RU2042066C1

RU2042066C1 - Piston unit

Info

Publication number: RU2042066C1
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Данилов; А.В. Хохлов; Н.Я. Калинников; В.Н. Горшков; А.А. Симдянкин
Original assignee: Данилов Юрий Степанович; Хохлов Александр Владимирович; Калинников Николай Яковлевич; Горшков Валерий Николаевич; Симдянкин Аркадий Анатольевич
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: internal combustion engine. SUBSTANCE: main oil removing ring made of a resilient material is received in the groove of the piston. The ring has the top scraper interacting with the groove wall and bottom scraper having conical surface, the top of the cone being directed to the side of the high-pressure space. An oil removing ring, which interacts with the bottom scraper of the main two-scraper ring, is mounted inside the ring recess of the inertia member. A ring conical projection is made on the end face surface of the inertia member from the side of the top dead center. The projection is an extension of the internal cylindrical surface of the inertia member. The conical outer side interacts with the internal surface of the main oil removing ring when piston is in motion from the top dead center to the bottom dead center. EFFECT: enhanced reliability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области уплотнительной техники и может быть использовано в качестве маслосъемных поршневых колец компрессоров двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of sealing technology and can be used as oil scraper piston rings for compressors of internal combustion engines.

Известно составное маслосъемное кольцо, состоящее из кольца коробчатого сечения с верхними и нижними скребками, размещенными в канавке поршня, и эспандера, расположенного между скребками кольца. A composite oil scraper ring is known, consisting of a box-shaped ring with upper and lower scrapers located in the piston groove, and an expander located between the ring scrapers.

Известен также поршневой узел, который содержит основное двухскребковое маслосъемное кольцо из упругого материала и инерционный элемент с кольцевой проточкой, в которую установлено дополнительное маслосъемное кольцо. Маслосъемное кольцо и инерционный элемент с дополнительным маслосъемным кольцом размещены в канавке поршня. Основное маслосъемное кольцо имеет верхний скребок, взаимодействующий с верхней поверхностью канавки поршня, и нижний скребок, взаимодействующий с инерционным элементом, а рабочие кромки его взаимодействуют с поверхность цилиндра. Нижний скребок этого кольца выполнен с конической поверхностью, вершина которой направлена в сторону полости высокого давления. Инерционный элемент установлен под нижним скребком основного маслосъемного кольца в канавке поршня, выполнен с диаметром, меньшим, чем диаметр маслосъемного кольца, и состоит из полуколец. Дополнительное маслосъемное кольцо поджимается к поверхности цилиндра радиальным расширителем. A piston assembly is also known, which contains a main double-scraper oil scraper ring of elastic material and an inertial element with an annular groove in which an additional oil scraper ring is installed. The oil scraper ring and the inertia element with an additional oil scraper ring are located in the piston groove. The main oil scraper ring has an upper scraper interacting with the upper surface of the piston groove and a lower scraper interacting with the inertial element, and its working edges interact with the surface of the cylinder. The lower scraper of this ring is made with a conical surface, the apex of which is directed towards the high-pressure cavity. The inertial element is installed under the lower scraper of the main oil scraper ring in the piston groove, is made with a diameter smaller than the diameter of the oil scraper ring, and consists of half rings. An additional oil scraper ring is pressed against the cylinder surface by a radial expander.

