Результат интеллектуальной деятельности: МАСЛОСЪЕМНОЕ ПОРШНЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Известны маслосъемные поршневые устройства двигателей внутреннего сгорания, содержащие маслосъемные кольца и расширители различной конструкции (Заявка №53-22204, Япония, 1978; Заявка №59-20859, Япония, 1984; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985, патент RU №2458239, МПК F02F 5/00, опубл.10.08.2012).

Известно маслосъемное кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее скребковые элементы и расположенное между ними расширительное кольцо, выполненное в виде усеченного конуса (патент RU №2447307, RU МПК F02F 5/00, опубл. 10.04.2012).

Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что наличие только двух скребковых элементов, расположенных в одной поршневой канавке маслосъемного поршневого устройства, ограничивает возможность формирования минимально необходимого смазочного слоя для широкого диапазона ДВС, оставляя на стенке цилиндра излишнее количество масла, как при малых, так, особенно, при больших скоростях коленчатого вала двигателя, что отражается на повышении расхода масла и ухудшении экологических показателей двигателя. Кроме того, расширитель достаточно металлоемкий, имеет существенную массу и размеры, превышающие размеры скребковых элементов, недостаточно технологичный для малолитражных двигателей с небольшими диаметрами цилиндров.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности маслосъемного поршневого устройства, увеличении его ресурса, уменьшении расхода моторного масла, улучшении экологических характеристик двигателя.

Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем маслосъемные кольца, рабочая поверхность которых имеет плоскую цилиндрическую часть и скос в направлении движения поршня в верхнее положение, и расположенные между ними расширительные кольца, новым является то, что маслосъемные кольца выполнены прямоугольного профиля, при этом плоская цилиндрическая часть рабочей поверхности каждого нижележащего кольца больше плоской цилиндрической части рабочей поверхности вышележащего кольца.

Расширительные кольца выполнены в виде осевых волнообразных расширителей мембранного типа и установлены с зазором относительно стенки цилиндра.

Глубина поршневой канавки равна радиальной толщине маслосъемных колец.

На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, поршневую канавку 3, в которой установлены верхнее маслосъемное кольцо 4, среднее маслосъемное кольцо 5 и нижнее маслосъемное кольцо 6, расширительные кольца 7, конические сливные отверстия 8.

Маслосъемное поршневое устройство работает следующим образом.

При движении поршня 2 в нижнее положение нижнее маслосъемное кольцо 6, имея максимальную площадь контакта рабочей поверхности со стенкой цилиндра 1, определяемую максимальным значением h₁ (высота плоской цилиндрической части рабочей поверхности маслосъемного кольца) и, соответственно, минимальным удельным давлением на стенку цилиндра 1, своим нижним торцом, выступающим из поршневой канавки 3 в пределах гарантированного зазора между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2, снимает основную часть масла со стенки цилиндра 1. Снимаемое со стенки цилиндра 1 масло через зазор между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2 сбрасывается в картер двигателя. Следующее за ним маслосъемное кольцо 5 с увеличенным удельным давлением на стенку цилиндра 1 за счет меньшего значения h₂ снимает меньшую часть масла со стенки цилиндра 1, оставляя на стенке цилиндра 1 толщину масляного слоя, приближающуюся к минимально необходимой величине, окончательно формируемой маслосъемным кольцом 4 с еще меньшим значением h₃ и еще большим удельным давлением. Снятое со стенки цилиндра 1 маслосъемными кольцами 5 и 4 масло удаляется по радиальным каналам расширительных колец 7 и сливным коническим отверстиям 8 во внутреннюю полость поршня 2. Конические сливные отверстия 8 улучшают удаление масла из поршневой канавки 3 и противодействуют подсасыванию масла из внутренней полости поршня 2 на рабочем такте впуска, когда над поршнем 2 и в зазорах поршневой канавки 3 образуется разрежение. Расширительные кольца 7, выполненные в виде осевых волнообразных расширителей мембранного типа и установленные с зазором относительно стенки цилиндра 1, компенсируют изменения ширины поршневой канавки 3 за счет тепловых деформаций поршня 2 и износа полок канавки 3, устраняя зазор между полками поршневой канавки 3 и нижним торцом нижнего маслосъемного кольца 6 и верхним торцом верхнего маслосъемного кольца 4. Расширительные кольца 7 устраняют осевые зазоры в маслосъемном поршневом устройстве, тем самым исключают «насосный» эффект, сопровождающий работу поршневых колец.

Таким образом, каждое последующее кольцо, перекрывая допустимые технологические зазоры между стенкой цилиндра 1 и рабочей поверхностью предыдущего кольца, а также зазор в замке предыдущего кольца, уменьшает количество масла, оставляемого на стенке цилиндра 1, приближая его к расчетной величине. Чем больше маслосъемных колец в маслосъемном поршневом устройстве, тем меньшее гидравлическое сопротивление оказывает масло при движении поршня в нижнее положение, тем самым повышая КПД двигателя. Учитывая, что моторное масло - жидкость, практически несжимаемая, а скорость движения поршня огромная, измеряемая в метрах в секунду, перевод динамики процесса удаления масла со стенки цилиндра двигателя одним или даже двумя маслосъемными кольцами в статический процесс n количеством маслосъемных колец благоприятно отразится на всей работе двигателя. При движении поршня 2 в верхнее положение скосы, выполненные на рабочих поверхностях маслосъемных колец, обеспечивают сохранность сформированной толщины масляного слоя на стенке цилиндра 1, предотвращая его соскабливание в направлении компрессионных колец и попадание в камеру сгорания.