ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 1994 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к двигателестроению и направлено на повышение эффективности эксплуатации поршневых машин за счет оперативной оценки остаточного ресурса поршневых колец и улучшения условий смазки пары трения поршневое кольцо - втулка цилиндра.

Известно поршневое кольцо (авторское свидетельство СССР N 1518563, кл. F 02 F 5/00, 1989), содержащее на рабочей цилиндрической поверхности углубление в виде канавки треугольной, прямоугольной или круглой формы, ось которой находится в плоскости образующей рабочей цилиндрической поверхности и оси кольца. Образующая поверхности канавки расположена под углом α к цилиндрической рабочей поверхности кольца, угол α=arctg , где δ - предельный тепловой зазор в стыке кольца, b - высота кольца.

Недостаток этой конструкции - низкая эффективность оценки технического состояния кольца ввиду неравномерности износа в процессе эксплуатации по периметру его рабочей цилиндрической поверхности.

Известно поршневое уплотнительное кольцо, содержащее на рабочей цилиндрической поверхности канавки прямоугольного и круглого сечения выполненные с эксцентриситетом относительно его оси. Канавки расположены в одной плоскости с осью, по разные стороны ее. Глубина каждой канавки плавно уменьшается до нуля со стороны отложенного эксцентриситета. Максимальная начальная глубина каждой канавки равна известному предельно допустимому радиальному износу рабочей поверхности (авторское свидетельство СССР N 1456627, кл. F 02 F 5/00, 1989).

Эта конструкция не обеспечивает достаточную эффективность оценки технического состояния кольца ввиду неравномерности износа по периметру его цилиндрической рабочей поверхности, невозможности его определения без демонтажа поршней из цилиндров, а также сложна и трудоемка в изготовлении.

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа, является поршневое кольцо ДВС, содержащее на рабочей цилиндрической поверхности кольцевую канавку треугольного сечения, выполненную по винтовой линии и заполненную немагнитным материалом. Глубина канавки намного больше величины радиального износа, что позволяет повысить эффективность оценки технического состояния кольца по степени изношенности его рабочей поверхности, так как выявляется абсолютная величина износа и ее месторасположение по периметру кольца.

Недостатки указанной конструкции - необходимость наличия для определения износа сложной аппаратуры и дополнительных устройств на дизеле, недостаточная эффективность и надежность их работы (осциллограф, датчики) в реальных условиях эксплуатации, например на двигателях морских судов, трудоемкость изготовления, невозможность использования канавки для улучшения смазываемости поршневого кольца ввиду заполнения ее немагнитным материалом.

Цель изобретения - повышение оперативности оценки технического состояния кольца по степени изношенности его рабочей поверхности и улучшение его смазываемости в процессе эксплуатации.

Эта цель достигается тем, что в известном поршневом кольце кольцевая канавка треугольного сечения на рабочей цилиндрической поверхности выполнена по средней линии высоты кольца на глубину, равную максимально допустимой величине его износа, в сечении имеет форму равнобедренного треугольника с углом при вершине бедер α = 2arctg 0,5.

Поршневое кольцо имеет отличия от прототипа в общих и частных существенных признаках: канавка выполнена на уровне средней линии рабочей цилиндрической поверхности кольца, угол при вершине треугольного сечения составляет α= 2arctg0,5. Глубина канавки равна максимально допустимой величине износа кольца.

Выполнение канавки с сечением в форме равнобедренного треугольника глубиной равной максимальному допуску на износ и углом при вершине бедер α= 2arctg0,5 прямым измерением ширины канавки позволяет определять величину запаса по износу поршневого кольца характеризующего остаточный ресурс, например у двухтактных ДВС через окна на цилиндровых втулках в процессе длительной эксплуатации.

На фиг. 1 показан пример выполнения поршневого кольца, сечение; на фиг. 2 - то же, после износа; на фиг. 3 - схема оперативной оценки технического состояния кольца без разборки двигателя.

На боковой рабочей поверхности 2 кольца 1 по окружности выполнена канавка 3, вершина 4 которой находится на уровне средней линии кольца 1. Сечение канавки 3 имеет форму равнобедренного треугольника с углом при вершине 4 α = 2arctg0,5, что обеспечивает равенство Н = Δ t_доп. Глубина t_доп канавки 3 выполнена равной максимально допустимой величине износа рабочей поверхности 2 кольца 1. После износа на величину δ (фиг. 2) канавки 3 ее ширина h дает запас по износу (остаточный ресурс), а разность Н - h - величину износа δ . В процессе эксплуатации двигателя запас по износу рабочей поверхности кольца 1 определяется измерением ширины h канавки 3 без снятия кольца с поршня, а в двухтактных дизелях без разборки двигателя, например по указанной схеме (фиг. 3). Ширина канавки 3 на кольце 2 определяется путем подвода поршня 1 на уровень окон 5, расположенных на втулке цилиндра 4 через лючок 7 ресивера (коллектора) 6, например, с помощью окуляра с микросеткой 8. Месторасположение наибольшего износа по периметру кольца определяют путем выявления месторасположения минимума ширины h канавки 3.

Таким образом, предложенная конструкция поршневого кольца позволяет: повысить эффективность оперативной оценки технического состояния кольца по степени изношенности его рабочей поверхности, так как определяется не только величина износа, но и остаточный ресурс, фиксируется предельный износ в процессе длительной эксплуатации, например, на двигателях морских судов; снизить интенсивность износа пары трения кольцо-втулка цилиндра за счет улучшения смазываемости кольца.

Сущность изобретения: поршневое кольцо имеет на боковой рабочей поверхности кольцевую канавку треугольного сечения. Канавка выполнена по средней линии высоты кольца, в сечении имеет форму равнобедренного треугольника. Глубина канавки равна максимально допустимой величине износа рабочей поверхности. В процессе эксплуатации по ширине канавки определяется запас по износу - остаточный ресурс, в двухтактных дизелях без их разборки. Одновременно канавка является аккумулятором смазки. 3 ил.

ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО двигателя внутреннего сгорания, содержащее на цилиндрической рабочей поверхности кольцевую треугольную канавку, отличающееся тем, что, с целью повышения оперативности оценки технического состояния кольца, канавки в сечении выполнена в виде равнобедренного треугольника, вершина которого лежит на средней линии кольца по его высоте и с углом при вершине α= 2arctg 0,5 , а глубина канавки равна максимально допустимой величине износа кольца.