RU2307273C2 - Cylinder-piston group oil control device - Google Patents
Cylinder-piston group oil control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307273C2 RU2307273C2 RU2005125848/06A RU2005125848A RU2307273C2 RU 2307273 C2 RU2307273 C2 RU 2307273C2 RU 2005125848/06 A RU2005125848/06 A RU 2005125848/06A RU 2005125848 A RU2005125848 A RU 2005125848A RU 2307273 C2 RU2307273 C2 RU 2307273C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- ring
- oil
- expander
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hydraulic Motors (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве маслосъемных устройств, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров.The present invention relates to the field of engineering and may find application as oil scraper devices mounted on the pistons of internal combustion engines or compressors.
Аналогом предлагаемого устройства может быть узел маслосъемного поршневого кольца для двигателя внутреннего сгорания, содержащий многоугольный радиальный расширитель, который устанавливается между разрезным поршневым кольцом и стенкой канавки поршня (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.1, Москва, 1962, с.492, фиг.407). В поршневом кольце и находящемся за ним радиальном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне - на его внутреннюю стенку.An analogue of the proposed device can be an oil scraper piston ring assembly for an internal combustion engine containing a polygonal radial expander that is installed between the split piston ring and the wall of the piston groove (K. English. Piston rings, v.1, Moscow, 1962, p. 492, fig. .407). Drain holes are provided in the piston ring and behind the radial expander for draining oil from the walls of the engine cylinder into the annulus and then through the through holes in the piston to its inner wall.
Назначение радиального расширителя - создание в подпертом кольце дополнительного постоянно действующего равномерно распределенного по окружности кольца радиального давления (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.1, Москва, 1962, с.487).The purpose of the radial expander is to create in the backed ring an additional constantly acting radial pressure ring uniformly distributed around the circumference (K. English. Piston rings, t.1, Moscow, 1962, p. 487).
Одним из основных требований к маслосъемному кольцу является не только съем излишка масла с рабочей поверхности цилиндра двигателя, но и качественное распределение масла по всей его рабочей поверхности, которое заключается в том, чтобы маслосъемное кольцо при своем движении создавало непрерывную масляную пленку одинаковой требуемой толщины, которая обеспечивала бы жидкостное трение кольца по всему ходу поршня (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.2, Москва, 1963, с.196, с.201). Однако аналог, состоящий из маслосъемного кольца и многоугольного расширителя, такое требование в процессе работы не выполняет по одной основной причине - это постоянное заданное радиальное давление кольца на зеркало цилиндра двигателя при переменной скорости перемещения поршня. В средней части хода, это примерно 86° поворота кривошипа, скорость поршня максимальная, а при подходе поршня к его крайним положениям скорость его снижается так, что в верхней и нижней мертвых точках скорость равна нулю. Известна следующая закономерность. При высокой скорости движения поршня давление подпора срезаемого кольцом масла отжимает кольцо от стенки цилиндра и оно всплывает на масляной пленке, оставляя за собой толстый слой масла в средней части хода поршня. Это повышает расход масла на угар. Со снижением скорости поршня масляная пленка, находящаяся между рабочими поверхностями кольца и цилиндра, легче выдавливается, и вблизи мертвого положения поршня наступает полусухое трение. Непосредственный контакт кольца и поверхности цилиндра в районе мертвых точек приводит к возрастанию коэффициента трения и, как следствие, к увеличению износа рабочих поверхностей в этой зоне (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.2, Москва, 1963, с.196, с.201).One of the main requirements for the oil scraper ring is not only the removal of excess oil from the working surface of the engine cylinder, but also the qualitative distribution of oil over its entire working surface, which consists in the fact that the oil scraper during its movement creates a continuous oil film of the same required thickness, which would provide liquid friction of the ring along the entire stroke of the piston (K. English. Piston rings, vol. 2, Moscow, 1963, p.196, p.201). However, an analogue consisting of an oil scraper ring and a polygonal expander does not fulfill this requirement during operation for one main reason - this is a constant preset radial pressure of the ring on the engine cylinder mirror at a variable piston speed. In the middle part of the stroke, this is approximately 86 ° of crank rotation, the piston speed is maximum, and when the piston approaches its extreme positions, its speed decreases so that the speed is equal to zero at the top and bottom dead centers. The following regularity is known. At a high piston speed, the back pressure of the oil cut off by the ring presses the ring away from the cylinder wall and it pops up on the oil film, leaving behind a thick layer of oil in the middle of the piston stroke. This increases oil consumption for waste. With a decrease in the piston speed, the oil film located between the working surfaces of the ring and cylinder is more easily squeezed out, and near the dead position of the piston semi-dry friction occurs. Direct contact of the ring and the cylinder surface in the region of the blind spots leads to an increase in the coefficient of friction and, as a result, to an increase in the wear of the working surfaces in this zone (K. English. Piston rings, vol. 2, Moscow, 1963, p.196, p. 201).
