Цилиндропоршневая группа

 

Использование: изобретение относится к области машиностроения, а именно к цилиндро-поршневым группам, преимущественно двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: на цилиндрической поверхности поршня 5 в углублениях между уплотнительными кольцами 6 расположены подпружиненные продольные элементы 8, выполняющие функции продольных уплотнений, которые совместно с кольцами 6 обрадуют замкнутую уплотненную область на поверхности цилиндра 1 в районе окон 2 и 3 газораспределения. Описываемое техническое решение позволяет предотвратить перетечки свежего заряда и продуктов сгорания из одного окна газораспределения в другое по зазору вокруг поршня 5. 6 з п. ф-лы, 8 ил.

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

Уже известны цилиндро-поршневые группы, например, двухтактных двигателей с щелевым газораспределением, в которых уплотнение осуществляется упругих колец [1].

Однако уплотняется при этом только кольцевая щель, обусловленная наличием теплового зазора между поршнем и стенками цилиндра. Эффективность такого уплотнения невелика при выполнении щелевого газораспределения, как принято в большинстве двухтактных двигателей, так как и продукты сгорания, и предварительно сжатый заряд имеют возможность перетекать между продувочными и выпускными окнами по кольцевому зазору вокруг поршня, в частности, при пересечении кольцами окон газораспределения. Так как в двухтактных двигателях тепловой зазор относительно большой, а с увеличением диаметра цилиндра отношение площади зазора к площади породы резко увеличивается, то увеличение в связи с этим потерь свежего заряда и увеличение коэффициента остаточных газов не позволяет достичь высоких литровых показателей в двухтактных двигателях с диаметром цилиндра более 100 мм и при расположении окон газораспределения в одной поперечной плоскости цилиндра.

Известна цидиндро-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр с окнами газораспределения, разделенными перегородками, размещенный в цилиндре поршень, снабженный по меньшей мере двумя уплотнительными кольцами, расположенными в канавках и, по меньшей мере, двумя подпружиненными продольными элементами, установленными в соответствующих углублениях на цилиндрической поверхности поршня [2].

Недостатком указанного технического решения, выбранного авторами в качестве прототипа, является невозможность выполнения его продольными элементами функций уплотнения из-за отсутствия сопряжений между ними и уплотнительными кольцами.

Цель изобретения - повышение эффективности работы двигателей с щелевым газораспределением.

Поставленная цепь достигается тем, что подпружиненные продольные элементы установлены между уплотнительными кольцами с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня и расположены в районе перегородок цилиндра с возможностью контактирования с ними.

Поставленная цель достигается также тем, что расстояние между наружными, по отношению к продольным элементам, кромками уплотнительных колец может быть выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения.

Поставленная цепь достигается также тем, что углубления для продольных элементов могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между канавками, а продольные элементы могут быть установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями уплотнительных колец.

Поставленная цель достигается также тем, что продольные элементы могут быть снабжены расположенными на их концах хвостовиками, размещенными между поверхностью поршня и уплотнительными кольцами с возможностью контактирования с внутренними кольцевыми поверхностями последних.

Поставленная цель достигается также тем, что продольные элементы могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами, а по меньшей мере один конец продольного элемента расположен в разрезе уплотнительного кольца между его торцами.

Поставленная цепь достигается также тем, что она может быть снабжена по моющей мере одним дополнительным кольцом, в продольных элементах выполнены поперечные проточки, а дополнительное кольцо установлено между уплотнительными кольцами в канавке поршня и поперечных проточках продольных элементов.

Поставленная цепь достигается также тем, что продольные элементы могут быть подпружинены при помощи ленточных экспандеров, расположенных вдоль продольных элементов.

На фиг. 1 представлена описываемая цилиндро-поршневая группа; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг. 3 - то же, вариант расположения продольных элементов; на фиг. 4 -разрез Б - Б на фиг. 2; на фиг. 5 - то же, вариант выполнения по п. 3 формулы изобретения; на фиг 6 - то же, вариант выполнения по п. 4 формулы; на фиг. 7 - то же, вариант выполнения по п.5 формулы; на фиг. 8 - то же, вариант выполнения по п. 6 формулы.

Цилиндро-поршневая группа содержит цилиндр 1 с продувочным 2 и выпускным 3 окнами газораспределения, разделенными перегородками 4 цилиндра 1, поршень 5, снабженный двумя уплотнительными кольцами 6, расположенными в кольцевых канавках 7 и подпружиненные продольные элементы 8, установленные в углублениях 9 на цилиндрической поверхности поршня 5. Продольные элементы 8 установлены между кольцами 6 с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня 5 и расположены в районе перегородок 4 цилиндра 1 с возможностью контактирования с ними.

Расстояние между наружными, по отношению к продольным элементам 8, кромками колец 6 выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения, например, продувочного окна 2.

Углубления 9 могут быть выполнены с дюной, превышающей расстояние между канавками 7, при этом продольные элементы 8 установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями колец 6 (фиг. 5).

Продольные элементы 8 могут быть снабжены расположенными на их концах хвостовиками 10, размещенными между поверхностью поршня 5 и кольцами 6 с возможностью контактирования с внутренними их кольцевыми поверхностями (фиг. 6).

Продольные элементы 8 могут быть выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами 6, а один конец продольного элемента 8 расположен в разрезе кольца 6 между его торцами, при этом конец другого элемента 8 может быть расположен в разрезе второго кольца 6 (фиг. 7).

Цилиндро-поршневая группа может быть снабжена дополнительным кольцом 11, а в продольных элементах 8 могут быть выполнены поперечные проточки 12. При этом кольцо 11 установлено между кольцами 6 в канавке 13 поршня 5 и проточках 12 элементов 8 (фиг. 8).

Продольные элементы 8 могут быть подпружинены при помощи расположенных вдоль них ленточных экспандеров 14.

Предложенное устройство работая следующим образом. Поршень 5 двухтактного двигателя совершает в цилиндре 1 возвратно-поступательные перемещения от верхней мертвой точки к нижней. При движении к нижней мертвой точке поршень 5 своим верхним кольцом 6 и своей верхней кромкой открывает сначала выпускное окно 3. При этом продукты сгорания с достаточно высоким давлением перетекают из цилиндра 1 в атмосферу. Затем открывается продувочное окно 2, через которое поступает в цилиндр 1 сжатый либо в кривошипной камере, либо в нагнетателе ( на чертеже не показаны) свежий заряд и производится продувка полости цилиндра 1 и ее наполнение. При движении поршня 5 к верхней мертвой точке им сначала перекрывается Продувочное 2, а затем выпускное 3 окна, и происходит сжатие свежего заряда с последующим его воспламенением, сгоранием и расширением. При отсутствии продольных уплотнений цилиндро-поршневой группы продукты сгорания в начале выпуска перетекают по кольцевому зазору вокруг поршня 5 и попадают в продувочное окно 2 и далее в кривошипную камеру, либо в нагнетатель. Возможно также обратное движение, например, сжатого свежего заряда из продувочного окна 2 в выпускное - 3 вокруг поршня 5 в конце выпуска, когда давление газов в районе выпускного окна 3 падает ниже атмосферного. В двигателях с кривошипно-камерной продувкой на такте всасывания возможно перетекание газов из выпускного окна 3 также вокруг поршня 5 через продувочное окно 2 в кривошипную камеру.

Указанное явление прогрессирует с увеличением диаметра цилиндра и, соответственно, теплового зазора, что не позволяет реализовать двухтактный рабочий цикл с щелевой продувкой на двигателях с классической компоновкой большой размерности.

Данного недостатка лишены двигатели с клапанной и клапанно-щелевой продувкой, а также двигатели с щелевой продувкой, но с расположением окон в разных поперечных плоскостях, например, с противоположно-движущимися поршнями.

В двигателях с классической компоновкой проблема может быть решена путем установки уплотнительных продольных элементов 8, препятствующих перемещению газов вокруг поршня 5.

В простейших вариантах выполнения (см. фиг. 4 и 5) продольные элементы 8 установлены между кольцами 6 с небольшим зазором и создают таким образом замкнуть@ уплотнительный контур на поверхности поршня 5 вокруг каждого из окон газораспределения в небольшом диапазоне перемещения поршня 5 в районе нижней мертвой точки. При этом чем большим выбирается соотношение длины продольного элемента к высоте окна, тем меньше величина переточек газов (особенно в двигателях с нагнетателем).

В другом варианте (фиг. 6) хвостовики 10 продольных элементов 8 за счет подпружинивания экспандерами 14 выполняют функции расширителей для колец 6, которые в данном случае могут быть изготовлены из неупругого материала, например, алюминия.

В варианте, изображенном на фиг. 7, конец продольного элемента 8 выполняет функции стопора кольца 6 от проворота относительно поршня 5, при этом разрез кольца 6 совпадает в плане с перегородкой 4 цилиндра 1, что является необходимым условием для работы двухтактного двигателя.

При необходимости установки дополнительных колец 11, например, в высокофорсированных двигателях (фиг. 8), то они устанавливаются в поперечных проточках 12 продольных элементов 8 и канавках 13 между кольцами 6.

Таким образом предложенное техническое решение позволяет выйти на новый этап развития двухтактных двигателей, в частности, большой размерности, за счет повышения эффективности проведения в них рабочего процесса.

Источники информации: 1. Круглев М.Г. Двухтактные комбинированные двигатели. М.: Машиностроение, 1977, с.8.

Патент США N 2208782, кл. 92 193, опубл. 1940.

Формула изобретения

1. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр с окнами газораспределения, разделенными перегородками, размещенный в цилиндре поршень, снабженный по меньшей мере двумя уплотнительными кольцами, расположенными в канавках и по меньшей мере двумя подпружиненными продольными элементами, установленными в соответствующих углублениях на цилиндрической поверхности поршня, отличающаяся тем, что подпружиненные продольные элементы установлены между уплотнительными кольцами с возможностью создания замкнутого уплотнительного контура на цилиндрической поверхности поршня и расположены в районе перегородок цилиндра с возможностью контактирования с ними.

2. Группа по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между наружными по отношению к продольным элементам кромки уплотнительных колец выполнено больше минимальной высоты окон газораспределения.

3. Группа по п.2, отличающаяся тем, что углубления для продольных элементов выполнены с длиной, превышающей расстояние между канавками, а продольные элементы установлены с возможностью контактирования своими концами с торцевыми поверхностями уплотнительных колец.

4. Группа по п. 2, отличающаяся тем, что продольные элементы снабжены расположенными на их концах хвостовиками, размещенными между поверхностью поршня и уплотнительными кольцами с возможностью контактирования с внутренними кольцевыми поверхностями последних.

5. Группа по п.2, отличающаяся тем, что продольные элементы выполнены с длиной, превышающей расстояние между уплотнительными кольцами, а по меньшей мере один конец продольного элемента расположен в разрезе уплотнительного кольца между его торцами.

6. Группа по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным кольцом, в продольных элементах выполнены поперечные проточки, а дополнительное кольцо установлено между уплотнительными кольцами в канавке поршня и поперечных проточках продольных элементов.

7. Группа по п.1, отличающаяся тем, что продольные элементы подпружинены при помощи ленточных экспандеров, расположенных вдоль продольных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8