Составной поршень двигателя внутреннего сгорания

 

1. СОСТАВНОЙ ПОРИЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержа1ЦИЙ головку и корпус, связанные между собой сквозными болтами, и размещенный между головкой и корпусом пакет пластин, отличаю щий с я тем, что, с целью повышения на .дежности путем снижения теплонапряженности корпуса, болты снабжены J J/ теплоизолирующими втулками, причем геометрические параметры втулок и пакета пластин выполнены в соответствии с соотношением 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

MS>) F 02 F 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ CBNQETERbCTBY

И \

° °

° ° Ю

An.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3588362/25-06 (22) 08.02 ° 83 (46) 15.12.84. Бил. 9 46 (72) A.Ô.Иеховцов, Ф.И.Абримчук и A.Н.Журавлев (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621.43-242 (088.8) (56) 1, Заявка ФРГ Р 2757668, кл. F 02 F 3/00, опублик. 1978. (54)(57) 1 . СОСТАВНОЙ ПОРИЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий головку и корпус, связанные меж ду собой сквозными болтами, и размещенный между головкой и корпусом пакет пластин, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения надежности путем снижения теплонапряженности корпуса, болты снабжены теплоизолирующими втулками, причем геометрические параметры втулок и пакета пластин выполнены в соответствии с соотношением

0 = (0,2 — 2,5)Ь,ш, где 0 — толщина стенки втулки; толщина пакета пластин.

2. Поршень по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что наружная и/или внутренная поверхность втулок снабжены канавками, 3 ° Поршень по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю шийся тем, что канавки выполнены продольными.

4. Поршень по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что, ка- Е навки выполнены кольцевыми и расположены концентрично оси втулки.

1129396

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в высокофорсированных и адиабатных двигателях, 4 .Известен составной поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку и корпус, связанныЕ между собой сквозными болтами, и размещенный между головкой и корпусом пакет -пластин (1g .

Недостатком известной конструкции является то, что ввиду малой длины крепежного элемента он имеет такое температуросопротивление, которое, в свою очередь, повышает тем- 35 пературу корпуса поршня и снижает его надежность, а также увеличивает старение и угар масла, Кроме того, поршень имеет изменяющийся в процес се работы натяг в соединении голов- 20 ка — корпус, который не компенсируется за счет температурных деформаций болта из-за его малой длины.

Цель изобретения — повышение надежности путем снижения теплонапря- 25 женности корпуса (его температуры в месте контакта с болтом).

Поставленная цель достигается тем, что в составном поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку и корпус, связанные между собой сквозными болтами, и размещенный между головкой и корпусом пакет пластин, болты снабжены теплоизолирующими втулками, причем герметичес.кие параметры втулок и пакета плас- 35 тин выпо нены в соответствии с соотношением (О, 2 — 2, 51" ии, где Π— толщина стенки, втулки, 40 толщина пакета пластин.

Кроме того, наружная и/или внутренняя поверхности втулок снабжены канавками.

При этом канавки могут быть выполнены продольными либо кольцевыми, расположенными концентрично оси втулки.

На фиг.1 показан поршень, общий вид, на фиг.2 — вид части поршня с втулками, имеющими продольные канавки, и упругим элементом, установленным между корпусом и гайкой; на фиг.3 - то же, со втулкой, имеющей кольцевые канавки, на фиг.4 — втулка с продольными канавками, располо.женными на внутренней поверхности;на фиг.5 — то же,с продольными канавками на внутренней и наружной поверхностях;на фиг.б — втулка с поперечными канавками, расположенными на внутрен- 60 ней поверхности; на фиг.7 — то же, с поперечными канавками, расположенными на внутренней и наружной поверхностях; на Лиг.8 — зависимости коэффициента адиабатности Ма и дей

При этом толщина стенки втулки составляет 0,20-2,5 толщины пакета пластин, длина — 0,1 — 0,8 длины болта, причем толщина пакета пластин выполнена исходя из коэффициента адиабатности стенки

4 и ЧР Чи

К 1- — р ад где w (g „„ - потенциальная плотность теплового пои тока в поршень, ес(т-р ли величина .Š— Я;)

) бесконечно мала, а;-= — 4, ? — 4, Р п г =1 Х; (Й. + — -термическое сопроФ тивление поршня;

Мг — средний коэффициент теплоотдачи от газов к поршню;

m — количество деталей в цепочке от газон до системы охлаждения (голонка пакет пластин, корпус поршня, кольцо, гильза цилиндра); толщина -той детали, коэффициент теплопроводности материала i -той детали, ствительной плотности теплового пс тока в поршень и от термического сопротивления поршня 3„

Поршень (фиг.1) состоит из корпуса 1,поршня, головки 2 поршня, соединеннык между собой четырьмя или более болтами З.В теле поршня 1 выполнены отверстия 4 для болтов 3, выточки 5 под втулки б, а также вы- . точки 7 для пакета тонких пластин 8.

В головке 2 поршня с камерой сгорания 9 выполнены отверстия 10 для болтов 3, выточки 11 под втулки б, а также выточки 12 под голонки болтов 3. В пакете пластин 8 выполнены отверстия 13 под втулки б. Болт 3 устанавливают с одной стороны в ныточке 12 и отверстии 10 головки 2 поршня, с другой †. в отнерстия 4 корпуса поршня, причем между болтом 3 и корпусом поршня 1 выполнен зазор 14. В корпусе 1 поршня в выточке 15 установлена втулка 1б (фиг.2) . Ha конце болта 3 насажена,гайка 17, а между гайкой 17 и корпусом поршня установлен упругий элемент, например пружина 18. Втулка б имеет канавки 19, выполненные на ннутренней поверхности 20 (фиг.4 и б) или на внутренней 20 и наружной 21 цилиндрических поверхностях (AHF,5 и 7). Канавки 19 выполнены продольными (фиг.4 и 5) или кольцевыми (фиг.б и 7) .

1129396

К; — контактное термическое сопротивление между -той и (+1)-й деталями, коэААициент теплоотдачи от гильзы цилиндров в охлаждающую среду; средняя результирующая по теплопередаче температура 10 газа в цилиндре двигателя; температура охлаждающей среды; с д — действительная 15 плотность теплового потока в поршень.

Длина болта составляет не менее 12 толщин пакета пластин.

Из приведенной на Аиг.8 зависимости коэффициента адиабатности поршня а и действительной плотности теплового потока в поршень „ от термического сопротивления поршня g„ видно, что коэффициент адиабатности может быть повышен эа счет увеличения термического сопротивления поршня Я . Так как поршень воспринимает нагрузки от сил давления газов, то для увеличения термического сопротивления здесь можно применять пакет тонких пластин.

Поршень работает следующим образом.

К поверхностям головки 2 и бол- 35 тов 3, образуют.им поверхность камеры сгорания, от газов подводится тепловой поток. Головка 2 выполнена из низкотеплопроводного материала, а болт 3 из стали, имеющей коэффициент 40 теплопроводности в 5-10 раз больше, чем материал головки 2. Тепловой поток проходит с одной стороны через головку 2, пакет пластин 8, тело поршня 1, суммарное термическое сопротивление которых выбрано из условия

Ф

= 0.9. а4

С другой стороны тепловой поток идет через болт 3 и отводится частично в корпус 1 поршня, а частично в масло. Теплопроводность болта 3 больше теплопроводности головки 2 поршня, следовательно на равном расстоянии от тепловоспринимающей поверхности их температуры различны.

Разница (градиент) температур болта 3 и соединяемых деталей 1, 2, 8 достигает 200-300ОC. Для устранения локального перегрева соединяемых деталей болт 3 установлен по всей длине с зазором до 1 мм. Центровка соединяемых болтом 3 деталей 1, 2, 8 осуществляется втулкой 6 длиной 0,10,8 длины болта. Поскольку толщина стенки втулки составляет 0,20-2,5 толщины пакета пластин, она является теплоизолятором и не позволяет теплу передаваться от головки 2 к болту 3 и от болта к корпусу поршня 1.

На наружной 21 и внутренней 20 поверхностях оболочки 6 выполнены канавки 19 продольные (Фиг.4 и 5)и поперечные (Фиг.6 и 7) . Чродольные канавки 19 выполнены в оболочках при установКе дополнительного упругого элемента 18 (Аиг.2). Кольцевые канавки 19 обЕспечивают, кроме указанных качеств (центровки, теплоизоляции), заданную продольную податливость, т.е. втулка 6 выполняет роль упругого элемента (фиг.3) .

Таким образом, предложенная конструкция поршня является более надеж- . ной по сравнению с известными,так как имеет сниженную теплонапряженность, достигаемую уменьшением температуры корпуса вместе контакта с болтом.

1129396

f2

11

РигЗ

1 20

Фиг.5

1129 196 т

1 10 pl

0,6 гк

Т

Яп.В

Составитель В Лобанов"

Редактор М.Колб Техред О.Ващишина Корректор Л.Пилиненко акаэ 9426/28 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного:комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал,ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4