RU2725297C1 - Cylinder-piston group of piston engines - Google Patents
Cylinder-piston group of piston engines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725297C1 RU2725297C1 RU2019139747A RU2019139747A RU2725297C1 RU 2725297 C1 RU2725297 C1 RU 2725297C1 RU 2019139747 A RU2019139747 A RU 2019139747A RU 2019139747 A RU2019139747 A RU 2019139747A RU 2725297 C1 RU2725297 C1 RU 2725297C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- ring
- rings
- engines
- Prior art date
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 210000003027 ear inner Anatomy 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/18—Other cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а именно к конструкции цилиндро-поршневой группы поршневых двигателей и может использоваться как при проектировании новых моделей двигателей, так и усовершенствовании существующих.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to the design of a cylinder-piston group of piston engines and can be used both in the design of new engine models and in the improvement of existing ones.
Наиболее близким, к заявленному техническому решению, прототипом, является цилиндро-поршневая группа [1], содержащая поршень с компрессионными кольцами и цилиндр, на рабочей поверхности которого выполнены канавки в виде замкнутых колец, заполненных цветным металлом.The closest to the claimed technical solution, the prototype is a cylinder-piston group [1], containing a piston with compression rings and a cylinder, on the working surface of which grooves are made in the form of closed rings filled with non-ferrous metal.
Недостатком [1] является невозможность снижения давления газов в зазорах лабиринтов уплотнений компрессионных колец, и как следствие, невозможность воздействовать на интенсивность износа деталей цилиндро-поршневой группы и потери мощности двигателя на преодоление сил трения.The disadvantage of [1] is the impossibility of reducing gas pressure in the gaps in the labyrinths of the compression ring seals, and as a result, the inability to affect the wear rate of the parts of the cylinder-piston group and the loss of engine power to overcome friction forces.
Целью заявляемого изобретения является повышение надежности работы цилиндро-поршневой группы поршневых двигателей и снижение механических потерь энергии.The aim of the invention is to increase the reliability of the cylinder-piston group of piston engines and reduce mechanical energy losses.
Цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции цилиндро-поршневой группы поршневых двигателей, снижение давления в зазорах лабиринта уплотнений компрессионных поршневых колец производится путем установки дополнительного дроссельного кольца, расположенного между днищем поршня и верхним компрессионным поршневым кольцом с радиальными зазорами между цилиндром и поршнем. Таким образом, технический результат достигается цилиндро-поршневой группой поршневых двигателей, состоящей из цилиндра, поршня и поршневых колец, при этом между верхним поршневым компрессионным кольцом и днищем поршня установлено дроссельное кольцо из жаропрочного сплава с радиальными зазорами между цилиндром и поршнем, сумма которых меньше радиального зазора между верхним поршневым компрессионным кольцом и поршнем.The goal is achieved by the fact that in the proposed design of the cylinder-piston group of piston engines, the pressure is reduced in the gaps of the labyrinth of seals of the compression piston rings by installing an additional throttle ring located between the piston bottom and the upper compression piston ring with radial clearances between the cylinder and the piston. Thus, the technical result is achieved by a cylinder-piston group of piston engines consisting of a cylinder, a piston and piston rings, while between the upper piston compression ring and the piston bottom a throttle ring made of heat-resistant alloy with radial clearances between the cylinder and the piston, the sum of which is less than the radial the gap between the upper piston compression ring and the piston.
Надежность большинства современных поршневых двигателей ограничивается износом деталей цилиндро-поршневой группы. Работоспособность этого узла лимитируется сроком службы верхнего компрессионного поршневого кольца, поршня и цилиндра, причем верхнее компрессионное поршневое кольцо изнашивается в 2-3 раза быстрее, чем поршень и цилиндр.The reliability of most modern piston engines is limited by the wear of parts of the cylinder-piston group. The performance of this unit is limited by the service life of the upper compression piston ring, piston and cylinder, and the upper compression piston ring wears out 2-3 times faster than the piston and cylinder.
