RU2469231C1

RU2469231C1 - Piston assembly

Info

Publication number: RU2469231C1
Application number: RU2011131657/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Горшков; Геннадий Дмитриевич Межецкий; Александр Владимирович Хохлов
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-12-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: piston assembly consists of oil ring 1 with radial flat multiangular expander 2 and inertia element 3. Inertia element 3 has groove 4 into which oil ring 1 with expander 2 is inserted. Inertia element 3 together with oil ring 1 and expander 2 is located on piston cavity 5 of piston 6. Surface of upper end 7 of piston cavity 5, which also represents a cone the vertex of which is directed to lower dead point. Surface of upper ring 8 of inertia element 3 contacts the surface of upper end 7 of piston cavity 5, which also represents a cone the vertex of which is directed to lower dead point. Inertia element 3 consists of two sections - two semi-rings 10 and 11, which are fixed in free form with ring 1 and expander 2. The new feature is that upper end 8 of inertia element 3 and upper end 7 of piston cavity 5 represent conic surfaces contacting between each other; at that, vertexes of conic surfaces are directed to lower dead point. This allows the movement of sections 10 and 11 of inertia element 3 in piston cavity 5 relative to oil ring 1 in radial direction under action of inertia force of inertia element 3 itself and friction force of oil ring 1, which automatically controls the pressure of ring 1 on cylinder mirror.

EFFECT: reduction of oil consumption for coal gas by providing effective removal of oil from cylinder surface.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве маслосъемных колец, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров.The present invention relates to the field of mechanical engineering and may find application as oil scraper rings mounted on the pistons of internal combustion engines or compressors.

Аналогом предлагаемого устройства является маслосъемное кольцо, состоящее из кольца коробчатого сечения с верхним и нижним скребками, размещенное в канавке поршня, и экспандер, расположенный между скребками кольца (а.с. СССР №1390458, МПК F16J 9/20). Экспандер имеет боковую рабочую поверхность, которая контактирует с поверхностью цилиндра. Нижний скребок кольца расположен под некоторым углом к поверхности канавки поршня и соответственно к зеркалу цилиндра.An analogue of the proposed device is an oil scraper ring, consisting of a box-section ring with upper and lower scrapers, located in the piston groove, and an expander located between the ring scrapers (AS USSR No. 1390458, IPC F16J 9/20). The expander has a lateral working surface that is in contact with the surface of the cylinder. The lower scraper of the ring is located at some angle to the surface of the piston groove and, accordingly, to the cylinder mirror.

При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке при подходе поршня к нижней мертвой точке под действием силы инерции от массы экспандера нижний скребок стремится занять положение, параллельное верхнему скребку. В результате увеличивается радиальное давление рабочей кромки нижнего скребка на зеркало цилиндра и повышается маслосбрасывающее действие кольца.When the piston moves from the top dead center to the bottom dead center when the piston approaches the bottom dead center under the influence of inertia from the mass of the expander, the lower scraper tends to take a position parallel to the upper scraper. As a result, the radial pressure of the working edge of the lower scraper on the cylinder mirror increases and the oil-saving effect of the ring increases.

Недостатком такого кольца является то, что повышение маслосбрасывающих функций кольца наблюдается только в нижней части цилиндра, в то время как в верхней части цилиндра, там где высокая температура и вероятность угорания масла выше, маслосбрасывающие функции кольца не улучшаются. Кроме этого при движении поршня к верхней мертвой точке повышенное радиальное давление кольца в нижней части цилиндра остается. Это может вызывать транспортирование части масла к верхней мертвой точке, что нежелательно ввиду повышения расхода масла на угар.The disadvantage of such a ring is that an increase in the oil-saving functions of the ring is observed only in the lower part of the cylinder, while in the upper part of the cylinder, where the high temperature and probability of oil burning are higher, the oil-saving functions of the ring do not improve. In addition, when the piston moves to top dead center, the increased radial pressure of the ring at the bottom of the cylinder remains. This can cause the transportation of part of the oil to top dead center, which is undesirable due to increased oil consumption for waste.

Прототипом предлагаемого изобретения является поршневой узел, состоящий из основного двухскребкового маслосъемного кольца, выполненного из упругого материала, и инерционного элемента с кольцевой проточкой, в которой установлено дополнительное маслосъемное кольцо (а.с. СССР №1724974, МПК F16J 9/00). Дополнительное маслосъемное кольцо поджимается к поверхности цилиндра радиальным плоским расширителем.The prototype of the invention is a piston assembly consisting of a main double-scraper oil scraper ring made of elastic material and an inertial element with an annular groove in which an additional oil scraper ring is installed (AS USSR No. 1724974, IPC F16J 9/00). An additional oil scraper ring is pressed against the cylinder surface by a radial flat expander.

Основное маслосъемное кольцо и инерционный элемент с дополнительным маслосъемным кольцом размещены в канавке поршня, при этом инерционный элемент располагается под основным маслосъемным кольцом. Нижний скребок основного маслосъемного кольца расположен под углом к верхней поверхности инерционного элемента и к зеркалу цилиндра.The main oil scraper ring and the inertia element with an additional oil scraper ring are located in the piston groove, while the inertia element is located under the main oil scraper ring. The lower scraper of the main oil scraper ring is located at an angle to the upper surface of the inertial element and to the cylinder mirror.

При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в первой половине хода под действием силы инерции от массы инерционного элемента и силы трения дополнительного маслосъемного кольца нижний скребок стремится занять положение, параллельное верхнему скребку. В результате увеличивается радиальное давление рабочей кромки нижнего скребка на зеркало цилиндра и повышается маслосбрасывающее действие кольца в верхней части цилиндра. Экономический эффект от применения такого поршневого узла выше, чем у аналога, так как снижается расход масла на угар.When the piston moves from top dead center to bottom dead center in the first half of the stroke under the action of inertia from the mass of the inertia element and the friction force of the additional oil scraper ring, the lower scraper tends to take a position parallel to the upper scraper. As a result, the radial pressure of the working edge of the lower scraper on the cylinder mirror increases and the oil-saving effect of the ring in the upper part of the cylinder increases. The economic effect of the use of such a piston unit is higher than that of the analogue, since oil consumption for waste is reduced.

Однако такой поршневой узел имеет недостаток, который заключается в том, что основное маслосъемное кольцо обладает малой упругостью в осевом направлении, в котором действует сила инерции инерционного элемента и сила трения дополнительного маслосъемного кольца. Объясняется это тем, что нижний наклонный скребок образует собой конус с вершиной, направленной вверх. Под действием осевой силы нижний скребок, стремясь занять положение, параллельное верхнему скребку, деформируется не только по сгибу, но одновременно испытывает дополнительную деформацию по окружности. Потребуется относительно большое осевое усилие для деформации такого кольца, а это можно сделать увеличением массы инерционного элемента, что повлечет за собой увеличение массы поршневого узла в целом. Кроме этого кольцо, обладающее малой упругостью в осевом направлении, менее чувствительно к изменению величины осевой нагрузки. А поскольку сила инерции инерционного элемента по ходу перемещения поршня изменяется от максимума до минимума, то активность сброса масла нижним скребком с зеркала цилиндра будет падать при уменьшении величины силы инерции.However, such a piston assembly has the disadvantage that the main oil scraper ring has low elasticity in the axial direction, in which the inertia force of the inertial element and the friction force of the additional oil scraper ring act. This is explained by the fact that the lower inclined scraper forms a cone with an apex pointing up. Under the action of axial force, the lower scraper, trying to occupy a position parallel to the upper scraper, is deformed not only by bending, but at the same time experiences additional deformation around the circumference. A relatively large axial force will be required to deform such a ring, and this can be done by increasing the mass of the inertial element, which will entail an increase in the mass of the piston assembly as a whole. In addition, a ring with low elasticity in the axial direction is less sensitive to changes in the magnitude of the axial load. And since the inertia force of the inertial element along the piston moves varies from maximum to minimum, the activity of oil discharge by the lower scraper from the cylinder mirror will decrease with a decrease in the value of inertia.

Еще один недостаток прототипа заключается в том, что при одновременном увеличении радиального давления на зеркало цилиндра нижним наклонным скребком радиальное давление верхнего скребка ослабляется и маслосбрасывающие функции его падают.Another disadvantage of the prototype is that with a simultaneous increase in radial pressure on the cylinder mirror with a lower inclined scraper, the radial pressure of the upper scraper is weakened and its oil-saving functions decrease.

