ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ИЛИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 1998 года по МПК F02F5/00 F16J9/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в конструкции ДВС или поршневого компрессора для обеспечения эффективности и надежности работы поршневого уплотнения.

Существуют конструкции поршневых колец, содержащие собственно кольцо и один или несколько слоев покрытия.

Известно поршневое кольцо, выполненное из стальной ленты или проволоки, имеющее на поверхности, контактирующей со стенкой цилиндра, участки повышенной твердости, получаемые посредством электронно-лучевой или лазерной обработки [1].

Известно поршневое кольцо, наружная поверхность которого подвергнута термообработке в форме нескольких зон, располагаемых вдоль оси кольца поочередно с необработанными участками, что способствует лучшему удержанию смазки, внедрению легких частиц продуктов износа, возможности работы в условиях ограниченной смазки [2].

Основным недостатком таких конструкций поршневых колец является то, что они не обеспечивают одинакового износа по длине наружной поверхности кольца в процессе работы. Это приводит к следующему. При работе двигателя в результате воздействия на кольцо газовых и инерционных нагрузок, а также под действием сил радиального давления кольца на стенку цилиндра происходит износ покрытий кольца. Однако вследствие постоянной толщины как приработочного, так и противоизносного покрытий их износ не одинаков на разных участках рабочей поверхности кольца. Это приводит к возникновению вибраций поршневого кольца в канавке поршня, его перекосу на поршне, нестабильности и снижению надежности работы поршневого уплотнения, увеличению пропуска газов через него, разрушению масляной пленки между наружной поверхностью кольца и стенкой цилиндра и к увеличению расхода масла на угар.

Известно подпружиненное экспандером разрезное поршневое кольцо с прочно присаженным противоизносным покрытием на пружинной полке, характеризующееся тем, что толщина противоизносного покрытия от обоих концов к заданной стенке кольца уменьшается. Слой покрытия на внутренней поверхности расположен до 90^o по обе стороны концов, в то время как задние участки поверхности кольца остаются без такого слоя.

Неравномерность толщины покрытия внутренней поверхности кольца предотвращает при коррозионном или абразивном износе ослабление пружины или врезание ее в пружинную полку. Это снижает надежность работы поршневого уплотнения, так как наружная рабочая поверхность кольца все-таки подвержена неравномерному износу, который приводит к вышеописанным последствиям.

Задача изобретения - создание такой конструкции поршневого кольца, которая обеспечивала бы эффективность и надежность работы поршневого уплотнения за счет улучшения условий его работы.

Задача решается тем, что в поршневом кольце для двигателя внутреннего сгорания или поршневого компрессора, состоящим из собственно разрезного металлического кольца и нанесенного на его поверхность через связующий слой противоизносного и приработочного покрытия, толщина которого от обоих концов к задней стенке уменьшается, согласно изобретению противоизносное и приработочное покрытия наносятся на наружную поверхность кольца, при этом толщина каждого покрытия выполняется уменьшающейся на дуге ϕ = 120^° в обе стороны от концов кольца и постоянной на задней стенке кольца.

Вследствие переменной толщины покрытия именно на указанных участках кольца несмотря на износ покрытия не происходит образования участков с различными коэффициентами трения по длине наружной поверхности. Это предотвращает возникновению вибраций кольца, его перекос на поршне, обеспечивая эффективность и надежность работы поршневого уплотнения.

Несмотря на то, что отличительные признаки поршневого кольца, характеризующие конструктивное выполнение нанесенного противоизносного и приработочного покрытия порознь известны, их сочетание в определенной конкретизации, обеспечивающей улучшение условий работы кольца и как следствие достижение существенно большей надежности работы поршневого уплотнения ДВС или компрессора, позволяет заключить, что изобретение отвечает условиям патентоспособности ст. 4 Патентного закона РФ.

На чертеже представлен общий вид поршневого кольца.

Поршневое кольцо содержит разрезное металлическое кольцо 1 с замком 2, слой противоизносного покрытия 3, нанесенного через связующий слой на рабочую поверхность 4 кольца, и слой приработочного покрытия 5, нанесенного на противоизносное покрытие. Покрытия 3 и 5 выполнены переменной толщины, уменьшающейся на дуге ϕ = 120^° в обе стороны от замка к задней стенке. На участке задней стенки толщина покрытия постоянна.

В процессе работы двигателя происходит износ покрытия наружной поверхности кольца, причем наибольший износ имеет место в районе замка, однако вследствие большей толщины слоя приработочного покрытия на участках кольца, где действуют наибольшие удельные нагрузки, не происходит более раннего, чем на других участках рабочей поверхности, износа этого покрытия. При этом в процессе приработки по длине рабочей поверхности кольца не происходит образования участков с различными коэффициентами трения, возникающими бы в результате оголения противоизносного покрытия. То есть к концу процесса приработки приработочное покрытие 5 изнашивается одновременно и полностью (до противоизносного покрытия 3) на всей длине рабочей поверхности кольца, что ведет к одновременной смене условий трения по всей данной поверхности.

В процессе эксплуатации предлагаемого кольца (особенно длительной) с противоизносным покрытием происходят те же процессы, что и с приработочным, т. е. условия трения по всей длине рабочей поверхности кольца остаются одинаковыми, что ведет к исключению негативных последствий, возникающих при постоянной толщине покрытия.

Выбор толщины покрытия на указанных участках поршневого кольца и характер ее изменения на дуге ϕ^° зависит от состава материала покрытия (например, окись хрома, молибдена, его соединения или окислы других металлов) и может быть определен по следующей закономерности в общем случае
t = K•P,
где K - коэффициент пропорциональности толщины покрытия к удельной нагрузке на данном участке рабочей поверхности кольца;
P - расчетная суммарная удельная нагрузка, действующая на данном участке рабочей поверхности кольца от газовых и инерционных сил и собственного радиального давления кольца, причем P = f(ϕ), где ϕ - текущий угол, отсчитываемый по длине рабочей поверхности кольца.

Данная конструкция поршневого кольца может быть использована в двигателях внутреннего сгорания, поршневых комплессорах и других установках для повышения эффективности и надежности поршневого уплотнения, так как помимо технических преимуществ, заключающихся в исключении вибраций, ударных нагрузок, перекоса кольца в канавке поршня и снижении прорыва газов через уплотнение, обеспечивает преимущества экономические - снижение расхода масла на угар вследствие стабилизации масляной пленки между поршневым кольцом и стенкой цилиндра.

Использование: машиностроение, а именно двигателестроение, в частности конструкции ДВС или поршневые компрессоры для обеспечения надежности работы поршневого уплотнения. Сущность изобретения: кольцо содержит собственно разрезное металлическое кольцо и нанесенное на его наружную поверхность через связующий слой противоизносное и приработочное покрытие. Толщина покрытия выполнена переменной и уменьшается на дуге ϕ=120^o в обе стороны от концов кольца. На задней стенке толщина покрытия постоянна. При такой конструкции кольца во время работы двигателя не происходит образования участков с различными коэффициентами трения, что улучшает условия работы кольца. 1 ил.

Поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания или поршневого компрессора, состоящее из собственно разрезного металлического кольца и нанесенного на его поверхность через связующий слой противоизносного и приработочного покрытия, толщина которого от обоих концов к задней стенке уменьшается, отличающееся тем, что противоизносное и приработочное покрытия переменной толщины нанесены на наружную поверхность кольца, при этом толщина каждого слоя покрытия выполнена уменьшающейся на дуге ϕ = 120^° в обе стороны от концов кольца и постоянной на задней стенке кольца.