Причина недостаточной износостойкости верхних компрессионных колец и сопрягаемых с ними деталей, заключается не только в триботехнических свойствах пар трения, но и в уровне механических нагрузок от давления рабочих газов, в условиях недостаточной смазки.The reason for the insufficient wear resistance of the upper compression rings and the parts mating with them lies not only in the tribotechnical properties of the friction pairs, but also in the level of mechanical stresses from the working gas pressure, in conditions of insufficient lubrication.
Высокая интенсивность изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы, вследствие высоких давлений рабочих газов в зазорах лабиринта уплотнений с поршнем, не позволяет создать равнопрочный и равноизносостойкий двигатель, который мог бы работать надежно до капитального ремонта без замены цилиндро-поршневой группы.The high wear rate of the parts of the cylinder-piston group, due to the high pressure of the working gases in the gaps in the labyrinth of seals with the piston, does not allow creating an equally strong and equally wear-resistant engine that could work reliably until overhaul without replacing the cylinder-piston group.
Создание равнопрочного двигателя с равноизнашиваемыми деталями представляет собой сложную и пока еще не решенную проблему.Creating an equally robust engine with equally wear parts is a complex and as yet unsolved problem.
Для создания равноизносостойких пар трения цилиндро-поршневой группы, снижения интенсивности изнашивания верхнего компрессионного поршневого кольца, цилиндра и поршня необходимо снизить механические нагрузки, действующие в сопряжениях этих деталей.To create equally wear-resistant friction pairs of the cylinder-piston group, to reduce the wear rate of the upper compression piston ring, cylinder and piston, it is necessary to reduce the mechanical loads acting in the mates of these parts.
Максимальное давление компрессионных колец в рабочем такте на цилиндр и нижнюю плоскость кольцевой канавки поршня создается тремя основными силами:The maximum pressure of the compression rings in the working cycle on the cylinder and the lower plane of the annular piston groove is created by three main forces:
- силами упругости колец;- the elastic forces of the rings;
- радиальными силами давления рабочих газов в зазорах лабиринта уплотнения поршня (заколечное давление)- radial pressure forces of the working gases in the gaps of the labyrinth of the piston seal (back pressure)
- осевыми силами давления рабочих газов в торцевом зазоре между кольцами и верхними плоскостями канавок поршней.- axial pressure forces of the working gases in the end gap between the rings and the upper planes of the piston grooves.
Радиальное давление компрессионных колец на стенку цилиндра от сил упругости колец в современных автотракторных двигателях выбирается в пределах 0,15-0.4 МПа (1,5-4 кгс/см2) из условия обеспечения уплотнения надпоршневого пространство во всех тактах рабочего цикла.The radial pressure of the compression rings on the cylinder wall from the elastic forces of the rings in modern automotive engines is selected in the range of 0.15-0.4 MPa (1.5-4 kgf / cm 2 ) from the condition of providing seal over-piston space in all cycles of the duty cycle.
Максимальное радиальное «заколечное» давление рабочих газов в верхнем компрессионном поршневом кольце в процессе расширения достигается 0,75 Pz,The maximum radial "ring" pressure of the working gases in the upper compression piston ring during the expansion process is reached 0.75 Pz,
где Pz - максимальное давление в надпоршневом пространстве (камере сгорания) рабочего такта.where Pz is the maximum pressure in the above-piston space (combustion chamber) of the working stroke.
При больших оборотах двигателя радиальное давление в зазорах между верхним компрессионным поршневым кольцом и поршнем сохраняется примерно постоянным на протяжении всего процесса расширения рабочего газа и полностью передается на стенки цилиндра. Это давление в современных дизельных двигателях достигает 10-11 МПа (100-110 кгс/см2), что в 20-25 раз больше радиального давления от сил упругости кольца.At high engine speeds, the radial pressure in the gaps between the upper compression piston ring and the piston remains approximately constant throughout the process of expansion of the working gas and is completely transmitted to the cylinder walls. This pressure in modern diesel engines reaches 10-11 MPa (100-110 kgf / cm 2 ), which is 20-25 times more than the radial pressure from the elastic forces of the ring.
