Поршень двс: Устройство поршня

Поршень на свободе: двигатель со свободным поршнем

«Современный двигатель внутреннего сгорания по определению не самый выдающийся продукт с точки зрения технологий. Это значит, что его можно совершенствовать до бесконечности» (Мэтт Тревитник, президент венчурного фонда семьи Рокфеллер Venrock).     

Владимир Санников

Уже в ноябре этого года на американский рынок выйдет Chevrolet Volt, электромобиль с бортовым генератором электроэнергии. Volt будет оснащен мощным электродвигателем, вращающим колеса, и компактным ДВС, который лишь подзаряжает истощенную литий-ионную батарею. Этот агрегат всегда работает на максимально эффективных оборотах. С этой задачей легко справляется обычный ДВС, привыкший к куда более тяжкому бремени. Однако в скором времени его могут сменить куда более компактные, легкие, эффективные и дешевые агрегаты, специально созданные для работы в качестве электрогенератора.

Когда речь заходит о принципиально новых конструкциях ДВС, скептики начинают морщить носы, кивать на сотни пылящихся на полках псевдореволюционных проектов и трясти святыми мощами четырех горшков и распредвала.

Сто лет господства классического двигателя внутреннего сгорания кого хочешь убедят в бесполезности инноваций. Но только не профессионалов в области термодинамики. К таковым относится профессор Питер Ван Блариган.

Энергия взаперти

Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 1920-м годам. Представьте себе металлическую трубу с глухими концами и цилиндрический поршень, скользящий внутри нее. На каждом из концов трубы расположены инжектор для впрыска топлива, впускной и выпускной порты. В зависимости от типа топлива к ним могут добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Позднее появились более изощренные модели ДВС со свободным поршнем (FPE) — с двумя или даже четырьмя оппозитными поршнями, но это не изменило сути. Принцип работы таких моторов остался прежним — возвратно-поступательное линейное движение поршня в цилиндре между двумя камерами сгорания.

Теоретически КПД FPE переваливает за 70%. Они могут работать на любом виде жидкого или газообразного топлива, крайне надежны и великолепно сбалансированы. Кроме того, очевидны их легкость, компактность и простота в производстве. Единственная проблема: как снять мощность с такого мотора, механически представляющего собой замкнутую систему? Как оседлать снующий с частотой до 20000 циклов в минуту поршень? Можно использовать давление выхлопных газов, но эффективность при этом падает в разы. Эта задача долго оставалась неразрешимой, хотя попытки предпринимались регулярно. Последними о нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х годах в процессе разработки компрессора для экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе FPE в начале 1980-х были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли.

Возможно, об FPE еще долго бы никто не вспомнил, но помогла случайность. В 1994 году Департамент энергетики США поручил ученым Национальной лаборатории Sandia изучить эффективность бортовых генераторов электроэнергии на базе ДВС различных типов, работающих на водороде. Эта работа была поручена группе Питера Ван Бларигана. В ходе осуществления проекта Ван Блариган, которому концепция FPE была отлично известна, сумел найти остроумное решение проблемы превращения механической энергии поршня в электричество. Вместо усложнения конструкции, а значит — снижения результирующего КПД, Ван Блариган пошел путем вычитания, призвав на помощь магнитный поршень и медную обмотку на цилиндре. Несмотря на всю простоту, такое решение было бы невозможным ни в 1960-х, ни в 1970-х годах. В то время еще не существовало достаточно компактных и мощных постоянных магнитов. Все изменилось в начале 1980-х после изобретения сплава на основе неодима, железа и бора.

За эту работу в 1998 году на Всемирном конгрессе Общества автомобильных инженеров SAE Ван Бларигану и его коллегам Нику Парадизо и Скотту Голдсборо была присвоена почетная премия имени Харри Ли Ван Хорнинга. Очевидная перспективность линейного генератора со свободным поршнем (FPLA), как назвал свое изобретение Ван Блариган, убедила Департамент энергетики продолжить финансирование проекта вплоть до стадии экспериментального агрегата.

Электронный пинг-понг

Двухтактный линейный генератор Бларигана представляет собой трубу из электротехнической кремнистой стали длиной 30,5 см, диаметром 13,5 см и массой чуть более 22 кг. Внутренняя стенка цилиндра представляет собой статор с 78 витками медной проволоки квадратного сечения. Во внешнюю поверхность алюминиевого поршня интегрированы мощные неодимовые магниты. Топливный заряд и воздух поступают в камеру сгорания двигателя в виде тумана после предварительной гомогенизации. Зажигание происходит в режиме HCCI — в камере одновременно возникает множество микроочагов возгорания. Никакой механической системы газораспределения у FPLA нет — ее функции выполняет сам поршень.

