ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА
CYLINDER-PISTON ASSEMBLY

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно для двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является цилиндропоршневая группа [Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания. - Патент RU № 2451810. Опубл. 27.05.2012 г.], включающая гильзу, поршень с компрессионными и маслосъемным кольцами, контактирующими с рабочей поверхностью гильзы цилиндра, и канавки, заполненные цветным металлом. На рабочей поверхности гильзы цилиндра выполнены три массива кольцевых канавок. Средний массив разворачивают на 90° относительно верхнего и нижнего массивов. Расстояние от начала первых канавок до верхнего торца гильзы равно 10±0,5 мм. Канавки выполняют в виде встречных замкнутых колец отдельных друг от друга с углом подъема 17 градусов к диаметральной плоскости гильзы и шагом 13 мм. В поперечном сечении канавки имеют торообразную форму с глубиной и шириной 1,5 мм. Максимальное расстояние между соседними канавками соответствует расстоянию между верхним компрессионным и нижним маслосъемным поршневыми кольцами.
Недостатками данного устройства являются пониженная износостойкость рабочей поверхности гильзы цилиндра в местах повышенного износа в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке и повышенный износ канавок под компрессионные и маслосъемные кольца, вследствие чего качество работы цилиндропоршневой группы снижается из-за недостаточного распределения цветного металла и неравномерного расположения кольцевых канавок по рабочей поверхности гильзы цилиндра.
Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его применения получен следующий технический результат: повышение износостойкости гильзы и поршня, уменьшение неравномерности износа гильз цилиндров по высоте и канавок под компрессионные и маслосъемные кольца, улучшение качества работы цилиндропоршневой группы.
Указанный технический результат достигается тем, что на днище поршня и на канавки компрессионных и маслосъемных колец наносят упрочняющее покрытие микродуговым оксидированием в виде сплошного оксидированного слоя, при этом в местах наибольшего износа гильзы цилиндра, соответствующего положениям поршня в верхней и нижней мертвых точках, выполнены канавки, имеющие форму встречных синусоид, а в средней части гильзы цилиндров на расстоянии 0,10…0,12 от высоты гильзы цилиндра крайних точек верхней и нижней синусоид выполнены две канавки в виде встречных замкнутых колец отдельных друг от друга, расстояние от начала первых синусоидальных канавок до верхнего торца гильзы равно 8-10% от высоты рабочей поверхности гильзы, в поперечном сечении канавки имеют глубину и ширину, равные 0,25 от минимальной толщины гильзы, максимальное расстояние между соседними канавками соответствует расстоянию между верхним компрессионным и нижним маслосъемным поршневыми кольцами.
На фиг. 1 изображена гильза цилиндра с измененными физико-механическими характеристиками и выполненными на ее рабочей поверхности синусоидальными и кольцевыми канавками, на фиг. 2 - поршень ДВС, имеющим на днище и канавках под компрессионные и маслосъемные кольца упрочняющее покрытие, выполненное в виде сплошного оксидированного слоя, на фиг. 3 - гильза цилиндра с измененными физико-механическими характеристиками в сопряжении с поршнем ДВС, имеющий на днище и канавках под компрессионные и маслосъемные кольца упрочняющее покрытие, на фиг. 4 - схема контакта поршневых колец с канавками под компрессионные и маслосъемные кольца вид А и с рабочей поверхностью гильзы цилиндра, на фиг. 5 - поперечный разрез канавки в сечении Б-Б.
Цилиндропоршневая группа включает поршень 1 с упрочняющим покрытием 2 на днище 3 и канавках под компрессионные 4, маслосъемные 5 кольца, компрессионные 6 и маслосъемные 7 кольца контактируют с рабочей поверхностью гильзы цилиндра 8 и канавки 9,10, заполненные цветным металлом 11. На рабочей поверхности гильзы цилиндра 8 двигателя внутреннего сгорания в местах наибольшего износа выполнены канавки 9, имеющие форму встречных синусоид, а в средней части гильзы цилиндров на расстоянии 0,10…0,12 от высоты гильзы цилиндра крайних точек верхней и нижней синусоид 9 выполнены две канавки 10 в виде встречных замкнутых колец, отдельных друг от друга. Расстояние от начала первых синусоидальных канавок 9 до верхнего торца гильзы равно 8…10% от высоты рабочей поверхности гильзы. В поперечном сечении канавки 9 и 10 имеют глубину и ширину 0,25 от минимальной толщины.
Цилиндропоршневая группа работает следующим образом. В процессе работы ДВС поршень 1 с упрочняющим покрытием 2 на днище 3 и канавках под компрессионные 4, маслосъемные 5 кольца, контактируя с кольцами 6 и 7, совершают возвратно-поступательное движение вверх-вниз. При этом кольца 6 и 7, двигаясь по рабочей поверхности гильзы 8, за счет пластической деформации снимают часть цветного металла 11 с канавок 9 и 10 и «размазывают» его по рабочей поверхности гильзы 8 от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. Этот процесс происходит в течение всех тактов ДВС и продолжается до тех пор, пока на рабочей поверхности гильзы 8 не образуется слой цветного металла 11 определенной толщины. В результате этого процесса коэффициент трения рабочих поверхностей поршневых колец 6 и 7 и рабочей поверхности гильзы 8 снижается, а кольца 6 и 7 перестают снимать цветной металл с канавок 9 и 10. По мере уменьшения толщины «размазанного» цветного металла 11 с поверхности гильзы 8, коэффициент трения между рабочими поверхностями поршневых колец 6 и 7 и рабочей поверхностью гильзы 8 несколько увеличивается. Одновременно начинает повышаться и интенсивность снятия поршневыми кольцами 6 и 7 цветного металла 11 с канавок 9 и 10, и процесс «размазывания» цветного металла 11 по рабочей поверхности гильзы 8 повторяется. Процесс нанесения слоя цветного металла 11 на рабочую поверхность гильзы 8 сопровождает весь период эксплуатации цилиндропоршневой группы ДВС.
Выполнение кольцевых канавок в средней части и синусоидальных канавок в местах повышенного износа позволит повысить износостойкость и уменьшить неравномерность износа по высоте гильз цилиндров, а выполнение упрочняющего покрытия на днище поршня и на канавках компрессионных и маслосъемных колец способствует увеличению износостойкости поршня.
Такое конструктивное исполнение цилиндропоршневой группы позволит повысить качество двигателя.