Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания
Полезная модель относится к машиностроению, а конкретно к двигателестроению и может быть использована при проектировании, производстве и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и позволяет увеличить эффективную мощность и ресурс двигателя, уменьшить расход масла, улучшить его экологические характеристики. Поршневое уплотнение содержит установленные в поршневой канавке (3) последовательно верхнее (4) и нижнее (5) компрессионные кольца, между которыми расположены, по меньшей мере, два промежуточных компрессионных кольца (6), разделенных между собой средним компрессионным кольцом (7). На дне поршневой канавки (3) напротив промежуточных компрессионных колец (6) выполнены кольцевые выступы (8), с образованием между поверхностью внутренних диаметров промежуточных компрессионных колец (6) и кольцевыми выступами (8) термодинамических зазоров. Образованный таким образом лабиринт существенно сокращает прорыв рабочих газов в поршневую канавку (3) и далее в картер двигателя, а также проникновение моторного масла в придонную полость поршневой канавки (3), уменьшая нагарообразование и коксование внутренних поверхностей компрессионных колец и поршневой канавки (3), а также расход масла на угар. Разработанное поршневое уплотнение простое по конструкции и технологичное в изготовлении. Исключая прорыв рабочих газов в поршневую канавку, конструкция предопределяет пакетное расположение компрессионных колец в одной - единственной поршневой канавке, обеспечивая высокоэффективное уплотнение между поршнем и цилиндром и надежную теплопередачу от перегретой головки поршня к охлаждаемому цилиндру.
Полезная модель относится к машиностроению, а конкретно к двигателестроению и может быть использована при проектировании, производстве и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.
Известны поршневые уплотнения двигателей внутреннего сгорания, состоящие из отдельных элементов, установленных в одну поршневую канавку (заявка №59-47144, Япония, 1984; авторское свидетельство №1834406, RU, 1989; патент РФ №2023196, МПК F02M 47/02, опубл. 1994.11.15).
Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в поршневой канавке два компрессионных кольца, между которыми размещена прокладка (упругое разрезное кольцо), плотно сидящая на дне канавки поршня и обеспечивающая возможность использования меньшего числа колец без ухудшения уплотнения и охлаждения, ближайшее по технической сущности и принятое за прототип (заявка №60-30457, Япония, опубл. 1985). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что наличие прокладки предопределяет зазор между компрессионными кольцами в самой ответственной зоне уплотнения - контакте рабочих поверхностей компрессионных колец со стенкой цилиндра. Известно, что до 60...70% утечек рабочих газов происходит через зазоры в замках поршневых колец. Рабочие газы, прорываясь из камеры сгорания через зазор между поршнем и цилиндром, напрямую проникают через неприкрытые зазоры в замках компрессионных колец и далее в картер двигателя. Причем, чем больше изнашиваются рабочие поверхности колец в процессе эксплуатации двигателя, тем больше образуется зазор в замках колец и тем больше утечка рабочих газов. Повышенная утечка рабочих газов оказывает существенное
влияние на снижении основных технико-экономических и экологических характеристиках двигателя.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель заключается в увеличении эффективной мощности и ресурса двигателя, уменьшении расхода масла, улучшении экологических характеристик.
Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении для двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в одной поршневой канавке верхнее и нижнее компрессионные кольца, новым является то что, между верхним и нижним компрессионными кольцами расположены, по меньшей мере, два промежуточных компрессионных кольца, разделенных между собой средним компрессионным кольцом, а на дне поршневой канавки напротив промежуточных компрессионных колец выполнены кольцевые выступы, при этом промежуточные компрессионные кольца установлены с зазором относительно кольцевых выступов.
На фиг.1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2 и поршневое уплотнение, которое, содержит установленные в поршневой канавке 3 последовательно верхнее 4 и нижнее 5 компрессионные кольца. Между верхним 4 и нижним 5 компрессионными кольцами расположены, по меньшей мере, два промежуточных компрессионных кольца 6, разделенных между собой средним компрессионным кольцом 7. На дне поршневой канавки 3 напротив промежуточных компрессионных колец 6 выполнены кольцевые выступы 8, с образованием между поверхностью внутренних диаметров промежуточных компрессионных колец 6 и кольцевыми выступами 8 термодинамических зазоров.
