一种转子发动机的顶端密封结构[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110469424 A(43)申请公布日 2019.11.19

(21)申请号 201910857822.4(22)申请日 2019.09.09

(71)申请人 北京理工大学

地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5

号(72)发明人 刘金祥　邹润　焦慧超　李萌　(74)专利代理机构 北京理工正阳知识产权代理

事务所(普通合伙) 11639

代理人 邬晓楠(51)Int.Cl.

F02F 11/00(2006.01)F02B 55/02(2006.01)F02B 55/08(2006.01)

权利要求书2页 说明书4页 附图3页

(54)发明名称

一种转子发动机的顶端密封结构(57)摘要

本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构，属于转子发动机技术领域。本发明包括转子、气缸、前端盖、后端盖，还包括密封片、弹簧组。密封片是组合式密封结构，由两片密封片搭接组成。密封片小端面直角处全部倒圆角。每片密封片设有用于与弹簧片相适配的凹槽，并有用于与压缩弹簧对顶的对顶端面。弹簧组用于为密封片提供径向和轴向的组合弹簧力，由外弹簧片、内弹簧片和压缩弹簧组成。转子旋转时，两片密封片在离心力、弹簧组的弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸型面，实现相邻燃烧室间的分隔密封。本发明既能够保证转子发动机的顶端良好的密封性能，又能够降低对气缸型面和气缸盖端面的划伤，进而延长转子发动机的使用寿命。

CN 110469424 ACN 110469424 A

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1.一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：包括转子(5)、气缸(7)、前端盖(1)、后端盖(6)，还包括密封片(4)、弹簧组(3)；所述密封片(4)是组合式密封结构，由两片密封片(4)搭接组成，两片密封片(4)分别定义为左密封片(4.1)、右密封片(4.2)，通过两片密封片(4)搭接组成减小泄漏间隙宽度和泄漏间隙高度，进而减小泄漏面积，此外，两片密封片(4)的搭接面用于进一步阻止气体泄漏；每片密封片(4)设有用于与弹簧片相适配的凹槽，并有用于与压缩弹簧(3.3)对顶的对顶端面；所述弹簧组(3)用于为密封片(4)提供径向和轴向的组合弹簧力，由外弹簧片(3.1)、内弹簧片(3.2)和压缩弹簧(3.3)组成，所述压缩弹簧(3.3)两端分别与左密封片(4.1)、右密封片(4.2)的对顶端面对顶，仅为两片密封片(4)提供轴向弹力；所述内弹簧片(3.2)的两端分别与左密封片(4.1)、右密封片(4.2)的凹槽对顶，为两片密封片(4)提供径向和轴向的弹力；所述外弹簧片(3.1)的两端分别与左密封片(4.1)、右密封片(4.2)的凹槽对顶，为两片密封片(4)提供径向和轴向的弹力；转子(5)旋转时，两片密封片(4)在离心力、弹簧组(3)的弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸(7)型面，实现相邻燃烧室间的分隔密封。

2.如权利要求1所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：所述密封片(4)结构是组合式密封结构，由两片相同的密封片(4)搭接组成，通过两片相同密封片(4)搭接结构实现泄漏间隙宽度减小为0.5c，泄漏面积减小为S＝0.5cδ；其中c为背景技术中方案一的泄漏间隙宽度，δ为泄漏间隙宽度。

3.如权利要求1或2所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：所述密封片(4)内侧用于搭接的搭接面部分定义为小端，所述密封片(4)外侧用于与前气缸盖(1)端面、后气缸盖(6)端面接触的面定义为大端；所述密封片(4)内侧小端宽度小于或等于外侧大端宽度的一半，以保证漏气间隙高度小于或等于密封片(4)整体宽度的一半，即

4.如权利要求3所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：所述密封片(4)与气缸(7)型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；所述密封片(4)小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面。

5.如权利要求4所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：所述内弹簧片(3.2)两端折弯成竖直状，实现内弹簧片(3.2)分别与左密封片(4.1)和右密封片(4.2)凹槽的稳固装配，从而提供稳定弹簧力。

