RU2582384C1 - Piston seal of internal combustion engine - Google Patents
Piston seal of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2582384C1 RU2582384C1 RU2015108559/06A RU2015108559A RU2582384C1 RU 2582384 C1 RU2582384 C1 RU 2582384C1 RU 2015108559/06 A RU2015108559/06 A RU 2015108559/06A RU 2015108559 A RU2015108559 A RU 2015108559A RU 2582384 C1 RU2582384 C1 RU 2582384C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- piston
- compression
- cylinder
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, and specifically to the design, manufacture and operation of internal combustion engines.
Известны поршневые уплотнения двигателей внутреннего сгорания, состоящие из отдельных элементов, установленных в одну поршневую канавку (US 1527535 А. 19.10.1920, RU 2381375 С2, 10.02.2010. RU 2213238. С2, 27.09.2003, US 3971298 А. 27.07.1976, GB 284133 А. 26.01.1928, GB 552296 А, 31.03.1943).Known piston seals of internal combustion engines, consisting of individual elements installed in one piston groove (US 1527535 A. 19.10.1920, RU 2381375 C2, 02.10.2010. RU 2213238. C2, 09.27.2003, US 3971298 A. 07.27.1976 , GB 284133 A. 01/26/1928, GB 552296 A, 03/31/1943).
Известно поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания (патент №2381375, МПК F02F 5/00, опубл. 10.02.2010 г.), ближайшее по технической сущности и принятое за прототип, содержащее верхнее и нижнее компрессионные кольца, размещенные в одной поршневой канавке, причем верхний торец верхнего компрессионного кольца выполнен под углом к своему нижнему торцу, образуя поперечное сечение кольца в виде односторонней трапеции. Известное устройство имеет существенный недостаток, который заключается в том, что подобная схема расположения компрессионных колец и конического расширителя допускает прорыв рабочих газов из камеры сгорания через зазор в замке верхнего компрессионного кольца в придонную полость поршневой канавки и далее через зазор в замке конического расширителя и зазор между поршнем и цилиндром в картер двигателя. При движении поршня в обратном направлении, масло, снятое со стенки цилиндра, попадает в придонную полость поршневой канавки и далее, через зазор в замке верхнего компрессионного кольца вытесняется в зазор между поршнем и цилиндром и выбрасывается в камеру сгорания. Кроме того, рядная с компрессионными кольцами установка расширительного кольца увеличивает длину поршня, увеличивая его массу, которая отрицательно влияет не только на расход металла, особенно в массовом типе производства, но и на динамику кинематической системы двигателя.Known piston seal of an internal combustion engine (patent No. 2381375, IPC F02F 5/00, publ. 02/10/2010), closest in technical essence and adopted as a prototype, containing upper and lower compression rings placed in one piston groove, the upper the end face of the upper compression ring is made at an angle to its lower end, forming a cross section of the ring in the form of a one-sided trapezoid. The known device has a significant drawback, which is that a similar arrangement of compression rings and a conical expander allows breakthrough of working gases from the combustion chamber through the gap in the lock of the upper compression ring into the bottom cavity of the piston groove and then through the gap in the lock of the conical expander and the gap between piston and cylinder into the crankcase. When the piston moves in the opposite direction, the oil removed from the cylinder wall enters the bottom cavity of the piston groove and then, through the gap in the lock of the upper compression ring, is displaced into the gap between the piston and the cylinder and thrown into the combustion chamber. In addition, the installation of an expansion ring in line with compression rings increases the length of the piston, increasing its mass, which negatively affects not only metal consumption, especially in mass production, but also on the dynamics of the kinematic system of the engine.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в сокращении газодинамических потерь между поршнем и цилиндром, исключении прорыва рабочих газов через зазор в замке верхнего компрессионного кольца в поршневую канавку и далее в картер двигателя, проникновении моторного масла через поршневую канавку и тот же зазор в замке верхнего компрессионного кольца в камеру сгорания, в улучшении условий теплообмена между перегретой головкой поршня и охлаждаемым цилиндром, в повышении мощности, ресурса и надежности двигателя, в уменьшении расхода топлива и масла и улучшении экономических и экологических характеристик двигателя.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to reduce gas-dynamic losses between the piston and the cylinder, to prevent breakthrough of working gases through the gap in the lock of the upper compression ring into the piston groove and further into the crankcase, the penetration of motor oil through the piston groove and the same gap in the lock of the upper compression ring into the combustion chamber, in improving the heat transfer conditions between the overheated piston head and the cylinder to be cooled, in increasing the power, resource and a reliability of the engine in reducing fuel consumption and oils, and improvement of economic and ecological characteristics of the engine.
Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении двигателя внутреннего сгорания, содержащем два компрессионных кольца и расширительное кольцо, установленные в одной поршневой канавке, новым является то, что расширительное кольцо, имеющее коническую рабочую часть и цилиндрическую часть, расположено между компрессионными кольцами, при этом коническая часть расширительного кольца контактирует соответственно с наклонными поверхностями, выполненными на нижнем торце верхнего кольца и верхнем торце нижнего кольца, а цилиндрической частью расширительное кольцо установлено в кольцевой проточке, выполненной в дне поршневой канавки.The technical result is achieved in that in a piston seal of an internal combustion engine containing two compression rings and an expansion ring installed in one piston groove, it is new that an expansion ring having a conical working part and a cylindrical part is located between the compression rings, while the conical part of the expansion ring contacts, respectively, with inclined surfaces made on the lower end of the upper ring and the upper end of the lower ring, and part-cylindrical expander ring is installed in an annular groove formed in the bottom of the piston groove.
Компрессионные кольца имеют прямоугольный профиль, при этом верхний торец верхнего кольца и нижний торец нижнего кольца расположены под прямым углом к оси цилиндра двигателя.The compression rings have a rectangular profile, with the upper end of the upper ring and the lower end of the lower ring being at right angles to the axis of the engine cylinder.
Компрессионные кольца имеют трапециевидный профиль, верхний торец верхнего кольца выполнен под углом к своему нижнему торцу, а нижний торец нижнего кольца выполнен под углом к своему верхнему торцу, причем меньшими сторонами они обращены к оси цилиндра двигателя.The compression rings have a trapezoidal profile, the upper end of the upper ring is made at an angle to its lower end, and the lower end of the lower ring is made at an angle to its upper end, with the smaller sides facing the axis of the engine cylinder.
Верхнее компрессионное кольцо имеет трапециевидный профиль, верхний его торец выполнен под углом к своему нижнему торцу, причем меньшей стороной обращено к оси цилиндра двигателя, а нижнее компрессионное кольцо имеет прямоугольный профиль, его нижний торец расположен под прямым углом к оси цилиндра двигателя.The upper compression ring has a trapezoidal profile, its upper end is made at an angle to its lower end, with the smaller side facing the axis of the engine cylinder, and the lower compression ring has a rectangular profile, its lower end is located at right angles to the axis of the engine cylinder.
На фиг. 1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (по п. 2 формулы изобретения).In FIG. 1 shows a partial cross section of an internal combustion engine (according to claim 2).
На фиг. 2 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (по п. 3 формулы изобретения).In FIG. 2 shows a partial cross section of an internal combustion engine (according to
На фиг. 3 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (по п. 4 формулы изобретения).In FIG. 3 shows a partial section of an internal combustion engine (according to claim 4 of the claims).
