ДВУХКОМПОНЕНТНОЕ МАСЛОСЪЕМНОЕ КОЛЬЦО С РЕБРАМИ, ОКАЗЫВАЮЩИМИ ДАВЛЕНИЕ НА МАСЛО Российский патент 2020 года по МПК F16J9/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к поршневым кольцам, в частности, к маслосъемному кольцу.

Уровень техники

Одна из основных проблем четырехтактного двигателя заключается в контроле и уплотнении системы поршневого кольца и поршня от и с помощью масла, содержащегося в картере двигателя. По этой причине применяются поршневые кольца, которые должны обеспечивать максимально возможное уплотнение камеры сгорания от находящегося в картере масла. При этом следует учитывать, что присутствие в системе определенного количества масла необходимо для того, чтобы обеспечивать функционирование системы поршневых колец в части снижения трения и уплотнения с целью предотвращения утечки газа из камеры сгорания. Это определенное количество масла, с одной стороны, следует поддерживать, по возможности, малым, не нарушая, с другой стороны, гидродинамическую смазочную пленку на рабочих поверхностях поршневых колец. Таким образом, маслосъемное кольцо должно осуществлять контроль для получения оптимального равновесия между выпуском масла, работоспособностью и износоустойчивостью.

Маслосъемные кольца в виде двух- или трехкомпонентных вариантов исполнения применяются в двигателях LVD, LVP HD. В случае двухкомпонентных колец основа кольца снабжается внутренней пружиной, которая прижимает расположенную снаружи рабочую поверхность к стенке цилиндра. На рабочей поверхности поршневого кольца расположены два ребра, которые снимают избыточное масло со стенки цилиндра, при этом между ребрами предусмотрены отверстия, например, в виде каналов или прорези, по которым избыточное масло отводится от наружной стороны к внутренней стороне поршневого кольца. Указанные ребра расположены симметрично по высоте и глубине.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы дополнительно усовершенствовать контроль за количеством маслом, содержащимся в системе поршневых колец, и, таким образом, уменьшить расход масла при одновременном обеспечении правильного функционирования комплекта колец.

Согласно изобретению вышеуказанная задача решена при помощи маслосъемного кольца, содержащего основу кольца и внутреннюю пружину, при этом на наружной рабочей поверхности основы кольца в окружном направлении расположены два проходящих по кругу ребра с расположенной между ними канавкой, и при этом предусмотрены отверстия, которые проходят радиально от канавки к внутренней стороне основы кольца. Области рабочей поверхности ребер выполнены выпукло бочкообразными с точками поворота, при этом расстояние от обеих точек поворота до оси кольца является равным, а осевая высота ребра, обращенного к камере сгорания, по меньшей мере в два раза больше, чем осевая высота ребра, обращенного к картеру двигателя.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения область рабочей поверхности ребра, обращенного к камере сгорания, может быть выполнена асимметрично бочкообразной.

Согласно другому аспекту точка поворота области рабочей поверхности ребра, обращенного к камере сгорания, расположена вблизи канавки на расстоянии, составляющем менее 25%, предпочтительно менее 15%, осевой высоты ребра, обращенного к камере сгорания.

Согласно следующему аспекту область рабочей поверхности ребра, обращенного к картеру двигателя, может быть выполнена симметрично бочкообразной, при этом точка поворота может быть расположена посредине осевой высоты ребра, обращенного к картеру двигателя.

В настоящем описании используется обычная система обозначений, согласно которой термин "осевой" относится к соответствующему направлению поршня, т.е. к направлению его возвратно-поступательного движения, или к соответствующей оси поршня-цилиндра. Ось кольца представляет собой ось, которая проходит через центр кольца в осевом направлении и которая в смонтированном состоянии кольца совпадает с центральной осью поршня. Радиальное направление соответствует направлению, которое проходит параллельно плоскости кольца к оси кольца или от нее.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено более подробное описание вариантов осуществления изобретения, представленных в качестве примеров, со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором показано:

фиг. 1 - вид маслосъемного кольца в осевом поперечном разрезе. Осуществление изобретения