6.如权利要求5所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：还包括密封小柱(2)，所述密封小柱(2)开有安装压缩弹簧的槽；所述密封小柱(2)安装于密封片(4)两端，端面与密封片(4)大端端面对齐。

7.如权利要求6所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：所述压缩弹簧(3.3)为圆柱形压缩弹簧。

8.如权利要求7所述的一种转子发动机的顶端密封结构，其特征在于：转子发动机发动机工作时，密封片(4)在离心力、外弹簧片(3.1)和内弹簧片(3.2)的径向弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸(7)型面，使得两片密封片(4)与气缸(7)型面始终保持紧贴接触，从而实现相邻燃烧室间的分隔密封；两片密封片(4)在外弹簧片(3.1)、内弹簧片(3.2)和压缩弹簧(3.3)的轴向弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸盖端面，实现顶端的端面密封；燃烧室内气体仅能通过高度为δ，宽度为0.5c的泄漏间隙进行泄漏，而且该部分气体会受到

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两片密封片(4)搭接面的阻挡，从而进一步减少气体泄漏；此外，所述密封片(4)与气缸(7)型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；而且所述密封片(4)小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面，进而提高转子发动机的使用寿命。

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一种转子发动机的顶端密封结构

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技术领域

[0001]本发明涉及一种转子发动机的顶端密封结构，属于转子发动机技术领域。背景技术

[0002]转子发动机具有体积小、重量轻、结构简单、转速高等优点，非常适合应用于混合动力汽车、无人机、军用单兵作战系统等领域，但是其具有燃油消耗大、排放差、润滑密封差等缺点。密封性差是转子发动机一直存在的问题，由于密封差，漏气严重，可能造成转子发动机点火困难，工作效率下降。尤其当转子发动机作为无人机或者飞行器动力时，由于密封性变差导致漏气严重，致使发动机不能点火，从而造成无人机或者飞行器失去动力而坠落，由此可能产生安全事故和经济损失。

[0003]转子发动机漏气主要发生在转子顶端与气缸型面的接触位置和转子端面与气缸盖端面的接触位置。其中转子顶端与气缸型面接触位置的漏气量较为严重，为了改善转子发动机的密封性能，提高其燃烧效率，改善此处的密封性能尤为重要。目前转子发动机的顶端密封结构主要是图1所示的三种方案。方案一是由一块密封片构成的整体式密封结构，泄漏间隙宽度为c，高度为δ，泄漏间隙面积为S＝δc，但是泄漏间隙高度δ约等于密封片的宽度L，因而形成较大的漏气面积，致使密封性能较差，尤其当密封片通过热弧区时，间隙长度会增大，漏气更为严重；方案二是由中间片和两个小角片构成的组合式密封结构，中间片的两端与气缸盖之间有长度方向间隙0.5c，泄漏间隙面积为S＝δ(0.5c+0.5c)＝δc，但间隙高度δ较小，使得漏气面积较小，且密封片经过冷弧区或热弧区时，可以自动调节两个角片间的距离，这种结构有较好的密封效果，但是两个小角片的尖端容易划伤气缸盖端面，从而损坏气缸盖；方案三是类似方案二的组合式密封结构，区别处是将中间片缩短，两端的角片加长，由此形成很小的高度间隙δ，从而致使漏气面积S较小，提高了密封效果，但是中间片很尖易崩裂，造成使用寿命短。发明内容

[0004]针对现有技术中存在的下述不足：转子发动机的顶端密封结构当保证密封性良好的情况下，密封片易造成气缸型面或气缸盖端面的划伤；或者是在减小气缸型面或气缸盖端面的划伤情况下，无法保证良好的密封性能。本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构要解决的技术问题是：既能够保证转子发动机的顶端良好的密封性能，又能够降低对气缸型面和气缸盖端面的划伤，进而延长转子发动机的使用寿命。[0005]为实现上述目的，本发明技术方案如下。

