RU2493459C1

RU2493459C1 - Sealing device of piston

Info

Publication number: RU2493459C1
Application number: RU2012123890/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Горшков; Александр Владимирович Хохлов; Валентин Владимирович Васильчиков; Елена Андреевна Новичкова; Людмила Андреевна Чувина
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-09-20

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: device includes two pistons 1 concentrically located in groove 2, rings 3 and 6 and an extender in the form of a set of spiral springs 17. Piston ring 3 interacts with inclined planes 13 of wedge-like projections 4 with inclined planes 15 of cavities 7 of additional ring 6 in left semi-circle 18 of sealing device so that resultant forces F are directed clockwise, and in right semi-circle 21 resultant forces F are directed counter-clockwise. During engine operation resultant forces F balance each other and the sealing device of piston does not rotate in piston cavity 2. Radial constituents of force R press ends 23 of piston ring 3 to mirror of cylinder 26. This will improve seating of rings to mirror of cylinder 26 and enhance tightness of cylinder 24. A new feature is that inclinations of side flat surfaces 13 and 15 interacting between each other and made in left semi-circle 18 are directed clockwise, and inclinations of interacting side flat surfaces 13 and 15 made in right semi-circle 21 are directed counter-clockwise. One pair of joints I is made in the area of locks of rings so that radial constituents of force R pass through ends of rings 23 at an angle of 10 degrees to transverse axis 22.EFFECT: improving operating reliability of a sealing device of a piston and increasing service life.4 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов.The invention relates to a sealing technique and can be used to seal pistons and mechanisms.

Известно уплотнительное устройство поршня, содержащее установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо с периодически выполненными по окружности внутренней цилиндрической поверхности пазами, у которых одна боковая плоская поверхность расположена в радиальной плоскости, другая - под углом к ней, расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, каждая из которых помещена в гнездо соответствующего паза, и установлено концентрично с поршневым кольцом в его заколечное пространство с контактом по всей окружности дна канавки дополнительное разрезное кольцо с клинообразными выступами, входящими во внутрь пазов поршневого кольца, ширина которых больше ширины клинообразных выступов, при этом выступы дополнительного разрезного кольца имеют плоские боковые поверхности, параллельные плоским боковым поверхностям пазов поршневого кольца и контактируют с пазами поршневого кольца по наклонным плоским поверхностям, а спиральные пружины расширителя расположены между боковыми поверхностями клинообразных выступов дополнительного разрезного кольца и пазов поршневого кольца (патент RU №2103573, МКИ F16j 9/06 - аналог).A sealing piston device is known, comprising a split piston ring installed in the piston groove with grooves periodically made around the circumference of the inner cylindrical surface, in which one side flat surface is located in the radial plane and the other at an angle to it, an expander made in the form of a set of coil springs, each of which is placed in the socket of the corresponding groove, and is installed concentrically with a piston ring in its annular space with contact around the entire circumference of the bottom of the canal an additional split ring with wedge-shaped protrusions entering into the grooves of the piston ring, the width of which is greater than the width of the wedge-shaped protrusions, while the protrusions of the additional split ring have flat side surfaces parallel to the flat side surfaces of the grooves of the piston ring and are in contact with the grooves of the piston ring along inclined flat surfaces and the coil springs of the expander are located between the side surfaces of the wedge-shaped protrusions of the additional split ring and pore grooves a worm ring (patent RU No. 2103573, MKI F16j 9/06 - analogue).

В результате одновременного воздействия сжатых спиральных пружин расширителя в тангенциальном направлении к окружностям поршневого и дополнительного колец на радиальные поверхности клинообразных выступов дополнительного кольца и пазов поршневого кольца, последний, взаимодействуя своими наклонными поверхностями пазов с наклонными поверхностями выступов дополнительного кольца, отодвигается от дополнительного кольца и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотняющий эффект устройства.As a result of the simultaneous action of the compressed spiral springs of the expander in the tangential direction to the circles of the piston and additional rings on the radial surfaces of the wedge-shaped protrusions of the additional ring and the grooves of the piston ring, the latter, interacting with its inclined surfaces of the grooves with the inclined surfaces of the protrusions of the additional ring, moves away from the additional ring and is pressed against cylinder mirror, creating a sealing effect of the device.

Однако, аналог имеет существенный недостаток, который заключается в том, что на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца по всей ее окружности периодически выполнены пазы, которые уменьшают площадь поперечного сечения поршневого кольца. В этих сечениях в процессе работы двигателя будут наблюдаться повышенные напряжения, ослабляющие прочность поршневого кольца. Кроме этого, сами пазы поршневого кольца являются сосредоточением повышенных местных напряжений, которые возникают в местах резкого изменения формы и размеров поперечного сечения. Такое явление называется концентрацией напряжений (Кинасошвилли Р.С. Сопротивление материалов. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1960, с.50). Местные повышенные напряжения в местах расположения пазов так же снижают прочность поршневого кольца и могут привести к его разрушению. И главное следует отметить то, что поршневое кольцо воспринимает практически все нагрузки, возникающие в процессе работы двигателя. В то же время дополнительное кольцо, располагаясь в заколечном пространстве и плотно контактируя своей внутренней цилиндрической поверхностью с окружной поверхностью дна поршневой канавки, находится в более благоприятных условиях. Именно поршневое кольцо скользит с высокой скоростью по зеркалу цилиндра двигателя при значительной нагрузке переменных сил давления газов, сил трения, сил инерции в условиях высокой температуры и неудовлетворительной смазки. Под действием всех этих факторов в поршневом кольце возникают значительные переменные напряжения, которые воспринимаются поршневым кольцом по всей своей окружности, в том числе в тех местах, где выполнены пазы. Такая конструкция уплотнительного устройства поршня, когда пазы для установки спиральных пружин расширителя выполнены по окружности внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца, ненадежная и недолговечная.However, the analogue has a significant drawback, which consists in the fact that grooves are periodically made on the inner cylindrical surface of the piston ring around its entire circumference, which reduce the cross-sectional area of the piston ring. In these sections, during the operation of the engine, increased stresses will be observed, weakening the strength of the piston ring. In addition, the grooves of the piston ring themselves are a concentration of increased local stresses that occur in places of a sharp change in the shape and size of the cross section. This phenomenon is called stress concentration (Kinasoshvilli RS Resistance of materials. - M .: State publishing house of physical and mathematical literature. 1960, p. 50). Local increased stresses at the location of the grooves also reduce the strength of the piston ring and can lead to its destruction. And the main thing to note is that the piston ring perceives almost all the loads that arise during the operation of the engine. At the same time, the additional ring, located in the annulus and tightly contacting its inner cylindrical surface with the circumferential surface of the bottom of the piston groove, is in more favorable conditions. It is the piston ring that slides at high speed along the mirror of the engine cylinder with a significant load of variable gas pressure forces, friction forces, inertia forces at high temperatures and poor lubrication. Under the influence of all these factors, significant alternating voltages arise in the piston ring, which are perceived by the piston ring along its entire circumference, including in those places where the grooves are made. This design of the piston sealing device, when the grooves for installing the coil springs of the expander are made around the circumference of the inner cylindrical surface of the piston ring, is unreliable and short-lived.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является уплотнительное устройство поршня, содержащее установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо, дополнительное разрезное кольцо, расположенное в заколечном пространстве концентрично с поршневым кольцом и контактирующее своей внутренней цилиндрической окружной поверхностью с цилиндрической поверхностью дна поршневой канавки, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин периодически расположенных по окружности между поршневым и дополнительным кольцами, контактирующими между собой по наклонным плоским боковым поверхностям пазов и клинообразных выступов, причем клинообразные выступы свободно входят в пазы, ширина которых больше клинообразных выступов, а спиральные пружины расширителя располагаются в пазах между боковыми поверхностями пазов и клинообразных выступов, плоскости которых расположены в радиальном направлении, при этом пазы выполнены на внешней цилиндрической окружной поверхности дополнительного разрезного кольца, а клинообразные выступы выполнены на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца (патент RU №2416750, МКИ F16j 9/06 - прототип).The closest technical solution to the proposed device is a piston sealing device containing a split piston ring installed in the piston groove, an additional split ring located concentrically with the piston ring in the annulus and in contact with its inner cylindrical circumferential surface with the cylindrical surface of the piston groove bottom, and an expander, made in the form of a set of coil springs periodically located around the circumference between the piston and additional ring rings contacting each other along the inclined flat lateral surfaces of the grooves and wedge-shaped protrusions, moreover, the wedge-shaped protrusions freely enter the grooves whose width is greater than the wedge-shaped protrusions, and the spiral springs of the expander are located in the grooves between the side surfaces of the grooves and the wedge-shaped protrusions, the planes of which are located in the radial direction, while the grooves are made on the outer cylindrical circumferential surface of the additional split ring, and the wedge-shaped protrusions are made on the inner cylindrical surface of the piston ring (patent RU No. 2416750, MKI F16j 9/06 - prototype).

Уплотнительное устройство поршня будет более надежно в работе и долговечнее по той причине, что пазы для установки спиральных пружин расширителя устранены на поршневом кольце и выполнены на менее загруженном внешними силовыми факторами дополнительном кольце. Тем самым площадь поперечного сечения поршневого кольца в местах ранее располагавшихся пазов возрастет, а напряжения в процессе работы двигателя уменьшатся. Исчезнут также причины, вызывающие концентрацию местных напряжений.The piston sealing device will be more reliable in operation and more durable for the reason that the grooves for installing the expander coil springs are eliminated on the piston ring and are made on an additional ring less loaded with external force factors. Thus, the cross-sectional area of the piston ring in places previously located grooves will increase, and the voltage during engine operation will decrease. The causes of the concentration of local stresses will also disappear.

