патент
№ RU 2576405
МПК F02F5/00
Номер заявки
2014146162/06
Дата подачи заявки
17.11.2014
Опубликовано
10.03.2016
Страна
RU
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке зеркально установлены одинаковые верхнее и нижнее трапециевидные кольца, причем большими вертикальными сторонами они обращены к стенке цилиндра, а также расширительное кольцо, верхний наклонный торец которого контактирует с нижним наклонным торцом нижнего компрессионного кольца, а большей вертикальной стороной обращено к оси цилиндра и имеет зазор между меньшей вертикальной стороной и стенкой цилиндра. Изобретение повышает эффективность уплотнения между поршнем и цилиндром. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения

1. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее верхнее компрессионное кольцо, верхний торец которого выполнен под углом к своему нижнему торцу, нижнее компрессионное кольцо и расширительное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке, отличающееся тем, что верхнее и нижнее компрессионные кольца выполнены идентичными, нижнее компрессионное кольцо установлено так, что его нижний торец расположен под углом к своему верхнему торцу, при этом верхнее и нижнее компрессионные кольца большими вертикальными сторонами обращены к стенке цилиндра, верхний торец расширительного кольца направлен под углом к своему нижнему торцу, при этом большей вертикальной стороной расширительное кольцо обращено к оси цилиндра, а между поверхностью наружного диаметра расширительного кольца и стенкой цилиндра имеется зазор.

2. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающееся тем, что углы наклона торцов компрессионных колец и расширительного кольца должны быть более 15°.

Описание

[1]

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

[2]

Известны поршневые уплотнения двигателей внутреннего сгорания, состоящие из отдельных элементов, установленных в одну поршневую канавку (US 1527535 А. 19.10.1920, RU 2381375 С2, 10.02.2010, RU 2213238. С2, 27.09.2003, US 3971298 A, 27.07.1976, GB 284133 А, 26.01.1928, GB 552296 А, 31.03.1943).

[3]

Известно поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее верхнее и нижнее компрессионные кольца, размещенные в одной поршневой канавке, причем верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под углом к своему нижнему торцу, образуя поперечное сечение кольца в виде односторонней трапеции (патент RU №2447306, МПК F02F 5/00опубл. 12.01.2011). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что конструкция нижнего компрессионного кольца отличается от конструкции верхнего кольца по форме, размерам и весу, что отрицательно сказывается на взаимозаменяемости колец, эффективности технологических процессов в серийных и, особенно, массовых типах производства, а также на ресурсе цилиндропоршневой группы двигателя. Кроме того, величина площади контакта нижнего торца нижнего компрессионного кольца с расширительным кольцом, через который происходит теплообмен между поршнем и цилиндром, меньше площади контакта верхнего торца верхнего компрессионного кольца, что снижает эффективность процесса теплообмена между перегретой головкой поршня и охлаждаемым цилиндром и может способствовать перегреву двигателя и возможной его поломке.

[4]

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении себестоимости производства компрессионных колец, повышении эффективности уплотнения между поршнем и цилиндром, обеспечении благоприятных условий тепловой разгрузки поршня, повышении мощности, ресурса и надежности двигателя, уменьшении расхода топлива и масла, улучшении экономических и экологических характеристик двигателя.

[5]

Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении двигателя внутреннего сгорания, содержащем верхнее компрессионное кольцо, у которого верхний торец выполнен под углом к своему нижнему торцу, нижнее компрессионное кольцо и расширительное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке, новым является то, что верхнее и нижнее компрессионные кольца выполнены идентичными, нижнее компрессионное кольцо установлено так, что его нижний торец расположен под углом к своему верхнему торцу, при этом верхнее и нижнее компрессионные кольца большими вертикальными сторонами обращены к стенке цилиндра, верхний торец расширительного кольца направлен под углом к своему нижнему торцу, при этом большей вертикальной стороной расширительное кольцо обращено к оси цилиндра, а между поверхностью наружного диаметра расширительного кольца и стенкой цилиндра имеется зазор.

[6]

Углы наклона торцов компрессионных колец и расширительного кольца должны быть более 15°.

[7]

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

[8]

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее кольцо 3, нижнее кольцо 4, расширительное кольцо 5, установленные в поршневой канавке 6.

[9]

Поршневое уплотнение работает следующим образом.

[10]

В процессе работы двигателя происходит нагрев деталей цилиндропоршневой группы и в первую очередь головки поршня 2 и места расположения поршневого уплотнения. Разогрев поршня 2 приводит к увеличению ширины поршневой канавки 6, а прогрев цилиндра 1 приводит к увеличению его внутреннего диаметра. Собственные упругие силы поршневых колец 3, 4, 5 и газодинамические силы, прорвавшегося через зазор в замке верхнего компрессионного кольца 3 рабочего газа в придонную полость поршневой канавки 6, смещают расширительное кольцо 5 в направлении стенки цилиндра 1, а компрессионные кольца 3 и 4 в сторону верхней полки поршневой канавки 6, исключая постоянно меняющийся зазор между полками поршневой канавки 6, верхним торцом кольца 3 и нижним торцом расширительного кольца 5, обеспечивая постоянный плотный контакт рабочих поверхностей компрессионных колец 3 и 4 со стенкой цилиндра 1, верхнего торца верхнего кольца 3 с верхней полкой поршневой канавки 6, а нижнего торца расширительного кольца 5 с ее нижней полкой.

[11]

В процессе охлаждения выключенного двигателя термодинамические изменения происходят в обратном порядке. В первую очередь снижается температура охлаждаемого цилиндра 1, уменьшается его внутренний диаметр, стенка цилиндра 1, воздействуя на уплотнительные кольца 3, 4 и расширительное кольцо 5, смещает их в направлении оси цилиндра 1. В свою очередь, остывание поршня 2 приводит к уменьшению ширины поршневой канавки 6, которая сужаясь, сжимает пакет колец, смещая кольцо 5 в исходное положение вместе с компрессионными кольцами 3 и 4. Для обеспечения нормальной работы расширительного кольца 5, исключения его заклинивания на холодном двигателе углы наклона торцов соответствующих колец должны быть больше угла самоторможения клиновых пар (сталь по стали шлифованные 12°). С учетом трения нижнего торца расширительного кольца 5 с нижней полкой поршневой канавки 6 угол наклона должен быть более 15°.

[12]

Таким образом предлагаемое поршневое уплотнение практически исключает газодинамические потери, отрицательно влияющие на постоянство расчетных параметров рабочих процессов, повышает полноту сгорания топлива, увеличивая мощность двигателя и снижая удельный расход топлива, повышая ресурс двигателя, улучшая его экологические показатели.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты