SU1753956A3

SU1753956A3 - Internal combustion engine piston

Info

Publication number: SU1753956A3
Application number: SU914927039A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Шалай; Иван Владелинович Костылев; Тимофей Тимофеевич Гончаров; Геннадий Григорьевич Меньшенин; Борис Иванович Масалов
Original assignee: Научно-Техническое Предприятие "Мотортехника" (Su)
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Использование: область двигателестро- ени , а именно конструирование и изготовление поршней двигателей внутреннего сгорани с жидкостным охлаждением, позвол ет повысить долговечность путем интенсификации охлаждени . Сущность 1 изобретени : поршень имеет кольцевую полость охлаждени , выполненную в головке 1, образованную внутренней 4 и наружной 5 част ми с общим основанием 6. При этом соотношение высот и объемов этих частей подобрано таким образом, что происходит дифференциаци объемов поступающего в полость охлаждени охладител по наружной и внутренней част м в зависимости от сил инерции, действующих на поршень с одной стороны, и происходит снижение гидравлических сопротивлений прохождению охладител по полости и более рациональное распределение потока охладител за счет конфигурации полости охлаждени - с другой. 2 ил. Ј ч| ел со ю ел ON GOUse: The engine-engine area, namely the design and manufacture of pistons for liquid-cooled internal-combustion engines, improves durability by intensifying cooling. Essence 1 of the invention: the piston has an annular cooling cavity formed in the head 1 formed by the inner 4 and outer 5 parts with a common base 6. At the same time, the ratio of heights and volumes of these parts is selected in such a way that differentiation of the volumes of coolant entering the cooling cavity occurs. external and internal parts, depending on the inertia forces acting on the piston on the one hand, and there is a decrease in hydraulic resistance to the passage of the cooler through the cavity and a more rational distribution The cooling flow due to the cooling cavity configuration is different. 2 Il. Ј h | ate with ate ON GO

Description

Изобретение относитс к двигателест- роению, а именно к конструкци м поршней двигателей внутреннего сгорани , охлаждаемых жидкой средой.The invention relates to engine-making, namely to the structures of pistons of internal combustion engines cooled by a liquid medium.

Известен охлаждаемый поршень двигател внутреннего сгорани , у которого с целью повышени интенсивности охлаждени в полости охлаждени установлен защитный элемент с кольцевыми ребрами, обращенными внутрь полости охлаждени , причем защитный элемент выполнен из материала с большим коэффициентом тепло- проводности, чем материал по ршн (авторское свидетельство СССР № 1262079, кл. F02 F3/20, 1981).A cooled piston of an internal combustion engine is known, in order to increase the cooling intensity in the cooling cavity a protective element is installed with annular fins facing the inside of the cooling cavity, and the protective element is made of a material with a greater thermal conductivity than the material according to pshn (USSR Certificate No. 1262079, CL F02 F3 / 20, 1981).

Недостатком данного технического решени вл етс то,что в нем нерационально используютс потенциальные возможности охладител и конфигураци полости охлаждени с размещенным в ней защитным элементом, данна конструкци поршн позвол ет интенсивно охлаждать только часть головки, непосредственно контактирующую с защитным элементом, ввиду чего возникает инградиенгтемператур между теплопередающими поверхност ми головки со стороны камеры сгорани и со стороны расположени поршневых колец, что негативно сказываетс на надежности конструкции и ее долговечности.The disadvantage of this technical solution is that the potential capabilities of the cooler and the configuration of the cooling cavity with the protective element placed in it are inefficiently used. This piston design allows intensively cooling only the part of the head that is in direct contact with the protective element, due to which an ingradiene temperature between heat transfer values occurs. surfaces of the head on the side of the combustion chamber and on the side of the arrangement of the piston rings, which adversely affects the reliability Design and its durability.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (авторское свидетельство СССР N 1219836, кл. F 02 F 3/14, 1984) вл етс поршень двигател внутреннего сгорани , содержащий головку с камерой сгорани в днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждени , образованную внутренней и наружной част ми, объединенными общим основанием, расположенным со стороны юбки пбршн , причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным в утрь полости охлаждени и выполненным на стенке последней со стороны днища.The closest technical solution to the invention (USSR author's certificate No. 1219836, CL F 02 F 3/14, 1984) is an internal combustion engine piston containing a head with a combustion chamber in the bottom and an annular cooling cavity formed in the head, formed by internal and external parts united by a common base located on the side of the skirt of the parachute, the portions of the cavity being separated by an annular protrusion facing the morning of the cooling cavity and made on the wall of the latter from the side of the bottom.

Данное техническое решение позвол ет эффективно охлаждать лишь верхнюю часть головки в области кромки камеры сгорани и недостаточно снижает температуру в области поршневых колец, что не может вл тьс гарантией долговечной работы поршн при повышенных тепловых нагрузках из-за недостаточной эффективности и интенсивности охлаждени наиболее теп- лонапр женной части поршн .This technical solution makes it possible to effectively cool only the upper part of the head in the region of the edge of the combustion chamber and does not sufficiently reduce the temperature in the region of the piston rings, which cannot guarantee a long-term operation of the piston under increased thermal loads due to insufficient cooling efficiency and intensity. piston part.

