ГАЗОУПЛОТНЕНИЕ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE SLEEVE ASSEMBLY GAS SEAL

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и касается конструкции составных компрессионных поршневых колец двигателя внутреннего сгорания.
Известно газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами основное компрессионное и дополнительное кольца. Последнее может быть выполнено круглого сечения, как, например, в патенте СССР №311467, кл. F02F 5/00, опубл. в 1977 г., или L-образного сечения, как в патенте ФРГ №2046105, кл. 46I 5/00, опубл. в 1970 г.
Выполнение дополнительного уплотнительного кольца круглого или Х-образного сечения, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности компрессионного кольца, уменьшает ее площадь, на которую передается давление рабочего газа во время рабочего хода поршня, что уменьшает силу прижатия рабочими газами компрессионного кольца к цилиндру. Уменьшение газовой составляющей сил прижатия компрессионного кольца к цилиндру при неизменной величине другой ее части - сил его собственной упругости - значительно ухудшает газоуплотнение, помимо этого при реальных и осевых вибрациях компрессионного кольца и соответствующих его перемещениях будет нарушаться уплотнение пространства между внутренней цилиндрической поверхностью компрессионного кольца и торцом кольцевой канавки в поршне.
Известно газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами компрессионное и дополнительное разрезные кольца. Последнее выполнено полусферического сечения и своей наружной поверхностью прилегает к внутренней цилиндрической поверхности компрессионного кольца, а своими торцами упирается в верхний и нижний торцы канавки. В головке поршня выполнены наклонные сверления, связывающие надпоршневую полость в цилиндре с заколечным пространством (авт. свид. СССР №89479, кл. F16J 9/06, 1968 г.).
Недостатком известной конструкции газоуплотнения является то, что в процессе работы двигателя на стенках камеры сгорания, днище и головке поршня, а также в наклонных отверстиях в головке поршня всегда будет происходить отложение нагара, накопление высокотемпературных и низкотемпературных отложений моторного масла, что приведет к закоксованию наклонных отверстий в головке поршня. Вследствие этого прекратится подача рабочего газа в заколечное пространство и из-за отсутствия рабочего давления газов на внутреннюю цилиндрическую поверхность компрессионного кольца не будет обеспечено необходимое его прижатие к поверхности цилиндра и эффективное газоуплотнение в паре поршень-цилиндр.
Задачей заявляемого изобретения является разработка высокоэффективного газоуплотнения цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, которое обеспечило бы повышение эффективности работы двигателя и снизило бы расход моторного масла.
Поставленная задача решается тем, что в газоуплотнении цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами основное компрессионное и дополнительное разрезные кольца. Дополнительное кольцо выполнено [-образного сечения и имеет верхнюю и нижнюю кольцевые полки, прилегающие к соответствующим торцам канавки и соединенные боковой цилиндрической пластиной, прижатой к внутренней цилиндрической поверхности основного компрессионного кольца, при этом в верхней полке дополнительного кольца выполнены сквозные прорези, а в стыке его на боковой цилиндрической пластине выполнены концевые усики.
При таком выполнении газоуплотнения цилиндропоршневой группы обеспечивается уменьшение прорыва газов в картер, исключение насосного действия колец и уменьшение старения масла. Следствием этого является повышение эффективности работы двигателя и уменьшение расхода моторного масла.
Поставленная перед изобретением задача решается также и тем, что на верхней и нижней полках дополнительного кольца по их периметру выполнены отгибные усики.
Возникающие при этом дополнительные радиальные силы упругости обеспечивают повышенную приспособляемость и, как следствие, еще более эффективное газоуплотнение цилиндропоршневой группы.
На фиг.1 представлено заявляемое газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 изображено дополнительное кольцо (вид спереди); на фиг.3 - то же (вид сверху); на фиг.4 показан второй вариант заявляемого газоуплотнения; на фиг.5 - соответствующая этому варианту конструкция дополнительного кольца (вид спереди); на фиг.6 - то же (вид сверху).
