RU2046227C1

RU2046227C1 - Seal for piston

Info

Publication number: RU2046227C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Бартенев
Original assignee: Акционерное общество "Новатор"
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: compression rings are received in groove made in the piston. The oil removing device is mounted behind the ring. The device is constructed as ring and gasket mounted in the grooves in series. The ring is made of a porous material with an expander. The gasket is V-shaped and made of a resilient material. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в качестве уплотнительного средства поршня преимущественно двигателя внутреннего сгорания с набрызгиванием смазки на зеркало цилиндра в полости низкого давления. The invention relates to a sealing technique and can be used as a sealing means of a piston of a predominantly internal combustion engine with a lubricant sprayed onto a cylinder mirror in a low-pressure cavity.

Известно уплотнение поршня, содержащее расположенные в канавках поршня компрессионные кольца, подпружиненные эспандерами. A piston seal is known comprising compression rings located in piston grooves spring-loaded with expanders.

Это уплотнение имеет недостаток, заключающийся в том, что через неплотности в канавках и зазоры разрезных колец в процессе сжатия идет утечка 20 45% массы топливовоздушного заряда (Орлин А.С. и Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1990, с.182). Кроме того, при смазке набрызгиванием на внутреннюю стенку цилиндра такое уплотнение, снабженное маслосъемным кольцом, не препятствует попаданию смазки в камеру сгорания, что ухудшает экономические характеристики двигателя, снижает его ресурс, из-за образования нагара на компрессионных кольцах. This seal has the disadvantage that 20 45% of the mass of the air-fuel charge leaks out through leaks in the grooves and clearances of the split rings during compression (Orlin A.S. and Kruglov M.G. Internal combustion engines. M. Mechanical Engineering, 1990 p.182). In addition, when lubricated by spraying onto the inner wall of the cylinder, such a seal, equipped with an oil scraper ring, does not prevent the lubricant from entering the combustion chamber, which affects the economic characteristics of the engine and reduces its life due to the formation of soot on the compression rings.

Известно ближайшее к изобретению по технической сущности уплотнение поршня, содержащее установленное за последним компрессионным кольцом упругое маслосъемное устройство. A piston seal closest to the invention is known in technical essence, comprising an elastic oil scraper mounted behind the last compression ring.

Однако маслосъемное устройство, выполненное в виде навитой на поршень спиральной пружины, закрепленной на нем одним концом, не устраняет вероятности заброса смазки в камеру сгорания и не позволяет образовать в соединении (сопряжении) уплотнение цилиндр достаточно тонкий (сотые доли миллиметра) пленочный слой смазки, обеспечивающей нормальную работу двигателя (Орлин А. С. и Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1990, с. 71). Кроме того, через неплотности в канавках под компрессионные кольца и зазоры в местах их разрезов идет значительная утечка 20 45% массы топливовоздушного заряда. Как правило, для того, чтобы утечку уменьшить, ставят от трех до пяти компрессионных колец, увеличивая тем самым трение в сопряжении кольцо цилиндр, что достигает 50 60% работы на трение всего двигателя в целом. Это резко снижает рабочий ресурс цилиндропоршневой группы (Орлин А.С. и Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1990, с.70). However, the oil scraper device, made in the form of a spiral spring wound on a piston, fixed at it by one end, does not eliminate the likelihood of lubricant being thrown into the combustion chamber and does not allow the cylinder to form a sufficiently thin (hundredths of a millimeter) film layer of lubricant in the joint (conjugation), normal engine operation (Orlin A.S. and Kruglov M.G. Internal combustion engines. M. Mechanical Engineering, 1990, p. 71). In addition, through leaks in the grooves for the compression rings and gaps in the places of their cuts, there is a significant leakage of 20 45% of the mass of the air-fuel charge. As a rule, in order to reduce leakage, three to five compression rings are placed, thereby increasing friction in the mating ring of the cylinder, which reaches 50-60% of the friction work of the entire engine as a whole. This dramatically reduces the working life of the cylinder-piston group (Orlin A.S. and Kruglov M.G. Internal combustion engines. M. Mechanical Engineering, 1990, p.70).

