RU80897U1

RU80897U1 - PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU80897U1
Application number: RU2008117577/22U
Authority: RU
Inventors: Георгий Александрович Гаук; Николай Николаевич Таращан; Андрей Владимирович Голенищев
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2009-02-27

Abstract

Поршень двигателя внутреннего сгорания. Использование: двигателе-строение и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания. Технический результат: изобретение позволяет повысить срок службы поршневых колец двигателя внутреннего сгорания. Сущность: поршень (1) содержит поршневые канавки (2) для установки поршневых колец(5). В поршневой канавке (2) на опорной поверхности (4) выполнена проточка (3). Возникающие при работе поршня осевые нагрузки кольца (5) на опорную поверхность (4) в сочетании с его радиальным, тангенциальным и вращательным перемещениям приводят к износу в традиционных поршня 75-90% поверхности. Проточка (3) заявляемого поршня предотвращает образование выступа (6) у основания канавки в традиционных поршнях и, следовательно - дополнительные напряжения в новых устанавливаемых кольцах (5) при зависании их на выступе и поломки. 1 ИЛ.The piston of an internal combustion engine. Usage: engine-structure and operation of internal combustion engines. Effect: the invention improves the service life of the piston rings of the internal combustion engine. SUBSTANCE: piston (1) contains piston grooves (2) for installing piston rings (5). A groove (3) is made in the piston groove (2) on the abutment surface (4). The axial loads of the ring (5) arising during the operation of the piston on the supporting surface (4) in combination with its radial, tangential and rotational movements lead to 75-90% of the surface wear in traditional pistons. The groove (3) of the inventive piston prevents the formation of a protrusion (6) at the base of the groove in traditional pistons and, therefore, additional stresses in the new installed rings (5) when they hang on the protrusion and break. 1 IL.

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to the field of engine building and operation of internal combustion engines.

Надежность эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, как известно, обусловлена надежностью его деталей узлов, элементов, в частности надежностью цилиндро-поршневой группы, а более конкретно, поршневых колец, моторесурс которых мал по сравнению с другими элементами этой группы, что вызывает необходимость их сравнительно частой замены. При этом установлено, что новые кольца в изношенной поршневой канавке разрушаются значительно быстрее из-за их повышенных напряжений.The reliability of operation of an internal combustion engine, as is known, is due to the reliability of its parts, components, in particular the reliability of the cylinder-piston group, and more specifically, piston rings, whose motor life is small compared to other elements of this group, which necessitates their relatively frequent replacement . It was found that new rings in a worn piston groove break up much faster due to their increased stresses.

Известен целый ряд решений направленных на упрочнение колец.A number of solutions are known aimed at hardening rings.

Известно, например, техническое решение, позволяющее увеличить срок службы поршневого кольца путем применения на трущихся поверхностях жаростойкого материала, содержащего 65-90% высокохромистого чугунного порошка и 40-10% порошка медного сплава (см. заявку №58-113368 Японии, МПК⁴ С23С 7/00, F02F 5/00).It is known, for example, a technical solution that allows to increase the service life of the piston ring by applying heat-resistant material containing 65-90% high-chromium cast iron powder and 40-10% copper alloy powder on friction surfaces (see Japan Application No. 58-113368, IPC ⁴ C23C 7/00, F02F 5/00).

К повышению абразивной стойкости поршневых колец приводит применение материалов с покрытием методом плазменной наплавки твердых материалов, в том числе хрома, молибдена, композиции RF 4302 и материала Alfit ("Найнен кикан, naineu kikan, Internal Combustion Engine", 1983, 22, №13, 73-82 (яп.)).The abrasion resistance of piston rings is enhanced by the use of coated materials by plasma surfacing of hard materials, including chromium, molybdenum, composition RF 4302 and Alfit material (Nainen Kikan, Naineu Kikan, Internal Combustion Engine, 1983, 22, No. 13, 73-82 (jap.)).

Известно техническое решение, позволяющее снизить износ и продлить срок службы поршневого кольца путем конструктивного улучшения условий смазки пары трения кольцо-втулка цилиндра (см. а.с. 1016551, СССР, МПК⁴ F02F 5/00). Для этого на рабочей поверхности кольца выполнены маслоудерживающие канавки треугольной формы.A technical solution is known that allows to reduce wear and extend the service life of the piston ring by constructively improving the lubrication conditions of the friction pair of the ring-cylinder sleeve (see AS 1016551, USSR, IPC ⁴ F02F 5/00). For this, oil-holding grooves of a triangular shape are made on the working surface of the ring.

Недостатком всех известных технических решений, направленных на повышение The disadvantage of all known technical solutions aimed at increasing

износостойкости поршневых колец путем упрочения поверхности или конструктивного улучшения условия их смазки является невозможность предотвращения неравномерного износа поршневой канавки. Это приводит в итоге к поломке нового непроработанного поршневого кольца, устанавливаемого в изношенную поршневую канавку, до достижения им нормального эксплуатационного износа.the wear resistance of the piston rings by hardening the surface or constructively improving the conditions for their lubrication is the inability to prevent uneven wear of the piston groove. This ultimately leads to the breakdown of a new untreated piston ring installed in a worn piston groove, until it reaches normal operational wear.

Известны технические решения, конкретно поршни, в которых применяются упрочненные поверхности канавок для поршневых колец.Technical solutions are known, specifically pistons, in which hardened surfaces of grooves for piston rings are used.

Известен, например поршень из материала алюминиевого сплава для дизеля (см. патент США №4432313, МПК⁴ F02F 3/10) с твердосплавным напылением стенок, канавки верхнего кольца. Твердый сплав на основе алюминия, сочетающий высокую твердость и вязкость в условиях высокой температуры содержит 6-12% Si, 6% Си, 2-6% Mn, 3% Fe и 25% Ni. Сплав нанесен методом плазменного напыления в зоне верхней канавки.Known, for example, is a piston made of an aluminum alloy material for a diesel engine (see US patent No. 4432313, IPC ⁴ F02F 3/10) with carbide spraying of the walls, grooves of the upper ring. A hard alloy based on aluminum, combining high hardness and toughness under high temperature conditions contains 6-12% Si, 6% Cu, 2-6% Mn, 3% Fe and 25% Ni. The alloy is deposited by plasma spraying in the area of the upper groove.

Недостатком такого поршня является невозможность и путем твердосплавного напыления предотвратить износ поверхности поршневой канавки, который в конечном итоге приводит к образованию на опорной поверхности характерного выступа у основания канавки, за счет повышенного абразивного износа остальной части опорной поверхности.The disadvantage of such a piston is the inability to prevent wear of the surface of the piston groove, which ultimately leads to the formation of a characteristic protrusion at the base of the groove on the supporting surface, due to increased abrasive wear of the remaining part of the supporting surface.

В результат при установке в изношенную поршневую канавку нового (неприработанного) кольца, оно провисает на выступе, что приводит к появлению в нем дополнительных напряжений (превышающих номинальные в 10-20 раз), и в итоге - к его поломке до достижения им величины нормального эксплуатационного износа.As a result, when a new (unworked) ring is inserted into a worn piston groove, it sags on the protrusion, which leads to the appearance of additional stresses in it (exceeding the nominal ones by 10–20 times), and as a result, to its breakdown until it reaches the normal operating value wear and tear.

Таким образом, дорогостоящая технология упрочнения поршней не решает проблемы надежности поршневых колец и, следовательно, двигателей внутреннего сгорания в целом, в которых в настоящее время применяются как поршни с упрочненными канавками, так и обычные поршни без упрочнения.Thus, the expensive piston hardening technology does not solve the reliability problems of piston rings and, therefore, internal combustion engines in general, which currently use both pistons with reinforced grooves and conventional pistons without hardening.

Известен поршень двигателя внутреннего сгорания содержаний Known piston for internal combustion engine contents

поршневые канавки (см. например описание двигателя МАН K6Z 57/80A), который наиболее близок по технической сущности к заявляемому, как наиболее обобщенный пример.piston grooves (see, for example, the MAN K6Z 57 / 80A engine description), which is closest in technical essence to the claimed one, as the most generalized example.