В 1981 году немецкий изобретатель Франк Штельзер продемонстрировал двухтактный мотор со свободным поршнем, который он разрабатывал в своем гараже с начала 1970-х. По его расчетам, движок был на 30% экономичнее обычного ДВС. Единственная движущаяся деталь мотора – сдвоенный поршень, снующий с бешеной частотой внутри цилиндра. Стальная труба длиной 80 см, оснащенная карбюратором низкого давления от мотоцикла Harley-Davidson и блоком катушек зажигания Honda, по грубым прикидкам Стельзера, могла вырабатывать до 200 л.с. мощности при частоте до 20 000 циклов в минуту. Штельзер утверждал, что его моторы можно делать из простых сталей, а охлаждаться они могут как воздухом, так и жидкостью. В 1981 году изобретатель привез свой мотор на Франфуртский международный автосалон в надежде заинтересовать ведущие автокомпании. Поначалу идея вызвала определенный интерес со стороны немецких автопороизводителей. По отзывам инженеров Opel, прототип двигателя демонстрировал великолепный термический КПД, а его надежность была совершенно очевидной – ломаться там было практически нечему. Всего восемь деталей, из которых одна движущаяся – сдвоенный поршень сложной формы с системой уплотнительных колец общей массой 5 кг.

В лаборатории Opel были разработаны несколько теоретических моделей трансмиссии для мотора Штельзера, включая механическую, электромагнитную и гидравлическую. Но ни одна из них не была признана достаточно надежной и эффективной. После Франкфуртского автосалона Штельзер и его детище пропали из поля зрения автоиндустрии. Еще пару лет после этого в прессе то и дело появлялись сообщения о намерениях Штельзера запатентовать технологию в 18 странах мира, оснастить своими моторами опреснительные установки в Омане и Саудовской Аравии и т.д. С начала 1990-х Штельзер навсегда пропал из виду, хотя его сайт в интернете все еще доступен.

Максимальная мощность FPLA составляет 40 кВт (55 лошадок) при среднем потреблении топлива 140 г на 1кВтч. По эффективности двигатель не уступает водородным топливным ячейкам — термический КПД генератора при использовании в качестве топлива водорода и степени сжатия 30:1 достигает 65%. На пропане чуть меньше — 56%. Помимо этих двух газов FPLA с аппетитом переваривает солярку, бензин, этанол, спирт и даже отработанное растительное масло.

Однако ничто не дается малой кровью. Если проблема превращения тепловой энергии в электрическую Ван Блариганом решена успешно, то управление капризным поршнем стало серьезной головной болью. Верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном ДВС каждый последующий цикл является аналогом предыдущего благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленвалом. В FPLA же длительность тактов и верхняя мертвая точка — плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в одну из боковых стенок.

Таким образом, для двигателя такого типа требуется мощная и быстродействующая электронная система управления. Создать ее не так просто, как кажется. Многие эксперты считают эту задачу трудновыполнимой. Гарри Смайт, научный руководитель лаборатории General Motors по силовым установкам, утверждает: «Двигатели внутреннего сгорания со свободным поршнем обладают рядом уникальных достоинств. Но чтобы создать надежный серийный агрегат, нужно еще очень много узнать о термодинамике FPE и научиться управлять процессом сгорания смеси». Ему вторит профессор Массачусетского технологического института Джон Хейвуд: «В этой области еще очень много белых пятен. Не факт, что для FPE удастся разработать простую и дешевую систему управления».

Ван Блариган более оптимистичен, чем его коллеги по цеху. Он утверждает, что управление положением поршня может быть надежно обеспечено посредством той же пары — статор и магнитная оболочка поршня. Более того, он считает, что полноценный прототип генератора с настроенной системой управления и КПД не менее 50% будет готов уже к концу 2010 года. Косвенное подтверждение прогресса в этом проекте — засекречивание в 2009 году многих аспектов деятельности группы Ван Бларигана.

Конструктивная оппозиция

В январе 2008 года знаменитый венчурный инвестор Винод Хосла рассекретил один из своих последних проектов — компанию EcoMotors, созданную годом ранее Джоном Колетти и Петером Хоффбауэром, двумя признанными гуру моторостроения. В послужном списке Хоффбауэра немало прорывных разработок: первый турбодизель для легковых автомобилей Volkswagen и Audi, оппозитный двигатель для Beetle, первый 6-цилиндровый дизель для Volvo, первый рядный 6-цилиндровый дизель Inline-Compact-V, впервые установленный в Golf, и его близнец VR6, созданный для Mercedes. Джон Колетти не менее известен в среде автомобильных инженеров. Долгое время он руководил подразделением Ford SVT по разработке особых серий заряженных автомобилей.

