Поршень для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02F3/26 

Изобретение относится к двигателест- роению и касается охлаждаемых поршней с камерой сгорания в поршне.

Цель изобретения - повышение долговечности работы поршня путем увеличения эффективности теплоотводы от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец.

Поставленная цель достигается следую: щими новыми признаками в сравнении с прототипом:

- высокотеплопроводная вставка в зоне вогнутого участка снабжена дополнительными прорезями, осевые линии которых лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания. Выполнение прорезей таким образом позволяет увеличить эффективность теплоотвода от вогнутого участка за счет увеличения поверхности теплоотвода от вставки к основному материалу поршня при максимально возможном тепловом потоке от выпуклого участка вставки к вогнутому.

Увеличение поверхности теплоотвода от вставки к основному материалу поршня в зоне вогнутого участка осуществляется за счёт выполнения в теле вставки дополнительных прорезей, через которые имеет возможность удаления воздуха из кокиля во время отливки поршня, что и обеспечивает качественную заливку высокотеплопроводной кольцевой вставки. Однако в зоне вогнутого участка количество прорезей по сравнению с другими участками вставки необходимо резко увеличивать, что уменьшает площадь поверхности этого участка. Выполнение же прорезей таким образом, что их осевые линии лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания обеспечивает максимально возможный тепловой поток от выпуклого участка вставки к вогнутому. Это объясняется тем, что при выполнении осевых линий прорезей под углом к вышеоговоренной плоскости, площадь поверхности перемычек между двумя соседними прорезями остается неизменной, а расстояние, проходимое тепловым потоком от границы между выпуклым и вогнутым участками до торца вставки со стороны вогнутого участка увеличивается, что уменьшает количество теплоты, проводимое к вогнутому участку, а следовательно.и тепло- отвод от него.

Следовательно, выполнение прорезей предложенным образом позволяет повысить эффективность теплоотвода от вогнутого участка, что приводит к увеличению теплового потока вдоль высокотеплопроводной вставки в зону канавок второго и третьего поршневых колец, снижению тем0

5

0

5

0

5

0

5

пературы в зоне кромки камеры сгорания и повышению долговечности последней.

- дополнительные прорези выполнены с равномерным шагом:

- ширина перемычек между прорезями во всех сечениях, перпендикулярных оси камеры сгорания, постоянна.

Такая конструкция вставки обеспечивает качественную заливку высокотеплопроводной кольцевой вставки в зонах каждой из перемычек между прорезями вдоль всей длины прорези, что увеличивает поверхность теплоотвода от вставки к основному материалу поршня, позволяет увеличить эффективность теплоотвода от вогнутого участка вставки, тем самым повышая долговечность поршня.

- суммарная величина ширины всех перемычек всех перемычек между прорезями превышает длину окружности, образованной границей конического и выпуклого участков.

В рассматриваемой конструкции поршня конический участок в ставки служит для приема теплоты, отводимой от кромки камеры сгорания, выпуклый -для переноса этого количества тепла, а вогнутый - для передачи ее в зону канавок второго и третьего поршневых колец. Выполнение при этом суммарной ширины всех перемычек между прорезями в зоне вогнутого участка не меньшей, чем длина окружности, образованная границей конического и выпуклого участков способствует эффективномутепло- переносу от конического участка к вогнутому, т.е. к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, что снижает температуру как в зоне первого поршневого кольца,ак и в зоне кромки камеры сгорания, и тем самым повышает долговечность поршня. Это объявляется тем, что в зоне выпуклого участка высокотеплопроводная кольцевая вставка расположена по направлению максимального теплового потока, что практически исключает теплоотвод от выпуклого участка к зоне канавки первого поршневого кольца.

В противном случае, при выполнении суммарной ширины всех перемычек между прорезями вогнутого участка меньшей, чем длина окружности, образованная границей конического и выпуклого участков приводит к уменьшению теплоотвода к вогнутому участку, изменению первоначальным тепловых потоком и отводу части теплоты от вставки в зоне выпуклого участка, т.е. к канавке первого, более теплонагруженного поршневого кольца, и в конечном итоге к повышению температуры как в зоне вышеуказанной ка

Исшки. так ii в зоне кромки каморы сгорания, что снижает долговечность поршня.

между торцами дополнительных прорезей, обращенных к торцу вставки со стороны вогнутого участка и этим торцем имеет место кольцевой участок без прорезей.

Вследствие высокой теплопроводности материала вставки тепловой поток из перемычек между прорезями направлен в окружном направлении по кольцевомуучастку вставки, что обеспечивает увеличенную площадь поверхности теплоотвода, а следовательно теплоотвод от вогнутого участка вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, что повышает долговечность поршня.

Таким образом, данная конструкция имеет иное функциональное назначение.

На фиг, 1 показан общий вид поршня со вставкой и камерой сгорания; на фиг. 2 - общий вид вставки; на фиг. 3 - показано то же, вид сверху.

Кольцевая вставка 1 с отверстиями 2 размещена в теле поршня 3. Вставка выполнена с переменным радиусом кривизны и расположена между кромкой 4 камеры сгорания 5 и зоной поршневых колец б таким образом, что в зоне кромки 4 вставка 1 выполнена в виде конического участка.7, средняя линия 8 поперечного сечения которого совпадает с биссектрисой угла (/ между поверхностями 9 и 10, образующих кромку 4, а в зоне поршневых колец 6 вставка выполнена вогнутой, при этом вогнутый участок 11 и конический участок 7 вставки 1 сопряжены выпуклыми участками 12. Средняя линия 13 поперечного сечения вогнутого участка 11 вставки 1 выполнена радиусом R1 равным 0,15-0,3 диаметра D поршня 3, причем центр А радиуса R1 расположен на образующей 14 боковой поверхности поршня 3, а точка пересечения средней линии 13 поперечного сечения вогнутого участка 11 вставка 1 и образующей 14 боковой поверхности поршня 3 равноудалена от второй канавки 15 и третьей канавки 16 поршневых колец (не показаны). При этом средняя линия 17 поперечного сечения выпуклого участка 12 вставки 1 выполнена радиусом R2, равным

е

R2 (0,9..,1.1)0 VЈT л/36о ,

где D - диаметр поршня 3,

(f - угол кромки 4 камеры сгорания 5, т.е. расположение вставки 1 практически совпадете поверхностью 18, направленной перпендикулярно изотермам 19 в теле поршня 3.

В зоне погнутого участка 11 вставке 1 снабжена прорезями 20, выполненными с равномерным шагом у так, что осевые линии 21 прорезей 20 лежит в плоскостях 22. 5 проходящих через ось 23 камеры сгорания 5, ширина С перемычек 24 между прорезями 20 во всех сечениях, перпендикулярных оси 23 камеры сгорания 5, постоянна, а суммарная величина ширины С всех перемычек 24

0 превышает длину окружности 25 границы между коническим участком 7 и выпуклым участком 12 вставки 1, при этом между торцами 26 прорезей 20 вогнутого участка 11, обращенного к торцу 27 вставки 1 со сторо5 ны вогнутого участка 11 и торцем 27 имеет место кольцевой участок 28, прорези на котором отсутствуют.

Во время работы двигателя внутреннего сгораиГия тепловой поток от газов в зоне

0 кромки 4 камеры сгорания 5 воспринимается поверхностями 9 и 10 и далее теплопроводностью направляется к коническому участку 7 вставки 1. Вследствие того, что в зоне кромки 4 вставка выполнена в виде

5 конического участка 7, средняя линия в поперечном сечении которого совпадает с биссектрисой угла if кромки 4, теплоотвод от поверхностей 9 и 10 к вставке 1 является равноэффективным. Так как вставка 1 вы0 полнена из высокотеплопроводного материала, то тепло от кромки 4 быстро отводится-по вставке 1 к более холодной зоне поршневых колец 6. При этом вставка 1 выполнена с переменным радиусом кри5 визны так, что в зоне кромки А камеры сго- рания Б вставка выполнена в виде конического участка 7, средняя линия 8 поперечного сечения которого проходит по биссектрисе угла р кромки 4, а в зоне пор0 шневых колец б вставка выполнена вогнутой, и вогнутый участок 11 с коническим участком 7 сопряжены выпуклым участком 12. Геометрические размеры вставки таковы, что средняя линия 13 поперечного сече5 ния вогнутого участка 11 вставки t выполнена радиусом Rr, равным 0,15-0,3 диаметра D поршня 3, причем центр А радиуса Ri расположен на образующей 14 боковой поверхности поршня 3, а средняя линия 17

0 поперечного сечения выпуклого участка 12 вставки 1 выполнена радиусом RZ, равным

R2 (O.9...1,1)0 v.Tre/,/360 ,

где D - диаметр поршня 3.

р - угол кромки 4 камеры сгорания 5, За счет этого расположение вставки 1 в теле поршня 3 практически совпадает с поверхностью 18, направленной перпендикулярно изотермам 19, в результате чего тепловой поток вдоль вставки является наиболее эффективным.

Вследствие этого, что в зоне вогнутого участка 11 вставки 1 выполнены прорези 20 так, что осевые линии 21 прорезей 20 лежат в полости 22, проходящих через ось 23 камеры сгорания 5, тепловой поток от выпуклого участка вставки к вогнутому является максимальным при одновременном обеспечении максимальной площади теплоотвода от вставки 1 в зоне вогнутого участка 11 к телу поршня 3 за счет обеспечения качественной заливки вставки 1 в зоне вогнутого участка 11..

Так как прорези 20 выполнены с равномерным шагом 1р , а ширина перемычек с между прорезями 20 во всех сечениях, перпендикулярных оси 23 камеры сгорания 5 постоянна, то качественная заливка вставки 1 обеспечивается вдоль всех перемычек 24 вогнутого участка 11, что обеспечивает наибольшую площадь теплоотвода от вставки 1 вдоль всех перемычек 24.

За счет того, что суммарная величина ширины С всех перемычек 24 между прорезями 20 превышает длину окружности 25. образованной границей конического 7 и выпуклого 11 участков, а вставка 1 размещена перпендикулярно изотермам 19, тепловой поток от конического участка 7 к вогнутому является максимально эффективным.

Так как между торцами 25 прорезей 20 вогнутого участка 11 и торцем 27 вставки со стороны этого участка имеет место кольцевой участок 28 без прорези, то вследствие высокой теплопроводности материала вставки 1 часть теплового потока из перемычек 24 между прорезями 20 направлена вдоль кольцевого участка 28 вставки 1 и далее к зоне 6 канавок 15, 16 второго и третьего поршневых колец, а часть - из перемычек 24 между прорезями 20 непосредственно в зону б канавок поршневых колец 15, 16. Следовательно, теплоотвод от вогнутого участка 11 вставки 1 в ЗОНР 6 каняеок 15, 16 поршневых колец увелкчивяктся.

При этом теплоотвод от кромки 4 будет осуществляться через менее нагретые ка навки 15, 16 поршневых колец с наибольшей эффективностью, что приводит к снижению температуры в зоне кромки 4 поршня 3 и повышению его долговечности.

Отверстия 2 служат для надежного крепления вставки 1 в теле поршня 3.

Формула изобретения

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания с кромкой и соосную с ней кольцевую тонкостенную вставку из высокотеплопроводного материала с переменным радиусом кривизны и с отверстиями, выполненными в ее стенках, размещенную в теле поршня в зонах кромки камеры сгорания и поршневых

колец, причем в зоне кромки и камеры сгорания она выполнена конической, средняя линия поперечного сечения вставки в зоне кромки камеры сгорания совпадет с биссектрисой угла кромки, в зоне поршневых колец вставка выполнена вогнутой, а остальная часть вставки выполнена выпуклой, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности путем увеличения эффективности теплоотвода от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршневых колец, отверстия вставки в зоне вогнутого участка выполнены в виде прорезей и размещены с равномерным шагом так, что осевые линии прорезей

лежат в плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания, ширина перемычек между прорезями во всех сечениях, перпендикулярных оси камеры сгорания постоянна, а суммарная величина ширины всех перемычек превышает длину окружности границы между коническим и выпуклым участками вставки.

2. Поршень по п. 1,отличающий- с я тем, что вставка со стороны торца имеет кольцевой сплошной участок.

Редактор

Фиг.З

Составитель А.Шеховцов Техред М.Моргентал

Корректор1 С.Лисина

Сущность изобретения: кольцевая вставка 1 с отверстиями 2 размещена б теле поршня 3, выполнена из высокотеплопроводного материала в виде оболочки с переменным радиусом кривизны, причем в зоне кромки 4 камеры сгорания 5 вставка выполнена концентричной, в зоне поршневых колец 6 - вогнутой, а конической 7 и вогнутый 11 участки вйтавки сопряжены выпуклым участком 12, при этом отверстия вставки в зоне вогнутого участка выполнены в виде прорезей 20, расположенных с равномерным шагом, осевые линии 21 прорезей 20 лежат в плоскостях 22, проходящих через ось 23 камеры 5, ширина перемычек 24 между прорезями 20 постоянна, а суммарная величина ширины всех перемычек 24 превышает длину окружности, образованную гра- ницей конического 7 и выпуклого 12 участков. Кольцевой участок 28 вставки 1 размещен между торцами 26 прорезей 20 и торцем 27. вставки 1 и выполнен без прорезей, Предлагаемая конструкция позволяет повысить долговечность поршня путем увеличения эффективности теплротводов от кольцевой вставки к зоне канавок второго и третьего поршней колец. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. ел с