Шатунно-поршневой узел двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться при производстве шатунно-поршневых узлов для ДВС и других поршневых машин. Шатунно-поршневой узел содержит составной поршень и связанный с ним посредством поршневого пальца шатун. Составной поршень состоит из двух основных частей: верхней и нижней, которые имеют разделение по оси поршневого пальца. Верхняя часть представляет собой днище поршня с зоной канавок под поршневые кольца и двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец, которые с внешней стороны поршня имеют глухую перегородку. Пространство между бобышками имеет проточку. Также в верхней части поршня имеются глухие отверстия с резьбой. Нижняя часть представляет собой юбку поршня с двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец. Нижняя часть поршня имеет сквозные отверстия для прохода крепежных элементов. Обе части поршня скрепляются в одно целое винтами. Шатун имеет шарнирное соединение с поршнем. Изобретение позволяет уменьшить высоту и соответственно массу поршня, повысить надежность закрепления поршневого пальца. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться при изготовлении шатунно-поршневых узлов для двигателей внутреннего сгорания и других поршневых машин.
Известен шатунно-поршневой узел двигателя внутреннего сгорания, содержащий составной поршень и связанный с ним посредством поршневого пальца шатун, причем поршень содержит две раздельные части: верхнюю, включающую днище поршня и зону канавок под поршневые кольца, и нижнюю, включающую юбку поршня с двумя бобышками полукруглой формы под поршневой палец. Части поршня скрепляются в одно целое посредством крепежных элементов (Заявка ФРГ №3509103, кл. F 02 F 3/00, опубл. 1986).
В шатунно-поршневых узлах подобной конструкции есть существенный недостаток, не позволяющий внедрить ее в массовое производство, он связан с тем, что для производства таких поршней необходимо внести изменения в конструкцию шатуна. Шатун и поршневой палец в этом случае должен быть выполнены одной деталью. При массовом производстве таких поршней кроме изменений, вносимых в производство поршней, возникает необходимость внести изменения в производство шатунов и поршневых пальцев. Кроме того, в процессе сборки частей поршня возникает необходимость в регулировке момента затяжки крепежными элементами, т.к. нужно обеспечить определенную подвижность поршня с шатуном, потому что в этом случае подвижность шатуна относительно поршневого пальца невозможна. Регулировка затяжки частей поршня крепежными элементами увеличивает трудоемкость процесса сборки.
Задачей изобретения является разработка шатунно-поршневого узла ДВС, в котором шатун и поршневой палец представляют собой разные детали, кроме того, необходимо упростить процесс сборки узла, а также уменьшить высоту поршня.
Поставленная задача решается тем, что шатунно-поршневой узел ДВС содержит составной поршень и связанный с ним посредством поршневого пальца шатун, причем поршень содержит две раздельные части: верхнюю, включающую днище поршня и зону канавок под поршневые кольца, и нижнюю, включающую юбку поршня с двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец, при этом верхняя часть поршня выполнена без сквозного отверстия под поршневой палец, а части имеют соосные отверстия для прохода крепежных элементов, части имеют разделение по оси поршневого пальца, верхняя часть также выполнена с двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец, пространство между бобышками верхней части поршня имеет проточку, обеспечивающую необходимый зазор между внутренней поверхностью днища поршня и верхней головкой шатуна, отверстия под крепежные элементы в верхней части выполнены глухими, а шатун имеет шарнирное соединение с поршневым пальцем.
Для лучшей стыковки деталей поршня относительно друг друга в районе стыка деталей может быть выполнен буртик с соответствующей ответной поверхностью на любой из деталей.
Крепежные элементы выполнены в виде винтов.
Внутренняя поверхность нижней части поршня может быть снабжена ребрами жесткости.
Отверстия для крепежных элементов на нижней части поршня могут быть снабжены резьбой.
Юбка поршня может иметь различную длину относительно продольной и поперечной оси поршневого пальца.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид составного поршня, вид вдоль оси поршневого пальца (шатун и палец не показаны).
На Фиг.2 показана Фиг.1, вид снизу. На Фиг.3 показана верхняя часть поршня, разрез вдоль оси поршневого пальца. На Фиг.4 показана Фиг.3, вид снизу. На Фиг.5 показана нижняя часть поршня, вид сверху. На Фиг.6 показана Фиг.5 с частичным разрезом поперек оси пальца, на Фиг.7 показан шатунно-поршневой узел перед моментом сборки, вид в разрезе вдоль оси поршневого пальца.
