RU2486360C2

RU2486360C2 - Ice sleeve assembly gas seal

Info

Publication number: RU2486360C2
Application number: RU2011118080/06A
Authority: RU
Inventors: Марлен Мелитонович Абрамишвили
Original assignee: Марлен Мелитонович Абрамишвили
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2013-06-27
Also published as: RU2011118080A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: sleeve assembly seal comprises main compression ring and extra rings fitted in piston ring grooves. Extra [-like rung has top and bottom annular flanges adjoining the piston groove ends and interconnected by lateral cylindrical plate pressed against compression ring cylindrical surface. Extra ring top flange has through slits while its butt has end horns. Besides, debending horns are made at extra ring flanges, all over its edges. Proposed device decreases gas leaks in crankcase, rules out ring pumping effects and reduces oil ageing.

EFFECT: higher engine efficiency, decreased oil consumption.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и касается конструкции составных компрессионных поршневых колец двигателя внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and for the construction of composite compression piston rings of an internal combustion engine.

Известно газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами основное компрессионное и дополнительное кольца. Последнее может быть выполнено круглого сечения, как, например, в патенте СССР №311467, кл. F02F 5/00, опубл. в 1977 г., или L-образного сечения, как в патенте ФРГ №2046105, кл. 46I 5/00, опубл. в 1970 г.It is known gas sealing of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, comprising a main compression and additional ring installed in the groove of a piston located in the cylinder between its upper and lower ends. The latter can be made of circular cross section, as, for example, in USSR patent No. 311467, cl. F02F 5/00, publ. in 1977, or L-shaped section, as in the patent of Germany No. 2046105, class. 46I 5/00, publ. in 1970

Выполнение дополнительного уплотнительного кольца круглого или Х-образного сечения, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности компрессионного кольца, уменьшает ее площадь, на которую передается давление рабочего газа во время рабочего хода поршня, что уменьшает силу прижатия рабочими газами компрессионного кольца к цилиндру. Уменьшение газовой составляющей сил прижатия компрессионного кольца к цилиндру при неизменной величине другой ее части - сил его собственной упругости - значительно ухудшает газоуплотнение, помимо этого при реальных и осевых вибрациях компрессионного кольца и соответствующих его перемещениях будет нарушаться уплотнение пространства между внутренней цилиндрической поверхностью компрессионного кольца и торцом кольцевой канавки в поршне.The implementation of an additional O-ring of a circular or X-shaped section adjacent to the inner cylindrical surface of the compression ring reduces its area to which the pressure of the working gas is transmitted during the working stroke of the piston, which reduces the force that the working gases press the compression ring against the cylinder. A decrease in the gas component of the forces of compression of the compression ring to the cylinder with a constant value of its other part - the forces of its own elasticity - significantly worsens gas sealing, in addition, with real and axial vibrations of the compression ring and its corresponding movements, the space between the inner cylindrical surface of the compression ring and the end face will be broken annular grooves in the piston.

Известно газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами компрессионное и дополнительное разрезные кольца. Последнее выполнено полусферического сечения и своей наружной поверхностью прилегает к внутренней цилиндрической поверхности компрессионного кольца, а своими торцами упирается в верхний и нижний торцы канавки. В головке поршня выполнены наклонные сверления, связывающие надпоршневую полость в цилиндре с заколечным пространством (авт. свид. СССР №89479, кл. F16J 9/06, 1968 г.).It is known gas sealing of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, comprising compression and additional split rings installed in the groove of a piston located in the cylinder between its upper and lower ends. The latter is made hemispherical and with its outer surface adjacent to the inner cylindrical surface of the compression ring, and with its ends it abuts against the upper and lower ends of the grooves. In the piston head, inclined drilling is performed connecting the supra-piston cavity in the cylinder with the annulus (ed. Certificate of the USSR No. 89479, class F16J 9/06, 1968).

Недостатком известной конструкции газоуплотнения является то, что в процессе работы двигателя на стенках камеры сгорания, днище и головке поршня, а также в наклонных отверстиях в головке поршня всегда будет происходить отложение нагара, накопление высокотемпературных и низкотемпературных отложений моторного масла, что приведет к закоксованию наклонных отверстий в головке поршня. Вследствие этого прекратится подача рабочего газа в заколечное пространство и из-за отсутствия рабочего давления газов на внутреннюю цилиндрическую поверхность компрессионного кольца не будет обеспечено необходимое его прижатие к поверхности цилиндра и эффективное газоуплотнение в паре поршень-цилиндр.A disadvantage of the known gas seal design is that during the operation of the engine on the walls of the combustion chamber, the bottom and the piston head, as well as in the inclined holes in the piston head, deposits will always occur, and high-temperature and low-temperature deposits of engine oil will accumulate, which will lead to coking of the inclined holes in the piston head. As a result, the supply of working gas to the annulus will cease, and due to the lack of working gas pressure on the inner cylindrical surface of the compression ring, its necessary pressing against the cylinder surface and effective gas sealing in the piston-cylinder pair will not be provided.

