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

Описание патента на изобретение RU2582538C1

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 A. 19.10.1920; RU 2381375 C2, 10.02.2010; RU 2213238. C2, 27.09.2003; US 3971298 A, 27.07.1976; GB 284133 A, 26.01.1928; GB 552296 A, 31.03.1943; RU 2389893 C1. 20.05.2010).

Известно поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее верхнее трапециевидное компрессионное кольцо, нижнее компрессионное кольцо прямоугольного профиля и трапециевидное расширительное кольцо, размещенные в одной поршневой канавке, причем верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под углом к своему нижнему торцу, а нижний торец расширительного кольца направлен под углом к своему верхнему торцу (патент №2535598 RU, МПК F02F 5/00, опубликовано: 20.12.2014). Такое расположение компрессионных колец и расширительного кольца гарантирует термодинамический зазор между дном поршневой канавки и внутренними поверхностями поршневых колец. Через зазор в замке верхнего компрессионного кольца происходит прорыв рабочих газов в придонную полость поршневой канавки из камеры сгорания и далее через зазор в замке нижнего маслосъемного кольца и зазор между поршнем и цилиндром в картер двигателя. В обратном направлении, масло, снятое со стенки цилиндра, попадает в придонную полость поршневой канавки и далее, через зазор в замке верхнего компрессионного кольца вытесняется в зазор между поршнем и цилиндром и выбрасывается в камеру сгорания. Известно, что газодинамические потери через зазоры в замках поршневых колец достигают 60…70% (Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания. Под ред. проф. P.M. Петриченко. Л., Изд-во Ленинградского университета. 1990, стр. 6). Кроме того, подобное расположение расширительного кольца осложняет технологический процесс изготовления поршня, повышает износ поршневой канавки, сокращает ресурс поршня.

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

Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении двигателя внутреннего сгорания, содержащем компрессионные кольца и расширительное кольцо, новым является то, что верхнее компрессионное кольцо имеет прямоугольный профиль, а нижнее компрессионное кольцо имеет односторонний трапециевидный профиль, нижний торец его выполнен под углом к своему верхнему торцу, причем меньшей стороной обращено к оси цилиндра, расширительное кольцо расположено под нижним компрессионным кольцом и его верхний торец имеет тот же угол наклона, что и угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца, при этом внутренний диаметр верхнего компрессионного кольца меньше внутреннего диаметра нижнего компрессионного кольца на величину радиальной толщины экспандера, установленного по внутреннему диаметру верхнего компрессионного кольца.

Замок экспандера расположен под 180° по отношению к замку нижнего компрессионного кольца.

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее компрессионное кольцо прямоугольного профиля 3, нижнее компрессионное трапециевидное кольцо 4, расширительное кольцо 5 и экспандер 6, установленные в поршневой канавке 7, причем замок экспандера 6 расположен под 180° по отношению к замку нижнего компрессионного кольца 4.

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 7, а прогрев цилиндра 1 приводит к увеличению его внутреннего диаметра. Увеличение диаметра цилиндра 1 приводит к соответствующему увеличению диаметра компрессионных колец 3 и 4 и увеличению зазора в замках этих колец. Наиболее важный зазор в замке верхнего компрессионного кольца 3, находящегося в критической зоне максимального рабочего давления, через который обычно прорываются рабочие газы в придонную полость поршневой канавки 7, закрыт экспандером 6, установленным по внутреннему диаметру кольца 3. Осевой зазор между полками поршневой канавки 7 и торцами колец 3, 4 и 5 устраняется смещением под действием собственных упругих сил расширительного кольца 5. Попавшее в придонную полость поршневой канавки 7 моторное масло, смазывает трущиеся поверхности колец 3, 4, 5, экспандера 6 и поршня 2, но не попадает в камеру сгорания. Угол наклонных торцов нижнего компрессионного кольца 4 и расширительного кольца 5 рассчитывается исходя из величины максимального зазора, появляющегося между полками поршневой канавки 7 и торцами всех поршневых колец при нагреве двигателя на максимальных режимах, а также в результате износа поршневых колец 3, 4, 5, экспандера 6 и поршня 2.

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 компрессионные 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 7, которая, сужаясь, сжимает пакет колец, смещая расширительное кольцо 5 в исходное положение вместе с компрессионным кольцом 3 и экспандером 6, компрессионным кольцом 4. Для обеспечения нормальной работы расширительного кольца 5, исключения его заклинивания на холодном двигателе, угол наклона торцов соответствующих колец должен быть больше угла самоторможения клиновых пар (сталь по стали шлифованные 12°). С учетом трения нижнего торца расширительного кольца 5 с нижней полкой поршневой канавки 7 угол наклона должен быть более 15°.

Разработанное поршневое уплотнение простое конструктивно, технологичное, 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.

Похожие патенты RU2582538C1

название год авторы номер документа
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2015
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Гараев Айдар Рустамович
RU2582384C1
Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания (варианты) 2015
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2613478C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2014
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2576405C1
Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания с экспандером (варианты) 2016
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
  • Гуреев Виктор Михайлович
RU2616687C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2011
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2447306C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2013
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2535598C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2007
  • Гортышов Юрий Федорович
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
  • Законов Михаил Анатольевич
RU2381375C2
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2007
  • Гортышов Юрий Федорович
  • Гумеров Ирек Флорович
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
  • Законов Михаил Анатольевич
  • Гортышов Павел Юрьевич
RU2361105C2
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2009
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2412367C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Гортышов Юрий Федорович
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2389893C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 582 538 C1

Реферат патента 2016 года ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, и позволяет повысить мощность и ресурс двигателя, уменьшить расход топлива и масла, улучшить экологические характеристики двигателя. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания содержит установленные в поршневой канавке поршня верхнее компрессионное кольцо прямоугольного профиля, нижнее компрессионное кольцо имеет односторонний трапециевидный профиль, нижний торец его выполнен под углом к своему верхнему торцу, причем меньшей стороной обращено к оси цилиндра, расширительное кольцо расположено под нижним компрессионным кольцом и его верхний торец имеет тот же угол наклона, что и угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца, при этом внутренний диаметр верхнего компрессионного кольца меньше внутреннего диаметра нижнего компрессионного кольца на величину радиальной толщины экспандера, установленного по внутреннему диаметру верхнего компрессионного кольца. Изобретение повышает надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 582 538 C1

1. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее компрессионные кольца и расширительное кольцо, отличающееся тем, что верхнее компрессионное кольцо имеет прямоугольный профиль, а нижнее компрессионное кольцо имеет односторонний трапециевидный профиль, нижний торец его выполнен под углом к своему верхнему торцу, причем меньшей стороной обращено к оси цилиндра, расширительное кольцо расположено под нижним компрессионным кольцом и его верхний торец имеет тот же угол наклона, что и угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца, при этом внутренний диаметр верхнего компрессионного кольца меньше внутреннего диаметра нижнего компрессионного кольца на величину радиальной толщины экспандера, установленного по внутреннему диаметру верхнего компрессионного кольца.

2. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающееся тем, что замок экспандера расположен под 180° по отношению к замку нижнего компрессионного кольца.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2582538C1

ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2013
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
RU2535598C1
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2007
  • Гортышов Юрий Федорович
  • Гуреев Виктор Михайлович
  • Дружинин Анатолий Матвеевич
  • Законов Михаил Анатольевич
RU2381375C2
ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2001
  • Дружинин А.М.
RU2213238C2
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 0
SU284133A1
US 3971298 A1, 27.07.1976
Устройство для контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей 1988
  • Горшков Владимир Алексеевич
  • Фомин Олег Николаевич
  • Волков Евгений Георгиевич
SU1527535A1

RU 2 582 538 C1

Авторы

Дружинин Анатолий Матвеевич

Гуреев Виктор Михайлович

Даты

2016-04-27Публикация

2015-03-23Подача