[0006]本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构，包括转子、气缸、前端盖、后端盖，还包括密封片、弹簧组。所述密封片是组合式密封结构，由两片密封片搭接组成，两片密封片分别定义为左密封片、右密封片，通过两片密封片搭接组成减小泄漏间隙宽度和泄漏间隙高度，进而减小泄漏面积，此外，两片密封片的搭接面用于进一步阻止气体泄漏。每片密封片设有用于与弹簧片相适配的凹槽，并有用于与压缩弹簧对顶的对顶端面。所述弹簧组

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用于为密封片提供径向和轴向的组合弹簧力，由外弹簧片、内弹簧片和压缩弹簧组成，所述压缩弹簧两端分别与左密封片、右密封片的对顶端面对顶，仅为两片密封片提供轴向弹力。所述内弹簧片的两端分别与左密封片、右密封片的凹槽对顶，为两片密封片提供径向和轴向的弹力。所述外弹簧片的两端分别与左密封片、右密封片的凹槽对顶，为两片密封片提供径向和轴向的弹力。转子旋转时，两片密封片在离心力、弹簧组的弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸型面，实现相邻燃烧室间的分隔密封。[0007]作为优选：所述密封片结构是组合式密封结构，由两片相同的密封片搭接组成，通过两片相同密封片搭接结构实现泄漏间隙宽度减小为0.5c，泄漏面积减小为S＝0.5cδ。其中c为背景技术中方案一的泄漏间隙宽度，δ为泄漏间隙宽度。[0008]作为优选：所述密封片内侧用于搭接的搭接面部分定义为小端，所述密封片外侧用于与前气缸盖端面、后气缸盖端面接触的面定义为大端。所述密封片内侧小端宽度小于或等于外侧大端宽度的一半，以保证漏气间隙高度小于或等于密封片整体宽度的一半，即

作为优选：所述密封片与气缸型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；所述密封片小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面。[0010]作为优选：所述内弹簧片两端折弯成竖直状，实现内弹簧片分别与左密封片和右密封片凹槽的稳固装配，从而提供稳定弹簧力。[0011]作为优选：所述一种转子发动机的顶端密封结构还包括密封小柱，所述密封小柱开有安装压缩弹簧的槽；所述密封小柱安装于密封片两端，端面与密封片大端端面对齐。[0012]作为优选，所述压缩弹簧为圆柱形压缩弹簧。

[0013]本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构的工作方法为：转子发动机发动机工作时，密封片在离心力、外弹簧片和内弹簧片的径向弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸型面，使得两片密封片与气缸型面始终保持紧贴接触，从而实现相邻燃烧室间的分隔密封；两片密封片在外弹簧片、内弹簧片和压缩弹簧的轴向弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸盖端面，实现顶端的端面密封。燃烧室内气体仅能通过高度为δ，宽度为0.5c的泄漏间隙进行泄漏，而且该部分气体会受到两片密封片搭接面的阻挡，从而进一步减少气体泄漏。此外，所述密封片与气缸型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；而且所述密封片小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面，进而提高转子发动机的使用寿命。[0014]因此，所述一种转子发动机的顶端密封结构既能够保证转子发动机的顶端良好的密封性能，又能够降低对气缸型面、前气缸盖端面和后气缸盖端面的划伤，进而延长转子发动机的使用寿命。[0015]有益效果：[0016]1、本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构，所述弹簧组由外弹簧片、内弹簧片和压缩弹簧组成，用于为密封片提供径向和轴向的组合弹簧力，所述压缩弹簧为两片密封片提供轴向弹力，所述内弹簧片为两片密封片提供径向和轴向的弹力，所述外弹簧片为两片密封片提供径向和轴向的弹力。通过弹簧组为两片弹簧片提供的径向和轴向的组合弹簧力，两片密封片在离心力、弹簧组的弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸型面，实

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现相邻燃烧室间的分隔密封。[0017]2、本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构，采用两块密封片搭接结构，实现泄漏间隙宽度减小为0.5c，此外，泄漏间隙高度

