CN1041228C - 摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置 - Google Patents

Abstract

摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置是发明人在自已国际获奖专利摆动活塞内燃发动机后的一项补充发明，此项发明做到了摆动活塞内燃发动机运动件和固定件之间的全封闭密封，发明保证了所有密封零件在受热条件下的自由膨胀，又保证了可靠的密封，此项发明为多缸二冲程摆动活塞内燃发动机首先应用于大型集装箱运输船和30万吨级超大型油船打下了可靠的基础。

Description

摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置

摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置根据国际专利分类表属于F01C9/00，F02B53/00，F02B53/04。

摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置是发明人在自己国际获奖专利摆动活塞内燃发动机(中国发明专利号：85100486.5，87107720.5，美国专利号：US4884532)后的一项补充发明。

已有技术为发明人本人在中国专利法实施首日(1985年4月1日)申报的发明专利，后分案为二项专利：(1)发明名称：二冲程摆动活塞内燃发动机，专利号：85100486.5，中国专利局1989年2月16日授予发明专利权。(2)发明名称：摆动活塞内燃发动机—四缸发动机，专利号：87107720.5，中国专利局1989年12月13日授予发明专利权。发明人发明的摆动活塞内燃发动机1986年4月1日申报美国专利，1989年12月5日授予美国专利权，专利号US4884532。发明原理1986年10月参加中国第二届发明展览会获银牌奖，1987年4月参加日内瓦第十五届世界发明展览会获铜牌奖，1988年11月参加首届国际专利与新技术展览会获优秀奖，1991年4月应国际发明协会邀请参加在美国纽约举办的第十四届世界发明展览会获银牌奖。

上述发明专利所述的发动机结构简单、重量轻、尺寸小、单机功率大(和现有大功率内燃机相比相同外型尺寸和转速、功率可提高5至10倍)，制造成本也可成倍降低，新发动机运转性能良好，工作平衡性好，工作噪声小、经济性好，机械效率高，机件磨损小，使用寿命长。上述发明专利予示着动力机械的一次革命，具有难于估量的社会经济效益。但是上述专利中尚未做到完全密封，运动件有多处缝隙未能完全密封住(每处缝隙有针眼大小，约为0.03至0.06平方毫米)。发明人试验过摆活塞内燃发动机样机，机型为单摆动活塞双缸四冲程汽油机、每缸工作容积为1公升，总容积2公升，设计参数为30千瓦，曲轴转数4000转/分，有六处缝隙未能完全密封住，漏气造成了发动机压缩比和功率的降低，发动机试验参数为18.4千瓦，曲轴转数2600转/分，累计开车时间为1200小时。发明人多年来从事新发动机的研究，在前三十五年时间中始终未能做到运动件和固定件之间的完全密封，1994年有了创造性的突破，特将突破部分补充申报专利。

其发明目的是为摆动活塞式发动机提供一种将活塞与气缸间的间隙完全密封住的全封闭密封装置，以克服现有往复及摆动式发动机无法完全密封的缺陷。

其技术方案为在密封件和缸体、摆动活塞以及密封零件之间实行全封闭交接，既保证缸体、摆动活塞、密封零件在各种工作状态下的自由热膨胀，又保证接缝处的全封闭交接，发明特征分为三个部分；

1、摆动活塞2的悬伸件3中径向密封零件、端面密封零件、及其全封闭交接。摆动活塞悬伸件3中径向密封由径向密封本体4、径向密封本体两端沿径向开槽5A滑配的端面密封条5、板弹簧7、摆动活塞径向槽4A中钻孔6A配入圈弹簧6所组成，上述组成件可1至5套。径向密封本体4、端面密封条5在弹簧6、7作用下分别紧贴于中间缸体内壁和左右缸体内壁。径向密封本体4为长条形密封零件、底面、端面、两侧面为平面，顶面为和中间缸体内腔同半径的凸圆弧面。径向密封本体4两轴端沿径向等距离开有1至3条槽5A、此槽为通槽，槽5A和端面密封条5径向同长度。轴向密封本体8为下部有凸肩的零件，下部凸肩中钻有孔9A、在孔9A中配入圈弹簧9，轴向密封本体8沿轴向的尺寸大于端面密封条5沿轴向的尺寸。摆动活塞悬伸件3两端面开有径向槽8A，在此径向槽8A中钻轴向孔10A，在孔10A中配入圈弹簧10，轴向密封本体8在圈弹簧10的作用下紧贴于左右缸体内壁，轴向密封本体8在圈弹簧9的作用下，和径向密封本体4，端面密封条5紧贴，形成全封闭交接。轴向密封本体8的套数同于径向密封本体4的套数；

2、缸体分隔件13中径向密封由径向密封本体14，径向密封本体14两端沿径向开槽15A，滑配入端面密封条15和板弹簧17，径向密封本体14钻径向孔16A配入圈弹簧16，径向密封本体14为长条形零件，上底面、两端面、两侧面为平面，下底面为和摆动活塞小园弧面18同半径的凹园弧面，缸体分隔体13中上述组成件可1至5套。缸体分隔件13两端铣有径向槽19A滑配入轴向密封本体19，轴向密封本体19的轴向尺寸大于端面密封条15的轴向尺寸，槽19A内端面轴向钻孔20A，配入圈弹簧20，轴向密封本体19钻径向孔21A，配入圈弹簧21，在弹簧力作用下径向密封本体14，端面密封条15，轴向密封本体19和左右缸体两端面内壁、摆动活塞小园弧面18、以及倒T型密封块23之间形成全封闭交接。轴向密封本体19的套数同于径向密封本件14的套数，均为1至5套。

3、摆动活塞小园柱面18二端的密封件，外缘由多个倒T型密封块23，依次排列滑配在摆动活塞小园柱面18外缘两端的槽24中。倒T型密封块23的B、C、D面为和摆动活塞中心线同心的园弧面，B面和摆动活塞小园弧面18同半径，E、F、G、H面和通过摆动活塞中心线的径向平面重合，I、J、K面和摆动活塞中心线相垂直。在槽道24外缘滑配倒T型密封块23，内缘滑配密封环25，密封环25中L、M、N面为和摆动活塞中心线同心的园弧面，L面和C面有相同的半径，M面和D面有相同半径并相贴合，P、Q面分别和两边的轴向密封本体8贴合，R、S、T面和摆动活塞中心线相垂直，且R和I在同一平面上，S和K相贴合。槽道24中密封环25后布置板弹簧26，板弹簧26将密封环25，倒T型密封块23向两端轴向弹出，并贴合于左、右缸体内侧面上。密封环25沿周向分成二至三块，交接处留有小的间隙，密封环25中开有槽道27A，槽道27A中滑配长条形小平板27，密封环25和小平板27的轴向长度相同，密封环25中钻孔28A，孔28A中配入圈弹簧28，若干个倒T型密块23、2至3个密封环25、板弹簧26、小平板27、圈弹簧28构成的密封链和缸体分隔件13中径向密封本体14、端面密封条15、摆动活塞悬伸件3中轴向密封本体8、以及左右缸体内表面构成全封闭交接。

上述零件5和零件8也可加工成同一个零件。多个零件23和零件25也可加工成同一个零件。上述零件中圈弹簧也可改为板弹簧。

在摆动活塞悬伸件3中径向密封件4上凸园弧面沿轴向可开1至5道槽11，构成曲径迷宫密封。同样在摆动活塞悬伸件3中轴向密封本体8和左右缸体贴合的那面沿径向可开1至5道槽12，构成曲径迷宫密封。在缸体分隔件13中径密封本体14在其凹园弧面上沿轴向可开1至5道槽22，构成曲径迷宫密封。

发明与背景技术相比所具有的有益效果为在以往往复式发动机和各类特种发动机中，均未能做到运动件和固定件之间全封闭的密封。往复式内燃机每缸有一处缝隙未能做到全封闭(因而采用多道密封环来补偿)。三角活塞转子机—弗里克斯·汪克尔(Felix Wankel)旋转活塞式内燃机单活塞三缸中有18处缝隙未能完全密封。此项发明前摆动活塞发动机单摆动活塞双缸或四缸中分别有10处或14处缝隙未能完全密封。此项发明后现摆动活塞双缸或四缸发动机各处密封缝隙均已在结构上做到完全密封。为此为这种新机型的发展打下了可靠的基础。发明保证了所有密封零件在发动机各种工况受热条件下的自由膨胀，又保证了可靠的全封闭密封。

附图图面说明：

图1.摆动活塞和缸体密封工作图。其中缸体[1]、摆动活塞[2]、摆动活塞悬伸件[3]、径向密封本体[4]、端面密封条[5]、轴向密封本体[8]、圈弹簧[9]、[10]、缸体分隔件[13]、径向密封本体[14]、端面密封条[15]、摆动活塞小园弧面[18]、轴向密封本体[19]、圈弹簧[21]、倒T形密封块[23]。

图2A、图2B.为图一在EE和FF处的剖视圈。图2A为EE剖视图。图2B为FF剖视图。其中[11]、[12]、[22]为增强密封性的开槽。圈弹簧[6]、[16]、[20]。板弹簧[7]、[17]。L形密封环[25]。

图3.拆去密封零件摆动活塞立体图。其中摆动活塞径向槽[4A]、摆动活塞径向槽中圈弹簧孔[6A]、摆动活塞悬伸件两端面上径向槽[8A]、摆动活塞悬伸件两端面径向槽中轴向弹簧孔[10A]、摆动活塞小园柱面两端外缘所开特殊形状的槽[24]。

图4.拆去密封零件摆动活塞内燃发动机缸体、摆动活塞局部横剖面图。其中缸体分隔件两端沿径向所开的槽[19A]、缸体分隔件两端面径向槽中轴向圈弹簧孔[20A]。

图5.缸体分隔件折去密封零件后的立体图。其中缸体分隔件沿径向开槽[14A]。

图6.缸体分隔件中单独的密封零件结构立体图。其中缸体分隔件端面密封条槽[15A]、缸体分隔件径向密封本体中径向圈弹簧孔[16A]、缸体分隔件轴向密封本体中径向圈弹簧孔[21A]。

图7.摆动活塞悬伸件中单独的密封零件结构立体图。其中摆动活塞悬伸件径向密封本体两端沿径向开槽[5A]、摆动活塞悬伸件轴向密封本体下部小凸肩中径向弹簧孔[9A]。

图8.摆动活塞小园柱面两端外缘拆下密封零件的结构立体图。其中板弹簧[26]、长条形密封小平板[27]、圈弹簧[28]、圈弹簧孔[28A]，倒T形密封块[23]和L形密封环[25]各面的标号和结构已如前述。

实现此项发明的最好方式：将此项发明首先用于大型运输船、5000TEU级的大型集装箱运输船、26万吨至30万吨级超大型油船(ULCC)的船舶主机。该主机为多个摆动活塞串联的多缸二冲程摆动活塞内燃发动机，以液化石油气(LPG)为燃料，新发动机结构见中国专利85100486.5中附图5、附图6，美国专利号US4884532中附图1、附图2。将以上发明应用于大型超大功率船舶发动机可完全保证超大型发动机内部密封的可靠性。对于超大型发动机密封零件的尺寸相应也加大，使密封零件的制造工艺性更好，装配更容易，从而使发明更具有实用性。

发明人已将此项发明应用于小型二缸二冲程摆动活塞试验机上，试验证明其密封是有效的。

Claims (4)

1、一种摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置，包括密封环、密封条、密封片、用于交接各密封零件的特殊零件、弹簧、以上统称密封件，本发明的特征在于密封件和缸体、摆动活塞以及密封零件之间实行全封闭交接，既保证缸体、摆动活塞、密封零件在各种工作状态下的自由热膨胀，又保证接缝处的全封闭交接，发明特征分为三个部分；

(1)、摆动活塞[2]的悬伸件[3]中径向密封零件、端面密封零件、及其全封闭交接，摆动活塞悬伸件[3]中径向密封由径向密封本件[4]、径向密封本件两端沿径向开槽[5A]滑配的端面密封条[5]、板弹簧[7]、摆动活塞径向槽[4A]中钻孔[6A]配入圈弹簧[6]所组成，上述组成件可1至5套，径向密封本体[4]、端面密封条[5]在弹簧[6]、[7]作用下分别紧贴于中间缸体内壁和左右缸体内壁，径向密封本体[4]为长条形密封件，底面、端面、两侧面为平面，顶面为和中间缸体内腔同半径的凸圆弧面，径向密封本体[4]两轴端沿径向等距离开有1至3条槽[5A]、此槽为通槽，槽[5A]和端面密封条[5]径向同长度，轴向密封本体[8]为下部有凸肩的零件，下部凸肩中钻有孔[9A]、在孔[9A]中配入圈弹簧[9]，轴向密封本件[8]沿轴向的尺寸大于端面密封条[5]沿轴向的尺寸，摆动活塞悬伸件[3]两端面开有径向槽[8A]，在此径向槽[8A]中钻轴向孔[10A]，在孔[10A]中配入弹簧[10]，轴向密封本体[8]在圈弹簧[10]的作用下紧贴于左右缸体内壁，轴向密封本体[8]在圈弹簧[9]的作用下，和径向密封本体[4]、端面密封条[5]紧贴，形成全封闭交接，轴向密封本件[8]的套数同于径向密封本体[4]的套数；

