УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16C7/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано преимущественно в шатунно-поршневых группах двигателей внутреннего сгорания.

Известны методы охлаждения огневого днища поршней и зоны в районе верхнего компрессионного кольца /1/. К одной из конструктивных групп охлаждаемых поршней относится поршень по патенту фирмы "Deimeer-Benz", защищенный патентом ФРГ N 2539470 и аналогами (Франция N 2323022, США N 4142484 и Великобритания N 1512191). Поршень с тронком, имеющим внутреннюю аркообразную поверхность, в нижней части имеет желобковое устройство, предназначенное для сбора стекающего масла и повторного использования его за счет сил инерции. Охлаждающее масло подается как через сверления в шатуне и в его поршневой головке, так и через форсунку, жестко закрепленную в картере двигателя.

Однако в этом поршне наблюдается ограниченная качанием поршневой головки шатуна направленность струй масла, вытекающих из сверлений, а дополнительная установка в картере двигателя форсунки существенно усложняет подвод охлаждающего масла в полость поршня.

Также известен шатун, присоединенный шаровой головкой к поршню по заявке N 4854565, СССР, принятый за прототип, в котором охлаждение внутренней поверхности поршня в зоне размещения компрессионных колец достигается разбрызгиванием охлаждающего масла с помощью струйного разбрызгивателя реактивного действия. Струйный разбрызгиватель выполнен в виде ступицы с закрепленными на ней диаметрально противоположно посредством осей с каналами, по меньшей мере, двумя форсунками, выходной канал каждой из которых направлен в сторону поршня и расположен в тангенциальной, по отношению к траектории вращения форсунок, плоскости вращения, причем каналы противоположных форсунок направлены в разные стороны. Ступица выполнена с кольцевой полостью, соединенной с радиальными каналами для охлаждающей жидкости, связанными с осевыми каналами шатуна и выходными каналами форсунок, и установлена с возможностью вращения на шатуне ниже его поршневой шаровой головки.

Принципиальное отличие этого узла двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что струйный разбрызгиватель охлаждающей жидкости (моторного масла) не связан с картером двигателя и охлаждающее масло разбрызгивается вращающимися одноструйными форсунками в верхней и средней зонах полости поршня.

Однако применение такого шатуна в обычной конструкции оказывается недостаточно эффективным из-за перекрытия бобышками поршневого пальца и поршневой головкой шатуна части огневого днища на пути струй масла, вытекающих из вращающихся форсунок.

Целью изобретения является снижение уровня тепловой и механической нагрузок на поршень при повышении агрегатной мощности двигателя путем форсирования по среднему эффективному давлению и при использовании узлов с соединением кривошипной головки шатуна с поршнем посредством поршневого пальца.

Эта цель достигается тем, что поршневая головка шатуна выполнена с приливом в верхней части, а ступица струйного разбрызгивателя охлаждающего масла установлена на указанном приливе, форсунки выполнены в виде полых сферических элементов, в каждом из которых выполнена сферическая аккумулирующая полость и по меньшей мере два дополнительных сквозных отверстия, ориентированных в направлении днища поршня и расположенных под углом по отношению к выходным каналам форсунок прототипа и связанных через полость форсунок с радиальными каналами ступицы.

Ступица струйного разбрызгивателя закреплена с возможностью вращения на приливе поршневой головки шатуна посредством пальца, выполненного с головкой, стержень которого выполнен полым.

На наружной поверхности пальца выполнены резьбовой и посадочный участки и в зоне посадочного участка выполнены радиальные отверстия, соединяющие полость пальца с кольцевой полостью ступицы, а в приливе головки шатуна выполнено резьбовое отверстие для закрепления резьбового участка пальцев, соединенное с системой подводящих каналов шатуна.

Для снижения механических потерь на трение между торцовыми поверхностями ступицы и обращенными к ней опорными поверхностями головки пальца и прилива головки шатуна установлены подшипники скольжения или качения.

