ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, и предназначено для снижения соотношения динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и коленчатого вала (КВ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен поршень жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания [1], охлаждаемого маслом и содержащего полость охлаждения, ограниченную днищем поршня и вставкой, отделяющей полость от картера двигателя с постоянной механизма λ=R/L [2],
где R - радиус кривошипа коленвала двигателя;
L - длина шатуна.
1
Вставка имеет маслоподводящий и маслоотводящий каналы, причем маслоотводящий канал со стороны полости охлаждения регулирует объем масла V при подходе поршня к нижней мертвой точке (НМТ).
Недостатком данной поршня является повышенная вибрация двигателя ввиду невозможности регулирования объема масла при подходе поршня к верхней мертвой точке (ВМТ).
1
2
1
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является поршень для двигателя внутреннего сгорания, охлаждаемый маслом [3]. Он имеет инерционное охлаждение маслом и содержит частично заполняемую маслом полость охлаждения (ПО), ограниченную днищем поршня и перегородкой, которая отделяет ПО от картера двигателя. В перегородке выполнены маслоподводящий канал, соединяющий ПО с системой смазки двигателя, маслоотводящий канал (МОК) и дополнительный МОК, соединяющие ПО с картером. Сборку поршня выполняют так, что конец МОК со стороны ПО, расположенный в зоне, прилегающей к перегородке, отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вверх, объем для масла V, а конец дополнительного МОК со стороны ПО, расположенного в зоне, прилегающей к днищу, отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, объем для масла V=V.
Недостатком данной конструкции является повышенная вибрация двигателя, так как при одинаковых объемах масла различны силы инерции от них в ВМТ и НМТ.
Цель изобретения - снижение вибрации двигателя за счет уменьшения рассогласования величин динамических нагрузок по цилиндрам многоцилиндрового ДВС путем регулирования массы масла, охлаждающего поршень, в течение рабочего цикла ДВС.
Поставленная цель достигается тем, что поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий полость охлаждения, ограниченную днищем поршня и перегородкой, отделяющей полость от картера двигателя с постоянной механизма λ и имеющей подводящий, отводящий, а также дополнительный отводящий каналы охлаждающей жидкости (ОЖ), причем конец отводящего канала со стороны полости охлаждения расположен в зоне, прилегающей к перегородке, так, что концом этого канала отсекается в полости охлаждения поршня масса ОЖ
при установке его на горизонтальную плоскость днищем вверх. Дополнительный отводящий канал концом со стороны полости охлаждения, расположенным в зоне, прилегающей к днищу поршня, отсекает в полости охлаждения поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем вниз, массу ОЖ
. При этом конец дополнительного отводящего канала со стороны полости охлаждения, расположенного в зоне, прилегающей к днищу поршня, устанавливают соотношение масс ОЖ
и
в соотношении
где
- масса ОЖ при положении в НМТ;
- масса ОЖ при положении в ВМТ;
n
m - масса поступательно-движущихся частей (ПДМ) поршневой группы.
Новым в поршне двигателя внутреннего сгорания является то, что в отводящем и дополнительном отводящем канале, установлены клапаны, регулирующие соотношение масс охлаждающей жидкости при рабочем цикле в соотношении
где
- масса охлаждающей жидкости в поршне первого цилиндра в текущий период рабочего цикла;
- масса охлаждающей жидкости в поршне второго цилиндра в текущий период рабочего цикла;
φ - угол поворота коленчатого вала по отношению к первому цилиндру при рабочем цикле;
λ - постоянная механизма двигателя;
n
m - масса поршня.
На фиг.1 изображен поршень, расположенный днищем вверх, разрез; на фиг.2 - поршень, расположенный днищем вниз; на фиг.3 - усилия от сил инерции поступательно-движущихся масс (ПДМ), действующие в 4-цилиндровом двигателе, при расположении поршней в ВМТ и НМТ; на фиг.4 - поршень с установленными в нем клапанами.
Поршень 1 двигателя внутреннего сгорания с торцами 2 и 3, охлаждаемый ОЖ (фиг.1), содержит частично заполняемую ОЖ ПО 4, ограниченную днищем 5 поршня и перегородкой 6, которая отделяет ПО от картера 7 двигателя. В перегородке 6 выполнены подводящий канал 8 и дополнительный канал 10. Конец 11 отводящего канала 9 со стороны ПО расположен в зоне, прилегающей к перегородке 6. Он отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем 5 вверх, что соответствует положению поршня 1 в НМТ, массу ОЖ
. Конец 12 дополнительного отводящего канала 10 со стороны ПО расположен в зоне, прилегающей к днищу 5, и этот канал отсекает в ПО поршня, поставленного на горизонтальную плоскость днищем 5 вниз, что соответствует положению поршня 1 в ВМТ, массу ОЖ
(фиг.2). После этого в отводящий канал 9 и дополнительный отводящий канал 10 устанавливают соответственно клапаны 12 и 13 (фиг.4). При работе двигателя избыток ОЖ, поступившего в ПО по каналу 8, удаляется через клапаны 12 и 13.
Работа поршня осуществляется следующим образом.
При сборке поршня его устанавливают на торец 3 и концом 11 отводящего канала 9 со стороны ПО, расположенного в зоне, прилегающей к перегородке 6, регулируют массу ОЖ
. После этого переворачивают поршень 1 и устанавливают его на торец 2. При этом регулируют массу ОЖ
таким образом, чтобы конец 12 дополнительного отводящего канала 10 отсекал массу ОЖ в соотношении
После этого в отводящий канал 9 и дополнительный отводящий канал 10 устанавливают соответственно клапаны 12 и 13.
При работе двигателя в положении поршня в ВМТ на ПДМ и ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 1 первого и четвертого цилиндров (фиг.3) действуют инерционные силы, равные
, а на ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 2 и 3 в НМТ -
, где
и
массы ОЖ в полости охлаждения 4 поршней 1 соответственно при его установке на торец 3 и торец 2, ω - угловая частота вращения коленчатого вала двигателя, λ - постоянная механизма двигателя [2]. При этом при отсутствии клапанов 12 и 13 охлаждающая жидкость будет сразу сливаться в картер.
jп1
jп2
Для снижения вибрации двигателя необходимо выполнить условие равенства сил инерции, действующих на поршни 1, 4 и 2, 3, с помощью клапанов 12 и 13, то есть Р=Р, или
. Отсюда при регулировании охлаждения поршней необходимо выполнить условие соотношения масс ОЖ в полости охлаждения поршня
Таким образом, при использовании предложенного поршня ДВС снижается вибрация двигателя в течение рабочего цикла ДВС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977. - с.135-137.
2. Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.
3. А.с. (СССР) 1686207 Поршень для двигателя внутреннего сгорания, охлаждаемый маслом / Г.К. Кузнецов, Н.А. Иващенко, М.Д. Медведев, Т.Д. Медведева // БИ и О. - 1991. - №39.