Поршневая машина

 

Изобретение относится к машиностроении , а именно г пвигателестроению, может быть использовано при проектировании поршней и шатунов двигателей внутреннего сгорания, позволяет повысить КПД, снизить вес поршня , динамические нагрузки и получить большую мощность при заданной длине сл с О) 04

союз советских социалистических

РЕСПУБЛИК

097 01) (д1) F 02 F Э/00

-NI3ggg

ЙT p)p

F:.r»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4028051/25-06 (22) 18.08.86 (31) 767,!20 (32) 19 08 85 (33) US (46) 15. ) 0.90. Вюл. У 38 (71) РальФ Гордон Моргадо ITS) (72) РальФ Гордон Моргадо (158) (53) 621.43-242.3(088.8) (56) Патент Франции 11 2484041, кл. F )6 J 1/00, опублик. 1981 (54) ПОРШНЕВАЯ МАП1ИНА

I (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, может быть использовано при проектировании поршней и шатунов двигателей внутреннего сгорания, позволяет повысить КПД, снизить вес поршня, динамические нагрузки и получить большую мошность при заданной длине

1600639 рабочего хода, Иашина содержит кс" ленчатый вал 8, установленный в. блоке .,@ возможностью вращения вокруг оси, Поршень 1, размещенный в цилиндре 3 . и шатун 2, один конец которого связан с поршнем при помощи резьбы 6, а другой - с коленчатым валом 8, поршень 1 выполнен в виде .усеченной сферы .с плоским сплошным днищем 12, его наружная поверхность 4 выполнена с максимальным диаметром„ равным диаметру цилиндра 3 поршень имеет полую юбку 14,.открытую в сторону нижнего

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области двигателестроения, и может быть использовано при проектировании поршней и шатунов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), Целью изобретения является повы- 25 ние KIIg, На Фиг. 1 показан поршень и шатун, в сборе с цилиндром, частичный разрез, на Фиг. 2 — поршень и шатун, общий вид, на Фиг. 3 — то же, вертикальный разрез, на Фиг. 4 — детальный диаметральный разрез поршня, на Фиг. 5 поршень, вид сверху, на Фиг. 6 — поршень с радиальными ребрами жесткости, вид снизу на Фиг. 7 — поршень с кольS

35 цевыми ребрами жесткости, вид снизу, 3 на Фиг.8 — поршень с усиленным нижним буртом, частичный разрез,вид снизу,на фиг.9 - поршень в верхней мертвои точке (BMT) настиг,10 — то же,во время поворота на 90 от ВМ1,на фиг. 1.1 — то же, в нижней мертвой точке (ККТ), на

Фиг. 12 - то же, при повороте на 270о от BMT.

Поршневая машина содержит поршень

1, шатун 2, размещенные в цилиндре 3, имеющем круглое поперечное сечение.

Наружная поверхность 4 поршня 1 находит-.-. ся в контакте с внутренней поверхностью

5 щллиндра 3.

Поршень 1 одним концом жестко связан с шатуном 2 при помощи резьбы 6, а другим концом — с шатунной шейкой 7 вращающегося коленчатого вала 8.

Шатун 2 соединен с шейкой 7 коленча55 того вала 8 с помощью съемной крышки 9 и болтов 10. Вес поршня 1 и шатуна 2 уравновешивается противовесом 11.

epeso„и снабжен радиальными ребрами жесткости, связывающими днище поршня, юбку и место соединения поршня и maтуна 2. При работе двигателя наружная поверхность 4 во время его движения постоянно остается в контакте с внут" ренней поверхностью цилиндра 3, причем во время качательного движения поршня контакт боковой поверхности поршня со стенкой цилиндра 3 не нарушается, т.е. сферическая поверхность поршня выполняет Функции сплошного уплотнения, 1 э.п.ф-лы, 12 ил.

Наружная поверхность 4 боковой стенки поршня 1 имеет конфигурацию усеченной с двух сторон сферы (Фиг.1).

Диаметр образующей боковую поверхность поршня сферы равен внутреннему диаметру цилиндра 3. Сверху днище 12 поршня 1 может быть плоским. Снизу боковая поверхность 4 заканчивается короткой скошенной внутрь поршня

Фаской 13. Фаска 13 скошена под таким углом, что между юбкой 14 и сФерической боковой стенкой поршня образуется жесткая "линия излома" 15.

Юбка 14 поршня 1 может иметь сферическую поверхность, радиус которой меньше сферической наружной поверхности 4 боковой стенки поршня 1. В этом случае переход между поверхностями боковой стенки и юбки поршня получается плавным и никакой линии излома" не образуется.

Поршень 1 и шатун 2 (Фиг.2) соединя отся между собой реэьбовым хвостовиком 16, выполненным на верхнем конце шатуна 2, и соответствующей резьбовой втулкой 17 поршня 1 ° Соединительная втулка 17 поршня 1 представляет собой цилиндрический элемент с отверстием 18, в котором нарезана резьба 6. На нижнем конце соединительной втулки 17 выполнен скошенный поясок 19. На шатуне 2, ниже его реэьбового хвостовика 16, имеется кольцевой буртик 20, верхняя поверхность 21 которого скошена к оси шатуна.

При установке поршня 1 на шатуне 2 скошенный поясок 19 соединительной втулки 17 упирается в скошенную кольцеву о поверхность 21 буртика 20, что обеспечивает надежную фиксацию порш-I

5 16006 ня на шатуне. Для облегчения шатуна в нем может быть сделано глухое от" верстие 22. На нижнем конце шатуна имеется круглое отверстие 23 для монтажа на шейке коленчатого вала.

С внутренней стороны боковая стенка 24 поршня 1 (Фиг.3) обработа" на таким образом, что контур внутренней поверхности 25 соответствует контуру наружной поверхности 4 и контуру наружной поверхности скошенной юбки 14. Днише 12 поршня 1 в целях повышения механической прочности поршня и улучшения теплопередачи сделано более толстым по сравнению с боковой стенкой 24 поршня. Днише 12 поршня с внутренней стороны имеет плоскую поверхность 26, повторяюшую Форму наружной поверхности днища. 20

СФера, частью которой является наружная поверхность боковой стенки поршня 1, обозначена пунктирной лининей 27 (Фиг.4). Наружная поверхность днища !2 имеет плоскуи конФигурацию 25 и обозначена линией 28, параллельной диаметральной линии 29. ?!ижний край

30 боковой стенки 24 поршня l совпадает с линией 31, параллельной диаметральной линии 29. Линии 28 и 3! мо- 30 гут располагаться на разных расстояниях от диаметральной линии 29. . Ось соединительной втулки 17 поршня совпадает с вертикальной осью 32 усеченной сФеры. ВнУтРенняя поверхность 25 боковой стенки 24 концентрична наружной поверхности 4. Внутренняя "линия излома 33 между сФерической и скошенной частями боковой стенки поршня располагается в одной gp плоскости с наружной "линией излома"

15. С внутренней стороны на днише 12 поршня имеются вертикальные радиальные ребра 34 (Фиг.6),начинаишиеся на соединительной втулке 17 и направленные к боковой стенке поршня.

Ребра жесткости могут быть выполнены в виде концентрических выступов

35 (Фиг.7), а на нижнем краи боковой стенки 24 выголняется утолшение 36 5р (Фиг.8).

При положении поршня в ВМТ (Фиг.9) последний пересекается тремя линиями

37, 38 и 39, проходящими через одну точку 40, лежашую на вертикальной ,оси 41 поршня. Горизонтальная линия

39 совпадает с линией максимального, диаметра поршня. Углы наклона линий

37 и 38 относительно линии 39 соот39 6 ветств ",от максимальным углам наклона. дниша поршня во время его возвратнопоступательного движения в цилиндре.

Когда поршень находится в .ВМТ, линия контакта боковой стенки поршня с поверхностью цилиндра 3 совпадает с горизонтальной линией 39 (точка контакта поршня и цилиндра обозначена позицией 42), а масляный зазор

43 между стенкой и нижней кромкой боковой стенки на всем ее протяжении имеет одинаковую ширину

При повороте коленчатого вала 8 на 90 (Фиг.10) точки контакта боковой поверхности поршня располагаются на линии 37, а масляный зазор 43 с одной стороны поршня уменьшается, а с другой — увеличивается. При повороте коленчатого вала на 270 (Фиг.12), о происходит обратный процесс с линией 38.

Пересекаюшиеся линии 37 и 38 ограничивают трущиеся участки наружной поверхности боковой стенки поршня.

Таким образом, ширина сФерической поверхности боковой стенки поршня должна быть больше длины дуги между концами пересекаюшихся линий 37 и 38.

Внутренняя плоская поверхность 26 днища 12 должна находиться в плоскости, пересекающей боковую стенку поршня ниже верхнего конца дуги между пересекаишимися линиями 37 и 38, а нижняя кромка юбки 14 должна находиться в плоскости, пересекаюшей боковую стенку поршня Bb>Blp верхнего конца дуги между линиями 37 и 38.

При работе двигателя днище 12 поршня 1 обрашено к камере сгорания, а боковая стенка поршня во время его движения остается в контакте с внутренней поверхностью цилиндра 3, обеспечивая герметизации камеры сгорания, Нижний конец шатуна 2, связанный с коленчатым валом 8, во время возвратно-поступательного движения поршня 1 совершает движение по круговой траектории и вследствие этого его наклон относительно оси цилиндра 3 периодически изменяется, что вызывает соответствующее изменение углового положения поршня, при э-.îì контакт боковой поверхности поршня со стенкой цилиндра не нарушается, хотя точка контакта перемешается по сФерической боковой поверхности лоршня. Таким образом, сФерическая боковая поверх7 1. 600639 8 ность поршня выполняет Функции сплош ного маспосьемного кольца.

