Составной поршень двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к двигателестроению, и позволяет за счет усовершенствования составного поршня снизить расход масла на угар. Головка поршня выполнена за одно целое с бобышками и отъемная тронковая часть с канавками под поршневые кольца выполнена в виде тонкостенной цилиндрической втулки с круговыми ребрами жесткости на внутренней поверхности. Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется по торцовым поверхностям, имеющим коническую форму с вершинами конусности, обращенными в строну днища. При этом угол конусности на головке больше угла соответствующей поверхности на тронке. Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется также круговыми ребрами жесткости, причем боковая поверхность верхнего ребра жесткости имеет цилиндрическую форму, нижнего - коническую форму с вершиной конусности, обращенной в сторону картера двигателя. Над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра. За счет создания в каждом сопряжении по круговым ребрам жесткости определенных посадок с гарантированным натягом, получаемых в результате суммарного действия монтажной и тепловой деформации при работе дизеля , образуется требуемый профиль на наружной поверхности тронковой части. Для повышения надежности сборки тронка с головкой поршня применяются винты, которые устанавливаются в плоскости перекладки поршня. 2 з.п ф-лы, 1 ил

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л F 02 F 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4755543/06 (22) 03,11.89 (46) 15.12,91. Бюл. ¹ 46 (71) Центральный научно-исследовательский дизельный институт (72) Е,П.Павлов (53) 621.43-242.3 (088,8) (56) Патент Англии N 2153964, кл. F 16 J 1/00, опублик. 1985. (54) СОСТАВНОЙ ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ . (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и позволяет за счет усовершенствования составного поршня снизить расход масла на угар. Головка поршня выполнена за одно целое с бобышками и отьемная тронковая часть с канавками под поршневые кольца выполнена в виде тонкостенной цилиндрической втулки с круговыми ребрами жесткости на внутренней поверхности.

Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется по торцовым поверхностям, имеющим коническую форму с вершинами

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению для усовершенствования составных поршней двигателей внутреннего сгорания, Известен составной поршень, включающий в себя отъемную стальную головку, чугунную вставку с бобышками и тонкостенную тронковую часть, выполненную из легкого сплава. При этом на боковой поверхности головки и чугунной вставки выполнены канавки под поршневые кольца, а герметичность внутренних полостей охлаждения, заключенных

„„5U„„1698469 А1 конусности, обращенными в строну днища.

При этом угол конусности на головке больше угла соответствующей поверхности на тронке. Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется также круговыми ребрами жесткости, причем боковая поверхность верхнего ребра жесткости имеет цилиндрическую форму, нижнего — коническую форму с вершиной конусности, обращенной в сторону картера двигателя.

Над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра. За счет создания в каждом сопряжении по круговым ребрам жесткости определенных посадок с гарантированным натягом, получаемых в результате суммарного действия монтажной и тепловой-деформации при работе дизеля, образуется требуемый профиль на наружной поверхности тронковой части, Для повышения надежности сборки тронка с головкой поршня применяются винты, которые устанавливаются в плоскости перекладки поршня. 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 4 между головкой поршня и чугунной вставкой, достигается установкой уплотнительного кольца и с помощью стяжных болтов.

Кроме того, для придания жесткости тонкоI стенному цилиндрическому тронку, на ее . а внутренней поверхности имеется круговое ребро жесткости, связанное с чугунной вставкой.

Недостатками такого поршня являются конструктивная сложность и ненадежность в эксплуатации, обусловленные наличием большого количества деталей с различными

7698469 коэффициентами теплового расширения и поверхностей уплотнения при помощи болтов и. шпилек.

Известен также поршень, включающий в себя головку, выполненную за одно целое с бобышками, и отьемную тронковую часть, выполненную в виде втулки с цилиндрической наружной поверхностью, а на внутренней поверхности трон ка имеются продольные профильные выемки. При этом соединение головки поршня с транком осуществляется при помощи двух нецилиндрических полуколец из легкодеформируемого материала, установленных между головкой и тронком.

Недостатком такого поршня является ненадежное соединение головки поршня и тронка при помощи уплотнительных полуколец, которые в процессе циклического нагрева приобретают остаточную деформацию, и нарушение плотности сопряжения.

Кроме того, известен составной поршень, содержащий головку с канавками для поршневых колец и бобышками под поршневой палец, а также тронковую часть с канавками под поршневые кольца, цилиндрической наружной поверхностью и ребрами жесткости на внутренней поверхности. При этом головка поршня соединена с тронком при помощи сварки, а торцовые поверхности ребер жесткости тронка и контактируемых с ними поверхностей головки имеют плоскую форму.

Недостатком указанного поршня является жесткое соединение головки с тронком и сопряжение этих деталей по одной посадке, что не позволяет обеспечить необходимую тепловую подвижность и податливость поршня для образования профиля боковой поверхности.

