RU2651694C1 - Internal combustion engine sleeve assembly - Google Patents
Internal combustion engine sleeve assembly Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651694C1 RU2651694C1 RU2016150752A RU2016150752A RU2651694C1 RU 2651694 C1 RU2651694 C1 RU 2651694C1 RU 2016150752 A RU2016150752 A RU 2016150752A RU 2016150752 A RU2016150752 A RU 2016150752A RU 2651694 C1 RU2651694 C1 RU 2651694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compression ring
- piston
- rings
- cylinder
- ring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, and specifically to the design, manufacture and operation of internal combustion engines.
Известны цилиндропоршневые группы двигателей внутреннего сгорания, в которых проведена минимизация зазоров, применено обжимное поршневое кольцо, внутренняя поверхность цилиндра выполнена цилиндрической, овальной или конической формы, а поршневые кольца имеют рабочую поверхность, выполненную в виде конуса или сферы (патент RU №2425999, 2011; патент RU №2372506, 2009; патент RU №2447307, 2012; заявка №58-53186, Япония, 1983; патент RU №2244145, 2000; заявка RU №2001112831, патент RU №2372506, опубл. 2009).Known cylinder-piston groups of internal combustion engines in which the clearance has been minimized, a crimp piston ring is applied, the inner surface of the cylinder is cylindrical, oval or conical in shape, and the piston rings have a working surface made in the form of a cone or sphere (patent RU No. 2425999, 2011; RU patent No. 2372506, 2009; RU patent No. 2447307, 2012; Application No. 58-53186, Japan, 1983; RU patent No. 2244145, 2000; RU application No. 200111831, patent RU No. 2372506, publ. 2009).
Известна цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания (патент №2372508, МПК F02F 5/00, опубликовано 10.11.2009), ближайшая по технической сущности к заявляемой и принятая за прототип, содержащая цилиндр и поршень, в поршневой канавке которого установлено компрессионное кольцо с конусной рабочей поверхностью, внутренняя поверхность цилиндра выполнена в виде усеченного конуса с большим основанием в нижней части цилиндра и с меньшим основанием в верхней части цилиндра, а рабочая поверхность компрессионного кольца выполнена в виде конуса с уклоном к своему верхнему торцу, причем угол конуса рабочей поверхности кольца αк меньше угла конуса цилиндра αц на величину его изменения в результате термодинамических изменений размеров цилиндра в процессе работы двигателя.Known cylinder-piston group of an internal combustion engine (patent No. 2372508, IPC F02F 5/00, published November 10, 2009), closest in technical essence to the claimed one and adopted as a prototype, containing a cylinder and a piston, in the piston groove of which a compression ring with a conical working surface is installed , the inner surface of the cylinder is made in the form of a truncated cone with a large base in the lower part of the cylinder and with a smaller base in the upper part of the cylinder, and the working surface of the compression ring is made in the form of a cone a bias to its upper end, the working surface angle α of the cone ring toward the cylinder lower cone angle α i by the amount of change as a result of thermodynamic changes sizes of the cylinder during engine operation.
В известном устройстве между поверхностью внутреннего диаметра верхнего компрессионного кольца и поверхностью внешнего диаметра обжимного кольца имеется технологический зазор, который увеличивается по мере продвижения поршня в нижнюю мертвую точку. К тому же этот зазор повышается в процессе эксплуатации двигателя за счет увеличения диаметра цилиндра под действием рабочих температур и износа контактных поверхностей цилиндра и рабочей поверхности компрессионного кольца. Прорыв рабочих газов из камеры сгорания происходит через зазор между верхней полкой поршневой канавки и верхним торцом верхнего компрессионного кольца. Далее через зазор в замке компрессионного кольца попадает в образовавшуюся полость между вертикальными поверхностями компрессионного кольца и обжимного кольца, затем через зазоры в замках нижележащих поршневых колец в придонную полость поршневой расточки, привнося туда, кроме всего прочего, отходы рабочего процесса, со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Кроме того, находясь в зоне самых высоких рабочих температур и давлений, верхнее компрессионное кольцо должно иметь как можно большую контактную площадь со стенкой цилиндра для улучшения условий теплопередачи от перегретой головки поршня охлаждаемому цилиндру. Все это приобретает особое значение при проектировании среднеоборотных и, в большей степени, малооборотных мощных и сверхмощных силовых установок.In the known device between the surface of the inner diameter of the upper compression ring and the surface of the outer diameter of the crimp ring there is a technological gap, which increases as the piston moves to bottom dead center. In addition, this gap increases during operation of the engine due to an increase in the diameter of the cylinder under the influence of operating temperatures and wear of the contact surfaces of the cylinder and the working surface of the compression ring. Breakthrough of working gases from the combustion chamber occurs through the gap between the upper shelf of the piston groove and the upper end of the upper compression ring. Then, through the gap in the lock of the compression ring, it enters the cavity between the vertical surfaces of the compression ring and the compression ring, then through the gaps in the locks of the underlying piston rings into the bottom cavity of the piston bore, introducing, among other things, waste from the working process, with all the negative consequences the consequences. In addition, being in the zone of the highest operating temperatures and pressures, the upper compression ring should have the greatest possible contact area with the cylinder wall to improve the heat transfer conditions from the overheated piston head to the cooled cylinder. All this is of particular importance in the design of medium-speed and, to a greater extent, low-speed powerful and heavy-duty power plants.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание эффективного двигателя внутреннего сгорания, за счет обеспечения улучшенных условий теплопередачи в цилиндропоршневой группе.The technical problem to which the invention is directed is the creation of an effective internal combustion engine, by providing improved heat transfer conditions in the piston cylinder group.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении коэффициента полезного действия двигателя, уменьшении расхода топлива и моторного масла, увеличении мощности и ресурса двигателя, уменьшении вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, consists in increasing the efficiency of the engine, reducing fuel and engine oil consumption, increasing the power and life of the engine, reducing harmful and polluting impurities in the exhaust gases.