Благодаря сравнительно небольшой толщине боковая стенка поршня 1 при нагревании поршня горячими газами может несколько деФормироваться. Необходимость уменьшения "".oëùèíè боковой стенки поршня 1 обусловлена двумя причинами: тонкая стенка быстрее охлаждается попадающим на ее внутреннюю поверхность смазочным маслом и тонкая стенка деФормируется при нагревании меньше, чем толстая. Таким образом, уменьшение толщины боковой стенки i5 поршня 1 обеспечивает уменьшение изменений диаметра поршня в результате изменений температуры и, следовательно, обеспечивает сохранение рабочего зазора между поршнем и. стенками ци.линдра 3, Для минимизации трения между боковой стенкой поршня 1 и поверхностью цилиндра 3 на поверхности 5 цилиндра

3 должна удерживаться тонкая пленка . смазочного масла.,ПЛя образования такой пленки масла нижний край вбки

° поршня 1 имеет скошенную Васку 1 3, которая направляет выбрасываемое коленчатым валом 8 масло на поверхность 30

5 цилиндра 3 и на нижнюю часть сФерической поверхности боковой стенки поршня 1.

Поскольку поршень 1 легче стандартного цилиндрического поршня противовес 11 на коленчатом валу 8 может быть сделан меньше и более легким, чем противовес, необходимый для уравновешивания стандартного поршня 3.

Как показано на Фиг. 6, поршень 1 может иметь на внутренней стороне радиальные ребра 34, начинавшиеся на соединительной втулке 17. Ребра 34 улучшают охлаждение днища 12 поршня

1, повышают жесткость днища 12 и прочность связи между днищем 12 и сое; динительной втулкой 17.

Как показано на Фиг.7, поршень 1 на внутренней стороне его дниша 12 может иметь концентрические ребра 35, придавшие днищу некоторую гибкость и обеспечивавшие улучшение теплообмена между поршнем и находящимся в дартере двигателя смазочным маслом.

Как показано на Фиг. 8, поршень 1 по нижнему крав его боковой стенки может иметь утолщение 36, придавшее боковой стенке дополнительную механи ческу о прочность и, следовательно, ограничивающее вероятность значительной деФормации боковой стенки.

Рабочие участки наружной поверхности боковой стенки 24 поршня 1 ограничивавтся показанными на Фиг.8-11 пересекающимися линиями 37 и 38.

Внутренняя плоская поверхность 26 днища 12 поршня 1 находится в плоскости, пересекавшей боковую, стенку поршня выше дуги, ограничиваемой линиями 37 и 38, а направлявшая масло скошенная Фаска 13 начинается от плоскости, пересекавшей боковую стенку поршня ниже дуги, ограничиваемой линиями 37 и 38. Если скошенная Фаска 3 будет начинаться выше указанной плоскости, то герметичность контакта между наружной поверхностью боковой стенки поршня и поверхностью 5 цилиндра 3 в определенных положениях поршня будет нарушаться. Если же скошенная

Фаска l 3 будет начинаться значительно ниже указанной плоскости, то дли.на поршня увеличивается и соответственно увеличивается вес поршня.

Скошенная Фаска 13 обеспечивает увеличение ширины зазора между боковой стенкой поршня 1 и поверхностью 5 цилиндра 3, через который на трущиеся поверхности поступает смазочное масло. При максимальном наклоне днища поршня 1 зазор 43 для масла между боковой стенкой поршня и стенкой цилиндра с приподнятой стороны поршня полностьв перекрывается и в отсутствие скошенной Фаски 13 смазка трущихся поверхностей в этой зоне будет недостаточной. Скошенная Фаска

13 направляет смазочное масло на поверхность 5 цилиндра 3.

Следовательно, предлагаемые поршень и шатун по сравнению с известными имевт меньший вес и характеризувтся меньшими динамическими нагрузками, возможностью получения большей мощности при заданной длине рабочего хода поршня и при заданном диаметре цилиндра, более высокой плотностью контакта между поршнем и поверхностьв цилиндра, более низкой стоимостью и простотой изготовления и сборки.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

1. Поршневая машина, содержащая блок с цилиндром, эксцентричный коленчатый вал, установленный в блоке с

1600639

2(22 возможностью вращения вокруг .оси, перпендикулярной оси цилиндра, поршень-, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и шатун, один конец которого

5 связан при помощи резьбового соединения с поршнем, а другой - с коленчатым валом, поршень выполнен в вице усеченной с двух противоположных сто- 10 рон сФеры с плоским сплошным днищем, его наружная поверхность сопряжена с цилиндром и выполнена с максимальным диаметром, равным диаметру цилиндра, причем диаметры верхнего и нижнего срезов поршня выбраны из условия

I сохранения постоянства нормальной плоскости контакта с цилиндром при перемещении поршня в последнем, о тл и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения КПД, поршень имеет полую внутреннюю часть, открытую в сторону нижнего среза и образующую юбку, и снабжен радиальными ребрами жесткости, связывающими днище поршня, кбку и место соединения поршня и шатуна.

2е,11ашина по и 1, о т л и u a ю щ а я с я тем, что на нижней части юбки выполнена скошенная внутрь Фаска.

1б00639

r Я4

160063 9

1600639

Составитель В. Лобанов

Техред JI.Cåðäþêoâà

Корректор С.Шевкун

Редактор М. Бандура

Заказ 3153 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101