PL167648B1 - Uklad uszczelniajacy tloczyska silnika spalinowego PL PL - Google Patents

Abstract

1. Uklad uszczelniajacy tloczyska silnika spalinowego, zwlaszcza wysokopreznego z górna strefa szczelnosci od strony tloka i dolna strefa szczelnosci od strony krzyzul- ca lub od strony skrzyni korbowej, zawiera- jacy pierscienie uszczelniajace i zgarniaja- ce, znamienny tym, ze górna strefa (10) szczelnosci jest ograniczona od strony tloka metalowym, wieloczesciowym zgarniaczem zgrubnym (12), który sluzy jako pierscien hamujacy ogien i jako nieobciazony sprezy- na otacza tloczysko z malym luzem, przy czym lezace ponizej pierscienie uszczelnia- jace (17, 19) i pierscien prowadzacy (14) sa wykonane z tworzywa sztucznego, zas wszystkie pierscienie uszczelniajace i zgar- niajace dolnej strefy (20) równiez sa wyko- nane z tworzywa sztucznego. FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ uszczelniający tłoczyska silnika spalinowego z górną strefą szczelności od strony tłoka i z drugą strefą szczelności od strony skrzyni korbowej. Uszczelnienia dławicowe tego rodzaju są znane zwłaszcza dla wysokoprężnych silników okrętowych. Zwłaszcza tego typu układy znane są z opisu patentowego DE-B-21 14 152. Inny przykład takiego układu uszczelniającego podany jest w europejskim opisie patentowym nr Ep-A-0 138 443.

Zespół warunków, które powinno spełniać każde uszczelnienie dławicowe, obejmuje kilka warunków głównych, jak np. możliwie najlepsze oddzielenie' oleju korbowego od oleju cylindrowego, to znaczy dobre zgarnianie czystego oleju korbowego od dołu i dobre zgarnianie zanieczyszczonego oleju cylindrowego od góry, dobre uszczelnienie uderzeń ciśnienia od strony krzyżulca, aby zapobiec porywaniu oleju i dobre uszczelnienie ciśnienia powietrza

167 648 przepłukującego u góry, długa trwałość, dobre działanie także w ekstremalnych warunkach, jak np. w przypadku ognia w przestrzeni dla powietrza przepłukującego, zmniejszenie strat oleju, jak również możliwie najmniejsze ścieranie tłoczyska.

W celu osiągnięcia wysokiej szczelności i działania zgarniającego pierścienie uszczelniające i zgarniające muszą dokładnie przylegać do tłoczyska. Można to osiągnąć wykonując pierścienie ze stosunkowo giętkiego materiału, który bez docierania dopasowuje się dokładnie także do tłoczyska z naddatkiem na obróbkę. Miejsca' przecięć muszą być przy tym tak rozmieszczone, aby nie był możliwy bezpośredni przepływ przez pierścień. .

Tradycyjne pierścienie zgarniające wykonuje się z metalu jako ' wieloczęściowe i z prostymi miejscami przecięć. Takie pierścienie dopasowują się źle i tylko za pośrednictwem dużego docisku sprężynowego do kształtu tłoczyska i przy tym zarówno pierścienie jak i tłoczysko podlegają silnemu ścieraniu zwłaszcza podczas uruchamiania i w okresie docierania a przede wszystkim w dolnym i górnym martwym punkcie. Ponadto to ścieranie metaliczne powoduje powstawanie śladów zadrapań, co z kolei zmniejsza szczelności. Trwałość takich uszczelnień jest zależna zwłaszcza od smarowania. Smarowanie odbywa się tu na drodze odpowiedniego przecieku pełzającego wzdłuż tłoczyska. Ten ważny dla smarowania przeciek powoduje jednak znaczne zwiększenie zużycia oleju. Metalowe pierścienie uszczelniające mają zwykle trzy lub więcej szczelin podziałowych. Powoduje to także zmniejszenie szczelności.

W opisie patentowym DE-A-23 51 850 (G.Espey) zaproponowano po raz pierwszy wykonywanie jednoczęściowych pierścieni zgarniających z elastycznego materiału. W uszczelnieniach dławicowych tłoczysk stosuje się zwłaszcza pierścienie uszczelniające i zgarniające i zgarniające według patentu EP-A-0 139 965. Takie pierścienie uszczelniające lub zgarniające stosuje się w uszczelnieniach dławicowych tylko w niewielkich ilościach i tylko w dolnej strefie szczelności, od strony skrzyni korbowej. Chociaż przez to uzyskuje się polepszenie szczelności, to jednak pomimo tego rozwiązanie to nie mogło nabrać znaczenia, gdyż trwałość metalowych, górnych uszczelnień dławicowych jest niewystarczająca i wzrosło ścieranie tłoczyska.