Недостатком такой конструкции является то, что в процессе работы поршневого узла при движении поршня от ВМТ к НМТ в первой половине хода поршня сил инерции инерционного элемента и сил трения дополнительного маслосъемного кольца о зеркало цилиндра может оказаться недостаточно для деформации нижнего скребка основного маслосъемного кольца по причине его жесткости. В результате этого ухудшается маслосбрасывающие функции поршневого узла. Если увеличить массу инерционного элемента (как один из вариантов увеличения радиального давления кольца на зеркало цилиндра), то это вызовет не только увеличение массы поршневого узла в целом, но и увеличение радиального давления на зеркало цилиндра основного маслосъемного кольца при движении поршня к ВМТ. Это повлечет за собой транспортирование масла в зону высоких температур, расход масла увеличится. Еще одним недостатком в работе этого поршневого узла является уменьшение угла наклона нижнего скребка основного маслосъемного кольца к зеркалу цилиндра (α₁), при сжатии его инерционным элементом. Это также снижает активность сброса масла со стенок цилиндра.The disadvantage of this design is that during the operation of the piston unit when the piston moves from TDC to BDC in the first half of the piston stroke, the inertia forces of the inertia and the friction forces of the additional oil scraper ring against the cylinder mirror may not be enough to deform the lower scraper of the main oil scraper ring due to stiffness. As a result, the oil-saving functions of the piston assembly are impaired. If you increase the mass of the inertial element (as one of the options for increasing the radial pressure of the ring on the cylinder mirror), then this will cause not only an increase in the mass of the piston assembly as a whole, but also an increase in the radial pressure on the cylinder mirror of the main oil scraper when the piston moves to TDC. This will entail the transportation of oil to the high temperature zone, oil consumption will increase. Another drawback in the operation of this piston assembly is a decrease in the angle of inclination of the lower scraper of the main oil scraper ring to the cylinder mirror (α ₁ ) when it is compressed by an inertial element. It also reduces the activity of oil discharge from the cylinder walls.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы поршневого узла путем увеличения радиального давления на зеркало цилиндра основного маслосъемного кольца при движении поршня к НМТ. An object of the invention is to increase the reliability of the piston assembly by increasing the radial pressure on the cylinder mirror of the main oil scraper ring when the piston moves to the BDC.

Технический результат достигается тем, что на торцевой поверхности инерционного элемента со стороны ВМТ выполнен кольцевой конический выступ, продолжающий внутреннюю цилиндрическую поверхность инерционного элемента, взаимодействующий своей конической наружной поверхностью с внутренней поверхностью основного маслосъемного кольца при движении поршня от ВМТ к НМТ. The technical result is achieved by the fact that an annular conical protrusion is made on the end surface of the inertial element from the top of the TDC, extending the inner cylindrical surface of the inertia element, interacting with its conical outer surface and the inner surface of the oil scraper when the piston moves from TDC to BDC.

На фиг. 1 изображен поршневой узел вблизи НМТ в процессе движения поршня от НМТ к ВМТ; на фиг. 2 узел I на фиг.1 (поршневой узел вблизи ВМТ в процессе движения поршня от НМТ к ВМТ); на фиг. 3 то же (поршневой узел вблизи ВМТ в процессе движения поршня от ВМТ к НМТ); на фиг. 4 то же (поршневой узел вблизи НМТ в процессе движения поршня от ВМТ к НМТ); на фиг. 5 сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a piston assembly close to the BDC in the process of movement of the piston from BDC to TDC; in FIG. 2 node I in figure 1 (piston unit near TDC during the movement of the piston from BDC to TDC); in FIG. 3 the same (a piston assembly near TDC during the movement of the piston from TDC to BDC); in FIG. 4 the same (a piston assembly near the BDC during the movement of the piston from the BDC to the BDC); in FIG. 5, section AA in FIG. 1.

Поршневой узел состоит из основного маслосъемного кольца 1 коробчатого сечения, обладающего радиальной и осевой упругостью, и инерционного элемента инерционного кольца 2 с проточкой 3, куда вставлено дополнительное маслосъемное кольцо 4, обладающее радиальной упругостью. Основное маслосъемное кольцо 1 и инерционное кольцо 2 с дополнительными маслосъемным кольцом 4 находятся в поршневой канавке 5, при этом основное маслосъемное кольцо 1 располагается над инерционным кольцом 2. Размеры основного маслосъемного кольца 1 и инерционного кольца 2 по ширине в сумме равны ширине поршневой канавки 5. The piston assembly consists of a main oil scraper ring 1 with a box section having radial and axial elasticity, and an inertial element of an inertial ring 2 with a groove 3, where an additional oil scraper ring 4 with radial elasticity is inserted. The main oil scraper ring 1 and the inertia ring 2 with additional oil scraper ring 4 are located in the piston groove 5, while the main oil scraper ring 1 is located above the inertia ring 2. The dimensions of the main oil scraper ring 1 and the inertia ring 2 are equal in width to the width of the piston groove 5.

