RU2076227C1

RU2076227C1 - Sealing of cylinder-piston group of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2076227C1
Application number: RU95113535A
Authority: RU
Inventors: Павел Михайлович Анохин; Эдуард Николаевич Гагарин; Юрий Николаевич Дубов; Николай Анатольевич Пустынский
Original assignee: Павел Михайлович Анохин; Эдуард Николаевич Гагарин; Юрий Николаевич Дубов; Николай Анатольевич Пустынский
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; sealing of cylinders of internal combustion engines and other piston machines. SUBSTANCE: sealing arrangement of cylinder-piston group has sealing member made in form of multiple coil rectangular-section spring 1 manufactured on antifriction material and installed with interference in groove 2 of piston 3. Piston groove 2 is made in cross section in form of dovetail. Outer surfaces 4 of extreme free coils 5 and 6 of spring 1 are conical and engage with corresponding side surfaces 7,8 of piston groove 2. Mating conical surfaces of sealing member and piston groove are made equidistant, and cone angles of outer surfaces 4 of extreme coils 5 of spring 1 are made equal to cone angles of side surfaces 7 and 8 of piston groove mating with the outer surfaces and are equal to 12,5± 3^° degrees. EFFECT: improved sealing. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения и может найти применение при конструировании и изготовлении уплотнений двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, namely to the field of engine building and can find application in the design and manufacture of seals of internal combustion engines.

Известно уплотнение поршня в цилиндре двигателя, представляющее собой размещенное в канавке поршня разрезное кольцо, контактирующее с цилиндром в процессе возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре (Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М. Машиностроение, 1980, с.89). Known piston seal in the engine cylinder, which is a split ring located in the piston groove in contact with the cylinder in the process of reciprocating piston movement in the cylinder (A. Orlin, Internal combustion engines. Design and operation of piston and combined engines. M. Mechanical Engineering, 1980, p. 89).

Недостатком существующего классического типа поршневых уплотнений является их малая эффективность работы, обусловленная, как низкой уплотняющей способностью, снижающейся вследствие износа трущихся поверхностей, неравномерностью эпюры давления кольца на стенку цилиндра и т.п. так и повышенный расход масла на угар, возникающий в основном по тем же причинам. The disadvantage of the existing classical type of piston seals is their low efficiency, due to both low sealing ability, which decreases due to wear of rubbing surfaces, unevenness of the diagram of the pressure of the ring on the cylinder wall, etc. and increased oil consumption for waste, which occurs mainly for the same reasons.

Известно уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, принятое в качестве прототипа и содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке поршня с предварительным натягом (патент Франции N 625356, кл. 47 f 19, опубл. 1927). Known seal cylinder-piston group of an internal combustion engine, adopted as a prototype and containing a sealing element made in the form of a multi-coil spring of rectangular cross section made of antifriction material, placed in the piston groove with preload (French patent N 625356, CL 47 f 19, publ. 1927 )

Известное техническое решение, хотя частично и лишено вышеперечисленных недостатков, однако также далеко от совершенства с точки зрения эффективности работы ввиду малой автономности уплотняющего эффекта в процессе работы двигателя. The known technical solution, although partially devoid of the above drawbacks, is also far from perfect in terms of operating efficiency due to the low autonomy of the sealing effect during engine operation.

Целью изобретения является повышение эффективности работы поршневого уплотнения и, как следствие, повышение мощности и экономичности двигателя в целом и снижение токсичности его выхлопа. The aim of the invention is to increase the efficiency of the piston seal and, as a result, increase the power and economy of the engine as a whole and reduce the toxicity of its exhaust.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый технический результат достигается за счет того, что в уплотнении цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке поршня с предварительным натягом, канавка поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкиного хвоста, наружные поверхности крайних, свободных витков пружины выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями канавки поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидинстантными. The essence of the invention lies in the fact that the proposed technical result is achieved due to the fact that in the seal of the cylinder-piston group of an internal combustion engine containing a sealing element made in the form of a multi-turn spring of rectangular cross section of antifriction material placed in the piston groove with a preload, the piston groove the cross section is made in the shape of a dovetail, the outer surfaces of the extreme, free turns of the spring are conical and are conjugated with the corresponding lateral surfaces of the piston grooves, the mating conical surfaces of the sealing element and the piston grooves being made equidistant.

