HUT59470A - Piston-ring unit for piston reciprocating machines particularly for internal combustion engines - Google Patents

Description

A találmány tárgya dugattyúgyűrű-egység, amely dugattyús gépeknél, főleg belsőégésű motoroknál alkalmazható.

Mint ismeretes, dugattyús gépeknél, így például dugattyús szivattyúknál, kompresszoroknál, munkahengereknél, vagy belsőégésű motoroknál a dugattyúgyűrű-egység feladata a váltakozó irányú löketmozgást végző dugattyú és a hengerfal közötti hézag tömítése. Minél jobb a tömítés, annál kisebb a hengertér munkaközeg vesztesége.

A belsőégésű motoroknál használt dugattyúgyűrűk a dugattyú külső palástjában kialakított gyűrűhornyokba kerül-

-2dugattyú külső palástjában kialakított gyűrűhornyokba kerülnek, amelyek a feladatukat tekintve lehetnek kompressziógyűrűk, vagy olaj lehúzógyűrűk.

A jelenleg használatos dugattyúgyűrű-egységek kivétel nélkül egyetlen felhasított körgyűrűként vannak kialakítva, többnyire szürkeöntvényből, vagy ötvözött öntvényekből. Az ilyen önfeszítő kompressziógyűrűnek a keresztmetszetprofilja általában lapos négyszög, továbbá a külső hengeres palástja a hengerfalon tömítetten felfekszik, a gyűrűhorony hengeres falától pedig radiális hézaggal helyezkedik el. Az ismert kompressziógyűrű a gyűrűhoronyban általában 0,02-00,03 mm-es axiális réssel helyezkedik el.

Az ismert olaj lehúzó dugattyúgyűrűk hasonlóképpen egyetlen felhasított, négyszögszelvényű körgyűrűként vannak kialakítva, amelyek a középső körzetükben olajátvezető nyílásokkal, illetve járatokkal vannak ellátva (lásd pl. Pattantyús: Gépész és Villamosmérnökök Kézikönyve, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962, 4. kötet, 304-307. oldal).

A gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy a hagyományos, és ma is széles körben alkalmazott dugattyúgyűrű-egységek legfőbb problémája a hőtágulásból származó méretváltozások, amelyek főleg nagyobb hőmérsékleteknél a gyűrűk megszorulását, következésképpen a dugattyúk besülését okozhatják. További probléma, hogy az alternáló mozgást végző dugattyú ostorozó mozgásának is felróhatóan a dugattyúgyűrűk kiverődnek, így a tömítési feladatukat egyre hiányosabban látják el. Ez pedig azzal jár, hogy egyrészt megnő

— 3 — a gázveszteség, másrészt a kenőolajat felhordják az égéstérbe. Ez utóbbi fokozott olajfogyasztást okoz, másrészt növeli a környezetet szennyező káros füstgázemissziót. Ezek együttes hatásaként a motor hatásfoka leromlik, az üzemanyagfogyasztása és környezetszennyezése viszont jelentősen megnő , ezért rövidesen teljes felújításra szorul, ami tetemes költséggel jár.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz olyan tökéletesített dugattyúgyűrű-egység létrehozása, amely javított tömítőhatást biztosít a dugattyú és a henger között, mégpedig lényegesen hosszabb élettartammal, mint az ismert megoldások.

A kitűzött feladat megoldásához a bevezetőben leírt típusú dugattyúgyűrű-egységből indultunk ki, amely tehát felhasított körgyűrűként van kialakítva és beépített állapotában a dugattyú gyűrűhornyában önfeszítően elhelyezkedve rászorul a hengerfalra.

A találmány szerint a fenti dugattyúgyűrű-egységet azzal fejlesztettük tovább, vagyis a jelen találmány lényege, hogy a dugattyú gyűrűhornyával társított dugattyúgyűrűegység osztott kialakítású, azaz legalább két különálló, felhasított gyűrűelemből áll. Ezek egymással kúpszerű felületeiken keresztül közvetlenül, vagy adott esetben járulékos betételem közbeiktatásával közvetve erőzáró kapcsolatban vannak beépített állapotban, ahol a kúpszerű felület radiális metszetében ferde egyenes, illetve ívelt alkotóval rendelkezik, továbbá a gyűrűelemek a gyűrűhornyot axiális ♦ · ·

-4irányban hézagmentesen kitöltik.