Układ uszczelniający tłoczyska silnika spalinowego, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że górna strefa szczelności jest ograniczona od strony tłoka metalowym, wieloczęściowym zgarniaczem zgrubnym, który służy jako pierścień hamujący ogień i jako nieobciążony sprężyną otacza tłoczysko z małym luzem, przy czym leżące poniżej pierścienie uszczelniające i pierścień prowadzący są wykonane z tworzywa sztucznego, zaś wszystkie pierścienie uszczelniające i zgarniające dolnej strefy również są wykonane z tworzywa sztucznego.

Ze względów wytrzymałościowych i temperaturowych wychodzono dotychczas z założenia, że z tworzyw sztucznych można wykonywać tylko uszczelki położone w pobliżu skrzyni korbowej. Obecnie doświadczenia wskazały jednak, że uszczelnienia dławicowe tego rodzaju odznaczają, się trudną do wyjaśnienia krótką trwałością oraz że powierzchnie przeciwbieżne ulegają silnemu ścieraniu. Za pomocą odpowiednio kosztownych pomiarów firma zgłaszająca stwierdziła, że szczelność jednoczęściowych pierścieni uszczelniających i zgarniających wykonanych z tworzywa sztucznego jest tak duża, iż leżące nad nimi pierścienie uszczelniające i zgarniające wykonane z metalu są niedostatecznie smarowane.

W efekcie pojawiło się zwiększone ścieranie i wskutek tego nastąpił wzrost przecieku, co spowodowało skrócenie trwałości uszczelnienia dławicowego. Wbrew oczekiwaniom fachowców okazało się obecnie, że uszczelnienie dławicowe z cechami według wynalazku odznacza się szczególnie dużą efektywnością i trwałością i dzięki temu powoduje bardzo małe straty oleju, co z jednej strony należy uzasadnić szczelnością uszczelnienia dławicowego a z drugiej strony zmniejszonymi potrzebami smarnymi pierścieni.

Korzystnie skierowana w stronę tłoczyska powierzchnia ślizgowa pierścienia prowadzącego jest zaopatrzona w kilka rowków odciążających przebiegających w kierunku wzdłuż tłoczyska.

Korzystnie pierścienie uszczelniające są wykonane jako jednoczęściowe.

Korzystnie pierścienie uszczelniające są zaopatrzone w prosty lub podwójnie działający gazoszczelny styk.

167 648

Korzystnie pierścienie zgarniające są zaopatrzone w dwie krawędzie zgarniające. Korzystnie pierścienie zgaraniające są zaopatrzone w obszarze szczeliny podziałowej w styk zakładkowy.

Korzystnie powierzchnia podziałowa w obszarze zakładek przebiega w środkowej ściętej krawędzi uszczelniającej.

Korzystnie powierzchnia podziałowa styku w obszarze zakładek przebiega na zewnątrz środka miedzy obydwiema ściętymi krawędziami zgarniającymi.

Korzystnie zgarniacz zgrubny posiada dwie równolegle krawędzie zgarniające, w których znajdują się rowki tworzące uszczelnienie labiryntowe, i że miedzy krawędziami zgarniającymi są umieszczone otwory odpływowe.

korzystnie pierścienie uszczelniające i zgarniające posiadają między ich krawędziami zgarniającymi otwory odpływowe dla oleju a po ich stronie zewnętrznej mają wgłębienia przebiegające skośnie do tyłu, służące do odprowadzania zgarniętego oleju.

