ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2016 года по МПК F16J9/12 

Изобретение относится к поршневому кольцу, в частности компрессионному поршневому кольцу.

Рабочие поверхности поршневых колец, в частности компрессионных колец, в двигателях внутреннего сгорания испытывают тепловую и механическую нагрузку, особенно высокую нагрузку на концах замка кольца. Это ведет, как правило, к чрезмерному износу и при случае к тепловой перегрузке с последующей коррозией. Это место поршневого кольца представляет одно из существенных слабых мест для срока службы поршневого кольца.

Поршневые кольца на рабочей поверхности многократно снабжаются твердыми покрытиями. Однако они могут предотвратить частичное явление не полностью. Для снятия нагрузки с концов замка форма кольца может оптимизироваться так, что давление в замке минимизируется.

Примеры подобного рода мероприятий приводятся ниже.

Документ DE 4140232 C1 раскрывает автоматически зажимающее поршневое кольцо с неравномерным распределением радиального давления. Зажатое до номинального диаметра поршневое кольцо имеет на концах замка в области α<25° радиус кривизны, который соответствует радиусу цилиндра. В угловой области β=25-35° по обеим сторонам замка кольца радиус кривизны меньше радиуса цилиндра, так что распределение радиального давления на концах замка устанавливается почти на 0 и в угловой области β=25-35° на уровне свыше 200% среднего радиального давления.

В документе DE 3612456 A1 описывается поршневое кольцо, в котором с помощью конструктивных мероприятий в области замка осложняется выравнивание давления по нижней боковой поверхности, и причем концы замка при необходимости с помощью дополнительных пружинных элементов или с помощью собственного образования в виде пружины прижимаются, против инерционной силы, к нижней боковой поверхности.

В DE 10041802 раскрыто компрессионное поршневое кольцо, которое по периметру кольца имеет ослабления поперечного сечения, причем периметр кольца компрессионного поршневого кольца разделен на четыре квадранта. При позиционировании одной кромки замка в первом и другой кромки замка в четвертом из воображаемых квадрантов находится соответствующее ослабление поперечного сечения исключительно в первом и четвертом квадрантах по обеим сторонам замка, а именно в близкой к замку области, если смотреть по всей высоте кольца, причем в области замка получаются одинаковая толщина стенки, как в области спинки кольца.

Документ DE 102007007962 B3 раскрывает поршневое кольцо с основной частью, которое имеет снабженную разделением на камеры рабочую поверхность, верхнюю и нижнюю боковую поверхность, а также внутреннюю периферийную поверхность, причем, по меньшей мере, разделение на камеры снабжено, по меньшей мере, защитным от износа слоем и на рабочую поверхность, по меньшей мере, частично нанесен защитный слой из PVD (поливинилиденхлорид) таким образом, что основная часть в своем готовом состоянии только со стороны краевой области, т.е. снаружи разделения на камеры, имеет защитный слой из PVD.

Все описанные выше мероприятия оказались не пригодны, чтобы полностью устранить явление перегрузки замка в поршневых кольцах, в частности компрессионных поршневых кольцах. Это относится, в частности, к устанавливаемым низко по оси кольцам.

В основе изобретения лежит задача создания поршневого кольца, в частности компрессионного поршневого кольца, в котором в рабочем состоянии в области замка больше не происходит никакой перегрузки замка, так что устанавливается повышенный срок службы по сравнению с уровнем техники.

Эта задача решена с помощью поршневого кольца, в частности компрессионного поршневого кольца, с основной частью, которая имеет радиально наружную рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность, верхнюю и нижнюю боковую поверхность, а также замок, причем рабочая поверхность снабжена, по меньшей мере, образованным идущим по кругу разделением на камеры, которое воспринимает стойкое к износу покрытие, в частности покрытие из PVD, причем, начиная от кромок стенок замка, если смотреть в направлении периметра основной части, снаружи покрытия на основной части отформован выступ стенки, который простирается с задаваемой радиальной высотой по определенной длине периметра по обеим сторонам замка.

Предпочтительные усовершенствования предмета изобретения можно заимствовать из зависимых пунктов формулы изобретения.

В частности, при покрытых PVD поршневых кольцах, в частности компрессионных поршневых кольцах, с помощью соответствующих параметров кольца замок может разрабатываться так, что во время входа поршневого кольца, в частности компрессионного поршневого кольца, имеет место умеренное давление в кольце. Предусмотренный исключительно в близкой к замку области поршневого кольца выступ стенки образуется из материала основной части, например чугуна или стали, и снаружи предусмотрено покрытие. Во время работы двигателя этот относительно мягкий выступ относительно быстро снашивается и поршневое кольцо движется затем на своей предусмотренной наивысшей точке. Только в этом случае вступает в контакт фактический контур поршневого кольца. Благодаря достигнутой разгрузке замка в этой области может устанавливаться масляная пленка, одинаковая или более толстая, чем на остальном периметре поршневого кольца. Благодаря улучшенной или более равномерной смазке избегается тепловая перегрузка области замка, уменьшается износ и таким образом повышается срок службы поршневого кольца, в частности компрессионного поршневого кольца.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фигура 1 - вид сверху поршневого кольца, снабженного замком;

фигура 2 - поперечное сечение снабженного разделением на камеры поршневого кольца, согласно фигуре 1 перед фазой входа;

фигура 3 - распределение радиального давления поршневого кольца, согласно фигуре 2;

фигура 4 - поперечное сечение поршневого кольца, снабженного разделением на камеры, согласно фигуре 1 после фазы входа;

фигура 5 - распределение радиального давления поршневого кольца, согласно фигуре 4.

Фигура 1 иллюстрирует поршневое кольцо, образованное в виде компрессионного поршневого кольца, содержащее основную часть 1, в этом примере состоящую из чугуна. На виде сверху основной части 1 видны: рабочая поверхность 2, внутренняя периферийная поверхность 3, а также верхняя боковая поверхность 4 и замок 5. Начиная от кромок 6, 7 замка 5 в направлении периметра по обеим сторонам замка 5 простирается выступ стенки 8, 9 задаваемой радиальной высоты и определенной длины по периметру. Выступ стенки 8, 9 имеет зависящую от двигателя радиальную высоту 1-10 µм и может занимать длину периметра, ограниченную радиусом основной части 1 максимально 45°. Соответствующая высота перегородки может зависеть от типа двигателя.

Фигура 2 иллюстрирует основную часть 1 согласно фигуре 1 в поперечном сечении. Можно видеть рабочую поверхность 2, внутреннюю периферийную поверхность 3, верхнюю, то есть обращенную к камере сгорания боковую поверхность 4, а также нижнюю, обращенную к блоку цилиндров боковую поверхность 4'. Основная часть 1 снабжена образованным идущим по кругу разделением на камеры 10, которое воспринимает стойкое к износу покрытие 11, в этом примере образованное слоем PVD. За покрытием 11 предусмотрен соответствующий, изображенный на фигуре 1 выступ стенки, здесь выступ стенки 8 из материала основной части 1. Как изображено, выступ стенки 8 с задаваемой радиальной высотой выдается над покрытием 11. Фигура 2 показывает основную часть 1 перед его фазой входа.

На фигуре 3 показано распределение радиального давления основной части 1 перед фазой входа поршневого кольца. Замок 5 при этом только обозначен, причем видно, что распределение радиального давления в области замка перед фазой входа относительно большое.

Фигура 4 иллюстрирует основную часть 1 поршневого кольца согласно фигуре 1 после своей фазы входа. Можно видеть, что изображенный на фигуре 2 выступ стенки 8 изношен, так что основная часть 1 своей оказавшейся верхней точкой входит в контакт неизображенной встречной рабочей поверхностью.

Фигура 5 показывает распределение радиального давления поршневого кольца 1 после своей фазы входа, причем можно видеть, что в только обозначенном замке 5 получено более низкое распределение радиального давления, чем перед фазой входа. Благодаря теперь достигнутой разгрузке замка в этой области может образоваться масляная пленка, равная или толще, чем на основном периметре основной части. Вследствие этой улучшенной или более равномерной смазки устраняется тепловая перегрузка области замка и износ уменьшается в пользу долговечности.

После работы двигателя предложенное в соответствие с изобретением поршневое кольцо не показало никаких полученных в результате износа зазоров, напротив равномерную гладкую контактную поверхность.

Изобретение относится к поршневому кольцу. Поршневое кольцо, в частности компрессионное поршневое кольцо, выполнено с основной частью, которая имеет радиально наружную рабочую поверхность, радиально внутреннюю периферийную поверхность, верхнюю и нижнюю боковую поверхность, а также замок. Рабочая поверхность кольца снабжена, по меньшей мере, сформированным по кругу разделением на камеры, которое воспринимает износостойкое покрытие, в частности покрытие из PVD, начиная от кромок стенки замка, если смотреть в направлении периметра основной части. При этом снаружи покрытия на основной части отформован выступ стенки, который простирается с задаваемой высотой по определенной длине периметра по обеим сторонам замка. Изобретение повышает надежность устройства. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневое кольцо, в частности компрессионное поршневое кольцо, с основной частью (1), которая имеет радиально наружную рабочую поверхность (2), радиально внутреннюю периферийную поверхность (3), верхнюю (4) и нижнюю боковую поверхность (4'), а также замок (5), причем рабочая поверхность (2) снабжена, по меньшей мере, сформированным по кругу разделением на камеры (10), которое воспринимает износостойкое покрытие (11), в частности покрытие из поливинилиденхлорида, причем, начиная от кромок стенок (6, 7) замка (5), если смотреть в направлении периметра основной части (1), снаружи покрытия на основной части (1) отформован выступ стенки (8, 9), который с заданной радиальной высотой простирается на заданной длине периметра по обеим сторонам замка (5).

2. Поршневое кольцо по п.1, в котором выступ стенки (8, 9) сформирован из материала основной части (1), в частности из чугуна или стали.

3. Поршневое кольцо по п.1 или 2, в котором радиальная высота выступа стенки (8, 9) составляет от 1 до 10 µм.

4. Поршневое кольцо по п.1 или 2, в котором выступ стенки (8, 9), начиная от соответствующей кромки замка (6, 7), занимает вписанный угол до 45°, образованный радиусами основной части (1).

5. Поршневое кольцо по п.1 или 2, в котором выступ стенки (8, 9) имеет свою максимальную высоту со стороны кромки замка.