×
10.02.2015
216.013.2225

Результат интеллектуальной деятельности: ПОРШЕНЬ ФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Поршень форсированного дизельного двигателя состоит из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов (1) и (2), образующих периферийную и центральную полости (3) и (4) охлаждения головки поршня, сообщенные основными каналами (5), выполненными в стенке нижнего фрагмента (1) перпендикулярно продольной оси симметрии поршня. В стенке нижнего фрагмента (1) выполнены дополнительные каналы (6), расположенные наклонно к продольной оси симметрии поршня, сообщающие периферийную и центральную полости (3) и (4) охлаждения. Дополнительные каналы (6) расположены выше основных каналов (5). Технический результат заключается в повышении циркуляции масла в полостях охлаждения. 4 ил.
Основные результаты: Поршень форсированного дизельного двигателя, состоящий из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов, образующих периферийную и центральную полости охлаждения головки поршня, сообщенные каналами, выполненными в стенке нижнего фрагмента перпендикулярно продольной оси симметрии поршня, отличающийся тем, что в стенке нижнего фрагмента выполнены дополнительные каналы, расположенные наклонно к продольной оси симметрии поршня, также сообщающие периферийную и центральную полости охлаждения, при этом дополнительные каналы расположены выше основных каналов.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям стальных сварных охлаждаемых поршней кривошипно-шатунных механизмов дизельных двигателей. Изобретение может использоваться при проектировании, изготовлении и эксплуатации дизельных двигателей, применяемых в качестве приводных установок для машин и механизмов, работающих в экстремальных условиях, таких как карьерные самосвалы, автомобили высокой проходимости, дорожно-строительные машины и механизмы, бронированная техника.

Разработка и применение стальных сварных охлаждаемых поршней является ответными решениями по отношению к устойчиво проявляющейся на практике тенденции возрастания максимального давления сгорания топливовоздушной смеси в форсированных дизелях. В связи с этим становится актуальной проблема повышения срока службы поршней.

Стальной поршень по сравнению, например, с алюминиевым поршнем имеет ряд преимуществ.

Одно из них связано с малым отличием значений коэффициентов линейного расширения чугунного цилиндра и стального поршня. При близких значениях этих коэффициентов реализуется практически значимое уменьшение зазоров в сопряжении «поршень-цилиндр», что является необходимым условием достижения высоких экологических показателей по расходу масла на угар, вредным выбросам, вибрации, стойкости в отношении кавитации. Важно также снижение потерь на трение в сопряжении с цилиндром.

Очевидно, что рассматриваемые высокие значения давлений в цилиндре сопровождаются соответствующими высокими значениями тепловой напряженности цилиндра в целом и его поршня. Из теоретического анализа и практики следует, что в таких условиях не гарантируется достижение приемлемого теплового состояния элементов поршня при традиционном выполнении галерейного масляного охлаждения, когда полость охлаждения примыкает к зоне расположения колец, а центральная область днища организованного охлаждения не имеет. При характерных для применяемых сталей значениях коэффициентов теплопроводности температура в центре днища и на кромках камеры сгорания достигает значений, при которых становится необходимым реализовать дополнительные решения по ее снижению. С увеличением диаметра цилиндра проблема охлаждения днища стального поршня усугубляется. Тем самым ограничивается распространение такого поршня и по диаметру цилиндра и по его тепловой напряженности.

Известен стальной сварной охлаждаемый поршень для двигателя внутреннего сгорания по патенту US 7005620 B2. Известный поршень содержит верхние и нижние фрагменты, имеющие сопрягаемые поверхности, которые соединены друг с другом посредством сварного соединения, образованного методом индукционной сварки. Сваренные стенки верхнего и нижнего фрагментов образуют кольцевую полость, являющуюся емкостью для масла, охлаждающего зону головки поршня, в которой расположены поршневые кольца, и частично зону дна поршня, примыкающую к кольцевой полости.

Недостатком известного технического решения является отсутствие активного масляного охлаждения центральной, наиболее нагруженной части днища поршня, что ограничивает область применения известного поршня в двигателях, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.

Известен стальной сварной охлаждаемый поршень по патенту DE 19846152 (A1), принятый в качестве прототипа.

Фронтальный вид поршня с частичным разрезом представлен на фигуре 1. Поршень состоит из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов, образующих периферийную и центральную полости охлаждения головки поршня, сообщенные каналами, расположенными перпендикулярно продольной оси симметрии поршня.

