ПОРШНЕВОЕ КОМПРЕССИОННОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к компрессионным кольцам для них.

Известно разрезное компрессионное кольцо поршня двигателя внутреннего сгорания прямоугольного сечения, в центрально-расположенную канавку которого с внешней стороны завальцовано бронзовое кольцо с целью улучшения приработки его к стенкам цилиндровой втулки. (Тепловозы под ред. Шишкина К.А. М. Изд-во МПС, 1960 г., стр.121, рис.2-91).

Недостатком данного кольца является то, что оно является разрезным и, следовательно, сильно прижимается к стенкам цилиндра горячими газами, оно постепенно по мере износа и увеличения зазора в замке теряет компрессию, бронзовое кольцо не впитывает в себя масло, плохо его удерживает и кольцо имеет большие потери на трение и невысокий моторесурс.

Известно поршневое компрессионное кольцо для двигателя внутреннего сгорания, принятое за прототип, выполненное из двух частей: металлической, содержащей разрезной кольцевой элемент с выточкой на наружной поверхности, и связанной с ней металлокерамической части в виде вставок, размещенных в выточках кольцевого элемента симметрично по обе стороны от замка на дуге не более 90° с каждой стороны, предназначенной для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки и коэффициент трения которой ниже, чем у металлической части, и выполненной из металлокерамики различных марок и в частности из порошковой композиции железа или меди с добавками легирующих и тугоплавких наполнителей. Размещение металлокерамических вставок в кольцевом элементе увеличивает демпфирующие свойства кольца в зоне замка, снижает механические напряжения и повышает надежность работы кольца и поршня. (SU, авторское свидетельство № 1208287, кл. F 02 F 5/00, опубл. 1986 г.).

Недостатком известного компрессионного кольца является то, что оно является разрезным и оно сильно прижимается горячими газами к стенкам цилиндра в особенности в первом ручье поршня, наличие замка, зазор в котором увеличивается по мере износа кольца, приводит к постепенному ухудшению компрессии газов в цилиндре, кольцо плохо удерживает масло. Все это вместе взятое приводит к увеличению потерь на трение в двигателе внутреннего сгорания и повышению интенсивности износа пары трения "кольцо - цилиндровая втулка". Кроме того, изготовление вставок по обе стороны замка усложняет технологию изготовления поршневых компрессионных колец для двигателя внутреннего сгорания.

Техническим результатом изобретения является улучшение компрессии газов в цилиндре двигателя, упрощение технологии изготовления поршневых компрессионных колец, создание условий для удержания масла в порах металлокерамики, благодаря чему появляется возможность увеличить допустимую скорость движения поршня в цилиндре при одновременном снижении интенсивности износа пары трения "кольцо - цилиндровая втулка" и потерь на трение благодаря уменьшению прижатия кольца к стенкам цилиндра, что в конечном счете приводит к повышению надежности работы двигателя внутреннего сгорания и его КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневом компрессионном кольце для двигателя внутреннего сгорания, содержащем две части: металлическую в виде кольцевого элемента и связанную с ней металлокерамическую, предназначенную для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки и коэффициент трения которой ниже, чем у металлической, металлокерамическая часть выполнена в виде неразрезного кольца с поперечным сечением в форме повернутой на 90° буквы Т, наружная торцевая поверхность которой предназначена для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки двигателя внутреннего сгорания, а верхняя и нижняя боковые поверхности которой армированы металлической частью, выполненной в виде кольцевого элемента из двух стальных неразрезных колец с низким коэффициентом температурного расширения, которые предназначены для обеспечения требуемой жесткости и прочности поршневого кольца и плотности прилегания его к боковым поверхностям кольцевых канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при этом металлокерамическая часть поршневого кольца выполнена пористостью 15-30% из прессованного и спеченного смешанного порошка бронзографита с добавкой порошка олова и никеля и пропитана в вакуумной камере моторным маслом.

На фиг.1 показано поршневое компрессионное неразрезное кольцо для двигателя внутреннего сгорания в плане, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

Поршневое компрессионное кольцо для двигателя внутреннего сгорания состоит из двух частей: металлической 1 и связанной с ней металлокерамической 2 (фиг.1, 2).

Металлокерамическая часть 2 выполнена из прессованного и спеченного смешанного порошка преимущественно из бронзографита с добавкой порошка олова и никеля в виде неразрезного кольца с поперечным сечением в форме повернутой на 90° буквы Т (фиг.2). Пористость металлокерамической части 2 находится в пределах 15-30%. Поры заполнены моторным маслом в вакуумной камере. Наружная торцевая поверхность металлокерамической части 2 предназначена для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки 3 двигателя внутреннего сгорания, а верхняя и нижняя боковые поверхности ее армированы с обеих сторон металлической частью 1, выполненной виде кольцевого элемента из двух стальных неразрезных колец с низким коэффициентом температурного расширения, например из инвара. Металлические кольца металлической части 1 прочно спаяны с металлокерамической частью 2 и они предназначены для обеспечения требуемой жесткости и прочности поршневого кольца, а также плотного прилегания его к боковым поверхностям кольцевых канавок поршня двигателя внутреннего сгорания (на фиг.1, 2 не показано).

