Составное поршневое кольцо
Владельцы патента RU 2348848:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) (RU)
Изобретение относится к уплотнительной технике. Составное поршневое кольцо состоит из набора круговых сегментов, выполненных из твердых антифрикционных материалов уложенных в поршневой канавке, прижимаемых к зеркалу цилиндра пружинным расширителем и смыкающихся между собой замковыми торцевыми плоскостями разъемов. Круговые сегменты симметрично и противоположно друг к другу расположены парами относительно координатных осей симметрии поршня, уложены в один ярус. Замковые торцевые плоскости разъемов у одной из пар круговых сегментов выполнены под углом 10-25° к вертикальной оси симметрии поршня, у другой пары круговых сегментов замковые торцевые плоскости разъемов выполнены под углом 60-80° к горизонтальной оси симметрии поршня. Пружинный расширитель выполнен в виде плоской ленты, свернутой в спираль, уложенной между круговыми сегментами и внутренней цилиндрической поверхностью поршневой канавки поршня. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано как в автомобильном моторостроении, так и в поршневых двигателях любых транспортных средств.
Известно составное поршневое кольцо, состоящее из двух одинаковых колец, каждое из которых выполнено с выступом, расположенным напротив замка кольца и контактирующих между собою по торцевым поверхностям с перекрытием замка одного кольца выступом другого [А.С. СССР №1161753, МПК F16J 9/00, опубликованное 15.06.1985 г.].
К недостаткам известного поршневого кольца в условиях больших скоростей, высоких температур и удельных контактных давлений относится низкая эксплуатационная надежность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является графитовое двухъярусное составное поршневое кольцо, состоящее из набора четырех круговых сегментов, выполненных из твердого антифрикционного материала, уложенных в поршневой канавке, прижимаемых к зеркалу цилиндра пружинным расширителем и смыкающихся между собою замковыми торцевыми плоскостями разъема [Статья в Интернете Некрасова В.Г. Уплотнение поршня в цилиндре на основе твердого антифрикционного материала http://www.volnovoidvigatel.ru/kushul-vankel/index-112.htm].
К недостаткам составного поршневого кольца относится ухудшение герметичности и надежности уплотнения во время эксплуатации при износе рабочих поверхностей круговых сегментов, а двухъярусное их расположение не позволяет использовать в поршнях современных серийно изготавливаемых двигателей.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение герметичности и повышение надежности уплотнения во время эксплуатации составного поршневого кольца и износе рабочих поверхностей.
Поставленная задача решается тем, что в составном поршневом кольце, состоящем из набора круговых сегментов, выполненных из твердых антифрикционных материалов и уложенных в поршневой канавке, прижимаемых к зеркалу цилиндра пружинным расширителем и смыкающихся между собою замковыми торцевыми плоскостями разъемов, согласно изобретению круговые сегменты симметрично и противоположно друг к другу расположены парами относительно координатных осей симметрии поршня, уложены в один ярус, замковые торцевые плоскости разъемов у одной из пар круговых сегментов выполнены под углом 10-25° к вертикальной оси симметрии поршня, у другой пары круговых сегментов замковые торцевые плоскости разъемов выполнены под углом 60-80° к горизонтальной оси симметрии поршня, а пружинный расширитель выполнен в виде плоской ленты, свернутой в спираль, уложенной между круговыми сегментами и внутренней цилиндрической поверхностью поршневой канавки поршня. При этом спираль пружинного расширителя может быть выполнена одновитковой либо двухвитковой.
На фиг.1 изображен поперечный разрез цилиндра с поршнем и составным поршневым кольцом; на фиг.2 - продольный разрез цилиндра с поршнем и составным поршневым кольцом; на фиг.3 - вид сверху кругового сегмента; на фиг.4 - то же второго кругового сегмента; на фиг.5 - вид сверху двухвиткового пружинного расширителя.