Целью изобретени вл етс повышение долговечности путем интенсификации процесса охлаждени .The aim of the invention is to increase the durability by intensifying the cooling process.

Поставленна цель достигаетс тем, что в поршне двигател внутреннего сгорани , содержащем головку с камерой сгорани вThe goal is achieved by the fact that in the piston of an internal combustion engine, comprising a head with a combustion chamber in

днище и выполненную в головке кольцевую полость охлаждени , образованную внутренней и наружной част ми, объединенными общим основанием, расположенным соbottom and annular cooling cavity formed in the head, formed by the inner and outer parts, united by a common base, located with

стороны юбки поршн , причем части полости разделены кольцевым выступом, обращенным внутрь полости охлаждени и выполненным в стенке последней со стороны днища, высота части полости охлажде0 ни со стороны камеры сгорани , измеренна от дна общего основани , составл ет по меньшей мере 1,5 высоты наружной части полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объема полости, ограни5 ченной общим основанием и плоскостью, перпендикул рной оси поршн , проход щей от дна общего основани на рассто нии 0,65-0,75 высоты наружной части полости. На фиг. 1 показан поршень двигател the side of the piston skirt, with part of the cavity separated by an annular protrusion facing the inside of the cooling cavity and made in the wall of the latter from the bottom, the height of the part of the cooling cavity 0 from the side of the combustion chamber, measured from the bottom of the common base, is at least 1.5 part of the cavity, and its volume is made in the range of 0.2-0.5 volume of the cavity, limited by a common base and plane, perpendicular to the axis of the piston, passing from the bottom of the common base at a distance of 0.65-0.75 of the height of the outer part cavities. FIG. 1 shows the engine piston

0 внутреннего сгорани с полостью охлаждени , разрез; на фиг. 2 - форма полости охлаждени .0 internal combustion with a cooling cavity, incision; in fig. 2 - the shape of the cooling cavity.

Поршень содержит головку 1 с камерой 2 сгораш в днище 3 и кольцевую полостьThe piston contains the head 1 with the camera 2 burned in the bottom 3 and the annular cavity

5 охлаждени , образованную внутренней 4 и наружной 5 част ми с общим основанием 6. Части полости со стороны днища 3 разделены кольцевым выступом 7. обращенным внутрь полости охлаждени . Высота Н25, formed by the inner 4 and outer 5 parts with a common base 6. The parts of the cavity on the side of the bottom 3 are separated by an annular protrusion 7. facing the inside of the cooling cavity. H2 height

0 внутренней части 4 полости со стороны камеры 2 сгорани (наиболее теплонапр жен- ного участка поршн ) составл ет (не менее) 1,5 высоты Hi наружной части 5 полости, а ее объем выполнен в пределах 0,2-0,5 объе5 ма полости, ограниченного общим основанием 6 и плоскостью, перпендикул рной оси 8 поршн , проход щей от дна общего основани 6 на рассто нии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости охлаждени ,0 of the inner part 4 of the cavity on the side of the combustion chamber 2 (the most heat-intensive portion of the piston) is (not less than) 1.5 heights Hi of the outer part 5 of the cavity, and its volume is within 0.2-0.5 volume a cavity bounded by a common base 6 and a plane perpendicular to the axis 8 of the piston extending from the bottom of the common base 6 at a distance of 0.65-0.75 of the height of the outer part 5 of the cooling cavity,

0 Поршень работает следующим образом .0 The piston works as follows.

С помощью оптимально подобранных сечений подвод щих и сливных каналов (не показаны) или другим способом поддержи5 ваетс относительный уровень охладител (масла), составл ющий не менее 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости. Такой уровень практически стабилизирует гидравлические потери во врем прохождени ох0 ладител вдоль полости охлаждени . При этом относительный уровень заполнени части 4 полости (внутренней), обращенной в сторону наиболее теплонапр женного участка поршн , составит 0,2-0,5, т.е. уровень,With the help of optimally selected sections of the supply and drain channels (not shown) or otherwise, the relative level of the cooler (oil) is maintained to be at least 0.65-0.75 the height of the outer part 5 of the cavity. This level practically stabilizes the hydraulic losses during the passage of the cooler along the cooling cavity. In this case, the relative filling level of the part 4 of the cavity (internal), facing the most heat-stressed portion of the piston, will be 0.2-0.5, i.e. level,

5 оптимальный дл охлаждени взбалтыванием , При смене направлени сил инерции, перемещение вдоль оси 8 поршн основной массы охладител ограничиваетс наружной частью 5 полости с меньшей высотой, поэтому охладитель продвигаетс вдоль полости охлаждени без значительного дополнительного сопротивлени , что улучшает процесс смен емости охладител . Остальной охладитель попадает во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорани поршн , имеющую наибольшую высоту, и совершает колебательные движени с большей амплитудой, что повышает интенсивность теплообмена. Не- смотр на то, что охладитель, попадающий во внутреннюю часть 4 полости, направленную в сторону камеры 2 сгорани , вследствие колебательного движени с большей амплитудой за цикл смены направлени сил инерции, отстает в продвижении вдоль полости от охладител , остававшегос в наружной части 5 полости с меньшей высотой, он не перегреваетс , так как хорошо перемешиваетс и отдает тепло остальному, со- ставл ющему большую часть объема, охладителю,5 is optimal for cooling by agitation. When changing the direction of inertia forces, the displacement along the piston axis of the main mass of the cooler is limited to the outer part 5 of the cavity with a lower height, so the cooler advances along the cooling cavity without significant additional resistance, which improves the process of changing the cooler. The remaining cooler enters the inner part 4 of the cavity, directed towards the piston combustion chamber 2, which has the greatest height, and makes oscillatory movements with a greater amplitude, which increases the intensity of heat exchange. Despite the fact that the cooler entering the inner part 4 of the cavity, directed towards the combustion chamber 2, due to the oscillatory movement with a larger amplitude during the cycle of changing the direction of inertia forces, lags behind the cooler remaining in the outer part 5 of the cavity with a lower height, it does not overheat, since it mixes well and transfers heat to the rest, which constitutes a large part of the volume, of the cooler,

Объем внутренней части 4 полости, обращенной в сторону камеры 2 сгорани , т.е. в сторону наиболее теплонапр женного участка поршн , составл ет 0,2-0,5 от объема полости, ограниченного общим основа- кием 6 и плоскостью, проход щей от дна общего основани на рассто нии 0,65-0,75 высоты наружной части 5 полости, т.е. со- ставл ет объем не более 0,5 от объема охла- дител , заполн ющего полость. В противном случае основна масса охладител будет иметь возможность совершать колебательные движени с большей ампли- тудой, что приведет к дополнительному гидравлическому сопротивлению, потер м при прохождении охладител вдоль полости и перегреву охладител .The volume of the inner part 4 of the cavity, facing the side of the combustion chamber 2, i.e. towards the most heat-stressed portion of the piston, amounts to 0.2-0.5 of the volume of the cavity bounded by common base 6 and the plane extending from the bottom of the common base at a distance of 0.65-0.75 of the height of the outer part 5 cavities, i.e. is a volume of not more than 0.5 of the volume of the coolant filling the cavity. Otherwise, the main mass of the cooler will be able to make oscillatory movements with a larger amplitude, which will lead to additional hydraulic resistance, loss of m as the cooler passes along the cavity and overheating of the cooler.

Таким образом, предлагаема конфигу- раци полости охлаждени позвол ет улучшить эффективности охлаждени за счет снижени гидравлических потерь при прохождении охладител вдоль полости охлаждени и оптимизации условий теплообмена в наиболее теплонапр женной зоне поршн , что и вл етс критерием повышени долговечности конструкции.Thus, the proposed configuration of the cooling cavity allows to improve cooling efficiency by reducing the hydraulic losses during the passage of the cooler along the cooling cavity and optimizing the heat exchange conditions in the most heat-stressed piston zone, which is a criterion for increasing the durability of the design.

П р и м е р. В поршне двигател 8ДВТ-- 330 с помощью предварительной механической обработки и электронно-лучевой сварки была выполнена полость охлаждени из двух частей, объединённых общим основанием. Высота одной части полости составл ет 14 мм, другой части, обращенной в сторону кромки камеры сгорани , 21 мм, а объем составл ет 0,28 от объема полости , ограниченного общим основанием и плоскостью, перпендикул рной к оси поршн , проход щей на рассто нии 10,5 мм до дна общего основани . Эксплуатаци показала , что температура в области кромки камеры сгорани снизилась на 20-25° по сравнению с серийным поршнем, имеющим полость охлаждени в виде овала высотой 20 мм и шириной 10 мм,PRI me R. In the piston of the engine 8ДВТ-- 330 with the help of preliminary mechanical processing and electron-beam welding, a cooling cavity was made of two parts united by a common base. The height of one part of the cavity is 14 mm, the other part facing the edge of the combustion chamber is 21 mm, and the volume is 0.28 of the volume of the cavity bounded by a common base and a plane perpendicular to the axis of the piston passing 10.5 mm to the bottom of the common base. The operation showed that the temperature in the region of the edge of the combustion chamber decreased by 20-25 ° compared with a serial piston having a cooling cavity in the form of an oval 20 mm high and 10 mm wide,

Claims

Claims of Invention A piston of an internal combustion engine comprising a head with a combustion chamber in the bottom and an annular cooling cavity formed in the head formed by the inner and outer parts united by a common base located on the side of the piston skirt, and the parts of the cavity are separated by an annular protrusion facing inward cooling cavity and made on the wall of the latter from the bottom side, characterized in that, in order to increase durability by intensifying the cooling process, the height of a part of the cavity oh The pressure on the side of the combustion chamber, measured from the bottom of the common base, is at least 1.5 times the height of the outer part of the cavity, and its volume is in the range of 0.2-0.5 volume of the cavity, bounded by a common base and plane, perpendicular to the axis a piston extending from the bottom of the common base at a distance of 0.65-0.75 of the height of the outer part of the cavity.

FIG. 2