Технический результат достигается тем, что в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, содержащей цилиндр, у которого внутренняя поверхность выполнена в виде усеченного конуса с большим основанием в нижней части и меньшим основанием в верхней части, компрессионные кольца, рабочая поверхность которых выполнена в виде конуса с уклоном к своему верхнему торцу, новым является то, что наружная поверхность поршня выполнена конической формы с углом конуса, равным углу конуса внутренней поверхности цилиндра, дополнительно введены маслосъемные кольца, рабочая поверхность которых выполнена под углом к стенке цилиндра, все кольца расположены в одной поршневой расточке, при этом верхняя часть расточки выполнена меньшим радиусом с образованием ступеньки, верхнее компрессионное кольцо установлено в верхней части расточки, площадь поверхности его верхнего торца равна площади вертикальной поверхности его внутреннего диаметра, а радиальная толщина верхнего компрессионного кольца равна радиальной глубине верхней части расточки, среднее компрессионное кольцо, расположенное под верхним компрессионным кольцом снабжено обжимным разрезным кольцом, наружный радиус которого больше внутреннего радиуса верхнего компрессионного кольца, при этом внутренний радиус среднего компрессионного кольца больше внутреннего радиуса верхнего и нижнего компрессионных колец, радиальная толщина нижнего компрессионного кольца, верхнего и нижнего маслосъемных колец равна глубине расточки, а среднее маслосъемное кольцо имеет обжимное разрезное кольцо.The technical result is achieved in that in the cylinder-piston group of an internal combustion engine containing a cylinder in which the inner surface is made in the form of a truncated cone with a large base in the lower part and a smaller base in the upper part, compression rings, the working surface of which is made in the form of a cone with a slope to its upper end, new is that the outer surface of the piston is conical in shape with a cone angle equal to the cone angle of the inner surface of the cylinder, There are oil scraper rings, the working surface of which is made at an angle to the cylinder wall, all rings are located in one piston bore, while the upper part of the bore is made with a smaller radius to form a step, the upper compression ring is installed in the upper part of the bore, the surface area of its upper end is equal to the area the vertical surface of its inner diameter, and the radial thickness of the upper compression ring is equal to the radial depth of the upper part of the bore, the average compression ring, The one underneath the upper compression ring is equipped with a crimp split ring, the outer radius of which is greater than the inner radius of the upper compression ring, while the inner radius of the middle compression ring is larger than the inner radius of the upper and lower compression rings, the radial thickness of the lower compression ring, the upper and lower oil rings is equal to the depth of the bore and the middle oil scraper ring has a crimp split ring.
Верхнее компрессионное кольцо выполнено из металлов и сплавов с повышенными теплопроводными свойствами и наименьшими механическими потерями на трение.The upper compression ring is made of metals and alloys with enhanced heat-conducting properties and the lowest mechanical friction losses.
В верхней части поршневой расточки установлено дополнительное компрессионное кольцо, при этом величина площади верхнего торца верхнего компрессионного кольца равна величине суммы площадей поверхностей внутренних диаметров обоих поршневых колец.An additional compression ring is installed in the upper part of the piston bore, while the area of the upper end of the upper compression ring is equal to the sum of the surface areas of the inner diameters of both piston rings.
На фигуре представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке и условно в нижней мертвой точке.The figure shows a partial section of an internal combustion engine when the piston is at top dead center and conditionally at bottom dead center.