Поток охлаждающего масла в полостях охлаждения известного поршня организован в соответствии с традиционными представлениями [2]. Из напорной магистрали масло струей по каналу K направляется в периферийную полость охлаждения и частично заполняет ее, как это схематично представлено на фигуре 2, в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки (HTM). При последующем движении поршня к верхней мертвой точке (BMT) масло под действием инерционной нагрузки (фиг.3) перемещается в верхнюю часть полости. При таком перемещении (взбалтывании) осуществляется омывание нагретых поверхностей и их охлаждение. При очередном изменении направления действия сил инерции доставленная в верхнюю часть полости порция масла будет возвращена в положение по фигуре 2, соответствующее нахождению поршня вблизи НМТ. При таком положении поршня находящаяся в полости охлаждения порция масла нагружается давлением со стороны струи напорной магистрали и динамическим давлением, образующимся вследствие перемещения порции вместе с поршнем. Под действием результирующего давления задействованная в процессе порция масла частично удаляется по каналам 5 из периферийной полости в центральную, в которой осуществляется аналогичный процесс охлаждения центральной части днища поршня.

Таким образом, за отрезок времени, соответствующий одному обороту коленчатого вала, в системе охлаждения поршня совершается полный цикл изменения состояния периферийной полости, включая ее частичное заполнение, омывание и охлаждение наиболее нагретой верхней части поверхности галереи, возвращение масла в состояние частичного заполнения, передачу его в центральную полость, охлаждение центральной части днища, возвращение масла в картер.

В описании известного поршня не упоминаются технические решения, кроме каналов, расположенных перпендикулярно продольной оси симметрии поршня, влияющие на усиление теплообмена в центральной, наиболее нагруженной части днища поршня, и на повышение интенсивности охлаждения головок поршней при форсировании, например, в условиях максимального давления сгорания топлива до 20 МПа и выше.

Обеспечение работоспособности поршней форсированных дизельных двигателей при максимальном давлении сгорания топлива до 20 МПа и выше требует более активной циркуляции масла в охлаждаемых полостях поршня. Прототип же не обеспечивает активного охлаждения головок поршней форсированных дизельных двигателей.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности поршней форсированных дизельных двигателей при максимальном давлении сгорания топлива до 20 МПа и выше.

Техническим результатом изобретения является достижение более активной, по сравнению с прототипом, циркуляции масла в охлаждаемых полостях поршня.

Технический результат достигается тем, что в поршне форсированного дизельного двигателя, состоящем из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов, образующих периферийную и центральную полости охлаждения головки поршня, сообщенные каналами, выполненными в стенке нижнего фрагмента перпендикулярно продольной оси симметрии поршня, согласно изобретению в стенке нижнего фрагмента выполнены дополнительные каналы, расположенные наклонно к продольной оси симметрии поршня, также сообщающие периферийную и центральную полости охлаждения, при этом дополнительные каналы расположены выше основных каналов.

Сообщение периферийной и центральной полостей охлаждения головки поршня каналами, выполненными в стенке нижнего фрагмента перпендикулярно продольной оси симметрии поршня, и дополнительными каналами, расположенными наклонно к продольной оси симметрии поршня, обеспечивает активное охлаждение головок поршней при форсировании дизеля по сравнению с прототипом в силу того, что достигается лучший результат по теплоотводу.

Практикой установлено, что эффективность рассматриваемой организации процесса теплообмена, при прочих равных условиях, зависит как от количества взбалтываемого масла (на фигуре 2 косвенно характеризуется величиной h1), так и от интенсивности процесса взбалтывания (на фигуре 2 характеризуется величиной h2 перемещения порции масла в периферийной полости).

Наилучший результат по теплоотводу достигается при некотором оптимальном соотношении этих показателей, что обеспечивает взаимоувязанный выбор расположения и величины проходных сечений каналов, сообщающих полости, что в свою очередь влияет на оптимизацию процесса теплоотвода, связанную как с увеличением расхода масла на охлаждение поршня, так и с интенсивностью перемещения масла в периферийной полости.

На фиг.3 представлено состояние галереи периферийной полости при положении поршня, близком к верхней мертвой точке. Здесь порция масла сосредоточена в верхней части галереи в контакте с наиболее нагретой поверхностью. При этом она нагружена динамическим давлением, достаточным для осуществления циркуляции масла по каналу 6, с частичной передачей его из периферии в центральную полость.