Здесь: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - верхнее компрессионное кольцо; 4 - поршневая канавка; 5 - расширительное кольцо; 6 - кольцевая проточка; 7 - нижнее компрессионное кольцо.Here: 1 - cylinder; 2 - a piston; 3 - upper compression ring; 4 - piston groove; 5 - an expansion ring; 6 - annular groove; 7 - lower compression ring.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее компрессионное кольцо 3, нижнее компрессионное кольцо 7, между которыми расположено расширительное кольцо 5, установленные в поршневой канавке 4, причем расширительное кольцо 5 своей цилиндрической частью расположено в кольцевой проточке 6, выполненной в дне поршневой канавки 4.The internal combustion engine comprises a
Компрессионные кольца 3 и 7 (фиг. 1) имеют прямоугольный профиль, при этом верхний торец верхнего кольца 3 и нижний торец нижнего кольца 7 расположены под прямым углом к оси цилиндра 1 двигателя.The
Компрессионные кольца (фиг. 2) имеют трапециевидный профиль, верхний торец верхнего кольца 3 выполнен под углом к своему нижнему торцу, а нижний торец нижнего кольца 7 выполнен под углом к своему верхнему торцу, причем меньшими сторонами они обращены к оси цилиндра 1 двигателя.The compression rings (Fig. 2) have a trapezoidal profile, the upper end of the
Верхнее компрессионное кольцо 3 имеет трапециевидный профиль (фиг. 3), верхний его торец выполнен под углом к своему нижнему торцу, причем меньшей стороной обращено к оси цилиндра 1 двигателя, а нижнее компрессионное кольцо 7 имеет прямоугольный профиль, его нижний торец расположен под прямым углом к оси цилиндра 1 двигателя.The
Поршневое уплотнение работает следующим образом. В исходном положении, показанном на фиг. 1, 2, 3, отсутствует зазор между нижним торцом верхнего компрессионного кольца 3 и верхним торцом нижнего компрессионного кольца 7. В процессе работы двигателя происходит нагрев цилиндра 1, поршня 2, компрессионных колец 3, 7 и расширительного кольца 5.The piston seal operates as follows. In the starting position shown in FIG. 1, 2, 3, there is no gap between the lower end of the
В кинематической схеме «цилиндр 1 - верхняя полка поршневой канавки 4 - верхнее компрессионное кольцо 3 - расширительное кольцо 5 - нижнее компрессионное кольцо 7 - нижняя полка поршневой канавки 4» происходят изменения положений ее элементов. Причем схема оставила компрессионным кольцам 3 и 7 две степени свободы, расширительному кольцу 5 - всего одну степень свободы. Компрессионные кольца 3 и 7 имеют возможность смещаться вверх - вниз, вдоль оси поршня 2, а также влево вправо в направлении стенки цилиндра 1, перпендикулярно оси поршня 2. Расширительное кольцо 5, имея одну степень свободы, смещается влево - вправо в направлении стенки цилиндра 1, перпендикулярно оси поршня 2. Такая кинематическая схема расположения подвижных элементов гарантирует компрессионным кольцам 3 и 7 стабильность скольжения по стенке цилиндра 1, избегая различных «скручиваний» (торсионности), недостатков, присущих большинству применяемых конструкций уплотнений между стенками цилиндра 1 и поршнем 2, ориентированных на «скобление» стенки и освобождение ее от излишков масла, оставшихся после прохождения неэффективных маслосъемных колец. Все эти смещения происходят в пределах величины, постоянно меняющегося зазора между полками поршневой канавки 4 и соответствующими торцами компрессионных колец 3 и 7 и величины изменения диаметра цилиндра 1 за счет тепловых деформаций и износа стенки цилиндра 1 и рабочих поверхностей компрессионных колец 3 и 7 в процессе эксплуатации двигателя.In the kinematic diagram "cylinder 1 - the upper shelf of the piston groove 4 - the upper compression ring 3 - the expansion ring 5 - the lower compression ring 7 - the lower shelf of the piston groove 4" changes the position of its elements. Moreover, the circuit
