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 и нижнее компрессионные разрезные кольца и маслосъемное разрезное кольцо, причем верхнее и нижнее компрессионные разрезные кольца зафиксированы на поршне фигурной шпонкой, а маслосъемное разрезное кольцо зафиксировано на поршне скобой. Изобретение повышает надежность работы уплотнительного устройства и увеличивает срок службы. 3 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, МПК F 16 J 9/00, 27.07.1999), содержащее в канавке поршня два соосно расположенных и контактирующих между собой плоских компрессионных кольца, фиксатор, выполненный разрезным круглым и контактирующий 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, МПК F 16 J 9/00, 27.05.2001). 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 цилиндропоршневую пару, верхнее и нижнее компрессионные разрезные кольца и маслосъемное разрезное кольцо, причем верхнее и нижнее компрессионные разрезные кольца фиксируются на поршне фигурной шпонкой, а маслосъемное разрезное кольцо фиксируется на поршне скобой.

На фиг.1 представлена схема сборки и стопорения верхнего и нижнего компрессионных разрезных и маслосъемного разрезного колец, на фиг.2 представлен узел стопорения верхнего и нижнего компрессионных разрезных колец.

Уплотнительное устройство поршня состоит из поршня 1, в канавке которого расположено верхнее компрессионное разрезное кольцо 2, нижнее компрессионное разрезное кольцо 3, маслосъемное разрезное кольцо 4, включающее в себя распорную пружину 5 (см. фиг.3), которая установлена в кольцевую проточку маслосъемного разрезного кольца 4, установленного со стороны поршня 1. Верхнее 2 и нижнее 3 компрессионные разрезные кольца обеспечивают уплотнение поршня 1 с цилиндром 6. Условием установки всех компрессионных разрезных и маслосъемного колец является диаметральная плоскость поршня, перпендикулярная к оси поршневого пальца 7, должна проходить через замки 8, 9, 10 колец 2, 3, 4. Верхнее и нижнее компрессионные разрезные кольца 2, 3 фиксируются на поршне 1 фигурной шпонкой 11 с учетом зазоров Δ - регламентируемый зазор между концами разрезных компрессионных колец 2 и 3. Маслосъемное разрезное кольцо 4 фиксируется с помощью фиксации ее распорной пружины 5 через отверстие, просверленное в канавке маслосъемного кольца 4 в поршне 1, скобой 12. Непроворачивание маслосъемного разрезного кольца 4 вокруг оси поршня 1 обеспечивается повышенным коэффициентом трения между зафиксированной распорной пружиной 5 и внутренней поверхностью кольца 4, имеющей щелевидные отверстия 13 для стека масла. Кинетическая энергия поршня 1 передается через шатун 14. Нижнее компрессионное разрезное кольцо 3 при окончательной сборке разворачивают замком 9 на 180 градусов относительно оси поршня 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При работе пары поршень 1 - цилиндр 6 шатун 14 кроме возвратно-поступательного движения совершает колебательные движения вокруг оси поршневого пальца 7 и относительно вертикальной оси поршня 1. При колебательном движении ось поршня 1 составляет с осью шатуна 14 в каждый момент времени определенный угол с определенным направлением и горизонтальная составляющая силы перпендикулярной оси поршневого пальца 7 и оси поршня 1 (от реакции шатунно- поршневой пары, направленной вдоль оси шатуна 14) также будет иметь знакопеременную величину.

Сила давления на площадках а, в, с и а', в', с' состоит из сил упругости колец 2, 3, 4 и горизонтально составляющая сила, параллельная оси поршневого пальца 7, возникающая от погрешностей изготовления деталей, - это несовпадение осей цилиндра 6 и поршня 1, неперпендикулярность осей поршня 1 и оси поршневого пальца 7 и т.д. Равнодействующая (горизонтальная составляющая сила, параллельная оси поршневого пальца 7, с суммой сил упругости колец 2, 3, 4) несравнима мала по сравнению с силами, возникающими от колебательного воздействия шатуна 14. И поэтому износ трущихся поверхностей по площадкам а, в, с и а', в', с' ничтожно мал, что ограничивает разжим в замках всех колец 2, 3, 4, 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 трех колец" 2, 3, 4 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, обеспечить хорошую работу малосъемного кольца: a) увеличение компрессии (и ее долгое сохранение); в) отсутствие контакта горячих газов с маслом - это низкий расход масла; c) улучшение экологии (отсутствие угара от масла); d) экономия топлива.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство поршня, включающее цилиндропоршневую пару, верхнее и нижнее компрессионные разрезные кольца и маслосъемное разрезное кольцо, отличающееся тем, что верхнее и нижнее компрессионные кольца установлены в разных канавках на поршне и зафиксированы фигурными шпонками, а маслосъемное разрезное кольцо фиксируется на поршне скобой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3