Объясняется это тем, что нижний скребок в поперечном сечении кольца длиннее верхнего, так как является наклонным к зеркалу цилиндра. При стремлении его занять положение, параллельное верхнему, нижний скребок будет сдвигать все кольцо к днищу канавки поршня (реакция от радиального давления наклонного скребка на зеркало цилиндра будет направлена к днищу канавки поршня). Радиальное давление верхнего скребка на зеркало цилиндра будет падать.This is explained by the fact that the lower scraper in the cross section of the ring is longer than the upper one, since it is inclined to the mirror of the cylinder. When striving to take it in a position parallel to the upper, the lower scraper will shift the entire ring to the piston groove bottom (the reaction from the radial pressure of the inclined scraper on the cylinder mirror will be directed to the piston groove bottom). The radial pressure of the upper scraper on the cylinder mirror will drop.

Следует добавить, что обязательное применение в прототипе в качестве основного маслосъемного кольца кольца, обладающего упругими свойствами в осевом направлении, сужает диапазон применения данного поршневого узла в машиностроении. В большинстве случаев применяются кольца, изготовленные литьем маслот с дальнейшей обработкой и пластинчатые (В.П.Молдованов, А.Р.Пикман, В.Х.Авербух. Производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1980, с.43…45). Устанавливаются маслосъемные кольца часто с радиальными расширителями, обладающими хорошей упругостью в радиальном направлении.It should be added that the mandatory use in the prototype as the main oil scraper ring of a ring having elastic properties in the axial direction narrows the range of application of this piston assembly in mechanical engineering. In most cases, rings made by casting oil with further processing and plate are used (V.P. Moldovanov, A.R. Pickman, V.Kh. Averbukh. Production of piston rings of internal combustion engines. M: Mechanical Engineering, 1980, p. 43 ... 45). Oil scraper rings are often installed with radial expanders having good elasticity in the radial direction.

Технической задачей изобретения является уменьшение расхода масла на угар путем обеспечения эффективного удаления масла с поверхности цилиндра.An object of the invention is to reduce oil consumption for waste by providing effective removal of oil from the surface of the cylinder.

Задача достигается в поршневом узле, содержащем размещенные в канавке поршня инерционный элемент и маслосъемное кольцо с радиальным плоским многоугольным расширителем, установленное в кольцевой проточке инерционного элемента, а сам инерционный элемент выполнен наружным диаметром, меньшим, чем наружный диаметр маслосъемного кольца, где согласно изобретению окружные поверхности верхнего торца инерционного элемента и верхнего торца поршневой канавки выполнены в виде контактирующих между собой конических поверхностей, вершины конусов которых направлены к нижней мертвой точке, причем образующие конических поверхностей имеют наклон к зеркалу цилиндра, превышающий угол трения между ними.The task is achieved in a piston assembly containing an inertial element and an oil scraper with a radial flat polygonal extender located in the piston groove installed in the annular groove of the inertia element, and the inertia element is made with an outer diameter smaller than the outer diameter of the scraper ring, where according to the invention there are circumferential surfaces the upper end of the inertial element and the upper end of the piston groove are made in the form of conical surfaces in contact, the tops of the cone are directed to the bottom dead point, and forming the conical surfaces are inclined to the cylinder mirror exceeding the friction angle therebetween.

Новым в предлагаемом поршневом узле является то, что верхний торец инерционного элемента и верхний торец поршневой канавки скошены, их окружные поверхности обращены друг к другу и контактируют между собой, при этом скошенные поверхности наклонены под углом больше, чем угол трения, и направлены от оси поршня к зеркалу цилиндра вверх. Это позволяет при движении поршня и возникающих сил инерции перемещающегося инерционного элемента автоматически регулировать через многоугольный расширитель радиальное давление маслосъемного кольца на стенку цилиндра с целью эффективного удаления масла с поверхности цилиндра. К тому же предлагаемый поршневой узел является более универсальным. В нем можно использовать маслосъемное кольцо любой конструкции с радиальным плоским расширителем.New in the proposed piston assembly is that the upper end of the inertial element and the upper end of the piston groove are beveled, their circumferential surfaces facing each other and in contact with each other, while the beveled surfaces are inclined at an angle greater than the friction angle and directed from the axis of the piston to the cylinder mirror up. This allows you to automatically control the radial pressure of the oil scraper ring on the cylinder wall through the polygon expander when the piston and the inertial forces of the moving inertial element arise, in order to effectively remove oil from the cylinder surface. In addition, the proposed piston assembly is more versatile. It is possible to use an oil scraper ring of any design with a radial flat expander.

