Поршень двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: область двигателестроения, а именно конструирование и изготовление поршней двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, позволяет повысить долговечность путем интенсификации охлаждения. Сущность 1 изобретения: поршень имеет кольцевую полость охлаждения, выполненную в головке 1, образованную внутренней 4 и наружной 5 частями с общим основанием 6. При этом соотношение высот и объемов этих частей подобрано таким образом, что происходит дифференциация объемов поступающего в полость охлаждения охладителя по наружной и внутренней частям в зависимости от сил инерции, действующих на поршень с одной стороны, и происходит снижение гидравлических сопротивлений прохождению охладителя по полости и более рациональное распределение потока охладителя за счет конфигурации полости охлаждения - с другой. 2 ил. Ј ч| ел со ю ел ON GO

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)1 F 02 F 3/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТ КР Ы1 И ЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4927039/06 (22) 15.04,91 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 (75) А.Н, Шалай, И.В. Костылев, Т.Т. Гончаров, Г,Г, Меньшенин и Б.И, Масалов (/3) Научно-техническое предприятие "Мотортехника" (54) ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: область двигателестроения, а именно конструирование и изготовление поршней двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, позволяет повысить долговечность путем интенсификации охлаждения, Сущность

„„SlyÄÄ 1753956 А3 изобретения: поршень имеет кольцевую полость охлаждения, выполненную в головке

1, образованную внутренней 4 и нар, жной

5 частями с общим основанием 6. При этом соотношение высот и объемов этих частей подобрано таким образом, что йроисходит дифференциация объемов поступающего в полость охлаждения охладителя по наружной и внутренней частям в зависимости от сил инерции, действующих на поршень с одной стороны, и происходит снижение гидравлических сопротивлений прохождению охладителя по полости и более рациональное распределение потока охладителя за счет конфигурации полости охлаждения — с другой. 2 ил, Х

1753956

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям поршней двигателей внутреннего сгорания, охлаждаемых жидкой средой.

Известен охлаждаемый поршень двигателя внутреннего сгорания, у которого с целью повышения интенсивности охлаждения в полости охлаждения установлен защитный элемент с кольцевыми ребрами, обращенными внутрь полости охлаждения, причем защитный элемент выполнен из материала с большим коэффициентом теплопроводности, чем материал поршня (авторское свидетельство СССР М 1262079, кл. F 02 F 3/20, 1981).

Недостатком данного технического решения является то, что в нем нерациональ.но используются потенциальные возможности охладителя и конфигурация полости охлаждения с размещенным в ней защитным элементом, данная конструкция поршня позволяет интенсивно охлаждать только часть головки, непосредственно контактирующую.с защитным элементом, ввиду чего возникает инградиенттемператур между теплопередающими поверхностями головки со стороны камеры сгорания и со стороны расположения поршневых колец, что негативно сказывается на надежности конструкции и ее долговечности.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (авторское свидетельство СССР М 1219836, кл, F 02 F 3/14, 1984) является поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища.

Данное техническое решение позволяет эффективно охлаждать лишь верхнюю часть головки в области кромки камеры сгорания и недостаточно снижает температуру в области поршневых колец, что не может являтъся : гарантией долговечной работы поршня при повышенных тепловых нагрузках из-за недостаточной эффективности и интенсивности охлаждения наиболее теплонапряженной части поршня.

Целью изобретения является повышение долговечности путем интенсификации процесса охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что

- в поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку с камерой сгорания в

50 днище и выполненную в головке кольцевую

IlollocTb охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, обьединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным в стенке последней со стороны днища, высота части полости охлаждения со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания. составляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограниченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня, проходящей от дна общего основания на расстоянии

0,65 — 0,75 высоты наружной части полости.

На фиг. 1 показан поршень двигателя внутреннего сгорания с полостью охлаждения, разрез; на фиг.? — форма полости охлаждения.

