RU2412367C1 - Piston seal for internal combustion engine - Google Patents
Piston seal for internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412367C1 RU2412367C1 RU2009137663/06A RU2009137663A RU2412367C1 RU 2412367 C1 RU2412367 C1 RU 2412367C1 RU 2009137663/06 A RU2009137663/06 A RU 2009137663/06A RU 2009137663 A RU2009137663 A RU 2009137663A RU 2412367 C1 RU2412367 C1 RU 2412367C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- working
- piston
- rings
- area
- 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, состоящие из двух рабочих колец, установленных в одну поршневую канавку (US 1396620, F16J 9/00, 1921; JT 534645 A, 20.10.1955; US 2228495 A, 14.01.1941).Known piston seals, consisting of two working rings installed in one piston groove (US 1396620, F16J 9/00, 1921; JT 534645 A, 10/20/1955; US 2228495 A, 01/14/1941).
Известно поршневое уплотнение для двигателя внутреннего сгорания, содержащее верхнее и нижнее рабочие кольца одинаковой конструкции L-образного сечения, размещенные в одной поршневой канавке, так что замки их смещены по отношению друг к другу на 180° и концы взаимно задерживаются от выхода наружу, причем зазор в замке одного кольца перекрывается в радиальном и осевом направлении другим кольцом, ближайшее по технической сущности и принятое за прототип (К.Энглиш. Поршневые кольца. T.1. Перевод с немецкого. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. 1962. Стр.466. Фиг.370).A piston seal for an internal combustion engine is known, comprising upper and lower working rings of the same L-shaped design placed in one piston groove, so that their locks are 180 ° offset from each other and the ends are mutually delayed from going out, with a gap in the lock of one ring it is blocked in the radial and axial direction by another ring closest in technical essence and taken as a prototype (K. English. Piston rings. T.1. Translation from German. M.: State scientific and technical e publishing house of engineering literature. 1962. P. 466. Fig. 370).
Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что задача перекрытия зазора в замке одного кольца другим кольцом в осевом и радиальном направлениях, если и может быть решена, как рекомендует автор, для «больших двигателей, прежде всего судовых, паровых машин, компрессоров и гидравлических механизмов» в единичном типе производства, то подобные конструкции не могут быть использованы для средних и малых двигателей в условиях крупносерийного и массового производства ввиду их нетехнологичности. Кроме того, меньшая рабочая поверхность верхнего кольца подвержена большим тепловым и механическим нагрузкам, чем рабочая поверхность нижнего кольца. Она быстрее изнашивается, и учитывая, что износ рабочей поверхности нижнего кольца меньше, а поршень имеет возможность качаться на поршневом пальце и в еще большей степени изнашивать рабочую поверхность верхнего кольца, то между последней и стенкой цилиндра образуется зазор, так как ступенька, нижнего кольца ограничивает радиальное смещение верхнего кольца к стенке, ухудшая его уплотнительные качества.The prototype has a significant drawback, which is that the task of closing the gap in the lock of one ring with another ring in the axial and radial directions, if it can be solved, as the author recommends, for "large engines, primarily marine, steam engines, compressors and hydraulic mechanisms ”in a single type of production, such designs cannot be used for medium and small engines in large-scale and mass production due to their low technology. In addition, the smaller working surface of the upper ring is subject to greater thermal and mechanical stresses than the working surface of the lower ring. It wears out faster, and given that the wear of the working surface of the lower ring is less, and the piston has the ability to swing on the piston pin and wear out the working surface of the upper ring even more, a gap forms between the cylinder and the cylinder wall, since the step of the lower ring limits radial displacement of the upper ring to the wall, impairing its sealing properties.
Кроме того, и для «больших» двигателей при наличии избыточного давления над поршнем на рабочих тактах «сжатие» и «рабочий ход» подобные конструкции оказываются неработоспособными, так как площади поверхностей верхних торцов верхних колец, как правило, больше площадей вертикальных внутренних поверхностей, на которые оказывает воздействие рабочий газ. Такие компрессионные кольца теряют свою упругость и подвижность относительно поршня. «Компрессионное кольцо теряет свои функции, становится неработоспособным, уподобляясь конструктивному элементу поршня на самых ответственных тактах рабочего цикла двигателя» (патент RU 2341671 С2, 20.12.2008, Бюл. №35). Кроме того, в процессе эксплуатации по мере износа рабочих колец они теряют свои упругие качества, особенно на рабочем такте «выпуск», когда нет дополнительного давления в поршневой канавке, тем самым, ухудшая очистку цилиндра от продуктов сгорания топливовоздушной смеси, копоти и нагара, снижая количество всасываемого чистого воздуха на такте «впуск».In addition, for "large" engines in the presence of excess pressure above the piston at the working strokes, the "compression" and "working stroke" similar designs are inoperative, since the surface areas of the upper ends of the upper rings are usually larger than the areas of vertical internal surfaces, which is affected by the working gas. Such compression rings lose their elasticity and mobility relative to the piston. “The compression ring loses its functions, becomes inoperative, becoming similar to the piston structural element on the most critical engine cycle cycles” (patent RU 2341671 C2, 12/20/2008, Bull. No. 35). In addition, during operation, as the working rings wear, they lose their elastic qualities, especially at the “release” working cycle, when there is no additional pressure in the piston groove, thereby impairing the cleaning of the cylinder from the combustion products of the air-fuel mixture, soot and soot, reducing the amount of clean air drawn in at the “intake” stroke.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении компрессии, мощности и ресурса двигателя, в уменьшении расхода топлива и масла, улучшении экологических показателей двигателя.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to increase compression, power and engine life, to reduce fuel and oil consumption, to improve the environmental performance of the engine.
Технический результат достигается тем, что в поршневом уплотнении для двигателя внутреннего сгорания, содержащем верхнее и нижнее ступенчатые рабочие кольца, обращенные друг к другу ступенчатыми поверхностями, размещенные в одной поршневой канавке, новым является то, что площадь рабочей поверхности верхнего кольца больше площади рабочей поверхности нижнего кольца-экспандера, при этом площадь верхнего торца верхнего кольца равна сумме площадей внутренних вертикальных поверхностей колец.The technical result is achieved in that in a piston seal for an internal combustion engine containing upper and lower stepped working rings facing each other with stepped surfaces placed in one piston groove, the new is that the area of the working surface of the upper ring is larger than the area of the working surface of the lower ring-expander, while the area of the upper end of the upper ring is equal to the sum of the areas of the inner vertical surfaces of the rings.
В поршневом уплотнении для двигателя внутреннего сгорания рабочие кольца расположены так, что разрезы замков лежат в направлении оси поршневого пальца и повернуты на 180° по отношению друг к другу.In the piston seal for the internal combustion engine, the working rings are arranged so that the cuts of the locks lie in the direction of the axis of the piston pin and are rotated 180 ° with respect to each other.
В поршневом уплотнении для двигателя внутреннего сгорания средние поверхности ступенек выполнены под 90° или под углом α к верхнему торцу верхнего кольца и нижнему торцу нижнего кольца.In a piston seal for an internal combustion engine, the middle surfaces of the steps are made at 90 ° or at an angle α to the upper end of the upper ring and the lower end of the lower ring.
В поршневом уплотнении для двигателя внутреннего сгорания в поршневой канавке над верхним компрессионным кольцом установлено ступенчатое упругое разрезное кольцо с зазором относительно цилиндра двигателя и упором ступенькой во внутреннюю вертикальную поверхность кольцевого буртика, выполненного на верхней полке поршневой канавки.In the piston seal for the internal combustion engine in the piston groove above the upper compression ring there is a stepped elastic split ring with a gap relative to the engine cylinder and a stop in the inner vertical surface of the annular collar made on the upper shelf of the piston groove.
Таким образом, верхнее рабочее кольцо и нижнее рабочее кольцо-экспандер составляют в комплекте одно сборное поршневое кольцо.Thus, the upper working ring and the lower working ring-expander constitute one complete piston ring.
На фиг.1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания со ступенчатыми рабочими кольцами, обращенными друг к другу ступенчатыми поверхностями, при этом средние поверхности ступенек выполнены под углом 90°.Figure 1 shows a partial section of an internal combustion engine with stepped working rings facing each other stepped surfaces, while the middle surfaces of the steps are made at an angle of 90 °.
На фиг.2 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания со ступенчатыми рабочими кольцами, над которыми расположено дополнительное ступенчатое кольцо.Figure 2 shows a partial cross section of an internal combustion engine with stepped working rings, over which an additional stepped ring is located.