Célszerű az olyan kivitel, amelynél a dugattyúgyűrűegység két olyan azonos méretű és kúpos csiszolt felületével szembefordítva beépített gyűrűelemből áll, amelyeknél előnyösen a gyűrűhoronyban felül elhelyezkedő gyűrűelem felhasításakor képződő rés kiszerelt állapotban kisebb, mint az ugyanebben a gyűrűhoronyban alul elhelyezkedő gyűrűelemé. Ezzel a gyártás és a beszerelés tovább egyszerűsíthető.

A találmány szerint olyan kivitel is lehetséges, amelynél a dugattyúgyűrű-egység két derékszögű háromszögszelvényű gyűrűelemből, valamint ezeket a kétoldali kúpos felületeivel kifelé terhelő harmadik központi gyűrűeleme is van, ahol a két külső gyűrűelem külső hengerpalástja tömítetten a hengerfalon, a homlokfelületeik pedig a gyűrűhorony homlokfalain fekszenek föl. Ezáltal a dugattyúgyűrűegység önfeszítő palástnyomása még biztonságosabban beállítható tetszés szerinti értékre.

De olyan kivitel is lehetséges a találmány szerint, amelynél a dugattyúgyűrű-egységnek háromszög-szelvényű központi gyűrűeleme van, amelynek külső hengerpalástja a hengerfalon fekszik fel tömítetten, a felső és alsó kúpos felülete viszont második és harmadik gyűrűelem kúpos felületeivel működik együtt úgy, hogy azok a külső gyűrűelemet radiálisán kifelé kényszerítik, továbbá a második és harmadik gyűrűelem külső homlokfelülete a gyűrűhorony felső és alsó homlokfalán fekszik föl.

Olaj lehúzó dugattyúgyűrű-egység esetében célszerű az

-5olyan kivitel, amelynél a két gyűrűelem azonos kialakítású és egymással szembefordított elrendezésű beépített állapotban, és a szembefordított kúpos felületeik között előfeszített rugalmas elem, például végtelenített gyűrű-alakú spirálrugó van elrendezve. A két gyűrűelem egymástól axiális távközzel van elrendezve, vagy adott esetben olajátvezető járatokkal van ellátva az olaj elvezetése céljából. Ezzel igen egyszerű gyártást és beszerelést érünk el.

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás néhány példaként! kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon:

- az 1. ábra a találmány szerinti dugattyúgyűrűegységet beépített állapotban szemlélteti hosszmetszetben;

a 2. ábra az 1. ábra szerinti dugattyúgyűrű-egység alsó gyűrűelemének felülnézete, viszonylag kisebb léptékben;

a 3. ábra az 1. ábra szerinti dugattyúgyűrű-egység felső gyűrűelemének alulnézete, viszonylag kisebb léptékben;

a 4. ábra a 2. ábrán IV-IV vonal mentén vett metszet felnagyítva;

- az 5. ábra a 3. ábrán V-V vonal mentén vett metszet felnagyítva;

a 6. ábra a találmány szerinti dugattyúgyűrűegység második példakénti kiviteli alakjának metszete beépített állapot-6-

ban;

a 7. ábra a 6. ábra szerinti megoldás változata;

a 8. ábra a találmány szerinti megoldás ismét további példakénti alakja metszve;

a 9. ábra a 8. ábra szerinti megoldás nézete, kiszerelt állapotban, részben kitörve.

Amint az 1. ábrán látható, a találmány szerinti dugattyúgyűrű-egységet egészében 1-el jelöltük, amely a csupán részletben és vázlatosan jelölt 2 dugattyú 3 gyűrűhornyában helyezkedik el. A 2 dugattyú belsőégésű motor 4 hengerében alternáló mozgást végez, az 1 dugattyúgyűrű-egység feladata a 2 dugattyú tömítése. Az 1. ábrán a 2 dugattyú égéstér felőli homlokfelületét 5-el, palástját 6-al, a 3 gyűrűhorony felső, illetve alsó homloklapját 7-el, illetve 8-al, a belső hengeres falát pedig 9-el jelöltük.

