Прогар поршня дизельного двигателя

Прогар поршня дизельного двигателя. Симптомы и причины

В процессе эксплуатации автомобиля, его двигатель регулярно подвергается нагрузкам. Как и любой другой механизм, двигатель имеет свой ресурс. Есть также дополнительные факторы, которые могут ускорить поломку двигателя.

Прогар поршня двигателя — одна из частых неисправностей ДВС.

Прогорел поршень симптомы:

• Двигатель троит. Компрессия в цилиндре отсутствует, двигатель работает неровно.
• Очень сильно увеличились картерные газы. Продукты горения топлива попадают в картер двигателя и создают излишнее давление.
• Потеря тяги. При неработающем цилиндре тяга пропадает.
• Дымность. Признаком прогара поршня также является увеличенная дымность за счет попадания лишнего масла в цилиндр.
• Жор масла. Расход масла резко увеличивается при прогаре поршня дизельного двигателя.

Основные причины прогара или разрушения поршня дизельного двигателя

1. Льет форсунка

Первой и самой вероятной причиной прогорания поршня является то, что льет форсунка. Проще говоря, она подает больше топлива, чем допустимо производителем. В итоге, приходится работать с большим объемом горения и пламени, чем позволено. Данная история сопровождается характерным «тах-кающим» звуком.

Если долго использовать машину в подобном режиме, то со временем стенки поршня оплавляются. Материал расплавленного алюминия будет разлетаться по стенкам цилиндра и ускорит разрушение двигателя. Чем дольше так ездить, тем больше деталей вам потребуется заменить. Вплоть до полноценной замены двигателя.

1. Масло в камере сгорания

Причиной прогара поршней может стать попадание масла в цилиндры вследствии износа сальников, направляющей клапана и закоксованных колец. Масло стекает по впускному клапану и потихоньку капает на поршень двигателя. Температура горения масла выше, чем температура топлива. И эта ситуация заставляет двигатель постепенно разрушаться.

1. Антифриз в камере сгорания

Бывает так, что в камеру сгорания поршня попадает антифриз. Попадание воды или антифриза внутрь камеры сгорания производит катализацию взрыва.

Поршень в двигателе можно сравнить с раскаленной сковородкой. Каждый из нас знает, что при попадании небольшого количества воды на сковородку, она начинает шипеть и выплескивать масло.

Внутри камеры сгорания температура может достигать 700 градусов, давление также очень высокое. Всё это служит катализатором для сильного микро-взрыва с последующим расплескиванием и повреждением металла.

Даже одна капля воды может стать катализатором проблем с двигателем!

Дизельный мотор имеет отличия от бензинового. Двигатели отличаются в частности принципом воспламенения, у бензина от искры, у дизеля от сжатия. Соответственно, нагрузка на сами поршня также превышает бензиновые аналоги примерно в 3 раза. Компрессия бензинового двигателя достигает значения в 10 бар давления. В свою очередь, дизельный двигатель обеспечивает давление в 30 бар. Степень сжатия также выше в 3 раза.

Дизельный двигатель более износоустойчивый. Правда, существует ряд нюансов, который делает дизельный двигатель менее устойчивым, чем бензиновый. Чаще всего, дизель дольше прослужит своему владельцу, если все в двигателе будет хорошо и обслуживаться он будет вовремя. Но, практика показывает, что в 90% случаев это не так.

Диагностика дизельного двигателя

При заказе вы получаете персонального менеджера который обеспечит максимально быстрое выполнение всех необходимых задач

