Составной поршень (варианты)
Изобретение относится к машиностроению, в частности касается конструкции поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и/или компрессоров. Составной поршень включает корпус с бобышками под поршневой палец, головку с днищем и, по меньшей мере, одно поршневое кольцо. Головка посредством осевого пальца с окружной канавкой вокруг него подвижно, с возможностью вращения и продольного перемещения, сочленена с корпусом поршня. В окружной канавке головки установлена цилиндрическая пружина, а в зазоре, между посадочными плоскостями головки и корпуса - поршневое кольцо, выполненное в виде плоской спирали. Приведен другой вариант выполнения поршня. Поршень обеспечивает повышение надежности и долговечности поршневой группы ДВС. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности касается конструкции поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и/или компрессоров.
В зависимости от назначения, типа и мощности двигателя поршни ДВС различаются по конструкции, однако в общих чертах поршень обычно представляет собой деталь цилиндрической формы, условно разделяемую на головку с днищем и среднюю часть - юбку с бобышками, отверстия в которых предназначены для установки поршневого пальца. На боковой поверхности поршня в зоне головки выполнены окружные канавки для установки поршневых колец (см., например, «ДВС. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей». Под ред. А.С.Сорина и М.Г.Круглова. М., 1990 г., стр.68-70).
Надежность поршня как важнейшей детали двигателя в значительной степени определяет надежность ДВС в целом, а так как помимо этого поршень в процессе работы подвергается воздействию значительных по величине знакопеременных тепловых и механических нагрузок, то повышение надежности поршней является важнейшей задачей двигателестроения.
Известен, например, поршень по авт.свидетельству SU №1255730, МПК F02F 3/00, 1986 г., в котором повышение надежности достигнуто за счет интенсификации его охлаждения, для чего в корпусе между днищем и поршневым пальцем выполнена полость, сообщающаяся с дренажными окнами в поршневой канавке и снабженная центральным отверстием с клапаном, связывающим полость с подпоршневым пространством.
При работе машины масло, снимаемое со стенок цилиндра и через дренажные окна поступающее в полость и далее через клапан - в подпоршневое пространство, дополнительно охлаждает поршень, облегчая условия его работы.
Недостатком известного технического решения, обусловленным низкой эффективностью предложенной системы охлаждения, является то, что величина полученного положительного эффекта невелика и достигнута за счет значительного усложнения конструкции и снижения технологичности изделия.
Известен составной поршень (авт.свидетельство SU №1698469, МПК F02F 3/00, 1989 г.), включающий головку с поршневыми кольцами и жестко связанный с головкой тонкостенный корпус, причем головка и корпус изготовлены из материалов с различными физико-механическими свойствами.
В известном поршне головка, изготовленная из термостойкого высокопрочного материала, обладает достаточно высокой надежностью, однако корпус, жестко связанный с головкой и практически без ослабления воспринимающий действующие на нее силы и моменты, остается слабым и ненадежным звеном поршня, снижающим надежность поршневой группы в целом.
Задачей настоящего изобретения является разработка поршня повышенной надежности.
Технический результат - повышенные надежность и долговечность работы поршневой группы ДВС.
По первому варианту задача изобретения достигается за счет того, что в составном поршне, включающем корпус, головку и, по меньшей мере, одно поршневое кольцо, головка посредством осевого пальца с окружной канавкой, снабженного средствами его крепления в корпусе, подвижно, с возможностью вращения и продольного перемещения сочленена с корпусом поршня, при этом в окружной канавке головки установлена цилиндрическая пружина, а в зазоре между посадочными плоскостями головки и корпуса - поршневое кольцо, выполненное в виде плоской спирали.
По второму варианту задача изобретения достигается за счет того, что в составном поршне, включающем корпус, головку и, по меньшей мере, одно поршневое кольцо, головка посредством осевого пальца с окружной канавкой, снабженного средствами его закрепления в корпусе, подвижно, с возможностью вращения и продольного перемещения сочленена с корпусом поршня, при этом в окружной канавке головки установлена цилиндрическая пружина, в зазоре между посадочными плоскостями головки и корпуса - поршневое кольцо, выполненное в виде плоской спирали, а боковая поверхность корпуса облицована рубашкой.