Максимальное осевое давление рабочих газов над верхнем компрессионным поршневом кольце равно их давлению в цилиндре и верхней мертвой точке (ВМТ) у дизельных двигателей достигает 12-14 МПа (120-140 кгс/см2).The maximum axial pressure of the working gases above the upper compression piston ring is equal to their pressure in the cylinder and top dead center (TDC) of diesel engines reaches 12-14 MPa (120-140 kgf / cm 2 ).
Осевое давление газов над верхним компрессионным поршневым кольцом, в результате перекладки поршня в ВМТ и силы трения в сопряжении верхнее компрессионное поршневое кольцо - торцевая поверхность канавки поршня, передается на половину поверхности сопряжения кольцо - цилиндр, что приводит к износу цилиндра и кольца в направлении перекладки поршня (овализация цилиндра).The axial pressure of the gases above the upper compression piston ring, as a result of the piston shifting to the TDC and the friction forces in conjugation, the upper compression piston ring — the end surface of the piston groove — is transmitted to half the ring-cylinder interface, which leads to wear of the cylinder and the ring in the direction of piston shifting (ovalization of the cylinder).
Основным фактором, определяющим интенсивность изнашивания цилиндро-поршневой группы, является высокое давление рабочих газов в зазорах лабиринта уплотнения между верхним компрессионным кольцом и поршнем.The main factor determining the wear rate of the cylinder-piston group is the high pressure of the working gases in the gaps of the seal labyrinth between the upper compression ring and the piston.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенная цилиндро-поршневая группа поршневых двигателей имеет отличительные признаки, которые отсутствуют в прототипе. В совокупности, перечисленные отличительные существенные признаки позволяют получить новый технический результат: повысить надежность двигателей и уменьшить механические потери мощности на преодоление сил трения.Analysis of known technical solutions in this technical field showed that the proposed cylinder-piston group of piston engines has distinctive features that are not in the prototype. In aggregate, the listed distinctive essential features make it possible to obtain a new technical result: to increase the reliability of engines and reduce mechanical power losses to overcome friction forces.
На Фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция цилиндро-поршневой группы,In FIG. 1 shows the proposed design of the cylinder-piston group,
где:Where:
1 - дроссельное кольцо,1 - throttle ring,
2 - вставка,2 - insert
3 - поршень,3 - piston
4- верхнее компрессионное поршневое кольцо,4- upper compression piston ring,
5 - цилиндр,5 - cylinder
Δ1 - радиальный зазор между кольцом и цилиндром,Δ 1 is the radial clearance between the ring and the cylinder,
Δ2 - радиальный зазор между кольцом и поршнем,Δ 2 is the radial clearance between the ring and the piston,
Δ3 - радиальный зазор между верхним компрессионным поршневым кольцом и стенкой канавки.Δ 3 is the radial clearance between the upper compression piston ring and the wall of the groove.
