Поршень для двигателя внутреннего сгорания (варианты)

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям поршней с поршневым пальцем. Поршень для двигателя внутреннего сгорания содержит головку (1), имеющую в днище камеру сгорания (2) торидальной формы с вытеснителем (3), выполненным в форме конуса, канавки (4) и (5) под компрессионные кольца, канавку (6) под маслосъемное кольцо, юбку (7) с бобышками (8), в которых выполнены отверстие (9) для поршневого пальца и внутренняя полость (10), расположенная над отверстием (9). Отверстие (9) выполнено с канавками (11) под стопорные кольца. На днище головки (1) выполнены две выборки (14), смещенные в одну сторону относительно оси отверстия (9) под поршневой палец, при этом камера сгорания (2) смещена относительно оси отверстия (9) в сторону, противоположную смещению выборок (14). Наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, В канавке (6) под маслосъемное кольцо выполнены глухие отверстия (12), а с внешней стороны бобышек (8) выполнены занижения (13). В нижней части юбки (7) выполнен паз (15). По второму варианту в нижней части юбки (7) выполнены паз (15) и паз (16). По первому и второму вариантам соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится соответственно в диапазоне от 119,86/75,71 до 119,89/76,04 и в диапазоне от 119,86/70,71 до 119,89/71,04. Кроме того, по обоим вариантам номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм; канавка под верхнее компрессионное кольцо имеет форму трапеции с углом наклона верхнего и нижнего торцев 3°, верхний торец канавки под второе компрессионное кольцо имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 4 мм; вытеснитель в камере сгорания выполнен в форме конуса. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности поршня. 2 н.п. и 8 з.п. ф-лы; 6 ил.

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям поршней с поршневым пальцем.

Известен штампованный поршень для двигателя внутреннего сгорания в конструкции которого отношение высоты головки с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемные кольца к диаметру цилиндра выполнено в зависимости от типа двигателя и в соответствии с соотношением для дизельных двигателей Н_г.п./Д _ц=0,28-0,31, где Н_г.п - высота головки поршня; Д_ц - диаметр цилиндра, причем диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня выполнено в соответствии с соотношением ₁/Д_ц=(3,5-5,9)10^-3 (см. патент RU 2112888, МПК 6 F02F 3/00, опубл. 10.06.1998).

Недостатком известного технического решения является трудоемкость его изготовления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку, имеющую в днище камеру сгорания торидальной формы с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку с бобышками, имеющими над отверстием для поршневого пальца, выполненным с канавками под стопорные кольца, внутреннюю полость, образованную группой отверстий, расположенных поперек и вдоль оси поршневого пальца, причем отверстия соединены между собой и выходят на наружную поверхность поршня ниже верхней плоскости канавки для маслосъемного кольца и соединяются с маслосгонной фаской на нижней поверхности, расположенной на нижней плоскости канавки для маслосъемного кольца, кроме того, часть отверстий выходит на внутреннюю поверхность поршня (см. патент RU 2206776, F02F 3/02, опубл. 20.06.2003).

Недостатком известного технического решения является то, что отверстия для слива масла имеют большую протяженность, приводящую к разупрочнению поршня, затруднению слива масла и увеличению расхода масла на угар, в результате чего снижается надежность и долговечность конструкции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности и долговечности поршня двигателя внутреннего сгорания.

Для решения поставленной задачи в поршне для двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку, имеющую в днище камеру сгорания торидальной формы с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку с бобышками, имеющими внутреннюю полость над отверстием для поршневого пальца, выполненным с канавками под стопорные кольца, отверстия для слива масла, на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, при этом камера сгорания смещена относительно оси отверстия под поршневой палец в сторону, противоположную смещению выборок, наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, при этом в канавке под маслосъемное кольцо выполнены глухие отверстия, а с внешней стороны бобышек выполнены занижения, кроме того, в нижней части юбки выполнен паз.

По второму варианту в нижней части юбки выполнено два паза.

По первому варианту соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится в диапазоне от 119,86/75,71 до 119,89/76,04;

По второму варианту соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится в диапазоне от 119,86/70,71 до 119,89/71,04.

Кроме того, по обоим вариантам номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под топорные кольца составляет 95 мм; канавка под верхнее компрессионное кольцо имеет форму трапеции с углом наклона верхнего и нижнего торцев 3°, верхний торец канавки под второе компрессионное кольцо имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 4 мм; вытеснитель в камере сгорания выполнен в форме конуса,

Такая совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый поршень, позволяет повысить его надежность и долговечность

Выполнение на днище двух выборок, смещенных в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, и смещение камеры сгорания относительно оси отверстия под поршневой палец в сторону, противоположную смещению выборок, позволяет обеспечить гарантированный зазор с клапанами блока цилиндров, исключив контакт клапанов с поршнем, в результате чего повышается надежность и долговечность поршня.

Выполнение наружной поверхности поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, овальной формы, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразной формы, позволяет обеспечить оптимальные зазоры между поршнем и гильзой, а также учесть тепловое расширение поршня и его деформацию от газовых и инерционных нагрузок, а также исключить заклинивание поршня и, тем самым, повысить надежность и долговечность поршня.

Выполнение в канавке под маслосъемное кольцо глухих отверстий, а с внешней стороны бобышек занижения, позволило обеспечить возможность дополнительного охлаждения поршня со стороны внутренней полости и, как следствие, повысить надежность и долговечность поршня.

Выполнение в нижней части юбки паза, позволило исключить возможность контакта поршня с трубкой форсунки охлаждения, в результате чего повысилась надежность и долговечность поршня.

По второму варианту выполнение в нижней части юбки двух пазов позволило исключить возможность контакта поршня с трубкой форсунки охлаждения (один паз) и исключить возможность контакта поршня с головкой блока цилиндров (второй паз), в результате чего повысилась надежность и долговечность поршня.

Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:

фиг.1 - поршень для двигателя внутреннего сгорания, вариант 1 в разрезе;

фиг.2 - вид А на фиг.1;

фиг.3 - поршень для двигателя внутреннего сгорания, вариант 1, вид сверху;

фиг.4 - поршень для двигателя внутреннего сгорания, вариант 2 в разрезе;

фиг.5 - вид А на фиг.4;

фиг.6 - поршень для двигателя внутреннего сгорания, вариант 2, вид сверху;

Поршень для двигателя внутреннего сгорания содержит головку 1, имеющую в днище камеру сгорания 2 торидальной формы с вытеснителем 3, выполненным в форме конуса, канавки 4 и 5 под компрессионные кольца, канавку 6 под маслосъемное кольцо, юбку 7 с бобышками 8, в которых выполнены отверстие 9 для поршневого пальца и внутренняя полость 10, расположенная над отверстием 9

Отверстие 9 выполнено с канавками 11 под стопорные кольца, при этом номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм, а номинальный диаметр отверстия 8 равен 45 мм. При номинальном расстоянии между канавками под стопорные кольца равном 95 мм увеличивается опорная поверхность, и сохраняются условия фиксации поршневого пальца стопорными кольцами, при этом обеспечивается работоспособность поршня и его надежность. Размер 45 мм номинального диаметра отверстия 9 выбран исходя из компоновки двигателя и обеспечивает работоспособность двигателя от 180 до 500 л.с., при этом обеспечивается необходимая жесткость конструкции и, как следствие, надежность и долговечность конструкции.

В канавке 6 под маслосъемное кольцо выполнены глухие отверстия 12, а с внешней стороны бобышек 8 выполнены занижения 13.

На днище головки 1 выполнены две выборки 14, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия 9 под поршневой палец, при этом камера сгорания 2 смещена относительно оси отверстия 9 в сторону, противоположную смещению выборок 14.

В нижней части юбки 7 выполнен паз 15.

По второму варианту в нижней части юбки 7 выполнены паз 15 и паз 16.

Канавка под верхнее компрессионное кольцо имеет форму трапеции с углом наклона верхнего и нижнего торцев 3°, а верхний торец канавки под второе компрессионное кольцо имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, что позволяет обеспечить подвижность колец в канавках и антинагарные мероприятия, а также исключить заклинивание компрессионных колец, что обеспечивает надежность и долговечность поршня в целом.

Номинальная высота канавки 6 под маслосъемное кольцо составляет 4 мм, что обеспечивает расход масла на угар 0,5% от расхода топлива.

Наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, при соотношении номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища в диапазоне по первому варианту от 119,86/75,71 до 119,89/76,04, при этом, если номинальный диаметр поршня будет меньше 119,86, то это приведет к повышенному износу поршня, плохим условиям запуска и увеличится расход масла, а при номинальном диаметре поршня больше 119,89 произойдет заклинивание поршня.

Если расстояние от оси отверстия под поршневой палец до днища будет меньше 75,71, то это приведет к повышенной дымности, плохому запуску и повышенному расходу топлива, а при указанном расстоянии больше 76,04 произойдет контакт с головкой и двигатель выйдет из строя.

По второму варианту соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится в диапазоне от 119,86/70,71 до 119,89/71,04 и выполняется для поршней с увеличенным рабочим объемом для исключения контакта с головкой блока цилиндров и приводит к вышеуказанным результатам.

Указанный диапазон размеров был определен опытным путем и является предпочтительным, так как позволяет обеспечить наилучшие результаты по надежности и долговечности поршня.

Работа поршня происходит следующим образом.

