技术详细介绍
为直观了解本设计的思路，请先看一下这个设计原理动画。
在热机产生的一百多年间，世界范围内使用的所有类型的热机均不能够将燃料所产生的能量进行梯级利用，在使用能源的过程中仅利用了其中的一小部分，而将大部分的能源以余热的方式浪费掉了，其原因就在于不能使较低压力的膨胀气体产生足够的扭矩做功。
我们知道，物体所受气体压力等于气体压强与物体受力面积的乘积，当膨胀气体的压强不变时，增大做功部件的受力面积可以增大其受力，另外，扭矩等于使轴转动的切线力与这个力到轴中线距离的乘积，切线力相同时增大这个力到转轴中线的距离可以增大转动的扭矩。为了使燃料燃烧所产生的能量得到梯级利用，在膨胀气体压力逐渐减小的过程中，可以通过逐渐增大做功部件受膨胀气体压力的受力面积，以及增大驱使转轴转动的切线力与转轴中线之间的距离来得到足够的扭矩，使较低压强的气体能够产生足够大的扭矩做功，从而提高燃料的利用率。用数学公式来表示： N=FL=kPSL 式中N为扭矩，F为膨胀气体作用于转子上产生的使转子旋转的切线力，L为切线力到转子轴线的距离，k为常数，P为膨胀气体的压强，S为转子受膨胀气体的有效受力面积。从上述公式可以看出，因为SL的积不断增大，所以N不会随着P的减小而线性减小，当驱动输出轴转动的最小扭矩N的值恒定时，P的最小值可以很小，也就是排气压强可以很小，这样就达到了降低排气压强的目的，实现了对燃气能量的梯级利用。
本设计所提供的往复式转子发动机的气体做功单元包括主体为锥形螺杆状的转子以及与之配套的缸体和滑动装置，转子主体部分的螺纹牙顶面与缸体壁面密封接触，且所述缸体壁面围成的型腔与转子同轴，转子截面较小的一端连通膨胀气体。这样的结构使得膨胀气体只能沿螺纹槽膨胀，由于螺纹槽槽壁是一个斜面，膨胀气体作用于螺纹槽上就会产生一个使转子绕轴线转动的切线力。在螺纹槽中置放一个滑动装置起到阻挡膨胀气体促使其作用于转子上驱动转子做功的作用。在缸体上设置一个纵向的滑槽，并使滑动装置沿螺纹槽和滑槽滑动，可以使滑动装置在转子不发生轴向移动的情况下通过滑动配合转子的转动。滑动装置设计为两块板状物彼此垂直相交的十字形结构，使其外缘与螺纹槽槽壁、槽底、缸体内壁及滑槽内壁密封接触，将缸体内壁与螺纹槽所构成的通道阻隔为四个区域，对角的两个区域两两相通，并使滑动装置构成两个相通区域边界的四个部分有效受力面积相等。这种结构使得滑动装置对角的两个区域内气压相等，膨胀气体的压力能同时作用于滑动装置构成这两个区域边界的四个部分上，使滑动装置受膨胀气体压力大小相等、方向相反，彼此相互抵消，从而使滑动装置总体上受力平衡，不因受膨胀力与做功单元其他部件产生额外的摩擦力，消除了做功单元内不必要的磨损，提高了做功单元的内效率。而锥形螺杆状的转子由截面小的一端到截面大的一端螺纹槽槽壁的表面积以及离轴线的距离逐渐增大，在相同的气压下力矩也逐渐增大，这样的结构可以使作用于其上的压强逐渐减小的膨胀气体能够产生足够大的扭矩做功，从而可以实现将膨胀气体的能量梯级利用的目的。