В общем активе Хоффбауэра и Колетти более 150 патентов, участие в 30 проектах по разработке новых двигателей и в 25 проектах новых серийных автомобилей. EcoMotors была создана специально для коммерциализации изобретенного Хоффбауэром модульного двухцилиндрового двухтактного оппозитного турбодизеля с технологией OPOC.

Небольшой размер, сумасшедшая удельная мощность 3,25 л.с. на 1 кг массы (250 л.с. на 1л объема) и танковая тяга в 900 Н•м при более чем скромном аппетите, возможность собирать из отдельных модулей 4-, 6- и 8-цилиндровые блоки — вот основные преимущества стокилограммового модуля OPOC EM100. Если современные дизели на 20−40% эффективнее бензиновых ДВС, то OPOC — на 50% эффективнее лучших турбодизелей. Его расчетный КПД — 57%. Несмотря на свою фантастическую заряженность, двигатель Хоффбауэра отличается идеальной сбалансированностью и очень мягкой работой.

В OPOC поршни соединяются с коленвалом, расположенным в центре, длинными шатунами. Пространство между двумя поршнями служит камерой сгорания. Топливный инжектор находится в области верхней мертвой точки, а впускной воздушный порт и выпускной порт для отработанных газов — в области нижней мертвой точки. Такое расположение вкупе с электрическим турбонагнетателем обеспечивает оптимальную продувку цилиндра — в OPOC нет ни клапанов, ни распредвала.

Турбонагнетатель — неотъемлемая часть мотора, без которой его работа невозможна. Перед запуском двигателя турбонагнетатель в течение одной секунды нагревает порцию воздуха до температуры 100 °C и закачивает ее в камеру сгорания. Дизелю OPOC не нужны калильные свечи, а запуск в холодную погоду не доставляет проблем. При этом Хоффбауэру удалось снизить степень сжатия с привычных для дизелей 19−22:1 до скромных 15−16. Все это, в свою очередь, приводит к снижению рабочей температуры в камере сгорания и расхода топлива.

Троянский конь

Уже сегодня у EcoMotors имеются три полностью готовых к производству оппозитных агрегата различной мощности: модуль мощностью 13,5 л.с. (размеры — 95 мм / 155 мм / 410 мм, вес — 6 кг), 40 л.с. (95 мм / 245 мм / 410 мм, 18 кг) и модуль 325л.с. (400 мм / 890 мм / 1000 мм, 100 кг). Хоффбауэр и Колетти намерены продемонстрировать электрогибридный пятиместный седан среднего класса с дизельным генератором OPOC на базе одной из массовых моделей уже в текущем году. Средний расход солярки у этого автомобиля не превысит 2 л на сотню в комбинированном электрическом и смешанном режимах. Недавно EcoMotors открыла собственный технический центр в городке Троя, штат Мичиган, и уже подыскивает подходящее предприятие для организации серийного производства своих моторов. Несмотря на рассекреченность проекта, из недр компании поступает крайне скудная информация. По-видимому, Винод Хосла решил придержать до поры убойные козыри.

Поршень двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к конструкции поршней для ДВС. Боковая поверхность головки и юбки поршня имеет бочкообразный профиль, в котором Н_о/D_n=0,54 — 0,78, а Н_r/D_n — 0,058 — 0,103, где D_n — номинальный диаметр поршня, Н_o — расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра, а H_r— высота жарового пояска. Головка и юбка поршня имеет в горизонтальном сечении форму овала. Малая ось овала головки поршня лежит в плоскости оси поршня, параллельной оси поршневого пальца, при этом _o/Д_n= (0,8-1,4)10^-3, где _o — разность между величинами большой и малой осей овала горизонтального сечения головки поршня. Даны соотношения, в соответствии с которыми выполнен вертикальный профиль головки и юбки. Изобретение позволяет снизить механические потери в паре поршень-гильза, снизить расход масла на угар, токсичность отработавших газов, шумность работы ДВС и повысить топливную экономичность двигателя и долговечность цилиндропоршневой группы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известны поршни двигателей внутреннего сгорания, заготовка которых выполнена методом жидкой штамповки из алюминиевого сплава, например поршни фирмы «МАЛЕ», применяемые в основном в авиастроении. Такие поршни благодаря улучшенной структуре алюминиевого сплава и изменениям в кристаллической решетке металла, получаемые в процессе штамповки, имеют улучшенные механические и термические характеристики по сравнению с поршнями, выполненными из алюминиевого сплава методом отливки в кокиль.

