PL171712B1 - Górny pierscien tlokowy dla tloka w silniku wewnetrznego spalania PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Górny pierscien tlokowy, dla tloka w silniku wewnetrznego spalania, a zwlaszcza w duzym silniku dwusuwowym, posiadajacym komore spalania 1 tlok zaopatrzony w górny pierscien tlokowy oraz okreslo- na ilosc pierscieni tlokowych umieszczonych ponizej glównego pierscienia tlokowego, który to górny pier- scien tlokowy jest przeciety dla umozliwienia rozszerzania sie pierscienia przy montazu w rowku pierscieniowym w bocznej scianie tloka, przy czym dwa konce pierscienia przy przecieciu nachodza na siebie, tak ze gaz w komo- rze spalania cylindra zasadniczo nie moze wplywac przez przeciecie, przy czym górny pierscien tlokowy w czasie spalania zapobiega oddzialywaniu tempera- tury 1 cisnienia z obszaru ponad górnym pierscieniem tlokowym na dolne pierscienie tlokowe, znamienny tym, ze zewnetrzna strona (11) pierscienia pozostaja- ca w styku ze sciana cylindra, ma co najmniej dwa rowki (15) przechodzace od górnej strony do dolnej strony pierscienia, przy czym suma szerokosci (b) rowków (15) stanowi 0.1-1% obwodu pierscienia (4). F IG I PL PL PL

Description

Wynalazek odnosi się do górnego pierścienia tłokowego dla tłoka w silniku wewnętrznego spalania, a zwłaszcza w dużym silniku dwusuwowym, kiedy pierścień ten jest przecięty w celu umożliwienia rozszerzenia pierścienia przy montażu w rowku pierścieniowym w bocznej ściance tłoka oraz, kiedy dwa końce pierścienia przy przecięciu są tak zaprojektowane, że w zasadzie zapobiegają przepływowi gazu z komory spalania cylindra przez to przecięcie.

Górny pierścień tłokowy według projektu konwencjonalnego jest przecięty za pomocą cięcia promieniowego. Po zamontowaniu tłoka z takim górnym pierścieniem w cylindrze te dwa końce pierścienia mają pewną wzajemną odległość, która zwiększa się ze zwiększaniem się zużycia ponieważ środkowa linia przecięcia pierścienia przesuwa się promieniowo na zewnątrz równocześnie z zużyciem się pierścienia, przez co zwiększa się średnica pierścienia i wzrasta szczelina pomiędzy dwoma końcami pierścienia. Gaz w komorze spalania może wpływać do szczeliny pierścieniowej przez luz pomiędzy gładzią cylindrową i tłokiem, a ponieważ szczelina pierścieniowa zwiększa się w miarę zużycia się górnego pierścienia tłokowego, to zwiększa się również przepływ gazu i powoduje zwiększenia obciążenia cieplnego gładzi i tłoka w obszarze wokół szczeliny pierścieniowej. Górny pierścień tłokowy będzie się zwykle przesuwał w

171 712 kierunku obwodowym rowka pierścieniowego kiedy silnik jest uruchomiony, ale doświadczenie wskazuje, że ten ruch górnego pierścienia może zatrzymać się, co może prowadzić do dużego obciążenia cieplnego leżącego poniżej pierścienia tłokowego i gładzi cylindrowej naprzeciw szczeliny pierścieniowej. Zwiększone lokalnie obciążenie cieplne górnego pierścienia może przyczynić się do zapoczątkowania pęknięcia i innego niepożądanego uszkodzenia materiałowego.

Ze względu na wskazane unikanie nadmiernego obciążenia cieplnego zaprojektowanych zostało kilka różnych rodzajów pierścieni górnych, kiedy dwa końce pierścienia mają zachodzące wzajemnie na siebie występy, które przegradzają co najmniej główną część szczeliny pierścieniowej i ograniczają możliwość przepływu przez szczelinę pierścieniową gazów spalinowych. Takie górne pierścienie tłokowe mogą być stosowane w silnikach zasilanych olejem o marnej jakości, gdy górny pierścień zapobiega przed przenikaniem cząstek pozostałość i spalania do uszczelnienia pierścieniowego poniżej pierścienia górnego. Jednakże te tak zwane gazoszczelne pierścienie górne są bardzo narażone na zużycie, a zużycie pierścienia jest zależne od różnicy ciśnienia pomiędzy górną i dolną stroną pierścienia.

Celem wynalazku jest zapewnienie górnego pierścienia tłokowego o dużej żywotności, który umożliwia ograniczony przepływ gazu, w zasadzie stały w całym okresie żywotności pierścienia.

