ОДНОКОМПОНЕНТНОЕ МАСЛОСЪЕМНОЕ КОЛЬЦО
SINGLE-COMPONENT OIL-CONTROL RING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к поршневым кольцам, в частности, к однокомпонентному маслосъемному кольцу.
Уровень техники
Одна их главных проблем четырехтактных двигателей заключается в контроле и уплотнении системы поршневого кольца и поршня от масла, содержащегося в картере двигателя. Для этого применяются поршневые кольца, которые должны обеспечивать максимально возможное уплотнение камеры сгорания для предотвращения попадания в нее картерного 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 управление для получения оптимального равновесия между выпуском масла, работоспособностью и сопротивлением истиранию.
Маслосъемные кольца, называемые далее также маслоотражательными кольцами, применяются в настоящее время в виде двух- или трехкомпонентных вариантов исполнения в двигателях LVD и LVP HD. В случае двухкомпонентных колец обойма кольца снабжается внутренней пружиной. 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 прорезей, по которым избыточное масло отводится от наружной стороны к внутренней стороне поршневого кольца. Указанные ребра, как правило, расположены симметрично по высоте и глубине на рабочей поверхности. Внутренняя пружина создает необходимые усилия для того, чтобы прижимать наружную рабочую поверхность поршневого кольца, т.е. ребра, расположенные на рабочей поверхности, к стенке цилиндра.
В случае малых узлов такая многокомпонентная конструкция является трудоемкой в изготовлении, сложной для монтажа и подверженной повреждениям и износу. Поэтому существует потребность в маслосъемном кольце, которое не
содержит этих недостатков и обеспечивает достаточно равномерное усилие прижима к стенке цилиндра, чтобы выполнять свою функцию съема масла.
Раскрытие сущности изобретения
Указанная выше проблема решена однокомпонентным маслосъемным кольцом, которое содержит тело кольца, имеющее постоянную радиальную толщину в окружном направлении, при этом на наружной рабочей поверхности тела кольца в окружном направлении проходят два ребра, отделенные друг от друга в осевом направлении наружной канавкой, при этом предусмотрены отверстия, которые проходят радиально от основания наружной канавки к внутренней стороне тела кольца, при этом на внутренней стороне тела кольца расположены две внутренние канавки, которые проходят в окружном направлении, при этом в соответствующей области каждого конца замка начинается одна из внутренних канавок, а площадь поперечного сечения внутренних канавок уменьшается от замка в направлении спинки кольца.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения отверстия расположены в отложенном от замка кольца угловом диапазоне, составляющем от 0° до 135° и от 225° до 360°, предпочтительно от 0° до 90° и от 270° до 360°.
Согласно следующему аспекту глубина внутренних канавок уменьшается от замка кольца в направлении спинки кольца.
Согласно следующему аспекту глубина внутренних канавок равна нулю в отложенном от замка кольца угловом диапазоне от 135° до 225°, предпочтительно в угловом диапазоне от 165° до 195°, и более предпочтительно в узком угловом диапазоне, который включает в себя, по существу, только угол, равный 180°.
Согласно следующему аспекту глубина внутренних канавок уменьшается пропорционально увеличению угла, отложенного от замка кольца.
Согласно следующему аспекту начало внутренних канавок находится на расстоянии от соответствующего конца замка.
Согласно следующему аспекту осевая высота внутренних канавок на внутренней стороне кольца меньше, чем общая осевая высота кольца.
Согласно следующему аспекту осевая высота внутренних канавок на внутренней стороне кольца уменьшается от замка кольца в направлении спинки кольца.
Согласно следующему аспекту максимальная глубина внутренних канавок лежит в диапазоне от 25% до 100%, предпочтительно от 50% до 100%, более предпочтительно от 75% до 100% осевой высоты маслосъемного кольца.
Согласно следующему аспекту глубина наружной канавки уменьшается от обоих концов замка в направлении спинки кольца.
Согласно следующему аспекту глубина наружной канавки является постоянной в отложенном от замка кольца угловом диапазоне от 135° до 225°, предпочтительно в угловом диапазоне от 165° до 195°, более предпочтительно в узком угловом диапазоне, который включает в себя, по существу, только угол, равный 180°.