На фиг.3 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания со ступенчатыми рабочими кольцами, обращенными друг к другу ступенчатыми поверхностями, при этом средние поверхности ступенек выполнены под углом α.Figure 3 presents a partial section of an internal combustion engine with stepped working rings facing each other stepped surfaces, while the middle surfaces of the steps are made at an angle α.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее рабочее кольцо 3 и нижнее рабочее кольцо-экспандер 4, установленные в поршневую канавку 5, причем площадь рабочей поверхности верхнего кольца 3 больше площади рабочей поверхности нижнего кольца-экспандера 4, при этом площадь верхнего торца верхнего кольца 3 равна сумме площадей внутренних вертикальных поверхностей колец 3 и 4. Рабочие кольца 3 и 4 расположены так, что разрезы замков лежат в направлении оси поршневого пальца и повернуты на 180° по отношению друг к другу.The internal combustion engine comprises a
В поршневой канавке над верхним рабочим кольцом 3 установлено ступенчатое упругое разрезное кольцо 6 с зазором относительно цилиндра 1 и упором ступенькой во внутреннюю вертикальную поверхность кольцевого буртика, выполненного на верхней полке поршневой канавки 5.In the piston groove above the upper working
Средние поверхности ступеньки верхнего рабочего кольца 3 и ступеньки нижнего кольца-экспандера 4 могут быть выполнены под 90° или под углом α по отношению к верхнему торцу верхнего рабочего кольца 3 и нижнему торцу нижнего кольца-экспандера 4.The middle surfaces of the steps of the upper working
Поршневое уплотнение работает следующим образом.The piston seal operates as follows.
При перемещении поршня в верхнее положение на рабочем такте «сжатие» через гарантированный термодинамический зазор между верхней полкой поршневой канавки 5 и верхним торцом рабочего кольца 3 сжимаемый воздух прорывается в придонную полость поршневой канавки 5. Образующееся давление в поршневой канавке 5 действует на окружающие поверхности с силами, прямо пропорциональными площадям этих поверхностей. Упругие качества рабочего кольца 3 и нижнего кольца-экспандера 4 сохраняются за счет баланса газодинамических сил, действующих на поверхности колец в осевом Fo и радиальном направлении Fрад. Для выполнения этого условия площадь поверхности верхнего торца верхнего рабочего кольца 3 равна общей площади поверхностей внутренних вертикальных поверхностей колец 3 и 4. Такая динамика сохраняется при любом избыточном давлении над поршнем как на такте «рабочий ход», так, частично, и на такте «выпуск».When the piston is moved to the upper position on the working stroke, “compression” through the guaranteed thermodynamic gap between the upper flange of the
При перемещении поршня в нижнее положение на рабочем такте «впуск» в цилиндре может быть только атмосферное давление, не оказывающее какого-либо воздействия на работу колец, которая осуществляется только за счет своих упругих качеств. В процессе эксплуатации за счет износа верхнее рабочее кольцо 3 теряет свои упругие качества, которые компенсирует нижнее рабочее кольцо-экспандер 4, сохраняющее свои упругие качества в большей степени. Тем самым, продлевается работоспособность обоих колец 3 и 4, обеспечивается необходимый забор расчетного количества свежего воздуха в процессе всего ресурса поршневого уплотнения.When moving the piston to the lower position on the working stroke, the “inlet” in the cylinder can only be atmospheric pressure, which does not have any effect on the work of the rings, which is carried out only due to its elastic qualities. During operation, due to wear, the upper working
Меньшая площадь рабочей поверхности нижнего кольца-экспандера позволяет ему быстрее прирабатываться по гильзе цилиндра, выбирая возможные технологические зазоры между средними поверхностями ступенек и повышая уплотнительные качества сборного кольца. После приработки кольцо 4, оставаясь рабочим, выполняет функции экспандера, равномерно, независимо от износа колец 3 и 4, поджимающего верхнее рабочее кольцо 3 к стенке цилиндра 1.The smaller area of the working surface of the lower expander ring allows it to be used more quickly along the cylinder liner, choosing possible technological gaps between the middle surfaces of the steps and increasing the sealing properties of the assembly ring. After running in,
