ВЕРХНЕЕ КОМПРЕССИОННОЕ КОЛЬЦО ПОРШНЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1. Название изобретения и класс МПК
- Верхнее компрессионное кольцо поршня поршневого двигателя внутреннего сгорания.
- Относится к классу F 02 F 5/00
2. Область техники к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и предназначено для использования в качестве верхнего компрессионного кольца поршневых двигателей, а так же поршневых компрессоров, служащего для уплотнения соединения поршень-гильза и предотвращения прорыва воздуха и газов с верхней области поршня в картер двигателя или компрессора.
3.Уровенв техники
Наиболее близким по совокупности существенных признаков прототипом и аналогом является верхнее компрессионное кольцо описанное в журнале "Мир транспорта" №3 за 2004 г., стр.51, на рис.1. Оно предназначено для использования в качестве верхнего компрессионного кольца поршня поршневого двигателя. Существенным отличительным признаком его является то, что нижняя грань выполнена под некоторым углом, т.е. не параллельна верхней грани. Так же на наружной боковой поверхности выполнены фаски верхняя и нижняя под определенными углами. Причем верхняя фаска выполнена под углом равным 30 град., а нижняя под углом 45 град.
В качестве второго аналога выбрано верхнее компрессионное кольцо двигателя СМД-18Н трактора ДТ-75М. Оно выполнено с непараллельными верхним и нижним гранями и бочкообразным боковым гранем, т.е. поверхностью. Такую же форму
имеют верхние компрессионные кольца двигателей тракторов МТЗ-100 и МТЗ-102 /Ксеневич И.П. Тракторы МТЗ-100 и МТЗ-102. М. Агропромиэдат, 1986 г. на странице 19, - 256 с, ил/ учебники и учеб. пособия для подгот. с/х кадров массовых профессий./ Такие же верхние компрессионные кольца ставят на двигатели СМД зерноуборочных комбайнов "Дон" /Зерноуборочные комбайны "Дон". Ю.А.Песков, И.К.Мещеряков, Ю.Н.Ярмашов и др. М. Агроаромиадат. 1986, на странице 112, рис.110/. Основное сечение стих верхних компрессионных колец выполнено в форме равносторонней трапеции, а боковая грань имеет бочкообразную профиль.
4. Сущность изобретения:
Сущностью изобретения является выполнение нижней стороны верхнего компрессионного кольца скошенной формы. Причем сечение верхнего компрессионного кольца сужается к наружной стороне, так же наружная сторона выполнена бочкообразной формы. Верхняя сторона и внутренняя поверхность верхнего компрессионного кольца выполнены расположенными прямоугольно относительно друг друга. Таким образом внутренняя поверхность и нижняя сторона распологаются под углом. Для совместной работы такого верхнего компрессионного кольца с поршнем опорная поверхность поршня также выполняется окошенной. Причем скошенные поверхности верхнего компрессионного кольца и опорной поверхности поршня выполняются параллельными. Для нормальной работы опорной поверхности поршня и возможности работать под трением в конце опорной поверхности поршня на ее внутренней стороне выполняется выемка а. Это позволяет скошенной поверхности поршня быть изнашивающимся и повышает ресурс трущейся пары.
Косообразно выполненные поверхности дают опорную реакцию, т.е. возникает сила направленная во внутреннюю сторону цилиндра. Эта реакция возникает от сил давления газов, направленных с верхней стороны верхнего компрессионного кольца и результирующая реакция направлена против сил давления газов, направленных с внутренней стороны верхнего компрессионного кольца к гильзе цилиндра двигателя. Таким образом получается убавление сил давления газов от внутренней стороны верхнего компрессионного кольца к гильзе. Результатом является уменьшение силы давления верхнего компрессионного кольца к гильзе. Это ведет к уменьшению интенсивности изнашивания гильзы и наружной поверхности верхнего компрессионного кольца, тем более она - эта поверхность, выполнена бочкообразной. Последняя ведет к улучшению прирабатываемости верхнего компрессионного кольца и гильзы и уменьшает их износ. А так же во время работы пары верхнее компрессионное кольцо - гильза на гильзе появляется циклически действующий динамический наклеп, что упрочняет поверхность гильзы и увеличивает ее долговечность. Динамический наклеп поверхности гильзы выполняет бочкообразная поверхность верхнего компрессионного кольца попеременно воздействуя при своем движении вверх-вниз и прижимая шероховатую поверхность гильзы к гильзе.
