ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК F16J9/22 

Изобретение относится к поршневому двигателю, в частности к поршневому ДВС, преимущественно в виде двухтактного дизельного двигателя с большим рабочим объемом, содержащему, по меньшей мере, один размещенный в цилиндре поршень, снабженный, по меньшей мере, одним, расположенным в соответствующей канавке поршневым кольцом, замки которого, входящие друг в друга по типу паза и гребня, образуют проходящую по периферии без зазоров внешнюю периферийную поверхность, взаимодействующую с рабочей поверхностью со стороны цилиндра.

У неразрезного поршневого кольца описанного рода может произойти так, что при более высоких давлениях цикла возникнут нежелательно высокие нагрузки на поршневое кольцо, что может привести к высоким нагрузкам и сильному износу соответствующих опорных и рабочих поверхностей. Поэтому уже предлагалось предусмотреть проходящие по высоте поршневого кольца периферийные дренажные канавки.

Подобное поршневое кольцо известно из ЕР 0742875 В1. Его недостаток при этом в том, что сечение в свету периферийных дренажных канавок по мере износа поршневого кольца становится все меньше, в результате чего образуется газоплотное поршневое кольцо и снова возникают вышеупомянутые недостатки в отношении нежелательно высоких нагрузок и потому сильного износа соответствующих опорных и рабочих поверхностей. Неблагоприятным в этой связи является то, что в рамках простого осмотра головки цилиндра, по опыту, очень трудно или вообще невозможно установить еще имеющееся остаточное сечение периферийных дренажных канавок. Поэтому раньше часто происходило так, что поршневое кольцо описанного рода внезапно становилось герметичным, что своевременно не замечалось обслуживающим персоналом, и названные недостатки в отношении износа опорных и рабочих поверхностей становились для него неожиданностью.

Исходя из этого задачей настоящего изобретения является обеспечение у устройства описанного рода простыми и экономичными средствами как можно более длительной эксплуатации с малым износом, а также высокого удобства в обслуживании.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что, по меньшей мере, одна концевая часть снабжена, по меньшей мере, одной радиальной сквозной выемкой, которая в открытом состоянии обеспечивает дренаж и которая в новом состоянии поршневого кольца закрыта и в процессе износа поршневого кольца открывается за счет того, что входящие друг в друга концевые части по мере износа все больше расходятся.

Благодаря этим мерам можно полностью избежать вышеупомянутых недостатков. Предусмотренная в зоне, по меньшей мере, одной концевой части радиальная сквозная выемка обеспечивает предпочтительным образом также у неразрезного поршневого кольца желательный дренаж, который по мере износа поршневого кольца автоматически не уменьшается или полностью не исчезает. Благодаря мерам, согласно изобретению, вплоть до полного износа поршневого кольца поддерживается желательный дренаж, что даже у устройств с высокими давлениями цикла вплоть до полного износа поршневого кольца создает сравнительно низкую нагрузку и, тем самым, щадящий режим работы. В то же время предусмотренная изнашивающаяся толщина поршневого кольца может быть полностью использована, так что возникают длительный общий срок службы и, тем самым, небольшие затраты на обслуживание. Поскольку поршневое кольцо, согласно изобретению, становится герметичным не сразу, упомянутое преимущество можно еще более усилить за счет того, что для поршневого кольца, согласно изобретению, применяют материал сравнительно высокой прочности, не оказывающий неблагоприятного влияния на нагрузку опорных и рабочих поверхностей. У поршневого кольца, которое становится герметичным внезапно, это привело бы к быстрому разрушению опорных и рабочих поверхностей. Кроме того, следует исходить из того, что сквозная выемка, согласно изобретению, сравнительно далеко удалена от зазора между поршнем и гильзой цилиндра, так что там следует ожидать сравнительно низких температур, что также положительно сказывается на достигаемом сроке службы и, в частности, благоприятно у самого верхнего поршневого кольца комплекта поршневых колец. Другое преимущество мер, согласно изобретению, следует усматривать в том, что в сквозную выемку, согласно изобретению, при осмотре головки цилиндра легко заглянуть, что обеспечивает надежный контроль, так что для обслуживающего персонала не может быть неожиданностью ставшее непригодным поршневое кольцо. Меры, согласно изобретению, вызывают поэтому помимо длительного общего срока службы также высокие надежность и удобство в обслуживании и, тем самым, в целом, высокую экономичность.