Однако прототип обладает существенными недостатками. Один из которых заключается в том, что взаимодействующие между собой боковые наклонные плоские поверхности клинообразных выступов поршневого кольца и боковые наклонные плоские поверхности пазов дополнительного кольца направлены под углом к окружности уплотнительного устройства в одну сторону по всей ее окружности. При этом между наклонными поверхностями возникают силы взаимодействия. Это радиальные силы R и тангенциальные силы T, создающие равнодействующие силы F, действующие по боковым наклонным плоскостям клинообразных выступов и пазов колец. Равнодействующие силы F направлены под углом к окружности уплотнительного устройства по всей ее окружности в одну сторону.However, the prototype has significant disadvantages. One of which is that the interacting side inclined flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the side inclined flat surfaces of the grooves of the additional ring are directed at an angle to the circumference of the sealing device in one direction around its entire circumference. In this case, interaction forces arise between the inclined surfaces. These are the radial forces R and the tangential forces T, creating the resultant forces F, acting on the inclined lateral planes of the wedge-shaped protrusions and grooves of the rings. The resultant forces F are directed at an angle to the circumference of the sealing device along its entire circumference in one direction.

Равнодействующие силы F могут вызвать постепенное перемещение уплотняющего устройства по окружности поршневой канавки. У прототипа равнодействующие силы F направлены по часовой стрелке, следовательно, и перемещение колец будет по часовой стрелке (патент RU №2416750, МКИ F16j 9/06, фиг.2). В то же время известно, что проворачивание колец в канавке поршня в процессе работы двигателя замедляет и ухудшает приработку колец к зеркалу цилиндра, а следовательно, понижает герметичность цилиндра и повышает возможность закоксовывания колец. Стопорение колец у четырехтактных двигателей дает положительный эффект. А у двухтактных двигателей, имеющих значительную длину выпускных и продувочных окон, концы колец могут попасть в окна и вызвать аварию. Поэтому у таких двигателей поршневые кольца стопорятся в обязательном порядке (Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. - М.: Издательство сельскохозяйственной литературы, 1962, с.166).The resultant forces F can cause the sealing device to move gradually around the circumference of the piston groove. In the prototype, the resultant forces F are directed clockwise, therefore, the movement of the rings will be clockwise (patent RU No. 2416750, MKI F16j 9/06, figure 2). At the same time, it is known that the rotation of the rings in the piston groove during engine operation slows down and worsens the running-in of the rings to the cylinder mirror, and therefore, reduces the tightness of the cylinder and increases the possibility of coking of the rings. Locking rings in four-stroke engines gives a positive effect. And for two-stroke engines with a significant length of exhaust and purge windows, the ends of the rings can get into the windows and cause an accident. Therefore, for such engines, piston rings are locked without fail (Boltinsky VN Theory, design and calculation of tractor and automobile engines. - M.: Agricultural Literature Publishing House, 1962, p. 166).

Еще одним недостатком прототипа является то, что узлы уплотнительного устройства, включающие пазы дополнительного кольца, спиральные пружины расширителя и клинообразные выступы поршневого кольца, выполнены периодически по окружности уплотнительного устройства без учета неравномерности износа и падения радиального давления поршневого кольца по его окружности в процессе работы двигателя. Известно, что радиальное давление поршневого кольца от сил упругости на зеркало цилиндра двигателя в первую очередь падает вблизи замка, в пределах 30° по обе стороны от прорези замка (Б.Я. Гинцбург. Теория поршневого кольца. - М.: Машиностроение, 1979, с.124, с.133). Появление просветов на окружности поршневого кольца в этом районе вызывает прорыв газов высокой температуры с большой скоростью. Температура в районе замка значительно возрастает, кольцо в этом месте обрастает коксом, еще больше теряют упругость кончики кольца в замке и герметичность цилиндра падает. Срок службы уплотнительного устройства прототипа будет понижаться.Another disadvantage of the prototype is that the nodes of the sealing device, including the grooves of the additional ring, spiral springs of the expander and the wedge-shaped protrusions of the piston ring, are made periodically around the circumference of the sealing device without taking into account uneven wear and a drop in the radial pressure of the piston ring around its circumference during engine operation. It is known that the radial pressure of the piston ring from the elastic forces on the mirror of the engine cylinder primarily drops near the lock, within 30 ° on both sides of the slot of the lock (B.Ya. Ginzburg. Theory of the piston ring. - M.: Mechanical Engineering, 1979, p.124, p.133). The appearance of gaps on the circumference of the piston ring in this area causes a breakthrough of high temperature gases at high speed. The temperature in the castle area increases significantly, the ring in this place is overgrown with coke, the ends of the ring in the castle lose their elasticity even more and the cylinder tightness drops. The life of the sealing device of the prototype will be reduced.

Таким образом, такая конструкция уплотнительного устройства поршня прототипа, когда при работе двигателя возникает возможность проворачивания колец в канавке поршня и падение радиального давления кончиков поршневого кольца в его замке, ненадежна и недолговечна.Thus, this design of the piston sealing device of the prototype, when during engine operation it is possible to rotate the rings in the piston groove and the drop in the radial pressure of the ends of the piston ring in its lock, is unreliable and short-lived.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы уплотнительного устройства поршня и увеличение срока службы.An object of the invention is to increase the reliability of the sealing device of the piston and increase the service life.

Задача достигается в уплотнительном устройстве поршня, содержащем, установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо, дополнительное разрезное кольцо, расположенное в заколечном пространстве концентрично с поршневым кольцом и контактирующее своей внутренней цилиндрической окружной поверхностью с цилиндрической поверхностью дна поршневой канавки, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, периодически расположенных по окружности между поршневым и дополнительным кольцами, контактирующими между собой по наклонным плоским боковым поверхностям пазов и клинообразных выступов, причем клинообразные выступы свободно входят в пазы, ширина которых больше клинообразных выступов, а спиральные пружины расширителя располагаются в пазах между боковыми поверхностями пазов и клинообразных выступов, плоскости которых расположены в радиальном направлении, причем пазы выполнены на внешней цилиндрической окружной поверхности дополнительного разрезного кольца, а клинообразные выступы выполнены на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца, где согласно изобретению, наклоны, взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей клинообразных выступов поршневого кольца и боковых плоских поверхностей пазов дополнительного кольца, выполненных в левой полуокружности уплотнительного устройства от спинки колец до прорези замков, направлены по часовой стрелке, а наклоны взаимодействующих меду собой боковых плоских поверхностей клинообразных выступов поршневого кольца и боковых плоских поверхностей пазов дополнительного кольца, выполненых в правой полуокружности уплотнительного устройства от спинки колец до прорези замков, направлены против часовой стрелки, к тому же узлы уплотнительного устройства, включающие клинообразные выступы поршневого кольца, свободно входящие в пазы дополнительного кольца, и спиральные пружины расширителя, каждая из которых располагается в пазах между боковыми радиальными поверхностями пазов и клинообразных выступов соответственно, выполнены в левой и правой полуокружностях уплотнительного устройства периодически попарно и симметрично поперечной оси, проходящей через спинку колец и прорезь замков колец, при этом одна пара симметричных узлов выполнена в районе замков колец так, что бы радиальные составляющие от равнодействующих сил, возникающих на взаимодействующих между собой боковых наклонных плоских поверхностях клинообразных выступов поршневого кольца и боковых наклонных плоских поверхностях пазов дополнительного кольца от каждого узла симметричной пары, проходили под углом 10 градусов к поперечной оси колец.The objective is achieved in the piston sealing device, comprising a split piston ring installed in the piston groove, an additional split ring located concentrically with the piston ring in the annulus and in contact with its inner cylindrical circumferential surface with the cylindrical surface of the piston groove bottom, and an expander made in the form of a set coil springs periodically located around the circumference between the piston and additional rings in contact with each other along to the flat flat lateral surfaces of the grooves and wedge-shaped protrusions, and the wedge-shaped protrusions freely enter the grooves whose width is larger than the wedge-shaped protrusions, and the spiral springs of the expander are located in the grooves between the side surfaces of the grooves and the wedge-shaped protrusions, the planes of which are located in the radial direction, and the grooves are made on the outer cylindrical circumferential surface of an additional split ring, and wedge-shaped protrusions are made on the inner cylindrical surface of the piston ring where, according to the invention, the slopes of the interacting side flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the side flat surfaces of the grooves of the additional ring, made in the left semicircle of the sealing device from the back of the rings to the slot of the locks, are clockwise, and the slopes of the side interacting with honey the flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the side flat surfaces of the grooves of the additional ring, made in the right semicircle the sealing device from the back of the rings to the slot of the locks, directed counterclockwise, in addition, the nodes of the sealing device, including wedge-shaped protrusions of the piston ring, freely entering the grooves of the additional ring, and spiral springs of the expander, each of which is located in the grooves between the lateral radial surfaces of the grooves and wedge-shaped protrusions, respectively, are made in the left and right semicircles of the sealing device periodically in pairs and symmetrically to the transverse axis passing h through the back of the rings and the slot of the ring locks, while one pair of symmetrical nodes is made in the region of the ring locks so that the radial components from the resultant forces arising on the interacting lateral inclined flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the lateral inclined flat surfaces of the grooves of the additional ring from each node of a symmetrical pair, passed at an angle of 10 degrees to the transverse axis of the rings.

Предлагаемое уплотнительное устройство поршня будет более надежно в работе и долговечнее по причине отсутствия проворачивания колец в канавке поршня, а так же и по причине увеличения радиального давления кончиков поршневого кольца в его замке. Это улучшит приработку колец к зеркалу цилиндра, повысит герметичность цилиндров и увеличит долговечность работы двигателя.The proposed piston sealing device will be more reliable and more durable due to the lack of ring rotation in the piston groove, as well as due to an increase in the radial pressure of the ends of the piston ring in its lock. This will improve the running-in of the rings to the cylinder mirror, increase the tightness of the cylinders and increase the durability of the engine.

