CN105545466A - 一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机 - Google Patents

一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机，该微型摆动式内燃发动机在转子摆臂面向气缸内壁的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有迷宫结构，并在气缸支架面向转子摆臂轴的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向轴的端部具有迷宫结构，起到密封和润滑的作用，减小了动静部件之间的接触面积，有利于提高发动机的稳定性，防止摆臂卡死，有利于进一步提升其功率密度和能量密度。

Description

一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机
技术领域
本发明涉及微型摆动式内燃发动机，尤其涉及一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机。
背景技术
微型设备和便携设备发展十分迅速，市场需求旺盛，但供能系统成为了这类设备发展的最主要瓶颈，迫切需求体积小、重量轻且供能时间长的能量供给单元。基于燃料燃烧的微型能源动力系统在能量密度和功率密度两方面都具有明显的优势。其中，微型摆动式内燃发动机具有结构紧凑、易加工和成本低等优点，是最具前景的微型能源动力系统方案之一。微型摆动式内燃发动机主要包括缸体、摆臂、转轴和进排气口等部件。每个摆臂将缸体的一个内腔分为两个气缸，燃料与空气的混合物在两个气缸内交替点火，气体膨胀做功推动摆臂往复摆动，摆臂带动转轴向外输出动力。
微型摆动式发动机的最显著特征就是尺寸小，由于气缸容积与发动机尺寸的立方成正比，而气缸间的气体泄漏流量与发动机尺寸成正比。因此，微型发动机的相对泄漏流量显著增大，从而导致发动机的做功能力大幅下降，甚至无法工作。降低发动机转子与气缸间的气体泄漏是提升微型摆动式内燃发动机效率的关键技术之一。
虽然减小摆臂与气缸之间的距离可以有效减小间隙的通流面积，从而降低泄漏流量，但这种方式需要更高的加工精度，会大幅提高加工成本，同时间隙减小也会增加摆臂卡死的可能性，降低了发动机的稳定性。因此，需要一种适合微型摆动式内燃发动机结构特点的密封结构来抑制转子与气缸间的气体泄漏，而且该结构不能增加系统的重量且不会降低系统的稳定性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机。
(二)技术方案
本发明的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机，该微型摆动式内燃发动机包括：转子摆臂10和缸体20，缸体20内部具有一气缸，其中，转子摆臂10，其面向气缸内壁的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有迷宫结构，缸体20开有排气口，储油槽通过排气口与外界贯通。
转子摆臂10包括轴13，缸体包括气缸支架，气缸支架面向轴13的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向轴13的端部具有迷宫结构，缸体20开有输油管，储油槽通过输油管与外界贯通。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
(1)转子摆臂在摆动过程中，间隙内形成油膜，同时起到密封和润滑的作用；
(2)储油槽与间隙的内表面联通，减小了动静部件之间的接触面积，有利于提高发动机的稳定性，防止摆臂卡死；
(3)发动机自带储油槽，可长时间提供润滑油，有效延长发动机正常工作时间，且油槽与外部联通，便于填加润滑油；
(4)降低了发动机的重量，有利于进一步提升其功率密度和能量密度。
附图说明
图1为本发明实施例的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机的转子摆臂的示意图；
图2为本发明实施例的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机的转子摆臂和缸体的示意图；
图3为本发明实施例的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机的另一缸体的示意图；
图4为本发明实施例的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机的转子摆臂和另一缸体的示意图。
【符号说明】
10-转子摆臂；
110-第一摆臂；111-第一储油槽；112-第一迷宫结构；113-第二迷宫结构；120-第二摆臂；121-第二储油槽；122-第三迷宫结构；123-第四迷宫结构；13-轴；14-定位销；
20-缸体；
210-第一气缸支架；211-第一输油管；212-第三储油槽；213-第五迷宫结构；214第六迷宫结构；220-第二气缸支架；221-第二输油管；222-第四储油槽；223-第七迷宫结构；224第八迷宫结构；23-第一排气口；24-第二排气口；25-左上燃烧室；26-右上燃烧室；27-左下燃烧室；28-右下燃烧室。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的实施例提供了一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机，该微型摆动式内燃发动机包括：转子摆臂10和缸体20，缸体20为一立方体结构，内部具有一气缸，缸体20左右对称设置两个横截面为扇形的支架，转子摆臂10包括轴13以及轴13两侧对称设置的横截面为扇形的上、下摆臂。支架和轴13将气缸分隔为两个上下对称的横截面为扇形的腔体-上腔体和下腔体，上摆臂将上腔体分隔为左上燃烧室25和右上燃烧室26，下摆臂将下腔体分隔为左下燃烧室27和右下燃烧室28。转子摆臂10的上、下摆臂顶端开有储油槽，储油槽的两侧端臂具有迷宫结构，提高系统运行稳定性，转子摆臂10摆动时，储油槽内的润滑油被带到储油槽对面的气缸内壁，在迷宫的刮油作用下，在迷宫梳齿和气缸内壁之间形成油膜，防止气体泄漏并起到润滑作用；缸体20的支架顶端开有储油槽，储油槽的两个端臂具有迷宫结构，提高系统运行稳定性，转子摆臂10摆动时，储油槽内的润滑油被带到转子摆臂10的轴13外表面，在迷宫的刮油作用下，在迷宫梳齿和轴13外表面之间形成油膜，防止气体泄漏并起到润滑作用。
如图1和图2所示，本实施例的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机，其转子摆臂10包括轴13、第一摆臂110和第二摆臂120，轴13内表面开有一定位销14，轴13两侧对称设置第一摆臂110和第二摆臂120，第一摆臂110为第一扇形柱体，其面向气缸内壁的端部开有第一储油槽111，第一储油槽111两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有迷宫结构，第一迷宫结构112和第二迷宫结构113。缸体20顶端开有第一排气口23，第一排气口23将气缸和外界贯通，当第一摆臂110摆动到其第一储油槽111与第一排气口23贯通时，润滑油可通过第一排气口23流入第一储油槽111。
其中，转子摆臂10和缸体20由高温合金刚制成，第一摆臂110的第一扇形结构的角度可以根据缸体支架的尺寸以及所需的燃烧室体积选择，该第一扇形柱体的角度可以为45度、60度或75度。第一储油槽111横截面为扇形或弧形，若横截面为扇形，该扇形的角度可以大于、小于或等于第一摆臂110第一扇形柱体的角度。第一迷宫结构112和第二迷宫结构113可分别采用长方形、三角形、梯形梳齿，第一迷宫结构112和第二迷宫结构113的梳齿个数分别为M和N，M和N为大于1的自然数，M和N可相同也可不同。
微型摆动式内燃发动机的缸体20前后两端具有前气缸盖和后气缸盖，前气缸盖和后气缸盖的中心位置分别开有前盖通孔和后盖通孔，前盖通孔和后盖通孔分别安装前盖轴承和后盖轴承。微型摆动式内燃发动机的转轴安装在转子摆臂10的轴13，转轴上有一与轴定位销14配合使用的定位条，定位条与定位销14配合限制转子摆臂10和转轴的位置，转轴两端分别安装于前盖轴承和后盖轴承。
微型摆动式内燃发动机运行前，将润滑油从第一排气口23倒入第一储油槽111，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂10左右摆动，第一储油槽111内的润滑油飞溅到第一储油槽111对面的气缸内壁，在第一、第二迷宫结构的刮油作用下，在第一、第二迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间形成油膜，抑制左上燃烧室25和右上燃烧室26之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第一、二迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间摩擦力，由于第一储油槽111和第一、二迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得转子摆臂10和气缸内壁之间的动静接触面积大为减小，提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。
如图1和图2所示，在本发明的一优选实施例中，微型摆动式内燃发动机的第二摆臂120为第二扇形柱体，其面向气缸内壁的端部开有第二储油槽121，第二储油槽121两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有迷宫结构，第三迷宫结构122和第四迷宫结构123。缸体20底端开有第二排气口24，第二排气口24将气缸和外界贯通，当第二摆臂120摆动到其第二储油槽121与第二排气口24贯通时，润滑油可通过第二排气口24流入第二储油槽121。
其中，第二摆臂120的第二扇形柱体的角度可以根据缸体支架的尺寸以及所需的燃烧室体积选择，该第二扇形柱体的角度可与第一扇形柱体的角度相同或不同。第二储油槽121的横截面为扇形或弧形，其可与第一储油槽111相同或不同，若横截面为扇形，该扇形的角度可以大于、小于或等于第二摆臂120第二扇形柱体的角度。第三迷宫结构122和第四迷宫结构123可分别采用长方形、三角形、梯形梳齿，第一迷宫结构112和第二迷宫结构113的梳齿个数分别为M和N，M和N为大于1的自然数，M和N可相同也可不同，第三迷宫结构122、第四迷宫结构123及其梳齿个数可与第一迷宫结构112或第二迷宫结构113相同或不同。
微型摆动式内燃发动机运行前，将微型摆动式内燃发动机横置，将润滑油从第一排气口23、第二排气口24分别倒入第一储油槽111和第二储油槽121，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂10左右摆动，第一、二储油槽111、121内的润滑油飞溅到第一、二储油槽111、121对面的气缸内壁，在第一、二、三、四迷宫结构的刮油作用下，在一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间形成油膜，抑制左上燃烧室25和右上燃烧室26之间、左下燃烧室27和右下燃烧室28之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间摩擦力，由于第一、二储油槽111、121和第一、二、三、四迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得转子摆臂10和气缸内壁之间的动静接触面积大为减小，进一步提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。
如图3和图4所示，本发明的另一优选实施例中，微型摆动式内燃发动机的缸体20包括气缸、第一气缸支架210、第二气缸支架220、第一输油管211、第二输油管221、第一排气口23和第二排气口24。第一气缸支架210为第三扇形柱体，其面向转子摆臂10轴13的端部开有第三储油槽212，第三储油槽212两侧端臂面向轴13外壁的端部具有迷宫结构，第五迷宫结构213和第六迷宫结构214。缸体20一侧开有第一输油管211，第一输油管211向上倾斜一定角度，将第三储油槽212和外界贯通，润滑油可通过第一输油管211流入第三储油槽212。
其中，第一气缸支架210的第三扇形柱体的角度可以根据转子摆臂10的尺寸以及所需的燃烧室体积选择，该第三扇形柱体的角度可以为45度、60度或75度。第三储油槽212横截面为扇形或弧形，若横截面为扇形，该扇形的角度可以大于、小于或等于第一气缸支架210第三扇形柱体的角度。第五迷宫结构213和第六迷宫结构214可分别采用长方形、三角形、梯形梳齿，第五迷宫结构213和第六迷宫结构214的梳齿个数分别为M和N，M和N为大于1的自然数，M和N可相同也可不同。
微型摆动式内燃发动机运行前，将润滑油从第一输油管211倒入第三储油槽212，并使用螺钉等密封元件将第一输油管211封闭，之后将微型摆动式内燃发动机运行横置，将润滑油从第一、二排气口23、24分别倒入第一、二储油槽111、121，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂10左右摆动，第一、二储油槽111、121内的润滑油飞溅到第一、二储油槽111、121对面的气缸内壁，在第一、二、三、四迷宫结构的刮油作用下，在一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间形成油膜，抑制左上燃烧室25和右上燃烧室26之间、左下燃烧室27和右下燃烧室28之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间摩擦力，由于第一、二储油槽111、121和第一、二、三、四迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得转子摆臂10和气缸内壁之间的动静接触面积大为减小，提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。第三储油槽212内的润滑油粘附到第三储油槽212对面的轴13外壁，在第五、第六迷宫结构的刮油作用下，在第五、第六迷宫结构的梳齿和轴13外壁之间形成油膜，抑制右上燃烧室26和右下燃烧室28之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第五、第六迷宫结构的梳齿和轴13外壁之间摩擦力，由于第三储油槽212和第五、六迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得第一气缸支架210和轴13外壁之间的动静接触面积大为减小，提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。
如图3和图4所示，本发明的又一优选实施例中，第二气缸支架220为第四扇形柱体，其面向转子摆臂10轴13的端部开有第四储油槽222，第四储油槽222两侧端臂的面向轴13外壁的端部具有迷宫结构，第七迷宫结构223和第八迷宫结构224。缸体20另一侧开有第二输油管221，第二输油管221向上倾斜一定角度，将第四储油槽222和外界贯通，润滑油可通过第二输油管221流入第四储油槽222。
其中，第二气缸支架220的第四扇形柱体的角度可以根据转子摆臂10的尺寸以及所需的燃烧室体积选择，该第四扇形柱体的角度可以为45度、60度或75度。第四储油槽222横截面为扇形或弧形，若横截面为扇形，该扇形的角度可以大于、小于或等于第二气缸支架220第四扇形柱体的角度。第七迷宫结构223和第八迷宫结构224可分别采用长方形、三角形、梯形梳齿，第七迷宫结构223和第八迷宫结构224的梳齿个数分别为M和N，M和N为大于1的自然数，M和N可相同也可不同。第七迷宫结构223、第八迷宫结构224及其梳齿个数可与第五迷宫结构213或第六迷宫结构214相同或不同。
微型摆动式内燃发动机运行前，将润滑油从第一、二输油管211、221分别倒入第三、四储油槽212、222，并使用螺钉等密封元件将第一、二输油管211、221封闭，之后将微型摆动式内燃发动机运行横置，将润滑油从第一、二排气口23、24分别倒入第一、二储油槽111、121，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂10左右摆动，第一、二储油槽111、121内的润滑油飞溅到第一、二储油槽111、121对面的气缸内壁，在第一、二、三、四迷宫结构的刮油作用下，在一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间形成油膜，抑制左上燃烧室25和右上燃烧室26之间、左下燃烧室27和右下燃烧室28之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第一、二、三、四迷宫结构的梳齿和气缸内壁之间摩擦力，由于第一、二储油槽111、121和第一、二、三、四迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得转子摆臂10和气缸内壁之间的动静接触面积大为减小，提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。第三、四储油槽212、222内的润滑油粘附到第三、四储油槽212、222对面的轴13外壁，在第五、六、七、八迷宫结构的刮油作用下，在第五、六、七、八迷宫结构的梳齿和轴13外壁之间形成油膜，抑制右上燃烧室26和右下燃烧室28之间、左上燃烧室25和左下燃烧室27之间发生气体泄漏，起到良好密封效果，油膜同时起到润滑作用，减小第五、六、七、八迷宫结构的梳齿和轴13外壁之间摩擦力，由于第三、四储油槽212、222和第五、六、七、八迷宫结构的梳齿间隙的存在，使得第一、二气缸支架210、220和轴13外壁之间的动静接触面积大为减小，提高了系统运行稳定性，抑制转子摆臂10卡死。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)储油槽、迷宫可以采用其他结构；
(2)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有密封结构的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，该微型摆动式内燃发动机包括：转子摆臂(10)和缸体(20)，缸体(20)内部具有一气缸，其中，
转子摆臂(10)，其面向气缸内壁的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有迷宫结构，缸体(20)开有排气口，储油槽通过排气口与外界贯通。
2.根据权利要求1所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
转子摆臂(10)包括轴(13)，缸体包括气缸支架，气缸支架面向轴(13)的端部开有储油槽，储油槽两侧端臂的面向轴(13)的端部具有迷宫结构，缸体(20)开有输油管，储油槽通过输油管与外界贯通。
3.根据权利要求2所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，转子摆臂(10)包括轴(13)以及轴(13)两侧对称设置的第一摆臂(110)和第二摆臂(120)，所述气缸支架和轴承(13)将气缸分隔为两个上下对称的横截面为扇形的腔体-上腔体和下腔体，第一摆臂(110)将上腔体分割成左上燃烧室(25)和右上燃烧室(26)；第二摆臂将下腔室分割成左下燃烧室(27)和右下燃烧室(28)；第一摆臂(110)为第一扇形柱体，其面向气缸内壁的端部开有第一储油槽(111)，第一储油槽(111)两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有第一迷宫结构(112)和第二迷宫结构(113)，缸体(20)顶端开有第一排气口(23)，润滑油通过第一排气口(23)流入第一储油槽(111)。
4.根据权利要求3所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
第二摆臂(120)为第二扇形柱体，其面向气缸内壁的端部开有第二储油槽(121)，第二储油槽(121)两侧端臂的面向气缸内壁的端部具有第三迷宫结构(122)和第四迷宫结构(123)，缸体(20)底端开有第二排气口(24)，润滑油通过第二排气口(24)流入第二储油槽(121)。
5.根据权利要求2所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
缸体(20)左右对称设置两个横截面为扇形的第一气缸支架(210)和第二气缸支架(220)，所述第一气缸支架(210)、第二气缸支架(220)和轴(13)将气缸分隔为两个上下对称的横截面为扇形的腔体-上腔体和下腔体，转子摆臂(10)的轴(13)两侧对称设置的第一摆臂(110)和第二摆臂(120)，第一摆臂(110)将上腔体分割成左上燃烧室(25)和右上燃烧室(26)；第二摆臂将下腔室分割成左下燃烧室(27)和右下燃烧室(28)；缸体(20)还包括第一输油管(211)和第二输油管(221)，第一气缸支架(210)为第三扇形柱体，其面向转子摆臂(10)轴(13)的端部开有第三储油槽(212)，第三储油槽(212)两侧端臂面向轴(13)外壁的端部具有第五迷宫结构(213)和第六迷宫结构(214)，缸体(20)一侧开有第一输油管(211)，第一输油管(211)向上倾斜一定角度，润滑油通过第一输油管(211)流入第三储油槽(212)。
6.根据权利要求5所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
第二气缸支架(220)为第四扇形柱体，其面向转子摆臂(10)轴(13)的端部开有第四储油槽(222)，第四储油槽(222)两侧端臂的面向轴(13)外壁的端部具有第七迷宫结构(223)和第八迷宫结构(224)，缸体(20)另一侧开有第二输油管(221)，第二输油管(221)向上倾斜一定角度，润滑油通过第二输油管(221)流入第四储油槽(222)。
7.根据权利要求4所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
微型摆动式内燃发动机运行前，将微型摆动式内燃发动机横置，将润滑油从第一排气口(23)、第二排气口(24)分别倒入第一储油槽(111)和第二储油槽(121)，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂(10)左右摆动，第一储油槽(111)和第二储油槽(121)内的润滑油飞溅到第一储油槽(111)和第二储油槽(121)对面的气缸内壁，在第一迷宫结构(112)、第二迷宫结构(113)、第三迷宫结构(122)、第四迷宫结构(123)的刮油作用下，第一迷宫结构(112)、第二迷宫结构(113)、第三迷宫结构(122)、第四迷宫结构(123)的梳齿和气缸内壁之间形成油膜。
8.根据权利要求6所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
微型摆动式内燃发动机运行前，将润滑油从第一输油管(211)、第二输油管(221)分别倒入第三储油槽(212)、第四储油槽(222)，微型摆动式内燃发动机运行时，转子摆臂(10)左右摆动，第三储油槽(212)、第四储油槽(222)内的润滑油粘附到第三储油槽(212)、第四储油槽(222)对面的轴(13)外壁，在第五迷宫结构(213)、第六迷宫结构(214)、第七迷宫结构(223)、第八迷宫结构(224)的刮油作用下，第五迷宫结构(213)、第六迷宫结构(214)、第七迷宫结构(223)、第八迷宫结构(224)的梳齿和轴(13)外壁之间形成油膜。
9.根据权利要求1所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
储油槽的横截面为扇形或弧形。
10.根据权利要求1所述的微型摆动式内燃发动机，其特征在于，
迷宫结构为长方形、三角形或梯形梳齿，梳齿个数大于或等于2。
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