СОСТАВНОЙ ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F02F3/18 

Настоящее изобретение относится к составному, т.е. состоящему из нескольких частей, охлаждаемому поршню для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части формулы изобретения.

Из ЕР 0604223 А1 известен поршень для дизельного двигателя, состоящий из нижней и верхней частей. При сборке поршня его верхняя часть привинчивается к его нижней части ввинчиванием предусмотренного на верхней части поршня по ее центру резьбового пальца в предусмотренное в нижней части поршня резьбовое отверстие. Для обеспечения при этом надежного и долговечного соединения собранных друг с другом верхней и нижней частей поршня подобное резьбовое соединение требуется стопорить контргайкой. Связанный с этим недостаток состоит в том, что при сборке поршня в промежуток между бобышками поршня из резьбового отверстия выступает лишь короткий конец резьбового пальца, на который достаточно трудно навинтить контргайку.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать составной охлаждаемый поршень, конструкция верхней и нижней частей которого обеспечивала бы возможность простого их соединения между собой без дополнительного применения контргайки или иных стопорных средств.

Указанная задача решается с помощью отличительных признаков пункта формулы изобретения. Благодаря предлагаемому в изобретении решению при привинчивании верхней части поршня к его нижней части тонкостенный снабженный резьбовым отверстием участок нижней части поршня выгибается или выпучивается по типу тарельчатой пружины, в результате чего после сборки поршня на резьбовой палец действует растягивающее напряжение, обеспечивающее надежное и долговечное соединение между собой верхней и нижней частей поршня.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж. На этом чертеже в разрезе показан предлагаемый в изобретении поршень, левая половина которого соответствует полуразрезу поршня плоскостью, в которой лежит продольная ось поршневого пальца, а правая половина - полуразрезу поршня плоскостью, совпадающей с направлением создания давления-противодавления.

Показанный на чертеже составной охлаждаемый поршень 1 состоит из верхней части 2, образующей днище с предусмотренной в нем ваннообразной камерой 3 сгорания и кольцевую стенку (головку) 4 с уплотнительным поясом 5 (поясом поршневых колец), и из нижней части 6, образующей коробчатую направляющую часть, или юбку, 7 с двумя соединенными с ней бобышками 8, в каждой из которых предусмотрено по отверстию 9 для не показанного на чертеже поршневого пальца. С внутренней стороны верхняя 2 и нижняя 6 части поршня ограничивают радиально внешний кольцевой канал 10 для охлаждения поршня и расположенный концентрично ему радиально внутренний кольцевой канал 11 для охлаждения поршня, при этом внешний канал 10 имеет по меньшей мере одно входное отверстие 12 для подвода в поршень охлаждающего масла и сообщается с внутренним каналом 11 по меньшей мере через один перепускной канал 13. Этот перепускной канал 13 может быть выполнен в виде сверленого отверстия. В одном из вариантов может быть предусмотрено, например, два таких перепускных канала 13, расположенных друг против друга. Внутренний канал 11 имеет по меньшей мере одно выходное отверстие 14, через которое охлаждающее масло может отводиться из канала 11.

Верхняя часть 2 поршня, во-первых, опирается кольцевой опорной поверхностью 15, которая расположена с обращенной от ваннообразной камеры 3 сгорания стороны верхней части 2 поршня, на верхнюю опорную поверхность 16 кольцевого опорного ребра 17 нижней части 6 поршня и, во-вторых, опирается расположенной с нижней стороны кольцевой стенки 4 торцовой (поперечной) поверхностью 18 на торцовую (поперечную) поверхность 19 кольцевого опорного ребра 20 нижней части 6 поршня. При этом опорные поверхности 15 и 16 образуют радиально внутреннюю плоскую и расположенную горизонтально, соответственно имеющую шатрообразную или тарельчатую форму опору 21, а торцовые поверхности 18 и 19 образуют расположенную соосно внутренней опоре 21 и горизонтально, соответственно также имеющую шатрообразную или тарельчатую форму радиально внешнюю опору 22.

Опорное ребро 20 выполнено ступенчатой формы, благодаря которой обеспечивается возможность центрирования верхней части 2 по выполненному снизу кольцевой стенки 4 с ее внутренней стороны цилиндрическому углублению 23, внутренняя стенка которого при сборке верхней и нижней частей поршня входит в контакт с цилиндрическим торцом 24 кольцевого опорного ребра 20 и внутренний диаметр которого должен быть при этом больше наружного диаметра цилиндрического торца 24 опорного ребра 20 на такую допустимую величину, которая исключает возникновение проблем при установке верхней части 2 поршня на его нижнюю часть 6.

Со своей обращенной от ваннообразной камеры 3 сгорания стороны верхняя часть 2 поршня имеет расположенный по ее центру палец 26, ось которого совпадает с продольной осью 25 поршня 1 и на конце 27 которого предусмотрена резьба 28. Участок 31, который расположен между кольцевым опорным ребром 17 нижней части 6 поршня и который вместе с верхней частью 2 поршня ограничивает внутренний канал 11 для охлаждения поршня, выполнен относительно тонкостенным и имеет в центре отверстие 29, ось которого совпадает с продольной осью 25 поршня 1 и в котором выполнена внутренняя резьба 30, соответствующая наружной резьбе 28 на пальце 26.

Благодаря такой конструкции при сборке поршня 1 требуется лишь ввинтить резьбовой палец 26 верхней части 2 поршня в резьбовое отверстие 29 на участке 31. При этом при свинчивании между собой верхней и нижней частей поршня относительно тонкостенный участок 31 благодаря своей упругости деформируется по типу тарельчатой пружины, и его центральная часть с расположенным в ней резьбовым отверстием 29 выгибается или выпучивается в направлении верхней части 2 поршня. Одновременно с этим при сборке верхней и нижней частей поршня удлиняется не имеющая резьбы способная растягиваться цилиндрическая часть резьбового пальца 26, что дополнительно повышает надежность соединения верхней части 2 поршня с его нижней частью 6. За счет этого обеспечивается также плотное прижатие друг к другу опорных поверхностей 15 и 16, образующих радиально внутреннюю опору 21, и плотное прижатие друг к другу торцовых поверхностей 18 и 19, образующих радиально внешнюю опору 22, и тем самым уплотнение внутреннего и внешнего каналов 10 и 11 для охлаждения поршня. Таким путем прочность соединения между собой верхней и нижней частей поршня удается повысить настолько, что для обеспечения их долговечного и надежного соединения отпадает необходимость в использовании дополнительных гаек, соответственно контргаек. Опытным путем было установлено, что предлагаемое в изобретении техническое решение обеспечивает достаточный при любых возможных рабочих условиях предварительный натяг обеих частей поршня.

Верхнюю часть 2 поршня можно изготавливать из устойчивого к окислению и/или теплостойкого конструкционного материала. Обычно в качестве такого материала используют сталь с содержанием хрома не менее 4% из группы марок химически стойкой стали согласно стандарту DIN EN 10027-2 (марки стали с номерами 1,4х хх), например марки нержавеющей, высокожаропрочной или жаростойкой стали, или же из группы марок легированной инструментальной стали, например марки легированной стали для горячей обработки.

Нижнюю часть 6 поршня изготавливают из стареющей ферритно-перлитной стали или из улучшаемой стали, обычно из стали марки 38MnVS6 или 42СrМо4 (согласно принятой в Германии классификации чугуна и стали "Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 101").

Составной охлаждаемый поршень для двс состоит из верхней и нижней частей, соединяемых между собой путем ввинчивания резьбового пальца, предусмотренного на верхней части поршня, в резьбовое отверстие, предусмотренное в нижней части поршня. Резьбовое отверстие расположено на участке нижней части поршня, выполненном тонкостенным настолько, что при свинчивании друг с другом обеих частей поршня он способен упруго деформироваться по типу тарельчатой пружины, благодаря чему для стопорения соединения собранных друг с другом верхней и нижней частей поршня отпадает необходимость в использовании дополнительных стопорных средств, таких, например, как контргайка. 1 ил.

Составной охлаждаемый поршень (1) для двигателя внутреннего сгорания, который состоит из верхней части (2) с кольцевой стенкой (4) и уплотнительным поясом (5) и из нижней части (6), которая в сборе с верхней частью (2) ограничивает радиально внешний кольцевой канал (10) для охлаждения поршня и расположенный концентрично ему радиально внутренний кольцевой канал (11) для охлаждения поршня и образует коробчатую юбку (7) поршня с двумя соединенными с ней бобышками (8), и у которого верхняя часть (2) со своей обращенной к нижней части (6) стороны имеет резьбовой палец (26), ось которого совпадает с продольной осью (25) поршня (1), а нижняя часть (6) со своей обращенной к верхней части (2) стороны имеет резьбовое отверстие (29), ось которого совпадает с продольной осью (25) поршня и внутренняя резьба (30) которого соответствует наружной резьбе (28) на резьбовом пальце (26), при этом резьбовой палец (26) и резьбовое отверстие (29) расположены в таком положении, в котором для сборки верхней части (2) поршня с его нижней частью (6) обеспечивается возможность ввинчивания резьбового пальца (26) в резьбовое отверстие (29), отличающийся тем, что резьбовой палец (26) образует радиально внутреннее ограничение радиально внутреннего канала (11) для охлаждения поршня, а резьбовое отверстие (29) выполнено на ограничивающем радиально внутренний канал (11) для охлаждения поршня участке (31) нижней части (6) поршня, выполненном тонкостенным настолько, что он способен деформироваться по типу тарельчатой пружины.