ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в качестве компрессионного поршневого кольца в двигателях внутреннего сгорания.

Известно компрессионное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания (см. авт. свид. №580393, кл. F16J 9/20), имеющее С-образный профиль с полками меньшей и большей радиальной ширины и криволинейную рабочую поверхность, отличающееся тем, что, с целью повышения уплотняющей способности, рабочая поверхность выполнена в виде сопряженных поверхностей первого конуса, примыкающего к полке с меньшей радиальной шириной, цилиндра и второго конуса, примыкающего к полке с большей радиальной шириной, высоты которых относятся соответственно как 0,7:0,2:0,1. Такое профилирование рабочей поверхности обеспечивает более высокую герметичность уплотнения за счет наличия цилиндрической зоны и эффект скручивания вследствие различной радиальной ширины полок и наличия конических участков, примыкающих к торцевым поверхностям кольца.

К недостаткам такого кольца следует отнести сложный профиль канавки в поршне, а также возможность появления остаточных деформаций при одевании кольца на поршень вследствие большой радиальной ширины кольца.

Прототипом предлагаемого устройства является составное поршневое кольцо для двигателей внутреннего сгорания (см. Энглиш К. Поршневые кольца. - М.: Машгиз. 1962, т.1, с.442, рис.330), состоящее из основного кольца, на рабочей цилиндрической поверхности которого выполнена кольцевая канавка, образующая с нижним и верхним торцами кольца бурты, и вставки из антифрикционного материала, установленной неподвижно в кольцевую канавку на рабочей поверхности основного кольца. Рабочая поверхность антифрикционной вставки выступает за рабочую цилиндрическую поверхность буртов основного кольца на величину около 0,05-0,1 мм, осевая высота вставки равна 0,25-0,35 высоты кольца, сечение вставки - прямоугольное с соотношением сторон 1:1,8-1:1,2. Для лучшего фиксирования вставки канавки иногда выполняются с расширением у дна, в виде ласточкиного хвоста. При использовании колец такой конструкции рабочая поверхность гильзы цилиндра покрывается во время приработки тонким прочно удерживающимся слоем меди, что способствует образованию исключительно гладкой зеркальной поверхности, а рабочая поверхность вставки, выступающая за рабочую поверхность основного кольца, обеспечивает уплотнение камеры сгорания.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность профилирования канавки и сборки составного кольца без нарушения формы кольца, недостаточную долговечность из-за расшатывания и выпадения антифрикционных вставок из основного кольца в процессе эксплуатации, а также недостаточную приспособляемость кольца к геометрии цилиндра, имеющего отклонения от правильной геометрической формы.

Технической задачей изобретения является повышение приспособляемости и долговечности составного поршневого кольца за счет применения подвижной антифрикционной вставки малой жесткости.

Решение задачи достигается в поршневом кольце для двигателя внутреннего сгорания, содержащем основное кольцо с выполненной на его рабочей поверхности кольцевой канавкой прямоугольного сечения, образующей с торцами кольца бурты, и вставку из антифрикционного материала, установленную в кольцевой канавке на рабочей поверхности основного кольца, где согласно изобретению антифрикционная вставка выполнена с толщиной, равной 0,08-0,12 радиальной толщины основного кольца, и зафиксирована от выпадения в пазах, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности основного кольца по обе стороны от замка, вставка установлена в кольцевую канавку свободно, образуя между дном канавки и внутренней поверхностью вставки полость, которая сообщена с камерой сгорания посредством выполненных в верхнем бурте кольца равномерно по его периметру и симметрично относительно замка прорезей длиной 5-10 мм и глубиной, равной глубине кольцевой канавки, причем рабочая поверхность антифрикционной вставки расположена на одном уровне с рабочей поверхностью буртов основного кольца.

Кроме того, решение задачи достигается тем, что кольцевая канавка выполнена с глубиной, равной 0,15-0,22 радиальной толщины основного кольца, и высотой, равной 0,85-0,87 общей осевой высоты основного кольца.