Давление газов на поршень в дизельном двигателе

Форсирование судовых двигателей внутреннего сгорания по среднему эффективному давлению сопровождается ростом максимального давления цикла, повышением теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы и интенсификацией их изнашивания. Износ деталей цилиндропоршневой группы приводит к увеличению зазора между поршнем и зеркалом цилиндра. Следствием увеличения зазора являются снижение теплоотвода от поршня к стенкам цилиндра и возрастание прорыва газов, имеющих высокую температуру, из камеры сгорания в зазор. Критическое повышение температуры поршня может привести к его разрушению и выходу двигателя из строя. В статье представлены наиболее характерные виды разрушений поршня. Целью проведенных исследований являлась оценка влияния двух указанных факторов на температурное состояние поршня. Расчет процессов теплообмена в кольцевом канале, выполненный с использованием дифференциальных уравнений энергии и неразрывности, а также критериальных уравнений течения жидкости в плоских каналах, позволил определить температуру газов и боковой поверхности поршня при различных значениях зазора между поршнем и цилиндровой втулкой и различных расходах газа в зазоре. Расчет выполнялся для двигателя ЧН 18/20, имеющего поршень, изготовленный из алюминиевого сплава. Было установлено, что увеличение количества газов, поступающих в зазор из камеры сгорания, оказывает более существенное влияние на температурное состояние поршня по сравнению с величиной зазора, возрастающего вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя. Сделан вывод о том, что именно количество газов с высокой температурой, поступающих в зазор, приводит к существенному повышению температуры поршня. Повышение температуры поршня вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы необходимо учитывать при определении его теплонапряженного состояния. Для обеспечения допустимого температурного уровня поршня в процессе эксплуатации необходимо разрабатывать конструкторские и технологические мероприятия, направленные на снижение расхода газов через зазор между поршнем и зеркалом цилиндра.

Ключевые слова

судовые двигатели внутреннего сгорания, детали цилиндропоршневой группы, износ, прорыв газов, теплообмен в плоских каналах, температурное состояние поршня, надежность судовых дизелей