Основное маслосъемное кольцо 1 изготовлено из стальной ленты коробчатого сечения с верхним 6 и нижним 7 скребками. Верхний скребок 6 перпендикулярен к зеркалу цилиндра 8, а нижний скребок 7 расположен под углом α к зеркалу цилиндра 8, образуя конус с верхней поверхностью 9 инерционного кольца 2 с вершиной, направленной к ВМТ. Скребки 6 и 7 имеют соответственно рабочие кромки 10 и 11, которые выполнены коническими с вершинами конусов, направленными вверх. Расположение нижнего скребка 7 под углом α к зеркалу цилиндра 8 должно придавать основному маслосъемному кольцу 1 пружинящее свойство в осевом направлении в случае нажатия на него по всей окружности скребка 7 снизу инерционным кольцом 2. В свою очередь пружинящее свойство основного кольца 1 по его оси позволит изменять его радиальное давление на зеркало цилиндра 8 в процессе перемещения поршня 12. The main oil scraper ring 1 is made of box-shaped steel tape with the upper 6 and lower 7 scrapers. The upper scraper 6 is perpendicular to the mirror of the cylinder 8, and the lower scraper 7 is located at an angle α to the mirror of the cylinder 8, forming a cone with the upper surface 9 of the inertial ring 2 with the apex directed to TDC. Scrapers 6 and 7 have working edges 10 and 11, respectively, which are made conical with the tops of the cones pointing up. The location of the lower scraper 7 at an angle α to the mirror of the cylinder 8 should give the main oil scraper ring 1 an axial spring property if it is pressed along the entire circumference of the scraper 7 from below by an inertial ring 2. In turn, the spring property of the main ring 1 along its axis will allow changing its radial pressure on the mirror of the cylinder 8 in the process of moving the piston 12.

Назначение основного маслосъемного кольца 1 сбрасывать масло с поверхности цилиндра 8 при движении поршня 12 к НМТ и пропускать масло под скребками 6 и 7 при движении поршня 12 к ВМТ. Инерционное кольцо 2 состоит из двух полуколец 13 и 14. Такое исполнение дает возможность легко устанавливать инерционное кольцо 2 в поршневую канавку 5. The purpose of the main oil scraper ring 1 is to dump oil from the surface of the cylinder 8 when the piston 12 moves to the BDC and pass the oil under the scrapers 6 and 7 when the piston 12 moves to the TDC. The inertial ring 2 consists of two half rings 13 and 14. This design makes it possible to easily install the inertial ring 2 in the piston groove 5.

В проточке 3 инерционного кольца 2 располагается дополнительное маслосъемное кольцо 4 с радиальным плоским многоугольным расширителем 15, который упирается попеременно во внутреннюю поверхность 16 дополнительного маслосъемного кольца 4 и в дно 17 проточки 3 инерционного кольца 2. Дополнительное маслосъемное кольцо 4 обладает радиальной упругостью и вместе с плоским расширителем 15 фиксирует полукольца 13 и 14, объединяя их в одно инерционное кольцо 2. Размер инерционного кольца 2 по внутреннему диаметру таков, что оно может свободно перемещаться в поршневой канавке 5 вдоль оси поршня 12. In the groove 3 of the inertial ring 2 there is an additional oil scraper ring 4 with a radial flat polygonal expander 15, which abuts alternately on the inner surface 16 of the additional oil scraper ring 4 and in the bottom 17 of the groove 3 of the inertia ring 2. The additional oil scraper ring 4 has radial elasticity and together with the flat expander 15 fixes the half rings 13 and 14, combining them into one inertial ring 2. The size of the inertial ring 2 on the inner diameter is such that it can freely move I'm in the piston groove 5 along the axis of the piston 12.

Назначение дополнительного маслосъемного кольца 4 с радиальным плоским расширителем 15 не только фиксировать полукольца 13 и 14 и сбрасывать масло со стенок цилиндра 8, но и за счет силы трения Т, появляющейся между зеркалом цилиндра 8 и рабочей поверхностью самого дополнительного маслосъемного кольца 4, передавать усилие трения Т инерционному кольцу 2 так, чтобы инерционное кольцо перемещалось бы в поршневой канавке 5 вдоль оси поршня 12. The purpose of the additional oil scraper ring 4 with a radial flat expander 15 is not only to fix the half rings 13 and 14 and to dump oil from the walls of the cylinder 8, but also due to the friction force T appearing between the cylinder mirror 8 and the working surface of the additional oil scraper ring 4, to transmit the friction force T to the inertia ring 2 so that the inertia ring moves in the piston groove 5 along the axis of the piston 12.

