专利名称：双转子活塞内燃发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃动力机械领域，特别是转子活塞内燃发动机。
技术背景目前世界上应用的活塞式内燃动力机械是通过活塞在气缸里面进行吸气、压缩、 爆发和排气冲程做功的活塞式内燃机，这是工业革命以后的主流动力系统，被广泛应用于工业、农业、交通运输和军事等领域中，其中又分为往复活塞式(奥托/狄塞尔)发动机和近年被投入实际应用的三角转子活塞式(汪克尔)发动机。往复活塞式发动机有四个天生的缺陷，一是活塞、连杆作往复运动要消耗大量能量；二是活塞在做功冲程产生的动力传到曲轴时由于存在分力，只有一部分起到推动曲轴旋转的作用，其余的分力被白白耗散掉了 ；三是它的运转控制系统很复杂(如正时齿轮、时规链条、凸轮、摇臂、气门、挺杆等)，工作时要消耗一部分能量，所以它的燃料利用效率很低，目前汽车发动机的热效率不超过30%。四是活塞、连杆往复运动产生震动，为了抵消这种震动，只好把发动机制作成多缸的形式，如四缸、六缸、八缸等等，增加了发动机的体积和结构的复杂性。汪克尔三角活塞转子发动机是由汪克尔博士发明的机械结构将米勒循环理论得以具体实现，才使得这种发动机具有了商业价值。与往复活塞发动机相比，汪克尔转子活塞发动机没有往复直线运动，没有气门机构，活塞从燃气膨胀获得的动力直接推动主轴旋转， 同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低。汪克尔发动机的缺点，一是三角转子与缸体组成的燃烧室形状不利于火焰传播， 燃料燃烧不充分。二是燃气膨胀的力量作用在三角活塞的一侧时，其中的一小部分力矩与转子活塞的旋转方向相反，这是其结构所决定的。以上两点决定了该款发动机的燃油效率低。三是三角活塞安装在一个偏心轴上，相当于三角活塞在其亚腰形的气缸内甩来甩去产生震动。四是汪克尔发动机的密封组件尺寸小、精度高、结构复杂、加工难度大，在高温高速及振动的工作环境中极易损坏。五是其压缩比不便于做的较大，只能用做点燃式的汽油机， 不能用做压燃式的柴油机。以上缺点决定了其难以得到广泛应用
实用新型内容
一、基本思路活塞式内燃机都要经过吸气、压缩、爆发和排气四个冲程才能完成能量转换过程。 故在机械结构上应做到1、气缸工作容积要有周期性的变化。2、一个固定的点火或喷油的位置；3、爆发冲程初始，转子活塞有唯一的旋转方向。要达到上述要求，必须具有一对转子活塞并使其轮流做变速间歇运动，可以完成这个任务的机械结构有变速运动机构和间歇运动机构(比如椭圆齿轮副、反平行四边形机构和槽轮机构、缺齿齿轮副等)。本设计抽取上述各机构中有用的部分进行变形、组合，以达到设计要求的结果。同时兼顾简单、可靠、工艺性好、造价低、维修简单、零件互换性强等设计的一般原则。[0008]二、动力发生部分(一 )活塞叶片数目的选择理论上，每只活塞不论选几只叶片(如单叶片、双叶片、三叶片、四叶片)都可以达到循环的目的，同时对应的动力传递和控制机构也不尽相同，从制造的角度来看，并不是所有活塞叶片数目的方案都是合理的。经试验，本发明选用双活塞叶片方案，两只活塞共四片活塞叶片。见图01 活塞叶片数量的选择。(二)主要零部件的简单描述1、活塞01由活塞叶片01-1、活塞跟台01-2和活塞套轴01_3等特征组成，有活塞叶片的一端为大端，另一端为小端。活塞叶片根部的台阶(以下简称活塞根台)起推动活塞启动和缺齿齿轮瞬心装置的作用。在活塞叶片根部添加台阶是本发明的内容之一。见图 02-A “活塞各组成部分示意图”和图02-B “相对安装的活塞示意图”。2、气缸02是一只圆筒状的零件，它的周边分布着火花塞安装孔、进气口和排气口。其特点一是火花塞孔与进气口相位相差180° ；二是排气孔与进气孔相位差等于活塞根台张角。它是本发明的内容之一。见图02-C:“气缸及各组成部分示意图”。3、缸盖03安装在气缸体的两端，与缸体、活塞共同组成发动机的动力发生部分。 见图02-D “缸盖示意图”。4、两只活塞的大端相对安装在一起，每只活塞套轴两端各安装活塞大端轴承观和活塞小端轴承四，然后以简支的方式安装于穿过活塞套轴的内轴04(或主轴08)上，并可以绕内轴04 (或主轴08)自由旋转，即以两对轴承作为活塞的4个支点，它是本发明的内容之一。见图03 “活塞在内轴(或主轴)上的装配方式图”；5、将上述两只活塞的套轴穿过安装于缸盖03之上的缸盖轴承30内孔，缸盖固定于缸体之上。它是本发明的内容之一。