Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2535599:

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

Известны маслосъемные поршневые устройства двигателей внутреннего сгорания, содержащие маслосъемные кольца и расширители различной конструкции (Заявка №53-22204, Япония, 1978; Заявка №59-20859, Япония, 1984; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985, патент RU №2458239, МПК F02F 5/00, опубл.10.08.2012).

Известно маслосъемное кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее скребковые элементы и расположенное между ними расширительное кольцо, выполненное в виде усеченного конуса (патент RU №2447307, RU МПК F02F 5/00, опубл. 10.04.2012).

Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что наличие только двух скребковых элементов, расположенных в одной поршневой канавке маслосъемного поршневого устройства, ограничивает возможность формирования минимально необходимого смазочного слоя для широкого диапазона ДВС, оставляя на стенке цилиндра излишнее количество масла, как при малых, так, особенно, при больших скоростях коленчатого вала двигателя, что отражается на повышении расхода масла и ухудшении экологических показателей двигателя. Кроме того, расширитель достаточно металлоемкий, имеет существенную массу и размеры, превышающие размеры скребковых элементов, недостаточно технологичный для малолитражных двигателей с небольшими диаметрами цилиндров.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности маслосъемного поршневого устройства, увеличении его ресурса, уменьшении расхода моторного масла, улучшении экологических характеристик двигателя.

Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем маслосъемные кольца, рабочая поверхность которых имеет плоскую цилиндрическую часть и скос в направлении движения поршня в верхнее положение, и расположенные между ними расширительные кольца, новым является то, что маслосъемные кольца выполнены прямоугольного профиля, при этом плоская цилиндрическая часть рабочей поверхности каждого нижележащего кольца больше плоской цилиндрической части рабочей поверхности вышележащего кольца.

Расширительные кольца выполнены в виде осевых волнообразных расширителей мембранного типа и установлены с зазором относительно стенки цилиндра.

Глубина поршневой канавки равна радиальной толщине маслосъемных колец.

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, поршневую канавку 3, в которой установлены верхнее маслосъемное кольцо 4, среднее маслосъемное кольцо 5 и нижнее маслосъемное кольцо 6, расширительные кольца 7, конические сливные отверстия 8.

Маслосъемное поршневое устройство работает следующим образом.

При движении поршня 2 в нижнее положение нижнее маслосъемное кольцо 6, имея максимальную площадь контакта рабочей поверхности со стенкой цилиндра 1, определяемую максимальным значением h₁ (высота плоской цилиндрической части рабочей поверхности маслосъемного кольца) и, соответственно, минимальным удельным давлением на стенку цилиндра 1, своим нижним торцом, выступающим из поршневой канавки 3 в пределах гарантированного зазора между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2, снимает основную часть масла со стенки цилиндра 1. Снимаемое со стенки цилиндра 1 масло через зазор между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2 сбрасывается в картер двигателя. Следующее за ним маслосъемное кольцо 5 с увеличенным удельным давлением на стенку цилиндра 1 за счет меньшего значения h₂ снимает меньшую часть масла со стенки цилиндра 1, оставляя на стенке цилиндра 1 толщину масляного слоя, приближающуюся к минимально необходимой величине, окончательно формируемой маслосъемным кольцом 4 с еще меньшим значением h₃ и еще большим удельным давлением. Снятое со стенки цилиндра 1 маслосъемными кольцами 5 и 4 масло удаляется по радиальным каналам расширительных колец 7 и сливным коническим отверстиям 8 во внутреннюю полость поршня 2. Конические сливные отверстия 8 улучшают удаление масла из поршневой канавки 3 и противодействуют подсасыванию масла из внутренней полости поршня 2 на рабочем такте впуска, когда над поршнем 2 и в зазорах поршневой канавки 3 образуется разрежение. Расширительные кольца 7, выполненные в виде осевых волнообразных расширителей мембранного типа и установленные с зазором относительно стенки цилиндра 1, компенсируют изменения ширины поршневой канавки 3 за счет тепловых деформаций поршня 2 и износа полок канавки 3, устраняя зазор между полками поршневой канавки 3 и нижним торцом нижнего маслосъемного кольца 6 и верхним торцом верхнего маслосъемного кольца 4. Расширительные кольца 7 устраняют осевые зазоры в маслосъемном поршневом устройстве, тем самым исключают «насосный» эффект, сопровождающий работу поршневых колец.

Таким образом, каждое последующее кольцо, перекрывая допустимые технологические зазоры между стенкой цилиндра 1 и рабочей поверхностью предыдущего кольца, а также зазор в замке предыдущего кольца, уменьшает количество масла, оставляемого на стенке цилиндра 1, приближая его к расчетной величине. Чем больше маслосъемных колец в маслосъемном поршневом устройстве, тем меньшее гидравлическое сопротивление оказывает масло при движении поршня в нижнее положение, тем самым повышая КПД двигателя. Учитывая, что моторное масло - жидкость, практически несжимаемая, а скорость движения поршня огромная, измеряемая в метрах в секунду, перевод динамики процесса удаления масла со стенки цилиндра двигателя одним или даже двумя маслосъемными кольцами в статический процесс n количеством маслосъемных колец благоприятно отразится на всей работе двигателя. При движении поршня 2 в верхнее положение скосы, выполненные на рабочих поверхностях маслосъемных колец, обеспечивают сохранность сформированной толщины масляного слоя на стенке цилиндра 1, предотвращая его соскабливание в направлении компрессионных колец и попадание в камеру сгорания.

1. Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее расположенные в поршневой канавке маслосъемные кольца, рабочая поверхность которых имеет плоскую цилиндрическую часть и скос в направлении движения поршня в верхнее положение, и расположенные между ними расширительные кольца, отличающееся тем, что маслосъемные кольца выполнены прямоугольного профиля, при этом плоская цилиндрическая часть рабочей поверхности каждого нижележащего кольца больше плоской цилиндрической части рабочей поверхности вышележащего кольца.

2. Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающееся тем, что расширительные кольца выполнены в виде осевых волнообразных расширителей мембранного типа и установлены с зазором относительно стенки цилиндра.

3. Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающееся тем, что глубина поршневой канавки равна радиальной толщине маслосъемных колец.

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.

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°.

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.

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.

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.

Поршневой узел // 2469231

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

Кольцо компрессионное // 2465500

Изобретение относится к области машиностроения. .

Маслосъемное поршневое кольцо двигателя внутреннего сгорания // 2458239

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.

Поршневое кольцо с вспомогательной радиальной упругостью // 2451852

Изобретение относится к машиностроению. .

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.

Деталь, имеющая, по меньшей мере одну износостойкую поверхность, и сборочная единица, содержащая такую деталь // 2549275

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.

Способ изготовлелия поршневого кольца // 2549379

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.

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания // 2561787

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.

Скользящий элемент // 2567075

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.

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2576405

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.

Уплотнение для поршня двигателя внутреннего сгорания // 2578928

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.

Уплотнительный узел поршневого двигателя внутреннего сгорания // 2581749

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.

Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой // 2581752

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.

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2582384

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания содержит два компрессионных кольца (3) и (7), между которыми расположено расширительное кольцо (5), установленные в одной поршневой канавке (4), причем расширительное кольцо (5), имеющее коническую рабочую часть и фиксирующую цилиндрическую часть, установлено между компрессионными кольцами (3) и (7) так, что наружная коническая часть расширительного кольца (5) контактирует соответственно с наклонными поверхностями, выполненными на нижнем торце верхнего кольца (3) и верхнем торце нижнего кольца (7), а внутренней цилиндрической частью расширительное кольцо расположено в кольцевой проточке (6), выполненной в дне поршневой канавки (4). Предлагаемая конструкция поршневого устройства практически устраняет газодинамические потери, обеспечивает эффективный теплообмен между перегретой головкой поршня (2) и охлаждаемым цилиндром (1), повышает компрессию, мощность и ресурс двигателя, уменьшает расход топлива и масла, улучшает экономические и экологические показатели. 3 з.п. ф-лы; 3 ил.