Следует отметить, что давление верхнего компрессионного кольца на гильзу уменьшается в процессе действия опорной реакции опоры - косообразной опорной поверхности поршня, у которого косость выполнена в сторону внутреннюю поршня. На эту поверхность воздействует сила давления газов, направленная от верхней стороны поршня вниз. Динамический
наклеп в вышеописанном случае надо понимать как протяжку бочкообразной поверхности верхнего компрессионного кольца по поверхности с определенной шероховатостью. При этом выступающие вверх части шероховатой поверхности будут сминаться и прижиматься к поверхности гильзы. Причем предпологается пластическое сминание выступающих неровностей и их прижим к гильзе.
Описанный динамический наклеп в принципе отличается от известного в технике дробеструйного наклепа.
Некоторое уменьшение давления газов направленных через верхнее компрессионное кольцо на гильзу осуществляется так же из-за косо выполненного опорной поверхности в поршне. То есть место посадки верхнего компрессионного кольца - поршень так же уменьшает давление газов с внутренней стороны верхнего компрессионного кольца к гильзе. Место посадки выполнено косо и оно в своей степени уменьшает давление верхнего компрессионного кольца на гильзу. Косо выполненная поверхность посадки верхнего компрессионного кольца уменьшает давление верхнего компрессионного кольца на гильзу двояко, т.е. как при действии газов сверху, так и при действии газов радиально, т.е. с внутренней стороны верхнего компрессионного кольца.
5. Перечень фигур чертежей и иных материалов
Графические материалы выполнены на двух фигурах.
На фиг.1 показано взаимное расположение верхнего компрессионного кольца и поршня. Показана форма верхнего компрессионного кольца, его посадочная поверхность в поршне и выемка в поршне. Выемка обозначена буквой а, косость верхнего компрессионного кольца показана углом наклона α,
газ
бочкообразность показана поверхностью радиуса R, а также показано расположение верхней и внутренней поверхности верхнего компрессионного кольца под углом 90 град.. Силы P показывают активно действующие силы от давления надпоршневых газов на верхнее компрессионное кольцо. Здесь гильза условно не показана.
1
2
1
1
2
2
тр.1
1
тр.2
2
гильзы
2
На фиг.2 показаны действующие на верхнее компрессионное кольцо силы. Здесь P - давление газов с верху. P - давление газов с внутренней стороны. N - реакция косой опоры в поршне на силу P, N - реакция косой опоры в поршне на силу P, F - сила трения, возникающая от действия силы P, F - сила трения, возникающая от действия силы P. R - реакция со стороны гильзы на силу, возникающую в следствии действия силы P.
тр.гильз.
2
F - сила трения об гильзу, возникающая при движении верхнего компрессионного кольца вниз под действием силы P. Примечание: сила действия газов со стороны бочкообразной поверхности во внутреннюю сторону не показана.
6. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Верхнее компрессионное кольцо 2 выполняется в виде кольца с узким разрезом. Нижняя сторона C выполняется косо под углом α. Эта коcость вытачивается на токарном станке в процессе выточки кольца. Наружная бочкообразная поверхность в выполняется под определенным радиусом R. Эта поверхность полируется. Внутренняя e и верхняя поверхность d выполняются под углом 90 град. Верхнее компрессионное кольцо 2 устанавливаются в выточке поршня 1. В поршне на месте соединения нижней стороны C и внутренней e вытачиваетcя
1
2
гильзы
1
2
выемка a. Верхнее компрессионное кольцо работает следующим образом. В такте рабочего хода образующиеся в цилиндре газы давят на нее с двух сторон - сверху на поверхность d и с внутренней стороны на поверхность e. Эти силы вызывают реакцию сил N и N. В следствии их наличия появляется сила, направленная во внутреннюю сторону верхнего компрессионного кольца и этим уменьшается давление верхнего компрессионного кольца на боковую поверхность гильзы. R - реакция гильзы уменьшается. Все это ведет к уменьшению силы трения об гильзу и повышается ресурс гильзы. Реакция сил N и N - это силы со стороны скошенной поверхности поршня.