СОСТАВНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2000 года по МПК F16J9/00 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 минимального расхода масла на угар, от которого зависят вредные выбросы твердых частиц в атмосферу, прорыву газов и потерям на трение, при снижении которых сокращается 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 к стенке гильзы цилиндра при искажениях его геометрической формы;
- мягкой (пологой) характеристикой пружины тангенциального расширителя, обеспечивающей незначительное падение упругой силы при износе трущихся элементов кольца;
- высокой сопротивляемости процессу релаксации в заневоленном состоянии при температуре до 300^oC;
- 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 (см. изобретение по авторскому свидетельству N353058, М.кл. F 02 F 5/00: F 16 J 9/06), которая содержит два скребковых кольца и цельноизогнутый тангенциальный расширитель, радиальные полки (выступы) которого размещены между кольцами перпендикулярно к оси поршня. При этом концевые упоры могут быть выполнены под прямым углом к радиальным полкам или V-образно, располагаясь в таких же углублениях колец.

Эта инструкция составного маслосъемного кольца не полностью отвечает предъявленным требованиям по следующим причинам. Соотношение радиальной и осевой нагрузок на кольца, образующееся от тангенциальной силы расширителя при сжатии его витков, практически не управляемо, так как осевая сила образуется от выворачивания витков расширителя вверх и вниз при их сжатии в процессе монтажа поршня с кольцами в гильзу. При недостаточном зазоре между кольцом и канавкой поршня происходит резкое увеличение осевого усилия и кольца частично или полностью теряют подвижность в канавке поршня, что ухудшает прилегаемость колец к стенке цилиндра, нарушает герметичность и повышает расход масла на угар из-за неравномерного его распределения по цилиндру.

При большом зазоре между кольцом и канавкой поршня нарушается герметизация в осевом направлении кольцо-канавка поршня, что снижает наполнение смесью при цикле всасывания, уменьшая мощность двигателя.

Известно составное поршневое кольцо (см. патент РФ N2028485 C1 6 F 02 F 5/00), обладающее одновременно маслосъемными и компрессионными свойствами, которое является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту и поэтому принято за прототип. Оно состоит из пластинчатых колец в виде пакета от двух и более и цельноизогнутого тангенциального расширителя, у которого расстояние между внутренними плоскостями радиальных полок не более толщины металлической ленты, из которой он выполнен.

Такое конструктивное выполнение тангенциального расширителя наиболее полно отвечает требованиям составного поршневого кольца, обладающего маслосъемным и компрессионным свойством, но соотношение радиальной и осевой нагрузок на кольца, образующееся от тангенциальной силы расширителя, при сжатии его витков, практически так же не управляемо, несмотря на имеющуюся компенсацию осевого усилия зазором между радиальными полками, которые имеют возможность отгибаться на величину этого зазора между радиальными полками.

Одновременно необходимо отметить, что при зазоре между радиальными полками, равными толщине ленты и менее, витки тангенциального расширителя в процессе изготовления в местах изгиба радиальных полок имеют значительное утонение исходной толщины ленты (до 35%), так как радиус изгиба получается равным половине толщины изгибаемой ленты и менее. Такое утонение толщины ленты снижает прочность витков тангенциального расширителя, воспринимающих в процессе эксплуатации двигателя циклическую нагрузку, и приводит к поломкам витков и как следствие выходу из строя поршневого кольца.

Задачей изобретения является повышение эффективности составного поршневого кольца, обладающего маслосъемными и компрессионными свойствами, путем гарантированного обеспечения прилегания пакета колец в радиальном направлении к стенке цилиндра и в осевом к торцам канавки поршня.

Поставленная задача достигается тем, что в составном поршневом кольце для двигателей внутреннего сгорания, содержащем пакет пластинчатых колец и пружинный тангенциальный расширитель, выполненный цельноизогнутым из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками и снабженный радиальными поддерживающими полками, имеющими концевые упоры и соединенными между собой при помощи перемычек, при этом радиальные поддерживающие полки выполнены наклонно относительно друг друга и к соединяющим их перемычкам таким образом, что высота профиля тангенциального расширителя по концевым упорам превышает высоту соответствующей поршневой канавки в пределах до 1,5 раза.

