Поршень для двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: кольцевая вставка 1 с отверстиями 2 размещена б теле поршня 3, выполнена из высокотеплопроводного материала в виде оболочки с переменным радиусом кривизны, причем в зоне кромки 4 камеры сгорания 5 вставка выполнена концентричной, в зоне поршневых колец 6 - вогнутой, а конической 7 и вогнутый 11 участки вйтавки сопряжены выпуклым участком 12, при этом отверстия вставки в зоне вогнутого участка выполнены в виде прорезей 20, расположенных с равномерным шагом, осевые линии 21 прорезей 20 лежат в плоскостях 22, проходящих через ось 23 камеры 5, ширина перемычек 24 между прорезями 20 постоянна, а суммарная величина ширины всех перемычек 24 превышает длину окружности, образованную границей конического 7 и выпуклого 12 участков. Кольцевой участок 28 вставки 1 размещен между торцами 26 прорезей 20 и торцем 27. вставки 1 и выполнен без прорезей , Предлагаемая конструкция позволяет повысить долговечность поршня путем увеличения эффективности теплротводов от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршней колец. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. ел с

СОК?3;(?l3V. ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)с F 02 F 3/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ::,,„

17

2

11

2 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899779/06 (22) 08.01.91 (46) 15.04,93. Бюл. М 14 (71) Харьковский политехнический институт им. В,И.Ленина (72) А.Ф.Шеховцов, Ф.И,Абрамчук и B,А.Пылев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1560760, кл. F 02 Е 3/00, 1988. (54) ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57} Сущность изобретения: кольцевая вставка 1 с отверстиями 2 размещена в теле поршня 3, выполнена из высокотеплопроводного материала в виде оболочки с переменным радиусом кривизны, причем в зоне кромки 4 камеры сгорания 5 вставка выполнена концентричной, в зоне поршневых колец 6 — вогнутой, а конической 7 и вогнутый, 5Ц„, 1809144 А1

11 участки вставки сопряжены выпуклым участком 12, при этом отверстия вставки в зоне вогнутого участка выполнены в виде прорезей 20, расположенных с равномерным шагом, осевые линии 21 прорезей 20 лежат в плоскостях 22, проходящих через ось 23 камеры 5, ширина перемычек 24 между прорезями 20 постоянна, а суммарная величина ширины всех перемычек 24 превышает длину окружности, образованную границей конического 7 и выпуклого 12 участков. Кольцевой участок 28 вставки 1 размещен между торцами 26 прорезей 20 и торцем 27 вставки 1 и выполнен без прорезей, Предлагаемая конструкция позволяет повысить долговечность поршня путем увеличения эффективности теплоотводов от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршней колец. 1 э.п. ф-лы, 3 ил, 1S09144

20

40

50

Изобретение относится к двигателестроению и касается охлаждаемых поршней с камерой сгорания в поршне.

Цель изобретения — повышение долговечности работы поршня путем увеличения эффективности теплоотводы от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец.

Поставленная цель достигается следую. щими новыми признаками в сравнении с прототипом: — высокотеплопроводная вставка в зоне вогнутого участка снабжена дополнительными прорезями, осевые линии которых лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания, Выполнение прорезей таким образом позволяет увеличить эффективность теплоотвода от вогнутого участка за счет увеличения поверхности теплоотвода от вставки к основному материалу поршня при максимально возможном тепловом потоке от выпуклого участка вставки к вогнутому.

Увеличение поверхности теплоотвода от вставки к основному материалу поршня в зоне вогнутого участка осуществляется за счет выполнения в теле вставки дополнительных прорезей, через которые имеет возможность удаления воздуха из кокиля во время отливки поршня, что и обеспечивает качественную заливку высокотеплопроводной кольцевой вставки. Однако в зоне вогнутого участка количество .прорезей по сравнению с другими участками вставки необходимо резко увеличивать, что уменьшает площадь поверхности этого участка. Выполнение же прорезей таким образом, что их осевые линии лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания обеспечивает максимально возможный тепловой поток от выпуклого участка вставки к вогнутому.

Это объясняется тем, что при выполнении осевых линий прорезей под углом к вышеоговоренной плоскости, площадь поверхности перемычек между двумя соседними прорезями остается неизменной, а расстояние, проходимое тепловым потоком от границы между выпуклым и вогнутым участками до торца вставки со стороны вогнутого участка увеличивается, что уменьшает количество теплоты, проводимое к вогнутому участку, а следовательно,и теплоотвод от него.

Следовательно, выполнение прорезей предложенным образом позволяет повысить эффективность теплоотвода от вогнутого участка, что приводит к увеличению теплового потока вдоль высокотеплопроводной вставки в зону канавок второго и третьего поршневых колец. снижению температуры в зоне кромки камеры сгорания и повышению долговечности последней. — дополнительные прорези выполнены с равномерным шагом; — ширина перемычек между прорезями во всех сечениях. перпендикулярных оси камеры сгорания. постоянна.

