Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2576405:

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 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 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.

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°.

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания // 2535599

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2535598

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.

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.

Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания // 2582538

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.

Скользящий элемент с покрытием из алмазоподобного углерода // 2599687

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности к поршневому кольцу с покрытием из алмазоподобного углерода на подложке. Скользящий элемент содержит более мягкий материал по сравнению с алмазоподобным углеродом, который включен в поверхность покрытия из алмазоподобного углерода, которым скользящий элемент должен входить в контакт с соединенной с ним деталью, по которой скользящий элемент должен скользить. Изобретение уменьшает коэффициент трения и обеспечивает высокую износостойкость устройства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Уплотнительный узел поршня двигателя внутреннего сгорания // 2600834

Изобретение относится к уплотнительном узлу (10), пригодному для вставки в первую канавку (20′) поршня (20) двигателя внутреннего сгорания. Уплотнительный узел (10) содержит первый кольцеобразный корпус (10′), который образует первую секцию (12′) зазора, и второй кольцеобразный корпус (10′′), который образует вторую секцию (12′′) зазора. Такие корпуса перекрываются таким образом, что положение первой секции (12′) отличается от положения второй секции (12′′) относительно оси (101) симметрии, с которой два корпуса (10′, 10′′) являются концентричными. Изобретение повышает надежность устройства. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания (варианты) // 2613478

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания содержит компрессионное кольцо (3) и маслосъемное кольцо (4), расположенные в поршневой расточке (5). Маслосъемное кольцо (4) расположено под компрессионным кольцом (3). Суммарная высота компрессионного и маслосъемного колец (3),(4) составляет не менее их радиальной толщины. Зазор в замке маслосъемного кольца (4) расположен под 180° по отношению к зазору в замке компрессионного кольца (3). Зазор между поверхностями внутренних диаметров компрессионного и маслосъемного колец (3).(4) и дном поршневой расточки (5) равен зазору между поршнем (2) и стенкой цилиндра (1). Раскрыты варианты выполнения поршневого устройства. Технический результат заключается в устранении газодинамических потерь и улучшении теплообмена между головкой поршня и цилиндром. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания (варианты) // 2616686

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. Поршневое устройство содержит компрессионные кольца (3), (4), осевое расширительное кольцо (5) и маслосъемные кольца (6), (7), (8), расположенные в поршневой расточке (9). По варианту 1 осевое расширительное кольцо (5), установленное между пакетами компрессионных и маслосъемных колец, устраняет зазоры между верхним компрессионным кольцом 3 и верхней полкой поршневой расточки (9), а также между нижним маслосъемным кольцом (8) и нижней полкой поршневой расточки (9). По варианту 2 осевое расширительное кольцо (5) расположено между нижним маслосъемным кольцом (8) и нижней полкой поршневой расточки (9), причем внутренний диаметр расширительного кольца (5) равен диаметру поршневой расточки (9), таким образом, перекрывается прорыв рабочего газа из придонной полости поршневой расточки (9) и попадание моторного масла в придонную полость расточки (9) и далее в камеру сгорания. Изобретение устраняет газодинамические потери, обеспечивает эффективный теплообмен между перегретой головкой поршня (2) и охлаждаемым цилиндром (1) и формирует на стенке цилиндра (1) минимально необходимую толщину масляной пленки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания с экспандером (варианты) // 2616687

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. Поршневое устройство содержит компрессионные кольца (3) и (4), маслосъемные кольца (5), (6), (10) и осевое расширительное кольцо (11), расположенные в поршневой расточке (7). По варианту 1 по поверхности внутреннего диаметра верхнего компрессионного кольца (3), которое может быть изготовлено из термостойкой бронзы с минимальным коэффициентом трения относительно стальной или чугунной гильзы цилиндра, установлен экспандер (9), который фиксируется в кольцевой канавке (8), выполненной в дне поршневой расточки (7) на уровне ее верхней полки. Изобретение практически устраняет газодинамические потери, обеспечивает эффективный теплообмен между перегретой головкой поршня (2) и охлаждаемым цилиндром (1), формирует на стенке цилиндра (1) минимально необходимую толщину масляной пленки, повышает компрессию, мощность и ресурс двигателя. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.