Предпочтительные выполнения и целесообразные усовершенствования перечисленных мер приведены в зависимых пунктах формулы. Так, у поршневого кольца, у которого одна концевая часть имеет открытый радиально наружу паз, ограниченный внутренним осепараллельным коленом и проходящим под прямым углом к нему верхним коленом, а другая концевая часть содержит входящий в этот паз палец, сквозная выемка, согласно изобретению, может быть предусмотрена целесообразно в зоне осепараллельного колена и/или пальца. Меры, согласно изобретению, предпочтительным образом не противодействуют поэтому использованию уже зарекомендовавшего себя конструктивного принципа неразрезных поршневых колец, а представляют собой желательное усовершенствование этого конструктивного принципа. Сквозная выемка, согласно изобретению, хорошо видимая при осмотре, дает при этом надежную информацию о состоянии периферийных дренажных канавок. Предусмотренная в зоне осепараллельного колена и/или пальца сквозная выемка, согласно изобретению, может быть предпочтительным образом выполнена также впоследствии. Названные меры обеспечивают поэтому предпочтительным образом также простое дооснащение уже имеющихся неразрезных поршневых колец сквозной выемкой, согласно изобретению.

Как правило, достаточно, если сквозную выемку, согласно изобретению, имеет только осепараллельное колено имеющего паз замка. Таким образом, достигается не только простое изготовление, но и предотвращается заметное ослабление поршневого кольца.

Целесообразно сквозная выемка, согласно изобретению, предусмотрена в зоне нижней стороны соответствующего конца. Таким образом, возникает как можно большее расстояние между сквозной выемкой, согласно изобретению, и зазором между поршнем и гильзой цилиндра, так что следует ожидать низких температур.

В другом усовершенствовании мер сквозная выемка поршневого кольца, снабженного периферийными, проходящими сверху вниз дренажными канавками, может быть выполнена и расположена так, что она открыта, по меньшей мере, тогда, когда сечение периферийных дренажных канавок из-за износа уменьшилось настолько, что гидравлическое сопротивление превысило заданное значение. За счет этого периферийные дренажные канавки сначала активны, а когда их больше недостаточно вследствие продолжающегося износа, в качестве дополнительной дренажной канавки служит сквозная выемка, согласно изобретению. Таким образом, можно увеличить общий срок службы поршневого кольца и предотвратить его внезапную герметичность. Это позволяет ослабить внимание обслуживающего персонала.

Меры, согласно изобретению, дают также возможность расположения и выполнения сквозной выемки так, что ее открытое сечение увеличивается в той же степени, в какой уменьшается сечение периферийных дренажных канавок. Таким образом, в течение сравнительно длительного периода времени достигаются равномерные условия дренажа и, тем самым, одинаковые условия эксплуатации.

Другое выполнение может состоять в том, что сквозная выемка, согласно изобретению, выполнена и расположена так, что она имеет открытое сечение, соответствующее сечению в свету шлица разрезного поршневого кольца. Из этого видно, что меры, согласно изобретению, обеспечивают высокую изменяемость в отношении активного дренажного сечения, так что простым образом можно учитывать различные требования.

Другие предпочтительные выполнения и целесообразные усовершенствования перечисленных мер приведены в остальных зависимых пунктах формулы и более подробно поясняются в нижеследующем описании примера с помощью чертежей.