Использование изобретения улучшит маслосбрасывающие функции кольца, что обеспечит уменьшение расхода масла на угар.The use of the invention will improve the oil-saving functions of the ring, which will reduce oil consumption for waste.

Поршневой узел поясняется чертежами.The piston assembly is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен поршневой узел при положении поршня вблизи нижней мертвой точки в процессе движения его от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.Figure 1 shows the piston assembly with the piston position near the bottom dead center in the process of moving it from the bottom dead center to the top dead center.

На фиг.2 изображен поршневой узел при положении поршня вблизи верхней мертвой точки в процессе движения его от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.Figure 2 shows the piston assembly when the piston is near the top dead center in the process of moving it from the bottom dead center to the top dead center.

На фиг.3 изображен поршневой узел при положении поршня вблизи верхней мертвой точки в процессе движения его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.Figure 3 shows the piston assembly when the piston is near the top dead center in the process of moving it from top dead center to bottom dead center.

На фиг.4 изображен поршневой узел при положении поршня вблизи нижней мертвой точки в процессе движения его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.Figure 4 shows the piston assembly when the piston is near the bottom dead center in the process of moving it from top dead center to bottom dead center.

На фиг.5 изображен разрез А-А по фиг.1.Figure 5 shows a section aa in figure 1.

На всех фигурах тонкими линиями в качестве обстановки изображена часть цилиндра.In all figures, thin lines depict part of the cylinder as the decor.

Предлагаемый поршневой узел состоит из маслосъемного кольца 1 с радиальным плоским многоугольным расширителем 2 и инерционного элемента 3 (фиг.1). Инерционный элемент 3 имеет проточку 4, куда вставлено маслосъемное кольцо 1 с радиальным плоским многоугольным расширителем 2. Инерционные элемент 3 вместе с маслосъемным кольцом 1 и расширителем 2 находятся в поршневой канавке 5 поршня 6. Поверхность верхнего торца 7 поршневой канавки 5, которая также представляет собой конус, вершина которого направлена к нижней мертвой точке. Образующие конической поверхности 7 и 8 должны быть направлены под углом α к зеркалу цилиндра 9, превышающим угол трения контактирующих между собой поверхностей (фиг.2). Это необходимо для предотвращения возможного заклинивания инерционного элемента 3 между поршнем 6 и зеркалом цилиндра 9 в процессе перемещения поршня 6 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.The proposed piston assembly consists of an oil scraper ring 1 with a radial flat polygonal expander 2 and an inertial element 3 (Fig. 1). The inertial element 3 has a groove 4, where the oil scraper ring 1 with a radial flat polygonal expander 2 is inserted. The inertial element 3 together with the oil scraper ring 1 and expander 2 are located in the piston groove 5 of the piston 6. The surface of the upper end 7 of the piston groove 5, which also represents cone, the apex of which is directed to the bottom dead center. Generators of the conical surface 7 and 8 should be directed at an angle α to the mirror of the cylinder 9, exceeding the angle of friction of the surfaces in contact with each other (figure 2). This is necessary to prevent possible jamming of the inertial element 3 between the piston 6 and the mirror of the cylinder 9 in the process of moving the piston 6 from top dead center to bottom dead center.