Целью изобретения является придание поршню необходимой подвижности и податливости в зависимости от его теплового состояния для формирования требуемого профиля наружной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в составном поршне, включающем головку с бобышками и тронк, выполненным из материалов с различными физико-механическими свойствами, при этом трон к изготовлен в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на его внутренней поверхности, контактирующими с соответствующими поверхностями бобышки под поршневой палец, боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткости тронка и бобышек выполнены конусными с вершинами конусности, обращенными в сторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, 5

55 непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней круговая поверхность головки имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня, при атом угол конусности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого составного поршня, у которого головка с бобышками и тронк выполнены из материалов с разными физико-механическими свойствами.

Предлагаемый поршень включает в себя головку 1, выполненную за одно целое с бобышками 2, тронк 3, выполненный в виде тонкостенной трубки с ребрами жесткости 4 (верхнее) и 5 (нижнее), отверстие 6 в бобышке 2 под поршневой палец (не показан), полукруглую канавку 7, примыкающую к верхней торцовой поверхности верхнего ребра жесткости 4, расположенного над отверстием 6 в бобышке 2, винты 8 крепления тронка 3 к головке 1, термостойкое антифрикционное кольцо 9, например из графелона. При этом боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткости 5 и соответствующие поверхности на бобышке

2 выполнены коническими с одинаковыми углами конусности и вершинами. обращен- ными в сторону картера двигателя (по чертежу вниз), Кроме того, торцовая круговая поверхность тронка 3 и сопрягаемая с ней поверхность головки 1 имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища головки поршня. Для поршня, у которого головка и тронк выполнены из материала с различными физикомеханическими свойствами, например, головка из стали, а тронк из алюминиевого сплава, угол конусности круговой поверхности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка. Для поршня, головка и тронк которого выполнены из материала с одинаковыми физико-механическими свойствами, угол конусности кольцевой поверхности на головке равен углу конусности торцовой поверхности тронка.

Поршень работает следующим образом.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания часть теплоты от сгорания топлива в цилиндре расходуется на нагрев головки 1. поршня и бобышки 2, а через поверхности соприкосновения головки 1 и бобышек 2 с тронком 3, в частности головки

1 с боковой поверхностью ребра жесткости

4 тронка и бобышки с ребром жесткости 51698469

50 на нагрев тронка. При этом нагрев головки

1 приводит к ее расширению и радиальной деформации конусной поверхности, сопрягаемой с торцовой (конусной) поверхностью тронка 3, Учитывая, что угол конусности, сопрягаемой с тронком поверхности головки 1, больше угла конусности на торцовой поверхности тронка, расширение головки сопровождается поворотом сопрягаемой поверхности вокруг вершины конического выступа на торцовой поверхности тронка 3 с одновременным радиальным перемещением сопрягаемых поверхностей в направлении увеличения диаметров этих поверхностей.

Радиальное расширение тронка 3 в зоне верхнего ребра жесткости 4 происходит в результате суммарного влияния натяга, создаваемого при сборке головки 1 с тронком 3, и теплового расширения ребра жесткости 4. При этом величина радиального расширения на этом участке тронка определяется как значениями коэффициентов линейного расширения материалов головки и тронка, так и податливостью конструкции, обусловленной наличием круговой канавки

7 на внутренней поверхности тронка.

Расширение тронка в зоне ребра жесткости 5 практически происходит под действием тех же факторов, что и в зоне ребра жесткости 4. Однако величина этого расширения будет меньше и обусловлено это прежде всего более низким уровнем температур нагрева нижней части бобышки 2, а ,также появлением радиальной и продольной составляющих усилия расширения на конической бобышке поверхности соприкосновения ребра жесткости 5 с бобышкой 2.

Предлагаемая конструкция составного поршня двигателя внутреннего сгорания позволяет за счет различных натягов, устанавливаемых при сборке поршня в местах соприкосновения головки и тронка, с учетом различных уровней нагрева по высоте поршня, имеющих место при работе двигателя, получить требуемую форму профиля наружной поверхности поршня, не прибегая к помощи сложной копирной обработки, Таким образом, в известном составном поршне, содержащем головку с бобышками, тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на внутренней поверхности, боковая поверхность нижнего

45 ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность на бобышке поршня выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в сторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка (тонкостенной втулки) и сопрягаемая с ней поверхность на головке имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня (головки), при этом угол конусности поверхности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка, Когда головка и тронк поршня выполнены из одного материала, угол конусности поверхности на головке поршня равен углу конусности торцовой поверхности тронка.

Формула изобретения

1. Составной поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с бобышками и тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на внутренней поверхности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности путем усовершенствования конструкции поршня за счет придания тепловой подвижности и податливости наружной поверхности, боковая поверхность нижнего ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность бобышки выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в сторону от головки поршня, под верхним ребром жесткости выполнена круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра. а верхняя торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней поверхность головки имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону головки поршня.

2.Поршень поп.1,от л и ч а ю щий с я тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из различных материалов, причем угол конусности торцовой поверхности головки больше угла конусности торцовой поверхности тронка.

3. Поршень по п.1, отличающийся тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из одного материала, причем угол конусности торцовой поверхности головки равен углу конусности торцовой поверхности тронка.

1698469

Составитель А,Гладких

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И,Муска

Редактор Н.Горват

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

Заказ 4376 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5