见图04 “动力发生系统装配示意图”。(三)基本工作原理见图05=A——H为便于说明，我们按照四片活塞叶片的工作顺序将他们分别命名为A、B、C、D，安装着A、C叶片的活塞称为AC活塞，安装着B、D叶片的活塞称为BD活塞。1、AC活塞、BD活塞、与汽缸体、两侧端盖共同组成1、2、3、4四个腔室，分别对应吸气、压缩、爆发和排气四个冲程。如图05-A所示，各个腔室分别处于各冲程的起点，此刻BD 活塞被控制机构锁定，与其装配在一起的齿轮副脱离啮合。2、3腔室内的可燃气体被点燃，因BD活塞被锁定，于是AC活塞的A端在高压气体的作用下，推动AC活塞独自沿顺时针方向旋转(以下活塞均为顺时针旋转)，到达图05-B 的位置，推动控制机构释放BD活塞；在此过程中其他各腔室亦分别完成吸气、压缩和排气冲程，AC活塞所得到的扭矩通过套轴输出。3、此时AC活塞与BD活塞并拢，各腔室体积不再变化，在惯性力的作用下，推动BD 活塞由锁定位置共同旋转至图05-C的位置后，AC活塞被控制机构锁定，与其装配在一起的齿轮副脱离啮合。同时其它腔室再次分别处于各冲程的起点。4、然后3腔室点火，BD活塞的B端在高压气体作用下推动BD活塞独自旋转至图 05-D的位置并推动控制机构释放AC活塞。在此过程中其他各腔室亦分别完成吸气、压缩和排气冲程，BD活塞所得到的扭矩通过套轴输出。5、在惯性力的作用下，BD活塞推动AC活塞共同旋转到达图05_E的位置，BD活塞被控制机构锁定，与其装配在一起的齿轮副脱离啮合。同时其他各腔室再次分别处于各冲程的起点。6、3腔室点火，AC活塞的C端推动AC活塞单独旋转，至图05_F的位置并释放BD 活塞，然后继续与BD活塞共同旋转，至图05-G的位置后AC活塞被控制机构锁定，与其装配在一起的齿轮副脱离啮合。在此过程中，AC活塞得到的扭矩通过套轴输出。同时其他各腔室亦再次分别完成吸气、压缩和排气冲程，处于下一次冲程的起点。7、3腔室点火，BD活塞的D端在高压气体的作用下推动BD活塞单独旋转，到达图 05-H的位置并释放AC活塞。在此过程中，BD活塞所得到的动力通过套轴输出。8、然后在惯性力的推动下BD活塞与AC活塞共同旋转至图05_A的位置，BD活塞被控制机构锁定，与其装配在一起的齿轮副脱离啮合。同时其他各腔室亦再次处于下一次冲程的起点。至此，两只活塞共完成四次吸气、压缩、爆发、排气循环过程。我们把活塞的某一端经历一遍进气、压缩、爆发和排气的过程叫做一个循环，把两个活塞的四个端各经历一遍进气、压缩、爆发和排气的循环过程叫做一个总循环。(四)活塞间的运动关系参见下表
转子发动机工作状态序列表一单独旋转共同旋转单独旋转共同旋转单独旋转共同旋转单独旋转共同旋转AC活塞做功主动锁定被动做功主动锁定被动BD活塞锁定被动做功主动锁定被动做功主动(五)活塞吸、排气角度，活塞叶片及跟台几何张角与压缩比的相互关系1、活塞的吸、排气角度与活塞叶片数量的关系当每只活塞有两个叶片时，其吸、 排气角度为180° -2X活塞跟台张角；2、活塞叶片几何张角的改变，决定着发动机的压缩比，当叶片的几何张角变大时， 活塞的吸、排气角度减小，压缩比减小；反之相反。同理，改变活塞跟台的几何张角，也可以改变发动机的压缩比，当跟台几何张角变大时，爆发空间变大，活塞的吸、排气角度减小，压缩比减小；反之相反。见图06 “活塞叶片和活塞根台的张角，图中α叶是活塞叶片张角，α台是活塞跟台张角。”3、若选压缩比为11。则活塞的旋转角度、活塞叶片和活塞根台张角计算如下压缩比=(爆发或吸气冲程时活塞转过的角度+活塞跟台的张角-活塞叶片张角)+活塞跟台的张角-活塞叶片张角。爆发或吸气冲程时活塞转过的角度=(360° -活塞跟台张角Χ4)+2。设爆发或吸气冲程时活塞转过的角度=100°贝丨J :100° =(360° -活塞跟台张角X4)+2得活塞跟台张角=40°压缩比=11 = (100° +40° -活塞叶片张角)+40° -活塞叶片张角。=(140° -活塞叶片张角)+40° -活塞叶片张角计算得活塞叶片张角=30°[0043]本例中，燃烧室、进气口和排气口的几何张角是两个活塞的跟台并拢时的夹角。爆发或吸气冲程时活塞扫过的角度和燃烧室张角相当于往复活塞式发动机的活塞冲程和燃烧室容积。见图07:“活塞之间的运动关系”，图中α燃、α进和α排分别是燃烧室、进气口、和排气口张角、β同和β独分别是两只活塞同时旋转和某只活塞单独旋转时扫过的角度、β吸和β爆分别是吸气冲程和爆发冲程时活塞扫过的角度。4、由以上计算，得到压缩比为11时，活塞之间确切的运动关系。见下表
