ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ БОЛЬШОГО СУДОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F02F3/22 

Настоящее изобретение относится к поршню для двигателя внутреннего сгорания, в частности, для большого судового дизельного двигателя, и такого типа, который в качестве элемента, передающего усилие от поршня штоку, имеет кольцевое ребро, составляющее единое целое с днищем поршня, причем в кольцевом пространстве между боковой стенкой поршня, которая отступает вниз от днища поршня и которая снабжена наружными поршневыми кольцами, и ребром расположены опорные элементы, которые заканчиваются внизу конической стенкой, которая снабжена каналами, простирающимися, по существу, параллельно оси поршня, через которые может проходить охлаждающее масло, причем коническая стенка, при взгляде на осевое сечение поршня, соединена с боковой стенкой при помощи закругленной части стенки.

Поршни этого типа используются в связи с низкоскоростными двухтактными дизельными двигателями с крейцкопфом. В течение многих лет было возможно увеличивать выходную мощность этих двигателей путем увеличения среднего рабочего давления. Это увеличение выходной мощности создает соответствующую нагрузку на днище поршня и, следовательно, на детали поршня, которые должны передавать усилие на шток поршня. Поскольку нагрузка динамична до очень высокой степени, опорные элементы поршня должны быть сконструированы с учетом противостояния образованию трещин. Повышенная нагрузка также вызывает повышенные требования к охлаждению поршня, в связи с чем усиление поршня не может производиться простым увеличением толщины стенок в подвергающихся нагрузкам местах. Особенно подверженной нагрузкам областью является переход между боковой стенкой поршня и опорными элементами, передающими силы от наружных областей днища поршня к передающему усилие ребру.

Задачей настоящего изобретения является создание поршня указанного во введении типа, в котором риск образования трещин в критической области уменьшен.

Согласно изобретению, эта задача решается созданием поршня, отличающегося предметом рассмотрения п. 1 формулы изобретения.

Неожиданно оказалось, что конструкция, в которой толщина боковой стенки поршня в критической области была уменьшена, привела в результате к уменьшению динамических растягивающих нагрузок на поршень. На практике уменьшенную толщину стенки получают вырезом части боковой стенки в месте, где опорные элементы с закруглением сходятся с боковой стенкой. Вырез и закругление влечет разделение подверженных наибольшим динамическим нагрузкам областей конструкции, что, несмотря на тот факт, что абсолютная нагрузка не уменьшается, приводит к значительному уменьшению риска образования трещин.

Согласно изобретению, закругленная часть стенки простирается в часть боковой стенки с уменьшенной толщиной. Благодаря этому признаку конструкции, радиус закругления может быть увеличен в сравнении с вариантами, упомянутыми во введении, и чувствительность к динамическим нагрузкам уменьшается.

Для разделения подверженных наиболее сильным нагрузкам секций в критическом районе между боковой стенкой поршня и конической стенкой закругленная часть, при взгляде на осевое сечение поршня, имеет, по существу, очертания круга, центр которого расположен так, что он находится дальше от оси поршня, чем любая часть каналов для охлаждения.

Согласно изобретению, предпочтительно, чтобы угол между конической стенкой и осью поршня составлял от 30 до 60^o. Под таким углом каналы для охлаждения будут иметь такую приблизительно эллиптическую поверхность пересечения с конической поверхностью, что может быть оптимально получено пригодное расстояние между подверженными сильным динамическим нагрузкам областями.

Устройство, соответствующее изобретению, в особенности пригодно для поршней с большой верхней частью, то есть когда часть боковой стенки, на которой расположены поршневые кольца, находится близко к нижнему концу боковой стенки. Согласно изобретению, область боковой стенки с уменьшенной толщиной стенки расположена ближе к днищу поршня, чем поршневые кольца.

Согласно изобретению, предпочтительно, чтобы область боковой стенки с уменьшенной толщиной простиралась приблизительно от 1/2 высоты поршневого кольца над самым верхним поршневым кольцом до закругленной секции стенки.

Область с уменьшенной толщиной стенки выполняется простой операцией токарной обработки, при этом, если область с уменьшенной толщиной образована закругленной частью стенки и конической поверхностью, угол между осью поршня и направляющей конической поверхности составляет 5 - 25^o.

Теперь изобретение будет описано подробно со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает половину осевого сечения первого варианта выполнения верхней части поршня согласно изобретению, и
фиг. 2 изображает половину осевого сечения второго варианта выполнения верхней части поршня согласно изобретению.

Верхняя часть поршня, показанная на фиг. 1, содержит днище 1 поршня, составляющее единое целое с обращенным вниз кольцевым ребром 2, которое приспособлено для крепления обращенной вниз торцевой поверхностью 3 к фланцу на штоке поршня при помощи болтов, ввинчиваемых в отверстия 4. Ребро 2, таким образом, служит для передачи сил, воздействующих на днище поршня, штоку поршня. Кроме того, как единое целое с днищем 1 поршня выполнена обращенная вниз боковая стенка 5, которая на части ее высоты снабжена рядом канавок 6, принимающих поршневые кольца. На нижней торцевой поверхности 7 боковой стенки 5 выполнен ряд резьбовых отверстий 8 для болтов, причем указанные отверстия служат для прикрепления донной части, которая составляет нижнюю сторону поршня и которая снизу закрывает внутреннее полое пространство поршня. В районе между боковой стенкой 5 и кольцевой стенкой 2 образовано кольцевое промежуточное пространство 9, которое вверху удлинено расположенными по кольцу каналами 10. Каналы 10 соединены с пространством 11 внутри кольцевой стенки 2 каналами 12. Охлаждающее масло, подающееся по каналу в штоке поршня вверх в центральное полое пространство 11, может впрыскиваться через каналы 12 в каналы 10, откуда масло через промежуточное пространство 9 подается в возвратный канал в штоке поршня.

