[实用新型]密封环气悬浮发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机领域。

背景技术

自从发动机诞生以来，发动机燃烧室的高效密封一直是发动机的研发者和 制造商所追求的重中之重，现代发动机活塞与气缸套之间通过机油润滑活塞环 的设置，使活塞与气缸套之间滑动密封，这种结构确实大幅度提高了发动机的 密封性，但是由于气缸套和活塞以及活塞环之间存在滑动摩擦，对于活塞、活 塞环尤其是气缸套的材料要求具有相当高的耐磨性能，为了维持发动机的密封 性、密封的持续性以及发动机寿命就必须采用高耐磨材料制成的气缸套，并采 用机油进行润滑，这样就决定了发动机气缸套和活塞的工作温度必须保持在较 低水平(现代发动机在400～500℃之间)。在传统发动机的结构中这个温度无法 再提高，否则就可能出现机油变质、气缸套熔化、活塞热损等问题。然而，众 所周知，为了维持活塞和气缸套之间这一较低温度，就要对发动机进行强制冷 却以致燃料30％左右的能量将通过缸套、活塞和缸盖流出，形成利用价值不大的 低品质余热。如果我们能够避免或减少流出缸套、活塞和气缸盖的热量，我们 就可以大幅度提高发动机的效率。这一问题如果得到解决，发动机的效率几乎 可以成倍提高，解决这一问题的关键就必须使燃烧室包络界面(即气缸包络界 面，在传统发动机中为气缸、活塞和气缸盖)的耐热性大幅度提高。为了实现 这一目的，必须解决发动机活塞和气缸套间的在高温状态能够既密封又不会严 重磨损的问题。为此，本实用新型人申请了悬浮活塞发动机(专利申请号： 200910143200.1)，然而，活塞和气缸之间的悬浮设置要求较高的加工精度，而 且热补偿性比较差。因此，还需要发明一种具有更好热补偿性、加工精度要求 低、密封性好以及活塞与气缸不接触的新型发动机。

发明内容

为了使活塞在气体压力下能够更好的悬浮在气缸内，只按气缸轴向方向做 往复运动而不与气缸侧壁接触，本实用新型公开了一种密封环气悬浮结构。本 实用新型通过在活塞上设置气悬浮密封环，在气悬浮密封环上设置气压斥壁结 构或气压斥壁开放通道，来实现在气压作用下气悬浮密封环在径向发生收缩， 从而使气悬浮密封环与气缸套之间脱离接触，进而大大减轻摩擦损失，并可以 大幅度提高气缸套、活塞等燃烧室外壁的工作温度，最终提高发动机效率的目 的。为了使气悬浮密封环脱离与气缸套的接触，需要气相压力源，气相压力源 可由气缸外部供给，即高压空气源、高压水蒸汽源或高压水源，其中高压水源 内的高压水经活塞汽化腔或气缸汽化腔，通过在活塞汽化腔或气缸汽化腔内汽 化形成高压水蒸汽，用以推动气悬浮密封环径向收缩。气相源也可以通过气缸 内供给，利用发动机燃烧过程中形成的高压向设在活塞上的活塞高压储气腔或 设在气缸上的气缸高压储气腔充气，由于活塞高压储气腔和气缸高压储气腔具 有一定的容积，所以具有能量储存的作用。因此，可在吸气冲程、排气冲程等 发动机低压过程中为气悬浮密封环提供径向压缩气相动力，逆止阀的设置将更 有利于该过程的实现。然而即使不设逆止阀，通过调整活塞高压储气腔和气缸 高压储气腔的容积以及调整相应通道的尺寸仍然可以实现该过程。该过程的实 质是气体振荡过程，活塞泄压腔设置的目的是为了在燃烧室处于高压过程中(即 发动机压缩冲程后期、爆炸和做功冲程前期)为密封环背部气体提供被压缩的 空间，而当燃烧室处于低压过程中(即发动机吸气冲程、排气冲程后期)将活 塞泄压腔内的空气导入燃烧室，这样反复循环振荡，维持密封环与气缸壁脱离 接触，维持气悬浮状态。在设有悬浮气气缸通道的结构中，气悬浮密封环需要 上下两端均设气压斥壁结构。