Таким образом, недостаток известной конструкции узла маслосъемного кольца обусловлен постоянным по ходу поршня радиальным давлением его на стенки цилиндра. Устранить такой недостаток можно путем увеличения радиального давления маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя в средней части хода поршня, в зоне высокой скорости поршня, и постепенным снижением радиального давления маслосъемного кольца по мере уменьшения скорости поршня по его ходу, вплоть до мертвого положения.Thus, the disadvantage of the known design of the oil scraper assembly is due to the constant radial pressure on the cylinder walls along the piston. This drawback can be eliminated by increasing the radial pressure of the oil scraper ring on the engine cylinder mirror in the middle part of the piston stroke, in the zone of high piston speed, and by gradually reducing the radial pressure of the oil scraper ring as the piston speed decreases along its stroke, up to the dead position.
Еще одним аналогом изобретения является маслосъемное кольцо коробчатого типа с радиальным многоугольным расширителем, установленные в канавке поршня, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие, выходящее на внутреннюю поверхность поршня. Многоугольный расширитель снабжен по меньшей мере одним грузом, размещенным на внутренней поверхности поршня и связанным с расширителем упругим элементом и гибкой связью, проходящей через сквозное отверстие. Упругий элемент выполнен в виде пружины, установленной между расширителем и дном канавки, а гибкая связь - в виде шарнирного стержня (Авторское свидетельство СССР №595566, кл. F16j 9/06, 1975).Another analogue of the invention is a box-type oil scraper ring with a radial polygonal expander mounted in a piston groove having at least one through hole extending onto the inner surface of the piston. The polygonal expander is provided with at least one weight placed on the inner surface of the piston and connected with the expander by an elastic element and a flexible connection passing through the through hole. The elastic element is made in the form of a spring installed between the expander and the bottom of the groove, and the flexible connection is in the form of a hinge rod (USSR Author's Certificate No. 595566,
Назначение расширителя создать в подпертом маслосъемном кольце дополнительное постоянно действующее равномерно распределенное по окружности кольца радиальное давление.The purpose of the expander is to create in the backed oil scraper ring an additional constantly acting radial pressure uniformly distributed around the circumference of the ring.
Назначение упругих элементов, установленных по окружности между расширителем и дном канавки, также создавать дополнительное радиальное давление через расширитель и маслосъемное поршневое кольцо.The purpose of the elastic elements installed around the circumference between the expander and the bottom of the groove, also create additional radial pressure through the expander and the oil piston ring.
Наличие грузов и гибких связей между грузами и упругими элементами позволяет в процессе работы двигателя внутреннего сгорания изменять радиальное давление упругих элементов на расширитель и, следовательно, на маслосъемное кольцо, так как известно, что при перемещении поршня на него и на все массы, двигающиеся вместе с ним, в том числе и на грузы, действует сила инерции, которая изменяется по закону косинусоиды. Максимум ее достигает в районе мертвых точек (верхней и нижней), а минимум - примерно в середине хода поршня, когда скорость поршня достигает максимума. Под действием силы инерции грузы перемещаются вверх или вниз по конусам сквозных отверстий в стенке поршня, выходящих на его внутреннюю поверхность, втягивая внутрь поршня гибкие связи, которые деформируют упругие элементы. Это приводит к перемещению многоугольного расширителя. Поэтому максимальное давление расширителя на кольцо будет иметь место в середине хода поршня, когда равна нулю сила инерции, а минимальное давление - в мертвых точках, когда сила инерции грузиков достигает максимума. Это обеспечивает постоянство масляного слоя по ходу поршня.The presence of weights and flexible connections between weights and elastic elements allows us to change the radial pressure of the elastic elements on the expander and, therefore, on the oil scraper during the operation of the internal combustion engine, since it is known that when the piston moves on it and on all the masses moving with it, including the load, is affected by the force of inertia, which changes according to the law of the cosine wave. It reaches its maximum in the region of the dead spots (upper and lower), and the minimum - approximately in the middle of the piston stroke, when the piston speed reaches a maximum. Under the influence of inertia, the loads move up or down along the cones of the through holes in the piston wall, extending to its inner surface, pulling flexible connections into the piston that deform the elastic elements. This causes the polygon expander to move. Therefore, the maximum pressure of the expander on the ring will take place in the middle of the piston stroke, when the inertia force is zero, and the minimum pressure will be at the dead points, when the inertia force of the weights reaches its maximum. This ensures the constancy of the oil layer along the piston.