Układ uszczelniający tłoczysko silnika spalinowego według wynalazku, dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu jego elementów ma dużą skuteczność i znacznie większą trwałość od znanych dotychczas układów uszczelniających. Zwiększona została także trwałość tłoczyska z naddatkiem na obróbkę. Większa elastyczność pierścieni uszczelniających z tworzywa sztucznego umożliwia wykonywanie ich jako jednoczęściowych, dzięki czemu ulegają skróceniu i uproszczeniu montaż oraz konserwacja układu. Odpowiednio ukształtowany styk gazoszczelny pierścieni uszczelniających uniemożliwia przedostawanie się spalin do oleju i pozwala zachować jego jakość.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez uszczelnienie dławicowe silnika Diesla z pierścieniem prowadzącym i oddzielnym uszczelnieniem dolnym i górnym, fig. 2 - częściowy przekrój podłużny przez wariant dławnicy dla innego okrętowego silnika Diesla bez pierścienia prowadzącego, fig. 3 - trzyczęściowy pierścień hamujący ogień, w widoku z góry, fig. 4 przekrój w powiększonej skali, fig. 5 - przekrój średnicowy pierścienia zgarniającego; fig. 6 ponownie przekrój w powiększonej skali w obszarze styku: fig. 7 - ponownie przekrój średnicowy pierścienia uszczelniającego a fig. 8 - powiększony przekrój w obszarze styku.

Fig. 1 przedstawia przykład wykonania wynalazku w wysokoprężnym silniku okrętowym w przekroju pionowym. Układ w tym przykładzie wykonania odpowiada silnikowi okrętowemu firmy Gebruder Sulzer AG w Winterthur. W środku znajduje się umieszczone pionowe tłoczysko 1, które, prowadzi od skrzyni korbowej 3 do przestrzeni 2 powietrza przepłukującego od strony tłoka., W konstrukcji tej występują wyraźnie dwie strefy szczelności, mianowicie pierwsza strefa 10 szczelności od strony tłoka i druga strefa 20 szczelności od strony korbowej. W innych typach firmy Sulzer zmienia się np. ilość pierścieni, lecz zasada pozostaje bez zmiany.

W górnej strefie 10 szczelności od strony tłoka znajduje się na samym wierzchu zgarniacz zgrubny 12, który służy jako pierścień hamujący ogień i jest wykonany z metalu. Ten pierścień jest opisany bliżej za pomocą fig. 3 i 4. Pierścień hamujący ogień leży pereyfetyjnie na pierścieniu komorowym 13. Pod zgarniaczem zgrubnym 12 leży górna uszczelka zgarniająca 17, t.zw. -fll^iofing. Pod górną uszczelką zgarniającą 17 leży w rowku pierścienia komorowego 13 pierścień prowadzący 14. Klamry 15 trzymają razem ten górny pakiet uszczelniający. Wieloczęściowy, tu trzyczęściowy zgarniacz zgrubny jest trzymany razem w kierunku promieniowym za pomocą jedno- lub wieloczęściowej sprężyny naciągowej. Takie same sprężyny naciągowe jak wyżej wymieniona sprężyna naciągowa 11 są założone także dookoła pierścienia prowadzącego 13 i przecinają klamry 15.

W tradycyjnym układzie Sulzera strona wewnętrzna pierścienia komorowego 13 jest zalana białym metalem, obrobiona i dzięki temu służy jako pierścień prowadzący. Chociaż tylko ta strefa ulega ścieraniu, to jednak każdorazowo cały pierścień musi być wymieniony, wysłany do zakładu serwisowego, warstwa białego metalu usunięta z niego mechanicznie i ponownie w nim odlana, co jest związane ze znacznym nakładem. W celu uniknięcia tego nakładu, pierścienie takie najczęściej wyrzuca się i zastępuje nowymi, co znowu jest bardzo kosztowne.

167 648

Pomysł stanowiący podstawę wynalazku polega na tym, aby w odpowiedni rowek włożyć wymienialny w prosty sposób na miejscu pierścień prowadzący z samosmarownego materiału, przy czym stalowy pierścień komorowy 13 może być zawsze ponownie stosowany.

Poniżej tego pierwszego pakietu uszczelniającego jest przewidziana dalsza uszczelka zgarniająca 19. Identyczna uszczelka zgarniająca 19 leży na samym wierzchu w dolnej strefie 20 szczelności od strony skrzyni korbowej lub od strony krzyżulca. Poniżej tej uszczelki zgarniającej 19 jest umieszczonych kilka pierścieni zgarniających 21, które również są ściśnięte sprężynami naciągowymi 22. Na fig. 7 i 8 jest pokazany szczegółowo przykład uszczelki zgarniającej odpowiadający uszczelkom 17 i 19. Fig. 5 i 6 przedstawiają, szczegółowo pierścienie zgarniaj ące 21.

Zasada drugiego przykładu wykonania według fig. 2 odpowiada wariantowi użytkowemu, który stosuje się przykładowo w silnikach okrętowych firm Burmeister Wain, Kobe, M A N itp. Tłoczysko 1 przechodzi przez tarczę międzystopniową 7, która oddziela skrzynię korbową 3 od komory 2 powietrza przepłukującego po stronie tłoka. Także tu rozpoznaje się, chociaż mniej wyraźnie niż w pierwszym przykładzie, pierwszą strefę 10 szczelności i drugą strefę 20 szczelności od strony skrzyni korbowej. Cały układ uszczelniający jest umieszczony w dwudzielnej obudowie, która jest przymocowana do tarczy międzystopniowej 7. Nad tą obudową, znajduje się leżący na niej, wieloczęściowy metalowy zgarniacz zgrubny 12 wraz z umieszczoną pod nim uszczelkę zgarniającą 17. Wykonany z metalu zgarniacz zgrubny 12 chroni wraz z pierścieniem przytrzymującym 15' leżące poniżej uszczelki zgarniające 17 i 19, z tworzywa sztucznego przed działaniem wysokiej temperatury panującej w przestrzeni 2 powietrza przepłukującego i występującego tu ewentualnie położenia. Zastosowany tu zgarniacz zgrubny, który służy jako pierścień hamujący ogień, ma zmieniony kształt przekroju w porównaniu z przykładem wykonania przedstawionym na fig. 3 i 4. Pierścienie uszczelniające 17 i 19, jak również pierścienie zgarniające 21 w drugiej strefie 20 szczelności, mają takie same kształty jak pierścienie użyte w przykładzie wykonania według fig. 1.

Zgarniacz zgrubny 12, przedstawiony na fig. 3 w widoku z góry, składa się z trzech segmentów 121. Średnica wewnętrzna zgarniacza zgrubnego 12 jest nieco większa od średnicy tłoczyska 1. Gdy zgarniacz zgrubny 12 jest zamontowany w uszczelnieniu dławicowym, nie przylega wówczas do tłoczyska 1, lecz otacza je z małym luzem. Zgarniacz zgrubny 12 służący jako pierścień hamujący ogień ma przekrój w kształcie litery L. Ramię 122 przebiegające równolegle do tłoczyska jest zaopatrzone w dwie krawędzie zgarniające 123, biegnące równolegle w pewnym odstępie od siebie. Między -obydwiema krawędziami zgarniającymi 123 jest przewidzianych kilka otworów odpływowych 124, rozmieszczonych w regularnych odstępach i skierowanych na zewnątrz. Otwory 124 służą do odprowadzania zgarnianego oleju i cząstek zanieczyszczeń. Ramię 122 posiada z zewnątrz rowek 125 o półokrągłym przekroju. W tym rowku układa się jedno- lub wieloczęściowa sprężyną naciągową, za pomocą której utrzymuje się razem i dociska do siebie poszczególne segmenty 121. Na fig. 1 i 2 sprężyny te widoczne są w przekroju. W celu zwiększenia szczelności można dodatkowo zaopatrzyć krawędzie zgarniające w przebiegające współśrodkowo rowki, które działają jak uszczelnienie labiryntowe.

Pierścień zgarniający 21, który pokazano na fig. 5 w przekroju, jest wykonany całkowicie z tworzywa sztucznego. Stosuje się tu zwłaszcza poli-tetra-fluoro-etylen. Pierścień jest tu jednoczęściowy i tylko z jednej strony dzielony w miejscu styku 221. Znane, jednoczęściowe pierścienie zgarniające są szczególnie korzystne, gdyż montaż ich jest wygodniejszy a dzięki temu i czas montażu krótszy. Styk podziałowy 221 jest zamykany na zakładkę przez dwie części 222. W następstwie tego między obydwiema częściami 222 leży powierzchnia podziałowa 222'. Powierzchnia podziałowa 222' dochodzi od strony wewnętrznej w obszarze między dwiema wystającymi na brzegach, pierścieniowymi ściętymi krawędziami zgarniającymi 226. Po stronie zewnętrznej powierzchnia podziałowa 222' dochodzi do okrężnego rowka pierścieniowego 225, w którym leży okrężna sperężyna naciągowa 22. Ważne jest to, aby powierzchnia podziałowa 222' styku przebiegała na zewnątrz środka między obydwiema ściętymi krawędziami uszczelniającymi 226, a więc aby leżała na zewnątrz środka rowka okrężnego 225.

