ПОРШЕНЬ С АВТОМАТИЧЕСКИ РЕГУЛИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ

Полезная модель относится к поршням двигателей внутреннего сгорания с автоматически регулируемой степенью сжатия и может быть использована в области машиностроения.
Известен поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия (патент РФ №2292473, МПК F02B 75/04, 2007 г.), содержащий поршневой палец и бобышки, при этом поршень и его головка выполнены раздельно, а в местах их соединения выполнена правая трапецеидальная однозаходная резьба, в пазах резьбы поршня и головки установлены роликовые подшипники качения, причем в верхней части головки и поршня образована полость, в которой установлен силовой цилиндр, кинематически соединенный через шаровую опору с поршнем двигателя, а поршень силового цилиндра кинематически соединен через шток и шаровую опору с головкой поршня, поршень силового цилиндра подпружинен, а его полость заполнена наполнителем, например церезином.
Однако известный поршень имеет сложную конструкцию, за счет наличия силового цилиндра и роликовых подшипников качения.
Технический результат направлен на упрощение конструкции поршня.
Указанный технический результат достигается тем, что поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия, содержащий поршень и головку поршня выполненных раздельно, в местах их соединения выполнена левая трапецеидальная однозаходная резьба, причем в верхней части головки и поршня выполнены четыре полости, в которых установлены четыре силовые пружинные пластины, один из концов которых кинематически соединен через шаровую опору с поршнем, а второй конец силовой пружинной пластины кинематически соединен через шаровую опору с головкой поршня, силовые пружинные пластины выполнены биметаллическими.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в верхней части головки и поршня образованы четыре полости, в которых установлены четыре силовые пружинные пластины, кинематически соединенные через шаровые опоры с поршнем двигателя одним концом, а вторым концом силовые пружинные пластины кинематически соединены через шаровые опоры с головкой поршня, при этом силовые пружинные пластины выполнены биметаллическими.
На рис. 1 представлен поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия.
Поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия содержит поршень 2 и головку поршня 1, соединенные между собой с помощью левой трапецеидальной однозаходной резьбы. На внешней цилиндрической части поршня 2 нарезана наружная резьба, а на внутренней нижней цилиндрической части головки поршня 1 нарезана внутренняя резьба. Для уменьшения трения между поршнем 2 и головкой поршня 1 поверхности внутренней и наружной резьбы обрабатываются финишной антифрикционной обработкой, в результате резьба выполняет функцию подшипника скольжения. Между поршнем 2 и головкой поршня 1 в поршне 2 выполнены четыре полости, в которых установлены силовые пружинные пластины 3, предназначенные для поворота головки поршня 1 относительно поршня 2 с целью изменения величины степени сжатия. Силовые пружинные пластины 3 выполнены биметаллическими, при нагреве они распрямляются, при остывании принимают первоначальную изогнутую форму. Концы 4 четырех силовых пружинных пластин 3 крепятся через шаровые опоры к поршню 2. Концы 5 четырех силовых пружинных пластин 3 крепятся к головке поршня 1, через шаровые опоры.
Поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия работает следующим образом.
При пуске холодного двигателя температура его деталей, в частности, поршня 2, головки поршня 1 и силовых пружинных пластин 3, находящихся в четырех полостях поршня 2, низкая, при этом силовые пружинные пластины 3 изогнуты и занимают положение, показанное на рис. 2а. При этом расстояние между шаровыми опорами каждой одной отдельно взятой силовой пружинной пластины минимальное, а головка поршня 1 занимает положение относительно поршня 2 обеспечивая при этом в цилиндре двигателя максимальную величину степени сжатия. Вследствие этого давление заряда в конце такта сжатия и температура заряда, находящегося в камере сгорания двигателя, будут максимальными, что будет способствовать надежному пуску как карбюраторного двигателя, так и дизеля.
После пуска двигателя при увеличении нагрузки на двигатель увеличивается и количество впрыскиваемого в камеру сгорания топлива, что приводит к увеличению температуры заряда в камере сгорания и соответственно к увеличению температуры поршня 2, головки поршня 1 и силовых пружинных пластин 3, находящихся в полостях поршня 2. При нагреве силовых пружинных пластин 3 до температуры в +70°C и более они начинают распрямляться, расстояние между шаровыми опорами каждой одной отдельно взятой силовой пружинной пластины начинает увеличиваться, достигнув максимального расстояния равного длине силовой пружинной пластины 3. Вследствие этого на головку поршня 1 будет передаваться крутящий момент. Головка поршня 1 будет поворачиваться под действием крутящего момента относительно поршня 2 против часовой стрелки на некоторый угол. В этом случае головка поршня 1 перемещаясь по резьбе будет навинчиваться на поршень 2, что вызовет уменьшение степени сжатия в камере сгорания двигателя. Давление и температура заряда при сгорании также уменьшаются, что способствует снижению оксидов азота в отработавших газах двигателя. Головка поршня 1 повернутая относительно поршня 2 на максимальный угол α (рис. 2б), что будет соответствовать полному распрямлению силовой пружинной пластины 3, равноценна установлению в цилиндре минимальной степени сжатия.
Смазывание, наружной резьбы поршня и внутренней резьбы головки поршня не предусмотрено, так как трущиеся поверхности этой резьбы обработаны финишной антифрикционной обработкой.
После остановки двигателя температура силовых пружинных пластин 3 уменьшается, они начинают изгибаться, при этом расстояние между шаровыми опорами каждой одной отдельно взятой силовой пружинной пластины начинает уменьшаться, силовые пружинные пластины принимают первоначальную форму (рис. 2а). При этом, головка поршня 1 переместится относительно поршня 2 по часовой стрелке, будет свинчиваться с поршня, будет установлена максимальная величина степени сжатия. В рабочей полости цилиндра будут созданы оптимальные условия для воспламенения заряда при пуске холодного двигателя.
Таким образом, заявляемый поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия позволяет устанавливать максимальную степень сжатия при пуске холодного двигателя, минимальную степень сжатия при работе двигателя на режиме полной нагрузки, промежуточные величины степени сжатия при работе двигателя на режиме частичных нагрузок, что позволит повысить экономичность двигателя, уменьшить нагрузки на детали двигателя и трансмиссии, снизить содержание оксидов азота в отработавших газах двигателя.