专利名称：旋转调变引擎的制作方法
技术领域：
本发明关于一种有关于一种旋转调变引擎，特别是指一种通过第一传动装置及第二传动装置的特殊设计，以有效提升运转效率，而适用于各式汽、机车、船舶或发电机上。
背景技术：
现有引擎，如气涡轮引擎(Gas Turbine Engine)、柴油引擎(DieselEngine)、斯特灵引擎(Stirling Engine)、四行程循环引擎(Four StrokeCycle Engine)等等都是一种将燃气热能转换为动能的机械装置，然而，因上述引擎的零件多且体积又大又笨重，导致运转效率表现并不理想，近来业者研发出万克尔引擎(Wankel Engine)，其整体零件已减少许多，且偏心轴每旋转一圈可爆发两次，但仍存在有空气污染性高、气缸壁磨耗大及活塞气密性不佳等问题。缘是，本创作人有感于上述问题的可改善，乃潜心研究并配合学理的运用，进而提出一种设计合理且有效改善上述问题的本创作。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种旋转调变引擎，通过第一传动装置及第二传动装置之间以四个椭圆齿轮相互连动，并透过控制两组转子的相对转速，以具有节省空间、降低成本、可调变转速以及有效提升运转效率，进而增加本发明的产业利用性、新颖性和进步性。为达上述目的，本发明的旋转调变引擎，包括一第一传动装置、一第二传动装置、 火星塞以及两气体输送管。该第一传动装置包含一壳体、两组转子及两椭圆齿轮，该壳体由一汽缸壁及一汽缸盖所组成，该汽缸壁设有进气孔及排气孔，且该壳体的两侧设有穿孔，而该两组转子设置于该壳体内，各组转子包含一轴心、一汽缸壁及两活塞，该轴心穿设于该汽缸壁中心，且该两活塞相对设置于该汽缸壁周缘侧壁上，而该两轴心的一端相互活动地接合，令两组转子交叉重叠并形成一夹角，该两轴心的另一端穿过该壳体的穿孔，而分别与该两椭圆齿轮结合；该第二传动装置包含一轴心及两椭圆齿轮，该两椭圆齿轮分别结合于该轴心的两端，且该两椭圆齿轮与第一传动装置的两椭圆齿轮相互对应齿合；该火星塞配设于该壳体的汽缸壁上；该两气体输送管包含一进气歧管及一排气歧管，且分别接合于该壳体的汽缸壁的进气孔及排气孔上。本发明的有益效果，本发明使具有节省空间、降低成本、可调变转速以及有效提升运转效率，确实具有产业利用性、新颖性和进步性。
图1为本发明实施例的立体图。图2为本发明实施例的转子与壳体分解图。图3为本发明实施例的两组转子结合图。
图4为本发明实施例的两组转子分离图。图5为本发明实施例的两气体输送管与壳体分解图。图6 9为本发明实施例的使用状态示意图。图10为本发明实施例的四个椭圆齿轮的连动状态示意图。主要元件符号说明10第一传动装置11 壳体IlAUlB 穿孔111汽缸壁IllA 进气孔IllB 排气孔112汽缸盖12A、12B 转子121A、121B 轴心122A、122B 汽紅壁123A1、123A2、123B1、123B2 活塞I3AU3B椭圆齿轮20第二传动装置21 轴心22A、22B 椭圆齿轮30火星塞40气体输送管4IA进气歧管41B排气歧管100 短轴200 长轴401压缩行程的空气室402爆发行程的空气室403排气行程的空气室404进气行程的空气室
具体实施例方式为了能够更进一步了解本发明的特征、特点和技术内容，请参阅以下有关于本发明的详细说明与附图，为所附图式仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。请参阅图1 图5所示，为本发明实施例的立体图、转子与壳体分解图、两组转子分离图、两组转子结合图及两气体输送管与壳体分解图。该旋转调变引擎包括一第一传动装置10、一第二传动装置20、火星塞以及两气体输送管。该第一传动装置10，包含一壳体11、两组转子12A、12B及两椭圆齿轮13A、13B， 该壳体11 (圆筒形或圆环形)由一汽缸壁111及一汽缸盖112所组成，该汽缸壁111与汽缸盖112可透过螺件(如螺丝)结合，该汽缸壁111设有进气孔IllA(Intake)及排气孔 IllB(Exhaust),该进气孔IllA位于汽缸壁111的左下侧，该排气孔IllB位于汽缸壁111 的右下侧，且该壳体11的两侧设有穿孔11A、11B，而该两组转子12A、12B设置于该壳体11 内，各组转子12A (或12B)包含一轴心121A (或121B)、一汽缸壁122A (或122B)及两活塞 123A1、123A2(或 123B1、123B2)，该轴心 121A (或 121B)穿设于该汽缸壁 122A (或 122B)中心，且该两活塞123A1、123A2(或123B1、123B2)相对设置于该汽缸壁122A (或122B)周缘侧壁上，活塞123A1、123A2、123B1、123B2周围可设有侧密气片(Side Seal)与壳体11的汽缸壁111密合，而该两轴心121A、121B的一端相互活动地接合，令该两组转子12A、12B交叉重叠并形成夹角，该两轴心121A、121B的另一端穿过该壳体11的穿孔11A、11B，而分别与该两椭圆齿轮13A、13B结合。该第二传动装置20，包含一轴心21及两椭圆齿轮22A、22B，该两椭圆齿轮22A、22B 分别结合于该轴心21的两端，且该两椭圆齿轮22A、22B与第一传动装置10的两椭圆齿轮 13A、13B相互对应齿合(同一侧齿轮相互对应齿合，即椭圆齿轮22A与椭圆齿轮13A相互对应齿合，而椭圆齿轮22B与椭圆齿轮13B相互对应齿合)。该火星塞30，配设于该壳体11的汽缸壁111上，负责点火启动引擎。该两气体输送管40，包含一进气歧管41A及一排气歧管41B，且分别接合于该壳体 11的汽缸壁111的进气孔及排气孔上。请配合参阅图10所示，其中，该第一传动装置10及第二传动装置20的椭圆齿轮 13A、13B、22A、22B具有短轴100及长轴200，该第一传动装置10的两椭圆齿轮13A、13B的短轴100及长轴200呈相反设置，而该第二传动装置20的两椭圆齿轮22A、22B的短轴100 及长轴200亦呈相反设置。本发明为了改良并简化传统引擎的复杂零件数与机械效率等问题而创作，其原理是利用两组交叉重叠的转子12A、12B (Rotor)，利用四个椭圆齿轮13A、13B、22A、 22B(Elliptical Gear)推动并调变两组转子12A、12B的相对转速以变动转子12A、12B所形成的四个夹角空间(即四行程的空气室401、402、403、404)，两组转子12A、12B顺着汽缸壁Ill(Cylinder) (11)圆周朝相同方向旋转，两组转子12A、12B分别设有活塞(Rotary Piston)与互补而相互结合的汽缸壁122A、122B(Inside Cylinder)合组成具有进气、压缩、爆发、排气等四个可变行程空气室404、401、402、403的旋转调变引擎。当两组转子12A、12B的夹角呈90度(在最大调速比时)，同一侧的椭圆齿轮)亦呈90度，即椭圆齿轮13A与椭圆齿轮22k呈90度齿合，椭圆齿轮13B与椭圆齿轮22B也是呈90度齿合。若两组转子12A、12B是朝顺时钟方向旋转，而椭圆齿轮13A、13B、22A、22B的长轴 200 (Maximum Radius)与短轴 100 (Minimum Radius)比为 3 1，四个椭圆齿轮 13A、 13B、22A、22B的总调速比为9 1，由于椭圆齿轮13A、13B、22A、22B于旋转时的长短轴距变化关系，其作用等于是一组随着旋转角度而作正弦(Sine)曲线调速的变速箱。请参阅图6所示，若第二传动装置20的轴心21 (动力输出轴心)的恒定相对转速为1，此时两组转子12A、12B处于最大调变转速比，转子12A的转速达到最高，其相对调变转速为3，转子12B的转速则最慢，此时的相对调变转速为1/3。请参阅图7所示，转子12A的转速随着椭圆齿轮13A的转动，由最快转速依照正弦曲线的波幅摆动参数而减慢到最低转速，再渐渐增加到最高转速，周而复始，转子12B也同样随着椭圆齿轮13B而调变转速。该两组转子12A、12B是分别由两组椭圆齿轮13A与22A、 13B与22B交互的来调变，当有一个转子12A(或12B)达到最高转速时另一个转子12B (或 12A)则处于最低转速状态，两组转子朝同一方向旋转，在适当的规画时并不会彼此碰撞，当两组转子12A、12B的转速相同时，两侧椭圆齿轮13A与22A、13B与22B的结合的总轴距相等，该总轴距为椭圆齿轮13A、13B、22A、22B的长轴200轴距加上短轴100的1/2轴距，在此瞬间两组转子12A、12B与第二传动装置20的轴心21 (动力输出轴心)的转速相同，也就是相对转速均为1，两组转子12A、12B对第二传动装置20的轴心21的扭力(Torque)相同。