Двигатель внутреннего сгорания содержит: цилиндр 1; поршень 2; верхнее компрессионное кольцо 3, установленное в верхней поршневой расточке 4; среднее компрессионное кольцо 5; нижнее компрессионное кольцо 6; верхнее маслосъемное кольцо 7; среднее маслосъемное кольцо 8; нижнее маслосъемное кольцо 9; обжимное разрезное кольцо 10; обжимное разрезное кольцо 11, расположенные в поршневой расточке 12.The internal combustion engine comprises:
На фигуре представлено положение поршня 2 в верхней мертвой точке и условно показано положение поршня 2 и расположение всех поршневых колец относительно цилиндра 1 в нижней мертвой точке.The figure shows the position of the
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При запуске двигателя поршень 2 находится в верхней мертвой точке на такте «всасывание», все зазоры в системе «цилиндр 1 - поршневые кольца - поршень 2» близки к нулю. При движении поршня 2 в нижнее положение диаметр цилиндра 1 постепенно увеличивается, компрессионные и маслосъемные кольца, плотно контактируя со стенкой цилиндра 1, разжимаясь, увеличивают свои внешние и внутренние диаметры. В результате этих смещений появляются постепенно увеличивающиеся зазоры между вертикальными поверхностями внутренних диаметров компрессионных 3, 5, 6 и маслосъемных колец 7, 8, 9 и неподвижных поверхностей наружных диаметров обжимных колец 10, 11 и дна поршневых расточек 4 и 12.The internal combustion engine operates as follows. When the engine is started,
За счет повышенного трения «скоблящих» маслосъемных колец 7, 8 и 9 о стенку цилиндра 1 весь пакет поршневых колец, включая обжимные кольца 10 и 11, смещается вверх, образуя зазор между нижней полкой поршневой расточки 12 и нижним торцом нижнего маслосъемного кольца 9, который в процессе прогрева двигателя увеличивается за счет более активного теплового расширения поршневой расточки. Плотно прижатые друг к другу все поршневые кольца в пакете с зазорами в замках колец, расположенными под 180° по отношению друг к другу, а также перекрытие основного зазора в придонной полости поршневой расточки обжимными кольцами 10 и 11, практически исключают газодинамические потери, образуя глубокое разряжение и активное всасывание свежего заряда воздуха в увеличивающееся пространство над поршнем 2. Одновременно обжимное кольцо 10 перекрывает путь прорыва моторного масла, снимаемого со стенки цилиндра 1, через нижний зазор и основной зазор, образующийся в придонной полости поршневой расточки 12, исключая проникновение масла в зону высокотемпературных рабочих газов, влияющих на ухудшение физико-химических качеств моторного масла и досрочную его сменяемость.Due to the increased friction of the “scraping”
При движении поршня 2 в верхнее положение на такте «сжатие» процесс повторяется в обратном порядке. Под действием возрастающего давления на верхний торец верхнего компрессионного кольца 3, весь пакет поршневых колец, смещаясь в нижнее положение, прижимается к нижней полке поршневой расточки 12, закрывая зазор между нижним торцом нижнего маслосъемного кольца 9 и нижней полкой поршневой расточки 12 и открывая зазор между верхней полкой поршневой расточки 4 и верхним торцом верхнего компрессионного кольца 3. Путь прорыва возрастающего давления рабочих газов, через открывшийся зазор в придонную полость поршневой расточки 12 и далее в картер двигателя, преграждают обжимные кольца 10 и 11, а зазор в замке верхнего компрессионного кольца 3 перекрыт промежуточным компрессионным кольцом 5 и остальными поршневыми кольцами, включая маслосъемные поршневые кольца 7, 8 и 9. «Пакетная» конструкция уплотнения между поршнем 2 и цилиндром 1 обеспечивает практическое равенство действительного количества свежего заряда воздуха L с теоретически необходимым L0, т.е. коэффициент избытка воздуха α=L/L0≈1, что является свидетельством нецелесообразности применения каких-либо систем дополнительных «наддувов». При подходе к верхней мертвой точке диаметры цилиндра 1 и поршня 2 уменьшаются, следовательно, снижаются усилия создания более ранней критической величины давления рабочих газов над поршнем 2, обеспечивая более раннее воспламенение рабочей смеси и увеличение времени распространения пламени по всему фронту, тем самым содействуя более полному сгоранию топливовоздушной смеси и увеличению мощности двигателя, сокращению вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.When the
При движении поршня 2 в нижнее положение на такте «рабочий ход» высокоэффективное уплотнение между цилиндром 1 и поршнем 2, исключая прорыв высокотемпературных рабочих газов в картер двигателя, обеспечивает более полное срабатывание рабочего давления, повышая полезную работу двигателя, при этом маслосъемное поршневое устройство удаляет моторное масло со стенки цилиндра 1, исключая его встречу с высокотемпературными рабочими газами, более длительное время сохраняя физико-химические качества масла, существенно продлевая ресурс и увеличивая сроки его сменяемости.When the
