Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания
OIL-REMOVING PISTON UNIT 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 два раздельных скребковых элемента с расширителями различной конструкции (заявка №53-22204, Япония, 1978; заявка №59-20859, Япония, 1984; авторское свидетельство №1312217, СССР, 1985; патент RU №2499901, МПК F02F 5/00, опубл. 27.11 2013).
Известно маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, ближайшее по технической сущности и принятое за прототип (патент №2535599, МПК F02F 5/00, опубл. 20.12.2014), содержащее установленные в одной поршневой канавке маслосъемные кольца, а также расширительное кольцо, причем плоская цилиндрическая часть рабочей поверхности каждого нижележащего кольца больше плоской цилиндрической поверхности вышележащего кольца.
Однако в известном устройстве при равных геометрических размерах и одинаковой упругости маслосъемных колец удельное давление на поверхность стенки цилиндра больше у вышележащих колец с меньшей площадью контактной поверхности со стенкой цилиндра по сравнению с нижележащими кольцами, то есть вышележащие кольца оставляли на стенке цилиндра меньший слой масла, соответственно повышая трение и износ этих поверхностей в процессе длительной эксплуатации. В итоге площади контактных поверхностей со стенкой цилиндра маслосъемных колец выравниваются между собой, пропадает технологический эффект «черновых», «получистовых» и «чистовых» маслосъемных колец, ухудшается эффективность маслосъемного поршневого устройства, большее количество масла остается на стенке цилиндра, попадающее в зону рабочих температур, что приводит к увеличению расхода масла на угар и ухудшению экологических показателей двигателя. Кроме того, использование осевых волнообразных расширителей мембранного типа достаточно сложно в процессе изготовления, сборки и эксплуатации.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности маслосъемного поршневого устройства, уменьшении расхода масла на угар, улучшении экономических и экологических характеристик двигателя.
Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем расположенные в поршневой канавке маслосъемные кольца прямоугольной формы, рабочая поверхность которых имеет скос в направлении движения поршня в верхнее положение, отличающемся тем, что упругость вышележащих маслосъемных колец выше упругости нижележащих маслосъемных колец.
Упругость вышележащих маслосъемных колец выше упругости нижележащих маслосъемных колец достигается за счет увеличения высоты вышележащих колец, относительно нижележащих, выполненных из одного и того же металла.
Упругость вышележащих маслосъемных колец выше упругости нижележащих маслосъемных колец достигается за счет увеличения твердости металла вышележащих колец относительно нижележащих, выполненных равными по высоте.
Упругость вышележащих маслосъемных колец выше упругости нижележащих маслосъемных колец достигается за счет увеличения высоты и твердости вышележащих колец относительно нижележащих.
Между поверхностью внутреннего диаметра второго сверху маслосъемного кольца и поверхностью дна поршневой расточки расположено обжимное кольцо, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру маслосъемного кольца, внутренний диаметр обжимного кольца равен диаметру дна поршневой расточки, при этом высота обжимного кольца равна высоте второго сверху маслосъемного кольца.
На чертеже представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, маслосъемные кольца 3, 4, 6, 7 и обжимное кольцо 5, расположенные в поршневой расточке 8. В плоскости сечения маслосъемные кольца 4 и 7 показаны разрезами замков.
Маслосъемное поршневое устройство работает следующим образом.
При движении поршня 2 в нижнее положение маслосъемные кольца 3, 4, 6 и 7 под действием сил трения о стенку цилиндра 1 смещаются к верхней полке поршневой расточки, открывая зазор между нижним торцом маслосъемного кольца 7 и нижней полкой поршневой расточки 8, через который масло прорывается в придонную полость поршневой расточки 8, на пути которого установлено обжимное кольцо 5.
При движении поршня 2 в верхнее положение под действием сил трения маслосъемных колец 3, 4, 6 и 7 о стенку цилиндра 1 весь пакет колец смещается к нижней полке поршневой расточки 8, открывая зазор между верхним торцом верхнего маслосъемного кольца 3 и верхней полкой поршневой расточки 8. Обжимное кольцо 5 устраняет прорыв масла из придонной полости поршневой расточки 8 в открывшийся зазор и далее через зазор между поршнем 2 и цилиндром 1 в камеру сгорания.
При движении поршня 2 в нижнее положение первым вступает в работу нижнее маслосъемное кольцо 7, выполненное из материала с наименьшими упругими качествами и имеющее соответственно наименьшее радиальное давление на стенку цилиндра 1, выполняющее функцию «чернового» маслосъемного кольца с наименьшими механическими потерями и наименьшим гидравлическим сопротивлением масла продвижению поршня 2. Затем вступает в работу вышележащее маслосъемное кольцо 6 с увеличенной высотой или повышенной твердостью, или и то и другое вместе, суммарно влияющие на повышение упругих качеств и соответственно на увеличение радиального давления на стенку цилиндра 1, выполняющее функцию «получистового» маслосъемного кольца, оставляющего на стенке цилиндра 1 меньшую, но еще недопустимую толщину пленки масла. Окончательную, минимально возможную толщину маслосъемной пленки масла на стенке цилиндра 1 оставляет верхнее «чистовое» маслосъемное кольцо 3, имеющее максимальные упругие качества, образованные за счет высоты кольца или его твердости, или за счет высоты кольца и его твердости одновременно.
Для автомобильных двигателей с малыми диаметрами цилиндров маслосъемные кольца выполняются стальными с различной высотой колец, или с различной твердостью металла HRc, достигаемой различными режимами термической обработки, или с различной высотой и различной твердостью одновременно.
Для крупногабаритных двигателей, судовых дизелей с большими диаметрами цилиндров маслосъемные кольца выполняются из специального чугуна с различной высотой колец и определенной твердостью НВ.
Такая последовательность и закономерность формы и содержания маслосъемных колец соблюдаются столько раз, сколько потребуется для достижения самым верхним маслосъемным кольцом, имеющим наибольшие упругие свойства и наибольшую высоту, соответственно наибольшее радиальное давление рабочей поверхности кольца на стенку цилиндра, оставляющее на стенке цилиндра минимально возможную толщину микропленки масла, обеспечивающее минимальные механические потери на трение и минимальный расход масла на угар, минимальное количество вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.