ПОРШЕНЬ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям поршней и может быть использована в составе дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с камерой сгорания в днище с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъмное кольца, юбку с бобышками, имеющими внутреннюю полость над отверстиями для поршневого пальца, выполненными с канавками под стопорные кольца, отверстия для слива масла. Номинальная высота канавки под маслосъемное кольцо составляет 5 мм (см. патент на полезную модель RU 104246, МПК F02F 3/02, опубликованном 10.05.2011).
Недостатком известного технического решения является то, что заявленные номинальные высоты под маслосъемные кольца имеют недостаток в плане излишних зазоров между маслосъемными кольцами и поверхностями канавок под маслосъемные кольца, что в свою очередь негативно сказывается на приработке поршневых колец. Излишние зазоры способствуют деформации тела поршня в районе верхней и нижней плоскости канавки из-за перекладок кольца в канавке во время работы двигателя, неэффективному съему и удалению масла в картер двигателя, что ведет к проникновению масла в камеру сгорания, образованию нагара в канавках и, как следствие к уменьшению надежности и ресурса поршня.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение надежности и долговечности поршня для дизельного двигателя внутреннего сгорания, путем оптимизации осевого зазора между плоскостями канавки и плоскостями маслосъемного кольца.
Предлагаемый вариант поршня для дизельного двигателя внутреннего сгорания может быть изготовлен на существующем оборудовании по известной технологии. Других решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками при проведении поиска по научно-технической литературе и патентной документации заявителем не обнаружено. Поэтому заявитель считает, что предложение по данной заявке соответствует критериям охраноспособности полезной модели «новизна» и «промышленная применимость».
Для двигателей КАМАЗ класса EURO 0, EURO 1 предлагается поршень для двигателя внутреннего сгорания, имеющий головку с камерой сгорания в днище, канавки под два компрессионных кольца и одно маслосъемное кольцо и две выборки под клапана, юбку с внутренней полостью и находящихся в полости юбки две бобышки, выполненными с отверстиями под поршневой палец и канавками под стопорные кольца, а так же сквозные отверстия в юбке для слива масла, отличающийся тем, что канавка под маслосъемное кольцо выполнена с номинальной высотой «В»=4,99 мм, а наружная поверхность перемычки над канавкой и наружная поверхность юбки непосредственно под канавкой имеет занижение «Т»=0,9 мм на радиус относительно максимального диаметра поршня. Длина занижений «С» в обоих направлениях не менее 3 мм от верхней и нижней кромок канавки.
Во время работы двигателя, поршни совершают возвратно-поступательные движения в гильзах цилиндров, при этом из картера двигателя в нижнюю часть поршней и на внутреннюю поверхность цилиндров разбрызгивается масло для обеспечения смазки пары гильза-поршень. Маслосъемное кольцо предназначено для съема излишков масла с внутренней поверхности гильзы цилиндра. Благодаря канавке под маслосъемное кольцо с номинальной высотой «В»=4,99 мм уменьшается зазор между плоскостями канавки и плоскостями маслосъемного кольца, что в свою очередь ведет к минимальным перекладкам кольца во время возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре. Минимальные перекладки предотвращают деформацию канавки, что повышает надежность и долговечность поршня.
Во время работы двигателя поршень и поршневые кольца подвергаются температурным и динамическим нагрузкам, под влиянием которых материалы, из которых выполнены поршень и кольца, имеют линейные расширения. Как правило, поршни изготавливают из силуминов, а поршневые кольца, в том числе и маслосъемное кольцо - из модифицированного чугуна. Рабочая температура ЦПГ, при нормальной работе двигателя, составляет около 250°С. При данной температуре линейное расширение материала, из которого изготовлен поршень (силумин) составит максимум 0,12 мм на каждые 100 мм.
При той же температуре, линейное расширение чугунных колец составит не более 0,0011 мм на каждые 100 мм. Из-за достаточно малого значения линейного расширения колец, в дальнейших расчетах ими можно пренебречь.
