，凸轮组件56包括凸轮盘82，其上伸出一些凸轮面84，或其它机械执行机构，及跟踪球86，保持环88，阀门挺杆90，及与每一气缸阀32在一起的阀门回复弹簧92。凸轮组件56使阀门32按时工作，在排气冲程(540°-720°)时开启并在吸气冲程(0°-180°)保持开启。最好采用奇数的活塞30及对应的气缸28，使气缸组20按正常状态转动时连续点火。如果活塞30及对应的气缸28是偶数，则会使阀门32的定时复杂化且必须包括电子控制的执行机构。但是，如有要求，可用电子控制执行机构代替凸轮盘。在一包括凸轮盘的实施例中，凸轮盘82有外齿轮100，它与气缸组20的内齿轮102或在104位置用任何其它类似的互相制约的可靠方法啮合。凸轮盘82以与气缸组20同步的精确比率旋转，因而凸轮面84按发动机特定的定时顺序按时使阀门32动作。

在所示的7缸发动机的例子中，气缸组20每转6圈，凸轮盘82进动7圈。凸轮盘82上三条凸轮面84呈波浪形，但高度均匀，如图3所示，因此，由于凸轮盘82与气缸组20的传动比为7∶6，当气缸组20转动时凸轮表面84与每一其它滚子跟踪球接触并保持接触(见图2A-2G)，当发动机转动时凸轮表面84压下滚珠84，通过各自的阀门挺杆90使阀门32及对应的阀门32动作，从而气缸组20每转二圈(720°)，各阀门32在下一次。当凸轮面84走过跟踪球86后，阀门回复弹簧92后将阀门32回到关闭位置。

参看图1及3，凸轮盘82装配到固定壳体18上并利用适当的轴承组件可绕凸轮轴106转动，在此就用滚珠轴承110，它能沿轴承座圈11运动。凸轮轴106基本上平行于纵向中心轴22，但在半径方向向外偏向上死点。偏离值由旋转的凸轮盘82和转动的气缸组20上的齿轮100与102的半径差值确定。6∶7的传动比使每个阀门32仅对发动机10的排气与吸气冲程才打开，对发动机10的压缩与作功冲程保持关闭。对于其它结构的实施例，包括气缸28的数量为不同的奇数(如1、3、5、9、11等)及每个气缸的阀门32有不同数量(如1、2、3、4等)，有不同的定时比及凸轮盘82上有不同条的凸轮面84。例如，5缸发动机(未示)每个气缸有一个阀门，比气缸组20转得慢，转速比为5∶6，且有三条凸轮面84。

如图1所示，动力输出组件16的最简单形式包括承载的扭矩板120，-旋转的止推板122及-动力输出轴。止推板122在平面129中绕扭矩轴128转动且用轴承128支承在扭矩板120上，扭矩板120在纵向和横向约束止推板122。锥形滚柱轴承125承受转动的气缸组20，止推板122和固定壳体18之间的压力。扭矩板120与垂直于纵向中心轴22的平面131有一固定的0°-90°的斜角130。止推板122的周边是齿轮132或其它同步机构，它们与气缸组20周边的齿轮135接合且使二者以固定斜角130用1∶1的转动关系同步转动。动力输出轴124与旋转的止推板122固定且通过轴承127装配到扭矩板120上。止推板122支撑所有连杆40的外端46，通过定位环48装配并可绕对面转动。当气缸组20转动时止推板122引领连杆40在圆形路线上运动并带动活塞30运动。由于扭矩板120与纵向中心轴22成斜角130，且由于活塞30通过连杆40连接止推板122，从而连接扭矩板120，因而当它们随着绕纵向中心轴的气缸组20一起转动时，活塞30便在上死点(0°)的高位与下死点(180°)的低位之间被迫作往复运动。从图1及2显然可见，扭矩板120与纵向中心轴22的垂直面131之间的斜角130增加，可使气缸28的燃烧室的排气量提高到冲程规定的最大值，它等于气缸组20转动时活塞从上死点(0°)移动到下死点(180°)的距离乘以连杆40的外端绕扭转轴126运转时其中心的圆形轨道的半径。可以预计，球面的等径伞齿轮可用来代替扭矩板20及气缸组20的圆周齿轮132，从而使扭矩板120与气缸组20之间的斜角130能在0°-190°范围内调节。图5所示实施例，如下所解释的，示出改变斜角130从而改变发动机10的潜在扭矩的另一方法。

