PL220000B1

PL220000B1 - Frictionless sealing of internal combustion engine vane piston with wobbling motion

Info

Publication number: PL220000B1
Application number: PL379214A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Chomczyk
Original assignee: Włodzimierz Chomczyk
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2015-08-31
Also published as: PL379214A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest system szczelności beztarciowego silnika spalinowego lub sprężarki z tłokiem łopatkowym o ruchu obrotowo-zwrotnym.The subject of the invention is a tightness system of a frictionless internal combustion engine or compressor with a rotary-and-reciprocating vane piston.

Silniki spalinowe z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, są silnikami tarciowymi, w których tłokReciprocating piston internal combustion engines are friction engines in which the piston

- cylinder uszczelnia się przy pomocy pierścieni uszczelniających.- the cylinder is sealed by sealing rings.

W silnikach z tłokiem łopatkowym, o ruchu obrotowo-zwrotnym, tego rodzaju uszczelnienie nie może być zastosowane, ze względu na kształty elementów uszczelnianych.In engines with rotary-reciprocating vane piston, this type of seal cannot be used due to the shape of the sealed elements.

Ponadto w tym silniku para elementów tłok - cylinder jest zespołem bez wzajemnego tarcia, a więc można uniknąć smarowania tych elementów. Jest to cecha dość istotna. Dlatego elementy uszczelnienia tego silnika powinny być takie, aby nie dopuścić do wystąpienia nacisków i tarcia między elementami uszczelnianymi.Moreover, in this engine, the piston-cylinder pair of elements is a frictionless unit, so lubrication of these elements can be avoided. This is quite an important feature. Therefore, the sealing elements of this motor should be such as to prevent the occurrence of pressures and friction between the sealed elements.

Naciski występujące między powierzchniami tłoka i cylindra powinny być zerowe, a więc odległość między tymi powierzchniami winna wynosić zero lub być bliska zera.The pressure between the surfaces of the piston and cylinder should be zero, so the distance between these surfaces should be zero or close to zero.

Powyższe daje gwarancję zastosowania silnika bezsmarowego. Oznacza to, że do komór spalania nie dostarcza się w ogóle oleju smarnego.The above guarantees the use of a lubrication-free motor. This means that no lubricating oil is supplied to the combustion chambers.

W rozwiązaniu uszczelnienia silnika lub sprężarki z tłokiem łopatkowym o ruchu obrotowozwrotnym zastosowano system szczelności z ruchomymi uszczelkami depresyjnymi (1) umieszczonymi w uszczelnianym tłoku, a ich powierzchnie czołowe są w kontakcie z gładzią cylindra (2) lub w pobliżu tej gładzi cylindra (2).The sealing solution of an engine or compressor with rotary vane piston uses a tightness system with movable depression seals (1) placed in the sealed piston, and their front surfaces are in contact with the cylinder surface (2) or near the cylinder surface (2).

Rozwiązanie to polega na tym, że uszczelka depresyjna (1) przesuwa się samoczynnie względem uszczelnianego tłoka (6) względem cylindra (2) w funkcji zmiany temperatury silnika, a więc w funkcji zmiany wymiarów uszczelnianego tłoka (6) w cylindrze (2), zmiany wymiarów cylindra (2), zmiany wymiarów kołków (4) i zmiany wymiarów uszczelki depresyjnej (1).This solution consists in the fact that the depressive seal (1) automatically moves in relation to the sealed piston (6) in relation to the cylinder (2) as a function of engine temperature changes, i.e. as a function of changes in the dimensions of the sealed piston (6) in the cylinder (2), dimensions of the cylinder (2), changes in the dimensions of the pins (4) and changes in the dimensions of the depressive seal (1).

Powyższe pozwala zachować stały luz pomiędzy elementami uszczelniającymi i elementami uszczelnianymi niezależnie od temperatury silnika. Pozwala to uzyskać stały stan uszczelnienia, a więc jest to uszczelnienie inteligentne.The above allows to maintain a constant clearance between sealing elements and sealed elements regardless of the engine temperature. This allows to obtain a constant state of sealing, so it is an intelligent sealing.

Brak smaru i zachowanie zerowego luzu, bez wzajemnych nacisków tych elementów, pozwala uzyskać łatwy rozruch silnika i uzyskać dobrą jego pracę przy optymalnych parametrach.The lack of grease and the maintenance of zero clearance, without mutual pressure of these elements, allows for easy start-up of the engine and its good operation at optimal parameters.

