СОСТАВНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 1995 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть применено в качестве поршневого кольца в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах и других поршневых машинах.

К поршневым кольцам предъявляются высокие требования по долговечности, обеспечению максимального расхода масла на угар, прорыву газов и потерям на трение, снижение которых сокращает расход топлива. При этом количество поршневых колец на поршне должно быть минимальным.

Для обеспечения этих требований конструкции поршневых колец должны обладать следующими свойствами: высокой эластичностью, обеспечивающей прилегаемость кольца при искажениях геометрической формы цилиндра; мягкой (пологой) характеристикой пружины, тангенциального расширителя, обеспечивающей незначительное падение упругой силы при износе трущихся элементов кольца; высокой сопротивляемостью процессу релаксации при температуре до 300^оС; хорошей собираемостью на поршень и вместе с поршнем в гильзу цилиндра; надежно герметизировать рабочее пространство между поршнем, цилиндром и головкой блока.

Известна конструкция составного маслосъемного кольца, которая содержит пластинчатые кольца и цельноизогнутый тангенциальный расширитель С-образного профиля в поперечном сечении, выполненный из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками. Эта конструкция составного маслосъемного кольца не полностью отвечает предъявленным требованиям по следующим причинам. Соотношение радиальной и осевой нагрузок на пластинчатые кольца, образующееся от тангенциальной силы расширителя, практически не управляемо, так как вертикальные стенки тангенциального расширителя выполнены по отношению к горизонтальной полке под углом большим 90^о (под тупым углом). При сжатии витков тангенциального расширителя вертикальные стенки поворачиваются и занимают перпендикулярное положение к горизонтальным полкам. При недостаточном зазоре между кольцом и канавкой поршня происходит резкое увеличение осевого усилия и пластинчатые кольца частично или полностью теряют подвижность в канавке поршня, что ухудшает маслораспределяющую способность кольца в целом. Это явление не позволяет на ряде отечественных двигателей перейти с двух маслосъемных колец на одно. Переход на одно маслосъемное кольцо обеспечивает значительное снижение расхода топлива, благодаря уменьшению потерь на трение. Тангенциальный расширитель имеет жесткую (крутую) пружинную характеристику, что ограничивает повышение долговечности маслосъемного кольца в целом. Улучшить пружинную характеристику за счет увеличения длины развертки расширителя нельзя, так как длина развертки ограничена возможностью монтажа кольца в канавку поршня. При большой длине развертки расширителя, благодаря радиальной и осевой нагрузке на пластинчатые кольца, происходит их самодемонтаж из канавки поршня, не позволяющей вставить поршень в гильзу.

Долговечность составного маслосъемного кольца этой конструкции, как показал опыт, в основном ограничивается толщиной хрома на рабочей поверхности пластинчатых колец и запасом упругой силы тангенциального расширителя, прижимающей их к стенке цилиндра. При износе хрома на пластинчатых кольцах темп износа резко возрастает. Одновременно резко уменьшается из-за крутой пружинной характеристики упругая сила тангенциального расширителя, нарушается прилегаемость колец к стенке цилиндра и кольцо выходит из строя. Увеличение толщины хрома связано с ухудшением его сцепляемости с основным металлом пластинчатых колец и склонностью к сколам.

На долговечность кольца также влияет поверхность контакта упорных буртов тангенциального расширителя с пластинчатыми кольцами. Чем больше эта поверхность, тем меньше удельные нагрузки и выше износостойкость и мест контакта. Однако при таком выполнении вертикальных стенок количество упорных буртов ограничивается шагом пружинных витков, выполненных в змеевидной заготовке.

Известно составное поршневое маслосъемное кольцо, которое является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту и поэтому принято за прототип. Оно состоит из пластинчатых колец и цельноизогнутого тангенциального расширителя, у которого расстояние между соседними центрами радиусов гибки пружинных элементов выполнено в соответствии с соотношением
t < 2R + 2S, где t - расстояние между соседними центрами радиусов гибки;
R - радиус гибки пружинного элемента;
S - толщина ленты в плоскости ее изгиба.

Такое конструктивное выполнение тангенциального расширителя наиболее полно отвечает требованиям маслосъемного поршневого кольца, но не может выполнять функции компрессионного, так как радиальные полки расположены консольно и имеют возможность под действием газов и вибрации перемещаться в осевом направлении на сравнительно большое расстояние, не обеспечивая между пластинчатыми кольцами и торцовыми поверхностями поршневой канавки.

При такой конструкции составного маслосъемного кольца на поршне необходимо иметь не менее двух компрессионных колец, обеспечивающих герметизацию камеры сгорания, что увеличивает потери на трение и следовательно расход топлива.

Целью изобретения является повышение эффективности путем придания кольцу одновременно с маслосъемными компрессионных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в составном поршневом кольце для ДВС, содержащем пластинчатые кольца и пружинный тангенциальный расширитель, выполненный цельноизогнутым из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками и снабженный радиальными полками, имеющими концевые упоры и соединенными между собой при помощи перемычек, расстояние между внутренними плоскостями радиальных полок тангенциального расширителя составляет не более толщины металлической ленты, а пластинчатые кольца выполнены составными в виде пакета. Такие конструктивные выполнения в составном поршневом кольце позволяет ограничить осевые перемещения радиальных полок тангенциального расширителя от вибраций и давления газов в процессе его работы в двигателе и исключить прорывы газов при минимальном количестве компрессионных колец на поршне. В известных технических решениях не обнаружены признаки, сходные с отличительными заявленного изобретения.

На фиг. 1 показано поперечное сечение составного поршневого кольца, в сборе с тангенциальным расширителем; на фиг. 2 - часть составного поршневого маслосъемного кольца с пластинчатыми кольцами, изображенного в перспективе; на фиг. 3 - металлическая лента прямоугольного сечения со скругленными кромками, изогнутая в плоскости толщины S в змеевидную заготовку радиусом R с шагом t и шириной В; на фиг. 4 - змеевидная заготовка с отогнутыми упорными буртами под пластинчатые кольца в размер h; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - змеевидная заготовка с отогнутыми буртами с формированным профилем, у которого расстояние между внутренними плоскостями К радиальных полок не более толщины металлической ленты; на фиг. 7 - то же, вид сверху; на фиг. 8 - сечение Б-Б на фиг. 6; на фиг. 9-15 - различные комбинации выполнения составного поршневого кольца с пакетами пластинчатых колец.

Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания содержит пластинчатые кольца 1 и 2 и тангенциальный расширитель 3, выполненный цельноизогнутым из металлической ленты прямоугольного сечения и снабженный радиальными поддерживающими полками 4 и 5 с упорами 6 и 7, прижимающими кольца 1 и 2 к поверхностям 8 и 9 канавки поршня и стенке цилиндра 10 и соединенными между собой перемычкой 11, при этом расстояние К между внутренними плоскостями 12 и 13 радиальных полок 4 и 5 составляет не более толщины металлической ленты, из которой выполнен тангенциальный расширитель.

В зависимости от высоты канавки поршня, процесса сгорания (дизельный, карбюраторный и др.) и числа оборотов двигателя возможны различные комбинации выполнения пакета пластинчатых колец с тангенциальным расширителем (фиг. 9-15).

Так, например, пакеты пластинчатых колец могут состоять из двух или трех колец сверху или снизу (фиг. 9 и 10), двух сверху и одного снизу (фиг. 11) и наоборот (фиг. 15), трех сверху и одного снизу (фиг. 12), трех сверху и двух снизу (фиг. 13) и наоборот (фиг. 14) и т. п.

Тангенциальный расширитель 3 (фиг. 1) изготавливается из упругой металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками.

Лента толщиной S гнется на ребро так, как показано на фиг. 3, образуя пружинные витки с шагом t, шириной В и радиусом R, а затем заготовка с пружинными витками последовательно сгибается как показано на фиг. 4-8, образуя упорные бурты высотой h и далее радиальные полки с расстоянием К между внутренними их плоскостями.

Поршневое составное кольцо работает следующим образом.

При возвратно-поступательном движении поршня пластинчатые кольца 1 и 2 прижимаются опорными буртами 6 и 7 радиальных поддерживающих полок 4 и 5 расширителя 3 в радиальном направлении к стенке цилиндра 10, а в осевом направлении радиальными полками 4 и 5 - к поверхностям 8 и 9 канавки поршня.

В результате использования изобретения экономический эффект ожидается от уменьшения количества колец на поршне, снижения расхода топлива и моторного масла на угар.

Изобретение относится к двигателестроению. Изобретение позволяет повысить эффективность путем придания составному поршневому кольцу, содержащему пластинчатые кольца и пружинный тангенциальный расширитель, одновременно с маслосъмными, компрессионных свойств, а расстояние между внутренними поверхностями радиальных полок тангенциального расширителя составляет не более толщины металлической ленты, из которой он изготовлен. Пластинчатые кольца могут быть выполнены составными в виде пакета колец. 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. СОСТАВНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО для двигателя внутреннего сгорания, содержащее пластинчатые кольца и пружинный тангенциальный расширитель, выполненный цельноизогнутым из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками и радиальными полками с концевыми упорами, соединенными между собой перемычками, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности путем придания кольцу одновременно с маслосъемными компрессионных свойств, расстояние между внутренними поверхностями радиальных полок тангенциального расширителя составляет не более толщины металлической ленты. 2. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что пластинчатые кольца установлены в виде пакета.