На описанных ниже чертежах изображают:

фиг.1 - частичный вид вертикального разреза цилиндра двухтактного дизельного двигателя с большим рабочим объемом;

фиг.2 - в перспективе частичный вид поршневого кольца, согласно изобретению, с входящими друг в друга замками;

фиг.3 - разрез по линии III/III на фиг.2;

фиг.4 - рассматриваемый радиально снаружи частичный вид поршневого кольца, согласно изобретению, с входящими друг в друга в новом состоянии замками;

фиг.5 - расположение по фиг.4 после длительного времени эксплуатации. Главной областью применения изобретения являются поршневые ДВС, в частности двухтактные дизельные двигатели с большим рабочим объемом, находящие применение, например, для судовых приводов. Конструкция и принцип действия подобных устройств сами по себе известны и не требуют поэтому в данной связи более подробного пояснения.

Изображенный на фиг.1, содержащий камеру 1 сгорания цилиндр двухтактного дизельного двигателя с большим рабочим объемом состоит из гильзы 2 и размещенной в ней головки 6, которая снабжена контролируемым посредством клапана 3 выпускным отверстием 4 и клапанной форсункой 5. Нижнее подвижное ограничение камеры 1 сгорания образовано перемещающимся в гильзе 2 цилиндра поршнем 7, который может состоять из верхней части и закрепленной на ней нижней части. В зоне своей верхней части поршень 7 снабжен четырьмя периферийными канавками 8,9, в которых размещено соответственно поршневое кольцо 10,11.

Нижние поршневые кольца подобного комплекта, здесь два нижних поршневых кольца 11, выполнены, как правило, в виде разрезных поршневых колец, скошенные под углом концы которых противоположны друг другу, образуя шлиц или зазор. По меньшей мере, самое верхнее поршневое кольцо комплекта данного рода во избежание потерь производительности выполнено в виде поршневого кольца, которое имеет проходящую по всей его окружности без зазоров периферийную поверхность, взаимодействующую с рабочей поверхностью гильзы 2 цилиндра. В данном примере оба верхних поршневых кольца 10 комплекта выполнены в виде подобных поршневых колец.

Поршневые кольца 10, как видно из фиг.2, снабжены входящими друг в друга по типу паза и пальца концевыми частями 12,13, Последние выполнены так, что в зоне стыка не образуется проходящего сверху вниз зазора, прерывающего внешнюю периферийную поверхность. У лежащего в основе фиг.2 примера показанная слева концевая часть 12 снабжена открытым радиально наружу и вниз пазом 14, который, как видно также из фиг.3, ограничен радиально внутрь проходящим параллельно оси поршня коленом 15, а вверх - проходящим под прямым углом к нему верхним коленом 16. Другая, показанная справа концевая часть 13 выполнен в виде вводимого в паз 14, соответствующего ему по сечению пальца.

У разрезных поршневых колец в зоне имеющегося между концами шлица или зазора возникает канал, через который может происходить дренаж. Замкнутая по окружности, сплошная периферийная поверхность поршневых колец 10 не допускает подобного дренажа, что желательно у самого верхнего или верхних поршневых колец комплекта, как об этом уже упоминалось выше. Для обеспечения, тем не менее, достаточной нагрузки давлением последующих поршневых колец требуется целенаправленный дренаж. Для этого у лежащего в основе фиг.2 поршневого кольца 10 предусмотрены расположенные по окружности, проходящие сверху вниз дренажные канавки 17. Они могут проходить относительно осепараллельной образующей наискось и в изображенном примере лишь для простоты показаны проходящими осепараллельно. В новом состоянии дренажные канавки 17 имеют глубину t.

В процессе работы поршневые кольца 10, 11 изнашиваются на своей внешней, взаимодействующей с рабочей поверхностью гильзы 2 цилиндра периферийной поверхности, так что их толщина непрерывно уменьшается. Это уменьшение толщины компенсируется тем, что поршневые кольца расширяются, причем у разрезных поршневых колец 11 расстояние между концами становится все больше, а у поршневых колец 10 входящие друг в друга концевые части 12, 13 соответственно смещаются по отношению друг к другу. У выполнения на фиг.2 образующий концевую часть 13 палец частично выходит из паза 14 концевой части 12.

По мере уменьшения толщины поршневых колец глубина и, тем самым, сечение в свету дренажных канавок 17 становятся все меньше, в результате чего повышается гидравлическое сопротивление. Начиная с определенного гидравлического сопротивления, через дренажные канавки 17 не может больше происходить дренажа. Для того чтобы, тем не менее, поршневое кольцо 10 данного рода не могло внезапно стать герметичным, в зоне, по меньшей мере, одной концевой части 12 или 13 предусмотрена, по меньшей мере, одна радиальная сквозная выемка 18, открытое сечение которой можно контролировать за счет взаимного относительного перемещения обеих концевых частей 12, 13.

Сквозная выемка 18 может относиться к выполненной в виде пальца концевой части 13 и/или к имеющему паз 14 замку 12. В изображенном примере лишь концевая часть 12 имеет радиальную сквозную выемку 18. Для этого ограничивающее радиально внутри паз 14 колено 15 снабжено в зоне своего переднего нижнего края выемкой 19. Образованная за счет этого сквозная выемка 18 находится в соответствии с этим в зоне нижней стороны свободного конца соответствующей концевой части 12.

Сквозная выемка 18, предусмотренная в зоне нижнего края радиально внутреннего колена 15, находится, таким образом, в зоне внутреннего нижнего угла соответствующей канавки 8 под поршневое кольцо и, тем самым, в зоне, наиболее удаленной от сообщающегося с камерой 1 сгорания зазора между гильзой 2 цилиндра и поршнем 7. Поскольку через сквозную выемку 18 происходит дренаж, поршневое кольцо 10 должно практически омываться, как это обозначено на фиг.3 стрелкой 20. За счет этого температурная нагрузка, становящаяся эффективной в зоне сквозной выемки 18, остается в определенных пределах.

В новом состоянии поршневого кольца 10 образующий концевую часть 13 палец, как видно из фиг.4, входит в соответствующий паз 14 концевой части 12 настолько, что сквозная выемка 18 закрыта и, тем самым, закупорена. Желательный дренаж происходит при этом исключительно через периферийные канавки 17. По мере износа образующий концевую часть 13 палец все дальше выходит из паза 14, как это показано на фиг.5. Как только передний конец образующего концевую часть 13 пальца покинет положение, заданное расстоянием L между внутренним концом выемки 18 и внутренним концом паза 14, сквозная выемка 18 частично откроется, как это видно из фиг.5. Аналогичная ситуация лежит в основе также фиг.2.

Расстояние L можно при этом выбрать так, чтобы сквозная выемка 18 открылась, как только периферийные дренажные канавки 17 исчезнут или преимущественно уменьшатся настолько, что вследствие повышенного гидравлического сопротивления происходящий через них дренаж почти прекратится, как это показано на фиг.4 обозначающими дренажную канавку 17 прерывистыми линиями. Можно также выбрать расстояние L так, чтобы сквозная выемка 18 открывалась раньше. При этом дополнительно высоту Н сквозной выемки 18 можно выбрать так, чтобы открытое сечение сквозной выемки 18 по мере износа увеличивалось в той же степени, в какой уменьшилось общее сечение периферийных дренажных канавок 17.

Точно так же расстояние L можно выбрать так, чтобы сквозная выемка 18 была открыта с самого начала. В таком случае можно было бы полностью отказаться от периферийных дренажных канавок 17 описанного рода. За счет соответствующего выбора высоты Н в свету можно в любом случае достичь нужной величины открытого дренажного сечения. Так, в подобном случае можно было бы также, например, выбрать расстояние L и высоту Н в свету так, чтобы открытое сечение сквозной выемки 18 всегда соответствовало сечению в свету шлица или зазора разрезного поршневого кольца.

