RU2028483C1

RU2028483C1 - Cylinder-piston group for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2028483C1
Authority: RU
Inventors: Борис Исмаилович Галимов
Original assignee: Борис Исмаилович Галимов
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: cylindric groove 7, which is provided on inner side of cylinder 1 above the top dead center of the upper plane of the top piston ring, is coupled with working surface of cylinder 1 through a conical chamfering inclined β = 48 ... 88^° at 48-88 deg. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить эксплуатационные и технологические свойства цилиндропоршневой группы путем упрощения конструкции верхнего поршневого кольца и введением проточки на внутренней боковой поверхности цилиндра выше верхней мертвой точки верхней плоскости верхнего поршневого кольца, соединенной с рабочей поверхностью цилиндра фаской под углом β = 48...88^о.The invention relates to engine building and improves the operational and technological properties of the cylinder-piston group by simplifying the design of the upper piston ring and introducing a groove on the inner side surface of the cylinder above the top dead center of the upper plane of the upper piston ring connected to the working surface of the cylinder facet at an angle β = 48 .. .88 ^about

Известна конструкция цилиндропоршневой группы, где желаемый результат - улучшение эксплуатационных свойств - достигается увеличением количества деталей цилиндропоршневой группы, содержащей цилиндр, поршень, верхнее основное, уплотнительное кольцо и установленным в цилиндре дополнительным уплотнительным кольцом. The design of the cylinder-piston group is known, where the desired result — improved operational properties — is achieved by increasing the number of parts of the cylinder-piston group containing the cylinder, piston, upper main, o-ring and an additional o-ring installed in the cylinder.

Дополнительное уплотнительное кольцо установлено в цилиндр с помощью двух пружинных колец. Данная конструкция достаточно сложная, кроме того, при движении поршня вниз во время рабочего хода по окончании влияния дополнительного уплотнительного кольца компрессионные свойства цилиндропоршневой группы резко снижаются из-за образованной в результате износа скругленной "компрессионной" кромки верхнего основного уплотнительного поршневого кольца, что особенно сильно скажется после достаточного износа. An additional o-ring is installed in the cylinder using two snap rings. This design is quite complicated, in addition, when the piston moves down during the working stroke after the end of the influence of the additional sealing ring, the compression properties of the cylinder-piston group sharply decrease due to the rounded “compression” edge of the upper main piston ring formed as a result of wear, which will especially affect after sufficient wear.

При наличии давления Р_кс на основное уплотнительное поршневое кольцо действует дополнительная сила F, проекция которой F₁ уменьшает силу прижима кольца к стенке цилиндра и, как следствие, уменьшает компрессионные свойства цилиндропоршневой группы.In the presence of pressure P _kc , an additional force F acts on the main sealing piston ring, the projection of which F ₁ reduces the clamping force of the ring against the cylinder wall and, as a result, reduces the compression properties of the piston cylinder group.

Кроме того, при наличии достаточного износа в сопряжениях цепочки деталей: поршневое кольцо - поршень - палец - шатун - коленчатый вал - цилиндр, в верхней мертвой точке поршня возникает изгиб с кручением у верхнего основного уплотнительного кольца, связанный с дополнительным перемещением этого кольца вверх на величину указанного износа, так как поршневое кольцо не в состоянии передвинуть вверх уже значительную ступеньку, возникшую на рабочей поверхности цилиндра, что может привести к поломке последнего. In addition, if there is sufficient wear in the joints of the chain of parts: a piston ring - a piston - a finger - a connecting rod - a crankshaft - a cylinder, bending with torsion at the upper main sealing ring occurs at the top dead center of the piston, associated with an additional upward movement of this ring by an amount specified wear, since the piston ring is not able to move up already a significant step that has occurred on the working surface of the cylinder, which can lead to breakage of the latter.

Известна конструкция цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр с размещенным в нем поршнем с верхним прямоугольным поршневым кольцом, на верхнем торце которого имеется проточка. A known design of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, comprising a cylinder with a piston placed therein with an upper rectangular piston ring, at the upper end of which there is a groove.

Одним из недостатков этой цилиндропоршневой группы является сложность конструкции верхнего поршневого кольца; кроме того, при наличии на поршневом кольце проточки, расположенной под углом α, дополнительно увеличивается сила трения поршневого кольца о стенку цилиндра, что снижает эффективность работы цилиндропоршневой группы. One of the disadvantages of this cylinder-piston group is the complexity of the design of the upper piston ring; in addition, if there is a groove on the piston ring located at an angle α, the friction force of the piston ring against the cylinder wall is further increased, which reduces the efficiency of the cylinder-piston group.

