Поршень для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к двигателестроению, может быть использовано в 4-тактных двигателях внутреннего сгорания для автоматического регулирования степени сжатия и позволяет повысить надежность. Поршень, автоматически регулирующий степень сжатия, состоит из головки 1 и юбки 2, снабженной бобышками 3 с отверстиями 4 для крепления поршневого пальца . На боковой поверхности поршня между головкой 1 и юбкой 2 выполнены сквозные поперечные прорези 5, разделенные перемычками 6. 12 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 02 F 3/00, F 02 В 75/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769520/06 (22) 19.12.89 (46) 07.05.92. Бюл. hb 17 (71) Уфимский филиал Всесоюзного научноисследовательского и проектно-конструкторского института нефтяного машиностроения (72) Г.А.Сергеев, Л.И.Вятченина, Н.И.Перлов, Б.E.Ñåëüñêèé и В.П.Маруценко (53) 621.43-242.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1460378, кл. F 02 В 75/04, 1989. (54) ПОРШЕНЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

„„ Ж„„1731969 А1 (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, может быть использовано в 4-тактных двигателях внутреннего сгорания для автоматического регулирования степени сжатия и позволяет повысить надежность.

Поршень, автоматически регулирующий степень сжатия, состоит из головки 1 и юбки 2, снабженной бобышками 3 с отверстиями 4 для крепления поршневого пальца. На боковой поверхности поршня между головкой 1 и юбкой 2 выполнены сквозные поперечные прорези 5, разделенные перемычками 6. 12 ил.

1731969

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в 4-тактных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для автоматического регулирования степени сжатия.

Наиболее перспективными решениями, повышающими эффективность ДВС, является снабжение их системой, автоматически регулирующей степень сжатия, где одним из основных направлений совершенствования двигателей является снабжение их поршнями, автоматически регулирующими степень сжатия (ПАРСС), Другим направлением является создание двигателей с разделенной вихревой камерой автоматически регулируемого объекта, Известно устройство с разделенной вихревой камерой автоматически регулируемого объема, .представляющее собой цилиндро-поршневую группу с камерой, в которой свободно "плавает" дополнительный поршень. При работе такого двигателя давление в камере сжатия по системе перепускных каналов воздействует на плавающий поршень, обеспечивая тем самым интенсивное сгорание топлива с высоким

КПД.

Недостатками известного устройства являются невозможность обеспечения высоких степеней сжатия и сложность конструкции.

Известны ДВС, снабженные ПАРСС, имеющими поршень, который содержит головку с ограничительным элементом и юбку, между которыми выполнены верхняя и нижняя камеры переменного объема, связанные между собой и с картером при помощи системы перепуска масла с перепускным каналом между камерами, выпускным каналом нижней камеры, связанным с картером, дросселем с иглой переменного сечения и распорными элементами в виде пружин.

Регулирование степени сжатия двигателя внутреннего сгорания производится за счет изменения давления масла в камерах переменного объема и инерции поршня, При этом головка поршня перемещается относительно оси поршневого пальца, изменяя объем камеры сжатия и, следовательно, степень сжатия двигателя.

Недостатками данного технического рещения являются сложность конструкции, небольшая степень сжатия из-за малой величины изменения объема камеры сжатия (1,1-1,6 мм), ненадежность из-за утечек масла и закоксовывания верхней камеры переменного объема (из-за пригара масла к

30 днищу поршня), потере теплопроводности и прогаре днища поршня.

Известно устройство, включающее в себя цилиндр с поршнем и сообщенный с,ним буферный цилиндр с размещенным в нем

"плавающим" порш нем. Буферная полость ограничена поверхностью вытеснителя, снабженного внутренней полостью, и подкл ючена к и не вмосистеме.

B процессе работы ДВС давление газа перемещает "плавающий" поршень, с другой стороны на него воздействует давление из пневмосистемы. Разница давлений на

"плавающий" поршень с той и с другой стороны позволяет создать камеру сгорания оптимального объема и тем самым повысить надежность и долговечность ДВС.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, потребность регулировки и настройки двигателя на оптимальный режим работы, невозможность получения больших степеней сжатия, низкий КПД.

Наиболее близким к изобретению является поршень для ДВС, состоящий из головки и юбки с бобышками и отверстиями под поршневой палец. Головка закреплена на юбке с помощью пружины с радиальными прорезями.

При работе ДВС сила давления газов плавно передает на шатунно-кривошипный механизм силу сжатия пружины до полной выборки зазора между головкой и юбкой.

При этом обеспечивается мягкая передача усилий на шатунно-кривошипный механизм, что обеспечивает простоту конструкции, надежность и долговечность в работе.

Недостатками известного поршня являются небольшие степени сжатия, КПД двигателя и низкая надежность поршня.