由于活塞30由连杆40连接扭矩板120，因而它们遵循所述轨迹，从而形成椭圆形轨迹，椭圆长轴与纵向中心轴22形成斜角。活塞30的椭圆轨迹是重要的，因为当气缸组20转动时，活塞30及连杆40顺次沿比气缸组20的圆形路线长的路线移动，从而有效地增加活塞30对扭转板120的机械效率。

参看图4，为了提升发动机机械增益曲线，对连杆40的底部46在扭矩板120上走过的别样的平面圆形路线进行修改可能有帮助。经过适当构形，连杆40行走的路线使相连的活塞-连杆组件在作功冲程初期就有最佳的机械增益，以便利用作功冲程初期较高的压力。在此实施例中，扭矩板120包括波浪形的凸轮面134，而旋转的止推板122包括-悬臂式凸轮滚柱机构136。波浪形凸轮面134在一圈的0°处突然开始，下沉到正常平面旋转的假想面138以下，从而提高连杆40的外端46对假想面138的攻角。凸轮面14从一圈的15°开始逐渐上升在一圈的90°处与假想面的轨线相交。此凸轮面134可按要求在旋转轨线上其它点处发生改变。悬臂式凸轮滚柱机构136包括与枢轴142铰接的回转臂140，在回转臂140上面部分中可与连杆40的外端46接合的半球形支座面144，及装配到回转臂140下面部分并可转动以便沿当时的波形圆线路与波浪形凸轮面134接合的凸轮滚柱148。当气缸组28转动时，凸轮滚柱148，各自的回转臂142及连杆40与活塞30都一起沿凸轮面134跟踪。当凸轮面134下降到假想的圆形轨迹以下，改变时的机械增益根据直线相对于转动中心轴线126的俯仰角而放大。活塞30变更时的力矩反映出整个系统的机械增益。换言之，波浪形凸轮面134使活塞30可在转动循环初始部分加强运动，从而可从燃料爆燃作功冲程获取更多的扩张力并将其变成转动能，而不是将能量作为多余的热量或损耗被发动机10的本体吸收。

图5示出本发明更通用的实施例，因为它提供变扭矩的动力输出组件216。变扭矩动力输出组件216包括-环形承载转动的止推板222，嵌套在杯形扭转板220内，且由轴承150、152支承。扭矩板220的角度及行程可利用各种方法调节。一种方法是利用承载扭矩的弹簧169，它被设置在扭矩板220的下面且一端以枢轴170与扭转板220连接，另一端以枢轴172与固定壳体18连接。弹簧169是合乎标准的，随着作用其上压力的增加而压缩。当弹簧169压缩时，扭矩板相对于纵向中心轴22的斜角130减小，从而使气缸28内的排量提高，使发动机容量增大，以便与对它要求的提高相一致。气缸组20与止推板222是同步的，在同步构件154的作用下以同样速度转动，同步构件154可包括内花键连接轴156，与外花键连接轴158结合。外花键连接轴158的上端用万向节160连接气缸组20，而内花键连接轴156的下端用万向节162连接止推板222。

