Поршень двигателя внутреннего сгорания со струйным охлаждением Советский патент 1992 года по МПК F02F3/22 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателе- строениюс

Поршеньвявляется одной из основных деталей двигателя внутреннего сгорания. Он .воспринимает механическое и тепловое воздействие горючей смеси, а также через палец и шатун передает силовое воздействие рабочего тела на коленчатый вал.

Известна конструкция охлаждаемого поршня, содержащего кольцевую полость в головке поршня для прокачки охлаждающего масла. Поршень работает в тяжелых условиях, а непрерывное форсирование двигателей приводит к увеличению тепловых потоков в поршень, поэтому одним из основных требований, предъявляемых к конструкции поршня,

о

1

является обеспечение надежного тепло отвода от наиболее нагретых зон.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция охлаждаемого поршня, содержащая головку с днищем и корпус, сопряженные таким образом, что между ними образуются центральная и кольцевая периферийная полости охлаждения, связанные между собой соединительными каналами, и отверсти в периферийной полости для подвода охлаждающего масла.

Недостатком известной конструкции являвтся неорганизованность движения охлаждающего масла в центральной полости и наличие застойных зон, что снижает эффективность и равномерност охлаждения поршня. Кроме того, так как отношение площадей сливного и соединйт ельного каналов не Задано то в процессе работы двигателя охлаждающая жидкость через сливной канал большего сечения будет сливаться быстрее, чем наполняется центральная полость, вследствие чего центральная часть поршня будет охлаждаться менее интенсивно, чем периферийная, что приведет к значительному перепаду температур и снижению надежности поршня.

Цель изобретения - повышение надежности поршня путем увеличения равномерности охлаждения его днища.

Указанная цель достигается тем, что в порпне для двигателя внутреннего сгорания со струйным охлаждением содержащим головку с днищем и корпус, сопряженные между собой с образованием между ними центральной и периферийной кольцевой полостей охлаждения, связанных между собой посредством соединительных каналов, подводящие в периферийную полость поток охлаждающего масла отверстия и канал для слива масла из центральной полости охлаждения, соединительные каналы выполнены с осями, непересекающимися с осью центральной.полости, а последняя выполнена в форме конуса, обращенного основанием к внутренней поверхности днища головки поршня, в вершине $оторого размещен сливной канал, площадь поперечного сечения которого выполнена не более суммарной площади поперечных сечений соедини- тельных каналов и может быть опреде лена уравнением

1

f Pi - Р- II где F - площадь поперечного сечения сливного канала;. площадь попречного сечения соединительного канала; давление на входе в соединительный канал; давление на выходе из соединительного канала; гидравлический напор в центральной полости; плотность охлаждающего масла суммарный коэффициент сопротивления соединительного канала.

Соединительные каналы выполнены так, что наиболее удаленная от оси центральной полости охлаждения образующая цилиндрической поверхности каждого соединительного канала выполнена по касательной к конусной поверхности, ограничивающей центральную

Р

Г

полость охлаждения и направлены на внутреннюю поверхность днища головки поршня о

Внутренняя поверхность днища головки поршня выполнена в виде конуса, обратного конусу, образующему центральную полость охлаждения.

Благодаря выполнению соединительных каналов, с осями, не пересека- ющимися с осью центральной полости, а тем более так, что наиболее удаленная от осп нейтральной полости охлаждения образующая цилиндрической поверхности каждого соединительного канала выполнена по касательной к конусной поверхности, ограничивающей центральную полость охлаждения и при этом каналы направлены на внутреннюю поверхность днища головки поршня, создается круговое упорядоченное движение охлаждающего масла и срыв пограничного слоя на охлаждаемой поверхности, тем самым обеспечивается интенсификация теплоотдачи от поверхности головки поршня к ох- лаждающему маслу

Выполнение центральной полости охлаждения поршня в форме конуса, обра- .щенного основанием к внутренней поверхности днища головки поршня со сливным каналом в его вершине обеспечивает увеличенную площадь контакта

охлзадающего масла с охлаждаемой поверхностью днииа головки поршня в сочетании с уменьшением площади теплоотдачи в теле поршня, симметричность отвода масла со всех частей охлаждаемой поверхности, а также полный слив масла из камеры вследствие отсутствия застойных зон.

Выполнение поршня с площадью поперечного сечения сливного канала связанной с суммарной площадью поперечных сечений соединительных каналов уравнением

5

EJLI..&- 1

I Т V

(р(Н-ьр)Т

обеспечивает заполнение охлаждающим маслом центральной полости.

Выполнение внутренней поверхности днища головки поршня в виде обратного конуса позволяет увеличить охлаждаемую площадь.

Указанные особенности предлагаемо- го поршня в совокупности обеспечивает интенсивный и равномерный по всей площади охлаждения теплоотвод, что создает уменьшение градиента температур по поверхности днища поршня, а вследствие этого повышение надежности поршня.

На фиг. 1 представлен, продольный разрез поршня с соединительными каналами, не пересекающимися с осью цент

ральной полости; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - поршень с другим вариантом выполнения соединительных каналов, продольный разрез на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг, 5.

Поршень для двигателя внутреннего сгорания содержит головку 1 с днищем 2, имеющим внутреннюю поверхность 3 и боковую поверхность с канавками 5 под поршневые кольца, и корпус 6, сопряженные между собой таким образом, что между ними образуется периферийная кольцевая полость 7 охлажднния, которая образована внутренней частью боковой поверхности 4 головки 1, периферийной частью днища 2 и поверхностью корпуса 6 поршня.