Задачей заявляемого изобретения является разработка высокоэффективного газоуплотнения цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, которое обеспечило бы повышение эффективности работы двигателя и снизило бы расход моторного масла.The task of the invention is to develop a highly efficient gas seal of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, which would provide an increase in engine efficiency and reduce the consumption of engine oil.

Поставленная задача решается тем, что в газоуплотнении цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами основное компрессионное и дополнительное разрезные кольца. Дополнительное кольцо выполнено [-образного сечения и имеет верхнюю и нижнюю кольцевые полки, прилегающие к соответствующим торцам канавки и соединенные боковой цилиндрической пластиной, прижатой к внутренней цилиндрической поверхности основного компрессионного кольца, при этом в верхней полке дополнительного кольца выполнены сквозные прорези, а в стыке его на боковой цилиндрической пластине выполнены концевые усики.The problem is solved in that in the gas seal of the cylinder-piston group of the internal combustion engine, containing the main compression and additional split rings installed in the groove of the piston located in the cylinder between its upper and lower ends. The additional ring is made [-shaped and has upper and lower annular flanges adjacent to the corresponding ends of the grooves and connected by a side cylindrical plate pressed against the inner cylindrical surface of the main compression ring, while through the slots are made in the upper flange of the additional ring, and in its junction end antennae are made on the lateral cylindrical plate.

При таком выполнении газоуплотнения цилиндропоршневой группы обеспечивается уменьшение прорыва газов в картер, исключение насосного действия колец и уменьшение старения масла. Следствием этого является повышение эффективности работы двигателя и уменьшение расхода моторного масла.With such a gas seal of the cylinder-piston group, a breakthrough of gases in the crankcase is ensured, the pump action of the rings is eliminated and oil aging is reduced. The consequence of this is to increase engine efficiency and reduce engine oil consumption.

Поставленная перед изобретением задача решается также и тем, что на верхней и нижней полках дополнительного кольца по их периметру выполнены отгибные усики.The problem set before the invention is also solved by the fact that on the upper and lower shelves of the additional ring along their perimeter, folding antennae are made.

Возникающие при этом дополнительные радиальные силы упругости обеспечивают повышенную приспособляемость и, как следствие, еще более эффективное газоуплотнение цилиндропоршневой группы.The resulting additional radial elastic forces provide increased adaptability and, as a result, an even more efficient gas seal of the piston cylinder group.

На фиг.1 представлено заявляемое газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 изображено дополнительное кольцо (вид спереди); на фиг.3 - то же (вид сверху); на фиг.4 показан второй вариант заявляемого газоуплотнения; на фиг.5 - соответствующая этому варианту конструкция дополнительного кольца (вид спереди); на фиг.6 - то же (вид сверху).Figure 1 presents the inventive gas seal cylinder-piston group of an internal combustion engine; figure 2 shows an additional ring (front view); figure 3 is the same (top view); figure 4 shows a second variant of the inventive gas sealing; figure 5 - corresponding to this option, the design of the additional ring (front view); figure 6 is the same (top view).

