ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЩЕЛЕВОЙ ПРОДУВКОЙ
CYLINDER-PISTON GROUP OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SLOTTED BLOWING

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к уплотнительным узлам цилиндропоршневой группы.
Уже известна цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой, содержащая цилиндр, в котором выполнены продувочные и выпускные окна, открываемые размещенным в нем поршнем, первое уплотнительное кольцо, установленное на поршне и контактирующее с уплотняемой поверхностью цилиндра, второе уплотнительное кольцо, взаимодействующее с уплотняемой поверхностью цилиндра и установленное на поршне на расстоянии от первого кольца, не меньшем высоты выпускного окна, продольные уплотнители, контактирующие с уплотняемой поверхностью цилиндра в районе расположения перегородок между продувочными и выпускными окнами и установленные в углублении поршня между первым и вторым кольцами (RU 2103534 С1, опубл., 27.01.1998).
Недостатком известной цилиндропоршневой группы является отсутствие самоустановки колец и продольных уплотнителей по уплотняемым поверхностям, и даже при точном выполнении расстояния между канавками под кольца и проточками в уплотнителях тепловые и механические деформации деталей снизят надежность уплотнения и колец, и продольных уплотнителей.
Техническим результатом является повышение надежности работы уплотнительного узла цилиндропоршневой группы как в части кольцевых, так и продольных уплотнителей.
Поставленная задача достигается тем, что цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой, содержит цилиндр, в котором выполнены продувочные и выпускные окна, открываемые размещенным в нем поршнем, первое уплотнительное кольцо, установленное в кольцевой канавке поршня и контактирующее с уплотняемой поверхностью цилиндра, второе уплотнительное кольцо, взаимодействующее с уплотняемой поверхностью цилиндра и установленное в кольцевой канавке поршня на расстоянии от первого кольца, не меньшем высоты выпускного окна, продольные уплотнители, контактирующие с уплотняемой поверхностью цилиндра в районе расположения перегородок между продувочными и выпускными окнами и установленные в углублении поршня между первым и вторым кольцами. Согласно изобретению, в каждом углублении поршня установлены, по меньшей мере, два продольных уплотнителя, контактирующих между собой своими боковыми поверхностями, при этом в первом уплотнителе выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит первое кольцо с возможностью уплотнения нецилиндрических, например, плоских поверхностей первого кольца и уплотняемой проточки, и во втором продольном уплотнителе выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит второе кольцо с возможностью уплотнения плоских нецилиндрических поверхностей второго кольца и проточки.
Поставленная задача достигается также тем, что торцевая поверхность продольного уплотнителя расположена с зазором относительно нецилиндрической поверхности кольца, не входящего в уплотняемую проточку указанного уплотнителя, либо в продольном уплотнителе дополнительно выполнена свободная проточка, в которой с зазором расположено кольцо, не входящее в уплотняемую проточку указанного уплотнителя.
Поставленная задача достигается также тем, что продольные уплотнители подпружинены с помощью упругих элементов.
Поставленная задача достигается также тем, что в дополнительной кольцевой канавке поршня может быть установлено дополнительное кольцо, пересекающее продольные уплотнители, при этом в каждом углублении поршня размещен дополнительный уплотнитель, в котором выполнена, по меньшей мере, уплотняемая проточка, а в соседних уплотнителях одного углубления выполнены дополнительные свободные проточки.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показана описываемая цилиндропоршневая группа;
на фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - вид В на фиг. 1;
на фиг. 5 - вид Б в варианте выполнения продольных уплотнителей;
на фиг 6 - вид В в варианте выполнения продольных уплотнителей;
на фиг. 7 показана схема расположения элементов уплотнения;
на фиг. 8 - продольный разрез по уплотнителю 11 в варианте выполнения;
на фиг. 9 показан вариант выполнения с дополнительными кольцом и продольным уплотнителем.
Цилиндропоршневая группа содержит цилиндр 1 с уплотняемой поверхностью 2, в котором выполнены продувочные 3 и выпускные 4 окна газораспределения, разделенные перегородками 5 цилиндра 1. В цилиндре 1 размещен поршень 6, снабженный первым кольцом 7 и вторым кольцом 8. Кольца 7 и 8 расположены в кольцевых канавках 9 поршня 6 и взаимодействуют с уплотняемой поверхностью 2 цилиндра 1. При этом второе кольцо 8 расположено на расстоянии от первого кольца 7, не меньшем высоты выпускного окна 4. В поршне 6 выполнены углубления 10, в которых между первым 7 и вторым 8 кольцами установлены, по меньшей мере, два продольных уплотнителя 11 и 12, контактирующие между собой своими боковыми поверхностями. В уплотнителе 11 выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка 13, в которую входит первое кольцо 7 с возможностью уплотнения его нецилиндрических, например, плоских поверхностей 14 и поверхностей 15 уплотняемой проточки 13. В продольном уплотнителе 12 выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка 16, в которую входит второе кольцо 8 с возможностью уплотнения его нецилиндрических, например, плоских поверхностей 17 и поверхностей 18 уплотняемой проточки 16. Уплотнители 11 и 12 контактируют с уплотняемой поверхностью 2 цилиндра 1 в районе расположения перегородок 5 между продувочными 3 и выпускными 4 окнами.
В варианте выполнения, при котором в каждом продольном уплотнителе выполнена только уплотняемая проточка 13 или 16, торцевая поверхность 19 продольного уплотнителя 11 расположена с зазором 20 относительно нецилиндрической поверхности 17 кольца 8, не входящего в уплотняемую проточку 13 указанного уплотнителя 11. Аналогично, торцевая поверхность 21 продольного уплотнителя 12 расположена с зазором 20 относительно нецилиндрической поверхности 14 кольца 7, не входящего в уплотняемую проточку 16 указанного уплотнителя 12.