При движении поршня 2 в верхнее положение на такте «выпуск» высокоэффективное уплотнение между поршнем 2 и цилиндром 1 обеспечивает более полное освобождение цилиндра 1 от отработавших рабочих газов, при этом маслосъемное поршневое устройство практически исключает попадание моторного масла в камеру сгорания и далее на выхлоп, существенно уменьшая расход моторного масла на угар и положительно влияя на экологические показатели двигателя.When the
Минимизация всех термодинамических зазоров в цилиндропоршневой группе двигателя, высокоэффективное уплотнение между поршнем 2 и цилиндром 1, обеспечивающие незначительные газодинамические потери и механические потери на трение, высокоэффективное маслосъемное поршневое устройство, ограничивающее попадание моторного масла в зону высокотемпературных рабочих газов, сохраняя его физико-химические свойства более длительное время и, соответственно, существенно увеличивая сроки его замены, применение конической формы внутренней поверхности цилиндра и наружной поверхности поршня, все это в совокупности создают новые условия повышения работоспособности цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания.Minimization of all thermodynamic clearances in the piston-cylinder group of the engine, highly efficient sealing between the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150752A RU2651694C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Internal combustion engine sleeve assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150752A RU2651694C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Internal combustion engine sleeve assembly |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2651694C1 true RU2651694C1 (en) | 2018-04-23 |
Family
ID=62045299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150752A RU2651694C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Internal combustion engine sleeve assembly |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2651694C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5251915A (en) * | 1990-02-12 | 1993-10-12 | General Motors Corporation | Piston and ring assembly |
RU2141067C1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-11-10 | Новочеркасский технический государственный университет | Seal for piston-cylinder pair of internal combustion engine |
RU2372508C1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Cylinder-piston group of internal combustion engine |
US20100065008A1 (en) * | 2007-01-19 | 2010-03-18 | Ricardo Uk Limited | Pistons for internal combustion engines |
RU2458239C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Ice piston scraper |
-
2016
- 2016-12-22 RU RU2016150752A patent/RU2651694C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5251915A (en) * | 1990-02-12 | 1993-10-12 | General Motors Corporation | Piston and ring assembly |
RU2141067C1 (en) * | 1998-03-11 | 1999-11-10 | Новочеркасский технический государственный университет | Seal for piston-cylinder pair of internal combustion engine |
US20100065008A1 (en) * | 2007-01-19 | 2010-03-18 | Ricardo Uk Limited | Pistons for internal combustion engines |
RU2372508C1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Cylinder-piston group of internal combustion engine |
RU2458239C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Ice piston scraper |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2447306C1 (en) | Ice piston seal | |
US10125869B2 (en) | Piston ring for an internal combustion engine | |
US10309535B2 (en) | Piston ring for an internal combustion engine | |
US9316312B2 (en) | Piston ring for an internal combustion engine | |
US20140000549A1 (en) | Compression ring for an engine | |
RU2651694C1 (en) | Internal combustion engine sleeve assembly | |
US9194327B2 (en) | Cylinder liner with slots | |
RU2624376C1 (en) | Ice sleeve assembly of internal combustion engines | |
CN102518525A (en) | Cylinder sleeve | |
RU2372506C2 (en) | Piston sealing for internal combustion engine | |
US5261362A (en) | Piston assembly having multiple piece compression ring | |
RU2412367C1 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
RU2535598C1 (en) | Ice piston seal | |
US20080017162A1 (en) | Surface treated compression ring and method of manufacture | |
RU2372508C1 (en) | Cylinder-piston group of internal combustion engine | |
RU92105U1 (en) | PISTON SEAL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2616687C1 (en) | Piston unit of the internal combustion engine (versions) | |
RU2619001C1 (en) | Oil-removing piston unit for internal-combustion engine | |
RU2361105C2 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
RU76082U1 (en) | PISTON SEAL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2625419C1 (en) | Oil-removing piston unit for internal-combustion engine | |
RU10812U1 (en) | COMPRESSION PISTON RING | |
KR20010054470A (en) | Cylinder bore structure to prevent carbon daposit on topland of piston | |
RU80201U1 (en) | PISTON SEAL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE (OPTIONS) | |
FI128417B (en) | Cylinder liner with slots |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191223 |