变扭矩动力输出组件216可相对于旋转轴164倾斜，同时在发动机的任何工作阶段与气缸组20同步旋转，以便改变活塞冲程的长度/排量，压缩比，及机构效益曲线的提升、抑制或变更。扭矩板220以其斜角130绕旋转轴164自由旋转，该旋转轴垂直于纵向中心轴22且其径向位置与纵向中心轴22有一定距离，因此，保持压缩比固定或一定变化范围。扭矩板与纵向中心轴22的斜角130在0°-90°最重要，0°可使气缸组20自由旋转，90°潜在杻短最大。扭矩板斜角130越大，则发动机10产生的扭矩越大且万向节160、162结构上的应力越大。为了获得最佳性能，必要时可将旋转轴164从90°到纵向中心轴22或到任何其它角度的地区及与中心轴22的距离加以改变。当外花键轴158滑进或滑出内花键轴156时，变扭矩动力输出组件216上下运动可使同步构件154变长或变短。动力输出轴124固定到旋转的止推板222上，以便一起转动或传送发动机10的输出杻短。扭矩板斜角130最终是由控制器54控制的，它能调节燃料与空气及/或膨胀生成物。当节流阀(未示)动作时，控制器26使膨胀生产物的压力和容积增加，从而燃烧范围扩大，或气缸组20与扭矩板220之间的反作用压力加大。压力增加使压缩弹簧169，使扭矩板的斜角130及气缸28内的排量增加，因而增加整个系统的扭矩。

现在应当明白，扭矩板斜角230可用其它控制器改变，如像步进马达那样的机械执行机构(未示)，液压活塞、磁力执行机构或手动控制器。这些机构与控制器28有效地连接并通过对发动机物理状况的监测与反应，如转速、扭矩、油门踏板位置、扭矩板斜角、滑轮转速等，作实时动作。

还应注意，在图5所示的变扭矩动力输出组件216的情况中，希望结合扭矩板220的斜角130改变阀门32的行程。凸轮盘装配到支座237上并可转动，支座237与换挡伺服马达212固定，当马达212在螺杆214上作往复运动时可驱动支座237向上，从而在活塞30的冲程减小时阀门32的行程也减小，支座237向下时可在活塞30的冲程增加时阀门32的行程也增加。改变阀门32的行程(即动作范围)的目的是使活塞30的冲程增加时燃烧室内的容量也增大。另一方面，当活塞30的冲程减小时阀门32的行程必须减小，以便当阀门32与活塞30运动到排气冲程与进气冲程之间及压缩冲程与作功冲程之间的上死点附近时有间隙存在。应当明白，可用其它线性定位装置代替换挡伺服马达212，包括与扭矩板220直接连接。

在另一未示的实施例中，可应用6根承载伸缩支柱系统来改变扭矩板斜角130，该系统连接在气缸组20与扭矩板120之间支柱定位时相互之间有夹角，因此相邻支柱的一端比与其它支柱近。此结构形成六个不交错三角形空间的系列。通过调整伸缩支柱的伸长与收缩，扭矩板的轴线126可以与纵向中心轴22形成任何角度，可沿纵向中心轴22定位在任何一点，并可定位在与纵向中心轴22沿半径方向隔开的任何一点，除了改变扭矩板的斜角130外，总体运动自由度也能改变上死点的位置、加速率及活塞30与气缸组20之间相互作用的轨迹曲率。此外，为了在高度、气候、转速、燃油不相容性、单一节流阀的位置等工况改变时优化发动机性能，应对扭矩板斜角130作实时改变。

发动机运转过程

参看图1及2A，气缸组20的每个燃烧室完成二整圈运行，获得如下的四冲程运转：进气(0°-180°)，压缩(180°-360°)，作功(360°-545°)，及排气(540°-720°)，应注意，上述的及以后的角度范围是近似的，这样规定只是为了清楚起见，角度范围可以调整，以便对发动机的每一用途、指定功率、速度、扭矩、燃油经济性及废气污染水平。

