ПОРШНЕВАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)
RECIPROCATOR (VERSIONS)

Изобретение 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. Аналогичное решение представлено в патенте RU 2195563, МПК F02F 5/00, опубл. 2002.12.27. Поршневая машина].
Из уровня техники известны также технические решения:
SU 1252527, F02F 5/00, опубл. 1986.08.23. Цилиндропоршневая группа;
SU 1652636, F02F 3/00, F16J 1/02, опубл. 1996.12.30. Цилиндропоршневая группа;
SU 2043529, F02F 1/00, F02F 5/00, опубл. 1995.09.10. Цилиндропоршневая группа ДВС;
RU 2050456, МПК F02F 3/00, 5/00, опубл. 1995.12.20. Поршень;
RU 2059854, МПК F02F 5/00, F02F 3/00, F16J 9/20, опубл. 1996.05.10. Поршневое уплотнение ДВС;
GB (Великобритания) 441224, МПК F16J 9/24, опубл. 1936.01.15. Поршневая машина.
Основными недостатками известных технических решений являются сложность и ненадежность конструкции, а следовательно, недолговечность и малый моторесурс поршневой машины.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является двухтактная поршневая машина по патенту GB №441224, содержащая, 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, а на соответствующих поверхностях поршня выполнены углубления для размещения выступов, которые одновременно выполняют функцию стопорного элемента для фиксированного размещения колец (прототип).
Данное изобретение также является сложным, ненадежным и недолговечным. Это подтверждается тем, что:
а) изготовление динамического усилителя компрессии, выполненного за одно целое с кольцами в виде выступов, технологично сложно;
б) на поверхностях поршня выполнены углубления для размещения выступов;
в) 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. (с. 22, последний абзац)].
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и увеличении моторесурса поршневой машины.
Предложено два варианта поршневой машины.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что динамический усилитель компрессии (ДУК) выполнен в виде глухого иксообразного профиля и установлен в стыке замка компрессионного кольца. Для этого торцевые его части выполнены в виде клина. Глухая плоскость, по меньшей мере, совпадает с внутренней цилиндрической плоскостью кольца, а открытая торцевая часть - с наружной цилиндрической плоскостью кольца, плоскости справа и слева ДУК выполнены в виде углублений - карманов в виде ласточкина хвоста. В этих карманах в виде ласточкина хвоста размещаются торцы компрессионного кольца. ДУК в виде глухого иксообразного профиля образует с замком компрессионного кольца кинематическую пару и герметично замкнутый контур. То есть компрессионное кольцо с ДУК в замке становится составным и герметично замкнутым, что способствует увеличению уплотняющего эффекта компрессионного кольца.
Учитывая, что наиболее быстрое изнашивание поршневых колец происходит в зоне замка [Двигатели внутреннего сгорания: конструирование 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 (с.160, второй абзац) [10]], ДУК - клин заявленного изобретения обеспечивает снижение изнашивания в зоне замка благодаря образованию герметично замкнутого контура.
Изобретение по первому варианту иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена цилиндропоршневая группа поршневой машины, на фиг.2, 3 - вид модернизированного компрессионного кольца, точнее зоны замка соответственно с внешней - рабочей и внутренней поверхностей кольца; на фиг.4 - вид компрессионного кольца с ДУК - глухим квазииксообразным профилем, установленного в цилиндровую втулку, совместно создающие замкнутый контур.
Поршневая машина содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1, поршень 2 с поршневыми канавками 3, 4, 5, размещенные в поршневых канавках компрессионные кольца 6 и 7, динамический усилитель компрессии 8.
На фиг.1-5 обозначены: 9 - маслосъемное кольцо; 10 - палец поршня; 11 - шатун (фиг.1); А, В - наружная и внутренняя поверхности кольца (фиг.2); С, D - верхняя и нижняя радиальные плоскости кольца (фиг.2); Е, F - торцевые клинья (фиг.2) замка компрессионного кольца 6 (фиг.1, 5); G, H - глухая (фиг.3) и верхняя плоскости ДУК (фиг.3, 4); I, J - углубления (фиг.4) - карманы в виде ласточкина хвоста); К - наружная поверхность ДУК (фиг.4, 5); L - замок кольца.
