Все современные поршни двигателя выполнены из алюминиевого сплава. Сплав ведет себя несколько иначе при использовании в соответствии с тем, как производится поршень, поэтому важно понимать процесс изготовления. До 1970-х годов тема броска по сравнению с коваными поршнями часто обсуждалась; с тех пор достижения в области технологий сделали дискуссию все, кроме излишней, повседневной.
В оригинальных двигателях внутреннего сгорания сталь использовалась для изготовления поршней. Алюминиевый сплав занял очень рано. Самые ранние алюминиевые поршни были подвергнуты значительному расширению и сокращению из-за рабочего тепла, и конструкция была развита так, что стальные кольца, называемые стойками, были сформованы в стенах, чтобы уменьшить проблему. Этот тип поршня был распространен до 1960-х годов, когда введение кремния в сплав сделало излишним износ. Большинство современных поршней изготовлены из примерно 25% силикона. Ранний алюминиево-силиконовый сплав был известен своей хрупкостью; случайное падение одного из высоты скамейки обычно приводило к трещине, которая была в лучшем случае дорогой и в худшем случае невозможна для ремонта. Добавление никеля в сплав уменьшает хрупкость, но увеличивает отношение веса к массе.
Поршни имеют девять частей и секций. Верхняя часть поршня правильно называется короной; ниже это кольцевые канавки, в которые установлены поршневые кольца. Приподнятые области между кольцевыми канавками называются землями. Ниже кольцевого узла находится отверстие поршня. Поршневой штифт, называемый «штырем запястья» в отрасли, говорит - проходит через это отверстие и проходит через шатун. Вокруг поршневого пальца расположены штыревые выступы, которые поддерживают его концы. Нижняя часть поршня называется юбкой.
Литой поршень отформован из расплавленного алюминиевого сплава, который вытягивается вакуумом в стальные штампы; для завершения получаемого поршня необходима минимальная механическая обработка. Процесс называется «литье под действием силы тяжести». Форма и толщина стенки полностью контролируются, но процесс дорог.
Кованый поршень изготавливают первым, помещая слиток нагретого алюминиевого сплава в женскую форму; после этого в пресс-форму выталкивают баранку для штамповки металла в затвор поршня. Затем заготовка проходит множество операций механической обработки; единая ковка, как правило, создает заготовку, которая может быть обработана многочисленными размерами поршня для самых разных транспортных средств.
Литье было оригинальным методом производства поршней; ковка появилась позже в качестве альтернативы. Процесс ковки сжимает молекулы сплава на короне, делая металл более плотным и, следовательно, лучше выдерживает экстремальные температуры. Это является существенным преимуществом, поскольку коронка подвергается воздействию большего количества тепла, чем любая другая часть двигателя, кроме свечи зажигания.
Литые поршни выполнены в замысловатых штампах, которые определяют их формы как внутри, так и снаружи; это позволяет обеспечить равномерную и постоянную толщину стенки, которая сдерживает массу поршня до минимума. Процесс установки штампов является дорогостоящим, поэтому литые поршни обычно изготавливаются только для нескольких применений и для удовлетворения крупных производственных требований. Кованые поршни имеют относительно грубую внутреннюю форму после штамповки, определяемую только тем, что баран вбивается в слиток, а затем убирается. Это обычно означает значительную поворачиваемость и ручную отделку. С помощью этого метода достигаются более жесткие допуски. По этим причинам рабочие поршни почти всегда подделываются, в то время как поршни OEM-spec отливаются. Купить инструмент для ремонта двигателя
Перевод itstillruns
toolshop.su
Поршень занимает центральное место в процессе преобразования химической энергии топлива сначала в тепловую, а затем в механическую. И в прямом, и в переносном смысле. И от того, насколько хорошо он справляется с возложенными на него обязанностями, в значительной степени зависят характеристики мотора. Его эффективность и, что более важно, надежность. Особенно когда мы говорим о спортивном применении или модификации автомобиля в тюнинговом ателье. Вопрос о применении специальных поршней в случае повышения мощности всегда встает перед конструктором. В силу множества функций и противоречивости свойств поршень превращается в одну из самых сложных и наукоемких деталей мотора. Такое привилегированное положение подтверждается тем, что редкие автомобилестроительные компании проектируют и изготавливают их самостоятельно для своих моторов.
Чаще всего они пользуются услугами фирм, которые специализируются в этой области. Многообразие форм и размеров поршней является одной из причин, почему столь много тайн, секретов и небылиц распространяется вокруг этого причудливой формы куска металла. А так как это еще и технологически сложно, практически неисполнимо в условиях стандартного машиностроительного производства, то проблема подгонки, т. е. соответствия поршня требованиям модифицированного мотора, становится камнем преткновения для многих тюнинговых компаний и спортивных конюшен. Кроме того, штучное производство столь сложных изделий финансово обременительно. В этой ситуации часто интуитивные представления тюнера о том, что «улучшенный» двигатель должен иметь «улучшенные» поршни, приводит к тому, что сначала двигатель оснащается чем-то доступным, а потом такое решение находит свое наукообразное обоснование.
Так давайте попробуем разобраться, какие требования предъявляются к поршням и что от чего зависит. Во-первых, поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Следовательно, он должен сопротивляться высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра. Во-вторых, представляя собой вместе с цилиндром и поршневыми кольцами линейный подшипник скольжения, он должен наилучшим образом отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и, как следствие, износ. В-третьих, испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, он должен выдерживать механическое воздействие. В-четвертых, совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.
Таким образом, все проблемы этой важной детали двигателя можно разделить на две большие группы. Первая – это тепловые процессы. Вторая, значительно более многообразная – механические. Обе группы взаимовлияющие, но в этот раз мы остановимся на тепловых.
Итак, топливо, сгорая в надпоршневом пространстве, выделяет огромное количество тепла в каждом цикле работы двигателя. Температура сгоревших газов достигает 2000 градусов. Только часть своей энергии они передадут движущимся деталям мотора, все остальное в виде тепла нагреет двигатель, а то, что останется, вместе с отработанными газами улетит в трубу. Из курса общей физики известно, что если два тела передают друг другу тепло, то передача тепла будет происходить до тех пор, пока их температуры не уравняются. Следовательно, если мы не будем охлаждать поршень, он через некоторое время расплавится. Это принципиально важный момент для понимания условий работы поршневой группы.
