Маслосъемное поршневое кольцо двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Гуреев Виктор Михайлович (RU)

Дружинин Анатолий Матвеевич (RU)

F02F5 - Поршневые кольца

Владельцы патента RU 2458239:

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, и позволяет существенно сократить расход масла на угар и улучшить экологические показатели двигателя. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр (1), поршень (2), маслосъемное поршневое кольцо, включающее верхний скребковый элемент (3) и нижний скребковый элемент (5), установленные в поршневой канавке (7). На внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента (5) выполнен острый буртик-скребок (8), расположенный под углом α к своему нижнему торцу, а на нижнем торце верхнего скребкового элемента (3) выполнен уступ (4), в котором имеются радиальные пазы (6). Изобретение обеспечивает снижение расхода масла на угар и уменьшение вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах. 4 ил.

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

Известны маслосъемные кольца двигателей внутреннего сгорания, содержащие два раздельных скребковых элемента с расширителями различной конструкции (Заявка №53-22204, Япония, 1978; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985), а также широко используемые в настоящее время малоэффективные маслосъемные коробчатые поршневые кольца ГОСТ 621-87.

Известно маслосъемное кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее скребковые элементы и расширитель (Заявка №59-20859, Япония, 1984). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что скребковые элементы с симметричной радиусной формой рабочей поверхности не могут полностью удалить лишнее масло со стенки цилиндра при движении поршня в нижнее положение. Так как масло - жидкость, практически не сжимаемая, при больших скоростях движения поршня оно отжимает рабочую поверхность скребкового элемента от стенки цилиндра, оставляя слишком большую толщину смазочного слоя. При движении поршня в верхнее положение на такте «сжатие» часть свежего масла, оставшегося на стенке цилиндра после такта «впуск», снимается компрессионными кольцами и верхним скребковым элементом и выбрасывается в камеру сгорания. При движении поршня в нижнее положение на следующем такте «рабочий ход» большое количество масла, оставшегося на стенке цилиндра после прохождения нижнего и верхнего скребковых элементов и оказавшегося в зоне высоких температур, сгорает, образуя на стенке цилиндра копоть, сажу и другие вредные продукты процесса сгорания. Так как последние имеют меньшую вязкость по сравнению с маслом, то они легко снимаются со стенки цилиндра компрессионными кольцами и верхним скребковым элементом маслосъемного кольца при движении поршня в верхнее положение на следующем рабочем такте «выпуск» и выбрасываются в атмосферу, ухудшая экологические показатели двигателя. Это является следствием несовершенства конструкции маслосъемного кольца, которая заключается в том, что в ней неучтены гидродинамические свойства моторного масла и необходимость снятия масла только при движении поршня в нижнее положение. Кроме того, сложная, нетехнологичная конструкция не жесткого радиально-осевого расширителя-экспандера отрицательно влияет на жесткость всей конструкции, на ее работоспособность, ухудшая процесс снятия масла со стенки цилиндра.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении расхода масла на угар и уменьшение вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.

Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом кольце двигателя внутреннего сгорания, содержащем нижний скребковый элемент и, по меньшей мере, один верхний скребковый элемент, на нижнем торце верхнего скребкового элемента выполнен уступ, в котором выполнены радиальные пазы, на внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента выполнен острый буртик-скребок, внутренняя поверхность которого расположена под углом α к нижнему торцу.

На Фиг.1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.2 - гидравлическая схема нижнего скребкового элемента.

На фиг.3 - нижний торец верхнего скребкового элемента.

На фиг.4 - сечение А-А фиг.3.

Здесь: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - верхний скребковый элемент; 4 - уступ; 5 - нижний скребковый элемент; 6 - радиальные пазы; 7 - поршневая канавка; 8 - буртик-скребок.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, маслосъемное поршневое кольцо, включающее верхний скребковый элемент 3 и нижний скребковый элемент 5, установленные в поршневой канавке 7. На внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента 5 выполнен острый буртик-скребок 8, расположенный под углом α к своему нижнему торцу, а на нижнем торце верхнего скребкового элемента 3 выполнен уступ 4, в котором имеются радиальные пазы 6.

Маслосъемное поршневое кольцо работает следующим образом.

При движении поршня 2 в нижнее положение нижний скребковый элемент 5 снимает основную часть масла со стенки цилиндра 1, причем количество масла, снимаемого со стенки цилиндра 1, зависит от силы прижима Р_пр рабочей поверхности скребкового элемента 5 к стенке цилиндра 1. В свою очередь, Р_пр состоит из собственной силы упругости скребкового элемента 5 и гидродинамической силы прижима R_пр рабочей поверхности скребкового элемента 5 к стенке цилиндра 1, возникающей под действием давления масла на наклонную часть острого буртика 8 нижнего торца скребкового элемента 5, находящуюся в зазоре между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2. Чем больше угол наклона α и скорость перемещения поршня 2, тем больше гидродинамическое усилие прижима рабочей поверхности скребкового элемента к стенке цилиндра 1, тем меньше толщина смазочного слоя, остающегося на стенке цилиндра 1. Поэтому для скоростных, высокочастотных двигателей угол наклона α должен быть меньше, чем для низкочастотных двигателей. Учитывая вязкость масла, огромные скорости перемещения поршня 2 и незначительную величину зазора между нижним торцом скребкового элемента 5 и нижней полкой поршневой канавки 7, измеряемую в сотых долях миллиметра, основная часть масла, снимаемого со стенки цилиндра 1 через зазор между цилиндром 1 и поршнем 2, сбрасывается вниз в картер двигателя.