泄漏间隙高度和泄漏宽度均较

小，致使漏气面积减小为S＝0.5cδ，而且进入泄漏间隙的气体会受到两片密封片搭接面的阻挡，从而进一步减少气体的泄漏量，进而有效的改善转子发动机的顶端密封性能，提高转子发动机燃烧效率。[0018]3、本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构，所述密封片与气缸型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；所述密封片小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面，且使密封片自身不易损坏，进而延长转子发动机使用寿命。附图说明

[0019]图1是现有转子发动机顶端密封结构的示意图，图1a为现有方案一的转子发动机顶端密封结构的示意图，图1b为现有方案二的转子发动机顶端密封结构的示意图，图1c为现有方案三的转子发动机顶端密封结构的示意图；

[0020]图2是本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构示意图；

[0021]图3是本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构装配后的结构示意图；[0022]图4是本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构在图3中转子顶端Ⅰ的局部结构示意图；

[0023]图5是本发明公开的一种转子发动机的顶端密封结构的顶端密封结构与转子、气缸装配后的结构示意图；[0024]其中：1—前端气缸盖、2—密封小柱、3—弹簧组、4—密封片、5—转子、6—后端气缸盖、7—气缸、3.1—外弹簧片、3.2—内弹簧片、3.3—压缩弹簧、4.1—左密封片、4.2—右密封片。

具体实施方式

[0025]为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

[0026]实施例：[0027]如图1、2所示，本实施例公开的一种转子发动机的顶端密封结构，包括转子5、气缸7、前端盖1、后端盖6，还包括密封片4、弹簧组3。所述密封片4是组合式密封结构，由两片密封片4搭接组成，两片密封片4分别定义为左密封片4.1、右密封片4.2，通过两片相同密封片4搭接结构实现泄漏间隙宽度减小为0.5c，此外，所述密封片4内侧小端宽度小于或等于外侧大端宽度的一半，以保证漏气间隙高度小于或等于密封片4整体宽度的一半，即泄漏间隙的高度和宽度均较小，致使漏气面积减小为S＝0.5cδ，而且进入泄漏间隙的气体会受到两片密封片4搭接面的阻挡，从而进一步减少气体的泄漏量，进而有效的改善转子发动机的顶端密封性能，提高转子发动机燃烧效率。[0028]如图2所示，每片密封片4设有用于与弹簧片相适配的凹槽，并有用于与压缩弹簧

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3.3对顶的对顶端面。所述弹簧组3用于为密封片4提供径向和轴向的组合弹簧力，由外弹簧片3.1、内弹簧片3.2和压缩弹簧3.3组成，所述压缩弹簧3.3两端分别与左密封片4.1、右密封片4.2的对顶端面对顶，仅为两片密封片4提供轴向弹力。所述内弹簧片3.2的两端分别与左密封片4.1、右密封片4.2的凹槽对顶，为两片密封片4提供径向和轴向的弹力。所述外弹簧片3.1的两端分别与左密封片4.1、右密封片4.2的凹槽对顶，为两片密封片4提供径向和轴向的弹力。所述压缩弹簧3.3为圆柱形压缩弹簧。如图5所示，通过弹簧组3为两片弹簧片提供的径向和轴向的组合弹簧力，两片密封片4在离心力、弹簧组3的弹力和燃气压力的共同作用下被挤向气缸7型面，更加有效的实现相邻燃烧室间的分隔密封。[0029]如图4和图5所示，所述密封片4与气缸7型面接触面为圆弧过渡，提高密封和润滑性能；而且所述密封片4小端面直角处全部倒圆角，通过倒圆角防划伤转子顶端凹槽侧壁面，进而提高转子发动机的使用寿命。[0030]如图2所示，所述内弹簧片3.2两端折弯成竖直状，实现内弹簧片3.2分别与左密封片4.1和右密封片4.2凹槽的稳固装配，从而提供稳定弹簧力。[0031]如图2和图3所示，所述一种转子发动机的顶端密封结构还包括密封小柱2，所述密封小柱2开有安装压缩弹簧的槽；所述密封小柱2安装于密封片4两端，端面与密封片4大端端面对齐，进而保证转子发动机端面具有高密封性能。[0032]以上所述的具体描述，对发明的目的、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，并不用于限定本发明的保护范围，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。

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图3

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图5

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