Недостатки обусловлены небольшой величиной осевого перемещения головки поршня, возможностью соскока ее с пружины при больших числах оборота двигателя, когда инерционная сила начинает превышать усилия крепления и стуком при работе такого поршня, Для устранения стука между головкой поршня и юбкой помещают демпфирующий элемент из огнеупорного вибродемпфирующего материала. Однако периодические осевые удары головки о демпфирующий элемент расклепывают головку, вызывая ее заедание в цилиндре двигателя и вырыв юбки с пружиной из головки, что ведет к разрушению двигателя.

Цель изобретения — повышение степени сжатия, КПД и надежности двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что поршень автоматического регулирования

1731969

55 степени сжатия ДВС выполнен в виде прорезной пружины сжатия-растяжения.

На фиг. 1 изображен ПАРСС ДВС; на фиг. 2-12 — схема работы двигателя, снабженного ПАРСС.

Изогнутой пунктирной линией показано расположение обычного и "жесткого" поршня в цилиндре. Поршень, автоматически регулирующий степень сжатия, состоит из головки 1 и юбки 2, снабженной бобышками 3 с отверстиями 4 для крепления поршневого пальца. На боковой поверхности поршня между головкой 1 и юбкой 2 выполнены сквозные поперечные прорези 5, разделенные перемычками 6.

Прорези расположены в несколько рядов (3-5) по длине поршня и в шахматном порядке друг относительно друга.

ДВС с ПАРСС работает следующим образом.

B произвольном положении (фиг. 11) осуществляется такт всасывания, при этом поршень идет к нижней мертвой точке (н.м.т.), впускной клапан открыт, при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень переходит в н.м.т. и по инерции продолжает двигаться дальше. При этом головка прижимается к юбке, что увеличивает объем цилиндра и время всасывания (наполнения цилиндра), далее поршень начинает двигаться к верхней мертвой точке (в,м.т.). При этом за счет инерции прижимается к головке, выбирая зазор в прорези, это обеспечиваетдополнительное время наполнения цилиндра горючей смесью. На фиг. 3 юбка поршня приобретает максимальное ускорение относительно головки, которая имеет меньшее ускорение, что также приводит к выбиранию зазоров прорезей, обеспечивая плавную передачу усилия на коленчатый вал.

На фиг. 4 поршень достигает в.м,т.,давление в камере сжатия (сгорания) достигает максимальной величин ы ура вновешиваемой. силой инерции головки поршня, при этом степень сжатия достигает 100 и более, что вызывает само воспламенение рабочей смеси.

На фиг, 5 давление в камере сгорания стремительно нарастает, однако объем камеры сжатия остается постоянным в силу инерции поршня, достигшего в.м.т. и перешедшего еще к движению к н.м.т. в силу растяжения прорезей между головкой и юбкой. На фиг. 6 происходит рабочий ход. Прорези между головкой и юбкой сжимаются, 5

45 обеспечивая плавную передачу максимального крутящего момента на вал двигателя.

На фиг. 7 поршень достигает н.м.т., но в силу инерции его головка продолжает двигаться дальше. Выхлопной клапан открывается.

На фиг. 8 выхлопной клапан открыт полностью, поршень пошел к в.м.т., при этом юбка плавно прижимается к головке, что уменьшает усилие на шатунно-кривошипный механизм.

На фиг. 9 поршень движется к в.м.т., выталкивая отработавшие газы. На фиг. 10 цилиндр очищен от выхлопных газов, однако головка поршня продолжает двигаться дальше вверх, увеличивая степень очистки цилиндра от отработанных газов.

На фиг. 11 начинается такт впуска рабочей смеси в цилиндр двигателя, который заканчивается на фиг. 12 и 2. В дальнейшем цикл повторяется.

Таким образом, технико-экономическая эффективность ПАРСС ДВС заключается в увеличении времени наполнения цилиндра горючей смесью и ее объема; в лучшей очистке цилиндра от отработанных газов; в демпфирования максимальных усилий, в автоматическом повышении степени сжатия до оптимальной величины и в зависимости от оборотов двигателя, что позволяет использовать различные топлива и осуществляет процесс сгорания преимущественно при постоянном объеме, т.е. при максимальном КПД.

Надежность работы поршня повышается за счет использования в нем эффекта прорезной пружины, что является предпочтительным с точки зрения повышения надежности работы двигателя.

Наличие прорезей между головкой и юбкой исключает появление боковых сил, воздействующих на головку поршня, что повышает долговечность и надежность работы поршневых колец.

Годовой экономический эффект составляет около 10 руб. на 1 двигатель.

Формула изобретения

Поршень. для автоматического регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку и юбку с бобышками и отверстиями под поршневой палец, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, участок поршня между головкой и юбкой выполнен в виде и рорезной пружины сжатия-растяжения.

1731969

1731969

1731969

4 Ъ/2. f2

Щ/р. Й

40

50

Составитель А.Гладких

Редактор В.Бугренкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1565 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5