Недостатками аналога являются сложность конструкции и ненадежность работы узла маслосъемного поршневого кольца. Сложность конструкции заключается в наличии упругих элементов, выполненных в виде пружин, установленных между расширителем и дном канавки, а также в наличии гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней, соединяющих упругие элементы с подвижными грузами. Кроме этого, следует добавить, что изготовление специальных сквозных каналов на внутренней поверхности поршня для каждого груза требует лишних технологических операций.The disadvantages of the analogue are the design complexity and the unreliability of the oil scraper piston ring assembly. The complexity of the design lies in the presence of elastic elements made in the form of springs installed between the expander and the bottom of the groove, as well as in the presence of flexible connections made in the form of hinge rods connecting the elastic elements with moving loads. In addition, it should be added that the production of special through channels on the inner surface of the piston for each load requires unnecessary technological operations.
Ненадежность конструкции заключается в наличие гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней. И сами гибкие связи, и места соединений их с подвижными грузами и упругими элементами будут подвержены динамическим переменным нагрузкам от сил инерции грузов в процессе их перемещений вверх и вниз между мертвыми точками. Известно, что под действием повторно-переменных нагрузок постепенно развиваются усталостные трещины в деталях и их соединениях с последующим разрушением. Это снижает долговечность работы узла маслосъемного поршневого кольца.The unreliability of the design lies in the presence of flexible connections made in the form of hinge rods. And the flexible connections themselves, and their joints with moving loads and elastic elements will be subject to dynamic variable loads from the forces of inertia of the loads in the process of moving them up and down between the dead points. It is known that under the influence of alternating loads, fatigue cracks in parts and their joints gradually develop, followed by fracture. This reduces the durability of the oil scraper piston ring assembly.
Прототипом предлагаемого изобретения является узел маслосъемного поршневого кольца для двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство №2016300, кл. F16j 9/06, опубл. 15.07.94. Бюл. №13). Он содержит маслосъемное кольцо и многоугольный радиальный расширитель, установленные в канавке поршня. В поршневом кольце и находящимся за ним радиальном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне на его внутреннюю стенку. Внутри поршня установлен упругий элемент, имеющий вид конуса с вершиной, направленной к нижней мертвой точке. В основании конуса по его окружности периодически выполнены гибкие лепестки, которые проходят по радиусу через сквозные пазы в поршне и жестко соединяются с расширителем. Вершина конуса имеет полый замкнутый цилиндр, внутри которого располагается груз в виде шарика. Шарик может свободно перемещаться в цилиндре вдоль его продольной оси, которая совпадает с осью конуса и осью поршня.The prototype of the invention is a valve stem assembly for an internal combustion engine (Author's certificate No. 20166300,
Назначение маслосъемного кольца - снимать излишки масла с поверхности цилиндра двигателя. Назначение радиального расширителя - увеличивать радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя. Назначение упругого элемента, имеющего вид конуса, - автоматически воздействовать своими лепестками через радиальный расширитель на маслосъемное кольцо по всей его окружности за счет возникающих переменных сил инерции массы упругого элемента в процессе перемещения поршня. Назначение груза в виде шарика заключается в том, чтобы дополнительно воздействовать возникающими переменными силами инерции груза через упругий элемент с гибкими лепестками и расширитель на маслосъемное кольцо.The purpose of the oil scraper ring is to remove excess oil from the surface of the engine cylinder. The purpose of the radial expander is to increase the radial pressure of the oil scraper ring on the engine cylinder mirror. The purpose of the cone-shaped elastic element is to automatically act on the oil scraper ring along its entire circumference with its petals through a radial expander due to the arising inertial forces of mass of the elastic element during the movement of the piston. The purpose of the load in the form of a ball is to additionally act with the arising variable forces of inertia of the load through an elastic element with flexible petals and an expander on the oil scraper ring.
