CN106224121A - 一种转子发动机的顶端密封及润滑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，至少由高压滑油泵、输油管、高压喷嘴、滑油喷孔、回油管、轴向油管、径向油管、顶端密封片、角密封条、顶端密封槽及侧壳组成；滑油喷孔开在发动机侧壳上，高压喷嘴装在滑油喷孔中；顶端密封片由三块密封片组成，外侧两块为刚性密封片，中间为柔性密封片；发动机工作时，顶端密封片径向挤压气缸型面，形成密封工作面；同时高压滑油泵将吸入的润滑油加压后经高压喷嘴高速喷入轴向油管，润滑油在离心力作用下进入径向油管，最后在顶端密封片与气缸型面的接触面上形成连续均匀的润滑油膜；同时轴向油管里的润滑油从两边的管口向外扩散至转子端面与侧壳内壁的间隙中，起到润滑侧密封面的作用。
Description
技术领域
本发明属发动机领域，涉及一种转子发动机，具体涉及一种转子发动机的顶端密封及润滑装置。
背景技术
转子发动机（Rotary Engine）是由德国人菲加士·汪克尔（Felix Wankel，1902-1988）所发明，故又称汪克尔发动机(Wankel Engine)。转子发动机采用三角转子旋转运动来完成吸气、压缩、做功、排气冲程，与传统的往复活塞式发动机的直线运动迥然不同。转子发动机的转子每旋转一圈就膨胀作功三次，而一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次，故转子发动机具有很高的功率容积比。另外，转子发动机独特的轴向运动性质使它不需要精密的曲轴平衡就能达到很高的转速。整个发动机只有两个转动部件，省掉了一般四冲程发动机的进、排气活门、气门弹簧、凸轮轴等二十多个活动部件，发动机结构大大简化，发生故障的可能性也大大减小。除此之外，转子发动机亦具有体积较小、重量轻、低重心、震动小等优点。
虽然转子发动机具有传统往复式活塞发动机所不具有的突出优点，但也存在着油耗高，尾气排放多,低速下扭矩偏小等缺陷。转子发动机存在的另一个明显的问题是发动机的大修周期过短，一般的转子发动机运转数万多公里就需大修一次，很少有超过十万公里的,这主要是由于三角转子发动机缸体内相邻腔体空间只靠一块顶端密封片隔离，该密封片随转子高速旋转而沿气缸型面高速滑动且与气缸型面始终为线接触，密封片磨损很快，导致三个腔体不能完全隔开，产生漏气现象，使燃烧效率急剧降低，同时气缸型面在与顶端密封片的长期摩擦中出现划痕，使得顶端密封片与气缸型面之间的密封进一步恶化。日本马自达公司对该发动机进行了数十年的持续研发与改进，在顶端密封片的材质、表面处理、形状、尺寸等方面做了大量的优化工作，使转子发动机的性能及寿命均有长足的进步，然而，顶端密封片与气缸型面之间的润滑问题始终没有很好的解决，目前的润滑方式是采用专门的计量式机油泵将润滑油喷到缸体腔体进行润滑，喷入的润滑油除少部分在型面及端面上形成油膜外，大部分雾状的润滑油随燃油一起燃烧或燃烧未尽即随尾气排放了，另外因顶端密封片沿一个方向运动，型面上的润滑油很容易被密封片刮落而难以形成稳定的油膜，试验表明，一旦滑动面缺少了润滑油膜，顶端密封片的径向窜动及共振就很容易发生，使得漏气加剧，密封恶化，另外，过多润滑油的燃烧，必然产生燃烧不彻底、积炭等严重问题，易使发动机的尾气排放超标；可见，顶端密封片与气缸型面接触面的润滑状况，不仅直接关系到发动机的寿命，也与发动机的效率、尾气排放等有很大的关系。
针对目前转子发动机存在的问题,本发明对转子发动机的顶端密封及润滑装置进行了改良，首先将顶端密封片由单片改为多片，增加了一块柔性密封片,即使发生密封片的径向窜动及共振，也能保证相邻腔体不漏气；其次，增加径向润滑油路，在顶端密封片与气缸型面的接触面上持续形成润滑油膜；同时该装置能大幅减少润滑油的使用量，从而大幅增加转子发动机的使用寿命，减少尾气排放，提高发动机的热效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种密封良好，润滑充分，可大大减少润滑油使用量及延长转子发动机寿命的顶端密封及润滑装置。
一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，至少由高压滑油泵、输油管、高压喷嘴、滑油喷孔、回油管、轴向油管、径向油管、顶端密封片、角密封条、顶端密封槽及侧壳组成；其特征在于：滑油喷孔开在发动机近排气口的侧壳上，高压喷嘴装在滑油喷孔中；径向油管与轴向油管连为一体；顶端密封片由三块密封片组合而成，外侧两块为刚性密封片，中间一块为柔性密封片；径向油管穿过顶端密封槽底的孔伸入顶端密封槽；柔性密封片置于径向油管上方的弹簧上，两块刚性密封片分置在径向油管两侧的顶端密封槽底的弹簧上；发动机工作时，顶端密封片在离心力、弹簧弹力及燃气压力的共同作用下径向挤压气缸型面，形成密封工作面；同时，高压滑油泵将吸入的润滑油加压后输送至高压喷嘴，当轴向油管的管口随转子旋转到与滑油喷孔对准时，高压喷嘴开启将润滑油高速喷入轴向油管，进入轴向油管的润滑油在离心力的作用下进入径向油管，然后穿过径向油管，沿柔性密封片与刚性密封片的间隙向上，最后在顶端密封片与气缸型面的接触面上形成连续均匀的润滑油膜；同时轴向油管里的润滑油从两边的管口向外扩散至转子端面与侧壳内壁的间隙中，起到润滑侧密封面的作用。
所述的轴向油管沿轴向贯穿于转子的两个端面, 三根轴向油管均布于转子内齿圈外的圆周上。
所述的滑油喷孔里设有回油口，回油口与回油管相连；当喷入的润滑油充满轴向油管时或者因意外情况被转子端面档回，喷入的润滑油将从滑油喷孔的回油管中流回油底壳。
所述的径向油管的管口焊接筛板。
所述的柔性密封片底部装有刚性底板。
所述的柔性密封片具有弹性，可伸长或被压缩。
所述的柔性密封片的材质包括金属纤维、弹性陶瓷、碳纤维、石墨纤维、石墨烯或是这些材质的混合体。
所述的柔性密封片是由弹性陶瓷切割而成，或是石墨烯海绵切割而成，或是金属纤维及碳纤维增强的石墨纤维制毡后切割而成，或是金属纤维及碳纤维增强的石墨纤维三维立体编织而成。
所述的柔性密封片可由柔性石墨盘根，或金属增强石墨盘根，或碳纤维增强石墨盘根，或碳纤维及金属增强石墨盘根制成，金属丝包括铜丝、不锈钢丝、镍合金丝。
所述的顶端密封槽的底孔为矩形，矩形的短边加工成圆弧，底孔与径向油管的结合处安装密封圈。
本发明的有益效果在于：顶端密封片可形成多个密封面,显著减少漏气的发生；润滑油在滑动面形成厚薄均匀的油膜，防止顶端密封片干磨，大大延长发动机的寿命；良好的润滑可显著减少顶端密封片的窜动及共振，减少漏气；即使在刚性密封片发生窜动及共振的情况下，柔性密封片也能一直封闭接触面，确保密封效果；同时侧密封的滑动面上也形成了均匀的油膜，显著改善了侧润滑的工况；避免了从机壳外直接向发动机腔体喷润滑油，大幅降低润滑油的使用量，减少积炭发生，降低废气排放；提高发动机的热效率，降低油耗；可提高发动机的缸压，提高压缩比，满足柴油的压燃需求。
附图说明
图1是装有轴向油管的转子发动机内部结构示意图。
图2是设有滑油喷孔的转子发动机局部剖面图。
图3是装有柔性密封片的三角转子结构示意图。
图4是顶端密封片局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步的详细描述。
如附图1-4所示一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，至少由高压滑油泵1、输油管2、高压喷嘴3、滑油喷孔4、回油管5、轴向油管6、径向油管7、顶端密封片8、角密封条9、顶端密封槽10及侧壳11组成；滑油喷孔4开在发动机近排气口的侧壳11上，高压喷嘴3装在滑油喷孔4中；滑油喷孔4里设回油口，回油口连着回油管5，当喷入的润滑油充满轴向油管6时或因意外情况被转子端面挡回，润滑油将从回油管5中流回主油路；轴向油管6沿轴向贯穿于转子的两个端面, 三根轴向油管6均布于转子内齿圈外的圆周上；径向油管7与轴向油管6连为一体；径向油管7的管口焊接筛板；顶端密封片8由三块密封片组合而成，外侧两块为刚性密封片801，中间一块为柔性密封片802；本实例中柔性密封片802选用弹性陶瓷,是按规定尺寸切割加工而成，柔性密封片802底部装有刚性底板803；径向油管7穿过顶端密封槽10底的孔伸入顶端密封槽10；柔性密封片802置于径向油管7上方的弹簧上，两块刚性密封片801分置在径向油管7两侧的顶端密封槽10底的弹簧上；顶端密封槽10的底孔为矩形，矩形的短边加工成圆弧，底孔与径向油管7的结合处安装密封圈。
发动机工作时，随着转子在气缸中的转动,顶端密封片8在离心力、弹簧弹力及燃气压力的共同作用下径向挤压气缸型面，形成密封工作面；同时，高压滑油泵1将吸入的润滑油加压后经输油管2输送至高压喷嘴3，当轴向油管6的管口随转子转动到与滑油喷孔4对准时，高压喷嘴3开启将润滑油高速喷入轴向油管6，进入轴向油管6的润滑油在离心力的作用下进入径向油管7，并沿柔性密封片802与刚性密封片801的间隙向上，最后在顶端密封片8与气缸型面的接触面上形成连续均匀的润滑油膜；同时轴向油管6里的润滑油从两边的管口向外扩散至转子端面与侧壳11内壁的间隙中，起到润滑侧密封面的作用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出若干改进或调整，这些改进或调整理应落在本发明权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，至少由高压滑油泵、输油管、高压喷嘴、滑油喷孔、回油管、轴向油管、径向油管、顶端密封片、角密封条、顶端密封槽及侧壳组成；其特征在于：滑油喷孔开在发动机近排气口的侧壳上，高压喷嘴装在滑油喷孔中；径向油管与轴向油管连为一体；顶端密封片由三块密封片组合而成，外侧两块为刚性密封片，中间一块为柔性密封片；径向油管穿过顶端密封槽底的孔伸入顶端密封槽；柔性密封片置于径向油管上方的弹簧上，两块刚性密封片分置在径向油管两侧的顶端密封槽底的弹簧上；发动机工作时，顶端密封片在离心力、弹簧弹力及燃气压力的共同作用下径向挤压气缸型面，形成密封工作面；同时，高压滑油泵将吸入的润滑油加压后输送至高压喷嘴，当轴向油管的管口随转子旋转到与滑油喷孔对准时，高压喷嘴开启将润滑油高速喷入轴向油管，进入轴向油管的润滑油在离心力的作用下进入径向油管，然后穿过径向油管，沿柔性密封片与刚性密封片的间隙向上，最后在顶端密封片与气缸型面的接触面上形成连续均匀的润滑油膜；同时轴向油管里的润滑油从两边的管口向外扩散至转子端面与侧壳内壁的间隙中，起到润滑侧密封面的作用。
2.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的轴向油管沿轴向贯穿于转子的两个端面, 三根轴向油管均布于转子内齿圈外的圆周上。
3.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的滑油喷孔里设有回油口，回油口与回油管相连；当喷入的润滑油充满轴向油管或者因意外情况被转子端面档回时，喷入的润滑油将从滑油喷孔的回油管中流回油底壳。
4.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的径向油管的管口焊接筛板。
5.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的柔性密封片底部装有刚性底板。
6.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的柔性密封片具有弹性，可伸长或被压缩。
7.按照权利要求6所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的柔性密封片的材质包括金属纤维、弹性陶瓷、碳纤维、石墨纤维、石墨烯或是这些材质的混合体。
8.按照权利要求7所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的柔性密封片是由弹性陶瓷切割而成，或是石墨烯海绵切割而成，或是金属纤维及碳纤维增强的石墨纤维制毡后切割而成，或是金属纤维及碳纤维增强的石墨纤维三维立体编织而成。
9.按照权利要求6所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的柔性密封片可由柔性石墨盘根，或金属增强石墨盘根，或碳纤维增强石墨盘根，或碳纤维及金属增强石墨盘根制成，金属丝包括铜丝、不锈钢丝、镍合金丝。
10.按照权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封及润滑装置，其特征在于：所述的顶端密封槽的底孔为矩形，矩形的短边加工成圆弧，底孔与径向油管的结合处安装密封圈。
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