Под воздействием газовых сил, возникающих в результате сгорания в камере 2 топливовоздушной смеси, усилий передаваемых от кривошипно-шатунного механизма поршневым пальцем, инерционных сил и сил трения поршень совершает возвратно-поступательное движение по гильзе цилиндров. Подача воздуха в камеру сгорания 2 и отвод продуктов горения обеспечиваются двумя клапанами, при этом две выборки 14, исключают контакт клапанов с поршнем при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ). Топливо, подаваемое непосредственно в камеру сгорания 2, смешивается с воздухом в оптимальных пропорциях, это обеспечивается правильной формой и расположением камеры сгорания 2, а также минимальными надпоршневыми зазорами, которые определены расстоянием от оси отверстия 9 под палец до днища поршня. В процессе сгорания топлива в камере сгорания 2 резко возрастают давление и температура газов, которые воздействуют на днище поршня. Под действием газовых сил и теплового расширения поршень деформируется. Овально-бочкообразная форма наружной поверхности поршня компенсирует эти деформации и обеспечивает оптимальные зазоры между поршнем и гильзой цилиндров, которые обеспечивают требуемые уровни расхода масла на угар, механических потерь, расхода картерных газов. Давление газовых сил передается в кривошипно-шатунный механизм с помощью поршневого пальца, при этом правильно выбранный диаметр отверстия 9 под палец гарантирует удовлетворительный уровень контактных давлений, обеспечивает надежность и долговечность. Высокая температура верхней части поршня приводит к нагарообразованию на поверхности поршня, в том числе в канавках 4 и 5 под компрессионные кольца. Конструкция верхней канавки 4 с наклонными торцами и канавки 5 под второе компрессионное кольцо с наклоном верхнего торца обеспечивает при перекладках поршня изменение зазора с кольцами и за счет этого исключает возможность накапливания нагара, повышает надежность и ресурс работы. При возвратно поступательном движении поршня отвод масла из канавки 6 маслосъемного кольца осуществляется за счет четырех глухих отверстий 12 и занижений 13, выполненных на бобышках 8 в зоне отверстия 9 под палец. Такая конструкция исключает попадание масла на поверхность гильзы цилиндров со стороны внутренней полости, в которую масло подается под давлением для охлаждения поршня. Масло во внутреннюю полость 10 подается форсунками через паз 15, выполненный в нижней части юбки 7. Охлаждение маслом обеспечивает стабильную температуру поршня во всем диапазоне работы двигателя, повышая надежность и ресурс его работы. По второму варианту выполненный в нижней части юбки 7 второй паз 16, исключает контакт поршня с блоком цилиндров при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ), повышая надежность и долговечность поршня.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность и долговечность поршня для двигателя внутреннего сгорания.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку, имеющую в днище камеру сгорания торидальной формы с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку с бобышками, имеющими внутреннюю полость над отверстием для поршневого пальца, выполненным с канавками под стопорные кольца, отверстия для слива масла, отличающийся тем, что на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, при этом камера сгорания смещена относительно оси отверстия под поршневой палец в сторону, противоположную смещению выборок, наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, при этом в канавке под маслосъемное кольцо выполнены глухие отверстия, а с внешней стороны бобышек выполнены занижения, кроме того, в нижней части юбки выполнен паз.

2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится в диапазоне от 119,86/75,71 до 119,89/76,04.

3. Поршень по п.1, отличающийся тем, что номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм.

4. Поршень по п.1, отличающийся тем, что канавка под верхнее компрессионное кольцо имеет форму трапеции с углом наклона верхнего и нижнего торцов 3°, верхний торец канавки под второе компрессионное кольцо имеет уклон 7° относительно плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 4 мм.

5. Поршень по п.1, отличающийся тем, что вытеснитель в камере сгорания выполнен в форме конуса.

6. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку, имеющую в днище камеру сгорания торидальной формы с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку с бобышками, имеющими внутреннюю полость над отверстием для поршневого пальца, выполненным с канавками под стопорные кольца, отверстия для слива масла, отличающийся тем, что на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, при этом камера сгорания смещена относительно оси отверстия под поршневой палец в сторону, противоположную смещению выборок, наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, при этом в канавке под маслосъемное кольцо выполнены глухие отверстия, а с внешней стороны бобышек выполнены занижения, кроме того, в нижней части юбки выполнено два паза.

7. Поршень по п.6, отличающийся тем, что соотношение номинального диаметра поршня и расстояния от оси отверстия под поршневой палец до днища находится в диапазоне от 119,86/70,71 до 119,89/71,04.

8. Поршень по п.6, отличающийся тем, что номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм.

9. Поршень по п.1, отличающийся тем, что канавка под верхнее компрессионное кольцо имеет форму трапеции с углом наклона верхнего и нижнего торцов 3°, верхний торец канавки под второе компрессионное кольцо имеет уклон 7° относительно плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 4 мм.

10. Поршень по п.6, отличающийся тем, что вытеснитель в камере сгорания выполнен в форме конуса.