CN108223791B

CN108223791B - 一种活塞环自旋减磨结构

Info

Publication number: CN108223791B
Application number: CN201810008682.9A
Authority: CN
Inventors: 徐海军; 张雷; 徐小军; 潘存云; 殷坤; 周发亮; 王文浩; 韩泽超
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2038-01-04
Also published as: CN108223791A

Abstract

本发明公开了一种活塞环自旋减磨结构，它包括活塞环主体和搭接口，还包括端面导气槽，所述端面导气槽设置在活塞环本体的一侧端面上，当压缩、作功和排气冲程的高压气流流向该端面时，通过所述端面导气槽的作用推动活塞环绕其轴线转动趋势，并将气流导向活塞环主体的活塞环内侧圆柱面，在吸气冲程中负压作用使得润滑油存储在所述端面导气槽并流向环形气缸的内壁形成润滑油膜。本发明具有结构简单紧凑、能降低磨损、可提高环形动力缸可靠性和平稳性等优点。

Description

一种活塞环自旋减磨结构

技术领域

本发明主要涉及到活塞式发动机领域，特指一种在环形动力缸中能实现活塞环在活塞上绕自身轴线主动转动、以降低活塞环不均匀磨损的结构。

背景技术

往复活塞式发动机原理简单、技术成熟，在生产和生活得到了广泛应用。但受限于活塞往复运动特点和功率传输机构结构，往复活塞式发动机难以显著提升功率密度和最大输出功率。采用环形动力缸的转子活塞式发动机，借鉴航空涡轮发动机热力学过程在发动机内部不同位置、同时进行的原理，将气缸和活塞做成环形，通过转子活塞绕主轴的定轴转动、两组相邻转子活塞的相对运动，实现热力学过程在环形动力缸内部不同位置、同时进行，使得作功次数的大幅增加，以此提升功率密度和输出功率。

环形动力缸中气缸呈环形，且由半环形外圈、转子环面等组成。当转子活塞在其内部转动时，由于活塞环上各点离主轴转动中心的距离不等，使得工作时活塞环上各点相对环形气缸的线速度存在较大差别，越远离转动中心，活塞环上点的线速度越大、磨损越大。另一方面，活塞环初始形状使得其与环形气缸壁之间存在一定的均匀预紧压力作用，但由于活塞环随转子活塞做定轴转动时的离心力影响，会使得活塞环远离主轴的一侧与环形气缸壁接触力增大、磨损趋于严重，活塞环靠近主轴的一侧与环形气缸壁（转子环面部分）接触力减小、磨损减轻。这两方面的作用将造成活塞环形成不均匀磨损特点，不利于环形动力缸工作组件的长期、可靠、平稳的工作，对于新兴发动机的工作寿命会带来很大影响，也会制约新型发动机的工程化进程。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、能降低磨损、可提高环形动力缸可靠性和平稳性的活塞环自旋减磨结构。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种活塞环自旋减磨结构，它包括活塞环主体和搭接口，还包括端面导气槽，所述端面导气槽设置在活塞环本体的一侧端面上，当压缩、作功和排气冲程的高压气流流向该端面时，通过所述端面导气槽的作用推动活塞环绕其轴线转动趋势，并将气流导向活塞环主体的活塞环内侧圆柱面，在吸气冲程中负压作用使得润滑油存储在所述端面导气槽并流向环形气缸的内壁形成润滑油膜。

作为本发明的进一步改进：所述端面导气槽设置在活塞环主体的一侧端面上，另一侧端面保持光滑平整。

作为本发明的进一步改进：所述端面导气槽在安装时，活塞环端面朝向动力缸作功容腔，且背离活塞安装座。

作为本发明的进一步改进：所述端面导气槽为多个，在活塞环的端面上采用均匀分布。

作为本发明的进一步改进：所述端面导气槽为直线形状或平面曲线形状。

作为本发明的进一步改进：所述端面导气槽的横截面为直线导气槽矩形截面、导气槽带圆角矩形截面及导气槽半圆形截面。

作为本发明的进一步改进：还包括内侧凸起和凸起导气斜面，所述内侧凸起设置在活塞环内侧圆柱面上，沿半径向心布置；所述凸起导气斜面设置在内侧凸起上，倾斜方向使得从所述端面导气槽流来的高压气流推动活塞环自旋转动，且确保转动方向与端面导气槽的作用方向一致。