关于1#气缸，进气冲程是活塞30在0°时的上死点开始，扭矩板120与气缸组20形成一斜角，提升阀32在凸轮面3 1的作用下打开。当1#气缸转动时，在该气缸28中的活塞30被扭矩板120相对于气缸组20向下拉，从而扩大气缸28中燃烧室的容积。提升阀32在凸轮盘82的凸轮面84的作用下顺序被调开，由于凸轮盘82上的外齿轮100与气缸组20的内齿轮102以凸轮盘82转7圈对气缸组20转6圈的比例在104位置处啮合，因此气缸组20同步。涡轮50的增压空气通过涡轮壳68中的固定孔180(见图2)在从0°转到70°时通过进气口34进入气缸28，因此冷却阀门32并随着气缸28中燃烧室的扩大，空气逐渐进入气缸28，涡轮壳68中固定孔180在70°-90°的区域182被隔开，因此在来自涡轮50的增压空气冷却之前，来自进气集气管进口区184的油/汽混合物不能接触高温阀门32，从90°开始，燃料经燃料管线34加入气缸内腔，燃料管线34沿纵向穿过滑轮壳68到达燃料喷嘴52。当进口孔34在涡轮壳68中沿圆周方向的进气集气管进气区184通到180°处时增压空气流中投放燃料喷嘴52喷出的雾化燃料。

压缩冲程在180°时开始，进气集气管入口184在该点终止，在凸轮盘82的作用下提升阀32关闭，进气进入进气集气管密封区186，从而通过提升阀32将气缸28内的燃烧室密封，以便发动机进行整个压缩与作功循环。当气缸28从180°运动到360°时，活塞30在扭矩板120的作用下沿圆周相对于气缸组20向上运动，从而在约360°时将油/混合物压缩到最小容积。

360°时开始作功冲程。在作功冲程期间，气缸28内被压缩的油/气混合物用任何一种方法点火，包括火花塞、引火塞、柴油机效应或其它点火激发器。如图1所示，火花塞通过火花塞转换开关24及点火程序发生器26的控制在每一其它气缸28上点火。油/气混合物点火后在气缸28内形成高压，且在360°-540°时在气缸28与活塞30之间形成膨胀关系。该膨胀关系迫使气缸盖及活塞30分离，从而使整个气缸组20、活塞30、连杆40及扭矩板120转动，连杆40对扭矩板120垂直向下的力当扭矩板120与纵向中心轴22的夹角为45°时等于圆周力。当扭矩板120绕中心轴84转动时，连杆40的外端46圆形轨迹的半径使此力增大，扭矩板120与纵向中心轴22的斜角130有变化将使此值成比例变化。扭矩板120与纵向中心轴22的斜角减小将使此力增大，相反，斜角130增大使该值降低。作功冲程的作用是使整个系统沿正方向转动。180°-540°的整个压缩与作功冲程中阀门32保持关闭。360°-540°时固定壳体18的密封区188通过密封垫190有效地与排气36接合(见图1)，密封垫190形成气缸28的压力的第二屏障。它还进一步密封燃烧气体不致逃逸到大气，直至排气口36与固定壳体18及排气集气管23上的排气集气管开口区192对齐为止。

排气冲程从540°开始到720°为止，燃烧废气在凸轮面84的作用下将阀门32压下时从气缸28排放，燃烧废气通过排气34口并通过固定壳体18中的环形排气孔192，然后通过适当的收集系统，包括消音器和催化式排气净化器(未示)。排气口区192及排气集气管23恰好在720°之前中止，于是四冲程运转过程完成，当转动角度超过上死点(720°)时环形孔180再次露出，新空气再次按上述进入，而阀门32为下一循环保持开启。

以上说明按1#气缸运作，可分别应用到到2#-7#气缸。图2A-2G示出有关发动机作四冲程运转时阀门动作的精确顺序，其中凸轮盘82对气缸组20以7∶6的传动比运转。图2A-2G示出转一圈，即360°的上述关系，其中每个燃烧室经历二个冲程，因不相邻气缸同时经历相反冲程，所以能弄明白气缸组20转二圈，即720°发生的完整的四冲程运转。