Согласно следующему аспекту глубина наружной канавки уменьшается пропорционально увеличению угла, отложенного от замка кольца.
Согласно следующему аспекту верхняя и нижняя половины тела кольца являются симметричными друг относительно друга.
Согласно общепринятой системе обозначений термин "осевой" относится к соответствующему направлению поршня, т.е. к направлению его возвратно-поступательного движения или к соответствующей оси системы поршень-цилиндр. 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, параллельному плоскости кольца, проходящему перпендикулярно к оси кольца или перпендикулярно от оси кольца. Осевой разрез представляет собой разрез по плоскости, содержащей ось кольца.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено более подробное описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
фиг. 1 - вид сверху и виды в разрезе первого варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2А и 2В - виды сверху и виды в разрезе второго варианта осуществления.
Чертежи поясняют принципиальную конструкцию настоящего изобретения, но не ограничивают его объем.
Осуществление изобретения
Маслоотражательное кольцо, раскрытое в настоящем описании, отличается отсутствием пружины, при этом необходимая касательная сила (усилие прижима) обеспечивается соответствующей конструкцией кольца. Распор и толщина стенки кольца выбираются таким образом, чтобы, чтобы давление на опорную поверхность
соответствовало современным двух- или трехкомпонентным маслосъемным кольцам. Поперечное сечение тела кольца, соответственно, изменяется из-за наличия внутренних канавок, проходящих в окружном направлении. Поскольку тело кольца имеет в окружном направлении постоянную радиальную толщину и постоянную осевую высоту, площадь поперечного сечения внутренних канавок в окружном направлении изменяется, и, кроме того, наружная канавка маслосъемного кольца также может изменяться.
На фиг. 1 в качестве примера показан первый вариант осуществления маслосъемного кольца согласно изобретению, в котором изменение площади поперечного сечения обеспечивается за счет изменения глубины внутренних канавок. Маслосъемное кольцо содержит тело 1 кольца, которое имеет постоянную радиальную толщину D и высоту в окружном направлении. Толщина представляет собой в данном случае радиальную протяженность тела кольца в осевом разрезе, при этом радиально наиболее удаленные наружные или внутренние линии/плоскости могут также служить в качестве базы в радиальном направлении для определения радиальной глубины канавок.
На рабочей поверхности тела кольца на расстоянии друг от друга в осевом направлении расположены два ребра 2, которые проходят в окружном направлении, и которые после монтажа прилегают к стенке цилиндра и непосредственно выполняют функцию съема масла. Эти маслосъемные ребра 2 проходят по всему периметру кольца. Из области наружной рабочей поверхности между двумя ребрами, т.е. от основания наружной канавки 4, расположенной между ребрами, радиально внутрь сквозь тело кольца проходят отверстия 3, выполненные, например, в виде каналов или прорезей. Масло, которое может накапливаться между ребрами, может отводиться через эти отверстия 3 к внутренней стороне поршневого кольца, а оттуда далее в картер двигателя.
На внутренней стороне поршневого кольца расположены две внутренние канавки 5, т.е. внутренние канавки, глубина Ti которых изменяется в окружном направлении. В данном случае под глубиной в угловом положении в окружном направлении следует понимать радиальное расстояние от радиально наиболее удаленной наружной точки канавки до радиально наиболее удаленной внутренней точки поверхности внутренней стороны поршневого кольца в осевом разрезе в этом угловом положении, или, иными словами, максимальная протяженность канавки в радиальном направлении в осевом разрезе в данном угловом положении.
В окружном направлении обе внутренние канавки 5 имеют наибольшую глубину в области, расположенной вблизи обоих концов замка. Для того чтобы
предотвратить поступление масла из внутренних канавок непосредственно в замок кольца, внутренние канавки могут быть расположены таким образом, чтобы они начинались на некотором расстоянии от концов замка, в то время как на концах замка остается тонкое ребро (толщиной от 1 мм до нескольких миллиметров при диаметре кольца, равном, например, 80 мм или 100 мм). Глубина Ti внутренних канавок 5 уменьшается в направлении спинки кольца, при этом в области спинки кольца канавки отсутствуют. Вследствие уменьшения глубины Ti внутренних канавок уменьшается также их площадь поперечного сечения.
