Анатолий Дружинин - Цилиндропоршневая группа двигателей и компрессоров. 100% инновационных элементов ЦПГ Страница 10

Но нельзя ли, как-нибудь иначе решать проблемы нагарообразования, не лишая компрессионное кольцо своих функций? На самом деле проблема «пригорания» колец решается достаточно просто, не прибегая ни каким изменениям формы и содержания самих поршневых колец.

Во-первых, компрессионное кольцо должно плотно прилегать к нижней полке поршневой канавки и стенке цилиндра, иметь расчетные площади контакта, через которые тепло динамично передается от перегретой головки поршня охлаждаемому цилиндру. Во-вторых, устранять нагарообразование на контактных поверхностях можно, оставляя на стенке цилиндра минимально необходимую, сверхтонкую пленку моторного масла, заменив неэффективные маслосъемные кольца, предлагаемые ГОСТом, инновационными. Кроме того, необходимо минимизировать все зазоры, особенно бессмысленный зазор в придонной полости поршневой канавки, где накапливается излишнее количество масла, встречающееся с высокотемпературным рабочим газом [17].

Немецкий ученый, видимо был озабочен неудовлетворительной работой маслосъемных колец, поэтому рекомендовал уплотнительные «Кольца с особым соскабливающим действием» (там же, стр. 446). Надо полагать, что уплотнительные кольца «с пониженной склонностью к пригоранию» и «особые соскабливающие» предназначены «помочь» маслосъемным кольцам выполнять свои функции. Хотя логичнее было бы заставить маслосъемные кольца выполнять свои функции.

Приведенные аргументы не смогли убедить оппонентов в нецелесообразности использования трапециевидных компрессионных колец, постараемся несколько иначе рассмотреть работу компрессионного кольца в процессе эксплуатации, ибо такое, несмотря ни на что, оказалось вполне возможным.

В том виде, как эта форма поршневого кольца нашла отражение в указанном источнике, она практически не применялась (рис.3, а). Тем не менее, в первое время ее использовали на двигателях КАМАЗ, причем с меньшими углами наклона верхнего и нижнего торцов кольца, в отличие от рекомендаций ГОСТа (рис. 3, б). В основном отечественные и зарубежные разработчики используют трапециевидную форму компрессионного кольца с уклоном верхнего торца, причем так, что кольцо обращено меньшей вертикальной стороной к оси поршня.

Рис. 3. Трапециевидные компрессионные поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания

а – стандартное; б – двигателя КАМАЗ

Анализируя работу компрессионного кольца трапециевидной формы, необходимо обратить внимание на угол наклона верхнего торца кольца по отношению к своему нижнему торцу. Существующим ГОСТ Р 53843—2010, который современные разработчики интерпретируют по своему усмотрению, предусматривается величина уклона верхнего торца компрессионного кольца 100±15΄. В последние годы он постоянно снижался и у компрессионных колец двигателей КАМАЗ он равнялся 70+18́, а на последних моделях и того меньше – 60+16́ на угол обоих торцов, т.е. по 30 на каждый угол.

Уменьшение угла наклона верхнего торца компрессионного кольца вошло в противоречие еще с одним очень серьезным явлением, также отрицательно влияющим на работу поршневого уплотнения. Дело в том, что в клиновых кинематических парах существует определенная зависимость, связанная с динамикой их взаимодействия. Если разработчику необходимо обеспечить надежный неподвижный контакт клиновых соединений, он назначает угол клинового соединения менее 120 (сталь по стали, шлифованные). Угол 120 и менее обеспечивает необходимые условия для самотормозящейся кинематической пары.

Эта закономерность с успехом используется при проектировании технологической оснастки, например, в клиновых зажимных устройствах станочных приспособлений. То есть, если применить клин с углом менее 120 то будет полная гарантия того, что без внешнего воздействия (гидравлики, пневматики или механики) он из зажима не выйдет. Компрессионные кольца любой формы и размеров в процессе эксплуатации сначала покрываются копотью, сажей и нагаром, а затем коксуются под действием высоких термических и динамических нагрузок, становится очевидным возможность их более быстрого заклинивания и при больших углах клина, чем угол самоторможения 120.

Конец ознакомительного фрагмента.