Предлагаемая цилиндро-поршневая группа поршневых двигателей содержит дроссельное кольцо 1 из жаропрочного сплава, которое устанавливается в дополнительную канавку поршня 3 с радиальным зазором Δ1 - между кольцом и цилиндром 5 и радиальным зазором Δ2 - между кольцом и поршнем. Поршень может быть выполнен как со вставкой 2 так и без вставки.The proposed cylinder-piston group of piston engines contains a throttle ring 1 of heat-resistant alloy, which is installed in an additional groove of the piston 3 with a radial clearance Δ 1 between the ring and
Наружный диаметр дроссельного кольца меньше диаметра цилиндра на 2 Δ1, а внутренний диаметр больше диаметра канавки поршня под дроссельное кольцо на 2 Δ2. Размеры наружного и внутреннего диаметров дроссельного кольца выбираются из условия, что сумма зазоров Δ1 и Δ2 меньше радиального зазора Δ3 между верхним компрессионным поршневым кольцом 4 и стенкой канавки:The outer diameter of the throttle ring is less than the diameter of the cylinder by 2 Δ 1 , and the inner diameter is larger than the diameter of the piston groove under the throttle ring by 2 Δ 2 . The dimensions of the outer and inner diameters of the throttle ring are selected from the condition that the sum of the gaps Δ 1 and Δ 2 is less than the radial clearance Δ 3 between the upper
Δ1+Δ2<Δ3 Δ 1 + Δ 2 <Δ 3
Перетекание газов через зазоры Δ1 и Δ2 дроссельного кольца в зазор верхнего компрессионного поршневого кольца сопровождается их дросселированием и снижением давления в зазорах верхнего компрессионного поршневого кольца. Снижение давления газов в зазорах верхнего компрессионного поршневого кольца происходит под влиянием двух факторов: дросселирования и меньшей площади проходного сечения суммы зазоров Δ1 и Δ2 по сравнению с зазором Δ3. Изменением суммы зазоров Δ1 и Δ2 можно получить необходимое давление в зазорах верхнего компрессионного поршневого кольца и других компрессионных колец.The flow of gases through the gaps Δ 1 and Δ 2 of the throttle ring into the gap of the upper compression piston ring is accompanied by throttling and pressure reduction in the gaps of the upper compression piston ring. The decrease in gas pressure in the gaps of the upper compression piston ring occurs under the influence of two factors: throttling and a smaller passage area of the sum of the gaps Δ 1 and Δ 2 compared with the gap Δ 3 . By changing the sum of the gaps Δ 1 and Δ 2, you can get the necessary pressure in the gaps of the upper compression piston ring and other compression rings.
Предлагаемая конструкция цилиндро-поршневой группы позволяет снизить давление рабочих газов в лабиринтах уплотнений компрессионных колец до необходимых значений, уменьшить тепловую нагрузку на эти кольца и интенсивность износа цилиндров, поршней и колец.The proposed design of the cylinder-piston group allows to reduce the pressure of the working gases in the labyrinths of the compression ring seals to the required values, to reduce the heat load on these rings and the wear rate of the cylinders, pistons and rings.
Ограничение давления в сопряжениях компрессионных колец между цилиндром и поршнем позволяет существенно снизить механические потери энергии двигателя. По оценочным расчетам механический коэффициент полезного действия двигателя может быть повышен на 3-4%.Limiting the pressure in the joints of the compression rings between the cylinder and the piston can significantly reduce the mechanical energy loss of the engine. According to estimates, the mechanical efficiency of the engine can be increased by 3-4%.
Предлагаемая конструкция цилиндро-поршневой группы позволяет уменьшить количество компрессионных колец как у быстроходных так и у тихоходных двигателей. У быстроходных двигателей количество компрессионных колец может быть уменьшено до одного, при надежном уплотнении надпоршневого пространства.The proposed design of the cylinder-piston group allows to reduce the number of compression rings for both high-speed and low-speed engines. In high-speed engines, the number of compression rings can be reduced to one, with reliable compaction of the over-piston space.
Ограничение давления газов в зазорах между верхним компрессионным поршневым кольцом и поршнем является эффективным средством снижения интенсивности изнашивания поршневых колец, цилиндра и поршня.Limiting the gas pressure in the gaps between the upper compression piston ring and the piston is an effective means of reducing the wear rate of the piston rings, cylinder and piston.
Таким образом, полностью решена техническая задача по повышению надежности цилиндро - поршневой группы поршневых двигателей и снижению механических потерь энергии.Thus, the technical problem has been completely solved to increase the reliability of the cylinder - piston group of piston engines and reduce mechanical energy losses.