Кроме того, углы конусности наружных поверхностей крайних витков пружины могут быть выполнены равными углами конусности сопрягаемых с ними боковых поверхностей канавки поршня и составляет 12,5±3^o, а уплотнительный элемент установлен в канавке поршня с гарантированным радиальным зазором.In addition, the taper angles of the outer surfaces of the extreme turns of the spring can be made equal to the taper angles of the mating side surfaces of the piston groove and is 12.5 ± 3 ^o , and the sealing element is installed in the piston groove with a guaranteed radial clearance.

На фиг.1 показано уплотнение в сборе; на фиг.2 узел I на фиг.1. Figure 1 shows the seal assembly; in Fig.2 node I in Fig.1.

Уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания содержит уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины 1 прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенной в канавке 2 поршня 3 с предварительным натягом. Канавка 2 поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкиного хвоста, наружные поверхности 4 крайних, свободных витков 5 и 6 пружины 1 выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями 7 и 8 канавки 2 поршня, причем сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидистантными. The seal of the cylinder-piston group of the internal combustion engine contains a sealing element made in the form of a multi-coil spring 1 of rectangular cross section made of antifriction material located in the groove 2 of the piston 3 with a preload. The piston groove 2 in cross section is made in the shape of a dovetail, the outer surfaces 4 of the extreme free turns 5 and 6 of the spring 1 are conical and mated with the corresponding side surfaces 7 and 8 of the piston groove 2, the mating conical surfaces of the sealing element and the piston grooves being made equidistant .

Углы конусности наружных поверхностей 4 крайних витков 5 и 6 пружины 1 выполнены равными углам конусности сопрягаемых с ними боковых поверхностей 7 и 8 канавки поршня и составляют 12,5±3^o.The taper angles of the outer surfaces 4 of the extreme turns 5 and 6 of the spring 1 are made equal to the taper angles of the side surfaces 7 and 8 of the piston grooves mating with them and are 12.5 ± 3 ^° .

Уплотнительный элемент устанавливается в канавке 2 поршня с гарантированным радиальным зазором 9. The sealing element is installed in the groove 2 of the piston with a guaranteed radial clearance of 9.

При движении поршня в цилиндре 10 уплотнительный элемент контактирует с поверхностью 11, надежно уплотняет зазор как в осевом, так и в радиальном направлении. Благодаря выполнению уплотнительного элемента в виде скрученной сжатой пружины из упругих металлических антифрикционных сплавов с коническими свободными концами уплотняющее усилие на стенку 11 цилиндра 10 распределяется равномерно, что обеспечивает равномерный износ и саморегуляцию последнего. When the piston moves in the cylinder 10, the sealing element contacts the surface 11 and reliably seals the gap both in the axial and in the radial direction. Due to the implementation of the sealing element in the form of a twisted compressed spring of elastic metal antifriction alloys with conical free ends, the sealing force on the wall 11 of the cylinder 10 is distributed evenly, which ensures uniform wear and self-regulation of the latter.

В процессе работы пружина 1 работает следующим образом. In the process, the spring 1 operates as follows.