作为本发明的进一步改进：所述内侧凸起为多个，在活塞环内侧圆柱面上均匀分布。

作为本发明的进一步改进：所述内侧凸起采用与活塞环主体等厚的结构，或采用与活塞环主体不等厚的结构。

作为本发明的进一步改进：所述凸起导气斜面采用导气斜平面，或者采用导气斜曲面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的活塞环自旋减磨结构，结构简单紧凑、能降低磨损、可提高环形动力缸可靠性和平稳性。在活塞环一侧端面上开有导气槽，在压缩、作功和排气冲程，高压气体作用下可使活塞环具有绕其轴线自旋的运动或运动趋势，吸气冲程通过负压作用让润滑油沿导气槽存储并流向气缸壁，从而有利于润滑油膜形成。

2、本发明的活塞环自旋减磨结构，活塞环内侧圆柱面上设计的凸起及导气斜面，在高压气流的作用下可使活塞环受到一个绕其轴线转动的分力，让活塞具备主动自旋运动，以避免活塞环局部过度磨损。

3、本发明的活塞环自旋减磨结构，在环形动力缸工作时，可借助气缸内的高温高压燃气让本发明的活塞环在转子活塞上主动转动，形成自旋运动，由此实现活塞环的均匀磨损，提高环形动力缸的可靠性和平稳性。

附图说明

图1 是具有本发明结构的活塞环的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中的安装结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中安装结构的立体分解示意图。

图4是本发明在具体应用实例中安装结构的局部结构示意图。

图5 是本发明在具体应用实例中活塞环端面导气槽矩形截面形状和导气槽呈直线形状的示意图。

图6是本发明在具体应用实例中活塞环端面导气槽矩形截面形状核导气槽呈曲线形状的示意图。

图7 是本发明在具体应用实例中活塞环端面导气槽带圆角矩形截面形状的示意图。

图8 是本发明本发明在具体应用实例中活塞环端面导气槽半圆形截面形状的示意图。

图9是本发明在具体应用实例中活塞环采用不等厚内侧凸起形状的示意图。

图10是本发明在具体应用实例中活塞环内侧凸起上采用曲面导气斜面形状的示意图。

图例说明：

1、第一环形气缸；2、活塞转子组件；21、转子；22、第一环形活塞；23、第一活塞环；231、活塞环主体；232、搭接口；233、端面导气槽；2331、直线导气槽矩形截面；2332、曲线导气槽；2333、导气槽带圆角矩形截面；2334、导气槽半圆形截面；234、活塞环内侧圆柱面；235、内侧凸起；2351、等厚内侧凸起；2352、不等厚内侧凸起；236、凸起导气斜面；2361、导气斜平面；2362、导气斜曲面；24、活塞安装座；25、第二活塞环；26、第二环形活塞；3、第二环形气缸；4、活塞转子组件。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的活塞环自旋减磨结构，它包括活塞环主体231、搭接口232、端面导气槽233、活塞环内侧圆柱面234、内侧凸起235及凸起导气斜面236，端面导气槽233设置在活塞环本体231的一侧端面上，当压缩、作功和排气冲程的高压气流流向该端面时，通过端面导气槽233的作用推动活塞环23绕其轴线转动趋势，并将气流导向活塞环内侧圆柱面234，在吸气冲程中负压作用将使得润滑油存储在端面导气槽233并流向第一环形气缸1、第二环形气缸3的内壁，形成润滑油膜。内侧凸起235设置在活塞环内侧圆柱面234上，沿半径向心布置；凸起导气斜面236设置在内侧凸起235上，其倾斜方向使得从端面导气槽233流来的高压气流推动活塞环23自旋转动，且确保转动方向与端面导气槽233的作用方向一致。

