МАСЛОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ
OIL REMOVING DEVICE OF SLEEVE ASSEMBLY

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве маслосъемных устройств, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров.
Аналогом предлагаемого устройства является узел маслосъемного кольца для двигателя внутреннего сгорания, содержащий радиальный многоугольный расширитель, который устанавливается между разрезным маслосъемным кольцом и стенкой канавки поршня (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.1, Москва, 1962, с.492, фиг.407). В маслосъемном кольце и находящемся за ним радиальном многоугольном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне на его внутреннюю стенку.
Назначение радиального многоугольного расширителя - создание в подпертом маслосъемном кольце дополнительного, постоянно действующего, равномерно распределенного по окружности маслосъемного кольца радиального давления (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.1, Москва, 1962, с.487).
Одним из основных требований к маслосъемному кольцу является не только съем излишка масла с рабочей поверхности цилиндра двигателя, но и качественное распределение масла по всей его рабочей поверхности, которое заключается в том, чтобы маслосъемное кольцо при своем движении создавало непрерывную масляную пленку одинаковой требуемой толщины, которая обеспечивала бы жидкостное трение кольца по всему ходу поршня (К. Энглиш. Поршневые кольца, т.2, Москва, 1963, с.196, с.201). Однако аналог, состоящий из маслосъемного кольца и радиального многоугольного расширителя, такое требование в процессе работы не выполняет по одной основной причине - это постоянное заданное радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя при переменной скорости перемещения поршня. В средней части хода, это примерно 86° поворота кривошипа, скорость поршня максимальная, а при подходе поршня к его крайним положениям скорость его снижается так, что в верхней и нижней мертвых точках скорость равна нулю.
Известна следующая закономерность. При высокой скорости движения поршня давление подпора срезаемого маслосъемным кольцом масла отжимает маслосъемное кольцо от стенки цилиндра и оно всплывает на масляной пленке, оставляя за собой толстый слой масла в средней части хода поршня. Это повышает расход масла на угар. Со снижением скорости поршня масляная пленка, находящаяся между рабочими поверхностями маслосъемного кольца и цилиндра, легче выдавливается и вблизи мертвого положения поршня наступает полусухое трение. Непосредственный контакт маслосъемного кольца и поверхности цилиндра в районе мертвых точек приводит к возрастанию коэффициента трения и, как следствие, к увеличению износа рабочих поверхностей в этой зоне (К.Энглиш. Поршневые кольца, т.2, Москва, 1963, с.196, с.201).
Таким образом, недостаток известной конструкции узла маслосъемного кольца обусловлен постоянным по ходу поршня радиальным давлением его на стенки цилиндра. Устранить такой недостаток можно путем постепенного увеличения радиального давления маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя по мере перемещения поршня к средней части его хода, где наблюдается самая высокая скорость поршня, и постепенным снижением радиального давления маслосъемного кольца по мере уменьшения скорости поршня по его ходу, вплоть до мертвого положения.
Еще одним аналогом изобретения является маслосъемное кольцо коробчатого типа с радиальным многоугольным расширителем, установленные в канавке поршня, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие, выходящее на внутреннюю поверхность поршня. Радиальный многоугольный расширитель снабжен по меньшей мере одним грузом, размещенным на внутренней поверхности поршня и связанным с радиальным многоугольным расширителем упругим элементом и гибкой связью, проходящей через сквозное отверстие. Упругий элемент выполнен в виде плоской пружины, установленной между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, а гибкая связь - в виде шарнирного стержня (Авторское свидетельство СССР №595566, кл. F16J 9/06, 1975).
Назначение радиального многоугольного расширителя создавать в подпертом маслосъемном кольце дополнительное постоянно действующее, равномерно распределенное по окружности кольца, радиальное давление.
Назначение упругих элементов, установленных по окружности между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, также создавать дополнительное радиальное давление через радиальный многоугольный расширитель и маслосъемное кольцо на зеркало цилиндра двигателя.
