RU2213238C2 - Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания - Google Patents
Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213238C2 RU2213238C2 RU2001128825A RU2001128825A RU2213238C2 RU 2213238 C2 RU2213238 C2 RU 2213238C2 RU 2001128825 A RU2001128825 A RU 2001128825A RU 2001128825 A RU2001128825 A RU 2001128825A RU 2213238 C2 RU2213238 C2 RU 2213238C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- compression ring
- cylinder
- face
- pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Изобретение решает задачу увеличения эффективной мощности и ресурса двигателя, улучшения его экологических характеристик. В верхней поршневой канавке установлены два компрессионных кольца клиновидного профиля, нижний торец верхнего компрессионного кольца и верхний торец нижнего компрессионного кольца выполнены под углом к оси цилиндра, а верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, нижний торец нижнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, причем верхнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра, а нижнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к стенке цилиндра. В головке поршня выполнены отверстия, сообщающие придонную полость поршневой канавки с надпоршневым пространством цилиндра. 1 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, а также может быть использовано в поршневых машинах (поршневых компрессорах, поршневых насосах и т.п.).
Известны поршневые уплотнения двигателей внутреннего сгорания, состоящие из отдельных элементов, установленных в одну поршневую канавку (патент 1528814, США, 1925; патент 2378076, США, 1945; патент 620980, Франция, 1927),
Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее два компрессионных кольца клиновидного профиля, установленных в верхнюю поршневую канавку, причем каждое кольцо имеет верхний торец и нижний торец, а в головке поршня выполнены отверстия, сообщающие придонную полость верхней поршневой канавки с надпоршневым пространством цилиндра, имеющее целью компенсировать рабочее давление, прорывающееся из камеры сгорания, через зазор между поршнем и цилиндром, в верхнюю поршневую канавку, отрицательно воздействующее на работу компрессионного кольца, ближайшее по технической сущности и принятое за прототип (а.с. 88255, СССР, 1960).
Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее два компрессионных кольца клиновидного профиля, установленных в верхнюю поршневую канавку, причем каждое кольцо имеет верхний торец и нижний торец, а в головке поршня выполнены отверстия, сообщающие придонную полость верхней поршневой канавки с надпоршневым пространством цилиндра, имеющее целью компенсировать рабочее давление, прорывающееся из камеры сгорания, через зазор между поршнем и цилиндром, в верхнюю поршневую канавку, отрицательно воздействующее на работу компрессионного кольца, ближайшее по технической сущности и принятое за прототип (а.с. 88255, СССР, 1960).
Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что на верхнее компрессионное кольцо, которое первым воспринимает газодинамические нагрузки, а поэтому определяющим работу всего поршневого уплотнения, не может принципиально повлиять рабочее давление, подаваемое в придонную полость верхней поршневой канавки, через отверстия в головке поршня. Анализ показывает, что это давление должно быть достаточно низким (на порядок и более ниже рабочего давления в камере сгорания), в противном случае конструкция является неработоспособной, т.к. уже из поршневой канавки, через имеющиеся зазоры (в том числе и замок нижнего компрессионного кольца), это давление будет прорываться в картер двигателя. Опыты показывают, что из-за повышенного давления в поршневой канавке двигатель просто не заводится. Чем ниже подаваемое в поршневую канавку рабочее давление (т.е., чем меньше диаметр и количество отверстий в головке поршня), тем эффективней поршневое уплотнение. Эту задачу можно выполнить только при условии воздействия рабочего давления, подаваемого через отверстия в поршневую канавку, на максимальную площадь верхнего компрессионного кольца.
Изобретение решает задачу увеличения эффективной мощности и ресурса двигателя, улучшения его экологических характеристик.
Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в верхней поршневой канавке два компрессионных кольца, каждое из которых имеет верхний торец и нижний торец, а в головке поршня выполнены отверстия, сообщающие придонную полость верхней поршневой канавки с надпоршневым пространством цилиндра, причем нижний торец верхнего компрессионного кольца и верхний торец нижнего компрессионного кольца выполнены под углом к оси цилиндра, а верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, нижний торец нижнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, причем верхнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра, а нижнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к стенке цилиндра.
В таком устройстве верхнее компрессионное кольцо, являясь рабочим, выполняет роль поршня, своего рода газодинамического компенсатора, автоматически компенсирующего все термодинамические процессы, а также износ колец и гильзы цилиндра, обеспечивая постоянные усилия прижима по всем контактным поверхностям в процессе эксплуатации двигателя. Причем поршневое уплотнение эффективно работает при сравнительно малом давлении (на порядок меньше рабочего давления в камере сгорания), подаваемом через отверстия в головке поршня в придонную полость поршневой канавки. Компрессионные кольца работают в условиях двойного расклинивающего устройства: со стороны оси цилиндра на верхнее компрессионное кольцо действует давление рабочего газа и собственные силы упругости, а со стороны стенки цилиндра - силы реакции; а на нижнее компрессионное кольцо действует верхнее кольцо и силы реакции со стороны стенки цилиндра. Если уравновесить воздействие рабочего газа, действующего через зазор между поршнем и цилиндром на верхнее компрессионное кольцо, с силой воздействия на это кольцо подаваемого через отверстия давления в поршневую канавку, то величина силы реакции со стороны стенки цилиндра на нижнее компрессионное кольцо будет минимальным, зависящим в основном только от силы собственной упругости кольца.
При движении поршня в верхнее положение на такте "сжатие", когда необходимо максимальное уплотнение, в придонную полость поршневой канавки из камеры сгорания, через отверстия в головке поршня подается минимально необходимое давление рабочего газа, величина которого зависит от величины площади вертикальной стороны верхнего компрессионного кольца, обращенной к оси цилиндра. Чем больше эта площадь, тем меньшую величину давления необходимо подавать в придонную полость верхней поршневой канавки, тем меньший диаметр и количество отверстий должно быть выполнено в головке поршня. Расчетная величина этого давления сохраняется и в начале следующего такта "рабочий ход", нейтрализуя давление рабочего газа, действующего через зазор между поршнем и цилиндром на верхний торец верхнего компрессионного кольца. Причем это давление действует в основном на верхнее компрессионное кольцо, не оказывая существенного влияния на нижнее кольцо, ввиду специфики его формы. Таким образом, основным элементом, обеспечивающим автоматическое компенсирование постоянно меняющихся в работающем двигателе характеристик термодинамических и физических процессов, является верхнее компрессионное кольцо. При дальнейшем движении поршня в нижнее положение, когда давление в цилиндре падает и соответственно снижается давление в придонной полости поршневой канавки, уменьшается расклинивающее действие верхнего компрессионного кольца, соответственно уменьшается работа на трение, повышается эффективная мощность двигателя и его ресурс, улучшаются его экологические характеристики. На тактах "выхлоп" и "всасывание" низкое давление в цилиндре соответствует еще более низкому давлению в придонной полости поршневой канавки, достаточному для эффективного уплотнения.
Такое устройство, состоящее из двух компрессионных колец предлагаемого профиля и относительного расположения их в верхней поршневой канавке, позволяет назвать его "газодинамическим поршневым уплотнением", применяемым для всех видов поршневых машин (двигателей внутреннего сгорания, поршневых компрессоров, поршневых насосов и т.п.).
На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, компрессионные кольца 5 и 6, установленные в верхней поршневой канавке 4, придонная полость которой сообщена с камерой сгорания цилиндра 1 отверстиями 3, причем верхний торец верхнего компрессионного кольца 6 выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, а нижний торец нижнего компрессионного кольца 5 выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, к тому же верхнее компрессионное кольцо 6 обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра 1, а нижнее компрессионное кольцо 5 обращено большей вертикальной стороной к стенке цилиндра 1.
Поршневое уплотнение работает следующим образом. При перемещении поршня 2 в верхнее положение на такте "сжатие", резко возрастающее рабочее давление газа Рг в цилиндре 1, через отверстия 3 дросселируется в придонную полость поршневой канавки 4, создавая расчетное давление, действующее на вертикальную сторону верхнего компрессионного кольца 6, обращенную к оси цилиндра, силой Рк. Сила Рк, действующая на верхний торец нижнего компрессионного кольца 5, раскладывается на нормальную составляющую Рн, действующую по нормали к верхнему торцу кольца 5, осевую силу Ро, поджимающую нижнее кольцо 5 к нижней полке поршневой канавки 4, и горизонтальную составляющую Рпр, увеличивающую силу прижима кольца 5 к стенке цилиндра 1. Соответственно на верхнее компрессионное кольцо 6 будут действовать реакции, главная из которых Rо увеличивает силу поджима кольца к верхней полке верхней поршневой канавки 4, противодействует рабочему давлению Рг, тем самым нейтрализуя его отрицательное влияние на работу поршневого уплотнения.
При достижении верхней мертвой точки максимальное давление Рг в цилиндре 1 через отверстия 3 дросселируется в придонную полость поршневой канавки 4, оказывая максимальное воздействие на компрессионное кольцо-компенсатор 6, обеспечивая максимально эффективное уплотнение поршня 2 с цилиндром 1 за счет двойного расклинивающего действия верхнего клина (верхнего кольца) 6 и нижнего клина (нижнего кольца) 5. Со стороны оси цилиндра 1, под действием давления газа Рк и сил собственной упругости работает верхнее компрессионное кольцо 6, а под действием сил реакции со стороны стенки цилиндра 1 работает нижнее компрессионное кольцо 5, обеспечивая плотный контакт по всем поверхностям.