167 648

Dzięki temu unika się wyciskania obydwóch części 222 przez sprężynę naciągową 22, a przez to niszczenie szczelności pierścienia i zakleszczania w rowku.

Pierścień zgarniający 17, pokazany na fig. 7 także w przekroju, posiada jednakową budowę jak wyżej opisany pierścień zgarniający 21, lecz z tym wyjątkiem, że styk jest gazoszczelny. Także ten pierścień jest wykonany z PTFE. Także tu jest widoczna szczelina podziałowa lub styk 171, która lub który uszczelnia się na zakładkę przez dwie części 172. Powierzchnia podziałowa przebiega tu w środkowej krawędzi zgarniającej 176. Szerszy pierścień uszczelniający 17 posiada trzy przebiegające równolegle krawędzie zgarniające 176. Na obwodzie zewnętrznym znajdują się tu także dwa rowki pierścieniowe 175, w których układa się odpowiednie sprężyny 18. Między każdymi dwiema sąsiadującymi ze sobą krawędziami zgarniającymi 176 są także przewidziane otwory odpływowe 177 dla oleju.

Pierścień uszczelniający 17 stanowi właściwe połączenie pierścienia uszczelniającego z pierścieniem zgarniającym. Przy tym prawa strona na rysunku jest stroną zgarniającą z otworami odpływowymi dla oleju, zaś lewa strona stanowi stronę uszczelniającą, w której nie przewidziano otworów.

Aby także w przypadku szczelnego umieszczenia kilku pierścieni zgarniających mógł odpływać zgarnięty olej przewidziano na powierzchni zewnętrznej wgłębienia 178, przebiegające skośnie do tyłu.

FIG. 2

167 648

FIG.3 FIG. 4

FIG. 5 FIG. 8

FIG.7

167 648

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ uszczelniający tłoczyska silnika spalinowego, zwłaszcza wysokoprężnego z górną, strefą szczelności od strony tłoka i dolną strefą szczelności od strony krzyżulca lub od strony skrzyni korbowej, zawierający pierścienie uszczelniające i zgarniające, znamienny tym, ze górna strefa (10) szczelności jest ograniczona od strony tłoka metalowym, wieloczęściowym zgarniaczem zgrubnym (12), który służy jako pierścień hamujący ogień i jako nieobciążony sprężyną otacza tłoczysko z małym luzem, przy czym leżące poniżej pierścienie uszczelniające (17,19) i pierścień prowadzący (14) są wykonane z tworzywa sztucznego, zaś wszystkie pierścienie uszczelniające i zgarniające dolnej strefy (20) również są wykonane z tworzywa sztucznego.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że skierowana w stronę tłoczyska (1) powierzchnia ślizgowa pierścienia prowadzącego (14) jest zaopatrzona w kilka rowków odciążających przebiegających w kierunku wzdłuż tłoczyska.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie uszczelniające (17, 19) są wykonane jako jednoczęściowe.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie uszczelniające (17,19) są zaopatrzone w prosty lub podwójnie działający gazoszczelny styk (172).
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie zgarniające (21) są zaopatrzone w dwie krawędzie zgarniające (226).
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie zgarniające (21,22) są zaopatrzone w obszarze szczeliny podziałowej w styk zakładkowy.
7. 7. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnia podziałowa styku w obszarze zakładek przebiega w środkowej ściętej krawędzi uszczelniającej (176).
8. 8. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że powierzchnia podziałowa (222') styku w,obszarze zakładek przebiega na zewnątrz środka między obydwiema ściętymi krawędziami zgarniającymi (226).
9. 9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zgarniacz zgrubny (12) posiada dwie równoległe krawędzie zgarniające (123), w których znajdują się rowki tworzące uszczelnienie labiryntowe, i że między krawędziami zgarniającymi (123) są umieszczone otwory odpływowe (124).
10. 10. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie uszczelniające i zgarniające (17, 19, 21) posiadają między ich krawędziami zgarniającymi (176, 226) otwory odpływowe (177, 223) dla oleju a po ich stronie zewnętrznej mają wgłębienia (178) przebiegające skośnie do tyłu, służące do odprowadzania zagarniętego oleju.