Уплотнение (фиг.1-3) между цилиндром 1 и поршнем 2 производится основным компрессионным кольцом 3 и дополнительным из тонколистовой жаропрочной стали уплотняющим кольцом 4, которое состоит из верхней 5 и нижней 6 полок, соединенных боковой цилиндрической пластиной 7, постоянно прижатой к внутренней цилиндрической поверхности 8 компрессионным кольцом 3. В верхней полке 5 имеется равномерно чередующиеся сквозные прорези 9, соединяющие надпоршневое пространство 10 с заколечным пространством 11. Верхняя 5 и нижняя 6 полки выполнены с некоторым наклоном к торцам 12 и 13 канавки 14 поршня (углы α и β, предпочтительно α=0,1°+5°, β=0,1°-5°). При установке дополнительного кольца 4 в канавку 14 образуется небольшой натяг, обуславливающий прижатие полок 5 и 6 к соответствующим торцам 12 и 13 канавки в поршне и надежное уплотнение между нижней полкой 6 и нижним торцом 13 канавки 14. Дополнительное кольцо выполнено разрезным, при этом в стыке 15 дополнительного кольца 4 на пластине 7 имеются концевые усики 16 и 17, которые при сборке кольцевого уплотнения входят в соприкосновение и изгибаются, создавая натяг, прижимающий боковую цилиндрическую пластину 7 к внутренней цилиндрической поверхности 8 компрессионного кольца 3. Расположенное в канавке 14 основное кольцо 3 в рабочем положении имеет осевые зазоры 18 и 19 с торцами 12 и 13 канавки.The seal (Figs. 1-3) between the cylinder 1 and the piston 2 is made by the main compression ring 3 and an additional sealing ring 4 made of heat-resistant steel sheet, which consists of the upper 5 and lower 6 shelves connected by a lateral cylindrical plate 7, constantly pressed against the inner cylindrical surfaces 8 with a compression ring 3. In the upper flange 5 there are evenly alternating through-cuts 9 connecting the over-piston space 10 with the annular space 11. The upper 5 and lower 6 shelves are made with some inclination to the ends 12 and 13 of the piston groove 14 (angles α and β, preferably α = 0.1 ° + 5 °, β = 0.1 ° -5 °). When installing an additional ring 4 in the groove 14, a small interference is formed, which causes the shelves 5 and 6 to be pressed against the corresponding ends 12 and 13 of the groove in the piston and a reliable seal between the lower shelf 6 and the lower end 13 of the groove 14. The additional ring is made split, while at the junction 15 of the additional ring 4 on the plate 7 there are end antennae 16 and 17, which, when assembling the annular seal, come into contact and bend, creating an interference fit pressing the lateral cylindrical plate 7 to the inner cylindrical surface memory 8 compression ring 3. Located in the groove 14 of the base ring 3 in the working position has the axial gaps 18 and 19 with the ends 12 and 13 of the groove.

Для дополнительного увеличения силы прижатия компрессионного кольца 3 и улучшению его прилегаемости к цилиндру 1 в усовершенствованном варианте газоуплотнения (фиг.4-6) на периферии обеих полок 5 и 6 расположены равномерно чередующиеся отгибные усики 20 и 21, которые упираются своими концами в дно 22 канавки 14. При работе поршневого двигателя компрессионное кольцо 3 за счет совокупного действия газовых сил, сил инерции кольца и сил трения между кольцом 3 и цилиндром 1 многократно за рабочий цикл двигателя (до 25 раз) прижимается попеременно к верхнему 12 и нижнему 13 торцам канавки. При перекладке компрессионного кольца 3 между торцами канавки он занимает промежуточное положение, при котором образуются зазоры 18 и 19 между торцами компрессионного кольца и канавки. При этом мгновенном положении через зазоры 18 и 19 происходит свободное течение газа из надпоршневого пространства в картер двигателя. В этом же положении кольца возможно движение масла в обратном направлении за счет наносного действия колец.To further increase the pressing force of the compression ring 3 and improve its fit to the cylinder 1 in the improved gas seal option (Figs. 4-6), uniformly alternating folding antennae 20 and 21 are located on the periphery of both shelves 5 and 6, which abut against the bottom 22 of the grooves 14. During the operation of the piston engine, the compression ring 3 due to the combined action of gas forces, inertia forces of the ring and friction forces between the ring 3 and cylinder 1 is repeatedly pressed alternately to the top for the engine’s duty cycle (up to 25 times) him 12 and the bottom 13 of the grooves. When shifting the compression ring 3 between the ends of the grooves, it occupies an intermediate position in which gaps 18 and 19 are formed between the ends of the compression ring and the grooves. In this instantaneous position, through the gaps 18 and 19 there is free flow of gas from the over-piston space into the engine crankcase. In the same position of the ring, the movement of oil in the opposite direction is possible due to the applied action of the rings.

При использовании заявляемого технического решения газ из надпоршневого пространства 10 через зазор 18 и прорези 9 в верхней полке 5 свободно перетекает в заколечное пространство 11 и дополнительно силам упругости самого кольца 3 производит его прижатие к цилиндру 1, что является необходимым условием уплотнения пары кольцо-цилиндр. Одновременно дополнительное кольцо 4 оказывается прижатым к внутренней цилиндрической поверхности кольца 3 и нижнему торцу 13 канавки 14 нижней полкой 6, что исключает течение газа через зазор 19 и его попадание в картер двигателя. Установка дополнительного кольца 4 препятствует движению масла через лабораторное уплотнение кольца 2 и исключает его насосное действие, что должно привести к снижению расхода масла двигателем.When using the claimed technical solution, gas from the over-piston space 10 through the gap 18 and the slot 9 in the upper flange 5 freely flows into the annular space 11 and, in addition, the elastic forces of the ring 3 itself are pressed against the cylinder 1, which is a necessary condition for sealing the ring-cylinder pair. At the same time, the additional ring 4 is pressed against the inner cylindrical surface of the ring 3 and the lower end 13 of the groove 14 with the lower shelf 6, which excludes the gas flow through the gap 19 and its entry into the engine crankcase. The installation of an additional ring 4 prevents the movement of oil through the laboratory seal of the ring 2 and excludes its pumping effect, which should lead to a decrease in oil consumption by the engine.

