Уплотнение пары поршень-цилиндр двигателя внутреннего сгорания

(5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР(71) Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В,Г.Передерий, В,И,Кравченко, Н,Т,Нердицкий, И.А.Кособоков и В,В,Кравченко(56) Пульманов Н.В. Дизель-компрессоры со свободно движущимися поршнями. М: Машиностроение, 1959, с. 201 фиг.974.(54) УПЛОТНЕНИЕ ПАРЫ ПОРШЕНЬ-ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения: направляющий цилиндр выполнен из чугуна, уплонительные кольца поршня - из стали неразреэными и установлены в количестве не менее трех в ступенчатую Изобретение относится к машиностроению и может бйть. исгюльзовано во всех отраслях народного хозяйства для уплотнения пары поршень-цилиндр, работающей в условиях повышенных давлений, температур рабочего тела и относительных скоростей скольжения трущихся поверхностей, преимущественно в поршневых двигателях внутреннего сгорания,Известны уплотнения пары поршень- цилиндр двигателей Внутреннего сгора" ния, предназначенные для создания герметичности надпоршневого объема камеры с рабочим телом и определяющие надежность и экономичность двига" теля. Даже незначительные износы элепроточку, выполненную на поршне, вчередующемся порядке с диаметральнымизазорами. Зазоры равны соответственно " первое и последующее нечетныекольца с поверхностью цилиндра0,00018-0,00025 П, с поверхностьюпроточки на поршне 0,004-0,008 О.Четные кольца установлены с нулевымзазором или натягом с поверхностьюпроточки и с зазором 0,004-0,008 0с поверхностью цилиндра, Кольца установлены вдоль оси поршня с образованием плотного соединения между торцовыми поверхностями проточки и 1.-образного стопорного кольца. Кольца выгюлнены прямоугольного сечения высотой 0,015-0,300 В и шириной 0,0200,040 О, где Э - диаметр цилиндра,1 ил,ментов таких уплотнений существенно снижают исходные технико-экономичес, кие показатели двигателей внутреннего ;сгорания (см. Устинов А.Н, Исследова- ние поршневых колец дизелей, Изд. Сарат.ун-та, Саратов, 1974).Известны также уплотнения пары поршень-цилиндр, содержащие направляющий цилиндр и поршень, содержащий отдельные специальные канавки, в каждую из которых установлены с зазорами подвижные разреэные упругие кольца прижатые к поверхности направляющего цилиндра силами упругости и давлением рабачего тела со стороны радиального зазора внутри канавок поршня1820109. 3ры со свободно движущимися поршнями, И,: Машиностроение, 1959, с. 201, Фг.97 а).Разрезные упругие кольца уплотне- ния вызывают неравномерный износ поверхности направляющего цилиндра вдоль его оси, образуя на ней различные ормы овалов с разными радиу" сами кривизны., конусности и т.п., 1 О что приводит к образованию просветов в зонах замков (разрезов) и на других участках уплотнительных колец и поверхности направляющего цилиндра, к снижению герметичности уплотнения ЗО долговечности уплотнения пары поршвнь-цилиндр в условиях повышенных Для достижения этой. цели в извест" БО и ухудшению технико-экономических по"казателей двигателя. При повышении параметров рабочеготела в известном уплотнении пары пор" шень-цилиндр снижаются прочность иработоспособность разрезных уплотнительных колец, существенно возрастают работа сил трения в паре поршеньцилиндр, что приводит к интенсивному и неравномерному изнашиванию трущихся поверхностей направляющего цилиндра и уплотнительных колец, изменения" ми их геометрических форм, изнашиванию и потере уплотнительных свойствколец. При повышенных скоростях возвратно-поступательного движения поршня осевая подвижность колец вызывает также изнашивание и изменение геомет"рической формы канавок на поршне дляуплотнительных колец, что способствует повышению вибрации колец и дальнейшей потере герметичности и проч- " ности такого уплотнительного соединения, возрастанию потерь смазочногомасла "на угар", снижению работоспособности м долговечности уплотненияпары поршень-цилиндр двигателя. Целью настоящего изобретения является повышение работоспособности и давлений, температур рабочего тела и относительных скоростей скольжениятрущихся поверхностей,: ном уплотнении пары поршень-цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащем направляющий цилиндр и пор шень .с уплотнительными кольцами, оно снабжено Ь-образным стопорным коль цом, цилиндр выполнен из чугуна, а уплотнительные кольца выполнены из стали неразрезными и установлены вколичестве не менее трех в ступенчатую проточку, выполненную на,поршнев чередующемся порядке с дчаметральными зазорами равными соответственно:первое и последующие нечетные кольцас поверхностью направляющего цилиндра 0,000180,00025 Р, с поверхнос"тью проточки на поршне О,ООЙ0,008 Р, четные кольца установлены снулевыми зазором или натягом с поверхностью проточки и с зазором0,0010,008 Р с поверхностью направляюцего цилиндра, при этом ком-плект уплотнительных колец установленвдоль оси поршня с образованием неподвижного соединения между торцевыми поверхностями проточки и Ь-образ"ного стопорного кольца, причем уплотнительные кольца выполнены прямоугольного сечения " высотой 0,0150,030 Р и шириной 0,0200,040 Р,где Р - диаметр направляющего цилиндра.Существенными отличиями такого уп"лотнения пары поршень-цилиндр являются выполнение всех уплотнительных колец нераэрезными, установка всегоком 1 лекта уплотнительных колец в общую ступенчатую проточку неподвижнымсоединением вдоль оси поршня, разгрузка поверхности направляющего цилиндра от сил упругости уплотнительных колец и давления рабочего тела.Современным машиностроением хорошо освоены точные подвижные соедине-.ния гладких цилиндрических элементовс гарантированным зазором типа Н 7/ц 6ГОСТ 25347-82. На основе этих точныхпосадок реализовано сопряжение первого и последующих нечетных неразрез О .ных уплотнительных колец с поверхнос"тью направляющего цилиндра с гарантированным зазором 0,000180,00025 Р.При работе двигателя элементы уп;дотнения нагреваются и величины зазо.ров в уплотнении изменяются в соответствии со значениями .коэфФициентовлинейного расширения кольца Мк, направляющего цилиндра дц и перепадовтемператур при нагревах кольцах ЬТи направляющего цилиндра ЬТц:В щ (0,000180,00625) Р ++ (О(ь,ЬТц " Кк Ь Тк) Р.уплотнительные качества пары поршень-цилиндр оцениваются по величинеутечек рабочего тела через зазоры:фРз Рес в.иа, ьы,атем ( 1 + тамге.Р 2 )996 ОХНИ 2 ф( (О, ООчО, 008)1 90, т .е, (О; 6700,857) ( (0,7601,520),На чертеже изображен общий вид уплотнения пары поршень-цилиндр двигабтеля внутреннего сгорания,Уплотнение содержит направляющийцилиндр 1 диаметром Р и поршень 2 соступенчатой проточкой со стороны надпоршневого объема камеры с рабочимтелом, на которую поочередно установлены нераэреэные нечетные кольца 3 ичетные кольца 1, нижнеЕ кольцо 11 опирается на торцевую поверхность ступенчатой протоцки поршня 2, а верхнее кольцо 3 опирается на торцевуюповерхность Ь-образного разрезногостопорного кольца 5, ограничивающихосевую подвижность комплекта уплотнительных колец 3 и М, образующих по Оочередно диаметральные зазоры: первоеи последующие нечетные кольца 3 с поверхностью направляющего цилиндра0,000180,00025 Р, с поверхностью .проточки поршня 2, О,ООЙ 0,008 Р, 2второе и последующиечетные кольца 1установлены с нулевыми зазором илинатягом с поверхностью проточки порш"нл 2, образуя при этом с поверхнос"тью направляющего цилиндра 1 зазоры " ЗО(0,00 ч 0,008) Р, При прямоугольномпоперечном сечении уплотнительных колец 3 их высота вдоль оси составляет(О ф О 509 030) Ру ширина (Оу 010О,аО) Р,35Уплотнение работает следующим об-:разом, При движении поршня 2 основная ориентация осевого положения (со-осность) уплотнительных,колец 3, М в .. комплекте уплотнения относительно роси поверхности направляющего ци- .линдра 1 обеспечивается направляющейчастью поршня .2 и автоматически кор. ректируется в процессе работы за счетперекладок поршня в зазоре его на- .4правллющей цасти и упругих свойств .неразреэных нечетных уплотнительных.колец 3. Это создает практически бесконтактные условия уплотнения в про".цессе работы лабиринтного комплектауплотнительных колец. При повышениидавления рабочего тела в камере надпоршнем 2 комплект неразрезных колец3, 1 образует бесконтактное лабиринтное уплотнение для потока рабочеготела в цередуюцихся .различных по величине зазорах между кольцами 3, 1 иповерхностью направляющего цилиндра1, резко изменяющими проходные сечения на пути потока рабочего тела вдоль оси уплотнения. Гидродинамическое сопротивление потоку рабочего тела создается на участках с минималь - ными зазорами у первого и последующих нечетных колец 3, а увеличенные зазоры у второго и последующих цетных колец ч вызывают потери напора вследствие деформации от расширения и тре-. ния потока утечек рабочего тела в зазорах. Такое бесконтактное лабиринтноеуплотнение пары поршень-цилиндр приработе двигателя в условиях повышенных давлений, температур рабочего тела и относительных скоростей скольжения поверхностей обладает.достатоцновысокой прочностью, надежно и длительно сохраняет геометрические параметры сопрлженных поверхностей элементов. уплотнения, на 30 103 снижает потери на трение в паре поршеньцилиндр, повышает эффективность уплотнения, надежность и долговечностьего,основных элементов, Это обусловлено повышенными прочностью и жесткостью неразрезных уплотнительных колец и стабилизацией геометрическихпараметров уплотнения. Поступлениесмазочного масла с поверхности направляющего цилиндра в зазоры кольцевого лабиринта существенно повышаетэффект уплотнения и снижает работутрения,Снижение работы трения и повышение уплотнительных свойств пары поршень-цилиндр в поршневых двигателяхвнутреннего сгорания позволяет существенно снизить удельные эффективные расходы топлива и смазочного масла, что обеспечивает высокий экономический эффект от внедрения в различные отрасли народного хозяйства двигателей внутреннего сгорания с таким,уплотнением пары поршень-цилиндр.Прийцип нераэрезных уплотнительныхколец устанавливаемых в общую ступенчатую проточку, существенно упрощаеттехнологию производства элементовкомплекта уплотнения пары поршеньцилиндр при достижении более высокойточности их геометрических форм,обеспечивает высокую прочность, ремонтопригодность и снижает затраты наэксплуатацию, ремонт уплотнения, двигателя Ь целом. Снижение потерь натрение в паре поршень-цилиндр, снижа