A találmány szerint a 2 dugattyú 3 gyűrűhornyával társított 1 dugattyúgyűrű-egység osztott kialakítású, azaz legalább két különálló, de egymással együttműködő felhasított gyűrűelemből áll. Az 1. ábra szerinti kivitelnél az 1 dugattyúgyűrű-egység felső 10 gyűrűelemből és alsó 11 gyűrűelemből áll, amelyek az ábrázolt esetben egymással közvetlen érintkezésben és beépített állapotban erőzáró kapcsolatban vannak. A 10 és 11 gyűrűelemek felhasított önfeszítő körgyűrűként vannak kialakítva, amelyek azonban a találmány szerint az egymással kapcsolódó részükön kúpszerű 12, illetve 13 felülettel vannak ellátva.

-ΊΑ. 10 és 11 gyűrűelemek kiszerelt állapotban láthatók nézetben és metszetben a 2-5. ábrákon. A 2. és 4. ábrán az alsó 11 gyűrűelem látható, a 3. és 5. ábrákon viszont a felső 10 gyűrűelemet szemléltettük. A 2. és 3. ábra összehasonlításából kitűnik, hogy az alsó 11 gyűrűelem felhasításakor képződő 15 rést jóval nagyobbra választottuk, mint a felső 10 gyűrűelem 14 rését. Ennek a beszerelés megkönnyítése a célja. Az 1. ábrán az alsó 11 gyűrűelem beépítés előtti helyzetét vékony szaggatott vonallal jelöltük. Ebből kivehető, hogy a beépítés során a 10 és 11 gyűrűelem rugalmasan deformálandó.

A 4. és 5. ábra összevetéséből kitűnik, hogy a 10 és 11 gyűrűelemek a jelen esetben azonos 16 kúpszögű kúpos 12 és 13 felülettel rendelkeznek, amelyeknek az alkotója a radiális metszetben egyenes. A 4. és 5. ábrán azonban szaggatott vonallal olyan változatot is szemléltettünk, amelynél ez az alkotó ívelt. De adott esetben ez az alkotó különböző ferdeségű, vagy görbületű is lehet, sőt más konvex, illetve konkáv alakú is lehet. A 12 és 13 felületek csiszolt felületként vannak kialakítva. A 4. ábrán a 11 gyűrűelemnek a 3 gyűrűhorony alsó 8 homloklapján felfekvő homlokfelületét 17el jelöltük. A 11 gyűrűelem hengeres 18 palástja a 3 gyűrűhorony 9 falától radiális 19 távközzel helyezkedik el beépített állapotban (1. ábra). Amint az 1. ábrából kitűnik, az alsó 11 gyűrűelem felső homloklapja és a 3 gyűrűhorony felső 7 homloklapja között csupán hődilatációs hézagot hagy tunk, amelynek mérete 1/100 nagyságrendű.

• · ···

-8Αζ 1. ábra szerinti 1 dugattyúgyűrű-egység tehát belsőégésű motoroknál kompressziógyűrűként használható, a gyártástechnológiája és anyaga a jelenleg használatosakkal megegyezhet. A 4. és 5. ábrán feltüntetett 16 kúpszög a mindenkori felhasználásnak megfelelően lehet például 10 84 fok közötti értékű.

A 3. és 5. ábrából kitűnik, hogy a felső 10 gyűrűelem szelvénye lényegében itt megegyezik a 11 gyűrűelemével. A 10 gyűrűelem tömítő 20 palástfelülete a 4 henger 21 falán fekszik föl tömítetten (1. ábra). Továbbá, a 10 gyűruelem felső 22 homlokfelülete a 3 gyűrűhorony felső 7 homloklapján fekszik föl. A 10 gyűrűelem alsó homlokfelülete és a 3 gyűrűhorony alsó 8 homloklapja között értelemszerűen ugyanolyan hődilatációs hézagot hagytunk, mint amilyet a 11 gyűrűelemmel kapcsolatban már említettünk.

