一种双转子内燃机的制作方法

1.本发明属于一种内燃机，尤其涉及一种四冲程转子内燃机。


背景技术：

2.往复活塞式四冲程内燃机，在日常生活中被广泛使用，技术已经非常成熟；但存在机械结构复杂，零部件多且加工精度要求高，机械磨损大等缺点。三角转子内燃机曾在马自达公司的个别汽车车型上量产，具有动力输出平顺，功率密度高的优点；但存在压缩比低、燃烧不充分、废气排放污染严重，燃油效率低，密封性差、保养维修困难的缺点，一直难以解决。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种：机械结构简单，零部件少，机械磨损小，保养维修容易，燃油效率高，动力输出平顺，功率密度高的四冲程转子内燃机。
4.为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种双转子内燃机，包括气缸体、左转子、右转子、机体、非圆齿轮副与输出轴，机体与气缸体固定，气缸体上设置有进气口、排气口，左转子与右转子的转动轴轴线重合，左转子与右转子在气缸体内分隔出四个相互隔绝的腔室；输出轴在机体的轴孔内安装并可自由转动，左转子与右转子的转动轴在机体的轴孔内安装并可自由转动；左转子与输出轴在机体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动，右转子与输出轴在机体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动，上述非圆齿轮副是一对或多对。
5.所述双转子内燃机，在非圆齿轮副与输出轴的作用下，左转子与右转子在气缸内始终作同向转动，左转子、右转子转动一周，相应地输出轴也转动一周。如图1所示，显示了左转子、右转子相对于输出轴的传动比在转动一周时的变化。左转子、右转子转动一周时，其相对于输出轴的传动比有二次周期性变化，则二者相对转速随之变化，导致分隔出的四个腔室容积相应发生变化。左转子、右转子转动一周，在四个角度a1、a2、a3、a4时，其相对于输出轴的传动比相等，此时左转子与右转子的转速相等，同时左转子与右转子在气缸体内分隔出的四个腔室的容积达到极值，分别为最小值、最大值、最小值、最大值，则这四个腔室可以分别开始进行进气、压缩、做功、排气冲程。左转子、右转子与输出轴同时转动一周，完成四次包括进气、压缩、做功、排气冲程的工作循环，做功四次。
6.所述双转子内燃机，在通过非圆齿轮副进行变传动比传动时，非圆齿轮的长轴与短轴长度的比值决定了腔室最大容积与最小容积的比值，也即是压缩比。根据内燃机的设计需要，左转子、右转子与输出轴之间进行变传动比传动的非圆齿轮副可以为一对或多对，非圆齿轮副越多则可以实现更高的压缩比。
7.所述双转子内燃机，机体可以分开在气缸体左右两侧对称设置。此时机体由左箱体、右箱体、左箱盖、右箱盖组成，左箱体、右箱体分别在气缸体两侧并与之固定，左箱盖、右箱盖分别与左箱体、右箱体固定；输出轴在左箱体与右箱体的轴孔内安装并可自由转动，左
转子的转动轴在左箱体、左箱盖的轴孔内安装并可自由转动，右转子的转动轴在右箱体、右箱盖的轴孔内安装并可自由转动；左转子与输出轴在左箱体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动，右转子与输出轴在右箱体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动。
8.所述双转子内燃机，机体分开在气缸体左右两侧对称设置时，左转子、右转子与输出轴可以分别通过一对非圆齿轮副进行变传动比传动。此时，在左箱体内，左转子与左主动齿轮同轴连接，输出轴与左从动齿轮同轴连接，左主动齿轮与左从动齿轮啮合；在右箱体内，右转子与右主动齿轮同轴连接，输出轴与右从动齿轮同轴连接，右主动齿轮与右从动齿轮啮合。
