Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания


 


Владельцы патента RU 2535598:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее и нижнее трапециевидные кольца и между ними расположено среднее уплотнительное кольцо прямоугольного профиля. Верхнее уплотнительное кольцо большей вертикальной поверхностью прижато к стенке цилиндра, а нижнее кольцо большей вертикальной стороной обращено к оси цилиндра и имеет зазор между меньшей вертикальной стороной и стенкой цилиндра. Изобретение повышает надежность двигателя внутреннего сгорания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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 (патент US 1527535, опубл. 19.10.1920, патент RU №2381375, МПК F02F 5/00, опубл. 10.02.2010, патент RU №2213238, МПК F02F 5/00, F16J 9/20, опубл. 27.09.2003, патент US 3971298, опубл. 27.07.1976, патент GB 284133, опубл. 26.01.1928, патент GB 552296, опубл. 31.03.1943).

Известно поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в одной поршневой канавке верхнее уплотнительное кольцо, у которого верхний торец выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, большей вертикальной стороной оно обращено к оси цилиндра, а между кольцом и стенкой цилиндра имеется зазор, по меньшей мере, одно нижнее уплотнительное кольцо и дополнительное кольцо, у которого нижний торец выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, а большей вертикальной стороной оно прижато к стенке цилиндра (патент RU №2447306, МПК F02F 5/00, F16J 9/20, опубл. 12.01.2011). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что верхнее уплотнительное кольцо, находясь в зоне максимальных давлений рабочих газов, не уплотняет зазор между поршнем и цилиндром, допуская прорыв рабочих газов через зазор в замке нижележащего уплотнительного поршневого кольца. Известно, что через зазоры в замках компрессионных колец происходит до 70% всех газодинамических потерь в двигателе (Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания. P.M. Петриченко. Л., Издательство Ленинградского университета, 1990 г., стр.6). Кроме того, существенным недостатком прототипа является то, что зазор между верхним уплотнительным кольцом и стенкой цилиндра нарушил теплопередачу непосредственно от перегретой головки поршня охлаждаемому цилиндру, существенно ухудшив температурный режим двигателя, что снижает мощность, ресурс и надежность работы двигателя.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности поршневого устройства, мощности, ресурса и надежности двигателя, в уменьшении расхода топлива, улучшении экологических характеристик двигателя.

Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в одной поршневой канавке верхнее трапециевидное уплотнительное кольцо и нижнее трапециевидное кольцо, между которыми, по меньшей мере, расположено одно уплотнительное кольцо прямоугольного профиля, верхний торец верхнего кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, нижний торец нижнего кольца выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, новым является то, что верхнее уплотнительное кольцо большей вертикальной стороной прижато к стенке цилиндра, а нижнее трапециевидное кольцо большей вертикальной стороной обращено к оси цилиндра, между поверхностью наружного диаметра нижнего кольца и стенкой цилиндра имеется зазор.

Угол наклона нижнего торца нижнего кольца относительно своего верхнего торца больше угла самоторможения 12°.

На фигуре представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее трапециевидное кольцо 3, среднее кольцо 4, нижнее трапециевидное 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 в придонную полость поршневой канавки 6 рабочего газа смещают весь пакет уплотнительных колец 3, 4 и 5 в направлении стенки цилиндра 1. Смещение верхнего кольца 3 увеличивает зазор между его верхним торцом и верхней полкой поршневой канавки 6, смещение нижнего кольца 5 компенсирует меняющийся зазор, обеспечивая постоянный контакт верхнего торца верхнего кольца 3 с верхней полкой поршневой канавки 6.

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 5, смещает их в направлении оси цилиндра 1. В свою очередь, остывание поршня 2 приводит к уменьшению высоты поршневой канавки 6, которая, сужаясь, своей нижней полкой воздействует на наклонный торец нижнего кольца 5, имеющий угол наклона к своему верхнему торцу больше угла самоторможения 12°, смещая кольцо 5 в исходное положение, образуя зазор между верхним торцом верхнего кольца 3 и верхней полкой поршневой канавки 6, предохраняя кинематическую систему от заклинивания и давая возможность кольцам 3 и 4 вернуться в исходное положение.

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 надежность и ресурс двигателя, улучшая его экологические показатели.

1. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в одной поршневой канавке верхнее трапециевидное уплотнительное кольцо и нижнее трапециевидное кольцо, между которыми, по меньшей мере, расположено одно уплотнительное кольцо прямоугольного профиля, верхний торец верхнего кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, нижний торец нижнего кольца выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, отличающееся тем, что верхнее уплотнительное кольцо большей вертикальной стороной прижато к стенке цилиндра, а нижнее трапециевидное кольцо большей вертикальной стороной обращено к оси цилиндра, между поверхностью наружного диаметра нижнего кольца и стенкой цилиндра имеется зазор.

2. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающееся тем, что угол наклона нижнего торца нижнего кольца относительно своего верхнего торца больше угла самоторможения 12°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее трапециевидное маслосъемное кольцо трапециевидный расширитель и нижнее трапециевидное маслосъемное кольцо, на верхнем торце которого выполнены радиальные пазы для отвода масла, снятого со стенки цилиндра верхним кольцом, в придонную полость поршневой канавки и далее через конические отверстия во внутреннюю полость поршня.

Изобретение относится к машиностроению. В поршневой канавке (7) установлены верхнее скребковое кольцо (3) и нижнее скребковое кольцо (6), между которыми расположено расширительное кольцо (4) с радиальными пазами (5), сообщающими полость, расположенную между стенкой цилиндра (1) и поверхностью внешнего диаметра кольца (4) с придонной полостью поршневой канавки (7), причем общий угол наклона торцов скребковых колец (3) и (б) и расширительного кольца (4) не менее 10°.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, авторемонту и к компрессорному оборудованию, поршневой машине, содержащей цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами, и имеющей два вкладыша, установленные в выемках на боковой поверхности поршня, а также конструктивные узлы, предназначенные для взаимно смещенной ориентации положения замков колец, вкладыши размещены над вторым компрессионным кольцом, симметрично положению центра его замка, с расстоянием между краями выемок, не превышающим минимально заданный запас.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов. Устройство включает два концентрично расположенных в канавке 2 поршня 1, кольца 3 и 6 и расширитель в виде набора спиральных пружин 17.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и касается конструкции составных компрессионных поршневых колец двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам, устанавливаемым на поршнях двигателей или компрессоров в качестве маслосъемных колец. .

Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, и позволяет существенно сократить расход масла на угар и улучшить экологические показатели двигателя.

Изобретение относится к машиностроению. .

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

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В поршневой канавке установлены верхнее маслосъемное кольцо, среднее маслосъемное кольцо и нижнее маслосъемное кольцо, а между ними расположены расширительные кольца. Рабочая поверхность маслосъемных колец имеет плоскую цилиндрическую часть и скос в направлении движения поршня в верхнее положение и расположенные между ними расширительные кольца. Маслосъемные кольца выполнены прямоугольного профиля, при этом плоская цилиндрическая часть рабочей поверхности каждого нижележащего кольца больше плоской цилиндрической части рабочей поверхности вышележащего кольца. На стенке цилиндра формируется минимально необходимая толщина гидродинамического смазочного слоя, обеспечивающего минимальные механические потери на трение поршневых колец и минимальный расход моторного масла на угар. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается ремонта или тюнинга двигателей внутреннего сгорания. Цилиндропоршневая группа содержит цилиндр 1, поршень 3 с поршневыми канавками 4 и 5, размещенные в поршневых канавках компрессионные кольца 6 и 7 с выборками 8 и 9, стопорные элементы 10 и 11, которые фиксируют компрессионные кольца 6 и 7 соответственно на поршне 3, вкладыше 13 и 14, которые размещены в выемках 15 и 16 на боковой поверхности поршня 3 между поршневыми канавками 4 и 5, при этом выемки 15 и 16 размещенные таким образом, который тепловой зазор 21 компрессионного кольца 6 находится между ними, причем оппозитно последнему размещенный тепловой зазор 22 компрессионного кольца 7. Край отверстия выборок 8 и 9 под установку стопорного элемента 10 и 11 в каждом компрессионном кольце 6 и 7 соответственно выполненный на расстоянии N от теплового зазора. Длина каждого готового вкладыша 13 и 14 равняется расстоянию L между компрессионными кольцами 6 и 7, диаметр цилиндрических поверхностей 25 и 26 равняется диаметру Dn поршня 3, а поверхности 27 и 28 образовывают угол α, что равняется 100°. На боковой поверхности поршня 2 выполнены цилиндрические выборки 30, 31, 32 и 33. В поршневой канавке 34 под размещение маслосъемного кольца выполнены отверстия 35, удлиненные вдоль образующей боковой поверхности поршня 3, длина которых превышает их ширину в 3 раза. Поршневая машина также обеспечена смазочным маслом в необходимом количестве и ревитализантом. Поршневая машина работает по известному принципу. Наличие выборки на вкладыше обеспечивает более плотное прилегание вкладышей к цилиндрической поверхности цилиндра на начальной стадии притирки, в процессе работы поршневой машины происходит поступление ревитализанта к поверхностям трения цилиндропоршневой группы, который образовывает сверхпрочную поверхность, восстанавливает геометрию поверхности цилиндра, повышает надежность и долгосрочность поршневой машины.