Во время движения поршня 3 вверх за счет давления на верхнюю часть пружины сжимающимися под поршнем газами и трения о поверхность 11 цилиндра 10 кольца пружины 1 сжимаются и надежно уплотняют зазор в осевом направлении. При движении поршня 3 вниз пружина 1 остается также в сжатом положении, а при нахождении поршня 3 в нижней и верхней мертвых точках пружина 1 на мгновение становится относительно свободной, образуя между всеми кольцами пружины 1 зазоры. Такое поочередное сжатие и разжатие пружины обеспечивает автоматическую очистку или необразование нагара или смолистой массы на кольцах пружины 1, что повышает надежность и долговечность ее работы. Наличие такого уплотнения свидетельствует о существенности данного изобретения и основных его признаков, отраженных в формуле изобретения. During the movement of the piston 3 upward due to pressure on the upper part of the spring, gases compressing under the piston and friction against the surface 11 of the cylinder 10, the rings of the spring 1 are compressed and reliably seal the gap in the axial direction. When the piston 3 moves down, the spring 1 also remains in a compressed position, and when the piston 3 is in the lower and upper dead points, the spring 1 momentarily becomes relatively free, forming gaps between all the rings of the spring 1. Such alternate compression and decompression of the spring provides automatic cleaning or non-formation of soot or resinous mass on the rings of the spring 1, which increases the reliability and durability of its operation. The presence of such a seal indicates the materiality of this invention and its main features reflected in the claims.

Благодаря тому что пружина при любом удлинении (скручивании) находится в сжатом состоянии, обеспечивается постоянный и гарантированный контакт с уплотняемыми поверхностями как цилиндра, так и поверхностями канавки поршня и в значительной мере повышается уплотняющий эффект. Due to the fact that the spring at any elongation (twisting) is in a compressed state, constant and guaranteed contact with the sealing surfaces of both the cylinder and the surfaces of the piston groove is ensured and the sealing effect is significantly increased.

Наличие конических контактирующих поверхностей у уплотнительного элемента и поверхностей канавки поршня при установке элемента в канавку создает равномерные по усилиям уплотняющие контакты как на боковой, так и на конических поверхностях уплотняющего элемента, что обеспечивает равномерность эпюры давления кольца на стенку цилиндра и тем самым равномерность износа контактирующих поверхностей. The presence of conical contacting surfaces of the sealing element and surfaces of the piston groove when installing the element in the groove creates uniformly sealing contacts on both the side and conical surfaces of the sealing element, which ensures uniform pressure diagram of the ring on the cylinder wall and thereby the uniformity of wear of the contacting surfaces .

Образование гарантированного зазора 9 между внутренней поверхностью уплотнительного элемента и торцевой стенкой канавки поршня, выполнение конических поверхностей эквидистантными с определенным углом раскрытия 12,5±3^o (равным углу трения сопрягаемых поверхностей), пружина, независимо от внутреннего диаметра цилиндра (в процессе его износа), технологических допусков при изготовлении и динамических и температурных изменений деталей цилиндропоршневой группы, пружина обеспечивает гарантированное уплотняющее действие, величина которого постоянна независимо от режимов работы двигателя.The formation of a guaranteed gap 9 between the inner surface of the sealing element and the end wall of the piston groove, the execution of conical surfaces equidistant with a certain opening angle of 12.5 ± 3 ^o (equal to the angle of friction of the mating surfaces), a spring, regardless of the inner diameter of the cylinder (during its wear) , technological tolerances in the manufacture and dynamic and temperature changes in the details of the cylinder-piston group, the spring provides a guaranteed sealing effect, the value of which constant regardless of engine operating conditions.

Claims

1. The seal of the cylinder-piston group of the internal combustion engine, containing a sealing element made in the form of a multi-coil spring of rectangular cross section of antifriction material placed in the piston groove with a preload, characterized in that the piston groove in cross section is made in the form of a dovetail, the outer surfaces of the extreme , free turns of the spring are made conical and mated with the corresponding lateral surfaces of the piston groove, and the mating conical ited sealing member and the piston are made equidistant grooves.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the taper angles of the outer surfaces of the extreme turns of the spring are made equal to the taper angles of the alpha mating side surfaces of the piston grooves and are 12.5 ± 3 ^° .

3. The seal according to claim 1, characterized in that the sealing element is installed in the piston groove with a guaranteed radial clearance.