Поршневое уплотнение работает следующим образом. При движении поршня 2 в верхнее положение на такте «сжатие» давление сжимаемого воздуха воздействует на верхнее компрессионное кольцо 4 с силой, прямо
пропорциональной площади этой поверхности. Под действием постоянно увеличивающейся газодинамической силы, весь пакет колец 4, 5, 6, и 7 смещается к нижней полке поршневой канавки 3, устраняя зазор между нижним торцом нижнего компрессионного кольца 5 и нижней полкой поршневой канавки 3, перекрывая прорыв сжимаемого воздуха, а затем и топливовоздушной смеси из поршневой канавки 3 далее в картер двигателя, а также проникновение масла, снимаемого со стенки цилиндра 1 нижним торцом нижнего компрессионного кольца 5.
Прорвавшийся в поршневую канавку 3 через зазоры в замке верхнего компрессионного кольца 4 сжимаемый воздух, «запирается» в придонной полости поршневой канавки 3, ограничивая попадание в эту полость топливовоздушной смеси и высокотемпературных рабочих газов.
При движении поршня 2 в нижнее положение на такте «рабочий ход», из-за наличия избыточного давления над поршнем 2 до конца рабочего такта, положение «пакета» колец 4, 5, 6, и 7 не меняется, что исключает появление зазора между нижним торцом нижнего компрессионного кольца 5 и нижней полкой поршневой канавки 3, следовательно, исключается возможность утечки рабочих газов и обеспечивается полное «срабатывание» рабочего давления, повышается КПД двигателя.
При движении поршня 2 в верхнее положение на такте «выпуск» за счет инерционных масс всего пакета колец 4, 5, 6, и 7, а также трения компрессионных колец 4, 5 и 7 о стенку цилиндра 1, положение пакета колец остается прежним, прижатым к нижней полке поршневой канавки 3, что обеспечивает эффективный выхлоп отработанных газов и продуктов сгорания топливовоздушной смеси в виде копоти и сажи, снятых со стенки цилиндра 1, верхним торцом верхнего компрессионного кольца 4.
При движении поршня 2 в нижнее положение на такте «впуск» за счет инерционных масс всего пакета колец 4, 5, 6, и 7, а также за счет трения компрессионных колец 4, 5, 6, и 7 о стенку цилиндра 1, весь пакет колец смещается к верхней полке поршневой канавки 3, образуя зазор между
нижним торцом нижнего компрессионного кольца 5 и нижней полкой поршневой канавки 3, в который, под давлением, устремляется масло, снимаемое со стенки цилиндра 1 нижним торцом компрессионного кольца 5. Выступы 8, расположенные над нижним компрессионным кольцом 5 и средним компрессионным кольцом 7, существенно ограничивает проникновение масла в придонную полость поршневой канавки 3, тем самым, существенно снижая расход масла на угар. Эффективность поршневого уплотнения повышается за счет наличия между верхним 4 и нижним 5 компрессионными кольцами, по меньшей мере, двух промежуточных компрессионных колец 6, разделенных средним компрессионным кольцом 7 и наличием, по меньшей мере, двух кольцевых выступов 8, создающих дополнительные лабиринтные уплотнения в придонной полости поршневой канавки 3. Пакетный принцип расположения компрессионных колец позволяет использовать компрессионные кольца с меньшей высотой, к тому же упростить конструкцию поршня, используя только одну поршневую канавку. Качественное уплотнение между поршнем 2 и цилиндром 1 дает возможность исключить применение системы турбонаддува и его агрегатов в конструкции двигателя.
Предлагаемое поршневое уплотнение эффективно для мощных и сверхмощных дизелей с диаметрами цилиндров более 250 мм, например, в дизелях тепловозов, судовых двигателей и других силовых установках. предлагается вариант 2. Поршневое уплотнение достаточно простое по конструкции, технологичное в изготовлении и эксплуатации, позволит значительно повысить эффективность уплотнения между поршнем 2 и цилиндром 1, уменьшить механические, газодинамические и теплофизические потери, увеличить мощность и ресурс двигателя, сократить расход топлива и масла, улучшить экологические характеристики двигателя.
Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в одной поршневой канавке верхнее и нижнее компрессионные кольца, отличающееся тем, что между верхним и нижним компрессионными кольцами расположены, по меньшей мере, два промежуточных компрессионных кольца, разделенных между собой средним компрессионным кольцом, а на дне поршневой канавки напротив промежуточных компрессионных колец выполнены кольцевые выступы, при этом промежуточные компрессионные кольца установлены с зазором относительно кольцевых выступов.
