CN201412202Y - 一种发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，包括高温高压腔界面体外开通口(1)、高温高压腔界面体外开通口对应件(2)和气缸(3)，其特征在于：所述高温高压腔界面体外开通口(1)和高温高压腔界面体外开通口对应件(2)相互对应设置形成所述高温高压腔界面体外开通口(1)的外开通口对应面(101)和所述高温高压腔界面体外开通口对应件(2)的对应件对应面(201)，在所述外开通口对应面(101)和所述对应件对应面(201)中至少一个设为径向分力面，在所述外开通口对应面(101)和所述对应件对应面(201)之间设浮动径向弹性密封环(1020)。本实用新型可以补偿加工误差、冷缩热胀变形及磨损等造成的影响，确保密封性。

Description

一种发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构

技术领域

本实用新型涉及发动机领域。

背景技术

众所周知，无论对发动机还是压气机，其气缸密封性都是至关重要的，特别是对发动机来说，其密封性决定了发动机的性能、效率和寿命，是发动机设计和制造过程中的最最重要的问题。现代发动机活塞与气缸套之间通过机油润滑活塞环的设置，使活塞与气缸套之间滑动密封，这种结构确实大幅度提高了发动机的密封性。但是这种结构是解决了气缸和活塞间的径向密封性，而解决不了发动机中高温高压腔界面体上一部分和另一部分的端部之间具有补偿性的密封问题(所谓高温高压腔界面体是指发动机的气缸外壁、活塞和气缸盖，也可以是其它高温高压区域的外表面体)。近年来，对于对置气缸发动机以及外开阀体配气发动机的研究开发也比较盛行，为了解决这类发动机燃烧时的密封问题，需要发明一种对热形变、磨损以及加工误差具有良好补偿能力的新型动态端密封配气结构。

发明内容

本实用新型公开了一种设在高温高压腔界面体上(所谓高温高压腔界面体是指能盛装高温高压介质比如发动机燃烧爆炸后的高温高压气体、燃气轮机的高温高压混合气、高温高压水蒸汽等的密闭空间的外壁，在传统发动机中是指气缸外壁、气缸盖和活塞)的动态端密封配气结构。所谓高温高压腔界面体动态配气结构是将高温高压腔界面体外开通口和高温高压腔界面体外开通口对应件相互对应设置，外开通口的对应件受对应件正时控制装置控制，沿气缸轴线方向运动按发动机正时要求将与之对应的外开通口打开或关闭。

所谓高温高压腔界面体外开通口对应件是指设在气缸盖或其它部位上的气缸外开配气座口，或指对置气缸发动机中的气缸端口。高温高压腔界面体外开通口对应件是指外开阀体或在滑动气缸配气发动机中的滑动缸。

所谓内等形变开口环是指通过调整开口径向组合方式动态径向弹性密封环中的内环在圆周方向不同位置上的断面面积或在不同位置上设缺口以使此环达到在径向方向具有相等的弹性系数。所谓外等形变是指通过调整开口径向组合方式动态径向弹性密封环中的外环在圆周方向上不同位置的断面面积或在不同位置上设缺口以使此环达到在径向方向具有相等的弹性系数。

径向分力面可以为锥面、球面、曲面等，在两个对应端面之间设浮动径向弹性密封环结构体，在气缸外开通口受到气缸外开通口对应件的压迫时，将在径向发生一定的位移，从而补偿由于加工误差、冷缩热胀变形及磨损所造成的影响，确保高度密封性。锥面环形弹性结构可以一个端面设为锥面，也可以两个端面均设为锥面，根据需要可以设为内锥式或外锥式，也可以单独使用或多个轴向落装使用；所谓浮动径向弹性密封环，是将密封环结构体与气缸外开通口浮动设置，这样密封环就可以自转，密封环的转动等同于气缸外开通口与气缸外开通口对应件相对应的两个面在转动，同时可以通过在密封环上设置导气结构，保证密封环按同一个方向自转，从而补偿由于加工误差、冷缩热胀变形及磨损造成的影响，确保高密封性。所谓开口径向组合式浮动径向弹性密封环是由两个或两个以上开口的浮动径向弹性密封环径向套装而成的。在装配时，不同环的开口应错向安装，例如，两个开口环的开口互相形成180°，三个开口环的开口互相形成120°。同样，锥面可设为内锥面或外锥面，开口径向组合式浮动径向弹性密封环也可单独使用或将多个开口径向组合式浮动径向弹性密封环轴向落装使用。

所谓外缺口梯形浮动径向弹性密封环是指当密封环的内口与对应件对应面密封接触时，为了保证密封环整体形变尽量保持一致，受到大的爆炸力或关闭撞击力的时候不会发生翘曲形变，就在密封环的外侧均布开一些小缺口。同理，如果是密封环的外侧是与对应面密封接触时，就在密封环的内侧均布开一些小缺口。对于开口径向组合式浮动径向弹性密封环来说，同理，为了避免在开口处形成大的应力集中和形变，根据密封环与对应件对应面接触面的不同位置，将密封环内环设计成不等截面的偏心结构体，或是将密封环外环设计成不等截面的偏心结构体，使开口径向弹性密封环各处的径向形变趋于一致，也即等形变开口环；或是在密封环内环的内侧及对应外环外侧开一些等截面(即缺口深度、宽度均相等)、不等密度的缺口，或是开一些密度相等但不等截面(即缺口深度不等或缺口深度和宽度均不同)的缺口，达到开口浮动径向弹性密封环各处的径向形变趋于一致的目的。

所谓摆动式活塞发动机是指不同形式的摆动活塞式发动机和摆动活塞式转子发动机(活塞相对摆动的同时，又作旋转运动)。这种结构的发动机都存在着一个共同的问题，就是在气缸燃烧室密封段内的气缸壁内(壁厚方向)存在气缸与活塞连接件的滑动界面，而该滑动界面的密封是非常困难的，特别是由于发动机的冷缩热胀等原因使这一滑动界面的密封更为困难，这也是该结构的发动机难以在商业化发动机制造中应用的主要原因。本实用新型所公布的浮动径向弹性密封环设在摆动式活塞发动机相对摆动的燃烧室界面体之间就能从根本上解决上述问题，实现对发动机热胀冷缩和磨损的补偿，保证密封性，同时还能避免由于气缸壁内(壁厚方向)的滑动界面的存在而导致润滑油进入燃烧室等问题。

为了克服传统发动机的上述缺陷，本实用新型公开了一种发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其目的是这样实现的：所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，包括高温高压腔界面体外开通口、高温高压腔界面体外开通口对应件和气缸，所述高温高压腔界面体外开通口和高温高压腔界面体外开通口对应件相互对应设置形成所述高温高压腔界面体外开通口的外开通口对应面和所述高温高压腔界面体外开通口对应件的对应件对应面，在所述外开通口对应面和所述对应件对应面中至少一个设为径向分力面，在所述外开通口对应面和所述对应件对应面之间设浮动径向弹性密封环。

所述高温高压腔界面体外开通口设为燃烧室外开配气座口，所述高温高压腔界面体外开通口对应件设为外开配气阀体或设为外开座口配气缸套。

所述高温高压腔界面体外开通口设为所述气缸的气缸端口，所述高温高压腔界面体外开通口对应件设为气缸配气缸套。

所述浮动径向弹性密封环设为断面为双斜边梯形的梯形浮动径向弹性密封环或设为断面为直角梯形的直角梯形浮动径向弹性密封环。

所述浮动径向弹性密封环设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环径向套装构成的径向组合式浮动径向弹性密封环，或所述浮动径向弹性密封环设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环轴向落装构成的轴向组合式浮动径向弹性密封环。

所述浮动径向弹性密封环设为由两个或两个以上开口浮动径向弹性密封环径向错口套装构成的开口径向组合式浮动径向弹性密封环，或所述浮动径向弹性密封环设为由两个或两个以上所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环轴向落装构成的开口轴向组合式浮动径向弹性密封环。

所述梯形浮动径向弹性密封环设为外缺口梯形浮动径向弹性密封环或设为内缺口梯形浮动径向弹性密封环；所述直角梯形浮动径向弹性密封环设为外缺口直角梯形浮动径向弹性密封环或设为内缺口直角梯形浮动径向弹性密封环。

所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环的内环设为内等形变开口环，所述内等形变开口环设为变截面式内等形变开口环或设为等截面缺口式内等形变开口环；或所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环的外环设为外等形变开口环，所述外等形变开口环设为变截面式外等形变开口环或设为等截面缺口式外等形变开口环。

所述浮动径向弹性密封环设在摆动式活塞发动机的相对摆动的燃烧室界面体之间。

本实用新型有以下积极有益的效果：

1、本实用新型结构简单、体积小、成本低廉；

2、本实用新型可以补偿由于加工误差、热胀冷缩变形及磨损所造成的影响，确保发动机气缸动态端密封的高度密封性。

3、本实用新型可适用于任何带有发动机的设备。

附图说明

图1是本实用新型-实施例的结构示意图

图2是外开通口设为燃烧室外开配气座口实施例的结构示意图

图3是图2的K部放大图

图4是浮动径向弹性密封环断面为双斜边梯形结构的实施例示意图(内锥面)

图5是浮动径向弹性密封环断面为双斜边梯形结构的实施例示意图(外锥面)

图6是浮动径向弹性密封环断面为直角梯形结构的示意图

图7是浮动径向弹性密封环为径向组合式的结构实施例示意图

图8是浮动径向弹性密封环为轴向组合式的结构实施例示意图

图9是浮动径向弹性密封环为开口径向组合式的结构实施例示意图

图10是图9的A-A向剖视图

图11a是P部放大图(外环带有定位结构，断面为直角梯形)

图11b是P部放大图(内环带有定位结构，断面为直角梯形)

图11c是P部放大图(内环两端面均为水平面，外环断面为直角梯形)

图11d是P部放大图(内环两端面均为水平面，外环断面为双斜边梯形)

图12是开口轴向组合式浮动径向弹性密封环的结构示意图

图13是外缺口梯形浮动径向弹性密封环的结构示意图

图14是图13的B-B向剖视图

图15是内缺口梯形浮动径向弹性密封环的结构示意图

图16是图15的C-C向剖视图

图17是外缺口直角梯形浮动径向弹性密封环的结构示意图

图18是图17的D-D向剖视图

图19是内缺口直角梯形浮动径向弹性密封环的结构示意图

图20是图19的E-E向剖视图

图21是内环设为等形变开口环的结构示意图(内等形变环)

图22是图21的G-G向剖视图

图23是外环设为等形变开口环的结构示意图(外等形变环)

图24是图23的F-F向剖视图

图25是内、外环均为等形变开口环的结构示意图(缺口等截面、不均布)

图26是图25的H-H向剖视图

图27是内、外环均为等形变开口环的结构示意图(缺口不等截面、不等宽、均布)

图28是图27的J-J向剖视图

图29是内、外环均为等形变开口环的结构示意图(缺口不等截面、等宽、均布)

图30是图29的K-K向剖视图

图31是本实用新型应用于摆动式活塞发动机的实施例结构示意图

附图编号

1.外开通口    2外开通口对应件     101.外开通口对应面  3.气缸

4.摆动式活塞发动机的气缸          5.摆动式活塞发动机活塞

6.摆动式活塞发动机活塞的连接件

201.对应件对应面           1020.浮动径向弹性密封环

102.燃烧室外开配气座口     202.外开配气阀体    203.外开座口配气缸套

301.气缸端口               204.气缸配气缸套

1021.双斜边梯形的梯形浮动径向弹性密封环

1022.断面为直角梯形的直角梯形浮动径向弹性密封环

1023.径向组合式浮动径向弹性密封环

1024.轴向组合式浮动径向弹性密封环

1025.开口径向组合式浮动径向弹性密封环

1026.开口轴向组合式浮动径向弹性密封环

10211.外缺口梯形浮动径向弹性密封环

10232.内缺口梯形浮动径向弹性密封环

10221.外缺口直角梯形浮动径向弹性密封环

10222.内缺口直角梯形浮动径向弹性密封环

10251.内等形变开口环              10252.变截面式内等形变开口环

10253.等截面缺口式内等形变开口环  10254.外等形变开口环

10255.变截面式外等形变开口环      10256.等截面缺口式外等形变开口环

具体实施方式

如图1所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，包括高温高压腔界面体外开通口1、高温高压腔界面体外开通口对应件2和气缸3，所述高温高压腔界面体外开通口1和高温高压腔界面体外开通口对应件2相互对应设置形成所述高温高压腔界面体外开通口1的外开通口对应面101和所述高温高压腔界面体外开通口对应件2的对应件对应面201，在所述外开通口对应面101和所述对应件对应面201中至少一个设为径向分力面，在所述外开通口对应面101和所述对应件对应面201之间设浮动径向弹性密封环1020。

如图1、图2和图3所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述高温高压腔界面体外开通口1设为燃烧室外开配气座口102，所述高温高压腔界面体外开通口对应件2设为外开配气阀体202或设为外开座口配气缸套203。

如图4所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述高温高压腔界面体外开通口1设为所述气缸3的气缸端口301，所述高温高压腔界面体外开通口对应件2设为气缸配气缸套204。

如图4、图5和图6所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述浮动径向弹性密封环1020设为断面为双斜边梯形的梯形浮动径向弹性密封环1021或设为断面为直角梯形的直角梯形浮动径向弹性密封环1022。

如图7和图8所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述浮动径向弹性密封环1020设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环径向套装构成的径向组合式浮动径向弹性密封环1023，或所述浮动径向弹性密封环1020设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环轴向落装构成的轴向组合式浮动径向弹性密封环1024。

如图9、图10、图11和图12所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述浮动径向弹性密封环1020设为由两个或两个以上开口浮动径向弹性密封环径向错口套装构成的开口径向组合式浮动径向弹性密封环1025，或所述浮动径向弹性密封环1020设为由两个或两个以上所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环1025轴向落装构成的开口轴向组合式浮动径向弹性密封环1026。

如图13、图14、图15、图16、图17、图18、、图19和图20所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述梯形浮动径向弹性密封环(1021)设为外缺口梯形浮动径向弹性密封环10211或设为内缺口梯形浮动径向弹性密封环10232；所述直角梯形浮动径向弹性密封环1022设为外缺口直角梯形浮动径向弹性密封环10221或设为内缺口直角梯形浮动径向弹性密封环10222。

如图21、图22、图23、图24、图25、图26、图27、图28、图29和图30所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环1025的内环设为内等形变开口环10251，所述内等形变开口环10251设为变截面式内等形变开口环10252或设为等截面缺口式内等形变开口环10253；或所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环1025的外环设为外等形变开口环10254，所述外等形变开口环10254设为变截面式外等形变开口环10255或设为等截面缺口式外等形变开口环10256。

如图31所示的发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，所述浮动径向弹性密封环1020设在摆动式活塞发动机的相对摆动的燃烧室界面体之间，即在摆动式活塞发动机活塞5的连接件6与摆动式活塞发动机的气缸4这两个燃烧室界面体之间设置所述浮动径向弹性密封环1020。

Claims (9)

1、一种发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，包括高温高压腔界面体外开通口(1)、高温高压腔界面体外开通口对应件(2)和气缸(3)，其特征在于：所述高温高压腔界面体外开通口(1)和高温高压腔界面体外开通口对应件(2)相互对应设置形成所述高温高压腔界面体外开通口(1)的外开通口对应面(101)和所述高温高压腔界面体外开通口对应件(2)的对应件对应面(201)，在所述外开通口对应面(101)和所述对应件对应面(201)中至少一个设为径向分力面，在所述外开通口对应面(101)和所述对应件对应面(201)之间设浮动径向弹性密封环(1020)。

2、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述高温高压腔界面体外开通口(1)设为燃烧室外开配气座口(102)，所述高温高压腔界面体外开通口对应件(2)设为外开配气阀体(202)或设为外开座口配气缸套(203)。

3、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述高温高压腔界面体外开通口(1)设为所述气缸(3)的气缸端口(301)，所述高温高压腔界面体外开通口对应件(2)设为气缸配气缸套(204)。

4、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述浮动径向弹性密封环(1020)设为断面为双斜边梯形的梯形浮动径向弹性密封环(1021)或设为断面为直角梯形的直角梯形浮动径向弹性密封环(1022)。

5、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述浮动径向弹性密封环(1020)设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环径向套装构成的径向组合式浮动径向弹性密封环(1023)，或所述浮动径向弹性密封环(1020)设为由两个或两个以上浮动径向弹性密封环轴向落装构成的轴向组合式浮动径向弹性密封环(1024)。

6、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述浮动径向弹性密封环(1020)设为由两个或两个以上开口浮动径向弹性密封环径向错口套装构成的开口径向组合式浮动径向弹性密封环(1025)，或所述浮动径向弹性密封环(1020)设为由两个或两个以上所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环(1025)轴向落装构成的开口轴向组合式浮动径向弹性密封环(1026)。

7、如权利要求4所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述梯形浮动径向弹性密封环(1021)设为外缺口梯形浮动径向弹性密封环(10211)或设为内缺口梯形浮动径向弹性密封环(10232)；所述直角梯形浮动径向弹性密封环(1022)设为外缺口直角梯形浮动径向弹性密封环(10221)或设为内缺口直角梯形浮动径向弹性密封环(10222)。

8、如权利要求6所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环(1025)的内环设为内等形变开口环(10251)，所述内等形变开口环(10251)设为变截面式内等形变开口环(10252)或设为等截面缺口式内等形变开口环(10253)；或所述开口径向组合式浮动径向弹性密封环(1025)的外环设为外等形变开口环(10254)，所述外等形变开口环(10254)设为变截面式外等形变开口环(10255)或设为等截面缺口式外等形变开口环(10256)。

9、如权利要求1所述发动机高温高压腔界面体动态端密封配气结构，其特征在于：所述浮动径向弹性密封环(1020)设在摆动式活塞发动机的相对摆动的燃烧室界面体之间。

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