Окончательную толщину, остающегося на стенке цилиндра 1 масла, формирует верхний скребковый элемент 3, который, кроме того, убирает масло, оставляемое на стенке цилиндра 1, зазором в замке нижнего скребкового элемента 5. Остатки масла, снимаемого скребковым элементом 3 со стенки цилиндра 1, через радиальные пазы 6 вытесняются в придонную полость поршневой канавки 7 и далее во внутреннее пространство поршня 2.

При движении поршня 2 в верхнее положение рабочая поверхность скребковых элементов 3 и 5, расположенная под углом к стенке цилиндра 1, «наезжает» на сформированную масляную пленку на поверхности цилиндра 1, не оказывая какого-либо влияния на ее состояние. Тем самым, предотвращается не нужное соскабливание масла со стенки цилиндра 1 и выброс его в камеру сгорания, существенно сокращается расход масла на угар и улучшаются экологические показатели двигателя.

Маслосъемное поршневое кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее нижний скребковый элемент и, по меньшей мере, один верхний скребковый элемент, отличающееся тем, что на нижнем торце верхнего скребкового элемента выполнен уступ, в котором выполнены радиальные пазы, на внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента выполнен острый буртик-скребок, внутренняя поверхность которого расположена под углом α к нижнему торцу.

Изобретение относится к машиностроению. .

Маслосъемное поршневое кольцо двигателя внутреннего сгорания // 2447307

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

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2447306

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к области проектирования, производства и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. .

Составное поршневое кольцо (варианты) // 2436984

Изобретение относится к устройствам уплотнения в двигателях внутреннего сгорания или компрессорах, а именно к конструкции компрессионных поршневых колец. .

Деталь машины для пары скольжения, а также способ ее изготовления // 2433206

Изобретение относится к деталям машин для пар скольжения, в частности к цилиндрам двигателя, гильзам цилиндра, поршневым кольцам. .

Поршневая машина (варианты) // 2431755

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в двигателях внутреннего сгорания, а также в поршневых компрессорах, насосах и системах гидравлики. .

Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания // 2425999

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, и позволяет повысить мощность и ресурс двигателя внутреннего сгорания, уменьшить расход топлива и масла.

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания // 2412367

Поршневое кольцо с вспомогательной радиальной упругостью // 2399819

Изобретение относится к машиностроению. .

Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания (варианты) // 2389893

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании, производстве и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Кольцо компрессионное // 2465500

Изобретение относится к области машиностроения

Поршневой узел // 2469231

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

Газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания // 2486360

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

Уплотнительное устройство поршня // 2493459

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. Поршневое кольцо 3 взаимодействует наклонными плоскостями 13 клинообразных выступов 4 с наклонными плоскостями 15 впадин 7 дополнительного кольца 6 в левой полуокружности 18 уплотнительного устройства так, что равнодействующие силы F направлены по часовой стрелке, а в правой полуокружности 21 равнодействующие силы F направлены против часовой стрелки. В процессе работы двигателя равнодействующие силы F уравновешивают друг друга и уплотнительное устройство поршня не проворачивается в поршневой канавке 2. Радиальные составляющие силы R прижимают кончики 23 поршневого кольца 3 к зеркалу цилиндра 26. Это улучшит приработку колец к зеркалу цилиндра 26 и повысит герметичность цилиндра 24. Новым является то, что наклоны взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей 13 и 15, выполненных в левой полуокружности 18, направлены по часовой стрелке, а наклоны взаимодействующих боковых плоских поверхностей 13 и 15, выполненных в правой полуокружности 21, направлены против часовой стрелки. Одна пара узлов I выполнена в районе замков колец так, что радиальные составляющие силы R проходят через кончики колец 23 под углом 10 градусов к поперечной оси 22. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы уплотнительного устройства поршня и увеличение срока службы. 4 ил.

Поршневая машина // 2497002

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. Каждый конструктивный узел для взаимно смещенной ориентации положения замков колец выполнен ограниченно подвижным, в частности в виде ролика, входящего в верхнюю (кольцевую) часть обоймы с масленым зазором и скользящего с масленным зазором между концевыми упорами нижней обоймы, выполненной в виде сегментного желоба, выфрезерованного в теле поршня, углы конусности верхних и нижних проточек в замках компрессионных колец выполнены разными. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных качеств. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания // 2499901

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 обеспечивает повышение мощности и ресурса двигателя внутреннего сгорания, уменьшение расхода топлива и масла, улучшение экологических характеристик двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания // 2535514

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. Рабочие поверхности маслосъемных колец спрофилированы так, что излишки масла снимаются со стенки цилиндра только при движении поршня в нижнее положение, а 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, что повышает надежность маслосъемного поршневого устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2535598

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.

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания // 2535599

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.

Поршневая машина // 2541442

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.