Уплотнение между поршнем и зеркалом цилиндра

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ш 4 Р 02 5/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ б Н ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Волгоградский политехнический институт и Волгоградский моторный завод(56) Патент Франции2492032, кл. Г 02 Р 5/00, 1982. (54) УПЛОТНЕНИЕ МЕЖДУ ПОРШНЕМ И ЗЕРКАЛОМ ЦИЛИНДРА (57) Изобретение м. б. использовано в двигателях внутреннего сгорания. Цель изобретения -- снижение расхода масла на угар. Разрезное упругое поршневое кольцо (ПК) 1 установлено в канавке 5 поршня, рабочая поверхность к-рого выполнена конической. В ПК 1 выполнены маслоотводящие кана 801495480 лы 8, направленные от конической рабочей поверхности 4 к нижней торцовой его поверхности 2. Расстояние 1 от центров входных отверстий каналов до нижней торцовой поверхности 2 ПК связано с углом конусностй ПК соотношением =3,5/а. На поверхности 2 ПК 1 или на нижней торцовой поверхности 6 канавки 5 м. б. выполнена кольцевая проточка, соединяющаяся с каналами 8. На поверхности 4 ПК 1 м. б. выполнена кольцевая проточка, соединяющаяся с входными отверстиями каналов 8. Каналы 8 в продольном сечении м. б. выполнены из двух сопряженных участков с различным проходным сечением, причем участок канала с меньшим сечением расположен со стороны поверхности 4 ПК. Каналы 8 м. б. выполнены из двух несоосных сопряженных участков и м. б. расположены под углом один к другому. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и мо. жет быть использовано в качестве уплотнения поршня в двигателях внутреннего сгорания.Цель изобретения - снижение расхода масла на угар,На фиг, 1 показаны графики для определения минимальной толщины слоя масла под коническим кольцом для различных сочетаний высот конического кольца 1. и углов конусности ы; на фиг. 2 - уплотнение поршня двигателя внутреннего сгорания с масло- отводящим каналом, поперечное сечение; на фиг. 3 - то же, с кольцевой проточкой на нижнем торце кольца, в которую входит маслоотводяший канал, поперечное сечение; на фиг, 4 - копьцо с копьцевой проточкой на рабочей грани кольца, в которой расположено входное отверстие маслоотводящего канала; на фиг. 5 - то же, с маслоотводящим каналом, вблизи входного отверстия которого расположен гидравлический затвор в виде участка канала с более узким сечением; на фиг. 6 - маслоотводящий канал с гидравлическим затвором, формируемым смещением оси короткого участка канала; на фиг. 7маслоотводягций канал, состоящий из прямых участков, пересекающихся под углом.Уплотнение содержит коническое комнрессионное кольцо 1 с нижней 2 и верхней 3 гранями, раоочей поверхностью 4 и канавку поршня 5 с нижней 6 и верхней 7 гранями; ширина кольца Н, высота 1 угол конусности сс. В кольце 1 расположен масло- отводящий канал 8 на высоте 1 от нижней грани 2 кольца. Рабочая поверхность 4 кольца 1 через слой масла толщиной и, контактирует с зеркалом цилиндра 9.В кольцевую проточку 10 на нижнем торце 2 кольца 1 выходит маслоотводящий ка; нал 8,В кольце 1 с кольцевой проточкой 11 на рабочей поверхности 4 кольца может быть расположено входное отверстие масло- отводящего канала 8,В кольце 1 с маслоотводящим каналом 8 вблизи входного отверстия может быть расположен гидравлический затвор в виде сужения 12 канала.В маслоотводящем канале 8 с гидравлическим затвором выполняется смещение оси короткого участка 13 канала.Маслоотводящий канал может состоять из прямых участков 14 и 15, пересекающихся под углом,При движении кольца 1 к верхней мертвой точке (ВМТ) благодаря конусности,с рабочей поверхности 4 оно всплывает над зеркалом цилиндра 9 на толщину масляной плен ки и,. Скорость масляной пленки на зеркале цилиндра 9 равна нулю, а на рабочей поверхности 4 кольца 1 она максимальна и45 Если количество маслоотводящих каналов в кольце невелико и расстояния между их входными отверстиями велики, для сбора и распределения масла по каналам на рабочей грани 4 кольца 1 выполняется кольцевая проточка 11. Масло по этой проточке перетекает к входным отверстиям маслоотводяших каналов 8.На второй половине пути от НМТ к ВМТкольцо 1 двигается с замедлением, в результате чего возрастает сила инерции столба масла в маслоотводящих каналах 8, Наибольшей величины силы инерции достигает вблизи ВМТ, когда гидродинамический напор в масляном клине перестает иметь место (скорость кольца 1 равна нулю). Под 5 10 15 20 25 30 3,5 40 равна скорости движения кольца 1. В результате вязкого трения в масляном слое и перепада давления над и под кольцом 1 между его рабочей поверхностью 4 и зеркалом цилиндра 9 имеет место неравномерная эпюра давлений с максимумом, положение которого зависит от угла конусностиа кольца 1 и толщины масляного слоя и,. Для цилиндрических колец (м=-О) он всегда располагается на середине высоты кольца, а для конических - в зависимости от угла конусности с смешается к верхней грани 3 кольца 1, т. е, оказывается вблизи устья маслоотводяших каналов и положительно влияет на прокачку масла по ним.