Инерционное кольцо 2 имеет по окружности под основным маслосъемным кольцом 1 дренажные наклонные каналы 18, поршень 12 имеет внизу поршневой канавки 5 дренажные наклонные каналы 19. Каналы 18 и 19, а также заколечное пространство 20 инерционного кольца 2 служат для стока масла, сбрасываемого с зеркала цилиндра 8 основным маслосъемным кольцом. The inertial ring 2 has circumferential drainage channels 18 under the main oil scraper ring 1, the piston 12 has drainage inclined channels 19 at the bottom of the piston groove 5. The channels 18 and 19, as well as the annular space 20 of the inertial ring 2, serve to drain oil discharged from the cylinder mirror 8 main oil scraper ring.

На поверхности 9 инерционного кольца 2 имеется конический выступ 21, вершиной направленный к ВМТ. Наклонная поверхность 22 его обращена одновременно в сторону высокого давления и к зеркалу цилиндра 8. Образующая вертикальной поверхности 23 конуса является продолжением образующей внутренней поверхности 24 инерционного кольца. On the surface 9 of the inertial ring 2 there is a conical protrusion 21, the apex directed towards the upper dead center. Its inclined surface 22 faces simultaneously the high pressure side and the mirror of cylinder 8. The generatrix of the vertical surface of the cone 23 is a continuation of the generatrix of the inner surface 24 of the inertial ring.

При движении поршня 12 вверх в первой половине хода поршня сила трения Т дополнительного маслосъемного кольца 4 и сила инерции P_и инерционного кольца 2 направлены в одну сторону против направления движения поршня 12. Дополнительное маслосъемное кольцо 4 и инерционное кольцо 2 прижимаются суммарным усилием от силы трения Т и силы инерции P_и к нижней торцевой поверхности поршневой канавки 5 и не воздействуют на маслосъемное кольцо 1 в осевом направлении, а наклонная поверхность 22 выступа 21 инерционного кольца 2 не воздействует на маслосъемное кольцо 1. При этом радиальная сила R₁ скребков 6 и 7, действующая на поверхность цилиндра, незначительна.When the piston 12 moves upward in the first half of the piston stroke, the friction force T of the additional oil scraper ring 4 and the inertia force P _{and the} inertial ring 2 are directed to one side against the direction of movement of the piston 12. The additional oil scraper ring 4 and the inertia ring 2 are pressed by the total force from the friction force T and inertia force P _and the lower end surface of the piston groove 5 and does not affect the oil ring 1 in the axial direction, and the inclined surface 22 of the projection 21 of the inertial ring 2 does not affect the scraper sealing rings 1. In this case, the radial force R ₁ scrapers 6 and 7, acting on the surface of the cylinder, is negligible.

Таким образом, масло, находящееся на поверхности цилиндра, не перемещается скребками 6 и 7 маслосъемного кольца 1 к ВМТ в зону высоких температур и в камеру сгорания. Thus, the oil located on the surface of the cylinder is not moved by scrapers 6 and 7 of the oil scraper ring 1 to TDC in the high temperature zone and in the combustion chamber.

Во второй половине хода поршня 12 при его движении вверх направление движения силы инерции P_и инерционного кольца 2 изменяется на противоположное, а сила трения Т остается постоянной и по величине, и по направлению. Силы трения Т компенсируют силу инерции P_и инерционного кольца 2 при определенной массе последнего. При этом маслосъемное кольцо 1 также не испытывает воздействия в осевом и радиальном направлениях со стороны инерционного кольца 2 и не перемещает масло в зону высоких температур.In the second half of the stroke of the piston 12, when it moves up, the direction of motion of the inertia force P _{and the} inertial ring 2 changes to the opposite, and the friction force T remains constant both in magnitude and in direction. The friction forces T compensate for the inertia force P _{and the} inertial ring 2 for a certain mass of the latter. In this case, the oil scraper ring 1 also does not experience axial and radial effects from the side of the inertial ring 2 and does not move the oil to the high temperature zone.

