УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ ПОРШНЯ Российский патент 2003 года по МПК F16C5/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к кривошипно-шатунным механизмам (КШМ), преимущественно применяющимся в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и снабженным устройством для разгрузки поршня.

Известны различные устройства разгрузки, применяемые в КШМ ДВС, особенно дезаксиального типа, описанные в [1]. Их характерной особенностью является наличие специального механизма - крейцкопфа, предназначенного для восприятия бокового усилия, т.е. разгрузки поршня. Находят применение крейцкопфы как с односторонним, так и с двусторонним ползуном. Недостатком таких механизмов являются их увеличенные массогабаритные показатели, что недопустимо для ДВС. Наиболее близким к заявленному по технической сущности является устройство для разгрузки [2], где крейцкопф выполнен в виде пар тел качения, при этом каждая пара размещена по одну сторону от шарнирного соединения штока поршня с ползуном.

Недостатком данного устройства является его масса и габариты, поскольку фактически, несмотря на замену трения скольжения трением качения, поверхности трения (направляющие) остались в наличии и размещены между штоком поршня и шатуном, как и в традиционных крейцкопфах.

Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов подвижных частей при обеспечении простоты конструкции и увеличении надежности.

Это достигается тем, что во внутренней части юбки поршня выполнена канавка, в которой установлено антифрикционное кольцо, а подпоршневое пространство снабжено цилиндрической направляющей втулкой, установленной концентрично антифрикционному кольцу, имеющей прорези для прохода соответственно указанных бобышек с поршневым пальцем и шатуна и фланец, зажатый с помощью болтов между фланцами картера и цилиндра.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на фиг.1 и 2 представлено предложенное устройство в варианте с одноцилиндровым двигателем, разрез в плоскости, перпендикулярной коленчатому валу, поршень в верхней мертвой точке (ВМТ), на фиг.3 - разрез в плоскости колена кривошипа, поршень в ВМТ, на фиг. 4 - поршень в НМТ. На фиг.1-4 клапанный механизм не показан, чтобы не загромождать чертеж. На фиг.5 показано аксометрическое изображение направляющей втулки с фланцем и прорезями, на фиг.6 представлена кинематическая схема возможного ДВС с предложенным КШМТ, на фиг.7 показаны диаграммы сил, действующих при работе двигателя с традиционным КШМТ, на фиг.8 - то же, но с заявленным КШМ, на фиг.9 показано пространственное расположение цилиндров и клапанных зон двухрядного двигателя, кинематическая схема которого приведена на фиг.6.

Устройство для разгрузки поршня является составной частью ДВС и состоит из картера 1, нижней головки 2, шатуна 3, цилиндра 4, поршня 5 с компрессионными кольцами 6, в нижней внутренней части юбки 7 установлено антифрикционное кольцо 8, которое контактирует с цилиндрической направляющей втулкой 9 с прорезями 10, предназначенными для прохода бобышек, и прорезями 11, предназначенными для прохода шатуна между ВМТ и НМТ. Втулка имеет фланец 12, который зажат с помощью болтов между фланцами картера и цилиндра. Поршень снабжен поршневым пальцем 13, установленным в бобышках 14. С нижней головкой шатуна подвижно закреплен коленчатый вал 15. Направляющая втулка во фланце имеет крепежные отверстия 16. На схеме возможного ДВС показаны зоны нижних клапанов 17, зоны свечей 18 и зоны увеличенных по диаметру верхних клапанов 19.

Работа механизма происходит следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня 5 происходит вращение коленчатого вала 15. Действию нормальных по отношению к стенке цилиндра сил препятствует опора нижней части юбки поршня через кольцо 8 на цилиндрическую втулку 9. При этом через прорези 10 проходят бобышки 14 с пальцем 13, а шатуны 3 в промежутках между ВМТ и НМТ - через прорези 11 (при относительно тонких шатунах и подобранной геометрии - малом радиусе кривошипа - прорези 11 могут и отсутствовать). Закрепление втулки осуществляется фланцем 12 и крепежными болтами, проходящими через отверстия 16, которые одновременно крепят картер 1 и фланец цилиндра 4. Таким образом, по сравнению с известной диаграммой - фиг.7, где сила N ничем не уравновешена, в заявленном КШМ существует сила реакции N', которая обусловлена втулкой 9 и кольцами 8, которая уравновешивает действие силы N. Данный КШМ дает возможность реализовывать двухрядный ДВС с цилиндрами, оси которых параллельны, причем цилиндры одного ряда частично расположены между цилиндрами другого ряда - см. фиг.6 и 9. Возможное некоторое увеличение хода компенсируется высоким качеством продувки путем применения верхненижней системы клапанов - см. фиг.9.

Таким образом, данный КШМ с устройством разгрузки дает возможность реализовывать чрезвычайно компактный ДВС с компенсированными силами бокового давления на поршень, при этом широко используются апробированные и высоконадежные узлы цилиндропоршневых пар.

Применение данного КШМ возможно не только в дезаксиальных ДВС, но и целесообразно в обычных аксиальных ДВС, при этом повышается надежность и долговечность за счет разгрузки поступательной пары от действия нормальных сил и поддержания тем самым зазора между цилиндром и поршнем в заданных пределах. При этом габариты не увеличиваются, поскольку фактически в качестве крейцкопфа используется внутренняя полость поршня, а не специальный узел.

Источники информации
1. Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие. - М.: Машиностроение, 1989, с. 7, рис. 1-4.

2. А.с. СССР 889928 - Устройство для разгрузки поршня / В.Р. Сафронов - заявка 2118382/25-27 от 28.03.75, опубл. 15.12.81, бюл. 46.

Изобретение относится к кривошипно-шатунным механизмам, преимущественно применяющимся в двигателях внутреннего сгорания. Внутренняя нижняя сторона юбки поршня снабжена канавкой с антифрикционным кольцом, подпоршневое пространство снабжено цилиндрической направляющей втулкой, которая имеет прорези для прохода бобышек с поршневым пальцем и шатуна и фланец, зажатый с помощью болтов между фланцами картера и цилиндра. Изобретение направлено на уменьшение габаритов и массы подвижных частей при обеспечении простоты конструкции. Достижение технического результата - уменьшение габаритов - достигается за счет использования внутренней полости поршня в качестве крейцкопфа, что дает возможность построения двухрядных дезаксиальных двигателей, обладающих уменьшенными массогабаритными показателями по сравнению с V-образными. 9 ил.

Устройство для разгрузки поршня, содержащее картер, коленчатый вал, шатун, цилиндр, поршень с крышкой, юбкой, бобышками с поршневым пальцем, отличающееся тем, что во внутренней нижней части юбки поршня выполнена канавка, в которой установлено антифрикционное кольцо, а подпоршневое пространство снабжено цилиндрической направляющей втулкой, установленной концентрично антифрикционному кольцу, имеющей прорези для прохода соответственно указанных бобышек с поршневым пальцем и шатуна и фланец, зажатый с помощью болтов между фланцами картера и цилиндра.