ПОРШЕНЬ Российский патент 1995 года по МПК F02F3/00 F02F5/00 

Изобретение относится к двигателестроению, станкостроению, изготовлению компрессоров, а конкретно к деталям цилиндро-поршневой группы, точнее к поршням с упругими уплотнительными кольцами.

Известно устройство, наиболее близкое по своей технической сущности к заявляемому, которое состоит из цилиндрического поршня с поршневым кольцом и прямоугольной подпружиненной вставки в гнезде поршня. Концы поршневого кольца находятся в пазу вставки-уплотнителя, которая перекрывает зазор в замке кольца, тем самым препятствуя прорыву надпоршневых газов.

Недостатком такого устройства является сложность изготовления, так как требуется точно совместить канавку на вставке-уплотнителе с канавкой на поршне и обеспечить точное приготовление ее по периметру гнезда. Недостатком является также то, что глубина канавки под кольцо во вставке больше, чем ширина кольца (т. е. такая же, как и на поршне), поэтому газы, попавшие в полость за поршневое кольцо, попадают и в канавку на вставке, и, разжимая кольцо, стремятся отжать вставку к центру поршня, а поскольку под вставкой находится пружина, то при сжатии пружины происходит отрыв вставки от зеркала цилиндра и прорыв газов через кольцо. Кроме того, усилие пружины под вставкой не используется для дополнительного прижима концов поршневого кольца к цилиндру, хотя это желательно, так как поршневые кольца постепенно теряют свою упругость, что приводит к прорыву газов по зеркалу цилиндра. По этим причинам данная конструкция не нашла промышленного применения.

Цель изобретения повышение надежности, долговечности устройства и простота его изготовления.

Достижение цели возможно за счет полного обхвата (уплотнения) вставкой концов кольца при его износе и дополнительного разжимающего воздействия вставки на концы кольца усилием газов из полости за поршневым кольцом, а также упрощение конструкции.

Цель достигнута тем, что вставка применяется цилиндрической формы с технологической резьбовой бобышкой на конце, а в поршне гнездо выполняют в виде глухого ступенчатого отверстия, причем внутренняя поверхность ступени меньшего диаметра выполнена резьбовой. Отверстие служит для размещения витой пружины и закрепления в ступени большего диаметра цилиндрической вставки, после чего на поршне в сборе через вставку протачивают канавку под поршневое кольцо. Кроме того, поверхность канавки связана радиальными каналами с резьбовой частью гнезда, что обеспечивает подвод газа из полости над поршневым кольцом под цилиндрическую вставку. Вставка или ее рабочая поверхность изготавливается из легкоизнашиваемого материала, который обеспечивает 3,5-кратно увеличенный износ ее рабочей поверхности по отношению к износу рабочей поверхности поршневого кольца, что гарантирует быстрая "посадка" вставки своей постелью на концы поршневого кольца, т.е. полное уплотнение их и дополнительный поджим к цилиндру за счет воздействия газов на вставку из гнезда, например, для "ускоренного" износа рабочую поверхность вставки покрывают слоем олова.

На фиг. 1 изображено местное сечение поршня, показывающее установку вставки в гнезда с помощью технологической бобышки для проточки поршневой канавки (с проточенной канавкой); на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 поршня с цилиндром, показывающее установку вставки, пружины в гнезде, поршневого кольца, а также схему действия сил (от давления надпоршневых газов) в первоначальный период работы поршня; на фиг. 3 то же сечение поршня с цилиндром, показывающее положение вставки при износе поршневого кольца, т.е. когда вставка своей постелью "села" на концы кольца, а также схему действия сил (от давления надпоршневых газов); на фиг. 4 показан вид Б на фиг. 1, поршень с кольцом и вставкой. В теле поршня 1 (фиг. 1), прошедшего предварительную обработку по наружной поверхности, изготовляют глухое ступенчатое отверстие, у которого на внутренней поверхности ступени меньшего диаметра выполнена резьба. В отверстие вворачивают цилиндрическую вставку 2, имеющую технологическую бобышку с резьбой, длина которой больше глубины отверстия, т.е. вставка 2 выступает над поверхностью поршня 1. Затем совместно со вставкой 2 окончательно обрабатывают наружную поверхность поршня 1 и через центр вставки 2 протачивают канавку под поршневое кольцо 4 (фиг. 2). Далее отмечает положение вставки 2 (клеймят) относительно поршня 1, вывинчивают вставку 2 и удаляют (срезают) технологическую бобышку с резьбой. Затем выполняют (сверлят) радиальные каналы 5, после чего в гнездо поршня 1 устанавливают пружину 3 и вставку 2 (согласно сделанной отметке). Затем устанавливают поршневое кольцо 4 в канавку поршня 1 так, чтобы концы кольца 4 расположились по центру вставки 2 (фиг. 2 и 4). Собранный поршень 1 вводят в цилиндр 6 (фиг. 2).

В первоначальный период работы (поршневое кольцо 4 новое) зазор а в замке поршневого кольца 4 минимальный, а зазор б между кольцом 4 и вставкой 2 максимальный и равен зазору в между кольцом 4 и поршнем 1 (фиг. 2). При работе надпоршневые газы, отжимая поршневое кольцо 4 к нижнему торцу канавки, проникают в полость за кольцо 4 и своим давлением разжимают кольцо 4, создавая усилие Р. Из канавки по каналам 5 надпоршневые газы попадают в гнездо за вставку 2 и воздействуют на нее как на поршень-усилие Р, дополнительно прижимая ее к цилиндру 6. Поскольку длина окружности равна ДхП (мм), поэтому при износе поршневого кольца (его рабочей поверхности) зазора в замке увеличивается прогрессивно в 3,14 раз. Поэтому материал для вставки 2 выбирают такой, чтобы износ рабочей поверхности вставки происходил интенсивнее в 3,5 раза по отношению к поверхности поршневого кольца 4. Это обеспечивает необходимый быстрый износ вставки 2 по поверхности к цилиндру 6, а главное к полному замыканию замка поршневого кольца 4. После этого вставка 2, "сев" своей постелью на концы поршневого кольца 4, начинает передавать усилие Р от надпоршневых газов, покинувших в полость за кольцо 4 и попавших через радиальные каналы 5 за вставку 2. Это позволяет быстро уплотнить кольцо 4 поджимом его концов к цилиндру 6 и тем самым скомпенсировать прогрессивно растущее раскрытие замка и пропуск надпоршневых газов кольцом 4. В дальнейшем, даже когда у поршневого кольца происходит ослабление упругости, замыкающее воздействие вставки 2 и ее радиальный поджим усилием Р кольца 4 заставляет кольцо 4 быстро разжиматься и под действием надпоршневых газов, проникающих в полость за кольцо 4. В результате поршень 1 надежно уплотнен к цилиндру 6.

Заявляемое устройство полностью во время работы закрывает прогрессивно увеличивающийся зазор в замке поршневого кольца при его износе, тем самым обеспечивая срок службы кольца (без его замены) до полного износа поршня с цилиндром. В данном случае кольцо становится равнопрочным с деталями цилиндро-поршневой группы в двигателях, компрессорах, молотах и т.д. Поэтому не требуется их дорогостоящая разборка для замены колец, сокращаются простои техники. Кроме того, отпадает необходимость в изготовлении запасных частей. За счет стабильной герметичности колец сокращается их количество на поршне, что улучшает смазку верхних колец, тем самым повышается их долговечность, снижается трение в цилиндре и уменьшается степень его износа. У двигателей, компрессоров, молотов не снижается КПД даже при значительном их износе, что ведет к экономии топлива и энергии.

Сущность изобретения: поршень 1 содержит поршневое кольцо 4, установленное в канавке поршня, и уплотнительную подпружиненную вставку 2 с пазом, перекрывающую стык замка кольца и размещенную в гнезде поршня. Гнездо выполнено в виде глухого ступенчатого отверстия, у которого внутренняя поверхность ступени меньшего диаметра выполнена резьбовой и связана радиальными каналами 5 с поверхностью канавки поршня. Вставка 2 выполнена цилиндрической и установлена в ступени большего диаметра. Ступень меньшего диаметра служит для размещения пружины, а также для закрепления вставки с помощью технологической резьбовой бобышки, при изготовлении на поршне и вставке канавки под поршневое кольцо. Изобретение может быть использовано в двигателестроении. 4 ил.

ПОРШЕНЬ, содержащий поршневое кольцо, установленное в канавке поршня, и уплотнительную подпружиненную вставку с пазом, перекрывающую стык замка кольца и размещенную в гнезде поршня, отличающийся тем, что гнездо выполнено в виде глухого ступенчатого отверстия, а вставка цилиндрической, при этом вставка установлена в ступени большего диаметра, внутренняя поверхность ступени меньшего диаметра выполнена резьбовой и связана радиальными каналами с поверхностью канавки поршня.