маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы

Классы МПК:F16J9/06 с применением пружин, расширяющих кольца (экспандеров), пружины для этой цели 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-01-11
публикация патента:

Изобретение относится к машиностроению. Маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее в канавке поршня маслосъемное кольцо и радиальный многоугольный расширитель, а внутри поршня расположен упругий элемент в виде плоской пластины с выполненными по ее окружности гибкими упругими лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня в заколечное пространство и жестко связанными с радиальным многоугольным расширителем, согласно изобретению на верхней головке шатуна по оси шатуна в плоскости его качания жестко установлен кулачок, контактирующий с нижней поверхностью плоской пластины упругого элемента. Изобретение обеспечивает увеличение надежности работы и срока службы маслосъемного устройства. 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2395739

маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве маслосъемных устройств, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров.

Аналогом предлагаемого устройства является узел маслосъемного кольца для двигателя внутреннего сгорания, содержащий радиальный многоугольный расширитель, который устанавливается между разрезным маслосъемным кольцом и стенкой канавки поршня (К.Энглиш. Поршневые кольца, Москва, 1962, т.1, с.492, фиг.407). В маслосъемном кольце и находящимся за ним радиальном многоугольном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне на его внутреннюю стенку.

Назначение радиального многоугольного расширителя - создание в подпертом маслосъемном кольце дополнительного, постоянно действующего, равномерно распределенного по окружности маслосъемного кольца радиального давления (К.Энглиш. Поршневые кольца, Москва, 1962, т.1, с.487).

Одним из основных требований к маслосъемному кольцу является не только съем излишка масла с рабочей поверхности цилиндра двигателя, но и качественное распределение масла по всей его рабочей поверхности, которое заключается в том, чтобы маслосъемное кольцо при своем движении создавало непрерывную масляную пленку одинаковой требуемой толщины, которая обеспечивала бы жидкостное трение кольца по всему ходу поршня (К.Энглиш. Поршневые кольца, Москва, 1963, т.2, с.196, с.201). Однако аналог, состоящий из маслосъемного кольца и радиального многоугольного расширителя, такое требование в процессе работы не выполняет по одной основной причине - это постоянное заданное радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя при переменной скорости перемещения поршня. В средней части хода, это примерно 86° поворота кривошипа, скорость поршня максимальная, а при подходе поршня к его крайним положениям скорость его снижается так, что в верхней и нижней мертвых точках скорость равна нулю.

Известна следующая закономерность. При высокой скорости движения поршня давление подпора срезаемого маслосъемным кольцом масла отжимает маслосъемное кольцо от стенки цилиндра и оно всплывает на масляной пленке, оставляя за собой толстый слой масла в средней части хода поршня. Это повышает расход масла на угар. Со снижением скорости поршня масляная пленка, находящаяся между рабочими поверхностями маслосъемного кольца и цилиндра, легче выдавливается и вблизи мертвого положения поршня наступает полусухое трение. Непосредственный контакт маслосъемного кольца и поверхности цилиндра в районе мертвых точек приводит к возрастанию коэффициента трения и, как следствие, к увеличению износа рабочих поверхностей в этой зоне (К.Энглиш. Поршневые кольца, Москва, 1963, т.2, с.196, с.201).

Таким образом, недостаток известной конструкции узла маслосъемного кольца обусловлен постоянным по ходу поршня радиальным давлением его на стенки цилиндра. Устранить такой недостаток можно путем постепенного увеличения радиального давления маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя по мере перемещения поршня к средней части его хода, где наблюдается самая высокая скорость поршня, и постепенным снижением радиального давления маслосъемного кольца по мере уменьшения скорости поршня по его ходу, вплоть до мертвого положения.

Еще одним аналогом изобретения является маслосъемное кольцо коробчатого типа с радиальным многоугольным расширителем, установленные в канавке поршня, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие, выходящее на внутреннюю поверхность поршня. Радиальный многоугольный расширитель снабжен по меньшей мере одним грузом, размещенным на внутренней поверхности поршня и связанным с радиальным многоугольным расширителем упругим элементом и гибкой связью, проходящей через сквозное отверстие. Упругий элемент выполнен в виде плоской пружины, установленной между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, а гибкая связь - в виде шарнирного стержня (авторское свидетельство СССР № 595566, кл. F16J 9/06, 1975).

Назначение радиального многоугольного расширителя создавать в подпертом маслосъемном кольце дополнительное постоянно действующее, равномерно распределенное по окружности кольца, радиальное давление.

Назначение упругих элементов, установленных по окружности между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, также создавать дополнительное радиальное давление через радиальный многоугольный расширитель и маслосъемное кольцо на зеркало цилиндра двигателя.

Наличие грузов и гибких связей между грузами и упругими элементами позволяет в процессе работы двигателя внутреннего сгорания изменять радиальное давление упругих элементов на радиальный многоугольный расширитель и, следовательно, на маслосъемное кольцо, так как известно, что при перемещении поршня на него и на все массы, двигающиеся вместе с ним, в том числе и на грузы, действует сила инерции, которая изменяется по закону косинусоиды. Максимум ее достигает в районе мертвых точек (верхней и нижней), а минимум - примерно в середине хода поршня, когда скорость поршня достигает максимума. Под действием силы инерции грузы перемещаются вверх или вниз по конусам сквозных отверстий в стенке поршня, выходящих на его внутреннюю поверхность, втягивая внутрь поршня гибкие связи, которые деформируют упругие элементы. Это приводит к перемещению радиального многоугольного расширителя. Поэтому максимальное давление радиального многоугольного расширителя на кольцо будет иметь место в середине хода поршня, когда равна нулю сила инерции, а минимальное давление - в мертвых точках, когда сила инерции грузиков достигает максимума. Это обеспечивает постоянство масляного слоя по ходу поршня.

Недостатками аналога являются сложность конструкции и ненадежность работы узла маслосъемного поршневого кольца. Сложность конструкции заключается в наличии упругих элементов, выполненных в виде плоских пружин, установленных между радиальным многоугольным расширителем и дном канавки, а так же в наличии гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней, соединяющих упругие элементы с подвижными грузами. Кроме этого, следует добавить, что изготовление специальных сквозных каналов на внутренней поверхности поршня для каждого груза требует лишних технологических операций.

Ненадежность конструкции заключается в наличии гибких связей, выполненных в виде шарнирных стержней. И сами гибкие связи, и места соединений их с подвижными грузами и упругими элементами будут подвержены динамическим переменным нагрузкам от сил инерции грузов в процессе их перемещений вверх и вниз между мертвыми точками. Известно, что под действием повторно-переменных нагрузок постепенно развиваются усталостные трещины в деталях и их соединениях с последующим разрушением. Это снижает долговечность работы узла маслосъемного поршневого кольца.

Прототипом предлагаемого изобретения является маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы (патент на изобретение № 2307273, кл. F16J 9/06, опубл. 27.09.2007 г., Бюл. № 27). Оно содержит маслосъемное кольцо и многоугольный радиальный расширитель, установленные в канавке поршня. В поршневом кольце и находящемся за ним радиальном многоугольном расширителе предусмотрены дренажные отверстия для отвода масла со стенок цилиндра двигателя в закольцевое пространство и далее через сквозные отверстия в поршне на его внутреннюю стенку. Внутри поршня в радиальной плоскости на уровне радиального многоугольного расширителя установлен упругий элемент, представляющий собой плоскую пластину с выполненными по окружности гибкими упругими лепестками, которые свободно проходят через сквозные отверстия в поршне в заколечное пространство и жестко соединяются с гранями радиального многоугольного расширителя. В центре упругого элемента по его оси жестко установлен груз.

Назначение маслосъемного кольца - снимать излишки масла с поверхности цилиндра двигателя. Назначение радиального многоугольного расширителя - увеличивать радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя. Назначение упругого элемента, представляющего собой плоскую пластину с выполненными по окружности гибкими, упругими лепестками, - автоматически воздействовать своими лепестками через радиальный многоугольный расширитель на маслосъемное кольцо по всей окружности за счет возникающих переменных сил инерции массы груза, жестко установленного в центре плоской пластины упругого элемента.

Такое маслосъемное устройство предназначено для сбрасывания излишка масла с зеркала цилиндра и создания на рабочей поверхности цилиндра при прохождении по ней поршня с маслосъемным кольцом непрерывной масляной пленки одинаковой требуемой толщины.