Инерционный элемент 3 состоит из двух секций - двух полуколец 10 и 11, которые фиксируются в собранном виде маслосъемным кольцом 1 и радиальным плоским многоугольным расширителем 2 (фиг.1 и фиг.5). В проточке 4 инерционного элемента 3 радиальный плоский многоугольный расширитель 2 упирается попеременно во внутреннюю поверхность 12 маслосъемного кольца 1 и в дно 13 проточки 4 (фиг.1 и фиг.5). Под воздействием радиальной упругой силы многоугольного плоского расширителя 2 маслосъемное кольцо 1 прижимается рабочими поясками 14 к зеркалу цилиндра 9, а инерционный элемент 3 прижимается верхним коническим торцом 8 к поверхности верхнего конического торца 7 поршневой канавки 5 и своей внутренней поверхностью 15 (фиг.3) к дну 16 поршневой канавки 5 (фиг.1, фиг.3). В таком положении наружный диаметр инерционного элемента 3 должен быть меньше диаметра кольца 1. Это необходимо для того, чтобы была возможность полукольцам 10 и 11 перемещаться в поршневой канавке 5 в поперечном направлении и не касаться зеркала цилиндра 9 в случае воздействия на полукольца 10 и 11 сил инерции и сил трения (фиг.3).The inertial element 3 consists of two sections - two half rings 10 and 11, which are fixed assembled by the oil scraper ring 1 and the radial flat polygonal expander 2 (Fig. 1 and Fig. 5). In the groove 4 of the inertial element 3, the radial flat polygonal expander 2 abuts alternately against the inner surface 12 of the oil scraper ring 1 and into the bottom 13 of the groove 4 (Fig. 1 and Fig. 5). Under the influence of the radial elastic force of the polygonal flat expander 2, the oil scraper ring 1 is pressed by the working belts 14 to the mirror of the cylinder 9, and the inertial element 3 is pressed by the upper conical end 8 to the surface of the upper conical end 7 of the piston groove 5 and its inner surface 15 (Fig. 3) to the bottom 16 of the piston groove 5 (figure 1, figure 3). In this position, the outer diameter of the inertial element 3 should be less than the diameter of the ring 1. This is necessary so that the half rings 10 and 11 can move in the piston groove 5 in the transverse direction and not touch the mirror of the cylinder 9 in the event of the forces on the half rings 10 and 11 inertia and friction forces (figure 3).

Назначение инерционного элемента 3 автоматически воздействовать в радиальном направлении на маслосъемное кольцо 1 через радиальный плоский многоугольный расширитель 2 и таким образом усиливать радиальное давление маслосъемного кольца 1 на зеркало цилиндра 9 и при движении поршня 6 к нижней мертвой точке и ослаблять радиальное давление маслосъемного кольца 1 при движении поршня 6 к верхней мертвой точке.The purpose of the inertia element 3 is to automatically act in a radial direction on the oil scraper ring 1 through a radial flat polygonal expander 2 and thus increase the radial pressure of the oil scraper ring 1 on the cylinder mirror 9 and when the piston 6 moves to bottom dead center and weaken the radial pressure of the oil scraper ring 1 when moving piston 6 to top dead center.

Следует отметить, что инерционный элемент 3 может состоять из секций по количеству больше чем два (два полукольца 10 и 11). В этом случае воздействие большего количества секций на маслосъемное кольцо 1 через радиальный расширитель 2 будет равномерней по окружности поршня 6.It should be noted that the inertial element 3 may consist of sections in the number of more than two (two half rings 10 and 11). In this case, the effect of a larger number of sections on the oil scraper ring 1 through the radial expander 2 will be more uniform around the circumference of the piston 6.

Прежде чем описать работу уплотнительного устройства поршня, следует пояснить физическую сущность сил трения и сил инерции, действие которых используется в предлагаемом устройстве.Before describing the operation of the sealing device of the piston, it is necessary to explain the physical nature of the friction and inertia forces, the action of which is used in the proposed device.

Известно, что величина силы трения зависит от коэффициента трения и усилия прижатия движущегося тела к поверхности, по которой движется это тело, а вектор силы направлен против движения тела (Политехнический словарь под редакцией академика Артоболевского И.И. М.: Издательство "Советская энциклопедия", 1976, с.510).It is known that the magnitude of the friction force depends on the coefficient of friction and the pressing force of the moving body to the surface on which this body moves, and the force vector is directed against the body’s motion (Polytechnical Dictionary edited by Academician I. Artobolevsky I. M .: Publishing House "Soviet Encyclopedia" , 1976, p. 510).