Газоуплотнение, выполненное по второму варианту, характеризуется лучшей приспособляемостью компрессионного кольца к нарушениям макрогеометрии поверхности цилиндра, меньшими радиальной толщиной и собственной упругостью и предназначено для двигателей, форсированных по давлению сгорания. Дополнительное кольцо 4 имеет увеличенное усилие его прижатия к компрессионному кольцу 3, что достигается за счет отгибных усиков 20 и 21, расположенных на продолжении нижней 6 и верхней 5 полок (см. фиг.6). Усики 20 и 21 отогнуты на небольшой угол γ относительно полок 5 и 6. При установке в двигатель усики 20 и 21 упираются своими концами в дно 22 канавки 14 поршня 2, что обусловливает возникновение дополнительных радиальных сил упругости, передаваемых дополнительным кольцом 4 на компрессионное кольцо 3 (см. фиг.3). Указанные силы упругости, передаваемые на компрессионное кольцо 2 уменьшенной радиальной толщины, обеспечивают повышенную приспособляемость и, как следствие этого, улучшенное газоуплотнение в сопряжении кольцо-цилиндр.The gas seal, made according to the second embodiment, is characterized by better adaptability of the compression ring to violations of the macrogeometry of the cylinder surface, smaller radial thickness and intrinsic elasticity, and is intended for engines forced by the combustion pressure. The additional ring 4 has an increased force of its pressing against the compression ring 3, which is achieved due to the folding antennae 20 and 21 located on the continuation of the lower 6 and upper 5 shelves (see Fig.6). The antennae 20 and 21 are bent at a small angle γ relative to the shelves 5 and 6. When installed in the engine, the antennae 20 and 21 abut their ends into the bottom 22 of the grooves 14 of the piston 2, which causes the appearance of additional radial elastic forces transmitted by the additional ring 4 to the compression ring 3 (see figure 3). The specified elastic forces transmitted to the compression ring 2 of reduced radial thickness provide increased adaptability and, as a consequence, improved gas sealing in the ring-cylinder interface.

Таким образом, установка дополнительного уплотняющего кольца обеспечивает уменьшение прорыва рабочих газов в картер двигателя, а также рабочей смеси при такте сжатия в карбюраторных двигателях, что обусловливает улучшение условий смазки в цилиндропоршневой группе, уменьшение старения масла, повышение экономичности карбюраторных двигателей, а за счет исключения насосного действия конец и снижение расхода масла. Иными словами, заявляемое техническое решение обеспечивает за счет усовершенствования газоуплотнения цилиндропоршневой группы повышение эффективности работы двигателя и уменьшение расхода моторного масла.Thus, the installation of an additional sealing ring reduces the breakthrough of working gases in the engine crankcase, as well as the working mixture during compression stroke in carburetor engines, which leads to improved lubrication conditions in the cylinder-piston group, reduced oil aging, increased efficiency of carburetor engines, and by eliminating the pump Actions end and reduce oil consumption. In other words, the claimed technical solution provides, by improving the gas seal of the cylinder-piston group, increasing the efficiency of the engine and reducing the consumption of engine oil.

Claims

1. Газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в канавке размещенного в цилиндре поршня между верхним и нижним ее торцами основное компрессионное и дополнительное кольца, отличающееся тем, что дополнительное кольцо выполнено [-образного сечения и имеет верхнюю и нижнюю кольцевые полки, прилегающие соответственно к верхнему и нижнему торцам канавки и соединенные между собой боковой цилиндрической пластиной, прижатой к внутренней цилиндрической поверхности основного компрессионного кольца, при этом в верхней полке дополнительного кольца выполнены сквозные прорези, а в стыке его, на боковой цилиндрической пластине, выполнены концевые усики.1. Gas sealing of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, comprising the main compression and additional rings installed in the groove of the piston located in the cylinder between its upper and lower ends, characterized in that the additional ring is made of [-shaped section and has upper and lower ring shelves adjacent respectively to the upper and lower ends of the grooves and interconnected by a lateral cylindrical plate pressed against the inner cylindrical surface of the main compression of the ring, thus in the top shelf additional ring is provided with through slots, and in its junction on the side of the cylindrical plate, the end antennae are made.

2. Газоуплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что на верхней и нижней полках дополнительного кольца по их периметру выполнены отгибные усики. 2. Gas sealing of the cylinder-piston group of the internal combustion engine, characterized in that on the upper and lower shelves of the additional ring along their perimeter, folding antennae are made.