Такая конструкция вставки обеспечивает качественную заливку высокотеплопроводной кольцевой вставки в зонах каждой из перемычек между прорезями вдоль всей длины прорези, что увеличивает поверхность теплоотвода от вставки к основному материалу поршня, позволяет увеличить эффективность теплоотвода от вогнутого участка вставки, тем самым повышая долговечность поршня. — суммарная величина ширины всех перемычек всех перемычек между прорезями превышает длину окружности, образованной границей конического и выпуклого участков.

B рассматриваемой конструкции поршня конический участок вставки служит для приема теплоты, отводимой от кромки камеры сгорания, выпуклый — для переноса этого количества тепла, а вогнутый — для передачи ее в зону канавок второго и третьего поршневых колец. Выполнение при этом суммарной ширины всех перемычек между прорезями в зоне вогнутого участка не меньшей, чем длина окружности, образованная границей конического и выпуклого участков способствует эффективному теплопереносу от конического участка к вогнутому, т.е. к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, что снижает температуру как в зоне первого поршневого кольца, гак и в зоне кромки камеры сгорания, и тем самым повышает долговечность поршня, Это объявляется тем, что в зоне выпуклого участка высокотеплопроводная кольцевая вставка расположена по направлению максимального теплового потока, что практически исключает теплоотвод от выпуклого участка к зоне канавки первого поршневого кольца.

В противном случае, при выполнении суммарной ширины всех перемычек между прорезями вогнутого участка меньшей, чем длина окружности, образованная границей конического и выпуклого участков приводит к уменьшению теплоотвода к вогнутому участку, изменению первоначальным тепловых потоком и отводу части теплоты от вставки в зоне выпуклого участка, т.е. к канавке первого, более теплонагруженного поршневого кольца, и в конечном итоге к повышению температуры как в зоне вышеуказанной канавки так и в зо>1е кр(1 1111 9а61 пы сгорания, что снижает долгове«н(1сть порцшя, между торцами дополнительных прорезей. обращенных к орцу вставки со стороны вогнутого участка и этим торцем имеет место кольцевой участок без прорезей.

Вследствие высокой теплопроводности материала вставки тепловой поток иэ перемычек между прорезями направлен в окружном направлении по кольцевому участку вставки, что обеспечивает увеличенную площадь поверхности теплоотвода. а следовательно,и теплоотвод от вогнутого участка вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, что повышает долговечность поршня.

Таким образом, данная конструкция имеет иное функциональное назначение.

На фиг, t показан общий вид поршня со вставкой и камерой сгорания; на фиг, 2— общий вид вставки; на фиг. 3 — показано то же, вид сверху.

Кольцевая вставка 1 с отверстиями 2 размещена в теле поршня 3. Вставка выполнена с переменным радиусом кривизны и расположена между кромкой 4 камеры сгорания 5 и зоной поршневых колец 6 таким образом. что в зоне кромки 4 вставка 1 выполнена в виде конического участка.7, средняя линия 8 поперечного сечения которого совпадает с биссектрисой угла р между поверхностями 9 и 10, образующих кромку 4, а в зоне поршневых колец 6 вставка выполнена вогнутой, при этом вогнутый участок

11 и конический участок 7 вставки 1 сопряжены выпуклыми участками 12. Средняя линия 13 поперечного сечения вогнутого участка 11 вставки 1 выполнена радиусом

R1 равным 0,15-0,3 диаметра 0 поршня 3, причем центр А радиуса R1 расположен на образующей 14 боковой поверхности поршня 3, а точка пересечения средней линии 13 поперечного сецения вогнутого участка 11 вставка 1 и образующей 14 боковой поверхности поршня 3 равноудалена от второй канавки 15 и третьей канавки 16 поршневых колец (не показаны), При этом средняя линия 17 поперечного сечения выпуклого участка 12 вставки 1 выполнена радиусом R0, . равным

Й2 = (0,9„.1.1) D т<л 360

В зоне вогнутого участка 11 вставке 1 снабжена прорезями 20, выполненными с равномерным шагом g> так, что осевые линии 21 прорезей 20 лежит в плоскостях 22, проходящих через ось 23 камеры сгорания

5, ширина С перемычек 24 между прорезями

20 во всех сечениях, перпендикулярных оси

23 камеры сгорания 5, постоянна, а суммарная величина ширины С всех перемычек 24 превышает длину окружности 25 границы между коническим участком 7 и выпуклым участком 12 вставки 1, при этом между торцами 26 прорезей 20 вогнутого участка 11, обращенного к торцу 27 вставки 1 со сторо15 ны вогнутого участка 11 и торцем 27 имеет место кольцевой участок 28, прорези на котором отсутствуют.

