Поршень с каплевидной канавкой



Поршень с каплевидной канавкой
Поршень с каплевидной канавкой
Поршень с каплевидной канавкой
Поршень с каплевидной канавкой

 


Владельцы патента RU 2534761:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Поршень с канавкой согласно изобретению имеет на профиле боковой поверхности днища поршня каплевидную канавку, нарезанную на расстоянии 2-3 мм от огневого днища под углом 22° относительно оси поршня с общей длиной 12-13 мм и имеющую сферическое основание радиусом r = 1,5 мм. Изобретение обеспечивает улучшение компрессионных качеств соединения поршень-гильза цилиндра, увеличение степени сжатия, улучшение сгорания топливно-воздушной смеси, снижение токсичности отработанных газов, повышение мощности двигателя. 4 ил.

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Известны конструктивные решения и разработки, решающие проблему повышения компрессии и снижения прорыва отработанных газов (ОГ) в картер двигателя. Чаще всего данная проблема решается через конструктивные разновидности компрессионных колец, различные канавки в поршне для сбора масла и снятия нагара со стенок цилиндра.

Однако какими бы ни были по конструктивному решению формы кольца, прорыв ОГ в основной массе происходит через замки на кольцах и зазор между поршневой канавкой и кольцами. В силу этого наблюдается снижение давления в камере сгорания, рост содержания вредных веществ в ОГ и снижение мощности ДВС.

Кроме того, решение рассматриваемой проблемы через совершенствование технологии изготовления (плотность прилегания колец, шероховатость внутренней поверхности цилиндровой гильзы и наружной поверхности поршня) особо не сказывается на снижении прорыва газа. Попытки повлиять на повышение компрессии через конструкции поршня (бочкообразность, конусность, понижение диаметра в головке поршня) не приводят к желаемым результатам.

Ближайший прототип поршня с L-образным сечением кольца для дизеля (3) может обеспечить повышение компрессии и снижение прорыва отработанных газов в картер двигателя. Осуществляется это за счет увеличения силы прижатия кольца к стенкам цилиндра отработанными газами, поступающими на поверхность L-образного сечения кольца.

Однако такое решение проблемы имеет ряд существенных недостатков:

1) повышенный неравномерный износ кольца и цилиндровой гильзы по периметрам за счет различной степени распирания кольца (утечка газа через замок);

2) повышенное снятие нагара со стенок цилиндра и, как следствие, преждевременное закоксовывание компрессионного кольца.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение компрессионных качеств соединения поршень-гильза цилиндра, увеличение степени сжатия, улучшение сгорания топливо-воздушной смеси, снижение токсичности ОГ, повышение мощности ДВС.

Для реализации намеченной цели ставилась задача противодействовать прорыву газа в картер двигателя с помощью воздушного затвора между огневым днищем и верхним компрессионным кольцом.

Поставленная задача реализовалась за счет того, что поршень с канавкой согласно изобретению имеет на профиле боковой поверхности днища поршня каплевидную канавку, нарезанную на расстоянии 2-3 мм от огневого днища под углом 22° относительно оси поршня с общей длиной 12-13 мм и имеющую сферическое основание радиусом r = 1,5 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция поршня; на фиг.2 - движение газа по кольцевому дросселю в пределах нарезанной канавки; на фиг.3 - макет поршня; на фиг.4 - мундштук для визуализации картины течения дыма.

Конструкция работает следующим образом.

После сгорания топлива отработанный газ под давлением 7,4-7,76 МПа течет в начальный момент между огневым днищем поршня и головкой цилиндра, а далее направляется в кольцевой дроссель, образованный стенками цилиндра и поршня.