Такие конструктивные выполнения в составном поршневом кольце позволяют гарантированно прижимать пакет пластинчатых колец с необходимым усилием к торцам канавке поршня и стенке цилиндра, обеспечивая высокую прочность витков тангенциального расширителя, которые в процессе эксплуатации двигателя воспринимают циклическую нагрузку.

В известных технических решениях не обнаружены признаки, сходные с отличительными заявленного изобретения.

На фиг. 1 показано поперечное сечение составного поршневого кольца в сборе;
на фиг.2 - часть составного поршневого кольца с пластинчатыми кольцами в рабочем состоянии, изображенного в перспективе;
на фиг. 3 - металлическая лента прямоугольного сечения со скругленными кромками, изогнутая в плоскости ее толщины S в змеевидную заготовку радиусом R с шагом t и шириной В;
на фиг.4 - змеевидная заготовка с отогнутыми концевыми упорами под пластинчатые кольца в размер h;
на фиг. 5 - сечение А-А на фиг.4;
на фиг. 6 - змеевидная заготовка с отогнутыми концевыми упорами с формированным профилем в размер H, у которого радиальные полки выполнены с наклоном к перемычкам;
на фиг. 7 - сечение Б-Б на фиг. 6.

Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания содержит пластинчатые кольца 1 и 2 и тангенциальный расширитель 3, выполненный цельноизогнутым из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками и снабженный радиальными поддерживающими полками 4 и 5 выполненными с наклоном к соединяющей их перемычке 6; с противоположной стороны радиальных поддерживающих полок 4 и 5 выполнены концевые упоры 7 и 8, прижимающие пластинчатые кольца 1 и 2 к стенке цилиндра 9, а радиальные поддерживающие полки 4 и 5 прижимают пластинчатые кольца 1 и 2 к поверхностям 10 и 11 канавки поршня. При монтаже тангенциального расширителя 3 и пластинчатых колец 1 и 2 в канавку поршня радиальные поддерживающие полки 4 и 5 выпрямляются, создавая осевую нагрузку для прижатия пакета пластинчатых колец 1 и 2 к поверхностям 10 и 11 канавки поршня.

В зависимости от высоты канавки поршня, процесса сгорания (дизельный, карбюраторный и др. ) и числа оборотов коленчатого вала двигателя возможны различные комбинации пакета (количества) пластинчатых колец с тангенциальным расширителем, при этом высота профиля H и наклон радиальных поддерживающих полок относительно друг друга и к соединяющей их перемычке 6 тангенциального расширителя 3 выполняются в соответствии с необходимой осевой нагрузкой прижатия пакетов пластинчатых колец 1 и 2 к поверхностям 10 и 11 канавки поршня (фиг.1).

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 - 5, образуя упорные бурты высотой h и далее наклон радиальных поддерживающих полок относительно друг друга и к перемычке в размер высоты профиля H фиг.6-7.

Поршневое составное кольцо работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня пластинчатые кольца 1 и 2 прижимаются концевыми упорами 7 и 8 и радиальными поддерживающими полками 4 и 5 тангенциального расширителя 3 в радиальном направлении к стенке цилиндра 9, а в осевом направлении к поверхностям 10 и 11 канавки поршня.

В результате использования изобретения экономический эффект ожидается от уменьшения количества колец на поршне, снижение расхода топлива и моторного масла на угар, а также увеличение долговечности цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.

Составное поршневое кольцо относится к области двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и других поршневых устройств. В устройстве составного поршневого кольца, содержащем пакет пластинчатых колец и цельноизогнутый пружинный тангенциальный расширитель, выполненный из металлической ленты прямоугольного сечения со скругленными кромками, новым являются радиальные поддерживающие полки, выполненные наклонно относительно друг друга и к соединяющим их перемычкам. Высота профиля тангенциального расширителя по концевым упорам превышает высоту соответствующей поршневой канавки в пределах до 1,5 раза. Изобретение повышает эффективность маслосъемных и компрессионных свойств составного поршневого кольца, обеспечивает надежность работы цилиндропоршневой группы двигателей, экономит горючесмазочные материалы и снижает вредные выбросы в окружающую среду. 7 ил.

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 поддерживающими полками с концевыми упорами, соединенными между собой перемычками, отличающееся тем, что радиальные поддерживающие полки тангенциального расширителя выполнены наклонно относительно друг друга и к соединяющей их перемычке в размер Н по концевым упорам, превышающий размер высоты поршневой канавки до 1,5 раза.