Как сделать двигатель лучше. Новые поршневые кольца. Анатолий Матвеевич Дружинин
площади внутренней вертикальной поверхности кольца S2 определяется по формуле: S2 = 2 πr2h.
В этой формуле мы принимаем высоту поршневого кольца, как неизвестную величину, ибо доказали, что стандарты нам рекомендуют неверные данные. Попробуем их исправить, для этого приравняем обе площади этих разных поверхностей поршневого кольца π (r12– r22) = 2πr2h. В этом равенстве размер высоты кольца h — величина неизвестная, легко определяемая по формуле: h = (r12– r22) / 2r2. Подставим значения и получим: h = (20,25 – 16,81) / 2 × 4,1 = 3,44 / 8,2 = 0,4195 см = 4,195 мм.
Определим величины площадей S1 и S2:
S1 = 3,14 (20,25 – 16,81) = 3.14 × 3,44 = 10,8016 см2;
S2 = 2× 3,14 × 4,1× 0,4195 = 10,801286 см2.
Теперь мы можем точно рассчитать величину газодинамических сил Fо и Fрад, действующих на поршневое компрессионное кольцо, предназначенное для цилиндра двигателя диаметром 90 мм. Для этого умножим величину максимального рабочего давления в цилиндре и в поршневой канавке на размеры определенных площадей поверхностей:
Fо = Рраб × S1 = 80 кг/см2 × 10,8016 см2 = 864,128 кгс;
Fрад = Рраб × S2 = 80 кг/см2 × 10,801286 см2 = 864,103 кгс.
Разницу Fрад – Fо = 0,025 кгс, можно считать ничтожно малой, лежащей в пределах погрешности измерений, если таковые предвидятся.
Можно считать, что практически действие газодинамических сил уравновешено, следовательно, нейтрализовано отрицательное влияние газодинамики на работу поршневого компрессионного кольца. Работоспособность поршневого кольца обеспечивается силой прижима рабочей поверхности кольца к стенке цилиндра, то есть силой упругости самого поршневого кольца. Необходимую величину этой силы можно достигать не только за счет геометрических размеров поршневого кольца, но и определения свойства материала, из которого изготовлено поршневое кольцо и термической обработки, величины зазора в замке кольца, находящегося в свободном состоянии.
Итак, мы получили все необходимые размеры, посмотрим, как будет выглядеть конструкция на эскизе рис. 3.
Рис. 3. Эскиз поршневого уплотнения экспериментального образца двигателя с диаметром цилиндра 90 мм: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – поршневое кольцо
Отличие от газодинамической схемы, представленной на рис. 1 принципиальное, как по форме, так и по содержанию. Главное, к чему привели принятые меры, это освобождение компрессионного кольца от каких-либо перегрузок, связанных с газодинамикой. Поршневому кольцу вернули его упругие качества, нормальное положение относительно полок поршневой канавки и стенки цилиндра, нормальную работоспособность. Форма, содержание (материал, термические операции) и размеры предоставили благоприятные условия для выполнения функций, возложенных на поршневое компрессионное кольцо.
Напомним, поршневое компрессионное кольцо предназначено для выполнения следующих задач:
– надежное уплотнение пространства между подвижным поршнем и неподвижным цилиндром, исключая