Газ, протекаемый по кольцевому дросселю в пределах нарезанной канавки, имеет сложную форму течения. В начале тока и конце истока течение газа имеет турбулентный характер, а в промежутке ламинарный, фиг.2. Визуализация физической картины течения газа производилась методом дымового туннеля, который заключается в том, что в исследуемый кольцевой дроссель вводился дым, который делает течение видимым в проходящем свете. Для этого был изготовлен макет, состоящий из поршня 2 (фиг.3), выполненный из алюминиевого сплава АК4 со всеми размерами и технологическими требованиями, которые к нему предъявляются в соответствии с отраслевой инструкцией 2452018И по эксплуатации дизеля типа 4 ч 8,5/11-9,5/11, а также цилиндровой гильзы 3, изготовленной из оргстекла. Воздух с помощью насоса закачивался в отверстие крышки 1, имитирующей головку цилиндра.

Используемый способ визуализации не показал четкой картины течения дыма. По этой причине был изготовлен специальный мундштук (фиг.4). Корпус 4 мундштука был изготовлен из стали, а его крышка 5 выполнена из оргстекла. Обе детали были склеены между собой с зазором 0,1 мм, образуя, таким образом, дроссельный канал 3.

Из картины характера протекания газа видно, что после течения по дроссельной каналу мундштука он поступает в каплевидную канавку. Далее в нижней части канавки идет его турбулизация с последующим частичным возвратом струи.

Таким образом, каплевидная канавка создает так называемый «воздушный затвор», препятствующий движению воздушного потока через лабиринты компрессионных колец.

Воздух, подаваемый через трубку 2, поступает в дроссельный канал 3 и в нижней части каплевидной канавки турбулизуется, образуя воздушный затвор, обеспечивая тем самым выход воздуха 1 в большем объеме в атмосферу.

При обратном ходе поршня каплевидная канавка работает по тому же принципу, захватывая воздушную массу и поднимая ее с более высоким по сравнению серийным поршнем давлением.

Как показывает патентное исследование и производственная практика, предлагаемое нами решение вопроса снижения прорыва газа через изменение конструкции поршня наиболее оптимально и не имеет аналогов в мировой практике. По данным наших натурных испытаний поршень с каплевидной канавкой по сравнению с серийным показал увеличение степени сжатия с ε - 17 для серийного поршня до ε - 17,8 для опытного; удельный расход топлива для серийного поршня при 100% Pe 248 г/кВт·ч (182 г/л.с.·ч), для опытного 245 г/кВт·ч (180,5 г/л.с.·ч). Проверка выхлопных газов на дымность по ГОСТ 24.028-80 показала следующие значения по дымности:

- для серийного двигателя К м 1 = 1,5 (по ГОСТ ≤1,84);

- для разработанного К м 1 = 1,35 .

К недостаткам рассмотренного конструктивного решения можно отнести небольшое отложение нагара в нижней части каплевидной канавки, однако при соблюдении правил эксплуатации оно не превысит ресурса до первой переборки.

Литература

1. Поршень с дополнительной воздухо-накапительной камерой для ДВС, работающего на бензине.

Патент 4592318, США. Заявл. 23.09.83, №535336, опубл. 306.86. МКИ F02B 17/00.

2. Поршень дизеля.

Заявка 61 - 1900153, Япония. Заявл. 19.02.85, №60 - 29337, опубл. 23.08.86. МКИ F02F 3/28, F02B 23/00.

3. Поршень с камерой сгорания в днище и верхним кольцом L-образного сечения для дизеля.

Development of headland ring and piston for a four - stroke direct injection diesel engine Me Lean Douglas H., Bremfoerder Fred W., Hamelink Joseph C. «Diesel Engine Components: Power Cylinders and Pistons. Int. Congr. and Expo., Detroit Mich., Febr. 24-28, 1986». Warrendale, Pa, 1986, 41-48 (англ.).

4. Обзорная информация. Конструирование и эксплуатация оборудования. Серия 4 - Двигатели внутреннего сгорания; Серия 5 - Зарубежные конструкции поршневых колец ДВС. М., 1986.

