Поршневе кільце двигуна внутрішнього згоряння

Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний у двигунах вн утрішнього згоряння в якості компресійного кільця. Відомо поршневе кільце двигуна внутрішнього згоряння [1] з виконаним на його поверхні покриттям, яке складається з двох шарів - внутрішнього і зовнішнього. Внутрішній шар нанесений на тіло кільця і виконаний із зносостійкого матеріалу, а зовнішній нанесений на шар із зносостійкого матеріалу і виконаний з м'якого антифрикційного матеріалу, причому, між шарами розташований проміжний прошарок. Недоліком такого кільця є те, що його довговічність порівняно невелика, бо після зносу верхнього шару покриття відбувається інтенсивне зношення поверхонь циліндра і кільця. Найбільш близьким до пропонуємого є компресійне кільце [2], яке має торцеві поверхні з матеріалу самого кільця і робочу поверхню, вкриту зносостійким шаром хрому з рифленою поверхнею, гофри якої заповнені антифрикційним матеріалом. Недоліком цього кільця є загальновідома можливість відшарування і сколювання ділянок м'якого антифрикційного матеріалу, обумовлена його недостатньою адгезією до зносостійкого шару покриття. Крім цього, після зношення м'якого шару і рифленої поверхні хрому починається інтенсивний знос поверхонь тертя стінок циліндра і поршня внаслідок зникання ефекту змащення та явища мимовільного утворення тонкої плівки міді, яка суттєво уповільнює процес зношення пар тертя, зменшуючи силу тертя приблизно у 10 разів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення поршневого кільця двигуна внутрішнього згоряння, у якому за рахунок особливостей виконання захисного покриття його робочих поверхонь забезпечується зменшення сили тертя і, як наслідок, збільшується термін експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що у поршневому кільці двигуна внутрішнього згоряння, яке має торцеві поверхні з матеріалу самого кільця і робочі поверхні із захисним покриттям, відповідно до винаходу, захисне покриття виконане з структурного зносостійкого матеріалу з розкритими порами канального типу, на який нанесений шар м'якого антифрикційного матеріалу з обов'язковим заповненням пор попереднього шару. Структура зносостійкого шару може бути отримана шляхом протравлення чи іншим відомим способом з таким розрахунком, щоб його пористість знаходилась у межах 30-40%. При цьому товщина зносостійкого шару повинна складати 0,2-0,3мм, а співвідношення товщин антифрикційного та зносостійкого шарів знаходилась у межах 0,12-0,15. Винахід пояснюється графічними матеріалами, де на фіг.1, 2 зображено поперечний переріз кільця у різних масштабах. Поршневе кільце 1 з торцевими поверхнями 2 і робочими поверхнями З виготовляється зі спеціального високоміцного чавуну. На робочі поверхні кільця 1 нанесений зносостійкий шар 4 з хрому, що в порівнянні з чавуном має більшу твердість. Зносостійкий шар 4 виконаний у вигляді спеціальної структури з порами 5 у вигляді каналів, розкритих в сторону зовнішньої поверхні. Безпосередньо на зносостійкий шар 4 з обов'язковим заповненням його пор нанесений шар 6 з м'якого антифрикційного матеріалу, наприклад, мідь. Обидва шари на робочій поверхні кільця 1 можуть бути нанесені електричним способом чи іншими відомими способами. Запропоноване поршневе кільце 1 працює таким чином. У процесі виготовлення на поверхні гільзи циліндра неминуче мають місце гострі мікронерівності. Але тому, що кільце 1 має на робочій поверхні контактуючий з циліндром шар 6 з м'якого матеріалу, то у перші години роботи пари тертя поршень-циліндр відбувається згладжування цих нерівностей без виникнення так званих задирок, бо мідь, як більш м'який матеріал, заповнює нерівності поверхні циліндра, зменшуючи питомий тиск в місцях тертя і, окрім цього, завдяки змащуючій дії, значно зменшує силу тертя. Але цей шар досить швидко зношується і в контакт з вже припрацьованою поверхнею циліндра вступає зносостійкий шар 4, пори 5 якого заповнені міддю. Тут виявляється процес вибіркового переносу при терті. При терті пари мідь-чавун відбувається мимовільне утворення плівки міді товщиною 1-2мкм, яка суттєво перешкоджає зносу пари тертя і зменшує силу тертя приблизно в 10 разів. Цей процес так званого вибіркового переносу призводить до того, що контакт поверхонь тертя відбувається не в окремих точках, а через пластичнодеформуємий м'який і тонкий шар міді. В результаті площа фактичного контакту збільшується у 10 разів, а матеріал деталей тертя опиняється під дією лише пружних деформацій. У міру зносу цієї плівки відбувається безперервний процес її поновлення, бо мідь, що знаходиться в порах зносостійкого шару, переноситься на стінки циліндра. Цей процес відбувається доти, поки пористий зносостійкий шар повністю не зноситься. Товщина зносостійкого шару обирається такою, щоб припустимий знос циліндропоршньової групи забезпечувався необхідним, наперед заданим числом, мотогодин двигуна. Застосування пропонуємого поршневого кільця на дизелі КамАЗ-740 дає змогу усун ути задирки, знизити інтенсивність зносу поверхонь тертя в 1,4 рази, значно зменшити силу тертя в циліндро-поршневій групі. Джерела інформації: 1. А.С №546688 F02F5/00, F16J9/22 Бюл. №8, 1990р. 2. Патент 1.222.072 Англія. Заявлено 12.04.67, №6880/67, опубол. 10.02.71. МКИ F16J9/00.