Az 1. ábrából világosan kitűnik, hogy a találmány szerinti 1 dugattyúgyűrű-egység beszerelése a felhasított 10 és 11 gyűrűelemek rugalmas deformációjával történik. Beépített állapotukban az önfeszítő 10 és 11 gyűrűelemek a kúpos 12 illetve 13 felületeiken keresztül itt közvetlen erőzáró kapcsolatban maradnak egymással, aminek az az eredménye, hogy a 11 gyűrűelem a felső 10 gyűrűelemet radiálisán kifelé igyekszik meneszteni, vagyis ezzel mindig biztonságos gyűrűnyomás érhető el. így a 10 gyűrűelem még hoszszú használat után is garantáltan tömítetten fog felfeküdni, azaz rászorulni a 4 henger 21 falára, mert az elkerülhetetlen használat közbeni kopást a találmány szerinti dugattyú-

♦ ·*

-9gyűrű-egység önműködően kiegyenlíti a 10 és 11 gyűrűelemek 12 és 13 felületek mentén történő viszonylagos elmozdulásával.

A találmány szerinti megoldás lényeges különbsége még az ismert megoldásokhoz képest, hogy az 1 dugattyúgyűrűegység 10 és 11 gyűrűelemei a 22 illetve 17 homlokfelületeikkel hézagmentesen felfekszenek a 3 gyűrűhorony 7 illetve 8 homloklapjain, sőt azokra rá vannak szorítva. Ezzel pedig az az előny jár, hogy nem lebeg az 1 dugattyúgyűrű-egység a 3 gyűrűhoronyban axiális irányban, ezzel annak kiverődési veszélyét teljesen kiküszöböltük. Járulékos előny továbbá, hogy a motor hűtési problémái esetén a 2 dugattyú nem sül be - amint az a hagyományos dugattyúgyűrűknél előfordulhat -, hiszen a 10 és 11 gyűrűelemek erőzáró kapcsolata és viszonylagos elmozdulási lehetősége ezt megakadályozza.

A 6. ábrán a találmány szerinti 1 dugattyúgyűrű-egység olyan további kivitele látható, amelynél a 3 gyűrűhoronyban elrendezett felső 10 gyűrűelem és alsó 11 gyűrűelem közvetve, azaz központi elrendezésű 23 gyűrűelemen keresztül van egymással együttműködő és erőzáró kapcsolatban. A 23 gyűrűelem kúpos 24 és 25 felülete működik együtt a 10 és 11 gyűrűelemek 12 illetve 13 felületeivel. A 23 gyűrűelem tehát radiálisán kifelé és axiálisan széjjelfeszíti a 10 és 11 gyűrűelemeket, így azok 18 és 20 palástfelületei a 4 henger 21 falán tömítetten fekszenek föl. A 23 gyűrűelem értelemszerűen ugyancsak a többi gyűrűelemmel azonos anyagú felhasított gyűrűként van kialakítva.

·»··

-10Α 7. ábrán a 6. ábra szerinti megoldás inverz változatát tüntettük fel. Itt a központi 23 gyűrűelem külső 26 homlokfelülete fekszik föl tömítetten a 4 henger 21 falán, a kúpos 24 és 25 felületei viszont a belül elhelyezkedő 10 és 11 gyűrűelemek 12 illetve 13 felületével működik együtt. Értelemszerűen itt a 10 és 11 gyűrűelemek adják a 23 gyűrűelemet radiálisán kifelé járulékosan terhelő nyomást és a 10, 11 és 23 gyűrűelemek axiális irányban itt is hézagmentesen töltik ki a 3 gyűrűhornyot.

Végül a 8. és 9. ábrákon a találmány szerinti 1 dugattyúgyűrű-egység olyan további példaként! kiviteli alakja látható, amely olaj lehúzógyűrűként használható. A 8. ábrán metszetben és beépített állapotban, a 9. ábrán pedig kiszerelt állapotban, nézetben és részben kitörve szemléltettük az 1 dugattyúgyűrű-egységet. Ez ennél a változatnál két gyűrűelemből áll, amelyeket a jobb áttekinthetőség kedvéért itt is 10-el és 11-el jelöltünk. A 10 és 11 gyűrűelemek itt azonos méretű és a kúpos 12 és 13 felületükkel szembefordított elrendezésű felhasított körgyűrűként vannak kialakítva. A felhasítási rést itt is 14-el, illetve 15-el jelöltük (9. ábra).

A jelen esetben a 10 és 11 gyűrűelemek egymástól axiális 27 távközzel helyezkednek el, amely egyúttal olajelvezető hézagot képez. A 10 és 11 gyűrűelemek kúpos 12 illetve 13 felülete közé azokat axiális és radiális irányban szétfeszítő rugalmas elem van építve, amelyet 28-al jelöltünk. Ez a rugalmas 28 elem a jelen esetben végtelenített, gyűrű-ala-11kú spirálrugóként van kialakítva.

A 8. ábrából jól kivehető, hogy a 10 és 11 gyűrűelemek külső homlokfelületei a 4 henger 21 falán tömítetten felfekszenek, ezeknek a felületeknek a rászórítását a rugalmas 28 elem tovább javítja. A 10 és 11 gyűrűelemek középső palástfelületén egy-egy beszúrás révén gyűrű-alakú 29 olajtér van kiképezve, amely közlekedik a 27 távközzel kialakított réssel.

Amint a fentiekből kitűnik, a találmány szerinti 1 dugattyúgyűrű-egység eredetien eltér a hagyományos megoldásoktól a szerkezeti kialakítását és működésmódját illetően is. Legfőbb előnye, hogy viszonylag kis ráfordítás mellett garantáltan hosszú élettartammal megbízható tömítést nyújt a dugattyú és a henger között. Továbbá lényeges előnye, hogy a gyűrűegység kiverődését és a dugattyú besülését eleve megakadályozza, ami pedig tetemes költségektől kíméli meg az üzemeltetőket.

Claims (5)

1. Dugattyúgyűrű-egység dugattyús gépekhez, főleg belsőégésű motorokhoz, felhasított gyűrűelemmel, amely beépített állapotában a dugattyúgyűrű hornyában J5nfeszítően helyezkedik el és hengeres palástfelülete a henger falára tmítetten rászorul, azzal jellemezve, hogy a dugattyú (2) gyűrűhornyával (3) társított dugattyúgyűrű-egység (1) osztott kialakítású és legalább két különálló felhasított gyűrűelemből (10, 11, 23) áll, ezek egymással kúpszerű felületeik (12, 13, 24, 25) révén közvetlenül, vagy adott esetben-járulékos betételemen, főleg rugalmas elemen (28) keresztül-közvetve erőzáró kapcsolatban vannak beépített állapotban, valamint a gyűrűhornyot (3) axiális irányban hézagmentesen kitöltik. /1991. 05. 15./

2. Az 1. igénypont szerinti dugattyúgyűrű-egység, azzal jellemezve, hogy két, a kúpszerű felületeik (12, 13) révén egymásai közvetlenül együttműködő gyűruelemből (10, 11) áll, ezek közül a felső gyűrűelem (10) külső palástfelülete (20) fekszik föl tömítetten a henger (4) falán (21). /1990. 01. 18./

3. Az 1. igénypont szerinti dugattyúgyűrű-egység, azzal jellemezve, hogy a felső és alsó gyűrűelemek (10, 11) közé központi harmadik gyűrűelem (23) van építve, ahol a központi gyűrűelem (23) kúpos felületei (24,

25) vannak erőzáró kapcsolatban beépített állapotban a felső és alsó gyűrűelem (10, 11) kúpszerű felületével (12, illetve 13), továbbá a felső és alsó gyurűelemek (10, 11) hengeres palástfelülete fekszik föl tömítetten a henger (4) falán (21). /1991. 05. 15./

4. Az 1. igénypont szerinti dugattyúgyűrű-egység, azzal jellemezve, hogy a felső és alsó gyűrűelem (10, 11) közé olyan központi gyűrűelem (23) van építve, amelynek külső homlokfelülete (26) fekszik föl kizárólag tömítetten a henger (4) falán (21), továbbá a központi gyűrűelem (23) kúpos felületei (24, 25) a radiálisán kifelé terhelő felső és alsó gyűrűelemek (10, 11) kúpszerű felületével (12, illetve 13) vannak kapcsolatban. /1991. 05. 15./

5. Az 1. igénypont szerinti dugattyúgyűrű-egység, azzal jellemezve, hogy két, előnyösen azonos méretű és kialakítású, kúpszerű felületével (12·, 13) szembefordítva beépített gyűrűelemből (10, 11) áll, ezek egymástól axiális távközzel (27) vannak beépítve és a kúpszerű felületeik (12, 13) közé előfeszített rugalmas elem (28) , például végtelenített gyűrű-alakú spirálrugó van építve. /1990. 01. 18./