ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к поршневой группе и предназначена для уплотнения полости камеры сгорания.
Известно поршневое кольцо, содержащее пружинный кольцевой элемент с наружной рабочей поверхностью (Локомотивные энергетические установки: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. А.И.Володин, В.З.Зюбанов, В.Д.Кузьмич и др., под ред. А.И.Володина. М.: ИПК «Желдориздат». 2002. - 718 с., стр.161-162).
Недостатком такого кольца является недостаточное давление на стенку втулки цилиндра.
Известно поршневое кольцо, содержащее упругий кольцевой элемент с вставкой из материала с термомеханической памятью. В качестве материала вставки использован медно-марганцево-алюминиевый или железомарганцевый сплавы (А.С. СССР №1216403 МКИ: F 02 F 5/00 «Поршневое компрессионное кольцо», авторы: В.Г.Новиков, Ю.И.Фокин, В.И.Воробьев, Г.К.Кузнецов, опубл. 07.03.86. БИ №9).
Недостатком конструкции такого кольца являются сложность конструкции и невысокие эксплуатационные характеристики.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение компрессионных и маслосъемных характеристик кольца.
Технический результат достигается тем, что поршневое кольцо, выполненное из материала с термомеханической памятью, формы никелид-титана ТН-1, при этом в память формы кольца заложена одновременно радиальная деформация и деформация изгиба памятью.
За счет величины термомеханической радиальной деформации существенно увеличивается давление на стенку втулки цилиндра. Таким образом, к силам прижатия кольца: силам упругости и силам давления газа добавляется третья сила - сила от его деформации памяти формы, которая по своей величине сопоставима с первыми двумя или даже существенно превосходит их.
Радиальная деформация и деформация изгиба, одновременно заложенные в память формы кольца, позволяют изогнуть кольцо относительно оси вращения таким образом, чтобы оно контактировало с зеркалом втулки только нижней кромкой кольца, что обеспечивает значительное повышение маслосъемных функций и увеличение рабочего ресурса последнего. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет большее время обеспечить равномерное давление на зеркало втулки по диаметру, исключить прорыв горючих газов в картер и тем самым повысить рабочий ресурс двигателя на 5% (2÷3 тысячи часов).
На фиг.1 изображен поршень с кольцевой проточкой 1, поршневое кольцо 2 и нижняя кромка кольца 3.
На фиг.2 изображено кольцо 2 в кольцевой проточке поршня 1 после радиальной деформации.
На фиг.3 изображено кольцо 2 в кольцевой проточке поршня 1 после радиальной деформации и деформации изгиба.
Кольцо работает следующим образом. При повышении температуры горючей смеси и поршня до 95°С кольцо, выполненное из материала с памятью, формы никелид-титана (ТН-1), начинает одновременно деформироваться в радиальном направлении и изгибаться относительной своей оси симметрии. Деформация кольца заканчивается при температуре 105÷120°С и не изменяется при дальнейшем нагреве и
Реализация термохимической памяти за счет изменения формы сечения кольца с прямоугольного на трапециевидное с меньшим основанием, обращенным к зеркалу втулки цилиндра, позволяет сохранить площадь большего основания кольца обращенного к поршню и тем самым сохранить величину силы давления газа на кольцо при его прижатии к стенке втулки.
Радиальная деформация и деформация изгиба одновременно заложенные в память формы кольца позволяют изогнуть кольцо относительно оси вращения таким образом, чтобы оно контактировало с зеркалом втулки только нижней кромкой кольца, что обеспечивает значительное повышение маслосъемных функций и увеличение рабочего ресурса последнего.
За счет неравномерной радиальной деформации, совпадающей с осью поршневого кольца, практически устраняется неравномерность износа внутреннего диаметра втулки цилиндра (на диаметрах поршня 250 мм и более эта неравномерность по радиусу может достигать 0,1 мм). Данное обстоятельство позволяет большее время обеспечить равномерное давление на зеркало втулки по диаметру, исключить прорыв горючих газов в картер и тем самым повысить рабочий ресурс двигателя на 7÷10% (4÷5 тысяч часов).
На фиг.1 изображен поршень с кольцевой проточкой 1, поршневое кольцо 2 и нижняя кромка кольца 3.
На фиг.2 изображено кольцо 2 в кольцевой проточке поршня 1 после радиальной деформации.
На фиг.3 изображено кольцо 2 в кольцевой проточке поршня 1 после радиальной деформации и деформации изгиба.
Кольцо работает следующим образом. При повышении температуры горючей смеси и поршня до 95°С кольцо, выполненное из материала с памятью формы никелид-титана (ТН-1) начинает
одновременно деформироваться в радиальном направлении и изгибаться относительной своей оси симметрии. Деформация кольца заканчивается при температуре 105÷120°С и не изменяется при дальнейшем нагреве и охлаждении, тем самым создавая постоянное давление на стенку. Величина радиальной деформации может быть запрограммирована заранее и составлять 1÷4% от радиуса кольца. Напряжения, развиваемые поршневым кольцом при реализации эффекта памяти формы зависят от его деформации, изменяются в широком диапазоне и могут составлять от 0,5 до 100 МПа (Барвинок В.А., Богданович В.И., Феоктистов B.C. Физические основы моделирования и проектирования реверсивных силовых приводов из материала с эффектом памяти формы / Международный центр научной и технической информации, М., 1997, 72 с.)
Функциональной особенностью материала с памятью формы ТН-1 (нитинол: 55% Ni и 45% Ti по массе) является его хорошая износостойкость как в низкотемпературной фазе, так и в высокотемпературной (свыше 100°С), когда его твердость возрастает в 1,5÷1,7 раза. В этом случае износостойкость сплава ТН-1 по своим характеристикам приближается к специальному покрытию Х20Н80 и составляет 1000-1200 нг/ч.
Предложенный вариант конструкции поршневого кольца за счет повышения его эксплуатационных характеристик и устранения неравномерности износа позволяет существенно повысить компрессионные функции поршневого уплотнения и значительно улучшить его маслосъемные характеристики.