Продольные уплотнители 11 и 12 имеют боковые поверхности 22, например, плоские, а углубление 10 имеет боковые стенки 23.
Возможен вариант выполнения с удлиненными продольными уплотнителями 11 и 12. При этом в уплотнителе 11 дополнительно выполнена свободная проточка 24, в которой с зазором 20 расположено кольцо 8, не входящее в его уплотняемую проточку 13, а в уплотнителе 12 выполнена свободная проточка 25, в которой расположено кольцо 7, не входящее в его уплотняемую проточку 16.
Во всех вариантах выполнения желательна установка упругих элементов, например ленточных экспандеров 26, в углублениях 10 поршня 6 под продольными уплотнителями 11 и 12.
В поршне 6 может быть выполнена дополнительная кольцевая канавка 27, в которой установлено дополнительное кольцо 28, пересекающее продольные уплотнители 11 и 12. При этом в каждом углублении 10 поршня 6 размещен дополнительный продольный уплотнитель 29, в котором выполнена, по меньшей мере, уплотняемая проточка 30, а в соседних уплотнителях, находящихся с уплотнителем 29 в одном углублении 10, выполнены дополнительные свободные проточки 31.
Предложенное устройство работает следующим образом. Поршень 6 двухтактного двигателя совершает в цилиндре 1 возвратно-поступательные перемещения от верхней мертвой точки к нижней. При движении к нижней мертвой точке поршень 6 своим первым кольцом 7 открывает сначала выпускное окно 4. При этом продукты сгорания с достаточно высоким давлением перетекают из цилиндра 1 в атмосферу. Затем открывается продувочное окно 3, 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 6 к верхней мертвой точке им сначала перекрывается продувочное 3, а затем выпускное 4 окна, и происходит сжатие свежего заряда с последующим его воспламенением, сгоранием и расширением. При отсутствии продольных уплотнителей 11 и 12 продукты сгорания в начале выпуска перетекают по кольцевому зазору вокруг поршня 6 и попадают в продувочное окно 3 и далее в кривошипную камеру либо в нагнетатель. Возможно также обратное движение, например, сжатого свежего заряда из продувочного окна 3 в выпускное 4 вокруг поршня 6 в конце выпуска, когда давление газов в районе выпускного окна 4 падает ниже атмосферного. В двигателях с кривошипно-камерной продувкой на такте всасывания возможно перетекание газов из выпускного окна 4 также вокруг поршня 6 через продувочное окно 3 в кривошипную камеру.
Указанное явление прогрессирует с увеличением диаметра цилиндра и, соответственно, теплового зазора, что затрудняет реализацию двухтактного рабочего цикла 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 продольных уплотнителей 11 и 12, препятствующих перемещению газов вокруг поршня 6.
В случае установки продольных уплотнителей между кольцами с небольшим зазором, как показано на фиг. 4 RU 2103534 С1, не достигается достаточная газовая плотность уплотняемых объемов. Для увеличения эффективности уплотнения в продольных уплотнителях выполняют проточки, в которые устанавливают кольца, как показано на фиг. 6-8 RU 2103534 С1. При достаточно плотной установке кольца в проточку в указанных вариантах возникает опасность нарушения уплотнения даже при очень точном соответствии расстояния между проточками продольных уплотнителей и расстояния между кольцевыми канавками колец. Механические и термические деформации при работе двигателя могут нарушить указанное выше соответствие. Например, одно из колец может отойти от уплотняемой плоскости канавки в поршне и удерживаться в канавках продольного уплотнителя.
Для предотвращения указанных нежелательных явлений в каждое углубление 10 укладывают более одного продольного уплотнителя, например, 11 и 12. Тогда достаточно плотное взаимодействие с минимально возможным зазором между поверхностями 14 кольца 7 и поверхностями 15 уплотняемой проточки 13 затрудняет перетекание газообразной среды через указанное сопряжение кольца 7 и продольного уплотнителя 11. Такое же плотное взаимодействие поверхностей 17 кольца 8 и поверхностей 18 проточки 18, выполненной в продольном уплотнителе 12, затрудняет перетекание газообразной среды через сопряжение кольца 8 и продольного уплотнителя 12. Плотный контакт боковых взаимодействующих поверхностей 22 уплотнителей 11 и 12, а также плотный контакт боковой поверхности 22 одного из уплотнителей с боковой стенкой 23 углубления 10 замыкает контур уплотнения по всему его периметру на цилиндрической поверхности поршня 6. При этом различные тепловые расширения поршня 6 и уплотнителей 11 и 12, а также механические деформации от механических нагрузок не мешают самоустановке как колец 7 и 8, так и продольных уплотнителей по уплотняемым ими поверхностям за счет выполнения зазора 20 между торцевыми поверхностями 19 и 21 и соответствующими поверхностями колец 7 и 8. В случае выполнения уплотнителей 11 и 12 удлиненными, свободные проточки 24 и 25 также не мешают самоустановке элементов уплотнения за счет зазора 20.
При необходимости использования дополнительного кольца 28, пересекающего углубления 10, в последние укладывают дополнительный продольный уплотнитель 29 с уплотняемой проточкой 30, в которую с требуемым минимальным зазором входит кольцо 28. Тогда в соседних с уплотнителем 29 уплотнителях 11 и 12, находящихся в том же углублении 10, выполняют свободные проточки 31, в которые с гарантированным зазором 20 уложено кольцо 28.
Таким образом, использование заявленного изобретения повышает надежность работы уплотнительного узла цилиндропоршневой группы как в части кольцевых, так и продольных уплотнителей за счет самоустановки каждой группы взаимодействующих между собой уплотняемых поверхностей различных элементов системы уплотнения.