Известен поршень по патенту России N 1839697, F 02 F 3/10 от 10. 10.97, установленный в цилиндре двигателя с возможностью возвратно-поступательного перемещения и содержащий выполненные в одно целое головку и юбку, причем поверхность юбки, контактирующая с цилиндром, выполнена шероховатой за счет множества сужающихся выступов и впадин со средней высотой 100-180 мкдм, средней шириной 500 — 800 мкдюймов и расстоянием между соседними выступами 0,01 — 0,014 дюйма.

Указанная шероховатость снижает трение в паре поршень — цилиндр и повышает эффективность работы двигателя. Однако, площадь контакта между юбкой поршня и цилиндром все же остается большой, поэтому в последующих пунктах формулы патента предлагается снабжение поверхности юбки поршня фтороуглеродным покрытием, что усложняет технологию производства поршня и удорожает его.

Известен поршень двигателя ЗМЗ-4021-10, чертеж 53-1004015-22, имеющий юбку с профилированной рабочей поверхностью, имеющий форму овала в горизонтальных плоскостях и бочкообразный профиль боковой поверхности. Недостатком указанного поршня является то, что головка поршня выполнена в виде цилиндра, т. е. имеет в горизонтальных плоскостях форму круга, а профиль боковой поверхности головки выполнен в виде прямой, вследствие чего не учитываются тепловые расширения и деформация головки поршня в процессе работы двигателя, что ухудшает условия работы поршневых колец и поршня в целом, увеличивает износы в цилиндро-поршневой группе и расходы на трение. Кроме того, этот поршень имеет низкие механические и термические характеристики, т.к. заготовка его выполнена методом отливки в кокиль.

Поршень имеет смещение оси поршневого кольца относительно оси поршня, необходимое для уменьшения удара при перекладке поршня в НМТ, но не имеет уравновешивания масс поршня относительного его поперечной оси, параллельной оси поршневого пальца, что также относится к недостаткам, т.к. неуравновешенность масс поршня увеличивает нагрузки и соответственно износы в поршне. Кроме того, юбка поршня не имеет микрорельефа, что увеличивает площадь контакта юбки с цилиндром и, следовательно, расходы на трение и износ деталей.

Известен поршень по патенту России N 2007602 F 02 F 3/00 от 13.07.92 (прототип), содержащий головку с жаровым пояском и канавками под компрессионные и маслосъемные кольца под юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, при этом геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями: ₁/Д_ц= (2,6-4,85)10^-3, ₂/Д_ц= (0,95-3,25)10^-3, ₃/Д_ц= (0,79-1,84)10^-3, ₄/Д_ц= (0,08-0,4)10^-3, H₀/D_ц = 0,6 — 0,9, H_r/D_ц = 0,05 — 0,099, 0,091 — 0,19, где D_ц — диаметр цилиндра (поршня)
₁— — диаметральное отклонение поршня в верхней кромке жарового пояса от номинальмого диаметра поршня, мм;
₂— диаметральное отклонение поршня в нижней кромке первой межколечной перемычки от номинального диаметра поршня, мм;
₃— диаметральное отклонение поршня в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
₄— диаметральное отклонение поршня в нижней юбке от номинального диаметра поршня, мм;
H₀ — расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра;
H_r — высота жарового пояса.

Недостатком поршня по патенту России N 2007602 является то, что головка поршня имеет в горизонтальных сечениях форму круга, вследствие чего не учитываются деформации головки поршня в процессе работы двигателя и то, что в зонах, близких к оси поршневого пальца, тепловые расширения головки поршня (и в целом поршня) больше, чем в зонах, близких к плоскости, перпендикулярной к оси поршневого пальца.

Кроме того, зазоры между цилиндром и поршнем при заданной геометрии профиля боковой поверхности поршня велики в связи с появлением тенденции применения в ДВС жидких масел (типа «Шелл»), которые снижают температуру поршня и его тепловое расширение и по своей структуре для обеспечения бесшумной работы двигателя и оптимального слоя смазки между трущимися поверхностями требуют меньших зазоров. Особенно это относится к зазорам в верхней кромке жарового пояска, так как приводит к увеличению зазоров в зоне компрессионных поршневых колец, что ухудшает условия их работы и уменьшает их долговечность.

Техническим результатом изобретения является снижение механических потерь в паре поршень-гильза, повышение топливной экономичности, снижение расхода масла на угар, токсичности отработавших газов и шумности работы двигателя, а также повышение мощности и работоспособности цилиндропоршневой группы.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что поршень двигателя внутреннего сгорания содержит головку с жаровым пояском и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, овальную в горизонтальном сечении юбку и бочкообразный профиль боковой поверхности головки и юбки.

Согласно изобретению головки поршня имеет в горизонтальном сечении форму овала с большой осью, равной номинальному диаметру поршня и лежащей в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, и малой осью, лежащей в плоскости оси поршня, параллельной оси поршневого пальца, при этом ₀/Д_п= (0,8 — 1,4)10^-3, где ₀— разность между величинами большой и малой осей овала горизонтального сечения головки поршня. Вертикальный профиль головки и юбки поршня выполнен в соответствии с соотношениями:
₁/Д_п= (1,8-2,5)10^-3
₂/Д_п= (0,9-1,8)10^-3
₃/Д_п= (0,5-0,95)10^-3
₄/Д_п= (0,06-0,13)10^-3,
где ₁— диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в верхней кромке жарового пояска в мм;
₂— диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в нижней кромке первой межколечной перемычки в мм;
₃— диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в верхней кромке юбки в мм;
₄— диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в нижней кромке юбки в мм.

H₀/D_п = 0,54 — 0,78,
H_r/D_п = 0,058 — 0,103,
где
D_п — номинальный диаметр поршня;
H₀ — расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра юбки поршня;
H_r — высота жарового пояска поршня.

Юбка поршня имеет микрорельеф в виде кольцевых канавок и выступов, имеющих профиль тупого угла, равного 160 — 180^o, высота канавок (выступов) выполнена в соответствии с соотношением ₅/Д_п= (0,1 — 0,2)10^-3, где ₅— высота канавок (выступов) микрорельефа юбки. Для уравновешивания массы поршня относительного его оси, параллельной оси поршневого пальца, радиус соединения днища поршня с внутренней поверхностью его цилиндрической части на дуге 180^o со стороны смещения оси поршневого пальца больше соответствующего радиуса с противоположной стороны. С этой целью внутренние поверхности днища и цилиндрической части поршня имеют канавки, симметричные оси поршня, перпендикулярной оси поршневого пальца, со стороны, противоположной смещению оси поршневого пальца.

Заготовка поршня выполнена методом жидкой штамповки из алюминия сплава.

Предложенные геометрические параметры головки и юбки поршня учитывают деформацию и тепловые расширения головки и юбки поршня в процессе работы двигателя. При этом величины отклонений от номинального диаметра поршня, близкие к максимальным, дают возможность получить оптимальные зазоры при работе на вязких маслах отечественного производства. Величины отклонений поршня от номинального диаметра, близкие к минимальным, дают возможность получить оптимальные зазоры при работе двигателя на более жидких (менее вязких) маслах типа «Шелл».

Предложенный микрорельеф юбки поршня обеспечивает минимальный контакт между юбкой поршня и цилиндром двигателя без существенного усложнения технологии производства поршня.

Уравновешивание массы поршня относительно его оси, параллельной оси поршневого пальца, уменьшает динамические нагрузки в цилиндро-поршневой группе. Поршень имеет хорошую механическую и термическую прочность благодаря получению его заготовки методом жидкой штамповки.

В целом предложенный поршень позволяет максимально снизить потери на трение в цилиндропоршневой группе, увеличить срок службы деталей, повысить топливную экономичность и мощность двигателя, снизить расход масла на угар и токсичность отработавших газов, шумность работы двигателя.

Фиг. 1 — профиль боковой поверхности головки и юбки поршня.

Фиг. 2 — овальность головки поршня.

Фиг. 3 — микрорельеф юбки поршня.

Фиг. 4 — вертикальный разрез поршня по оси плоскостью, перпендикулярной оси поршневого пальца.

Фиг. 5 — разрез фиг. 4 по А-А.

Поршень ДВС (фиг. 1) содержит головку 1 с жаровым пояском 2 и канавками 3 под компрессионные и маслосъемное кольца и юбку 4. Юбка 4 поршня имеет в горизонтальном сечении форму овала с большой осью в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца (не показано).

Головка поршня 1 в горизонтальном сечении имеет также форму овала 5 (фиг. 2) с большой осью 6, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси 7 поршневого пальца и равной номинальному диаметру поршня D_п, и малой осью 8, лежащей в плоскости оси поршня, параллельной оси 7 поршневого пальца.

Разность между величинами большой и малой осей овала головки поршня ₀. Отношение ₀ к номинальному диаметру поршня D_п равно (1,8 — 1,4)10^-3.

Вертикальный профиль головки 1 и юбки 4 поршня имеет форму бочки 9. Отношение диаметрального отклонения ₁ поршня в верхней кромке 10 жарового пояска 2 к номинальному диаметру поршня Д_п равно (1,8 — 2,5)10^-3. Отношение диаметрального отклонения ₂ поршня в нижней кромке 11 первой межколечной перемычки 12 к номинальному диаметру поршня D_п равно (0,9 — 1,8)10^-3. Отношение диаметрального отклонения ₃ поршня в верхней кромке 13 юбки 4 к номинальному диаметру поршня D_п равно (0,5 — 0,95)10^-3. Отношение диаметрального отклонения ₄ поршня в нижней кромке 14 юбки 4 к номинальному диаметру поршня D_п равно (0,06 — 0,13)10^-3. Отношение расстояния H_о от днища поршня 1 до сечения юбки поршня с диаметром, равным номинальному диаметру поршня D_п, к номинальному диаметру поршня D_п равно 0,54 — 0,78. Отношение высоты H жарового пояска к номинальному диаметру поршня D_п равно 0,058 — 0,103. Отклонения ₁, ₂, ₃, ₄ заданы без учета фасок в точках 10, 11, 13, 14.

Юбка поршня имеет микрорельеф (фиг. 3), выполненный в виде кольцевых канавок 15 и выступов 16, имеющих профиль тупого угла. Величина угла равна 160 — 180^o. Отношение высоты ₅ канавок 15 и выступов 16 к номинальному диаметру поршня D_п = (0,1 — 0,2)10^-3.

В связи со смещением осей 17, 7 поршневого пальца относительно осей 8, 18 поршня (фиг. 4, 5), необходимого для смягчения удара поршня при его перекладке в нижней мертвой точке, возникает неуравновешенность массы поршня относительно осей 8, 18, что увеличивает нагрузки на детали цилиндропоршневой группы. Для уравновешивания масс поршня относительно осей 8, 18 радиус R₁ присоединения днища 19 поршня к его цилиндрической части 20 (фиг. 4, 5) на стороне смещения оси 7, 17 поршневого пальца больше, чем соответствующий радиус R₂ на противоположной стороне поршня. Радиус R₁ выполнен на дуге L₁ внутреннего диаметра поршня. Разность радиусов R₁ и R₂ зависит от величины неуравновешенности поршня относительно осей 8, 18 поршня. С целью уравновешивания масс поршня относительно осей 8, 18 внутренние поверхности днища 19 и цилиндрические части 20 поршня могут иметь канавки 21, симметричные оси 22 поршня, перпендикулярной оси 7 поршневого пальца, со стороны, противоположной смещению осей 7, 17 поршневого пальца.

Форма канавок 21 может быть различной, а их количество, расположение, глубина и ширина зависят от величины неуравновешенности поршня и технологии изготовления заготовки и обработки поршня.

Во время работы ДВС при движении поршня в цилиндре происходят сложные гидравлические и тепловые процессы между цилиндром и боковой поверхностью поршня, приводящие к необходимости профилирования горизонтальной и вертикальной формы головки и юбки поршня, а также выбора положения поршневых колец, высоты жарового пояска и расположения опорного (центрирующего) диаметра юбки поршня.

Для повышения эффективности работы двигателя за счет снижения трения между цилиндром и юбкой поршня вводится микрорельеф юбки поршня. Геометрия микрорельефа юбки поршня влияет на величину потерь на трение в паре поршень-цилиндр и долговечность деталей. Изготовление поршней с геометрическими параметрами головок и юбки поршня, а также микрорельефа поверхности юбки поршня позволяет учитывать деформации и тепловые расширения головки и юбки поршня, что способствует снижению механических потерь и повышению эффективной мощности и топливной экономичности двигателя, уменьшению токсичности выхлопных газов за счет уменьшения вредных объемов, уменьшению ударов при перекладке поршня и динамических нагрузок, связанных с неуравновешенностью поршня, что увеличивает работоспособность деталей цилиндропоршневой группы. Появляется возможность при разработке поршня учитывать вязкость смазочного масла, которое будет использоваться в двигателе. Снижается шумность работы двигателя, расход картерных газов, повышается экономичность по топливу и маслу. Испытания опытных поршней в соответствии с изобретением по сравнению с поршнями двигателей ЗМЗ-4021.10 показали уменьшение удельного эффективного расхода топлива до 3% на малых нагрузках, уменьшение расхода масла на угар на 8%, снижение шума на 0,2 ДВ(А), увеличение крутящего момента и мощности двигателя на 1,5%.