Na Fig. 1 przedstawiono uszczelnienie tłoka (6) w cylindrze (2), a w jego części (3) jest uszczelka depresyjna (1) przesuwana w głąb tłoka (6) wraz ze wzrostem temperatury silnika.Fig. 1 shows the piston seal (6) in the cylinder (2), and in its part (3) there is a depression seal (1) that is moved deeper into the piston (6) as the engine temperature increases.

Przesunięcie uszczelki depresyjnej (1) jest powodowane wydłużeniem kołków (4) o dużym współczynniku rozszerzalności, które to wydłużają się na skutek wzrostu temperatury silnika lub sprężarki.The displacement of the depression seal (1) is caused by the elongation of the pins (4) with a high expansion coefficient, which lengthen due to the increase in the temperature of the motor or compressor.

Powyższe pozwala zachować stałe położenie uszczelki depresyjnej (1) względem cylindrycznej powierzchni cylindra (2).The above allows to maintain a constant position of the depressive seal (1) in relation to the cylindrical surface of the cylinder (2).

Na skutek ochładzania się silnika cylinder (2) i tłok (6) w kierunku cylindra (2) zmniejszają swoje długości w kierunku promieniowym w funkcji ich współczynników rozszerzalności i temperatury. Różnica tych zmian jest kompensowana przy pomocy zmiany długości kołków (4), w funkcji zmiany temperatury kołków (4), na skutek zmiany temperatury silnika.As the engine cools, the cylinder (2) and piston (6) reduce their lengths in the radial direction towards the cylinder (2) as a function of their expansion coefficients and temperature. The difference between these changes is compensated by changing the length of pins (4) as a function of changes in the temperature of pins (4) due to changes in the temperature of the motor.

Kołki (4) są połączone na stałe z uszczelką depresyjną (1) i z tłokiem (6). W kierunku cylindra (2) uszczelka depresyjna (1) jest przesuwana siłą inercji i przy pomocy sprężyny (10), w przypadku ochładzania się silnika. Maksymalne przesunięcie uszczelki depresyjnej (1) występuje w przypadku usadowienia się jej zaczepem w punkcie (5), powiększając jednocześnie w tłoku (6) przestrzeń (8) do maksimum. W tym przypadku uszczelka depresyjna (1) dochodzi do powierzchni cylindrycznej (2) dając zerową szczelinę ale nie naciska na tę powierzchnię. Tłok (6) jest połączony z wałem (7) silnika lub sprężarki.The pins (4) are permanently connected with the depressive seal (1) and with the piston (6). In the direction of the cylinder (2), the depression seal (1) is moved by the force of inertia and by means of the spring (10) when the engine cools down. The maximum displacement of the depressive seal (1) occurs when it is seated by its catch in point (5), at the same time enlarging the space (8) in the piston (6) to the maximum. In this case, the depression seal (1) reaches the cylindrical surface (2) giving a zero gap but does not press against this surface. The piston (6) is connected to the shaft (7) of the engine or compressor.

W tym przypadku uszczelka depresyjna (1) dochodzi do powierzchni cylindra (2), dając zerową szczelinę, ale nie naciska na tę powierzchnię. Tłok (6) jest połączony z wałem (7) silnika.In this case, the depression seal (1) reaches the surface of the cylinder (2), giving a zero gap, but not pressing against this surface. The piston (6) is connected to the shaft (7) of the engine.

Na Fig. 2 przedstawiono uszczelnienie tłoka (6) w cylindrze (2), gdzie uszczelka depresyjna (1) jest przesuwana względem tłoka (6) za pomocą bimetalu (11) umocowanego w punkcie (12).Fig. 2 shows the piston seal (6) in the cylinder (2), where the depression seal (1) is moved relative to the piston (6) by means of a bimetal (11) fixed at the point (12).

Wartość X będąca odległością czoła tłoka (6) od gładzi cylindra (2) jest maksymalna w czasie silnika zimnego, natomiast minimalna w czasie silnika rozgrzanego i wynosi X > 0.The value of X, which is the distance of the piston (6) face from the cylinder (2) running surface, is maximum when the engine is cold, while it is minimum when the engine is hot and amounts to X> 0.

