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

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкциях поршней различных ДВС (кроме двухтактных).

Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащий канавки для поршневых колец и кольцевую выемку (проточку) на наружной боковой поверхности поршня, расположенную между двумя нижними канавками для поршневых колец и отделенную от них перемычками (авт. св. СССР N 1423765, кл. F 02 F 3/00, 1988).

Недостатком известной конструкции поршня является неизбежное нагарообразование при изменении теплового режима двигателя и форсированный износ верхнего компрессионного кольца при изменении скорости поршня, что приводит к снижению КПД, снижению моторесурса двигателя, его долговечности.

Задача изобретения - увеличение КПД и моторесурса двигателя, его долговечности.

Поставленная задача достигается тем, что в поршне для ДВС, содержащем канавки для поршневых колец и кольцевую выемку (проточку) на наружной боковой поверхности поршня, расположенную между двумя нижними канавками для поршневых колец и отделенную от них перемычками, на поршне устанавливаются два маслосъемных кольца, нижнее из которых имеет обратный угол конусности рабочей поверхности по отношению к верхнему кольцу, между которыми и находится кольцевой диффузор, через который постоянно циркулирует уплотняющий и смазывающий материал из картера двигателя.

Кольцевая выемка конусообразной в верхней части с углом наклона конуса α , равным 30 - 45^o, а нижняя часть выемки образована дугой окружности радиусом R, равным глубине выемки h, определяющейся из соотношения h = (0,05 - 0,1)D, где D - диаметр поршня, а отношение радиуса R к высоте конуса находится в пределах 0,6 - 1.

По всей длине кольцевой выемки ниже основания конусной части диффузора расположены сквозные радиальные отверстия диаметром 2,5 - 6 мм, выполненные под углом ϕ = 45 - 85^o по отношению к вертикальной боковой поверхности поршня и на одинаковых расстояниях друг от друга, равных 1/20 - 1/34 длины окружности кольцевой выемки.

На фиг. 1 показана конструкция поршня; на фиг. 2 - профиль кольцевой выемки (проточки) на наружной боковой поверхности поршня; на фиг. 3 - вариант конструкции поршня; на фиг. 4 - положение масла в кольцевом диффузоре поршня в процессе работы двигателя.

Поршень 1 содержит канавки для поршневых колец 2 - 4 и кольцевую выемку 5 (проточку) на наружной боковой поверхности поршня, расположенную между двумя нижними канавками для поршневых колец и отделенную от них перемычками 6 и 7, образующую с гильзой 8 цилиндра кольцевой диффузор. Компрессионное кольцо 2 прямоугольного сечения имеет криволинейную проточку 9 для дополнительного снятия излишков масла. На поршне установлены два маслосъемных кольца 3 и 4. Кольцо 3 имеет конусную рабочую поверхность с углом наклона корпуса в пределах 10 - 15^o. Нижнее кольцо 4 имеет обратный угол конусности рабочей поверхности по отношению к верхнему кольцу 3 (т.е. установлено наоборот) и снимает масло со стенок цилиндра при ходе поршня вверх. Кольцевой диффузор 5 находится между двумя маслосъемными кольцами 3 и 4 и отделен от них перемычками 6 и 7. Перемычка 7 имеет небольшой конусный скос 5 - 10^o.

Кольцевая выемка 5 (фиг. 2) выполнена конусообразной в верхней части с углом наклона конуса α = 30 - 45^o. Нижняя часть выемки образована дугой окружности радиусом R, равным глубине выемки h. Центр окружности находится на пересечении основания и высоты конуса треугольника ABC (фиг. 2). Глубина выемки h определяется соотношением h = (0,05 - 0,1)D, где D - диаметр поршня.

Отношение радиуса R (сторона треугольника AC) к высоте конуса (сторона треугольника AB) находится в пределах 0,6 - 1 (фиг. 2).

По всей длине кольцевой выемки 5 ниже основания конусной части диффузора расположены сквозные радиальные отверстия 10 диаметром 2,5 - 6 мм, выполненные под углом ϕ = 45 - 85^oC по отношению к вертикальной боковой поверхности поршня и на одинаковых расстояниях друг от друга, равных 1/20 - 1/34 длины окружности кольцевой выемки.

Для мощных тихоходных дизелей можно установить два компрессионных кольца 2 (фиг. 3). Во время работы двигателя маслоссъемное кольцо 4, установленное наоборот, собирает масло со стенок цилиндра в кольцевой диффузор, откуда оно через сквозные радиальные отверстия 10 в поршне выдавливается во внутреннюю полость поршня.

В данной конструкции поршня смазочное масло не скапливается в диффузоре, а постоянно циркулирует (проходит) через него во время работы двигателя, исключая при этом нагарообразование.

Во время газообмена или холостого хода (фиг. 4а) происходит более интенсивный дополнительный отвод тепла от верхней части поршня и компрессионных колец. На такте сжатия (фиг. 4б) обеспечивается хорошая смазка поршневых колец и достаточная компрессия двигателя.

В момент прохождения поршней ВМТ и сгорания топливо-газовой смеси (фиг. 4в) ликвидируется прорыв газов в картер двигателя даже при износе компрессионных колец.

На такте "расширение" (фиг. 4г) диффузор заполняется свежим маслом из нижней части цилиндра, усиливая теплообмен и отвод тепла.

Использование: изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в четырехтактных ДВС. Сущность изобретения: поршень имеет канавки для маслосъемных колец. Нижнее кольцо имеет обратный угол конусности рабочей поверхности по отношению к верхнему кольцу. Кольцевая выемка (проточка) расположена между канавками под кольца и отделена от них перемычками. Верхняя часть выемки выполнена конусообразной, а нижняя часть выемки образована дугой окружности радиусом, равным глубине выемки. В диффузоре постоянно циркулирует смазывающий и уплотняющий материал из картера двигателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий канавки для поршневых колец и кольцевую выемку (проточку) на наружной боковой поверхности поршня, расположенную между двух нижних канавок для поршневых колец и отделенную от них перемычками, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и моторесурса двигателя, на поршне устанавливаются два маслосъемных кольца, нижнее из которых имеет обратный угол конусности рабочей поверхности по отношению к верхнему кольцу, между которыми и находится кольцевой диффузор, через который постоянно циркулирует уплотняющий и смазывающий материал из картера двигателя. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что кольцевая выемка выполнена конусообразной в верхней части с углом наклона конуса α = 30 - 45^°, а нижняя часть выемки образована дугой окружности радиусом R, равным глубине выемки h, определяющейся из соотношения
h = (0,05 - 0,1) D,
где D - диаметр поршня,
а отношение радиуса R к высоте конуса находится в пределах 0,6 - 1,0. 3. Поршень по пп.1 и 2, отличающийся тем, что по всей длине кольцевой выемки ниже основания конусной части диффузора расположены сквозные радиальные отверстия диаметром 2,5 - 6,0 мм, выполненные под углом ϕ = 45 - 85^° по отношению к вертикальной боковой поверхности поршня и на одинаковых расстояниях друг от друга, равных 1/20 - 1/34 длины окружности кольцевой выемки.