ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02F3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании поршней двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известны поршни ДВС, содержащие головку с канавками под компрессионные и маслосъемное кольцо, и юбку. Причем наружной поверхности поршня исходя из обеспечения работоспособности конструкции во всем скоростном и нагрузочном диапазонах работы ДВС придают вполне определенную конфигурацию (овально-коническую, овально-бочкообразную и др. ).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью.

Недостатком данной конструкции, как и конструкции аналогичных типов поршней, является то, что несмотря на попытки оптимизировать профиль рабочей поверхности поршня путем задания ее геометрических параметров, в достаточной мере не удается снизить расход топлива и масла двигателя, шумность и токсичность.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности, снижение расхода масла на угар, шумности и токсичности отработавших газов, как для двигателей с искровым зажиганием, так и для дизелей.

Технический результат, выраженный в цели изобретения, достигается за счет того, что в поршне ДВС, содержащем головку с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью геометрические параметры головки и юбки поршня выполнены в соответствии с соотношениями: Δ₁/D_ц = = (2,6-4,85)˙10^-3, Δ₂/D_ц = (0,95-3,25)˙10^-3, Δ₃/D_ц = (0,74-1,84)˙10^-3, Δ₄/D_ц = (0,08--0,4)˙10^-3, Н_о/D_ц = (0,6-0,9), где Δ₁ - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ₂ - диаметральное отклонение в нижней кромке первой межколечной перемычки от номинального диаметра поршня, мм;
Δ₃ - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Δ₄ - диаметральное отклонение в нижней кромке юбки от номинального диаметра поршня, мм; D_ц - диаметр цилиндра, мм;
Н_о - расстояние от днища поршня до зоны максимального диаметра поршня.

Кроме того, для двигателей с искровым зажиганием дополнительно может быть изменен следующий параметр, а именно отношение высоты жарового пояса Н_г к диаметру цилиндра D_ц может быть выбрано в пределах 0,05-0,059.

Для дизельных же двигателей данный параметр может быть выполнен равным 0,091-0,19.

На чертеже показан поршень с бочкообразной поверхностью.

Поршень для ДВС содержит головку 1 с жаровым поясом 2 и канавками 3 под компрессионные и маслосъемное кольца (не показаны), юбку 4 с профилированной овально-бочкообразной поверхностью 5. Диаметральное отклонение Δ₁ в верхней кромке 6 жарового пояса 2 от номинального диаметра поршня D_п относительно диаметра цилиндра Dц выполнено равным (2,6-4,85)˙10^-3. Диаметральное отклонение Δ₂ в нижней кромке 7 первой межклапанной перемычки 8 от номинального диаметра поршня D_п относительно D_ц выполнено равным (0,95-3,25)˙10^-3. Диаметральное отклонение 3 в верхней зоне юбки 9 от номинального диаметра D_п относительно D_ц выполнено равным (0,79-1,84)˙10^-3. Диаметральное отклонение Δ₄ в верхней кромке 10 юбки от номинального диаметра поршня D_п относительно D_ц выполнено равным (0,08-0,4)˙10^-3. Причем отношение расстояния Н_о к диаметру цилиндра D_ц выбирается в пределах (0,6-0,9). Для двигателей с искровым зажиганием вводят дополнительный параметр профилирования: отношение высоты жарового пояса Н_г к диаметру цилиндра D_ц, которое выбирается в пределах 0,05-0,059. Для дизелей отношение H_г/D_ц выбирается равным 0,091-0,19. Отклонения Δ₁, Δ₂, Δ₃ и Δ₄ задаются без учета наличия фасок в точках 6,7,9 и 10.

Во время работы ДВС при движении поршня в цилиндре происходят сложные гидравлические и тепловые процессы между цилиндром и боковой поверхностью поршня, приводящие к необходимости профилирования поршня и выбора положения поршневых колец.

Изготовление поршней с геометрическими параметрами, описанными выше, позволяет учитывать динамику колебаний поршня на масляном слое его тепловую деформацию и получать изделия способствующие снижению механических потерь в цилиндро-поршневой группе, уменьшению так называемых вредных объемов и токсичности газов, уменьшению интенсивности перекладок поршня и шумности и двигателя, снижению расхода картерных газов и повышению экономичности по топливу и маслу.

Например, испытания опытных поршней, изготовленных в соответствии с изобретением, по сравнению с поршнями двигателя ВАЗ-1111, показали уменьшение удельного эффективного расхода топлива на 6. . . 12% , увеличение крутящего момента на 10. . . 15% , снижение шума на 2,5. . . 3 дБ и расхода масла на угар на 10% . (56) Орлин А. С. Конструирование и расчет поршневых и комбинированных двигателей. М. : Машиностроение, 1984, с. 123-126.

Сущность изобретения: поршень содержит головку 1 с жаровым поясом 2 и канавками 3 под компрессионные и маслосъемное кольца и юбку 4, спрофилированную таким образом, что отношение диаметральных отклонений от номинального диаметра поршня соответственно в верхней кромке жарового пояса (Δ₁) , в нижней кромке первой межколечной перемыки (Δ₂) , в верхней зоне юбки (Δ₃) , в нижней кромке юбки (Δ₄) , к диаметру цилиндра D₄ при заданной величине расстояния от днища поршня до номинального диаметра H_o приводит к оптимизации профиля боковой поверхности поршня, учитывающей в достаточной мере сложность динамических и тепловых процессов, происходящих в двигателе при движении поршня в цилиндре. Отдельно приведены характерные параметры для двигателей с искровым зажиганием и дизелей. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий головку с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, отличающийся тем, что геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями
Δ₁ / D_ц = (2,6 - 4,85) · 10^-3;
Δ₃ / D_ц = (0,79 - 1,84) · 10^-3;
Δ₄ / D_ц = (0,08 - 0,4) · 10^-3;
H_o / D_ц = (0,6 - 0,9),
где Δ₁ - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ₃ - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Δ₄ - диаметральное отклонение в верхней кромке юбки от номинального диаметра поршня, мм;
D_ц - диаметр цилиндра;
H₀ - расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра. 2. Поршень по п. 1, отличающийся тем, что отношение диаметрального отклонения в нижней кромке первой межколечной перемычки от номинального диаметра поршня Δ₂ к диаметру цилиндра D_ц выполнено равным (0,95 - 3,25) · 10^-3. 3. Поршень по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отношение высоты жарового пояса H_г к диаметру цилиндра D_ц выполнено равным 0,05 - 0,059. 4. Поршень по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отношение высоты жарового пояса H_г к диаметру цилиндра D_ц выполнено равным 0,091 - 0,19.