ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА Российский патент 1998 года по МПК F02F3/00 F02F5/00 F02F11/00 F16J9/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а именно к уплотнениям цилиндро-поршневых групп двигателей внутреннего сгорания.

Уже известны цилиндро-поршневые группы, например, двухтактных двигателей с щелевым газораспределением, в которых уплотнение осуществляется упругих колец [1].

Однако уплотняется при этом только кольцевая щель, обусловленная наличием теплового зазора между поршнем и стенками цилиндра. Эффективность такого уплотнения невелика при выполнении щелевого газораспределения, как принято в большинстве двухтактных двигателей, так как и продукты сгорания, и предварительно сжатый заряд имеют возможность перетекать между продувочными и выпускными окнами по кольцевому зазору вокруг поршня, в частности, при пересечении кольцами окон газораспределения. Так как в двухтактных двигателях тепловой зазор относительно большой, а с увеличением диаметра цилиндра отношение площади зазора к площади породы резко увеличивается, то увеличение в связи с этим потерь свежего заряда и увеличение коэффициента остаточных газов не позволяет достичь высоких литровых показателей в двухтактных двигателях с диаметром цилиндра более 100 мм и при расположении окон газораспределения в одной поперечной плоскости цилиндра.

Известна цидиндро-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр с окнами газораспределения, разделенными перегородками, размещенный в цилиндре поршень, снабженный по меньшей мере двумя уплотнительными кольцами, расположенными в канавках и, по меньшей мере, двумя подпружиненными продольными элементами, установленными в соответствующих углублениях на цилиндрической поверхности поршня [2].

Недостатком указанного технического решения, выбранного авторами в качестве прототипа, является невозможность выполнения его продольными элементами функций уплотнения из-за отсутствия сопряжений между ними и уплотнительными кольцами.

Цель изобретения - повышение эффективности работы двигателей с щелевым газораспределением.

Поставленная цепь достигается тем, что подпружиненные продольные элементы установлены между уплотнительными кольцами с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня и расположены в районе перегородок цилиндра с возможностью контактирования с ними.

Поставленная цель достигается также тем, что расстояние между наружными, по отношению к продольным элементам, кромками уплотнительных колец может быть выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения.

Поставленная цепь достигается также тем, что углубления для продольных элементов могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между канавками, а продольные элементы могут быть установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями уплотнительных колец.

Поставленная цель достигается также тем, что продольные элементы могут быть снабжены расположенными на их концах хвостовиками, размещенными между поверхностью поршня и уплотнительными кольцами с возможностью контактирования с внутренними кольцевыми поверхностями последних.

Поставленная цель достигается также тем, что продольные элементы могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами, а по меньшей мере один конец продольного элемента расположен в разрезе уплотнительного кольца между его торцами.

Поставленная цепь достигается также тем, что она может быть снабжена по моющей мере одним дополнительным кольцом, в продольных элементах выполнены поперечные проточки, а дополнительное кольцо установлено между уплотнительными кольцами в канавке поршня и поперечных проточках продольных элементов.

Поставленная цепь достигается также тем, что продольные элементы могут быть подпружинены при помощи ленточных экспандеров, расположенных вдоль продольных элементов.

На фиг. 1 представлена описываемая цилиндро-поршневая группа; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг. 3 - то же, вариант расположения продольных элементов; на фиг. 4 -разрез Б - Б на фиг. 2; на фиг. 5 - то же, вариант выполнения по п. 3 формулы изобретения; на фиг 6 - то же, вариант выполнения по п. 4 формулы; на фиг. 7 - то же, вариант выполнения по п.5 формулы; на фиг. 8 - то же, вариант выполнения по п. 6 формулы.

Цилиндро-поршневая группа содержит цилиндр 1 с продувочным 2 и выпускным 3 окнами газораспределения, разделенными перегородками 4 цилиндра 1, поршень 5, снабженный двумя уплотнительными кольцами 6, расположенными в кольцевых канавках 7 и подпружиненные продольные элементы 8, установленные в углублениях 9 на цилиндрической поверхности поршня 5. Продольные элементы 8 установлены между кольцами 6 с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня 5 и расположены в районе перегородок 4 цилиндра 1 с возможностью контактирования с ними.

Расстояние между наружными, по отношению к продольным элементам 8, кромками колец 6 выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения, например, продувочного окна 2.

Углубления 9 могут быть выполнены с дюной, превышающей расстояние между канавками 7, при этом продольные элементы 8 установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями колец 6 (фиг. 5).

Продольные элементы 8 могут быть снабжены расположенными на их концах хвостовиками 10, размещенными между поверхностью поршня 5 и кольцами 6 с возможностью контактирования с внутренними их кольцевыми поверхностями (фиг. 6).

Продольные элементы 8 могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами 6, а один конец продольного элемента 8 расположен в разрезе кольца 6 между его торцами, при этом конец другого элемента 8 может быть расположен в разрезе второго кольца 6 (фиг. 7).

Цилиндро-поршневая группа может быть снабжена дополнительным кольцом 11, а в продольных элементах 8 могут быть выполнены поперечные проточки 12. При этом кольцо 11 установлено между кольцами 6 в канавке 13 поршня 5 и проточках 12 элементов 8 (фиг. 8).

Продольные элементы 8 могут быть подпружинены при помощи расположенных вдоль них ленточных экспандеров 14.