После соприкосновения этих поверхностей верхнее рабочее кольцо 3 сдерживает износ нижнего кольца-экспандера 4, рабочая поверхность которого изнашивается вместе с рабочей поверхностью верхнего рабочего кольца 3. Кроме того, через зазор в замке более низкой части нижнего рабочего кольца-экспандера 4 ограниченная часть прорвавшегося в придонную полость поршневой канавки 5 давления сжимаемого воздуха дросселируется в зазор между поршнем 2 и цилиндром 1 и далее в картер двигателя. Чем меньше высота рабочей части нижнего кольца-экспандера 4, тем меньше величина проходного сечения, и, следовательно, меньшая часть давления будет прорываться через этот уменьшенный зазор. Уменьшение площади проходного сечения зазора в замке нижнего кольца аналогично влияет на уменьшение попадания масла, снимаемого нижним торцом нижнего кольца-экспандера 4 со стенки цилиндра 1 при перемещении поршня 2 в нижнее положение на рабочих тактах «впуск» и «рабочий ход» в поршневую канавку 5, тем самым, снижая расход масла на угар.After the contact of these surfaces, the upper working
Расположение разрезов замков рабочих колец в направлении оси поршневого пальца и под 180° по отношению друг к другу позволяет перекрыть прямой прорыв рабочих газов сверху на тактах «сжатие» и «рабочий ход» и моторного масла, снимаемого со стенки цилиндра нижним торцом нижнего кольца 4 при перемещении поршня в нижнее положение на тактах «рабочий ход» и «впуск».The location of the cuts of the locks of the working rings in the direction of the axis of the piston pin and at 180 ° relative to each other allows you to block the direct breakthrough of working gases from above at the “compression” and “working stroke” and engine oil, removed from the cylinder wall with the lower end of the
Ступенчатое кольцо 6 перекрывает гарантированный зазор между верхним торцом верхнего рабочего кольца 3 и верхней полкой поршневой канавки 5, существенно ограничивая прорыв сжимаемого воздуха на такте «сжатие», рабочих газов на такте «рабочий ход», а также копоти и нагара на такте «выпуск».The stepped ring 6 overlaps the guaranteed gap between the upper end face of the upper working
В тех двигателях, в которых невозможно применить ступенчатое кольцо 6 (маломощные двигатели с малым диаметром цилиндра), целесообразно использовать конструкцию с наклонными средними поверхностями ступенек. Собственная сила упругости нижнего рабочего кольца-экспандера 4, действующая на разжим и увеличивающая силу поджима верхнего кольца 3 к стенке цилиндра 1, раскладывается на наклонных контактных поверхностях ступенек на горизонтальную (радиальную) составляющую Fрад и осевую составляющую Fo. Радиальная составляющая Fрад силы упругости нижнего рабочего кольца 4 поджимает верхнее рабочее кольцо 3 к стенке цилиндра 1, а осевая составляющая Fo силы упругости нижнего кольца 4 поджимает верхнее кольцо 3 к верхней полке поршневой канавки 5, устраняя гарантированный термодинамический зазор между верхним торцом верхнего рабочего кольца 3 и верхней полкой поршневой канавки 5. При этом газодинамические силы, возникающие от давления газов, прорывающихся в поршневую канавку 5, многократно усиливают это воздействие нижнего рабочего кольца 4 на верхнее рабочее кольцо 3, выполняя функции экспандера и повышая уплотнительные качества конструкции.In those engines in which it is impossible to use a stepped ring 6 (low-power engines with a small cylinder diameter), it is advisable to use a design with inclined middle surfaces of the steps. The own elastic force of the lower working ring-
Так как у рабочих колец 3 и 4 изнашивается преимущественно поверхность, расположенная в районе замка кольца, то целесообразно при установке колец на поршень 2 расположить их так, чтобы разрезы замков располагались в направлении оси поршневого пальца и были повернуты на 180° по отношению друг к другу. Это позволит уменьшить износ рабочих колец 3 и 4 и цилиндра 1, исключит прямой прорыв рабочих газов из цилиндра 1 через зазоры в замках рабочих колец 3 и 4.Since the working
Поршневое уплотнение, простое по конструкции, технологичное в изготовлении и эксплуатации, позволит значительно повысить эффективность уплотнения между поршнем и цилиндром, уменьшить механические, газодинамические и теплофизические потери, увеличить мощность и ресурс двигателя, сократить расход топлива и масла, улучшить экологические характеристики двигателя.The piston seal, simple in design, technologically advanced in manufacture and operation, will significantly increase the efficiency of the seal between the piston and the cylinder, reduce mechanical, gas-dynamic and thermophysical losses, increase engine power and life, reduce fuel and oil consumption, and improve the environmental performance of the engine.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137663/06A RU2412367C1 (en) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Piston seal for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137663/06A RU2412367C1 (en) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Piston seal for internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2412367C1 true RU2412367C1 (en) | 2011-02-20 |
