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.
Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с камерой сгорания в днище с вытеснителем и канавки под компрессионные и маслосъемное 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 4 мм (см. патент на полезную модель RU 104245, МПК F02F 3/02, опубликованном 10.05.2011).
Недостатком известного технического решения является то, что заявленные номинальные углы канавок под компрессионные и маслосъемное кольца имеют недостаток в плане герметичности, что в свою очередь негативно сказывается на приработке поршневых колец. Излишние зазоры способствуют проникновению отработанных газов в картер двигателя, что ведет к возникновению нагара в канавках и, как следствие, к уменьшению надежности поршня и снижению мощности двигателя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности и долговечности поршня двигателя внутреннего сгорания для автомобилей КАМАЗ класса экологичности EURO 2, EURO 3 и увеличение мощности двигателя.
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 2, EURO 3 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 первая канавка под компрессионное кольцо в сечении имеет форму трапеции с номинальным углом «В» между сторонами 15°, канавка под второе компрессионное кольцо в сечении имеет прямоугольную форму с номинальной высотой «С»=3 мм, канавка под маслосъемное кольцо в сечении имеет прямоугольную форму с номинальной высотой «D»=3 мм.
Во время работы двигателя, под действием газовых сил, возникающих в результате сгорания топливной смеси в камере сгорания, поршни совершают возвратно-поступательные движения в гильзах цилиндров, при этом отработанные газы стремятся проникнуть, сквозь предусмотренные зазоры между поршнем и гильзой, в картер двигателя. Выполнение первой канавки под компрессионное кольцо сечением в виде трапеции с углом «В»=15° позволило увеличить герметичность посредством увеличения площади контакта торцов кольца с плоскостями канавки, при этом сохранилась подвижность кольца при перекладках, что препятствует возникновению нагара в канавке. При движении поршня в направлении нижней мертвой точки, давление от отработавших газов воздействует на кольцо со стороны головки поршня. Под воздействием данных сил кольцо плотно прижимает к нижней поверхности канавки и за счет угла трапеции раскрывается и плотнее прижимается к поверхности гильзы цилиндра, что ведет к увеличению герметичности от прорыва отработавших газов в картер двигателя. При движении поршня в направлении верхней мертвой точки, происходит обратная реакция, которая не позволяет проникнуть излишкам масла в камеру сгорания, что обеспечивает надежность и долговечность поршня в целом.
Во время работы двигателя поршень и поршневые кольца подвергаются температурным и динамическим нагрузкам, под влиянием которых материалы ЦПГ, 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.
Выполнение канавки под второе компрессионное кольцо прямоугольного сечения с номинальной высотой «С»=3 мм позволило уменьшить осевой зазор канавка-кольцо до 0,025 мм за счет температурного расширения материала поршня. Уменьшение осевого зазора повлияло на эффективность работы второго компрессионного кольца. Максимально уменьшены осевые перемещения кольца при перекладках, что повлияло на герметичность прилегания кольца к внутренней поверхности гильзы цилиндра. Исключены деформации, как самого кольца, так и канавки под поршневое кольцо.
Выполнение канавки под маслосъемное кольцо прямоугольного сечения с номинальной высотой «D»=3 мм позволило уменьшить осевой зазор канавка-кольцо до 0,025 мм за счет температурного расширения материала поршня. Уменьшение осевого зазора повлияло на эффективность работы маслосъемного кольца. Максимально уменьшены осевые перемещения кольца при перекладках, что повлияло на герметичность прилегания кольца к внутренней поверхности гильзы цилиндра и большую эффективность по съему излишков масла и удалению его через отверстия в юбке поршня. Исключены деформации, как самого кольца, так и канавки под поршневое кольцо.
Совокупность существенных признаков полезной модели позволило повысить надежность и долговечность поршня путем увеличения эффективности работы поршневых колец в плане герметичности, как следствие уменьшения расхода масла на угар на 0,05% и увеличение мощности двигателя на 5-10%. Так же, вследствие уменьшения осевых зазоров кольца меньше работают на изгиб и более перпендикулярно прилегают к поверхности гильзы, рабочая поверхность маслосъемного кольца производит более равномерный съем масла. Уменьшение высоты второго компрессионного и маслосъемного колец с 4 мм до 3 мм позволило уменьшить контактную площадь колец с поверхностью гильзы, увеличение прилегания к поверхности гильзы, как следствие уменьшения расхода масла на угар, при этом достигнут результат в плане экологичности двигателя в целом, соответствующий классу EURO 4, EURO 5.
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 находящихся в полости юбки две бобышки 10, выполненными с отверстиями 11 под поршневой палец и канавками под стопорные кольца (не показаны), а так же сквозные отверстия 12 в юбке 8 для слива масла. Канавка 4 (фиг. 2) под первое компрессионное кольцо имеет сечение в виде трапеции с номинальным углом «В» между сторонами 15°. Канавка 5 под второе компрессионное кольцо имеет прямоугольное сечение с номинальной высотой «С»=3 мм. Канавка 6 под маслосъемное кольцо имеет так же прямоугольное сечение с номинальной высотой «D»=3 мм. Поршневые кольца плотно прилегают к поверхности 13 гильзы цилиндра.