Предложенное устройство работая следующим образом. Поршень 5 двухтактного двигателя совершает в цилиндре 1 возвратно-поступательные перемещения от верхней мертвой точки к нижней. При движении к нижней мертвой точке поршень 5 своим верхним кольцом 6 и своей верхней кромкой открывает сначала выпускное окно 3. При этом продукты сгорания с достаточно высоким давлением перетекают из цилиндра 1 в атмосферу. Затем открывается продувочное окно 2, через которое поступает в цилиндр 1 сжатый либо в кривошипной камере, либо в нагнетателе ( на чертеже не показаны) свежий заряд и производится продувка полости цилиндра 1 и ее наполнение. При движении поршня 5 к верхней мертвой точке им сначала перекрывается Продувочное 2, а затем выпускное 3 окна, и происходит сжатие свежего заряда с последующим его воспламенением, сгоранием и расширением. При отсутствии продольных уплотнений цилиндро-поршневой группы продукты сгорания в начале выпуска перетекают по кольцевому зазору вокруг поршня 5 и попадают в продувочное окно 2 и далее в кривошипную камеру, либо в нагнетатель. Возможно также обратное движение, например, сжатого свежего заряда из продувочного окна 2 в выпускное - 3 вокруг поршня 5 в конце выпуска, когда давление газов в районе выпускного окна 3 падает ниже атмосферного. В двигателях с кривошипно-камерной продувкой на такте всасывания возможно перетекание газов из выпускного окна 3 также вокруг поршня 5 через продувочное окно 2 в кривошипную камеру.

Указанное явление прогрессирует с увеличением диаметра цилиндра и, соответственно, теплового зазора, что не позволяет реализовать двухтактный рабочий цикл с щелевой продувкой на двигателях с классической компоновкой большой размерности.

Данного недостатка лишены двигатели с клапанной и клапанно-щелевой продувкой, а также двигатели с щелевой продувкой, но с расположением окон в разных поперечных плоскостях, например, с противоположно-движущимися поршнями.

В двигателях с классической компоновкой проблема может быть решена путем установки уплотнительных продольных элементов 8, препятствующих перемещению газов вокруг поршня 5.

В простейших вариантах выполнения (см. фиг. 4 и 5) продольные элементы 8 установлены между кольцами 6 с небольшим зазором и создают таким образом замкнуть@ уплотнительный контур на поверхности поршня 5 вокруг каждого из окон газораспределения в небольшом диапазоне перемещения поршня 5 в районе нижней мертвой точки. При этом чем большим выбирается соотношение длины продольного элемента к высоте окна, тем меньше величина переточек газов (особенно в двигателях с нагнетателем).

В другом варианте (фиг. 6) хвостовики 10 продольных элементов 8 за счет подпружинивания экспандерами 14 выполняют функции расширителей для колец 6, которые в данном случае могут быть изготовлены из неупругого материала, например, алюминия.

В варианте, изображенном на фиг. 7, конец продольного элемента 8 выполняет функции стопора кольца 6 от проворота относительно поршня 5, при этом разрез кольца 6 совпадает в плане с перегородкой 4 цилиндра 1, что является необходимым условием для работы двухтактного двигателя.

При необходимости установки дополнительных колец 11, например, в высокофорсированных двигателях (фиг. 8), то они устанавливаются в поперечных проточках 12 продольных элементов 8 и канавках 13 между кольцами 6.

Таким образом предложенное техническое решение позволяет выйти на новый этап развития двухтактных двигателей, в частности, большой размерности, за счет повышения эффективности проведения в них рабочего процесса.

Источники информации:
1. Круглев М.Г. Двухтактные комбинированные двигатели. М.: Машиностроение, 1977, с.8.

Патент США N 2208782, кл. 92 193, опубл. 1940.

Использование: изобретение относится к области машиностроения, а именно к цилиндро-поршневым группам, преимущественно двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: на цилиндрической поверхности поршня 5 в углублениях между уплотнительными кольцами 6 расположены подпружиненные продольные элементы 8, выполняющие функции продольных уплотнений, которые совместно с кольцами 6 обрадуют замкнутую уплотненную область на поверхности цилиндра 1 в районе окон 2 и 3 газораспределения. Описываемое техническое решение позволяет предотвратить перетечки свежего заряда и продуктов сгорания из одного окна газораспределения в другое по зазору вокруг поршня 5. 6 з п. ф-лы, 8 ил.

1. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр с окнами газораспределения, разделенными перегородками, размещенный в цилиндре поршень, снабженный по меньшей мере двумя уплотнительными кольцами, расположенными в канавках и по меньшей мере двумя подпружиненными продольными элементами, установленными в соответствующих углублениях на цилиндрической поверхности поршня, отличающаяся тем, что подпружиненные продольные элементы установлены между уплотнительными кольцами с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня и расположены в районе перегородок цилиндра с возможностью контактирования с ними. 2. Группа по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между наружными по отношению к продольным элементам кромки уплотнительных колец выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения. 3. Группа по п.2, отличающаяся тем, что углубления для продольных элементов выполнены с длиной, превышающей расстояние между канавками, а продольные элементы установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями уплотнительных колец. 4. Группа по п. 2, отличающаяся тем, что продольные элементы снабжены расположенными на их концах хвостовиками, размещенными между поверхностью поршня и уплотнительными кольцами с возможностью контактирования с внутренними кольцевыми поверхностями последних. 5. Группа по п.2, отличающаяся тем, что продольные элементы выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами, а по меньшей мере один конец продольного элемента расположен в разрезе уплотнительного кольца между его торцами. 6. Группа по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным кольцом, в продольных элементах выполнены поперечные проточки, а дополнительное кольцо установлено между уплотнительными кольцами в канавке поршня и поперечных проточках продольных элементов. 7. Группа по п.1, отличающаяся тем, что продольные элементы подпружинены при помощи ленточных экспандеров, расположенных вдоль продольных элементов.