СОСТАВНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2014 года по МПК F16J9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к составному поршневому кольцу.

Уровень техники

В патентном документе DE 10041802 С1 описано имеющее замковую область компрессионное поршневое кольцо, выполненное с ослаблениями поперечного сечения по окружности кольца, причем окружность компрессионного поршневого кольца подразделена на четыре квадранта, и при этом в случае позиционирования одной замковой кромки в первом, а другой замковой кромки в четвертом воображаемом квадранте соответствующее ослабление поперечного сечения предусмотрено только в первом и четвертом квадрантах.

Из патентного документа DE 1292447 известно маслосъемное кольцо для поршней двигателей внутреннего сгорания с вызывающей его напряжение установленной в кольцевой канавке кольцевой винтовой пружиной, причем кольцевая канавка для установки кольцевой винтовой пружины имеет плоский срез в замковой области кольца.

В патентном документе DE 2443299 описано маслосъемное кольцо для поршня двигателя внутреннего сгорания с распределенными по окружности прорезями и пружиной, прижимающей маслосъемное кольцо к стенке цилиндра, причем маслосъемное кольцо имеет по всей окружности примерно постоянный момент инерции площадей. Для достижения такого момента инерции площадей материал снят между прорезями на радиально внутренних осесимметричных поверхностях маслосъемного кольца.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является усовершенствование составного поршневого кольца, состоящего из опоры пружины и пружинного элемента, таким образом, что за счет оптимизации опоры пружины во взаимодействии с пружинным элементом может достигаться выравнивание распределения радиального давления по всей окружности поршневого кольца. В частности, распределение радиального давления поршневого кольца в цилиндре должно становиться более равномерным под влиянием температуры.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в составном поршневом кольце, содержащем одну выполненную, по меньшей мере, в виде единого элемента, опору пружины, снабженную замковой областью, а также один выполненный, по меньшей мере, в виде единого элемента пружинный элемент, который установлен в канавке, предусмотренной в области внутренней окружной поверхности опоры пружины, причем толщина стенки опоры пружины, как в области обращенных к замку концов опоры пружины, так и в ее задней области, по существу одинакова, а между задней областью и соответствующим замковым концом предусмотрен, по меньшей мере, один карман, проходящий по окружной области величиной, по меньшей мере, 60° и образованный посредством локального уменьшения толщины стенки опоры пружины.

Решения по дальнейшему развитию предмета изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

По аналогии с решением уровня техники по DE 10041802 С1 поршневое кольцо может быть подразделено на четыре воображаемых квадранта. Соответствующий карман может находиться в первом или четвертом квадранте. Альтернативно карман может находиться во втором или третьем квадранте.

Возможно также выполнение кармана в опоре пружины с перекрытием квадрантов между задней стороной кольца и соответствующим замковым концом.

Особенное преимущество в отношении распределения радиального давления достигается, когда карманы расположены симметрично в области соответствующих квадрантов.

Поскольку предложенное решение еще может быть недостаточным, чтобы создать оптимальное распределение радиального давления в окружном направлении поршневого кольца, кроме того, предложено модифицировать радиальную глубину окружной канавки в окружном направлении опоры пружины путем изменения в поперечном сечении радиальной толщины стенки относительно беговой поверхности опоры пружины таким образом, что выполненный кольцеобразным пружинный элемент позиционирован внутри окружной канавки с предварительно задаваемой овальностью.

Далее дает преимущество решение, когда изменение поперечного сечения канавки предусмотрено только в области соответствующего кармана опоры пружины.

В целом предмет изобретения может использоваться прежде всего к поршневом кольце любого вида. Однако целесообразно использование решения поршневого кольца по изобретению в маслосъемном кольце, состоящем, по меньшей мере, из двух частей, поскольку компрессионные кольца, как правило, выполняются в виде единых колец. В том случае, когда поршневое кольцо по изобретению представляет собой маслосъемное кольцо, предложено предусмотреть опору пружины, по меньшей мере, с двумя беговыми поясками. Благодаря предмету изобретения обеспечивается возможность локального регулирования удельного давления контактных поверхностей опоры пружины на стенку цилиндра путем подгонки положения пружины, а также за счет локального изменения моментов инерции площадей. При этом на окружной периферии создается локальное изменение поперечного сечения (локальное изменение моментов инерции площадей), которое благотворно влияет как на положение пружины, так и на контактные усилия пружины на опору пружины, а следовательно, и на стенку цилиндра.

