CZ292809B6 - Nitridovaný pístní kroužek - Google Patents

Abstract

Nitridovaný pístní kroužek pro píst spalovacího motoru, u kterého alespoň jeho boční plocha odvrácená od spalovacího prostoru je opatřena po obvodu upraveným, plochým vybráním o hloubce 0,5 až 5 .mi.m, které je vytvořeno ve střední oblasti boční plochy za vzniku zásobníku maziva pro zábranu tvorby úsad hliníku.ŕ

Description

Vynález se týká pístního kroužku, zejména nitridovaného pístního kroužku pro píst spalovacího motoru.

Dosavadní stav techniky

Pístní kroužky pro spalovací motoiy mají v podstatě splnit tři úkoly. Utěsňují spalovací prostor proti prostoru klikového hřídele, omezují spotřebu oleje a odvádějí dnem pístu zachycované teplo ke stěně válce a skrz ní ke chladicímu prostředku. Utěsnění spalovacího prostoru může pístní kroužek zajistit jen tehdy, když plocha válce a oběžná plocha pístního kroužku jsou v trvalém styku a současně jedna z obou bočních ploch pístního kroužku dosedá plynotěsně na odpovídající bok drážky pístu. To se uskutečňuje tím, že pístní kroužek je působením sil plynů, které se vytvářejí nárůstem tlaku mezi vnitřní plášťovou plocho kroužku a mezi základnou drážky, přitlačován na stěnu válce. Pístní kroužky jsou uloženy jen s velmi malou vůlí v drážce pístu. Mohou však vykonávat axiální pohyby, radiální pohyby, otočné pohyby a mohou se šikmo nastavovat. Tyto pohyby jsou vyvolávány hmotnostními silami vytvářenými v důsledku pohybu pístu a spalovacím tlakem. Proto může docházet na bocích pístního kroužku k různým opotřebením.

Aby se působilo proti těmto opotřebením, jsou u moderních vysokovýkonných motorů používány nejrůznější materiály pístních kroužků s různým povrchovým opracováním a s vytvrzováním. Pro ekonomicky výhodné snížení opotřebení na bočních plochách se prosadily zejména na všech stranách nitridované pístní kroužky. Základní materiál může být ocel s vysokým obsahem chrómu nebo také litina.

Nevýhoda těchto pístních kroužků spočívá v tom, že ve spojení s hliníkovými písty mají sklon k tvorbě úsad hliníku. Úsady vznikají zejména na spodních bočních plochách pístního kroužku, to znamená na té boční ploše, která je odvrácená od spalovacího prostoru. Přídavně má podstatný vliv teplota a převažující nedostatek maziva, zejména u nejvýše upraveného kompresního kroužku.

Pro zmenšení adhezního tření pístního kroužku v drážce pístu je z DE-PS 35 38 978 Cl známé dosáhnout tlakového odlehčení na spodní boční ploše pístního kroužku tím, že tlak plynu je veden otvory z horní strany pístního kroužku přes otvory nebo kanály, ústící do drážky ve spodní boční ploše pístního kroužku.

V US-PS 4438937 a v FR-PS 2699600 Al jsou na rozdíl od toho popsána opatření pro snížení setrvačnosti a pro odlehčení hmotnosti vyhloubením materiálu v bočních plochách pístního kroužku. Kromě nákladné práce navíc není možné zejména u velkých Dieselových motorů, u kterých se používají píst z hliníku, odstranit nebezpečí tvorby úsad hliníku.

Litinové kroužky mají na bočních plochách otevřené grafitové lamely. Tím se dosahuje mazacího účinku, takže problém tvorby úsad nebo mikrosvařování na pístních kroužcích z litiny vzniká jen zřídka.

Aby se zabránilo tvorbě úsad hliníku na pístních kroužcích, které jsou nasazeny v benzinových motorech, je známé opatři boční plochy různými vstupními vrstvami. Tak například podle patentového spisu DE 3502143 C3 jsou upraveny vstupní vrstvy z fosforečnanu manganičitého, fosforečnanu zinečnatého nebo z oxidu železnatoželezitého (Fe₃O4) pro nitridované ocelové pístní kroužky. Vnější, jako spojovací vrstva označovaná, vrstva se odstraní a jedna z oxidových vrstev se nanese přímo na difuzní vrstvu, upravenou pod ní. To však vyžaduje přídavný opracovávací

-1 CZ 292809 B6 .1 ή

postup, přičemž je třeba brát zřetel na tu skutečnost, že odstraňovaná spojovací vrstva je vzhledem k nitridu železa, který je v ní vytvořen, velmi tvrdá.