А особенно важно, если мотор форсируется. Всегда, когда мы заставляем мотор увеличить мощность, пропорционально увеличивается количество тепла, генерируемое в камере сгорания в единицу времени. Конечно, расплавленные поршни мы видим чрезвычайно редко, однако в любых их проблемах всегда незримо присутствует температура. Примерно так же, как в любом дорожно-транспортном происшествии – скорость. Виноват, конечно, водитель, но…. Если бы автомобили не двигались, никто бы не пострадал. Дело в том, что с ростом температуры механические характеристики всех материалов ухудшаются. Поэтому нагрузка, которая при 100 градусах Цельсия вызывает упругую деформацию материала, при 300 градусах
Еще раз повторим известный из курса общей физики факт, что тепловой поток направлен от более нагретых тел к менее нагретым. Тогда мы сможем увидеть распределение температур по поршню во время его работы и определить важные конструктивные моменты, влияющие на его температуру, т. е. понять, за счет чего он охлаждается. Нам известно, что наиболее нагретым является рабочее тело, или, другими словами, газы в камере сгорания. Совершенно понятно, что, в конце концов, тепло будет передано окружающему автомобиль воздуху – самому холодному и в то же время при определенном допущении бесконечно теплоемкому. Воздух, омывая радиатор и корпус двигателя, студит охлаждающую жидкость, блок цилиндров и корпус головки. Нам осталось найти мостик, по которому поршень отдает свое тепло в блок и антифриз. Есть для этого четыре пути. Они совершенно разные по своему вкладу, однако все заслуживают упоминания, так как в зависимости от конструктивных особенностей двигателя имеют большее или меньшее значение.
Итак, первый путь, обеспечивающий наибольший поток, – это поршневые кольца. Причем первое кольцо играет главную роль, как расположенное ближе к днищу. Это также наиболее короткий путь к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Кольца одновременно прижаты и к поршневым канавкам, и к стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока. Второй путь менее очевиден, однако трудно его недооценить. Вторая охлаждающая жидкость в двигателе – масло. Имея непосредственный доступ к наиболее нагретым местам мотора и несмотря на небольшой объем и слабую циркуляцию, масляный туман уносит с собой и отдает в поддон картера значительную часть тепла именно от самых горячих точек. В случае применения масляных форсунок, направляющих струю на внутреннюю поверхность днища поршня, доля масла в теплообмене может достигать 30 – 40%. Понятно, что, нагружая масло в большей степени функцией теплоносителя, мы должны позаботиться о том, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свои свойства и стать причиной выхода из строя подшипников. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла оно способно перенести через себя.
Третий путь – через массивные бобышки в палец, затем в шатун, а оттуда в масло. Он менее интересен, так как на пути есть существенные тепловые сопротивления в виде зазоров и стальных деталей, имеющих значительную протяженность и низкий коэффициент теплопроводности.
И четвертый путь – совсем не в масло или охлаждающую жидкость. Часть тепла отбирает на свой нагрев свежая топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр в такте впуска. Количество свежей смеси, а следовательно, и количество тепла, которое она отберет, зависит от режима работы и степени открытия дросселя. Надо заметить, что тепло, полученное при сгорании, также пропорционально заряду. Поэтому этот путь охлаждения носит, во-первых, импульсный характер, во-вторых, отличается скоротечностью, в-третьих, пропорционален последующему нагреву и, в-четвертых, высокоэффективен благодаря тому, что тепло отбирается с той стороны, с которой поршень нагревается.
Здесь следует упомянуть о стандартном приеме, который используется при настройке спортивных моторов. Дело в том, что теплоемкость смеси сильно зависит от ее состава. Чем больше топлива в ней содержится, тем больше тепла будет потрачено на его испарение. Очень часто, чтобы нормализовать работу мотора, нужно чуть-чуть, всего на 5 – 10 градусов, понизить внутреннюю температуру. Это достигается легким забогащением смеси, чуть богаче, чем необходимо. На процесс горения это никак не сказывается, а температура падает. Исчезает калильное зажигание, отодвигается порог детонации. Всегда лучше чуть богаче, чем беднее. Моторы, работающие, например, на метаноле, значительно менее требовательны к системе охлаждения из-за втрое большей теплоты парообразования, чем у бензина.
Таким образом, в силу большей значимости следует уделить более пристальное внимание передаче тепла через поршневые кольца. Совершенно понятно, что если этот путь мы по тем или иным причинам перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит сколько-нибудь длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится. Тут я хочу упомянуть такую, на первый взгляд, совершенно не относящуюся к процессу теплообмена характеристику, как компрессия. О компрессии знает каждый человек, хоть раз сталкивавшийся с покупкой подержанного автомобиля. Это наиболее популярный параметр, который хочет знать каждый владелец автомобиля, заботящийся о двигателе своей машины. Компрессия косвенно показывает степень неплотности поршневой группы. С точки зрения теплопередачи это очень важный параметр.
Давайте представим себе, что кольцо не прилегает по всей своей длине к стенке цилиндра. Тогда сгоревшие газы, прорываясь в щель, создадут барьер, препятствующий передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это почти то же самое, как если бы мы закрыли часть радиатора и лишили его возможности охлаждаться воздухом.
Еще более страшная картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В тех местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается принципиальной возможности охлаждаться и, даже более того, оказывается в «тепловом мешке». Как результат – прогар и выкрашивание части огневого пояса, прилегающей к месту утечки. Именно поэтому всегда уделяется так много внимания геометрии цилиндра, кольца и износу канавки. И не ухудшение энергетики здесь главная причина. Ведь небольшое количество газов, прорывающихся в картер, несет в себе слишком малую энергию, чтобы повлиять на потерю давления в такте рабочего хода и, как следствие, на потерю момента двигателем. Тем более, когда мы говорим о высокооборотном моторе. Гораздо больший вред даже небольшая неплотность наносит двигателю в смысле локальных тепловых перегрузок, потери жесткости и надежности. Вот еще почему не живут долго двигатели, восстановленные методом замены колец или перегильзовкой блока под старые, отжившие свой век «номинальные» поршни. Вот почему первым у спортивного мотора разрушается цилиндр, имеющий меньшую компрессию.