Такой узел маслосъемного поршневого кольца предназначен для более интенсивного съема масла с зеркала цилиндра двигателя при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Известно, что в процессе перемещения поршня скорость его меняется от нуля в его крайних положениях до максимальной в средней части хода, это примерно 86° поворота кривошипа. Меняются по величине и силы инерции как самого поршня, так и всех движущихся вместе с ним деталей и узлов, достигая максимальных значений в верхней и нижней мертвых точках. В прототипе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке силы инерции шарика и упругого элемента действуют посредством гибких лепестков через радиальный расширитель на маслосъемное кольцо таким образом, что радиальное давление маслосъемного кольца остается постоянно повышенным по всему ходу поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Это обеспечивает эффективное удаление масла с поверхности цилиндра двигателя.Such an oil scraper piston ring assembly is designed for more intensive oil removal from the engine cylinder mirror when the piston moves from top dead center to bottom dead center. It is known that during the movement of the piston its speed changes from zero in its extreme positions to the maximum in the middle part of the stroke, this is approximately 86 ° of crank rotation. The inertia forces of both the piston itself and all parts and assemblies moving with it vary, reaching maximum values at the top and bottom dead points. In the prototype, when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, the inertia forces of the ball and the elastic element act through the radial expander on the oil scraper in such a way that the radial pressure of the oil scraper remains constantly increased throughout the entire piston stroke from the top dead center to the bottom dead point. This ensures effective removal of oil from the surface of the engine cylinder.
Однако такой узел маслосъемного поршневого кольца для двигателя внутреннего сгорания имеет недостатки. Весьма существенным недостатком является постоянное и повышенное радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Это вызывает неравномерное распределение по толщине масляной пленки маслосъемным кольцом по всей рабочей поверхности цилиндра двигателя по ходу поршня, т.к. скорость хода переменная. Со снижением скорости поршня в зонах крайнего положения масляная пленка, находящаяся между рабочими поверхностями кольца и цилиндра, под воздействием повышенного радиального давления кольца будет легче и быстрее выдавливаться. Поэтому в этих зонах будет наступать полусухое и даже сухое трение. Непосредственный контакт кольца с поверхностью цилиндра в районе мертвых точек поршня приведет к возрастанию коэффициента трения и, как следствие, к увеличению износа рабочих поверхностей в этих зонах (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.2, Москва, 1963, с.196, с.201). В средней части хода скорость поршня максимальная. При высокой скорости движения поршня давление подпора срезаемого кольцом масла будет отжимать кольцо от стенки цилиндра. Кольцо, всплывая на масляной пленке, будет оставлять за собой толстый слой масла. Это повышает расход масла на угар.However, such an oil scraper piston ring assembly for an internal combustion engine has disadvantages. A very significant drawback is the constant and increased radial pressure of the oil scraper ring on the engine cylinder mirror when the piston moves from top dead center to bottom dead center. This causes an uneven distribution over the thickness of the oil film by the oil scraper ring over the entire working surface of the engine cylinder along the piston, because speed is variable. With a decrease in the piston speed in the extreme position zones, the oil film located between the working surfaces of the ring and the cylinder will be easier and faster to squeeze out under the influence of increased radial pressure of the ring. Therefore, in these zones semi-dry and even dry friction will occur. Direct contact of the ring with the cylinder surface in the region of the dead points of the piston will lead to an increase in the coefficient of friction and, as a result, to an increase in the wear of the working surfaces in these zones (K. English. Piston rings, v.2, Moscow, 1963, p.196, s .201). In the middle part of the stroke, the piston speed is maximum. At a high piston speed, the back pressure of the oil cut off by the ring will squeeze the ring away from the cylinder wall. The ring, floating on the oil film, will leave behind a thick layer of oil. This increases oil consumption for waste.
Другим недостатком является то, что груз в виде шарика, свободно перемещающийся в цилиндре упругого элемента под действием сил инерции, будет совершать удары по днищу цилиндра при достижении поршня крайних своих положений. И в верхней, и в нижней мертвых точках удары шарика будут передаваться через цилиндр упругого элемента на сам упругий элемент и далее последовательно: на гибкие лепестки, на радиальный расширитель, маслосъемное кольцо и на зеркало цилиндра двигателя. Масляная пленка, находящаяся между рабочими поверхностями кольца и цилиндра двигателя, под действием динамических нагрузок будет активно разрушаться и выдавливаться. Такое явление вызовет дополнительный износ контактирующих между собой поверхностей кольца и цилиндра двигателя. Кроме этого, свободное перемещение груза в цилиндре упругого элемента может вызвать вибрацию или резонансные явления, которые могут нарушить работу всего узла маслосъемного поршневого кольца или даже его разрушить.Another disadvantage is that the load in the form of a ball, freely moving in the cylinder of the elastic element under the action of inertia forces, will strike on the bottom of the cylinder when the piston reaches its extreme positions. At both the upper and lower dead points, the impact of the ball will be transmitted through the cylinder of the elastic element to the elastic element itself and then sequentially: to the flexible petals, to the radial expander, the oil scraper ring and to the mirror of the engine cylinder. The oil film, located between the working surfaces of the ring and the cylinder of the engine, under the action of dynamic loads will be actively destroyed and squeezed out. This phenomenon will cause additional wear of the surfaces of the ring and the engine cylinder in contact. In addition, the free movement of the load in the cylinder of the elastic element can cause vibration or resonance phenomena that can disrupt the entire assembly of the oil scraper piston ring or even destroy it.