Прогрев цилиндра 1 приводит к увеличению его диаметра. Под действием своих упругих сил компрессионные кольца 3 и 7, прижатые к стенке цилиндра 1, изменяя свое положение вместе со стенкой цилиндра 1, способствуют появлению зазора между полками поршневой канавки 4 и торцами компрессионных колец 3 и 7. Разогрев поршня 2 приводит к увеличению ширины поршневой канавки 4, увеличивая все тот же зазор между полками поршневой канавки 4 и торцами компрессионных колец 3 и 7. Одновременно, под действием своих собственных упругих сил расширительное кольцо 5 смещается в сторону стенки цилиндра 1 вместе с компрессионными кольцами 3 и 7, расклинивая их, устраняя появляющийся зазор между полками поршневой канавки 4 и торцами компрессионных колец 3 и 7. За счет смещения верхнего компрессионного кольца 3 к верхней полке поршневой канавки 4, а нижнего компрессионного кольца 7 к нижней полке поршневой канавки 4, между нижним торцом верхнего компрессионного кольца 3 и верхним торцом нижнего компрессионного кольца 7 появляется соответствующий этим перемещениям зазор. Появляющийся зазор перекрывает расширительное кольцо 5, устраняя прорывы рабочего газа и остатков продуктов горения топливовоздушной смеси, снимаемых со стенки цилиндра 1, в придонную полость поршневой канаки 4, исключая нагарообразование.Warming up the
Коническое расширительное кольцо 5 выполняет функцию осевого и радиального расширителя, прижимая торцы колец 3 и 7 к полкам поршневой канавки 4 и дополняя силы упругости самих колец 3 и 7, прижимая их к стенке цилиндра 1. Причем величина этих усилий и размеров перемещений зависит от угла наклона конуса расширительного кольца 5 и соответствующих торцов колец 3 и 7.The
Контакт цилиндрической части расширительного кольца 5 с одной из полок поршневой проточки 6, верхней, как показано на фиг. 1, 2, 3 (при ходе поршня 2 в нижнее положение), или нижней (при ходе поршня в верхнее положение), способствует дополнительной теплопередаче от перегретой головки поршня 2, через расширительное кольцо 5 и компрессионные кольца 3 и 7 охлаждаемому цилиндру 1.The contact of the cylindrical part of the
В процессе охлаждения выключенного двигателя термодинамические изменения происходят в обратном порядке. В первую очередь снижается температура охлаждаемого цилиндра 1, уменьшается его внутренний диаметр, стенка цилиндра 1 воздействует на компрессионные кольца 3, 7, смещает их в направлении оси поршня 2. В свою очередь, остывание поршня 2 приводит к уменьшению ширины поршневой канавки 6, которая, сужаясь, сжимает пакет колец, также вытесняя расширительное кольцо 5, а вместе с ним и компрессионные кольца 3 и 5 в исходное положение. Расположение конического расширительного кольца 5 своей цилиндрической частью в поршневой проточке 6 препятствует прорыву рабочих газов из камеры сгорания через зазор в замке верхнего кольца 3 в придонную полость поршневой канавки 4, а также устраняет проникновение моторного масла из придонной полости поршневой канавки 4 в камеру сгорания и далее на выхлоп. Кроме того, зазор h1 между поверхностью внешнего диаметра расширительного кольца 5 и выступами на компрессионных кольцах 3 и 7 учитывает увеличение диаметра цилиндра 1 при тепловом расширении, а также износ рабочих поверхностей компрессионных колец 3, 7 и цилиндра 1 в процессе эксплуатации двигателя. Зазор h2 позволяет свободно устанавливаться коническому расширительному кольцу 5 относительно наклонных торцов компрессионных колец 3 и 7, обеспечивая равномерные усилия прижима к обоим кольцам.In the process of cooling an off engine, thermodynamic changes occur in the reverse order. First of all, the temperature of the cooled
Поршневое уплотнение (фиг. 1) с компрессионными кольцами 3 и 7, имеющими прямоугольный профиль обеспечивает защиту поршня от перегрева и проще и технологичнее в изготовлении.A piston seal (Fig. 1) with
Поршневое уплотнение (фиг. 2) можно классифицировать, как термодинамическое, так как конструкция обеспечивает более благоприятные условия защиты поршня от перегрева. При одной и той же высоте компрессионного кольца увеличена активная площадь контакта с полками поршневой канавки, что очень важно при работе двигателя на газообразном топливе. Кроме того, трапециевидные кольца имеют меньшую массу и, соответственно, вес, влияющие на расход металла, особенно, в массовом типе производства, а также на динамические характеристики кинематической системы двигателя.The piston seal (Fig. 2) can be classified as thermodynamic, since the design provides more favorable conditions for protecting the piston from overheating. At the same height of the compression ring, the active contact area with the piston groove flanges is increased, which is very important when the engine is running on gaseous fuel. In addition, the trapezoidal rings have a lower mass and, accordingly, weight, affecting the consumption of metal, especially in the mass type of production, as well as on the dynamic characteristics of the kinematic system of the engine.