Тут, вероятно, необходимо коснуться вопроса, который всегда обсуждается при изготовлении специальных поршней для спортивных или тюнинговых приложений. Сколько колец будет у нового поршня? Два? Три? Какой толщины должны быть кольца? С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. Однако при уменьшении их количества и высоты мы неизбежно ухудшаем условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс. И чем быстроходней мотор, тем жестче становятся рамки. Скоротечность процессов диктует меньшие требования к уплотнению. Растущие со скоростью механические потери необходимо уменьшать, иначе все, что преобразовали в механическую мощность, не донесем до колес. Однако и количество тепла в единицу времени вырабатываем пропорционально больше, мостик для охлаждения требуется как можно шире. Вот и нужно одновременно чтобы кольца были и узкие, и широкие. И нужно их два для быстроходности и три для эффективного охлаждения поршня. Разрешение этой задачи – суть компетентность конструктора. А результаты его работы – в сбалансированности двигателя.
В настоящее время инженерами, работающими в мощных производственных компаниях и научных центрах, накоплен огромный эмпирический материал и на его основе созданы расчетные методы, позволяющие с большой точностью предсказать поле температур и характеристики конкретного изделия. Большинству тюнинговых компаний и спортивных конюшен они недоступны. Автору, к сожалению, тоже. Эта статья намеренно не содержит конкретных значений многих величин, которые позволили бы некоторым читателям взяться за калькуляторы. Тепловые расчеты на пальцах – бесперспективное занятие. Ее задача – показать ту сторону процессов, происходящих в двигателе, которая всегда подразумевается, но никогда всерьез не рассматривается. Я хотел только проявить качественные связи и объяснить важность и необходимость в своей работе учитывать влияние его величества тепла. О второй стороне дела – механике – в следующий раз.
[/spoiler]
avto.win7ka.ru
Поршень занимает центральное место в процессе преобразования химической энергии топлива сначала в тепловую, а затем в механическую. И в прямом, и в переносном смысле. И от того, насколько хорошо он справляется с возложенными на него обязанностями, в значительной степени зависят характеристики мотора. Его эффективность и, что более важно, надежность. Особенно когда мы говорим о спортивном применении или модификации автомобиля в тюнинговом ателье. Вопрос о применении специальных поршней в случае повышения мощности всегда встает перед конструктором. В силу множества функций и противоречивости свойств поршень превращается в одну из самых сложных и наукоемких деталей мотора. Такое привилегированное положение подтверждается тем, что редкие автомобилестроительные компании проектируют и изготавливают их самостоятельно для своих моторов.
Чаще всего они пользуются услугами фирм, которые специализируются в этой области. Многообразие форм и размеров поршней является одной из причин, почему столь много тайн, секретов и небылиц распространяется вокруг этого причудливой формы куска металла. А так как это еще и технологически сложно, практически неисполнимо в условиях стандартного машиностроительного производства, то проблема подгонки, т. е. соответствия поршня требованиям модифицированного мотора, становится камнем преткновения для многих тюнинговых компаний и спортивных конюшен. Кроме того, штучное производство столь сложных изделий финансово обременительно. В этой ситуации часто интуитивные представления тюнера о том, что «улучшенный» двигатель должен иметь «улучшенные» поршни, приводит к тому, что сначала двигатель оснащается чем-то доступным, а потом такое решение находит свое наукообразное обоснование.
Так давайте попробуем разобраться, какие требования предъявляются к поршням и что от чего зависит. Во-первых, поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Следовательно, он должен сопротивляться высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра. Во-вторых, представляя собой вместе с цилиндром и поршневыми кольцами линейный подшипник скольжения, он должен наилучшим образом отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и, как следствие, износ. В-третьих, испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, он должен выдерживать механическое воздействие. В-четвертых, совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.
Таким образом, все проблемы этой важной детали двигателя можно разделить на две большие группы. Первая – это тепловые процессы. Вторая, значительно более многообразная – механические. Обе группы взаимовлияющие, но в этот раз мы остановимся на тепловых.
Итак, топливо, сгорая в надпоршневом пространстве, выделяет огромное количество тепла в каждом цикле работы двигателя. Температура сгоревших газов достигает 2000 градусов. Только часть своей энергии они передадут движущимся деталям мотора, все остальное в виде тепла нагреет двигатель, а то, что останется, вместе с отработанными газами улетит в трубу. Из курса общей физики известно, что если два тела передают друг другу тепло, то передача тепла будет происходить до тех пор, пока их температуры не уравняются. Следовательно, если мы не будем охлаждать поршень, он через некоторое время расплавится. Это принципиально важный момент для понимания условий работы поршневой группы.
А особенно важно, если мотор форсируется. Всегда, когда мы заставляем мотор увеличить мощность, пропорционально увеличивается количество тепла, генерируемое в камере сгорания в единицу времени. Конечно, расплавленные поршни мы видим чрезвычайно редко, однако в любых их проблемах всегда незримо присутствует температура. Примерно так же, как в любом дорожно-транспортном происшествии – скорость. Виноват, конечно, водитель, но. Если бы автомобили не двигались, никто бы не пострадал. Дело в том, что с ростом температуры механические характеристики всех материалов ухудшаются. Поэтому нагрузка, которая при 100 градусах Цельсия вызывает упругую деформацию материала, при 300 градусах деформирует изделие, а при 450 разрушит его. Поэтому мы должны или принимать меры по предотвращению роста температуры поршня, или использовать материалы, способные выдержать рабочие нагрузки при высоких температурах. Чаще всего и то и другое. Однако в любом случае конструкция поршня должна быть такова, чтобы в нужных местах было необходимое количество металла, способное противостоять разрушению.
Еще раз повторим известный из курса общей физики факт, что тепловой поток направлен от более нагретых тел к менее нагретым. Тогда мы сможем увидеть распределение температур по поршню во время его работы и определить важные конструктивные моменты, влияющие на его температуру, т. е. понять, за счет чего он охлаждается. Нам известно, что наиболее нагретым является рабочее тело, или, другими словами, газы в камере сгорания. Совершенно понятно, что, в конце концов, тепло будет передано окружающему автомобиль воздуху – самому холодному и в то же время при определенном допущении бесконечно теплоемкому. Воздух, омывая радиатор и корпус двигателя, студит охлаждающую жидкость, блок цилиндров и корпус головки. Нам осталось найти мостик, по которому поршень отдает свое тепло в блок и антифриз. Есть для этого четыре пути. Они совершенно разные по своему вкладу, однако все заслуживают упоминания, так как в зависимости от конструктивных особенностей двигателя имеют большее или меньшее значение.
