ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02F3/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известны аналоги-поршни для двигателей внутреннего сгорания, оснащенные канавками для поршневых колец и размещенной между ними кольцевой маслоулавливающей выемкой. Различают три типа выемок, ось которых по-разному ориентирована относительно боковой образующей поршня: под острым углом (50 - 70^o) - наклонные выемки (патент США N 2698209, кл. 92-158, 1954), под прямым углом (а. с. СССР N 829996, кл. F 02 F 3/00, F 16 J 1/00), под тупым углом - "опрокинутые" выемки (патент США N 4383509, кл. F 02 F 3/00, 1983).

Наиболее эффективным, с точки зрения улучшения показателей двигателя по расходу топлива и масла, являются наклонные выемки, получившие название "канавки Беккера", а с точки зрения надежности и долговечности - "опрокинутые" и горизонтальные выемки. Например, "опрокинутые" выемки (а.с. N 1423765, кл. F 02 F 3/00, F 16 1/00, 1988), в ходе сравнительных испытаний поршни с канавкой Беккера (а.с. N 723200, кл. F 02 F 3/00, F 16 J 1/08) показали большой расход топлива.

Известна конструкция - поршень для двигателя внутреннего сгорания, выбранная в качестве прототипа. Поршень оснащен наклонной выемкой (канавкой "Беккера"), благодаря которой достигается снижение расхода масла (а.с. СССР N 723200, кл. F 02 F 3/00, F 16 J 1/08, 1980).

Однако в таком поршне не обеспечивается долговечность, в связи с тем, что в зоне выемки возникают высокие термические напряжения. Кроме того, условия работы кольцевого уплотнения не оптимальны, так как профиль выемки (а следовательно, и ее объем) выполнены без учета зависимости от диаметра поршня, что не позволяет обеспечить дальнейшее снижение расхода топлива.

Цель изобретения - повышение долговечности и экономичности, за счет снижения термических напряжений и улучшения условий работы кольцевого уплотнения.

Указанная цель достигается тем, что в поршне для двигателя внутреннего сгорания содержатся канавки для поршневых колец и наклонная маслоулавливающая кольцевая выемка, размещенная между канавками и отделенная от них верхней и нижней перемычками, боковая поверхность которой в поперечном сечении выполнена по параболе, таким образом, что нормаль в точке выхода параболы на верхнюю перемычку лежит на боковой поверхности поршня.

Кроме того, элементы параболы: длина нормали N из точки выхода параболы на верхнюю перемычку, фокальный радиус вектор r и фокальный параметр P могут быть выполнены по соотношениям:
N = r = 2p = (0,015 - 0,03)D,
где D - диаметр поршня.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый поршень отличается тем, что кольцевая канавка выполнена по параболе. Таким образом, заявляемый поршень соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен поршень; на фиг 2 - профиль кольцевой выемки в поршне.

Поршень 1 имеет канавки 2 и 3 для поршневых колец 4 и 5, кольцевую выемку 6, наклоненную под углом α к боковой поверхности 7 поршня 1. Выемка 6 отделена от канавок 2 и 3 верхней 8 и нижней 9 перемычками поршня 1. Поршень 1 помещен в цилиндр 10. Боковая поверхность кольцевой выемки 6 в радиальном сечении поршня 1 представляет собой параболу 11, нормаль N к которой в точке 12 выхода параболы 11 на верхнюю перемычку 8 лежит на боковой поверхности 7 поршня 1. Параметры параболы 11 (длина нормали N, фокальный радиус-вектор r, фокальный параметр p) определяется соотношением:
N = r = 2p = (0,015 - 0,03)D,
где D - диаметр поршня 1.

Во время работы двигателя поршень 1 нагревается, и в результате интенсивного теплоотвода к цилиндру 10 через кольца 4 и 5 и прорыва газов из надпоршневого пространства в зоне перемычке 8 и 9 возникают термические напряжения, которые, благодаря плавно спрофилированной выемке 6, существенно снижаются. При этом расширение выемки 6 в направлении боковой поверхности 7 поршня 1 препятствует отложению нагара.

Кроме того, исходные для построения параболы 11 параметры (N, r, p) выбраны в зависимости от диаметра D поршня 1, что реализует рациональный объем кольцевой маслоулавливающей выемки. В результате улучшаются условия эксплуатации работы кольцевого уплотнения и показатели по расходу топлива и масла.

Результаты испытаний и расчетно-экспериментальных исследований подтверждают оптимальность предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого поршня позволит повысить долговечность, улучшить условия работы кольцевого уплотнения и экономические характеристики двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), оснащенным поршнем. Поршень оснащен канавками для поршневых колец и расположенной между ними наклонной, маслоулавливающей, кольцевой выемкой, профиль которой выполнен по параболе, параметры которой выбраны в зависимости от диаметра поршня. При работе ДВС поршень нагревается и возникающие в результате интенсивного теплообмена термические напряжения, благодаря плавноспрофилированной поверхности кольцевой выемки, снижаются, кроме того улучшаются условия работы кольцевого уплотнения, что обеспечивает снижение расхода топлива. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий канавки для поршневых колец и наклонную маслоулавливающую кольцевую выемку, размещенную между канавками и отдельную от них верхней и нижней перемычки, отличающийся тем, что боковая поверхность кольцевой выемки в поперечном сечении выполнена по параболе, нормаль к которой в точке выхода параболы на верхнюю перемычку лежит на боковой поверхности поршня. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что длина нормали из точки выхода параболы на верхнюю перемычку, фокальный радиус-вектор, проходящий через эту точку, и фокальный параметр параболы определены соотношением
N = r = 2p = (0,015-0,03) D,
где N - длина нормали;
R - радиус-вектор;
p - фокальный параметр;
D - диаметр поршня.