Поршень для двигуна внутрішнього згоряння

1. Поршень для двигуна внутрішнього згоряння, що містить власне тіло з камерою згоряння і систему охолодження, утворену в тілі внутрішньою кільцевою порожниною, наприклад прямокутного поперечного перерізу, та вхідним і вихідним каналами, який відрізняється тим, що обладнаний вставкою з прорізами, яка поділяє поперечний переріз кільцевої порожнини, наприклад по діагоналі, та утворює два об'єми – V1 і V2, причому прорізи у вставці виконані в коловому її напрямку, щонайменше в два ряди так, що один ряд прорізів розташовано біля верхньої поверхні порожнини, а другий - біля нижньої, причому площа перерізу перемичок між прорізами не перевищує площу перерізу прорізів. 2. Поршень за п. 1, який відрізняється тим, що вісь прорізу знаходиться під кутом a = 15-90° до поверхні вставки. 3. Поршень за п. 1, який відрізняється тим, що нижній торець вставки розміщено в порожнині таким чином, що відстань між торцем вставки і нижньою поверхнею порожнини складає не менше 1мм. 4. Поршень за п. 1, який відрізняється тим, що вставка виконана з високотеплопровідного матеріалу. UA (21) a200506040 (22) 21.06.2005 (24) 25.09.2007 (46) 25.09.2007, Бюл. № 15, 2007 р. (72) Пильов Володимир Олександрович, Шеховцов Анатолій Федорович, Турчин Валерій Трохимович, Вікторов В'ячеслав Сергійович, Шульженко Максим Юрійович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) SU 1560759, F02F3/18, 30.04.1990 SU 1686207, F02F3/22, 23.10.1991 UA 23583, F02F3/18, 31.08.1998 GB 348084, 28.40.1929 GB 491843, 06.09.1938 GB 1166972, F02F3/22, 15.10.1969 GB 1230535, F02F3/22, 05.05.1971 JP 8284744, F02F3/16, 29.10.1996 SU 1560760, F02F3/18, 30.04.1990 SU 1809144, F02F3/26, 15.04.1993 UA 23566, F02F3/18, 31.08.1998 Стаття "An analytical approach for prediction of piston temperature distribution in diesel engines", Hidehiko Kajiwara, Yukihiro Fujioka, Tatsuya Suzuki, Hideo Negishi, Proceedigs. JSAE Annual Congress, 23/2002p., Abstr. C2 2 (19) 1 3 80454 4 циркуляції охолоджуючого середовища краплевиУзятий за прототип поршень працює наступдної форми, в якому з метою підвищення надійноним чином. сті шляхом зниження термічних напруг, сторона Під час роботи двигуна порожнина охолоповерхні порожнини, яка звернена до камери згодження частково заповнюється маслом із системи ряння, еквідистантна бічній поверхні останньої, а змащування двигуна по вхідному каналу. При внутрішня порожнина краплевидної форми орієнцьому під час руху поршня до верхньої мертвої тована щодо донця поршня так, що голівка краплі точки масло знаходиться в нижній частині порожзвернена убік від донця. нини і має швидкість руху, що дорівнює швидкості Недоліком такої конструкції є залежність напоршня; при досягненні поршнем верхньої мертвої дійності поршня від ступеня інтенсифікації теплоточки останній змінює напрямок свого руху. У цей обміну між поршнем і системою охолодження. Тут час маса масла, що знаходиться в порожнині, під інтенсифікацію охолодження пропонується здійсдією сили інерції продовжує рухатися в поперенювати за рахунок запропонованої форми внутрідньому напрямку і переміщується від нижньої пошньої порожнини поршня. Згідно [3, page 433, fig.8] верхні порожнини до верхньої поверхні. Це виклирух охолоджувального масла в порожнині слабко кає його удар об верхню поверхню порожнини. залежить від форми порожнини. Крім цього знижуТим самим здійснюється теплообмін між поршнем ється надійність конструкції поршня зі збільшені маслом в порожнині, внаслідок чого знижується ням рівня форсування двигуна внаслідок коксутемпература поршня і підвищується надійність вання масла в вершині краплі. його роботи. Масло стікає в картер двигуна по виВідомо про поршень [4] для двигуна внутрішхідному каналу, а порожнина наповняється новою нього згоряння, який охолоджується маслом та порцією масла по вхідному каналу. містить порожнину охолодження, обмежену донНедоліком даної конструкції є зниження надійцем поршня й перегородкою, що відокремлює поності поршня з ростом рівня форсування двигуна, рожнину від картера двигуна, вхідний і вихідний тому що інтенсивність теплообміну між стінкою канали, які виконані в перегородці й з'єднують попорожнини й маслом обмежується через відсутрожнину охолодження відповідно із системою ність організованого руху масла уздовж стінки позмащення двигуна і з картером, причому кінець перечного перерізу порожнини й в околовому навхідного каналу з боку порожнини охолодження прямку порожнини. розташований у зоні, що прилягає до перегородки, Задача винаходу - підвищення надійності потак що цим кінцем каналу відтинається в порожниршня для двигуна внутрішнього згоряння, шляхом ні охолодження поршня, поставленого на горизонінтенсифікації теплообміну між поршнем і систетальну площину донцем нагору, об'єм для масла мою охолодження. V1, де з метою зниження вібрації шляхом вирівнюПоставлена задача вирішується наступним вання за період робочого циклу двигуна маси масчином у відомому поршні, що містить: власне тіло ла, розташованого в порожнині охолодження поз камерою згоряння і систему охолодження, утворшня, порожнина охолодження з'єднана з рену в тілі внутрішньою кільцевою порожниною, картером додатковим вихідним каналом, кінець наприклад прямокутного поперечного перерізу, та якого з боку порожнини охолодження розташовавхідним і вихідним каналами, відповідно до винаний у зоні, яка прилягає до днонця поршня, так що ходу поршень обладнано вставкою з прорізами, цим каналом відтинається в порожнині охолояка поділяє поперечний переріз кільцевої порождження поршня, поставленого на горизонтальну нини, наприклад по діагоналі, і утворює два об'єми площину донцем до низу об'єм V2=V1; поршень [4], - V1 і V2, причому прорізи у вставці виконані в коде додатковий вихідний канал виконано у вигляді ловому її напрямку, щонайменше в два ряди, так, трубки, нахиленої до торців поршня під кутом а і що один ряд прорізів розташовано біля верхньої встановленої в перемичку поршня з можливістю поверхні порожнини, а другий - біля нижньої, при переміщення в напрямку своєї осі; поршень [4], у цьому площа перетину перемичок між прорізами якому додатковий вихідний канал виконано у циліне перевищує площу перетину прорізів; вісь проріндричній шайбі, вісь якої ексцентрична каналові, зу знаходиться під кутом a =15-90° до поверхні при цьому шайба встановлена в перегородці повставки; нижній торець вставки розміщено в пороршня з можливістю обертання щодо своєї осі. жнині, таким чином, що відстань між торцем вставНедоліком описаного поршня є зниження його ки і нижньою поверхнею порожнини складає не надійності внаслідок перегріву донця поршня і маменш за 1 мм; вставка виконана з високотеплопсла на режимах роботи близьких до режиму макровідного матеріалу. симального навантаження при зниженій частоті Функціональне призначення сукупності заявобертання колінчатого вала двигуна, що визначалених ознак полягає в тому що: ється зменшенням інтенсивності циркуляції масла - наявність вставки з прорізами, що поділяє в порожнині. поперечний переріз порожнини, наприклад по діаЗа прототип прийнято поршень [3] для двигуна гоналі, утворює два об'єми – V1 і V2, організує рух внутрішнього згоряння, що містить власне тіло з масла в порожнині з об'єму V1 в об'єм V2 і з об'єму розміщеною в ньому камерою згоряння і систему V2 в об'єм V1, тим самим дозволяє інтенсифікувати охолодження, утворену в тілі поршня внутрішньою тепловідведення від поршня в масло; кільцевою порожниною прямокутного поперечного - прорізи у вставці виконані в коловому її наперерізу та вхідним і вихідним каналами, в якому прямку, щонайменше, у два ряди, причому один порожнина охолодження розташована еквідистанряд прорізів розташовано біля верхньої поверхні тно до бічної поверхні поршня. порожнини, а один - біля нижньої, при цьому площа перетину перемичок між прорізами не переви 5 80454 6 щує площу перетину прорізів, що забезпечує нанині 4. Під час руху поршня 1 до нижньої мертвої правлений круговий рух масла в поперечному петочки масло в порожнині 4 під дією сили інерції рерізі порожнини уздовж її стінок шляхом перетіпереміщується до верхньої поверхні 9 порожнини кання масла з об'єму V1 в об'єм V2 у верхньої 4 і через ряд прорізів 8, виконаних в коловому наповерхні порожнини і з об'єму V2 в об'єм V1 у нижпрямку вставки 7 біля верхньої поверхні 9, з об'єму ньої поверхні, що дозволяє інтенсифікувати тепV1 перетікає в об'єм V 2. Площа перетину перемиловідведення від поршня в масло; чок 11 між прорізами 8 не перевищує площу пере- вісь прорізу виконана під кутом a =15-90° до тину прорізів 8, що забезпечує перетікання до об'єму V2 переважної кількості масла, що поступило поверхні вставки, що забезпечує направлений рух до порожнини 4. Під час руху поршня 1 до верхмасла в околовому напрямку порожнини, що доньої мертвої точки масло в порожнині 4 під дією зволяє інтенсифікувати тепловідведення у систесили інерції переміщується до нижньої поверхні 10 му змащування двигуна; порожнини 4 і через ряд прорізів 8, виконаних в - нижній торець вставки розміщено у порожниколовому напрямку вставки 7 біля нижньої поверні, таким чином, що відстань між торцем вставки і хні 10 з об'єму V2 перетікає в об'єм V1. Площа пенижньою поверхнею порожнини складає не менш ретину перемичок 11 між прорізами 8 не перевиза 1мм, що забезпечує рівномірне заповнення об'щує площу перетину прорізів 9, що забезпечує ємів V1 і V2 маслом і їх звільнення, тим самим інперетікання в об'єм V1, переважної кількості мастенсифікуючи циркуляцію масла між порожниною і ла, що поступило в порожнину 4. Таким чином, системою змащування двигуна; здійснюється направлений круговий рух масла - вставка виконана з високотеплопровідного забезпечує перетікання в об'єм V1, переважної матеріалу, що збільшує тепловідведення від верхкількості масла, що поступило в порожнину 4. Таньої поверхні порожнини по вставці до нижньої ким чином, здійснюється направлений круговий поверхні, тим самим ліквідує коксування масла у рух масла в поперечному перерізі порожнини 4, а верхньої поверхні порожнини. тепловідведення від тіла 2 поршні 1 в масло інтенПерераховані вище ознаки дозволяють інтенсифікується. сифікувати теплообмін між поршнем і системою Вісь 12 прорізу 8 виконано під кутом a =15-90° змащування, тим самим підвищити надійність поршня і двигуна в цілому. до поверхні 13 вставки 7. У процесі роботи двигуНа Фіг.1 зображено загальний вид поршня з на поршень переміщується зворотно-поступально. камерою згоряння, порожниною охолодження, При перетіканні масла з об'єму V1 в об'єм Уз через вставкою і каналами системи охолодження. ряд прорізів 8, що розміщено біля верхньої поверНа Фіг.2 зображено загальний вид вставки. хні 9 порожнини 4, і з об'єму V2 в об'єм V1 через На Фіг.3 зображено вставку, вид зверху з розряд прорізів 8, що розміщено біля нижньої поверхрізами в площині прорізів. ні 10 порожнини 4, потік масла направлено уздовж На Фіг.4 зображено вид порожнини зі вставосі 12 прорізу 8, що надає направлений рух потокою. кові масла в коловому напрямку порожнини 4 від Поршень 1 для двигуна внутрішнього згорянвхідного каналу 5, до вихідного каналу 6, тим саня, що містить: власне тіло 2 з камерою згоряння 3 мим інтенсифікується тепловідведення від тіла 2 і систему охолодження, утворену в тілі 2 внутріпоршня 1 у систему змащування двигуна. При шньою кільцевою порожниною 4, наприклад прярозміщенні нижнього торця 14 вставки 8 у порожмокутного поперечного перерізу, вхідним 5 і вихіднині 4 таким чином, що відстань між торцем 14 ним 6 каналами. Поршень 1 обладнано вставкою 7 вставки 8 і нижньою поверхнею 11 порожнини 4 із прорізами 8, що поділяє поперечний переріз складає не менш за 1мм, об'єми V1 і V2 заповнюкільцевої порожнини 4, наприклад, по діагоналі й ються охолодженим маслом, що подається через утворює два об'єми – V1 і V2, причому прорізи 8 у вхідний канал 5, рівномірно, звільняються від навставці 7 (див.Фіг.2) виконані в коловому її напрягрітого масло через вихідний канал 6, тим самим мку щонайменше в два ряди, так, що один ряд інтенсифікується тепловідведення від тіла 2 поршпрорізів 8 розташовано біля верхньої поверхні 9 ня 1 у систему охолодження. Тепловий потік від порожнини 4, а один ряд прорізів - біля нижньої поверхні 9 порожнини 4 направляється в порожниповерхні 10, причому площа перетину перемичок ну 4 по високо теплопровідній вставці 7, темпера11 (див. Фіг.3) між прорізами 8 не перевищує плотура поверхні 9 знижується, коксування масла на щу перетину прорізів 8; вісь 12 (див.фіг.3) прорізу поверхні 9 ліквідується, що підвищує надійність 8 знаходиться під кутом a =15-90° до поверхні 13 конструкції поршня 1 і двигуна в цілому. Використання поршня, що заявляється, для вставки 7; нижній торець 14 (див.Фіг.4) вставки 7 двигуна внутрішнього згоряння дозволяє підвищирозміщено у порожнині 4; вставка 7 виконана з ти надійність поршня високофорсированого двигувисокотеплопроводного матеріалу. на за рахунок інтенсифікації теплообміну між поЗаявлений поршень працює наступним чином. ршнем і системою охолодження. Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння Джерела інформації порожнина 4 розміщена в тілі 2 поршня 1 і розді1. Деклараційний патент України «Поршень лена, наприклад, діагонально вставкою 7 із прорідля двигуна внутрішнього згоряння» №23583, зами 8, на два об'єми - V1 і V2, заповнюється мас1990р. лом через вхідний канал 5, при цьому за рахунок 2. Авторське посвідчення СРСР «Поршень для вставки 7 в об'єм V1 надходить більша частина двигателя внутреннего сгорания» №1560759 А1, масла, що поступила до порожнини 4. Тепловий 1990р. потік від камери згоряння 3 спрямовано в область порожнини 4 і в масло, що знаходиться в порож 7 80454 8 3. Стаття «An analytical approach for prediction 4. Авторське посвідчення СРСР «Поршень для of piston temperature distribution in diesel engines», двигателя внутреннего сгорания» №1686207 А1, Hidehiko Kajiwara, Yukihiro Fujioka, Tatsuya Suzuki, 1991р. Hideo Negishi, 23/2002p., page 429-434. /прототип/ Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601