К недостаткам прототипа можно отнести довольно сложное его устройство. Это громоздкий упругий элемент в виде конуса и наличие на его вершине пустотелого цилиндра с подвижным грузом внутри.The disadvantages of the prototype include its rather complex device. This is a bulky elastic element in the form of a cone and the presence on its top of a hollow cylinder with a moving load inside.
Технической задачей изобретения является создание на рабочей поверхности цилиндра при прохождении по ней поршня с маслосъемным кольцом непрерывной масляной пленки одинаковой требуемой толщины, упрощение конструкции маслосъемного устройства, снижение расхода масла на угар, увеличение надежности работы и срока службы маслосъемного кольца и цилиндра двигателя внутреннего сгорания.An object of the invention is to create a continuous piston with an oil scraper ring on the working surface of the cylinder with an oil scraper ring of the same required thickness, simplify the scraper device design, reduce oil consumption for burning, increase the reliability and service life of the scraper ring and the cylinder of an internal combustion engine.
Задача достигается в маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы, содержащем в канавке поршня маслосъемное кольцо и радиальный многоугольный расширитель, а внутри поршня расположен упругий элемент с выполненными на нем по окружности лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня в заколечное пространство и жестко связанными с многоугольным расширителем, при этом по оси упругого элемента, совпадающего с осью поршня, установлен груз, где согласно изобретению упругий элемент выполнен в виде плоской упругой пластины с жестко закрепленным в ее центре грузом.The problem is achieved in the oil scraper device of the piston-cylinder group, containing the oil scraper ring and a radial polygonal expander in the piston groove, and inside the piston there is an elastic element with petals made around it, passing through the piston through holes into the annular space and rigidly connected to the polygonal expander a load is installed along the axis of the elastic element coinciding with the axis of the piston, where according to the invention the elastic element is made in the form of a flat elastic plate with fixed to its center load.
Посредством предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы можно регулировать давление кольца на стенку цилиндра в зависимости от хода поршня, обеспечивая постоянство масляного слоя, что позволит снизить расход масла на угар, увеличить надежность работы и срок службы кольца и цилиндра двигателя, а также упростить конструкцию маслосъемного устройства.By means of the proposed oil scraper device of the piston-cylinder group, it is possible to regulate the pressure of the ring on the cylinder wall depending on the piston stroke, ensuring the constancy of the oil layer, which will reduce oil consumption for burning, increase the reliability and life of the ring and the engine cylinder, and also simplify the design of the scraper device.
Наличие изобретения в предлагаемом маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы доказывается тем, что упругий элемент выполнен в виде плоской упругой пластины с жестко закрепленным в ее центре грузом.The presence of the invention in the proposed oil scraper device of the cylinder-piston group is proved by the fact that the elastic element is made in the form of a flat elastic plate with a load rigidly fixed in its center.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что упругий элемент представляет собой плоскую упругую пластину, а груз закреплен в ее центре жестко. Это позволит маслосъемному устройству сбрасывать излишки масла со стенки цилиндра двигателя, обеспечивая необходимое постоянство масляного слоя по толщине по всему ходу поршня.The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the elastic element is a flat elastic plate, and the load is rigidly fixed in its center. This will allow the oil scraper device to dump excess oil from the wall of the engine cylinder, providing the necessary constancy of the oil layer in thickness along the entire stroke of the piston.
Маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы поясняется чертежами.The oil scraper of the cylinder-piston group is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображен общий вид устройства - разрез поршня в сборе с маслосъемным устройством.In Fig.1 shows a General view of the device is a section of the piston assembly with the oil scraper.
На фиг.2 изображен вид А-А фиг.1.Figure 2 shows a view aa of figure 1.
На фиг.3 изображен общий вид устройства в разрезе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в начале хода поршня.Figure 3 shows a General view of the device in section when the piston moves from top dead center to bottom dead center at the beginning of the piston stroke.
На фиг.4 изображен общий вид устройства в разрезе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в середине хода поршня, что соответствует примерно 86° поворота кривошипа.Figure 4 shows a General view of the device in section when the piston moves from top dead center to bottom dead center in the middle of the piston stroke, which corresponds to approximately 86 ° rotation of the crank.
На фиг.5 изображен общий вид устройства в разрезе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в конце хода поршня.Figure 5 shows a General view of the device in section when the piston moves from top dead center to bottom dead center at the end of the piston stroke.
Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлено маслосъемное разрезное кольцо 3 с выточкой 4 для повышения удельного давления на стенку 5 гильзы цилиндра 6 (фиг.1). Для отвода масла в заколечное пространство 7 кольцо 3 имеет по окружности сквозные отверстия 8. В заколечном пространстве 7 установлен радиальный многоугольный расширитель 9 в виде разрезной многогранной пружины, создающий дополнительное радиальное усилие на маслосъемное кольцо 3, увеличивая давление последнего на стенку 5 гильзы цилиндра 6. Дренажные каналы 10, выполненные в поршне 1, предназначены для удаления масла из заколечного пространства 7 на внутреннюю поверхность 11 поршня 1 и далее в картер двигателя (не показан). Внутри поршня 1 в радиальной плоскости, проходящей через канавку 2, на уровне многоугольного расширителя 9 установлен упругий элемент 12, представляющий собой плоскую пластину 13 с выполненными по окружности гибкими упругими лепестками 14, которые свободно проходят через сквозные отверстия 15 в поршне 1 в заколечное пространство 7 и жестко соединяются с гранями 16 многоугольного расширителя 9 (фиг.1, фиг.2). Длина лепестков 14 упругого элемента 12 должна быть такой, чтобы в тот момент, когда плоская пластина 13 находилась бы в одной радиальной плоскости с лепестками 14, последние отодвигали многоугольный расширитель 9 от задней стенки 17 поршневой канавки 2 к кольцу 3 на максимальное расстояние Δ с целью создания необходимого максимального радиального усилия расширителя 9 на маслосъемное кольцо 3, а следовательно, и на стенку 5 гильзы цилиндра 6. В центре упругого элемента 12, ось которого совпадает с продольной осью поршня 1, жестко установлен груз 18 (фиг.1, фиг.2).The proposed oil scraper device of the cylinder-piston group contains a
Прежде чем описать работу маслосъемного устройства цилиндро-поршневой группы, необходимо пояснить физическую сущность сил инерции, действие которых используется в предлагаемом устройстве.Before describing the operation of the oil scraper device of the cylinder-piston group, it is necessary to explain the physical nature of the inertia forces whose action is used in the proposed device.
При возвратно-поступательном перемещении поршня на него и на все массы, движущиеся вместе с ним, в том числе и на груз 18 действуют силы инерции Рi, величину которых в функции угла поворота α для центрального кривошипного механизма можно определить по формулеDuring reciprocating movement of the piston on it and on all the masses moving with it, including the
Рi=mj=mrω2(cosα+λcos2α),P i = mj = mrω 2 (cosα + λcos2α),
где m - величина масс движущихся частей;where m is the mass of the moving parts;
j - ускорение движущихся частей;j is the acceleration of moving parts;
r - радиус кривошипа;r is the radius of the crank;
ω - угловая скорость вращения коленчатого вала;ω is the angular velocity of rotation of the crankshaft;
α - угол поворота кривошипа;α is the angle of rotation of the crank;
λ=r/l - коэффициент, учитывающий соотношение радиуса кривошипа к длине шатуна l.λ = r / l - coefficient taking into account the ratio of the radius of the crank to the length of the connecting rod l.
(В.Н.Болтинский. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. M., "Издательство сельскохозяйственной литературы", 1962, с.117).(V.N.Boltinsky. Theory, design and calculation of tractor and automobile engines. M., "Publishing house of agricultural literature", 1962, p.117).
Из формулы видно, что поскольку массы движущихся частей постоянны, сила инерции Рi прямо пропорциональны ускорению j, которое изменяется по закону косинуса. Исследования показывают, что максимальные силы инерции Рi имеют место в верхней и нижней мертвых точках, так как в этих точках ускорения j движущихся частей также достигают максимума. При этом скорость поршня V в этот момент равна нулю. Силы инерции Рi, равные нулю, наблюдаются примерно в середине хода поршня, когда ускорения движущихся частей равны нулю. В этот момент скорость поршня V максимальная.The formula shows that since the masses of the moving parts are constant, the inertia force P i is directly proportional to the acceleration j, which varies according to the law of cosine. Studies show that the maximum inertia forces P i occur at the top and bottom dead points, since at these points of acceleration j of the moving parts also reach a maximum. In this case, the piston speed V at this moment is zero. The inertial forces P i equal to zero are observed approximately in the middle of the piston stroke, when the accelerations of the moving parts are equal to zero. At this moment, the piston speed V is maximum.
