CN102269048B - 绝热内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机 - Google Patents

Abstract

一种绝热内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机，包括筒形机缸、端盖、阶梯机轴和套轴组件、双旋转活塞、两组中心安装式椭圆齿轮副、控制轴即输出轴和轴承等：关键技术之一是机轴套轴及旋转活塞的内冷、循环润滑、绝热技术，解决了该类内燃机旋转活塞在高温密封等恶劣环境下长时间工作难题，特别是对无法通过活塞片-机缸途径散热的绝热机型所必需；关键技术之二是轴向组合密封技术解决了旋转活塞组件初装保密封、使用免调整、工作长寿命等难题，同时降低了对机件表面加工精度的要求，降低了制造成本。本发明内燃机具有无可比的效率高、转速宽、功率大、重量轻、故障少、寿命长、结构简、易制造、定型快等优异换代特性。

Description

绝热内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机

技术领域

本发明分属内燃机技术领域，特别涉及双旋转活塞式内燃机领域

背景技术

目前广泛使用的发动机仍然是有上百年历史的曲轴连杆往复活塞式内燃机，由于其工作原理和构造原因带有效率低、体积大、转速低、重量大等不可克服的缺点。几十年来，世界范围内，人们一直在努力开发有巨大潜力和优良性能的旋转活塞式内燃机，并且试制了两种有代表性的试验机，但由于关键技术未能解决，没有被广泛应用。

一种是三角形转子旋转活塞内燃机(汪克尔式)，由于该型机实际制造对选材、加工非常苛刻及磨损大、气密性差和无法克服的结构性缺陷-进、排气不畅，无法推广应用。

另一种是从上世纪五六十年代便公开的双旋转四循环活塞式内燃机，参见1964年第一版上海科学技术出版社出版的数理化自学丛书《物理》第二册第324页-327页，实验表明该机型相比具有良好的性能：功率大(3.6倍)、油耗低(1/3)、重量轻(约0.5kg/kw)、转速广(60转/分-4000转/分)，但是，由于可靠控制及配套技术未解决，至今未能开发成功而广泛取代落后的往复活塞式内燃机。

专利文献最新现有技术为本发明人的：CN201010246218.7或ZL201020283018.4。

以上最新现有技术方案不足之处有：虽然机械控制技术及强度方面得到解决，但是保证该型机正常运转的相关多项关键技术还未解决!因此具有如此优良性能和巨大发展前途即具有换代潜力的优秀机型还是仅存在于人们的期盼中!

发明内容

本发明正是针对双旋转四循环活塞式内燃机潜在具有多方面优良性能并特别适用于飞行器，而研究多年，又特别是近年来世界性能源危机的爆发和节能环保迫切性，促进了这一将担当起世界性内燃机换代任务之优秀机型的研究，在长时间连续攻关下，在以上专利成功解决旋转活塞可靠控制后，又在旋转活塞正常工作必须的内冷、绝热、润滑、轴向组合密封多项关键技术上，也获得突破性进展，至此该型机面世指日可待。

为实现上述目的，本发明提供一种内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机：包括筒形机缸、端盖、插接滑转式阶梯机轴套轴组件、两组分别由扇形旋塞体和圆柱形连接体构成的旋转活塞、输出轴、两组中心安装式椭圆齿轮副、轴承和设置在两组所述旋转活塞三个轴向滑转面的组合式密封件；由机轴套轴的一端轴心通道和其径向孔及滑转工作间隙、旋转活塞的扇形旋塞体内轴向回转油道和径向油道、旋转活塞的圆柱形连接体相对滑转面处的工作间隙以及其径向轴向油道、端盖的滑转面集油环槽及轴向通孔共同串并联构成所述机轴套轴组件、所述轴承和两组所述旋转活塞的内冷散热、循环润滑通道。

其中，旋转活塞的扇形旋塞体圆周向双侧面、所述端盖的内滑转面设置有绝热层。

其中，机缸的内表面、所述旋转活塞的其他各滑转面设置有减少散热的阻热层，并采用耐温300°以上的内冷循环润滑油，所述组合式密封件中的活塞片采用耐高温隔热材料，所述机缸采用风冷或水冷散热。

具体地，组合式密封件具有：组件一，所述组件一为旋转活塞的圆柱形连接体相对旋转活塞的所述滑转面相同径向位置设置的环形槽及内置的塞环组件；组件二，所述组件二为所述塞环组件的外壁至旋转活塞的扇形旋塞体悬置端的内表面设置的径向小槽及内置的可轴向弹出的矩形舌塞片组件；组件三，所述组件三为旋转活塞的扇形旋塞体悬置端的端面设置的数条径向小槽及内置的可轴向弹出的活塞片组件；组件四，所述组件四为旋转活塞的圆柱形连接体、扇形旋塞体的端面设置的集润滑剂径向小槽。

如图1、图2所示：筒形机缸5、端盖6、单侧锥柱阶梯机轴1和套轴2插接滑转组件、两组旋转活塞3和4、两组中心安装式椭圆齿轮副7、控制轴即输出轴8和轴承9等。其关键技术是旋转活塞和机轴套轴组件等是内冷、循环润滑、绝热、轴向组合密封构件。