Поршневое уплотнение (фиг. 3) более технологично, позволяет при изготовлении поршня 2 точнее выдерживать при обработке очень важные размеры поршневой канавки 4 и кольцевой проточки 6, используя нижнюю полку поршневой канавки в качестве технологической базы. Такая конструкция положительно повлияет на уменьшение зазора h2 между цилиндрической частью расширительного кольца 5 и полками кольцевой проточки 6 и, соответственно, уменьшение проникновения рабочего газа и моторного масла в придонную полость поршневой канавки 4.The piston seal (Fig. 3) is more technologically advanced, and in the manufacture of the
Поршневое уплотнение (фиг. 1, 2, 3) компактное, практически исключает газодинамические потери, отрицательно влияющие на постоянство расчетных параметров рабочих процессов, повышает полноту сгорания топлива, увеличивает мощность двигателя, снижает удельный расход топлива, улучшает условия теплопередачи от поршня цилиндру, повышает ресурс двигателя, улучшает его экологические показатели.The piston seal (Fig. 1, 2, 3) is compact, practically eliminates gas-dynamic losses that adversely affect the constancy of the design parameters of the working processes, increases the completeness of fuel combustion, increases engine power, reduces specific fuel consumption, improves heat transfer conditions from the piston to the cylinder, and increases the resource engine improves its environmental performance.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015108559/06A RU2582384C1 (en) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Piston seal of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015108559/06A RU2582384C1 (en) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Piston seal of internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2582384C1 true RU2582384C1 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=55794447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015108559/06A RU2582384C1 (en) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Piston seal of internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2582384C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1527535A (en) * | 1920-10-19 | 1925-02-24 | Andrew J Bockwitz | Piston |
| GB284133A (en) * | 1927-06-11 | 1928-01-26 | William James Banks | Improvements in metallic packing rings for pistons |
| US3971298A (en) * | 1973-05-10 | 1976-07-27 | Oswdek Badawczo-Rozwojowy Przemyslu Budowy Chemicznych Cebea | Piston assembly with compression and guiding rings |
| RU2213238C2 (en) * | 2001-10-25 | 2003-09-27 | Дружинин Анатолий Матвеевич | Internal combustion engine piston seal |
| RU2381375C2 (en) * | 2007-11-26 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Internal combustion engine piston seal |
-
2015
- 2015-03-11 RU RU2015108559/06A patent/RU2582384C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1527535A (en) * | 1920-10-19 | 1925-02-24 | Andrew J Bockwitz | Piston |
| GB284133A (en) * | 1927-06-11 | 1928-01-26 | William James Banks | Improvements in metallic packing rings for pistons |
| US3971298A (en) * | 1973-05-10 | 1976-07-27 | Oswdek Badawczo-Rozwojowy Przemyslu Budowy Chemicznych Cebea | Piston assembly with compression and guiding rings |
| RU2213238C2 (en) * | 2001-10-25 | 2003-09-27 | Дружинин Анатолий Матвеевич | Internal combustion engine piston seal |
| RU2381375C2 (en) * | 2007-11-26 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Internal combustion engine piston seal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW536598B (en) | A self lubrication, non-sealing piston ring for an internal combustion fastener driving tool | |
| JP6490775B2 (en) | Piston rings for internal combustion engines | |
| BR102015020090A2 (en) | reciprocation engine | |
| JP2019533114A (en) | Open face piston assembly | |
| RU2447306C1 (en) | Ice piston seal | |
| US20130206124A1 (en) | Seatless wet cylinder liner for internal combustion engine | |
| RU2582384C1 (en) | Piston seal of internal combustion engine | |
| RU2535598C1 (en) | Ice piston seal | |
| RU2499901C1 (en) | Ice oil-scraper ring | |
| US20130028773A1 (en) | Apex seal for rotary internal combustion engine | |
| RU2582538C1 (en) | Piston seal of internal combustion engine | |
| RU2576405C1 (en) | Piston seal of internal combustion engine | |
| RU2156905C1 (en) | Piston ring | |
| RU2613478C1 (en) | Piston units of internal combustion engine (versions) | |
| RU2361105C2 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
| RU2625419C1 (en) | Oil-removing piston unit for internal-combustion engine | |
| WO2014066965A1 (en) | Single-piece oil control ring | |
| RU2616686C1 (en) | Piston unit of the internal combustion engine | |
| RU2272949C2 (en) | Sectional piston ring | |
| RU2552022C1 (en) | Hybrid corrugated internal combustion engine | |
| EP2815116A1 (en) | Piston ring for an internal combustion engine | |
| RU10812U1 (en) | COMPRESSION PISTON RING | |
| RU2386840C2 (en) | Internal combustion engine piston seal (versions) | |
| JP6106102B2 (en) | Stirling engine | |
| RU2486360C2 (en) | Ice sleeve assembly gas seal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180312 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190125 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190604 |