поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. ПОРШЕНЬ С АВТОМАТИЧЕСКИ РЕГУЛИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий поршневой палец и бобышки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения КПД, он снабжен упорными пружинными пластинами, съемными пластинами с выступами, рабочим упругим устройством, состоящим из пружины тарельчатого типа с размещенной внутри нее пружиной, навитой из проволоки прямоугольного сечения, предохранительными пружинами и подпружиненными ими подвижными взаимозаменяемыми сухарями с прямоугольными буртиками, причем в бобышках выполнен паз прямоугольной формы, в меньших сторонах которого в средней части выполнены цилиндрические углубления, а вблизи от внешних торцев выполнены пазы под упорные пружинные пластины, причем в больших сторонах паза в бобышках на наружных торцах в средней части выполнены углубления под выступы съемных пластин, а на поршневом пальце выполнены четыре лыски в двух параллельных плоскостях, причем поршень соединен с поршневым пальцем через рабочее упругое устройство, предохранительные пружины и подвижные взаимозаменяемые сухари, а буртики прямоугольной формы последних и лыски поршневого пальца отделены от поршня съемными пластинами, причем толщина последних больше глубины лыски поршневого пальца, в последний, съемные пластины и подвижные взаимозаменяемые сухари фиксируются упорными пружинными пластинами.

2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала подвижных взаимозаменяемых сухарей используют бронзу.

3. Поршень по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве материала съемных пластин используют сталь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, а в частности к автоматическому регулированию степени сжатия двигателей внутреннего сгорания.

Известны поршни с автоматически регулируемой степенью сжатия для двигателей внутреннего сгорания, содержащие между корпусом и подвижной головкой полость, заполненную маслом, подаваемым из головки шатуна, при этом в корпусе над головкой шатуна установлена подпружиненная вставка с пазом, в который входит выполненный на головке шатуна выступ, снабженный каналом с клапаном, например лепестковым, для подачи масла.

Однако в известных поршнях при перемещении подвижной головки вниз относительно корпуса поршня и при давлении газов, превышающем силу упругости пружины редукционного клапана, масло из полости между подвижной головкой и корпусом, протекая через открытый редукционный клапан, сливается в картер двигателя, следовательно, для возвращения подвижной головки в исходное положение относительно корпуса поршня требуется закачать в полость определенное количество масла под высоким давлением, для чего в корпусе над головкой шатуна установлена подпружиненная вставка с пазом, в который входит выполненный на головке шатуна выступ, снабженный каналом с клапаном для подачи масла, т. е. данный узел работает как поршневой насос, что ведет к увеличению отбора мощности на привод дополнительных агрегатов и уменьшению КПД двигателя.

Изготовление такого поршня требует больших затрат и конструктивно сложнее, чем предлагаемого, т.к. требуется как отливка корпуса, так и отливка подвижной головки, их обработка, сверление каналов подвода масла в корпусе поршня и отверстия под редукционный клапан, установка редукционного и запорного клапанов, сама полость, заполненная маслом под высоким давлением, требует хорошего уплотнения, что ведет к повышенным потерям мощности на преодоление сил трения в этом уплотнении, а значит к уменьшению механического КПД.

Вес известных поршней увеличен по сравнению с предлагаемым на 15-20%, а по сравнению с поршнями без автоматического регулирования степени сжатия на 25-30% . Это обуславливается его конструкцией (утолщение днище корпуса, полость, заполненная маслом, и др. ). Вследствие этого увеличиваются силы инерции и нагрузки в кривошипно-шатунном механизме двигателя, что ведет к ускоренному его износу и износу двигателя в целом.

Цель изобретения - упрощение конструкции, увеличение КПД двигателя.

Это достигается тем, что в бобышках поршня выполнен паз прямоугольной формы, в меньших сторонах которого, в средней части, имеются цилиндрические углубления, вблизи от внешних торцов выполнены пазы под упорные пружинные пластины, в больших сторонах, на наружных торцах, в средней части, выполнены углубления под выступы съемных пластин, при этом поршень соединен с поршневым пальцем, имеющим четыре лыски в двух параллельных плоскостях, через рабочие (например, тарельчатого типа с размещенными внутри них пружинами, навитыми из проволоки прямоугольного сечения) и предохранительные пружины и подпружиненные ими подвижные взаимозаменяемые сухари (например, бронзовые), имеющие как продолжение скользящих плоскостей буртик прямоугольной формы, эти плоскости сухарей и лыски поршневого пальца сопряжены с поршнем через съемные пластины (например, стальные), имеющие в средней части загнутый выступ, а их толщина превышает глубину лыски поршневого пальца, причем последний, съемные пластины и взаимозаменяемые сухари фиксируются упорными пружинными пластинами.

Сила давления пазов воспринимается не маслом, а упругими элементами (пружинами), позволяющими аккумулировать энергию возрастающего индикаторного давления газов на такте рабочего хода в цилиндре двигателя, а затем, когда это давление, уменьшаясь, сравняется с силой упругости сжатых рабочих пружин и стремится к дальнейшему уменьшению, поддерживать некоторое время (пока не разогнется пружина) его относительно постоянным по углу поворота коленчатого вала, тем самым увеличивая силу, воздействующую на шатун, а следовательно, и КПД двигателя.

Отсутствуют потери мощности, затрачиваемые в прототипе, на закачивание масла посредством работы выступа головки шатуна и подпружиненной вставки в корпусе поршня как поршневого насоса и на преодоление сил трения в уплотнении между корпусом и подвижной головкой, т.к. оно отсутствует.

На фиг. 1 показан предлагаемый поршень с автоматически регулируемой степенью сжатия, вид со стороны бобышек; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - развернутая диаграмма давления газов за цикл в цилиндрах двигателя.

В поршне 1 с автоматически регулируемой степенью сжатия для двигателя внутреннего сгорания имеется выполненный в его бобышках 2 паз 3 прямоугольной формы, в меньших сторонах которого, в средней части, имеются цилиндрические углубления 4, вблизи от внешних торцов 5 выполнены пазы 6 под упорные пружинные пластины 7, в больших сторонах, на наружных торцах, в средней части, выполнены углубления 8 под выступы 9 съемных пластин 10, при этом поршень 1 соединен с поршневым пальцем 11, имеющим четыре лыски 12 в двух параллельных плоскостях, через рабочие 13 (тарельчатого типа с размещенными внутри них пружинами 15, навитыми из проволоки прямоугольного сечения) и предохранительные 1 пружины 14 и подпружиненные ими подвижные взаимозаменяемые сухари 16 (например, бронзовые), имеющие как продолжение скользящих плоскостей буртик 17 прямоугольной формы. Эти плоскости сухарей 16 и лыски 12 поршневого пальца 11 сопряжены с поршнем 1 через съемные пластины 10 (например, стальные), имеющие в средней части загнутый выступ 9, а их толщина превышает глубину лыски 12 поршневого пальца 11, причем последний, съемные пластины 10 и взаимозаменяемые сухари 16 фиксируются упорными пружинными пластинами 7.

Поршень работает следующим образом. Для автоматического регулирования степени сжатия служит поршень 1, который с изменением индикаторного давления газов в цилиндре двигателя перемещается относительно оси поршневого пальца 11 в верхнее или нижнее положение.

При малом индикаторном давлении газов (на тактах впуска и сжатия) поршень 1 находится в верхнем положении относительно поршневого пальца 11.

При движении поршня 1 вблизи верхней мертвой точки топливо начинает сгорать, резко повышается индикаторное давление газов в камере сгорания. При достижении критического давления газами в цилиндре двигателя, т.е. индикаторного давления, действующего на поршень 1 и равного силе упругости разжатых рабочих пружин 13 и 15, и при дальнейшем его росте рабочие пружины 13 и 15 сжимаются и вследствие увеличения объема ограничивают критическое давление в заданных пределах.

Поршень 1 при этом перемещается в нижнее положение относительно поршневого пальца 11, тем самым происходит автоматическое уменьшение степени сжатия. Давление газов в камере сгорания в это время поддерживается примерно постоянным, динамические нагрузки, воздействующие на поршень 1 и кривошипно-шатунный механизм в целом, снижаются, а повышение индикаторного давления газов аккумулируется благодаря силе упругости рабочих пружин 13 и 15.

После достижения индикаторным давлением максимальной величины и при дальнейшем перемещении поршня 1 по углу поворота коленчатого вала оно стремительно уменьшается, достигает величины, равной критической, и стремится к дальнейшему уменьшению, рабочие пружины 13 и 15 при этом разжимаются, выжимая поршень 1 вверх относительно поршневого пальца 11, поддерживая некоторое время давление газов на поршень 1 постоянным по углу поворота коленчатого вала вследствие относительного уменьшения рабочего объема, обеспечивая тем самым увеличение степени сжатия и возвращая саккумулированную энергию индикаторного давления газов, следовательно, увеличивается сила, воздействующая на шатун, а значит увеличивается и КПД двигателя.

При увеличении цикловой подачи топлива поршень 1 опускается вниз относительно поршневого пальца 11 больше, сильнее сжимая рабочие пружины 13 и 15. При уменьшении цикловой подачи топлива индикаторное давление газов в цилиндре двигателя не достигает критического и поршень 1 остается постоянно в верхнем положении относительно поршневого пальца 11.

Предохранительная пружина 14 выполняет роль буфера при разжимании рабочих пружин 13 и 15 и движении поршня 1 вверх относительно поршневого пальца 11 и обеспечивает его безударную работу. Сила упругости пружины 14 значительно меньше силы упругости рабочих пружин 13 и 15.

Таким образом происходит автоматическое регулирование степени сжатия. Сухари 16 постоянно подпружинены рабочими 13 и 15 и предохранительными 14 пружинами, направляющими для них являются съемные пластины 10.

Такое регулирование позволит уменьшить металлоемкость при достаточной жесткости и прочности и вследствие этого снизить инерционные силы и моменты, что положительно скажется на долговечности двигателя, а также снизить жесткость работы двигателя без значительного уменьшения индикаторного КПД и как следствие этого улучшить экономичность его работы.