ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Известны поршневые уплотнения двигателей внутреннего сгорания, состоящие из отдельных элементов, установленных в одну поршневую канавку (заявка №51-38005, Япония, 1976; заявка №200874, Великобритания, 1979; патент Италии №534645, 1955). Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее нижнее кольцо и верхнее, ступенчатое упругое разрезное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке, причем верхнее, ступенчатое кольцо наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом и ступенькой кольца предусмотрен зазор (а.с. №85071, СССР, 1960).

Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что при нахождении разреза замка ступенчатого кольца напротив разреза замка нижнего кольца или в районе его расположения рабочие газы напрямую прорываются через эти зазоры. Известно, что через зазоры в замках верхних компрессионных колец происходит до 60-70% всех утечек рабочей среды. Особенно это характерно для достаточно изношенных двигателей, у которых зазоры в замках компрессионных колец достигают значительных величин, но находящихся еще в пределах допуска. Повышенная утечка газов влияет на ухудшении всех основных технико-экономических и экологических характеристик двигателя.

Изобретение решает задачу увеличения эффективной мощности и ресурса двигателя, улучшения его экологических характеристик.

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания содержит нижнее кольцо - компрессионное и верхнее, ступенчатое кольцо, установленное разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца.

Причем между ступенькой верхнего кольца и соответствующим выступом в углублении верхней полки поршневой канавки предусмотрен минимально-необходимый зазор, который обеспечивает плотный контакт наружной поверхности ступенчатого кольца с гильзой цилиндра. В процессе проведения испытаний и обкатки двигателя, за счет износа наружного диаметра ступенчатого кольца о гильзу цилиндра, зазор между ступенькой кольца и выступом в углублении верхней полки поршневой канавки устраняется, тем самым исключая последнюю возможность утечки рабочего газа.

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, поршневую канавку 4, в которой установлено компрессионное кольцо 5 и верхнее упругое разрезное ступенчатое кольцо 3, установленное разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца 5.

Поршневое уплотнение работает следующим образом. При движении поршня 2 в верхнее положение на такте “сжатие” рабочее давление через зазор между поршнем 2 и цилиндром 1 действует на верхний торец ступенчатого кольца 3, которое своим нижним торцом перекрывает зазор в замке компрессионного кольца 5. В свою очередь верхний торец нижнего кольца 5 перекрывает зазор в замке верхнего ступенчатого кольца 3, расположенного под 180° по отношению к зазору в замке нижнего кольца 5. Таким образом перекрывается прямой путь прорыва рабочего давления повышается компрессия, ускоряется процесс воспламенения, активизируется весь процесс сгорания топливовоздушной смеси. Такая картина сохраняется и на такте “рабочий ход”, что способствует повышению эффективной мощности и ресурса двигателя, улучшению его экологических характеристик. Кроме того, рабочее давление, прорываясь через зазоры между поршнем 2 и цилиндром 1, между верхней полкой поршневой канавки 4 и верхними торцами ступенчатого кольца 3 и выступом в углублении верхней полки поршневой канавки 4 попадает в придонную полость поршневой канавки 4. Это давление действует изнутри на разжим обоих колец 3 и 5, существенно повышая силу прижима их к гильзе цилиндра 1. Это повышенное усилие прижима ступенчатого кольца 3 к гильзе цилиндра 1 приводит к ускоренному износу ступенчатого кольца 3. По мере износа наружной поверхности ступенчатого кольца 3 зазор между ступенькой кольца и выступом в углублении верхней полки поршневой канавки 4 постепенно уменьшается и с течением времени, уже в период проведения испытаний и обкатки двигателя, он становится равным нулю. Разжим верхнего ступенчатого кольца 3 прекращается, так как кольцо ступенькой упирается в выступ в углублении верхней полки поршневой канавки 4. Тем самым перекрывается последний путь прорыва рабочих газов в поршневую канавку 4 и далее в картер двигателя.

Разработанное поршневое уплотнение простое по конструкции и технологичное в изготовлении. Оно позволит значительно уменьшить утечку рабочих газов, снизить механические потери на трение, повысить КПД и эффективную мощность двигателя, его ресурс, улучшить экологические характеристики.

В поршневой канавке поршня двигателя установлены нижнее кольцо - компрессионное и верхнее, ступенчатое упругое разрезное кольцо, расположенное разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца. Причем между ступенькой верхнего кольца и соответствующим выступом в углублении, выполненном на верхней полке поршневой канавки, предусмотрен минимально-необходимый зазор, позволяющий в начальный период внешней поверхности ступенчатого кольца плотно контактировать с гильзой цилиндра. Расположение разреза замка ступенчатого кольца под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца позволяет ступенчатому кольцу перекрыть прямой путь прорыва рабочего давления в поршневую канавку и далее в картер двигателя. В процессе проведения испытаний и обкатки двигателя, за счет износа внешней поверхности ступенчатого кольца о гильзу цилиндра, зазор между ступенькой кольца и выступом в углублении верхней полки поршневой канавки устраняется, тем самым исключается последняя возможность утечки рабочей среды. Разработанное поршневое уплотнение простое по конструкции и технологичное в изготовлении. Оно позволит значительно уменьшить утечку рабочих газов, снизить механические потери на трение, повысить КПД и эффективную мощность двигателя, его ресурс, улучшить экологические характеристики. 1 ил.

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее нижнее кольцо и верхнее, ступенчатое упругое разрезное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке, причем верхнее ступенчатое кольцо наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом в углублении, выполненным на верхней полке поршневой канавки, и ступенькой кольца предусмотрен зазор, отличающееся тем, что нижнее кольцо - компрессионное, а верхнее ступенчатое кольцо установлено разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца.