Цилиндро-поршневая группа
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндро-поршневых группах (ЦПГ) поршневых машин и ДВС. ЦПГ содержит цилиндр, размещенный в нем поршень с днищем и боковой поверхностью с компрессионными кольцами. В днище поршня выполнена выемка, ограниченная сверху накладкой с центральным отверстием. Выемка имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, каналы, отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра, образованы криволинейной поверхностью и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру днища поршня в зоне его днища. Каналы имеют различное направление. Изобретение позволяет повысить герметичность в зазоре между поршнем и цилиндром, увеличить ресурс ЦПГ, уменьшить выброс токсичных продуктов сгорания. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндропоршневых группах поршневых машин и двигателей внутреннего сгорания.
Известна цилиндро-поршневая группа, содержащая цилиндр, размещенный в нем поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в днище поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец (патент США №2802706, Н кл. 92-181, опубл. 1957).
Каналы расположены по высоте поршня в несколько уровней и подают газ (рабочее тело) в сторону цилиндра по кольцевым выемкам поршня. Газ заполняет зазоры между цилиндром и поршнем и создает газовую подушку - уплотнение.
К недостаткам известного уплотнения можно отнести то, что газовый поток сгоревшего топлива направляется через большую часть поверхности поршня по его высоте и попадает в узкий зазор многослойным потоком вдоль зеркала цилиндра. Это приводит к большому нагреву поршня и цилиндра по всей длине хода поршня.
Данное устройство создает неблагоприятное условие для смазки трущейся пары (поршень-цилиндр), т.к. поступающие горячие слои газа будут сжигать смазочный слой масла.
Кроме того, подача газа через систему многоуровневого газового уплотнения системой криволинейных каналов с кольцевыми поясами по окружности поршня увеличивает массу поршня, приводит к значительным гидравлическим потерям и дополнительному прогреву поршня. Устройство не создает вихревого потока вдоль стенки цилиндра, что не способствует смесеобразованию и разрушению пристеночной пленки топлива.
Задачей изобретения является устранения указанных недостатков, увеличение герметичности в зазоре между поршнем и цилиндром, уменьшение износа цилиндра компрессионными кольцами, увеличение ресурса работоспособности цилиндро-поршневой группы, уменьшение воздействия поперечных сил инерции, а также улучшение смесеобразования и уменьшение выброса токсичных продуктов сгорания.
Поставленная задача достигается тем, что в цилиндро-поршневой группе, содержащей цилиндр, размещенный в цилиндре поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в верхней части днища поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец, выемка сверху ограничена накладкой с центральным отверстием и имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, при этом каналы образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру поршня в зоне его днища, причем каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины днища поршня - противоположное с возможностью перекрытия выходящих потоков.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез цилиндро-поршневой группы, а на фиг.2 дано сечение поршня в цилиндре.
Цилиндро-поршневая группа содержит цилиндр 1, размещенный в нем поршень 2, снабженный днищем 3 и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами 4, установленными в поршневом канавках. В днище поршня выполнена выемка 5, которая сверху ограничена накладкой 6 с центральным отверстием 7. По оси выемки имеется криволинейный выступ 8.
Каналы 9, отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра, образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы в виде щелей в зоне днища. Выходы расположены по периметру поршня. Перемычки 10 между выходами разделяют газовый поток на отдельные струи. Каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины - противоположное.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Во время такта сгорания топлива между поршнем и головкой блока возникает большое давление, которое оказывает силовое воздействие на днище поршня и через центральное входное отверстие вдоль конусообразной криволинейной поверхности рабочее тело перетекает к выходам. В выходах рабочее тело ускоряется и выбрасывается наклонными струями в сторону зеркала цилиндра под некоторым углом к оси цилиндра. Кинетическая энергия вещества, вытекающего из выходов (любого сечения), создает сплошную вихревую (кольцевую) газовую стенку, направленную вдоль зеркала цилиндра навстречу давлению рабочего тела в цилиндре. Взаимодействие двух встречных потоков рабочего тела в узком пристеночном слое герметизирует зазор между поршнем и цилиндром. В результате этого уплотнительного эффекта перетекание рабочего тела в закольцевое пространство практически отсутствует и компрессионные кольца прижимаются к зеркалу цилиндра в основном силами упругости. Одновременно с эффектом уплотнения вихревой кольцевой поток разрушает пограничный пристеночный слой, что создает условие для полного сгорания топлива в этой зоне и уменьшения выброса токсичных продуктов сгорания.
Наличие двух противоположных газовых вихрей исключает реактивный момент поршня и уменьшает прижимающее действие поршня к стенке цилиндра одной из составляющих сил инерции от вращающегося кривошипно-шатунного механизма.
Эффект уплотнения цилиндро-поршневой группы возникает при сгорании топлива во время рабочего хода, а также при такте сжатия и выхлопе, т.е. при тактах работы двигателя (насоса), когда необходимо получить максимальную мощность, компрессию и герметизацию, предотвратить прорыв газов в картер и уменьшить износ цилиндра.
Цилиндро-поршневая группа, содержащая цилиндр, размещенный в нем поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в днище поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец, отличающаяся тем, что выемка сверху ограничена накладкой с центральным отверстием и имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, при этом каналы образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру поршня в зоне его днища, причем каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины днища поршня - противоположное с возможностью перекрытия выходящих потоков.