Недостатком такого поршня является неравномерный износ опорной поверхности поршневой канавки, характеризующийся образованием выступа у ее основания, и обусловленное этим снижение срока службы новых поршневых колец, устанавливаемых в изношенную поршневую канавку.The disadvantage of this piston is the uneven wear of the supporting surface of the piston groove, characterized by the formation of a protrusion at its base, and the resulting reduction in the service life of new piston rings installed in a worn piston groove.

Технической задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является устранение указанного недостатка, т.е. повышение срока службы поршневого кольца за счет изменения характера износа опорной поверхности поршневой канавки.The technical problem to which the claimed invention is directed is to eliminate this drawback, i.e. increasing the service life of the piston ring due to a change in the wear pattern of the supporting surface of the piston groove.

Указанная задача достигается тем, что в известном поршне, содержащем поршневую канавку, у основания ее (у дна канавки) на опорной поверхности выполнена кольцевая проточка (кольцевая канавка). Ширина проточки составляет 10-25% глубины канавки. Глубину проточки выбирают исходя из прочности поршня.This task is achieved by the fact that in the known piston containing the piston groove, at its base (at the bottom of the groove), an annular groove (annular groove) is made on the supporting surface. The groove width is 10-25% of the groove depth. The depth of the groove is selected based on the strength of the piston.

Выполнение в поршневой канавки кольцевой проточки у основания в конечном итоге значительно повышает срок службы поршневых колец, устанавливаемых в канавки поршня за весь период его эксплуатации, что обусловлено влиянием этой проточки на характер износа опорной поверхности канавки (износ становится более равномерным) и как следствие этого, значительным снижением дополнительных возникающих напряжений в кольце при его перекосе и зависании. При возвратно-поступательном движении поршня и возникающем при этом радиально-тангенциальном и осевом перемещении поршневого кольца наиболее интенсивному износу подвергается 75-90% опорной поверхности канавки, примыкающей к ее наружной кромке, что при кольцевой проточке у основания не может привести к образованию на ее месте характерного выступа неизношенной поверхности и возникновению дополнительных изгибающих нагрузок (со The implementation of an annular groove in the piston groove at the base ultimately significantly increases the service life of the piston rings installed in the piston grooves for the entire period of its operation, due to the effect of this groove on the wear pattern of the groove support surface (wear becomes more uniform) and, as a result, a significant reduction in additional stresses arising in the ring when it is skewed and hung. During reciprocating movement of the piston and the resulting radial tangential and axial movement of the piston ring, 75-90% of the supporting surface of the groove adjacent to its outer edge undergoes the most intensive wear, which, with an annular groove at the base, cannot lead to formation in its place a characteristic protrusion of an unworn surface and the occurrence of additional bending loads (with

сложной эпюрой), что снижает в результате этого неравномерность износа опорной поверхности и предотвращает, таким образом, преждевременную поломку новых поршневых колец, устанавливаемых в изношенную канавку поршня.complex plot), which reduces the unevenness of the wear of the bearing surface as a result and thus prevents premature breakage of new piston rings installed in the worn piston groove.

На фиг.1 изображен поршень с проточкой в его канавке, на фиг.2 изображена изношенная поршневая канавка без проточки и установленным в нее новым поршневым кольцом.Figure 1 shows a piston with a groove in its groove, figure 2 shows a worn piston groove without a groove and a new piston ring installed in it.

Поршень 1 содержит поршневую канавку 2 и кольцевую проточку 3, выполненную у основания ее на опорной поверхности 4. Ширина проточки 3 составляет 10-25% глубины Н канавки 2. Глубину h проточки выбирают исходя из прочности поршня. В поршень 1 установлено кольцо 5.The piston 1 contains a piston groove 2 and an annular groove 3 made at the base of it on the supporting surface 4. The width of the groove 3 is 10-25% of the depth H of the groove 2. The depth h of the groove is selected based on the strength of the piston. A ring 5 is installed in the piston 1.

