уплотнительное устройство цилиндропоршневой группы

Формула изобретения

1. Уплотнительное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее, по меньшей мере, один кольцевой уплотнитель, установленный в кольцевой канавке поршня и контактирующий с уплотняемыми внутренней поверхностью цилиндра и одной из внутренних плоскостей канавки, и по меньшей мере, один экранирующий элемент, контактирующий с плоскостью уплотнителя, отличающееся тем, что экранирующий элемент снабжен кольцевым упором, поршень выполнен сборным с разъемом в районе кольцевой канавки, а экранирующий элемент выполнен неразрезным, причем максимальный диаметр кольцевого упора выполнен меньшим внутреннего диаметра уплотнителя, а кольцевой упор установлен между уплотняемой плоскостью кольцевой канавки и экранирующим элементом и выполнен с высотой, не меньшей высоты уплотнителя.

2. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой упор и экранирующий элемент выполнены заодно с образованием кольцевого элемента Г-образного сечения.

3. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности кольцевой канавки поршня выполнен кольцевой уступ, выполняющий функции кольцевого упора экранирующего элемента.

4. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что экранирующий элемент выполнен сплошным дисковым и расположен между соединяемыми частями сборного поршня.

5. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что экранирующий элемент выполнен из теплоизоляционного материала.

6. Уплотнительное устройство по любому пп.1-5, отличающееся тем, что в экранирующем элементе или кольцевом упоре выполнены жиклеры для прохода продуктов сгорания в полость, образованную уплотнителем, экранирующим элементом и кольцевым упором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к уплотнительным устройствам поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известно уплотнительное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее кольцевой уплотнитель, установленный в кольцевой канавке поршня и контактирующий с уплотняемыми внутренней поверхностью цилиндра и одной из внутренних плоскостей канавки (Орлин А.С., Двигатели внутреннего сгорания, Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей, М., “Машиностроение”, 1984, с.122).

Недостатком известного устройства является повышенное давление уплотнителя на уплотняемую поверхность цилиндра при положении поршня в районе верхней мертвой точки при сгорании. Горящие газы проникают в кольцевую полость между уплотнителем и цилиндрической поверхностью кольцевой канавки поршня, чрезмерно прижимая уплотнитель к поверхности цилиндра.

Известно уплотнительное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее кольцевой уплотнитель, установленный в кольцевой канавке поршня и контактирующий с уплотняемыми внутренней поверхностью цилиндра и одной из внутренних плоскостей канавки, и экранирующий элемент, контактирующий с плоскостью уплотнителя (Заявка ФРГ №3207810, МПК F 16 J 9/08, опубл. 04.03.1982).

В известном устройстве установлен экранирующий элемент. Однако последний является разрезным, поэтому эффективность его работы недостаточна, так как он сам разжимается под действием газов и “тормозит” поршень.

Технической задачей является уменьшение механических потерь в цилиндропоршневой группе двигателя за счет снижения давления уплотнителя на поверхность цилиндра.

Поставленная задача достигается тем, что уплотнительное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее кольцевой уплотнитель, установленный в кольцевой канавке поршня и контактирующий с уплотняемыми внутренней поверхностью цилиндра и одной из внутренних плоскостей канавки, и экранирующий элемент, контактирующий с плоскостью уплотнителя, согласно изобретению, снабжено кольцевым упором экранирующего элемента, поршень выполнен сборным с разъемом в районе кольцевой канавки, а экранирующий элемент выполнен неразрезным, причем максимальный диаметр кольцевого упора выполнен меньшим внутреннего диаметра уплотнителя, а кольцевой упор установлен между уплотняемой плоскостью кольцевой канавки и экранирующим элементом и выполнен высотой, не меньшей высоты уплотнителя.

Поставленная задача достигается также тем, что кольцевой упор и экранирующий элемент могут быть выполнены заодно, с образованием кольцевого элемента Г-образного сечения.

Поставленная задача достигается тем, что на внутренней цилиндрической поверхности кольцевой канавки поршня может быть выполнен кольцевой уступ, выполняющий функции кольцевого упора экранирующего элемента.

