МАСЛОСЪЕМНОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2014 года по МПК F16J9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к маслосъемному кольцу для поршня двигателя внутреннего сгорания. В частности, изобретение относится к маслосъемному кольцу с улучшенными характеристиками съема масла и износа.

Уровень техники

В двигателях внутреннего сгорания маслосъемные поршневые кольца служат для того, чтобы снижать до минимума расход масла и одновременно обеспечивать достаточную смазку между поршнем и стенкой цилиндра. Для этого маслосъемное кольцо должно обладать двумя свойствами, между которыми нужно найти компромисс. С одной стороны, при движении поршня вниз, то есть в направлении к масляной полости, кольцо должно снять со стенки цилиндра как можно больше масла, чтобы снизить до минимума расход масла. С другой стороны, между маслосъемным кольцом и стенкой цилиндра в каждый момент должна поддерживаться минимальная масляная пленка, чтобы обеспечивать низкое трение и, соответственно, низкий износ.

При этом найденный компромисс должен поддерживаться на протяжении длительного периода эксплуатации мотора. Кроме того, износ маслосъемного кольца должен сохраняться низким, поскольку иначе зазор между кольцом и стенкой цилиндра увеличивается и расход масла возрастает.

В настоящее время известны только маслосъемные кольца с полностью покрытыми рабочими поверхностями (так называемыми монопокрытиями).

Раскрытие изобретения

Соответственно, задачей изобретения является создание усовершенствованного маслосъемного кольца. Смещение между двумя маслосъемными кромками соответствует толщине покрытия. За счет осевого и радиального расположения маслосъемных кромок создается тройное увеличение долговечности. За счет подбора угла наклона боковых сторон маслосъемных кромок достигается равномерное покрытие при осаждении из газовой фазы (physical vapor deposition - PVD) или получение равномерного слоя алмазоподобного углерода (diamond-like carbon - DLC).

Согласно одному аспекту изобретения предложено маслосъемное поршневое кольцо, содержащее тело кольца; два радиальных наружных рабочих пояска на теле кольца, которые по отношению к направлению движения поршня расположены один за другим и разнесены друг от друга с помощью наружного углубления, причем каждый рабочий поясок снабжен двумя маслосъемными кромками; и защитное покрытие износа на каждой маслосъемной кромке.

Желаемые контуры рабочих поясков, и прежде всего маслосъемных кромок, могут быть получены с помощью механической обработки поясков или путем специальных процессов вытяжки стальных профилей поясков.

Предпочтительно ширина тела кольца в направлении движения составляет от 1,5 до 3 мм.

Предпочтительно рабочие пояски отстоят друг от друга примерно на 0,6 мм и имеют радиальную высоту предпочтительно от 0,2 до 0,7 мм, особенно предпочтительно 0,45 мм (в соответствии с радиальной высотой углубления).

Радиальная высота маслосъемных кромок предпочтительно составляет 0,082 мм. Ширина беговой поверхности маслосъемных кромок в направлении движения предпочтительно составляет от 0,01 до 0,2 мм, особенно предпочтительно 0,05 мм.

Предпочтительно толщина защитного покрытия износа составляет от 1 до 30 мкм.

Согласно одному из примеров выполнения маслосъемные кромки имеют по существу одинаковую радиальную высоту.

Согласно одному из примеров выполнения расположенная на стороне камеры сгорания маслосъемная кромка, по меньшей мере, одного рабочего пояска имеет радиальную высоту больше, чем маслосъемная кромка рабочего пояска, расположенная на стороне масляной полости.

В этом примере выполнения, по меньшей мере, одна расположенная на стороне масляной полости маслосъемная кромка смещена с радиальным отступом назад от маслосъемной кромки на стороне камеры сгорания.

Согласно одному из примеров выполнения, по меньшей мере, одна радиально более высокая маслосъемная кромка является расположенной на стороне камеры сгорания маслосъемной кромкой рабочего пояска, расположенного на стороне камеры сгорания.

Предпочтительно радиально более высокая маслосъемная кромка является кромкой рабочего пояска на стороне камеры сгорания.

Согласно одному из примеров выполнения расположенная на стороне камеры сгорания маслосъемная кромка каждого рабочего пояска имеет радиальную высоту больше, чем маслосъемная кромка рабочего пояска, расположенная на стороне масляной полости.

Согласно одному из примеров выполнения радиальная разность высот соответствует по существу толщине защитного покрытия износа маслосъемных кромок.

Другими словами, радиально более низкая маслосъемная кромка на стороне масляной полости смещена с отступом назад примерно на толщину покрытия защитного слоя износа от радиально более высокой маслосъемной кромки на стороне камеры сгорания.

Согласно одному из примеров выполнения защитное покрытие износа маслосъемных кромок проходит непрерывно в области между маслосъемными кромками.

Согласно одному из примеров выполнения маслосъемные кромки сужаются радиально наружу.

Это может достигаться, например, за счет по существу конической формы маслосъемных кромок.

Согласно одному из примеров выполнения боковая сторона каждой маслосъемной кромки на стороне камеры сгорания расположена с большим наклоном к направлению движения, чем боковая сторона на стороне масляной полости.

