МАСЛОСЪЕМНОЕ ПОРШНЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
OIL WIPER PISTON DEVICE FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

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; ГОСТ Р 53843-2010; патент RU №2447307, МПК F02K F5/00, F16J 9/20, опубл. 10.04.2012).
Известно маслосъемное кольцо двигателя внутреннего сгорания (патент RU №2447307, МПК F02K F5/00, F16J 9/20, опубл. 10.04.2012), содержащее скребковые элементы, выполненные в форме односторонней трапеции, и расположенное между ними расширительное кольцо, наиболее близкое к заявляемому и принятое за прототип. Однако в известном устройстве расположение радиальных пазов на расширительном кольце ограничивает его минимальные размеры, так как в процессе работы двигателя на расширительное кольцо действуют высокочастотные вибрационные нагрузки, вызывающие появление усталостных напряжений в месте расположения пазов, приводящие к разрушениям самого кольца. Поэтому подобные конструкции целесообразно использовать в мощных двигателях с относительно большими диаметрами цилиндров.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в универсальности маслосъемного поршневого устройства, повышении его эффективности, надежности, увеличении ресурса, уменьшении расхода моторного масла, улучшении экологических характеристик двигателя.
Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем установленные в одной поршневой канавке верхнее и нижнее трапециевидные маслосъемные кольца и расположенное между ними расширительное кольцо, новым является то, что на верхнем торце нижнего маслосъемного кольца выполнены радиальные пазы.
Угол наклона нижнего торца расширительного кольца и верхнего торца нижнего маслосъемного кольца больше угла 12° самоторможения.
На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, поршневую канавку 7, в которой установлены верхнее маслосъемное кольцо 3, расширительное кольцо 4 и нижнее маслосъемное кольцо 5, на верхнем торце которого выполнены радиальные пазы (6) для отвода масла, снятого со стенки цилиндра (1) верхним кольцом (3), в придонную полость поршневой канавки (7) и далее через конические отверстия (8) во внутреннюю полость поршня (2). Рабочие поверхности маслосъемных колец (3) и (5) спрофилированы так, что излишки масла снимаются со стенки цилиндра (1) только при движении поршня (2) в нижнее положение, а на стенке цилиндра (1) формируется минимально необходимая толщина гидродинамического смазочного слоя, обеспечивающего минимальные механические потери на трение поршневых колец и минимальный расход моторного масла на угар.
Маслосъемное поршневое устройство работает следующим образом.
При движении поршня 2 в нижнее положение нижнее маслосъемное кольцо 5 удаляет со стенки цилиндра 1 основную часть масла, верхнее маслосъемное кольцо 3 окончательно формирует минимально необходимую толщину масляной пленки на стенке цилиндра 1, удаляя излишки оставшегося на стенке масла через радиальные пазы 6 в придонную полость поршневой канавки 7 и далее через конические отверстия 8 во внутреннюю полость поршня 2. Конические сливные отверстия 8 улучшают удаление масла из поршневой канавки 7 и противодействуют подсасыванию масла из внутренней полости поршня 2 на рабочем такте впуск, когда над поршнем 2 и в зазорах поршневой канавки 7 образуется разрежение. При прогреве двигателя в первую очередь нагревается поршень 2, соответственно, увеличивается ширина поршневой канавки 7, под действием собственных упругих сил, расширительное кольцо 4 разжимается и смещается в направлении стенки цилиндра 1, воздействует на нижнее кольцо 5, поджимая его к нижней полке поршневой канавки 7. В свою очередь, силы трения рабочей поверхности нижнего кольца 5 о стенку цилиндра 1 и гидродинамическая сила масла, действующие на кольцо 5, способствуют образованию зазора между нижней полкой поршневой канавки 7 и нижним торцом нижнего кольца 5. Чтобы исключить появление этого зазора, который открывает путь попадания масла в поршневую канавку 7, упругие силы расширительного кольца должны быть больше противодействующих сил. В процессе нагрева цилиндра 1 увеличивается его диаметр, маслосъемное кольцо 5 разжимается, ослабляется воздействие на расширительное кольцо 4, которое тоже разжимаясь, смещается в направлении стенки цилиндра 1, не допуская появление зазора между нижней полкой поршневой канавки 7 и нижним торцом кольца 5. Гарантированное расклинивание системы «верхнее кольцо 3 - расширительное кольцо 4 - нижнее кольцо 5» на всех режимах работы двигателя обеспечивается расчетной величиной зазора между расширительным кольцом 4 и стенкой цилиндра 1. Это условие выполняется, если угол наклона нижнего торца расширительного кольца 4 и, соответственно, верхнего торца нижнего маслосъемного кольца 5 будет больше угла самоторможения 12°. При движении поршня 2 в верхнее положение профилированные рабочие поверхности маслосъемных колец 3 и 5 наезжают на масляную пленку, оставляя ее без изменений. Таким образом, обеспечивается минимально необходимый масляный слой на стенке цилиндра 1, стабильная работа маслосъемного поршневого устройства на всех режимах работы двигателя.
При выключении и остывании двигателя, в первую очередь, охлаждается цилиндр 1, уменьшается его диаметр, сжимаются верхнее 3 и нижнее 5 маслосъемные кольца, которые, воздействуя на расширительное кольцо 4, смещают его в направлении оси цилиндра 1, вся система занимает исходное положение. Для осуществления этого процесса восстановления в большей степени, чем вначале, необходимо иметь угол наклона торцов расширительного кольца и нижнего маслосъемного кольца более 12°.
Конструкция маслосъемного поршневого устройства обеспечивает минимально необходимую толщину смазочной пленки на стенке цилиндра, существенно увеличивает ресурс моторного масла при минимальном расходе на угар, снижая вредные и загрязняющие примеси в выхлопных газах.