Охлаждаемый поршень двигателя внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЪТЩ.,ИЭЛИОТЕН,с К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Брянский институт транспортного машиностроения(73) Фокин Юрий Иосифович(54) ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Сущность изобретения: поршень содержитюбку 1 и поршневые бобтышки 2 с выемками на поверхностях трения, накопительную масляную ванну,состоящую из сообщенных между собой открытой(в) ИУ (ц) 2001297 1Я 1) Я Г 02 РЗ 22 3 и закрытой 4 полостей Открытая 3 полость вы - полнена переменного объема, в которой боковая стенка образована изогнутой полосой 12, а в закрьпой 4 полости установлены клапаны 13. Полоса 12 и клапаны 13 изготовлены из материала, обпада,ощего эффектом памяти формы, например из никелида титане При изменении температуры поршня в материале полосы 12 и клапанов 13 совершается мартенситное превращение, при котором полоса 12 изгибается, меняет величину объема открытой полости, а клапаны 13 изменяют положение, регулируя подвод смазки к юбке 1 поршня 2 зп. ф-лы,2 ил.5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 Известен охлаждаемый поршень, содержащий головку, юбку, вставку, полость охлаждения между головкой, юбкой и вставкой, размещенный во вставке поршневой палец (Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей./Под ред.А.С,Орлина, М.: Машиностроение, 1974, с.б 2, рис.30).Недостатком поршня является повышенный расход топлива при работе двигателя на частичных режимах и повышенный износ поршня при работе при частичных режимах и перегрузке двигателя, При этих условиях вследствие низкой температуры поршня велик зазор между поршнем и цилиндром, что приводит к появлению ударов при перекладке поршня у верхней мертвой точки и, как следствие, к повышенному износу боковой поверхности, Этому способствует низкая температура трущейся пары поршань-цилиндр и смазочного масла, что увеличивает механические потери, При перегрузке двигателя ухудшается условия смазки боковой поверхности поршня, что приводит к повышенному износу и снижению надежности работы поршня.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является охлаждаемый поршень, содержащий юбку с поверхностью трения, поршневые бобышки с поверхностями трения, накопительную масляную ванну, размещенную на внутренней поверхности поршня и состоящей из сообщенных между собой открытой и закрытой полостей, причем открытая полость раз" 1 ещена над закрытой. Поверхности трения обки и поршневых бобышек снабжены выемками, сообщенными каналами с закрытой полостью 13,Недостатком этой конструкции является повышенный износ боковой поверхности поршня и повышенный расход топлива при запуска и работе двигателя при неполной нагрузке вследствие отсутствия регулирования охлаждения за счет подачи смазки, Кроме того, при работе двигателя на режиме максимальной мощности и перегрузке ухудшаются условия смазки Маковой поверхности поршня, приводящие к повышенному износу и снижению надежности работы поршня,Целью изобретения является повышение надежности поршня и экономичности двигателя путем регулирования подачи смазки,50 55 Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к поршня, двигателей внутреннего сгорания. Цель достигается тем, что в охлаждаемом поршне, содержащем юбку, поршневые бобышки с выемками на поверхностях трения, накопительную масляную ванну, размещенную на внутренней поверхности поршня и состоящую из сообщенных между собой открытой и закрытой полостей, иэ которых закрытой полость размещена под открытой и соединена каналами с выемками на поверхностях трения юбки и поршневых бобышек, открытая полость выполнена переменного обьема, в которой боковая стенка со стороны поршневых бобышек образована полосой с выпуклой поверхностью, соединенной одной кромкой с дном открытой полости. В закрытой полости установлены клапаны, размещенные на входе в каналы, соединяющие закрытую полость с выемкой на поверхности трения юбки. Полоса и клапаны изготовлены из материала, обладающего эффектом памяти формы, При этом клапаны выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы с более высоким уровнем мартенситного превраще- ния, чем полоса, а в качестве материала, обладающего эффектом памяти формы, использован никелид титана,На фиг,1 изображен охлаждаемый поршень на непрогретом двигателе; на фиг,2 - то же, на прогретом двигателе.