Поршень двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B75/04 

Изобретение относится к моторостроению, в частности к деталям двигателей внутреннего сгорания.

Известен поршень, содержащий вставку, выполненную за одно целое с поршнем, образующую с корпусом поршня масляные полости, поршневой палец и подшипники поршневого пальца, в котором для повышения надежности вставка в зоне под поршневым пальцем снабжена аккумулирующими камерами, сообщенными с подшипниками поршневого пальца.

Недостатком поршня является жесткая связь его с шатуном, вследствие чего при работе двигателя возникают ударные нагрузки , что требует повышения его прочности и утяжеления.Кроме того, происходит выделение вредных окислов азота и окиси углерода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является свободно поршневая машина, содержащая размещенные в оппозитных цилиндрах поршни, соединенные между Собой штоком, последний с целью повышения эффективности работы во все)и диапазоне режимов работы соединен с поршнями упругим элементом.

Однако большие ударные нагрузки, действующие на упругий злемент, требуют применения в его конструкции тяжелых пружин, а так как упругий злемент наглухо прикреплен к днищу поршня, он в процессе эксплуатации будет терять упругие свойства от воздействия высоких температур.

Целью изобретения является повышение КПД.

Цель достигается тем, что в полости корпуса поршня размещается вставка, имеющая скользящее сопряжение с внутренней поверхностью корпуса поршня и несущая поршневой палец, размещенный в выполненных в ней подшипниках и жестко связанный с шатуном. Поршень снабжен знергоаккумулирующим элементом, выполненным в виде сильфона, наполненного сжатым газом. Сильфон помещен между днищем поршня и торцом вставки и удерживается в напряженном состоянии посредством опоры вставки на цилиндрическое кольцо, закрепленное в канавке, выполненной на внутренней стороне юбки поршня.

На фиг. 1 изображен поршень в сборе; на фиг. 2 -диаграммы, поясняющие ра(юту поршня.

Поршень 1 содержит цилиндрическую вставку 2, имеющую скользящее сопряжение с внутренней поверхностью корпуса поршня 1. В выполненных в корпусе вставки

2 подшипниках 3 установлен поршневой палец 4, жестко скрепленный с шатуном 5. Вставка 2 опирается на кольцо 6, закрепленное в канавке 7, выполненной на внутренней поверхности нижней части юбки поршня 1. Между днищем поршня 1 и торцом вставки 2 размещен энергоаккумулирующ И элемент, выполненный в виде сильфона 8, наполненного сжатым газом.

Поршень работает следующим образом.

В исходном положении вставка 2 прижата сильфоном 8 к кольцу 6. С началом работы двигателя в такте сжатия при приближении« верхней мертвой точке происходит воспламенение введенного в цилиндр топлива.

Это вызывает скачкообразный рост температуры и давления продуктов сгррания. Когда их давление превысит давление газа в сильфоне, начнется его сжатие. Поршень 1 движется по вставке 2 вниз. При этом она отрывается от кольца 6. При движении шаТуна 5 вниз вместе со вставкой 2 сильфон 8 разжимается до тех пор, пока вставка 2 не сямет на кольцо б.

Физическая суть процесса и его энергетика показаны на диаграмме фиг. 2 в осях V и Р очерченной непрерывной линией. Адиабата АВ описывает такт сжатия воздуха. В точке В произойдет воспламенение введенного в цилиндр топлива. Ветвь ВС диаграммы описывает процесс горения, сопровождающийся скачкообразным ростом давления и температуры.

Когда давление сравнивается с давлением в сильфоне 8, будет происходить его сжатие по адиабате CD до точки D уравнивания давлений. При этом сильфон 8 аккумулирует знергию сгорания топлива и в точке D ЗОЯ выделившаяся анергия полностью поглощена сильфоном 8 и потерями. За точкой D начинается расширение сильфоиа 8 по адиабате DE, симметричной адиабате CD, поскольку .этот процесс определяется энергией, выделяемой сильфоном 8. Точка Е - предельная точка расширения сильфона 8.

Дальнейшее расширение продуктов сгорания до точки F происходит по адиабате EF - схожей с соответствующим по удаленности от оси V участком адиабаты IF расширения продуктов сгорания. ,

Для сравнения на осях Р и V прерывистой линией показана диаграмма ABIF работы двигателя с обычным поршнем.

Так как количество пoлeзнoJi работы, следовательно, и КПД двигателя определяется площадью фигуры, очерченной диаграммой ABCDEF за вычетом входящей в ее границы части прямоугольника энергии выхлопа PF V, которая определяется давлением газа в сильфоне (точка С), его сжимаемостью (точки D, Е и F), то можно подобрать их так, что. это даст значительное увеличение КПД двигateля.

Устранение пика и снижение максимума давления (точка D), который может быть приближен к тому минимуму, при котором начинается образование окиси углерода и окислов азота, приведет к уменьшению содержания этих газов в выхлопе. Устранение пика давления в верхней мертвой точке, который характерен для существующих двигателей, избавит его от ударных нагрузок, что позволит снизить его металлоемкость и вес.

Таким образом, конструкция предлагаемого поршня даст возможность повысить КПД двигателя, а также улучшить его эксплуатационные свойства.

Формула изобретения Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий вставку с поршнеиым пальцем, причем на внутренней поверхности юбки поршня в ее нижней части выполнен кольцевой паз, а в последнем установлено кольцо, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра юбки поршня, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, между внутренней поверхностью днища поршня и вставкой установлен энергоаккумулирующий элемент, выполненный в виде наполненного сжатым газом сильфона, а вставка установлена со скользящей посадкой в корпусе поршня.

Изобретение относится к деталям двигателей внутреннего сгорания.. Цель изобретения - повышение надежности в работе. Поршень содержит вставку, поршневой палец, подшипники поршневого пальца,коль- цо,закрепленное в канавке, выполненной на внутренней поверхности поршня, и сильфом, наполненный сжатым газом. 2 ил.

J

Фиг. 2