Mając ten cel na względzie, górny pierścień tłokowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że zewnętrzna strona pierścienia przewidziana do styku ze ścianą cylindra ma co najmniej dwa rowki przechodzące od strony górnej do strony dolnej pierścienia oraz tym, że suma szerokości tych rowków wynosi do 0,1-1% obwodu pierścienia, korzystnie 0,2-0,5% tego obwodu.

Rowki wprowadzają taki kontrolowany i o ustalonej granicy przepływ gazu z komory spalania na dolną stronę pierścienia, że z jednej strony górny pierścień tłokowy jest zdolny zapobiec oddziaływaniu głównej części produktów spalania na uszczelnienie pierścieniowe umieszczone poniżej pierścienia górnego, ponieważ zasadnicza część spadku ciśnienia występuje na pierścieniu górnym, a z drugiej strony rowki te powodują utrzymywanie zużycia pierścienia w zakresie akceptowalnych granic, ponieważ spadek ciśnienia na pierścieniu zostaje zmniejszony w odniesieniu do spadku ciśnienia znanych gazoszczelnych, górnych pierścieni tłokowych. Gdy występuje przepływ gazu przez rowki zamiast poprzez znaną poprzednio szczelinę pierścieniową, to przepływ gazu jest w zasadzie stały w całym okresie żywotności pierścienia, co sprzyja równomiernemu i dobrze określonemu obciążeniu cieplnemu gładzi cylindrowej, tłoka i pierścienia tłokowego. Dzięki rozłożeniu przepływu gazowego o ustalonym ograniczeniu pomiędzy dwa lub więcej rowków otrzymuje się znaczne zmniejszenie lokalnego obciążenia cieplnego w obszarze przylegającym do rowka. Ponieważ zapobiega się w zasadzie przepływowi gazu przez przecięcie, to lokalne obciążenie cieplne od przepływu gazu, nie tylko że jest mniejsze niż dla znanych pierścieni górnych z ograniczonym przepływem gazu, ale jest w zasadzie stałe i niezależne od zużycia pierścienia.

Aby uzyskać zamierzony skutek ważnym jest, żeby całkowita szerokość rowków wynosiła 0,1-1% obwodu pierścienia. Jeśli suma szerokości rowków jest mniejsza od 0,1% obwodu pierścienia, to wówczas będzie stosunkowo znaczne zużycie pierścienia, a jeśli całkowita szerokość przekroczy 1% obwodu, to zwiększy się ciśnienie wpływające na leżące poniżej pierścienie tłokowe. Odpowiedni kompromis pomiędzy, z jednej strony, niskim zużyciem pierścienia, i z drugiej strony, dobrym zabezpieczeniem pierścieni leżących poniżej, uzyskuje się przy takim górnym pierścieniu tłokowym kiedy suma szerokości rowków wynosi 0,2-0,5% obwodu pierścienia.

Rowki mogą odpowiednio przebiegać skośnie, korzystnie pod kątem 45° w stosunku do płaszczyzny pierścienia. Zmniejsza to obwodowe napięcie w pierścieniu, ale co ważniejsze przepływ gazu w ustalonej granicy przez nachylone rowki przyczynia się do utrzymania górnego pierścienia w ruchu przy pracującym silniku, tak że górny pierścień przesuwa się ciągle w kierunku obwodowym w rowku pierścieniowym. Przeciwdziała to lokalnemu przegrzaniu się gładzi cylindrowej i leżącego pod spodem pierścienia tłokowego. Jeśli pożądany jest większy lub mniejszy efekt przesuwania się, to rowki mogą tworzyć z płaszczyzną pierścienia kąt bardziej lub mniej ostry, na przykład od 30° do 60°.

171 712

Jeśli pożądane jest utrzymanie przepływu gazu przez rowki w całym okresie żywotności pierścienia, to głębokość rowków powinna być większa od spodziewanego promieniowego zużycia pierścienia. Pomimo stosunkowo dużej głębokości rowka przepływ gazu przez rowek jest określony przez pole rowka położone na zewnątrz rowka pierścieniowego w stronę ściany tłoka. Innymi słowy przepływ gazu jest określony przez szerokość rowka w kierunku obwodowym i przez wymiar luzu pomiędzy wewnętrzną stroną gładzi cylindrowej i zewnętrzną stroną tłoka.

Szerokość rowka powinna być odpowiednio mała w celu ograniczenia obciążenia cieplnego w polu wokół rowka. Dlatego szerokość rowków może być w zasadzie o połowę mniejsza od ich głębokości, gdy pierścień nie jest zużyty.

Jeśli górny pierścień tłokowy ma być stosowany w połączeniu z gładzią cylindrową, która zgodnie z oczekiwaniem będzie się zużywać w trakcie żywotności pierścienia, to boczne ściany rowka mogą się odpowiednio odchylać w kierunku promieniowym na zewnątrz. Gdy wielkość luzu pomiędzy gładzią i tłokiem zwiększa się, to wówczas zostaje odsłonięta większa część rowka, ale gdy pierścień tłokowy zużywa się równocześnie, to zmniejszająca się do środka szerokość rowka powoduje, że odsłonięte pole rowkowe i w ten sposób obciążenie cieplne będą w zasadzie stałe.

Gdy jako paliwo stosowany jest ciężki olej, to wówczas produkty spalania zawierają materiały żużlowe, które stanowią, że wskazana szerokość indywidualnego rowka jest większa od 1 mm w celu zapobieganiu przed blokowaniem rowka materiałami żużlowymi, a mniejsza od 3 mm, aby ograniczyć ilość materiałów żużlowych przenikających przez rowek i dalej na leżące poniżej pierścienie tłokowe.

Korzystnie liczba rowków wynosi maksymalnie osiem, a właściwie od trzech do pięciu, aby uwzględnić po części, żeby suma szerokości rowków nie stała się zbyt duża w stosunku do obwodu pierścienia, a po części aby szerokość indywidualnego rowka nie stała się tak mała, że zostanie on zablokowany przez sadzę i inne pozostałości spalania.

Przykład wykonania wynalazku zostanie przedstawiony poniżej z większymi szczegółami w odniesieniu do schematycznego rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój przez wycinek tłoka wpasowanego w gładź cylindrową, fig. 2 przedstawia, w większej skali w widoku perspektywicznym, szkic górnego pierścienia tłokowego według wynalazku w obszarze wokół przecięcia, fig. 3 przedstawia rzut płaski całego górnego pierścienia tłokowego w stanie nieobciążonym, fig. 4 i 5 przedstawiają odpowiednio rzuty od góry wycinka pierścienia z fig. 3 w obszarze wokół rowka, zaś fig. 6 przedstawia widok odpowiadający fig. 4 innego przykładu wykonania według wynalazku.

Figura 1 przedstawia tłok 1, którego boczna ściana cylindryczna 2 jest zaprojektowana z kilkoma rowkami pierścieniowymi 3, z których rowek górny mieści górny pierścień tłokowy 4, a rowek spodni mieści pierścień rozprowadzania oleju 5, podczas gdy w rowkach pośrednich włożone są zwykłe pierścienie tłokowe 6. Pierścienie tłokowe regulują położenie tłoka w kierunku promieniowym w stosunku do gładzi cylindrowej 7 i zapobiegają przenikaniu ciśnienia gazu z komory spalania 8 do przestrzeni poniżej tłoka. Zewnętrzna strona pierścienia rozprowadzenia oleju 5 jest zaprojektowana z dużą liczbą nachylonych żłobień, które są tak blisko siebie, że żłobienia te omiatają całą wewnętrzną stronę gładzi i rozprowadzają na niej olej smarujący w postaci cienkiej warstewki. Jednakże możliwe jest również pominięcie pierścienia rozprowadzania oleju, jeśli same środki doprowadzające olej są zdolne do zapewnienia odpowiedniego rozprowadzenia oleju smarującego.

Górny pierścień tłokowy ma przecięcie 9, które po części stwarza możliwość rozszerzenia średnicy pierścienia przy montażu w rowku pierścieniowym 3, a po części pozwala, aby dwa końce pierścienia oddalały się od siebie w miarę zużycia się pierścienia.

Figura 2 ilustruje przykład przecięcia pierścieniowego, które w zasadzie zapobiega przepływowi gazu przez przecięcie. Zewnętrzny brzeg rowka pierścieniowego zaznaczono liniami przerywanymi 10. Zewnętrzny bok 11 pierścienia styka się z gładzią cylindrową, nie pokazaną na tym rysunku. Jeden koniec pierścienia ma wystający występ 12 wchodzący w odpowiadającą wnękę na drugim końcu pierścienia. Występ 12 jest w kierunku promieniowym mniejszy od

171 712 pierścienia 4, a wnęka 13 jest ograniczona od wewnętrznej strony pierścienia przez pionową ścianę oporową wewnętrznej strony występu. Wysokość osiowa występu 12 jest mniejsza od wysokości pierścienia, a wnęka 13 jest od góry ograniczona przez część występu 14, której dolna strona opiera się na górnej stronie występu 12. Gdy występ 12 wypełnia wnękę 13 w kierunku szerokości i wysokości, to zapobiega się w zasadzie przepływowi gazów spalania przez przecięcie, bez względu na to czy występ jest oddalony od dna wnęki 13 w kierunku obwodowym.

Zewnętrzna strona pierścienia ma cztery rowki 15, które przechodzą skośnie pod kątem α w stosunku do płaszczyzny pierścienia, jak pokazano na fig. 5. Odpowiednio niskie napięcie w pierścieniu można otrzymać, gdy kąt a jest w przedziale od 25° do 65°. W przedstawionym przykładzie α = 45°.