实施例一：为机缸水冷常温的内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机。主要由机轴和套轴组件一端轴心通道12和径向孔及其滑转工作间隙、扇形旋塞体内轴向回转油道20和径向油道15、旋转活塞柱状连接体相对滑转面工作间隙和其径向和轴向油道16、端盖滑转面集油环槽和轴向通孔24等串并联构成机轴套轴组件和两组旋转活塞及主轴承的内冷散热和循环润滑通道。

实施例二：是在实施例一的内冷和循环润滑等基础上，旋转活塞圆周向双侧面19和端盖内侧面设置了绝热层10。

实施例三：是在实施例二的内冷和循环润滑及绝热等基础上，机缸内表面及旋转活塞其他滑转面等设置减少散热的适宜阻热层，工作机温提高，采用耐300°甚至更高温度的内冷循环润滑油，活塞片采用耐高温材料，机缸采用风冷或水冷散热。

实施例四：为绝热内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机。(1)、在实施例一基础上在机轴轴心孔中心部位设置空心哑铃状流体交错通过式分路装置11，轴心孔道被分开为两个由两端分别供入流体介质的一端轴心通道12、另端轴心通道18：即一路如实施例一由一端轴心通道12供入散热润滑油完成机轴、套轴、主轴承等的循环润滑及双旋转活塞内冷散热等；另一路由另端轴心通道18供入耐高温润滑膏剂如1800°陶瓷膏等，经过分路装置11和机轴中间的径向孔道到达两旋转活塞柱状连接体相对滑转面部两圆环片23之间工作孔隙，再通过旋转活塞悬置端内侧的轴向沟槽17和联通的其端面径向沟槽，在压力、刮涂、离心力等作用下，完成机缸内高温密封环境中旋转活塞各个滑转工作面的润滑和辅助密封。(2)、端盖内表面10、机缸内表面、旋转活塞圆周向双侧面19等全部设置高效绝热层。(3)、各部位活塞片采用耐高温绝热材料如隔热陶瓷片等。(4)、机缸不需要散热。

实施例五：为组合密封内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机。该型机是在现有技术已解决径向密封条件下，在实施例一或二或三或四的基础上，在双旋转活塞三个轴向滑转面设置了组合式密封件：一是旋转活塞的圆柱形连接体相对旋转活塞的所述滑转面相同径向位置设置的环形槽及内置的塞环组件13；二是上述环槽外壁至旋转活塞扇形旋塞体悬置端内侧表面小槽及其内设置的可轴向弹出的矩形舌塞片组件14；三是旋转活塞扇形旋塞体悬置端端面设置的数条与轴向活塞片配合密封的径向小槽21和内置可轴向弹出的塞片组件；四是在旋转活塞柱状连接体、扇形旋塞体的端面设置的径向集润滑剂小槽22。

与背景技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明的循环式润滑成功解决了机轴、套轴组件滑转工作面的循环性润滑，具备了长时间正常工作所必需的润滑、冲洗、散热等功能。

2、以上工作的同时：水冷、风冷机中润滑油也在浸润、离心和刮涂等因素下完成了两组旋转活塞间及其与机缸和端盖各方向上的润滑和辅助密封。

3、本发明的循环内冷技术：解决了该类内燃机旋转活塞在长期高温密封等恶劣环境下工作难题；特别是已不能通过活塞片至机缸途径散热的绝热型机所必需。

4、组合密封技术解决了旋转活塞组件初装保密封、使用免调整、工作长寿命等难题。同时降低了对机件表面的加工精度要求，提高了功效，大大降低了制造成本。

5、本发明的循环润滑和内冷及组合密封技术，是解决双旋转四循环活塞式内燃机几十年未能试制和开发成功的关键技术。该型机将从此成为内燃机中一员，并且是淘汰既往的换代新秀。

6、特别是本发明不但使理论支持和实验表明了的高效率双旋转活塞式内燃机得以真正发明成功!还由于该型机全部工作机件皆为同心旋转和对称性结构所独有的特点，特别适于整机绝热设置；在本发明两路润滑技术、内冷技术、组合密封技术支持和综合应用下，人们期盼已久的更高效、更理想的绝热型机也将短期内进一步成为普及机型1

7、综上所述，本发明内燃机具有突出的无可比拟的优异特性：效率高、转速宽、功率大、故障少、寿命长、结构简、成本低、制造易、定型快。适用多种液、气燃料。功率范围广，小可不足千瓦、大可上万千瓦；不但必将淘汰现有广泛应用于多领域的往复式内燃机；更适用于对功率重量比要求高、对低故障率长寿命要求严的国防、军用机械，如坦克、气垫船、军舰、直升飞机、轻型飞机、单人飞行器等等；还从此具有了微型的心脏型轻便高效大功率动力机后各种微型实用动力机械人等将被开发和普及。

8、本发明配以现有的内燃机电喷、大压缩比成熟技术，工作转速更宽、将超过60转/分-10000转/分，加上体积小、功率大和近乎零磨损的工作特性优势下的功率富足储备，应用于车辆“大马拉小车”，完全可以简化造价高、结构复杂、故障率高的重要部件-变速箱，成为前进只有空载和重载转换的纯无级变速车。