Охлаждаемый поршень двигателя внутреннего сгорания содержит юбку 1 с поверхностью трения, поршневые бобышки 2 с поверхностями трения и накопительную масляную ванну, размещенную на внутренней поверхности поршня и состоящую иэ сообщенных между собой открытой 3 и закрытой 4 полостей, причем закрытая полость 4 размещена под открытой 3.Поверхности трения юбки 1 поршня и поршневых бобышек 2 снабжены выемками 5 и б, сообщенными каналами 7 и 8 с закрытой поверхностью 4.Полости 3 и 4 сообщены друг с другом каналом 9. Выемки 5 расположены ниже маслосьемного кольца 10. Подвод масла к поршню осуществляется через форсунку 11. В охлаждаемом поршне открытая полость 3 выполнена переменного объема, в которой боковая стенка со стороны поршневых бобышек 2 образована полосой 12 с выпуклой поверхностью, соединенной одной кромкой с дном открытой полости 3, Полоса 12 выполнена из двух частей, разделенных бобышками 2. В закрытой полости 4 установлены клапаны 13, размещенные навходе в каналы 7, соединяющие закрытую полость 4 с выемкой 5 на поверхности трения юбки 1Полоса 12 и клапаны 13 изготовлены из материала, обладающего эффектом памяти формы, При этом клапаны 13 выполнены иэ материала, обладающего эффектом памяти формы с более высоким уровнем мартенситного превращения, чем полоса 12, В качестве материала, обладающего эффектом памяти формы, использован, например, никелид титана. Известно (см.Тихонов А.С, и др, Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. - М.: Машиностроение, 1981 ), что в никелиде титана температура мартенситного превращения зависит от процентного соотношения в сплаве никелида и титана, Например, при содержании в никелиде титана 50 никеля (остальное титан) температура мартенситного превращения составляет 65 С, а при содержании 50,5 фникеля зта температура понижается до 20 С,Охлаждаемый поршень работает следующим образом.При запуске и работе двигателя на неполной нагрузке температура юбки 1 поршня и установленных в нем полосы 12 и клапанов 13 является низкой(фиг.1). Выпуклая поверхность полосы 12 обращена вверх, а клапаны 13 находятся в закрытом положении, отделяя закрытую полость 4 от выемки 5 на поверхности трения юбки 1 поршня, Объем открытой полости 3 является минимальным.Поступающее для охлаждения из форсунки 11 масло раэбрыэгивается по внутренней поверхности поршня и поддействием гравитационных сил сливается по поверхности открытой полости 3 в поддон картера двигателя.Незначительное количество масла с поверхности открытой полости 3 минимального объема через канал 9 поступает в закрытую полость 4 под действием сил инерции, возникающих при движении поршня из нижней к верхней мертвой точке, При обратном ходе поршня от верхней к нижней мертвой точке в момент ускорения поршня масло в выемку б подводится поддавлением силой инерции массы масла полости 4, а при замедлении поршня масло поступает под давлением силы инерции массы масла полости 3 минимального объема через канал 9. закрытую полость 4, канал 8 в выемку б поршневых бобышек 2, При этом осуществляется интенсивный прогревпоршня вследствие наличия минимальногообьема открытой полости 3 накопительноймасляной ванны и отсутствия охлажденияпоршня взбалтыванием,При работе двигателя под нагрузкойпроисходит дальнейший прогрев поршня, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 температура полосы 12 увеличивается. В ее материале совершается мартенситное превращение, при котором полоса 12 изгибается и поворачивается выпуклой поверхностью вниз (фиг.2), В результате объем открытой полости 3 возрастает и становится максимальным. Поступающие из форсунки 11 масло раэбрызгивается по внутренней поверхности поршня и под действием гравитационных сил скапливается в открытой полости 3 максимального объема, При движении поршня от нижней к верхней мертвой точке, во время его ускорения под действием силы инерции, масло полости 3 по каналам 9 нагнетается в полость 4 и далее по каналу 8 в выемку б, смазывая под давлением бобышку 2 поршня. При замедлении поршня масло полости 4, расположенное выше выхода каналов 9, под действием силы инерции продолжает поступать под давлением по каналам 8 в выемку 6. Одновременно масло открытой полости 3 перемещается вверх и ударяется о внутреннюю поверхность поршня, обеспечивая интенсивное охлаждение поршня взбалтыванием. Известно (Теория ДВС. Под ред Н.