双转子活塞式高功率密度发动机环形动力缸特性研究

Exploring novel working theory of power cylinder and designing new structure of power transmission mechanism are the two main ways to make a breakthrough in the power density and transmission efficiency of engine. As a way to improve the transmission efficiency and output power, a novel power transmission mechanism based on the cycloid motion and a new power cylinder system based on differential motion of two groups of rotary pistons are proposed. Several key technologies related to power cylinder, like the variation of cylinder volume, the configuration of differential mechanism, the seal and lubrication of cylinder, the dynamic character and lubrication of piston ring and etc., are studied..The design method of changing mechanism to satisfy the combustion process is the main method to improve the heat efficiency of engine. The theoretical analytic model is an effective tool to study the seal and lubrication of power cylinder, which will direct the following study. This study which offers a theory foundation to the novel engine research will have a significant effect on the design and manufacture of prototype.

探索新的动力缸工作原理和创新功率传输装置结构，是克服现有发动机在输出功率和传动效率方面技术瓶颈的重要途径。本项目提出一种基于双转子活塞组作定轴差速运动的环形动力缸工作原理，利用摆线运动机构增加作功容积，以改善发动机传力特性并提升功率密度。围绕环形动力缸的若干关键技术开展理论研究，包括气缸容积变化规律设计和摆线机构的构型研究、环形气缸气密特性和润滑机理、活塞环磨损特性和动力学行为等内容。.本项目提出的“机构适应燃烧”设计思想是提高环形动力缸热力学效率的重要举措；构建的理论分析模型是揭示差速运动规律下环形动力缸密封和润滑磨损行为的有效工具，可为后续的工程化技术指明方向。研究工作将为新型高功率密度发动机的设计提供理论依据，对研制实用、可靠的原理样机系统具有工程参考价值。

探索新的动力缸工作原理和创新功率传输装置结构，是改善往复活塞式发动机在功率密度方面不足的重要途径。.本项目围绕一种基于双转子活塞组作定轴差速运动的环形动力缸原理与特性开展研究，包括环形气缸容积变化规律和差速机构、环形气缸气密特性、环形气缸活塞环润滑机理与磨损特性等，主要内容如下：.基于燃烧过程容积变化特性和环形动力缸结构，提出约束环形动力缸差速运动实现容积变化的摆线机构构型，重点分析了齿轮摇杆摆线机构、凸轮式差速机构的力学特性。结果表明，齿轮摇杆差速机构可以实现环形动力缸稳定的容积变化过程，空间凸轮式差速机构则可以实现环形动力缸容积变化规律的多样性。.建立了环形活塞密封下相邻作功容腔耦合漏气密封模型，并分析了转子贴合面、缸体回转面之间的油膜密封特性。由于环形作功容腔相互串联且相邻的结构特点，使得中间漏气腔存在两次压力峰值现象，漏气压力峰值分别达到1.8MPa和2MPa，在一定程度可实现相邻容腔互为密封缓冲作用。关于动密封技术获授权国家发明专利1项。.利用二维平均雷诺方程构建了环形气缸中动压油膜模型，揭示了沿活塞环圆周方向润滑与摩擦不均匀特性。差速运动下活塞环一部分相对于环形缸体作单向转动，有利于动压油膜连续生成，最小膜厚比接近2.5，处于混合润滑状态。活塞环整个热力学过程的摩擦功耗约20.5W，活塞环上微元最大摩擦功耗是最小摩擦功耗的3倍，会造成活塞环周向不均匀磨损。关于润滑减磨技术获授权国家发明专利1项。.环形动力缸原理样机的测试表明，其能够实现进气、压缩、膨胀、排气等过程，由于加工误差、结构变形等影响而存在漏气现象。摩擦功耗的测定验证了动压油膜计算模型的合理性，与理论计算值相比略微偏大，主要是润滑油粘度偏差、润滑不够充分等因素影响。.项目研究初步揭示了环形动力缸差速运动特点、气密特性、非均匀润滑与摩擦规律，对于环形动力缸下一步的优化设计、探索基于环形动力缸的新型发动机工程应用具有重要的参考价值和指导作用。