Целью изобретения является увеличение ресурса и экономичности двигателя. The aim of the invention is to increase the resource and efficiency of the engine.

В уплотнении поршня 1, содержащем расположенный за последним компрессионным кольцом упругое маслосъемное устройство, цель достигается тем, что последнее выполнено в виде последовательно расположенных кольца из пористого набивного материала с эспандером и манжеты из упругоэластичного материала V-образного поперечного сечения. In the piston seal 1, containing an elastic oil scraper located behind the last compression ring, the goal is achieved by the fact that the latter is made in the form of sequentially arranged rings of porous stuffed material with an expander and cuffs of elastically elastic material of a V-shaped cross section.

Отличие предлагаемого уплотнения поршня от прототипа является существенным, так как признаки этого отличия сообщают уплотнению новые полезные свойства, заключающиеся в том, что в новой конструкции устраняется вероятность заброса смазки в камеру сгорания двигателя и организуется тонкопленочная смазка в сопряжении уплотнение цилиндр. The difference between the proposed piston seal and the prototype is significant, since the signs of this difference give the seal new useful properties, namely, that the new design eliminates the likelihood of lubricant being thrown into the combustion chamber of the engine and organizes thin-film lubrication in conjunction with the cylinder seal.

Все это становится реальным благодаря наличию в конструкции следующих существенных признаков: маслосъемное устройство состоит из последовательно расположенных неразрезных кольца и манжеты, подпружиненных экспандерами; кольцо выполнено из пористого набивного материала; манжета выполнена из упругоэластичного материала и имеет V-образное поперечное сечение. All this becomes real due to the presence of the following essential features in the design: the oil scraper consists of sequentially located continuous rings and cuffs, spring loaded by expanders; the ring is made of porous printed material; the cuff is made of an elastic material and has a V-shaped cross section.

На фиг.1 изображено предлагаемое уплотнение поршня, вертикальный разрез; на фиг.2 и 3 показан узел I в работе. Figure 1 shows the proposed piston seal, a vertical section; figure 2 and 3 shows the node I in operation.

Уплотнение смонтировано в поршне 1 и содержит расположенное в его канавке 2 компрессионное кольцо 3 из металла и расположенное в канавке 4 кольцо 5 из пористого набивного материала, например из фетра, войлока, упрочненного асбеста и т.п. и размещенную в канавке 6 манжету 7 из упругоэластичного материала, в частности из полифенилметилоксана, имеющую V-образное поперечное сечение. Кольцо 5 подпружинено к внутренней стенке цилиндра 8 эспандером 9. Одна сторона V-образной манжеты, имеющая большую толщину, обращена к дну канавки 6, а противоположная к цилиндру 8 и имеет на контактирующей с его внутренней стенкой сторона покрытие 10 из африкционной резины, например наклеенную полоску эластомера. The seal is mounted in the piston 1 and contains a compression ring 3 made of metal located in its groove 2 and a ring 5 located in the groove 4 of porous stuffed material, for example, felt, felt, reinforced asbestos, etc. and a cuff 7 made of an elastic material, in particular polyphenylmethyloxane, having a V-shaped cross section, located in the groove 6. The ring 5 is spring-loaded to the inner wall of the cylinder 8 by the expander 9. One side of the V-shaped cuff, having a large thickness, faces the bottom of the groove 6, and the opposite side to the cylinder 8 and has a coating 10 made of africion rubber on the side in contact with its inner wall, for example, glued strip of elastomer.

Работает уплотнение следующим образом. The seal works as follows.

По достижении в камере сгорания цилиндра 8 максимального давления рабочих газов Р_z поршень 1 под их воздействием перемещается вниз. Часть рабочих газов проникает через верхний зазор между торцом кольца 3 и стенкой канавки 2 в подкольцевое пространство. При этом смазывание трущихся сопряжений осуществляется набрызгиванием смазки М на зеркало цилиндра 8 в области низкого давления любым из известных способов.Upon reaching the maximum pressure of the working gases P _z in the combustion chamber of cylinder 8, the piston 1 moves downward under their influence. Part of the working gases penetrates through the upper gap between the end face of the ring 3 and the wall of the groove 2 into the sub-ring space. In this case, the lubrication of the rubbing mates is carried out by spraying the lubricant M onto the mirror of the cylinder 8 in the low-pressure region by any of the known methods.