Исходя из необходимой прочности сечения поршневого кольца при прочих равных условиях кольцо, имеющее проточку, будет более массивным чем обычное прямоугольное, что увеличивает расход металла и, как следствие, увеличивает инерционные нагрузки на цилиндропоршневую группу. Based on the necessary strength of the piston ring cross-section, all other things being equal, a ring having a groove will be more massive than a regular rectangular one, which increases metal consumption and, as a result, increases inertial loads on the piston-cylinder group.

Целью изобретения являются повышение эксплуатационных и технологических свойств, а также упрощение конструкции цилиндропоршневой группы. The aim of the invention is to increase operational and technological properties, as well as simplifying the design of the cylinder-piston group.

Указанная цель достигается тем, что в цилиндропоршневой группе верхнее поршневое кольцо имеет обычную прямоугольную в сечении форму, а на внутренней боковой поверхности цилиндра имеется проточка. This goal is achieved by the fact that in the cylinder-piston group the upper piston ring has the usual rectangular shape in cross section, and there is a groove on the inner side surface of the cylinder.

На фиг. 1 показана цилиндропоршневая группа, общий вид; на фиг. 2 - аналитическая схема, поясняющая расчетные зависимости для проточки на внутренней боковой поверхности цилиндра; на фиг. 3 - аналитическая схема, показывающая механизм снижения компрессионных свойств цилиндропоршневой группы аналога; на фиг. 4 - аналитическая схема, показывающая механизм образования дополнительной силы трения в цилиндропоршневой группе прототипа. In FIG. 1 shows a cylinder-piston group, general view; in FIG. 2 is an analytical diagram explaining the calculated dependences for a groove on the inner side surface of the cylinder; in FIG. 3 is an analytical diagram showing a mechanism for reducing the compression properties of an analog cylinder-piston group; in FIG. 4 is an analytical diagram showing the mechanism of formation of additional friction in the piston cylinder group of the prototype.

Цилиндропоршневая группа включает цилиндр 1, имеющий рабочую поверхность 2 с установленным в нем поршнем 3. В верхней канавке поршня 3 расположено прямоугольное в сечении поршневое кольцо 4. The cylinder-piston group includes a cylinder 1 having a working surface 2 with a piston 3 installed therein. A piston ring 4, rectangular in cross section, is located in the upper groove of the piston 3.

На внутренней боковой поверхности цилиндра 1 выше точки 5 пересечения верхней плоскости 6 кольца 4 (при расположении поршня в верхней мертвой точке) и рабочей поверхности 2 цилиндра 1 имеется проточка 7 глубиной Δ К, соединенная с рабочей поверхностью 2 цилиндра 1 фаской 8. Угол β наклона фаски 8 определяется соотношением
tgβ =

, где ΣΔi - суммарное дополнительное удлинение сопряжений цепочки деталей;
поршневое кольцо - поршень - палец - шатун - коленчатый вал - цилиндр, вызванное максимально допустимым износом сопрягающихся поверхностей, а также дополнительное удлинение в пределах упругости этой же цепочки деталей, вызванное инерционными силами, возникающими при максимально допустимых оборотах коленчатого вала;
Δ К - максимально допустимый износ рабочей поверхности 2 цилиндра 1.On the inner side surface of cylinder 1 above the point 5 of intersection of the upper plane 6 of ring 4 (when the piston is at top dead center) and the working surface 2 of cylinder 1, there is a groove 7 of depth Δ K connected to the working surface 2 of cylinder 1 with bevel 8. Angle β of inclination chamfers 8 is determined by the ratio
tgβ =

where ΣΔi is the total additional elongation of the mates of the chain of parts;
piston ring - piston - pin - connecting rod - crankshaft - cylinder, caused by the maximum allowable wear of the mating surfaces, as well as additional elongation within the elasticity of the same chain of parts, caused by inertial forces arising at the maximum allowable crankshaft speed;
Δ K - the maximum allowable wear of the working surface 2 of the cylinder 1.

Цилиндропоршневая группа работает следующим образом. The cylinder piston group works as follows.