При движении поршня 12 вниз в первой половине хода сила трения Т дополнительного маслосъемного кольца 4 и сила инерции P_и инерционного кольца 2 направлены против хода поршня. Возникающая при этом осевая сила F сжимает маслосъемное кольцо 1 на величину Δ а сила R₂, возникающая от воздействия наклонной поверхности 22 конического выступа 21 на маслосъемное кольцо 1, прижимает это кольцо к зеркалу цилиндра. В результате сила, действующая со стороны рабочей кромки 11 скребка 7 на поверхность цилиндра, увеличивается до величины R₂ и повышает маслосбрасывающее действие основного маслосъемного кольца 1. Масло перемещается им из зоны высоких температур в сторону НМТ.When the piston 12 moves down in the first half of the stroke, the friction force T of the additional oil scraper ring 4 and the inertia force P _{and the} inertial ring 2 are directed against the piston stroke. The resulting axial force F compresses the oil scraper ring 1 by Δ and the force R ₂ arising from the action of the inclined surface 22 of the conical protrusion 21 on the oil scraper ring 1 presses this ring against the cylinder mirror. As a result, the force acting from the side of the working edge 11 of the scraper 7 on the cylinder surface increases to the value of R ₂ and increases the oil-saving effect of the main oil scraper ring 1. It moves the oil from the high temperature zone to the BDC.

Во второй половине хода поршня 12 при его движении вниз направление силы инерции P_и инерционного кольца 2 изменяется на противоположное, а сила трения Т остается постоянной по величине и направлению. Однако сила инерции P_и пока меньше силы трения Т и, следовательно, маслосъемное кольцо 1 сжато в осевом направлении силами R₂ и R от действия инерционного кольца 2 и конического выступа 21, а масло перемещается им в сторону НМТ. При подходе к НМТ величина силы инерции R возрастает и в НМТ сравнивается по величине с силой трения Т. Радиальная составляющая сил R₂ и R уменьшается и сброс масла также ослабевает.In the second half of the stroke of the piston 12, when it moves down, the direction of the inertia force P _{and the} inertial ring 2 changes to the opposite, and the friction force T remains constant in magnitude and direction. However, the inertia force P _and so far less than the friction force T and, therefore, the oil scraper ring 1 is axially compressed by the forces R ₂ and R from the action of the inertial ring 2 and the conical protrusion 21, and the oil moves it towards the BDC. When approaching the BDC, the value of the inertia force R increases and in the BDC is compared in magnitude with the friction force T. The radial component of the forces R ₂ and R decreases and the oil discharge also weakens.

Таким образом, при движении поршня 12 вниз в первой половине хода поршня, т. е. в области с наиболее высокой температурой, сброс масла происходит наиболее эффективно. Thus, when the piston 12 moves down in the first half of the piston stroke, i.e., in the region with the highest temperature, oil discharge occurs most efficiently.

Данный поршневой узел позволит улучшить маслосъемные функции кольца, снизить попадание масла в камеру сгорания, уменьшить вероятность залегания колец и нагарообразование на поршне, снизить расход масла в процессе эксплуатации двигателя. This piston assembly will improve the oil scavenging function of the ring, reduce the ingress of oil into the combustion chamber, reduce the likelihood of occurrence of rings and carbon deposits on the piston, reduce oil consumption during engine operation.

Claims

A PISTON ASSEMBLY containing the main two-scraper oil scraper located in the piston groove made of elastic material with an upper scraper interacting with the groove wall and a lower scraper made with a conical surface, the apex of which is directed towards the high-pressure cavity, and an inertial element in the annular groove which has an additional oil scraper ring interacting with the lower scraper of the main two-scraper oil scraper ring, characterized in that on the end surface whith an inertial element from the top dead center of an annular conical protrusion extending inner cylindrical surface of the inertia member cooperating with its conical outer surface with the inner surface of the main oil ring when the piston moves from the top dead center to bottom.