В отличие от прототипа в предлагаемом поршневом кольце толщина антифрикционной вставки меньше глубины канавки, а рабочая поверхность вставки расположена на одном уровне с рабочей поверхностью буртов, следовательно, между внутренней поверхностью вставки и дном канавки образуется полость, в которую через прорези в верхнем бурте основного кольца проникают газы из камеры сгорания. Длина каждой из прорезей составляет 5-10 мм в зависимости от наружного диаметра кольца (чем больше диаметр - тем больше длина прорези), количество прорезей четное, но не более восьми. При большем количестве прорезей, а также при большей их длине может снизиться жесткость основного кольца, что нежелательно. Для равномерного распределения газов, поступающих из камеры сгорания, прорези должны быть расположены равномерно по периметру кольца и симметрично относительно замка, причем прорези не должны быть совмещены с замком и противолежащим ему участком - спинкой кольца для сохранения жесткости основного кольца в указанных сечениях.

Размеры кольцевой канавки на рабочей поверхности основного кольца выбраны исходя из следующих условий. Во-первых, размеры канавки должны обеспечивать образование необходимого пространства между вставкой и дном канавки для воздействия газов на подвижную антифрикционную вставку с целью ее прилегания к гильзе цилиндра. Во-вторых, размеры канавки должны быть такими, чтобы не была значительно снижена механическая прочность основного кольца. Исходя из этих условий, были выбраны оптимальные размеры кольцевой канавки: осевая высота канавки равна 0,85-0,87 общей осевой высоты основного кольца, глубина канавки равна 0,15-0,22 радиальной толщины основного кольца.

Такая конструкция составного кольца обеспечивает проникновение газов из камеры сгорания через прорези в верхнем бурте основного кольца в полость, образованную дном канавки на рабочей поверхности основного кольца и внутренней поверхностью вставки. Попавшие в эту полость газы прижимают вставку к стенке гильзы цилиндров, обеспечивая уплотнение и повышенную приспособляемость кольца вследствие ее малой жесткости. Одновременно газы воздействуют на дно канавки в основном кольце, тем самым частично разгружая его от действия газов в заколечном пространстве и уменьшая силу прижатия основного кольца к стенке гильзы цилиндра.

Оригинальность предложенного решения заключается в том, что уплотнение камеры сгорания и повышенная приспособляемость кольца к геометрии цилиндра обеспечиваются за счет воздействия газов из камеры сгорания на вставку малой жесткости.

Предложенное решение отличается от прототипа тем, что антифрикционная вставка имеет малую радиальную толщину и, следовательно, обладает малой жесткостью. Вставка зафиксирована от выпадения и установлена в канавке свободно таким образом, что между вставкой и дном канавки образована полость, которая сообщается с камерой сгорания посредством прорезей, выполненных в верхнем бурте основного кольца, а рабочая поверхность вставки расположена на одном уровне с рабочей поверхностью буртов.

На фиг.1 показан общий вид поршневого кольца; на фиг.2 - разрез кольца в плоскости, проходящей через прорезь в верхнем бурте кольца; на фиг.3 - замок кольца.

Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания, установленное в канавку поршня 1 и заведенное в гильзу цилиндра 2 (фиг.2), содержит основное кольцо 3 (фиг.1) с выполненной на его рабочей поверхности кольцевой канавкой прямоугольного сечения высотой, равной 0,85-0,87 общей осевой высоты основного кольца, и глубиной, равной 0,15-0,22 радиальной ширины основного кольца, которая образует с торцевыми поверхностями основного кольца 3 верхний 4 и нижний 5 бурты, и антифрикционную вставку 6 толщиной, равной 0,08-0,12 радиальной толщины основного кольца, установленную в кольцевой канавке на рабочей поверхности основного кольца таким образом, что наружная рабочая поверхность вставки расположена на одном уровне с рабочей поверхностью буртов 4 и 5. Антифрикционная вставка 6 установлена в канавке свободно и зафиксирована от выпадения в пазах 7, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности основного кольца по обе стороны от замка (фиг.3). Так как толщина вставки меньше глубины канавки, в которой она установлена, то между внутренней поверхностью вставки и дном канавки образована полость 8 (фиг.2), которая сообщается с камерой сгорания двигателя посредством выполненных в верхнем бурте 4 основного кольца равномерно по его периметру и симметрично относительно замка прорезей 9 длиной 5-10 мм и глубиной, равной глубине канавки на рабочей поверхности основного кольца (фиг.1). Между верхней торцевой поверхностью основного кольца и стенкой канавки поршня образован торцевой зазор 10, а между внутренней цилиндрической поверхностью основного кольца и дном канавки поршня образовано заколечное пространство 11.