Такое выполнение струйного разбрызгивателя охлаждающего масла и присоединение его к приливу в верхней части поршневой головки шатуна позволяет обеспечить работу разбрызгивателя в свободной зоне поршня над бобышками поршневого пальца, а выполнение нескольких отверстий в каждой из форсунок - эффективное разбрызгивание охлаждающего масла на внутреннюю поверхность огневого днища и полную поверхность головки поршня в зоне размещения компрессионных колец.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен главный вид узла; на фиг. 2 вид струйного разбрызгивателя в плане; на фиг. 3- вид по стрелкам А-А (повернуто) на фиг. 2.

Шатун содержит стержень 1 с осевыми каналами 2, 3, сообщаемыми между собой кольцевой выточкой 4, выполненной в поршневой головке 5.

В верхней части поршневой головки выполнен прилив 6 с резьбовым отверстием 7, сообщаемым с каналом 3.

На торце прилива с кольцевыми подшипниками скольжения 8, 9 установлена ступица 10 струйного разбрызгивателя охлаждающего масла, выполненная как одно целое с двумя полыми сферическими форсунками 11, 12, расположенными диаметрально противоположно.

В осевом отверстии ступицы выполнена кольцевая полость 13, соединенная с радиальными каналами 14 и сферическими аккумулирующими полостями 15 форсунок.

В каждом сферическом элементе форсунки выполнены по меньшей мере три сквозных отверстия, соединенных с аккумулирующей полостью: отверстие 16, направленное под углом α к плоскости вращения ступицы, фиг. 6; вид по стрелкам А-А, и отверстия 17, 18, выполненные, в качестве одного из примеров, в вертикальной диаметральной плоскости ступицы с наклоном по отношению друг к другу, причем отверстие 17 вертикально направлено в сторону днища поршня.

Ступица струйного разбрызгивателя закреплена на приливе с возможностью вращения посредством пальца 19, выполненного с головкой. Стержень пальца выполнен полым и в зоне его посадочного участка выполнены радиальные отверстия 20, соединяющие полость 21 пальца с кольцевой полостью ступицы.

На наружной поверхности стержня пальца выполнен резьбовой участок для закрепления его в резьбовом отверстии прилива головки шатуна.

Для предотвращения развинчивания палец фиксирован штифтом 22, а для удобства установки пальца в его головке выполнен шлиц 23.

В качестве примера, иллюстрирующего выполнение узла двигателя внутреннего сгорания, на фиг. а изображен тонкостенный цельнолитой поршень 24 с огневым днищем 25, зоной размещения 26 компрессионных колец и карманом 27, к бобышкам 28 которого поршневым пальцем 29 присоединен шатун обычной конструкции с вышеописанным струйным разбрызгивателем охлаждающего масла.

Наряду с применением подшипников скольжения (поз. 8, 9) в двигателях, форсированных по оборотам, возможно применение подшипников качения.

Работает узел следующим образом. При пуске двигателя моторное масло по каналам 2, 3 стержня 1 шатуна поступает в полость 21 пальца 19 ступицы 10 струйного разбрызгивателя и через радиальные отверстия 20 поступает под давлением в кольцевую полость 13 ступицы. После заполнения маслом каналов 14 и аккумулирующих полостей 15 форсунок 12 масло в виде ориентированных струй (показаны стрелками) вытекает через отверстия 16, 17 и 18.

При этом давление масла в отверстиях 16 форсунок обеспечивает истечение струй масла с давлением Q (Вид по стрелкам А-А), наклоненных к плоскости вращения ступицы на угол a и образующих реактивные силы давления T = Q•cosα.

Направленная диаметрально противоположно, пара сил T T' образует реактивный момент вращения ступицы.

Наклоны шатуна на углы b, фиг. а и одновременное вращение ступицы вызывают сложный характер движения струй масла в подпоршневом пространстве над бобышками 28 поршневого пальца 29, носящий сложный характер, обеспечивающий набрызг масла на поверхность огневого днища 25, зону размещения 26 компрессионных колец и кармана 27 по всему периметру поршня.

Применение узла двигателя внутреннего сгорания устраняет необходимость выполнения в полости поршня каких-либо дополнительных конструктивных элементов, которые способствуют теплосъему в других известных поршнях, и применение для их охлаждения форсунок, присоединенных к картеру двигателя.