9、有益效果综合展望，本发明的及时开发和推广，无论是在节能降耗、节省资源、还是在绿色环保、可持续发展等多方面：以其现代化、工业化无可替代的支柱性地位，其价值是不可估量的，将挽领起内燃机多个相关领域的跨越性革命进步，具有国家级利益上的战略性价值。

附图说明

图1是机轴套轴组件、双旋转活塞、，组合密封件、内冷润滑通路等部分构造示意图。

图2是实施例剖面示意图。

具体实施方式

以下结合图1、图2对本发明的具体实施例详细说明。旋转活塞的扇形旋塞内往返曲路散热油路20实施方案：一是由两端封闭中间设置异形回流分隔片的一较大轴向圆形通孔完成；二是由两端封闭的两个轴向圆形通孔和径向连接孔构成。其它旋转活塞体油孔15、16等实施方式于上类同，即在适当位置打相交的径向和轴向通孔并按需要封堵或分隔、或由相交盲孔构成。端盖轴向通孔24外口开在机轴套轴组件的主轴承座内，循环油经过9主轴承等滚体间孔隙回到齿轮箱，同时完成了主轴承的润滑和散热。

图2中，空心哑铃状流体交错通过式分路装置11的设置：一是该装置外径同较粗通道轴心通道18紧密结合并固定，该装置轴心孔与轴心通道12相通与另端轴心通道18封闭，在该装置两大头端分别设有径向孔与该轴心孔相通，并且此两组径向孔分别对准机轴及旋转活塞上的径向孔道，在其中相对机轴1滑转的旋转活塞4内表面设置有环形槽及径向孔道15与机轴径向孔环绕式相通，是构成两组旋转活塞的内冷和机轴套轴组件的润滑循环重要通道部分；二是该哑铃状装置中间的小直径段外围空间部位通过该装置一大头端侧面槽或孔与轴心通道18相通、且与机轴中间部位的径向孔相通，进而也与两旋转活塞滑转面部位的两圆环片23之间间隙相通。由分路装置11完成了两路润滑或内冷介质的分流。

图1、图2中对于绝热型机，两路润滑散热介质在两旋转活塞柱状连接体之间滑转间隙处的隔离由两个圆环片23完成。两个圆环片23沉入镶嵌式分别固定在两个旋转活塞相对滑转面一侧，完成了其间径向通过的耐高温润滑膏剂与两侧旋转活塞柱状连接体孔道内轴向循环的润滑及散热油的分隔。其中与旋转活塞4固定的圆环片23因与机轴相对滑转具有轴油封式结构和功能。

图1、图2中耐高温润滑膏通过环塞组件13的方式是在环槽底部及两侧开槽或打相交斜孔曲路通过。

图中绝热层10、19等可采用装配式或涂层式完成。两组旋转活塞3、4采用整体式结构。

Claims (4)

1.一种内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机：包括筒形机缸(5)、端盖(6)、插接滑转式阶梯机轴套轴组件、两组分别由扇形旋塞体和圆柱形连接体构成的旋转活塞(3，4)、输出轴(8)、两组中心安装式椭圆齿轮副(7)、轴承(9)和设置在两组所述旋转活塞三个轴向滑转面的组合式密封件；其特征在于：由机轴套轴的一端轴心通道(12)和其径向孔及滑转工作间隙、旋转活塞的扇形旋塞体内轴向回转油道(20)和径向油道(15)、旋转活塞的圆柱形连接体相对滑转面处的工作间隙以及其径向轴向油道、端盖的滑转面集油环槽及轴向通孔(24)共同串并联构成所述机轴套轴组件、所述轴承和两组所述旋转活塞的内冷散热、循环润滑通道。

2.根据权利要求1所述的内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机，其特征在于：所述旋转活塞的扇形旋塞体圆周向双侧面、所述端盖的内滑转面(10)设置有绝热层。

3.根据权利要求2所述的内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机，其特征在于：所述机缸的内表面、所述旋转活塞的其他各滑转面设置有减少散热的阻热层，并采用耐温300°以上的内冷循环润滑油，所述组合式密封件中的活塞片采用耐高温隔热材料，所述机缸采用风冷或水冷散热。

4.根据权利要求1所述的内冷循环润滑型双旋转活塞式双轴内燃机，其特征在于：所述组合式密封件具有：组件一，所述组件一为旋转活塞的圆柱形连接体相对旋转活塞的所述滑转面相同径向位置设置的环形槽及内置的塞环组件(13)；组件二，所述组件二为所述塞环组件的外壁至旋转活塞的扇形旋塞体悬置端的内表面设置的径向小槽及内置的可轴向弹出的矩形舌塞片组件(14)；组件三，所述组件三为旋转活塞的扇形旋塞体悬置端的端面设置的数条径向小槽(21)及内置的可轴向弹出的活塞片组件；组件四，所述组件四为旋转活塞的圆柱形连接体、扇形旋塞体的端面设置的集润滑剂径向小槽(22)。