ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА Российский патент 2002 года по МПК F02F1/20 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в поршневых машинах.

Аналогом предлагаемого изобретения является устройство [1], на рабочей поверхности гильзы которого в виде нескольких непрерывных канавок, имеющих форму синусоиды, выполнен регулярный микрорельеф, удерживающий смазку. Микрорельеф выполнен с переменным углом наклона синусоиды, причем увеличение угла сопровождается уменьшением площади канавок. К недостаткам данного устройства следует отнести сравнительно небольшое время существования нанесенной сетки (как правило, период приработки) - в противном случае увеличение глубины канавок приведет к повышению расхода масла на угар.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство [2], на рабочей поверхности гильзы которого имеется две встречно выполненные винтовые канавки, заполненные цветным металлом (сплавом). К недостаткам данного устройства следует отнести снижение надежности конструкции вследствие:
1. расположения канавок, заполненных цветным металлом (сплавом) в зоне верхней мертвой точки, что приведет из-за различного коэффициента объемного расширения основного металла и металла (сплава), заполняющего канавки, к разрушению неоднородного тела гильзы и скорее всего повлечет за собой разрушение поршневых колец;
2. повышения уровня вибраций и гильзы, и двигателя в целом вследствие прохождения поршневыми кольцами большого количества канавок либо малого угла наклона винтовых канавок (менее 15^o к диаметральной плоскости гильзы);
3. увеличения расхода масла на угар вследствие большого угла наклона винтовых канавок (более 60^o к диаметральной плоскости гильзы).

Технической задачей изобретения является повышение долговечности деталей ЦПГ путем расположения на внутренней поверхности гильзы двух встречно выполненных винтовых канавок с правой и левой резьбой, угол подъема которых лежит в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцом H<L.

Поставленная техническая задача решается в устройстве, содержащем поршень с расположенными на нем поршневыми кольцами, контактирующими с гильзой цилиндра, которая имеет на рабочей поверхности две встречно выполненные винтовые канавки с правой и левой резьбой, угол подъема которых лежит в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами H<L.

Оригинальность изобретения состоит в том, что в отличие от прототипа распложенные на внутренней рабочей поверхности гильзы две встречно выполненные винтовые канавки с правой и левой резьбой имеют угол подъема в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага Н не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами L. Винтовые канавки играют роль источника, пополняющего в процессе трения запасы цветного металла в масле и способствующего образованию на рабочей поверхности гильзы защитной пленки, снижающей коэффициент трения колец о стенку гильзы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения канавок (в продольном сечении) на рабочей поверхности гильзы, а на фиг.2 - образование слоя цветного металла на поверхности гильзы.

Устройство состоит (фиг.1) из поршня 1 с расположенными на нем кольцами 2, контактирующими с рабочей поверхностью гильзы 3. На внутренней поверхности гильзы 3 выполнены канавки 4, расположенные между верхней и нижней мертвыми точками и состоящие из двух встречных винтовых линий А и Б с правой и левой резьбой соответственно. Винтовые линии А и Б канавок 4 заполнены цветным металлом (сплавом), их угол подъема лежит в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами H<L. Угол подъема ϕ винтовых линий А и Б определен исходя из соображений контакта поршневых колец с рабочей поверхностью гильзы - при угле подъема менее 15^o поршневые кольца будут проходить зону канавок, заполненных цветным металлом, с ударом, а при угле подъема более 60^o увеличиться заброс масла в полость камеры сгорания. Кроме того, выполнение винтовых линий с таким углом наклона будет способствовать проворачиванию поршневых колец в процессе работы двигателя, предотвращая их закоксовывание.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На рабочей поверхности гильзы 3, например, на токарно-винторезном станке выполняются винтовые линии А и Б канавки 4 с правой и левой резьбой таким образом, чтобы их угол подъема лежал в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага Н не превышала бы расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами L. После этого канавка 4 заполняется цветным металлом (например, медью) или сплавом (например, латунью) любым из способов, обеспечивающих хорошее сцепление цветного металла с основным металлом гильзы 3 цилиндра. Кольца 2, двигаясь по поверхности гильзы 3 (фиг.2), пластической деформацией снимают часть цветного металла (сплава) с канавок 4 и "намазывают" его по всей рабочей поверхности гильзы 3 между н.м.т. и в.м.т. - этот процесс происходит непрерывно в течение всех, например четырех, тактов двигателя. Однако следует подчеркнуть, что интенсивный съем цветного металла продолжается короткое время - этот процесс замедляется после образования на поверхности гильзы 3 слоя цветного металла (сплава) с определенной толщиной. В результате коэффициент трения рабочих поверхностей колец 2 и гильзы 3 снижается, и кольца 2 перестают снимать слой металла (сплава) с канавок 4. При уменьшении толщины нанесенного слоя металла (сплава) на поверхности гильзы 3 коэффициент трения возрастает и интенсивность его снятия с поверхности канавки 4 кольцами 2 повышается - устройство имеет функцию саморегулирования. Слой металла (сплава), снятый с канавки 4 гильзы 3, перемешивается в процессе трения с маслом и поэтому требует поддержания постоянного уровня в нем, однако, имеющийся источник - канавки 4 - пополняют его запас в процессе трения. Процесс нанесения слоя металла (сплава) на рабочие поверхности колец 2 и гильзы 3 сопровождает весь период эксплуатации ЦПГ двигателя.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что толщина слоя цветного металла, образующегося на поверхности гильзы, составляет величину порядка 2 мкм, а присутствие некоторых цветных металлов, например меди, непосредственно в камере сгорания приводит к уменьшению токсичности выхлопных газов двигателя.

Технико-экономическим преимуществом заявляемого изобретения является повышение долговечности цилиндропоршневой группы путем снижения коэффициента трения ее сопряженных деталей без использования, например, дорогостоящих антифрикционных присадок, которые необходимо вносить при каждой замене масла. Простота же конструкции устройства позволяет производить его на любом заводе даже в условиях неспециализированного производства.

Источники информации
1. А. с. 1048147. Цилиндропоршневая группа. И.И.Короткин. Бюл. 38 от 15.10.83.

2. Патент США 2292662, кл. F 02 F 1/20, опубл. 1942 г.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в поршневых машинах, например в ДВС. Цилиндро-поршневая группа состоит из поршня с размещенными на нем кольцами, которые контактируют с рабочей поверхностью гильзы. На внутренней поверхности гильзы выполнены канавки, состоящие из двух встречных винтовых линий с правой и левой резьбой соответственно. Винтовые линии канавки заполнены цветным металлом (сплавом), угол их подъема лежит в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами Н<L. Благодаря такой конструкции повышается долговечность цилиндропоршневой группы за счет снижения коэффициента трения сопряженных деталей без внесения дорогостоящих антифрикционных присадок в смазочное масло. 2 ил.

Цилиндропоршневая группа, содержащая поршень с размещенными на нем поршневыми кольцами, контактирующими с гильзой цилиндра, имеющей на рабочей поверхности две встречно выполненные винтовые канавки, заполненные цветным металлом, отличающаяся тем, что угол подъема винтовых канавок лежит в пределах 15^°≤ϕ≤60^°, а величина шага не превышает расстояния между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами Н<L, где Н - величина шага винтовой линии, L - расстояние между верхним компрессионным и нижним маслосъемным кольцами.