В связи с этим в предлагаемом узле конструкция поршня может быть выполнена предельно упрощенной, тем самым способствующей снижению уровня тепловой и механической нагрузок.

Использование: в двигателестроении, преимущественно в шатунно-поршневых группах двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: поршневая головка шатуна выполнена с приливом в верхней части, на торце которого установлен струйный разбрызгиватель охлаждающего масла реактивного действия. Разбрызгиватель содержит ступицу со сферическими форсунками, размещенными в диаметральной плоскости ступицы. Каждая из форсунок выполнена со сферическими аккумулирующими полостями и по меньшей мере двумя дополнительными отверстиями, помимо отверстий, служащих для вытекания струй охлаждающего масла с образованием момента вращения ступицы. Дополнительные отверстия ориентированы в направлении днища поршня, расположены под углом по отношению друг к другу, связаны через полости форсунок с радиальными каналами ступицы и направлены на охлаждаемые поверхности головки поршни над бобышками поршневого пальца. Ступица разбрызгивателя закреплена к приливу посредством пальца, стержень которого выполнен полым. В зоне посадочного участка стержня выполнены радиальные отверстия, соединяющие полость пальца с кольцевой полостью ступицы, а в приливе головки шатуна выполнено резьбовое отверстие для закрепления резьбового участка пальца, соединенное с системой подводящих каналов шатуна. Между торцевыми поверхностями ступицы и обращенными к ней опорными поверхностями головки пальца и прилива головки шатуна установлены подшипники скольжения или качения, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел двигателя внутреннего сгорания, содержащий шатун с кривошипной и поршневой головками, присоединенный пальцем к поршню, причем в головках шатуна выполнены кольцевые полости, сообщаемые между собой выполненным в стержне шатуна каналом, а в части поршневой головки, обращенной к днищу поршня, выполнен канал, сообщаемый с полостью головки, в котором охлаждение поршня достигается разбрызгиванием охлаждающей жидкости под давлением, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня тепловой и механической нагрузок на поршень при повышении агрегатной мощности двигателя путем форсирования по среднему эффективному давлению, в поршневой головке шатуна выполнен прилив и в последнем выполнен осевой канал, причем соосно с каналом выполнено резьбовое отверстие, на торце прилива с возможностью вращения в плоскости, нормальной к оси шатуна, установлена ступица струйного разбрызгивателя охлаждающего масла, снабженная по меньшей мере двумя форсунками, выполненными по сторонам ступицы в виде сферических элементов с аккумулирующими полостями и выходными отверстиями, служащими для образования реактивного момента вращения ступицы, и сообщенными с упомянутыми полостями, причем с этой целью выходные отверстия форсунок направлены противоположно, а каждое отверстие направлено под углом к плоскости вращения форсунок и к поверхности днища наряду с выходными отверстиями, в каждой из форсунок выполнено по меньшей мере два дополнительных отверстия, расположенных под углами к выходному отверстию и сообщаемых с аккумулирующей полостью, ступица струйного разбрызгивателя выполнена с центральным осевым отверстием и кольцевой полостью, выполненной в стенке отверстия, причем для сообщения кольцевой полости с аккумулирующими полостями форсунок в ступице и форсунках выполнены радиальные каналы, для установки ступицы струйного разбрызгивателя служит палец, выполненный в виде полого стержня с головкой и резьбовым и посадочными участками на наружной поверхности, причем в пальце в зоне его цилиндрического посадочного участка выполнены радиальные отверстия, сообщающие его полость с кольцевой полостью ступицы и резьбовым участком палец, установлен в резьбовом отверстии вышеупомянутого прилива с возможностью сообщения его полости с осевым каналом, выполненным в приливе. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что между опорными поверхностями ступицы струйного разбрызгивателя и обращенными к ним опорными поверхностями головки пальца и прилива головки шатуна установлены подшипники скольжения или качения. 3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения самоотвинчивания палец ступицы струйного разбрызгивателя фиксирован штифтом, установленным в соосных отверстиях, выполненных в пальце на резьбовом участке и в приливе поршневой головки шатунов.