Наличие грузов и гибких связей между грузами и упругими элементами позволяет в процессе работы двигателя внутреннего сгорания изменять радиальное давление упругих элементов на радиальный многоугольный расширитель и, следовательно, на маслосъемное кольцо, так как известно, что при перемещении поршня на него и на все массы, двигающиеся вместе с ним, в том числе и на грузы, действует сила инерции, которая изменяется по закону косинусоиды. Максимум ее достигает в районе мертвых точек (верхней и нижней), а минимум - примерно в середине хода поршня, когда скорость поршня достигает максимума. Под действием силы инерции грузы перемещаются вверх или вниз по конусам сквозных отверстий в стенке поршня, выходящих на его внутреннюю поверхность, втягивая внутрь поршня гибкие связи, которые деформируют упругие элементы. Это приводит к перемещению радиального многоугольного расширителя. Поэтому максимальное давление радиального многоугольного расширителя на кольцо будет иметь место в середине хода поршня, когда равна нулю сила инерции, а минимальное давление - в мертвых точках, когда сила инерции грузиков достигает максимума. Это обеспечивает постоянство масляного слоя по ходу поршня.
Недостатками аналога являются сложность конструкции и ненадежность работы узла маслосъемного поршневого кольца. Сложность конструкции заключается в наличии упругих элементов, выполненных в виде плоских пружин, установленных между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, а также в наличии гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней, соединяющих упругие элементы с подвижными грузами. Кроме этого, следует добавить, что изготовление специальных сквозных каналов на внутренней поверхности поршня для каждого груза требует лишних технологических операций.
Ненадежность конструкции заключается в наличии гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней. И сами гибкие связи, и места соединений их с подвижными грузами и упругими элементами будут подвержены динамическим переменным нагрузкам от сил инерции грузов в процессе их перемещений вверх и вниз между мертвыми точками. Известно, что под действием повторно-переменных нагрузок постепенно развиваются усталостные трещины в деталях и их соединениях с последующим разрушением. Это снижает долговечность работы узла маслосъемного поршневого кольца.
Прототипом предлагаемого изобретения является маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы (Патент на изобретение №2371619, кл. F16J 9/06, опубл. 27.10.2009 г. Бюл. №30). Оно содержит маслосъемное кольцо и многоугольный радиальный расширитель, установленные в канавке поршня. В поршневом кольце и находящемся за ним радиальном многоугольном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне на его внутреннюю стенку. Внутри поршня в радиальной плоскости на уровне радиального многоугольного расширителя установлен упругий элемент, представляющий собой плоскую пластину с выполненными по окружности гибкими упругими лепестками, которые свободно проходят через сквозные отверстия в поршне в заколечное пространство и жестко соединяются с гранями радиального многоугольного расширителя. В плоской пластине упругого элемента относительно ее оси, совпадающей с осью поршня, выполнено круглое отверстие и по краю круглого отверстия плоской пластины концентрично круглому отверстию жестко закреплен круглый груз в виде кольца, при этом внутри круглого груза и круглого отверстия располагается стержень шатуна с возможностью свободного перемещения в плоскости качания шатуна.
Назначение маслосъемного кольца - снимать излишки масла с поверхности цилиндра двигателя. Назначение радиального многоугольного расширителя - увеличивать радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя. Назначение упругого элемента, представляющего собой плоскую пластину с выполненными по окружности гибкими, упругими лепестками - автоматически воздействовать своими лепестками через радиальный многоугольный расширитель на маслосъемное кольцо по всей окружности за счет возникающих переменных сил инерции массы круглого груза в виде кольца, жестко закрепленного по краю круглого отверстия плоской пластины упругого элемента.
Такое маслосъемное устройство предназначено для сбрасывания излишка масла с зеркала цилиндра и создания на рабочей поверхности цилиндра при прохождении по ней поршня с маслосъемным кольцом непрерывной масляной пленки одинаковой требуемой толщины.
В процессе перемещения поршня в цилиндре двигателя, скорость которого постоянно меняется, на поршень и на все его массы, движущиеся вместе с ним, в том числе и на круглый груз, выполненный в виде кольца, действует сила инерции, которая изменяется по закону косинусоиды (В.Н.Болтинский. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М.: Издательство сельскохозяйственной литературы. 1962, с.119). Под действием изменяющейся величины силы инерции по ходу поршня круглый груз вместе с упругим элементом будет перемещаться вдоль оси поршня относительно поршневой канавки, в которой расположены радиальный многоугольный расширитель и маслосъемное кольцо, либо к нижней мертвой точке, либо к верхней мертвой точке. При этом гибкие лепестки упругого элемента будут либо выходить, либо входить через сквозные отверстия в поршне в заколечное пространство поршневой канавки, перемещая радиальный многоугольный расширитель относительно маслосъемного кольца. В результате будет изменяться радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя по ходу движения поршня. В верхней и нижней мертвых точках, когда скорость поршня равна нулю, а силы инерции достигают максимальной величины, груз вместе с упругим элементом в этот момент будет находиться на максимальном расстоянии относительно воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку, в которой находятся многоугольный радиальный расширитель и маслосъемное кольцо. При таком положении круглого груза гибкие лепестки упругого элемента, изогнувшись, втянутся внутрь поршня, а вместе с ними переместится многоугольный расширитель от маслосъемного кольца к задней стенке канавки поршня. Многоугольный расширитель не будет действовать на маслосъемное кольцо и радиальное давление последнего на стенку цилиндра будет минимальным. Снижение радиального давления маслосъемного кольца в зонах верхней и нижней мертвых точках будет способствовать сохранению необходимой и нужной толщины масляной пленки между рабочей поверхностью кольца и поверхностью цилиндра. При этом износ рабочих поверхностей будет меньше.
При перемещении поршня от верхней мертвой точки или от нижней мертвой точки в первой половине его хода скорость поршня возрастает и достигает максимального значения приблизительно в середине хода. За это же время силы инерции поршня и всех его деталей, в том числе и круглого груза, постепенно уменьшаются по закону косинуса. В результате круглый груз с упругим элементом перемещается по оси поршня к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку. При этом упругие лепестки, выпрямляясь, входят через отверстия в поршне, как по направляющим, в заколечное пространство и постепенно перемещают многоугольный расширитель от задней стенки поршневой канавки к маслосъемному кольцу, увеличивая на него радиальное давление. Максимальное радиальное давление многоугольного расширителя на маслосъемное кольцо, а следовательно, и на поверхность стенки цилиндра достигается, когда гибкие лепестки полностью выпрямятся и будут находиться в одной воображаемой радиальной плоскости с плоской пластиной упругого элемента. В этот момент поршень достигает максимальной скорости, а сила инерции круглого груза будет равна нулю. Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца на стенку цилиндра по ходу поршня пропорционально возрастающей его скорости. Маслосъемное кольцо не будет всплывать на масляном слое по причине возрастающего радиального давления кольца, а излишки масла будут сбрасываться в картер двигателя. При этом на поверхности цилиндра будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение кольца по всему ходу поршня, что снизит износ поверхностей кольца и цилиндра и уменьшит потери масла на угар.
Однако такое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы имеет весьма существенный недостаток - это большая вероятность возникновения резонанса упругого элемента в процессе работы двигателя внутреннего сгорания, что резко снижает надежность его работы. Резонанс - это резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний упругого элемента маслосъемного устройства, когда частота внешних воздействий (силы инерции круглого груза) на колебательную систему (упругий элемент) приближается к частоте колебаний системы (Политехнический словарь. Гл. редактор И.И.Артоболевский. М., ”Советская энциклопедия”, 1976).
Явление резонанса опасно для целостности конструкции, так как значительное увеличение амплитуды колебаний упругого элемента создает в любой его точке экстремальные динамические напряжения. Поскольку возмущающая сила инерции, действующая на круглый груз упругого элемента, зависит от ускорения, а по сути от изменения угловой скорости вращения коленчатого вала, то резонанс упругого элемента может возникнуть либо при резком увеличении или уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя, либо при запуске двигателя и его разгоне до соответствующих оборотов.
Следует отметить и то, что резонирующий упругий элемент через радиальный многоугольный расширитель будет передавать вибрацию на маслосъемное кольцо. Ясно, что и сброс излишка масла, и равномерность распределения его на рабочей поверхности цилиндра двигателя будет нарушаться. Это будет приводить к увеличению расхода масла на угар и к повышенному износу контактирующих поверхностей маслосъемного кольца и цилиндра.