Поршень работает следующим образом.The piston works as follows.

При работе двигателя внутреннего сгорания поршень 1 совместно с поршневым кольцом 5 совершает возвратно-поступательное движение. Кольцо 5 обеспечивает уплотнение между поршнем 1 и цилиндровой втулкой при этом совершает радиально-тангенциальные, вращательные перемещения в канавке 2 и испытывает осевые нагрузки от давления газов в цилиндре. Эти нагрузки, движения в сочетании с продуктами износа, нагара приводят к износу опорной поверхности 4 канавки 2. Наиболее интенсивному износу подвергается 75-90% опорной поверхности 4 канавки 2, примыкающей к ее наружной кромке. Проточка 3 в поршневой канавке 2, ширина которой составляет 10-25% от глубины канавки, предотвращает образования выступа 6 на опорной поверхности у основания канавки 2, обеспечивая равномерный ее износ и плотное прилегание кольца 5 к опорной поверхности 4, что предупреждает возникновение дополнительных изгибающих нагрузок на кольцо и поломку его по этой причине.During operation of the internal combustion engine, the piston 1 together with the piston ring 5 performs a reciprocating motion. The ring 5 provides a seal between the piston 1 and the cylinder bushing while making radial tangential, rotational movements in the groove 2 and experiences axial loads from gas pressure in the cylinder. These loads, movements in combination with wear products, soot lead to wear of the supporting surface 4 of the groove 2. The most intensive wear is 75-90% of the supporting surface 4 of the groove 2 adjacent to its outer edge. The groove 3 in the piston groove 2, the width of which is 10-25% of the depth of the groove, prevents the formation of a protrusion 6 on the supporting surface at the base of the groove 2, ensuring uniform wear and tight fit of the ring 5 to the supporting surface 4, which prevents the occurrence of additional bending loads on the ring and breaking it for this reason.

В канавке без проточки в результате неполного износа ее опорной поверхности 4 по глубине образуется характерный выступ 6 неизношенной поверхности. Изнашивается и поршневое кольцо которое меняется в процессе In a groove without a groove as a result of incomplete wear of its supporting surface 4 in depth, a characteristic protrusion 6 of an unworn surface is formed. The piston ring, which changes in the process, also wears out.

эксплуатации на новое. Положение нового (неприработанного к опорной поверхности 4) кольца 5 в изношенной канавке 2 с выступом 6 у основания не обеспечивает его плотного прилегания к опорной поверхности 4. Оно как бы «зависает» на выступе 6. В результате этого при работе двигателя кольцо 2 испытывает дополнительные изгибающие нагрузки, которые в конечном итоге приводят к поломке кольца, до достижения им нормального эксплуатационного износа.operation for a new one. The position of the new (untreated to the supporting surface 4) ring 5 in the worn groove 2 with the protrusion 6 at the base does not ensure its tight fit to the supporting surface 4. It seems to “hang” on the protrusion 6. As a result, when the engine is running, the ring 2 experiences additional bending loads, which ultimately lead to breakage of the ring, until it reaches normal wear and tear.

Преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с прототипом является обусловленное его отличительными признаками значительное сокращение поломок поршневых колец (увеличение срока их службы), снижение износа канавок поршней (увеличение межремонтного срока службы поршней) и, как следствие этого, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание двигателей внутреннего сгорания (сокращение межремонтных переборок цилиндро-поршневой группы), снижение затрат на запасные части.The advantage of the proposed technical solution compared to the prototype is due to its distinctive features, a significant reduction in piston ring breakdowns (increase in their service life), decrease in piston groove wear (increase in the overhaul life of pistons) and, as a result, lower operating costs for servicing internal combustion engines (reduction of overhaul bulkheads of the cylinder-piston group), reduction of costs for spare parts.

Claims

An internal combustion engine piston containing piston grooves, characterized in that in the groove at its base an annular groove is made on the supporting surface with a width of 10-25% of the groove depth.