Поршневая машина работает по известному принципу [9, с. 22]. При возвратно-поступательном движении поршня 2 (фиг. 1) прижатие колец 6, 7 происходит вследствие собственной их упругости и давления газов, проникающих в заколечные полости канавок. Лабиринтное действие колец обеспечивается путем перетекания газов через зазоры над кольцами 6, 7 и в заколечные полости поршневых колец. Предотвращение прорыва газов в картер двигателя обеспечивается динамическим усилителем компрессии, т.е. глухим иксообразным профилем (фиг.1, 3, 4 и 5). Наличие ДУК предложенной конструкции обеспечивает плотное прилегание поверхностей углубления I, J (фиг.4) карманов клина (фиг.4, 5) к поверхностям Е, F (фиг.2) замка компрессионного кольца 6 (фиг.1, 5), которое, в свою очередь, плотно прилегает к зеркалу цилиндра 1 (фиг.1, 5), тем самым блокируя прорыв газов через зазор компрессионного кольца 6 (фиг.1, 5) в пространство между поршнем 2 и цилиндром 1 (фиг.1).
Технический результат по второму варианту достигается тем, что поршневая машина, содержащая, по меньшей мере, одну цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами с замком и динамический усилитель компрессии (ДУК), отличающаяся тем, что ДУК выполнен в виде клина, параллельные и тыльная плоскости клина выполнены с возможностью совпадения с верхними и нижними радиальными и внутренними осевой плоскостями компрессионного кольца, образуя герметично замкнутый контур.
На фиг.6 изображена цилиндропоршневая группа поршневой машины (второй вариант), на фиг.7 - вид одного из известных конструкций компрессионного кольца; фиг.8, 9 - вид модернизированного кольца фиг.7, точнее зоны замка соответственно с внешней - рабочей и внутренней поверхностями кольца; на фиг.10 - вид ДУК-клина с тыльной стороны; на 11 - вид ДУК-клина со стороны наклонных плоскостей, т.е. острия, или с передней стороны; на фиг.12 - вид кольца с ДУК-клином, установленного в цилиндровую втулку, совместно создающие замкнутый контур,
Поршневая машина по второму варианту также содержит (фиг.6), по меньшей мере, один цилиндр 1, поршень 2 с поршневыми канавками 3, 4, 5, размещенными в поршневых канавках компрессионные кольца 6 и 7, динамический усилитель компрессии 8.
На фиг.6-12 обозначены: 9 - маслосъемное кольцо; 10 - палец поршня; 11 - шатун (фиг.6); А, В - наружная и внутренняя поверхности кольца; С, D - верхняя и нижняя радиальные плоскости кольца; L - замок кольца (фиг.7-9); М, N - стыки или торцы кольца; О - высота кольца; Р - ширина кольца (фиг. 7); Q, R - торцевые части в районе замка (фиг. 8, 9); S,T - наклонные плоскости - пазы клина (фиг.10, 11); U, V - параллельные плоскости клина; W - «верхняя» плоскость клина (фиг.10, 11); X - торец - «острие» клина (фиг.11, 12); Y, Z - стыки или торцевые части кольца - замка (фиг.11, 12).
Поршневая машина по второму варианту (фиг.6-12) работает аналогичным образом. ДУК по первому и второму вариантам отличаются по конструкции.
Наличие ДУК предложенной конструкции (фиг.10, 11, 12) обеспечивает плотное прилегание поверхностей S, Т (фиг.10, 11) клина к поверхностям Q, R (фиг.7) замка компрессионного кольца 6 (фиг.6), которое в свою очередь плотно прилегает к зеркалу цилиндра 1 (фиг.6, 12), тем самым блокируя прорыв газов через зазор компрессионного кольца в пространство между поршнем 2 и цилиндром 1 (фиг.6, 12).
Важные преимущества заявленного изобретения заключаются в том, что конструкция динамического усилителя компрессии как по первому, так и по второму варианту никаких технологических изменений конструкции двигателя и изготовления специального компрессионного кольца не требует.
Предложенные конструкции ДУК (фиг.1-12) компенсирует отрицательное воздействие эксплуатационного износа цилиндропоршневой группы.
Хорошая компрессия компрессионного кольца благодаря составной конструкции, т.е. кольца с ДУК (фиг.1-12) вполне обеспечивает применение одного компрессионного кольца.
Кроме того, хорошая компрессия компрессионного кольца способствует снижению нормальной боковой силы, действующей на втулку цилиндра 1 при перекладках поршня 2 (фиг.1, 6), а также его виброактивности и кавитации.
Вышеизложенные особенности подтверждают достаточную надежность предложенной конструкции ДУК, уплотняющую эффективность компрессионного кольца, малошумность и высокий моторесурс поршневой машины. При этом благодаря простоте конструкции динамического усилителя компрессии, состоящего из одного элемента, т.е. глухого иксообразного профиля (фиг.1-5) или клина (фиг.6-12), их выполнение и установка не требуют значительных капитальных затрат.
Динамические усилители компрессий (фиг.1-12) могут применяться также в поршневых компрессорах и насосах, в регуляторах частот вращения, в гидравлических и других системах машин.