Между каналами 10 расположены стенки 13, которые служат опорными элементами между боковой стенкой 5 и кольцевым ребром 2. Стенки 13 внизу заканчиваются конической стенкой 14, которая плавным закруглением 15 соединяется с кольцевым ребром 2. В верхнем конце коническая стенка соединяется с боковой стенкой 5 закруглением 16, которое составляет верхнюю границу части 17 боковой стенки 5 с уменьшенной толщиной. Снизу часть 17 ограничена конической стенкой 18. Закругление 15 имеет, предпочтительно, при взгляде на осевое сечение, круглый профиль с радиусом от 5 до 24 мм в зависимости от диаметра поршня. Центр окружности, предпочтительно, расположен на (или снаружи от) удлинения направляющей линии канала 10, расположенной на максимальном удалении от оси поршня. Область боковой стенки 5 с уменьшенной толщиной стенки служит для разгрузки подвергающихся наиболее сильным динамическим нагрузкам областей в переходе между конической стенкой 14 и конической стенкой 18 и в переходе между стенками 13 и конической стенкой 14. Хотя боковая стенка 5 ослаблена в области с уменьшенной толщиной стенки, достигается такое уменьшение динамической нагрузки, что риск образования трещин в критической области сводится к минимуму, частично благодаря увеличенной гибкости конструкции и частично благодаря более выгодному расположению подвергающихся наиболее сильным нагрузкам областей относительно друг друга. Вариант воплощения изобретения в особенности пригоден для выполнения поршней с большой верхней частью, то есть где поршневые кольца расположены далеко от днища 1 поршня. Предпочтительно, чтобы переход 19 между частью с уменьшенной толщиной стенки и остальной частью боковой стенки с поршневыми кольцами был расположен приблизительно на 1/2 высоты кольца выше верхней канавки 6 для поршневого кольца. Угол между осью поршня и конической стенкой 18 составляет, предпочтительно, от 5 до 25^o. Угол между конической стенкой 14 и осью поршня должен составлять от 30 до 60^o.

Фиг. 2 изображает другой тип поршня, в котором каналы 10 заменены кольцевым полым пространством 20. Полое пространство 20 ограничено опорной стенкой 13', которая в нижней части имеет коническую стенку 14. Опорная стенка 13' снабжена разнесенными каналами 10, по которым охлаждающее масло, протекающее по каналам 12 в полое пространство 20, может возвращаться в возвратный канал в штоке поршня.

Поршень, показанный на фиг. 2, как и поршень, соответствующий фиг. 1, снабжен частью 17 боковой стенки 5 с уменьшенной толщиной. На фиг. 2 использованы аналогичные ссылочные номера для аналогичных деталей, как и на фиг. 1, и эти детали не нуждаются в дополнительном описании. Эта часть таким же образом ограничена сверху закруглением, по существу, с круглым сечением при взгляде на осевое сечение, и с центром для радиуса кривизны, расположенным радиально снаружи от удлинения самой наружной в радиальном направлении направляющей линии канала 13' и предпочтительно на (или снаружи от) направляющей линии внутренней поверхности боковой стенки 5. Размеры части с уменьшенной толщиной стенки близки указанным в связи с фиг. 1.

Поршень для ДВС, который в качестве элемента для передачи усилия между поршнем и штоком поршня имеет кольцевое ребро, составляющее единое целое с днищем поршня, причем в кольцевом районе между боковой стенкой поршня, отступающей вниз от днища поршня и снабженной наружными поршневыми кольцами, и ребром выполнены опорные элементы, которые заканчиваются внизу конической стенкой, имеющей каналы, простирающиеся, по существу, параллельно оси поршня, через которые может протекать охлаждающее масло, и где коническая стенка при взгляде на осевое сечение поршня соединяется с боковой стенкой при помощи закругленной части стенки. Для уменьшения чувствительности к динамическим напряжениям в области перехода между опорными элементами и боковой стенкой боковая стенка имеет в закругленной части стенки уменьшенную толщину стенки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания, в частности, большого судового дизельного двигателя, и типа, который в качестве элемента для передачи усилия между поршнем и штоком поршня имеет кольцевое ребро, составляющее единое целое с днищем поршня и снабженное опорными элементами ребра, расположенными в кольцевой области между ребром и боковой стенкой поршня, которая обращена вниз от днища поршня и которая снабжена наружными поршневыми кольцами, причем опорные элементы ребра заканчиваются внизу конической стенкой, которая для прохождения охлаждающего масла имеет каналы, простирающиеся, по существу, параллельно оси поршня, причем указанная коническая стенка, как видно на осевом сечении поршня, соединена с боковой стенкой при помощи закругленной части стенки, осевое сечение которой имеет, по существу, конфигурацию круга, причем указанная закругленная часть стенки имеет известное распространение в часть боковой стенки с уменьшенной толщиной стенки и указанное распространение позволяет расположить центр указанного круга так, что он находится по радиусу дальше от оси поршня, чем любая часть каналов для охлаждения. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что область с уменьшенной толщиной стенки боковой стенки расположена ближе к днищу поршня, чем поршневые кольца. 3. Поршень по п. 2, отличающийся тем, что область боковой стенки с уменьшенной толщиной простирается от приблизительно 1/2 высоты поршневого кольца выше самого верхнего поршневого кольца до закругленной части стенки.