Поршневое кольцо работает следующим образом. При рабочем ходе поршня газы из камеры сгорания (не показана) попадают через прорези 9, выполненные в верхнем бурте 4 основного кольца, в полость 8, образованную внутренней поверхностью вставки, дном и стенками канавки на рабочей поверхности основного кольца (фиг.2), а через торцевой зазор 10 - в заколечное пространство 11. Газы, попавшие в полость 8, воздействуют на внутреннюю поверхность антифрикционной вставки 6. При этом вставка под действием газов прижимается к стенке гильзы цилиндра 2, что обеспечивает надежное уплотнение камеры сгорания, а также повышенную приспособляемость кольца к геометрии цилиндра вследствие малой жесткости вставки 6. Так как вставка выполнена из антифрикционного материала (например, из бронзы), то рабочая поверхность гильзы цилиндра покрывается во время приработки тонким прочно удерживающимся слоем меди, что способствует образованию исключительно гладкой зеркальной поверхности и улучшению условий работы сопряжения кольца и стенки гильзы цилиндра. Одновременно с этим газы в полости 8 оказывают давление и на дно канавки на рабочей поверхности основного кольца, в результате чего основное кольцо 3 частично разгружается от действия газов в заколечном пространстве 11, что ведет к снижению силы давления основного кольца на стенку гильзы 2. Газы в полости 8 воздействуют также и на стенку канавки на рабочей поверхности основного кольца, сопряженную с нижним буртом 5 основного кольца 3, дополнительно прижимая нижний торец основного кольца к стенке канавки поршня, что повышает герметичность уплотнения.

Таким образом, за счет прилегания вставки под действием газов к стенкам гильзы обеспечивается уплотнение камеры сгорания и повышенная приспособляемость кольца к геометрии гильзы цилиндра, а за счет частичного разгружения основного кольца обеспечивается снижение интенсивности изнашивания гильзы цилиндра и основного кольца по рабочей цилиндрической поверхности, что ведет к повышению долговечности составного поршневого кольца.

Поршневое кольцо установлено в канавку поршня и заведено в гильзу цилиндра, и содержит основное кольцо с выполненной на его рабочей поверхности кольцевой канавкой прямоугольного сечения, образующей с торцевыми поверхностями основного кольца верхний и нижний бурты, и антифрикционную вставку, установленную в кольцевую канавку и зафиксированную от выпадения в пазах, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности основного кольца по обе стороны от замка. Антифрикционная вставка установлена в кольцевой канавке с образованием полости между внутренней поверхностью вставки и дном канавки. В верхнем бурте основного кольца выполнены прорези. Между верхней торцевой поверхностью основного кольца и стенкой канавки поршня образован торцевой зазор, а между внутренней цилиндрической поверхностью основного кольца и дном канавки поршня образовано заколечное пространство. Использование поршневого кольца позволяет повысить эффективность работы узла уплотнения за счет повышенной приспособляемости кольца к геометрии гильзы цилиндра, а предлагаемая конструкция кольца позволит повысить его долговечность за счет снижения интенсивности изнашивания кольца и гильзы цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания, содержащее основное кольцо с выполненной на его рабочей поверхности кольцевой канавкой прямоугольного сечения, образующей с торцами кольца бурты, и вставку из антифрикционного материала, установленную в кольцевой канавке на рабочей поверхности основного кольца, отличающееся тем, что антифрикционная вставка выполнена с толщиной, равной 0,08-0,12 радиальной толщины основного кольца, и зафиксирована от выпадения в пазах, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности основного кольца по обе стороны от замка, вставка установлена в кольцевую канавку свободно, образуя между дном канавки и внутренней поверхностью вставки полость, которая сообщена с камерой сгорания посредством выполненных в верхнем бурте кольца равномерно по его периметру и симметрично относительно замка прорезей длиной 5-10 мм и глубиной, равной глубине кольцевой канавки, причем рабочая поверхность антифрикционной вставки расположена на одном уровне с рабочей поверхностью буртов основного кольца.2. Поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что кольцевая канавка на рабочей поверхности основного кольца выполнена с глубиной, равной 0,15-0,22 радиальной толщины основного кольца, и высотой, равной 0,85-0,87 общей осевой высоты основного кольца.