Кроме того, по первому и второму вариантам изобретения в корпусе поршня напротив окружной канавки головки равномерно по окружности выполнены продольные дренажные каналы, связывающие зазор между посадочными плоскостями головки и корпуса с подпоршневым пространством, а на обращенной к шатуну поверхности поршневого кольца - радиальные канавки.
На фиг.1 и 2 приведены продольный разрез поршня, соответственно, по первому и второму варианту изобретения.
Поршень содержит головку 1 с пальцем 2, канавкой 3 и посадочной плоскостью 4, корпус 5 с дренажными каналами 6, отверстием 7 и посадочной плоскостью 8, пружину 9, поршневое кольцо 10, средство крепления головки в корпусе 11, рубашку 12.
При сборке поршня головка 1 с установленными в канавке 3 пружиной 9, а на плоскости 4 - поршневым кольцом 10, вставляется в отверстие 7 корпуса 4, после чего фиксируется одним из известных средств, например штифтом 11, с гарантированными усилием прижатия и остаточным продольным зазором. Величины усилия прижатия и продольного зазора зависят от типа и мощности двигателя и определяются экспериментально в ходе доводки и испытаний двигателя.
Основная сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая конструкция обеспечивает возможность свободного вращения и малых продольных перемещений головки относительно корпуса. Как следствие, последний оказывается в значительной степени разгружен от действующих на него со стороны головки тангенциальных сил и крутящих моментов, работает в облегченных условиях, что обусловливает повышение надежности и долговечности поршня.
Кроме того, за счет насосного эффекта, обусловленного малыми продольными колебаниями головки во время работы поршня, через зазоры между смежными поверхностями поршневого кольца, головки и корпуса в дренажные отверстия прокачивается масло, снимаемое со стенок цилиндра, что интенсифицирует охлаждение поршня.
Кроме того, выполнение головки и корпуса разъемными и подвижными друг относительно друга позволило использовать поршневое кольцо в виде плоской спирали, содержащей, по меньшей мере, три витка. Так как кольцо предлагаемой конструкции имеет большую площадь уплотняющей поверхности и не имеет сквозных радиальных стыков, то для обеспечения необходимой герметичности камеры сгорания оказалось достаточным одного кольца. Более того, это же кольцо одновременно служит и маслосъемным кольцом.
Другим преимуществом кольца предлагаемой конструкции является то, что оно, независимо от степени износа трущихся поверхностей, обеспечивает постоянство, усилия его прижатия к стенкам цилиндра и стабильность зазора между стенками цилиндра и поршня.
Второй вариант изобретения предназначен для использования в мощных, преимущественно, дизельных двигателях, в которых силы трения и кручения между стенками цилиндра и поршня значительно больше, чем в бензиновых двигателях малой и средней мощности. Применение дополнительной защитной рубашки обеспечивает увеличение долговечности дорогостоящего поршня, так как в первую очередь подвергается износу простая по конструкции, дешевая рубашка, которая путем замены, в случае необходимости, просто заменяется.
1. Составной поршень, включающий корпус, головку и, по меньшей мере, одно поршневое кольцо, отличающийся тем, что головка посредством осевого пальца с окружной канавкой, снабженного средствами его крепления в корпусе, подвижно, с возможностью вращения и продольного перемещения сочленена с корпусом поршня, при этом в окружной канавке головки установлена цилиндрическая пружина, а в зазоре, между посадочными плоскостями головки и корпуса - поршневое кольцо, выполненное в виде плоской спирали.
2. Составной поршень, включающий корпус, головку и, по меньшей мере, одно поршневое кольцо, отличающийся тем, что головка посредством осевого пальца с окружной канавкой, снабженного средствами его крепления в корпусе, подвижно, с возможностью вращения и продольного перемещения сочленения с корпусом поршня, при этом в окружной канавке головки установлена цилиндрическая пружина, а в зазоре, между посадочными плоскостями головки и корпуса - поршневое кольцо, выполненное в виде плоской спирали, а боковая поверхность корпуса облицована рубашкой.