权利要求1. 一种双转子活塞内燃发动机，属于四冲程发动机，其特征是主要由动力发生机构、 动力传递机构和运转控制机构组成；所述动力发生机构主要由活塞(01)、气缸(02)、缸盖(03)、内轴(04)或主轴(08)、活塞大端轴承(观)、活塞小端轴承09)和缸盖轴承(30)组成； 两只相同的活塞(01)的大端相对安装在一起的装配结构；两只大端相对安装的活塞(01)分别以简支的方式安装于穿过活塞套轴(01-3)的内轴 (04)或主轴(08)上，并可以绕内轴(04)或主轴(08)自由旋转，其中每只活塞(01)由活塞大端轴承08)和活塞小端轴承09)作为支点的装配结构；两只大端相对安装的活塞(01)，其活塞套轴(01-3)分别穿过固定于气缸(02)两端的缸盖(03)中心孔中的缸盖轴承(30)的内孔，并可以在其中自由旋转的装配结构；所述动力传递机构之定轴轮系方案主要由内轴(04)、外轴(05)、活塞齿轮(06)和外轴齿轮(07)组成；采用内、外轴的布置方式，即一根内轴(04)布置在圆筒形气缸(02)的中心线上，用于装配一对大端相对安装的活塞(01)，一根外轴(0 布置在气缸外面，与内轴(04)平行，其两端安装外轴齿轮(07)的结构；安装于活塞套轴(01-3)上的活塞齿轮(06)和安装于外轴(05)上的外轴齿轮(07)组成的齿轮副的装配结构；所述动力传递机构之周转轮系方案主要由主轴(08)、行星齿轮轴(10)、中心齿轮 (11)、行星齿轮(12)和内齿轮(13)组成；采用一根主轴的布置方式，主轴(08)布置在圆筒形气缸(0 的中心线上，用于支持两只大端相对安装的活塞(01)并输出动力，其两端安装行星齿轮系统的中心齿轮(11)；以安装在主轴(08)两端的中心齿轮(11)，安装在活塞(01)上的行星齿轮轴(10)、行星齿轮(1 和安装在发动机壳体上的内齿圈(1 组成的行星齿轮系统，负责将活塞(01) 的扭矩传递到主轴上的装配结构；与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之锁止弧副机构，主要由凹弧盘(14)和凸弧盘(1 组成，其凹弧盘(14)固定安装在活塞套轴(01- 上，凸弧盘 (15)固定安装在外轴(05)两端的装配结构；与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之L形杠杆机构，主要由制动槽轮(16)、释放凸轮(17)、L形杠杆(19)和弹簧(27)组成，其制动槽轮(16)固定安装在活塞套轴(01-3)上，释放凸轮(17)固定安装在外轴(05)两端，L形杠杆(19)以半轴的方式安装于齿轮箱内壁，弹簧(XT)将L形杠杆(19)的制动端(19-1)压在制动槽轮(16) 的圆周面上的装配结构；与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之一字形杠杆机构，主要由制动槽轮(16)、锁定凸轮(18)、一字形杠杆(20)和弹簧(27)组成，其制动槽轮(16)固定安装在活塞套轴(01-3)上，锁定凸轮(18)固定安装在外轴(05)两端，一字形杠杆00) 以半轴的方式安装于齿轮箱内壁；弹簧(XT)将一字形杠杆00)的锁定端00- 压在锁定凸轮(18)的圆周面上的装配结构；与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之T形杠杆机构，主要由制动槽轮(16)、释放凸轮(17)、锁定凸轮(18)、弹簧(27)和T形杠杆(21)组成，其制动槽轮(16)固定安装在活塞套轴(01-3)上，释放凸轮(17)和锁定凸轮(18)固定安装在外轴(0 两端，T型杠杆以半轴的方式安装于齿轮箱内壁，弹簧(XT)将T型杠杆的制动端01-1)压在制动槽轮(16)的圆周面上的装配结构；与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之A型槽轮凸轮机构， 主要由摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂(M)、释放摇臂(25)、弹簧(27)、制动槽轮 (16)和释放凸轮(17)组成，其中将摇臂轴0 