Известно также, что силы инерции, действующие на поршень и его детали (например, на инерционный элемент 3, находящийся в поршневой канавке 5), изменяются по величине и направлению и зависят от массы движущихся деталей, скорости их перемещения и направления движения (A.M.Гуревич, Е.И.Сорокин. Тракторы и автомобили. "Колос", Т.2. 1978, с.43-46). А так как скорость поршня меняется от нуля в нижней и верхней мертвых точках до максимума, когда поршень движется приблизительно в средней части цилиндра (около 80° угла поворота коленчатого вала двигателя), то и силы инерции Р_и инерционного элемента 3 будут изменяться от максимальных значений (в верхней и нижней мертвых точках) и до нуля (около 80° угла поворота коленчатого вала двигателя). После нулевого значения силы инерции Р_и изменяют направление действия по причине изменения направления ускорения движущихся деталей. При этом вектор силы инерции Р_и всегда направлен противоположно вектору ускорения. Поэтому вблизи верхней мертвой точки сила инерции Р_и инерционного элемента 3 направлена в сторону верхней мертвой точки (фиг.2 и фиг.3), а вблизи нижней мертвой точки сила инерции Р_и инерционного элемента 3 направлена к нижней мертвой точке (фиг.1 и фиг.4).It is also known that the inertia forces acting on the piston and its parts (for example, on the inertial element 3 located in the piston groove 5) vary in magnitude and direction and depend on the mass of moving parts, their speed of movement and direction of movement (AMGurevich, E . I. Sorokin. Tractors and automobiles. Kolos, Vol.2. 1978, p. 43-46). And since the piston speed changes from zero at the bottom and top dead center to the maximum when the piston moves approximately in the middle part of the cylinder (about 80 ° angle of rotation of the engine crankshaft), the inertia forces P _and inertia element 3 will also change from the maximum values (at the top and bottom dead points) and to zero (about 80 ° angle of rotation of the crankshaft of the engine). After a zero value of the inertia force P _and change the direction of action due to a change in the direction of acceleration of moving parts. In this case, the inertial force vector P _{and is} always directed opposite to the acceleration vector. Therefore, near the top dead center, the inertia force P _{and the} inertial element 3 is directed toward the top dead center (FIG. 2 and FIG. 3), and near the bottom dead center the inertia force P _{and the} inertial element 3 is directed towards the bottom dead center (FIG. 1 and figure 4).

Рассмотрим работу предлагаемого уплотнительного устройства поршня поэтапно в процессе перемещения поршня 6 от нижней мертвой точки к верхней (фиг.1 и фиг.2) и от верхней мертвой точки к нижней (фиг.3 и фиг.4).Consider the operation of the proposed piston sealing device in stages in the process of moving the piston 6 from the bottom dead center to the top (figure 1 and figure 2) and from the top dead center to the bottom (figure 3 and figure 4).

При движении поршня 6 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке в первой половине хода поршня силы трения Т маслосъемного кольца 1 и силы инерции Р_и инерционного элемента 3 направлены в одну сторону - против движения поршня 6, т.е. против увеличивающегося по величине ускорения поршня (фиг.1 - направление движения V₁). Следовательно, и маслосъемное кольцо 1, и инерционный элемент 3 прижимаются совместным усилием от силы трения Т и силы инерции Р_и к нижнему торцу поршневой канавки 5, а сам инерционный элемент 3 не воздействует на маслосъемное кольцо 1 в радиальном направлении. Поэтому радиальная сила R маслосъемного кольца 1, действующая на зеркало цилиндра 9, незначительна и равна заданной внутренней упругой силе маслосъемного кольца 1. Ввиду этого масло, находящееся на зеркале цилиндра 9, не будет перемещаться рабочими поясками 14 маслосъемного кольца 1 к верхней мертвой точке в зону высоких температур и в камеру сгорания.When the piston 6 moves from the bottom dead center to the top dead center in the first half of the piston stroke, the friction forces T of the oil scraper ring 1 and the inertia forces P _{and the} inertial element 3 are directed in the same direction - against the movement of the piston 6, i.e. against increasing the magnitude of the acceleration of the piston (figure 1 - the direction of movement of V ₁ ). Consequently, the oil ring 1 and the inertial member 3 is pressed against the joint force of friction forces and inertia forces T _and P to the lower end of the piston groove 5, and the vibration absorbing member 3 does not affect the oil ring 1 in a radial direction. Therefore, the radial force R of the scraper ring 1, acting on the mirror of the cylinder 9, is negligible and equal to the specified internal elastic force of the scraper ring 1. In view of this, the oil located on the mirror of the cylinder 9 will not move the working belts 14 of the scraper ring 1 to the top dead center in the zone high temperatures and into the combustion chamber.