Таким образом, на концах замка стенки имеют минимальную радиальную толщину, в то время как в спинке кольца толщина стенок, соответственно, увеличивается. В результате происходит уменьшение момента инерции площадей в направлении концов замка, что создает равномерное усилие прижима к стенке цилиндра в окружном направлении и обеспечивает полное заполнение формы, необходимое для создания уплотнения.
С левой стороны на фиг. 1 схематически показаны осевые разрезы 5а, 5b, 5с, 5d одной из внутренних канавок (представлены в виде штриховых линий) в соответствующих разных угловых положениях а, b, с, d в окружном направлении. Глубина Ti внутренних канавок показана выборочно только для разреза 5d, который соответствует ближайшему угловому положению d к замку кольца. На чертеже внутренние канавки показаны в параболической форме, однако возможны и другие формы канавок, например, другая закругленная форма (эллипс, круг), прямоугольная канавка или V-образная канавка. В случае показанной параболической канавки одновременно с глубиной уменьшается осевая высота, измеряемая на определенном радиальном расстоянии от внутренней стороны кольца, что также способствует уменьшению площади поперечного сечения. Этот эффект проявляется также в случае других форм канавок, например, для V-образной формы, но не для прямоугольной формы.
Глубина Ti внутренних канавок 5 уменьшается от замка кольца в направлении спинки кольца. Это уменьшение предпочтительно происходит, по существу, пропорционально увеличению угла, отложенного от замка кольца. При этом угловое градуирование осуществляется таким образом, чтобы замок кольца находился при 0°, а спинка кольца - при 180°. Непосредственно на спинке кольца канавка отсутствует, иными словами, глубина Ti внутренних канавок 5 здесь равна нулю. Таким образом, на спинке кольца (соответствующей угловому положению а на фиг. 1) внутренняя сторона кольца в определенном угловом диапазоне не имеет канавок. Этот угловой диапазон, не содержащий канавок, может составлять от 135°
до 225°, предпочтительно от 165° до 195°, более предпочтительно в узком угловом диапазоне, максимум ±5°, по существу, включающем в себя только угол, равный 180°.
При этом глубина Ti внутренних канавок 5 вблизи замка кольца, где начинаются канавки, т.е. максимальная глубина внутренних канавок, поскольку глубина в направлении спинки кольца уменьшается, должна лежать в диапазоне от 25% до 100%, предпочтительно от 50% до 100%, более предпочтительно от 75% до 100% осевой высоты маслосъемного кольца. В частности, максимальная глубина внутренних канавок не должна превышать 100% осевой высоты маслоотражательного кольца, поскольку в противном случае оставшаяся радиальная толщина кольца будет слишком малой, и возрастет опасность разрушения.
Отверстия 3 для прохождения масла расположены только на участках с минимальной толщиной стенки. При этом для них также предусмотрен отложенный от замка кольца угловой диапазон от -135° до +135°, т.е. от 225° до 360° и от 0° до 135°, предпочтительно от -90° до +90°, т.е. от 270° до 360° и от 0° до 90°. Благодаря такому расположению, обеспечивается проход масла от наружной стороны маслосъемного кольца в направлении отверстий, при этом внутренние канавки 5 создают дополнительное управление прохождением масла через кольцо.
При этом кромка канавки, как показано на чертежах, не обязательно должна совпадать с верхней и нижней внутренними кромками кольца. Поверхность внутренней стороны кольца может иметь, например, верхнюю и нижнюю части, которые являются параллельными оси кольца и, таким образом, не содержат канавку, в то время как внутренняя канавка проходит только в промежуточной средней части. Если определить осевую высоту внутренних канавок в угловом положении в окружном направлении как максимальную протяженность внутренних канавок в осевом направлении в осевом разрезе в данном угловом положении, то при этом указанная осевая высота внутренних канавок по меньшей мере в определенном угловом диапазоне будет меньше, чем общая высота кольца. Предпочтительно осевая высота внутренних канавок уменьшается от замка кольца в направлении спинки кольца, вследствие чего площадь поперечного сечения внутренних канавок также уменьшается в направлении спинки кольца, если глубина внутренних канавок не увеличивается. Возможно также уменьшение осевой высоты внутренних канавок в положениях отверстий, чтобы компенсировать в этих местах ослабление тела кольца, вызванное указанными отверстиями.