穿过摇臂套轴同心装配且能自由旋转，在摇臂轴02)和摇臂套轴03)的两端各分别固定安装一只制动摇臂04)和一只释放摇臂(25)，将装配完毕的摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂04)和释放摇臂05)以简支的方式装配于齿轮箱内侧的轴座上并使该结构能够在轴座上灵活旋转，在活塞套轴上安装一只制动槽轮(16)和一只释放凸轮(17)，以弹簧(XT)使制动摇臂04)的制动端04-1) 紧贴于制动槽轮(16)的圆周表面的装配结构；与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之B型槽轮凸轮机构， 主要由摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂(M)、锁定摇臂( )、弹簧(27)、制动槽轮 (16)和锁定凸轮(18)组成，其中将摇臂轴0 穿过摇臂套轴同心装配且能自由旋转，在摇臂轴02)和摇臂套轴03)的两端各分别固定安装一只制动摇臂04)和一只锁定摇臂(26)，将装配完毕的摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂04)和锁定摇臂06)以简支的方式装配于齿轮箱内侧的轴座上并使该结构能够在轴座上灵活旋转，在活塞套轴上安装一只制动槽轮(16)和一只锁定凸轮(18)，以弹簧(XT)使锁定摇臂06)的锁定端06-1) 紧贴于锁定凸轮(18)的圆周表面的装配结构；与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之C型槽轮凸轮机构， 主要由摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂(M)、释放摇臂(25)、锁定摇臂(沈)、制动槽轮(16)、释放凸轮(17)、锁定凸轮(18)和弹簧(XT)组成，其中将摇臂轴02)穿过摇臂套轴03)同心装配且能自由旋转，在摇臂轴02)和摇臂套轴03)的两端各分别固定安装一只制动摇臂(M)、一只释放摇臂05)和一只锁定摇臂(沈)，其中制动摇臂04)在一端，释放摇臂05)和锁定摇臂06)在另一端，将装配完毕的摇臂轴(22)、摇臂套轴(23)、制动摇臂(24)释放摇臂05)和锁定摇臂06)以简支的方式装配于齿轮箱内侧的轴座上并使该结构能够在轴座上灵活旋转，在活塞套轴上安装一只制动槽轮(16)、一只释放凸轮(17)和一只锁定凸轮(18)，以弹簧(27)使制动摇臂(24)的制动端(24-1)紧贴于制动槽轮(16) 的圆周表面的装配结构。
2.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是所述动力发生机构中的活塞(01)主要由活塞叶片(01-1)、活塞跟台(01-2)和活塞套轴(01-3)组成；所述动力发生机构中的气缸(0 具有圆筒形的内壁，其外壁上的适当位置处布置着火花塞孔(02-1)、进气口(02-2)、排气口(02-3)，其特点一是火花塞孔(02-1)与进气口 (02-2)连线过气缸体中心点，即相位相差180° ；二是排气口(02-3)与进气口(02_2)之间的相位差等于活塞跟台(01-2)的张角。
3.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是所述动力传递机构之定轴轮系方案中的活塞齿轮(06)可以是全齿齿轮，也可以是在相位相差180°的位置去掉若干轮齿的缺齿齿轮；所述动力传递机构之定轴轮系方案中的外轴齿轮(07)可以是全齿齿轮，也可以是在相位相差180°或120°或90°的位置去掉若干轮齿的缺齿齿轮；所述动力传递机构之定轴轮系方案中相互啮合的活塞齿轮(06)和外轴齿轮(07)至少应该有一只是缺齿齿轮的齿轮副组合特征。
4.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是所述动力传递机构之周转轮系方案中的行星齿轮轴(10)是由行星齿轮架(09)简化后，分别与制动槽轮(16)、释放凸轮(17)、锁定凸轮(18)组成合件的零件特征；所述动力传递机构之周转轮系方案中的内齿圈(13)应在相位相差180°的位置去掉若干轮齿的零件特征。
5.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之锁止弧副机构其中凹弧盘(14)沿其圆周具有两个相位相差180°的凹弧，凸弧盘(1 沿其圆周均勻布置有两个或三个或四个凸弧的零件特征。