Family
ID=46310120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137663/06A RU2412367C1 (en) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Piston seal for internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412367C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110118132A (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-13 | 天津大学 | Combined sealing piston ring, piston assembly, internal combustion engine and encapsulating method |
| CN110145598A (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-20 | 天津大学 | Combined piston top and shore ring, piston assembly, internal combustion engine and sealing method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2225508A (en) * | 1938-07-29 | 1940-12-17 | Sandow Abraham | Packing ring |
| US2564025A (en) * | 1948-09-21 | 1951-08-14 | Koppers Co Inc | Spacer for worn piston ring grooves |
| SU1710807A1 (en) * | 1990-03-06 | 1992-02-07 | Кишиневский политехнический институт им.С.Лазо | Compression ring |
| SU1719689A1 (en) * | 1989-09-21 | 1992-03-15 | Одесский Конструкторско-Технологический Институт По Поршневым Кольцам | Piston assembly |
| RU2341671C2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева (КГТУ им. А.Н.Туполева) | Ice piston packing |
-
2009
- 2009-10-12 RU RU2009137663/06A patent/RU2412367C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2225508A (en) * | 1938-07-29 | 1940-12-17 | Sandow Abraham | Packing ring |
| US2564025A (en) * | 1948-09-21 | 1951-08-14 | Koppers Co Inc | Spacer for worn piston ring grooves |
| SU1719689A1 (en) * | 1989-09-21 | 1992-03-15 | Одесский Конструкторско-Технологический Институт По Поршневым Кольцам | Piston assembly |
| SU1710807A1 (en) * | 1990-03-06 | 1992-02-07 | Кишиневский политехнический институт им.С.Лазо | Compression ring |
| RU2341671C2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева (КГТУ им. А.Н.Туполева) | Ice piston packing |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110118132A (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-13 | 天津大学 | Combined sealing piston ring, piston assembly, internal combustion engine and encapsulating method |
| CN110145598A (en) * | 2019-06-03 | 2019-08-20 | 天津大学 | Combined piston top and shore ring, piston assembly, internal combustion engine and sealing method |
| CN110145598B (en) * | 2019-06-03 | 2024-02-09 | 天津大学 | Combined piston top land ring, piston assembly, internal combustion engine and sealing method |
| CN110118132B (en) * | 2019-06-03 | 2024-02-09 | 天津大学 | Sealing combined piston ring, piston assembly, internal combustion engine and sealing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2381375C2 (en) | Internal combustion engine piston seal | |
| CN104454226A (en) | Engine piston assembly | |
| RU2447306C1 (en) | Ice piston seal | |
| RU2412367C1 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
| JP2016527460A (en) | piston ring | |
| RU92105U1 (en) | PISTON SEAL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| CN109252952B (en) | High power density four-stroke two-cycle internal combustion engine | |
| RU2282739C1 (en) | Piston sealing for internal combustion engine | |
| US9194327B2 (en) | Cylinder liner with slots | |
| RU2243396C2 (en) | Internal combustion engine piston sealing | |
| RU2372506C2 (en) | Piston sealing for internal combustion engine | |
| RU2213238C2 (en) | Internal combustion engine piston seal | |
| RU2341671C2 (en) | Ice piston packing | |
| RU2619001C1 (en) | Oil-removing piston unit for internal-combustion engine | |
| RU2651694C1 (en) | Internal combustion engine sleeve assembly | |
| RU2386840C2 (en) | Internal combustion engine piston seal (versions) | |
| RU2361105C2 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
| RU2022146C1 (en) | Piston seal for internal combustion engine | |
| RU76082U1 (en) | PISTON SEAL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| RU2372507C1 (en) | Piston sealing for internal combustion engine (versions) | |
| RU2037703C1 (en) | Piston seal | |
| KR100409572B1 (en) | Piston ring structure | |
| JP6387237B2 (en) | Piston ring and engine including the piston ring | |
| CN201050417Y (en) | Piston and cylinder cooperation structure of motorcycle engine | |
| CN110118131A (en) | Piston head |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161013 |