ПОРШНЕВАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения и может применяться главным образом в двигателях внутреннего сгорания, а также в поршневых компрессорах, насосах и системах гидравлики.
Известна поршневая машина (патент Великобритании GB 441224, МПК F16J 9/24, опубл. 1936.01.15. Поршневая машина [1]), а именно двухтактный двигатель с контурной схемой продувки и расположением продувочных и выпускных окон в цилиндре. Внутри цилиндра находятся поршень с размещенными в его шести канавках шестью компрессионными кольцами и динамический усилитель компрессии (ДУК).
Существенным недостатком данного технического решения [1] является то, что выступ - ДУК на кольцах предусмотрен только с одной стороны замка (каждого кольца). Указанное решение для четырехтактных двигателей особенно является не достаточно эффективным по обеспечению компрессии и высокого ресурса поршневой машины, поскольку в современных двигателях, как правило, число компрессионных колец не более двух.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является техническое решение - Заявка на изобретение. Поршневая машина.
RU 2006 118461, МПК 5.00 (2006.01) [2].
Поршневая машина [2] содержит по меньшей мере, одну цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами и динамический усилитель компрессии, выполненный за одно целое с кольцами в виде выступов, размещенных в специальных углублениях на соответствующих поверхностях поршня, образуя соответствующими поверхностями колец замкнутый контур (прототип).
Выступы располагаются симметрично относительно размещения замков поршневых колец на расстоянии не менее 8 мм от одного из них. Углубления для размещения выступов, одновременно выполняют функцию стопорного элемента для фиксированного размещения колец.
Такое расположение замков и выступов колец при возвратно-поступательном движении и перекладке поршня снижает эффективность компрессии, вызывает неизбежный перекос колец, увеличение нормальной-боковой силы, действующей на втулку цилиндра, и числа перекладок. Это влечет за собой увеличение вибрации, износ цилиндропоршневой группы, кавитации втулок цилиндров и, следовательно, снижение ресурса поршневой машины
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности по обеспечению компрессии поршневых колец и высокого ресурса поршневой машины, снижения вибрации и кавитации, поскольку в современных двигателях, как правило, число компрессионных колец не более двух.
Указанный технический результат достигается тем, что замки верхнего и нижнего компрессионных колец размещены диаметрально противоположно, при этом выступ на верхнем кольце - слева от замка, а на нижнем кольце - справа от замка (или наоборот, выступ на верхнем кольце - справа от замка, а на нижнем кольце - слева от замка) на расстоянии равном, по меньшей мере, толщине кольца.
Диаметрально противоположное расположение выступов и колец совместно обеспечивают симметричность системы (поршень - кольца - замки - выступы - углубления, замкнутые контуры) динамического усилителя компрессии, что предотвращает возможность перекоса колец.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена цилиндропоршневая группа поршневой машины при ходе поршня от верхней мертвой точки (В.М.Т.) к нижней мертвой точке (Н.М.Т.) на такте сгорания и расширения (рабочего хода), на фиг.2 - при ходе поршня от Н.М.Т. к В.М.Т. на такте сжатия.
Поршневая машина содержит, по меньшей мере, одну цилиндропоршневую группу, включающую цилиндр 1, поршень 2 с поршневыми верхним 3 и нижним 4 канавками, размещенные в соответствующих поршневых канавках верхнее 5 и нижнее 6 компрессионные кольца с динамическим усилителем компрессии, выполненным за одно целое с кольцами в виде выступа 7 верхнего кольца 5 и выступа 8 нижнего кольца 6.
На соответствующих поверхностях поршня 2 выполнены специальные углубления 9 для размещения выступа 7 кольца 5 (фиг.1) и выступа 8 кольца 6.
На фиг.1 выступ 8 и углубление 10 показаны пунктирными линиями, поскольку они расположены диаметрально противоположно.
Замки А (верхнего кольца), В (нижнего кольца) в соответствующих канавках 3, 4 поршня расположены диаметрально противоположно.
При этом выступ 7 на одном, например, верхнем кольце 5 расположен слева от замка А на расстоянии С, равном по меньшей мере толщине кольца, а выступ на другом - нижнем кольце 6 расположен справа от замка В на упомянутом расстоянии. Торец выступа 7 верхнего кольца 5 лежит на радиальной верхней плоскости нижнего кольца 6, а торец выступа 8 нижнего кольца 6 находится в контакте с радиальной нижней плоскостью верхнего кольца 5, которые совместно блокируют прорыв газов к замкам А и В колец 5 и 6, составляя замкнутый контур.
Поршневая машина работает по известному принципу, а механизм предотвращения прорыва газов в картер благодаря динамическому усилителю компрессии работает следующим образом.
При ходе поршня 2 вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. на такте сжатия положение компрессионных колец 5, 6 меняется. Силами инерции, давления и трения кольца 5, 6 прижимаются к нижним кромкам I, К канавок 3 и 4. Давление в камере сгорания повышается и газ протекает из камеры сгорания G через зазор А замка кольца 5 в пространство между компрессионными кольцами 5, 6. За счет возрастающего давления газа происходит перемещение выступов 7 и 8 динамического усилителя компрессии в пределах зазора углублений 9 и 10, т.е. выступ 7 кольца 5 перемещается в пределах зазора углубления 9, а выступ 8 кольца 6 перемещается вправо в пределах зазора углубления 10 как показано на фиг.1. Выступы 7 и 8 плотно прижимаются к поверхности поршня и препятствуют прорыву газов в область зазора В замка второго - нижнего 6 кольца.
При ходе поршня 2 вниз (фиг.1) от В.М.Т. к Н.М.Т. на такте сгорания и расширения (рабочего хода) кольца 5 и 6 прижимаются к верхней кромке D, Е соответственно канавок 3 и 4 поршня 2, газ протекает из камеры сгорания G через зазор А замка верхнего кольца 5 и останавливается в районе, образованном верхним 5 и нижним 6 кольцами и соответствующими выступами 7 и 8 динамического усилителя компрессии. При ходе поршня 2 вверх (фиг.2) от Н.М.Т. к В.М.Т. на такте выпуска компрессионные кольца 5, 6 прижимаются к нижним кромкам I, К канавок 3, 4. Давление газа в камере сгорания остается по-прежнему выше давления в картере. Поэтому выступы 7, 8 динамического усилителя компрессии остаются в прежнем положении.
Предложенная конструкция динамического усилителя компрессии с диаметрально противоположным расположением выступов и колец совместно обеспечивающие симметричность системы (поршень - кольца - замки - выступы -углубления, замкнутые контуры) подтверждает его простоту, а при работе двигателя эффективно компенсирует отрицательное воздействие эксплуатационного износа цилиндропоршневой группы, повышая тем самым ресурс поршневой машины. Высокая компрессия снижает величину нормальной - боковой силы, действующей на втулку цилиндра при перекладках поршня, число перекладок, а следовательно, вибрацию, износ цилиндропоршневой группы и кавитации втулок цилиндров.
Источники информации
1. GB (Великобритания) 441224, МПК F16J 9/24, опубл. 1936.01.15. Поршневая машина.
2. RU 2006 118461, МПК 5.00 (2006.01) Заявка на изобретение. Поршневая машина (прототип).