Предложенная цилиндро-поршневая группа поршневых двигателей соответствует условию промышленной применимости и может использоваться как при проектировании новых моделей поршневых двигателей, так и усовершенствовании существующих.The proposed cylinder-piston group of piston engines meets the condition of industrial applicability and can be used both in the design of new models of piston engines and in the improvement of existing ones.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент РФ №2440503, МПК F02F 1/18. Приоритет от 10.01.2010. Опубликовано 20.07.2011. Описание патента.1. RF patent No. 2440503, IPC F02F 1/18. Priority from 10.01.2010. Published on July 20, 2011. Patent Description
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139747A RU2725297C1 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Cylinder-piston group of piston engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139747A RU2725297C1 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Cylinder-piston group of piston engines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725297C1 true RU2725297C1 (en) | 2020-06-30 |
Family
ID=71510174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139747A RU2725297C1 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Cylinder-piston group of piston engines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725297C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1986480A (en) * | 1930-11-17 | 1935-01-01 | Mahle Ernst | Piston |
| RU2022146C1 (en) * | 1991-05-15 | 1994-10-30 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Piston seal for internal combustion engine |
| RU2282739C1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-27 | Анатолий Матвеевич Дружинин | Piston sealing for internal combustion engine |
| RU2386840C2 (en) * | 2008-04-08 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева (КГТУ им. А.Н.Туполева) | Internal combustion engine piston seal (versions) |
-
2019
- 2019-12-04 RU RU2019139747A patent/RU2725297C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1986480A (en) * | 1930-11-17 | 1935-01-01 | Mahle Ernst | Piston |
| RU2022146C1 (en) * | 1991-05-15 | 1994-10-30 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Piston seal for internal combustion engine |
| RU2282739C1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-27 | Анатолий Матвеевич Дружинин | Piston sealing for internal combustion engine |
| RU2386840C2 (en) * | 2008-04-08 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева (КГТУ им. А.Н.Туполева) | Internal combustion engine piston seal (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102068372B1 (en) | Engine piston | |
| KR101941504B1 (en) | Piston ring for two-stroke engines | |
| CN110332056A (en) | A kind of low oil consumption engine piston ring group of low friction and mechanism | |
| CN101614278A (en) | A kind of carbon material and metallic material built-up piston | |
| KR101383121B1 (en) | A piston assembly | |
| RU2725297C1 (en) | Cylinder-piston group of piston engines | |
| RU106665U1 (en) | CYLINDER HOUSING FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| KR102741817B1 (en) | Piston and cylinder of an internal combustion engine and internal combustion engine | |
| GB2104621A (en) | Piston ring lubrication | |
| US9194327B2 (en) | Cylinder liner with slots | |
| CN219733520U (en) | Piston group structure, engine and vehicle | |
| CN207261118U (en) | A kind of piston structure and engine for methanol engine | |
| CN202451290U (en) | Cylinder sleeve | |
| RU2372506C2 (en) | Piston sealing for internal combustion engine | |
| CN105909421B (en) | A kind of internal-combustion engine piston ring and the internal combustion engine for installing the piston ring | |
| CN203594523U (en) | Piston | |
| RU2372508C1 (en) | Cylinder-piston group of internal combustion engine | |
| CN105863871A (en) | Internal combustion engine piston ring and internal combustion engine provided with piston ring | |
| CN216131003U (en) | Oblique cutting type reticulate pattern structure of cylinder sleeve of internal combustion engine | |
| CN204458081U (en) | Efficient burning piston | |
| RU2239716C1 (en) | Method of forming complete set of ring seal of internal combustion engine cylinder-piston group | |
| US20200191269A1 (en) | Piston ring, piston assembly including piston ring, and methods of manufacturing | |
| CN204267167U (en) | Piston group | |
| RU95750U1 (en) | SEAL OF THE CYLINDER-PISTON GROUP OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| RU2235216C1 (en) | Composite piston with antifriction coating for internal combustion engine |