SU1663220A1

SU1663220A1 - Cylinder-piston group

Info

Publication number: SU1663220A1
Application number: SU894664861A
Authority: SU
Inventors: Сергей Геннадьевич Некрасов; Вячеслав Викторович Седышев
Original assignee: Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1991-07-15

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению, а именно к цилиндропоршневой группе (ЦПГ) двигателей внутреннего сгорани (ДВС) и поршневых компрессоров. Изобретение позвол ет улучшить экономические показатели и повысить мощность ДВС. ЦПГ содержит гильзу цилиндра 1 с установленным в ней поршнем 4, снабженным компрессионными и маслосъемными кольцами 5. В средней части гильзы цилиндра 1 установлены группы по сов вибраторов 3, активна поверхность которых совпадает с внутренней поверхностью гильзы цилиндра, а на внешней поверхности гильзы - электромеханические преобразователи 2, частота напр жени питани которых совпадает с собственной частотой вибраторов. 2 ил.The invention relates to mechanical engineering, in particular to a cylinder-piston group (CPG) of internal combustion engines (ICE) and piston compressors. The invention allows to improve the economic performance and increase the power of the engine. CPG contains cylinder liner 1 with piston 4 installed in it, equipped with compression and oil wiper rings 5. In the middle part of cylinder liner 1, groups of vibrators 3 are installed, the active surface of which coincides with the inner surface of the cylinder liner, and on the outer surface of the liner - electromechanical transducers 2, the frequency of the supply voltage of which coincides with the natural frequency of the vibrators. 2 Il.

Description

фиг.1figure 1

Изобретение относитс к машиностроению , а именно к цилиндропоршневой группе (ЦП Г) двигателей внутреннего сгорани и поршневых компрессоров.The invention relates to mechanical engineering, in particular to a cylinder-piston group (CPU G) of internal combustion engines and piston compressors.

Цель изобретени - повышение экономичности и мощности за счет снижени в зкого трени и расхода масла на угар.The purpose of the invention is to increase efficiency and power by reducing viscous friction and oil consumption for burning.

На фиг. 1 показана схема цилиндропор- шневой группы; на фиг. 1 - рабоча поверхность гильзы цилиндра.FIG. 1 shows a diagram of a cylinder-piston group; in fig. 1 - working surface of the cylinder liner.

ЦПГ содержит гильзу цилиндра 1 с закрепленными на внешней поверхности электромеханическими преобразовател ми 2, св занными с питающим высокочастотным генератором. На внутренней поверхности гильзы цилиндра 1 в средней части установлена группа по сов вибраторов 3. На фиг.1 показаны также поршень 4 с компрессионными и маслосъемными кольцами 5, масл на пленка 6 между поршнем 4 и внутренней поверхностью гильзы цилиндра 1. Вибраторы 3 представл ют собой металлические круглые стержни с высотой, равной толщине гильзы цилиндра, и вклеены в отверсти средней части гильзы. Отношение жесткости клеевого соединени к массе стержней определ ет собственную частоту вибраторов.The CPG contains a cylinder liner 1 with electromechanical converters 2 attached to the outer surface and connected to a high-frequency generator. On the inner surface of the cylinder liner 1 in the middle part there is a set of vibrator 3 owls. Figure 1 also shows a piston 4 with compression and oil wiper rings 5, an oil film 6 between the piston 4 and the inner surface of the cylinder liner 1. Vibrators 3 are metal round rods with a height equal to the thickness of the cylinder liner, and glued into the holes in the middle part of the liner. The ratio of the stiffness of the adhesive bond to the mass of the rods determines the natural frequency of the vibrators.

ЦПГ работает следующим образом.CPG works as follows.

На электромеханические преобразователи 2 подаетс напр жение с частотой, равной собственной частоте вибратора 3 и не равной собственной частоте гильзы цилиндра 1. Следовательно, резонансные колебани совершают только вибраторы 3, а не вс гильза цилиндра. Это позвол ет устранить вли ние вибрации на усталостную прочность гильзы цилиндра. Под действием вибрации в масл ной пленке 6 в окрестности вибраторов 3 создаютс услови дл возникновени газовой кавитации.Electromechanical transducers 2 are energized with a frequency equal to the natural frequency of the vibrator 3 and not equal to the natural frequency of the cylinder liner 1. Therefore, only the vibrators 3, but not the entire cylinder liner, make resonant vibrations. This eliminates the influence of vibration on the fatigue strength of the cylinder liner. Under the action of vibration in the oil film 6 in the vicinity of the vibrators 3, conditions are created for the occurrence of gas cavitation.

При увеличении амплитуды колебаний вибратора 3 увеличиваетс число микроскопических пузырей и, следовательно, падает волновое сопротивление среды , а вместе с этим уменьшаетс эффективна динамическа в зкость масла rj. С уменьшением в зкости г существенно снижаетс гидродинамическа подъемна сила и, следовательно, уменьшаетс толщина масл ной пленки h между гильзой цилиндра и кольцами поршн . Как показано на фиг. 1, кавитаци возникает в средней части гильзы цилиндра, т.е. там, где скорость поршн максимальна и имеетс существенный запас по величине зазора между кольцами и гильзой. Следовательно, управл амплитудой колебаний вибраторов , можно установить минимально допустимую величину масл ной пленки 2-3 мкм в средней части гильзы цилиндра. Уменьшение толщины масл ной пленки h снижает интегральную величину расхода масла наWith an increase in the amplitude of vibrations of the vibrator 3, the number of microscopic bubbles increases and, consequently, the wave resistance of the medium decreases, and with it the effective dynamic viscosity of the oil rj decreases. With a decrease in viscosity g, the hydrodynamic lift force decreases significantly and, consequently, the oil film thickness h between the cylinder liner and the piston rings decreases. As shown in FIG. 1, cavitation occurs in the middle part of the cylinder liner, i.e. where the speed of the piston is maximum and there is a significant margin in the size of the gap between the rings and the liner. Therefore, by controlling the vibration amplitude of the vibrators, it is possible to set the minimum allowable size of the oil film of 2-3 μm in the middle part of the cylinder liner. Reducing the thickness of the oil film h reduces the integral amount of oil consumption by

