RU2094638C1

RU2094638C1 - Device for increasing service life of piston compression ring and piston of four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2094638C1
Application number: RU94031580A
Authority: RU
Inventors: В.С. Шкрабак; А.А. Зуев; Б.А. Улитовский
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU94031580A

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: shaped ring groove is provided on the sleeve from the side of the piston over periphery. The groove is at a level of the top end face surface of the piston compression ring when it is in the top dead center. The width of the sloping wall of the groove is equal to the maximum total space between the piston and pin, pin and connecting rod, and connecting rod and crankshaft. The depth of the ring groove corresponds to the magnitude of ultimate allowable wear of the cylinder sleeve in the working zone. The top and bottom walls of the ring groove are inclined. EFFECT: increases longevity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания (или компрессора) для повышения ресурса поршня и верхнего поршневого компрессионного кольца. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used in four-stroke internal combustion engines (or compressor) to increase the resource of the piston and the upper piston compression ring.

Известно уплотнительное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания [1] на котором предусмотрена проточка, размещенная от рабочей поверхности на расстоянии, равном допуску на износ. A sealing piston ring for an internal combustion engine [1] is known, on which a groove is provided, located from the working surface at a distance equal to the wear tolerance.

Известно поршневое кольцо [2] которое состоит из рабочей поверхности, выполненной в виде выпуклых верхнего и нижнего участков с соответствующими радиусами кривизны. В рабочем состоянии поршневое кольцо устанавливается в канавках поршня с определенным торцевым зазором, в пределах которого, скручиваясь, совершает с поршнем возвратно-поступательное движение. Скручиваясь в канавке, поршневое кольцо контактирует с зеркалом цилиндра одним из выпуклых участков рабочей поверхности (при движении поршня к верхней мертвой точке (в. м. т.) и при движении поршня к нижней мертвой точке (н.м.т.). При этом между зеркалом цилиндра и выпуклым участком поверхности создаются клиновидные сечения (полости) в зависимости от направления движения поршня, а также полость в виде кольцевого канала, обеспечивающие образование масляного клина и ламинарного течения масла под кольцом, в результате чего создаются благоприятные условия для осуществления жидкостного режима смазки по всему ходу поршня. Known piston ring [2] which consists of a working surface made in the form of convex upper and lower sections with corresponding radii of curvature. In working condition, the piston ring is installed in the grooves of the piston with a certain end gap, within which, twisting, makes a reciprocating movement with the piston. Twisting in the groove, the piston ring contacts the cylinder mirror with one of the convex portions of the working surface (when the piston moves to top dead center (bm) and when the piston moves to bottom dead center (bm). In this case, wedge-shaped sections (cavities) are created between the cylinder mirror and the convex surface section, depending on the direction of piston movement, as well as a cavity in the form of an annular channel, which ensure the formation of an oil wedge and laminar oil flow under the ring, as a result conditions for liquid lubrication throughout the entire stroke of the piston.

К недостаткам можно отнести низкий ресурс из-за наличия специфики износа гильзы. Это объясняется тем, что верхнее поршневое кольцо при работе вызывает характерную выработку с образованием ступени, о которую ударяется торцом верхнее поршневое компрессионное кольцо, создавая изменение напряжения износу. The disadvantages include a low resource due to the specificity of wear of the sleeve. This is because the upper piston ring during operation causes a characteristic production with the formation of a stage, which is hit by the end face of the upper piston compression ring, creating a change in wear stress.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является цилиндр для ДВС [3] который в своей верхней части имеет больший диаметр D₂. При этом он настолько по длине внедряется в цилиндр, что верхнее компрессионное кольцо в перемещающемся в цилиндре поршне своей верхней частью как раз достигает верха увеличенного диаметра, когда поршень находится в верхнем положении. Благодаря этому изменение диаметра D₂ по сравнению с D₁ находится в пределах 1,5 2,5 мм.The closest in technical essence to the claimed device is a cylinder for ICE [3] which in its upper part has a larger diameter D ₂ . Moreover, it is embedded in the cylinder so long that the upper compression ring in the piston moving in the cylinder with its upper part just reaches the top of an increased diameter when the piston is in the upper position. Due to this, the change in diameter D ₂ compared to D ₁ is in the range of 1.5 to 2.5 mm.

Цилиндр в соответствии с п.1 отличается тем, что изменение в диаметре 1,5 2 мм. The cylinder in accordance with claim 1 is characterized in that the change in diameter is 1.5 to 2 mm.

Недостатком данного устройства является то, что не учтен износ сопряжений между деталями, удерживающими поршень (палец, шатун, коленчатый вал), в результате чего при возрастании этих износов поршень будет перемещаться в сторону головки цилиндра на большую величину и верхнее компрессионное кольцо может заскочить на часть цилиндра с большим диаметром, что может привести к аварии. The disadvantage of this device is that the wear of the mates between the parts holding the piston (pin, connecting rod, crankshaft) is not taken into account, as a result of which, when these wear increases, the piston will move toward the cylinder head by a large amount and the upper compression ring may pop into place a cylinder with a large diameter, which can lead to an accident.

