Охлаждаемый поршень малооборотного двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02F3/20 F01P3/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, конкретно к охлаждаемым поршням двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и является дополнительным к авт. св. № 1605009.

Известен охлаждаемый поршень ДВС, содержащий внутреннюю полость, образованную днищем поршня и неподвижной плоской вставкой с центральным отверстием для подвода охлаждающей жидкости, расположенным на оси поршня, и по меньшей мере с одним каналом для отвода охлаждающей жидкости, расположенным на периферии вставки, и по крайней мере одно ребро, расположенное между днищем поршня и вставкой, отходящее по спиральной линии от центрального отверстия, причем ребро изготовлено из материала, обладающего эффектом памяти формы (ЭПФ), установлено с зазором между днищем поршня и вставкой и закреплено одним концом у центрального отверстия вставки.

При работе спиральное ребро под воздействием переменных тепловых нагрузок на днище поршня, связанных с тактностью работы цилиндров ДВС (особенно явно проявляющейся у малооборотных ДВС), начинает перемещаться относительно поверхности днища, тем самым вызывая срыв пограничного слоя и, следовательно, интенсифицируя теплообмен, особенно на периферии днища поршня, где интенсивность охлаждения из центрального отверстия невысока. Это приводит к снижению температурного уровня днища поршня. При этом отсутствует сложная кинематическая схема, а перемещение (сжатие-распрямление) ребра происходит под воздействием переменных тепловых нагрузок благодаря внутренним свойствам материала, обладающего обратимым ЭПФ. Поэтому повышается надежность работы охлаждаемого поршня ДВС.

Однако использование для изготовления ребра материала, обладающего обратимым ЭПФ. позволяет обеспечить сравнительно малое удельное формоизменение ребра, которое не превышает 1 % и не позволяет интенсифицировать теплообмен в достаточной степени.

Кроме того, сила, вызывающая изменение размеров ребра с обратимым ЭПФ при охлаждении, заметно меньше силы, возникающей при нагреве ребра, При охлаждении поршня водой, а равно и маслом, на поверхности стенки его днища возможно появление отложений (накипи), которые могут блокировать перемещение ребра при его охлаждении и уменьшают интенсивность теплоотвода от днища.

Исходная форма в материалах с обратимым ЭПФ восстанавливается неполностью, силы трения при работе ребра способствуют утрате свойств обратимого ЭПФ, а конструктивные элементы, восстанавливающие или поддерживающие обратимый ЭПФ ребра, в известном техническом решении отсутствуют. Все это снижает надежность работы ребра, поршня и ДВС в целом.

0 Цель изобретения - повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в охлаждаемом поршне малооборотного ДВС ребро выполнено составным в виде

5 двух элементов, жестко связанных между собой по одной из боковых поверхностей, причем элементы выполнены с противоположным формообразованием при различных критических температурах мартенситного

0 превращения их материала.

Элементы могут быть выполнены из материала с необратимым ЭПФ.

Вследствие этого, спиральное ребро под воздействием переменных тепловых на5 грузок на днище поршня, связанных с тактностью работы цилиндров ДВС, начинает перемещаться относительно поверхности днища, интенсифицируя теплообмен и тем самым снижая температурный уровень дни0 ща поршня. Оба элемента содействуют наиболее полному восстановлению формы друг другом за счет реализации в обоих элементах сил упругой и сверхупругой природы. Удельное формоизменение ребра увеличи5 вается, так как каждый из его элементов деформируется в противоположную стороНУТаким образом, обеспечивается поддержание ЭПФ ребра и увеличение его де0 формаций, что повышает надежность. Увеличение усилий, развиваемых ребром при перемещении, позволяет препятствовать (соскребать) образованию отложений на днище поршня, что улучшает его охлаж5 дение и, тем самым, повышает надежность работы ДВС в целом.

Жесткое крепление элементов ребра между собой исключает их взаимное проскальзывание и расслоение, что снижает

0 усилия деформации ребра.

Элементы из материала с необратимым ЭПФ в процессе работы при переменных тепловых нагрузках приобретают дополнительно обратимый ЭПФ за счет взаимных

5 пластических деформаций и усилий, развиваемых ребром. Кроме того, материалы с необратимым ЭПФ могут быть деформированы на %, тогда как материалы с обратимым ЭПФ лишь на 2-3 %, что обуславливает увеличение деформаций и усилий, повышая

тем самым надежность и эффективность ребра.

На фиг. 1 представлен охлаждаемый поршень, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Охлаждаемый поршень 1 содержит охлаждающую полость 2, образованную днищем 3 поршня 1 и неподвижной вставкой 4 с центральным отверстием 5 для подвода охлаждающей жидкости, каналом б для от вода охлаждающей жидкости, и ребро 7, расположенное с зазором 8 между днищем поршня 1 и вставкой 4 и закрепленное одним концом у центрального отверстия 5 на днище 3 или вставке 4. Ребро 7 выполнено составным в виде двух элементов 9 и 10, жестко связанных между собой по одной из боковых поверхностей, причем элементы выполнены с противоположным формообразованием при различных критических температурах мартенситного превращения их материала.

При работе охлаждающая жидкость из отверстия 5 направляется в охлаждающую полость 2, где обеспечивает струйное удар- ное охлаждение центральной части днища 3 поршня 1. После этого она, двигаясь по каналу, образованному днищем 3, вставкой 4 и спиральным ребром 7, направляется к периферии днища 3, охлаждает его и удаляет- ся из поршня 1 по каналу 6. Ребро 7, установленное с зазорами 8 в полости 2, при воздействии циклических тепловых нагрузок приводится в движение вдоль поверхности днища 3, вызывая тем самым интенсифика- цию теплоотвода и удаление отложений. При повышении тепловой нагрузки, а следовательно, и температуры стенки днища 3, охлаждающей жидкости и ребра 7 (вызванного сгоранием топлива в цилиндре) при во- дится в действием ЭПФ, например, у элемента 9 и ребро 7 движется в одном направлении (например, сжимается), а элемент 10 дополнительно деформируется. При снижении тепловой нагрузки на днище 3 (при вдуве холодного воздуха в цилиндр) уменьшается температура стенки днища 3, охлаждающей жидкости и ребра 7, которое начинает двигаться в противоположном на

правлении (например, распрямляется) под действием ЭПФ у элемента 10, а элемент 9 деформируется.

Цикл сжатия-распрямления ребра 7 совпадает с циклом работы цилиндра ДВС.

Для избежания расслоения элементов 9 и 10 ребра 7 следует элементы располагать так, чтобы внутренний работал на распрямление ребра 7, а внешний - на сжатие.

Режим термотехнической обработки для наведения ЭПФ в бинарных сплавах системы TI - NI и сложно легированных сплавов на его основе может быть следующим: прикладывают напряжение 180-350 МПа; термочувствительный элемент подвергают термоциклированию в течение 10-50 циклов.

В результате этих операций наведенный ЭПФ будет направлен в сторону, противоположную внешней нагрузке.

Жесткое крепление элементов 9, 10 ребра 7 между собой может быть организовано либо с помощью заклепок, либо за счет предварительного натяга, обеспеченного разными радиусами кривизны спиральных элементов.

Применение предлагаемого поршня позволяет повысить надежность как за счет снижения температурного уровня, так и за счет более полного использования для приведения в движение ребра свойств материалов с ЭПФ в условиях теплового режима малооборотных ДВС.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Охлаждаемый поршень малооборотного двигателя внутреннего сгорания по авт. св. № 1605009, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, ребро выполнено составным в виде двух элементов, жестко связанных между собой по одной из боковых поверхностей, причем элементы выполнены с противоположным формообразованием при различных критических температурах мартенситного превращения их материала.

2.Поршень по п. 1, отличающий- с я тем, что элементы выполнены из материала с необратимым эффектом памяти формы.

А-А

Изобретение относится к двигателест- роению, является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1605009 и позволяет повысить надежность работы поршня малооборотного двигателя внутреннего сгорания за счет изготовления ребра 7, размещенного во внутренней полости 2 поршня 1, составленного из двух элементов 9 и 10, жестко связанных между собой по одной из боковых поверхностей, причем элементы выполнены с противоположным формообразованием при различных критических температурах мартенситного превращения их материала, причем элементы могут быть выполнены из материала, обладающего необратимым эффектом памяти формы. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

фиг. 2