Температурные воздействия в системе на опору пружины создают положительную овальность при работе двигателя в режиме подачи топлива. Эта положительная овальность (повышенное радиальное давление на замковом конце, действующее на стенку цилиндра) приводят к негативным явлениям в цилиндре, таким как плохой съем масла и образование борозд на стенке цилиндра. Вследствие локального изменения опоры кольца может быть достигнуто более равномерное распределение радиального давления в цилиндре под действием температуры.

Соответственно, в соответствии с изобретением предложено поддерживаемое пружиной поршневое кольцо, в частности маслосъемное кольцо, с неравномерным распределением радиального давления таким образом, что распределение радиального давления в области замковых концов минимально, а в области от 20° до 120°, исходя от замка, принимает максимальную величину. При этом изменение толщины стенки создается в результате взаимного наложения косинусоидной функции пятого порядка и радиуса кривизны открытой опоры пружины в такой форме, что распределение радиального давления на беговой поверхности принимает характер непрерывной функции и не имеет скачков.

Краткий перечень чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет описан пример осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 изображает принципиальную схему поршневого кольца по изобретению, выполненного в виде маслосъемного поршневого кольца, и эпюру распределения радиального давления,

фиг.2 изображает маслосъемное поршневое кольцо по фиг.1 с канавкой для установки пружинного элемента,

фиг.3 изображает маслосъемное поршневое кольцо по фиг.1 с переменной по окружности толщиной стенки канавки для установки пружинного элемента.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана принципиальная схема поршневого кольца 1 по изобретению, выполненного в виде маслосъемного поршневого кольца, и эпюра распределения радиального давления. В соответствии с изобретением маслосъемное поршневое кольцо 1 выполнено из двух частей и содержит кольцеобразную опору 2 пружины и также кольцеобразный и здесь только обозначенный пружинный элемент 3, опора 2 пружины имеет замок 4, с образованием двух замковых концов 5, 6. Аналогично решениям уровня техники поршневое кольцо 1 подразделено на четыре квадранта I, II, III, IV, расположенных друг за другом по часовой стрелке. Толщина "а" стенки опоры 2 пружины по существу одинакова с одной стороны в области замковых концов 5, 6 и с другой стороны - в задней кольцевой области 7 напротив замка 4. Распределение радиального давления поршневого кольца 1 по окружности обозначено стрелками. На чертеже видно, что радиальное давление неравномерно в окружном направлении. Поперечное сечение опоры 2 пружины изменяется, исходя от замка 4, в области β (от угла α>20° до максимального угла α'=120°) до толщины "b" стенки таким образом, что распределение радиального давления повышается от минимального в области замковых концов 5, 6 до максимального в области β. Изменение толщины стенки от "а" до "b" создается в результате взаимного наложения косинусоидной функции пятого порядка и радиуса кривизны открытой опоры 2 пружины в такой форме, что распределение радиального давления на беговой поверхности 8 принимает характер непрерывной функции и не имеет скачков.

При этом окружная область α-α' создана посредством образования карманов 2', 2", за счет которых достигается уменьшение толщины стенки а-b.

На фиг.2 поршневое кольцо 1 по фиг.1 показано на различных видах или в разрезах. Одни и те же компоненты обозначены теми же позициями. Показана кольцеобразная опора 2 пружины и также кольцеобразный пружинный элемент 3, который установлен в окружной канавке 9 опоры 2 пружины. По аналогии с фиг.1 видно, что поршневое кольцо 1 подразделено на четыре квадранта I-IV. Замок обозначен позицией 4. В данном примере выполнения поршневое кольцо 1 имеет два пояска 10, 11 беговой поверхности. На видах в разрезах D-D и Е-Е видно, что область замковых концов имеет полную толщину "а" стенки. Уменьшение толщины стенки от "а" до "b" начинается по аналогии с фиг.1 от угла α', равного 20°, и продолжается, исходя от замка 4, до угла α', равного 120°. Минимальная толщина "b" стенки показана в разрезе D-D на фиг.2. Толщина "с" стенки от дна 9' окружной канавки 9 до беговых ребер 10, 11 в данном примере остается неизменной по окружности.