Основной задачей предлагаемого решения является максимальное уменьшение осевого зазора между маслосъемным кольцом и канавкой, что позволит избежать деформации тела поршня при перекладках кольца во время работы двигателя.
Предлагаемое техническое решение учитывает стандартное исполнение маслосъемных колец, присутствующих на доступном рынке, благодаря чему изменения в конструкции поршня не приведут к изменению линейки выпускаемых колец и негативным отзывам потребителей.
Известно, что стандартная высота, в исполнении маслосъемных колец для двигателей КАМАЗ класса экологичности EURO 0 и EURO 1, составляет от 4,970 мм до 4,990 мм. Т.е. при комнатной температуре максимальный зазор кольцо-поршень составит 0,020 мм.
Учитывая температурное линейное расширение поршня, которое составит 0,006 мм на высоту канавки под маслосъемное кольцо при рабочей температуре двигателя, то минимальный зазор составит 0,006 мм, а максимальный 0,026 мм, что исключает большие осевые перемещения кольца.
Для эффективного удаления излишков масла, данным решением предлагается выполнение занижения «Т»=0,9 мм на радиус относительно максимального диаметра поршня сверху и снизу от канавки под маслосъемное кольцо, длиной «С» не менее 3 мм, обеспечивающее наличие полостей под излишки снятого с внутренней поверхности гильзы цилиндра масла. При движении поршня в направлении верхней мертвой точки, масло, посредством маслосъемного кольца, снимается с внутренней поверхности гильзы цилиндра и скапливается в полости над канавкой под маслосъемное кольцо, а затем, через предусмотренный зазор между плоскостью кольца и плоскостью канавки, перетекает в картер двигателя через сквозные отверстия в юбке поршня.
При движении поршня в направлении нижней мертвой точки, масло с внутренней поверхности гильзы цилиндра скапливается в полости под канавкой под маслосъемного кольца, а затем, так же сквозь зазор перетекает в картер двигателя через сквозные отверстия в юбке поршня.
Совокупность существенных признаков полезной модели позволило повысить надежность и долговечность поршня путем уменьшения осевого зазора между маслосъемным кольцом и канавкой, а так же улучшенного удаления излишков масла с внутренней поверхности гильзы цилиндра, как следствие уменьшения расхода масла на угар до 0,05%. Так же, вследствие уменьшения осевого зазора минимизируются линейные деформации маслосъемного кольца во время работы двигателя (кольцо меньше работает на изгиб и более перпендикулярно прилегает к поверхности гильзы, рабочая поверхность кольца производит более равномерный съем масла), что ведет к увеличению надежности и безотказности работы двигателя в целом.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - поршень двигателя внутреннего сгорания в разрезе;
Фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
Фиг. 3 - поршень двигателя внутреннего сгорания, вид сверху.
Поршень (фиг. 1) для двигателя внутреннего сгорания, имеющий головку 1 с камерой сгорания 2 в днище 3, канавки 4 и 5 под два компрессионных кольца и канавку 6 под маслосъемное кольцо, две выборки 7 под клапана (фиг. 3), юбку 8 с внутренней полостью 9 и находящиеся в полости юбки две бобышки 10, выполненные с отверстиями 11 под поршневой палец и канавками под стопорные кольца (не показаны), а также сквозные отверстия 12 в юбке 8 для слива масла. Канавка под маслосъемное кольцо (фиг. 2) выполнена с номинальной высотой «В»=4,99 мм. Наружная поверхность перемычки 13 над канавкой 6 и наружная поверхность юбки 8 непосредственно под канавкой 6 имеет занижение «Т»=0,9 мм на радиус относительно максимального диаметра поршня. Длина занижений «С» в обоих направлениях не менее 3 мм от верхней и нижней кромок канавки. Занижения образуют две полости, нижнюю 14 и верхнюю 15, для накопления излишков масла, ограничивающихся поверхностями поршня, маслосъемного кольца 16 и внутренней поверхностью 17 гильзы цилиндра.