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), которая выполнена цилиндрической, канавки (3) и (4) под компрессионные кольца, канавку (5) под маслосъемное кольцо, юбку (6) с бобышками (7), в которых выполнены отверстие (8) для поршневого пальца и внутренняя полость (9), расположенная над отверстием (8). Отверстие (8) выполнено с канавками (10) под стопорные кольца. В юбке (6) поршня выполнены сквозные отверстия (11) для слива масла, соединяющие внутреннюю полость (9) с канавкой (5) маслосъемного кольца. На днище головки (1) выполнены две выборки (12), смещенные в одну сторону относительно оси отверстия (8) под поршневой палец. Наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму. По второму варианту камера сгорания выполнена с вытеснителем (13), имеющим форму конуса. По обоим вариантам 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; номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм; верхний торец канавок под компрессионные кольца имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 5 мм. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности поршня. 2 н.п. и 7 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 Нг.п./Д ц=0,28-0,31, где Нг.п - высота головки поршня; Дц - диаметр цилиндра, причем диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня выполнено в соответствии с соотношением 
1/Дц=(3,5-5,9)10-3 (см. патент RU 
2112888, МПК6 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 с камерой сгорания в днище и канавками 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, камера сгорания выполнена цилиндрической, а на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, 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 юбке поршня выполнены сквозные отверстия для слива масла.
По второму варианту камера сгорания выполнена с вытеснителем, который может иметь форму конуса.
Кроме того, по обоим вариантам 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; номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм; верхний торец канавок под компрессионные кольца имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 5 мм.
Такая совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый поршень, позволяет повысить его надежность и долговечность
Выполнение камеры сгорания цилиндрической позволило снизить расход топлива, а выполнение на днище двух выборок, смещенных в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, 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 юбке поршня сквозных отверстий для слива масла, позволяет обеспечить оптимальный отвод масла от маслосъемного кольца и обеспечить требуемый расход масла на угар, в результате чего повышается надежность и долговечность поршня.
По второму варианту наличие в камере сгорания вытеснителя, имеющего конусную форму, позволяет обеспечить быстрое смешивание топливно-воздушной смеси при запуске двигателя и, тем самым, повысить 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, которая выполнена цилиндрической, канавки 3 и 4 под компрессионные кольца, канавку 5 под маслосъемное кольцо, юбку 6 с бобышками 7, в которых выполнены отверстие 8 для поршневого пальца и внутренняя полость 9, расположенная над отверстием 8
Отверстие 8 выполнено с канавками 10 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 8 выбран исходя из компоновки двигателя и обеспечивает работоспособность двигателя от 180 до 250 л.с., при этом обеспечивается необходимая жесткость конструкции и, как следствие, надежность и долговечность конструкции.
В юбке 6 поршня выполнены сквозные отверстия 11 для слива масла, соединяющие внутреннюю полость 9 с канавкой 5 маслосъемного кольца. Отверстия 11 расположены по периметру канавки 5, перпендикулярно оси симметрии поршня.
На днище головки 1 выполнены две выборки 12, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия 8 под поршневой палец.
По второму варианту камера сгорания выполнена с вытеснителем 13, имеющим форму конуса.
Верхний торец канавок 3 и 4 под компрессионные кольца имеет уклон 7° относительно плоскости перпендикулярной оси симметрии поршня, обеспечивающий подвижность кольца в канавке и антинагарные мероприятия, а также исключающий заклинивание компрессионного кольца, что обеспечивает надежность и долговечность поршня в целом.
Номинальная высота канавки 5 под маслосъемное кольцо составляет 5 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 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.
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.
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 12 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 8 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 8 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 и в канавках 3 и 4 под компрессионные кольца. Конструкция канавок 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 движении поршня вверх, в сторону ВМТ, масло из картерной полости нагнетается в верхнюю часть гильзы цилиндров. При движении поршня вниз на рабочих поверхностях должно оставаться минимальное количество масла необходимое для обеспечения жидкостного трения, излишки снимаются маслосъемным кольцом и аккумулируются в зоне канавки 5. Постоянный отвод масла в картерную полость через сквозные отверстия 11 соединяющие канавку 5 маслосъемного кольца с внутренней полостью 9 поршня, определяет эффективность работы маслосъемного кольца 5 и, как следствие, поршня в целом.
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 с камерой сгорания в днище и канавками 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 камера сгорания выполнена цилиндрической, а на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, 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 юбке поршня выполнены сквозные отверстия для слива масла.
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 верхний торец канавок под компрессионные кольца имеет уклон 7° относительно плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 5 мм.
5. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку, имеющую в днище камеру сгорания 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 камера сгорания выполнена цилиндрической, а на днище выполнены две выборки, смещенные в одну сторону относительно оси отверстия под поршневой палец, 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 юбке поршня выполнены сквозные отверстия для слива масла.
6. Поршень по п.5, 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.
7. Поршень по п.5, отличающийся тем, что номинальный диаметр отверстия под палец составляет 45 мм, а номинальное расстояние между канавками под стопорные кольца составляет 95 мм.
8. Поршень по п.5, отличающийся тем, что верхний торец канавок под компрессионные кольца имеет уклон 7° относительно плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, а номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 5 мм.
9. Поршень по п.5, отличающийся тем, что вытеснитель камеры сгорания имеет форму конуса.