如图2、图3和图4所示，在本发明的具体应用实例中，第一活塞环23和第二活塞环25均采用本发明的结构，即结构完全一样，只是安装方向相反，第一环形活塞22和第二环形活塞26结构一样，均安装在活塞安装座24上，进而与转子21固联在一起。第一活塞环23安装在第一环形活塞22的环槽里，且其端面导气槽233背向活塞安装座24，第二活塞环25以类似方法安装在第二环形活塞26上的环槽里。第一环形气缸1、第二环形气缸3、转子21和活塞转子组件4中的转子21一起，构成一个环形容腔，且第一环形活塞22、第二环形活塞26可在该容腔中绕转子21轴线自由转动，第一活塞环23、第二活塞环25则用来实现活塞对环形容腔的隔断和密封。

在具体应用实例中，参见图1，端面导气槽233设置在活塞环主体231的一侧端面上，另一侧端面保持光滑平整。安装时，端面导气槽233的活塞环端面朝向动力缸作功容腔，且背离活塞安装座24。

在具体应用实例中，参见图1，端面导气槽233在活塞环的端面上一般设计有多个，且一般均匀分布。

在具体应用实例中，参见图5，根据实际需要，端面导气槽233可以设计为直线形状。可以理解，参见图6，端面导气槽233也可以设计为平面曲线形状，即曲线导气槽2332，但端面导气槽233要与活塞环半径方向成一定夹角。

在具体应用实例中，参见图6、图7和图8，端面导气槽233的横截面可以为直线导气槽矩形截面2331、导气槽带圆角矩形截面2333、导气槽半圆形截面2334等常见形状，也可以为其它特殊的异形。

在具体应用实例中，参见图1、图8和图9，内侧凸起235设置在活塞环内侧圆柱面234上，沿活塞环半径方向布置。优选的，内侧凸起235可以设置多个，在活塞环内侧圆柱面234上均匀分布。

在具体应用实例中，参见图1、图8和图9，根据实际需要，内侧凸起235一般与活塞环主体231的等厚结构，即等厚内侧凸起2351，也可以设计为不等厚内侧凸起2352。

在具体应用实例中，参见图1、图9和图10，每一个内侧凸起235上设计有一个凸起导气斜面236，斜面方向使得气流流过时，形成一个让活塞环转动力，且转动方向与端面导气槽作用方向相同。

在具体应用实例中，参见图1、图9和图10，凸起导气斜面236可以根据实际需要采用导气斜平面2361，也可以选用是一个导气斜曲面2362。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种活塞环自旋减磨结构，它包括活塞环主体（231）和搭接口（232），其特征在于，还包括端面导气槽（233），所述端面导气槽（233）设置在活塞环主体（231）的一侧端面上，当压缩、作功和排气冲程的高压气流流向该端面时，通过所述端面导气槽（233）的作用推动活塞环绕其轴线转动，并将气流导向活塞环主体（231）的活塞环内侧圆柱面（234），在吸气冲程中负压作用使得润滑油存储在所述端面导气槽（233）并流向环形气缸的内壁形成润滑油膜；还包括内侧凸起（235）和凸起导气斜面（236），所述内侧凸起（235）设置在活塞环内侧圆柱面（234）上，沿半径向心布置；所述凸起导气斜面（236）设置在内侧凸起（235）上，倾斜方向使得从所述端面导气槽（233）流来的高压气流推动活塞环（23）自旋转动，且确保转动方向与端面导气槽（233）的作用方向一致。

2.根据权利要求1所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述端面导气槽（233）设置在活塞环主体（231）的一侧端面上，另一侧端面保持光滑平整。

3.根据权利要求2所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述端面导气槽（233）在安装时，带端面导气槽（233）的活塞环端面朝向动力缸作功容腔，且背离活塞安装座（24）。

4.根据权利要求1所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述端面导气槽（233）为多个，在活塞环的端面上采用均匀分布。

5.根据权利要求1所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述端面导气槽（233）为直线形状或平面曲线形状。

6.根据权利要求1所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述端面导气槽（233）的横截面为直线导气槽矩形截面（2331）、导气槽带圆角矩形截面（2333）或导气槽半圆形截面（2334）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述内侧凸起（235）为多个，在活塞环内侧圆柱面（234）上均匀分布。

8.根据权利要求7所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述内侧凸起（235）采用与活塞环主体（231）等厚的结构，或采用与活塞环主体（231）不等厚的结构。

9.根据权利要求7所述的活塞环自旋减磨结构，其特征在于，所述凸起导气斜面（236）采用导气斜平面（2361），或者采用导气斜曲面（2362）。