Поршневое компрессионное кольцо имеет форму по внешней и внутренней окружности с противоположных сторон на дугах не мене 100° цилиндрическую и на остальной части эллиптическую. Они устанавливаются в разъемные поршневые канавки попарно со смещением на угол α=90° и фиксируются штифтом. Для фиксации поршневых колец относительно друг друга они снабжены глухими отверстиями 3 (фиг.2), в которые вставляются штифты (не показано).

Поршневое компрессионное кольцо двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Сдвоенное поршневое компрессионное кольцо, помещенное в разъемной канавке поршня, прижимается своими цилиндрическими сегментами к стенкам цилиндрической втулки 4 по всему периметру силами упругости, обеспечивая высокую плотность неразрезного кольцевого уплотнения. С двух других эллиптических сторон каждое поршневое кольцо по отношению к цилиндровой втулки 4 имеет зазор, максимальное значение которого δ_s в апогее не должно превышать значения 0,02 R_ц, где R_ц - радиус цилиндровой втулки (см. фиг.1). Минимальное значение зазора δ_s при установке нового неразрезного поршневого кольца в цилиндровой втулке 4 составляет 0,005 R_ц. Этого зазора вполне достаточно для компенсации температурного расширения неразрезного кольца в цилиндре. Горячие газы в камере сгорания не будут дополнительно прижимать неразрезное кольцо к стенкам цилиндровой втулки, так как растянуть неразрезное кольцо очень трудно. Разрезные компрессионные кольца легко растягиваются и поэтому сильно прижимаются к стенкам цилиндровых втулок горячими газами высокого давления. Контактная металлокерамическая часть 2 кольца удерживает в своих порах моторное масло, за счет чего снижается в 2-3 раза коэффициент трения кольца о стенки цилиндра по сравнению с традиционными металлическими разрезными кольцами, что позволяет примерно в таком же соотношении повысить скорость скольжения кольца по цилиндровой втулки без риска образования задиров. Металлокерамика из бронзографита, легированная оловом и никелем, обладает высокой износостойкостью, а с учетом отсутствия дополнительно прижатия ее к стенкам цилиндровой втулки 3 горячими газами, интенсивность износа пары трения "кольцо - цилиндровая втулка " значительно снизится.

Таким образом, новые неразрезные поршневые компрессионные кольца для двигателя внутреннего сгорания с металлокерамической основой улучшают компрессию газа в цилиндре благодаря отсутствию замка в разрезе, они будут проще в изготовлении, так как их можно будет штамповать в пресс-формах методом порошковой металлургии, пористая основа металлокерамики, удерживающая моторное масло в порах, позволяет увеличить допустимую скорость движения поршня в цилиндре при одновременном снижении интенсивности износа пары трения "кольцо - цилиндровая втулка", а также потерь на трение, что в конечном счете приведет к повышению КПД и надежности работы двигателя внутреннего сгорания.

В поршневом компрессионном кольце для двигателя внутреннего сгорания, содержащем две части: металлическую в виде кольцевого элемента и связанную с ней металлокерамическую, предназначенную для соприкосновения с поверхностью цилиндров втулки и коэффициент трения которой ниже, чем у металлической, металлокерамическая часть выполнена в виде неразрезного кольца с поперечным сечением в форме повернутой на 90° буквы Т, наружная торцевая поверхность которой предназначена для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки двигателя внутреннего сгорания, а верхняя и нижняя боковые поверхности которой армированы металлической частью, выполненной в виде кольцевого элемента из двух стальных неразрезных колец с низким коэффициентом температурного расширения, которые предназначены для обеспечения требуемой жесткости и прочности поршневого кольца и плотности прилегания его к боковым поверхностям кольцевых канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при этом металлокерамическая часть поршневого кольца выполнена пористостью 15-30% из прессованного и спеченного смешанного порошка бронзографита с добавкой порошка олова и никеля и пропитана в вакуумной камере моторным маслом. Технический результат: улучшение компрессии газов в цилиндре двигателя, упрощение технологии изготовления поршневых компрессионных колец, создание условий для удержания масла в порах металлокерамики, повышение надежности работы ДВС и его КПД. 2 ил.

Поршневое компрессионное кольцо для двигателя внутреннего сгорания, содержащее две части: металлическую в виде кольцевого элемента и связанную с ней металлокерамическую, предназначенную для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки и коэффициент трения которой ниже, чем у металлической части, отличающееся тем, что металлокерамическая часть выполнена в виде неразрезного кольца с поперечным сечением в форме повернутой на 90° буквы Т, наружная торцевая поверхность которой предназначена для соприкосновения с поверхностью цилиндровой втулки двигателя внутреннего сгорания, а верхняя и нижняя боковые поверхности которой армированы металлической частью, выполненной в виде кольцевого элемента из двух стальных неразрезных колец с низким коэффициентом температурного расширения, которые предназначены для обеспечения требуемой жесткости и прочности поршневого кольца и плотности прилегания его к боковым поверхностям кольцевых канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при этом металлокерамическая часть поршневого кольца выполнена пористостью 15-30% из прессованного и спеченного смешанного порошка бронзографита с добавкой порошка олова и никеля и пропитана в вакуумной камере моторным маслом.