Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания
CYLINDER-PISTON GROUP OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания большой мощности и может быть использовано в создании двигателей для мобильных (тепловозы, корабли и т.д.) и стационарных (электрические генераторы, насосы и т.д.) устройств.
В мощных двигателях из-за большого хода поршня смазка цилиндров осуществляется насосами плунжерного типа через масляные штуцера (Возницкий И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 1. - М.: МОРКНИГА, 2008, с. 50). Известна конструкция (патент 2225516 RU, 04.11.1998), в которой впрыск масла осуществляется через сопла. Стремление обеспечить удовлетворительное качество смазки цилиндров приводит к увеличенному расходу масла и ухудшению экологических характеристик двигателя. Кроме того, происходит ухудшение качества самого масла прорывающимися через маслосъемное кольцо газами. Частичное устранение отрицательного влияния на качество масла прорывающимися через маслосъемное кольцо газами предложено в конструкции цилиндропоршневой группы, на которую выдан патент 2264552 RU, опубликовано 20.11.2005.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения (патент 1808097 SU, 07.04.93, бюл. №13) является устройство, в котором поршень соединен со штоком, внутри которого имеются подающий и обратный каналы для подачи и отведения охлаждающего поршень масла. Недостатки этой конструкции те же, что и у описанных выше аналогов.
Таким образом, недостатком всех известных конструкций цилиндропоршневой группы (далее - ЦПГ) является повышенный расход масла для смазки цилиндра, вследствие чего происходит ухудшение экологичности двигателя. При попадании продуктов горения в масло снижаются его характеристики, что приводит, во-первых, к снижению ресурса двигателя, во-вторых, к увеличению расхода масла для замены его на качественное.
Технической задачей, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение расхода масла, улучшение качества смазки цилиндра, увеличение ресурса двигателя и улучшение его экологических характеристик.
Решение поставленной задачи достигается тем, что цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр и поршень со штоком с двумя каналами, причем на поршне установлены компрессионные кольца и два смежных маслосъемных кольца, в цилиндре выполнены отверстия, к которым подведены прямой и обратный маслопроводы, между маслосъемными и смежными с ними компрессионными кольцами выполнены отверстия.
За счет реализации существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивается достижение следующего технического результата:
- благодаря отверстиям между маслосъемными и смежными с ними компрессионными кольцам, продукты горения топлива удаляются через шток поршня, не оказывая вредного влияния на масло, что приводит к снижению его расхода;
- прокачка масла через область между поршнем, маслосъемными кольцами и цилиндром позволяет улучшить качество смазки цилиндра и охлаждать поршень, не допуская его прогара, при этом исключается избыточная подача масла, исключается практически полностью отрицательное влияние на него продуктов сгорания топлива и улучшаются экологические характеристики двигателя.
Итак, использование заявляемого изобретения позволяет снизить расход масла, увеличить ресурс двигателя и улучшить его экологические характеристики.
Вышеописанные существенные признаки являются новыми и явным образом не следуют из уровня техники, что обеспечивает соответствие заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Устройство по заявляемому изобретению может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает его соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сравнение заявляемого решения с аналогами, в т.ч. с прототипом, не позволило выявить в них существенные признаки, сходные с существенными признаками в заявляемом двигателе.
Изобретение поясняется рисунком, на котором схематично показан вид ЦПГ двигателя внутреннего сгорания.
Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2 с крышкой 3, на поршне установлены маслосъемные и компрессионные кольца 4 и 5, поршень соединен со штоком 6, продольное отверстие которого разделено перегородкой 7 на подающий и обратный каналы 8 и 9, в поршне между маслосъемными и компрессионными кольцами выполнены отверстия 10 и 11 для выпуска прошедшего через компрессионные кольца газа, область 12 между поршнем, маслосъемными кольцами и рабочим цилиндром заполнена маслом, к отверстию в цилиндре 13 подсоединен прямой маслопровод 14, а к отверстию 15 - обратный маслопровод 16.
Работа устройства.
Через отверстия в цилиндре 13 и 15 осуществляется непрерывная прокачка масла через область 12, что, во-первых, обеспечивает удовлетворительную смазку цилиндра, во-вторых, позволяет отбирать тепловую энергию циркулирующим маслом от поршня, снижая его температуру и вероятность прогара, в-третьих, позволяет обеспечить очистку масла от продуктов износа поршневых колец и цилиндра на фильтре, тем самым увеличивая ресурс двигателя, в-четвертых, исключает попадание в цилиндр излишков масла, ухудшающих экологичность двигателя. Дополнительно к масляному охлаждению поршня может подаваться охлаждающий воздух через канал 8 в штоке, а нагретый воздух и газы отводиться через канал 9. Благодаря отверстию между маслосъемным и ближайшим к нему компрессионным кольцом, обеспечивается независимость давления в области 12 от давления газов в цилиндре, что исключает сдувание масла с маслосъемного кольца, приводящее к ухудшению качества смазки цилиндра.
Предлагаемая конструкция ЦПГ может быть использована в двигателях внутреннего сгорания двойного действия, которые, несмотря на высокую удельную мощность, не нашли широкого применения из-за отсутствия удовлетворительных систем охлаждения поршня и смазки цилиндра, приводящих к низкой надежности и экологичности двигателя. В двигателе простого действия на поршне не устанавливаются компрессионные кольца со стороны крейцкопфа или шатуна.
При необходимости уменьшения длины цилиндра на прямом и обратном маслопроводах устанавливаются клапана, управляемые электромагнитами или распредвалом, при этом прокачка масла через область между поршнем, маслосъемными кольцами и рабочим цилиндром осуществляется в импульсном режиме во время прохождения поршня вблизи мертвых точек.
Использование заявляемого изобретения позволит достичь высоких показателей двигателя по надежности, удельной мощности и экологичности.