Составное поршневое кольцо для цилиндра 1 с поршнем 2 состоит из набора круговых сегментов 3 и 4, выполненных из твердых антифрикционных материалов и уложенных в поршневой канавке в один ярус. Круговые сегменты 3 и 4 симметрично и противоположно друг к другу расположены парами относительно координатных осей симметрии поршня 2. Замковые торцевые плоскости 5 разъемов у круговых сегментов 3 выполнены под углом 60-80° к горизонтальной оси симметрии поршня 2 (см. фиг.1, 4), а у круговых сегментов 4 под углом 10-25° к вертикальной оси симметрии поршня 2 (см. фиг.1, 3). Круговые сегменты 3 и 4 плотно прижимаются к зеркалу цилиндра 1 и друг к другу пружинным расширителем 6, который может быть выполнен из плоской ленты (см. фиг.1), свернутой в виде одновитковой спирали и уложенной между круговыми сегментами 3, 4 и внутренней цилиндрической поверхностью поршневой канавки поршня 2, или двухвитковой спирали (см. фиг.5). Оптимальный угол расположения замковых торцевых плоскостей 5 разъемов к оси симметрии у круговых сегментов 3 составляет 70°, а у круговых сегментов 4 составляет 20°. Отклонение данного параметра от этого оптимального положения у круговых сегментов 3 и 4 ведет к ухудшению прочностных и рабочих характеристик составного поршневого кольца. Круговые сегменты 3 и 4 составного поршневого кольца могут быть изготовлены из стали и ее сплавов, чугуна с перлитной структурой, алюминиевых и медных сплавов, а также из порошковых спеченных сплавов. Круговые сегменты 3 и 4, изготовленные из стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов, могут быть выполнены с покрытиями из различного рода антифрикционного материала. Составные поршневые кольца с круговыми сегментами, изготавливаемыми из перечисленных материалов, могут быть использованы для уплотнения цилиндров с традиционными поршнями серийно изготавливаемых ДВС.
Составное поршневое кольцо работает следующим образом.
Во время работы круговые сегменты 4 составного поршневого кольца своими наклонными замковыми торцевыми плоскостями 5 разъемов, под действием пружинного расширителя 6 прижимаются к замковым торцевым плоскостям 5 разъемов круговых сегментов 3, перемещая их в радиальном направлении до соприкосновения с зеркалом цилиндра 1. При этом происходит уплотнение между цилиндрической поверхностью зеркала цилиндра 1 и рабочими поверхностями круговых сегментов 3, 4, а также между их наклонными замковыми торцевыми плоскостями 5 разъемов. Износ рабочих поверхностей круговых сегментов 3 и 4 при трении о зеркало цилиндра 1, а также изменение размеров сопрягаемых деталей из-за температурных деформаций во время эксплуатации, не нарушает контакт замковых торцевых плоскостей 5. Увеличение диаметра цилиндра 1 при износе ведет к увеличению размера радиуса приработанных круговых сегментов 3 и 4 составного поршневого кольца. При этом круговые сегменты 3 и 4 смещаются друг относительно друга в радиальном направлении по наклонным замковым торцевым плоскостям 5 разъемов, сохраняя между собою постоянный контакт.
1. Составное поршневое кольцо, состоящее из набора круговых сегментов, выполненных из твердых антифрикционных материалов уложенных в поршневой канавке, прижимаемых к зеркалу цилиндра пружинным расширителем и смыкающихся между собой замковыми торцевыми плоскостями разъемов, отличающееся тем, что круговые сегменты симметрично и противоположно друг к другу расположены парами относительно координатных осей симметрии поршня, уложены в один ярус, замковые торцевые плоскости разъемов у одной из пар круговых сегментов выполнены под углом 10-25° к вертикальной оси симметрии поршня, у другой пары круговых сегментов замковые торцевые плоскости разъемов выполнены под углом 60-80° к горизонтальной оси симметрии поршня, а пружинный расширитель выполнен в виде плоской ленты, свернутой в спираль, уложенной между круговыми сегментами и внутренней цилиндрической поверхностью поршневой канавки поршня.
2. Составное поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что спираль ленты пружинного расширителя выполнена одновитковой.
3. Составное поршневое кольцо по п.1, отличающееся тем, что спираль ленты пружинного расширителя выполнена двухвитковой.