Выполнение дополнительных каналов с соответствующими ориентацией и размерами не встречает принципиальных затруднений при выбранном делении поршня на фрагменты со сваркой в двух взаимно перпендикулярных поверхностях. В части организации процесса охлаждения наличие двух типов каналов позволяет осуществлять циклическую передачу масла из периферийной полости в центральную при положениях поршня как вблизи НМТ, так и вблизи ВМТ, т.е. с удвоенной частотой по сравнению с прототипом DE 19846152 (A1). Удвоение частоты замещения масла в периферийной галерее составляет реальную основу для увеличения интенсивности прокачки масла через систему охлаждения поршня.

Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен фронтальный вид с частичным разрезом поршня по прототипу.

На фиг.2 показан частичный разрез поршня по основным каналам, соединяющим полости охлаждения.

На фиг.3 показан частичный разрез поршня по дополнительным каналам, соединяющим полости охлаждения.

На фиг.4 изображен полный разрез поршня по дополнительным каналам.

Поршень форсированного дизельного двигателя состоит из двух фрагментов: нижнего 1 и верхнего 2, соединенных друг с другом посредством электронной или лазерной сварки. Поверхности сопряжения фрагментов перпендикулярны друг другу. Фрагменты 1 и 2 образуют периферийную 3 и центральную 4 полости охлаждения, сообщенные друг с другом посредством основных каналов 5 и дополнительных каналов 6, выполненных в стенке нижнего фрагмента. Основные каналы 5 по своему расположению идентичны каналам прототипа. Дополнительные каналы 6 расположены наклонно к продольной оси симметрии поршня и выше основных каналов 5, и сообщают верхнюю зону периферийной полости 3 с центральной полостью 4. Охлаждающее масло подается в периферийную полость одним из известных способов.

Наличие двух типов каналов, соединяющих полости охлаждения, позволяет осуществить прокачку охлаждающего масла с удвоенной частотой его циклического замещения в периферийной полости и передачи его в центральную полость. За счет этого достигается эффективное охлаждение центральной зоны днища поршня.

ЛИТЕРАТУРА

1. US 7005620 B2 (аналог).

2. Г.Б. Розенблит. Теплопередача в дизелях. «Машиностроение», Москва, 1977.

3. SAE Technical Paper Series, №881856. The Caterpillar 3176 Heavy Duty Diesel Engine.

4. A forget steel piston for highly diesel engines. SAE Off-Highway Engineering. September, 2000.

5. Magnum Mono Steel Piston. Проспект фирмы Federal-Mogul Corporation.

6. Патент US 8371261 B2.

7. Патент DE 3717767 Al.

8. Патент GB 2232223 A.

9. Патент DE 19846152 (A1) - (прототип).

Поршень форсированного дизельного двигателя, состоящий из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов, образующих периферийную и центральную полости охлаждения головки поршня, сообщенные каналами, выполненными в стенке нижнего фрагмента перпендикулярно продольной оси симметрии поршня, отличающийся тем, что в стенке нижнего фрагмента выполнены дополнительные каналы, расположенные наклонно к продольной оси симметрии поршня, также сообщающие периферийную и центральную полости охлаждения, при этом дополнительные каналы расположены выше основных каналов.
ПОРШЕНЬ ФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПОРШЕНЬ ФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПОРШЕНЬ ФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ПОРШЕНЬ ФОРСИРОВАННОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 241-250 из 251.
22.04.2023
№223.018.5143

Измерительный преобразователь на несущей частоте

Измерительный преобразователь на несущей частоте содержит: измерительный мост, задающий генератор синусоидального напряжения несущей частоты, усилитель мощности напряжения питания измерительного моста синусоидальным напряжением, преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794248
Дата охранного документа: 13.04.2023
15.05.2023
№223.018.57b1

Установка для газодинамических испытаний

Изобретение относится к испытаниям авиационной и ракетной техники. Установка для газодинамических испытаний содержит испытательную камеру (1) и генератор (7) газового потока. В генераторе (7) газового потока установлен эжектор (25), имеющий канал (26) активной среды первой ступени со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002767554
Дата охранного документа: 17.03.2022
30.05.2023
№223.018.7310

Способ определения координат и параметров движения источников радиоизлучений на основе анализа их взаимного расположения

