Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с устройством смазки компрессионных колец
Сущность: В нижней части цилиндров двигателя выполнен ряд вертикальных каналов, расположенных по окружности и сообщающихся с внутренним объемом картера. Вверху каналы оканчиваются на уровне верхней торцевой поверхности первого компрессионного кольца, когда поршень находиться в нижней мертвой точке. При этом, масляный туман, образующийся в картере во время работы двигателя, поступает через каналы к рабочим поверхностям колец и оседает на них. Результат: масло, оседающее на рабочих поверхностях компрессионных колец, обеспечивает смазку, исключая работу колец в условиях сухого трения. Повышается срок службы колец, особенно первого, и снижается износ цилиндра.
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в производстве четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.
Известно, что компрессионные поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания работают в тяжелых условиях, особенно первое (верхнее) кольцо. Во время тактов «рабочий ход» и «выпуск», первое кольцо непосредственно соприкасается с горячими газами и сильно нагревается. При сгорании топливной смеси в цилиндре, во время рабочего хода, сжигается и масляный слой на стенках цилиндра, в следствии этого, работа первого компрессионного кольца в такте «выпуск» происходит в режиме сухого трения. При этом коэффициент трения возрастает в 8-10 раз (М.И.Браславский, «Анализ влияния износа цилиндро-поршневой группы на параметры дизеля
». Труды ЛИВТ вып 
107 под ред. Н.К.Лопырева 1968 г.). Ввиду большей работы трения, кольцо еще больше нагревается (до 350-450°С). Температура стенок цилиндра достигает 100-120°С, что ограничивает интенсивность отвода тепла от кольца. В последующих тактах «впуск» и «сжатие», компрессионные кольца работают практически в условиях полусухого трения. Все это вызывает повышенный износ колец, особенно первого, и соответствующего участка цилиндра (Дьяченко Н.Х. И др. «Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания», учебник для вузов изд. «Машиностроение» 1979 г., Кузнецов А.В. «Устройство и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания», изд. «Высшая школа» 1984 г.).
Известна конструкция компрессионных колец с канавкой на рабочей поверхности для удержания масла. Недостаток этой конструкции в том, что при высокой температуре колец, происходит закоксовывание канавок и существенно ухудшается отвод тепла к стенкам цилиндра.
Известное техническое решение - покрытие рабочей поверхности первого компрессионного кольца пористым хромом, безусловно повышает его износоустойчивость (по разным источникам в 2,0-3,5 раза). Износ цилиндра при этом снижается незначительно. Ввиду того, что толщина пористого хрома составляет лишь 0,03-0,06 мм (при общей толщине хромированного слоя 0,1-0,15 мм), количество масла, удерживаемого в слое пористого хрома, не обеспечивает надежную смазку и достаточную износоустойчивость первого кольца.
Техническая задача на которую направлена заявляемая полезная модель - обеспечение надежной смазки рабочей поверхности компрессионных колец.
Решение поставленной задачи позволит устранить сухое трение при такте «выпуск» в паре «компрессионное кольцо - цилиндр», за счет уменьшения коэффициента трения снизить температуру верхнего кольца и повысить механический КПД двигателя. Дополнительная смазка рабочей поверхности верхнего кольца, в сочетании с пористым хромированием, повышает его износоустойчивость и снижает износ цилиндра.
Для достижения указанных результатов, внутри каждого цилиндра, в его нижней части, выполнен ряд вертикальных каналов, расположенных по окружности и сообщающихся внизу с внутренним объемом картера. Вверху каналы оканчиваются на уровне верхней торцевой поверхности первого компрессионного кольца при положении поршня в нижней мертвой точке (Н.М.Т). Количество каналов, их расположение по окружности цилиндра, ширина каналов и величина промежутков между ними, определяется для конкретного типа двигателя с учетом особенностей его конструкции. Глубина каналов выполняется максимально возможной, исходя из условий прочности нижней части цилиндра. Для исключения поломки колец, их необходимо фиксировать на поршне, так чтобы замки находились в промежутках между каналами и были смещены один относительно другого. Метод фиксации на усмотрение конструктора. Как вариант; компрессионные кольца фиксируются фигурной шпонкой, а маслосъемное скобой (Патент на изобретение RU 2212577 С1 20.09.2003).
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами представленными на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 изображен поршень 1 с компрессионными кольцами 2, цилиндр 3 с каналами 4. Поршень находится в нижней мертвой точке. Стрелками показан масляный туман.
На фиг.2 показано поперечное сечение нижней части цилиндра и ориентировочное расположение каналов. Н - ширина канала, h - ширина промежутка между каналами, L - глубина канала.
Устройство смазки компрессионных колец функционирует следующим образом: во время работы двигателя коленчатый вал и шатуны разбрызгивают горячее масло, возвращаемое в картер из системы смазки, в следствии чего, внутри картера образуется насыщенный масляный туман, заполняющий весь его внутренний объем. Поршень вместе с кольцами совершает возвратно - поступательное движение, при положении его в Н.М.Т., кольца находятся в области каналов (фиг.1), масляный туман, заполнивший каналы, оседает на стенках поршня и рабочих поверхностях колец по ширине каналов, в виде мельчайших капель масла. Благодаря своей текучести, масло через некоторое количество оборотов коленчатого вала двигателя «расползается» по всей рабочей поверхности колец, обеспечивая их смазку. Прорыв горячих газов в картер через каналы исключается, в следствии того, что открытие выпускного клапана происходит во время рабочего хода значительно раньше, чем поршень достигнет Н.М.Т. (двигатель ВА3-2108 за 47° до Н.М.Т, двигатель ЗИЛ - 130 за 67° до Н.М.Т), давление в цилиндре, при положении поршня в Н.М.Т, практически равно давлению в картере.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с устройством смазки компрессионных колец, содержащий цилиндры, установленные в них поршни с компрессионными кольцами и картер, отличающийся тем, что внутри каждого цилиндра, в его нижней части, выполнен ряд вертикальных каналов, расположенных по окружности и сообщающихся внизу с внутренним объемом картера, вверху каналы оканчиваются на уровне верхней торцевой поверхности первого компрессионного кольца при положении поршня в нижней мертвой точке.