Описанное показывает, что изобретение не ограничено изображенным примером выполнения.

Изобретение относится к двигателестроению и м.б. использовано преимущественно в двухтактных дизельных двигателях с большим рабочим объемом. У поршневого двигателя, содержащего, по меньшей мере, один размещенный в цилиндре поршень, снабженный, по меньшей мере, одним расположенным в соответствующей канавке поршневым кольцом, концевые части которого, входящие друг в друга по типу паза и пальца, образуют проходящую по периферии без зазоров внешнюю периферийную поверхность, взаимодействующую с рабочей поверхностью со стороны цилиндра. По меньшей мере, одна концевая часть замка снабжена, по меньшей мере, одной радиальной сквозной выемкой, на открытое сечение которой оказывает влияние взаимное относительное перемещение входящих друг в друга концевых частей замка. Изобретение позволяет увеличить срок эксплуатации, а также обеспечить удобство в обслуживании. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневой двигатель, в частности, поршневой ДВС, преимущественно в виде двухтактного дизельного двигателя с большим рабочим объемом, содержащий, по меньшей мере, один размещенный в цилиндре (2) поршень (7), снабженный, по меньшей мере, одним расположенным в соответствующей канавке (8) поршневым кольцом (10), концевые части (12, 13) которого, входящие друг в друга по типу паза и пальца, образуют проходящую по периферии без зазоров внешнюю периферийную поверхность, взаимодействующую с рабочей поверхностью со стороны цилиндра, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна концевая часть (12) снабжена, по меньшей мере, одной радиальной сквозной выемкой (18), обеспечивающей в открытом состоянии дренаж, которая в новом состоянии поршневого кольца (10) закрыта и в процессе износа поршневого кольца (10) открывается за счет того, что входящие друг в друга концевые части (12,13) по мере износа все больше расходятся.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что одна концевая часть (12) имеет открытый радиально наружу и вниз паз (14), ограниченный внутренним осепараллельным коленом (15) и проходящим под прямым углом к нему верхним коленом (16), а другая концевая часть (13) содержит входящий в паз (14) палец, причем осепараллельное колено (15) концевой части (12) и/или палец концевой части (13) имеет, по меньшей мере, одну сквозную выемку (18).3. Двигатель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что только одна концевая часть (12 или 13) имеет сквозную выемку (18).4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что осепараллельное колено, (15) имеющее паз (15) концевой части (12), имеет сквозную выемку (18).5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что сквозная выемка (18) предусмотрена в зоне нижней стороны соответствующей концевой части (12).6. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что сквозная выемка (18) расположена в зоне свободного конца соответствующей концевой части (12).7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршневое кольцо (10) снабжено периферийными, проходящими сверху вниз дренажными канавками (17), причем сквозная выемка (18) выполнена и расположена так, что она открыта, по меньшей мере, тогда, когда сечение периферийных дренажных канавок (17) уменьшилось за счет износа так, что гидравлическое сопротивление превысило заданное значение.8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что поршневое кольцо (10) снабжено периферийными, проходящими сверху вниз дренажными канавками (17), причем сквозная выемка (18) выполнена и расположена так, что ее открытое сечение увеличивается в той же мере, в какой сечение периферийных дренажных канавок (17) уменьшается за счет износа.9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит комплект из нескольких поршневых колец (10,11), причем, по меньшей мере, самое верхнее поршневое кольцо (10) выполнено в виде кольца, концы которого входят друг в друга по типу паза и пальца и в зоне, по меньшей мере, одной концевой части (12) снабжено, по меньшей мере, одной радиальной сквозной выемкой (18).10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что сквозная выемка (18) выполнена и расположена так, что она имеет открытое сечение, соответствующее сечению в свету шлица разрезного поршневого кольца (11).