Итак, первый путь, обеспечивающий наибольший поток, – это поршневые кольца. Причем первое кольцо играет главную роль, как расположенное ближе к днищу. Это также наиболее короткий путь к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Кольца одновременно прижаты и к поршневым канавкам, и к стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока. Второй путь менее очевиден, однако трудно его недооценить. Вторая охлаждающая жидкость в двигателе – масло. Имея непосредственный доступ к наиболее нагретым местам мотора и несмотря на небольшой объем и слабую циркуляцию, масляный туман уносит с собой и отдает в поддон картера значительную часть тепла именно от самых горячих точек. В случае применения масляных форсунок, направляющих струю на внутреннюю поверхность днища поршня, доля масла в теплообмене может достигать 30 – 40%. Понятно, что, нагружая масло в большей степени функцией теплоносителя, мы должны позаботиться о том, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свои свойства и стать причиной выхода из строя подшипников. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла оно способно перенести через себя.
Третий путь – через массивные бобышки в палец, затем в шатун, а оттуда в масло. Он менее интересен, так как на пути есть существенные тепловые сопротивления в виде зазоров и стальных деталей, имеющих значительную протяженность и низкий коэффициент теплопроводности.
И четвертый путь – совсем не в масло или охлаждающую жидкость. Часть тепла отбирает на свой нагрев свежая топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр в такте впуска. Количество свежей смеси, а следовательно, и количество тепла, которое она отберет, зависит от режима работы и степени открытия дросселя. Надо заметить, что тепло, полученное при сгорании, также пропорционально заряду. Поэтому этот путь охлаждения носит, во-первых, импульсный характер, во-вторых, отличается скоротечностью, в-третьих, пропорционален последующему нагреву и, в-четвертых, высокоэффективен благодаря тому, что тепло отбирается с той стороны, с которой поршень нагревается.
Здесь следует упомянуть о стандартном приеме, который используется при настройке спортивных моторов. Дело в том, что теплоемкость смеси сильно зависит от ее состава. Чем больше топлива в ней содержится, тем больше тепла будет потрачено на его испарение. Очень часто, чтобы нормализовать работу мотора, нужно чуть-чуть, всего на 5 – 10 градусов, понизить внутреннюю температуру. Это достигается легким забогащением смеси, чуть богаче, чем необходимо. На процесс горения это никак не сказывается, а температура падает. Исчезает калильное зажигание, отодвигается порог детонации. Всегда лучше чуть богаче, чем беднее. Моторы, работающие, например, на метаноле, значительно менее требовательны к системе охлаждения из-за втрое большей теплоты парообразования, чем у бензина.
Таким образом, в силу большей значимости следует уделить более пристальное внимание передаче тепла через поршневые кольца. Совершенно понятно, что если этот путь мы по тем или иным причинам перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит сколько-нибудь длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится. Тут я хочу упомянуть такую, на первый взгляд, совершенно не относящуюся к процессу теплообмена характеристику, как компрессия. О компрессии знает каждый человек, хоть раз сталкивавшийся с покупкой подержанного автомобиля. Это наиболее популярный параметр, который хочет знать каждый владелец автомобиля, заботящийся о двигателе своей машины. Компрессия косвенно показывает степень неплотности поршневой группы. С точки зрения теплопередачи это очень важный параметр.
Давайте представим себе, что кольцо не прилегает по всей своей длине к стенке цилиндра. Тогда сгоревшие газы, прорываясь в щель, создадут барьер, препятствующий передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это почти то же самое, как если бы мы закрыли часть радиатора и лишили его возможности охлаждаться воздухом.
Еще более страшная картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В тех местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается принципиальной возможности охлаждаться и, даже более того, оказывается в «тепловом мешке». Как результат – прогар и выкрашивание части огневого пояса, прилегающей к месту утечки. Именно поэтому всегда уделяется так много внимания геометрии цилиндра, кольца и износу канавки. И не ухудшение энергетики здесь главная причина. Ведь небольшое количество газов, прорывающихся в картер, несет в себе слишком малую энергию, чтобы повлиять на потерю давления в такте рабочего хода и, как следствие, на потерю момента двигателем. Тем более, когда мы говорим о высокооборотном моторе. Гораздо больший вред даже небольшая неплотность наносит двигателю в смысле локальных тепловых перегрузок, потери жесткости и надежности. Вот еще почему не живут долго двигатели, восстановленные методом замены колец или перегильзовкой блока под старые, отжившие свой век «номинальные» поршни. Вот почему первым у спортивного мотора разрушается цилиндр, имеющий меньшую компрессию.
Тут, вероятно, необходимо коснуться вопроса, который всегда обсуждается при изготовлении специальных поршней для спортивных или тюнинговых приложений. Сколько колец будет у нового поршня? Два? Три? Какой толщины должны быть кольца? С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. Однако при уменьшении их количества и высоты мы неизбежно ухудшаем условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс. И чем быстроходней мотор, тем жестче становятся рамки. Скоротечность процессов диктует меньшие требования к уплотнению. Растущие со скоростью механические потери необходимо уменьшать, иначе все, что преобразовали в механическую мощность, не донесем до колес. Однако и количество тепла в единицу времени вырабатываем пропорционально больше, мостик для охлаждения требуется как можно шире. Вот и нужно одновременно чтобы кольца были и узкие, и широкие. И нужно их два для быстроходности и три для эффективного охлаждения поршня. Разрешение этой задачи – суть компетентность конструктора. А результаты его работы – в сбалансированности двигателя.
В настоящее время инженерами, работающими в мощных производственных компаниях и научных центрах, накоплен огромный эмпирический материал и на его основе созданы расчетные методы, позволяющие с большой точностью предсказать поле температур и характеристики конкретного изделия. Большинству тюнинговых компаний и спортивных конюшен они недоступны. Автору, к сожалению, тоже. Эта статья намеренно не содержит конкретных значений многих величин, которые позволили бы некоторым читателям взяться за калькуляторы. Тепловые расчеты на пальцах – бесперспективное занятие. Ее задача – показать ту сторону процессов, происходящих в двигателе, которая всегда подразумевается, но никогда всерьез не рассматривается. Я хотел только проявить качественные связи и объяснить важность и необходимость в своей работе учитывать влияние его величества тепла. О второй стороне дела – механике – в следующий раз.
note2auto.ru
Сущность изобретения: в канавках, расположенных на наружной поверхности головки, установлены поршневые компрессионные и маслосъемные кольца. Канавки имеют поперечное сечение в виде трапеции, меньшее основание которой обращено к оси поршня и параллельно этой оси. Сопряженные торцовые поверхности кольца и канавки выполнены взаимно соответствующими. Угол наклона торцовой поверхности канавки, расположенный напротив головки, к меньшему основанию трапеции превышает угол наклона к меньшему основанию трапеции противоположной торцовой поверхности канавки на 1,0 - 1,5°. 1 ил.
Изобретение относится к конструктивным элементам двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в двигателестроении при конструировании, изготовлении и эксплуатации данных двигателей.
Известны поршни для ДВС, содержащие головку, канавки, поршневые кольца в канавках, причем поперечное сечение канавки поршневого компрессионного кольца выполнено в виде прямоугольной трапеции, большим основанием обращенной к оси поршня, при этом угол между большим основанием трапеции и торцом канавки, расположенным напротив головки поршня, выполнен меньшим, чем прямой угол, и составляет 89-89,5о. Угловая деформация прямоугольного поперечного сечения кольца, вызванная силами инерции, обеспечивает при ходе поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) увеличение маслосъемных функций за счет скребкового эффекта [1]. Недостаток известного поршня состоит в низкой надежности работы ввиду быстрого износа кромки кольца, расположенной напротив головки поршня, в результате чего теряется скребковый эффект съема излишков масла с зеркала цилиндра при ходе поршня в указанном направлении. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является поршень, содержащий головку, канавки, поршневые компрессионные и маслосъемные кольца в канавках, причем поперечное сечение канавок поршневых компрессионных колец выполнено в виде прямоугольной трапеции, меньшее основание которой обращено к оси поршня и параллельно этой оси, а сопрягаемые поверхности кольца и канавки, обращенные к головке, выполнены взаимно соответствующими и составляют тупой угол с меньшим основанием трапеции [2]. Известно, что поршневое компрессионное кольцо под воздействием сил давления газов над поршнем подавляющую часть рабочего цикла ДВС (от 60 до 85% ) находится на торце канавки, расположенном напротив головки поршня. Поэтому угол наклона данного торца к образующей цилиндра при соосно движущемся поршне в значительной мере определяет форму рабочей поверхности кольца (РПК) в ходе его приработки и износа. В данном случае указанный торец канавки составляет с осью поршня (цилинд-ра) прямой угол, что обусловливает формирование прямоугольного профиля РПК из любого исходного профиля, заданного при изготовлении (конического, бочкообразного, прямоугольного со скругленными кром- ками). Из гидродинамики известно, что прямоугольный профиль РПК практически не обладает несущей способностью для глиссирования кольца на слое смазочного материала и не обеспечивает эффективный съем излишков масла с поверхности цилиндра при ходе поршня к нижней мертвой точке (НМТ). Таким образом, надежность работы известного поршня снижается из-за повышенных потерь на трение вязкого сдвига в зазоре кольцо-цилиндр и выгорания излишков масла в горячей зоне головки поршня и цилиндра. Цель изобретения - повышение надежности поршня за счет снижения расхода масла и механических потерь. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом поршне для двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку с канавками на наружной поверхности, в которых установлены поршневые компрессионные и маслосъемные кольца, причем канавки под поршневые компрессионные кольца имеют поперечное сечение в виде трапеции, меньшее основание которой обращено к оси поршня и параллельно этой оси, а сопряженные торцовые поверхности кольца и канавки выполнены взаимно соответствующими, угол наклона торцовой поверхности канавки, расположенной напротив головки, к меньшему основанию трапеции превышает угол наклона к меньшему основанию трапеции противоположной торцовой поверхности канавки на 1,0-1,5о. На чертеже представлен фрагмент общего вида и разреза поршня. Поршень содержит головку 1, канавки 2 с размещенными в них поршневыми компрессионными 3 и маслосъемными кольцами. Поперечное сечение канавки 2 кольца 3 выполнено в виде трапеции, меньшее основание которой обращено к оси поршня и параллельно этой оси, при этом угол
между меньшим основанием трапеции и торцом канавки, расположенным напротив головки 1, превышает угол 
наклона к меньшему основанию трапеции противоположного торца канавки на 1о. Поперечное сечение кольца 3 выполнено в виде равнобочной трапеции, стороны которой составляют между собой угол 
, равный 2 ( - 90о), а РПК имеет симметрично-бочкообразный профиль. Работает поршень следующим образом. В течение двух динамически наиболее нагруженных тактов рабочего цикла ДВС - "сжатие" и "рабочий ход" кольцо 3 под действием сил давления газов и инерции прижимается к торцу канавки 2, расположенному напротив головки 1, подвергаясь при этом угловой деформации скручивания, величина которой составляет (-). Во время тактов газообмена силы инерции прижимают кольцо с равной периодичностью как к торцу канавки 2, расположенному напротив головки 1, так и к противоположному торцу, находясь на котором кольцо 3 вследствие равенства углов наклона сопряженных поверхностей кольца 3 и канавки 2, не испытывает угловую деформацию скручивания. В итоге протекания указанных процессов за каждый цикл работы ДВС происходит обусловленное приработкой и износом постепенное формоизменение или самопрофилирование рабочей поверхности кольца 3, характеризуемое переходом симметрично-бочкообразного профиля в асимметрично-бочкообразный с точкой выпуклости РПК, смещенной от центра РПК к торцу канавки, расположенному напротив головки 1. Такой профиль РПК обеспечивает усиление гидродинамической несущей способности кольца 3 при ходе поршня к ВМТ за счет более протяженного участка сужающегося зазора кольцо-цилиндр в направлении навстречу потоку смазки, чем участок расширяющегося зазора данного сопряжения. При обратном ходе поршня данный профиль РПК способствует съему излишков масла с поверхности цилиндра за счет скребкового эффекта, который обеспечивает короткий участок сужающегося зазора кольцо-цилиндр. Таким образом, неизбежное ухудшение служебных свойств известного поршня в ходе эксплуатации, связанное с износом сопряженных поверхностей кольца и цилиндра, в предлагаемом поршне компенсируется самопрофилированием РПК, которым управляет заданная форма поперечного сечения канавки 2. Экспериментальные исследования предложенных поршней установили повторяемость и однозначность характера самопрофилирования РПК тех поршневых колец, которые работали в канавках поршней, соответствующих признакам данного технического решения, отмеченное при испытаниях повышение надежности работы поршней, выразившееся в снижении расхода масла и механических потерь, составило по сравнению с известными поршнями 10 и 7% соответственно.Формула изобретения
ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий головку с канавками на наружной поверхности, в которых установлены поршневые компрессионные и маслосъемные кольца, причем канавки под поршневые компрессионные кольца имеют поперечное сечение в виде трапеции, меньшее основание которой обращено к оси поршня и параллельно этой оси, а сопряженные торцевые поверхности кольца и канавки выполнены взаимно соответствующими, отличающийся тем, что угол наклона торцевой поверхности канавки, расположенной напротив головки, к меньшему основанию трапеции превышает угол наклона к меньшему основанию трапеции противоположной торцевой поверхности канавки на 1,0 - 1,5o.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
Изобретение обеспечивает отсутствие перегрева и повышение работоспособности поршня в месте контакта поршневой бобышки с поршневым пальцем на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания. Для этого разгрузочные отверстия в полости каждой бобышки расположены поперек оси поршневого пальца в плоскости, перпендикулярной оси поршня. 2 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям поршней с поршневым пальцем.
Известна конструкция поршня для двигателя внутреннего сгорания, состоящая из цилиндрической юбки, в которой находятся две бобышки с отверстием, которые являются соосными, и каждая бобышка, находясь в области между отверстием и днищем поршня, образует внутреннее полое пространство, которое через каналы является связанным как с отверстием для установки, так и с внутренним пространством поршня (см. заявку ФРГ 2909003, кл. F 02 F 3/16 от 08.03.79г.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, относятся сложность контроля качества внутренней поверхности полости и снижение надежности работы поршня. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является конструкция поршня из алюминиевого сплава для ДВС, включающая головку с камерой сгорания в днище и зоной канавок для поршневых колец, цилиндрическую юбку с бобышками для поршневого пальца, где на участках между канавкой для нижнего компрессионного кольца и верхней точкой отверстий в бобышках предусмотрены разгрузочные глухие отверстия, направленные внутрь и расположенные по обе стороны плоскости, в которой расположена ось поршневого пальца (см. заявки ФРГ 3908810, кл. F 02 F 3/00, С 22 С 21/00 от 17.03.89г. и ЕПВ 0387931, кл. F 16 J 1/16 от 22.02.90г.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, принятого за прототип, относятся уменьшение теплоотвода от нагретой части поршня к юбке поршня, а также снижение несущей способности части поршня, находящейся над глухим отверстием, ввиду нарушения передачи усилия от газовых сил от головки к поршневому пальцу. Сущность изобретения - обеспечение отсутствия перегрева и повышение работоспособности поршня в месте контакта поршневой бобышки с поршневым пальцем на всех режимах работы ДВС, уменьшение веса и потерь на трение. Технический результат - повышение надежности и долговечности поршня, уменьшение удельного расхода топлива и выбросов вредных веществ. Для достижения указанного технического результата в поршне, содержащем головку с камерой сгорания в днище и канавками для поршневых колец, цилиндрическую юбку с бобышками с отверстиями под поршневой палец, где в каждой бобышке поршня над поверхностью отверстия для поршневого пальца выполнены разгрузочные отверстия, особенностью является то, что разгрузочные отверстия расположены поперек оси поршневого пальца в плоскости, перпендикулярной оси поршня. На чертежах представлено: на фиг.1 изображен поршень, вид спереди в разрезе; на фиг.2 - разрез поршня, выполненного по разгрузочным отверстиям, вид сверху. Поршень для двигателя внутреннего сгорания включает: головку 1 с камерой сгорания в днище и канавками для поршневых колец; юбку 2 поршня; бобышки 3 с отверстиями под поршневой палец 4; разгрузочные отверстия 5, выполненные на некотором расстоянии выше поверхности отверстия для поршневого пальца поперек бобышки в плоскости, перпендикулярной оси поршня. В каждой бобышке для тепловой и механической разгрузки верхней поверхности отверстия для поршневого пальца выше этой поверхности выполнено одно или несколько отверстий, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси поршня, и поперек оси отверстий для поршневого пальца. Работа поршня осуществляется следующим образом. Воздействие высокой температуры и давления газов на головку поршня 1 вызывает его нагрев и деформацию. Тепло от поверхности нагрева распространяется внутрь поршня и рассеивается через поверхности контакта с менее нагретыми деталями, моторным маслом и картерными газами. Усилие от давления газов передается через материал головки поршня в бобышки 2 и далее через поверхность отверстия для поршневого пальца 4 к механизму преобразования, например кривошипно-шатунному механизму. Работоспособность высоконагруженных поверхностей для поршневого пальца в бобышках значительно снижается проникающим к ней тепловым потоком от близкорасположенных нагретых поверхностей, в частности камеры сгорания. Кроме того, тепло выделяется от трения при вращении поршневого пальца. Отвод тепла от внутренней области площади контакта происходит менее интенсивно, чем от периферийной части площади. Больший нагрев внутренней области приводит к местному искажению (выпячиванию) поверхности вследствие теплового расширения, росту контактных напряжений, еще большему выделению тепла и, в итоге, к прихватам, задирам и аварии. Преимущество изобретения состоит в том, что наличие отверстий, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси поршня, и поперек оси отверстий для поршневого пальца, прерывает тепловой поток от нагретой части поршня к поверхности отверстия для поршневого пальца и одновременно уменьшает силовое воздействие в зоне отверстия, что обеспечивает стабильную работу пары "палец-бобышка" поршня. Наличие отверстий не ухудшает конструктивно-силовую схему поршня и не препятствует теплоотводу от головки к юбке. Изготовление разгрузочных отверстий механической обработкой гарантирует высокое качество и низкую шероховатость их внутренней поверхности, что обеспечивает достаточный запас усталостной прочности.Формула изобретения
Поршень для двигателя внутреннего сгорания, включающий головку с камерой сгорания в днище и канавками для поршневых колец, цилиндрическую юбку с бобышками с отверстиями под поршневой палец, в каждой бобышке поршня над поверхностью отверстия для поршневого пальца выполнены разгрузочные отверстия, отличающийся тем, что разгрузочные отверстия расположены поперек оси поршневого пальца в плоскости, перпендикулярной к оси поршня.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2Похожие патенты:
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к камерам сгорания с теплоизоляцией
Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить надежность составного поршня
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршням двигателей внутреннего сгорания, преимущественно высокофорсированных четырехтактных дизелей
Изобретение относится к двигате- .лестроению и позволяет повысить надежность работы и обеспечить постоянство заданных тепловых зазоров между поршнем (П) и цилиндром в различных режимах работы двигателя
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в конструкциях поршней с поршневым пальцем
Изобретение относится к поршням для использования в двигателях
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к способу сборки шатунно-поршневого узла. Осуществляют установку поршневого пальца в отверстие поршня и установку шатуна на поршневой палец. Предварительно на поверхность стального поршневого пальца наносят механически активированный порошок из материала на основе никеля с эффектом памяти формы с размером частиц 30-50 мкм путем плазменного напыления в вакууме с получением слоя толщиной 0,2-3 мм. Затем осуществляют вакуумный отжиг нанесенного слоя при температуре 500-800°C, проводят термомеханическую обработку при нагреве от 30 до 250°C или при охлаждении до -10÷0°C с помощью жидкого азота и при обкатке нанесенного слоя при этой температуре роликами в радиальном направлении за 50-70 проходов с накоплением степени деформации ε≥3,7%. Затем после установки поршневого пальца в отверстие поршня проводят нагрев соединения до температуры 20,7-325,8°С конца обратного мартенситного превращения. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик шатунно-поршневого узла. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к поршням для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Поршень (10) для ДВС содержит юбку (24) поршня, включающую в себя стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16). Стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16) ограничивают выемку (20). По меньшей мере одна стенка (12) юбки (24) предусмотрена для использования на стороне давления поршня (10) в смонтированном состоянии. При этом в области (22) стенки (12) юбки выемка (20) ограничена по существу в форме параболы, или эллиптического участка, или катеноиды. Причем эта парабола, или эллиптический участок, или катеноида лежат в плоскости, которая параллельна днищу поршня. Изобретение позволяет уменьшить образование трещин в коробчатой стенке в области привязки юбки поршня к коробчатой стенке. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям поршней с поршневым пальцем
www.findpatent.ru
Составной охлаждаемый поршень для двс состоит из верхней и нижней частей, соединяемых между собой путем ввинчивания резьбового пальца, предусмотренного на верхней части поршня, в резьбовое отверстие, предусмотренное в нижней части поршня. Резьбовое отверстие расположено на участке нижней части поршня, выполненном тонкостенным настолько, что при свинчивании друг с другом обеих частей поршня он способен упруго деформироваться по типу тарельчатой пружины, благодаря чему для стопорения соединения собранных друг с другом верхней и нижней частей поршня отпадает необходимость в использовании дополнительных стопорных средств, таких, например, как контргайка. 1 ил.
Настоящее изобретение относится к составному, т.е. состоящему из нескольких частей, охлаждаемому поршню для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части формулы изобретения.
Из ЕР 0604223 А1 известен поршень для дизельного двигателя, состоящий из нижней и верхней частей. При сборке поршня его верхняя часть привинчивается к его нижней части ввинчиванием предусмотренного на верхней части поршня по ее центру резьбового пальца в предусмотренное в нижней части поршня резьбовое отверстие. Для обеспечения при этом надежного и долговечного соединения собранных друг с другом верхней и нижней частей поршня подобное резьбовое соединение требуется стопорить контргайкой. Связанный с этим недостаток состоит в том, что при сборке поршня в промежуток между бобышками поршня из резьбового отверстия выступает лишь короткий конец резьбового пальца, на который достаточно трудно навинтить контргайку.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать составной охлаждаемый поршень, конструкция верхней и нижней частей которого обеспечивала бы возможность простого их соединения между собой без дополнительного применения контргайки или иных стопорных средств.
Указанная задача решается с помощью отличительных признаков пункта формулы изобретения. Благодаря предлагаемому в изобретении решению при привинчивании верхней части поршня к его нижней части тонкостенный снабженный резьбовым отверстием участок нижней части поршня выгибается или выпучивается по типу тарельчатой пружины, в результате чего после сборки поршня на резьбовой палец действует растягивающее напряжение, обеспечивающее надежное и долговечное соединение между собой верхней и нижней частей поршня.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж. На этом чертеже в разрезе показан предлагаемый в изобретении поршень, левая половина которого соответствует полуразрезу поршня плоскостью, в которой лежит продольная ось поршневого пальца, а правая половина - полуразрезу поршня плоскостью, совпадающей с направлением создания давления-противодавления.
Показанный на чертеже составной охлаждаемый поршень 1 состоит из верхней части 2, образующей днище с предусмотренной в нем ваннообразной камерой 3 сгорания и кольцевую стенку (головку) 4 с уплотнительным поясом 5 (поясом поршневых колец), и из нижней части 6, образующей коробчатую направляющую часть, или юбку, 7 с двумя соединенными с ней бобышками 8, в каждой из которых предусмотрено по отверстию 9 для не показанного на чертеже поршневого пальца. С внутренней стороны верхняя 2 и нижняя 6 части поршня ограничивают радиально внешний кольцевой канал 10 для охлаждения поршня и расположенный концентрично ему радиально внутренний кольцевой канал 11 для охлаждения поршня, при этом внешний канал 10 имеет по меньшей мере одно входное отверстие 12 для подвода в поршень охлаждающего масла и сообщается с внутренним каналом 11 по меньшей мере через один перепускной канал 13. Этот перепускной канал 13 может быть выполнен в виде сверленого отверстия. В одном из вариантов может быть предусмотрено, например, два таких перепускных канала 13, расположенных друг против друга. Внутренний канал 11 имеет по меньшей мере одно выходное отверстие 14, через которое охлаждающее масло может отводиться из канала 11.
Верхняя часть 2 поршня, во-первых, опирается кольцевой опорной поверхностью 15, которая расположена с обращенной от ваннообразной камеры 3 сгорания стороны верхней части 2 поршня, на верхнюю опорную поверхность 16 кольцевого опорного ребра 17 нижней части 6 поршня и, во-вторых, опирается расположенной с нижней стороны кольцевой стенки 4 торцовой (поперечной) поверхностью 18 на торцовую (поперечную) поверхность 19 кольцевого опорного ребра 20 нижней части 6 поршня. При этом опорные поверхности 15 и 16 образуют радиально внутреннюю плоскую и расположенную горизонтально, соответственно имеющую шатрообразную или тарельчатую форму опору 21, а торцовые поверхности 18 и 19 образуют расположенную соосно внутренней опоре 21 и горизонтально, соответственно также имеющую шатрообразную или тарельчатую форму радиально внешнюю опору 22.
Опорное ребро 20 выполнено ступенчатой формы, благодаря которой обеспечивается возможность центрирования верхней части 2 по выполненному снизу кольцевой стенки 4 с ее внутренней стороны цилиндрическому углублению 23, внутренняя стенка которого при сборке верхней и нижней частей поршня входит в контакт с цилиндрическим торцом 24 кольцевого опорного ребра 20 и внутренний диаметр которого должен быть при этом больше наружного диаметра цилиндрического торца 24 опорного ребра 20 на такую допустимую величину, которая исключает возникновение проблем при установке верхней части 2 поршня на его нижнюю часть 6.
Со своей обращенной от ваннообразной камеры 3 сгорания стороны верхняя часть 2 поршня имеет расположенный по ее центру палец 26, ось которого совпадает с продольной осью 25 поршня 1 и на конце 27 которого предусмотрена резьба 28. Участок 31, который расположен между кольцевым опорным ребром 17 нижней части 6 поршня и который вместе с верхней частью 2 поршня ограничивает внутренний канал 11 для охлаждения поршня, выполнен относительно тонкостенным и имеет в центре отверстие 29, ось которого совпадает с продольной осью 25 поршня 1 и в котором выполнена внутренняя резьба 30, соответствующая наружной резьбе 28 на пальце 26.
Благодаря такой конструкции при сборке поршня 1 требуется лишь ввинтить резьбовой палец 26 верхней части 2 поршня в резьбовое отверстие 29 на участке 31. При этом при свинчивании между собой верхней и нижней частей поршня относительно тонкостенный участок 31 благодаря своей упругости деформируется по типу тарельчатой пружины, и его центральная часть с расположенным в ней резьбовым отверстием 29 выгибается или выпучивается в направлении верхней части 2 поршня. Одновременно с этим при сборке верхней и нижней частей поршня удлиняется не имеющая резьбы способная растягиваться цилиндрическая часть резьбового пальца 26, что дополнительно повышает надежность соединения верхней части 2 поршня с его нижней частью 6. За счет этого обеспечивается также плотное прижатие друг к другу опорных поверхностей 15 и 16, образующих радиально внутреннюю опору 21, и плотное прижатие друг к другу торцовых поверхностей 18 и 19, образующих радиально внешнюю опору 22, и тем самым уплотнение внутреннего и внешнего каналов 10 и 11 для охлаждения поршня. Таким путем прочность соединения между собой верхней и нижней частей поршня удается повысить настолько, что для обеспечения их долговечного и надежного соединения отпадает необходимость в использовании дополнительных гаек, соответственно контргаек. Опытным путем было установлено, что предлагаемое в изобретении техническое решение обеспечивает достаточный при любых возможных рабочих условиях предварительный натяг обеих частей поршня.
Верхнюю часть 2 поршня можно изготавливать из устойчивого к окислению и/или теплостойкого конструкционного материала. Обычно в качестве такого материала используют сталь с содержанием хрома не менее 4% из группы марок химически стойкой стали согласно стандарту DIN EN 10027-2 (марки стали с номерами 1,4х хх), например марки нержавеющей, высокожаропрочной или жаростойкой стали, или же из группы марок легированной инструментальной стали, например марки легированной стали для горячей обработки.
Нижнюю часть 6 поршня изготавливают из стареющей ферритно-перлитной стали или из улучшаемой стали, обычно из стали марки 38MnVS6 или 42СrМо4 (согласно принятой в Германии классификации чугуна и стали "Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 101").
Составной охлаждаемый поршень (1) для двигателя внутреннего сгорания, который состоит из верхней части (2) с кольцевой стенкой (4) и уплотнительным поясом (5) и из нижней части (6), которая в сборе с верхней частью (2) ограничивает радиально внешний кольцевой канал (10) для охлаждения поршня и расположенный концентрично ему радиально внутренний кольцевой канал (11) для охлаждения поршня и образует коробчатую юбку (7) поршня с двумя соединенными с ней бобышками (8), и у которого верхняя часть (2) со своей обращенной к нижней части (6) стороны имеет резьбовой палец (26), ось которого совпадает с продольной осью (25) поршня (1), а нижняя часть (6) со своей обращенной к верхней части (2) стороны имеет резьбовое отверстие (29), ось которого совпадает с продольной осью (25) поршня и внутренняя резьба (30) которого соответствует наружной резьбе (28) на резьбовом пальце (26), при этом резьбовой палец (26) и резьбовое отверстие (29) расположены в таком положении, в котором для сборки верхней части (2) поршня с его нижней частью (6) обеспечивается возможность ввинчивания резьбового пальца (26) в резьбовое отверстие (29), отличающийся тем, что резьбовой палец (26) образует радиально внутреннее ограничение радиально внутреннего канала (11) для охлаждения поршня, а резьбовое отверстие (29) выполнено на ограничивающем радиально внутренний канал (11) для охлаждения поршня участке (31) нижней части (6) поршня, выполненном тонкостенным настолько, что он способен деформироваться по типу тарельчатой пружины.
www.findpatent.ru
