узел маслосъемного поршневого кольца для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

УЗЕЛ МАСЛОСЪЕМНОГО ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий установленные в канавке поршня кольцо и многоугольный расширитель, связанный посредством упругого элемента через сквозные отверстия в поршне с грузом, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде расположенного внутри поршня полого конуса с кольцевым основанием с выполненными на нем по окружности лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня и жестко связанными с многоугольным расширителем, на вершине конуса выполнен полый замкнутый цилиндр, в котором свободно установлен груз, при этом вершина конуса направлена в сторону нижней мертвой точки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в качестве маслосъемных колец, устанавливаемых на поршнях двигателей и компрессоров.

Известно маслосъемное поршневое кольцо для двигателей внутреннего сгорания коробчатого типа с радиальным расширителем. Такие поршневые кольца создают дополнительное давление на стенку цилиндра за счет расширителя.

Основным недостатком работы кольца является постоянное давление скребков кольца на поверхность цилиндра как при движении поршня к нижней мертвой точке, так и при движении его к верхней мертвой точке, хотя известно, что сброс масла кольцом с поверхности цилиндра происходит только при движении поршня к нижней мертвой точке.

При одинаковом заданном давлении кольца на поверхность цилиндра двигателя наблюдается повышенный расход масла на угар, так как при движении поршня к верхней мертвой точке имеет место транспортирование кольцом масла по поверхности цилиндра в зону высоких температур и в камеру сгорания двигателя. Отсюда следует, что при движении поршня к верхней мертвой точке надо уменьшить радиальное давление маслосъемного кольца до минимума, а при движении поршня к нижней мертвой точке - увеличивать до необходимого.

Прототипом изобретения является маслосъемное кольцо коробчатого типа с радиальным многоугольным расширителем, связанным упругой связью по меньшей мере с одним грузом. При работе двигателя под действием сил инерции груз, воздействуя на расширитель, регулирует давление кольца на стенку цилиндра таким образом, что обеспечивается постоянство масляного слоя по длине гильзы. Это не устраняет основной недостаток работы маслосъемных колец - исключение транспортирования масла в зону высоких температур при движении поршня к верхней меpтвой точке и как следствие повышенный его расход, образование нагара на поршне.

Цель изобретения - уменьшение расхода масла на угар путем автоматического регулирования давления колец на стенку цилиндра и обеспечения эффективного удаления масла с поверхности цилиндра.

Это достигается тем, что упругий элемент выполнен в виде расположенного внутри поршня полого конуса с кольцевым основанием, снабженным по окружности лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня и жестко связанными с многоугольным расширителем, при этом вершина конуса направлена в сторону нижней мертвой точки и снабжена полым замкнутым цилиндром, в котором свободно размещен груз.

Новым в предлагаемом узле является наличие элемента, изготовленного из тонкого упругого материала в виде конуса с вершиной, направленной к нижней мертвой точке, в которой расположен полый замкнутый цилиндр с грузом в виде шарика, свободно перемещающегося в цилиндре. Упругий элемент жестко связан с расширителем и позволяет изменять давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя в зависимости от направления движения поршня, причем радиальное давление увеличивается до заданного при движении поршня к нижней мертвой точке и уменьшается до минимального при движении поршня к верхней мертвой точке за счет сил инерции груза, воздействующего через упругий элемент на расширитель.

Использование изобретения улучшает маслосбрасывающие функции маслосъемного кольца, что обеспечивает уменьшение расхода масла на угар.

На фиг. 1 изображен предлагаемый узел вблизи нижней мертвой точки в процессе движения поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке; на фиг. 2 - то же, вблизи верхней мертвой точки в процессе движения поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке; на фиг. 3 - то же, вблизи верхней мертвой точки в процессе движения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке; на фиг. 4 - то же, вблизи нижней мертвой точки в процессе движения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1.

Узел маслосъемного поршневого кольца находится на поршне 1 и состоит из маслосъемного кольца 2 коробчатого типа, оказывающего определенное давление на гильзу цилиндра 3 (ее зеркало 4) и находящегося в канавке 5 поршня 1, в котором имеются дренажные каналы 6, предназначенные для удаления масла из канавки 5 в картер двигателя. В канавке 5 вместе с кольцом 2 находится многоугольный радиальный расширитель 7, жестко соединенный с упругим элементом 8, имеющим вид конуса, с помощью лепестков 10, расположенных в основании конуса и проходящих через пазы 11 в поршне 1. Вершина конуса направлена к нижней мертвой точке и имеет груз в виде шарика 9, свободно находящегося в полом замкнутом цилиндре 14. Маслосъемное кольцо 2 оказывает давление на зеркало 4 цилиндра скребками 12 и 13.

Прежде чем описать работу узла маслосъемного поршневого кольца необходимо пояснить физическую сущность сил инерции, действие которых используется в предлагаемом устройстве.

Известно, что силы инерции, действующие на поршень и его детали, например на инерционный элемент 8 со сосредоточенной массой, изменяются по величине и по направлению и зависят от массы движущихся деталей, скорости их перемещения и направления движения. Так как скорость поршня от нуля в нижней и верхней мертвых точках доходит до максимума, когда поршень движется приблизительно в средней части цилиндра (около 80^о угла поворота коленчатого вала двигателя), то и силы инерции упругого элемента изменяются от максимальных значений в верхней и нижней мертвых точках до нуля при 80^о угла поворота коленчатого вала двигателя. При этом после нулевого значения силы инерции P_и изменяют направление действия. Вблизи верхней мертвой точки сила инерции P_и упругого элемента 8 направлена в сторону верхней мертвой точки (см. фиг. 2 и 3), а вблизи нижней мертвой точки сила инерции P_и упругого элемента 8 направлена к нижней мертвой точке (см. фиг. 1 и 4).

Работа предлагаемого узла поэтапно в процессе перемещения поршня от нижней мертвой точки к верхней (см. фиг. 1 и 2) и от верхней мертвой точки к нижней (см. фиг. 3 и 4) происходит следующим образом.

При движении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке в первой половине хода поршня силы инерции P_и упругого элемента 8 и груза 9 направлены против движения поршня 1 (фиг. 1 - направление движения V₁). Под действием груза 9 упругий элемент 8 своими лепестками 10 отжимает радиальный расширитель 7 от поршневого кольца 2 и не воздействует на него. Радиальная сила воздействия маслосъемного кольца 2 на зеркало цилиндра незначительна и равна заданной внутренней упругой силе кольца P. Ввиду этого масло, находящееся на зеркале цилиндра, не перемещается скребками 12 и 13 к верхней мертвой точке в зону высоких температур и в камеру сгорания.

Во второй половине хода поршня 1 при движении его к верхней мертвой точке направление действия силы инерции P_и упругого элемента 8 изменяется на противоположное (см. фиг. 2). За это время груз 9 перемещается в цилиндре за счет сил инерции с нижнего положения в верхнее и на радиальный расширитель не воздействует. Поэтому радиальная сила воздействия маслосъемного кольца 2 на зеркало цилиндра также незначительна и равна заданной внутренней упругой силе кольца P и силе давления радиального расширителя R. Масло, находящееся на зеркале цилиндра, не транспортируется к верхней мертвой точке и в камеру сгорания.

При движении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в первой половине хода поршня сила инерции P_и упругого элемента 8 направлена к верхней мертвой точке против хода поршня 1 (см. фиг. 3 - направление движения V₂). Груз 9 под воздействием силы инерции P_и через лепестки 10 упругого элемента 8 прижимает радиальный расширитель 7 к внутренней поверхности маслосъемного кольца 2, создавая дополнительное давление на стенки цилиндра в виде силы давления N (общее давление составляет P + R + N). Тем самым обеспечивается активный съем масла со стенки цилиндра из зоны высоких температур.

Во второй половине хода поршня 1 при движении его к нижней мертвой точке направление силы инерции упругого элемента 8 изменяется на противоположное (см. фиг. 4). Груз 9 в этот период времени под действием силы инерции перемещается в цилиндре 14 с верхнего положения в нижнее и на расширитель воздействия не оказывает. Масло, находящееся на зеркале цилиндра, перемещается маслосъемным кольцом 2 под действием его внутренней упругой силы P и силы давления радиального расширителя R. Масло, сбрасываемое маслосъемным кольцом 2 с зеркала цилиндра 4 через дренажные каналы 6 в поршне 1, поступает в картер двигателя.

Таким образом, при движении поршня 1 из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке уменьшается, давление поршневого кольца 2 на зеркало цилиндра 4: в первой половине хода поршня на R - радиальное давление расширителя 7 и N - воздействие груза 9; во второй половине хода поршня на N - воздействие груза 9, что сокращает количество транспортируемого масла в зону высоких температур (камеру сгорания). При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке увеличивается давление поршневого кольца 2 на зеркало цилиндра 4: в первой половине хода поршня давление максимальное, состоящее из суммы P, R и N; во второй половине хода поршня давление кольца равно двум составляющим P и R, что повышает маслосбрасывающее действие кольца 2.

Предлагаемый узел позволит улучшить маслосъемные функции кольца, снизить попадание масла в камеру сгорания, уменьшить вероятность залегания колец, уменьшить нагарообразование на поршне, снизить расход масла в процессе эксплуатации двигателя.