ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использована при изготовлении двигателей для уплотнения зазора между поршнем и гильзой.
Известна конструкция поршневого кольца (Авторское свидетельство СССР №88225), состоящего из верхнего и нижнего колец, скользящих относительно друг друга по наклонным поверхностям. В поршне выполнены дросселирующие отверстия, соединяющие камеру сгорания с придонной областью канавки поршня. Давление газов во время рабочего хода разжимает кольца, тем самым создавая уплотнение. Основными недостатками описанной конструкции являются закоксовываемость дросселирующих отверстий, а также утечка газов сквозь них и неплотности кольца.
В патенте США №1528814 предлагается конструкция поршневого кольца, состоящего из двух конусных колец, скользящих друг по другу. Однако, конструкция на практике оказалась не достаточно надежной, поскольку воздействующая на верхнее кольцо газодинамическая сила намного превышает силы собственной упругости нижнего кольца и сжимает его, смещая относительно верхнего. При этом верхнее кольцо смещается вниз и образует зазор. В итоге, недостатком подобной конструкции является недостаточная плотность зазора и прорыв газов сквозь уплотнения.
Заявителем в качестве прототипа выбрано поршневое кольцо (патент РФ на полезную модель №72290), состоящее из трех элементов: двух колец и пружинного конусообразного расширителя. Расширитель установлен между двух колец, которые образуют конусное пространство между собой. Но это поршневое кольцо имеет существенный недостаток - кольца по отдельности малого поперечного сечения и, соответственно, малой прочности.
В связи с вышеизложенным, техническая задача заявляемой полезной модели - улучшение прочностных характеристик поршневого кольца и уплотнение стыка между поршнем и цилиндром с целью уменьшения прорыва газов и расхода масла.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемое устройство позволяет свести к минимуму зазор между цилиндром и поршнем с сохранением необходимой прочности кольца. Сравнение заявляемого конструктивного решения с прототипом показывает следующие отличительные признаки:
1. Для надежного уплотнения зазора между поршнем и цилиндром применена кольцевая волнообразная пружина.
2. Верхнее кольцо выполняется с фаской для более быстрого прирабатывания поверхностей.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
На Фиг.1 показана конструкция предлагаемого устройства, на Фиг.2 - вид сверху.
Устройство содержит: 1 - цилиндр; 2 - верхнее конусное кольцо с фаской; 3 - нижнее подпружиненное кольцо; 4 - поршень; 5 - кольцевая волнообразная пружина.
При движении поршня 4 вниз, во время рабочего хода, часть газов прорывается в зазор между поршнем 4 и цилиндром 1 и упирается в кольцо 2. Это кольцо постоянно поджимается к верхней стенке канавки нижним кольцом 3, которое в силу своей упругости и воздействия волнообразной пружины 5 стремится разжиматься и давит через наклонный скос на верхнее кольцо 2, прижимая его к стенке канавки поршня и гильзе цилиндра. Если в силу многих причин (давление газов, износ кольца в процессе приработки и др.) между кольцом 2 и верхней стенкой канавки поршня образуется маленький зазор, туда проникнут газы и будут давить на кольцо 2, смещая его по наклонной плоскости нижнего кольца 3 к зеркалу цилиндра 1. Тем самым уплотняя зазор. Одновременно, нижнее кольцо 3, за счет своей упругости и действия пружины 5, приподнимет верхнее кольцо и ликвидирует зазор между ним и стенкой канавки, скользя своим скосом по скосу верхнего кольца. При этом, чем меньше угол скоса φ, тем больше вероятность, что усилие пружины 5 и кольца 3 не дадут газам образовать зазор между верхним кольцом 2 и стенкой канавки поршня. Предварительными расчетами установлено, что угол φ может быть в пределах 5-15°.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет улучшение прочностных характеристик поршневого кольца и уплотнение стыка между поршнем и цилиндром с целью уменьшения прорыва газов и расхода масла.