Gdy górny pierścień tłokowy jest przewidziany do dużego, wolnobieżnego silnika dieslowskiego, gdzie średnica tłoka może być, na przykład 0.9 m, to wówczas szerokość rowka b może być na przykład 2 mm, a głębokość rowka t może być 5 mm, co może być porównane z luzem pomiędzy tłokiem i gładzią około 0.3 mm, gdy silnik jest nowy. W ten sposób może zostać zużyte więcej niż 4.5 mm szerokości pierścienia zanim dno rowka zacznie pojawiać się w tym luzie.

Na figurze 4 ściany boczne rowka są w zasadzie równoległe, ale jak pokazano na fig. 6 możliwe jest również zaprojektowanie rowka z odchylonymi na zewnątrz, w kierunku promieniowym ścianami bocznymi 16. Projekt takiej ściany bocznej automatycznie kompensuje większy luz pomiędzy tłokiem i gładzią, który wystąpi po pracy w długim okresie, tak ze odsłonięte pole rowka 15 na zewnątrz rowka pierścieniowego 3 jest w zasadzie stałe w całym okresie żywotności pierścienia.

Oczywiście możliwe jest zaprojektowanie przecięcia pierścienia inaczej, w sposób w zasadzie gazoszczelny, a jednocześnie możliwe jest zastosowanie rowków według wynalazku, co zapewni kontrolowany przepływ gazu z górnej strony na stronę dolną górnego pierścienia tłokowego i w ten sposób zapewni równomierny i o właściwie ustalonym ograniczeniu przepływ gazu przez indywidualny rowek.

Rozdzielenie przepływu gazu pomiędzy dwa do ośmiu rowków zmniejsza również cieplne obciążenie przy indywidualnym rowku.

Według wynalazku jest możliwe zastosowanie więcej niż jednego górnego pierścienia tłokowego na jednym i tym samym tłoku, tak że spadek ciśnienia jaki utrzymuje górny pierścień zostaje rozłożony na kilka pierścieni.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Górny pierścień tłokowy, dla tłoka w silniku wewnętrznego spalania, a zwłaszcza w dużym silniku dwusuwowym, posiadającym komorę spalania i tłok zaopatrzony w górny pierścień tłokowy oraz określoną ilość pierścieni tłokowych umieszczonych poniżej głównego pierścienia tłokowego, który to górny pierścień tłokowy jest przecięty dla umożliwienia rozszerzania się pierścienia przy montażu w rowku pierścieniowym w bocznej ścianie tłoka, przy czym dwa końce pierścienia przy przecięciu nachodzą na siebie, tak że gaz w komorze spalania cylindra zasadniczo nie może wypływać przez przecięcie, przy czym górny pierścień tłokowy w czasie spalania zapobiega oddziaływaniu temperatury i ciśnienia z obszaru ponad górnym pierścieniem tłokowym na dolne pierścienie tłokowe, znamienny tym, że zewnętrzna strona (11) pierścienia pozostająca w styku ze ścianą cylindra, ma co najmniej dwa rowki (15) przechodzące od górnej strony do dolnej strony pierścienia, przy czym suma szerokości (b) rowków (15) stanowi 0.1-1% obwodu pierścienia (4).
2. 2. Pierścień tłokowy według zastrz. 1, znamienny tym, że suma szerokości (b) rowków (15) stanowi 0.2-0.5% obwodu pierścienia.
3. 3. Pierścień tłokowy według zastrz. 2, znamienny tym, że rowki (15) przebiegają skośnie, korzystnie pod kątem (a) 45° w stosunku do płaszczyzny pierścienia.
4. 4. Pierścień tłokowy według zastrz. 2, znamienny tym, że głębokość (t) rowka (15) jest większa od promieniowego zużycia pierścienia pojawiającego się wraz z upływem czasu pracy pierścienia.
5. 5. Pierścień tłokowy według zastrz. 4, znamienny tym, że szerokość (b) rowków (15) jest o połowę mniejsza od ich głębokości (t) dla nieużytego pierścienia (4).
6. 6. Pierścień tłokowy według zastrz. 5, znamienny tym, że ściany boczne (16) rowka (15) odchylają się promieniowo na zewnątrz.
7. 7. Pierścień tłokowy według zastrz. 6, znamienny tym, że szerokość (b) indywidualnego rowka (15) mieści się w granicach od 1.0 do 3 mm, a korzystnie wynosi około 2 mm.
8. 8. Pierścień tłokowy według zastrz. 7, znamienny tym, że liczba rowków (15) wynosi maksymalnie osiem, a korzystnie od trzech do pięciu.