Верхняя и нижняя половины кольца предпочтительно являются симметричными друг относительно друга, т.е. зеркально симметричными относительно плоскости, проходящей посредине высоты кольца, поэтому при монтаже маслосъемного кольца не возникает скручивания кольца, и оба ребра 2, как в окружном направлении, так и относительно друг друга, прилегают к стенке цилиндра с равномерным давлением на опорную поверхность. Сами внутренние канавки 5 выполнены симметричными, что обеспечивается расположением указанных канавок посредине осевой высоты тела 1 кольца. При этом рабочая поверхность и отверстия 3 должны быть выполнены соответствующим образом, чтобы исключить скручивание кольца под напряжением.
На фиг. 2А и 2В в качестве примера изображен второй вариант осуществления изобретения. Приведенные выше пояснения, которые относятся к внутренним канавкам 5, показанным на фиг. 1, являются справедливыми и в данном случае. При этом во втором варианте осуществления глубина Та наружной канавки 4 (также показанная только для разреза 4d) также изменяется. Это показано с левой стороны на фиг. 2А в осевых разрезах 4а, 4b, 4с, 4d, которые соответствуют угловым положениям а, b, с, d, показанным с правой стороны чертежа. При этом наружная канавка 4 имеет наибольшую глубину на обоих концах замка, и ее глубина Та уменьшается от замка кольца в окружном направлении к спинке кольца, в результате чего изменяется поперечное сечение. От изменения осевой высоты в данном случае отказались, чтобы не нанести ущерба функции съема масла ребер 2. По этой же причине стенки канавки проходят в радиально наружной области предпочтительно перпендикулярно оси кольца. Основание наружной канавки 4, как и основание внутренних канавок 5, может иметь закругленную форму (например, параболическую форму, как показано на чертежах) или многоугольную форму.
Уменьшение глубины Та наружной канавки 4 в направлении спинки кольца может быть пропорциональным увеличению угла, отложенного от замка кольца. В области спинки кольца наружная канавка 4 может иметь постоянную глубину Та, которая должна быть больше нуля, поскольку в противном случае на спинке кольца не могут быть расположены два маслосъемных ребра, что значительно ограничило бы функцию маслоотражательного кольца. Предпочтительно отложенный от замка кольца угловой диапазон с постоянной глубиной Та наружной канавки лежит между 135° и 225°, более предпочтительно между 165° и 195°, и наиболее предпочтительно в узком диапазоне, который включает в себя, по существу, только угол, равный 180°.
Благодаря такой конструкции наружной канавки 4, обеспечивается целенаправленное прохождение масла от наружной стороны кольца к отверстиям 3, которые, как поясняется выше, предпочтительно находятся в области с относительно малой толщиной кольца, т.е. вблизи замка кольца. При этом, благодаря соответствующей площади поперечного сечения внутренних канавок 5 и дополнительной глубине наружной канавки 4, может вмещаться образующийся объем масла и улучшаться регулирование прохождения масла. У замка кольца объем увеличивается по сравнению с объемом у спинки кольца, поэтому обеспечивается прохождение масла в направлении замка кольца, вблизи которого расположены отверстия.
С левой стороны на фиг. 2 В показаны три отдельных осевых разреза маслосъемного кольца, которые дополнительно поясняют выбор поперечных сечений в окружном направлении и связанный с этим выбор моментов инерции площадей. Вблизи замка кольца (верхний разрез) тело 1 кольца имеет наименьшую толщину стенки (и, следовательно, минимальный момент инерции площадей), в то время как у спинки кольца толщина стенки является наибольшей. Таким образом, обеспечивается равномерное усилие прижима в окружном направлении без внутренней пружины, которая применяется в двух- или трехкомпонентных маслосъемных кольцах. Это приводит к уменьшению износа, поскольку отсутствует контакт между пружиной и телом кольца. Кроме того, однокомпонентная конструкция обеспечивает упрощение монтажа и сокращение расходов.