Формула изобретения

1. Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с жаровым пояском и канавками под компрессионные и маслосъемное кольца, овальную в горизонтальном сечении юбку и бочкообразный профиль боковой поверхности головки и юбки, отличающийся тем, что головка поршня в горизонтальном сечении имеет форму овала с большой осью, равной номинальному диаметру поршня и лежащей в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, и малой осью, лежащей в плоскости оси поршня, параллельной оси поршневого пальца, при этом
о/Д_п= (0,8 — 1,4)10^-3,
где о — разность между величинами большой и малой осей овала горизонтального сечения головки поршня;
вертикальный профиль головки и юбки поршня выполнен в соответствии с соотношениями
1/Д_п=(1,8-2,5)10^-3,
2/Д_п=(0,9-1,8)10^-3,
3/Д_п=(0,5-0,95)10^-3,
4/Д_п=(0,06-0,13)10^-3,
где 1 — диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в верхней кромке жарового пояска, мм;
2 — диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в нижней первой межколечной перемычке, мм;
3 — диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в верхней зоне юбки, мм;
4 — диаметральное отклонение от номинального диаметра поршня в нижней кромке юбки, мм;
Н_о/Д_п = 0,54 — 0,78,
Н_r/Д_п = 0,058 — 0,103, где Д_п — номинальный диаметр поршня;
Н_о — расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра поршня;
Н_r — высота жарового пояска поршня.

2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что юбка поршня имеет микрорельеф в виде кольцевых канавок и выступов, имеющих профиль тупого угла, равного 160 — 180^o, высота канавок (выступов) выполнена в соответствии с соотношением
5/Д_п=(0,1 — 0,2)10^-3,
где 5 — высота канавок (выступов) микрорельефа юбки.

3. Поршень по пп.1 и 2, отличающийся тем, что радиус соединения днища поршня с внутренней поверхностью его цилиндрической части на дуге 180^o со стороны смещения оси поршневого пальца больше соответствующего радиуса с противоположной стороны.

4. Поршень по пп.1 — 3 или по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутренние поверхности днища и цилиндрической части поршня имеют канавки, симметричные оси поршня, перпендикулярной оси поршневого пальца, со стороны, противоположной смещению оси поршневого пальца.

5. Поршень по пп.1 — 4, отличающийся тем, что заготовка поршня выполнена методом жидкой штамповки из алюминиевого сплава.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Поршни и уплотнения судовых двигателей | Лодочные поршни

Эксклюзивно в Интернете

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, номер детали Sierra 18-4575

Распродажа

58,39 $

64,99 $

Сохранить $6,60 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4156

Распродажа

54,79 $

60,99 $

Сохранить $6,20 Скидка 10%

Только в Интернете

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, номер детали Sierra 18-4643

Распродажа

58,39 $

64,99 $

Сохранить $6,60 Скидка 10%

Эксклюзивно в Интернете

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, номер детали Sierra 18-4560

Распродажа

51,19 $

56,99 $

Сохранить $5,80 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Поршневой комплект Sierra для двигателя OMC, номер детали Sierra 18-4062

Распродажа

34,99 $

38,99 $

Сохранить 4 доллара Скидка 10%

Эксклюзив онлайн

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, Sierra Деталь № 18-4515

Распродажа

52,09 $

57,99 $

Сохранить $5,90 Скидка 10%

Эксклюзивный онлайн-комплект

Sierra Поршень для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4622

Распродажа

201,49 $

223,99 $

Сохранить 22,50 доллара США Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, Sierra Деталь № 18-4638

Распродажа

149,29 $

165,99 $

Сохранить $16,70 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4109

Распродажа

224,89 $

249,99 $

Сохранить 25,10 долл. США Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4637

Распродажа

233,89 $

259,99 $

Сохранить $ 26,10 Скидка 10%

Эксклюзив онлайн

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, Sierra Деталь № 18-4626

Распродажа

145,69 $

161,99 $

Сохранить $16,30 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Chrysler Force, номер детали Sierra 18-4631

Распродажа

150,19 $

166,99 $

Сохранить 16,80 долларов США Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, Sierra Деталь № 18-4625