9.所述双转子内燃机，机体分开在气缸体左右两侧对称设置时，左转子、右转子与输出轴可以分别通过二对非圆齿轮副进行变传动比传动。此时，在左箱体内，左中间轴在左箱体与左箱盖的轴孔内安装并可自由转动，左转子与左主动齿轮同轴连接，输出轴与左从动齿轮同轴连接，左中间轴与左中间轴主动齿轮、左中间轴从动齿轮同轴连接，左主动齿轮与左中间轴从动齿轮啮合，左中间轴主动齿轮与左从动齿轮啮合；在右箱体内，右中间轴在右箱体与右箱盖的轴孔内安装并可自由转动，右转子与右主动齿轮同轴连接，输出轴与右从动齿轮同轴连接，右中间轴与右中间轴主动齿轮、右中间轴从动齿轮同轴连接，右主动齿轮与右中间轴从动齿轮啮合，右中间轴主动齿轮与右从动齿轮啮合。
10.所述双转子内燃机，根据内燃机的设计需要，机体也可以在气缸体一侧设置。此时机体由箱体、箱盖组成，气缸体一侧封闭、另一侧与箱体固定，箱盖与箱体固定；输出轴在箱体与箱盖的轴孔内安装并可自由转动，左转子的转动轴在箱体的轴孔内安装并可自由转动，右转子的转动轴在箱体、箱盖的轴孔内安装并可自由转动；左转子的转动轴为空心轴，右转子的转动轴穿过左转子转动轴的空心孔，二者均可相对自由转动；左转子与输出轴在箱体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动，右转子与输出轴在箱体内通过非圆齿轮副进行变传动比传动。
11.所述双转子内燃机，机体在气缸体一侧设置时，左转子、右转子与输出轴可以分别通过一对非圆齿轮副进行变传动比传动。此时，左转子与左主动齿轮同轴连接，输出轴与左从动齿轮同轴连接，左主动齿轮与左从动齿轮啮合；右转子与右主动齿轮同轴连接，输出轴与右从动齿轮同轴连接，右主动齿轮与右从动齿轮啮合。
12.所述双转子内燃机，非圆齿轮副选取椭圆齿轮组成。也可以参考选取其它非圆齿轮组成，如卵形齿轮等。
13.所述双转子内燃机，气体点火方式可以为点燃式，也可以为压燃式。在采用气体点燃式点火时，气缸体上设置有火花塞。
14.如上所述，本发明的有益效果是：机械结构简单，只有气缸体、转子、箱体、箱盖、输出轴及非圆齿轮等主要零部件，且只有转子、非圆齿轮二种做圆周转动的运动部件，机械磨损小，运行可靠、保养维修容易。可以通过非圆齿轮副的设计来达到理想的压缩比，混合气体燃烧充分，燃油效率高。与往复活塞式四冲程内燃机相比，本发明的转子与输出轴转动一周时做功四次，动力输出更平顺；所有运动部件做圆周转动，转速提升快，可以达到更高的转速，重量轻，功率密度高。
附图说明
15.下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明：图1为本发明的双转子相对于输出轴的传动比变化图；图2为本发明实施方式一的主视图；图3为本发明实施方式一的a-a剖视图；图4为本发明实施方式一的b-b剖视图；图5为本发明实施方式一的左转子与右转子三维视图；图6为本发明实施方式一的三维视图；图7为本发明实施方式一的三维分解视图；图8为本发明实施方式一的传动部件三维视图；图9为本发明实施方式一的双转子与齿轮装配定位图；图10为本发明实施方式一的进气冲程初始时转子与齿轮位置示意图；图11为本发明实施方式一的压缩冲程初始时转子与齿轮位置示意图；图12为本发明实施方式一的做功冲程初始时转子与齿轮位置示意图；图13为本发明实施方式一的排气冲程初始时转子与齿轮位置示意图；图14为本发明实施方式二的三维视图；图15为本发明实施方式二的三维分解视图；图16为本发明实施方式二的传动部件三维视图；图17为本发明实施方式二的双转子与齿轮装配定位图；图18为本发明实施方式三的系统结构图；图19为本发明实施方式三的左转子与右转子三维视图。
具体实施方式