Технической задачей изобретения является увеличение надежности работы и срока службы маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы и снижение расхода масла на угар путем механического воздействия на упругий элемент маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы.
Задача достигается в маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы, содержащем в канавке поршня маслосъемное кольцо и радиальный многоугольный расширитель, а внутри поршня расположен упругий элемент в виде плоской пластины с отверстием в ее центре и с выполненными по наружной окружности плоской пластины гибкими упругими лепестками, проходящими через сквозные радиальные отверстия поршня в заколечное пространство и жестко связанными с радиальным многоугольным расширителем, а внутри отверстия плоской пластины располагается стержень шатуна с возможностью свободного перемещения в плоскости качания шатуна, где согласно изобретению в пространство между приливами поршня для поршневого пальца и торцами верхней головки шатуна, концентрично пальцу поршня, установлены плоские шайбы по одной с каждой торцевой стороны верхней головки шатуна, которые жестко крепятся к торцам верхней головки шатуна, при этом плоские шайбы имеют по одной выступающей жесткой плоской полосе, каждая из которых направлена вдоль оси шатуна к верхней поверхности плоской пластины упругого элемента и отогнута на некоторый одинаковый по величине угол от плоскости качания шатуна, позволяющий каждой жесткой плоской полосе шайб постоянно контактировать своими закругленными концами с верхней поверхностью плоской пластины упругого элемента, а отверстие, выполненное в плоской пластине упругого элемента, имеет форму овала, стороны которого параллельны и симметричны осям, лежащим в плоскости плоской пластины упругого элемента, причем ось удлиненной части овального отверстия совпадает с плоскостью качания шатуна.
Посредством предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы можно по ходу движения поршня регулировать радиальное давление маслосъемного кольца на стенку цилиндра путем механического воздействия на верхнюю поверхность плоской пластины упругого элемента поворачивающимися вместе с верхней головкой шатуна жесткими плоскими полосами шайб, которые жестко закреплены на торцах верхней головки шатуна. Это позволит создать оптимальный и постоянный по толщине масляный слой по всей окружности стенки цилиндра. В результате снизится расход масла на угар, уменьшится износ контактирующих поверхностей маслосъемного кольца и цилиндра, повысится надежность работы маслосъемного устройства и увеличится срок службы двигателя.
Наличие изобретения в предлагаемом маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы доказывается тем, что в пространство между приливами поршня для поршневого пальца и торцами верхней головки шатуна, концентрично пальцу поршня, установлены плоские шайбы по одной с каждой торцевой стороны верхней головки шатуна, которые жестко крепятся к торцам верхней головки шатуна, при этом каждая шайба имеет по одной выступающей жесткой плоской полосе, направленной вдоль оси шатуна к верхней поверхности плоской пластины упругого элемента и отогнутой на некоторые одинаковые по величине углы от плоскости качания шатуна, позволяющие постоянно контактировать закругленными концами жестких и плоских полос шайб с верхней поверхностью плоской пластины упругого элемента, а отверстие, выполненное в жесткой пластине упругого элемента, имеет форму овала, стороны которого параллельны и симметричны осям, лежащим в плоскости жесткой пластины упругого элемента, причем ось удлиненной части овального отверстия совпадает с плоскостью качания шатуна.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что в процессе работы двигателя жесткие плоские полосы шайб, качающиеся вместе с головкой шатуна, своими закругленными концами механически воздействуют на верхнюю поверхность плоской пластины упругого элемента, перемещая возвратно-поступательно плоскую пластину вдоль оси поршня. При этом изгибающиеся гибкие упругие лепестки плоской пластины перемещаются в радиальных отверстиях поршня и через радиальный многоугольный расширитель, установленный в заколечном пространстве поршня, воздействуют на маслосъемное кольцо, изменяя его радиальное давление на стенку цилиндра двигателя. Такая конструкция маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы позволяет одновременно согласовать положение поворачивающихся жестких плоских полос шайб относительно плоской пластины упругого элемента со скоростью и положением поршня так, что переменное радиальное давление маслосъемного кольца на стенку цилиндра двигателя обеспечит оптимальный и постоянный по толщине масляный слой на стенке цилиндра. Это снизит расход масла на угар, уменьшит износ контактирующих поверхностей маслосъемного кольца и цилиндра, повысит надежность работы маслосъемного устройства и увеличит срок службы двигателя.
Маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен продольный разрез поршня в сборе с маслосъемным устройством в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна при положении поршня в верхней мертвой точке.
На фиг.2 изображен вид А - А фиг.1.
На фиг.3 изображен вид Б - Б фиг.1.
На фиг.4 изображен вид А - А фиг.1 при движении поршня к нижней мертвой точке в середине его хода.
На фиг.5 изображен вид А - А фиг.1 при положении поршня в нижней мертвой точке.
На фиг.6 изображен вид А - А фиг.1 при движении поршня к верхней мертвой точке в середине его хода.
Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлено маслосъемное разрезное кольцо 3 с выточкой 4 для повышения удельного давления на стенку 5 цилиндра 6 (фиг.1). В заколечном пространстве 7 установлен радиальный многоугольный расширитель 8 в виде разрезной плоской многогранной пружины, создающий дополнительное радиальное усилие на маслосъемное кольцо 3, увеличивая давление последнего на стенку 5 цилиндра 6. Дренажные каналы 9, выполненные в поршне 1, предназначены для удаления масла из заколечного пространства 7 на внутреннюю поверхность 10 поршня 1 и далее в картер двигателя (на чертеже не показан).
Внутри поршня 1 ниже верхней головки 11 шатуна 12 в радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, на уровне радиального многоугольного расширителя 8 установлен упругий элемент 13, представляющий собой плоскую пластину 14 с выполненными по окружности гибкими упругими лепестками 15, которые свободно проходят через сквозные радиальные отверстия 16 в поршне 1 в заколечное пространство 7 и жестко соединяются с гранями 17 радиального многоугольного расширителя 8 (фиг.1, фиг.3).
max
Длина гибких упругих лепестков 15 упругого элемента 13 должна быть такой, чтобы в тот момент, когда плоская пластина 14 находилась бы в одной радиальной плоскости с гибкими упругими лепестками 15, последние отодвигали радиальный многоугольный расширитель 8 от задней стенки 18 поршневой канавки 2 к маслосъемному кольцу 3 на расстояние Δ с целью создания необходимого максимального радиального усилия многоугольного расширителя 8 на маслосъемное кольцо 3, а следовательно, и на стенку 5 цилиндра 6 (фиг.4, фиг.6). В пространство 19 между приливами 20 поршня 1 для поршневого пальца 21 и торцами 22 верхней головки 11 шатуна 12, концентрично пальцу 21 поршня 1, установлены плоские шайбы 23 по одной с каждой торцевой стороны 22 верхней головки 11 шатуна 12 (фиг.1). Плоские шайбы 23 жестко крепятся к торцам 22 верхней головки 11 шатуна 12, при этом учитывается тепловой зазор в пространстве 19. Каждая плоская шайба 23 имеет по одной выступающей жесткой плоской полосе 24, которые направлены вдоль оси шатуна 12 по обе стороны от последнего к верхней поверхности плоской пластины 14 упругого элемента 13 с целью постоянного контактирования. Для плавного контактирования с верхней поверхностью плоской пластины 14 упругого элемента 13 концы 25 жестких плоских полос 24 закруглены, а для надежного и постоянного контактирования каждая жесткая плоская полоса 24 отогнута на некоторый одинаковый угол β от плоскости качания шатуна 12 (фиг.1, фиг.2).
Отклонение жестких плоских полос 24 от вертикальной плоскости качания шатуна 12 на угол β необходимо и для того, чтобы концы 25 жестких плоских полос 24 не могли попасть в отверстие 26, выполненное в форме овала в центре плоской пластины 14 упругого элемента 13 (фиг.3). При этом парные и противоположные друг другу стороны 27, 27 и 28, 28 овального отверстия 26 параллельны и симметричны относительно осей x и y соответственно. Оси x и y лежат в плоскости плоской пластины 14 упругого элемента 13, причем удлиненная часть овального отверстия 26, совпадающая с осью y, должна совпадать с плоскостью качания шатуна 12. Такое расположение овального отверстия 26 позволяет верхней головки 11 шатуна 12 свободно проходить через овальное отверстие 26 при монтаже шатуна 12, создает условие перемещению шатуна 12 в плоскости его качания (ось y) в процессе работы двигателя и обеспечивает постоянный контакт закругленных концов 25 жестких плоских полос 24 шайб 23 с верхней поверхностью плоской пластины 14 упругого элемента 13 со стороны узкой части овального отверстия 26 (фиг.3).
Назначение жестких плоских полос 24 шайб 23 следующее. Во время работы двигателя, например при движении поршня 1 к нижней мертвой точке, в зависимости от величины отклонения шатуна 12 относительно продольной оси z - z поршня 1 жесткие плоские полосы 24 шайб 23 вместе с верхней головкой 11 шатуна 12 поворачиваются вокруг центра качания О либо против часовой стрелки (движение поршня 1 к нижней мертвой точке в первой половине своего хода), либо по часовой стрелке (во второй половине хода поршня 1 к нижней мертвой точке). При этом жесткие плоские полосы 24 шайб 23, контактируя своими полукруглыми концами 25 с верхней поверхностью плоской пластины 14 упругого элемента 13, будут соответственно перемещать плоскую пластину 14 вдоль продольной оси z - z поршня 1 либо в направлении к верхней мертвой точке до воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку, либо в направлении к нижней мертвой точке. В результате таких возвратно-поступательных перемещений упругого элемента 13 гибкие упругие лепестки 15 плоской пластины 14 либо входят в сквозные радиальные отверстия 16 поршня 1 внутрь поршня 1, перемещая многоугольный расширитель 8 к маслосъемному кольцу 3 от задней стенки 18 поршневой канавки 2, увеличивая радиальное давление многоугольного расширителя 8 на маслосъемное кольцо 3 (фиг.1, фиг.2, фиг.4), либо выходят через сквозные радиальные отверстия 16 из поршневой канавки 2, перемещая радиальный многоугольный расширитель 8 уже в противоположную сторону - от маслосъемного кольца 3, уменьшая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 (фиг.5).
max
Длина жестких плоских полос 24 шайб 23 должна быть такой, чтобы величина амплитуды возвратно-поступательных перемещений плоской пластины 14 упругого элемента 13 вдоль продольной оси z - z поршня 1 позволяла перемещаться многоугольному расширителю 8 в заколечном пространстве 7 от задней стенки 18 поршневой канавки 2 до маслосъемного кольца 3 в пределах Δ (фиг.4, фиг.6).
Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы в процессе перемещения поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке (период сброса излишка масла в картер двигателя с одновременным распределением масла по поверхности 5 цилиндра 6) и при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней (период распределения масла по поверхности 5 цилиндра 6) происходит следующим образом.
min
В верхней мертвой точке после перекладки поршня 1 скорость V последнего в начале движения к нижней мертвой точке равна нулю. В этот момент положение шатуна 12 вертикальное и его продольная ось совпадает с осью z - z поршня 1 (фиг.1, фиг.2). Жесткие плоские полосы 24 шайб 23, расположенные по продольной оси шатуна 12, максимально переместят своими закругленными концами 25 плоскую пластину 14 упругого элемента 13 в сторону нижней мертвой точки от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой находятся многоугольный расширитель 8 и маслосъемное кольцо 3. В результате гибкие упругие лепестки 15 упругого элемента 13 будут втянуты внутрь поршня 1. Вместе с гибкими упругими лепестками 15 переместится и радиальный многоугольный расширитель 8 в поршневой канавке 2 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 18 поршневой канавки 2. Таким образом, в верхней мертвой точке радиальный многоугольный расширитель 8 не действует на маслосъемное кольцо 3 и радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 минимальное R (фиг.2). Низкое радиальное давление маслосъемного кольца 3 будет способствовать сохранению необходимой и нужной толщины масляной пленки между рабочей поверхностью кольца 3 и поверхностью 5 цилиндра 6. Такое явление будет уменьшать износ рабочих поверхностей как кольца 3, так и цилиндра 6 в зоне верхней мертвой точки.
max
max
mах
max
mах
mах
При перемещении поршня 1 к нижней мертвой точке в первой половине его хода, когда начинается сброс масла со стенки 5 цилиндра 6, скорость поршня 1 возрастает и достигает максимального значения V приблизительно в середине хода - около 84° поворота кривошипа. За это время шатун 12 при правом вращении коленчатого вала, поворачиваясь относительно центра качания О, постепенно отклоняется вправо от вертикальной оси z - z поршня 1 и достигает максимального угла отклонения α (фиг.4). При этом жесткие полосы 24 шайб 23, поворачиваясь вместе с головкой 11 шатуна 12 вокруг центра качания О против часовой стрелки, своими закругленными концами 25 будут приближаться к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой находятся радиальный многоугольный расширитель 8 и маслосъемное кольцо 3. К этой радиальной плоскости вместе с закругленными концами 25 жестких плоских полос 24 под действием собственных упругих сил деформированных гибких лепестков 15 упругого элемента 13 и радиального многоугольного расширителя 8 перемещается плоская пластина 14 упругого элемента 13. При этом гибкие упругие лепестки 15 постепенно входят через сквозные радиальные отверстия 16 в поршне 1 в поршневую канаву 2 и радиальный многоугольный расширитель 8 перемещается к маслосъемному кольцу 3, постепенно увеличивая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6. Максимальное радиальное давление R достигается тогда, когда гибкие упругие лепестки 15 полностью выпрямятся и будут находиться в одной радиальной плоскости с плоской пластиной 14 упругого элемента 13 (фиг.4). В этот момент поршень 1 достиг максимальную скорость V, шатун 12 отклонился на максимальный угол α и жесткие плоские полосы 24 шайб 23 вместе с шатуном 12 повернулись против часовой стрелки вокруг центра качания О на максимальную величину угла α.
Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня 1 будет противодействовать всплытию маслосъемного кольца 3 на толстом масляном слое, который образуется и подпирает снизу маслосъемное кольцо 3 в результате съема излишка масла со стенки 5 цилиндра 6. При этом между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и стенкой 5 цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня 1 необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение не только маслосъемного кольца 3, но и уплотнительных колец, которые установлены выше маслосъемного кольца 3, в головке поршня 1. Это сократит потери масла на угар и уменьшит износ рабочих поверхностей колец и цилиндра 6.
min
min
Далее, по мере перемещения поршня 1 во второй половине его хода (следующие 90° поворота кривошипа) скорость V поршня 1 начинает уменьшаться вплоть до нулевого значения в нижней мертвой точке. За это время шатун 12 постепенно приближается к вертикальной оси z - z, а жесткие плоские полосы 24 шайб 23 поворачиваются вместе с головкой 11 шатуна 12 вокруг центра качания О в обратную сторону, уже по часовой стрелке, удаляясь от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, и перемещаясь в сторону нижней мертвой точки. При этом жесткие плоские полосы 24, упираясь в плоскую пластину упругого элемента 13 закругленными концами 25, перемещают плоскую пластину 14 вдоль продольной оси z - z поршня 1 к нижней мертвой точке (фиг.5). Гибкие упругие лепестки 15 упругого элемента 13, изгибаясь, выходят из поршневой канавки 2 через сквозные радиальные отверстия 16 как по направляющим внутрь поршня 1, перемещая радиальный многоугольный расширитель 8 в заколечном пространстве 7 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 18 поршневой канавки 2. Радиальное давление маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня 1 будет постепенно уменьшаться. Наименьшее радиальное давление R маслосъемного кольца 3 будет наблюдаться в нижней мертвой точке, когда шатун 12 вместе с жесткими плоскими полосами 24 займет вертикальное положение и его продольная ось совпадет с осью z - z поршня 1. В этом положении плоская пластина 14 упругого элемента 13 будет находиться на максимальном расстоянии от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а радиальный многоугольный расширитель 8 под действием гибких упругих лепестков 15 переместиться в заколечном пространстве 7 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 18 поршневой канавки 2 (фиг.5). Скорость поршня 1 в этот момент равна нулю, а радиальное давление маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 будет по величине минимально необходимое R для сохранения нужной толщины слоя масла на поверхности цилиндра 6 (фиг.5).
Постепенное уменьшение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня пропорционально уменьшающейся скорости поршня 1. Такое согласование уменьшающегося давления маслосъемного кольца 3 с уменьшающейся скоростью поршня 1 приведет к тому, что между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по всему ходу поршня и уменьшит износ рабочих поверхностей кольца 3 и цилиндра 6.
Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке одинакова описанной работе, совершаемой маслосъемным устройством при перемещении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней. В начале движения поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней шатун 12 отклоняется влево от вертикальной оси z - z (фиг.6), причем, как и при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней, в первые 90° поворота кривошипа шатун 12 удаляется от вертикальной оси z - z, а во вторые 90° поворота кривошипа шатун 12 приближается к вертикальной оси z - z. При этом в первой половине хода поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней жесткие плоские полосы 24 шайб 23, поворачиваясь вместе с головкой 11 шатуна 12 вокруг центра качания О по часовой стрелке, своими закругленными концами 25 приближаются к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а во второй половине хода поршня 1 удаляются от воображаемой радиальной плоскости, поворачиваясь вместе с головкой 11 шатуна 12 вокруг центра качания О против часовой стрелки. За это время в первой половине хода поршня 1 жесткие плоские пластины 24 шайб 23, контактирующие с верхней стороной плоской пластины 14 упругого элемента 13, поднимают плоскую пластину 14 вдоль продольной оси z - z поршня 1 к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а затем во второй половине хода поршня 1 опускают от радиальной плоскости к нижней мертвой точке.
max
max
min
min
max
max
min
В результате таких перемещений упругого элемента 13 гибкие упругие лепестки 15 плоской пластины 14 в первой половине хода поршня 1 соответственно входят через сквозные радиальные отверстия 16 поршня 1 в поршневую канавку 2 и перемещают радиальный многоугольный расширитель 8 к маслосъемному кольцу 3, постепенно увеличивая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6, а во второй половине хода поршня 1 гибкие упругие лепестки 15 выходят из поршневой канавки 2 внутрь поршня 1, перемещая радиальный многоугольный расширитель 8 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 18 поршневой канавки 2, постепенно уменьшая радиальное давление многоугольного расширителя 8 на маслосъемное кольцо 3 и, следовательно, на стенку 5 цилиндра 6. Как и при движении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней максимальное радиальное давление R маслосъемного кольца 3 при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней наблюдается в середине хода поршня 1, когда плоская пластина 14 и гибкие упругие лепестки 15 будут находиться в одной радиальной плоскости, а скорость поршня в этот момент максимальная R (фиг.4, фиг.6). В крайних положениях поршня 1, когда скорость поршня 1 равна нулю, радиальное давление маслосъемного кольца 3 минимальное R (фиг.1, фиг.2, фиг.5). Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 от минимального R (фиг.5) в нижней мертвой точке до максимального R в середине хода поршня (фиг.6) так же, как и постепенное уменьшение радиального давления маслосъемного кольца 3 во второй половине хода поршня 1 от R (фиг.6) до R в верхней мертвой точке (фиг.2), пропорционально скорости поршня. Таким образом, согласование изменений положения жестких плоских полос 24 шайб 23, установленных вдоль оси шатуна 12, с изменением скорости поршня 1 по его ходу дает нужное изменение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 и создает все условия для образования по ходу поршня 1 необходимой и непрерывной масляной пленки требуемой одинаковой толщины между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и стенкой 5 цилиндра 6. Это обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по всему ходу поршня 1 от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки.
Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы позволит осуществить качественный сброс излишка масла со стенки 5 цилиндра 6, обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по стенке 5 цилиндра 6 как при движении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней, так и при движении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней. Это позволит снизить расход масла на угар, увеличить надежность работы и срок службы не только колец и цилиндра, но и всего двигателя в целом.