УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ВЕРХНЕГО ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССИОННОГО КОЛЬЦА И ПОРШНЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ИЛИ КОМПРЕССОРА) Российский патент 1997 года по МПК F02F7/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания (или компрессора) для повышения ресурса поршня и верхнего поршневого компрессионного кольца.

Известно уплотнительное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания [1] на котором предусмотрена проточка, размещенная от рабочей поверхности на расстоянии, равном допуску на износ.

Известно поршневое кольцо [2] которое состоит из рабочей поверхности, выполненной в виде выпуклых верхнего и нижнего участков с соответствующими радиусами кривизны. В рабочем состоянии поршневое кольцо устанавливается в канавках поршня с определенным торцевым зазором, в пределах которого, скручиваясь, совершает с поршнем возвратно-поступательное движение. Скручиваясь в канавке, поршневое кольцо контактирует с зеркалом цилиндра одним из выпуклых участков рабочей поверхности (при движении поршня к верхней мертвой точке (в. м. т.) и при движении поршня к нижней мертвой точке (н.м.т.). При этом между зеркалом цилиндра и выпуклым участком поверхности создаются клиновидные сечения (полости) в зависимости от направления движения поршня, а также полость в виде кольцевого канала, обеспечивающие образование масляного клина и ламинарного течения масла под кольцом, в результате чего создаются благоприятные условия для осуществления жидкостного режима смазки по всему ходу поршня.

К недостаткам можно отнести низкий ресурс из-за наличия специфики износа гильзы. Это объясняется тем, что верхнее поршневое кольцо при работе вызывает характерную выработку с образованием ступени, о которую ударяется торцом верхнее поршневое компрессионное кольцо, создавая изменение напряжения износу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является цилиндр для ДВС [3] который в своей верхней части имеет больший диаметр D₂. При этом он настолько по длине внедряется в цилиндр, что верхнее компрессионное кольцо в перемещающемся в цилиндре поршне своей верхней частью как раз достигает верха увеличенного диаметра, когда поршень находится в верхнем положении. Благодаря этому изменение диаметра D₂ по сравнению с D₁ находится в пределах 1,5 2,5 мм.

Цилиндр в соответствии с п.1 отличается тем, что изменение в диаметре 1,5 2 мм.

Недостатком данного устройства является то, что не учтен износ сопряжений между деталями, удерживающими поршень (палец, шатун, коленчатый вал), в результате чего при возрастании этих износов поршень будет перемещаться в сторону головки цилиндра на большую величину и верхнее компрессионное кольцо может заскочить на часть цилиндра с большим диаметром, что может привести к аварии.

Созданное увеличение внутреннего диаметра цилиндра изменяет параметры камеры сгорания, изменяет характер динамики газов в зоне верхнего компрессионного кольца, изменяет тепловой режим в этой зоне, что может привести к ухудшению ряда показателей.

Задачей изобретения является повышение ресурса ввиду снижения износа первого поршневого компрессионного кольца и верхней канавки на поршне за счет исключения торцевых соударений между верхней кромкой поршневого компрессионного кольца и внутренней поверхностью гильзы цилиндра, а также нижней торцевой поверхности компрессионного кольца о нижнюю стенку канавки на поршне.

Поставленная задача достигается тем, что устройство повышения ресурса верхнего поршневого компрессионного кольца и поршня четырехтактного ДВС (или компрессора), содержащее компрессионное кольцо, закрепленное на поршне, размещенном в гильзе цилиндра, а в теле гильзы цилиндра со стороны поршня по всему периметру предусмотрена кольцевая проточка, расположенная на уровне торцевой поверхности верхнего поршневого компрессионного кольца при его положении в верхней мертвой точке, отличающееся тем, что проточка выполнена с наклонными верхней и нижней стенками, ширина наклонной стенки соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне.

Новые существенные признаки:
1. Проточка выполнена с наклонными верхней и нижней стенками.

2. Ширина наклонной стенки соответствует величине max суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом.

3. Глубина кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Проанализируем размеры проточки.

Ширина соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений деталей, от которых зависит перемещение поршня (поршневой палец, шатун, их сопряжения между собой и с поршнем и коленчатым валом, увеличивающиеся, как правило, в процессе эксплуатации).