Распродажа

194,29 $

215,99 $

Сохранить 21,70 доллара США Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4620

Распродажа

131,29 $

145,99 $

Сохранить $14,70 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Комплект поршня Sierra для двигателя Chrysler Force, номер детали Sierra 18-4629

Распродажа

75,49 $

83,99 $

Сохранить $8,50 Скидка 10%

Эксклюзив онлайн

Комплект поршня Sierra для судового двигателя Mercury, Sierra Деталь № 18-4621

Распродажа

115,09 $

127,99 $

Сохранить $12,90 Скидка 10%

Эксклюзивно в Интернете

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, номер детали Sierra 18-4640

Распродажа

59,29 $

65,99 $

Сохранить $6,70 Скидка 10%

Эксклюзивно онлайн

Поршневой комплект Sierra для двигателя OMC, Sierra Деталь № 18-4120

Распродажа

$99,79

110,99 $

Сохранить $11,20 Скидка 10%

Эксклюзивно в Интернете

Комплект поршня Sierra для двигателя Mercury Marine, номер детали Sierra 18-4624

Распродажа

150,19 $

166,99 $

Сохранить 16,80 долларов США Скидка 10%

Эксклюзивный онлайн-комплект

Sierra Поршень для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4180

Распродажа

76,39 $

84,99 $

Сохранить $8,60 Скидка 10%

Только онлайн

Sierra Поршневые кольца для двигателя OMC, Sierra Деталь № 18-3915

Продажа

34,09 $

37,99 $

Сохранить $3,90 Скидка 10%

Эксклюзив онлайн

Sierra Поршневые кольца для двигателя Johnson/Evinrude, Sierra Деталь № 18-3914

Распродажа

51,19 $

56,99 $

Сохранить $5,80 Скидка 10%

Только в Интернете

Комплект поршня Sierra, номер по каталогу Sierra 18-4580

Распродажа

65,59 долл. США

72,99 долл. США

Сохранить $7,40 Скидка 10%

Эксклюзивный онлайн-комплект

Sierra Поршень для двигателя Mercury Marine, Sierra Деталь № 18-4623

Распродажа

179,89 $

199,99 $

Сохранить 20,10 долл. США Скидка 10% на

поршней двигателя в Summit Racing for Cars & More

Поршни — это сердце двигателя вашего автомобиля или грузовика, выкачивающее мощность и оживляющее вашу силовую установку. У нас есть подходящие поршни двигателя для…

Поршни — это сердце двигателя вашего легкового или грузового автомобиля, они развивают мощность и оживляют вашу силовую установку. У нас есть подходящие поршни двигателя для вашего применения, включая огромное разнообразие марок, областей применения, диаметров отверстий, ходов поршней и лучших конструкций, которые помогут вам достичь нужного сжатия. Выберите литые алюминиевые поршни для надежной и недорогой работы, заэвтектические поршни для двигателей с более высокой мощностью или кованые алюминиевые поршни для максимальной прочности и долговечности. Убедитесь, что сердце вашего двигателя сильно бьется с правильным набором высокопроизводительных поршней — найдите…

Поршни — это сердце двигателя вашего автомобиля или грузовика, они вырабатывают мощность и оживляют вашу силовую установку. У нас есть подходящие поршни двигателя для вашего применения, включая огромное разнообразие марок, областей применения, диаметров отверстий, ходов поршней и лучших конструкций, которые помогут вам достичь нужного сжатия. Выберите литые алюминиевые поршни для надежной и недорогой работы, заэвтектические поршни для двигателей с более высокой мощностью или кованые алюминиевые поршни для максимальной прочности и долговечности. Удостоверьтесь, что сердце вашего двигателя сильно бьется с правильным набором высокопроизводительных поршней — найдите их здесь! Чтобы упростить проект по установке поршня, используйте компрессор поршневых колец, который подходит для вашей области применения.

Результаты 1–25 2000 г. +

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

159,99 долларов США

Предполагаемая дата отправки в США: 13 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$162,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: 24 февраля 2023 г.

455,99 долларов США

Предполагаемая дата отправки в США: 3 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$582,09

Предполагаемая дата отправки в США: 6 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 27 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 6 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 6 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: 30 марта 2023 г.

$582,09

Предполагаемая дата отправки в США: 6 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 24 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 29 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 29 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 29 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $162,99

Предполагаемая дата отправки в США: 6 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 20 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$335,99

Предполагаемая дата отправки в США: 6 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 29 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$571,99

Предполагаемая дата отправки в США: 13 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня