Уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: уплотнение цилиндров двигателей внутреннего сгорания и прочих поршневых машин. Сущность изобретения: уплотнение цилиндропоршневой группы содержит уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины 1 прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке 2 поршня 3 с предварительном натягом. Канавка 2 поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкиного хвоста, наружные поверхности 4 крайних, свободных витков 5 и 6 пружины 1 выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями 7, 8 канавки 2 поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидистантными, а углы конусности наружных поверхностей 4 крайних витков 5 пружины 1 выполнены равными углам конусности сопрягаемых с ними боковых поверхностей 7 и 8 канавки поршня и составляют 12,5±3^o. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения и может найти применение при конструировании и изготовлении уплотнений двигателей внутреннего сгорания.

Известно уплотнение поршня в цилиндре двигателя, представляющее собой размещенное в канавке поршня разрезное кольцо, контактирующее с цилиндром в процессе возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре (Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М. Машиностроение, 1980, с.89).

Недостатком существующего классического типа поршневых уплотнений является их малая эффективность работы, обусловленная, как низкой уплотняющей способностью, снижающейся вследствие износа трущихся поверхностей, неравномерностью эпюры давления кольца на стенку цилиндра и т.п. так и повышенный расход масла на угар, возникающий в основном по тем же причинам.

Известно уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, принятое в качестве прототипа и содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке поршня с предварительным натягом (патент Франции N 625356, кл. 47 f 19, опубл. 1927).

Известное техническое решение, хотя частично и лишено вышеперечисленных недостатков, однако также далеко от совершенства с точки зрения эффективности работы ввиду малой автономности уплотняющего эффекта в процессе работы двигателя.

Целью изобретения является повышение эффективности работы поршневого уплотнения и, как следствие, повышение мощности и экономичности двигателя в целом и снижение токсичности его выхлопа.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый технический результат достигается за счет того, что в уплотнении цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке поршня с предварительным натягом, канавка поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкиного хвоста, наружные поверхности крайних, свободных витков пружины выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями канавки поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидинстантными.

Кроме того, углы конусности наружных поверхностей крайних витков пружины могут быть выполнены равными углами конусности сопрягаемых с ними боковых поверхностей канавки поршня и составляет 12,5±3^o, а уплотнительный элемент установлен в канавке поршня с гарантированным радиальным зазором.

На фиг.1 показано уплотнение в сборе; на фиг.2 узел I на фиг.1.

Уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания содержит уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины 1 прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке 2 поршня 3 с предварительным натягом. Канавка 2 поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкиного хвоста, наружные поверхности 4 крайних, свободных витков 5 и 6 пружины 1 выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями 7 и 8 канавки 2 поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидистантными.

Углы конусности наружных поверхностей 4 крайних витков 5 и 6 пружины 1 выполнены равными углам конусности сопрягаемых с ними боковых поверхностей 7 и 8 канавки поршня и составляют 12,5±3^o.

Уплотнительный элемент устанавливается в канавке 2 поршня с гарантированным радиальным зазором 9.

При движении поршня в цилиндре 10 уплотнительный элемент контактирует с поверхностью 11, надежно уплотняет зазор как в осевом, так и в радиальном направлении. Благодаря выполнению уплотнительного элемента в виде скрученной сжатой пружины из упругих металлических антифрикционных сплавов с коническими свободными концами уплотняющее усилие на стенку 11 цилиндра 10 распределяется равномерно, что обеспечивает равномерный износ и саморегуляцию последнего.

В процессе работы пружина 1 работает следующим образом.

Во время движения поршня 3 вверх за счет давления на верхнюю часть пружины сжимающимися под поршнем газами и трения о поверхность 11 цилиндра 10 кольца пружины 1 сжимаются и надежно уплотняют зазор в осевом направлении. При движении поршня 3 вниз пружина 1 остается также в сжатом положении, а при нахождении поршня 3 в нижней и верхней мертвых точках пружина 1 на мгновение становится относительно свободной, образуя между всеми кольцами пружины 1 зазоры. Такое поочередное сжатие и разжатие пружины обеспечивает автоматическую очистку или необразование нагара или смолистой массы на кольцах пружины 1, что повышает надежность и долговечность ее работы. Наличие такого уплотнения свидетельствует о существенности данного изобретения и основных его признаков, отраженных в формуле изобретения.

Благодаря тому что пружина при любом удлинении (скручивании) находится в сжатом состоянии, обеспечивается постоянный и гарантированный контакт с уплотняемыми поверхностями как цилиндра, так и поверхностями канавки поршня и в значительной мере повышается уплотняющий эффект.

Наличие конических контактирующих поверхностей у уплотнительного элемента и поверхностей канавки поршня при установке элемента в канавку создает равномерные по усилиям уплотняющие контакты как на боковой, так и на конических поверхностях уплотняющего элемента, что обеспечивает равномерность эпюры давления кольца на стенку цилиндра и тем самым равномерность износа контактирующих поверхностей.

Образование гарантированного зазора 9 между внутренней поверхностью уплотнительного элемента и торцевой стенкой канавки поршня, выполнение конических поверхностей эквидистантными с определенным углом раскрытия 12,5±3^o (равным углу трения сопрягаемых поверхностей), пружина, независимо от внутреннего диаметра цилиндра (в процессе его износа), технологических допусков при изготовлении и динамических и температурных изменений деталей цилиндропоршневой группы, пружина обеспечивает гарантированное уплотняющее действие, величина которого постоянна независимо от режимов работы двигателя.

Формула изобретения

1. Уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке поршня с предварительным натягом, отличающееся тем, что канавка поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкина хвоста, наружные поверхности крайних, свободных витков пружины выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями канавки поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидистантными.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что углы конусности наружных поверхностей крайних витков пружины выполнены равными углам конусности альфа сопрягаемых с ними боковых поверхностей канавки поршня и составляют 12,5 ± 3^o.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент установлен в канавке поршня с гарантированным радиальным зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2