ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПОРШЕНЬ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (далее ДВС).
Известен охлаждаемый поршень, снабженный резервуаром, которому придана грибообразная форма, а для лучшей связи с металлом поршня металлический резервуар залит в него. Резервуар заполняется маслом или водой через штуцер, закрываемый пробкой, ввинчиваемой в стакан сферического дна резервуара, (см. а.с. СССР №31726, Класс МКИ 47 t, 19, 1933 г.)
Недостатком данного решения является сложность изготовления резервуара в поршне, а также замкнутость резервуара, что значительно снижает эффективность охлаждения поршня.
Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий расположенную в головке полую камеру с оболочкой, выполненной в виде сетки, и каналами подвода охлаждающей среды (см. а.с. СССР №595532, М. Кл. 2 F02F 3/20, 1978 г.)
Недостатком данного решения является сложность изготовления поршня и низкая эффективность охлаждения днища поршня, поскольку каналы выполнены так, что охлаждающая жидкость подводится к менее нагретым участкам днища.
Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания выполненный в виде целиком отлитого изделия, имеющий головку с поперечным полым пространством для охлаждения днища поршня и полую цилиндрическую боковую стенную часть. В головке поршня выполнены ребра, между которыми расположены отверстия для поступления в полую часть смазки (см. патент США №4530312, МПК 3 F01P 3/10. 1985 г.)
Недостатком данного решения является сложность изготовления поршня с выполненной внутри головки поршня полостью.
Известен составной поршень с масляным охлаждением для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку и тронк, сопряженные между собой с образованием кольцевой и центральной полостей системы охлаждения, включающий каналы подвода масла в кольцевую полость, перепускные каналы для отвода масла из кольцевой полости в центральную полость и канал для слива масла из центральной полости (см. а.с. СССР №1817817, МПК 5 F02F 3/22, 1993 г.)
Недостатком данного решения является сложность конструкции поршня, выражающаяся в наличии двух деталей вместо, одной цельной и необходимости их соединения. Это приводит к удорожанию поршня, а в некоторых случаях и к увеличению его веса.
Известен составной охлаждаемый поршень для двигателя внутреннего сгорания, который состоит из верхней части с кольцевой стенкой и уплотнительным поясом и из нижней части, которая в сборе с верхней частью ограничивает радиально внешний кольцевой канал для охлаждения поршня и расположенный концентрично ему радиально внутренний кольцевой канал для охлаждения поршня. Внешний канал имеет по меньшей мере одно входное отверстие для подвода в поршень охлаждающего масла и сообщается с внутренним каналом по меньшей мере через один перепускной канал. Этот перепускной канал может быть выполнен в виде сверленого отверстия. Внутренний канал имеет по меньшей мере одно выходное отверстие, через которое охлаждающее масло может отводиться из канала (см. патент РФ №2313679, МПК F02F 3/18 (2006.01), 2007 г.).
Недостатком данного решения является сложность конструкции, состоящей из двух частей, в которых для охлаждения выполнено две полости, соединенные между собой, что приводит к удорожанию поршня.
Известен охлаждаемый поршень, состоящий из двух частей, между которыми сформированы взаимосвязанные полости для охлаждения камеры сгорания, расположенной в головке поршня. Полости соединены между собой и снабжены клапаном (форсункой) (см. з-ку США №2010/0258064, МПК F01P (2006.01), 2010 г.).
Недостатком данного решения является сложность конструкции, состоящей из двух частей, в которых для охлаждения выполнено две полости, соединенные между собой и снабженные форсункой. В данном случае необходимо обеспечить двигатель средствами (например, форсунками) для поступления масла в первую кольцевую полость, и дополнительно снабдить еще одной форсункой, что приводит к удорожанию поршня.
Известен поршень двигателя внутреннего сгорания, включающий верхнюю часть, сделанную из стали, и нижнюю часть, соединенные посредством сварки. В поршне выполнен, по крайней мере, один канал системы охлаждения снабженный входным отверстием и выходным отверстием (см. з-ку W0 2010009779, МПК F02F 3/00 (2006.01), 2010 г.)
Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, состоящей из двух частей, что приводит к удорожанию поршня.
Известен составной поршень, который включает по крайней мере один охлаждающий отсек, предпочтительно формируемый, чтобы произвести вибрирующий эффект охлаждения посредством частичного заполнения отсека жидкостью, например, маслом, во время использования поршня. Охлаждающий отсек снабжен внутренней поверхностью с покрытием, не допускающим пригорания (см. патент ЕР 2096290, МПК F02F 3/10 (2006.01), 2009 г.)
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, приводящая к удорожанию изготовления поршня.
Известен охлаждаемый поршень, содержащий головку поршня с кольцевыми углублениями для поршневых колец и юбку, расположенную ниже. Юбка выполнена с зоной уменьшенного диаметра для обеспечения выступа днища поршня, В головке поршня выполнена, по крайней мере, одна кольцевая полость охлаждения с, по крайней мере, одним отверстием для входа и одним отверстием для выхода охлаждающей жидкости. Отверстие для входа расположено в области выступа головки поршня за пределами утопленной части юбки (см. патент ЕР 0913566, МПК 7 F02F 3/16, 1999 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком указанной конструкции является высокая стоимость поршня из-за необходимости применения специальных соляных стержней для получения указанной кольцевой полости при литье заготовки (в кокиль) и последующего их удаления.
Задача, решаемая полезной моделью - упрощение конструкции поршня, при обеспечении эффективного охлаждения зоны днища поршня с максимальной температурой. При этом значительно снижается стоимость его изготовления.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном охлаждаемом поршне, содержащем головку поршня с кольцевыми углублениями для поршневых колец и юбку, расположенную ниже, выполненную с зонами занижения в районе бобышек поршневого пальца, причем в головке поршня выполнено по крайней мере, одно отверстие для подачи охлаждающей жидкости, вход которого расположен в области выступа головки поршня за пределами утопленной части юбки, в соответствии с изобретением выход упомянутого отверстия расположен под центральной зоной днища поршня.
В поршне выполнено по крайней мере четыре отверстия, вход которых расположен симметрично и попарно в зоне бобышек поршневого пальца, при этом в головке поршня в зоне входа отверстий выполнены локальные углубления.
Технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в упрощении конструкции поршня, при обеспечении эффективного охлаждения центральной зоны днища поршня, имеющей максимальную температуру.
Охлаждение центральной зоны днища поршня путем подачи охлаждающей жидкости через отверстия, выполненные в головке поршня, вход которых расположен в области выступа головки поршня за пределами утопленной части юбки, а выход под центральной зоной днища поршня позволяет упростить конструкцию поршня и снизить стоимость. Отверстия для подвода охлаждающей жидкости могут быть выполнены как путем механической обработки (сверлением), так и получены в процессе литья, при соответствующей доработке литейной оснастки.
Такое решение позволяет отказаться от закрытых полостей, расположенных внутри головки поршня, образуемых за счет литья с солевыми стержнями. При этом эффективность охлаждения повышается, т.к. охлаждающее масло подается по отверстиям непосредственно в центральную зону днища поршня, имеющую максимальную температуру.
Выполнение входа отверстий в области выступания головки поршня над утопленной частью юбки (а именно в зоне бобышек поршневого пальца) позволяет сохранить необходимую конструктивную жесткость и при этом упростить технологию выполнения отверстий, что также влияет на упрощение конструкции в целом и снижение стоимости. При этом выход каждого из отверстий расположен так, что охлаждающая жидкость попадает непосредственно в зону максимальной температуры.
Предлагаемое решение позволяет, за счет повышения эффективности охлаждения поршня, увеличить тепловыделение в рабочей камере ДВС в процессе сгорания, например, путем увеличения количества рабочей смеси за счет применения наддува, и увеличить тем самым удельные эффективные показатели двигателя.
Фиг.1 - вид на поршень снизу,
Фиг.2 - сечение А-А фиг.1,
Фиг.3 - вариант выполнения поршня, вид снизу,
Фиг.4 - сечение А-А фиг.3.
Поршень 1 выполнен в виде цельнолитого (или цельноштампованного) изделия. Поршень содержит головку поршня 2 с кольцевыми углублениями 3 для поршневых колец и юбку 4. Юбка 4 выполнена с зонами занижения по диаметру D, расположенными в районе бобышек 5 поршневого пальца (условно не показан). В головке 2 поршня выполнено по крайней мере, одно отверстие 6 для охлаждающей жидкости, вход 6-1 которого расположен в области выступа 7 головки 2 поршня за пределами утопленной части юбки 4. Выход отверстия 6-2 расположен под центральной зоной днища 8 поршня.
Наиболее эффективно выполнение четырех входных отверстий 6, 6', входы которых расположены симметрично и попарно в зоне бобышек 5 поршневого пальца, а выходы - под центральной зоной 8 днища 9 поршня.
В области выступа 7 головки 2 поршня в зоне входа 6-1, 6'-1 отверстий 6, 6' выполнены локальные углубления 10.
Юбка 4 поршня может быть выполнена с увеличением диаметра до размера D, соответствующего диаметру головки поршня 2. Данная зона 11 юбки 4 поршня расположена ниже бобышек 5 поршневого пальца. В таком случае в зоне 11 юбки 4 выполняют отверстия 12, позволяющие произвести подачу охлаждающей жидкости к отверстиям 6.
Охлаждение поршня при работе двигателя осуществляется следующим образом.
Охлаждающая жидкость с помощью, форсунок 13 подается в углубления 10, по стенке которых через входы 6-1, 6'-1 поступает в отверстия 6, 6'. Проходя по указанным отверстиям, жидкость через выходы 6-2, 6'-2 отверстий попадает внутрь поршня, и омывает центральную зону 8 днища 9 поршня, охлаждая его. Затем жидкость самотеком сливается в картер двигателя.
Поршень может быть использован в любых типах двигателей, но наиболее эффективно его использование в термонагруженных форсированных двигателях. Поршень может быть изготовлен литьем или штамповкой из известных материалов с применением известного технологического обрудования.