Созданное увеличение внутреннего диаметра цилиндра изменяет параметры камеры сгорания, изменяет характер динамики газов в зоне верхнего компрессионного кольца, изменяет тепловой режим в этой зоне, что может привести к ухудшению ряда показателей. The created increase in the inner diameter of the cylinder changes the parameters of the combustion chamber, changes the nature of the dynamics of gases in the zone of the upper compression ring, changes the thermal regime in this zone, which can lead to a deterioration in a number of indicators.

Задачей изобретения является повышение ресурса ввиду снижения износа первого поршневого компрессионного кольца и верхней канавки на поршне за счет исключения торцевых соударений между верхней кромкой поршневого компрессионного кольца и внутренней поверхностью гильзы цилиндра, а также нижней торцевой поверхности компрессионного кольца о нижнюю стенку канавки на поршне. The objective of the invention is to increase the life due to reduced wear of the first piston compression ring and the upper groove on the piston by eliminating end collisions between the upper edge of the piston compression ring and the inner surface of the cylinder liner, as well as the lower end surface of the compression ring on the lower wall of the groove on the piston.

Поставленная задача достигается тем, что устройство повышения ресурса верхнего поршневого компрессионного кольца и поршня четырехтактного ДВС (или компрессора), содержащее компрессионное кольцо, закрепленное на поршне, размещенном в гильзе цилиндра, а в теле гильзы цилиндра со стороны поршня по всему периметру предусмотрена кольцевая проточка, расположенная на уровне торцевой поверхности верхнего поршневого компрессионного кольца при его положении в верхней мертвой точке, отличающееся тем, что проточка выполнена с наклонными верхней и нижней стенками, ширина наклонной стенки соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне. The task is achieved in that the device for increasing the resource of the upper piston compression ring and the piston of a four-stroke ICE (or compressor), containing a compression ring mounted on the piston located in the cylinder liner, and an annular groove is provided in the body of the cylinder liner from the piston around the entire perimeter, located at the level of the end surface of the upper piston compression ring at its position at top dead center, characterized in that the groove is made with inclined upper and bottom walls, an inclined wall width corresponds to the maximum total conjugations clearance between the piston and thumb, finger and a rod, the connecting rod and the crankshaft, and the depth of the annular groove corresponds to the maximum permissible wear of the cylinder liner in the working area.

Новые существенные признаки:
1. Проточка выполнена с наклонными верхней и нижней стенками.New significant features:
1. The groove is made with inclined upper and lower walls.

2. Ширина наклонной стенки соответствует величине max суммарного зазора сопряжений между поршнем и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом. 2. The width of the inclined wall corresponds to the max value of the total clearance of the mates between the piston and the finger, the finger and the connecting rod, the connecting rod and the crankshaft.

3. Глубина кольцевой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра в рабочей зоне. 3. The depth of the annular groove corresponds to the maximum allowable wear of the cylinder liner in the working area.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The listed new essential features, together with the known ones, provide a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Проанализируем размеры проточки. Let us analyze the dimensions of the groove.

Ширина соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений деталей, от которых зависит перемещение поршня (поршневой палец, шатун, их сопряжения между собой и с поршнем и коленчатым валом, увеличивающиеся, как правило, в процессе эксплуатации). The width corresponds to the maximum total clearance gap between the parts on which the movement of the piston depends (piston pin, connecting rod, their conjugation between themselves and with the piston and crankshaft, which increase, as a rule, during operation).

Глубина этой проточки соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра, установленной для данной конструкции двигателя (или компрессора) в рабочей зоне. The depth of this groove corresponds to the maximum allowable wear of the cylinder liner installed for this design of the engine (or compressor) in the working area.

Наклон нижней стенки проточки способствует тому, что верхнее кольцо, несмотря на износ сопряжений КШМ, не выходит на канавку и всей поверхностью соприкасается с гильзой цилиндра. The inclination of the bottom wall of the grooves ensures that the upper ring, despite the wear of the KShM mates, does not go into the groove and is in contact with the cylinder liner along the entire surface.

Наклон верхней стенки этой проточки обеспечивает осуществление выдавливания образующегося нагрева и не позволяет создать спрессованную стенку, в которую будет ударяться торцом верхнее поршневое компрессионное кольцо. The inclination of the upper wall of this groove ensures the extrusion of the resulting heating and does not allow the creation of a compressed wall, into which the upper piston compression ring will hit.

В предлагаемом устройстве за счет создания на гильзе цилиндра кольцевой выточки (проточки) исключается образование уступа в процессе эксплуатационного износа. In the proposed device due to the creation on the cylinder liner of an annular groove (groove) eliminates the formation of a ledge during operational wear.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, применение предлагаемого устройства дает возможность повысить ресурс ввиду снижения износа верхнего поршневого компрессионного кольца за счет исключения торцевых соударений между верхней кромкой поршневого компрессионного кольца и внутренней поверхностью гильзы цилиндра. Thus, as can be seen from the foregoing, the use of the proposed device makes it possible to increase the life due to reduced wear of the upper piston compression ring by eliminating end collisions between the upper edge of the piston compression ring and the inner surface of the cylinder liner.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, разрез. The drawing shows the proposed device, section.