Наличие изобретения в предлагаемом уплотнительном устройстве поршня доказывается тем, что наклоны взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей клинообразных выступов поршневого кольца и боковых плоских поверхностей пазов дополнительного кольца, выполненных в левой полуокружности уплотнительного устройства от спинки колец до прорези замков направлены по часовой стрелке, а наклоны взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей клинообразных выступов поршневого кольца и боковых плоских поверхностей пазов дополнительного кольца, выполненных в правой полуокружности уплотнительного устройства от спинки колец до прорези замков, направлены против часовой стрелки, к тому же узлы уплотнительного устройства выполнены в левой и правой полуокружностях уплотнительного устройства попарно и симметрично поперечной оси, проходящей через спинку колец и прорезь замков колец, при этом одна пара симметричных узлов выполнена в районе замков колец так, что бы радиальные составляющие от равнодействующих сил, возникающих на взаимодействующих между собой боковых наклонных плоских поверхностях клинообразных выступов поршневого кольца и боковых наклонных плоских поверхностях пазов дополнительного кольца от каждого узла симметричной пары, проходили под углом 10 градусов к поперечной оси колец.The presence of the invention in the proposed piston sealing device is proved by the fact that the slopes of the interacting side flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the side flat surfaces of the grooves of the additional ring, made in the left semicircle of the sealing device from the back of the rings to the slot of the locks, are clockwise, and the slopes of the interacting between the side flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the side flat surfaces of the groove additional rings made in the right semicircle of the sealing device from the back of the rings to the slot of the locks are directed counterclockwise, moreover, the nodes of the sealing device are made in the left and right semicircles of the sealing device in pairs and symmetrically to the transverse axis passing through the back of the rings and the slot of the ring locks, in this case, one pair of symmetrical nodes is made in the area of the ring locks so that the radial components from the resultant forces arising from interacting with each other the lateral inclined flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the lateral inclined flat surfaces of the grooves of the additional ring from each node of the symmetrical pair passed at an angle of 10 degrees to the transverse axis of the rings.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что проворачивание уплотнительного устройства в поршневой канавке в процессе работы двигателя возможно приостановить путем направления равнодействующих сил, действующих в каждой паре симметричных друг другу узлов в левой и правой полуокружностях уплотнительного устройства, навстречу друг другу и тем самым свести к нулю их суммарное окружное воздействие на поршневое и дополнительное кольца. И еще, одна из пар симметричных узлов уплотнительного устройства выполнена в районе замков колец так, что бы радиальные составляющие от равнодействующих сил проходили под углом 10 градусов к поперечной оси колец. Это увеличивает радиальное давление кончиков поршневого кольца в его замке к поверхности цилиндра двигателя.The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the rotation of the sealing device in the piston groove during engine operation can be stopped by directing the resultant forces acting in each pair of nodes symmetrical to each other in the left and right semicircles of the sealing device towards each other and thereby reduce zero their total circumferential effect on the piston and additional rings. And yet, one of the pairs of symmetrical nodes of the sealing device is made in the area of the ring locks so that the radial components from the resultant forces pass at an angle of 10 degrees to the transverse axis of the rings. This increases the radial pressure of the ends of the piston ring in its lock to the surface of the engine cylinder.

Предлагаемое уплотнительное устройство поршня поясняется чертежами.The proposed sealing device of the piston is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен продольный разрез части поршня в сборе с уплотнительным устройством; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1 (в районе замков уплотнительного устройства, где выполнена пара симметричных узлов I, равнодействующие силы F и одна из составляющих сил F - тангенциальные силы T, условно не показаны с целью более четкого рассмотрения действия радиальных сил R); на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2 (в качестве обстановки показан цилиндр двигателя вместе с уплотнительным устройством); на фиг.4 - узел I фиг.2.Figure 1 shows a longitudinal section of a part of the piston assembly with a sealing device; figure 2 - section aa figure 1 (in the area of the locks of the sealing device, where a pair of symmetrical nodes I is made, the resultant forces F and one of the component forces F are the tangential forces T, are conditionally not shown in order to more clearly consider the action of the radial forces R); figure 3 is a section bB of figure 2 (as the situation shows the cylinder of the engine along with the sealing device); figure 4 - node I of figure 2.

Уплотнительное устройство поршня содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлены рабочее поршневое разрезное кольцо 3 с клинообразными выступами 4, выполненными на его внутренней цилиндрической поверхности 5, и разрезное дополнительное кольцо 6 с фигурными пазами 7 (фиг.1 и 2).The piston sealing device comprises a piston 1, in the groove 2 of which a working piston split ring 3 with wedge-shaped protrusions 4 mounted on its inner cylindrical surface 5, and a split additional ring 6 with figured grooves 7 (FIGS. 1 and 2) are installed.