Во время работы двигателя внутрениаго сгорания тепловой поток от газов в зоне

20 кромки 4 камеры сгорания 5 воспринимается поверхностями 9 и 10 и далее теплопроводностью направляется к коническому участку 7 вставки 1. Вследствие того. что в зоне кромки 4 вставка выполнена в виде

25 конического участка 7, средняя линия в поперечном сечении которого совпадает с биссектрисой угла р кромки 4, теплоотвод от поверхностей 9 и 10 к вставке 1 является равнозффективным. Так как вставка 1 вы30 полнена из высокотеплопроводного материала, то тепло от кромки 4 быстро отводится-по вставке 1 к более холодной зоне поршневых колец 6, При этом вставка

1 выполнена с переменным радиусом кри35 визны так, что в зоне кромки 4 камеры cloрания 5 вставка выполнена в виде конического участка 7, средняя линия 8 поперечного сечения которого проходит по биссектрисе угла р ккррооммкки и 44, à в зоне пор40 LUHBBblx колец 6 вставка выполнена вогнутой, и вогнутый участок 11 с коническим участком 7 сопряжены выпуклым участком

12. Геометрические размеры вставки таковы, что средняя линия 13 поперечного сече45 ния вогнутого участка 11 вставки 1 выполнена радиусом Rl, равным 0,15-0,3 диаметра D поршня 3, причем центр А радиуса

Rl расположен на образующей 14 боковой поверхности поршня 3, а средняя линия 17

50 поперечного сечения выпуклого участка 12 вставки 1 выполнена радиусом Rz, равным

Rz = <0.9...1,1)0 Йр/360

55 где D — диаметр поршня 3, p — угол кромки 4 камеры сгорания 5, т.е. расположение вставки 1 практически совпадет с поверхностью 18, направленной перпендикулярно иэотермам 19 в теле поршня 3. где D — диаметр поршня 3.

p— - угол кромки 4 камеры сгорания 5, За счет этого расположение вставки 1 в теле поршня 3 практически совпадает с поверхностью 18, направленной перпендикулярно изотермам 19, в результате чего тепловой поток вдоль вставки является наиболее эффективным.

Вследствие этого, что в зоне вогнутого участка 11 вставки 1 выполнены прорези 20 так, что осевые линии 21 прорезей 20 лежат в полости 22, проходящих через ось 23 камеры сгорания 5, тепловой поток от выпуклого участка вставки к вогнутому является максимальным при одновременном обеспечении максимальной площади теплоотвода от вставки 1 в зоне вогнутого участка 11 к телу поршня 3 за счет обеспечения качественной заливки вставки 1 в зоне вогнутого участка 11.

Так как прорези 20 выполнены с равномерным шагом у, а ширина перемычек с между прорезями 20 во всех сечениях, перпендикулярных оси 23 камеры сгорания 5 постоянна, то качественная заливка вставки

1 обеспечивается вдоль всех перемычек 24 вогнутого участка 11, что обеспечивает наибольшую площадь теплоотвода от вставки 1 вдоль всех перемычек 24.

За счет того, что суммарная величина ширины С всех перемычек 24 между прорезями 20 превышает длину окружности 25, образованной границей конического 7 и выпуклого 11 участков, а вставка 1 размещена перпендикулярно изотермам I9, тепловой поток от конического участка 7 к вогнутому является максимально эффективным.

Так как между торцами 25 прорезей 20 вогнутого участка 11 и торцем 27 вставки со стороны этого участка имеет место кольцевой участок 28 без прорези, то вследствие высокой теплопроводности материала вставки 1 часть теплового потока из перемычек 24 между прорезями 20 направлена вдоль кольцевого участка 28 вставки 1 и далее к зоне 6 канавок 15, 16 второго и третьего поршневых колец, а часть — из перемычек 24 между прорезями 20 непосредственно в зону 6 канавок поршневых колец

15, 16, Следовательно, теплоотвод от вогнутого участка 11 вставки 1 в зон 6 канавок

15, 16 поршневых колец увеличивается.

При этом теплоотвод от кромки 4 будет осуществляться через менее нагретые ка5 навки 15, 16 поршневых колец с наибольшей эффективностью, что приводит к снижению температуры в зоне кромки 4 поршня 3 и повышению его долговечности.

Отверстия 2 служат для надежного

10 крепления вставки 1 в теле поршня 3.

Формула изобретения

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания с кромкой и соосную с ней кольцевую тонко15 стенную вставку из высокотеплопроводного материала с переменным радиусом кривизны и с отверстиями, выполненными в ее стенках, размещенную в теле поршня в зонах кромки камеры сгорания и поршневых

20 колец, причем в зоне кромки и камеры сгорания она выполнена конической, средняя линия поперечного сечения вставки в зоне кромки камеры сгорания совпадет с биссектрисой угла кромки. в зоне поршневых ко25 лец вставка выполнена вогнутой, а остальная часть вставки выполнена выпуклой,отл ича ю щийс я тем, что, с целью повышения долговечности путем увеличения эффективности теплоотвода от кольце30 вой вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, отверстия вставки в зоне вогнутого участка выполнены в виде прорезей и размещены с равномерным шагом так, что осевые линии прорезей

35 лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания, ширина перемычек между прорезями во всех сечениях, перпендикулярных оси камеры сгорания постоянна, а суммарная величина ширины всех перемы40 чек превышает длину окружности границы между коническим и выпуклым участками вставки.

2.Поршеньпоп. 1, отл и ча ю щийс я тем, что вставка со стороны торца

45 имеет кольцевой сплошной участок.

1809144

Составитель А.Шеховцов

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор

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

Заказ 1271 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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