угар.waste

В св зи с тем, что в зкость масла / уменьшаетс значительно больше, чем величина зазора h, то уменьшаетс и сила в зкого трени при движении поршн поDue to the fact that the viscosity of the oil / decreases significantly more than the gap size h, the force of the viscous friction when the piston moves along

0 масл ной пленке0 oil film

с Frp-V with Frp-V

где S - площадь контакта юбки или колец поршн с гильзой цилиндра; V - линейна where S is the contact area of the skirt or piston rings with the cylinder liner; V is linear

5 скорость поршн .5 piston speed.

В средней части гильзы цилиндра скорость движени поршн V достигает максимального значени и, следовательно, сила в зкого трени FTp будет максимальна. По0 этому снижение в зкости масл ной пленки при возникновении газовой кавитации уменьшает силы в зкого трени в средней части гильзы цилиндра.In the middle part of the cylinder liner, the speed of movement of the piston V reaches a maximum value and, consequently, the viscous friction force FTp will be maximum. Therefore, a decrease in the viscosity of the oil film in the event of gas cavitation reduces the forces of viscous friction in the middle part of the cylinder liner.

В зависимости от конструктивных осо5 бенностей ЦПГ (длина хода поршн , длина юбки, высота поршн ) поршень может как выходить из зоны кавитации, так и частично оставатьс в этой зоне. В последнем случае будет происходить уменьшение гидродина0 мических сил, в том числое и вблизи краев поршн при нулевой и малой скорости его поступательного движени , особенно при малой частоте вращени в переходных режимах. Это может привести к нежела5 тельному снижению радиальной и угловой жесткости поршн в гильзе цилиндра и, следовательно , к таким нежелательным эффектам , как, например, стук поршней, износ рабочих поверхностей и т.д. Дл устранени Depending on the design features of the CPG (piston stroke, skirt length, piston height), the piston can either leave the cavitation zone or partially remain in this zone. In the latter case, there will be a decrease in hydrodynamic forces, including near the edges of the piston at zero and low speeds of its translational motion, especially at low rotational speed in transient conditions. This can lead to an undesirable decrease in the radial and angular rigidity of the pistons in the cylinder liner and, consequently, to such undesirable effects, such as, for example, knocking of the pistons, wear of working surfaces, etc. To eliminate

0 указанных недостатков подача питани на электромеханические преобразователи может производитьс релейно (включением тумблера) после набора двигателем оборотов . Это позвол ет снизить толщину мас5 л ной пленки и силу в зкого трени не в переходных режимах, а в стационарном режиме, когда реакци смазочной пленки максимальна. Следовательно, устран етс основное противоречие - завышение ра0 диального давлени кольца, несмотр на снижение общих толщин масл ных пленок снижаетс надежность работы ЦПГ, что приводит к повышенным износам, а занижение радиального давлени кольца приводит кWith the above mentioned drawbacks, the power supply to the electromechanical transducers can be produced by a relay (turning on the toggle switch) after the engine has turned up. This makes it possible to reduce the thickness of the masking film and the force of viscous friction not in transient conditions, but in a stationary mode, when the reaction of the lubricating film is maximum. Consequently, the main contradiction is eliminated - overestimation of the radial pressure of the ring, despite the decrease in the total thickness of the oil films, the reliability of the operation of the CPG decreases, which leads to increased wear and tear, and the lowering of the radial pressure of the ring leads to

5 увеличению расхода масла на угар при высоких оборотах путем уменьшени радиального давлени кольца и уменьшени в зкости масла за счет кавитации при номинальных оборотах двигател . Кроме того, при описанном включении питани по вл етс возможность при заданной конструкции поршн использовать более в зкие масла , а вустановившемс режиме разжижать масло путем создани газовой кавитации в средней части гильзы, что ведет к уменьшению износа в переходных режимах.5 to increase the oil consumption for carbon monoxide at high revs by reducing the radial pressure of the ring and reducing the viscosity of the oil due to cavitation at the nominal revolutions of the engine. In addition, with the power supply described, it becomes possible to use more viscous oils for a given piston design, and to thin the oil in the established mode by creating gas cavitation in the middle part of the liner, which leads to a reduction in wear in transient conditions.

Claims

Invention Formula

The cylinder piston group is predominantly an internal combustion engine, containing a cylinder liner with a piston installed in it, equipped with compression and oil wiper rings, which, in order to increase the economy and power,

by reducing viscous friction and oil consumption for waste, a group of vibrators is installed in the middle part of the cylinder liner, the latter active surface coincides with the inner surface of the liner, and electromechanical transducers are fixed on the outer surface of the liner.

FIG. Z

- /

and

NM