Устройство содержит гильзу цилиндра 1 с размещенным в ней поршнем 2, на котором закреплено верхнее компрессионное кольцо 3. В теле гильзы цилиндра 1 со стороны поршня 2 по всему периметру предусмотрена кольцевая проточка 4, расположенная на уровне верхнего торца 5 первого поршневого компрессионного кольца 3 в положении поршня 2 в верхней мертвой точке (в.м.т.), ширина которой (наклонной стенки -части Δ) соответствует величине максимального суммарного зазора сопряжений между поршнем 2 и пальцем, пальцем и шатуном, шатуном и коленчатым валом, а глубина этой кольцевой проточки (h) соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра 1 в рабочей зоне. Верхняя 6 и нижняя 7 стенки этой кольцевой проточки 4 выполнены наклонными. При этом наклон нижней стенки 7 этой проточки 4 также соответствует величине предельно допустимого износа гильзы цилиндра 1 в рабочей зоне, а наклон верхней стенки 6 этой проточки 4 соответствует величине допустимой силы отрыва нагара, образующегося при сгорании на стенке гильзы цилиндра 1, производимого верхним поршневым компрессионным кольцом 3. Величина "c" определяется конструктивными соображениями. The device comprises a cylinder liner 1 with a piston 2 located on it, on which the upper compression ring 3 is fixed. An annular groove 4 is provided around the perimeter of the cylinder liner 1 on the piston 2 side, located at the level of the upper end face 5 of the first piston compression ring 3 in position piston 2 at the top dead center (bhp), the width of which (the inclined wall is partly Δ) corresponds to the maximum total clearance between the piston 2 and the finger, the finger and the connecting rod, the connecting rod and the crankshaft, and the depth the bin of this annular groove (h) corresponds to the maximum allowable wear of the cylinder liner 1 in the working area. The upper 6 and lower 7 walls of this annular groove 4 are made inclined. In this case, the inclination of the lower wall 7 of this groove 4 also corresponds to the maximum allowable wear of the cylinder liner 1 in the working area, and the inclination of the upper wall 6 of this groove 4 corresponds to the value of the allowable tear-off force generated when the upper piston compression cylinder burns on the wall of the cylinder liner 1 ring 3. The value of "c" is determined by design considerations.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При работе двигателя внутреннего сгорания (компрессора) происходит перемещение поршня 2 внутри цилиндра 1 двигателя, и в результате действия сил трения происходит износ как гильзы цилиндра 1, так и компрессионного кольца 3. Износ оказывается неравномерным в верхней части гильзы цилиндра 1, обращенной к головке, износ больше. Этот износ завершается ступенью, соответствующей перемещению верхнего поршневого компрессионного кольца 3. Одновременно с этими износами происходит и износ деталей, связывающих поршень 2 с коленчатым валом, в результате чего под действием сил инерции поршень 2 стремится переместиться дальше, чем у нового двигателя. При этом верхнее поршневое компрессионное кольцо 3 сталкивается с торцом выработки, к которому, кроме того, еще припрессовывается нагар. Это создает значительные ударные нагрузки, вызывающие наклеп и износ или разрушение верхнего компрессионного поршневого кольца 3 и поршня 2. Создание в теле гильзы цилиндра 1 со стороны поршня 2 по всему периметру кольцевой проточки 4, расположенной на уровне верхнего торца 5 первого поршневого компрессионного кольца 3 исключает это давление и увеличивает ресурс. During operation of the internal combustion engine (compressor), the piston 2 moves inside the engine cylinder 1, and as a result of the friction forces, both the cylinder liner 1 and the compression ring 3 wear. The wear is uneven in the upper part of the cylinder liner 1 facing the head, wear more. This wear and tear ends with a step corresponding to the movement of the upper piston compression ring 3. Simultaneously with these wear, wear also occurs on the parts connecting the piston 2 to the crankshaft, as a result of which the piston 2 tends to move farther than the new engine. In this case, the upper piston compression ring 3 collides with the end face of the mine, to which, in addition, carbon is still pressed. This creates significant shock loads, causing hardening and wear or destruction of the upper compression piston ring 3 and piston 2. The creation in the body of the cylinder sleeve 1 from the piston 2 around the entire perimeter of the annular groove 4 located at the level of the upper end 5 of the first piston compression ring 3 eliminates this pressure also increases the resource.

Claims

A device for increasing the resource of the upper piston compression ring and the piston of a four-stroke internal combustion engine (or compressor), comprising a compression ring mounted on a piston located in the cylinder liner, and an annular groove located at the end face level is provided in the cylinder liner body on the piston side around the entire perimeter the surface of the upper piston compression ring at its position at top dead center, characterized in that the groove is made with inclined upper and lower st At the same time, the width of the inclined wall corresponds to the maximum total clearance between the piston and the finger, the finger and the connecting rod, the connecting rod and the crankshaft, and the depth of this annular groove corresponds to the maximum allowable wear of the cylinder liner in the working area.