Масло под действием высокого давления в масляном слое выносится в маслоотводягцие каналы 8 и по ним выходит в зазор между нижней гранью 2 кольца и нижней гранью 6 поршневой канавки,На первой половине хода кольца 1 от нижней мертвой точки (НМТ) к ВМТ оно оказывается прижатым к нижней грани 6 поршневой канавки под действием сил инерции (кольцо в этот момент движется с положительным ускорением), сил трения кольца о слой масла на зеркале цилиндра 9 и сил адгезии по нижней грани 2 кольца 1 и нижней грани 6 канавки через масляную пленку между ними. Для уменьшения сил адгезии необходимо увеличивать толщину слоя масла и уменьшать поверхность контакта, для чего на нижней грани 2 кольца или нижней грани 6 канавки выполняется кольцевая проточка 10,Когда давление масла между гранями 6 и 2 превышает суммарное усилие от сил инерции кольца, сил трения и адгезии, кольцо поднимается вверх до соприкосновения своей верхней гранью 3 с верхней гранью 7 поршневой канавки, Масло из масляного канала 8 через щель между гранями 6 и 2 перетекает в зазор между цилиндром и поршнем под кольцом. При этом прижатие кольца к верхней грани 7 поршневой канавки способствует уменьшению прорыва газов из камеры сгорания в картер.1495480 действием сил инерции, особенно на тактах впуска и выпуска, когда давление газов в камере сгорания минимально, может произойти обратный выброс масла из маслоотводящего канала 8 на зеркало цилиндра 9. Чтобы уменьшить возможность обратного выброса масла в маслоотводяших каналах 8 предусматриваются гидравлические затворы в виде сужений 12 в каналах, смещений осей коротких участков3 каналов, пересечения прямых участков 4 и 15 каналов под углом.При движении кольца 1 от ВМТ к НМТ давление у входных отверстий маслоотводящих каналов уменьшается, однако включаются в работу скребковые и маслосбрасы вающие свойства конических и бочкообразных колец.На первой половине пути кольца 1 от ВМТ к НМТ оно прижато силами инерции к верхней грани 7 поршневой канавки. Силы инерции объемов масла в маслоотводящих каналах 8 уменьшаются по мере удаления кольца от ВМТ. В то же время против сил инерции в этот момент действуют силы гидродинамического давления в масляном слое между рабочей поверхностью 4 кольца и 25 зеркалом цилиндра 9 и силы давления газов. Под действием равнодействующих этих сил опять начинается отвод масла в щель между нижней гранью 2 кольца и нижней гранью 6 канавки.На второй половине пути от ВМТ к НМТ на кольцо 1 действуют силы инерции, направленные к НМТ, и под действием этих сил кольцо отрывается от верхней грани 7 канавки, а масло из объема, ограниченного гранями 6 и 2, выдавливается в зазор между цилиндром и поршнем.В коническом компрессионном кольце выполнены каналы для отвода масла с зеркала цилиндра к нижней торцовой поверхности кольца, причем положение входных отверстий маслоотводящих каналов по отноше О нию к нижней торцовой поверхности кольца связано с углом конусности кольца соот- ношением С) 1.)а 1.КХ (Х - 1) Р=Р гд а - угол конусности кольца.5 Интегрирование этого уравнения по Хс использованием условия равновесия кольца ца масляном клине под действием сл собственной упругости позволяет прийти к соотношению для минимальной тол)пины слоя масла под коническим кольцомк 6 ке 2 п( кк)к 2+к к:где Р - давление кольца от сл собственной упругости.Существует оптимальное сочетание высо.ты кольца ц угла коусцост, пркотором достигается максимальная тол шна слоя смазки под кольцом , следовательно. максимальная подъемная слг кольца 5 ном ко гид)од слое м зеркал ления расстояние середины входных отверстий маслоотводящих каналов от нижней торцовой поверхности кольца, мм;угол конусности компрессионногокольца, град.лоотводяшие каналы в компрессионльце соединяют область избыточного цамического давления в масляном жду рабочей поверхностью кольца ицилиндра с областью низкого давна нижней торцовой поверхности кольца в период иж)тя м),)ьцг с,амего инерци к верхнем торцу поршневой канавки на второй половице хода поршня к ВМТ, вследстве чего обесечвается перетекание масла с зеркала ш)лцдра в образовавшийся зазор между нижними торцовымповерхностями кольца канавки. Тех самым уменьшается количество масла, выбрасываемого кольцом в камеру сгоранярасходуемого на угар.На тактах сжатия и сгорания, когда компрессонцое кольцо под действием высокого давления в камере сгорания пржато к нижней торцовой поверхности поршневой канавки, происходит запранце маслоотводящх каналов, что исключает прорыв газов через них и потерю основной уплотняющей функции компрессионного кольца.Место расположения входных отверстий маслоотводящих каналов на рабочей поверхности конического компрессионного кольца выбирается из условия обеспечения его максимальной подъемной силы при движении к камере сгорания, что также способствует снижению расхода масла на угар.Гидродинах)ическое давление в масляном клине под коническим компресионным кольцом для чисто фрикционного течения может быть определено из соотношения давление в масляном клине подкольцом;давление окружающей среды;скорость движения кольца;коэффицент динамической вязкости масла;высота кольца;минимальная толщина слоя смазки под кольцом; относительная координата ивысоте кольца; коэффициент конусности кольца;= -в цгде 1; - высота кольца, мм, соответствующаяоптимуму;а - угол конусности, град, для которогоищется оптимум.Высота конических колец обычно принимается больше оптимальных, поэтому при отводе масла с зеркала цилиндра верхняя 0 часть кольца осушается, что равносильно уменьшению высоты кольца. Однако это приводит к полезному повышению подъемной силы кольца до тех пор, пока высота не станет меньше оптимальной, Чтобы не допустить перехода рабочей высоты кольца через оптимум, маслоотводяшие каналы на рабочей поверхности кольца нужно располагать ца высоте, соответствующей оптимуму.Таким образом, применение маслоотводящих каналов в конических комцресионных 20 кольцах, связываюцих их рабочу 1 о и цижшою торцовую поверхности цри расположении входных отверстий каналов в районе высоты кольца, соответствующей максимальной подъемной силе для заданного угла коцусцости, обеспечивает отвод масла с зеркала цилиндра без потери герметичносги кольцевого уплотнения, в результате чего уменьшается расход масла на угар.Выход масла из маслоотводяцего канала ц цьель между нижними торцами кольца 30 и канавки в поршне может быть затруднен из-за сил адгезии (прилипания) кольца и канавки через тонкий слой масла. Для снижения силы адгезии необходимо увеличивать толщину масляного слоя между кольцом и канавкой, что достигается в предлагаемом 35 уплотнении с помощью кольцевых проточек ца нижних торцовых поверхностях кольца или поршневой канавки.Поскольку тольцица слоя масла на зеркале цилиндра мала, то в случае достаточ ного удаления входных отверстий маслоотводяших каналов друг от друга, затрудняется поступление масла в них, и, как следствие, возрастает расход масла на угар.Для повышения надежности подпитки маслом маслоотводяших каналов на рабочей 4 поверхности кольца выполняется кольцевая проточка, являющаяся накопителем масла.Движение поршневого кольца в двигателях с кривошипно-шатунным механизмом происходит с переменной скоростью и ускорением, Объемы масла, заполняющие маслоотводяшие каналы, в связи с этим подвержены действию сил инерции, которые при подходе поршня к ВМТ могут приводить к обратному выталкиванию масла на зеркало цилиндра, Для уменьшения этого явления в маслоотводяшем канале может выполняться гидравлический затвор в виде сужения сечения канала, осевого смещения двух сверлений, составляющих канал, или резкого изгиба канала. Для повышения эффективности гидравлического затвора он должен быть расположен возможно ближе к устью канала (рабочей поверхности кольца).Формула изобретения1. Уплотнение между поршнем и зеркалом цилиндра, содержашее разрезное упругое поршневое кольцо, установленное в канавке поршня, причем его рабочая поверхность выполнена конической, отличающееся тем, что, с целью снижения расхода масла на угар, в поршневом кольце выполнены маслоотводяшие каналы, направленные от рабочей поверхности кольца к нижней торцовой поверхности кольца, причем положения центров входных отверстий маслоотводяших каналов относительно нижней торцовой поверхности кольца связаны с углом конусности кольца с соотношением1 = 3,5/аРгде 1 - расстояние центра входных отверстий маслоотводяших каналов от нижней торцовой поверхности кольца, мм;- угол конусности компрессионногокольца, град.2. Уплотнение по п. 1, отличающеся тем, что на нижней торцовой поверхности кольца или на нижней торцовой поверхности поршневой канавки выполнена кольцевая проточка, соединяющаяся с маслоотводяшими каналами,3. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на конической рабочей поверхности кольца выполнена кольцевая проточка, соединяющаяся с входными отверстиями маслоотводяших каналов.4. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что маслоотводяшие каналы в продольном сечении выполнены из двух сопряженных участков с различным проходным сечением, причем участок канала с меньшим сечением расположен со стороны рабочей поверхности кольца.5, Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что маслоотводяшие каналы выполнены из двух сопряженных участков, выполненных несоосно.6. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что маслоотводяшие каналы расположены под углом один к другому.Составитель А. ГладкихРедактор Н. Ту пина Тех ред И. Верес Корректор Э. ЛончаковаЗаказ 4229/31 Тираж 482 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1