Дополнительное кольцо 6 установлено в заколечное пространство 8 рабочего поршневого кольца 3 концентрично с последним так, что внутренняя цилиндрическая поверхность 9 дополнительного кольца 6 по всей окружности контактирует с дном 10 поршневой канавки 2 (фиг.1, 2 и 3), а в фигурные пазы 7, которые выполнены по окружности внешней цилиндрической поверхности 11 дополнительного кольца 6, свободно входят клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3, так как ширина пазов 7 выполнена больше ширины клинообразных выступов 4 (фиг.2).The additional ring 6 is installed in the annular space 8 of the working piston ring 3 concentrically with the latter so that the inner cylindrical surface 9 of the additional ring 6 is in full contact with the bottom 10 of the piston groove 2 (Figs. 1, 2 and 3), and in the figured grooves 7 which are made around the circumference of the outer cylindrical surface 11 of the additional ring 6, the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 freely enter, since the width of the grooves 7 is larger than the width of the wedge-shaped protrusions 4 (FIG. 2).

Клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3 имеют боковые плоские поверхности 12, расположенные в радиальных плоскостях, и боковые плоские поверхности 13, лежащие в плоскостях, расположенных наклонно к радиальным плоскостям 12 клинообразных выступов 4 (фиг.2). Пазы 7 дополнительного кольца 6 также имеют плоские поверхности 14 и 15, которые параллельны соответственно плоским боковым поверхностям 12 и 13 клинообразных выступов 4 (фиг.2).The wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 have lateral flat surfaces 12 located in radial planes and lateral flat surfaces 13 lying in planes located obliquely to the radial planes 12 of the wedge-shaped protrusions 4 (FIG. 2). The grooves 7 of the additional ring 6 also have flat surfaces 14 and 15, which are parallel to the flat side surfaces 12 and 13 of the wedge-shaped protrusions 4, respectively (FIG. 2).

В гнезда 16 пазов 7 дополнительного кольца 6 помещены спиральные пружины 17, которые располагаются между боковыми радиальными плоскими поверхностями 14 пазов 7 и радиальными плоскими поверхностями 12 клинообразных выступов 4. Клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3 размещаются в пазах 7 дополнительного кольца 6 так, что бы боковые наклонные плоские поверхности 13 клинообразных выступов 4 контактировали с боковыми наклонными плоскими поверхностями 15 пазов 7 (фиг.2 и 3). При этом наклоны, взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей 13 клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 и боковых плоских поверхностей 15 пазов 7 дополнительного кольца 6, выполненных в левой полуокружности 18 уплотнительного устройства поршня от спинки колец 19 до прорези замков 20, направлены по часовой стрелке, а наклоны взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей 13 клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 и боковых плоских поверхностей 15 пазов 7 дополнительного кольца 6, выполненных в правой полуокружности 21 уплотнительного устройства от спинки колец 19 до прорези замков 20, направлены против часовой стрелки уплотнительного устройства поршня (фиг.2).In the nests 16 of the grooves 7 of the additional ring 6, spiral springs 17 are placed, which are located between the radial lateral flat surfaces 14 of the grooves 7 and the radial flat surfaces 12 of the wedge-shaped protrusions 4. The wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 are placed in the grooves 7 of the additional ring 6 so that the side the inclined flat surfaces 13 of the wedge-shaped protrusions 4 were in contact with the lateral inclined flat surfaces of 15 grooves 7 (FIGS. 2 and 3). In this case, the slopes of the interacting lateral flat surfaces 13 of the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 and the lateral flat surfaces 15 of the grooves 7 of the additional ring 6, made in the left semicircle 18 of the piston sealing device from the back of the rings 19 to the slot of the locks 20, are clockwise, and the slopes of the interacting lateral flat surfaces 13 of the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 and the lateral flat surfaces of 15 grooves 7 of the additional ring 6, made in the right half zhnosti sealing device 21 from the back rings 19 to lock the slit 20 are directed counterclockwise piston sealing device (2).

Узлы I (фиг.2) уплотнительного устройства поршня, включающие клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3, свободно входящие в пазы 7 дополнительного кольца 6, и спиральные пружины 17 расширителя, каждая из которых располагается в пазах 7 между боковыми радиальными плоскими поверхностями 14 пазов 7 и радиальными плоскими поверхностями 12 клинообразных выступов 4 (фиг.4), выполнены в левой 18 и правой 21 полуокружностях уплотнительного устройства периодически попарно и симметрично поперечной оси 22, проходящей через спинку колец 19 и прорезь замков 20 (фиг.2). При этом одна пара симметричных узлов I выполнена на кончиках 23 поршневого кольца 3 в районе прорези замков 20 так, что бы радиальные составляющие R от равнодействующих сил F, возникающих на взаимодействующих между собой боковых наклонных плоских поверхностях 13 клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 и боковых наклонных плоских поверхностях 15 пазов 7 дополнительного кольца 6, от каждого узла I симметричной пары, проходили под углом 10 градусов к поперечной оси 22 уплотнительного устройства (фиг.2).The nodes I (figure 2) of the piston sealing device, including wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3, freely entering the grooves 7 of the additional ring 6, and spiral springs 17 of the expander, each of which is located in the grooves 7 between the radial lateral flat surfaces 14 of the grooves 7 and radial flat surfaces 12 of the wedge-shaped protrusions 4 (figure 4), are made in the left 18 and right 21 semicircles of the sealing device periodically in pairs and symmetrically to the transverse axis 22 passing through the back of the rings 19 and the slot of the locks 20 ( ig.2). Moreover, one pair of symmetrical nodes I is made at the tips 23 of the piston ring 3 in the region of the slot of the locks 20 so that the radial components R from the resultant forces F arising on the interacting lateral inclined flat surfaces 13 of the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 and the lateral inclined the flat surfaces of 15 grooves 7 of the additional ring 6, from each node I of a symmetrical pair, passed at an angle of 10 degrees to the transverse axis 22 of the sealing device (figure 2).

