УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F02F5/00 F16J9/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к уплотнениям поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известно поршневое уплотнение, содержащее поршневое кольцо, размещенное в канавке поршня, в вертикальной стенке которого выполнена кольцевая проточка с установленным в ней сегментом в виде разрезного пружинящего кольца, контактирующего с поршневым кольцом по его внутренней поверхности (авт.св. 1416727, кл. F 02 F 5/00, 1988).

Однако известное уплотнение не решает задачи уплотнения по замкам колец, особенно вдоль зеркала цилиндра, где остается свободная щель для прорыва газов, причем щель увеличивается по мере износа поршневого кольца.

Известно уплотнение поршня, содержащее установленные в канавке помещенного в цилиндре поршня два компрессионных кольца, между которыми установлен маслосъемный элемент, выполненный с зеркалом цилиндра (авт.св. СССР N 1569414, кл. F 02 F 5/00, 1990).

Однако в этом уплотнении закольцевые пространства обоих компрессионных элементов не разъединены промежуточным элементом, в результате чего возможен прорыв газов через замковый зазор верхнего кольца в закольцевой объем нижнего и далее через замковый зазор нижнего в картер двигателя. Качество известного уплотнения ухудшается по мере износа колец.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее два компрессионных кольцевых элемента скребкового типа, размещенных один под другим в одной канавке поршня, и снабженное кольцевым сепаратором, размещенным между кольцевыми элементами, причем его внутренний участок размещен в выточке, выполненной на дне поршневой канавки, а наружный гребенчатый участок - между кольцевыми элементами, образуя с нижним элементом дренажные проходы (авт.св. СССР N 1451313, кл. F 02 F 5/00, 1989).

Однако в таком уплотнении из-за гребенчатого участка сепаратора между компрессионными кольцами не устранен прямой прорыв газов через замковый зазор верхнего кольца в закольцевой объем нижнего и далее через маслоотводящие канавки и замковый зазор нижнего кольца в картер двигателя. Кроме того, использование нижнего кольца трапециевидного сечения с короткой стороны, прилегающей к сепаратору, ведет к образованию около зеркала цилиндра межкольцевого пространства, имеющего большой объем и соединенного с незакрываемыми сепаратором замками компрессионных колец, вдоль которых идет относительно свободный прорыв газов в картер. По мере износа колец качество уплотнения снижается, т.е. известное уплотнение не обладает долговечностью и высокой эффективностью.

Целью изобретения является увеличение эффективности и долговечности уплотнения поршневой машины.

Цель достигается тем, что в уплотнении поршневой машины, содержащей цилиндр, поршень с двумя кольцевыми компрессионными элементами, размещенными один под другим в одной канавке поршня, на дне которой выполнена выточка, причем в последней установлен по меньшей мере один пластинчатый промежуточный элемент, этот пластинчатый промежуточный элемент контактирует со стенкой цилиндра. Осевой размер пластинчатого промежуточного элемента может составлять 0,05-0,2 от осевого размера компрессионного элемента. Пластинчатый промежуточный элемент может быть выполнен из металла с низким коэффициентом температурного расширения, например из инвара, ковара. Конкретная толщина пластинчатого промежуточного элемента определяется условиями эксплуатации и выбирается в зависимости от износостойкости и других свойств используемого материала. Для увеличения эффективности уплотнения могут использоваться два различных промежуточных пластинчатых элемента с разнесенными замками.

Именно использование относительно тонкого пластинчатого промежуточного элемента, контактирующего со стенкой цилиндра, обеспечивает максимальное перекрытие зазора между поршнем и цилиндром и позволяет получить положительный эффект, заключающийся в том, что достигается высокая эффективность уплотнения по замкам компрессионных кольцевых элементов и по закольцевому пространству.

На чертеже показано уплотнение поршневой машины.

Уплотнение состоит из двух компрессионных элементов 1 и 2, между которыми размещены два пластинчатых элемента 3. Компрессионные элементы располагаются в канавке 4 поршня 5 с зазором 6 и контактируют рабочими поверхностями с цилиндром 7. Промежуточные пластинчатые кольца 3 располагаются в выточке 8, выполненной на дне канавки 4, и контактируют со стенкой цилиндра 7. Компрессионные элементы 1 и 2 могут набираться из двух и более сегментов, прижимаемых к цилиндру экспандером, установленным в канавке 4 поршня (на чертеже не показано). Поверхности компрессионных элементов, смежные с пластинчатым элементом 3, имеют равные ему внешние диаметры, что предохраняет наружный участок пластинчатого элемента от осевых вибраций в процессе работы. В частном случае толщина компрессионных колец 3-4 мм, а промежуточных пластинчатых колец 0,2-0,3 мм.

Уплотнение работает следующим образом.

В конце такта сжатия поршневой машины газы прижимают верхний компрессионный элемент 1 к промежуточному пластинчатому элементу 3 и проникают в зазор 6, а часть газов проникает в замок (замки) элемента 1. Промежуточный элемент 3 уплотняет зазор 6 и замки компрессионного элемента 1, препятствуя прорыву газов. При этом газы оказывают давление на внутреннюю поверхность компрессионного элемента 1, увеличивая его компрессионную способность. При обратном ходе поршня в машинах, имеющих подпоршневую компрессионную камеру, нижний компрессионный элемент 2 функционирует аналогично первому. Наличие замков в плоских кольцах пластинчатого элемента 3 не ухудшает качество уплотнения, так как замки разнесены, а главное каналы, образованные замковыми щелями в пластинчатом элементе, вдоль которых возможны перетечки, имеют сечение порядка сотых долей миллиметров в квадрате.

Простота заявляемой конструкции позволяет легко изготовлять описанный узел уплотнения в серийных двигателях и компрессорах как на стадии производства их, так и во время ремонта. Существенно упрощено может быть изготовление компрессионных колец, так как предложенное уплотнение вполне работоспособно с цилиндрическими кольцами, имеющими два и более разреза, причем условие разнесения замков для таких компрессионных элементов не является существенным. Можно использовать наборные, например, керамические компрессионные кольца, т.е. кольца, состоящие из двух и более сегментов с внешним диаметром, равным диаметру рабочей поверхности цилиндра. Предложенное техническое решение позволяет только за счет одного пояса уплотнения снизить давление газов за уплотнением в десятки раз. В связи с этим высота и масса поршня могут быть уменьшены, а сам поршень снабжен одним-двумя поясами уплотнения. Таким образом, может быть уменьшено трение в цилиндро-поршневой группе.

Малая толщина пластинчатого промежуточного элемента позволяет ему быстро притираться во время работы. Использование металла с низким коэффициентом температурного расширения, например из инвара, ковара, обеспечивает высокую эффективность уплотнений, работающих в большом диапазоне температур.

Использование: в двигателестроении, в частности в уплотнениях поршней в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: пластинчатый промежуточный элемент 3, контактирующий со стенкой цилиндра 7, размещен между двумя кольцевыми компрессионными элементами 1, 2 в канавке 4 поршня 5 и установлен в выточке 8, которая выполнена на две канавки 4. Осевой размер пластинчатого промежуточного кольца составляет 0,05-0,2 осевого размера компрессионного элемента. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ, содержащее цилиндр, поршень с двумя кольцевыми компрессионными элементами, размещенными один под другим в одной канавке поршня, на дне которой выполнена выточка, причем в последней установлен по меньшей мере один пластинчатый промежуточный элемент, отличающееся тем, что пластинчатый промежуточный элемент выполнен с наружной рабочей поверхностью, контактирующей со стенкой цилиндра. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что осевой размер пластинчатого промежуточного элемента составляет 0,05 - 0,2 осевого размера компрессионного элемента. 3. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что промежуточный элемент выполнен из инвара. 4. Уплотнение по пп.1-3, отличающееся тем, что в выточке установлены два разрезных пластинчатых элемента с разнесенными замками.