Поршень содержит также для охлаждения центральной части днища 2 центральную полость 8 охлаждения. Полости 7 и 8 связаны между собой соедиительными каналами 9, выполнен

}

10

t5

20

о

- 25 и

753000°

ными не пересекающимися с осью центральной полости 8, которая выполнен, п форме конуса, обращенного основанием к внутренней поверхности 3 днища 2 головки 1, в вершине которого размещен сливной канал 10, площадь поперечного сечения которого обеспечивает заполнение центральной полости охлаждающим маслом. Полость 7 соединена с масляной системой двигателя (не показана) отверстиями 11,

Другой вариант выполнения поршня представлен на фиг. 4-6. В этом поршне соединительные каналы 9 выполнены так, что наиболее удаленная от оси центральной полости охлаждения образующая цилиндрической поверхности каждого соединительного канала 9 выполнена по касательной к конусной поверхности, ограничивающей центральную полость 8 охлаждения. При этом каналы направлены на внутреннюю поверхность 3 днища 2 головки поршня.

Поверхность 3 может быть выполнена в зависимости от формы камеры сгорания, например, В виде конуса обратного конусу, образующему центральную полость 8 охлаждения.

Предлагаемый поршень изготавливают, например, путем резьбового соединения стальной, чугунной или из сплава титана головки 1 и конуса 6 поршня из алюминиевого сплава, при этом между ними может быть установлена чугунная кольцевая простав- ка с канавками под поршневые кольца. Внутренние поверхности головки, про- ставки и конуса образуют полости охлаждения .

Поршень работает следующим оо разом.

Масло из системы смазки при помогай форсунок, расположенных на блоке лс двигателя (не показано), через вертикальные отверстия поступает в кольцевую периферийную полость 7, взбалтываясь там, охлаждает периферийную часть днища и затем по каналам 9 поступает в полость 8. Поскольку каналы 9 выходят в центральную полость 8 описанным выше образом, постольку масло приобретает вращательное движение. Вращаясь и одновременно взбалтываясь, масло омывает центральную часть головки 2 поршня, отбирая тепло, а затем по сливному каналу 10 поступает в масляную систему. Так как соединительные каналы 9 направ30

40

5С

55

лены на внутреннюю поверхность 3 днища 2 головки 1, то масляные струи ударяются в днище 2 и срывают пограничный слой масла, увеличивая тем самым коэффициент теплопередачи, а значит, интенсифицируя теплоотвод.

Выполненная по условию равенства расходов масла через соединительные 9 и сливной 10 каналы площадь сечения сливного канала 10 обеспечивает заполнение центральной полости 8 маслом. Поскольку центральная полость выполнена в виде конуса, в ней не образуется застойных зон, а вращательное движение подающегося в центральную полость масла в сочетании с полным заполнением центральной полости обеспечивает контакт его с нагретыми поверхностями днища и не позволяет маслу транзитом перетекать в слиной канал. Как правило, периферийные поверхности днища поршня имеют температуру более высокую, чем центральная поверхность, поэтому подача охдажден- ного масла в полость 7 позволяет снят с периферийной поверхности поршня большее количество тепла, чем с центральной части 3 днища 2 поршня, куда масло подается уже более нагретым и, следовательно, периферийные участки днища 2 головки 1 поршня будут охлаждаться больше, чем центральный учас

Таким образом, предлагаемый поршень позволит выравнять температуру по поверхности днища головки поршня, уменьшить термические напряжения

и тем самым увеличить надежность его работы, т.е. использование предлагаемого изобретения позволит сущест венно повысить долговечность поршня.

Формула изобретения

1.Поршень двигателя внутреннего сгорания со струйным охлаждением, содержащий головку с днищем и корпус, сопряженные между собой с образованием между ними центральной и периферийной кольцевой полостей охлаждения, связанных между собой посредством соединительных каналов, подводящие

в периферийную полость поток охлаждающего масла отверстия и канал для слива масла из центральной полости охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения равномерности охлаждения днища поршня, соединительные каналы выполнены с осями, пепе- ресекающимися с осью центральной полости, а последняя выполнена в форме конуса, обращенного основанием к внутренней поверхности днища головки поршня, и в вершине которого раз- мещен сливной канал, площадь поперечного сечения которого выполнена не более суммарной площади поперечных сечений соединительных каналов.

2.Поршень по п. 1, отличающийся тем, что соединительные каналы выполнены Tak, что наиболе удаленная от оси центральной полости охлаждения образующая цилиндрической поверхности каждого соединительного канала выполнена по касательной к.

конусной поверхности, ограничивающей центральную полость охлаждения, и направлены на внутреннюю поверхность днища головки поршня.

Зо Поршень по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что внутренняя поверхность днища головки поршня выполнена в виде конУса, обратного конусу, образующему центральную полость охлаждения.

1 I

1753000

2 9 J 3 S

Изобретение относится к двига- телестроению И позволяет повысить надежность и увеличить равномерность охлаждения днища поршня. Сущность изобретения: поршень для двигателя внутреннего сгорания с форсункой для подачи масла на охлаждение поршня содержит головку 1 с днищем 2 и корпус 6, сопряженные между собой с образованием между ними кольцевой периферийной 7 и центральной 8 полостей охлаждения, связанных между собой посредством соединительных каналов 9, подводящие в периферийную полость 7 поток охлаждающего масла отверстия 11 и канал 10 для слива масла из центральной полости 8 охлаждения. Соединительные каналы 9 выполнены эксцентрично относительно оси центральной полости 8, выполненной в форме конуса, обращенного основанием к внутренней поверхности 3 днища головки поршня, в вершине которого размещен сливной канал 10, площадь поперечного сечения которого меньше или равна суммарной пдрщади поперечных сечений соединительных каналов 9, 2 з.п.ф-лы, 6 ил о

(Риг. г

Ј 7

Pur.S

ФигЗ

ja/

Фиг в