请参阅图8所示，空气室401处于于最大压缩比的压缩行程，空气室402处于爆发行程，空气室403处于排气行程，空气室404处于进气行程，此时由于引擎的转动惯性 (Sluggishness)而让转子12A、12B持续转动，接着空气室401由火星塞30点火而爆发，活塞(123B1)的转速因高压燃气的推动而渐次加快，当旋转到0度位置时到达最高转速，活塞(123A2)在90度位置时到达最慢转速。活塞(123A2)移动到活塞(123B1)的位置时其相对转速的变化是由1变为0. 3333再回复为1，此时平均相对转速约为0. 3333X V 2 = 0. 4714，活塞(123B1)移动到活塞(123A1)的位置时其相对转速的变化是由1变为3再回复为1，此时平均相对转速约为3X V 2 = 2. 1213，上述两者虽然转速不同但所花费的时间是相等的，因力矩(Moment of Force)=作用力(Force)X力臂(Moment Arm)，也就是τ = FXr，力矩也可称作扭力(Torque)，一个圆形齿轮如果在轴心处给于特定的磨擦阻力，轴距愈大时在齿根拨动就会显得愈省力，同理；大轴距的齿轮搭配小轴距的齿轮时从小齿轮旋转就会较省力，反之以大齿轮转动小齿轮则较费力，前者好比有较长的力臂rl，后者有如较短的力臂r2，因在相同的高压燃气压力下对两侧活塞的推力F是相等的，当rl > r2时，则 FXrl >FXr2，只要推力相同，力臂比也可当成扭力比，但空气室的燃气压力是随着旋转角度而变化的，因此活塞对动力输出轴(第二传动装置20的轴心21)的相对扭力是瞬时的燃气压力乘以相对力臂，动力输出轴与两组椭圆齿轮其瞬间的相对轴径比可当成相对力臂比。请参阅图9所示，当活塞123A2的相对转速到达0. 6666时，活塞123B1的相对转速也到达2，此时活塞123B1对第二传动装置20的轴心21的相对力臂为2，活塞123A2对第二传动装置20的轴心21的相对力臂为0.6666，两者相对力臂比为3 1，此时高压燃气对活塞123A2的推动阻力比活塞123B1大3倍，活塞123B1被推着往前走并提供1/3的扭力经由第二传动装置20的轴心21回馈到活塞123A2，活塞123A2被迫朝相同方向旋转并使高压燃气压力回升，所增加的压力再推动活塞123B1，理论上活塞123A2在整个过程是没有耗损功率的，实际上磨擦耗损也很小，另外活塞123B1提供2/3的扭力给第二传动装置20的轴心21，因此时空气室402的容积增量不多，仍保有很高的燃气压力，动力输出表现良好， 当活塞123B1继续移动到0度位置时，活塞123A2已移动到90度处。请再次参阅图6所示，此时两个转子12A、12B的相对转速比是3 0.3333，或两活塞123A1、123B1的相对力臂比为9 1，活塞123A1对第二传动装置20的轴心21的相对扭力比活塞123B1大9倍，而两组转子12A、12B的转速比也是9倍，动力由活塞123A1经椭圆齿轮13A传导至椭圆齿轮22A再到第二传动装置20的轴心21，一部分动能经由椭圆齿轮 22B传导到椭圆齿轮13B，由椭圆齿轮13B压迫转子12B朝着顺时钟的相同方向旋转，因活塞123B1对高压燃气压缩而导致压力再提升，所增加的压力又对活塞123A1施力，因此活塞123B1理论上并未流失能量，但此时空气室402的容积已到达排气量的一半，动力输出表现约稍低于前者，活塞123A1超越0度位置时的相对扭力及燃气压力将逐渐降低，当旋转活塞 123A1接近270度的排气孔IllB(Exhaust)位置时开始进入排气行程。椭圆齿轮13A、13B、22A、22B的作用有如杠杆原理(Lever Theorem)，在旋转过程中，不断变化的轴距比就好比不断变化的支点(Fulcrum)，而轴距比宛如力臂比，在某一旋转角度，燃气压力对两侧活塞123A1、123A2、123B1、123B2的推力是相同的，力臂大的活塞 123A1、123A2(或123B1、123B2)将给予第二传动装置20的轴心21较大的扭力用来推动力臂较小的另一个活塞123B1、123B2(或123A1、123A2)，因此可以轻易的让力臂较小的活塞 123B1、123B2(或123A1、123A2)对高压燃气进行压缩的动作。请再次参阅图7所示，转子12A从最高转速渐次变慢，而转子12B则由最低转速渐次加快，此时空气室401与空气室403空间渐次缩小，而空气室402与空气室404空间则逐渐扩大。