Группа изобретений имеет отношение к износостойким деталям, используемым в двигателях внутреннего сгорания. Деталь имеет, по меньшей мере, одну износостойкую поверхность, являющуюся рабочей поверхностью контакта, по меньшей мере, одну поверхность, которая примыкает к вышеуказанной износостойкой поверхности, и, по меньшей мере, один износостойкий слой. Вышеуказанный износостойкий слой расположен на вышеуказанной поверхности, которая примыкает к вышеуказанной износостойкой поверхности. По меньшей мере, один из краев вышеуказанного износостойкого слоя выходит на вышеуказанную износостойкую поверхность. Изобретение повышает надежность работы устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу изготовления снабженного стыком поршневого кольца. При изготовлении кольцеобразное металлическое тело, по меньшей мере, в зоне его внешней периферийной поверхности покрывается, по меньшей мере, одним твердым слоем, причем вслед за этим покрытием внутренняя периферийная поверхность поршневого кольца, по меньшей мере, частично обрабатывается путем съема материала с уменьшением толщины стенки. Съем материала, начиная от стыка, осуществляют соответственно на участке периферии 10-120°, в частности 90°. По меньшей мере, внутреннюю периферийную поверхность поршневого кольца покрывают нитрированным слоем, который вслед за покрытием внешней периферийной поверхности поршневого кольца подвергают съему материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в одной поршневой канавке пакет маслосъемных колец и расширительное кольцо, на рабочих поверхностях маслосъемных колец, кроме верхнего, выполнены осевые пазы. Расширительное кольцо расположено над верхним маслосъемным кольцом, при этом количество пазов и их размеры увеличиваются в каждом ниже установленном маслосъемном кольце. Рабочие поверхности всех маслосъемных колец выполнены со скосом в сторону их верхнего торца. Изобретение повышает надежность работы двигателя за счет качественной очистки стенок цилиндра от излишков масла. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к скользящему элементу поршневого узла двигателя внутреннего сгорания, а также к поршневому кольцу и гильзе цилиндра, содержащим упомянутый скользящий элемент. Скользящий элемент содержит, по меньшей мере на одном участке, по меньшей мере один слой а-С:Н:Ме, где Me - германий и кремний, и слой а-С:Н, нанесенный на слой а-С:Н:Ме в качестве покровного слоя. Суммарная толщина упомянутого по меньшей мере одного слоя а-С:Н:Ме составляет от 15 до 40 мкм. Обеспечивается получение скользящего элемента, поршневого кольца или гильзы цилиндра с пониженным коэффициентом трения в течение продолжительного периода времени, предпочтительно в течение всего срока службы двигателя сгорания, в котором используется данный скользящий элемент. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

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.

Изобретение относится к уплотнению для поршня двигателя внутреннего сгорания, а именно к конструкции компрессионных поршневых колец. Уплотнение для поршня двигателя внутреннего сгорания содержит кольцо, размещенное в одной поршневой канавке. Сечение кольца выполнено треугольной формы с наклонными боковыми поверхностями, контактирующими с поршневой канавкой, имеющей в сечении угловую форму, а в рабочей поверхности кольца выполнен цилиндрический кольцевой вырез в середине кольца. Изобретение обеспечивает повышение уплотнительных свойств поршневого кольца и увеличение ресурса цилиндро-поршневой пары в целом. 3 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Уплотнительный узел поршневого двигателя предназначен для двигателя внутреннего сгорания, имеющего уплотняемую рабочую камеру (3) переменного объема. Узел содержит незамкнутое уплотнительное кольцо, выполненное фасонным в форме кольцевой полки (8), имеющей уплотняющую поверхность (9), и соединенной с ней втулки (10), имеющей наружную цилиндрическую поверхность, контактирующую с уплотняемой поверхностью цилиндра (1) двигателя, и средство ограничения перемещения уплотнительного узла относительно поршня (2) в направлении его продольной оси (7). Узел снабжен замкнутым неразрезным экранирующим элементом (5) с экранирующей кольцевой полкой (6), расположенной со стороны поверхности кольцевой полки (8) уплотнительного кольца, ближайшей к уплотняемой рабочей камере (3) двигателя. Экранирующая кольцевая полка (6) выполнена с наружным диаметром, большим внутреннего диаметра втулки (10) уплотнительного кольца. Технический результат заключается в повышении газовой плотности рабочего объема двигателя при повышении надежности работы уплотнения и снижении термической напряженности поршня. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой содержит цилиндр (1), в котором выполнены продувочные и выпускные окна (3) и (4), открываемые размещенным в нем поршнем (6), первое уплотнительное кольцо (7), установленное в кольцевой канавке поршня (6) и контактирующее с уплотняемой поверхностью цилиндра (1), второе уплотнительное кольцо (8), взаимодействующее с уплотняемой поверхностью цилиндра (1) и установленное в кольцевой канавке поршня (6) на расстоянии от первого кольца, не меньшем высоты выпускного окна (4), и продольные уплотнители (11) и (12), контактирующие с уплотняемой поверхностью цилиндра (1) в районе расположения перегородок между продувочными и выпускными окнами (3) и (4) и установленные в углублении (10) поршня между первым и вторым кольцами (7) и (8). В каждом углублении поршня установлены, по меньшей мере, два продольных уплотнителя (11) и (12), контактирующих между собой своими боковыми поверхностями. В первом уплотнителе (11) выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит первое кольцо (7) с возможностью уплотнения нецилиндрических плоских поверхностей первого кольца (7) и уплотняемой проточки. Во втором продольном уплотнителе (12) выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит второе кольцо (8) с возможностью уплотнения плоских нецилиндрических поверхностей второго кольца (8) и проточки. Технический результат заключается в повышении надежности работы уплотнительного узла цилиндропоршневой группы как в части кольцевых, так и продольных уплотнителей за счет самоустановки каждой группы взаимодействующих между собой уплотняемых поверхностей различных элементов системы уплотнения. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх