Поршень двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02F3/20 

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к конструкциям поршней двигателей внутреннего сгорания, охлаждаемых жидкой средой.

Известен охлаждаемый поршень двигателя внутреннего сгорания, у которого с целью повышения интенсивности охлаждения в полости охлаждения установлен защитный элемент с кольцевыми ребрами, обращенными внутрь полости охлаждения, причем защитный элемент выполнен из материала с большим коэффициентом тепло- проводности, чем материал по ршня (авторское свидетельство СССР № 1262079, кл. F02 F3/20, 1981).

Недостатком данного технического решения является то,что в нем нерационально используются потенциальные возможности охладителя и конфигурация полости охлаждения с размещенным в ней защитным элементом, данная конструкция поршня позволяет интенсивно охлаждать только часть головки, непосредственно контактирующую с защитным элементом, ввиду чего возникает инградиенгтемператур между теплопередающими поверхностями головки со стороны камеры сгорания и со стороны расположения поршневых колец, что негативно сказывается на надежности конструкции и ее долговечности.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (авторское свидетельство СССР N 1219836, кл. F 02 F 3/14, 1984) является поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки пбршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным вяутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища.

Данное техническое решение позволяет эффективно охлаждать лишь верхнюю часть головки в области кромки камеры сгорания и недостаточно снижает температуру в области поршневых колец, что не может являться гарантией долговечной работы поршня при повышенных тепловых нагрузках из-за недостаточной эффективности и интенсивности охлаждения наиболее теп- лонапряженной части поршня.

Целью изобретения является повышение долговечности путем интенсификации процесса охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что в поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку с камерой сгорания в

днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объединенными общим основанием, расположенным со

стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным в стенке последней со стороны днища, высота части полости охлажде0 ния со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания, составляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограни5 ченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части полости. На фиг. 1 показан поршень двигателя

0 внутреннего сгорания с полостью охлаждения, разрез; на фиг. 2 - форма полости охлаждения.

Поршень содержит головку 1 с камерой 2 сгорашя в днище 3 и кольцевую полость

5 охлаждения, образованную внутренней 4 и наружной 5 частями с общим основанием 6. Части полости со стороны днища 3 разделены кольцевым выступом 7. обращенным внутрь полости охлаждения. Высота Н2

0 внутренней части 4 полости со стороны камеры 2 сгорания (наиболее теплонапряжен- ного участка поршня) составляет (не менее) 1,5 высоты Hi наружной части 5 полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объе5 ма полости, ограниченного общим основанием 6 и плоскостью, перпендикулярной оси 8 поршня, проходящей от дна общего основания 6 на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости охлаждения,

0 Поршень работает следующим образом.

С помощью оптимально подобранных сечений подводящих и сливных каналов (не показаны) или другим способом поддержи5 вается относительный уровень охладителя (масла), составляющий не менее 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости. Такой уровень практически стабилизирует гидравлические потери во время прохождения ох0 ладителя вдоль полости охлаждения. При этом относительный уровень заполнения части 4 полости (внутренней), обращенной в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составит 0,2-0,5, т.е. уровень,

5 оптимальный для охлаждения взбалтыванием, При смене направления сил инерции, перемещение вдоль оси 8 поршня основной массы охладителя ограничивается наружной частью 5 полости с меньшей высотой, поэтому охладитель продвигается вдоль полости охлаждения без значительного дополнительного сопротивления, что улучшает процесс сменяемости охладителя. Остальной охладитель попадает во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорания поршня, имеющую наибольшую высоту, и совершает колебательные движения с большей амплитудой, что повышает интенсивность теплообмена. Не- смотря на то, что охладитель, попадающий во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорания, вследствие колебательного движения с большей амплитудой за цикл смены направления сил инерции, отстает в продвижении вдоль полости от охладителя, остававшегося в наружной части 5 полости с меньшей высотой, он не перегревается, так как хорошо перемешивается и отдает тепло остальному, со- ставляющему большую часть объема, охладителю,

Объем внутренней части 4 полости, обращенной в сторону камеры 2 сгорания, т.е. в сторону наиболее теплонапряженного участка поршня, составляет 0,2-0,5 от объема полости, ограниченного общим основа- кием 6 и плоскостью, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости, т.е. со- ставляет объем не более 0,5 от объема охла- дителя, заполняющего полость. В противном случае основная масса охладителя будет иметь возможность совершать колебательные движения с большей ампли- тудой, что приведет к дополнительному гидравлическому сопротивлению, потерям при прохождении охладителя вдоль полости и перегреву охладителя.

Таким образом, предлагаемая конфигу- рация полости охлаждения позволяет улучшить эффективности охлаждения за счет снижения гидравлических потерь при прохождении охладителя вдоль полости охлаждения и оптимизации условий теплообмена в наиболее теплонапряженной зоне поршня, что и является критерием повышения долговечности конструкции.

П р и м е р. В поршне двигателя 8ДВТ-- 330 с помощью предварительной механической обработки и электронно-лучевой сварки была выполнена полость охлаждения из двух частей, объединённых общим основанием. Высота одной части полости составляет 14 мм, другой части, обращенной в сторону кромки камеры сгорания, 21 мм, а объем составляет 0,28 от объема полости, ограниченного общим основанием и плоскостью, перпендикулярной к оси поршня, проходящей на расстоянии 10,5 мм до дна общего основания. Эксплуатация показала, что температура в области кромки камеры сгорания снизилась на 20-25° по сравнению с серийным поршнем, имеющим полость охлаждения в виде овала высотой 20 мм и шириной 10 мм,

Формула изобретения Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головке с камерой сгорания в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждения, образованную внутренней и наружной частями, объе- диненными общим основанием, расположенным со стороны юбки поршня, причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждения и выполненным на стенке последней со стороны днища, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности путем интенсификации процесса охлаждения, высота части полости охлаждения со стороны камеры сгорания, измеренная от дна общего основания, составляет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограниченной общим основанием и плоскостью, перпендикулярной оси поршня, проходящей от дна общего основания на расстоянии 0,65-0,75 высоты наружной части полости.

Использование: область двигателестро- ения, а именно конструирование и изготовление поршней двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, позволяет повысить долговечность путем интенсификации охлаждения. Сущность 1 изобретения: поршень имеет кольцевую полость охлаждения, выполненную в головке 1, образованную внутренней 4 и наружной 5 частями с общим основанием 6. При этом соотношение высот и объемов этих частей подобрано таким образом, что происходит дифференциация объемов поступающего в полость охлаждения охладителя по наружной и внутренней частям в зависимости от сил инерции, действующих на поршень с одной стороны, и происходит снижение гидравлических сопротивлений прохождению охладителя по полости и более рациональное распределение потока охладителя за счет конфигурации полости охлаждения - с другой. 2 ил. Ј ч| ел со ю ел ON GO

Фиг. 2