16.本发明的实施方式一如图2与图7所示，包括气缸体1、左转子2、右转子3、左箱体5、右箱体9，左箱盖6、右箱盖10、椭圆齿轮副与输出轴4，左箱体5、右箱体9分别在气缸体1两侧并与之固定，左箱盖6、右箱盖10分别与左箱体5、右箱体9固定，气缸体1上设置有进气口13、排气口14与火花塞15。左转子2与右转子3的转动轴轴线重合，左转子2与右转子3在气缸体1内分隔出四个相互隔绝的腔室。输出轴4在左箱体2与右箱体3的轴孔内安装并可自由转动，左转子2的转动轴在左箱体5、左箱盖6的轴孔内安装并可自由转动，右转子3的转动轴在右箱体9、右箱盖10的轴孔内安装并可自由转动。在左箱体5内，左转子2与左主动齿轮7同轴连接，输出轴4与左从动齿轮8同轴连接，左主动齿轮7与左从动齿轮8啮合；在右箱体9内，右转子3与右主动齿轮11同轴连接，输出轴4与右从动齿轮12同轴连接，右主动齿轮11与右从动齿轮12啮合；左主动齿轮7、左从动齿轮8与右主动齿轮11、右从动齿轮12都为椭圆齿轮。
17.所述实施方式一，设定左转子2与右转子3沿逆时针方向转动，则输出轴4沿顺时针方向转动。左转子2与右转子3在气缸体1内分隔出四个相互隔绝的腔室，分别为腔室a、腔室b、腔室c、腔室d。
18.所述实施方式一，在通过椭圆齿轮副进行变传动比传动时，椭圆齿轮的长轴与短轴长度的比值决定了腔室最大容积与最小容积的比值，也即是压缩比。根据压缩比与转子的转动方向，确定气缸体1上进气口13与排气口14的相对位置，再随之确定火花塞15的位
置。
19.所述实施方式一如图9所示，在进行转子与齿轮装配定位时，要求右转子3位于进气口13与排气口14的中点位置时，左转子2与右转子3位置相差90度。此时左主动齿轮7短轴位置与左从动齿轮8长轴位置啮合，右主动齿轮11长轴位置与右从动齿轮12短轴位置啮合。然后各齿轮与其转轴固定。
20.所述实施方式一如图10所示，当右转子3转动至位置la时，则左转子2转动至位置ld，左转子2与右转子3的转速相等，腔室a容积达到最小值，此时腔室a开始进气冲程。左转子2与右转子3继续转动，进气口13与腔室a相通，开始进气。
21.所述实施方式一如图11所示，当右转子3转动至位置lb时，则左转子2转动至位置la，左转子2与右转子3的转速相等，腔室a容积达到最大值。此时进气口13与腔室a闭塞，结束进气，腔室a进气冲程结束、压缩冲程开始。左转子2与右转子3继续转动，开始气体压缩。
22.所述实施方式一如图12所示，当右转子3转动至位置lc时，则左转子2转动至位置lb，左转子2与右转子3的转速相等，腔室a容积达到最小值。此时腔室a结束气体压缩，腔室a压缩冲程结束、做功冲程开始，火花塞15点火。左转子2与右转子3继续转动，气体燃烧并做功。
23.所述实施方式一，在做功冲程的过程中，由于燃烧气体在封闭空间内做功，右转子3具有与转动方向相同的转矩，左转子2具有与转动方向相反的转矩，二者大小相等。如图1所示，在做功冲程开始时，左转子2、右转子3相对于输出轴4的传动比相等，则左转子2、右转子3作用于输出轴4的转矩方向相反，大小相等，内燃机各部件在转动惯性力的作用下继续正向转动。左转子2与右转子3继续转动，一直到做功冲程结束，右转子3相对于输出轴4的传动比始终大于左转子2相对于输出轴4的传动比，即右转子3的转速始终大于左转子2的转速，也即右转子3作用于输出轴4的正向转矩始终大于左转子2作用于输出轴4的反向转矩。输出轴4对外输出正向转矩，内燃机各部件继续正向转动。
24.所述实施方式一如图13所示，当右转子3转动至位置ld时，则左转子2转动至位置lc，左转子2与右转子3的转速相等，腔室a容积达到最大值。此时腔室a结束气体燃烧做功，腔室a做功冲程结束、排气冲程开始。左转子2与右转子3继续转动，排气口14与腔室a相通，开始排气。
25.所述实施方式一如图10所示，当右转子3再次转动至位置la时，则左转子2再次转动至位置ld。此时排气口14与腔室a闭塞，结束排气，腔室a排气冲程结束、进气冲程开始。至此，腔室a转动一周，完成进气、压缩、做功、排气四个冲程，也即完成一个工作循环。左转子2与右转子3继续转动，腔室a开始新的工作循环。
26.所述实施方式一，在腔室a完成一个工作循环时，相应地腔室b、腔室c、腔室d也完成一个工作循环。左转子2与右转子3转动一周时，各腔室的工作顺序如下表所示：
