Поршневая машина

Полезная модель относится к машиностроению и может применяться главным образом в двигателях внутреннего сгорания, а также в поршневых компрессорах, насосах и системах гидравлики.
Известна поршневая машина, включающая цилиндропоршневую группу, на каждом поршне которой установлен динамический усилитель компрессии (ДУК), состоящий из стопорного элемента, двух вкладышей, размещенных в выемках на боковой поверхности поршня под верхним компрессионным кольцом симметрично относительно оси замка компрессионного кольца (RU 2120050, МПК F02F 5/00, опубл. 1998.10.10. Поршневая машина [1]).
Существенными недостатками известного технического решения [1] являются сложность и ненадежность конструкции, а следовательно недолговечность и малый моторесурс поршневой машины.
Из уровня техники известно также техническое решение GB (Великобритания) 441224, МПК F16J 9/24, опубл. 1936.01.15. Поршневая машина [2].
Поршневая машина [2] содержит, по меньшей мере, одну цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами и с динамическим усилителем компрессии, выполненным за одно целое с кольцами в виде выступов, а на соответствующих поверхностях поршня выполнены углубления для размещения выступов, которые одновременно выполняют функцию стопорного элемента для фиксированного размещения колец (прототип). В нижней части поршня выполнена канавка для размещения маслосъемного кольца.
Данное [2] изобретение также является сложным, ненадежным и недолговечным. Это подтверждается тем, что:
а) на поверхности поршня выполнены углубления для размещения выступов;
б) имеет место неравномерность износа пар трения «кольцо-цилиндровая втулка» и непредохраненность кольца от загрязнения, так как размещение кольца не свободное, а фиксированное (Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л., «Судостроение», 1977. (стр. 22 последний абзац) [3]);
в) происходит быстрое изнашивание кольца в зоне замка (Двигатели внутреннего сгорания: Констуирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Д.Н. Вырубов, С.И. Ефимов, Н.А. Ивашенко и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – М.: Машиностроение, 1984. - 384 (стр. 160 второй абзац) [4]).
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности и увеличении моторесурса поршневой машины.
Технические результаты предлагаемой полезной модели заключаются:
1. В предохранении компрессионных колец от загрязнений;
2. В обеспечении снижения износа пар трения «канавка поршня - компрессионное кольцо», «компрессионное кольцо - цилиндровая втулка»;
3. В улучшении виброакустических характеристик (до 2 дБ) поршневой машины.
Указанные технические результаты достигаются тем, что ДУК размещен в одной канавке поршня и выполнен в виде двух смежных - верхнего и нижнего компрессионных колец, каждое из которых с диаметрально противоположной стороны замка выполнено с продольным выступом, при этом выступ одного - верхнего кольца входит в замок другого - нижнего кольца, а выступ второго - нижнего кольца входит в замок верхнего кольца с образованием замкнутого контура.
ДУК заявленной полезной модели не требует специальных технологических операций поршня, например, углубления, которые предусмотрены у прототипа [2].
Благодаря симметрии двух колец с выступами в замках соответствующих колец, а также возможности совместного, как одно целое, свободного вращения в канавке поршня обеспечивается бесперекосность и равномерность износа пар трения «компрессионное кольцо - цилиндровая втулка» и предохранение колец от загрязнения (так как размещение ДУК свободное).
Симметричность двух смежных - верхнего и нижнего компрессионных колец обеспечивает центральное положение поршня, при котором его продольная и поперечная оси совпадают с осями втулки цилиндра, а тепловой зазор имеет одинаковую величину по всей окружности тронка поршня. Во время работы двигателя нормальная составляющая движущей силы, действующей на поршень, изменяет свою величину и направление (Зинченко В.И. Шум судовых дизелей. Л., Судпромгиз, 1957. (стр. 133-153) [4]).
При изменении знака действия нормальной силы, то есть в мертвых точках, происходит перекладка поршня. Поэтому, вышеуказанные особенности способствуют уменьшению колебаний втулки, вызванных ударом поршня вблизи верхней мертвой точки на рабочем такте [3,4].
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает:
1. Существенное улучшение виброакустических характеристик поршневых машин, снижение кавитации втулок цилиндров, поскольку наиболее интенсивным источником вибрации и, как следствие, шума являются колебания цилиндровых втулок и блоков, возникающие в результате перекладок и кантования поршня;
2. Снижение износа поршневых колец и поршневых канавок, расхода масла на угар. По мере изнашивания тронка поршня и зеркала втулки цилиндра эффект от ДУК возрастает.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена цилиндропоршневая группа, на фиг. 2 - часть-фрагмент ДУК в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - разделенные аксонометрические проекции элементов динамического усилителя компрессии; а на фиг. 4 - ДУК в сборе, установленный в цилиндровой втулке.
Поршневая машина содержит, по меньшей мере, одну цилиндропоршневую группу, включающую цилиндр 1, поршень 2, канавки 3, 4 поршня, одна (3) для размещения маслосъемного кольца, другая (4) для размещения двух смежных нижнего 6 и верхнего 7 компрессионных колец, каждое из которых с диаметрально противоположной стороны замка 8, 9 (фиг. 1-4) выполнено с продольным выступом 10 и 11. При этом выступ 11 одного - верхнего 7 кольца входит в замок 9 другого - нижнего 6 кольца, а выступ 10 второго - нижнего 6 входит в замок 8 верхнего 7 кольца с образованием замкнутого контура в одной канавке 4 поршня 2 (фиг. 1, 3, 4).
Два смежных - нижних 6 и верхних 7 компрессионных кольца, выступы 10 и 9, размещенные в замках 8 и 9 (фиг. 3, 4), образующие замкнутый контур, составляют ДУК (позиции 6-10, фиг. 1, 3, 4).
На фиг 1 обозначены: 12 - палец поршня, 13 - шатун поршневой машины.
Поршневая машина работает по известному принципу [3- стр. 22]. При возвратно-поступательном движении поршня 2 (фиг. 1) кольца 6, 7 прижимаются к зеркалу цилиндра 1 за счет собственной их упругости и давления газов, проникающих в заколечные полости канавки 4 (фиг. 1). Лабиринтное действие колец 6, 7 обеспечивается путем перетекания газов через зазоры над кольцом 7 и заколечные полости поршневых колец 6, 7 (фиг. 1). Предотвращение прорыва газов в картер двигателя обеспечивается динамическим усилителем компрессии (позиции 6-10, фиг. 1, 4), который в свою очередь прилегает вместе с кольцом 6 (фиг. 4) к зеркалу цилиндра 1, тем самым, блокируя прорыв газов через зазор замка 8 компрессионного кольца 6 в пространство между поршнем 2 и цилиндром 1 (фиг. 1).
Выше изложенные особенности подтверждают достаточную надежность предложенной конструкции ДУК (фиг. 1-4), обеспечивающей эффективность уплотнения компрессионного кольца, малошумность и высокий моторесурс поршневой машины.
ДУК может применяться также в поршневых компрессорах и насосах, в регуляторах частот вращения, в гидравлических и других системах.