Поршень для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания

(57) Сущность изобретения; поршень снабжен упругими элементами в виде гофр 4, во впадинах 5 которых размещены упругодеформируемые кольца 6, За счет сил инерции, действующих на массивную головку 3 поршня, гофры сжимаются или растягиваются, Это приводит к изменению степени снятия при движении поршня к ВМТ тем большему, чем больше обороты двигателя, и, к улучшению наполнения цилиндра при движении поршня к НМТ. 3 з,п,ф-лы, 5 илДь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский филиал Всесоюзного научноисследовательского и проектно-конструкторского института нефтяногомашиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 1731969, кл. Р 02 Р 3(00, 1989.(54) ПОРШЕНЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГОРЕГУЛИРОВАНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 774041 А 1Изобретение относится к машиностроению, э именно к двигателестроению и может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания ЩВС) для автоматического регулирования степени сжатия.В настоящее время наиболее перспективными решениями, повышающими эффективность ДВС, является снабжение их системой, автоматически регулирующей степень скатия (Демидов В,П. Двигатели с переменной степенью сжатия. М,; Машиностроение, 1978, с,133), где сказано, что одним из основных напряжений совершенствования двигателей является снабжение их поршнями автоматически регулирующими степень сжатия (ПАРСС).Другим направлением является создание двигателей с разделенной вихревой камерой автоматически регулируемого обьекта,Известно устройство с разделенной вихревой камерой, автоматически регулируемого объема (а от. св. Кг 1033302, кл, Е 02 В 75/04, Г 02 О 15/04, которое принято за базовый образец). Это устройство представляет собой цилиндро-поршневую группу с камерой, в которой свободно "плавает" дополнительный поршень. При работе такого двигателя давление в камере сжатия по системе перепускных каналов воздействует на плавающий поршень, обеспечивая тем самым интенсивное сгорание топлива с высоким КПД,Недостатком базового образца является невозможность обеспечения высоких степеней сжатия и сложность конструкции,Известны ДВС, снабженные ПАРСС например, авт. св.%1068604, кл, Г 02 В 75/04, Г 02 О 15/04); данное техническое решение принято за аналог. Аналог имеет поршень, который содержит головку с ограничительным элементом и юбку, между которыми выполнены верхняя и нижняя камеры переменного объема, связанные между собой и с картером при помощи системы перепуска масла с перепускным каналом между камерами, выпускным каналом нижней камеры, связанным с картером, дросселем с иглой переменного сечения и распорными элементами в виде пружин,Регулирование степени сжатия двигателя внутреннего сгорания производится за счет изменения давления масла в камерах переменного объема и инерции поршня, При этом головка поршня перемещается относительно оси поршневого пальца, изменяя объем камеры сжатия и, следовательно, степень сжатия двигателя.20 25 30 35 40 45 Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, небольшая степень сжатия из-за малой величины изменения объема камеры сжатия (1,1 - 1,6 мм), ненадежность из-за утечек масла и закоксования верхней камеры переменного обьема (из-за пригара масла к днищу поршня), потере теплопроводности и прогаре днища поршня.Известно техническое решение, которое объединяет в себе двигатель с переменной камерой сгорания и ПАРСС (например, авт, св. М 928051, кл. Р 02 В 75/04). Данный аналог включает цилиндр с поршнем и сообщенный с ним буферный цилиндр с размещенным в нем "плавающим" поршнем, Буферная полость ограничена поверхностью вытеснителя, снабженного внутренней полостью и подключена к пневмосистеме.В процессе работы ДВС давление газа перемещает "плавающий" поршень, с другой стороны на нео действует давление из пневмосистемы, Разница давлений на "плавающий" поршень с той и с другой стороны позволяет создать камеру сгорания оптимального обьема и тем самым повысить надежность и долговечность ДВС.Недостатком данного аналога являются сложность конструкции, потребность регулировки и настройки двигателя на оптимальный режим работы, невозможность получения больших степеней сжатия, низкий КПД,мс,В качестве прототипа принят составной поршень по авт, св. гв 1731969, кл, Г 02 Е 3/00 от 19,12.89. Поршень-прототип включает юбку с бобышками под поршневый палец и головку с горшневыми кольцами и упругими элементами.При работе двигателя головка поршня дополнительно перемещается в ВМТ и НМТ за счет сил инерции и упругости элементов тела головки поршня, т,е. ПАРСС работает как прорезная пружина (авт. св, М 349837, кл. Р 16,3 15/34, 1974).При нахождении поршня в НМТ он движется дополнительно вниз на величину деформации упругих элементов, что увеличивает коэффициент наполнения ДВС. При нахождении поршня в ВМТ ондвижется дополнигельно вверх на величину растяжения упругих элементов, что увеличивает степень сжатия рабочей смеси в каме 55 ре сгорания и, следовательно, КПД имощность двигателя.Недостатками поршня-прототипа являются большие длинновые размеры и плохойотвод тепла от головки поршня в юбку.Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков, т,е,уменьшейие габаритов и улучшение теплоотвода., Поставленная цель достигается тем, что 5ПАРСС, включающий в себя юбку с бобышками под поршневыми кольцами и упругимиэлементами, имеет упругие элементы в видегофр, в наружных впадинах которых размещены упругодеформируемые в осевом направлении поршневые кольца,Достижимость поставленной цели изобретения обосновывается тем, что ПАРСС сгофрами не имеет в своем теле сквозныхпрорезей, так как гофры придают ему упругие свойства и одновременно исключаютпотребность в прорезях, Это создает воз- .мокность улучшения теплоотвода от головки поршня в юбку и уменьшает длинновыеразмеры. 20На фиг.1 схематически изображенПАРСС, общий вид, на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.З - узел на фиг.2(вариант выполнения ПАРСС с комбинированными улругодеформируемыми в осевом 25направлении поршневыми кольцами; верхнее поршневое кольцо швеллерообразное впродольном сечении; нижнее поршневоекольцо выполнено в виде прорезной пружины(авт, св. СССР %349837, кл. Р 16, 15/34); 30на фиг.4 - вариант снабжения ПАРСС волнистыми поршневыми кольцами; на фиг.5 -вариант упругодеформируемого поршневого кольца, изготовленного из тонких колец,соединенных сваркой, 35ПАРСС состоит из юбки 1 с бобышками2 под поршневой палец (на фиг. не изображен), головки 3 с упругими элементами ввиде гофр 4, В наружных впадинах 5 гофр 4размещены упругодеформируемые в осевом направлении поршневые кольца 6, например швеллерообразные, волнистые иливыполненные в виде прорезной пружины(по, авт, св, М 349837, кл. Р 16,) 15/34).Последний вариант является предпочтительным, так как позволяет изготавливать их из тонких колец, например трех, соединенных рельефной сваркой (фиг,5) или с помощью вкладыша 7 (фиг.З).При работе поршня гофры 4 упруго деформируют. Их впадины 5 уменьшаются исжимают поршневые кольца 6. Постояннаяподвижность поршневых колец 6 исключаетих пригар, Дополнительное перемещениеголовки поршня 3 за счет упругой деформации гофр 4 в НМТ увеличивает коэффициентнаполнения цилиндра, а в ВМТ автоматиче;ски (в зависимости от числа оборотов) уве-личивает степень сжатия, что отражаетсяположйгельно на качество сгорания рабочей смеси, мощности ДВС и чистоте выхлопных газов. Гофры 4 имеют большую площадьсечения и поверхность теплосьемэ, что положительно отражается на работоспособности поршня и ДВС в целом. Расположениево впадинах 5 гофр 4 поршневых колец 6позволяет сократить длинновые размерйпоршня.ПАРСС может работать с обычными чугунными поршневыми кольцами, но выполнение их упругими более предпочтительно.Формула изобретения1. Поршень для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания, содержащий юбку сбобышками под поршневой палец и головкус поршневыми кольцами и упругими эле.,ментами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения гэоаритов и улучшениятеплоотвода, упругие элементы выполненыв виде гофр, в наружных впадинах которыхразмещены поршневые кольца.2. Поршень по п.1, отличающийсятем, что поршневые кольца выполнены упругодеформируемыми.3, Поршень по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поршневые кольца выполнены изнабора тонких колец, соединенных друг сдругом рельефной сваркой.4, Поршень по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что пори левые кольца выполненыв виде прорезной пружины, 17740411774041 Составитель Г. СергеТехред М,Моргентал Корректор Н. Ре едактор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3913 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5. Раушская наб., 4/5