Уплотнительное устройство поршня

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве уплотнения пар поршень - цилиндр двигателей внутреннего сгорания. Устройство включает цилиндропоршневую пару, верхнее компрессионное разрезное кольцо, состоящее из двух слоев, зафиксированные цилиндрическим штифтом, установленным в торце поршня, нижнее компрессионное разрезное кольцо, установленное в канавке на поршне, и маслосъемное разрезное кольцо. Нижний слой верхнего компрессионного разрезного кольца выполнен из двух колец одно в другом, а верхний слой в виде одного кольца. Нижнее компрессионное разрезное кольцо зафиксировано на поршне фигурной шпонкой, а маслосъемное разрезное кольцо зафиксировано на поршне скобой. Изобретение повышает надежность работы уплотнительного устройства и увеличивает срок службы. 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве уплотнения пар поршень - цилиндр двигателей внутреннего сгорания.

Известно уплотнительное устройство поршня (патент РФ 32133856, 27.07.1999, МПК F 16 J 9/00), содержащее в канавке поршня два соосно расположенных и контактирующих между собой плоских компрессионных кольца, фиксатор, выполненный разрезным круглым, и контактирует всей наружной поверхностью с поверхностью тыльной стороны колец. К недостаткам данного решения относится утечка рабочего газа через зазор в замке кольца, что приводит к увеличению расхода топлива, к снижению мощности, к повышению расхода масла.

Известно уплотнительное кольцо поршня, взятое за прототип, включающее поршень, в канавке которого соосно располагаются два плоских разрезных компрессионных кольца - верхнее и нижнее. Кольца сдвинуты относительно друг друга. В поршневой канавке установлен круглый фиксатор (патент РФ 2168082, 27.05.2001, МПК F 16 J 9/00). К недостаткам данного решения относится утечка рабочего газа через зазор в замке кольца, что приводит к увеличению расхода топлива, к снижению мощности, к повышению расхода масла.

Изобретение направлено на повышение надежности работы и мощности двигателей, снижение расхода масла и топлива за счет того, что устройство включает цилиндро-поршневую пару, верхнее компрессионное разрезное кольцо, состоящее из двух слоев, зафиксированные цилиндрическим штифтом, установленным в торце поршня, нижнее компрессионное разрезное кольцо, установленное в канавке на поршне, и маслосъемное разрезное кольцо, причем нижний слой верхнего компрессионного кольца выполнен из двух колец одно в другом соосно, а верхний слой в виде одного кольца, нижнее компрессионное разрезное кольцо зафиксировано на поршне фигурной шпонкой, а маслосъемное разрезное кольцо зафиксировано на поршне скобой.

На фиг.1 представлен узел стопорения верхнего разрезного кольца; на фиг. 2 представлен верхний слой верхнего компрессионного разрезного кольца; на фиг. 3 представлен нижний слой верхнего компрессионного разрезного кольца; на фиг. 4 представлена схема сборки и стопорение всех компрессионных разрезных колец; на фиг.5 представлен узел стопорения нижнего компрессионного разрезного кольца; на фиг.6 - узел стопорения.

Уплотнительное устройство поршня состоит из поршня 1, в канавке которого расположены верхнее компрессионное кольцо 2, состоящее из двух слоев: верхний слой, состоящий из одного кольца 3; нижний слой верхнего компрессионного разрезного кольца состоит из двух разрезных колец 4,5, расположенных один в другом соосно. Нижнее компрессионное разрезное кольцо 6, маслосъемное разрезное кольцо 7, включающее в себя распорную пружину 8, которая установлена в кольцевую проточку маслосъемного разрезного кольца 7, установленная со стороны поршня 1. Верхнее 2 и нижнее 6 компрессионные разрезные кольца обеспечивают уплотнение поршня 1 с цилиндром 9. Условием установки всех компрессионных разрезных и маслосъемного колец является диаметральная плоскость поршня, перпендикулярная к оси поршневого пальца 10, должна проходить для верхнего компрессионного разрезного кольца между замками 11, 12 колец и через замок 13 маслосъемного разрезного кольца 7. Причем 11 - замок кольца 3, а 12 - замок кольца 4. Расстояние l между замками 11 и 12 должно быть равным 12% диаметра поршня 1. Верхнее компрессионное разрезное кольцо 2 фиксируется на поршне 1 с помощью цилиндрического штифта 14, установленного с торца поршня 1, обеспечивающее нормальную работу колец 3, 4, 5. Нижнее компрессионное разрезное кольцо 6 фиксируется на поршне 1 фигурной шпонкой 15 с учетом зазоров - регламентируемый зазор между концами разрезных компрессионных колец 3, 4, 5, 6. Маслосъемное разрезное кольцо 7 фиксируется с помощью фиксации ее распорной пружины 8 через отверстие, просверленное в канавке маслосъемного кольца 7 в поршне 1 скобой 16. Непроворачивание маслосъемного разрезного кольца 7 вокруг оси поршня 1 обеспечивается повышенным коэффициентом трения между зафиксированной распорной пружиной 8 и внутренней поверхностью кольца 7, имеющей щелевидные отверстия 17 для стека масла. Кинетическая энергия поршня 1 передается через шатун 18. Нижнее компрессионное разрезное кольцо 6 при окончательной сборке разворачивают замком 19 на 180 градусов относительно оси поршня 1 и замка 13.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При работе пары поршень 1 - цилиндр 9, шатун 18 кроме возвратно-поступательного движения совершает колебательные движения вокруг оси поршневого пальца 10 и относительно вертикальной оси поршня 1. При колебательном движении ось поршня составляет с осью шатуна 18 в каждый момент времени определенный угол с определенным направлением, и горизонтальная составляющая силы перпендикулярной оси поршневого пальца 10 и оси поршня 1 (от реакции шатунно-поршневой пары, направленной вдоль оси шатуна 18) также будет иметь знакопеременную величину.

Сила давления на площадках а, в, с и а¹, в¹, с¹ состоит из сил упругости колец 2, 6, 7, и горизонтально составляющая сила, параллельная оси поршневого пальца 10, возникающая от погрешностей изготовления деталей - это несовпадение осей цилиндра 9 и поршня 1, неперпендикулярность осей поршня 1 и оси поршневого пальца 10 и т.д. Равнодействующая (горизонтальная составляющая сила, параллельная оси поршневого пальца 10, с суммой сил упругости колец 2, 6, 7) несравнимо мала по сравнению с силами, возникающими от колебательного воздействия шатуна 18. И поэтому: Износ трущихся поверхностей по площадкам а, в, с и а¹, в¹, с¹ ничтожно мал, что ограничивает разжим в замках всех колец 2, 6, 7, т.е. увеличение зазоров в замках колец.

Определенная фиксация всех колец на поршне позволяет: 1. Быстрый и качественный притир колец с цилиндром. Притир пары "из четырех колец" 3, 4, 6, 7 цилиндра.

2. Уменьшение поверхностного износа колец от вращения вокруг оси поршня, который приводит к увеличению бокового зазора колец с поршнем, а это увеличение амплитуды колебания плоскостей колец, в том числе притираемых с цилиндром, приводящих к точечным натирам, а затем к рискам на цилиндре, а также к ускоренному износу трущихся поверхностей.

3. Сохранение зазора в замке, хороший притир, обеспечит хорошую работу маслосъемного кольца.

Главное преимущество предлагаемого уплотнительного устройства поршня - это полное устранение зазоров в верхнем компрессионном разрезном кольце, что дает: а) увеличение компрессии (и ее долгое сохранение); в) отсутствие контакта горячих газов с маслом - это низкий расход масла;
с) улучшение экологии (отсутствие угара от масла);
d) экономия топлива.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство поршня, включающее цилирдропоршневую пару, верхнее компрессионное разрезное кольцо, состоящее из двух слоев, зафиксированные цилиндрическим штифтом, установленным в торце поршня, нижнее компрессионное разрезное кольцо, установленное в канавке на поршне, и маслосъемное разрезное кольцо, отличающееся тем, что нижний слой верхнего компрессионного разрезного кольца выполнен из двух колец одно в другом соосно, а верхний слой - в виде одного кольца, причем нижнее компрессионное разрезное кольцо зафиксировано на поршне фигурной шпонкой, а маслосъемное разрезное кольцо зафиксировано на поршне скобой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6