气体的膨胀力作用于转子上还会产生一个轴向力，为此本设计提供的方案是使每个做功单元组包括两个彼此镜像的做功单元，这两个做功单元的转子按镜像方式刚性连接，使其在膨胀行程中传动方向相同而产生的轴向力方向相反，以此来抵消轴向力。为了使气体做功单元有效的运转起来，就要使滑动装置在气体完成做功后回到原来的位置，也就需要使滑动装置沿其轨迹反向运动，由于滑动装置是由转子推动配合转子的旋转而运动的，这就需要转子在做功行程结束后反向旋转。为了实现这一目的，本设计设置了两个相对应的做功单元组，两个相对应的做功单元组可以通过转子联动机构相联动。当一个做功单元组进行膨胀行程时，滑动装置由转子截面小的一端滑动到截面大的一端，另一个做功单元组的转子联动旋转进行排气行程或压缩行程将滑动装置由转子截面较大的一端推到转子截面较小的一端，当另一个做功单元组的滑动装置到达转子截面较小的一端进行膨胀行程时，又会带动前述与之相对应的做功单元组的转子反方向旋转将滑动装置推动到转子截面较小的一端。两个做功单元组交替进行膨胀行程，使其转子交替进行正向和反向往复旋转，从而推动滑动装置在转子截面较大的一端和较小的一端之间往复滑动，使做功单元平稳的运转起来。由于转子需要反向旋转，在此过程中不能与动力轴发生传动作用，所以设置单向轴承来使转子传动动力轴。单向轴承的作用在于，转子沿某一方向旋转的时候传动动力轴，而在反向旋转的时候不与动力轴发生传动作用进行空转（如自行车的飞轮）。在转子截面较大的一端与滑动装置之间的螺纹槽内加注润滑油，使相对应的两个做功单元组通过润滑油通道彼此相通，可以使润滑油在两个相对应的做功单元组中往复流动，对做功单元起到润滑和冷却的作用。为了使发动机的结构合理、布局紧凑，本设计使相对应的做功单元组分别驱动两根动力轴，并通过轴传动机构使两根动力轴共同传动输出轴，使输出轴沿同一方向旋转。这样，相对应的做功单元组通过单向离合器交替传动动力轴，两根动力轴交替传动输出轴，使输出轴对外输出动力。
我们知道，传统发动机的活塞运动时是正反向往复运动，在止点的机械负荷很大，由一个方向转换为另一方向运动时需要消耗大量的能量。这个设计克服了转换方向运动需消耗能量的问题，这是另一个优点所在。在这个设计中，左右两组转子通过联动机构相互联动，彼此转动方向相反，当进行膨胀行程的一组转子驱动输出轴转动时，另一组转子在联动机构的作用下反向旋转进行压气行程，正向旋转的转子会将冲量转移到压气行程中而使自身到达止点，也就是说使转子停止所消耗的能量被利用到了压缩气体的过程中，所以这一过程不损耗能量。传统发动机的活塞是往复直线运动而这一设计的转子是往复旋转运动，活塞的速度很大，也是由正向很高的速度瞬间转变为逆向很高的速度，活塞可以承受的机械负荷转子也应该能够承受。
另外，转子上部的缸体的形状可以自由设计，也就是说燃烧室的形状是有设计空间的。本设计的发动机可以采取压燃式，如燃烧不理想，也可以将燃烧室独立出来（燃烧室的设计在现有技术中是成熟的），而只需将燃烧室与做功单元的进气口相连通就可以了。
本设计中，转子与动力轴同轴转动，可同轴传动动力轴，且螺杆状的转子其重量在径向上分布均衡，转子的运转过程几乎不产生震动，从而消除了振动造成的能量损耗。
如果将这种热机用作蒸汽机，不需要考虑燃烧和散热，只需两组相对应的转子交替进行膨胀和排气两个行程，在技术上更容易实现，而且有很多优势。表现在：1、可以将膨胀蒸汽的势能梯级利用，提高燃料的利用率。尤其是在蒸汽做功结束后用此种热机加一个有机朗肯循环将会更进一步提高对燃料热量的利用率。2、可以不考虑蒸汽轮机存在的“水击”因素，不必用干蒸汽做功，可以简化设备。3、蒸汽压强不需要太高，对压力设备的要求低。
上文所述的滑动装置不太适用于曲率不断变化的滑动接触面，本人已经将其改进。具体的改进方式为：滑动装置放置于螺纹槽内的部分由膨胀石墨包裹铁质部分作为可变形的密封，并由滑动装置将膨胀气体导出以使装置的整体受力平衡。总而言之，这一部分的技术问题已经解决，如果贵方有意愿，我可以发送详细技术资料。
