Способ оптимизации диаметральных зазоров между штампованным поршнем и цилиндром двигателя в холодном состоянии

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при усовершенствовании условий смазки и оптимизации конструктивных параметров деталей цилиндро-поршневой группы ДВС. В способе оптимизации диаметральных зазоров между штампованным поршнем и цилиндром двигателя дополнительно производят измерение момента срыва масляного слоя на уровне микронеровностей, оценивают режим полужидкостного трения, и наконец, устойчивый непрерывный контакт с фиксацией его продолжительности по углу поворота коленчатого вала двигателя. Изобретение позволяет приблизить геометрические характеристики двигателя, в частности диаметральные зазоры между поршнем и цилиндром к оптимальным.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано при совершенствовании условий смазки и оптимизации конструктивных параметров деталей цилиндро-поршневой группы ДВС.

Известен способ оптимизации деталей цилиндро-поршневой группы ДВС, заключающийся в том, что двигатель выводят на заданный режимы и измеряют толщину масляного слоя между поршнем и цилиндром двигателя (Авт.св. СССР N 1067390, кл. G 01 М 15/00, 1982).

Данный способ не позволяет измерять малые толщины масляного слоя с заданной точностью.

Известен способ оптимизации характеристик деталей цилиндро-поршневой группы ДВС, принятый в качестве прототипа и заключающийся в том, что двигатель выводят на заданный номинальный режим и измеряют толщину масляного слоя между поршнем и цилиндром двигателя, причем измерение толщины масляного слоя и его нарушение, кратковременный или устойчивый контакт производят дискретно в сечениях между зонами остановки головки поршня в наружной мертвой точке и юбки поршня во внутренней мертвой точке, измеряют температуру головки поршня и сравнивают измерения значения толщины масляного слоя и характера трения, а также температуру с эталонными значениями для данного типа двигателя, при их несоответствии производят уточнение диаметральных зазоров по отдельным зонам поршня и цилиндра и повторяют испытания до получения результатов, соответствующих эталонным (см.патент РФ N 2037802, кл. G 01 М 15/00,1995).

Известный способ, хотя и позволяет в достаточной степени оптимизировать геометрические характеристики цилиндро-поршневой группы ДВС с учетом их состояния при работе двигателя, но при изготовлении поршней методом штамповки не учитывает прочностных факторов изделия при данном технологическом процессе, что в итоге негативно влияет на конечные рабочие параметры цилиндро-поршневой группы и ДВС в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа, позволяющего приблизить геометрические характеристики двигателя,в частности диаметральные зазоры между поршнем и цилиндром, к оптимальным и, как следствие, улучшить такие характеристики самого двигателя, как уменьшение расхода топлива, снижение шума и токсичности отработавших газов.

Это достигается за счет того, что в способе оптимизации диаметральных зазоров между штампованным поршнем и цилиндром двигателя в холодном состоянии, заключающемся в том, что двигатель выводят на заданный номинальный режим и измеряют толщину масляного слоя между поршнем и цилиндром двигателя, причем измерение толщины масляного слоя и его нарушение, кратковременный или устойчивый контакт производят дискретно в сечениях между зонами остановки головки поршня в наружной мертвой точке и юбки поршня во внутренней мертвой точке, измеряют температуру головки поршня и сравнивают измерения значения толщины масляного слоя и характера трения, а также температуру с эталонными значениями для данного типа двигателя, при их несоответствии производят уточнение диаметральных зазоров по отдельным зонам поршня и цилиндра и повторяют испытания до получения результатов, соответствующих эталонным, дополнительно производя измерения момента срыва масляного слоя на уровне микронеровностей, в дальнейшем оценивают режим полужидкостного трения, и, наконец, устойчивый непрерывный контакт с фиксацией его продолжительности по углу поворота коленчатого вала двигателя.

Способ реализуется следующим образом.

Двигатель выводят на заданный номинальный режим. Измеряют толщину масляного слоя между поршнем и цилиндром двигателя. Затем дискретно в сечениях между зонами остановки головки поршня в наружной мертвой точке и юбки поршня во внутренней мертвой точке производят измерение толщины масляного слоя и его нарушение кратковременный или устойчивый контакт.

Измеряют температуру головки поршня и сравнивают измерения значения толщины масляного слоя и характера трения, а также температуру с эталонными значениями для данного типа двигателя.

При несоответствии измеренных величин производят уточнение диаметральных зазоров по отдельным зонам поршня и цилиндра и повторяют испытания до получения результатов, соответствующих эталонным.

Дополнительно производят измерения момента срыва масляного слоя на уровне микронеровностей, в дальнейшем оценивают режим полужидкостного трения, и, наконец, устойчивый непрерывный контакт с фиксацией его продолжительности по углу поворота коленчатого вала двигателя.

Как показала практика, применение способа штамповки поршней повышает их термостойкость в 3-4 раза, улучшает также физико-механические свойства металла: предел текучести, прочностные характеристики, теплопроводность, а также позволяет уменьшить высоту головки и общую массу поршня. При снижении массы уменьшается интенсивность перекладок поршня, шумность двигателя и расход топлива.

Таким образом, при применении поршней, изготовленных методом штамповки, в качестве одного из параметров оптимизации профиля боковой поверхности юбки поршня и тем самым диаметральных зазоров между поршнем и цилиндром является такой параметр как момент срыва масляного слоя на уровне микронеровностей и контакт с фиксацией его продолжительности. Учет данных параметров позволил резко сократить величину радиальных зазоров в цилиндро-поршневой группе ДВС.

Как показала практика проектирования, изготовления и реализация конструкции деталей двигателя согласно настоящему способу оптимизации для штампованного поршня эталонные значения толщины масляного слоя допустимы 4-6 мкм. По головке поршня возможен режим срыва масляного слоя (дребезг) без устойчивого контакта. Это допустимо, так как термостойкость штампованного поршня по сравнению, например с литым, значительно выше. Кроме того, прочностные характеристики, теплопроводность, предел текучести у штампованного поршня таковы, что при срыве масляного слоя на уровне микронеровностей срывания и сваривания поверхностей не происходит.

Формула изобретения

Способ оптимизации диаметральных зазоров между штампованным поршнем и цилиндром двигателя в холодном состоянии, заключающийся в том, что двигатель выводят на заданный номинальный режим и измеряют толщину масляного слоя между поршнем и цилиндром двигателя, причем измерение толщины масляного слоя и его нарушение, кратковременный или устойчивый контакт производят дискретно в сечениях между зонами остановки головки поршня в наружной мертвой точке и юбки поршня во внутренней мертвой точке, измеряют температуру головки поршня и сравнивают измерения значения толщины масляного слоя и характера трения, а также температуру с эталонными значениями для данного типа двигателя, при их несоответствии производят уточнение диаметральных зазоров по отдельным зонам поршня и цилиндра и повторяют испытания до получения результатов, соответствующих эталонным, отличающийся тем, что дополнительно производят измерения момента срыва масляного слоя на уровне микронеровностей, в дальнейшем оценивают режим полужидкосного трения, и, наконец, устойчивый непрерывный контакт с фиксацией его продолжительности по углу поворота коленчатого вала двигателя.