Читать полный текст статьи: PDF

Список литературы

Конкс Г. А. Мировое судовое дизелестроение. Концепция конструирования, анализ международного опыта / Г. А. Конкс, В. А. Лашко. — М.: Машиностроение, 2005. — 512 с.
Сорокин В. А. Технико-эксплуатационные характеристики отечественных и зарубежных судовых дизелей мощностью до 3 МВт / В. А. Сорокин, М. Ю. Иванов // Наука и транспорт. — 2013. — № 1 (5). — С. 70-77.
Безюков О. К. Состояние и перспективы судового двигателестроения в России / О. К. Безюков, В. А. Жуков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2017. — № 2. — С. 40-53. DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-40-53.
Чайнов Н. Д. Конструирование двигателей внутреннего сгорания / Н. Д. Чайнов [и др.]. — М.: Машиностроение, 2008. — 496 с.
Кавтарадзе Р. З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях / Р. З. Кавтарадзе. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 472 с.
MAHLE Aftermarket [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.mahle-aftermarket.com (дата обращения: 30.08.2018).
Гурвич И. Б. Износ и долговечность двигателей / И. Б. Гурвич. — Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1979. — 175 с.
Григорьев М. А. Износ и долговечность автомобильных двигателей / М. А. Григорьев, Н. Н. Пономарев. — М.: Машиностроение, 1976. — 248 с.
Григорьев М. А. Обеспечение надежности двигателей / М. А. Григорьев, В. А. Долецкий. — М.: Машиностроение, 1990. — 322 с.
Чайнов Н. Д. Обобщенная модель анализа теплового и напряженно-деформированного состояния деталей цилиндро-поршневой группы / Н. Д. Чайнов, Л. Л. Мягков // Сборник научных трудов «Авиационно-космическая техника и технология». — 2001. — Вып. 26: Двигатели и энергоустановки. — С. 4-8.
Белогуб А. В. Геометрические и силовые граничные условия при анализе напряженно-деформированного состояния поршней методом конечных элементов / А. В. Белогуб, М. А. Зотов, М. А. Максимова // Двигатели внутреннего сгорания. — 2013. — № 2. — С. 70-75.
McClure F. Numerical modeling of piston secondary motion and skirt lubrication in internal lubrication engines: Requirements for Degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering / F. McClure. — Massachusetts Institute of Technology, 2007. — 241 p.
Левтеров А. М. Трехмерная конечноэлементная модель анализа нестационарных термоупругих напряжений поршня быстроходного дизеля / А. М. Левтеров, А. Н. Авраменко // Двигатели внутреннего сгорания. — 2008. — № 2. — С. 49-55.
Леванов Г. И. Экспериментальные исследования трибосопряжения «поршневое кольцо-цилиндр» / Г. И. Леванов, И. В. Мухортов // Двигатели внутреннего сгорания. — 2012. — № 2. — С. 64-66.
Madden D. Part 1: Piston friction and Noise study of three different piston architectures for an automotive gasoline engine / D. Madden, K. Kim, M. Takiguchi. — SAE Technical Paper, 2006. — 9 p. — № 2006-01-0427. DOI: 10.4271/2006-01-0427.
Kwang-soo K. Part 2: The Effects of Lubricating Oil Film Thickness Distribution on Gasoline Engine Piston Friction / K.S. Kim, T. Godward, M. Takiguchi, S. Aoki. — SAE Technical Paper, 2007. — 9 p. — № 2007-01-1247. DOI: 10.4271/2007-01-1247.
Таран С. Б. Модульное конструкторско-технологическое проектирование чугунных поршней высокофорсированных дизельных ДВС / С. Б. Таран [и др.] // Двигатели внутреннего сгорания. — 2012. — № 2. — С. 102-105.
Пылев В. А. Автоматизированное проектирование поршней быстроходных дизелей с заданным уровнем длительной прочности / В. А. Пылев. — Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2001. — 332 с.
Рождественский Ю. В. Радиальное профилирование направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания / Ю. В. Рождественский, А. И. Гусев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. — 2006. — № 11 (66). — С. 78-84.
Белогуб А. В. Учет технологических факторов, влияющих на точность получения внешней поверхности юбки поршня и оценка возможности снижения брака на производстве / А. В. Белогуб, А. С. Стрибуль, Н. Л. Сапич // Двигатели внутреннего сгорания. — 2005. — № 2. — С. 111-114.
Алехин В. И. Анализ влияния технологических дефектов на прочность литых тонкостенных поршней ДВС / В. И. Алехин, А. В. Белогуб, О. В. Акимов // Двигатели внутреннего сгорания. — 2012. — № 1. — С. 96-98.
Жуков А. А. Методика оценки эксплуатационных свойств материалов поршней ДВС / А. А. Жуков, В. А. Жуков, М. А. Тарасов // Сборник научных трудов «Авиационно-космическая техника и технология»:. — 2001. — Вып. 26. — С. 103-104.
Шпаковский В. В. Продление ресурса двигателя внутреннего сгорания установкой поршня с корундовым слоем / В. В. Шпаковский // Двигатели внутреннего сгорания. — 2014. — № 1. — С. 123- 126.
Костин А. К. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: справ. пособие / А. К. Костин, В. В. Ларионов, Л. И. Михайлов. — Л.: Машиностроение, 1979. — 224 с.
Овсянников М. К. Тепловая напряжённость судовых дизелей / М. К. Овсянников, Г. А. Давыдов. — Л.: Судостроение, 1975. — 258 с.
Гаврилов Ю. А. Приближенная оценка коэффициента теплообмена при ламинарном и турбулентном течении жидкости в плоских каналах / Ю. А. Гаврилов, Г. Н. Дульнев // Инженерно-физический журнал. — 1972. — Т. 23. — № 4. — С. 612-617.
Халатов А. А. Теплообмен и гидродинамика ускоренного потока в плоских криволинейных каналах / А. А. Халатов, А. С. Коваленко. — Киев: Наук. думка, 2006. — 224 с.
Лепский А. Г. Анализ возможности формирования интегрального показателя для оценки теплонапряженности деталей судового двигателя / А. Г. Лепский, А. А. Дамаскин // Вестник Мурманского государственного технического университета. — 2008. — Т. 11. — № 3. — С. 451-457.