На фиг. 1 на виде в осевом поперечном разрезе показан вариант осуществления маслосъемного кольца согласно настоящему изобретению, представленный в качестве примера. Маслосъемное кольцо является двухкомпонентным и содержит основу 1 кольца и кольцеобразную внутреннюю пружину 2, например, спиральный пружинный расширитель, который в смонтированном состоянии прижимает маслосъемное кольцо в наружном направлении к стенке цилиндра. В области рабочей поверхности маслосъемного кольца расположены два ребра 3, 4, проходящие в окружном направлении, и между которыми находится углубление в виде канавки, которая также проходит в окружном направлении и имеет площадь F на вида в осевом поперечном сечении. От основания канавки в окружном направлении к внутренней стороне основы 1 кольца проходит несколько отверстий 5, например, в виде каналов или прорезей, таким образом, избыточное масло может стекать в кольцевой канавке поршня из области рабочей поверхности к внутренней стороне маслосъемного кольца, откуда оно по соответствующим стокам в поршне направляется далее. Показанное маслосъемное кольцо имеет асимметричную форму рабочей поверхности: оба ребра 3, 4 отличаются, как величиной их осевой высоты K, S, так и контуром их рабочих поверхностей. При этом термины "симметричный" или "асимметричный" следует понимать относительно осевого направления, т.е. в смысле зеркальной симметрии относительно плоскости, параллельной плоскости кольца и, таким образом, перпендикулярной осевому направлению. В разреза, показанном на фиг. 1, симметрию или асимметрию следует рассматривать относительно горизонтальной оси. В окружном направлении кольцо является вращательно-симметричным, если не учитывать замок кольца.

Ребро 3, обращенное к камере сгорания, имеет сильно асимметричную выпуклую бочкообразность, т.е. рабочая поверхность имеет изгиб наружу, при этом изгиб вблизи канавки больше, чем изгиб вблизи боковой стороны ребра, которая обращена к камере сгорания и является верхней на чертеже. Таким образом, вблизи канавки рабочая поверхность описывает в осевом направлении относительно острую дугу, в то время как на другой боковой стороне имеет место относительно плоский изгиб. Точка Y поворота, называемая также "вершиной", т.е. точка, которая в радиальном направлении является самой дальней снаружи, и в которой кольцо прилегает к стенке цилиндра, находится вблизи канавки. Расстояние в осевом направлении от точки Y поворота до канавки предпочтительно составляет менее 25% осевой высоты К ребра 3, обращенного к камере сгорания, более предпочтительно менее 15%, при этом точка Y поворота в большой степени также ориентирована вниз в направлении картера двигателя. Вследствие выбора такого контура слишком большое количество нанесенного масла во время подъема поршня просто переливается, поскольку из-за асимметричной формы рабочей поверхности ребра 3, обращенного к камере сгорания, масло может проникать в осевом направлении в относительно большую область, образованную между стенкой цилиндра и рабочей поверхностью ребра, и, таким образом, создавать относительно большую силу, которая противодействует силе прижатия ребра 3 к стенке цилиндра. И наоборот, указанное расположение точки Y поворота во время движения поршня вниз обеспечивает соответствующую высокую эффективность съема масла ребром, обращенным к камере сгорания. При этом масло во время движения поршня вниз удерживается между ребрами 3, 4 до тех пор, пока соответствующий перепад давления не приведет к прохождению масла через отверстия 5 к внутренней боковой стороне основы 1 кольца.

Ребро 4, обращенное к картеру двигателя, выполнено с относительно большой выпуклой бочкообразностью на рабочей поверхности, т.е. рабочая поверхность имеет в осевом направлении относительно большой изгиб. Термин "относительно большой" в данном контексте следует понимать как сравнение с малым изгибом боковой стороны рабочей поверхности ребра 3, обращенного к камере сгорания. Точка Z поворота ребра 4, обращенного к картеру двигателя, расположена в осевом направлении примерно на половине высоты S ребра 4, обращенного к картеру двигателя. В радиальном направлении положение точки Z поворота ребра 4, обращенного к картеру двигателя, соответствует положению точки Y поворота ребра 3, обращенного к камере сгорания. В осевом направлении они совпадают друг с другом и, таким образом, находятся на одинаковом расстоянии от оси кольца, при этом в смонтированном состоянии они одновременно прилегают к стенке цилиндра. Благодаря такой форме рабочей поверхности, обеспечивается высокая эффективность съема масла ребром 3, обращенным к картеру двигателя, в обоих направлениях: при движении поршня вниз масло снимается вниз в картер двигателя, при движении поршня вверх масло удерживается в области, расположенной между ребрами.

Эффективность формы рабочих поверхностей ребер 3, 4 во время работы поддерживается за счет различной высоты обоих ребер в осевом направлении. Ребро 3 имеет осевую высоту K (контрольную высоту), которая по меньшей мере в два раза больше, чем осевая высота S (высота съема масла) ребра 4, обращенного к картеру двигателя. Таким образом, действительно выражение K>2⋅S.

Для того чтобы обеспечить функционирование, в маслосъемном кольце предусмотрена, в частности, установка пружины 2 таким образом, чтобы центр тяжести плоскости основы 1 кольца, т.е. центр силы, направленной наружу и прилагаемой пружиной, находился на осевой высоте между обеими точками Y, Z поворота. Обе рабочие поверхности ребер 3, 4 одновременно прижимаются соответствующими точками Y, Z поворота к стенке цилиндра. При этом предпочтительно, чтобы сила примерно поровну передавалась каждым из двух ребер. Однако возможно также неравномерное распределение указанной силы, чтобы противодействовать динамическим силам, возникающим во время работы, и во всех режимах эксплуатации обеспечивать подходящую силу прижатия к стенке цилиндра, чтобы предотвращать отрыв одного из ребер от стенки цилиндра в процессе работы.

Канавка, которая находится между двумя ребрами 3, 4, имеет осевую высоту D, соответствующую расстоянию между указанными ребрами, и глубину X. Количество масла, которое может удерживаться между ребрами 3, 4, определяется площадью выемки А=D⋅X канавки с последующим определением объема путем ее умножения на среднюю длину окружности канавки.

Этот объем канавки между ребрами 3, 4 является решающим для обеспечения, с одной стороны, поступления в систему поршневых колец достаточного количества масла, чтобы гарантировать правильное функционирование поршневых колец, а, с другой стороны, чтобы исключить поступление чрезмерного количества масла для поддержания, по возможности, низких значений выбросов. Установлено, что площадь А пропорциональна произведению давления Р₀ на единицу поверхности и суммы K+S высот ребер кольца, деленному на соответствующий коэффициент D_x потерь при истечении масла, при этом давление Р₀ на единицу поверхности представляет собой удельное давление, с которым ребра прижимаются к стенке цилиндра, т.е. силу, деленную на суммарную площадь рабочих поверхностей ребер:

Численное значение коэффициента D_x потерь при истечении масла составляет примерно от 2 до 9 Н/мм³. D_x определяется произведением отведенного объемного потока и плотности среды, деленным на общую рабочую поверхность кольца: D_x=ρ/2⋅V²⋅1/Lh, где ρ - плотность среды, V - скорость объемного потока и Lh - рабочая высота, т.е. рабочая длина кольца вдоль стенки цилиндра.

Описанная конструкция позволяет уменьшить расход масла и при этом обеспечивает полную функциональность комплекта колец. Кроме того, при этом обеспечивается уменьшение срезающих усилий между ребрами при снижении количества масла.

Изобретение относится к маслосъемному кольцу, которое содержит два проходящих по кругу ребра (3, 4), рабочие поверхности которых имеют изгиб наружу, при этом ребро (3), обращенное к камере сгорания, имеет осевую высоту (K), которая по меньшей мере в два раза больше, чем осевая высота (S) ребра (4), обращенного к картеру двигателя, при этом ребро, обращенное к камере сгорания, имеет асимметричную бочкообразность. Изобретение улучшает контроль за количеством маслом, содержащимся в системе поршневых колец, и, таким образом, уменьшает расход масла при одновременном обеспечении правильного функционирования комплекта колец. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Маслосъемное кольцо, содержащее основу (1) кольца и внутреннюю пружину (2), в котором на наружной рабочей поверхности основы кольца в окружном направлении расположены два проходящих по кругу ребра (3, 4) с расположенной между ними канавкой,

при этом предусмотрены отверстия (5), радиально проходящие от канавки к внутренней стороне основы (1) кольца,

при этом области рабочей поверхности ребер (3,4) выполнены выпукло бочкообразными с точками (Y, Z) поворота, при этом расстояние от обеих точек (Y, Z) поворота до оси кольца является, по существу, равным,

при этом осевая высота (K) ребра (3), обращенного к камере сгорания, по меньшей мере в два раза больше, чем осевая высота (S) ребра (4), обращенного к картеру двигателя.

2. Маслосъемное кольцо по п. 1, в котором область рабочей поверхности ребра (3), обращенного к камере сгорания, выполнена асимметрично бочкообразной.

3. Маслосъемное кольцо по одному из предшествующих пунктов, в котором точка (Y) поворота области рабочей поверхности ребра (3), обращенного к камере сгорания, расположена вблизи канавки на расстоянии, составляющем менее 25%, предпочтительно менее 15%, осевой высоты (K) ребра (3), обращенного к камере сгорания.

4. Маслосъемное кольцо по одному из предшествующих пунктов, в котором область рабочей поверхности ребра (4), обращенного к картеру двигателя, выполнена симметрично бочкообразной, при этом точка (Z) поворота расположена посередине осевой высоты (S) ребра (4), обращенного к картеру двигателя.