微型摆式内燃机密封结构的设计及分析

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Design and Analysis on Micro Free Swing Piston Engine Seal StructureGuo Zhiping Wang Yanfei Li Guanfu Lu Yanzheng Guo W ei Chen Yuanfei(College of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot Inner Mongolia 010051，China)Abstract：In two-stroke micro free swing piston engine，the burning of the gas mixture coming from the scavengingchamber after pre-compression will produce high temperature and high pressure gas in the combustion chamb er，and thetraditional piston ring sealing method can not meet the requirements to seal the combustion chamber.The roller-needle typeseal structure was designed for the comb ustion chamber of two-stroke micro free swing piston engine.The stress and the mi-cro-scale flow field were analyzed，verifying the rarefied effect of micro scale gases flow.The stress of the seal structure wasanalyzed by the analytical method，which verifies the correctness of the finite element analysis resuhs。

Keywords：micro free swing piston engine；seal structure；micro-scale在微型便携式移动电子设备蓬勃发展的当今社会，作为主要供电手段的化学储能电池，已经越来越不能满足这些产品对电源能量密度日益提高的要求。

所以，寻求高能量密度的供电方法，已经受到学术界的日益关注，而具有高能量密度的微型内燃机动力装置是目前的研究方向之-。

微型内燃机动力装置以液态碳氢为燃料 ，而液态碳氢燃料的能量密度高达45 MJ/kg，远高于碱性电池的0.6 Mj/kg，也远高于目前最好的锂电池的 1.2MJ/kgl J。因此，如果仅将液态碳氢燃料20%的化学能转换为电能，那么转换后的能量密度仍将是最好的化学储能电池的7倍多。而以微型内燃机为源动力的便携式发电系统，在内燃过程中能量转化效率最高可达40% ，即该系统的发电效率最少是现有商用电池的 10倍。

以微型内燃机为源动力的便携式发电系统主要由内燃机和发电机组成。目前，微型发电机的研究已很基金项目：国家自然科学基金项目 (51065019)。

收稿 日期 ：2013-01-17作者简介：郭志平 (1957-)，男，教授，博导，主要研究方向为动力机械.E-mail：121375322###qq.corn。

成熟，而内燃机微型化后，组织良好的燃烧异常困难，制约了该类装置的微型化进程。本文作者从改进内燃机本体结构和密封措施入手，实现了50 mm×50 mm微型摆式内燃机的稳定运转。

1 微型二冲程摆式内燃机基本结构微型二冲程摆式内燃机，是以-摆式构件在腔内摆动的方式，将燃料化学能转变为机械能的微型动力源装置。内燃机以摆动形式输出动力，其结构简单、紧凑，体积小巧，易于实现微型化 [3]，图 1为微型二冲程摆式内燃机结构图。

滚叶顶针弹簧燃烧室中心摆扫气室缸体图1 微型二冲程摆式内燃机结构图Fig 1 Micro free swing piston engine structure