При перемещении поршня 2 в нижнее положение на такте "рабочий ход" давление в цилиндре 1 резко падает и соответственно падает давление Рк в придонной полости поршневой канавки 4, снижая упругие свойства компрессионного кольца-компенсатора 6, уменьшая усилие прижима его к стенке цилиндра 1 и к верхнему торцу нижнего компрессионного кольца 5, соответственно уменьшая работу на трение колец 5 и 6 о стенку цилиндра 1. На тактах "выхлоп" и "всасывание", когда давление в цилиндре 1 минимальное, поршневое уплотнение обеспечивается расчетными силами собственной упругости компрессионных колец 5 и 6 и динамическими составляющими сил от действия поршня 2 на наклонные торцы компрессионных колец 5 и 6.
Поршневое уплотнение работает в автоматическом режиме, зависящим от площади вертикальной стороны верхнего компрессионного кольца 6, обращенной к оси цилиндра, величин угла наклона торцов обоих компрессионных колец 5 и 6, рассчитанных для конкретного двигателя, а также соответствующего давления, подаваемого из камеры сгорания цилиндра 1 в придонную полость верхней поршневой канавки. Правильно спроектированное поршневое уплотнение позволяет увеличить эффективную мощность и ресурс двигателя, улучшить его экологические характеристики.
Claims (1)
- Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в верхней поршневой канавке два компрессионных кольца, каждое из которых имеет верхний торец и нижний торец, причем в головке поршня выполнены отверстия, сообщающие придонную полость верхней поршневой канавки с надпоршневым пространством цилиндра, отличающееся тем, что нижний торец верхнего компрессионного кольца и верхний торец нижнего компрессионного кольца выполнены под углом к оси цилиндра, а верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему нижнему торцу, нижний торец нижнего компрессионного кольца выполнен под острым углом к своему верхнему торцу, причем верхнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к оси цилиндра, а нижнее компрессионное кольцо обращено большей вертикальной стороной к стенке цилиндра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001128825A RU2213238C2 (ru) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001128825A RU2213238C2 (ru) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001128825A RU2001128825A (ru) | 2003-06-20 |
RU2213238C2 true RU2213238C2 (ru) | 2003-09-27 |
Family
ID=29777034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001128825A RU2213238C2 (ru) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213238C2 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447306C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2535598C1 (ru) * | 2013-08-27 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2576405C1 (ru) * | 2014-11-17 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2578928C1 (ru) * | 2015-01-12 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Уплотнение для поршня двигателя внутреннего сгорания |
RU2582384C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2582538C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2703770C2 (ru) * | 2015-06-19 | 2019-10-22 | Федераль-Могуль Буршейд Гмбх | Поршневое кольцо с канавочным уплотнением |
-
2001
- 2001-10-25 RU RU2001128825A patent/RU2213238C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447306C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2535598C1 (ru) * | 2013-08-27 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2576405C1 (ru) * | 2014-11-17 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2578928C1 (ru) * | 2015-01-12 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Уплотнение для поршня двигателя внутреннего сгорания |
RU2582384C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2582538C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания |
RU2703770C2 (ru) * | 2015-06-19 | 2019-10-22 | Федераль-Могуль Буршейд Гмбх | Поршневое кольцо с канавочным уплотнением |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2381375C2 (ru) | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания | |
RU2213238C2 (ru) | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания | |
KR20110126052A (ko) | 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 방법과 왕복 피스톤 내연 기관용 피스톤 | |
JPH02173474A (ja) | ピストンリング | |
JPH08338303A (ja) | シールされた連結式ピストン | |
RU2447306C1 (ru) | Поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания | |
JP2002202016A (ja) | 燃料ポンプ | |
RU2412367C1 (ru) | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания | |
WO1994007016A1 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
EP1288464A2 (en) | Piston assembly for free piston internal combustion engine | |
JP3059206B2 (ja) | 往復動ピストン式内燃機関のシリンダ | |
RU34673U1 (ru) | Поршневое уплотнение | |
RU2312263C2 (ru) | Поршневое уплотнение | |
RU2037703C1 (ru) | Поршневое уплотнение | |
SU1671927A1 (ru) | Блок цилиндров | |
CN209976964U (zh) | 一种气缸 | |
RU2486360C2 (ru) | Газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания | |
RU30166U1 (ru) | Поршень для двигателя внутреннего сгорания | |
SU1388648A1 (ru) | Составное поршневое уплотнение | |
SU1710807A1 (ru) | Поршневое компрессионное кольцо | |
RU2022146C1 (ru) | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания | |
RU92105U1 (ru) | Поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания | |
RU2009361C1 (ru) | Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания | |
KR200190824Y1 (ko) | 오일소모 방지를 위한 피스톤 오일링 장력가변장치 | |
SU1359460A1 (ru) | Составное поршневое уплотнение |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071026 |