Шатунно-поршневой узел содержит составной поршень (части 1, 2) и связанный с ним посредством поршневого пальца 3 шатун 4, который имеет шарнирное соединение с поршневым пальцем. В качестве шарнира в верхней головке шатуна может использоваться подшипник скольжения или подшипник качения, например роликовый, игольчатого типа. Составной поршень состоит из двух основных частей: верхней 1 и нижней 2, которые имеют разделение по оси поршневого пальца. Верхняя часть представляет собой днище поршня 6 с зоной поршневых колец 7 и двумя бобышками полуцилиндрической формы 8 под поршневой палец, которые с внешней стороны поршня имеют глухую перегородку 9, препятствующую перемещению поршневого пальца вдоль своей оси. Пространство между двумя бобышками имеет проточку 10, которая обеспечивает необходимый зазор между внутренней поверхностью днища поршня и верхней головкой шатуна. Верхняя часть поршня имеет глухие отверстия с резьбой 11 для прохода крепежных элементов 12. Нижняя часть представляет собой юбку поршня 13 и две бобышки полуцилиндрической формы 14 под поршневой палец, которые могут быть выполнены с глухой перегородкой либо без таковой. Нижняя часть поршня имеет сквозные отверстия 15 для прохода крепежных элементов. Отверстия в верхней и нижней частях поршня соосны. Юбка поршня может иметь различную длину относительно продольной и поперечной оси поршневого пальца, а на внутренней поверхности могут быть выполнены ребра жесткости, кроме того, отверстия для прохода крепежных элементов могут быть снабжены резьбой. В качестве крепежных элементов могут быть использованы винты с любым типом резьбы и формой головки, наиболее предпочтительными будут головки винтов с внутренним многогранником. Количество крепежных винтов может быть любым, но наиболее предпочтительным будет использование четырех винтов.
Перед сборкой шатунно-поршневого узла в бобышки верхней части поршня устанавливается поршневой палец 3, на котором шарнирно закреплен шатун 4, в верхней головке шатуна установлен подшипник 5. После того как палец с шатуном установлен в верхнюю часть поршня, следует установка нижней части поршня, так чтобы бобышки 14 вошли в контакт с поршневым пальцем 3. Для лучшей стыковки частей поршня на каждой из деталей может быть выполнен буртик 16. Далее в крепежные отверстия 11, 15 устанавливаются крепежные винты 12, которые при закручивании скрепляют обе части поршня воедино.
Благодаря тому, что ось поршневого пальца приближена к днищу поршня, действие поршневых газов на боковую поверхность может быть снижено, соответственно снизится износ боковой поверхности поршня.
Данное изобретение характеризуется тем, что поршневой палец не имеет возможности перемещаться вдоль своей оси, это гарантирует полную защиту стенок цилиндра от задиров торцом поршневого пальца, что особенно актуально для высокооборотистых и форсированных двигателей. Предлагаемый поршень имеет малую высоту и соответственно вес. Например при диаметре поршня 82-84 мм высота его составит 37-39 мм, при этом нет необходимости уменьшать диаметр поршневого пальца, он остается стандартным. Для большинства поршней, имеющих диаметр 82-84 мм, поршневой палец имеет диаметр 22-23 мм. Поэтому прочностные характеристики не ухудшатся. Малая высота поршня способствует тому, что шатуны и цилиндры двигателя понадобятся соответственно укороченными, это, в свою очередь, приводит к повышению жесткости всей конструкции двигателя, кроме того, уменьшаются габариты и вес двигателя. Также данный поршень характеризуется тем, что поршневой палец и шатун остаются без конструктивных изменений, могут применяться те шатуны и пальцы, которые используются современной автопромышленностью.
Изготовление данного шатунно-поршневого узла возможно при нынешнем уровне техники и технологии, с применением соответствующих способов, станков и оборудования.
То обстоятельство, что поршень состоит из двух основных частей, позволяет выполнять детали поршня из разных материалов. Например верхнюю часть поршня можно изготавливать из жаропрочного и износостойкого материала. Такими материалами являются сталь и карбид кремния, также можно использовать сплавы легких металлов. Нижнюю часть предпочтительно изготавливать из легких и достаточно износостойких материалов. Такими материалами являются сплавы легких металлов и углепластик.
1. Шатунно-поршневой узел двигателя внутреннего сгорания, содержащий составной поршень и связанный с ним посредством поршневого пальца шатун, причем поршень содержит две раздельные части: верхнюю, включающую днище поршня и зону канавок под поршневые кольца, и нижнюю, включающую юбку поршня с двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец, при этом верхняя часть поршня выполнена без сквозного отверстия под поршневой палец, а части имеют соосные отверстия для прохода крепежных элементов, отличающийся тем, что части имеют разделение по оси поршневого пальца, верхняя часть также выполнена с двумя бобышками полуцилиндрической формы под поршневой палец, пространство между бобышками верхней части поршня имеет проточку, обеспечивающую необходимый зазор между внутренней поверхностью днища поршня и верхней головкой шатуна, отверстия под крепежные элементы в верхней части выполнены глухими, а шатун имеет шарнирное соединение с поршневым пальцем.
2. Шатунно-поршневой узел по п.1, отличающийся тем, что для лучшей стыковки деталей поршня относительно друг друга в районе стыка деталей может быть выполнен буртик с соответствующей ответной поверхностью на любой из деталей.
3. Шатунно-поршневой узел по п.1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде винтов.
4. Шатунно-поршневой узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность нижней части поршня может быть снабжена ребрами жесткости.
5. Шатунно-поршневой узел по п.1, отличающийся тем, что отверстия для крепежных элементов на нижней части поршня могут быть снабжены резьбой.
6. Шатунно-поршневой узел по п.1, отличающийся тем, что юбка поршня может иметь различную длину относительно продольной и поперечной оси поршневого пальца.