Во второй половине хода поршня 6 при движении его к верхней мертвой точке направление действия силы инерции Р_и инерционного элемента 3 изменяется на противоположное, т.к. движение поршня замедляется и ускорение всех его деталей изменяет направление. Но сила трения Т маслосъемного кольца 1 остается постоянной и по величине, и по направлению (фиг.2). Путем подбора массы инерционного элемента 3 с сочетанием количества установки маслосъемных колец 1 в проточке инерционного элемента 3 можно рассчитать силы трения Т маслосъемного кольца 1 (или маслосъемных колец 1, если, например, будут установлены два таких кольца) таким образом, что силы трения Т будут компенсировать силы инерции Р_и инерционного элемента 3 при подходе поршня 6 к верхней мертвой точке (в верхней мертвой точке, так же как и в нижней мертвой точке, сила инерции Р_и имеет максимальное значение). Инерционный элемент 3 будет оставаться на месте. Поэтому маслосъемное кольцо 1 не будет испытывать воздействие в радиальном направлении со стороны инерционного элемента 3 и во второй половине хода поршня 6.In the second half of the piston stroke 6, when it moves to the top dead center, the direction of action of the inertia force P _{and the} inertial element 3 changes to the opposite, because the movement of the piston slows down and the acceleration of all its parts changes direction. But the friction force T of the oil scraper ring 1 remains constant both in magnitude and in direction (Fig. 2). By selecting the mass of the inertial element 3 with a combination of the number of installation of the oil scraper rings 1 in the groove of the inertial element 3, it is possible to calculate the friction forces T of the oil scraper ring 1 (or oil scraper rings 1, if, for example, two such rings are installed) so that the friction forces T are P compensate inertia forces _and inertial member 3 when approaching the piston 6 toward the top dead center (the top dead center, as well as in the lower dead point, the inertia force F _and has a maximum value). The inertial element 3 will remain in place. Therefore, the oil scraper ring 1 will not be exposed in the radial direction from the side of the inertial element 3 and in the second half of the piston stroke 6.

Таким образом, на всем пути движения поршня 6 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке маслосъемное кольцо 1 с минимальным усилием воздействует рабочими поясками 14 на зеркало цилиндра 9 и масло не будет захватываться кольцом 1 и перемещаться в зону высоких температур и камеру сгорания.Thus, along the entire path of movement of the piston 6 from the bottom dead center to the top dead center, the oil scraper ring 1 with minimal effort acts by the working belts 14 on the mirror of the cylinder 9 and the oil will not be caught by the ring 1 and move to the high temperature zone and the combustion chamber.

При движении поршня 6 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в первой половине хода поршня 6 силы инерции Р_и инерционного элемента 3 и маслосъемного кольца 1 и силы трения этого же кольца 1 направлены в одну сторону - против хода поршня 6 к верхней мертвой точке и создают суммарную силу F=Р_и+T (фиг.3). Суммарную силу F можно разложить по правилам параллелограмма на две составляющие: силу S, действующую вдоль соприкасающихся конических торцов 8 и 7, соответственно инерционного элемента 3 и поршневой канавки 5, и силу R₁, направленную перпендикулярно зеркалу цилиндра 9. Под воздействием этих двух составляющих S и R₁ секции инерционного элемента - полукольца 10 и 11 перемещаются по коническому торцу 7 поршневой канавки 5 одновременно к верхней мертвой точке и зеркалу цилиндра 9, сжимая радиальный плоский многоугольный расширитель 2 на величину Δ (фиг.3). Первоначальное заданное радиальное давление R маслосъемного кольца 1 на зеркало цилиндра 2 увеличится на величину R₁ и будет уже составлять радиальное давление R₂=R+R₁. В результате повышается маслосбрасывающее действие маслосъемного кольца 1 и масло перемещается им в сторону нижней мертвой точки из зоны высоких температур.When the piston 6 moves from the top dead center to the bottom dead center in the first half of the piston 6 stroke, the inertia forces P _{and the} inertial element 3 and the oil scraper ring 1 and the friction forces of the same ring 1 are directed in the same direction - against the piston 6 stroke and to the top dead center create the total force F = P _and + T (figure 3). The total force F can be decomposed according to the rules of the parallelogram into two components: the force S acting along the contacting conical ends 8 and 7, respectively of the inertial element 3 and the piston groove 5, and the force R ₁ directed perpendicular to the mirror of the cylinder 9. Under the influence of these two components S R ₁ and section of the inertial element - the half rings 10 and 11 move along the conical end face of a piston 7 of the groove 5 at the same time to the top dead center and the cylinder mirror 9, compressing the radial flat polygonal spreader 2 by an amount Δ ( ig.3). The initial predetermined radial pressure R of the oil scraper ring 1 on the mirror of the cylinder 2 will increase by R ₁ and will already be the radial pressure R ₂ = R + R ₁ . As a result, the oil-saving effect of the oil scraper ring 1 is increased and the oil is moved by it towards the bottom dead center from the high temperature zone.