图2A求出1#气缸在上死点位置(约为0°)时凸轮面84与阀门32的相对位置，在该位置上1#气缸的阀门32由1#凸轮的作用为进气冲程开启，2#气缸为了作功冲程关闭阀门32，3#气缸为了进气冲程在2#凸轮作用下开启阀门32，4#气缸为了作功冲程关闭阀门32，但即将为了排气冲程打开阀门32，5#气缸为了压缩冲程关闭阀门32，6#气缸为了排气冲程在3#凸轮作用下开闭阀门32，7#气缸为了压缩冲程关闭阀门32。

图28示出凸轮盘32与气缸组20转动1/7圈(约51.4°)时凸轮面84与阀门32的相地位置，在这位置上，1#气缸的阀门32为了进气冲程仍由1#凸轮打开，2#气缸的阀门32为了作功冲程仍关闭，3#气缸的阀门为了进气冲程仍由2#凸轮开启，4#气缸的阀门32为了排气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门32为压缩冲程仍关闭，6#气缸的阀门32为了排气冲程仍由3#凸轮开启，7#气缸的阀门34为了作功冲程关闭阀门32。

图2C示出凸轮盘82及气缸组20转动到一圈的2/7处(约102.8°)后凸轮面84与阀门32的相对位置，在这位量上，1#气缸的阀门34为了吸气冲程仍由1#凸轮开启，2#气缸的阀门32为了作功冲程仍关闭但即将为了排气冲程被1#凸轮打开，3#气缸的阀门32为了压缩冲程目前关闭，4#气缸的阀门为了排气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门32为了压缩冲程仍关闭，6#气缸的阀门32为了进气冲程仍由3#凸轮开启，7#气缸的阀门32为了作功冲程仍关闭。

图2D示出凸轮盘82及气缸组20转动一圈的3/7(约154.3°)后凸轮面84与阀门32的相对位置，在此位置上1#气缸的阀门32为了进气冲程仍由1#凸轮开启，但即将关闭开始压缩冲程，2#气缸的阀门32为了排气冲程由1#凸轮打开，3#气缸的阀门32为了压缩冲程保持关闭，4#气缸的阀门32为了排气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门为了作功冲程保持关闭，6#气缸的阀门32为了进气冲程仍由3#凸轮开启，7#气缸的阀门32为了作功冲程仍关闭。

图2E示出凸轮盘82及气缸组20转动一圈的4/7(约205.7°)后凸轮面84与阀门32的相对位置。在此位置上，1#气缸的阀门32为了压缩冲程现在关闭，2#气缸的阀门32为了排气冲程由1#凸轮打开，3#气缸的阀门32为了压缩冲程关闭但即将开始作功冲程，4#气缸的阀门32为了进气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门32为了作功冲程保持关闭，6#气缸的阀门为了进气冲程仍由3#凸轮开启，7#气缸的阀门32为了作功冲程仍关闭但即将用3#凸轮打开开始排气冲程。

图2F示出凸轮盘82及气缸组20转动一圈的5/7(约257.1°)后凸轮面84与阀门32的相对位置，在此位置，1#气缸的阀门32为了压缩冲程关闭，2#气缸的阀门32为了排气冲程由1#凸轮打开，3#气缸的阀门32为了作功冲程而关闭，4#气缸的阀门32为了进气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门32为了作功冲程保持关闭，6#气缸的阀门32为了进气冲程仍由3#凸轮开启，7#气缸的阀门32为了排气冲程仍由3#凸轮开启。

图2G示出凸轮盘82及气缸组20转动一圈的6/7(约308.6°)后凸轮面84与阀门的相对位置，在此位置，1#气缸的阀门32为了压缩冲程关闭且即将进入作功冲程，2#气缸的阀门32为了进气冲程由1#凸轮保持开启，3#气缸的阀门32为了作功冲程关闭，4#气缸的阀门32为了进气冲程由2#凸轮打开，5#气缸的阀门32为了作功冲程保持关闭但即将为了排气冲程用2#凸轮打开，6#气缸的阀门32为了压缩冲程现在关闭，7#气缸的阀门32为了排气冲程仍由3#凸轮保持开启。