Поршень с канавкой, отличающийся тем, что он имеет на профиле боковой поверхности днища поршня каплевидную канавку, нарезанную на расстоянии 2-3 мм от огневого днища под углом 22° относительно оси поршня с общей длиной 12-13 мм и имеющую сферическое основание радиусом r = 1,5 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к поршневому подшипниковому устройству двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит поршень с по меньшей мере верхней частью и нижней частью, жестко скрепленными друг с другом, и шатун (2), имеющий верхний конец (2а) с поршневыми пальцевыми средствами (3), установленными между упомянутыми частями (1a, 1b) поршня и соединенными с возможностью поворота с поршнем.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям тронковых поршневых машин, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), поршневым компрессорам и насосам.

Изобретение относится к двигателестроению и касается создания устройства для реализации рабочего процесса двигателя внешнего сгорания с жидкостным поршнем. .

Изобретение относится к поршневым двигателям. .

Изобретение относится к двигателестроению и касается создания рабочей камеры двигателя внутреннего сгорания с жидкостным поршнем. .

Изобретение относится к судовым двигателям, в частности к конструкции поршней крейцкопфных двигателей. .

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при изготовлении поршней ДВС из сплава на основе железа весом, эквивалентным весу поршня, выполненного из сплава на основе алюминия.

Изобретение относится к машиностроению, в частности касается конструкции поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и/или компрессоров. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня имеет вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра и содержащий внутреннюю часть поршня, шток поршня, соединенный на первом конце с упомянутой внутренней частью поршня, наружную часть поршня, которая служит в качестве носителя для упомянутой внутренней части поршня и соединена с упомянутым валом двигателя, причем упомянутая внутренняя часть поршня выполнена с возможностью работать по циклу, отличному от цикла наружной части поршня, и управляющий рычажный механизм, соединенный с упомянутым двигателем в точке крепления, причем упомянутый управляющий рычажный механизм соединен со вторым концом упомянутого штока поршня, определяя точку копирования, в котором упомянутый управляющий механизм направляет и определяет перемещение упомянутой точки копирования таким образом, что оно по существу выровнено с осью упомянутой камеры цилиндра. Техническим результатом является уменьшение напряжения и износа внутренней части поршня и стенки цилиндра. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Двигатель внутреннего сгорания с оппозитными цилиндрами содержит корпусной блок (1) с как минимум одной парой оппозитных гильз (2) и (3), в которых расположен цельный поршень, включающий пару поршневых головок (4) и (5). Между поршневыми головками (4) и (5) расположен поршневой шток в виде отдельных стоек (6) и (7). Двигатель содержит пару шатунов со своими поршневыми пальцами (11) и (12) и пару параллельных коленчатых валов (15) и (16), синхронизированных шестернями (19) и (20). Поперечный размер Lпо продольной полости поршневого штока выполнен в зависимости от поперечного размера колена Lк коленчатого вала, радиуса Rп поршневой головки поршня, полуширины dшг и толщины Tшс линейной стойки поршневого штока в соответствии с математическим выражением L к < L n o < 2 ( R n 2 − d ш г 2 − T ш с ) . Технический результат заключается в улучшении габаритных и массовых показателей двигателя, а также в повышении жесткости механизма двигателя. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в поршневых машинах, преимущественно в двигателях внутреннего сгорания. Шарнирный узел предназначен для поршневой машины, содержащей поршень (1) с поршневым пальцем (4), кривошип с кривошипным пальцем и шатун (5) с поршневой и кривошипной головками (6) и (8). В отверстии (7) или (9) по меньшей мере одной головки (6) или (8) шатуна (5) установлена шарнирная вставка (10) с возможностью ее углового поворота относительно головки (6) или (8). Поршневой палец (4) или кривошипный палец размещен внутри цилиндрического отверстия вставки (10) посредством элементов качения. Головка (6) или (8) шатуна (5), в отверстии которой установлена шарнирная вставка (10), выполнена неразъемной. Поворот вставки (10) относительно отверстия (7) или (9) головки (6) или (8) шатуна (5) ограничен в плоскости, перпендикулярной направлению (14) перемещения поршня (4), и в плоскости, перпендикулярной продольной геометрической оси (15) пальца (4), посредством по меньшей мере одного фиксатора. В части шарнирной вставки (10), противоположной стержню шатуна (5) при расположении ее в отверстии головки, выполнены сквозные отверстия круглой или щелевой формы и/или торцевые вырезы для прохода к элементам качения и к сферической поверхности вставки (10) охлаждающей и/или смазывающей среды, находящейся в объеме под поршнем (4). Технический результат заключается в повышении надежности работы поршневой машины за счет самоустановки звеньев механизма преобразования с обеспечением подвода смазки к взаимодействующим поверхностям. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания с щелевой продувкой содержит цилиндр (1), в котором выполнены продувочные и выпускные окна (3) и (4), открываемые размещенным в нем поршнем (6), первое уплотнительное кольцо (7), установленное в кольцевой канавке поршня (6) и контактирующее с уплотняемой поверхностью цилиндра (1), второе уплотнительное кольцо (8), взаимодействующее с уплотняемой поверхностью цилиндра (1) и установленное в кольцевой канавке поршня (6) на расстоянии от первого кольца, не меньшем высоты выпускного окна (4), и продольные уплотнители (11) и (12), контактирующие с уплотняемой поверхностью цилиндра (1) в районе расположения перегородок между продувочными и выпускными окнами (3) и (4) и установленные в углублении (10) поршня между первым и вторым кольцами (7) и (8). В каждом углублении поршня установлены, по меньшей мере, два продольных уплотнителя (11) и (12), контактирующих между собой своими боковыми поверхностями. В первом уплотнителе (11) выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит первое кольцо (7) с возможностью уплотнения нецилиндрических плоских поверхностей первого кольца (7) и уплотняемой проточки. Во втором продольном уплотнителе (12) выполнена, по меньшей мере, одна уплотняемая проточка, в которую входит второе кольцо (8) с возможностью уплотнения плоских нецилиндрических поверхностей второго кольца (8) и проточки. Технический результат заключается в повышении надежности работы уплотнительного узла цилиндропоршневой группы как в части кольцевых, так и продольных уплотнителей за счет самоустановки каждой группы взаимодействующих между собой уплотняемых поверхностей различных элементов системы уплотнения. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Поршень двигателя внутреннего сгорания содержит головку (1) с днищем и канавками (2) для установки поршневых колец, юбку (3) и бобышки (4) с отверстиями (5) под поршневой палец. Днище поршня выполнено в виде цилиндрического стакана (7) с упругодеформируемым волнообразным дном (8) из высокожаропрочного релаксационностойкого пружинного материала. На нижнем поясе стакана (7) установлена и жестко закреплена фасонная опорная шайба (9). Внутри цилиндрического стакана (7) установлена коническая пружина (11) из жаропрочного релаксационностойкого пружинного материала. Пружина (11) своим верхним торцом упирается в упругодеформируемое волнообразное дно (8) стакана (7). Пружина (11) своим нижним торцом опирается на фасонную опорную шайбу (9). Пружина (11) поджата фасонной опорной шайбой (9) к упругодеформируемому волнообразному дну (8) стакана (7) на такую длину, при которой деформация упругодеформируемого волнообразного дна (8) стакана (7) днища начинается в момент резкого повышения давления продуктов горения рабочей смеси в камере сгорания в начале второй основной фазы горения. Внутри головки (1) поршня дополнительно выполнена соосно с осью поршня цилиндрическая полость (6), в которой герметично установлено днище. Технический результат заключается в повышении полноты сгорания топлива за счет дополнительной турбулизации топливного заряда. 3 ил.
Наверх