Проникнувшие за кольцо 3 рабочие газы теряют наполовину свое давление и температуру и оказываются неспособными пройти уплотнительный барьер из фетрового кольца 5 и манжеты 7. При этом пропитанное смазкой М кольцо 5, являющееся аккумулятором смазки, оставляет при своем движении на зеркале цилиндра 8 тонкий равномерный (пленочный 0,0015 0,003 мм) слой смазки, необходимый и достаточный для успешной работы кольца 3. Находящаяся при этом за кольцом 5 манжета 7 под действием давления 1/2 Р плотно прижимается утолщенной (левой) кромкой к стенке канавки 6, а утонченной клиновой (правой) кромкой к зеркалу цилиндра 8, образуя в зоне сопряжения с ним заполненный смазкой зазор t, определяющий в дальнейшем толщину масляной пленки, препятствуя прорыву рабочих газов (фиг.2). Penetrated by the ring 3, the working gases lose their pressure and temperature by half and are unable to pass the sealing barrier from the felt ring 5 and the sleeve 7. At the same time, the ring 5 saturated with lubricant M, which is the lubricant accumulator, leaves a thin uniform (film 0.0015 0.003 mm) a lubricant layer necessary and sufficient for the successful operation of the ring 3. The cuff 7 located behind the ring 5 under pressure 1/2 P is tightly pressed by the thickened (left) edge to the wall of the groove 6, and tonchennoy wedge (right) edge of the mirror barrel 8, forming a pair with them zone grease filled clearance t, defining further the thickness of the oil film, preventing breakthrough working gas (2).

При обратном ходе поршня 1 к ВМТ правая кромка манжеты 7 нарастающим давлением прижимается к зеркалу цилиндра 8 манжета, выполнявшая ранее при движении поршня к НМТ роль высокоэффективного уплотнителя, играет теперь роль насоса, т. е. работает в насосном режиме, подавая смазку к фетровому кольцу 5 для пополнения смазки. При этом производительность манжеты-насоса зависит от многих факторов, в частности от угла αдавления в подпоршневой полости, состояния и свойств смазки и т.п. При этом набрызганная в области низкого давления смазка подается манжетой 7 в область с более высоким давлением. When the piston 1 returns to TDC, the right edge of the cuff 7 is pressed by increasing pressure against the cylinder mirror 8, the cuff, which used to play the role of a highly efficient sealant when the piston moves to the BDC, now plays the role of a pump, that is, it works in the pump mode, supplying grease to the felt ring 5 to replenish grease. At the same time, the performance of the pump cuff depends on many factors, in particular, on the pressure angle α in the piston cavity, the condition and properties of the lubricant, etc. In this case, the lubricant sprayed in the low-pressure region is supplied by the cuff 7 to the higher-pressure region.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого уплотнения поршня в сравнении с прототипом заключается в уменьшении количества компрессионных колец, уменьшения износа зеркала цилиндра, улучшении герметизации камеры сгорания даже при значительной потере округлости зеркала цилиндра (эллипсность), улучшении смазки сопряжений при экономии смазки, уменьшении заброса смазки в камеру сгорания, улучшении экологичности работы двигателя. Все это позволяет увеличить ресурс и экономичность двигателя. The technical and economic efficiency of the proposed piston seal in comparison with the prototype is to reduce the number of compression rings, reduce the wear of the cylinder mirror, improve the sealing of the combustion chamber even with a significant loss of roundness of the cylinder mirror (ellipse), improve the lubrication of the joints while saving lubrication, reduce the casting of grease into the chamber combustion, improving the environmental performance of the engine. All this allows you to increase the resource and efficiency of the engine.

Claims

PISTON SEALING of an internal combustion engine, comprising compression rings installed in the piston groove and an oil scraper installed behind the compression ring, characterized in that the oil scraper is made in the form of a ring of porous packing material with an expander and cuffs of V- elastic material in series in the piston grooves figurative cross section.