Odległość przylgni uszczelki depresyjnej (1) i gładzi cylindra (2) jest stała i jest zerowa lub bliska zeru, zarówno w silniku zimnym, jak również w silniku ciepłym i gorącym. Uszczelka depresyjna (1) jest połączona z bimetalem (11) przy pomocy śruby (13).The distance between the seat of the depressive seal (1) and the running surface of the cylinder (2) is constant and is zero or close to zero, both in a cold engine as well as in a warm and hot engine. The depressive seal (1) is connected to the bimetal (11) by means of a screw (13).

PL 220 000 B1PL 220,000 B1

Na Fig. 3 przedstawiono uszczelnienie tłoka (6) w cylindrze (2) analogicznie jak rozwiązanie na Fig. 2, lecz z odwróconym bimetalem (15).Fig. 3 shows the piston (6) seal in the cylinder (2) analogously to the solution in Fig. 2, but with inverted bimetal (15).

Na Fig. 4 przedstawiono uszczelnienie ruchome płaszczyzn elementów (18) i (19), przy jednakowych wartościach docisku czoła uszczelki depresyjnej (16) na płaszczyznę elementu (18).Fig. 4 shows the movable seal of the element planes (18) and (19), with the same values of the pressure of the face of the depressive seal (16) on the element plane (18).

Odległość między płaszczyznami elementów uszczelnianych (X) wynosi zero lub jest bliska zeru. Połączenie bimetalu (15) z uszczelką depresyjną (16) jest dokonane przy pomocy złącza (16a).The distance between the planes of the sealing elements (X) is zero or close to zero. The connection of the bimetal (15) with the depressive seal (16) is made by means of the joint (16a).

Celem lepszego uszczelnienia elementów (18) i (19) uszczelka depresyjna (16) posiada labirynty (17).In order to better seal the elements (18) and (19), the depressive seal (16) has labyrinths (17).

Na Fig. 5 przedstawiono uszczelnienie ruchome elementów (18) i (19) przy stałym położeniu uszczelki depresyjnej (16) względem elementu (18), niezależnie od zmian temperatur i prędkości obrotowej silnika.Fig. 5 shows the movable seal of the elements (18) and (19) in the constant position of the depressive seal (16) in relation to the element (18), regardless of changes in temperature and rotational speed of the engine.

Odległość elementu uszczelki depresyjnej (16) od przylgni elementu (18) wynosi zero lub jest bliska zeru. Odległość elementów uszczelnianych (18) i (19) X > 0. Bimetal (19a) jest połączony z uszczelką depresyjną (16) przy pomocy śruby (20).The distance of the depressive seal element (16) from the seat of the element (18) is zero or close to zero. Distance between the sealing elements (18) and (19) X> 0. The bimetal (19a) is connected to the pressure seal (16) by means of a screw (20).

Na Fig. 6 przedstawiono uszczelnienie ruchome cylindra (2) i tłoka (6) posiadające powierzchnię wklęsłą i wypukłą przy zastosowaniu uszczelki depresyjnej (1).Fig. 6 shows the movable seal of the cylinder (2) and the piston (6) having a concave and convex surface when a depressive seal (1) is used.

Odległości powierzchni cylindrycznej cylindra (2) od powierzchni wypukłej tłoka (6) wynosi X > 0. Odległość wklęsłej powierzchni cylindrycznej cylindra (2) od wypukłej powierzchni uszczelki depresyjnej (1 wynosi zero lub jest bliska zeru. Uszczelka depresyjna (1) jest przesuwana bimetalem (19) w funkcji zmiany temperatury silnika lub sprężarki. Celem lepszego uszczelnienia w uszczelce depresyjnej (1) zastosowano labirynty (14).The distance of the cylindrical surface of the cylinder (2) from the convex surface of the piston (6) is X> 0. The distance of the concave surface of the cylinder (2) from the convex surface of the depressive seal (1 is zero or close to zero. The depressive seal (1) is moved by bimetal ( 19) as a function of engine or compressor temperature change For better sealing, labyrinths (14) are used in the depressive seal (1).

Na Fig. 7 przedstawiono uszczelnienie ruchome tłoka (23) w cylindrze (22) przy wmontowanej w tłoku (23) uszczelki depresyjnej (21) w której znajduje się bimetal (24).Fig. 7 shows the movable seal of the piston (23) in the cylinder (22) at the depressive seal (21) mounted in the piston (23), in which there is a bimetal (24).

