Результат интеллектуальной деятельности: МАСЛОСЪЕМНОЕ ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

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

Известны маслосъемные кольца двигателей внутреннего сгорания, содержащие два раздельных скребковых элемента с расширителями различной конструкции (Заявка №53-22204, Япония, 1978; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985), а также широко используемые в настоящее время малоэффективные маслосъемные коробчатые поршневые кольца ГОСТ 621-87.

Известно маслосъемное кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее скребковые элементы и расширитель (Заявка №59-20859, Япония, 1984). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что скребковые элементы с симметричной радиусной формой рабочей поверхности не могут полностью удалить лишнее масло со стенки цилиндра при движении поршня в нижнее положение. Так как масло - жидкость, практически не сжимаемая, при больших скоростях движения поршня оно отжимает рабочую поверхность скребкового элемента от стенки цилиндра, оставляя слишком большую толщину смазочного слоя. При движении поршня в верхнее положение на такте «сжатие» часть свежего масла, оставшегося на стенке цилиндра после такта «впуск», снимается компрессионными кольцами и верхним скребковым элементом и выбрасывается в камеру сгорания. При движении поршня в нижнее положение на следующем такте «рабочий ход» большое количество масла, оставшегося на стенке цилиндра после прохождения нижнего и верхнего скребковых элементов и оказавшегося в зоне высоких температур, сгорает, образуя на стенке цилиндра копоть, сажу и другие вредные продукты процесса сгорания. Так как последние имеют меньшую вязкость по сравнению с маслом, то они легко снимаются со стенки цилиндра компрессионными кольцами и верхним скребковым элементом маслосъемного кольца при движении поршня в верхнее положение на следующем рабочем такте «выпуск» и выбрасываются в атмосферу, ухудшая экологические показатели двигателя. Это является следствием несовершенства конструкции маслосъемного кольца, которая заключается в том, что в ней неучтены гидродинамические свойства моторного масла и необходимость снятия масла только при движении поршня в нижнее положение. Кроме того, сложная, нетехнологичная конструкция не жесткого радиально-осевого расширителя-экспандера отрицательно влияет на жесткость всей конструкции, на ее работоспособность, ухудшая процесс снятия масла со стенки цилиндра.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении расхода масла на угар и уменьшение вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.

Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом кольце двигателя внутреннего сгорания, содержащем нижний скребковый элемент и, по меньшей мере, один верхний скребковый элемент, на нижнем торце верхнего скребкового элемента выполнен уступ, в котором выполнены радиальные пазы, на внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента выполнен острый буртик-скребок, внутренняя поверхность которого расположена под углом α к нижнему торцу.

На Фиг.1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.2 - гидравлическая схема нижнего скребкового элемента.

На фиг.3 - нижний торец верхнего скребкового элемента.

На фиг.4 - сечение А-А фиг.3.

Здесь: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - верхний скребковый элемент; 4 - уступ; 5 - нижний скребковый элемент; 6 - радиальные пазы; 7 - поршневая канавка; 8 - буртик-скребок.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, маслосъемное поршневое кольцо, включающее верхний скребковый элемент 3 и нижний скребковый элемент 5, установленные в поршневой канавке 7. На внешней части нижнего торца нижнего скребкового элемента 5 выполнен острый буртик-скребок 8, расположенный под углом α к своему нижнему торцу, а на нижнем торце верхнего скребкового элемента 3 выполнен уступ 4, в котором имеются радиальные пазы 6.

Маслосъемное поршневое кольцо работает следующим образом.

При движении поршня 2 в нижнее положение нижний скребковый элемент 5 снимает основную часть масла со стенки цилиндра 1, причем количество масла, снимаемого со стенки цилиндра 1, зависит от силы прижима Р_пр рабочей поверхности скребкового элемента 5 к стенке цилиндра 1. В свою очередь, Р_пр состоит из собственной силы упругости скребкового элемента 5 и гидродинамической силы прижима R_пр рабочей поверхности скребкового элемента 5 к стенке цилиндра 1, возникающей под действием давления масла на наклонную часть острого буртика 8 нижнего торца скребкового элемента 5, находящуюся в зазоре между стенкой цилиндра 1 и поршнем 2. Чем больше угол наклона α и скорость перемещения поршня 2, тем больше гидродинамическое усилие прижима рабочей поверхности скребкового элемента к стенке цилиндра 1, тем меньше толщина смазочного слоя, остающегося на стенке цилиндра 1. Поэтому для скоростных, высокочастотных двигателей угол наклона α должен быть меньше, чем для низкочастотных двигателей. Учитывая вязкость масла, огромные скорости перемещения поршня 2 и незначительную величину зазора между нижним торцом скребкового элемента 5 и нижней полкой поршневой канавки 7, измеряемую в сотых долях миллиметра, основная часть масла, снимаемого со стенки цилиндра 1 через зазор между цилиндром 1 и поршнем 2, сбрасывается вниз в картер двигателя.

Окончательную толщину, остающегося на стенке цилиндра 1 масла, формирует верхний скребковый элемент 3, который, кроме того, убирает масло, оставляемое на стенке цилиндра 1, зазором в замке нижнего скребкового элемента 5. Остатки масла, снимаемого скребковым элементом 3 со стенки цилиндра 1, через радиальные пазы 6 вытесняются в придонную полость поршневой канавки 7 и далее во внутреннее пространство поршня 2.

При движении поршня 2 в верхнее положение рабочая поверхность скребковых элементов 3 и 5, расположенная под углом к стенке цилиндра 1, «наезжает» на сформированную масляную пленку на поверхности цилиндра 1, не оказывая какого-либо влияния на ее состояние. Тем самым, предотвращается не нужное соскабливание масла со стенки цилиндра 1 и выброс его в камеру сгорания, существенно сокращается расход масла на угар и улучшаются экологические показатели двигателя.