Поршень 1 размещен в цилиндре двигателя 24, а поршневое кольцо 3 всей своей внешней окружной поверхностью 25 контактирует с зеркалом цилиндра 26 (фиг.3).The piston 1 is placed in the cylinder of the engine 24, and the piston ring 3 with its entire outer circumferential surface 25 is in contact with the mirror of the cylinder 26 (figure 3).

Уплотнительное устройство поршня работает следующим образом. В процессе перемещения поршня 1 рабочее поршневое кольцо 3 и цилиндр двигателя 23 подвергаются действию переменных сил давления газов, сил инерции движущихся частей поршневой группы и сил трения. Поршневое кольцо 3 деформируется. При этом теряется контакт на некоторых участках внешней окружной поверхности 25 рабочего поршневого кольца 3 с зеркалом цилиндра 26 (фиг.3). По этой причине будет наблюдаться некоторое смещение поршневого кольца 3 от зеркала цилиндра 26 по наклонным контактирующим плоским поверхностям 13 и 15 клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 и пазов 7 дополнительного кольца 6 в каждой полуокружности 18 и 21 уплотнительного устройства. Это может вызывать прорыв газов. Однако в этот момент спиральные пружины сжатия 17 расширителя в узлах I уплотнительного устройства как в левой полуокружности 18, так и в правой полуокружности 21 воздействуют в тангенциальном направлении (сила T) одновременно как на поршневое кольцо 3, так и на дополнительное кольцо 6, упираясь в боковые радиальные плоские поверхности 12 клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 и боковые радиальные плоские поверхности 14 пазов 7 дополнительного кольца 6 (фиг.2). В результате взаимодействия поршневого кольца 3 с дополнительным кольцом 6 по наклонным плоским поверхностям 13 клинообразных выступов 4 и наклонным плоским поверхностям 15 пазов 7 поршневое кольцо 3 отодвигается от дополнительного кольца 6 по его наклонным поверхностям 15 пазов 7 по направлению силы F, действующей в каждой паре симметричных узлов I, выполненных в левой 18 и правой 21 полуокружностях уплотнительного устройства. При этом поршневое кольцо 3 прижимается к зеркалу цилиндра 26 в радиальном направлении (сила R) с определенным усилием всей своей внешней окружной поверхностью 25, создавая тем самым уплотняющий эффект предлагаемого устройства (фиг.2 и 3).The sealing device of the piston operates as follows. In the process of moving the piston 1, the working piston ring 3 and the cylinder of the engine 23 are exposed to variable gas pressure forces, inertia forces of the moving parts of the piston group and friction forces. The piston ring 3 is deformed. In this case, contact is lost in some areas of the outer circumferential surface 25 of the working piston ring 3 with the mirror of the cylinder 26 (Fig. 3). For this reason, there will be some displacement of the piston ring 3 from the mirror of the cylinder 26 along the inclined contacting flat surfaces 13 and 15 of the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 and the grooves 7 of the additional ring 6 in each semicircle 18 and 21 of the sealing device. This can cause gas breakthroughs. However, at this moment, the spiral compression springs 17 of the expander in the nodes I of the sealing device both in the left semicircle 18 and in the right semicircle 21 act in the tangential direction (force T) simultaneously on the piston ring 3 and on the additional ring 6, resting against lateral radial flat surfaces 12 of the wedge-shaped protrusions 4 of the piston ring 3 and lateral radial flat surfaces 14 of the grooves 7 of the additional ring 6 (figure 2). As a result of the interaction of the piston ring 3 with the additional ring 6 along the inclined flat surfaces 13 of the wedge-shaped protrusions 4 and the inclined flat surfaces of the 15 grooves 7, the piston ring 3 moves away from the additional ring 6 along its inclined surfaces 15 of the grooves 7 in the direction of the force F acting in each pair of symmetrical nodes I, made in the left 18 and right 21 semicircles of the sealing device. When this piston ring 3 is pressed against the mirror of the cylinder 26 in the radial direction (force R) with a certain force of its entire outer circumferential surface 25, thereby creating a sealing effect of the proposed device (figure 2 and 3).

