Поршень двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: поршни двигателя внутреннего сгорания, позволяющие повысить надежность и долговечность двигателя за счет уменьшения трения поршня о цилиндр. Сущность изобретения: в поршне двигателя, содержащем головку с наклонными днищем и непараллельными уплотнительными кольцами, канавки под уплотнительные кольца выполнены с увеличивающимися от кольца к кольцу углами наклона в плоскости, перпендикулярной оси шатунного отверстия, что уменьшает силу прижатия поршня к стенке цилиндра и трение между ними за счет исключения точечного контакта поршня. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к конструкциям поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен поршень, содержащий головку с наклонными и непараллельными канавками под уплотнительные кольца со смещенными отверстиями под шатунный палец относительно оси поршня [1].

Недостатком известного поршня является то, что проникающие газы в пространство между уплотнительными кольцами оказывают давление на боковую поверхность поршня и создают опрокидывающий момент, что исключает равномерное отжатие поршня от стенки цилиндра и приводит к точечному контакту поршня. Точечный контакт увеличивает трение и износ цилиндропоршневой группы, снижает мощность и долговечность двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности двигателя путем снижения трения в цилиндропоршневой группе.

Цель достигается тем, что в поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем наклонное днище и размещенные в непараллельных между собой канавках головки уплотнительные кольца в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, которая смещена относительно вертикальной оси поршня, канавки под уплотнительные кольца выполнены с различными углами наклона, увеличивающимися от кольца к кольцу в сторону, противоположную смещению оси поршневого кольца, а углы наклона канавок определены по формуле tgα₂= + tg α₁ На чертеже изображена конструктивная схема поршня для двигателя внутреннего сгорания с векторами сил, действующих на него.

Поршень ДВС содержит головку 1 с наклонным дном 2 и канавками с уплотнительными кольцами 3 и 4, маслосъемное кольцо 5 и юбку 6 с шатунными отверстиями 7, расположенными по линии действия равнодействующей давления газа на дно или иначе расположенными на линии нормали к центру тяжести площади верхнего уплотнительного кольца.

Канавки с уплотнительными кольцами 3 и 4 выполнены с различными углами наклона к плоскости нормальной оси поршня, увеличивающимися от верхнего кольца.

Поршень работает следующим образом.

Под действием силы давления газа N на головку 1 поршень совершает рабочее движение. Проникающие газы через зазоры верхнего уплотнительного кольца 3 оказывают давление на цилиндрическую поверхность поршня, ограниченную соседними уплотнительными кольцами 3 и 4 с силами F на левую поверхность S₁ и Т на правую поверхность S₂. Эти силы направлены в противоположные стороны и при движении поршня удерживают его в равновесии относительно оси цилиндра, исключают его опрокидывание и точечный контакт со стенками цилиндра.

Это достигается тем, что последующие канавки с уплотнительными кольцами выполнены с увеличенными углами наклона. Например, угол наклона второго кольца 4 больше угла наклона первого (верхнего) кольца 3.

В этом случае левая боковая межкольцевая поверхность поршня S₁, воспринимающая давление газа, оказывается по величине больше правой S₂ (S₁>S₂), и следовательно, равнодействующая сила давления на левую межкольцевую поверхность больше равнодействующей, действующей на правую поверхность (F>Т). Соотношение этих сил во время рабочего хода поршня таково, что опрокидывающий момент на поршень относительно шатунного отверстия равен нулю (Fl₁-Tl₂=0).

Для обеспечения равенства моментов нулю угол наклона последующего уплотнительного кольца должен определяться по формуле tgα₂= + tg α₁ где Δh - минимальное расстояние между соседними уплотнительными кольцами; d - диаметр цилиндра; l₁ - расстояние по оси центра тяжести площади S₁ до оси шатунного отверстия; S₁ - площадь проекции левой половины межкольцевой цилиндрической поверхности поршня на вертикальную плоскость; l₂ - то же, правой половины поршня; α₁ - угол наклона первого (предыдущего) уплотнительного кольца; α₂ - то же, второго кольца.

Угол наклона верхнего уплотнительного кольца α₁ не должен превышать максимального угла отклонения шатуна ДВС.

Таким образом выполнение в поршне канавок с расположенными в них уплотнительными кольцами с увеличивающимися углами наклона обеспечивают равномерное отжатие поршня от стенки цилиндра без опрокидывания, что снижает трение в цилиндропоршневой группе и повышает надежность и долговечность двигателя.

Формула изобретения

ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий наклонное днище и размещенные в непараллельных между собой канавках головки уплотнительные кольца в плоскости, перпендикулярной к оси поршневого пальца, причем последняя смещена относительно вертикальной оси поршня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения трения поршня о цилиндр, канавки под уплотнительные кольца выполнены с различными углами наклона, увеличивающимися от кольца к кольцу в сторону, противоположную смещению оси поршневого пальца, причем углы наклона канавок определены в соответствии с формулой

где Δh - минимальное расстояние между соседними кольцами;
d - диаметр цилиндра;
l₁, l₂ - расстояние по оси поршня от центра тяжести площади проекций левой и правой половин межкольцевой цилиндрической поверхности поршня на вертикальную плоскость соответственно;
α₁, α₂ - угол наклона первого (предыдущего) и второго (последующего) уплотнительных поршней.

РИСУНКИ

Рисунок 1