ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЩЕЛЕВОЙ ПРОДУВКОЙ Российский патент 2023 года по МПК F02F3/00 F02F5/00 

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

Известна цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой, содержащая установленный в корпусе цилиндр, в котором выполнены продувочные и выпускные окна, сообщенные с соответствующими каналами и расположенные с возможностью их перекрытия внешней цилиндрической поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью взаимодействия своей внешней цилиндрической поверхности с его внутренней поверхностью, а также средство уплотнения, расположенное на цилиндрической поверхности поршня и контактирующее с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью ограничения сообщения выпускного канала с подпоршневой полостью, образованной в корпусе двигателя (RU 2103534 С1, опуб., 27.01.1998).

Недостатками известного узла являются сложность изготовления и большое количество мелких деталей различной формы и размеров, создающие неудобства при обслуживании узла, а также опасность попадания при этом мелких деталей узла в полости двигателя.

Технической проблемой является создание надежного уплотнения с минимальной номенклатурой деталей и безопасным обслуживанием уплотнительного узла.

Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности уплотнительного узла с обеспечением безопасности двигателя при обслуживании узла.

Проблема решается, и технический результат достигается тем, что цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой содержит установленный в корпусе цилиндр, в котором выполнены продувочные и выпускные окна, сообщенные с соответствующими каналами и расположенные с возможностью их перекрытия внешней цилиндрической поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью взаимодействия своей внешней цилиндрической поверхности с его внутренней поверхностью, а также средство уплотнения, расположенное на цилиндрической поверхности поршня и контактирующее с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью ограничения сообщения выпускного канала с подпоршневой полостью, образованной в корпусе двигателя, при этом, согласно изобретению, средство уплотнения выполнено в виде сегмента цилиндрического тела, установленного в сегментном вырезе поршня с возможностью перемещения в вырезе относительно поршня и поджатия сегмента к внутренней поверхности цилиндра при помощи упругого элемента.

Технический результат достигается также тем, что на цилиндрической поверхности сегмента выполнены выемки, с возможностью обеспечения контакта замкнутой периферийной ее зоны с внутренней поверхностью цилиндра.

Технический результат достигается также тем, что на цилиндрической поверхности сегмента, примыкающей к его краям, могут быть выполнены замкнутые по периметру указанной поверхности выступы, контактирующие с внутренней поверхностью цилиндра.

Для пояснения описываемой цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой приведены чертежи:

Фиг. 1 - поперечный разрез схемы цилиндропоршневой группы;

Фиг. 2 - внешний вид поршня с установленным в его вырезе средством уплотнения;

Фиг. 3 - перспективный вид на средство уплотнения.

Цилиндропоршневая группа содержит установленный в корпусе 1 цилиндр 2 (с гильзой или без гильзы), в котором выполнены продувочные 3 и выпускные 4 окна. Продувочное окно 3 сообщено с продувочным каналом (на чертежах не показан), а выпускное окно 4 сообщено с выпускным каналом 5. Окна 3 и 4 расположены с возможностью их перекрытия внешней цилиндрической поверхностью 6 поршня 7, установленного в цилиндре 2 с возможностью взаимодействия своей поверхности 6 с его внутренней поверхностью 8. В поршне 7 выполнен сегментный вырез, в котором установлено средство уплотнения, выполненное в виде сегмента 9 цилиндрического тела. Сегмент 9 установлен в сегментном вырезе поршня 7 с возможностью перемещения в вырезе относительно поршня 7 и поджатия сегмента 9 к внутренней поверхности 8 цилиндра 2 при помощи упругого элемента, например, пружины 10. Сегмент 9 имеет плоские поверхности 11, взаимодействующие с плоскими поверхностями 12 сегментного выреза поршня 7. По существу, сегмент 9 имеет возможность перемещаться между ограничивающими поверхностями 12 только в поперечном направлении.

На цилиндрической поверхности сегмента 9 выполнены выемки 13 с возможностью обеспечения контакта замкнутой периферийной ее зоны 14 с внутренней поверхностью 8 цилиндра 2. Либо на цилиндрической поверхности сегмента 9, примыкающей к его краям, могут быть выполнены замкнутые по периметру указанной поверхности выступы (на чертежах не показаны), контактирующие также с поверхностью 8.

Изобретение используется следующим образом. Поршень 7 перемещается возвратно-поступательно в цилиндре 2, непосредственно контактируя при этом с различными зонами внутренней поверхности 8 цилиндра 2. Верхняя кромка поршня 7, совместно с поршневыми уплотнительными кольцами, используется для открытия и закрытия окон 3 и 4, осуществляя таким образом процессы газораспределения. Одной из основных проблем двигателей с щелевой продувкой является возможность сообщения выпускного канала 5 с подпоршневой полостью 15 корпуса 1, которая, как правило, используется в качестве впускной и нагнетательной полости переменного объема, через которую постоянно циркулирует свежий заряд, перепускаемый в надпоршневую рабочую полость. Сообщение указанной полости 15 с отработавшими газами выпускного канала 5 по тепловому зазору между поверхностями 6 и 8 приводит к уменьшению наполнения надпоршневой полости за счет разбавления свежего заряда и за счет его вытеснения отработавшими газами из подпоршневой полости 15 в атмосферу, а также к воспламенению топливовоздушной смеси. Кроме того, возможна утечка свежего заряда в выпускной канал 5 в процессе его сжатия в подпоршневой полости 15.

Для ограничения такого сообщения полости 15 с выпускным каналом 5 в цилиндрической поверхности 6 поршня 7 выполняют сегментный вырез, в который устанавливают сегмент 9, выполняющий функции уплотнительного элемента. Сегмент 9 своими плоскими сегментными поверхностями 11 взаимодействует с плоскими опорными для него поверхностями 12 выреза поршня 6, которые ограничивают продольное перемещение сегмента 9 вдоль направления прямолинейного перемещения поршня 6. В поперечном направлении сегмент 9 имеет свободу и поджимается при помощи пружины 10 к внутренней поверхности 8 цилиндра 2. Края сегмента 9 выходят за пределы выпускного окна 4 по его ширине. То есть ширина сегмента 9 больше ширины окна 4 для обеспечения надежного перекрытия прямого сообщения уплотняемых объемов. При этом нижняя крайняя цилиндрическая поверхность сегмента 9 (со стороны полости 15) не пресекает зону выпускного окна 4, то есть находится ниже нижней кромки выпускного окна 4 при положении поршня 6 в верхней мертвой точке (ВМТ).

Следует также отметить, что в известном уровне техники проблему сообщения полостей частично решают путем выбора в качестве опоры поршня 7 той стороны внутренней поверхности 8 цилиндра 2, на которой расположено выпускное окно 4. Из-за этого опорная поверхность поршня 7 чрезмерно нагрета и поэтому не может удерживать достаточное количество смазки, необходимое для обеспечения достаточно высокого ресурса цилиндропоршневой группы двигателя.

Выполнение уплотнения на неопорной поверхности поршня 7 за счет использования описываемого изобретения позволяет решить также проблему ресурса и надежности цилиндропоршневой группы, что является дополнительным техническим результатом изобретения. При таком выполнении пружина 10 может быть размещена в поршневом пальце 16 (как показано на фиг. 1), а каждый сегмент 9 может служить ограничителем перемещения пальца относительно поршня 6.

Таким образом, использование заявленного изобретения позволяет увеличить надежность работы уплотнительного узла, выполненного простым, с минимальным количеством относительно крупных деталей, что также повышает безопасность и надежность двигателя при обслуживании узла и, кроме того, позволяет повысить ресурс и надежность двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в уплотнениях цилиндропоршневых групп двигателей внутреннего сгорания. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой содержит установленный в корпусе (1) цилиндр (2), в котором выполнены продувочные и выпускные окна (3) и (4), сообщенные с соответствующими каналами. Продувочные и выпускные окна (3) и (4) расположены с возможностью их перекрытия внешней цилиндрической поверхностью (6) поршня (7), установленного в цилиндре (2). Поршень (7) установлен с возможностью взаимодействия своей внешней цилиндрической поверхности (6) с внутренней поверхностью (8) цилиндра (2). Средство уплотнения расположено на цилиндрической поверхности (6) поршня (7) и контактирует с внутренней поверхностью (8) цилиндра (2) с возможностью ограничения сообщения выпускного канала (5) с подпоршневой полостью (15), образованной в корпусе (1) двигателя. Средство уплотнения выполнено в виде сегмента (9) цилиндрического тела, установленного в сегментном вырезе поршня (7). Сегмент (9) установлен с возможностью перемещения в вырезе относительно поршня (7) и поджатия сегмента (9) к внутренней поверхности (8) цилиндра (2) при помощи упругого элемента (10). Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении надежности уплотнительного узла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой, содержащая установленный в корпусе цилиндр, в котором выполнены продувочные и выпускные окна, сообщенные с соответствующими каналами и расположенные с возможностью их перекрытия внешней цилиндрической поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью взаимодействия своей внешней цилиндрической поверхности с его внутренней поверхностью, а также средство уплотнения, расположенное на цилиндрической поверхности поршня и контактирующее с внутренней поверхностью цилиндра с возможностью ограничения сообщения выпускного канала с подпоршневой полостью, образованной в корпусе двигателя, отличающаяся тем, что средство уплотнения выполнено в виде сегмента цилиндрического тела, установленного в сегментном вырезе поршня с возможностью перемещения в вырезе относительно поршня и поджатия сегмента к внутренней поверхности цилиндра при помощи упругого элемента.

2. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой по п. 1, отличающаяся тем, что на цилиндрической поверхности сегмента выполнены выемки с возможностью обеспечения контакта замкнутой периферийной ее зоны с внутренней поверхностью цилиндра.

3. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой по п. 1, отличающаяся тем, что на цилиндрической поверхности сегмента, примыкающей к его краям, выполнены замкнутые по периметру указанной поверхности выступы, контактирующие с внутренней поверхностью цилиндра.