Поршень для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B75/04 

фиг. 2

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигэтелестроению и может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для автоматического регулирования степени сжатия.

В настоящее время наиболее перспективными решениями, повышающими эффективность ДВС, является снабжение их системой, автоматически регулирующей степень сжатия (Демидов В.П. Двигатели с переменной степенью сжатия. М.: Машиностроение, 1978, с. 133), где сказано, что одним из основных напряжений совершенствования двигателей является снабжение их поршнями автоматически ре- гулирукж ими степень сжатия (ПАРСС).

Другим направлением является создание двигателей с разделенной вихревой камерой автоматически регулируемого объекта.

Известно устройство с разделенной вихревой камерой, автоматически регулируемого объема (авт. св. № 1033302, кл. F02 В 75/04, F 02 D 15/04, которое принято за базовый образец). Это устройство представляет собой цилиндро-поршневую группу с камерой, в которой свободно плавает дополнительный поршень. При работе такого двигателя давление в камере сжатия по системе перепускных каналов воздействует на плавающий поршень, обеспечивая тем самым интенсивное сгорание топлива с высоким КПД,

Недостатком базового образца является невозможность обеспечения высоких степеней сжатия и сложность конструкции.

Известны ДВС, снабженные ПАРСС (например,авт. св. № 1068604, кл. F02 В 75/04, F 02 D 15/04); данное техническое решение принято за аналог. Аналог имеет поршень, который содержит головку с ограничительным элементом и юбку, между которыми выполнены верхняя и нижняя камеры переменного объема, связанные между собой и с картером при помощи системы перепуска масла с перепускным каналом между камерами, выпускным каналом нижней камеры, связанным с картером, дросселем с иглой переменного сечения и распорными элементами в виде пружин.

Регулирование степени сжатия двигателя внутреннего сгорания производится за счет изменения давления масла в камерах переменного объема и инерции поршня. При этом головка поршня перемещается относительно оси поршневого пальца, изменяя объем камеры сжатия и, следовательно, степень сжатия двигателя.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, небольшая степень сжатия из-за малой величины изменения объема камеры сжатия

(1,1-1,6 мм), ненадежность из-за утечек масла и закоксования верхней камеры переменного объема (из-за пригара масла к днищу поршня), потере теплопроводности и прогаре днища поршня.

Известно техническое решение, которое объединяет в с эбе двигатель с переменной камерой сгорания и ПАРСС (например, авт. св. № 928051, кл. F 02 В 75/04). Данный аналог включает цилиндр с поршнем и сообщенный с ним буферный цилиндр с размещенным в нем плавающим поршнем. Буферная полость ограничена поверхностью вытеснителя, снабженного внутренней полостью и подключена к

пневмосистеме.

В процессе работы ДВС давление газа перемещает плавающий поршень, с другой стороны на нею действует давление из пневмосистемы. Разница давлений на плавающий поршень с той и с другой стороны позволяет создать камеру сгорания оптимального объема и тем самым повысить надежность и долговечность ДВС.

Недостатком данного аналога являются

сложность конструкции, потребность регулировки и настройки двигателя на оптимальный режим работы, невозможность получения больших степеней сжатия, низкий КПД.мс.

В качестве прототипа принят составной поршень по авт. св. Мг 1731969, кл. F 02 F 3/00 от 19.12.89. Поршень-прототип включает юбку с бобышками под поршневый палец и головку с горшневыми кольцами и

упругими элементами.

При работе двигателя головка поршня дополнительно перемещается в ВМТ и НМТ за счет сил инерции и упругости элементов тела головки поршня, т.е. ПАРСС работает

как прорезная пружина (авт. ев, № 349837, кл. F 16 J 15/34, 1974).

При нахождении поршня в НМТ он движется дополнительно вниз на величину деформации упругих элементов, что

увеличивает коэффициент наполнения ДВС. При нахождении поршня в ВМТ он дополнительно вверх на величину растяжения упругих элементов, что увеличивает степень сжатия рабочей смеси в камере сгорания и, следовательно, КПД и мощность двигателя.

Недостатками поршня-прототипа твля- ются большие длин новые размеры и плохой отвод тепла от головки поршня в юбку.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков, т.е. уменьшение габаритов и улучшение тепло- отвода.

Поставленная цель достигается тем, что ПАРСС, включающий в себя юбку с бобышками под поршневыми кольцами и упругими элементами, имеет упругие элементы в виде гофр, в наружных впадинах которых размещены упругодеформируемые в осевом направлении поршневые кольца.

Достижимость поставленной цели изобретения обосновывается тем, что ПАРСС с гофрами не имеет в своем теле сквозных прорезей, так как гофры придают ему упругие свойства и одновременно исключают потребность в прорезях. Это создает возможность улучшения теплоотвода от головки поршня в юбку и уменьшает длинновые размеры.

На фиг.1 схематически изображен ПАРСС, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.З - узел на фиг.2 (вариант выполнения ПАРСС с комбинированными упругодеформируемыми в осевом направлении поршневыми кольцами; верхнее поршневое кольцо швеллерообразное в продольном сечении; нижнее поршневое кольцо выполнено в виде прорезной пружины (авт. св. СССР №349837, кл. F16 Л 5/34); на фиг.4 - вариант снабжения ПАРСС волнистыми поршневыми кольцами; на фиг.5 - вариант упругодеформируемого поршневого кольца, изготовленного из тонких колец, соединенных сваркой.

ПАРСС состоит из юбки 1 с бобышками 2 под поршневой палец (на фиг. не изображен), головки 3 с упругими элементами в виде гофр 4. В наружных впадинах 5 гофр 4 размещены упругодеформируемые в осевом направлении поршневые кольца 6, например швеллерообразные, волнистые или выполненные в виде прорезной пружины (по авт. св. № 349837, кл. F 16 J 15/34). Последний вариант является предпочтительным, так как позволяет изготавливать

их из тонких колец, например трех, соединенных рельефной сваркой (фиг.5) или с помощью вкладыша 7 (фиг.З).

При работе поршня гофры 4 упруго деформируют. Их впадины 5 уменьшаются и сжимают поршневые кольца 6. Постоянная подвижность поршневых колец 6 исключает их пригар. Дополнительное перемещение головки поршня 3 за счет упругой деформации гофр 4 в НМТ увеличивает коэффициент наполнения цилиндра, а в ВМТ автоматически (в зависимости от числа оборотов) уве-1- личивает степень сжатия, что отражаете положительно на качество сгорания рабочей смеси, мощности ДВС и чистоте выхлопных газов. Гофры 4 имеют большую площадь сечения и поверхность теплосьема, что положительно отражается на работоспособности поршня и ДВС в целом. Расположение

во впадинах 5 гофр 4 поршневых колец б позволяет сократить длинновые размеры поршня.

ПАРСС может работать с обычными чугунными поршневыми кольцами, но выполнение их упругими более предпочтительно. Формула изобретения

1.Поршень для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутрен- него сгорания, содержащий юбку С

бобышками под поршневой палец и головку г; поршневыми кольцами и упругими элементами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и улучшения теплоотвода, упругие элементы выполнены

в виде гофр, в наружных впадинах которых размещены поршневые кольца.

2.Поршень по п,1 .отличающийся тем, что поршневые кольца выполнены упругодеформируемыми.

3. Поршень по пп.1 и 2, отл ич а ю щи йс я тем, что поршневые кольца выполнены из набора тонких колец, соединенных друг с другом рельефной сваркой.

4. Поршень РО пп.1 и2,отличающийс я тем, что поринегаые кольца выполнены в виде прорезной пружины.

Сущность изобретения: поршень снабжен упругими элементами в виде гофр 4, во впадинах 5 которых размещены упругоде- формируемые колгца 6. За счет сил инерции, действующих на массивную головку 3 поршня, гофры сжимаются или р астягива- ются. Это приводит к изменению степени снятия при движении поршня к ВМТ тем большему, чем больше обороты двигателя, и . к улучшению наполнения цилиндра при движении поршня к НМТ. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

9Ьг.З

Фиг. 5