Составной поршень двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК F02F3/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестрое нию, и может быть использовано в высокофорсированных и адиабатных двигателях. Известен составной поршень двига теля внутреннего сгорания, содержащий головку и корпус, связанные меж ду собой сквозными болтами, и разме щенный между головкой и корпусом па кет -пластин ij . Недостатком известной конструкции является то, что ввиду .малой длины крепежного элемента он имеет такое температуросопротивление, которое, в свою очередь, повышает тем пературу корпуса порвгая и снижает его надежность, а также увеличивает старение и угар масла. Кроме того, поршень имеет изменяющийся в процес се работы натяг в соединении головка - корпус, который не компенсируется за счет температурных деформаций болта из-за его малой длины. Цель изобретения - повышение надежности путем снижения теплонапряженности корпуса (его температуры в месте контакта с болтом). Поставленная цель достигается тем, что в составном поршне двигате ля внутреннего сгорания/ содержащем головку и корпус, связанные между собой сквозными болтами, и размещен ный между головкой и корпусом пакет пластин, болты снабжены теплоизолирующими втулками, причем герм.етичес .кие параметры втулок и пакета пластин в соответствии с соот ношением (0,2 - 2,5)h где О - толщина стенки,втулки; толщина пакета пластин. Кроме того, наружная и/или внутренняя поверхности втулок снабжены канавками. При этом канавки могут быть выполнены продольными либо кольцевыми расположенными концентрично оси втул ки. На фиг.1 показан поршень, общий вид) на фиг.2 - вид части поршня с втулками, имеющими продольные канавки, и упругим элементом, установленным между корпусом и гайкой; на фиг.З - то же, со втулкой, имеющей кольцевые канавки; на фиг.4 - втулка с продольными канавками, расположенными на внутренней поверхности;на фиг,5 - то-же,с продольными канавкам на внутренней и наружной поверхностях; на фиг,6 - втулка с поперечными канавками,расположенными на внутренней поверхности; на Фиг,7 - то же, с поперечными канавками, расположенными на внутренней и наружной поверхностях; на Фиг,8 - зависимости коэффициента адиабатности Код и дей ствительной плотности теплового rtt/тока в поршень ( от термического сопротивления порг-шя Й, . Поршень (фиг.1) состоит из корпуса 1,поршня, головки 2 поршня, соединенных между собой четырьмя или более болтами З.В теле поршня 1 выполнены отверстия 4 для болтов 3, выточки 5 под втулки 6, а также вы точки 7 для пакета тонких пластин 8. В головке 2 поршня с камерой сгорания 9 выполнены отверстия 10 для болтов 3, выточки 11 под втулки 6, а также выточки 12 под головки болтов 3. В пакете пластин 8 выполнены отверстия 13 под втулки б. Болт 3 устанавливают с одной стороны в выточке 12 и отверстии 10 головки 2 поршня, с другой - в отверстия 4 корпуса поршня, причем между болтом 3 и корпусом поршня 1 выполнен зазор 14. В корпусе 1 поршня в выточке 15 уста- новлена втулка 16 (фиг.2). На конце болта 3 насаженагайка 17, а между гайкой 17 и корпусом поршня установлен упругий элемент, например пружина 18. Втулка 6 имеет канавки19, выполненные на внутренней поверхности 20 (фиг.4 и б) или на внутренней 20 и наружной 21 цилиндрических поверхностях (фиг.З и 7). Канавки 19 выполнены продольными (фиг.4 и 5) или кольцевыми (фиг.б и 7). При этом толщина стенки втулки составляет 0,20-2,5 толщины пакета пластин,, длина - 0,1 - 0,8 длины болта, причем толщина пакета пластин выполнена исходя из коэффициента адиабатности стенки К и. где -«--J-lt -{ -пот9нтлалъная плотт п («i ность теплового потока в пормень, если величина I т д: X R, Ai ,1 ; бесконечно мала; т g; m-i :r + .S: -rr--.Zl R; ;термическое сопро тивление поршня; Ы|. - средний коэффициент теплоотдачи от газов к поршню; m - количество деталей в. цепочке от газов до системы охлаждения (головка, пакет пластин, корпус поршня, кольцо, гильза цилиндра) В| - толщина -той детали, 1( - коэффициент теплопроводности материала i -той детали;

R; - контактное терми ческое сопротивление между i-той и И+1)-й деталями; ол коэЛЛициент теплоотдачи от гильзы цилиндров в охлаждающую cpeдy fpe-i - средняя результирующая по теплопередаче температура газа в цилиндре двигателя;

{. - температура охлаждающей среды;

f, - действительная плотность теплового потока в поршень.

Длина болта составляет не менее 1 толщин пакета пластин.

Из приведенной на Лиг.8 зависимости коэффициента адиабатности поршня Код и действительной плотности теплового потока в поршень („ от термического сопротивления пормня RH видно, что коэффициент адиабатности может быть повышен за счет увеличения термического сопротивления поршня ,8 п . Так как поршень воспринимает нагрузки от сил давления газов, то для увеличения термического сопротивления здесе можно применять пакет тонких пластин.

Поршень работает следующим образом.

К поверхностям головки 2 и болтов 3, образуют-дам поверхность камеры сгорания,-от газов подводится тепловой поток. Головка 2 выполнена из низкотеплопроводного материала,а болт 3 из стали, имеющей коэффициент теплопроводности в 5-10 раз больше, чем материал головки 2, Тепловой поток проходитс одной стороны через головку 2,.пакет пластин 8, тело

поршня 1, суммарное термическое противление которых выбрано из ловия ,

,,

0,3.

«А

С другой стороны тепловой поток идет через болт 3 и отводится частично в корпус 1 поршня,, а частично в масло. Теплопроводность болта 3 больше теплопроводности головки 2 поршня, следовательно на равном расстоянии от тепловоспринимающей поверхности их температуры различны. Разница (градиент) температур болта 3 и соединяемых деталей 1, 2, 8 достигает 200-300 с. Для устранения локального перегрева соединяемых деталей болт 3 установлен по всей длине с зазором до 1 мм. Центровка соединяемых болтом 3 деталей 1, 2, 8 осуществляется втулкой б длиной 0,10,8 длины болта. Поскольку толщина стенки втулки составляет 0,20-2,5 толщины пакета пластин, она является теплоизолятором и не пЬзврляет теплу передаваться от головки 2 к болту 3 и от болта к корпусу поршня 1.

На наружной 21 и внутренней 20 поверхностях оболочки 6 выполнены канавки 19 продольные (фиг.4 и 5)ипоперечные (Фиг.б и 7). Продольные канавки 19 выполнены в оболочках при установке дополнительного упругого элемента 18 (Аиг.2). Кольцевые канавки 19 обеспечивают, кроме указанных качеств (центровки, теплоизоляции) , заданную продольную податливость, т.е. втулка 6 выполняет роль упругого элемента (фиг.3).

Таким образом, предложенная конструкция поршня является более надежной по сравнению с известными,так как имеет сниженную теплонапряженность, достигаемую уменьшением температуры корпуса в месте контакта с болтом.

Фиг.2

.S

1. СОСТАВНОЙ ПОРИЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержа1ЦИЙ головку и корпус, связанные между собой сквозными болтами, и размещенный между головкой и корпусом пакет пластин, отличаю щий с я тем, что, с целью повышения на.дежности путем снижения теплонапряженности корпуса, болты снабжены J J/ теплоизолирующими втулками, причем геометрические параметры втулок и пакета пластин выполнены в соответствии с соотношением 8

х

Код

сг

i

lor

lo200

150 WO SO

0.03

0.02 иг.8