V Dieselových motorech vznikají podstatně větší spalovací tlaky než v benzinových motorech.

Tím se zvětší opotřebení bočních ploch pístního kroužku. Proto se zejména u hliníkových pístů použitých v Dieselových motorech vestavuje pro zabránění otěru drážky prstencový unášeč, který obvykle sestává z austenitické železné litiny. Tak lze sice odstranit problém tvorby ůsad hliníku, avšak tato možnost je spojena se značnými náklady.

Dále byly činěny pokusy řešit problém tvorby ůsad hliníku prostřednictvím cílené drsnosti povrchu. Její vliv však až dosud nebyl spolehlivě zjištěn. Částečně jsou kroužky vyráběny s plochými úseky na boční ploše, aby se vytvořil zásobník maziva. Ani tak však nelze vyloučit, že dojde ktak zvanému drsnému otěru, který potom nepřípustně změní drážku pístu prostřednictvím otíracího účinku.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit pístní kroužek, zejména nitridovaný pístní kroužek pro píst spa20 lovacího motoru tak, aby se zabránilo tvorbě ůsad hliníku, které se označují tak jako mikrosvar, na bočních plochách pístního kroužku, aniž by s ní byla spojena ekonomicky náročná opatření.

Podstata vynálezu tvoří nitridovaný pístní kroužek pro píst spalovacího motoru, přičemž alespoň boční plocha pístního kroužku odvrácená od spalovacího prostoru je opatřena v obvodovém 25 směru upraveným, plochým zahloubením o hodnotě 0,5 až 5 pm, které je upraveno ve střední oblasti boční plochy za vzniku zásobníku maziva pro zábranu tvorby úsad hliníku.

Je třeba uvést, že v tomto obvodovém zahloubení se přídavně může vytvořit zásobník maziva, čímž je pístní kroužek při rázovém namáhání odpružen a není vystaven plnému tření s drážkou 30 pístu hliníkového pístu. Při pokusech v motorech se ukázaly jen velmi nepatrné, samy o sobě se uvolňující úsady hliníku. V některých případech mohlo být prokázáno, že nevznikají vůbec žádné ůsady. Zahloubení může být, pokud je to potřebné, upraveno na obou bočních plochách. Nejvýhodnější výsledky se ukázaly u zahloubení o hodnotách 2 až 3 pm, které byly upraveny zejména uprostřed boční plochy pístního kroužku.

Přehled obrázků na výkrese

Na výkrese jsou na obr. 1, obr. 2 a obr. 3 schematicky znázorněny průřezy pístních kroužků 40 uspořádaných podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Všechny příklady provedení vynálezu popisují vybrání na obou bočních plochách. Jejich hloubky mají s výhodou hodnotu 2 až 3 pm. Šířky jsou však rozdílné a narůstají od hodnoty šířky b_A podle obr. 1 přes hodnotu šířky b₂ podle obr. 2 až na hodnotu šířky bj podle obr. 3.

Vytvoření pístního kroužky podle vynálezu poskytuje velké výhody zejména při nasazení v pístu, 50 který je vyroben z hliníku. Jeho využití však není omezeno na píst z hliníku.

Claims (5)

1. Nitridovaný pístní kroužek pro zejména hliníkový píst spalovacího motoru, vyznačující se tím, že alespoň jeho boční plocha odvrácená od spalovacího prostoru je opatřena po obvodu odvrácená od spalovacího prostoru je opatřena po obvodu upraveným, plochým vybráním o hloubce 0,5 až 5 pm, které je vytvořeno ve střední oblasti boční plochy za vzniku zásobníku maziva pro zábranu tvorby ůsad hliníku.

2. Pístní kroužek podle nároku 1, vyznačující se tím, že hloubka vybrání je 2 až 3 pm.

3. Pístní kroužek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vybrání je upraveno po celém obvodu boční plochy.

4. Pístní kroužek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vybrání je rozděleno do segmentů.

5. Pístní kroužek podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho boční plocha přivrácená ke spalovacímu prostoru je opatřena plochým vybráním o hloubce 0,5 až 5 pm.