Согласно одному из примеров выполнения расположенная на стороне камеры сгорания боковая сторона маслосъемной кромки одного рабочего пояска или всех рабочих поясков расположена с большим наклоном к направлению движения, чем боковая сторона соответствующего рабочего пояска, расположенная на стороне масляной полости.

Согласно одному из примеров выполнения наружное углубление между рабочими поясками выполнено более глубоким, чем область между маслосъемными кромками.

Согласно одному из примеров выполнения защитное покрытие износа между маслосъемными кромками выполнено радиально, по меньшей мере, до высоты маслосъемных кромок.

За счет этого при износе защитного покрытия износа до беговых поверхностей маслосъемных кромок создается сплошной кольцевой рабочий поясок с самозатачивающимися углами. При этом между маслосъемными кромками сохраняется остаток защитного покрытия износа.

Согласно одному из примеров выполнения внутренние боковые стороны рабочих поясков выполнены с большим наклоном относительно направления движения, чем наружные боковые стороны.

Согласно одному из примеров выполнения внутренняя боковая сторона рабочего пояска на стороне масляной полости выполнена с большим наклоном относительно направления движения, чем внутренняя боковая сторона рабочего пояска на стороне камеры сгорания.

Согласно следующему аспекту изобретения создан поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одно описанное выше маслосъемное поршневое кольцо.

Краткий перечень чертежей

На чертежах:

фиг.1 изображает на виде в поперечном сечении маслосъемное поршневое кольцо по изобретению в одном примере выполнения,

фиг.2 изображает на виде в поперечном сечении крутизну различных маслосъемных кромок маслосъемного кольца по фиг.1,

фиг.3 изображает на виде в поперечном сечении размеры маслосъемного кольца по фиг.1,

фиг.4 изображает на виде в поперечном сечении маслосъемное поршневое кольцо по изобретению в альтернативном примере выполнения,

фиг.5 изображает на виде в поперечном сечении маслосъемное поршневое кольцо по изобретению в следующем альтернативном примере выполнения,

фиг.6 изображает в поперечном сечении маслосъемное кольцо по фиг.4 после износа всех маслосъемных кромок.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показано маслосъемное поршневое кольцо по изобретению в первом примере выполнения. На этом и других чертежах ближняя к стенке цилиндра сторона маслосъемного кольца расположена сверху, поршневая сторона - снизу, сторона камеры сгорания - слева, а сторона масляной полости или корпуса коленчатого вала - справа. Рабочие пояски 4 необязательно должны быть расположены на боковых сторонах тела 2 кольца, а могут быть смещены внутрь.

Рабочие пояски 4 разнесены друг от друга за счет выполнения наружного углубления 6. На каждом рабочем пояске 4 имеются две маслосъемные кромки 8. Маслосъемные кромки 8 снабжены защитным покрытием 10 износа. Углубление 6 выполнено по глубине значительно больше области между маслосъемными кромками 8. За счет увеличения числа маслосъемных кромок до четырех достигается улучшенный съем масла.

Покрытие может содержать хром (Cr) или алмазоподобный углерод (DLC). Оно может быть нанесено, например, способом физического осаждения из газовой фазы (PVD).

На фиг.2 показана крутизна маслосъемных кромок и рабочие пояски маслосъемного кольца в примере выполнения по фиг.1. В целях наглядности здесь не показано покрытие.

Как видно на фиг.2, на обращенной к камере сгорания (левой) маслосъемной кромке обращенная к камере сгорания боковая сторона выполнена более крутой, чем боковая сторона, обращенная к масляной полости (здесь в качестве примера показано выполнение только левого рабочего пояска, при этом другой рабочий поясок может иметь такое же соотношение крутизны маслосъемных кромок).

Все указанные в дальнейшем углы соответствуют углу к направлению движения маслосъемного кольца, причем величина угла составляет меньше 90°.

В качестве примера величина крутизны α, обращенной к масляной полости боковой стороны маслосъемной кромки на стороне камеры сгорания, составляет от 25° до 50°, особенно предпочтительно 40°. В качестве примера величина крутизны β, обращенной к масляной полости боковой стороны маслосъемной кромки на стороне масляной полости, составляет от 15° до 40°, особенно предпочтительно 30°.

Крутизна δ внутренней боковой стороны рабочего пояска на стороне масляной полости предпочтительно составляет от 89° до 80° (от 1° до 10° к перпендикуляру к направлению движения), особенно предпочтительно 82,4° (7,6° к перпендикуляру к направлению движения). Крутизна внутренней боковой стороны рабочего пояска на стороне камеры сгорания предпочтительно составляет от 89° до 80°, особенно предпочтительно 83,7°. Крутизна внутренних боковых сторон рабочих поясков может быть одинаковой, однако предпочтительно крутизна внутренней боковой стороны рабочего пояска на стороне масляной полости больше.

На фиг.3 показаны размеры маслосъемного кольца в примере выполнения по фиг.1. В целях наглядности здесь не показано покрытие.

Ширина d тела кольца в направлении движения предпочтительно составляет от 1,5 до 3 мм. Радиальная высота b углубления или радиальная высота рабочего пояска предпочтительно составляет от 0,2 до 0,7 мм, особенно предпочтительно 0,45 мм. Ширина с углубления предпочтительно составляет 0,6 мм.

Радиальная высота а маслосъемных кромок предпочтительно составляет 0,082 мм. Ширина е беговой поверхности маслосъемных кромок предпочтительно составляет от 0,01 до 0,2 мм, более предпочтительно 0,05 мм.

На фиг.4 маслосъемное кольцо показано в примере выполнения, который в остальном сходен с примером выполнения по фиг.1. Здесь показан необязательный признак, заключающийся в том, что радиальная высота каждой маслосъемной кромки на стороне масляной полости уменьшена на толщину f защитного покрытия износа. Другими словами, маслосъемные кромки на стороне масляной полости имеют отступ назад на толщину f защитного покрытия износа. Предпочтительно толщина f защитного покрытия износа составляет от 1 до 30 мкм.

На фиг.5 маслосъемное кольцо показано в следующем альтернативном примере выполнения, который в остальном сходен с примером выполнения по фиг.1. Здесь показан необязательный признак, заключающийся в том, что защитное покрытие 10 износа в области между маслосъемными кромками 8 выполнено радиально, по меньшей мере, до высоты маслосъемных кромок 8.

На фиг.6 показано состояние маслосъемного кольца в примере выполнения по фиг.5 после износа защитного покрытия 10 износа до уровня маслосъемных кромок 8. В этом случае в данном примере выполнения маслосъемное кольцо принимает форму кольца со сплошными рабочими поясками. При этом создается дополнительный слой износа с самозатачивающимися углами рабочих поясков.

Группа изобретений относится к маслосъемному поршневому кольцу, содержащему тело кольца, два радиальных наружных рабочих пояска на теле кольца, которые по отношению к направлению движения поршня расположены один за другим и разнесены друг от друга с помощью наружного углубления. Каждый рабочий поясок снабжен маслосъемными кромками, и на каждой маслосъемной кромке выполнено защитное покрытие износа. Изобретение повышает долговечность маслосъемного поршневого кольца. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Маслосъемное поршневое кольцо, содержащее тело (2) кольца; два радиальных наружных рабочих пояска (4), выполненных на теле (2) кольца, которые по отношению к направлению движения поршня расположены один за другим и разнесены друг от друга с помощью наружного углубления (6), причем каждый рабочий поясок (4) снабжен двумя маслосъемными кромками (8); и защитное покрытие (10) износа, предусмотренное на каждой маслосъемной кромке (8).

2. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что маслосъемные кромки (8) имеют по существу одинаковую радиальную высоту.

3. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что расположенная на стороне камеры сгорания маслосъемная кромка (8), по меньшей мере, одного рабочего пояска (4) имеет большую радиальную высоту, чем маслосъемная кромка (8) рабочего пояска (4), расположенная на стороне масляной полости.

4. Кольцо по п.3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна радиально более высокая маслосъемная кромка (8) является расположенной на стороне камеры сгорания маслосъемной кромкой рабочего пояска (4), расположенного на стороне камеры сгорания.

5. Кольцо по п.3 или 4, отличающееся тем, что расположенная на стороне камеры сгорания маслосъемная кромка (8) каждого рабочего пояска (4) имеет большую радиальную высоту, чем маслосъемная кромка (8) рабочего пояска (4), расположенная на стороне масляной полости.

6. Кольцо по п.3, отличающееся тем, что радиальная разность высот соответствует по существу толщине покрытия маслосъемных кромок (8).

7. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что защитное покрытие (10) износа маслосъемных кромок (8) проходит непрерывно в области между маслосъемными кромками (8).

8. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что маслосъемные кромки (8) сужаются радиально наружу.

9. Кольцо по п.8, отличающееся тем, что боковая сторона каждой маслосъемной кромки (8) на стороне камеры сгорания расположена с большим наклоном к направлению движения, чем боковая сторона на стороне масляной полости.

10. Кольцо по п.8, отличающееся тем, что обращенная в сторону от камеры сгорания боковая сторона маслосъемной кромки (8) рабочего пояска (4) на стороне камеры сгорания расположена с большим наклоном к направлению движения, чем расположенная на стороне масляной полости боковая сторона маслосъемной кромки (8) рабочего пояска (4) на стороне масляной полости.

11. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что наружное углубление (6) между рабочими поясками (4) выполнено более глубоким, чем область между маслосъемными кромками (8).

12. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что защитное покрытие (10) износа между маслосъемными кромками (8) выполнено радиально, по меньшей мере, до высоты маслосъемных кромок (8).

13. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что наружные боковые стороны рабочих поясков (4) выполнены с большим наклоном относительно направления движения, чем внутренние боковые стороны.

14. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что внутренняя боковая сторона рабочего пояска (4) на стороне масляной полости выполнена с большим наклоном по отношению к направлению движения, чем внутренняя боковая сторона рабочего пояска (4) на стороне камеры сгорания.

15. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одно маслосъемное поршневое кольцо, охарактеризованное в любом из пп.1-14.