Поршень содержит головку 1 с камерой

2 сгорания в днище 3 и кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней 4 и наружной 5 частями с общим основанием 6, Части полости со стороны днища 3 разделены кольцевым выступом 7. обращенным внутрь полости охлаждения. Высота Hz внутренней части 4 полости со стороны камеры 2 сгорания (наиболее теплонапряженного участка поршня) составляет (не менее)

1,5 высоты Н1 наружной части 5 полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2 — 0,5 объема полости, ограниченного общим основанием 6 и плоскостью, перпендикулярной оси 8 поршня, проходящей от дна общего основания 6 на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости охлаждения.

Поршень работает следующим образом.

С помощью оптимально подобранных сечений подводящих и сливных каналов (не показаны) или другим способом поддерживается относительный уровень охладителя (масла), составляющий не менее 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости. Такой уровень практически стабилизирует гидравлические потери во время прохождения охладителя вдоль полости охлаждения. При этом относительный уровень заполнения части 4 полости (внутренней), обращенной в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составит 0,2-0,5, т.е. уровень, оптимальный для охлаждения взбалтыванием, При смене направления сил инерции, перемещение вдоль оси 8 поршня основной массы охладителя ограничивается наружной частью 5 полости с меньшей высотой, поэтому охладитель продвигается вдоль по1753956 лости охлаждения беэ значительного дополнительного сопротивления, что улучшает процесс сменяемости охладителя. Остальной охладитель попадает во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорания поршня, имеющую наибольшую высоту, и совершает колебательные движения с большей амплитудой, что повышает интенсивность теплообмена. Несмотря на то, что охладитель, попадающий во внутреннюю часть 4 полости, направленную всторону камеры 2 сгорания,,вследствие колебательного движения с большей амплитудойэа цикл смены направлениясил инерции, отстает в продвижении вдоль полости от охладителя, остававшегося в наружной части 5 полости с меньшей высотой, он не перегревается, так как хорошо пере-. мешивается и отдает тепло остальному, составляющему большую часть объема, охладителю, Объем внутренней части 4 полости, обращенной в сторону камеры 2 сгорания, т.е. в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составляет 0,2-0,5 от объема полости, ограниченного общим основанием 6 и плоскостью, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65 — 0,75 высоты наружной части 5 полости, т,е, составляет обьем не более 0,5 от обьема охладителя, заполняющего полость. В противном случае основная масса охладителя будет иметь возможность совершать колебательные движения с большей амплитудой, что приведет к дополнительному гидравлическому сопротивлению, потерям при прохождении охладителя вдоль полости и перегреву охладителя.

Таким образом, предлагаемая конфигурация полости охлаждения позволяет улучшить эффективности охлаждения за счет снижения гидравлических потерь при прохождении охладителя вдоль полости охлаждения и оптимизации условий теплообмена в наиболее теплонапряженной зоне поршня, что и является критерием повышения долговечности конструкции.

Пример. В поршне двигателя 8ДВТ5 330 с помощью предварительной механической обработки и электронно-лучевой сварки была выполнена полость охлаждения из двух частей, обьединенных общим основанием. Высота одной части полости

10 составляет 14 мм, другой части, обращенной в сторону кромки камеры сгорания, 21 мм, а объем составляет 0,28 от объема полости, ограниченного общим основанием и плоскостью, перпендикулярной к оси порш15 ня, проходящей на расстоянии 10,5 мм до дна общего основания, Эксплуатация показала, что температура в области кромки камеры сгорания снизилась на 20-25 по сравнению с серийным поршнем, имеющим

20 полость охлаждения в виде овала высотой

20 мм и шириной 10 мм, Формула изобретения

Поршень двигателя внутреннего сгора25 ния, содержащий головке с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, 30 расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища, о т л и ч а ю щ и35 и с я тем, что, с целью повышения долговечности путем интенсификации процесса охлаждения. высота части полости охлаждения со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания, со40 ставляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограниченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня. проходя45 щей от дна общего основания на расстоянии

0,65-0,75 высоты наружной части полости.

1753956

Составитель А,Шалай

Редактрр О.Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор Е.Папп

Заказ 2778 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101