在热机产生的一百多年间，世界范围内使用的所有类型的热机均不能够将燃料所产生的能量进行梯级利用，在使用能源的过程中仅利用了其中的一小部分，而将大部分的能源以余热的方式浪费掉了，其原因就在于不能使较低压力的膨胀气体产生足够的扭矩做功。
我们知道，物体所受气体压力等于气体压强与物体受力面积的乘积，当膨胀气体的压强不变时，增大做功部件的受力面积可以增大其受力，另外，扭矩等于使轴转动的切线力与这个力到轴中线距离的乘积，切线力相同时增大这个力到转轴中线的距离可以增大转动的扭矩。为了使燃料燃烧所产生的能量得到梯级利用，在膨胀气体压力逐渐减小的过程中，可以通过逐渐增大做功部件受膨胀气体压力的受力面积，以及增大驱使转轴转动的切线力与转轴中线之间的距离来得到足够的扭矩，使较低压强的气体能够产生足够大的扭矩做功，从而提高燃料的利用率。用数学公式来表示： N=FL=kPSL 式中N为扭矩，F为膨胀气体作用于转子上产生的使转子旋转的切线力，L为切线力到转子轴线的距离，k为常数，P为膨胀气体的压强，S为转子受膨胀气体的有效受力面积。从上述公式可以看出，因为SL的积不断增大，所以N不会随着P的减小而线性减小，当驱动输出轴转动的最小扭矩N的值恒定时，P的最小值可以很小，也就是排气压强可以很小，这样就达到了降低排气压强的目的，实现了对燃气能量的梯级利用。
本设计所提供的往复式转子发动机的气体做功单元包括主体为锥形螺杆状的转子以及与之配套的缸体和滑动装置，转子主体部分的螺纹牙顶面与缸体壁面密封接触，且所述缸体壁面围成的型腔与转子同轴，转子截面较小的一端连通膨胀气体。这样的结构使得膨胀气体只能沿螺纹槽膨胀，由于螺纹槽槽壁是一个斜面，膨胀气体作用于螺纹槽上就会产生一个使转子绕轴线转动的切线力。在螺纹槽中置放一个滑动装置起到阻挡膨胀气体促使其作用于转子上驱动转子做功的作用。在缸体上设置一个纵向的滑槽，并使滑动装置沿螺纹槽和滑槽滑动，可以使滑动装置在转子不发生轴向移动的情况下通过滑动配合转子的转动。滑动装置设计为两块板状物彼此垂直相交的十字形结构，使其外缘与螺纹槽槽壁、槽底、缸体内壁及滑槽内壁密封接触，将缸体内壁与螺纹槽所构成的通道阻隔为四个区域，对角的两个区域两两相通，并使滑动装置构成两个相通区域边界的四个部分有效受力面积相等。这种结构使得滑动装置对角的两个区域内气压相等，膨胀气体的压力能同时作用于滑动装置构成这两个区域边界的四个部分上，使滑动装置受膨胀气体压力大小相等、方向相反，彼此相互抵消，从而使滑动装置总体上受力平衡，不因受膨胀力与做功单元其他部件产生额外的摩擦力，消除了做功单元内不必要的磨损，提高了做功单元的内效率。而锥形螺杆状的转子由截面小的一端到截面大的一端螺纹槽槽壁的表面积以及离轴线的距离逐渐增大，在相同的气压下力矩也逐渐增大，这样的结构可以使作用于其上的压强逐渐减小的膨胀气体能够产生足够大的扭矩做功，从而可以实现将膨胀气体的能量梯级利用的目的。
气体的膨胀力作用于转子上还会产生一个轴向力，为此本设计提供的方案是使每个做功单元组包括两个彼此镜像的做功单元，这两个做功单元的转子按镜像方式刚性连接，使其在膨胀行程中传动方向相同而产生的轴向力方向相反，以此来抵消轴向力。为了使气体做功单元有效的运转起来，就要使滑动装置在气体完成做功后回到原来的位置，也就需要使滑动装置沿其轨迹反向运动，由于滑动装置是由转子推动配合转子的旋转而运动的，这就需要转子在做功行程结束后反向旋转。为了实现这一目的，本设计设置了两个相对应的做功单元组，两个相对应的做功单元组可以通过转子联动机构相联动。当一个做功单元组进行膨胀行程时，滑动装置由转子截面小的一端滑动到截面大的一端，另一个做功单元组的转子联动旋转进行排气行程或压缩行程将滑动装置由转子截面较大的一端推到转子截面较小的一端，当另一个做功单元组的滑动装置到达转子截面较小的一端进行膨胀行程时，又会带动前述与之相对应的做功单元组的转子反方向旋转将滑动装置推动到转子截面较小的一端。两个做功单元组交替进行膨胀行程，使其转子交替进行正向和反向往复旋转，从而推动滑动装置在转子截面较大的一端和较小的一端之间往复滑动，使做功单元平稳的运转起来。由于转子需要反向旋转，在此过程中不能与动力轴发生传动作用，所以设置单向轴承来使转子传动动力轴。单向轴承的作用在于，转子沿某一方向旋转的时候传动动力轴，而在反向旋转的时候不与动力轴发生传动作用进行空转（如自行车的飞轮）。在转子截面较大的一端与滑动装置之间的螺纹槽内加注润滑油，使相对应的两个做功单元组通过润滑油通道彼此相通，可以使润滑油在两个相对应的做功单元组中往复流动，对做功单元起到润滑和冷却的作用。为了使发动机的结构合理、布局紧凑，本设计使相对应的做功单元组分别驱动两根动力轴，并通过轴传动机构使两根动力轴共同传动输出轴，使输出轴沿同一方向旋转。这样，相对应的做功单元组通过单向离合器交替传动动力轴，两根动力轴交替传动输出轴，使输出轴对外输出动力。
我们知道，传统发动机的活塞运动时是正反向往复运动，在止点的机械负荷很大，由一个方向转换为另一方向运动时需要消耗大量的能量。这个设计克服了转换方向运动需消耗能量的问题，这是另一个优点所在。在这个设计中，左右两组转子通过联动机构相互联动，彼此转动方向相反，当进行膨胀行程的一组转子驱动输出轴转动时，另一组转子在联动机构的作用下反向旋转进行压气行程，正向旋转的转子会将冲量转移到压气行程中而使自身到达止点，也就是说使转子停止所消耗的能量被利用到了压缩气体的过程中，所以这一过程不损耗能量。传统发动机的活塞是往复直线运动而这一设计的转子是往复旋转运动，活塞的速度很大，也是由正向很高的速度瞬间转变为逆向很高的速度，活塞可以承受的机械负荷转子也应该能够承受。
另外，转子上部的缸体的形状可以自由设计，也就是说燃烧室的形状是有设计空间的。本设计的发动机可以采取压燃式，如燃烧不理想，也可以将燃烧室独立出来（燃烧室的设计在现有技术中是成熟的），而只需将燃烧室与做功单元的进气口相连通就可以了。
本设计中，转子与动力轴同轴转动，可同轴传动动力轴，且螺杆状的转子其重量在径向上分布均衡，转子的运转过程几乎不产生震动，从而消除了振动造成的能量损耗。
如果将这种热机用作蒸汽机，不需要考虑燃烧和散热，只需两组相对应的转子交替进行膨胀和排气两个行程，在技术上更容易实现，而且有很多优势。表现在：1、可以将膨胀蒸汽的势能梯级利用，提高燃料的利用率。尤其是在蒸汽做功结束后用此种热机加一个有机朗肯循环将会更进一步提高对燃料热量的利用率。2、可以不考虑蒸汽轮机存在的“水击”因素，不必用干蒸汽做功，可以简化设备。3、蒸汽压强不需要太高，对压力设备的要求低。
上文所述的滑动装置不太适用于曲率不断变化的滑动接触面，本人已经将其改进。具体的改进方式为：滑动装置放置于螺纹槽内的部分由膨胀石墨包裹铁质部分作为可变形的密封，并由滑动装置将膨胀气体导出以使装置的整体受力平衡。总而言之，这一部分的技术问题已经解决，如果贵方有意愿，我可以发送详细技术资料。