В процессе перемещения поршня в цилиндре двигателя, скорость которого постоянно меняется, на поршень и на все его массы, движущиеся вместе с ним, в том числе и на груз, закрепленный в центре плоской пластины упругого элемента, действует сила инерции, которая изменяется по закону косинусоиды (В.Н.Болтинский. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М.: Издательство сельскохозяйственной литературы. 1962, с.119). Под действием изменяющейся величины силы инерции по ходу поршня груз вместе с упругим элементом будет перемещаться вдоль оси поршня относительно поршневой канавки, в которой расположены радиальный многоугольный расширитель и маслосъемное кольцо, либо к нижней мертвой точке, либо к верхней мертвой точке. При этом гибкие лепестки упругого элемента будут либо выходить, либо входить через сквозные отверстия в поршне в заколечное пространство поршневой канавки, перемещая радиальный многоугольный расширитель относительно маслосъемного кольца. В результате будет изменяться радиальное давление маслосъемного кольца на зеркало цилиндра двигателя по ходу движения поршня. В верхней и нижней мертвых точках, когда скорость поршня равна нулю, а силы инерции достигают максимальной величины, груз вместе с упругим элементом в этот момент будет находиться на максимальном расстоянии относительно воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку, в которой находятся многоугольный радиальный расширитель и маслосъемное кольцо.

В результате такого положения груза гибкие лепестки упругого элемента изогнувшись втянутся внутрь поршня, а вместе с ними переместиться многоугольный расширитель от маслосъемного кольца к задней стенке канавки поршня. Многоугольный расширитель не будет действовать на маслосъемное кольцо и радиальное давление последнего на стенку цилиндра будет минимальным. Снижение радиального давления маслосъемного кольца будет способствовать сохранению необходимой и нужной толщины масляной пленки между рабочей поверхностью кольца и поверхностью цилиндра. При этом износ рабочих поверхностей будет меньше.

При перемещении поршня от верхней мертвой точки или от нижней мертвой точки в первой половине его хода скорость поршня возрастает и достигает максимального значения приблизительно в середине хода. За это же время силы инерции поршня и всех его деталей, в том числе и груза, постепенно уменьшаются по закону косинуса. В результате груз с упругим элементом перемещается по оси поршня к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку. При этом упругие лепестки, выпрямляясь, входят через отверстия в поршне, как по направляющим, в заколечное пространство и постепенно перемещают многоугольный расширитель от задней стенки поршневой канавки к маслосъемному кольцу, увеличивая на него радиальное давление. Максимальное радиальное давление многоугольного расширителя на маслосъемное кольцо, а следовательно, и на поверхность стенки цилиндра достигается, когда гибкие лепестки полностью выпрямятся и будут находиться в одной воображаемой радиальной плоскости с плоской пластиной упругого элемента. В этот момент поршень достигает максимальной скорости, а сила инерции груза будет равна нулю. Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца на стенку цилиндра по ходу поршня пропорционально возрастающей его скорости. Маслосъемное кольцо не будет всплывать на масляном слое по причине возрастающего радиального давления кольца, а излишки масла будут сбрасываться в картер двигателя. При этом на поверхности цилиндра будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение кольца по всему ходу поршня, что снизит износ поверхностей кольца и цилиндра и уменьшит потери масла на угар.

Однако такое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы имеет весьма существенный недостаток - это большая вероятность возникновения резонанса упругого элемента в процессе работы двигателя внутреннего сгорания, что резко снижает надежность его работы. Резонанс - это резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний упругого элемента маслосъемного устройства, когда частота внешних воздействий (силы инерции) на колебательную систему (упругий элемент) приближается к частоте колебательной системы (Политехнический словарь. Гл. редактор И.И.Артоболевский. М., "Советская Энциклопедия", 1976).

Явление резонанса опасно для целостности конструкции, так как значительное увеличение амплитуды колебаний упругого элемента создает в любой его точке экстремальные динамические напряжения. Поскольку возмущающая сила инерции, действующая на груз упругого элемента, зависит от ускорения, а по сути от угловой скорости вращения коленчатого вала, то резонанс упругого элемента может возникнуть либо при резком увеличении или уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя, либо при запуске двигателя и его разгоне до соответствующих оборотов.