Таким образом, под действием изменяющейся величины силы инерции Pj по ходу поршня 1 груз 18 вместе с упругим элементом 12 будет перемещаться вдоль оси поршня 1 относительно поршневой канавки 2, в которой расположены многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3, либо к нижней мертвой точке, либо к верхней мертвой точке. При этом гибкие лепестки 14 упругого элемента 12 будут либо выходить, либо входить в заколечное пространство 7 поршневой канавки 2, перемещая многоугольный расширитель 9 относительно маслосъемного кольца 3 и, тем самым, изменяя его радиальное давление на стенку 5 цилиндра 6. Причем процесс воздействия груза 18 на упругий элемент 12 совершенно идентичен как при перемещении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, так и при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней.Thus, under the action of a changing value of the inertia force P j along the
Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы в процессе перемещения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке за период сброса излишка масла происходит следующим образом.The work of the proposed oil scraper device of the cylinder-piston group in the process of moving the piston from the top dead center to the bottom dead center for the period of the excess oil discharge is as follows.
В верхней мертвой точке после перекладки поршня 1 скорость последнего в начале движения равна нулю, а сила инерции Рi, груза 18 максимальная и направлена к верхней мертвой точке противоположно ускорению j (фиг.3). Груз 18 вместе с упругим элементом 12 под действием максимальной силы инерции Рi в этот момент находится в верхней мертвой точке на максимальном расстоянии относительно радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой находятся многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3. В результате такого положения груза 18 гибкие лепестки 14 упругого элемента 12 втянулись внутрь поршня 1, а вместе с ними переместился и многоугольный расширитель 9 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 17 канавки 2 поршня 1. Это приводит к тому, что многоугольный расширитель 9 не действует на маслосъемное кольцо 3 и радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 минимальное Rmin (фиг.3). Снижение давления маслосъемного кольца 3 будет способствовать сохранению необходимой и нужной толщины масляной пленки между рабочей поверхностью кольца 3 и поверхностью 5 цилиндра 6. Такое явление будет уменьшать износ рабочих поверхностей как кольца 3, так и цилиндра 6 в зоне верхней мертвой точки.At the top dead center after relocation of the
Далее, по мере перемещения поршня 1 к нижней мертвой точке в первой половине его хода скорость V поршня 1 возрастает и достигает максимального значения Vmax приблизительно в середине хода - около 84° поворота кривошипа. За это же время силы инерции Рi поршня 1 и всех его деталей, в том числе и груза 18, постепенно уменьшаются по закону косинуса. В результате уменьшения силы инерции груза 18, последний вместе с упругим элементом 12 перемещается относительно поршня 1 к радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой располагается многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3. При этом упругие лепестки 14, выпрямляясь, входят через отверстия 15 в поршне 1, как по направляющим, в заколечное пространство 7 и перемещают многоугольный расширитель 9 от задней стенки 17 поршневой канавки 2 к маслосъемному кольцу 3, постепенно увеличивая на него радиальное давление. Максимальное радиальное давление многоугольного расширителя 9 на маслосъемное кольцо 3, а следовательно, и на поверхность стенки 5 поршня 6 (Rmax), достигается тогда, когда гибкие лепестки 14 полностью выпрямляться и будут находиться в одной радиальной плоскости с плоской пластиной 13 упругого элемента 12 (фиг.4). В этот момент поршень 1 достигает максимальной скорости Vmax, а сила инерции груза 18 равна нулю.Further, as the
Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня 1 пропорционально возрастающей скорости поршня 1. Это давление будет противодействовать всплытию маслосъемного кольца 3 на толстом масляном слое, который образуется и подпирает снизу маслосъемное кольцо 3 в результате съема излишка масла со стенки 5 цилиндра 6. Маслосъемное кольцо 3 не будет всплывать по причине возрастающего радиального давления кольца 3, а излишки масла будут сбрасываться в картер двигателя. При этом между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и стенки 5 цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение кольца 3 по всему ходу поршня 1 и уменьшит потери масла на угар.A gradual increase in the radial pressure of the
Далее, по мере перемещения поршня 1 во второй половине его хода скорость V поршня 1 начинает уменьшаться вплоть до нулевого значения в нижней мертвой точке. За это же время силы инерции Рi поршня 1 и всех его деталей, в том числе и груза 18, постепенно увеличиваются по закону косинуса и достигают максимума (Pi max) в нижней мертвой точке (фиг.5). Под действием увеличивающейся силы инерции груз 18 вместе с упругим элементом 12 перемещается относительно поршня 1 к нижней мертвой точке от радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой располагаются многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3. При этом гибкие лепестки 14 упругого элемента 12, изгибаясь, втягиваются внутрь поршня 1 через его отверстия 15, перемещая многоугольный расширитель 9 в заколечном пространстве 7 маслосъемного кольца 3 к задней стенке 17 поршневой канавки 2. Это приведет к постепенному уменьшению радиального давления по ходу поршня на маслосъемное кольцо 3, а следовательно, и на стенку 5 цилиндра 6. В нижней мертвой точке многоугольный расширитель 9 полностью отойдет от маслосъемного кольца 3, и радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 будет минимальным (Rmin) (фиг.5).Further, as the