6.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之L形杠杆机构其中制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，释放凸轮(17)沿其圆周均勻布置有两个或三个或四个释放轮凸，L形杠杆(19)是一只具有制动端(19-1)和释放端 (19-2)的L形杆件的零件特征。
7.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之一字形杠杆机构其中制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，锁定凸轮(18)沿其圆周均勻布置有两个或三个或四个锁定轮凸，一字形杠杆00)是一只具有制动端O0-1)和锁定端00- 的一字形杆件的零件特征。
8.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之定轴轮系方案配套的所述运转控制机构之T形杠杆机构其中制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，释放凸轮(17)沿其圆周均勻布置有两个或三个或四个释放轮凸，锁定凸轮(18)沿其圆周均勻布置有两个或三个或四个锁定轮凸，T型杠杆是一只具有制动端(21-1)、释放端Q1-2)和锁定端01-3)的 T型杆件的零件特征。
9.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之A型槽轮凸轮机构 其制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，释放凸轮(17)沿其圆周具有两个相位相差180°的释放轮凸，摇臂轴0 是一根两端具有键槽类特征的实心轴，摇臂套轴03)是一根两端具有键槽类特征的空心轴，其中心孔的直径略大于摇臂轴(22)，制动摇臂04)是一只具有一个制动端04-1)的摆动杆件，释放摇臂0 是一只具有一个释放端Q5-1)的摆动杆件的零件特征。
10.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之B型槽轮凸轮机构其制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，锁定凸轮(18)沿其圆周具有两个相位相差180°的锁定轮凸，摇臂轴0 是一根两端具有键槽类特征的实心轴，摇臂套轴03)是一根两端具有键槽类特征的空心轴，其中心孔的直径略大于摇臂轴 (22)，制动摇臂04)是一只具有一个制动端04-1)的摆动杆件，锁定摇臂06)是一只具有一个锁定端06-1)的摆动杆件的零件特征。
11.根据权利要求1所述的双转子活塞内燃发动机，其特征是 与所述动力传递机构之周转轮系方案配套的所述运转控制机构之C型槽轮凸轮机构 其中制动槽轮(16)沿其圆周具有两个相位相差180°的制动轮槽，释放凸轮(17)沿其圆周具有两个相位相差180°的释放轮凸，锁定凸轮(18)沿其圆周具有两个相位相差180°的锁定轮凸，摇臂轴0 是一根两端具有键槽类特征的实心轴，摇臂套轴是一根两端具有键槽类特征的空心轴，其中心孔的直径略大于摇臂轴(22)，制动摇臂04)是一只具有一个制动端04-1)的摆动杆件，释放摇臂0 是一只具有一个释放端05-1)的摆动杆件， 锁定摇臂06)是一只具有一个锁定端06-1)的摆动杆件的零件特征。
专利摘要本实用新型涉及动力机械领域，特别是转子活塞内燃发动机。其特点是两只相对安装的活塞在圆筒形气缸内绕内轴(或主轴)作间歇旋转运动，完成吸气、压缩、爆发和排气的过程，两只缸盖安装在气缸体的两端，与缸体、活塞共同组成发动机的动力发生部分；由固定装配在活塞套轴小端外侧的活塞齿轮，把活塞的扭矩传递到外轴齿轮上，外轴齿轮固定装配在外轴两端的外侧，与活塞齿轮啮合组成动力传递部分，也可由行星齿轮系统组成动力传递部分；安装在活塞套轴小端内侧的凹弧盘(或制动槽轮)和安装在外轴两端内侧的凸弧盘(或释放凸轮等)共同组成运转控制部分，也可以由槽轮、凸轮和摇臂系统组成行星齿轮系统的运转控制部分。
文档编号F02B55/08GK202148951SQ20102066754
公开日2012年2月22日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者苏承寰 申请人:苏承寰