Так как уплотнительное устройство поршня выполнено таким образом, что в левой полуокружности 18 наклоны контактирующих плоских поверхностей 13 и 15 поршневого кольца 3 и дополнительного кольца 6 соответственно направлены по часовой стрелке, а в правой полуокружности 21 уплотнительного устройства - против часовой стрелки (фиг.2), то отсюда следует, что равнодействующие силы F, возникающие в контактирующих наклонных плоских поверхностях 13 и 15 в левой и правой полуокружностях 18 и 21 уплотнительного устройства так же направлены по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно. Поэтому, равнодействующие силы F, действующие в левой полуокружности 18 уплотнительного устройства поршня будет уравновешиваться равнодействующими силами F, действующими в правой полуокружности 21. Следовательно, уплотнительное устройство поршня в процессе работы двигателя перемещаться по окружности поршневой канавки не будет.Since the sealing device of the piston is made in such a way that in the left semicircle 18, the inclinations of the contacting flat surfaces 13 and 15 of the piston ring 3 and the additional ring 6 are respectively clockwise, and in the right semicircle 21 of the sealing device counterclockwise (figure 2) , then it follows that the resultant forces F arising in the contacting inclined flat surfaces 13 and 15 in the left and right semicircles 18 and 21 of the sealing device are also directed clockwise counterclockwise, respectively. Therefore, the resultant forces F acting in the left semicircle 18 of the piston sealing device will be balanced by the resultant forces F acting in the right semicircle 21. Therefore, the piston sealing device will not move around the circumference of the piston groove during engine operation.

Радиальные составляющие силы R от равнодействующих сил F, действующие в узлах I, выполненных на кончиках 23 поршневого кольца 3 в районе замков уплотнительного устройства, увеличивают радиальное давление кончиков 23 поршневого кольца 3 к зеркалу цилиндра 26 (фиг.3).The radial components of the force R from the resultant forces F, acting in the nodes I, made on the tips 23 of the piston ring 3 in the area of the locks of the sealing device, increase the radial pressure of the ends 23 of the piston ring 3 to the mirror of the cylinder 26 (figure 3).

Предлагаемое уплотнительное устройство поршня будет более надежно в работе и долговечнее по причине отсутствия проворачивания уплотнительного устройства в поршневой канавке 2, а также по причине увеличения радиальных давлений R кончиков 23 поршневого кольца 3 к зеркалу цилиндра 26 (фиг.2). Это улучшит приработку колец уплотнительного устройства к зеркалу цилиндра 26, повысит герметичность цилиндра 24 и увеличит долговечность работы двигателя.The proposed piston sealing device will be more reliable and more durable due to the lack of rotation of the sealing device in the piston groove 2, and also because of the increase in radial pressures R of the ends 23 of the piston ring 3 to the mirror of the cylinder 26 (figure 2). This will improve the running-in of the rings of the sealing device to the mirror of the cylinder 26, increase the tightness of the cylinder 24 and increase the durability of the engine.

Claims

A piston sealing device comprising a split piston ring installed in the piston groove, an additional split ring located concentrically with the piston ring in the annulus and contacting its inner cylindrical circumferential surface with the cylindrical bottom surface of the piston groove, and an expander made in the form of a set of coil springs located around the circumference between the piston and additional rings in contact with each other along an inclined flat lateral surface m grooves and wedge-shaped protrusions, and the wedge-shaped protrusions freely enter the grooves whose width is greater than the wedge-shaped protrusions, and the spiral springs of the expander are located in the grooves between the side surfaces of the grooves and the wedge-shaped protrusions, the planes of which are located in the radial direction, and the grooves are made on the outer cylindrical circumferential surface additional split ring, and the wedge-shaped protrusions are made on the inner cylindrical surface of the piston ring, characterized in that the slopes in clockwise interacting between the lateral flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the lateral flat surfaces of the grooves of the additional ring made in the left semicircle of the sealing device from the back of the rings to the slot of the locks, and the slopes of the lateral surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the lateral flat honey interacting with each other the groove surfaces of the additional ring, are made in the right semicircle of the sealing device from the back of the track c to the slot of the locks are directed counterclockwise, while the nodes of the sealing device, including wedge-shaped protrusions of the piston ring freely entering the grooves of the additional ring, and spiral springs of the expander, each of which is located in the grooves between the lateral radial surfaces of the grooves and the wedge-shaped protrusions, respectively, made in the left and right semicircles of the sealing device periodically in pairs and symmetrically to the transverse axis passing through the back of the rings and the slot of the ring locks, p At the same time, one pair of symmetrical nodes is made in the area of the ring locks so that the radial components from the resultant forces arising on the interacting lateral inclined flat surfaces of the wedge-shaped protrusions of the piston ring and the lateral inclined flat surfaces of the grooves of the additional ring from each symmetrical pair assembly pass at an angle 10 ° to the transverse axis of the rings.