Х.Дьяченко. М.: Машиностроение, 1974, с.445), что охлаждение вэбалтыванием создает более интенсивную теплоотдачу, чем другие способы охлаждения, и уменьшает температуру поршня,При перегрузке двигателя в работу включаются клапаны 13, выполненные из материала с более высоким уровнем мартенситного превращения, чем полоса 12. С повышением температуры юбки 1 поршня и клапанов 13 в их материале совершается мартенситное превращение, под действием которого клапаны 13 изменяют свою форму и открываются (фиг.2). Под действием направленных вверх инерционных сил смазочное масло иэ закрытой полости 4 нагнетается через канал 7 в выемку 5 юбки 1 поршня, обеспечивая интенсивную смазку и охлаждение пары трения.При работе двигателя без нагрузки температуры юбки 1 поршня снижается и клапаны 13 охлаждаются. В их материале совершается обратное мартенситное превращение, поддействием которого клапаны 13 принимают первоначальную форму и закрываются, Смазочное масло из закрытой полости 4 перестает нагнетаться в выемку 5 юбки 1 поршня, что уменьшает количество масла, поступившего для смазки поршня, в том числе на угар,При дальнейшей работе поршня беэ нагрузки температура полосы 12 уменьшается. В ее материале совершается обратное мартенситное превращение, при котором20012910 полоса 12 изгибается и поворачивается выпуклой поверхностью вверх (фиг.1), В результате обьем открытой полости 3 снижается и становится минимальным, При последующем прогреве поршня цикл работы повторяется.Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что объем открытой полости является переменным, велиЧина которого изменяется в зависимости от температуры поршня, а в закрытой полости установлены клапаны, размещенные на входе в каналы, соединяющие закрытую полость с выемкой на поверхности юбки. Переменный обьем открьпой полости образован выполнением ее боковой стенкиФормула изобретения 1. ОхлАждАемый пОРшень деигдгеля внут- РеннеГО сгОРлния, содержащий юбку и поршневые бобышки, на поверхностях трения которых выполнены выемки, накопительную масляную ванну, размещенную на внутренней поверхности поршня и состоящую из сообщенных между собой открытой и закрытой полостей, причем закрытая полость расположена под открытой и сообщена каналами с выемками на поверхностях трения юбки и поршневых бобышек, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем регулирования подачи смазки, сгенка открытой полости со стороны поршневых бобышек выполнена в 20 25 30 35 со стороны поршневых бобышек в виде полосы с выпуклой поверхностью, соединенной одной кромкой с дном открытойполости. Полоса и клапаны изготовлены из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из никелида титана,Выполнение открытой полости переменного обьема и установка в закрытой полости клапанов позволяет регулировать подачу смазки, что повышает надежность поршня и экономичность,(56) Авторское свидетельство СССРМ. 861688, кл, Е 02 Е 3/22, 1981. виде изогнутой полосы иэ материала с эффектом памяти формы, связанной кромкой с днищем полости, для изменения ее объема, а каналы, сообщающие выемки на по-, верхности трения юбки поршня с закрытой полостью, со стороны последней снабжены клапанами, выполненными из материала с эффектом памяти формы,2, Г 1 оршень по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены иэ материала с более высоким уровнем мартенситного превращения, чем материал полосы,3, Поршень по пп,1 и 2, отличающийся тем. что в качестве материала клапанов и полосы использован никелид титана.2001297 Редактор Л,Волкова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента Заказ 3121 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Составитель Ю,ФокниТехред М,Моргентал Корректор С.Лисина