ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F02F5/00 

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

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).

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.

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.

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.

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

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

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

Поршневое уплотнение работает следующим образом.

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.

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°.

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.

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.

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°.