ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к двигателестроению, и может быть использована в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием.
Известна конструкция поршня с упругодеформируемым днищем, содержащая головку с днищем и выполненными в ней по меньшей мере двумя канавками для установки поршневых колец, юбку и бобышки с отверстиями под поршневой палец, отличающийся тем, что днище поршня выполнено в виде цилиндрического стакана с упругодеформируемым волнообразным дном из высокожаропрочного релаксационностойкого пружинного материала, и на нижнем поясе которого жестко установлена и жестко закреплена фасонная опорная шайба, кроме этого внутри цилиндрического стакана днища установлена коническая пружина из жаропрочного релаксационностойкого пружинного материала, которая своим верхним торцом упирается в упругодеформируемое волнообразное дно стакана, а своим нижним торцом опирается на фасонную опорную шайбу, при этом пружина поджата фасонной опорной шайбой к упругодеформируемому волнообразному дну стакана на такую длину, при которой деформация упругодеформируемого волнообразного дна стакана днища начинается в момент резкого повышения давления продуктов горения рабочей смеси в камере сгорания в начале второй основной фазы горения, кроме этого внутри головки поршня дополнительно выполнена соосно с осью поршня цилиндрическая полость, в которой установлено герметично днище.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что указанная сборная конструкция поршня не обеспечит необходимой надежности в условиях высокого нагружения поршня газовыми и инерционными силами. К тому же, данная конструкция поршня является трудоемкой и дорогостоящей в изготовлении и требует дополнительного обслуживания в эксплуатации (см. патент на изобретение RU №2591377, с датой публикации 20.07.2016, F02F 3/00(2006.01), F02B 75/04(2006.01), F02D 15/04 (2006.01).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержит головку, имеющую в днище камеру сгорания, которая выполнена цилиндрической, днище имеет конусную форму, кромка камеры сгорания занижена относительно периферии днища на 0,110 мм канавки и под компрессионные кольца, канавку под маслосъемное кольцо, юбку с бобышками, номинальное расстояние между ними составляет 45 мм, а угол наклона 20°, в которых выполнено отверстие для поршневого пальца и внутренняя полость, расположенная над отверстием. Отверстие выполнено с канавками под стопорные кольца. Наружная поверхность поршня в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму. Максимальный диаметр поршня расположен на расстоянии 104 мм от днища.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что конструкция поршня с цилиндрической камерой сгорания в днище имеет большую металлоемкость и массу. При данном исполнении камеры сгорания головка поршня, в том числе зона канавок под компрессионные кольца, при сгорании топливовоздушной смеси имеет завышенную температуру, что может привести к закоксовыванию масла в канавках под кольца и потери работоспособности компрессионных колец и цилиндропоршневой группы в целом (см. патент на полезную модель RU №186524, с датой публикации 23.01.2019, МПК F02F 3/02 (2006.01).
Сущность полезной модели заключается в разработке поршня оптимальной конструкции по прочности, массе, типу рабочей поверхности, с конструктивными элементами, формирующими камеру сгорания, позволяющими улучшить процесс смешивания и сгорания топливовоздушной смеси, что в совокупности приведет к повышению топливной экономичности, увеличению эффективной мощности двигателя, снижению механических потерь деталей цилиндропоршневой группы.
Технический результат - повышение энергетических и экономических показателей двигателя, увеличение ресурса элементов цилиндропоршневой группы; возможность применения поршня на высокофорсированных двигателях.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку с днищем, канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку с бобышками, имеющими внутреннюю полость над отверстием для поршневого пальца, выполненным с канавками под стопорные кольца, отверстия для слива масла, наружную поверхность, которая в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поршня, имеет овальную форму, а в плоскости, проходящей через ось симметрии поршня - бочкообразную форму, особенностью является то, что конструкция поршня содержит следующие признаки, отличные от признаков ближайшего прототипа:
- для улучшения смесеобразования и повышения экономических и энергетических показателей двигателя, на наружной поверхности днища головки поршня имеется вытеснитель диаметром D1, имеющим размерный предел от 60 мм до 90 мм, высотой H1, имеющей размерный предел от 0,1 мм до 3 мм, при этом внутри вытеснителя имеется углубление чашевидной формы радиусом R1, имеющим размерный предел от 70 мм до 250 мм, глубиной Н2, имеющей размерный предел от 0,5 мм до 10 мм; кроме этого для сопряжения поршня с головкой цилиндров вытеснитель имеет уступ, а ось вытеснителя относительно оси симметрии поршня смещена на расстояние L2, имеющее размерный предел от 0,1 мм до 7 мм;
- для повышения ресурса элементов цилиндропоршневой группы, на что прямое влияние оказывает равномерное распределение сил, действующих на поршень, и уменьшение интенсивности ударных явлений, сопровождающих перемещение поршня в пределах зазора между поршнем и цилиндром под действием боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра, наружная поверхность днища поршня от оси отверстия под поршневой палец располагается на расстоянии L1, имеющем размерный предел от 28 до 45 мм.
Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:
На фиг. 1 - показан общий вид конструкции поршня;
На фиг. 2 - показан вид сверху фиг. 1;
На фиг. 3 - показан разрез А-А на фиг. 2;
На фиг. 4 - показан разрез Б-Б на фиг. 1.
Поршень двигателя внутреннего сгорания содержит:
Головку 1 с днищем 4, на наружной поверхности днища 4 имеется вытеснитель 5 диаметром D1 и высотой H1, внутри вытеснителя 5 выполнено углубление чашевидной формы 6 радиусом R1 и глубиной Н2, ось вытеснителя 5 относительно оси симметрии 3 поршня смещена на расстояние L2, вытеснитель имеет уступ 7; на головке поршня расположены канавки 8 и 9 под установку компрессионных колец, канавка 10 под установку маслосъемного кольца; юбку 2 с бобышками 11, в которых выполнено отверстие 12 под установку поршневого пальца, где имеются канавки 13 под стопорные кольца; внутреннюю полость 14, расположенную над отверстием 12 под установку поршневого пальца; отверстия 15 для отвода масла общим количеством в пределах от 2 до 12, оси которых располагаются по периметру канавки 10, отверстия 15 для отвода масла выходят во внутреннюю полость 14; наружная поверхность днища 4 от оси отверстия 12 под установку поршневого пальца расположена на расстоянии L1; овально-бочкообразную наружную поверхность 16.
Поршень двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
Поршень под воздействием газовых сил, возникающих в результате сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя, и усилий, передаваемых от кривошипно-шатунного механизма поршневым пальцем, совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.
Соответствующая полость в головке цилиндров (не показана) совместно с наружной поверхностью днища 4 головки 1 поршня, расположенным на ней вытеснителем 5 диаметром Die размерным пределом от 60 мм до 90 мм и высотой H1 с размерным пределом от 0,1 мм до 3 мм, имеющим углубление чашевидной формы 6 радиусом R1 с размерным пределом от 70 мм до 250 мм и глубиной Н2 с размерным пределом от 0,5 мм до 10 мм, образуют камеру сгорания двигателя. При этом для сопряжения с головкой цилиндров вытеснитель 5 имеет уступ 7, ось вытеснителя 5 относительно оси симметрии 3 поршня смещена на расстояние L2, имеющее размерный предел от 0,1 мм до 7 мм. Благодаря предлагаемой форме вытеснителя 5 с чашевидным углублением 6 топливо с воздухом, подаваемые в камеру сгорания двигателя, интенсивно смешиваются в задаваемых пропорциях, а образовавшаяся топливовоздушная смесь сгорает максимально эффективно. В процессе сгорания топливовоздушной смеси возрастают давление и температура газов, под действием чего поршень деформируется, а овально-бочкообразная форма наружной поверхности 16 поршня компенсирует эти деформации и обеспечивает оптимальные зазоры между поршнем и поверхностью цилиндра (не показан). Давление газовых сил передается кривошипно-шатунному механизму (не показан) с помощью поршневого пальца (не показан), который устанавливается в отверстие 12, расположенное в бобышках 11 юбки 2. Фиксация поршневого пальца в отверстие 12 осуществляется стопорными кольцами (не показаны), которые устанавливаются в канавки 13. При этом наружная поверхность днища 4 от оси отверстия 12 под установку поршневого пальца расположена на расстоянии L1 с размерным пределом от 28 мм до 45 мм, что обеспечивает равномерное распределения сил, действующих на поршень, и уменьшение интенсивности ударных явлений, сопровождающих перемещение поршня в пределах зазора между поршнем и цилиндром под действием боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра. Поршень с компрессионными кольцами (не показаны), расположенными в канавках 8 и 9, обеспечивают герметичность внутрицилиндрового пространства, в котором осуществляется рабочий процесс двигателя. Для регулирования смазки сопряженной пары «поршень - цилиндр» и исключения попадания масла в камеру сгорания в канавку 10 устанавливается маслосъемное кольцо (не показано); излишки масла со стенок цилиндра отводятся через отверстия 15, оси которых располагаются по периметру канавки 10, во внутреннюю полость 14, а затем в картерную часть двигателя.
Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что по сравнению с принятыми за аналог конструкциями, выполненный поршень ДВС описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков имеет конструкцию, оптимальную по прочности, массе, типу рабочей поверхности, с конструктивными элементами, формирующими камеру сгорания, позволяющими улучшить процесс смешивания и сгорания топливовоздушной смеси, повысить энергетические и экономичность показатели двигателя, увеличить ресурс и работоспособность элементов цилиндропоршневой группы и двигателя в целом.