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 (JP 60-030457 А, 16.02.1985. US 2296116 А, 15.09, 1942. GB 1004370 А, 15.09.1965. US 1736530 А, 19.11.1929. RU 94012376 А1, 20.01.1996. RU 2372506 С2, 2007. RU 2458239 С1, 12.04.2011).
Известно маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее установленные в одной поршневой канавке расширительное кольцо и маслосъемные кольца, рабочие поверхности которых выполнены со скосом в сторону их верхнего торца, причем на рабочих поверхностях, кроме верхнего, имеются радиальные пазы, при этом расширительное кольцо расположено над верхним маслосъемным кольцом (патент RU №2561787, МПК F02F 5/00, опубл. 10.09.2015).
Однако в известном устройстве при движении поршня в нижнее положение масло, снимаемое со стенки цилиндра нижним маслосъемным кольцом, прорывается через зазор в замке кольца в придонную полость поршневой канавки и далее через зазор в замке расширительного кольца проникает в гарантированный зазор между поршнем и цилиндром, затем через зазоры в поршневом уплотнении попадает в камеру сгорания двигателя. Повышается расход масла на угар, ухудшаются экологические характеристики двигателя. Кроме того, расположение маслосъемного поршневого устройства в поршневых канавках, которые сообщаются с внутренней полостью поршня через сливные отверстия, на рабочем такте «впуск», над поршнем и в этих канавках создает разрежение, провоцирующее подсос моторного масла в канавку из внутренней полости поршня. Самый мощный подсос происходит при положении поршня в верхней мертвой точке, когда достигается наибольшее разрежение над поршнем и самое большое поступление масла в зону высокотемпературных рабочих газов, что приводит к преждевременному ухудшению физико-химических свойств масла, его старению и повышению расхода масла на угар. Причем оценить «эффективность» этого процесса достаточно просто. Один рабочий такт «впуска» совершается за один оборот коленчатого вала. Если учесть, что на малом газу у двигателя 800 оборотов в минуту, то получается в секунду более 13 таких «подсосов», а при 6000 об/мин - 100 «подсосов» в секунду. Такова цена «сливного отверстия» в поршневой канавке, где расположено маслосъемное кольцо. Недостатком прототипа является также неопределенность величин зазоров в поршневом устройстве, которые в серийных и массовых производствах двигателей преувеличены.
Кроме того, конструкция расширительного кольца с отрицательным углом наклона его верхнего торца представляет определенную трудность в процессе сборки цилиндропоршневой группы двигателя.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении расхода масла на угар в улучшении экологических характеристик двигателя, за счет снижения содержания вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах, упрощении сборки цилиндропоршневой группы, повышении ресурса работы двигателя.
Технический результат достигается тем, что в маслосъемном поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем расширительное кольцо и маслосъемные кольца с осевыми пазами, рабочие поверхности которых выполнены со скосом в сторону их верхнего торца, новым является то, что между верхним маслосъемным кольцом и, по меньшей мере, одним нижним маслосъемным кольцом установлены дополнительное маслосъемное кольцо и упругое разрезное обжимное кольцо, причем внутренний диаметр дополнительного маслосъемного кольца равен внешнему диаметру обжимного кольца, а внутренний диаметр обжимного кольца равен диаметру дна поршневой канавки, при этом высота обжимного кольца равна высоте дополнительного маслосъемного кольца.
Кроме того, зазор между поверхностью внутреннего диаметра дополнительного маслосъемного кольца и поверхностью внешнего диаметра обжимного кольца α, зазоры между поверхностями внутренних диаметров верхнего и нижнего маслосъемных колец и поверхностью диаметра дна поршневой канавки β, а также зазоры в замках всех поршневых колец выполняются в пределах от 0,0 мм до 0,04% диаметра цилиндра двигателя.
На Фиг. 1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания.
На Фиг. 2 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания с отверстиями в донышке поршневой канавки под маслосъемное поршневое устройство.
Двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1, фиг. 2) содержит цилиндр 1, поршень 2, верхнее маслосъемное кольцо 3, дополнительное маслосъемное кольцо 4, нижнее маслосъемное кольцо 5 и обжимное разрезное упругое кольцо 6 и отверстия 7.
Маслосъемное поршневое устройство (фиг. 1) работает следующим образом.
При движении поршня 2 в нижнее положение на рабочих тактах «впуск» и «рабочий ход» первым вступает в работу нижнее маслосъемное кольцо 5 с наибольшим количеством пазов и наименьшим гидравлическим сопротивлением масла продвижению поршня 2. Под давлением масла и за счет трения маслосъемных колец 3, 4 и 5 весь пакет колец вместе с обжимным кольцом 6 смещается к верхней полке поршневой канавки, открывая термодинамический зазор t между нижней полкой поршневой канавки и нижним торцом маслосъемного кольца 5. На огромных скоростях перемещения поршня 2 под большим давлением масло прорывается через образовавшийся зазор в придонную полость поршневой канавки. Дальнейший прорыв масла через зазор β ограничен обжимным кольцом 6, а через зазор α нижним торцом маслосъемного кольца 3, существенно снижается попадание моторного масла в зону высоких температур, уменьшается расход масла на угар и, соответственно, количество вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах.
Маслосъемное поршневое устройство (фиг. 2) работает следующим образом.
При движении поршня 2 в нижнее положение на рабочем такте «впуск» над поршнем 2 и в зазорах между поршнем 2 и цилиндром 1, а также в придонной полости поршневой канавки и в остальных зазорах самого поршневого устройства образуется разреженное пространство, сообщение которого через отверстия 7 перекрыто обжимным кольцом 6, тем самым устраняется подсос масла из внутренней полости поршня 2 в придонную полость поршневой канавки и далее в цилиндр 1.
Маслосъемное поршневое устройство обеспечивает расчетную толщину масляной пленки на стенке цилиндра, наименьшее механическое и гидравлическое сопротивление перемещению поршня, минимально возможный расход масла на угар, уменьшает содержание вредных и загрязняющих примесей в выхлопных газах. Конструкция технологична в изготовлении, обладает повышенным ресурсом.