综合上述，该第二传动装置20的轴心21每旋转一圈可获得四次排气、进气、压缩、 爆发等行程，一具四缸四行程循环引擎的曲轴(Crankshaft)每旋转两圈也可获得四次排气行程，若两种引擎的单缸排气量均假设为400c. c，则总排气量都是1600c. c，但四缸四行程循环引擎须增加两倍的转速才能获得相似的马力，因此，本发明的旋转调变引擎的动力表现优，而且节省空间(引擎结构简单)、有效提升运转效率(动力输出平稳、引擎转速高、 马力大、扭力佳)、环保(简化行程而降低空气污染)，此外，本发明的旋转调变引擎采用圆环形(或圆筒形)壳体11结构，具有降低成本(容易制造、运转顺畅而降低磨耗)的优点。以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效结构变化，均理同包含于本发明的范围内。
权利要求
1.一种旋转调变引擎，其特征在于包括一第一传动装置，包含一壳体、两组转子及两椭圆齿轮，该壳体由一汽缸壁及一汽缸盖所组成，该汽缸壁设有进气孔及排气孔，且该壳体的两侧设有穿孔，而该两组转子设置于该壳体内，各组转子包含一轴心、一汽缸壁及两活塞，该轴心穿设于该汽缸壁中心，且该两活塞相对设置于该汽缸壁周缘侧壁上，而该两轴心的一端相互活动地接合，令该两组转子交叉重叠并形成夹角，该两轴心的另一端穿过该壳体的穿孔，而分别与该两椭圆齿轮结合；一第二传动装置，包含一轴心及两椭圆齿轮，该两椭圆齿轮分别结合于该轴心的两端， 且该两椭圆齿轮与第一传动装置的两椭圆齿轮相互对应齿合；一火星塞，配设于该壳体的汽缸壁上；以及两气体输送管，包含一进气歧管及一排气歧管，且分别接合于该壳体的汽缸壁的两气孔上。
2.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，该第一传动装置及第二传动装置的椭圆齿轮具有短轴及长轴，该第一传动装置的两椭圆齿轮的短轴及长轴呈相反设置，而该第二传动装置的两椭圆齿轮的短轴及长轴亦呈相反设置。
3.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，当该两组转子的夹角呈90度，同一侧的两椭圆齿轮亦呈90度。
4.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，当两组转子转速相同，两侧椭圆齿轮的结合的总轴距相等，该总轴距为椭圆齿轮的长轴轴距加上短轴的1/2轴距。
5.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，该两组转子的最大相对调变转速比是椭圆齿轮的长轴与短轴比的平方。
6.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，该两组转子与该壳体相互对应。
7.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，该两组转子与该壳体之间形成四个空气室，并具有压缩、爆发、排气、进气四个行程。
8.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，该壳体为圆筒形及圆环形其中一种。
9.如权利要求1所述的旋转调变引擎，其特征在于，一组转子的活塞被高压燃气所推动而朝某方向旋转，动力经由该组转子的椭圆齿轮传达到第二传动装置的轴心的一端同侧椭圆齿轮再传达到该轴心，并由该轴心提供一部分动力至其另一端椭圆齿轮由另一组转子的椭圆齿轮转换为低转速后反馈到该组转子而被迫朝相同方向旋转，且其活塞对高压燃气作压缩的动作。
全文摘要
本发明是一种旋转调变引擎，包括一第一传动装置、一第二传动装置、火星塞以及两气体输送管，该第一传动装置包含一壳体、两组转子及两椭圆齿轮，各组转子包含一轴心、一汽缸壁及两活塞，该两轴心的一端相互活动地接合，令两组转子交叉重叠并形成夹角，而该两轴心的另一端穿过该壳体而分别与该两椭圆齿轮结合，该第二传动装置包含一轴心及两椭圆齿轮，该两椭圆齿轮分别结合于该轴心的两端，且与第一传动装置的两椭圆齿轮相互对应齿合；由此，以具有环保、节省空间、降低成本以及有效提升运转效率。
文档编号F02B53/04GK102465758SQ20101053146
公开日2012年5月23日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者叶俊奖 申请人:叶俊奖