左转子2、右转子3与输出轴4转动一周，完成四个工作循环，做功四次。内燃机得以连续不断地正向转动，驱动输出轴4对外做功。
27.本发明的实施方式二，与实施方式一的区别在于：左转子2、右转子3与输出轴4通过二对椭圆齿轮副进行变传动比传动，来获得比实施方式一更高的压缩比。为简化起见，下面只说明与本发明的实施方式一有差异部分。
28.所述实施方式二如图15所示，在左箱体5内，左中间轴201在左箱体5与左箱盖6的轴孔内安装并可自由转动，左转子2与左主动齿轮7同轴连接，输出轴4与左从动齿轮8同轴连接，左中间轴201与左中间轴主动齿轮202、左中间轴从动齿轮203同轴连接，左主动齿轮7与左中间轴从动齿轮203啮合，左中间轴主动齿轮202与左从动齿轮8啮合。在右箱体9内，右中间轴204在右箱体9与右箱盖10的轴孔内安装并可自由转动，右转子3与右主动齿轮11同轴连接，输出轴4与右从动齿轮12同轴连接，右中间轴204与右中间轴主动齿轮205、右中间轴从动齿轮206同轴连接，右主动齿轮11与右中间轴从动齿轮206啮合，右中间轴主动齿轮205与右从动齿轮12啮合。左主动齿轮7、左中间轴从动齿轮203、左中间轴主动齿轮202、左从动齿轮8与右主动齿轮11、右中间轴从动齿轮206、右中间轴主动齿轮205、右从动齿轮12都为椭圆齿轮。
29.所述实施方式二如图17所示，在进行转子与齿轮安装定位时，要求右转子3位于进气口13与排气口14的中点位置时，左转子2与右转子3位置相差90度。此时左主动齿轮7的短轴位置与左中间轴从动齿轮203的长轴位置啮合，左中间轴主动齿轮202的短轴位置与左从动齿轮8的长轴位置啮合；右主动齿轮11的长轴位置与右中间轴从动齿轮206的短轴位置啮合，右中间轴主动齿轮205的长轴位置与右从动齿轮12的短轴位置啮合。然后各齿轮与其转轴固定。
30.所述实施方式二的工作方式与实施方式一的工作方式相同。
31.本发明的实施方式三，与实施方式一的区别在于：根据内燃机的设计需要，齿轮传动都在气缸体1一侧进行。为简化起见，下面只说明与本发明的实施方式一有差异部分。
32.所述实施方式三如图18所示，包括气缸体1、左转子2、右转子3、箱体301、箱盖302、椭圆齿轮副与输出轴4，气缸体1一侧封闭，另一侧与箱体301固定，箱盖302与箱体301固定。输出轴4在箱体301与箱盖302的轴孔内安装并可自由转动，左转子2的转动轴在箱体301的轴孔内安装并可自由转动，右转子3的转动轴在箱体301、箱盖302的轴孔内安装并可自由转动。左转子2的转动轴为空心轴，右转子3的转动轴穿过左转子2转动轴的空心孔，二者均可相对自由转动。在箱体301内，左转子2与左主动齿轮7同轴连接，输出轴4与左从动齿轮8同轴连接，左主动齿轮7与左从动齿轮8啮合；右转子3与右主动齿轮11同轴连接，输出轴4与右从动齿轮12同轴连接，右主动齿轮11与右从动齿轮12啮合。左主动齿轮7、左从动齿轮8与右主动齿轮11、右从动齿轮12都为椭圆齿轮。
33.所述实施方式三的工作方式与实施方式一的工作方式相同。
34.需要特别说明的是，本发明的所有实施方式都通过椭圆齿轮副来实现变传动比传动。根据设计需要，也可以选取其它非圆齿轮来实现变传动比传动，如卵形齿轮等。
35.需要特别说明的是，本发明的所有实施方式的气体点火方式为点燃式，气缸体1上设置有火花塞15进行点火。具体应用时，如内燃机的气体点火方式为压燃式，则可以不设置火花塞15。
36.需要特别说明的是，本发明的左转子2、右转子3与输出轴4可以分别通过多对非圆齿轮副进行变传动比传动，多对非圆齿轮副的设置方式可以参考上述实施方式来实现。
37.本发明在具体实施时，内燃机各转动部件的转动惯性对系统的运动平顺性有很大影响，可以利用系统已有的各转动部件的转动惯性来实现系统的运动平顺性。也可以根据设计需要，增加惯性飞轮来实现系统的运动平顺性。