ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2006 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 (патент Италии №534645, Н. кл. V а, опубл. 1955 г; заявка №51-38005, Япония, 1976; заявка №2002874, Великобритания, 1979; патент №20022146, РФ, 1991).

Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее нижнее компрессионное кольцо и верхнее ступенчатое упругое разрезное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке так, что верхнее ступенчатое кольцо наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом в углублении, выполненным на верхней полке поршневой канавки, и ступенькой кольца предусмотрен зазор, причем верхнее ступенчатое кольцо установлено разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца (патент №2243396, RU, 2004, Бюл. №36).

Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что рабочие газы через свободную часть зазора в замке ступенчатого кольца прорываются в придонную полость поршневой канавки, а оттуда через зазор в замке нижнего компрессионного кольца проникают далее в картер двигателя. Происходит утечка рабочих газов, которая снижает компрессию и мощность двигателя, ухудшает его технико-экономические и экологические характеристики.

Изобретение решает задачу увеличения КПД двигателя, его эффективной мощности и ресурса, уменьшения удельного расхода топлива, вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания содержит нижнее компрессионное кольцо и верхнее ступенчатое упругое разрезное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке так, что верхнее ступенчатое кольцо наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом в углублении, выполненным на верхней полке поршневой канавки, и ступенькой кольца предусмотрен зазор, причем верхнее ступенчатое кольцо установлено разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего компрессионного кольца, по поверхностям внутренних диаметров ступенчатого и компрессионного колец установлены упругие разрезные уплотнительные кольца, разрезами замков расположенные под 90° по отношению к разрезам замков ступенчатого и компрессионного колец соответственно и под 180° по отношению друг к другу.

Часть рабочих газов, прорвавшихся в придонную полость поршневой канавки, действует на разжим уплотнительных колец, увеличивая силы прижима колец к поверхностям внутренних диаметров ступенчатого и компрессионного колец, надежно перекрывая вертикальные зазоры в замках уплотняемых колец, исключая возможность утечки рабочих газов из цилиндра. Причем уплотнительные кольца в зависимости от диаметра цилиндра могут быть выполнены как в виде упругих разрезных тонкостенных колец, так и в виде конечной ленты из упругого материала, закладываемой в поршневую канавку под ступенчатое и компрессионное кольца соответственно. Причем длина ленты должна быть равна длине внутренней окружности уплотняемого кольца с учетом припуска на термодинамические деформации.

В компрессионных кольцах достаточно большой высоты (средние и мощные дизели, судовые двигатели и прочие силовые установки) целесообразно по внутреннему диаметру выполнить канавку для установки уплотнительного кольца. Причем в районе замка уплотняемого кольца буртики отсутствуют, а уплотнительное кольцо в этом месте имеет уширение, полностью перекрывающее зазор замка уплотняемого кольца и служащее фиксирующим элементом, обеспечивающим неизменность углового положения уплотнительного кольца относительно уплотняемого кольца.

Применение уплотнительных колец практически исключает утечку рабочих газов из полости цилиндра, приближая значение коэффициента полезного действия поршневого уплотнения к единице, обеспечивая более полное срабатывание рабочего давления. Существенное уменьшение газодинамических потерь приводит к повышению компрессии и мощности двигателя, снижению удельного расхода топлива и улучшению экологических характеристик двигателя.

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, ступенчатое кольцо 3, поршневую канавку 4, уплотнительное кольцо 5, компрессионное кольцо 6 и уплотнительное кольцо 7.

Поршневое уплотнение работает следующим образом.

При перемещении поршня 2 в верхнее положение, на такте "сжатие", сжимаемый воздух по зазору между цилиндром 1 и поршнем 2 имеет возможность проникновения через неприкрытую верхнюю часть зазора в замке ступенчатого кольца 3 в придонную полость поршневой канавки 4. Возрастающее давление воздуха в придонной полости поршневой канавки 4 действует на разжим уплотнительных колец 5 и 7, поджимая их к поверхностям внутренних диаметров ступенчатого кольца 3 и компрессионного кольца 6 соответственно. Уплотнительные кольца закрывают вертикальные зазоры в замках компрессионного кольца 6 и ступенчатого кольца 3, тем самым устраняя возможность утечки сжимаемого воздуха из цилиндра.

При перемещении поршня 2 в нижнее положение на такте "рабочий ход" давление рабочих газов продолжает распирать уплотнительные кольца 5 и 7, поджимая их к поверхностям внутренних диаметров компрессионного кольца 6 и ступенчатого кольца 3, обеспечивая надежное уплотнение между поршнем 2 и цилиндром 1, способствуя более полному срабатыванию рабочего давления.

При перемещении поршня 2 на тактах "выхлоп" и "всасывание" уплотнительные кольца 5 и 7 поджимаются к поверхностям внутренних диаметров компрессионного кольца 6 и ступенчатого кольца 3 собственными силами упругости, перекрывая вертикальные зазоры в замках колец и обеспечивая полноту выхлопа продуктов сгорания топливовоздушной смеси и забор расчетного количества чистого воздуха.

Разработанное поршневое уплотнение простое по конструкции и технологичное в изготовлении позволит значительно повысить эффективность уплотнения между поршнем и цилиндром, увеличить компрессию и мощность двигателя, его ресурс, улучшить технико-экономические и экологические характеристики двигателя.

В поршневой канавке установлены нижнее компрессионное кольцо и верхнее ступенчатое упругое разрезное кольцо, которое наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом в углублении, выполненным на верхней полке поршневой канавки, и ступенькой кольца предусмотрен зазор. Кольца расположены разрезами замков под 180° по отношению друг к другу. По поверхностям внутренних диаметров компрессионного кольца и ступенчатого кольца установлены упругие уплотнительные кольца, разрезами замков расположенные под 90° по отношению к разрезам замков компрессионного кольца и ступенчатого кольца соответственно и под 180° по отношению друг к другу. Изобретение решает задачу увеличения эффективной мощности и ресурса двигателя, улучшения его экологических характеристик. 1 ил.

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее нижнее компрессионное кольцо и верхнее ступенчатое упругое разрезное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке так, что верхнее ступенчатое кольцо наружным диаметром касается стенки цилиндра, а между выступом в углублении, выполненным на верхней полке поршневой канавки, и ступенькой кольца предусмотрен зазор, причем верхнее ступенчатое кольцо установлено разрезом замка под 180° по отношению к разрезу замка нижнего кольца, отличающееся тем, что по поверхностям внутренних диаметров ступенчатого и компрессионного колец установлены упругие разрезные уплотнительные кольца, разрезами замков расположенные под 90° по отношению к разрезам ступенчатого и компрессионного колец соответственно и под 180° по отношению друг к другу.