尽管已根据优选实施例说明了本发明，但专业技术人员认识到，对形式和内容可作改变而不脱离本发明的实质与范围，例如，对已根据四冲程内燃机作了说明的本发明结构略加修改可使本设计的功能原理应用于二冲程的柴油机、蒸汽机或斯特林循环发动机。

Claims (21)

1、发动机，包括：

固定壳体；

气缸组，装配到壳体中可绕纵向中心轴转动，该气缸组中有许多气缸，平行于纵向中心轴但径向不重合，每个气缸有缸壁、进气口、排气口、控制进排气口开闭的阀门组件、在气缸内可在高位与低位之间移动的话塞，及其内端连接活塞并有外端的连杆；

扭矩板，与连杆外端作有效连接，该扭矩板装配在由连杆外端确定的扭矩面内且可转动，并与纵向中心轴的垂直平面形成一斜角，因此，随着气缸组转动，在气缸组转一圈的第一部分中扭矩板顺次引导活塞从高位运动到低位，然后在气缸组转动一圈的第二部分中按顺序引导各活塞从低位向高位运动；及

同步组件，有效地连接气缸组及扭矩板，使气缸组及扭矩板以同一速度转动。

2、权利要求1的发动机，还包括供油装量，有效地连接到壳体上且对应于气缸组布置，当气缸组绕纵向中心轴转动时可按时控顺序将燃料供入诸气缸内。

3、权利要求2的发动机，其特征在于，供油装置供应可燃燃料，该发动机还包括点火装置，按时控顺序点燃各气缸中的可燃燃料，从而迫使各活塞向低位运动并转动气缸组。

4、权利要求3的发动机，其特征在于，气缸数为奇数，它们在气缸组中彼此等距离隔开。

5、权利要求4的发动机，其特征在于，本发动机是四冲程发动机，每个发动机经历排气冲程、进气冲程，压缩冲程和作功冲程，其中，发动机包括阀门组件的控制器，可按顺序为了进气冲程打开每一其它气缸的进气口，在进气冲程中将可燃燃料按顺序供给所述每一其它气缸，每一其它气缸中的对应活塞按顺序从高位向低位运动时按顺序关闭所述每一其它气缸的排气口和进气口，在压缩冲程中在所述每一其它气缸中的可燃燃料随着对应的活塞按顺序从低位运动到高位而按顺序受压缩，为了作功冲程所述每一其它气缸的排气口及进气口保持关闭，在作功冲程中点火装置按顺序点燃所述每一其它气缸中的可燃燃料，迫使其中对应的活塞按顺序从高位移向低位，为了排气冲程所述每一其它气缸的排气口按顺序打开，在排气过程中随着其中对应的活塞按顺序从低位移向高位，燃烧过的气体按顺序从所述每一其它气缸中按顺序排出，其中，本四冲程运转是在气缸组转动二整圈后在每一气缸中完成的。

6、权利要求5的发动机，其特征在于，阀门组件包括一个阀门，可同时开启进气口与排气口且可同时关闭进气口与出气口。

7、权利要求6的发动机，其特征在于阀门组件控制装置包括一凸轮组件，其上的凸轮面的机械动作可打开和关闭每个气缸的阀门。

8、权利要求1的发动机，还包括一具有机械执行机构的阀门组件操纵装置，可开闭每一气缸的排气口及进气口，且有效地连接到气缸组上，使机械执行机构由气缸组以不同于气缸组速度驱动。

9、权利要求1的发动机，还包括空气涡轮，装配到固定壳体内可转动，能绕纵向中心轴旋转而与气缸组是否转动无关，涡轮可供应增压空气到诸气缸内作燃烧，并可供应增压空气到气缸外表面作冷却。

10、权利要求1的发动机，还包括扭矩调节器，可在气缸组转动的同时使扭矩板以与纵向中心轴垂直面相对斜角为0°-90°时作运动，从而改变活塞排出量，进而改变发动机的潜在扭矩。

11、权利要求10的发动机，其特征在于，同步机构是一根轴，其一端连接沿纵向中心轴运动的气缸组，另一端连接扭矩板，其中，当扭矩与纵向轴重直面之间的斜角改变时轴的长度可调。

12、权利要求1的发动机，其特征在于，每一连杆的内端连接活塞且可沿球面转动，其中，每一连杆的外端连接扭矩板且可沿球面运动。

13、权利要求1的发动机，还包括摆动装置，可使扭矩板在气缸组转动时相对于扭矩面作上下运动，因此，活塞的冲程在选定的时控顺序时降低或增加。

14、四冲程旋转式发动机，有进气冲程，压缩冲程，作功冲程和排气冲程四个冲程，该发动机包括：

固定壳体：

气缸组，装配到壳体内可绕纵向中心轴转动，该气缸组的气缸数为奇数且气缸组平行于纵向中心线但在径向隔开，每一气缸有缸壁，控制进排气口开关的阀门组件，在气缸内可在高位与低位之间运动的活塞，及其内端连接活塞并有外端的连杆。

扭矩板：有效地连接连杆外端，该扭矩板安装在由连杆外端确定的扭矩面中，可转动，且与纵向中心轴的垂直面形成一斜角，因此，当气缸组转动时在转动一圈的第一部分期间，扭矩板按顺序将每个活塞从高位引导到低位，然后在气缸组一转的第二部分期间按顺序将每个活塞从低位引导到高位。

供油装置，有效地连接壳体且相对于转动的气缸组定位，可随活塞按顺序从高位移向低位时气缸转第一圈的第一部分时将燃料供应到每个其它气缸中，其中，在所述每一其它气缸中的燃料在以后的活塞按顺序从低位移向高位时气缸组转第一圈的第二部分期间受到压缩；

点火装置，用于点燃在气缸组第二圈的第一部分时每一其它气缸内的加压燃料，从而使其中的活塞按顺序从高位移向低位并使气缸组进一步转动，其中，在气缸组转第二圈的第二部分时燃烧完毕的气体按顺序通过每一其它气缸的排气口排出；及

因此，四冲程发动机的运转对所有所述奇数个气缸均在气缸组作二整圈转动的过程中完毕。

15.权利要求14的发动机，。还包括同步构件，可靠地连接气缸组及扭矩板，使气缸组与扭矩板同速转动。

16.权利要求14的发动机，还包括阀门组件控制装置，用于排气冲程及进气冲程在气缸组转一圈时按顺序将所述每一其它气缸中的进气口和排气口按顺序打开，并用于压缩冲程及作功冲程在气缸组随后的转动中将所述每一其它气缸的进气口及排气口按顺序关闭。

17.权利要求14的发动机，还包括机械执行机构，可控制每一气缸排气与进气口的开闭，该机械执行机构有效地连接气缸组，使气缸组以其自身转速不同的速度驱动机械执行机构。

18.权利要求14的发动机，其特征在于，固定壳体包括进气孔，与每一气缸的进气口相对配置，使从中的供油仅当转在一圈的第一部分且仅当阀门打开时进入进气口，且其中，固定壳体还包括排气孔与每一气缸的排气口相对配置，使仅当转在一圈第二部分及仅当阀门打开时燃烧过的气体才排出排气口。

19.权利要求14的发动机，还包括空气涡轮，安装在固定壳体内可绕纵向中心轴转动，且与气缸组是否转动无关，可供应增压空气到诸气缸中作燃烧，且可供应增压空气到气缸外表面作冷却。

20.权利要求14的发动机，还包括扭矩调节装置，可在气缸体转动时改变扭矩板与纵向中心轴垂直面之间的斜角，在0°-90°范围内变化，以便改变气缸内活塞的位移，从而改变发动机潜在扭矩。

21.权利要求20的发动机，其特征在于，扭矩调节装置与供油装置密切相关，使供应的燃料越多则斜角越大，且供应的燃料越少，斜角越小。

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