Поршень двигателя внутреннего сгорания

(21) 4927039/ (22) 15.04,91 (46) 07,08.92. (75) А.Н, Шал ров, Г,Г, Мен (73) Научно-т тортехника" ВНУТРЕННЕасть двигателестроирование и изготовтелей внутреннего м охлаждением, поовечность путем инждения, Сущность ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫ 1 ИЯПРИ ГКНТ СССР Бюл. М 29ай, И,В. Костылев, Т.Т. Гончашенин и Б.И, Масалов хническое предприятие "Мо(54) ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛ ГО СГОРАНИЯ(57) Использование: обл ения, а именно констру ление поршней двига сгорания с жидкостны эволяет повысить долг тенсификации охла 1753956 А изобретения; поршень имеет кольцевую полость охлаждения, выполненную в головке 1, образованную внутренней 4 и нар, х:ной 5 частями с общим основанием б. При этом соотношение высот и объемов этих частей подобрано таким образом, что йроисходит дифференциация объемов поступающего в полость охлаждения охладителя по наружной и внутренней частям в зависимости от сил инерции, действующих на поршень с одной стороны, и происходит снижение гидравлических сопротивлений прохождению охладителя по полости и более рациональное распределение потока охладителя за счет конфигурации полости охлаждения - с другой. 2 ил,ХИзобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям поршней двигателей внутреннего сгорания, охлаждаемых жидкой средой,Известен охлаждаемый поршень двигателя внутреннего сгорания, у которого с целью повышения интенсивности охлаждения в полости охлаждения установлен защитный элемент с кольцевыми ребрами, обращенными внутрь полости охлаждения, причем защитный элемент выполнен из материала с большим коэффициентом теплопроводности, чем материал поршня (авторское свидетельство СССР М 1262079, кл. Г 02 Р 3/20, 1981).Недостатком данного технического решения является то, что в нем нерациональ.но используются потенциальные возможности охладителя и конфигурация полости охлаждения а размещенным в ней защитным элементом, данная конструкция поршня позволяет интенсивно охлаждать только часть головки, непосредственно контактирующую.с защитным элементом, ввиду чего возникает инградиенттемператур между теплопередающими поверхностями головки со стороны камеры сгорания и со стороны расположения поршневых колец, что негативно сказывается на надежности конструкции и ее долговечности.Наиболее близким к изобретению техническим решением авторское свидетельство СССР М 1219836, кл, Е 02 Г 3(14, 1984) является поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища.Данное техническое решение позволяет эффективно охлаждать лишь верхнюю часть головки в области кромки камеры сгорания и недостаточно снижает температуру в области поршневых колец, что не может являться гарантией долговечной работы поршня при повышенных тепловых нагрузках из-за недостаточной эффективности и интенсивности охлаждения наиболее теплонапряженной части поршня. Целью изобретения является повышение долговечности путем интенсификациипроцесса охлаждения.Поставленная цель достигается тем, что. в поршне двигателя внутреннего сгорания,содержащем головку с камерой сгорания в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, обьединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным в стенке последней со стороны днища, высота части полости охлаждения со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания. составляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограниченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65 - 0,75 вь 1 соты наружной части полости.На фиг. 1 показан поршень двигателя внутреннего сгорания с полостью охлаждения, разрез; на фиг. 2 - форма полости охлаждения.Поршень содержит головку 1 с камерой 2 сгорания в днище 3 и кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней 4 и наружной 5 частями с общим основанием б, Части полости со стороны днища 3 разделены кольцевым выступом 7. обращенным внутрь полости охлаждения. Высота Н 2 внутренней части 4 полости со стороны камеры 2 сгорания (наиболее теплонапряженного участка поршня) составляет (не менее) 1,5 высоты Н 1 наружной части 5 полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2 - 0,5 объема полости, ограниченного общим основанием 6 и плоскостью, перпендикулярной оси 8 поршня, проходящей от дна общего основания б на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости охлаждения,Поршень работает следующим образом.С помощью оптимально подобранных сечений подводящих и сливных каналов(не показаны) или другим способом поддерживается относительный уровень охладителя (масла), составляющий не менее 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости, Такой уровень практически стабилизирует гидравлические потери во время прохождения охладителя вдоль полости охлаждения. При этом относительный уровень заполнения части 4 полости (внутренней), обращенной в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составит 0,2-0,5, т.е. уровень, оптимальный для охлаждения взбалтыванием, При смене направления сил инерции, перемещение вдоль оси 8 поршня основной массы охладителя ограничивается наружной частью 5 полости с меньшей высотой, поэтому охладитель продвигается вдоль полости охлаждения беэ значительного дополнительного сопротивления, что улучшает процесс сменяемости охладителя. Остальной охладитель попадает во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорания поршня, имеющую наибольшую высоту, и совершает колебательные движения с большей амплитудой, что повышает интенсивность теплообмена, Несмотря на то, что охладитель, попадающий во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорания, вследствие колебательного движения с большей амплитудойэа цикл смены направлениясил инерции, отстает в продвижении вдоль полости от охладителя, остававшегося в наружной части 5 полости с меньшей высотой, он не перегревается, так как хорошо пере-. мешивается и отдает тепло остальному, составляющему большую часть объема, охладителю,Объем внутренней части 4 полости, обращенной в сторону камеры 2 сгорания, т.е, в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составляет 0,2-0,5 от объема полости, ограниченного общим основанием б и плоскостью, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65 - 0,75 высоты наружной части 5 полости, т,е, составляет обьем не более 0,5 от обьема охладителя, заполняющего полость. В противном случае основная масса охладителя будет иметь возможность совершать колебательные движения с большей амплитудой, что приведет к дополнительному гидравлическому сопротивлению, потерям при прохождении охладителя вдоль полости и перегреву охладителя.Таким образом, предлагаемая конфигурация полости охлаждения позволяет улучшить эффективности охлаждения за счет снижения гидравлических потерь при прохождении охладителя вдоль полости охлаждения и оптимизации условий теплообмена в наиболее теплонапряженной зоне поршня, что и является критерием повышения долговечности конструкции.П р и м е р, В поршне двигателя 8 ДВТ 330 с помощью предварительной механической обработки и электронно-лучевой сварки была выполнена полость охлаждения из двух частей, обьединенных общим основанием, Высота одной части полости 10 составляет 14 мм, другой части, обращенной в сторону кромки камеры сгорания, 21 мм, а объем составляет 0,28 от объема полости, ограниченного общим основанием и плоскостью, перпендикулярной к оси порш ня, проходящей на расстоянии 10,5 мм додна общего основания, Эксплуатация показала, что температура в области кромки камеры сгорания снизилась на 20-25 по сравнению с серийным поршнем, имеющим 20 полость охлаждения в виде овала высотой20 мм и шириной 10 мм,формула изобретения Поршень двигателя внутреннего сгора ния, содержащий головке с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, 30 расположенным со стороны юбки поршня,причем части полости разделены кольцевым выступом, обращеннцм внутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности путем интенсификации процесса охлаждения, высота части полости охлаждения со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания, со ставляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограниченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня. проходя щей от дна общего основания на расстоянии0,65-0,75 высоты наружной части полости.1753956Составитель А,ШалайРедактрр О.Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор Е,ПаппЗаказ 2 Па Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина, 101