На этом чертеже также видны карманы 2', 2".

Другое решение показано на фиг.3. Здесь толщина "с" стенки (разрез А-А, В-В) снижается от второго квадранта к первому до толщины "с"' стенки.

Изобретение относится к составному поршневому кольцу. Составное поршневое кольцо содержит одну выполненную, по меньшей мере, в виде единого элемента опору пружины, снабженную замковой областью, а также один выполненный, по меньшей мере, в виде единого элемента пружинный элемент, который установлен в канавке, предусмотренной в области внутренней окружной поверхности опоры пружины. Толщина (а) стенки опоры пружины как в области обращенных к замку концов опоры пружины, так и в ее задней области, по существу одинакова, а между задней областью и соответствующим замковым концом предусмотрен, по меньшей мере, один карман, проходящий по окружной области (β) величиной, по меньшей мере, 60° и образованный посредством локального уменьшения толщины стенки опоры пружины. Изобретение обеспечивает выравнивание распределения радиального давления по всей окружности поршневого кольца. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Составное поршневое кольцо (1), содержащее одну выполненную, по меньшей мере, в виде единого элемента опору (2) пружины, снабженную замковой областью (4), а также один выполненный, по меньшей мере, в виде единого элемента пружинный элемент (3), который установлен в канавке (9), предусмотренной в области внутренней окружной поверхности опоры (2) пружины, причем толщина (а) стенки опоры (2) пружины как в области обращенных к замку (4) концов (5, 6) опоры (2) пружины, так и в ее задней области (7) по существу одинакова, а между задней областью (7) и соответствующим замковым концом (5, 6) предусмотрен, по меньшей мере, один карман (2', 2''), проходящий по окружной области (Р) величиной, по меньшей мере, 60° и образованный посредством локального уменьшения толщины стенки (а-b) опоры (2) пружины, при этом для создания неравномерного распределения радиального давления поперечное сечение опоры (2) пружины, исходя от замка (4), выполнено с уменьшением толщины стенки (а-b) в окружной области β от угла α>20° до максимального угла α'=120° таким образом, что распределение радиального давления имеет в области замковых концов (5, 6) минимальную величину, а в области β максимальную величину.

2. Поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что опора (2) пружины, исходя от замка (4), подразделена на четыре квадранта (I-IV), а соответствующий карман (2', 2'') находится в первом квадранте (I) и четвертом квадранте (IV).

3. Поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что опора (2) пружины, исходя от замка (4), подразделена на четыре квадранта (I-IV), а соответствующий карман (2', 2'') находится во втором квадранте (II) и третьем квадранте (III).

4. Поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что опора (2) пружины, исходя от замка (4), подразделена на четыре квадранта (I-IV), а соответствующий карман (2', 2'') находится в окружной области опоры (2) пружины, которая перекрывает первый квадрант (I) и второй квадрант (II), а также третий квадрант (III) и четвертый квадрант (IV).

5. Поршневое кольцо по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что карманы (2', 2'') расположены симметрично в соответствующих квадрантах (I-IV).

6. Поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что радиальная глубина окружной канавки (9) в окружном направлении опоры (2) пружины модифицирована путем изменения в поперечном сечении радиальной толщины стенки (с-с') относительно беговой поверхности (10, 11) опоры (2) пружины таким образом, что выполненный кольцеобразным пружинный элемент (3) может быть позиционирован внутри окружной канавки (9) с предварительно задаваемой овальностью.

7. Поршневое кольцо по п.6, отличающееся тем, что изменение (с-с') поперечного сечения канавки (9) предусмотрено в области соответствующего кармана (2', 2'') опоры (2) пружины.

8. Поршневое кольцо по п.1, образованное маслосъемным поршневым кольцом, состоящим, по меньшей мере, из двух частей.

9. Поршневое кольцо по п.8, отличающееся тем, что опора (2) пружины содержит, по меньшей мере, два пояска (10, 11) беговой поверхности.