Во время работы двигателя поршень 3 с поршневым кольцом 4 совершает возвратно-поступательные движения, изнашивая рабочую поверхность 2 цилиндра 1. За один оборот коленчатого вала этот износ составляет малую величину d Δ К (см. фиг. 2). За этот же один оборот коленчатого вала происходит износ сопряжений в цепочке деталей: поршневое кольцо - поршень - палец - шатун - коленчатый вал - цилиндр на величину dΣΔi. During engine operation, the piston 3 with the piston ring 4 makes a reciprocating motion, wearing out the working surface 2 of the cylinder 1. For one revolution of the crankshaft, this wear is small d Δ K (see Fig. 2). For the same one revolution of the crankshaft, the mating in the chain of parts is worn: piston ring - piston - pin - connecting rod - crankshaft - cylinder by dΣΔi.

Острая кромка 5 поршневого кольца 4 в результате перемещается по гипотенузе треугольника образованного катетами, равными соответственно d ΔК и dΣΔ i, в точку 5. В результате износа при длительной эксплуатации цилиндропоршневой группы геометрическое место расположения точек 5 поршневого кольца 4 исходя из соотношения

≈

образует линию, близко совпадающую с линией фаски 8, что исключает возможность образования ступеньки на рабочей поверхности 2 цилиндра 1 и затупления верхней кромки (точка 5) поршневого кольца 4 и как следствие этого длительно поддерживаются высокие компрессионные свойства цилиндропоршневой группы.The sharp edge 5 of the piston ring 4 as a result moves along the hypotenuse of the triangle formed by the legs, respectively d ΔK and dΣΔ i, to point 5. As a result of wear during prolonged use of the cylinder-piston group, the geometrical location of points 5 of the piston ring 4 based on the relation

≈

forms a line that closely coincides with the line of the chamfer 8, which eliminates the possibility of the formation of a step on the working surface 2 of the cylinder 1 and blunting the upper edge (point 5) of the piston ring 4 and, as a result, the high compression properties of the cylinder-piston group are maintained for a long time.

Использование конструкции цилиндра 1 с проточкой 7, фаской 8 и прямоугольным в сечении верхним поршневым кольцом 4 уменьшает при прочих равных условиях силу трения поршневого кольца о стенку цилиндра по сравнению с прототипом на величину (см. фиг. 4). Using the design of the cylinder 1 with a groove 7, a chamfer 8 and a rectangular upper section of the piston ring 4 reduces, other things being equal, the friction force of the piston ring against the cylinder wall by an amount compared to the prototype (see Fig. 4).

F_тр = S_{проточки} ˙ Р_кс ˙ соsα ˙ f_тр где S_{проточки} - площадь поверхности проточки поршневого кольца прототипа;
Р_кс - давление газов в цилиндре;
α - угол наклона проточки на поршневом кольце прототипа;
f_тр - коэффициент трения материалов поршневого кольца и стенки цилиндра; и, как следствие, увеличивает ресурс и улучшает эксплуатационные свойства заявляемой цилиндропоршневой группы.F _Tr = S _grooves ˙ R _ks ˙ cosα ˙ f _tr where S _grooves - the surface area of the grooves of the piston ring of the prototype;
R _cc - gas pressure in the cylinder;
α is the angle of inclination of the grooves on the piston ring of the prototype;
f _Tr - coefficient of friction of the materials of the piston ring and cylinder wall; and, as a result, increases the resource and improves the operational properties of the inventive cylinder-piston group.

Наличие проточки 7 дает возможность визуального контроля степени износа цилиндропоршневой группы: начало исчезновения фаски 8 у проточки 7 на внутренней боковой поверхности цилиндра 1 означает полный износ цилиндропоршневой группы. The presence of the groove 7 makes it possible to visually control the degree of wear of the cylinder-piston group: the beginning of the disappearance of the chamfer 8 at the groove 7 on the inner side surface of the cylinder 1 means complete wear of the cylinder-piston group.

Claims

CYLINDER-PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE GROUP, containing a cylinder, a piston placed therein with an upper piston ring of rectangular cross section, on the inner side surface of the cylinder above the upper plane of the upper piston ring, with a piston position at top dead center, a cylindrical groove is made, the diameter of which is equal to the maximum diameter of characterized in that in order to increase reliability and facilitate the possibility of visual inspection of the maximum allowable wall wear and the cylinder working surface of the cylinder is connected to the lower edge of the cylindrical bore by means of a conical chamfer with an angle of inclination of 48 - 88 ^o.