Уплотнение (фиг.1-3) между цилиндром 1 и поршнем 2 производится основным компрессионным кольцом 3 и дополнительным из тонколистовой жаропрочной стали уплотняющим кольцом 4, которое состоит из верхней 5 и нижней 6 полок, соединенных боковой цилиндрической пластиной 7, постоянно прижатой к внутренней цилиндрической поверхности 8 компрессионным кольцом 3. В верхней полке 5 имеется равномерно чередующиеся сквозные прорези 9, соединяющие надпоршневое пространство 10 с заколечным пространством 11. Верхняя 5 и нижняя 6 полки выполнены с некоторым наклоном к торцам 12 и 13 канавки 14 поршня (углы α и β, предпочтительно α=0,1°+5°, β=0,1°-5°). При установке дополнительного кольца 4 в канавку 14 образуется небольшой натяг, обуславливающий прижатие полок 5 и 6 к соответствующим торцам 12 и 13 канавки в поршне и надежное уплотнение между нижней полкой 6 и нижним торцом 13 канавки 14. Дополнительное кольцо выполнено разрезным, при этом в стыке 15 дополнительного кольца 4 на пластине 7 имеются концевые усики 16 и 17, которые при сборке кольцевого уплотнения входят в соприкосновение и изгибаются, создавая натяг, прижимающий боковую цилиндрическую пластину 7 к внутренней цилиндрической поверхности 8 компрессионного кольца 3. Расположенное в канавке 14 основное кольцо 3 в рабочем положении имеет осевые зазоры 18 и 19 с торцами 12 и 13 канавки.
Для дополнительного увеличения силы прижатия компрессионного кольца 3 и улучшению его прилегаемости к цилиндру 1 в усовершенствованном варианте газоуплотнения (фиг.4-6) на периферии обеих полок 5 и 6 расположены равномерно чередующиеся отгибные усики 20 и 21, которые упираются своими концами в дно 22 канавки 14. При работе поршневого двигателя компрессионное кольцо 3 за счет совокупного действия газовых сил, сил инерции кольца и сил трения между кольцом 3 и цилиндром 1 многократно за рабочий цикл двигателя (до 25 раз) прижимается попеременно к верхнему 12 и нижнему 13 торцам канавки. При перекладке компрессионного кольца 3 между торцами канавки он занимает промежуточное положение, при котором образуются зазоры 18 и 19 между торцами компрессионного кольца и канавки. При этом мгновенном положении через зазоры 18 и 19 происходит свободное течение газа из надпоршневого пространства в картер двигателя. В этом же положении кольца возможно движение масла в обратном направлении за счет наносного действия колец.
При использовании заявляемого технического решения газ из надпоршневого пространства 10 через зазор 18 и прорези 9 в верхней полке 5 свободно перетекает в заколечное пространство 11 и дополнительно силам упругости самого кольца 3 производит его прижатие к цилиндру 1, что является необходимым условием уплотнения пары кольцо-цилиндр. Одновременно дополнительное кольцо 4 оказывается прижатым к внутренней цилиндрической поверхности кольца 3 и нижнему торцу 13 канавки 14 нижней полкой 6, что исключает течение газа через зазор 19 и его попадание в картер двигателя. Установка дополнительного кольца 4 препятствует движению масла через лабораторное уплотнение кольца 2 и исключает его насосное действие, что должно привести к снижению расхода масла двигателем.
Газоуплотнение, выполненное по второму варианту, характеризуется лучшей приспособляемостью компрессионного кольца к нарушениям макрогеометрии поверхности цилиндра, меньшими радиальной толщиной и собственной упругостью и предназначено для двигателей, форсированных по давлению сгорания. Дополнительное кольцо 4 имеет увеличенное усилие его прижатия к компрессионному кольцу 3, что достигается за счет отгибных усиков 20 и 21, расположенных на продолжении нижней 6 и верхней 5 полок (см. фиг.6). Усики 20 и 21 отогнуты на небольшой угол γ относительно полок 5 и 6. При установке в двигатель усики 20 и 21 упираются своими концами в дно 22 канавки 14 поршня 2, что обусловливает возникновение дополнительных радиальных сил упругости, передаваемых дополнительным кольцом 4 на компрессионное кольцо 3 (см. фиг.3). Указанные силы упругости, передаваемые на компрессионное кольцо 2 уменьшенной радиальной толщины, обеспечивают повышенную приспособляемость и, как следствие этого, улучшенное газоуплотнение в сопряжении кольцо-цилиндр.
Таким образом, установка дополнительного уплотняющего кольца обеспечивает уменьшение прорыва рабочих газов в картер двигателя, а также рабочей смеси при такте сжатия в карбюраторных двигателях, что обусловливает улучшение условий смазки в цилиндропоршневой группе, уменьшение старения масла, повышение экономичности карбюраторных двигателей, а за счет исключения насосного действия конец и снижение расхода масла. Иными словами, заявляемое техническое решение обеспечивает за счет усовершенствования газоуплотнения цилиндропоршневой группы повышение эффективности работы двигателя и уменьшение расхода моторного масла.