Umocowanie uszczelki depresyjnej (21) wraz z bimetalem (24) dokonano w rowku (25) tłoka (23).The depressive seal (21) is fastened with the bimetal (24) in the groove (25) of the piston (23).

Odległość powierzchni wypukłej uszczelki depresyjnej (21) od gładzi cylindrycznej cylindra (22) wynosi zero lub jest bliska zeru, niezależnie od zmian temperatury silnika lub sprężarki.The distance between the convex surface of the depression seal (21) and the cylinder bearing surface (22) is zero or close to zero, regardless of changes in engine or compressor temperature.

Odległość wypukłej powierzchni tłoka (23) od gładzi cylindrycznej cylindra (22) wynosi X > 0.The distance of the convex surface of the piston (23) from the cylindrical surface of the cylinder (22) is X> 0.

Na Fig. 8 przedstawiono uszczelnienie ruchome powierzchni elementów (26) i (28), przy czym element uszczelniający (27) jest przesuwany za pomocą elementu (29), o dużym współczynniku rozszerzalności klina (29), który jest pokazany także na rysunku Fig. 9.Fig. 8 shows the floating seal of the surfaces of the elements (26) and (28), the sealing element (27) being displaced by means of the element (29) having a large wedge expansion coefficient (29), which is also shown in Fig. 9.

Element uszczelniający (27) może być przesuwam także drogą elektroniczną. Na Fig. 9 przedstawiono częściowy przekrój rzutu ruchomego uszczelnienia przedstawionego na Fig. 8. Element (29) w postaci klina jest prowadzony przy pomocy prowadnicy (30). Element uszczelniany (28) jest obudowany płytami (31) i (32).The sealing element (27) can also be moved electronically. Fig. 9 is a partial sectional view of the movable seal of Fig. 8. The wedge element (29) is guided by a guide (30). The sealing element (28) is enclosed by plates (31) and (32).

Claims

1.Tightness system of a combustion engine or a compressor having a rotary-reciprocating vane piston in a cylinder with baffles, which is connected to the shaft permanently supported in bearings located outside the working chambers and connected to the drive mechanism, characterized by the fact that it has a movable piston seal (6) in the cylinder (2) with the use of movable depression seals (1) placed in the sealed piston (6), and its face is in contact with the surface of the sealed cylinder (2) or close to the surface of the cylinder (2) equal to zero or close to zero.

2. Tightness system according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that it has pins (4) made of a material with a high expansion coefficient, one end of which rests against the movable depression seal (1) and the other end of each pin (4) rests against the piston (6) sealed in the cylinder (2). ).

3. Tightness system according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the movable depression seal (1) has a catch (5) for setting the maximum extension of the movable depression seal (1) relative to the sealed piston (6).

4. Tightness system according to claim A device according to claim 1, characterized in that it has a movable depression seal (1), one surface of which occupies a position on the surface of the cylinder (2) to be sealed or close to that surface of the cylinder (2), and the entire depression seal (1) is mounted in the piston (6).

5. Tightness system according to claims 3. A method as claimed in claim 1, characterized in that it has a spring (10) pressing against the movable depression seal (1) towards the cylinder (2).

PL 220,000 B1

6. Tightness system according to claims Device according to claim 1, characterized in that it has a bimetal (11) as a drive for the sealing element (1).

7. Tightness system according to claims A method as claimed in claim 1, characterized in that it has a bimetal (11) responsive to the temperature change of the combustion engine or compressor, creating a certain quality of sealing of the piston (6) in the cylinder (2).

8. Tightness system according to claims A method as claimed in claim 1, characterized in that the sealing of the convex surface is carried out by means of a depressive seal (1) using a bimetal (15).

9. Tightness system according to claims A method according to claim 1, characterized in that the elements (18) and (19) having flat surfaces are sealed with a movable depressive seal (16) and with the use of a bimetal (19a).

10. Tightness system according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the pins (4) for moving the movable depression seal (1) are arranged in the piston (6) and inside the same movable depression seal (1).

11 Tightness system according to claim A drive as claimed in claim 1, characterized in that the movable depression seal (1) has a driving wedge mechanism (29).

12. Tightness system according to claims The method of claim 1, characterized in that the sealing surface of the depressive seal (27) has a shape that follows the shape of the sealing surface of the element (26).