Об авторах

Жуков Владимир Анатольевич — доктор технических наук, доцент

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Мельник Олеся Владимировна — кандидат технических наук

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Тузов Леонид Васильевич — доктор технических наук, профессор

Турбина, ротор и поршень

1. Вспомогательную турбину и турбокомпрессор, т.е. «турбонаддув». Турбина предназначена для использования остаточного давления выхлопных газов из цилиндра на дополнительное усилие по вращению вала двигателя. Турбонаддув также использует энергию отработанных выхлопных газов для продувки и нагнетания в цилиндры атмосферного воздуха. В первом случае от использования выхлопных газов из цилиндра экономится топливо и возрастает мощность двигателя. Во втором случае при использовании выхлопных газов также повышается мощность двигателя из‑за подачи и нагнетания в цилиндры атмосферного воздуха. То есть – лучше сгорает топливно-воздушная смесь в цилиндрах. Сам выхлоп отработанных газов становится менее токсичным из‑за более продолжительного сгорания под оставшимся давлением в лопастях турбины и компрессора. За счет прохождения в лопастях двигателя и компрессора звук выхлопа значительно уменьшается, т. е. двигатель становится малошумным.

2. Ротор, он же и маховик – является механическим преобразователем работы поршня на вращение вала двигателя.

3. Поршневой механизм – преобразует тепловую энергию расширения рабочей смеси газов в поступательное движение поршня. Двигатель, в отличие от кривошипно-шатунных, имеет прямой вал, который крепится на подшипниках качения (шариковых и роликовых), а не скольжения. В связи с этим двигатель не требователен к высокому качеству масла и меньше затрачивается энергии на преодоление силы трения. В зимний период при минусовых температурах возможен его запуск без предварительного подогрева масла.

Двигатель относится к жестко-конструктивным – в нем практически отсутствуют дисбалансные, вращающе-колеблющиеся, осевые и торцевые‑качающиеся, коромысловые соединения и детали. За счет этого двигатель относится к классу низковибрационных, что дает большую надежность и долговечность в эксплуатации.

Турбо-роторно-поршневой двигатель значительно отличается от кривошипно-шатунных. Прежде всего – простотой конструкции и гораздо меньшим количеством деталей и узлов. Единственное сходство – это наличие поршня и цилиндра, но и они имеют конструктивные отличия.

По габаритам и весу двигатель приблизительно на 1/3 меньше кривошипно-шатунных при той же мощности и одинаковом количестве и размере цилиндров. Кроме того, используется меньшее количество деталей и механизмов.

Применение недорогостоящих металлов и их сплавов обуславливает дешевизну конструкции. Цветной металл используется лишь для изготовления радиатора, который применяется только в пятицилиндровом двигателе с масляно-воздушным охлаждением. А в трех-четырехцилиндровом радиатор нужен лишь для высокотемпературных экваториальных и пустынных зон. В средней полосе его применение не обязательно.

Двигатель не нуждается в таких обособленных деталях и механизмах, как поддон, масляный насос, глушитель, газораспределительный вал с кулачками и приводом, маховик и масляный радиатор (кроме пятицилиндрового двигателя, где радиатор необходим для любых зон).

Турбо-роторно-поршневой двигатель имеет три основные модификации по основным, и несколько модификаций по второстепенным признакам различия. По основным – двигатель может быть трех-, четырех- и пятицилиндровым. Трех- и четырех-цилиндровый имеют принудительное жидкостно-воздушное охлаждение, то есть имеют жидкостную (водяную) рубашку и водяной насос (помпу). Пятицилиндровый имеет принудительное масляно-воздушное охлаждение, то есть масло для смазки двигателя одновременно является жидкостью для охлаждения двигателя.

Вышеуказанные двигатели имеют устройство, позволяющее изменять объем камеры сгорания, то есть степень сжатия. Следовательно, они могут работать на всех видах топлива, предусмотренных для поршневых двигателей внутреннего сгорания при условии использования универсальной топливной аппаратуры. В дизельном варианте исполнения – на всех марках дизельного топлива.

Трех- и пятицилиндровые двигатели могут работать как в двухтактном, так и в четырехтактном режимах.

Все модификации турбо-роторно-поршневого двигателя удобны в эксплуатации, ремонте и регулировке. Возможна замена вышедших из строя основных деталей и узлов двигателя с последующей их регулировкой даже в полевых и дорожных условиях в любое время года.

Область применения данного нового двигателя довольно обширна. Его можно использовать в колесном, в гусеничном транспорте; в двухколесном (мотоциклы, мопеды и т. д.); в грузовом и легковом автомобильном транспорте; лесопромышленной и сельскохозяйственной технике (включая мотоблоки, а также геологические вездеходы и снегоходы); в спортивной и военной технике. А частично – даже в железнодорожном и водном транспорте.

ПОРШЕНЬ СРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ЛВС) с воспламенением от сжатия. Задача снижения массы поршня, улучшения теплового состояния поршня, повышения его надежности и износостойкости, уменьшения «вредного объема», определяемого кольцевым зазором над первым поршневым кольцом, повышения жесткости конструкции, снижения выбросов CH_x, шума и вибраций. Технический результат достигается тем, что общая высота поршня составляет 0,9-1,2 его диаметра. Пои этом расстояние от днища головки до верхней кромки канавки первого поршневого кольца (высота жарового пояса) составляет 0,08-0,13 общей высоты поршня; компрессионная высота (расстояние от огневого днища до оси поршневого пальца) уменьшена до 0,5-0,58 общей высоты поршня; диаметр отверстий в бобышках под поршневой палец составляет 0,4-0,45 общей высоты поршня. Также на внутренней стороне опорного пояса поршня (юбки) могут быть выполнены ребра жесткости, имеющие в сечении горизонтальной плоскостью форму хорд, а в сечении вертикальной плоскостью, например, Х-образную форму. 1 з.п. ф-лы. 1 табл. 3 ил.

1. Поршень среднеоборотного дизельного двигателя внутреннего сгорания, состоящий из головки 1, имеющей огневое днище 3 с камерой сгорания 6, жаровый пояс 4 и уплотнительный пояс 5, и тронка 2, имеющего бобышки 10, юбку 11, отверстия поршневого пальца 12, перемычку 13, замыкающую центральную полость 8 охлаждения, отличающийся тем, что общая высота поршня составляет 0,9-1,2 его диаметра, при этом расстояние от днища головки до верхней кромки канавки первого поршневого кольца составляет 0,08-0,13 общей высоты поршня; компрессионная высота составляет 0,5-0,58 общей высоты поршня; диаметр отверстий в бобышках под поршневой палец составляет 0,4-0,45 общей высоты поршня. 2. Поршень по п. 1, отличающийся тем, что имеет упрочняющие элементы в виде хорд или ребер, выполненные на внутренней стороне юбки.

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия.

Поршень является одной из наиболее нагруженных деталей двигателя, подверженной одновременно тепловым и механическим нагрузкам, обусловленным контактом с горячими газами, воздействием силы давления газов и сил инерции. Поршень при этом является одной из наиболее важных деталей, поломка которой приводит к выходу из строя всего двигателя.

Поршень совершает возвратно-поступательное движение. Средняя скорость поршня может достигать 10 и более м/с, причем направление движения изменяется в верхней и нижней мертвых точках. Данное обстоятельство обусловливает наличие знакопеременного ускорения, действующего на поршень и сил инерции, воспринимаемых поршневым пальцем, верхней головкой и стержнем шатуна. Увеличение сил инерции движущегося поршня вызывает увеличение размеров и массы поршневого пальца и верхней головки шатуна. Величины сил инерции зависят от скорости движения поршня и от его массы. Таким образом, снижение массы поршня является важной задачей, т.к. приводит к уменьшению сил инерции, что обусловливает возможность снижения массы поршневого пальца и верхней головки шатуна.

Высокая нагруженность поршня определяет наличие ряда конструктивных особенностей. В настоящее время поршни форсированных дизельных двигателей, как правило, изготавливают составными. Такой подход позволяет выполнить воспринимающую высокие тепловые нагрузки верхнюю часть (головку) поршня из прочного жаростойкого материала. Нижняя часть (тронк) может быть изготовлена из более легкого материала — такого как алюминиевый сплав. Соединение верхней и нижней частей поршня выполняют различными способами — условно разъемным с помощью резьбовых деталей (US 2011041684 TWO-PART PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, опубл. 2011-02-24; DE 4131275 Sectional fluid-cooled piston for I.C. — engine — has head accommodating piston rings connected by central screw arrangement to piston shaft, опубл. 1993-03-25), байонетного соединения (US 20120258007 TWO-PIECE TWIST LOCK PISTON, опубл. 2012-10-11) или неразъемным — при помощи различных методов сварки (US 20130055969 PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, опубл. 2013-03-07; US 2010107868 Multi-part piston for an internal combustion engine and method for its production, опубл. 2010-05-06).

Высокая тепловая напряженность верхней части поршня обусловливает применение масляного охлаждения для снижения максимальных температур огневого днища поршня. Для обеспечения охлаждения в головках поршней выполняют развитые полости, состоящие обычно из периферийной части, предназначенной для охлаждения зоны поршневых колец и центральной части, благодаря которой снижается температура внутренней стенки поршня между бобышками. Иногда с той же целью центральную часть полости выполняют замкнутой, заполненной инертным газом (US 20130055969 PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, опубл. 2013-03-07) или легкоплавким материалом (US 20130047948 PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, опубл. 2013-02-28).

О тепловой и механической напряженности поршня, а также о его массе можно косвенно судить по следующим его геометрическим размерам (см. фиг. 1):

— диаметр поршня D;

— общая высота поршня Н;

— высота жарового пояса h₁ (расстояние от огневого днища поршня до канавки первого поршневого кольца);

— компрессионная высота h₂ (расстояние от огневого днища до оси поршневого пальца);

— высота опорного пояса h₃ (расстояние от канавки маслосъемного кольца до нижней точки юбки поршня);

— диаметр отверстия поршневого пальца d_n.

При исследовании конструкций поршней удобно рассматривать относительные величины геометрических параметров поршня. Так, общую высоту Н удобно выражать в долях диаметра поршня D, а все остальные перечисленные параметры — в долях общей высоты поршня. Проведенный авторами анализ конструкций поршней современных среднеоборотных дизелей с диаметром цилиндра от 180 до 380 мм показал, что относительные величины ключевых геометрических параметров поршня изменяются в сравнительно узких диапазонах. Согласно полученным результатам высота поршня Н находится в пределах (1,31-1,48)D, высота жарового пояса — в пределах (0,15-0,17)Н, компрессионная высота — в пределах (0,6-0,67)Н, высота опорного пояса — в пределах (0,65-0,72)Н. Диаметр отверстий в бобышках под поршневой палец находится в пределах (0,28-0,34)Н. Результат исследования приведен в табл. 1. Рассмотрены аналоги предлагаемой полезной модели — поршни марок Wärtsilä20 (Product Guide Wärtsilä 20 — 1/2013), Wärtsilä32 (Wärtsilä 32 — Product Guide — 1/2014), MAN L27/38, MAN L32/40 (MAN Diesel&Turbo Marine Engine IMO Tier 11 Programme 2014). Описание конструкций также представлено в литературе (Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта: Учеб. пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко: — М., Машиностроение, 2005. — 512 с., ил.). Эти поршни среднеоборотных дизельных двигателей внутреннего сгорания состоят из головки, имеющей огневое днище с камерой сгорания, жаровой пояс иуплотнительный пояс, и тронка, имеющего бобышки, юбку, отверстия поршневого пальца, перемычки. Соединение частей поршня выполняется с помощью резьбовых крепежных деталей.

Общими недостатками всех рассмотренных аналогов предлагаемого поршня среднеоборотного дизельного двигателя внутреннего сгорания являются относительно большая высота поршня, в частности — большая высота жарового пояса, что ведет к увеличению массы как самого поршня, так и массы сопряженных с ним деталей. Увеличенная высота жарового пояса негативно сказывается на экологических показателях двигателя и тепловом состоянии поршня. Большая высота поршня при прочих равных условиях также снижает жесткость поршня и способствует увеличению потерь на трение.

Раскрытие полезной модели

В основу предлагаемой полезной модели поршня поставлена задача снижения массы поршня, улучшения теплового состояния поршня, повышения его надежности и износостойкости, уменьшения «вредного объема», определяемого кольцевым зазором над первым поршневым кольцом, повышения жесткости конструкции, снижения выбросов CH_x, шума и вибраций.

Технический результат достигается тем, что поршень среднеоборотного дизельного двигателя внутреннего сгорания состоит из головки, имеющей огневое днище с камерой сгорания, жаровый пояс и уплотнительный пояс, и тронка, имеющего бобышки, юбку, отверстия поршневого пальца, перемычку. При этом общая высота поршня составляет 0,9-1,2 его диаметра, расстояние от днища головки до верхней кромки канавки первого поршневого кольца (высота жарового пояса) составляет 0,08-0,13 общей высоты поршня; компрессионная высота (расстояние от огневого днища до оси поршневого пальца) составляет 0,5-0,58 общей высоты поршня; диаметр отверстий в бобышках под поршневой палец составляет 0,4-0,45 общей высоты поршня.

Также на внутренней стороне опорного пояса поршня (юбки) могут быть выполнены ребра жесткости, имеющие в сечении горизонтальной плоскостью форму хорд, а в сечении вертикальной плоскостью, например, Х-образную форму.

Фиг. 1. Основные геометрические размеры поршня.

Фиг 2. Конструкция предлагаемого поршня (а — разрез плоскостью, перпендикулярной оси поршневого пальца; б — разрез по оси поршневого пальца).

Фиг. 3. Эскиз элементов, повышающих жесткость юбки (а — вид на поршень снизу вдоль вертикальной оси цилиндра), б — вид А)

Осуществление полезной модели

Предлагаемый поршень (см. фиг. 2) состоит из головки 1 и тронка 2. Головка состоит из огневого днища 3, жарового пояса 4 и канавок для установки поршневых колец (уплотнительного пояса) 5. В огневом днище может быть выполнена камера сгорания 6. В головке также выполнены кольцевая галерея охлаждения 7 и центральная полость 8, которые могут быть изолированы друг от друга или соединяться радиальными каналами 9. В галерею 7 подводится охлаждающее масло для осуществления инерционного охлаждения поршня. Подвод масла может осуществляться через шатун и поршневой палец или же с помощью форсунок, установленных в картере двигателя. Центральная полость может либо заполняться маслом, либо быть замкнутой. Тронк состоит из бобышек 10 и опорного пояса (юбки) 11. В бобышках выполнены отверстия 12 для установки поршневого пальца. Между бобышками выполнена перемычка 13, замыкающая центральную полость охлаждения. В перемычке могут быть выполнены отверстия для слива масла. Головка и тронк поршня могут быть выполнены как в виде одной детали, так и в виде отдельных деталей, изготовленных любым подходящим способом и соединенных резьбовыми крепежными деталями, байонетным замком или при помощи какого-либо типа сварки.

В нижней части юбки на ее внутренней стороне выполнены ребра жесткости 14, имеющие в сечении горизонтальной плоскостью форму хорд окружности юбки, а в сечении вертикальной плоскостью — Х-образную или другую форму (см. фиг. 3). Форма и размер ребер могут меняться в зависимости от величины приложенной нагрузки и определяются в ходе оптимизационных компьютерных расчетов. Введение ребер позволяет увеличить жесткость юбки, скомпенсировав неизбежно возрастающую в результате предыдущих мероприятий до (0,75-0,8)Н относительную длину юбки.

Снижение массы поршня обусловливается уменьшением его объема при уменьшении геометрических размеров. Эффект улучшения теплового состояния поршня достигается уменьшением высоты жарового пояса. Последнее позволяет сократить расстояние между охлаждаемыми и нагретыми поверхностями поршня, улучшая тем самым теплоотвод от последних. Уменьшение высоты жарового пояса также ведет к уменьшению так называемого «вредного объема».

Введение упрочняющих хорд 14 (см. фиг. 2) обусловливает повышение жесткости юбки. Повышенная жесткость юбки позволяет уменьшать зазоры в сопряжении «поршень-гильза цилиндра», что ведет к снижению шума и вибраций при работе двигателя. Повышение жесткости юбки также снижает вероятность выхода на нерасчетные режимы трения, что положительно сказывается на износостойкости и ресурсе поршня.

Предлагаемый поршень работает обычным образом.