МАСЛОСЪЕМНОЕ ПОРШНЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE OIL-SCRAPER RING

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.
Известны маслосъемные поршневые устройства двигателей внутреннего сгорания, содержащие два раздельных скребковых элемента с расширителями различной конструкции (Заявка №53-22204, Япония, 1978; Заявка №59-20859, Япония, 1984; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985; патент №2381375 RU C2).
Известно маслосъемное поршневое кольцо двигателя внутреннего сгорания, содержащее скребковые элементы и расширитель (патент RU 2447307, 10.04.2012). Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что при низких температурах, особенно в зимнее время, охлаждение деталей цилиндропоршневой группы двигателя: цилиндра, поршня, скребковых элементов и расширителя, приводит к уменьшению объемов и размеров контактирующих деталей. Сокращающаяся ширина поршневой канавки сжимает пакет колец из скребковых колец и расширительного кольца, который должен смещаться в направлении оси цилиндра и ослаблять воздействие нижней и верхней полок поршневой канавки на скребковые кольца, сохраняя их упругие качества и, соответственно, подвижность и работоспособность. Но такое взаимодействие возможно только при условии отсутствия самотормозящих свойств в кинематической схеме «верхнее скребковое кольцо - расширительное кольцо - нижнее скребковое кольцо», которые возникают, если общий угол «клинового» устройства будет равен или меньше угла самоторможения.
Например, для контактных стальных шлифованных деталей клиновых устройств угол самоторможения равен 12°. В таком случае поршневая канавка, уменьшая свой размер по ширине, продолжает воздействовать нижней и верхней полками на соответствующие торцы скребковых колец, увеличивая до критических величин силы сжатия всей системы, что приводит к окончательному заклиниванию скребковых колец в поршневой канавке и возможному разрушению полок поршневой канавки и поломке двигателя.
Кроме того, существенным недостатком прототипа является то, что изготовление суфлирующих радиальных отверстий в расширительном кольце представляется проблематичным для автомобильных двигателей. Небольшая высота поршневых колец и расширительного кольца ограничивает диаметр отверстий, а радиальная толщина, которая в 1,5…2,0 раза больше высоты, по определению относит изготовление подобных отверстий к нетехнологичным операциям «глубокого» сверления, и в массовом типе производства считается нецелесообразным. Например, в расширительном кольце для двигателя КАМАЗ необходимо обработать отверстия диаметром 0,8 мм на глубину 5 мм радиальной толщины поршневых колец этого двигателя.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности маслосъемных поршневых устройств, увеличения мощности и ресурса двигателя, уменьшения расхода топлива и масла, улучшении экологических характеристик двигателя.
Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем скребковые поршневые кольца и расширительное поршневое кольцо, на верхнем и нижнем торцах расширительного поршневого кольца выполнены ассиметрично расположенные радиальные пазы, причем общий угол α наклона торцов скребковых поршневых колец и расширительного поршневого кольца не менее 10°.
На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее скребковое поршневое кольцо 3, расширительное поршневое кольцо 4, на обоих торцах которого выполнены ассиметрично расположенные радиальные пазы 5, нижнее скребковое поршневое кольцо 6, установленные в поршневой канавке 7.
Маслосъемное поршневое кольцо работает следующим образом.
В процессе работы двигателя происходит нагрев деталей цилиндропоршневой группы. Нагрев цилиндра 1 приводит к увеличению его диаметра и соответствующему разжиму скребковых колец 3 и 6, за счет своих упругих свойств, обеспечивая постоянный контакт со стенкой цилиндра 1. В результате смещения скребковых колец 3 и 6 в направлении стенки цилиндра 1 образуется зазор между торцами скребковых колец 3 и 6 и полками поршневой канавки 7, который к тому же увеличивается за счет нагрева поршня 2 и увеличения ширины поршневой канавки 7. Расширительное кольцо 4, разжимаясь, смещается вместе со скребковыми кольцами 3 и 6, распирая их и поджимая к полкам поршневой канавки 7, обеспечивая без зазорное соединение всех деталей в системе «верхняя полка поршневой канавки 7 - верхнее скребковое кольцо 3 - расширительное кольцо 4 - нижнее скребковое кольцо 6 - нижняя полка поршневой канавки 7».
В процессе охлаждения двигателя термодинамические изменения происходят в обратном порядке. Охлаждение цилиндра 1 приводит к уменьшению его диаметра, следовательно, сужаясь, стенка цилиндра 1, воздействуя на скребковые кольца 3 и 6, смещает их вместе с расширительным кольцом 4 в направлении оси цилиндра 1. В свою очередь, остывание поршня 2 приводит к уменьшению высоты поршневой канавки 7, в результате чего верхняя и нижняя полка поршневой канавки 7 сжимают скребковые кольца 3 и 6, которые вытесняют расширительное кольцо 4 в направлении оси цилиндра 1, обеспечивая замкнутость системы «верхняя полка поршневой канавки 7 - верхнее скребковое кольцо 3 - расширительное кольцо 4 - нижнее скребковое кольцо 6 - нижняя полка поршневой канавки 7» и исключая зазоры между контактными поверхностями.
При движении поршня 2 в нижнее положение, масло, снимаемое верхним скребковым кольцом 3, заполняет полость между нижним скребковым кольцом 6, стенкой цилиндра 1 и самим скребковым кольцом 3, и под давлением перепускается по радиальным пазам 5 в придонную полость поршневой канавки 7 и далее во внутреннее пространство поршня 2.
Разработанное маслосъемное поршневое кольцо оставляет на стенке цилиндра минимально необходимую толщину гидродинамического смазочного слоя, обеспечивающего минимальный расход моторного масла на угар и минимальные потери на трение поршневых колец, следствием чего является повышение мощности и ресурса двигателя, снижение расхода топлива и моторного масла, улучшение экологических показателей двигателя.