ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02F3/22 F01P3/10 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, и предназначено для снижения соотношения динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и коленчатого вала (КВ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен поршень жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания [1], охлаждаемого маслом и содержащего полость охлаждения, ограниченную днищем поршня и вставкой, отделяющей полость от картера двигателя с постоянной механизма λ=R/L [2],

где R - радиус кривошипа коленвала двигателя;

L - длина шатуна.

Вставка имеет маслоподводящий и маслоотводящий каналы, причем маслоотводящий канал со стороны полости охлаждения регулирует объем масла V₁ при подходе поршня к нижней мертвой точке (НМТ).

Недостатком данной поршня является повышенная вибрация двигателя ввиду невозможности регулирования объема масла при подходе поршня к верхней мертвой точке (ВМТ).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является поршень для двигателя внутреннего сгорания, охлаждаемый маслом [3]. Он имеет инерционное охлаждение маслом и содержит частично заполняемую маслом полость охлаждения (ПО), ограниченную днищем поршня и перегородкой, которая отделяет ПО от картера двигателя. В перегородке выполнены маслоподводящий канал, соединяющий ПО с системой смазки двигателя, маслоотводящий канал (МОК) и дополнительный МОК, соединяющие ПО с картером. Сборку поршня выполняют так, что конец МОК со стороны ПО, расположенный в зоне, прилегающей к перегородке, отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вверх, объем для масла V₁, а конец дополнительного МОК со стороны ПО, расположенного в зоне, прилегающей к днищу, отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, объем для масла V₂=V₁.

Недостатком данной конструкции является повышенная вибрация двигателя, так как при одинаковых объемах масла различны силы инерции от них в ВМТ и НМТ.

Цель изобретения - снижение вибрации двигателя за счет уменьшения рассогласования величин динамических нагрузок по цилиндрам многоцилиндрового ДВС путем регулирования массы масла, охлаждающего поршень, в течение рабочего цикла ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий полость охлаждения, ограниченную днищем поршня и перегородкой, отделяющей полость от картера двигателя с постоянной механизма λ и имеющей подводящий, отводящий, а также дополнительный отводящий каналы охлаждающей жидкости (ОЖ), причем конец отводящего канала со стороны полости охлаждения расположен в зоне, прилегающей к перегородке, так, что концом этого канала отсекается в полости охлаждения поршня масса ОЖ при установке его на горизонтальную плоскость днищем вверх. Дополнительный отводящий канал концом со стороны полости охлаждения, расположенным в зоне, прилегающей к днищу поршня, отсекает в полости охлаждения поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, массу ОЖ . При этом конец дополнительного отводящего канала со стороны полости охлаждения, расположенного в зоне, прилегающей к днищу поршня, устанавливают соотношение масс ОЖ и в соотношении

где - масса ОЖ при положении в НМТ;

- масса ОЖ при положении в ВМТ;

m_n - масса поступательно-движущихся частей (ПДМ) поршневой группы.

Новым в поршне двигателя внутреннего сгорания является то, что в отводящем и дополнительном отводящем канале, установлены клапаны, регулирующие соотношение масс охлаждающей жидкости при рабочем цикле в соотношении

где - масса охлаждающей жидкости в поршне первого цилиндра в текущий период рабочего цикла;

- масса охлаждающей жидкости в поршне второго цилиндра в текущий период рабочего цикла;

φ - угол поворота коленчатого вала по отношению к первому цилиндру при рабочем цикле;

λ - постоянная механизма двигателя;

m_n - масса поршня.

На фиг.1 изображен поршень, расположенный днищем вверх, разрез; на фиг.2 - поршень, расположенный днищем вниз; на фиг.3 - усилия от сил инерции поступательно-движущихся масс (ПДМ), действующие в 4-цилиндровом двигателе, при расположении поршней в ВМТ и НМТ; на фиг.4 - поршень с установленными в нем клапанами.

Поршень 1 двигателя внутреннего сгорания с торцами 2 и 3, охлаждаемый ОЖ (фиг.1), содержит частично заполняемую ОЖ ПО 4, ограниченную днищем 5 поршня и перегородкой 6, которая отделяет ПО от картера 7 двигателя. В перегородке 6 выполнены подводящий канал 8 и дополнительный канал 10. Конец 11 отводящего канала 9 со стороны ПО расположен в зоне, прилегающей к перегородке 6. Он отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем 5 вверх, что соответствует положению поршня 1 в НМТ, массу ОЖ . Конец 12 дополнительного отводящего канала 10 со стороны ПО расположен в зоне, прилегающей к днищу 5, и этот канал отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем 5 вниз, что соответствует положению поршня 1 в ВМТ, массу ОЖ (фиг.2). После этого в отводящий канал 9 и дополнительный отводящий канал 10 устанавливают соответственно клапаны 12 и 13 (фиг.4). При работе двигателя избыток ОЖ, поступившего в ПО по каналу 8, удаляется через клапаны 12 и 13.

Работа поршня осуществляется следующим образом.

При сборке поршня его устанавливают на торец 3 и концом 11 отводящего канала 9 со стороны ПО, расположенного в зоне, прилегающей к перегородке 6, регулируют массу ОЖ . После этого переворачивают поршень 1 и устанавливают его на торец 2. При этом регулируют массу ОЖ таким образом, чтобы конец 12 дополнительного отводящего канала 10 отсекал массу ОЖ в соотношении После этого в отводящий канал 9 и дополнительный отводящий канал 10 устанавливают соответственно клапаны 12 и 13.

При работе двигателя в положении поршня в ВМТ на ПДМ и ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 1 первого и четвертого цилиндров (фиг.3) действуют инерционные силы, равные , а на ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 2 и 3 в НМТ - , где и массы ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 1 соответственно при его установке на торец 3 и торец 2, ω - угловая частота вращения коленчатого вала двигателя, λ - постоянная механизма двигателя [2]. При этом при отсутствии клапанов 12 и 13 охлаждающая жидкость будет сразу сливаться в картер.

Для снижения вибрации двигателя необходимо выполнить условие равенства сил инерции, действующих на поршни 1, 4 и 2, 3, с помощью клапанов 12 и 13, то есть Р_jп1=Р_jп2, или . Отсюда при регулировании охлаждения поршней необходимо выполнить условие соотношения масс ОЖ в полости охлаждения поршня

Таким образом, при использовании предложенного поршня ДВС снижается вибрация двигателя в течение рабочего цикла ДВС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977. - с.135-137.

2. Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.

3. А.с. (СССР) 1686207 Поршень для двигателя внутреннего сгорания, охлаждаемый маслом / Г.К. Кузнецов, Н.А. Иващенко, М.Д. Медведев, Т.Д. Медведева // БИ и О. - 1991. - №39.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Поршень (1) двигателя внутреннего сгорания содержит полость (4) охлаждения, ограниченную днищем (5) поршня и перегородкой, (6) отделяющей полость от картера двигателя, и имеет подводящий, отводящий, а также дополнительный отводящий каналы (8), (9) и (10). Конец отводящего канала (9) со стороны полости охлаждения расположен в зоне, прилегающей к перегородке (6), так, что этим концом канала (9) отсекается в полости (4) охлаждения поршня масса охлаждающей жидкости при установке на горизонтальную плоскость поршня днищем вверх. Дополнительный отводящий канал (10) концом со стороны полости охлаждения, расположенным в зоне, прилегающей к днищу (5) поршня, отсекает в полости (4) охлаждения поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, массу охлаждающей жидкости . В отводящем канале (9) и дополнительном отводящем канале (10) установлены клапаны (12) и (13), регулирующие соотношение масс охлаждающей жидкости при рабочем цикле в соотношении где - масса охлаждающей жидкости в поршне первого цилиндра в текущий период рабочего цикла; - масса охлаждающей жидкости в поршне второго цилиндра в текущий период рабочего цикла; φ - угол поворота коленчатого вала по отношению к первому цилиндру при рабочем цикле; λ - постоянная механизма двигателя; m_n - масса поршня. Технический результат заключается в снижении динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма двигателя. 4 ил.

Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий полость охлаждения, ограниченную днищем поршня и перегородкой, отделяющей полость от картера двигателя с постоянной механизма λ и имеющей подводящий, отводящий, а также дополнительный отводящий каналы, причем конец отводящего канала со стороны полости охлаждения расположен в зоне, прилегающей к перегородке, так, что этим концом канала отсекается в полости охлаждения поршня масса охлаждающей жидкости при установке на горизонтальную плоскость днищем вверх, а дополнительный отводящий канал концом со стороны полости охлаждения, расположенным в зоне, прилегающей к днищу поршня, отсекает в полости охлаждения поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, массу охлаждающей жидкости , отличающийся тем, что в отводящем и дополнительном отводящем канале установлены клапаны, регулирующие соотношение масс охлаждающей жидкости при рабочем цикле в соотношении
,
где - масса охлаждающей жидкости в поршне первого цилиндра в текущий период рабочего цикла;
- масса охлаждающей жидкости в поршне второго цилиндра в текущий период рабочего цикла;
φ - угол поворота коленчатого вала по отношению к первому цилиндру при рабочем цикле;
λ - постоянная механизма двигателя;
m_п - масса поршня.