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в системах измерения параметров движения наземных/надводных источников радиоизлучений (ИРИ) с помощью пассивной однопозиционной радиолокационной станции (ПРЛС). Техническим результатом является повышение точности ПРЛС в определении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002776869
Дата охранного документа: 28.07.2022
30.05.2023
№223.018.7338

Способ изготовления композиционного борсодержащего порошка-наполнителя для энергетических материалов

Изобретение относится к области создания новых высокоэнергетичных материалов, обладающих высокой теплотой сгорания в окислительных средах и используемых в качестве наполнителей взрывчатых составов (ВС) для снаряжения боеприпасов. При изготовлении композиционного борсодержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002773770
Дата охранного документа: 09.06.2022
30.05.2023
№223.018.733b

Комплексная система планирования применения и подготовки полетных заданий группе летательных аппаратов

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в составе автоматизированных систем планирования применения летательных аппаратов (ЛА) и подготовки полетных заданий (ППЗ) ЛА. Комплексная система планирования применения и подготовки полетных заданий группе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002773453
Дата охранного документа: 03.06.2022
03.06.2023
№223.018.765d

Электрод марки эа-2594 для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитно-ферритного класса

Электрод предназначен для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитно-ферритного класса и может быть использован для сварки без предварительного подогрева. Электрод содержит стержень из проволоки марки Св-03Х25Н10М3ГАДВ и покрытие, включающее компоненты в следующем соотношении, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796581
Дата охранного документа: 25.05.2023
03.06.2023
№223.018.7662

Проволока марки св-08х16н5м3аб для сварки высокопрочных сталей

Изобретение относится к составу сварочной проволоки для сварки высокопрочных сталей, используемых в судостроительной и машиностроительной промышленности. Проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,08, кремний 0,2-0,6, марганец 0,4-0,8, хром 15-17, никель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796568
Дата охранного документа: 25.05.2023
03.06.2023
№223.018.766b

Проволока марки св-08х21н10м2г4афб для сварки высокопрочных сталей

Изобретение относится к составу сварочной проволоки для сварки высокопрочных сталей, используемых в судостроительной и машиностроительной промышленности. Сварочная проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод не более 0,08, кремний 0,2-0,6, марганец 3,0-5,0, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796567
Дата охранного документа: 25.05.2023
05.06.2023
№223.018.7717

Фазовый пеленгатор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой, а также в головках самонаведения (антирадарах) в качестве датчика углового положения. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности (дальности обнаружения) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002776155
Дата охранного документа: 14.07.2022
05.06.2023
№223.018.77a4

Измерительный преобразователь одиночных резисторов

Изобретение относится к области измерительной техники и электроники и служит для многоканальных измерений различных физических величин при исследовании прочности и аэродинамики конструкций летательной техники и других изделий промышленности. Многоканальный измерительный преобразователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796609
Дата охранного документа: 26.05.2023
Показаны записи 181-184 из 184.
13.02.2018
№218.016.2013

Установка для промывки топливного бака летательного аппарата газонасыщенной жидкостью (варианты)

Изобретение относится к техническому обслуживанию летательных аппаратов. Установка для промывки топливного бака включает в себя узел промывки, который размещается внутри топливного бака (2), магистраль (4) нагнетания газонасыщенной моющей жидкости в узел промывки и магистраль (5) слива из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641408
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.224e

Высотный активно-реактивный снаряд и способ его функционирования

Группа изобретений относится к военной технике, а именно к активно-реактивным снарядам. Технический результат - увеличение высоты и вероятности поражения быстролетящей цели средствами противовоздушной и противоракетной обороны за счет улучшения полноты сгорания топлива, топливной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642197
Дата охранного документа: 24.01.2018
04.04.2018
№218.016.3261

Способ калибровки видеограмметрических систем и контрольное приспособление для его осуществления

Изобретение относится к области оптических бесконтактных измерений геометрических параметров формы, положения, движения и деформации объектов в пространстве, в частности к ближней цифровой фотограмметрии и видеограмметрии, и может применяться для прецизионной калибровки видеограмметрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645432
Дата охранного документа: 21.02.2018
04.04.2018
№218.016.376b

Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации

Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов. Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов (1) силовой установки летательных аппаратов заключается в том, что в случае отказа одного из двигателей внутреннего сгорания (2) муфта свободного хода (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646696
Дата охранного документа: 06.03.2018
+ добавить свой РИД