Постепенное уменьшение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня пропорционально уменьшающейся скорости поршня 1. Такое согласование уменьшающегося давления кольца 3 с уменьшающейся скоростью поршня 1 приведет к тому, что между рабочими поверхностями кольца 3 и цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по всему ходу поршня и уменьшит износ рабочих поверхностей кольца 3 и цилиндра 6.A gradual decrease in the radial pressure of the
Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке совершенно одинакова описанной работе, совершаемой маслосъемным устройством при перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней. Точно так же при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке величина силы инерции Рi груза 18 будет изменяться по закону косинуса. В крайних положениях поршня 1 радиальное давление маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 будет минимальным (Rmin), так как сила инерции груза 18 упругого элемента 12 будет достигать максимального значения (Pi max), а в середине хода поршня 1 радиальное давление маслосъемного кольца 3 будет максимальным (Rmax), потому, как равна нулю сила инерции (Рi=0). Это обеспечит необходимую и непрерывную масляную пленку требуемой одинаковой толщины при перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.The work of the proposed oil scraper device of the piston and cylinder group when moving the
Таким образом, давление маслосъемного кольца на стенку цилиндра регулируется в зависимости от хода поршня, обеспечивая постоянство масляного слоя.Thus, the pressure of the oil scraper ring on the cylinder wall is regulated depending on the stroke of the piston, ensuring the constancy of the oil layer.
Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы позволит снизить расход масла на угар, увеличить надежность работы и срок службы кольца и цилиндра двигателя, а также упростить конструкцию маслосъемного устройства.The proposed oil scraper device of the cylinder-piston group will reduce oil consumption for waste, increase the reliability and service life of the ring and cylinder of the engine, as well as simplify the design of the scraper device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125848/06A RU2307273C2 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Cylinder-piston group oil control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125848/06A RU2307273C2 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Cylinder-piston group oil control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005125848A RU2005125848A (en) | 2007-02-20 |
| RU2307273C2 true RU2307273C2 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=37863237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005125848/06A RU2307273C2 (en) | 2005-08-15 | 2005-08-15 | Cylinder-piston group oil control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307273C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451852C1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-05-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Аграрный Университет Имени Н.И. Вавилова" | Piston ring with auxiliary radial flexibility |
| RU2516764C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Piston ring with auxiliary radial spring power |
-
2005
- 2005-08-15 RU RU2005125848/06A patent/RU2307273C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451852C1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-05-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Аграрный Университет Имени Н.И. Вавилова" | Piston ring with auxiliary radial flexibility |
| RU2516764C1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Piston ring with auxiliary radial spring power |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005125848A (en) | 2007-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10760524B2 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2307273C2 (en) | Cylinder-piston group oil control device | |
| US4794848A (en) | Anti-seizing design for circumferentially continuous piston ring | |
| KR940000351B1 (en) | Piston | |
| RU2718653C2 (en) | Piston ring with reduced friction | |
| RU2371619C1 (en) | Oil-removing device of cylinder-piston group | |
| EP0069175A1 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
| RU2395739C1 (en) | Oil scraper device of cylinder-and-piston group | |
| KR20190015237A (en) | TWO PART OIL CONTROL RING HAVING OIL PRESSURE EFFECT RIDGES WITH OIL PRESSURE RINGS | |
| RU2351821C1 (en) | Oil wiper device of sleeve assembly | |
| RU2431070C1 (en) | Oil removing device of sleeve assembly | |
| RU2301364C2 (en) | Oil control device of cylinder-piston group | |
| US1883637A (en) | Piston for internal combustion engines | |
| RU2016300C1 (en) | Unit of oil piston ring for internal combustion engine | |
| RU2637587C1 (en) | Piston | |
| CN110953084A (en) | Bore portion for receiving a reciprocating piston | |
| SU1116201A1 (en) | Oil-control piston ring | |
| JP2009257478A (en) | Piston ring structure of internal combustion engine | |
| KR100489134B1 (en) | Embossing skirt piston for offset crankshaft | |
| US2413154A (en) | Trunk-piston body | |
| SU1710807A1 (en) | Compression ring | |
| JP4244770B2 (en) | Manufacturing method for engine blowback suppression structure | |
| GB1583010A (en) | Piston ring | |
| SU1444547A1 (en) | Oil ring | |
| KR102122837B1 (en) | Piston ring and piston having the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070816 |