Поставленная задача достигается тем, что экранирующий элемент может быть выполнен сплошным дисковым и расположен между соединяемыми частями сборного поршня.

Поставленная задача достигается тем, что экранирующий элемент может быть выполнен из теплоизоляционного материала.

Поставленная задача достигается тем, что в экранирующем элементе или в кольцевом упоре выполнены жиклеры для прохода продуктов сгорания в полость, образованную уплотнителем, экранирующим элементом и кольцевым упором.

Изобретение поясняется чертежами.

на фиг.1 представлено описываемое уплотнительное устройство;

на фиг.2 - вариант выполнения экранирующего элемента заодно с кольцевым упором в виде Г-образного кольцевого элемента;

на фиг.3 - вариант выполнения кольцевого упора в виде кольцевого уступа в канавке поршня;

на фиг.4 - вариант выполнения экранирующего элемента сплошным дисковым.

Уплотнительное устройство содержит кольцевой уплотнитель 1, установленный в кольцевой канавке 2 поршня 3 и контактирующий с уплотняемыми внутренней поверхностью цилиндра 4 и одной из внутренних плоскостей 5 канавки 2, неразрезной экранирующий элемент 6 и кольцевой упор 7. Поршень 3 выполнен сборным с разъемом 8 в районе кольцевой канавки 2.

Кольцевой упор 7 может быть выполнен в виде отдельной детали, на которую опирается экранирующий элемент 6 (см. фиг.1), либо в виде кольцевого уступа в канавке 2 (см. фиг.3), либо заодно с экранирующим элементом 6 - в виде Г-образного кольцевого элемента (см. фиг.2).

Экранирующий элемент 6 может быть выполнен сплошным, например, в виде диска и расположен между соединяемыми частями сборного поршня 3, выполняя при этом дополнительно функции теплоизолятора.

В экранирующем элементе 6 или в кольцевом упоре 7 могут быть выполнены жиклеры 9 для прохода продуктов сгорания в полость 10, образованную уплотнителем 1, экранирующим элементом 6 и кольцевым упором 7.

Уплотнительное устройство, например, в двигателе внутреннего сгорания работает следующим образом. Продукты сгорания под давлением проникают между головкой поршня 3 и поверхностью цилиндра 4 в кольцевую канавку 2, выдавливая при этом из последней уплотнитель 1 и прижимая его к стенке цилиндра 2. Давление газов в канавке 2 равно примерно 2/3 от давления в камере сгорания. Поэтому сила трения в паре цилиндр - уплотнитель значительна и составляет примерно две трети механических потерь в цилиндропоршневой группе.

Наличие экранирующего элемента 6 с кольцевым упором 7 позволяет практически перекрыть доступ продуктов сгорания в полость 10, образованную уплотнителем 1, экранирующим элементом 6 и кольцевым упором 7. Продукты сгорания могут поступать в полость 10 лишь через поперечный разрез уплотнителя 1 в зазор между поверхностью цилиндра 4 и внешним диаметром экранирующего элемента 6. Так как экранирующий элемент 6 установлен в цилиндре 4 с минимальным зазором, соответствующим, например, тепловому расширению пары цилиндр - экранирующий элемент, то давление продуктов сгорания в полости 10 будет минимальным. В случае если давление, прижимающее уплотнитель 1 к поверхности цилиндра 4, будет недостаточным для уплотнения, то возможно выполнение в экранирующем элементе 6 или в кольцевом упоре 7 жиклеров 9 для дополнительного прохода продуктов сгорания в полость 10.

Кроме того, наличие экранирующего элемента 6 позволяет в два раза увеличить силу трения в паре уплотнитель - поршень, направленную в радиальном направлении. То есть уплотнитель 1 зажимается давлением продуктов сгорания между неразрезным экранирующим элементом 6 и плоскостью 5 канавки 2, предотвращая чрезмерное прижатие уплотнителя 1 к поверхности цилиндра 4.

Таким образом, применение заявленного уплотнительного устройства позволит решить одну из основных проблем поршневых двигателей, а именно - значительные механические потери в цилиндропоршневой паре, доля которых в суммарных механических потерях в двигателе достигает 30%.