Глубина этой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра, установленной для данной конструкции двигателя (или компрессора) в рабочей зоне.

Наклон нижней стенки проточки способствует тому, что верхнее кольцо, несмотря на износ сопряжений КШМ, не выходит на канавку и всей поверхностью соприкасается с гильзой цилиндра.

Наклон верхней стенки этой проточки обеспечивает осуществление выдавливания образующегося нагрева и не позволяет создать спрессованную стенку, в которую будет ударяться торцом верхнее поршневое компрессионное кольцо.

В предлагаемом устройстве за счет создания на гильзе цилиндра кольцевой выточки (проточки) исключается образование уступа в процессе эксплуатационного износа.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, применение предлагаемого устройства дает возможность повысить ресурс ввиду снижения износа верхнего поршневого компрессионного кольца за счет исключения торцевых соударений между верхней кромкой поршневого компрессионного кольца и внутренней поверхностью гильзы цилиндра.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, разрез.

Устройство содержит гильзу цилиндра 1 с размещенным в ней поршнем 2, на котором закреплено верхнее компрессионное кольцо 3. В теле гильзы цилиндра 1 со стороны поршня 2 по всему периметру предусмотрена кольцевая проточка 4, расположенная на уровне верхнего торца 5 первого поршневого компрессионного кольца 3 в положении поршня 2 в верхней мертвой точке (в.м.т.), ширина которой (наклонной стенки -части Δ) соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем 2 и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки (h) соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра 1 в рабочей зоне. Верхняя 6 и нижняя 7 стенки этой кольцевой проточки 4 выполнены наклонными. При этом наклон нижней стенки 7 этой проточки 4 также соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра 1 в рабочей зоне, а наклон верхней стенки 6 этой проточки 4 соответствует величине допустимой силы отрыва нагара, образующегося при сгорании на стенке гильзы цилиндра 1, производимого верхним поршневым компрессионным кольцом 3. Величина "c" определяется конструктивными соображениями.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя внутреннего сгорания (компрессора) происходит перемещение поршня 2 внутри цилиндра 1 двигателя, и в результате действия сил трения происходит износ как гильзы цилиндра 1, так и компрессионного кольца 3. Износ оказывается неравномерным в верхней части гильзы цилиндра 1, обращенной к головке, износ больше. Этот износ завершается ступенью, соответствующей перемещению верхнего поршневого компрессионного кольца 3. Одновременно с этими износами происходит и износ деталей, связывающих поршень 2 с коленчатым валом, в результате чего под действием сил инерции поршень 2 стремится переместиться дальше, чем у нового двигателя. При этом верхнее поршневое компрессионное кольцо 3 сталкивается с торцом выработки, к которому, кроме того, еще припрессовывается нагар. Это создает значительные ударные нагрузки, вызывающие наклеп и износ или разрушение верхнего компрессионного поршневого кольца 3 и поршня 2. Создание в теле гильзы цилиндра 1 со стороны поршня 2 по всему периметру кольцевой проточки 4, расположенной на уровне верхнего торца 5 первого поршневого компрессионного кольца 3 исключает это давление и увеличивает ресурс.

Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания или компрессорах для повышения ресурса поршня и верхнего поршневого компрессионного кольца. Сущность изобретения: в предлагаемом устройстве в теле гильзы цилиндра со стороны поршня по всему периметру предусмотрена фигурная кольцевая проточка, расположенная на уровне верхней торцевой поверхности компрессионного кольца при его положении в верхней мертвой точке (в.м.т.), ширина наклонной части стенки которой соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне. Верхняя и нижняя стенки этой кольцевой проточки выполнены наклонными. Применение предлагаемого устройства повышает ресурс за счет снижения износа первого поршневого компрессионного кольца и верхней канавки на поршне. 1 ил.

Устройство повышения ресурса верхнего поршневого компрессионного кольца и поршня четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (или компрессора), содержащее компрессионное кольцо, закрепленное на поршне, размещенном в гильзе цилиндра, а в теле гильзы цилиндра со стороны поршня по всему периметру предусмотрена кольцевая проточка, расположенная на уровне торцевой поверхности верхнего поршневого компрессионного кольца при его положении в верхней мертвой точке, отличающееся тем, что проточка выполнена с наклонными верхней и нижней стенками, ширина наклонной стенки соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне.