кольцевое уплотнение цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания

Формула изобретения

Кольцевое уплотнение цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень со ступенчатой проточкой, на которую установлены неразрезные уплотнительные и проставочные кольца с образованием плотного соединения вдоль оси поршня, отличающееся тем, что оно содержит дополнительное упорное кольцо, а проставочные кольца выполнены Г-образного сечения, в просветах которых установлены самоустанавливающиеся нижнее и верхнее уплотнительные кольца и промежуточная многовитковая пружина с предварительной осевой и угловой деформациями, причем к торцам нижних уплотнительных колец через проставочные кольца равномерно по окружности подведены каналы, а в нижнем проставочном кольце выполнены радиальные каналы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетического и транспортного машиностроения, преимущественно двигателестроения, и может быть использовано в поршневых компрессорах и машинах.

В современных поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для уплотнения рабочего объема и эффективности преобразования энергии рабочего тела в полезную механическую работу цилиндропоршневая группа (ЦПГ) снабжается кольцевым уплотнением, содержащим цилиндр, поршень с кольцевыми канавками, в которые устанавливаются с начальным радиальным давлением уплотнительные и маслосъемные самопружинящие разрезные кольца (Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей /Под ред. А.С.Орлина, М.С.Круглова. - М.: Машиностроение, 1984, с.117...134, 157...163).

В условиях эксплуатации ДВС с такими уплотнениями в ЦПГ возникают значительные потери мощности, существенно снижаются технико-экономические показатели и срок службы ЦПГ двигателя (Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие / Под ред. P.M.Петриченко. Л.: изд. Лен. ун-та, 1990, с.5...30).

Известно также уплотнение пары поршень-цилиндр двигателя внутреннего сгорания (а.с. СССР. №1820109, 05.09.90), которое снабжено L-образным стопорным кольцом, цилиндром, выполненным из чугуна, уплотнительными кольцами, выполненными из стали неразрезными и установленными в количестве не менее трех в ступенчатую проточку, выполненную на поршне, в чередующемся порядке с диаметральными зазорами, равными соответственно: первое и последующие нечетные кольца с поверхностью направляющего цилиндра - (0,00018...0,00025)·D, где D-диаметр цилиндра, с поверхностью проточки на поршне (0,004...0,008)·D, четные кольца (проставочные) установлены с нулевым зазором или натягом с поверхностью проточки и с зазором (0,004... 0,008)·D с поверхностью направляющего цилиндра, при этом уплотнительные кольца установлены вдоль оси поршня с образованием плотного соединения между торцевыми поверхностями проточки и L-образного стопорного кольца, причем уплотнительные кольца выполнены прямоугольного сечения высотой (0,015...0,030)·D и шириной - (0,020...0,040)·D.

Недостатком такого кольцевого уплотнения является неизбежное нарушение осевой плотности соединения уплотнительных и проставочных колец в условиях эксплуатации при воздействии радиальных перекладок поршня. Это сопровождается интенсивными износами боковых и торцевых поверхностей уплотнительных и проставочных колец, появлением значительных осевых вибрационных перемещений всего комплекта кольцевого уплотнения, что приводит к потере герметичности рабочей полости и повышению потерь мощности за счет утечек рабочего тела, снижению надежности и ресурса кольцевого уплотнения.

Кроме того, на рабочей поверхности цилиндра смазочное масло распределяется крайне неравномерно по периметру, что усложняет работу упругого разрезного маслосъемного кольца и требует установки дополнительного расширителя для повышения радиального давления маслосъемного кольца (до 1 МПа) на поверхность цилиндра, что снижает механический коэффициент полезного действия двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности уплотнения, улучшения смазывания уплотняющих поверхностей и повышение моторесурса цилиндропоршневой группы.

Поставленная задача решается таким образом, что в кольцевом уплотнении цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень со ступенчатой проточкой, на которую установлены неразрезные уплотнительные и проставочные кольца с образованием плотного соединения вдоль оси поршня, уплотнение содержит дополнительное упорное кольцо, а проставочные кольца выполнены Г-образного сечения, а в просветы проставочных колец Г-образного сечения установлены самоустанавливающиеся нижнее и верхнее неразрезные уплотнительные кольца и промежуточная многовитковая пружина с предварительной осевой и угловой деформациями, причем к торцам нижних уплотнительных колец через проставочные кольца Г-образного сечения равномерно по окружности подведены каналы, а в нижнем проставочном кольце Г-образного сечения выполнены и радиальные каналы.

На чертеже изображено универсальное кольцевое уплотнение.

В цилиндре 1 установлен поршень 2, на ступенчатую проточку которого установлены нижние неразрезные уплотнительные кольца 3, промежуточные пружины 4, верхние неразрезные уплотнительные кольца 5, проставочные кольца Г-образного сечения 6, 7 и 8, упорное кольцо 9 и нажимная гайка 10 для крепления всего уплотняющего комплекта на поршне. После крепления этого комплекта осевая и радиальная подвижность уплотнительных колец и промежуточной пружины сохраняется.

Уплотнение работает следующим образом. Давление Р_i рабочего тела передается по зазору между цилиндром 1 и головкой поршня 2 на верхнее неразрезное уплотнительное кольцо 5 верхней кольцевой канавки поршня 2, уплотнительное кольцо 5 перемещается в пределах осевого зазора, деформирует промежуточную пружину 4 и выдавливает на поверхности скольжения цилиндра 1 остатки смазки с торцевых поверхностей витков промежуточной пружины 4. Утечки рабочего тела перетекают через зазор сопряжения уплотнительных колец 5 и 3 и цилиндра 1, а также через неплотности опорных торцевых поверхностей промежуточной пружины 4, после чего утечки перетекают через зазор сопряжения остальных уплотнительных колец 5 и 3 и цилиндра 1, при этом утечки расширяются в заколечных объемах, снижая давление и температуру перед очередной кольцевой канавкой поршня. 2.

Через проставочные кольца Г-образного сечения 6 и 7 равномерно по окружности подведены каналы для смазки и сообщения с полостью картера двигателя торцевой поверхности нижних уплотнительных колец 5.

Весь комплект проставочных колец Г-образного сечения 6, 7 и 8 при креплении нажимной гайкой 10 через упорное кольцо 9 опирается на ступенчатую проточку поршня и образует плотное соединение вдоль оси поршня 2.

Наличие промежуточной пружины с начальной осевой затяжкой и масляной пленки в ее межвитковых зазорах обеспечивает надежный контакт торцевых уплотнительных поверхностей, повышая герметичность уплотнения, и препятствует возникновению нежелательных осевых вибраций уплотнительных колец.

Начальная угловая деформация пружины в рабочем состоянии внутри цилиндра обеспечивает дополнительную герметичность кольцевого уплотнения при минимальном давлении на поверхности скольжения.

Новое универсальное кольцевое уплотнение длительно сохраняет геометрические характеристики уплотнительных поверхностей, существенно повышая эффективность и моторесурс цилиндропоршневой группы.