Следует отметить и то, что резонирующий упругий элемент через радиальный многоугольный расширитель будет передавать вибрацию на маслосъемное кольцо. Ясно, что и сброс излишка масла и равномерность распределения его по рабочей поверхности цилиндра двигателя будет нарушаться. Это будет приводить к увеличению расхода масла на угар и к повышенному износу контактирующих поверхностей маслосъемного кольца и цилиндра.

Технической задачей изобретения является увеличение надежности работы и срока службы маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы и снижение расхода масла на угар путем механического воздействия на упругий элемент маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы.

Задача достигается в маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы, содержащем в канавке поршня маслосъемное кольцо и радиальный многоугольный расширитель, а внутри поршня расположен упругий элемент в виде плоской пластины с выполненными по ее окружности гибкими упругими лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня в заколечное пространство и жестко связанными с радиальным многоугольным расширителем, где согласно изобретению на верхней головке шатуна по оси шатуна в плоскости его качания жестко установлен кулачок, контактирующий с нижней поверхностью плоской пластины упругого элемента.

Посредством предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы можно по ходу движения поршня регулировать радиальное давление маслосъемного кольца на стенку цилиндра путем воздействия на упругий элемент кулачком, установленным на верхней головке качающегося шатуна. Это обеспечит постоянный по толщине масляный слой на стенке цилиндра, снизит расход масла на угар, уменьшит износ контактирующих поверхностей маслосъемного кольца и цилиндра, повысит надежность работы маслосъемного устройства и увеличит срок службы двигателя.

Наличие изобретения в предлагаемом маслосъемном устройстве цилиндропоршневой группы доказывается тем, что на верхней головке шатуна по оси шатуна в плоскости его качания жестко установлен кулачок, контактирующий с нижней поверхностью плоской пластины упругого элемента.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что деформация гибких упругих лепестков плоской пластины осуществляется механическим воздействием кулачка, жестко установленного на верхней головки шатуна, на нижнюю поверхность плоской пластины упругого элемента. Это позволяет одновременно согласовать изменение радиального давления гибких лепестков плоской пластины упругого элемента через радиальный многоугольный расширитель на маслосъемное кольцо и на стенку цилиндра с положением кулачка качающегося шатуна и скоростью поршня.

Маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен продольный разрез поршня с маслосъемным устройством при движении поршня к нижней мертвой точке в середине его хода.

На фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1.

На фиг.3 изображен продольный разрез поршня с маслосъемным устройством при положении поршня в нижней мертвой точке.

На фиг.4 изображен продольный разрез поршня с маслосъемным устройством при движении поршня к верхней мертвой точке в середине его хода.

На фиг.5 изображен продольный разрез поршня с маслосъемным устройством при положении поршня в верхней мертвой точке.

Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлено маслосъемное разрезное кольцо 3 с выточкой 4 для повышения удельного давления на стенку 5 цилиндра 6 (фиг.1). Для отвода масла в заколечное пространство 7 кольцо 3 имеет по окружности сквозные отверстия 8. В заколечном пространстве 7 установлен радиальный многоугольный расширитель 9 в виде разрезной плоской многогранной пружины, создающий дополнительное радиальное усилие на маслосъемное кольцо 3, увеличивая давление последнего на стенку 5 цилиндра 6. Дренажные каналы 10, выполненные в поршне 1, предназначены для удаления масла из заколечного пространства 7 на внутреннюю поверхность 11 поршня 1 и далее в картер двигателя (не показан). Внутри поршня 1 над верхней головкой 12 шатуна 13 в радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, на уровне радиального многоугольного расширителя 9 установлен упругий элемент 14, представляющий собой плоскую пластину 15 с выполненными по окружности гибкими упругими лепестками 16, которые свободно проходят через сквозные отверстия 17 в поршне 1 в заколечное пространство 7 и жестко соединяются с гранями 18 радиального многоугольного расширителя 9 (фиг.1, 2). Длина гибких упругих лепестков 16 упругого элемента 14 должна быть такой, чтобы в тот момент, когда плоская пластина 15 находилась бы в одной радиальной плоскости с гибкими упругими лепестками 16, последние отодвигали радиальный многоугольный расширитель 9 от задней стенки 19 поршневой канавки 2 к маслосъемному кольцу 3 на расстояние маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 с целью создания необходимого максимального радиального усилия многоугольного расширителя 9 на маслосъемное кольцо 3, а следовательно, и на стенку 5 цилиндра 6. На верхней головке 12 шатуна 13 по его продольной оси под плоской пластиной 15 упругого элемента 14 установлен в плоскости качания шатуна 13 кулачок 20 (фиг.1). Во время работы двигателя в зависимости от направления отклонения шатун 13 относительно продольной оси z-z поршня 1 кулачок 20 вместе с головкой 12 шатуна 13 поворачивается вокруг центра качания О либо против часовой стрелки, либо по часовой стрелке. При этом кулачок 20 должен постоянно контактировать с нижней поверхностью плоской пластины 15 упругого элемента 14 и поднимать упругий элемент 14 вдоль продольной оси z-z поршня от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2 в направлении верхней мертвой точки, а затем опускать в противоположном направлении - к радиальной плоскости. В результате таких возвратно-поступательных перемещений упругого элемента 14 гибкие упругие лепестки 16 плоской пластины 15 либо выходят из сквозных отверстий 17 поршня 1 внутрь поршня 1, перемещая радиальный многоугольный расширитель 9 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 19 поршневой канавки 2, уменьшая радиальное давление многоугольного расширителя 9 на маслосъемное кольцо 3 (фиг.3, 5), либо входят через сквозное отверстие 17 в поршневую канавку 2, перемещая радиальный многоугольный расширитель уже в противоположную сторону к маслосъемному кольцу 3, увеличивая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 (фиг.1, 4). Высота кулачка 20 должна быть такой, чтобы амплитуда возвратно-поступательных перемещений плоской пластины 15 упругого элемента 14 вдоль оси у-у поршня 1 не превышала величину перемещения радиального многоугольного расширителя 9 в заколечном пространстве 7 от задней стенки 19 поршневой канавки 2 до маслосъемного кольца 3 маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 мах (фиг.2).

Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы в процессе перемещения поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке (период сброса излишка масла в картер двигателя с одновременным распределением масла по поверхности цилиндра 6) и при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней (период распределения масла по поверхности цилиндра) происходит следующим образом.

В верхней мертвой точке после перекладки поршня 1 скорость последнего в начале движения к нижней мертвой точке равна нулю. В этот момент положение шатуна 13 вертикальное и его продольная ось совпадает с осью z-z поршня 1 (фиг.3). Кулачок 20, установленный на верхней головке 12 шатуна 13 по его продольной оси занимает строго вертикальное положение, переместив упругий элемент 14 по направлению к верхней мертвой точке, и упирается своей вершиной в нижнюю поверхность плоской пластины 15 упругого элемента 14. В результате такого положения упругий элемент 14 будет находиться на максимальном расстоянии относительно воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой находятся радиальный многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3, а гибкие упругие лепестки 16 упругого элемента 14 будут втянуты внутрь поршня 1. Вместе с гибкими упругими лепестками 16 переместился и радиальный многоугольный расширитель 9 в поршневой канавке 2 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 19 поршневой канавки 2. Таким образом в верхней мертвой точке радиальный многоугольный расширитель 9 не действует на маслосъемное кольцо 3 и радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6 минимальное R min (фиг.3). Низкое радиальное давление маслосъемного кольца 3 будет способствовать сохранению необходимой и нужной толщины масляной пленки между рабочей поверхностью кольца 3 и поверхностью 5 цилиндра 6. Такое явление будет уменьшать износ рабочих поверхностей как кольца 3, так и цилиндра 6 в зоне верхней мертвой точки.

