ПОРШНЕВОЙ УЗЕЛ Российский патент 1995 года по МПК F16J9/00 

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано в качестве маслосъемных поршневых колец компрессоров двигателей внутреннего сгорания.

Известно составное маслосъемное кольцо, состоящее из кольца коробчатого сечения с верхними и нижними скребками, размещенными в канавке поршня, и эспандера, расположенного между скребками кольца.

Известен также поршневой узел, который содержит основное двухскребковое маслосъемное кольцо из упругого материала и инерционный элемент с кольцевой проточкой, в которую установлено дополнительное маслосъемное кольцо. Маслосъемное кольцо и инерционный элемент с дополнительным маслосъемным кольцом размещены в канавке поршня. Основное маслосъемное кольцо имеет верхний скребок, взаимодействующий с верхней поверхностью канавки поршня, и нижний скребок, взаимодействующий с инерционным элементом, а рабочие кромки его взаимодействуют с поверхность цилиндра. Нижний скребок этого кольца выполнен с конической поверхностью, вершина которой направлена в сторону полости высокого давления. Инерционный элемент установлен под нижним скребком основного маслосъемного кольца в канавке поршня, выполнен с диаметром, меньшим, чем диаметр маслосъемного кольца, и состоит из полуколец. Дополнительное маслосъемное кольцо поджимается к поверхности цилиндра радиальным расширителем.

Недостатком такой конструкции является то, что в процессе работы поршневого узла при движении поршня от ВМТ к НМТ в первой половине хода поршня сил инерции инерционного элемента и сил трения дополнительного маслосъемного кольца о зеркало цилиндра может оказаться недостаточно для деформации нижнего скребка основного маслосъемного кольца по причине его жесткости. В результате этого ухудшается маслосбрасывающие функции поршневого узла. Если увеличить массу инерционного элемента (как один из вариантов увеличения радиального давления кольца на зеркало цилиндра), то это вызовет не только увеличение массы поршневого узла в целом, но и увеличение радиального давления на зеркало цилиндра основного маслосъемного кольца при движении поршня к ВМТ. Это повлечет за собой транспортирование масла в зону высоких температур, расход масла увеличится. Еще одним недостатком в работе этого поршневого узла является уменьшение угла наклона нижнего скребка основного маслосъемного кольца к зеркалу цилиндра (α₁), при сжатии его инерционным элементом. Это также снижает активность сброса масла со стенок цилиндра.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы поршневого узла путем увеличения радиального давления на зеркало цилиндра основного маслосъемного кольца при движении поршня к НМТ.

Технический результат достигается тем, что на торцевой поверхности инерционного элемента со стороны ВМТ выполнен кольцевой конический выступ, продолжающий внутреннюю цилиндрическую поверхность инерционного элемента, взаимодействующий своей конической наружной поверхностью с внутренней поверхностью основного маслосъемного кольца при движении поршня от ВМТ к НМТ.

На фиг. 1 изображен поршневой узел вблизи НМТ в процессе движения поршня от НМТ к ВМТ; на фиг. 2 узел I на фиг.1 (поршневой узел вблизи ВМТ в процессе движения поршня от НМТ к ВМТ); на фиг. 3 то же (поршневой узел вблизи ВМТ в процессе движения поршня от ВМТ к НМТ); на фиг. 4 то же (поршневой узел вблизи НМТ в процессе движения поршня от ВМТ к НМТ); на фиг. 5 сечение А-А на фиг. 1.

Поршневой узел состоит из основного маслосъемного кольца 1 коробчатого сечения, обладающего радиальной и осевой упругостью, и инерционного элемента инерционного кольца 2 с проточкой 3, куда вставлено дополнительное маслосъемное кольцо 4, обладающее радиальной упругостью. Основное маслосъемное кольцо 1 и инерционное кольцо 2 с дополнительными маслосъемным кольцом 4 находятся в поршневой канавке 5, при этом основное маслосъемное кольцо 1 располагается над инерционным кольцом 2. Размеры основного маслосъемного кольца 1 и инерционного кольца 2 по ширине в сумме равны ширине поршневой канавки 5.

Основное маслосъемное кольцо 1 изготовлено из стальной ленты коробчатого сечения с верхним 6 и нижним 7 скребками. Верхний скребок 6 перпендикулярен к зеркалу цилиндра 8, а нижний скребок 7 расположен под углом α к зеркалу цилиндра 8, образуя конус с верхней поверхностью 9 инерционного кольца 2 с вершиной, направленной к ВМТ. Скребки 6 и 7 имеют соответственно рабочие кромки 10 и 11, которые выполнены коническими с вершинами конусов, направленными вверх. Расположение нижнего скребка 7 под углом α к зеркалу цилиндра 8 должно придавать основному маслосъемному кольцу 1 пружинящее свойство в осевом направлении в случае нажатия на него по всей окружности скребка 7 снизу инерционным кольцом 2. В свою очередь пружинящее свойство основного кольца 1 по его оси позволит изменять его радиальное давление на зеркало цилиндра 8 в процессе перемещения поршня 12.

Назначение основного маслосъемного кольца 1 сбрасывать масло с поверхности цилиндра 8 при движении поршня 12 к НМТ и пропускать масло под скребками 6 и 7 при движении поршня 12 к ВМТ. Инерционное кольцо 2 состоит из двух полуколец 13 и 14. Такое исполнение дает возможность легко устанавливать инерционное кольцо 2 в поршневую канавку 5.

В проточке 3 инерционного кольца 2 располагается дополнительное маслосъемное кольцо 4 с радиальным плоским многоугольным расширителем 15, который упирается попеременно во внутреннюю поверхность 16 дополнительного маслосъемного кольца 4 и в дно 17 проточки 3 инерционного кольца 2. Дополнительное маслосъемное кольцо 4 обладает радиальной упругостью и вместе с плоским расширителем 15 фиксирует полукольца 13 и 14, объединяя их в одно инерционное кольцо 2. Размер инерционного кольца 2 по внутреннему диаметру таков, что оно может свободно перемещаться в поршневой канавке 5 вдоль оси поршня 12.

Назначение дополнительного маслосъемного кольца 4 с радиальным плоским расширителем 15 не только фиксировать полукольца 13 и 14 и сбрасывать масло со стенок цилиндра 8, но и за счет силы трения Т, появляющейся между зеркалом цилиндра 8 и рабочей поверхностью самого дополнительного маслосъемного кольца 4, передавать усилие трения Т инерционному кольцу 2 так, чтобы инерционное кольцо перемещалось бы в поршневой канавке 5 вдоль оси поршня 12.

Инерционное кольцо 2 имеет по окружности под основным маслосъемным кольцом 1 дренажные наклонные каналы 18, поршень 12 имеет внизу поршневой канавки 5 дренажные наклонные каналы 19. Каналы 18 и 19, а также заколечное пространство 20 инерционного кольца 2 служат для стока масла, сбрасываемого с зеркала цилиндра 8 основным маслосъемным кольцом.

На поверхности 9 инерционного кольца 2 имеется конический выступ 21, вершиной направленный к ВМТ. Наклонная поверхность 22 его обращена одновременно в сторону высокого давления и к зеркалу цилиндра 8. Образующая вертикальной поверхности 23 конуса является продолжением образующей внутренней поверхности 24 инерционного кольца.

При движении поршня 12 вверх в первой половине хода поршня сила трения Т дополнительного маслосъемного кольца 4 и сила инерции P_и инерционного кольца 2 направлены в одну сторону против направления движения поршня 12. Дополнительное маслосъемное кольцо 4 и инерционное кольцо 2 прижимаются суммарным усилием от силы трения Т и силы инерции P_и к нижней торцевой поверхности поршневой канавки 5 и не воздействуют на маслосъемное кольцо 1 в осевом направлении, а наклонная поверхность 22 выступа 21 инерционного кольца 2 не воздействует на маслосъемное кольцо 1. При этом радиальная сила R₁ скребков 6 и 7, действующая на поверхность цилиндра, незначительна.

Таким образом, масло, находящееся на поверхности цилиндра, не перемещается скребками 6 и 7 маслосъемного кольца 1 к ВМТ в зону высоких температур и в камеру сгорания.

Во второй половине хода поршня 12 при его движении вверх направление движения силы инерции P_и инерционного кольца 2 изменяется на противоположное, а сила трения Т остается постоянной и по величине, и по направлению. Силы трения Т компенсируют силу инерции P_и инерционного кольца 2 при определенной массе последнего. При этом маслосъемное кольцо 1 также не испытывает воздействия в осевом и радиальном направлениях со стороны инерционного кольца 2 и не перемещает масло в зону высоких температур.

При движении поршня 12 вниз в первой половине хода сила трения Т дополнительного маслосъемного кольца 4 и сила инерции P_и инерционного кольца 2 направлены против хода поршня. Возникающая при этом осевая сила F сжимает маслосъемное кольцо 1 на величину Δ а сила R₂, возникающая от воздействия наклонной поверхности 22 конического выступа 21 на маслосъемное кольцо 1, прижимает это кольцо к зеркалу цилиндра. В результате сила, действующая со стороны рабочей кромки 11 скребка 7 на поверхность цилиндра, увеличивается до величины R₂ и повышает маслосбрасывающее действие основного маслосъемного кольца 1. Масло перемещается им из зоны высоких температур в сторону НМТ.

Во второй половине хода поршня 12 при его движении вниз направление силы инерции P_и инерционного кольца 2 изменяется на противоположное, а сила трения Т остается постоянной по величине и направлению. Однако сила инерции P_и пока меньше силы трения Т и, следовательно, маслосъемное кольцо 1 сжато в осевом направлении силами R₂ и R от действия инерционного кольца 2 и конического выступа 21, а масло перемещается им в сторону НМТ. При подходе к НМТ величина силы инерции R возрастает и в НМТ сравнивается по величине с силой трения Т. Радиальная составляющая сил R₂ и R уменьшается и сброс масла также ослабевает.

Таким образом, при движении поршня 12 вниз в первой половине хода поршня, т. е. в области с наиболее высокой температурой, сброс масла происходит наиболее эффективно.

Данный поршневой узел позволит улучшить маслосъемные функции кольца, снизить попадание масла в камеру сгорания, уменьшить вероятность залегания колец и нагарообразование на поршне, снизить расход масла в процессе эксплуатации двигателя.

Использование: в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в канавке поршня размещены основное маслосъемное кольцо из упругого материала с верхним скребком, взаимодействующим со стенкой канавки, и нижним скребком, выполненным с конической поверхностью, вершина которой направлена в сторону плоскости высокого давления. В кольцевой проточке инерционного элемента установлено маслосъемное кольцо, взаимодействующее с нижним скребком основного двухскребкового кольца. На торцевой поверхности инерционного элемента со стороны верхней мертвой точки выполнен кольцевой конический выступ, продолжающий внутреннюю цилиндрическую поверхность инерционного элемента, взаимодействующий конической наружной поверхностью с внутренней поверхностью основного маслосъемного кольца при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней. 5 ил.

ПОРШНЕВОЙ УЗЕЛ, содержащий размещенные в канавке поршня основное двухскребковое маслосъемное кольцо из упругого материала с верхним скребком, взаимодействующим со стенкой канавки, и нижним скребком, выполненным с конической поверхностью, вершина которой направлена в сторону полости высокого давления, а также инерционный элемент, в кольцевой проточке которого установлено дополнительное маслосъемное кольцо, взаимодействующее с нижним скребком основного двухскребкового маслосъемного кольца, отличающийся тем, что на торцевой поверхности инерционного элемента со стороны верхней мертвой точки выполнен кольцевой конический выступ, продолжающий внутреннюю цилиндрическую поверхность инерционного элемента, взаимодействующий своей конической наружной поверхностью с внутренней поверхностью основного маслосъемного кольца при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней.