СОСТАВНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2001 года по МПК F16J9/06 

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, гибкостью, приспосабливаемостью, 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;
- надежной герметизацией рабочего пространства между поршнем, цилиндром и головкой блока.

Известны конструкции составных поршневых колец (см. изобретения по авторскому свидетельству N 303448, МПК F 02 F 5/00, опубл. 1971, по патенту РФ N 2028485 C1, F 02 F 5/00, опубп. 1995), которые содержат пластинчатые витые кольца и цельноизогнутый тангенциальный расширитель, выполненные из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками.

Эти конструкции составных поршневых колец не полностью отвечают предъявляемым им требованиям, так как металлические ленты, из которых выполнены пластинчатые кольца и тангенциальный расширитель, навитые на ребро по их ширине и толщине не всегда согласуются по жесткости (эластичности) с усилием, передаваемым через концевые упоры от тангенциального расширителя к пластинчатым кольцам.

Кроме того, из-за излишней жесткости металлической ленты, из которой выполнен тангенциальный расширитель, усилие на пластинчатые кольца передается не через все концевые упоры, что снижает износостойкость концевых упоров и одновременно не обеспечивает прилегаемость пластинчатых колец к стенке цилиндра при возвратно-поступательном движении поршня в двигателе внутреннего сгорания.

Известно составное поршневое маслосъемное кольцо (см. изобретение по заявке Франции N 2525282, кл. F 02 F 5/00, опубл. 1983), которое является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту и поэтому принято за прототип.

Оно также состоит из пластинчатых витых колец и цельноизогнутого тангенциального расширителя, выполненных из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками.

Такое конструктивное выполнение составного поршневого кольца наиболее полно отвечает предъявляемым требованиям при его использовании в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, но при этом необходимые соотношения металлических лент по ширине и толщине, из которых выполнены пластинчатые витые кольца и цельноизогнутый тангенциальный расширитель не всегда согласуются по оптимальной жесткости с усилием, передаваемым от тангенциального расширителя к пластинчатым кольцам через концевые упоры, что не обеспечивает гарантированного прилегания пластинчатых колец к стенке цилиндра. Кроме того, концевые упоры у тангенциального расширителя выполнены под углом 90^o по отношению к радиальным поддерживающим полкам, что снижает эффективность прижатия пластинчатых колец к торцам канавки поршня в осевом направлении и, как следствие, герметизацию поршня от камеры сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности составного поршневого кольца путем обеспечения гарантированного прилегания пластинчатых колец как отдельных, так и в пакете в радиальном направлении к стенке цилиндра и в осевом направлении к торцам канавки поршня в процессе его возвратно-поступательного движения относительно цилиндра при эксплуатации двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в составном поршневом кольце для двигателей внутреннего сгорания пластинчатые витые кольца и цельноизогнутый тангенциальный расширитель выполняются из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками, при этом ширина b и толщина h металлической ленты, из которой выполнен цельноизогнутый тангенциальный расширитель; ширина B и толщина H металлической ленты, из которой выполнены пластинчатые витые кольца, должны соответствовать отношениям b/B= 0,45±0,15 и h/H= 0,85±0,15.

В этом случае, как показали экспериментальные работы и практический опыт в производстве и эксплуатации, обеспечивается оптимальная жесткость пластинчатых витых колец и цельноизогнутого тангенциального расширителя, гарантирующая прилегание пластинчатых витых колец к стенке цилиндра при минимально необходимом усилии прижатия их через концевые упоры тангенциального расширителя. В тоже время концевые упоры у цельноизогнутого тангенциального расширителя, передающие усилие к витым пластинчатым кольцам, выполняются по отношению к радиальным поддерживающим полкам под углом α от 95 до 120^o с целью, чтобы часть усилия, передаваемого от цельноизогнутого тангенциального расширителя, использовалась для прижатия пластинчатых витых колец в осевом направлении к торцам канавки поршня.

Такие конструктивные выполнения в составном поршневом кольце позволяют гарантированно прижимать как отдельные, так и пакет пластинчатых витых колец с минимально необходимым усилием к торцам канавки поршня и стенке цилиндра, обеспечивая прилегание пластинчатых колец в процессе возвратно-поступательного движения поршня.

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

На фиг. 1 показано поперечное сечение составного поршневого кольца в сборе в поршневой канавке в рабочем состоянии с цельноизогнутым тангенциальным расширителем V-образной формы.

На фиг.2 - часть составного поршневого кольца по фиг. 1, изображенного в перспективе.

На фиг. 3 показано поперечное сечение составного поршневого кольца в сборе, в поршневой канавке в рабочем состоянии, с цельноизогнутым тангенциальным расширителем W-образной формы.

На фиг.4 - часть составного поршневого кольца по фиг. 3, изображенного в перспективе.

На фиг. 5 показано поперечное сечение составного поршневого кольца в сборе, в канавке поршня в рабочем состоянии, с цельноизогнутым тангенциальным расширителем Т-образной формы с наклоном радиальных поддерживающих полок относительно друг друга в свободном состоянии.

На фиг. 6 - часть составного поршневого кольца по фиг. 5, изображенного в перспективе.

На фиг. 7 показано поперечное сечение составного поршневого кольца в сборе в канавке поршня в рабочем состоянии с цельноизогнутым тангенциальным расширителем V-образной формы с зазором между радиальными полками не более толщины металлической ленты.

На фиг. 8 - часть составного поршневого кольца по фиг. 7, изображенного в перспективе.

Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания содержит пластинчатые витые кольца 1 и 2 и цельноизогнутый тангенциальный расширитель 3, выполненные из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками в соотношении b/B=0,45±0,15 и h/H=0,85±0,15. При этом концевые упоры 4 и 5, прижимающие пластинчатые витые кольца, выполнены под углом α в пределах 95. ..120^o к радиальным поддерживающим полкам 6 и 7. 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 в составном поршневом кольце, но соотношение ширины и толщины ленты, из которых они выполнены, и ширины и толщины ленты, из которой выполнен цельноизогнутый тангенциальный расширитель, должно соответствовать величине b/B=0,45±0,15 и h/H=-0,85±0,15.

Поршневое составное кольцо работает следующим образом. В двигателе внутреннего сгорания при возвратно-поступательном движении поршня пластинчатые витые кольца 1 и 2 прижимаются концевыми упорами 4 и 5 и радиальными поддерживающими полками 6 и 7 цельноизогнутого тангенциального расширителя 3 в радиальном направлении к стенке цилиндра 8, а в осевом направлении к торцевым поверхностям 9 и 10 канавки поршня.

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

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в качестве поршневого кольца в ДВС, компрессорах и других поршневых устройствах. Изобретение позволяет повысить эффективность маслосъемных свойств составного поршневого кольца, обеспечив надежность и долговечность работы цилиндропоршневой группы двигателей, экономию горючесмазочных материалов и снижение вредных выбросов в окружающую среду. Составное поршневое кольцо содержит цельноизогнутый тангенциальный расширитель и пластинчатые витые кольца, выполненные из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками, ширина которых В и b соответствует соотношению b/B=0,45±0,15; толщина соотношению h/H=0,85±0,15, а концевые упоры цельноизогнутого тангенциального расширителя выполнены по отношению к радиальным поддерживающим полкам под углом α в пределах 95 - 120^o. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания, содержащее пластинчатые кольца и пружинный тангенциальный расширитель, выполненные цельноизогнутыми из металлических лент прямоугольного сечения со скругленными кромками, отличающееся тем, что пластинчатые кольца и тангенциальный расширитель выполнены из металлических лент, ширина которых В и b соответствуют соотношению b/В= 0,45±0,15, а толщина H и h соотношению h/H= 0,85±0,15. 2. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что концевые упоры тангенциального расширителя выполнены по отношению к радиальным поддерживающим полкам под углом α в пределах 95 - 120^o.