При перемещении поршня 1 к нижней мертвой точке в первой половине его хода, когда начинается сброс масла со стенки 5 цилиндра 6, скорость поршня 1 возрастает и достигает максимального значения Vmax приблизительно в середине хода - около 84° поворота кривошипа. За это время шатун 13 при правом вращении коленчатого вала, поворачиваясь относительно центра качания О, постепенно отклоняется вправо от вертикальной оси z-z поршня 1 и достигает максимального угла отклонения маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 (фиг.1). При этом кулачок 20, поворачиваясь вместе с головкой 12 шатуна 13 вокруг центра качания О против часовой стрелки, своей вершиной приближается к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в которой находятся радиальный многоугольный расширитель 9 и маслосъемное кольцо 3. К этой радиальной плоскости вместе с кулачком 20 под действием собственных упругих сил деформированных гибких лепестков 16 упругого элемента 14 и радиального многоугольного расширителя 9 перемещается плоская пластина 15 упругого элемента 14. При этом гибкие упругие лепестки 16 постепенно входят через сквозные отверстия 17 в поршне 1 в поршневую канаву 2 и радиальный многоугольный расширитель 9 перемещается к маслосъемному кольцу 3, постепенно увеличивая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6. Максимальное радиальное давление Rmax достигается тогда, когда гибкие упругие лепестки 16 полностью выпрямятся и будут находиться в одной радиальной плоскости с плоской пластиной 15 упругого элемента 14 (фиг.1). В этот момент поршень 1 достиг максимальной скорости Vmax , шатун 13 отклонился на максимальный угол маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, патент № 2395739 , а кулачок 20 вместе с головкой 12 шатуна 13 повернулся против часовой стрелки вокруг центра качания О на максимальную величину.

Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня 1 будет противодействовать всплытию масляного кольца 3 на толстом масляном слое, который образуется и подпирает снизу маслосъемное кольцо 3 в результате съема излишка масла со стенки 5 цилиндра 6. При этом между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и стенкой 5 цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня 1 необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение не только маслосъемного кольца 3, но и уплотнительных колец (не показаны), которые установлены выше маслосъемного кольца 3, что сократит потери масла на угар и уменьшит износ рабочих поверхностей колец и цилиндра 6.

Далее, по мере перемещения поршня 1 во второй половине его хода (следующие 90° поворота кривошипа) скорость V поршня 1 начинает уменьшаться вплоть до нулевого значения в нижней мертвой точке. За это время шатун 13 постепенно приближается к вертикальной оси z-z, а кулачок 20 поворачивается вместе с головкой 12 шатуна 13 вокруг центра качания О в обратную сторону, уже по часовой стрелке, удаляясь своей вершиной от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, в сторону верхней мертвой точки. При этом кулачок 20, упираясь в плоскую пластину 15 с ее нижней стороны, перемещает плоскую пластину 15 упругого элемента 14 вдоль продольной оси z-z поршня 1 к верхней мертвой точке (фиг.3). Гибкие упругие лепестки 16 упругого элемента 14 изгибаясь, выходят из поршневой канавки 2 через сквозные отверстия 17 как по направляющим внутрь поршня 1, перемещая радиальный многоугольный расширитель 9 в заколечном пространстве 7 от маслосъемного кольца 3 к задней стенки 19 поршневой канавки 2. Радиальное давление маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня 1 будет постепенно уменьшаться. Наименьшее радиальное давление Rmin маслосъемного кольца 3 будет наблюдаться в нижней мертвой точке, когда шатун 13 вместе с кулачком 20 займет вертикальное положение и его продольная ось совпадет с осью z-z поршня 1. В этом положении плоская пластина 15 упругого элемента 14 будет находиться на максимальном расстоянии от воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а радиальный многоугольный расширитель 9 под действием гибких упругих лепестков 16 переместиться в заколечном пространстве 7 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 19 поршневой канавки 2 (фиг.3). Скорость поршня 1 в этот момент равна нулю, а радиальное давление маслосъемного кольца 1 на стенку 5 цилиндра 6 будет по величине минимально необходимое Rmin для сохранения нужной толщины слоя масла на поверхности цилиндра 6 (фиг.3).

Постепенное уменьшение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 по ходу поршня пропорционально уменьшающейся скорости поршня 1. Такое согласование уменьшающегося давления маслосъемного кольца 3 с уменьшающейся скоростью поршня 1 приведет к тому, что между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и цилиндра 6 будет образовываться по ходу поршня необходимая и непрерывная масляная пленка требуемой одинаковой толщины. Это обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по всему ходу поршня и уменьшит износ рабочих поверхностей кольца 3 и цилиндра 6.

Работа предлагаемого маслосъемного устройства цилиндропоршневой группы при перемещении поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке одинакова, описанной работе, совершаемой маслосъемным устройством при перемещении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней. В начале движения поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней шатун 13 отклоняется влево от вертикальной оси z-z (фиг.4), причем как и при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней, в первые 90° поворота кривошипа шатун 13 удаляется от вертикальной оси z-z, а во вторые 90° поворота кривошипа шатун 13 приближается к вертикальной оси z-z. При этом в первой половине хода поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней кулачок 20, поворачиваясь вместе с головкой 12 шатуна 13 вокруг центра качания О по часовой стрелке, своей вершиной приближается к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а во второй половине хода поршня 1 удаляется от воображаемой радиальной плоскости, поворачиваясь вместе с головкой 12 шатуна 13 вокруг центра качания О против часовой стрелки. За это время в первой половине хода поршня 1 кулачок 20, контактирующий с нижней стороной плоской пластины 15 упругого элемента 14, опускает плоскую пластину 15 вдоль продольной оси z-z поршня 1 к воображаемой радиальной плоскости, проходящей через поршневую канавку 2, а затем во второй половине хода поршня 1 поднимает от радиальной плоскости к верхней мертвой точке.

В результате таких перемещений упругого элемента 14 гибкие упругие лепестки 16 плоской пластины 15 в первой половине хода поршня 1 соответственно входят через сквозные отверстия 17 поршня 1 в поршневую канавку 2 и перемещают радиальный многоугольный расширитель 9 к маслосъемному кольцу 3, постепенно увеличивая радиальное давление последнего на стенку 5 цилиндра 6, а во второй половине хода поршня 1 гибкие упругие лепестки 16 выходят из поршневой канавки 2 внутрь поршня 1, перемещая радиальный многоугольный расширитель 9 от маслосъемного кольца 3 к задней стенке 19 поршневой канавки 2, постепенно уменьшая радиальное давление многоугольного расширителя 9 на маслосъемное кольцо 3 и, следовательно, на стенку 5 цилиндра 6. Как и при движении поршня 1 от верхней мертвой точки к нижней максимальное радиальное давление Rmax маслосъемного кольца 3 при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней наблюдается в середине хода поршня 1, когда плоская пластина 15 и гибкие упругие лепестки 16 будут находиться в одной радиальной плоскости, а скорость поршня в этот момент максимальная Rmax (фиг.1, 4). В крайних положениях поршня 1, когда скорость поршня 1 равна нулю, радиальное давление маслосъемного кольца 3 минимальное Rmin (фиг.3, 5). Постепенное увеличение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 от минимального Rmin (фиг.3) в нижней мертвой точке до максимального Rmax в середине хода поршня (фиг.4), так же как и постепенное уменьшение радиального давления маслосъемного кольца 3 во второй половине хода поршня 1 от Rmax до R min в верхней мертвой точке (фиг.5) пропорционально скорости поршня. Таким образом, согласование изменений положения кулачка 20 головки 12 шатуна 13 с изменением скорости поршня 1 по его ходу дает нужное изменение радиального давления маслосъемного кольца 3 на стенку 5 цилиндра 6 и создает все условия для образования по ходу поршня 1 необходимой и непрерывной масляной пленки требуемой одинаковой толщины между рабочими поверхностями маслосъемного кольца 3 и стенкой 5 цилиндра 6. Это обеспечит жидкостное трение маслосъемного кольца 3 по всему ходу поршня 1 от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки.

Предлагаемое маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы позволит снизить расход масла на угар, увеличить надежность работы и срок службы кольца и цилиндра двигателя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Маслосъемное устройство цилиндропоршневой группы, содержащее в канавке поршня маслосъемное кольцо и радиальный многоугольный расширитель, а внутри поршня расположен упругий элемент в виде плоской пластины с выполненными по ее окружности гибкими упругими лепестками, проходящими через сквозные отверстия поршня в заколечное пространство и жестко связанными с радиальным многоугольным расширителем, отличающееся тем, что на верхней головке шатуна по оси шатуна в плоскости его качания жестко установлен кулачок, контактирующий с нижней поверхностью плоской пластины упругого элемента.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2395739

patent-2395739.pdf




Наверх