Во второй половине хода поршня 6 при движении его к нижней мертвой точке направление силы инерции Р_и инерционного элемента 3 изменяется на противоположное, но сила трения Т маслосъемного кольца 1 остается направленной к верхней мертвой точке. И пока сила инерции Р_и еще мала (около 80° поворота коленчатого вала сила инерции Р_и равна нулю, а далее возрастает), сила трения Т, передающаяся от маслосъемного кольца 1 инерционному элементу 3, продолжает воздействовать на ее секции - полукольца 10 и 11 в осевом направлении, удерживая их в прежнем верхнем положении. Радиальный плоский многоугольный расширитель 2 остается в сжатом состоянии, и радиальное давление маслосъемного кольца 1 также остается пока еще повышенным. Маслосъемное кольцо 1 продолжает активно сбрасывать масло с зеркала цилиндра 9. Но чем ближе к нижней мертвой точке, тем больше по величине сила инерции Р_и инерционного элемента 3. И уже в нижней мертвой точке сила инерции Р_и сравнивается по величине с силой трения Т маслосъемного кольца 1. Под воздействием упругой силы радиального плоского многоугольного расширителя 2 полукольца 10 и 11 возвращаются в исходное состояние, т.е. инерционный элемент 3 прижимается своей внутренней поверхностью 15 к дну 16 поршневой канавки 5 (фиг.4). Радиальная сила маслосъемного кольца 1 на зеркало цилиндра 9 уменьшается до начального значения R. Активность сброса масла кольцом 1 ослабевает. Но в нижней части цилиндра 9 температура его стенок относительно низкая и масло здесь уже не горит.In the second half of the stroke of the piston 6, when it moves to the bottom dead center, the direction of the inertia force P _{and the} inertial element 3 changes to the opposite, but the friction force T of the oil scraper ring 1 remains directed to the top dead center. And while the inertial force F _{and the} more small (approximately 80 ° of crankshaft rotation inertial force F _and is equal to zero, and then increases), the frictional force T is transmitted from the oil ring 1 inertial member 3, continues to act on its section - half-ring 10 and 11 in the axial direction, holding them in the same upper position. The radial planar polygonal expander 2 remains in a compressed state, and the radial pressure of the oil scraper ring 1 also remains elevated. Scraper ring 1 continues to dump oil from the mirror cylinder 9. However, the closer to the bottom dead center, the greater the largest inertial force F _and the inertia member 3. And the bottom dead center position _and inertia force F is compared in magnitude with the valve stem friction force T rings 1. Under the influence of the elastic force of the radial planar polygonal expander 2, the half rings 10 and 11 return to their original state, i.e. the inertial element 3 is pressed by its inner surface 15 to the bottom 16 of the piston groove 5 (figure 4). The radial force of the oil scraper ring 1 on the mirror of the cylinder 9 decreases to the initial value R. The activity of oil discharge by the ring 1 is weakened. But in the lower part of the cylinder 9, the temperature of its walls is relatively low and the oil is no longer burning here.

Таким образом, при движении поршня 6 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, особенно в первой половине хода поршня, где наблюдается высокая температура зеркала цилиндра 9, происходит сброс масла с наибольшим радиальным усилием R₂ маслосъемного кольца 1.Thus, when the piston 6 moves from the top dead center to the bottom dead center, especially in the first half of the piston stroke, where the temperature of the mirror of cylinder 9 is high, oil is released with the greatest radial force R _{2 of the} oil scraper ring 1.

Предлагаемый поршневой узел позволит улучшить маслосъемные функции кольца, снизит попадание масла в камеру сгорания, уменьшит нагарообразование на поршне, снизит расход масла в процессе эксплуатации двигателя или компрессора.The proposed piston assembly will improve the oil scavenging function of the ring, reduce the ingress of oil into the combustion chamber, reduce carbon formation on the piston, and reduce oil consumption during operation of the engine or compressor.

Claims

A piston assembly comprising an inertial element located in the piston groove and an oil scraper ring with a radial flat polygonal expander installed in the annular groove of the inertia element, the inertia element having an outer diameter smaller than the outer diameter of the scraper ring, characterized in that the circumferential surfaces of the upper end face the inertial element and the upper end of the piston groove are made in the form of conical surfaces in contact, the tops of the cones of which are directed towards bottom dead center, and the generators of the conical surfaces have an inclination to the cylinder mirror that exceeds the angle of friction between them.