Результат интеллектуальной деятельности: Поршень форсированного дизельного двигателя

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршням форсированных дизельных двигателей.

Известен охлаждаемый поршень [1], состоящий из двух стальных фрагментов, сваренных между собой и образующих периферийную и центральную полости охлаждения, сообщающиеся друг с другом каналами, расположенными перпендикулярно оси симметрии поршня. За один оборот коленчатого вала в системе охлаждения поршня совершается полный цикл изменения состояния периферийной полости, включая ее частичное заполнение, омывание и охлаждение наиболее нагретой верхней части охлаждаемого днища поршня, возвращение масла в состояние частичного заполнения периферийной полости, передачу его в центральную полость, охлаждение центральной части днища поршня, и возвращение масла в картер.

Недостатком этого технического решения является то, что данная конструкция не обеспечивает надежного охлаждения поршней форсированных дизельных двигателей, имеющих максимальное давление в цилиндре 20 МПа и выше. Обеспечение работоспособности поршней форсированных дизельных двигателей, имеющих высокое давление и, соответственно, высокую температуру в цилиндре, требует более интенсивной циркуляции охлаждающего масла в полостях поршня.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является поршень форсированного дизельного двигателя [2], состоящий из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов, образующих периферийную и центральную полости охлаждения. Эти полости сообщаются основными каналами, выполненными в стенке нижнего фрагмента перпендикулярно оси симметрии поршня, и дополнительными каналами, расположенными наклонно к оси симметрии поршня выше основных каналов. 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 конструкцией охлаждаемого поршня [1]. Удвоение частоты замещения масла в полостях охлаждения увеличивает интенсивность охлаждения поршня.

Недостатком этого технического решения является интенсивное охлаждение поршня в период прогрева холодного дизеля, что замедляет прогрев поршня после пуска холодного дизеля.

Цель изобретения - ускорение прогрева форсированного дизельного двигателя путем отключения дополнительных каналов в период прогрева холодного дизеля.

Поставленная цель достигается установкой на поршне лепестковых клапанов, шторки которых выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающих дополнительные каналы в период прогрева дизеля.

Новым в поршне форсированного дизельного двигателя является установка на поршне лепестковых клапанов, шторки которых выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающих дополнительные каналы в период прогрева дизеля.

На фиг. 1 представлен поршень форсированного дизельного двигателя в период прогрева холодного дизеля; на фиг. 2 представлен поршень форсированного дизельного двигателя в рабочем положении.

Поршень форсированного дизельного двигателя состоит из соединенных друг с другом нижнего 1 и верхнего 2 фрагментов. Фрагменты 1 и 2 образуют периферийную 3 и центральную 4 полости охлаждения, сообщающиеся друг с другом посредством основных каналов 5, расположенных перпендикулярно оси симметрии поршня, и дополнительных каналов 6, расположенных наклонно к оси симметрии поршня выше основных каналов 5.

Внутри центральной полости охлаждения 4 установлены лепестковые клапаны 7. При пуске и прогреве холодного двигателя шторки лепестковых клапанов 7 (фиг. 1) прижаты к поверхности поршня и препятствуют движению охлаждающего масла по дополнительным каналам 6. При работе двигателя шторки лепестковых клапанов 7, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти формы, отгибаются вверх, открывают дополнительные каналы 6 и занимают рабочее положение (фиг. 2).

Поршень форсированного дизельного двигателя работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного двигателя, фиг. 1, шторки лепестковых клапанов 7 прижаты к поверхности поршня и препятствуют движению масла по дополнительным каналам 6, при этом интенсивность охлаждения поршня уменьшается, и поршень быстрее прогревается. Охлаждающее масло подается в периферийную полость 3 поршня, частично заполняет ее, и при возвратно-поступательном движении поршня омывает нагретые поверхности, осуществляя их охлаждение. При движении поршня вверх от НМТ к ВМТ находящееся в периферийной полости 3 масло нагружается динамическим давлением, обусловленным силой инерции, и частично перетекает по каналам 5 из периферийной полости 3 в центральную 4, в которой осуществляется охлаждение центральной части днища поршня.

После прогрева двигателя в материале шторок лепестковых клапанов 7 происходит мартенситное превращение [3], они изменяют свою форму, отгибаются вверх и открывают дополнительные каналы 6, занимая рабочее положение, показанное на фиг. 2. В результате этого осуществляется циклическая передача масла из периферийной полости 3 в центральную 4 при положениях поршня как вблизи НМТ, так и вблизи ВМТ, т.е. с удвоенной частотой. Удвоение частоты замещения масла в полостях охлаждения увеличивает интенсивность охлаждения поршня.

При остановке и остывании двигателя материал шторок лепестковых клапанов охлаждается, и в нем происходит обратное мартенситное превращение [3], в результате которого шторки занимают исходное положение.

Если пуск производится на горячем двигателе, шторки лепестковых клапанов имеют температуру, равную температуре поршня, и остаются в рабочем положении, обеспечивая работу поршня форсированного дизельного двигателя.

Использование предлагаемого технического решения способствует ускорению прогрева форсированного дизельного двигателя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент DE 19846152 (А1).

2. Поршень форсированного дизельного двигателя. Патент РФ №2540194 С1. Опубл. 10.02.2015 г., бюл. №4.

3. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.