(2)、缸体分隔件[13]中径向密封由径向密封本体[14]，径向密封本体[14]两端沿径向开槽[15A]，滑配入端面密封条[15]和板弹簧[17]，径向密封本体[14]钻径向孔[16A]配入圈弹簧[16]，径向密封本体[14]为长条形零件，上底面、两端面、两侧面为平面，下底面为和摆动活塞小园弧[18]同半径的凹园弧面，缸体分隔体[13]中上述组成件可1至5套，缸体分隔件[13]两端铣有径向槽[19A]滑配入轴向密封本体[19]，轴向密封本体[19]的轴向尺寸大于端面密封条[15]的轴向尺寸，槽[19A]内端面轴向钻孔[20A]，配入圈弹簧[20]，轴向密封本体[19]钻径向孔[21A]，配入圈弹簧[21]，在弹簧力作用下径向密封本体[14]、端面密封条[15]、轴向密封本体[19]和左右缸体两端面内壁、摆动活塞小园弧面[18]、以及倒T型密封块[23]之间形成全封闭交接，轴向密封本体[19]的套数同于径向密封本体[14]的套数，均为1至5套；

(3)、摆动活塞小园柱面[18]二端的密封件，外缘由多个倒T型密封块[23]，依次排列滑配在摆动活塞小园柱面[18]外缘两端的槽[24]中，倒T型密封块[23]的[B]、[C]、[D]面为和摆动活塞中心线同心的园弧面，[B]面和摆动活塞小园弧面[18]同半径，[E]、[F]、[G]、[H]面和通过摆动活塞中心线的径向平面重合，[I]、[J]、[K]面和摆动活塞中心线相垂直，在槽道[24]外缘滑配倒T型密封块[23]，内缘滑配L形密封环[25]，密封环[25]中[L]、[M]、[N]面为和摆动活塞中心线同心的园弧面，[L]面和[C]面有相同的半径，[M]面和[D]面有相同半径并相贴合，[P]、[Q]面分别和两边的轴向密封本体[8]贴合，[R]、[S]、[T]面和摆动活塞中心线相垂直，且[R]和[I]在同一平面上，[S]和[K]相贴合，槽道[24]中密封环[25]后布置板弹簧[26]，板弹簧[26]将密封环[25]、倒T型密封块[23]向两端轴向弹出，并贴合于左、右缸体内侧面上，密封环[25]沿周向分成二至三块，交接处留有小的间隙，密封环[25]中开有槽道[27A]，槽道[27A]中滑配长条形小平板[27]，密封环[25]和小平板[27]的轴向长度相同，密封环[25]中钻孔[28A]，孔[28A]中配入圈弹簧[28]，若干个倒T型密块[23]，2至3个密封环[25]，板弹簧[26]、小平板[27]、圈弹簧[28]构成的密封链和缸体分隔件[13]中径向密封本体[14]，端面密封条[15]、摆动活塞悬伸件[3]中轴向密封本体[8]，以及左右缸体内表面构成全封闭交接；

上述零件[5]和零件[8]也可加工成同一个零件；多个零件[23]和零件[25]也可加工成同一个零件；上述零件中圈弹簧也可改为板弹簧。

2、如权利要求1所述的摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置，其特征在于：所述的摆动活塞悬伸件[3]中径向密封本体[4]上凸园弧面沿轴向开1至5道槽[11]，构成曲径迷宫密封。

3、如权利要求1所述的摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置，其特征在于：所述的摆动活塞悬伸件[3]中轴向密封本体[8]和左右缸体贴合的那面沿径向开1至5道槽[12]，构成曲径迷宫密封。

4、如权利要求1所述的摆动活塞内燃发动机全封闭密封装置，其特征在于：所述的缸体分隔件[13]中径向密封本体[14]在其凹园弧面上沿轴向开1至5道槽[22]，构成曲径迷宫密封。

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