ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОРШНЕЙ Российский патент 2020 года по МПК F02F3/22 

Изобретение касается поршня для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Из уровня техники, например, из выложенной заявки DE 10 2014 010 106 A1, известны поршни для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней. Такой поршень обычно расположен в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней. Поршень имеет юбку поршня, которая обычно также называется «тронком поршня». По-английски юбка поршня называется «piston skirt». Кроме того, поршень имеет присоединяющийся в осевом направлении поршня к юбке поршня пояс поршневых колец с по меньшей мере одним кольцевым пазом для поршневого кольца. Пояс поршневых колец является частью головки поршня.

Трение двигателя внутреннего сгорания складывается из трения основного двигателя (подшипник, поршневая группа) и приводной мощности вспомогательных агрегатов. Причем на поршневую группу приходится примерно 30% всего трения, при этом примерно 2/3 трения поршневой группы вызывает юбка поршня.

Трение юбки поршня подвергается влиянию разных влияющих величин. Например, трение юбки поршня зависит от частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, зазора между рабочей втулкой и юбкой поршня, а также формы юбки поршня.

Изобретение основывается, в частности, на том известном факте, что трение юбки поршня зависит также от вязкости масляной пленки между юбкой поршня и рабочей втулкой цилиндра. Вязкость зависит от сорта масла и температуры масла.

Таким образом, задачей изобретения является предоставить усовершенствованный поршень для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней, который позволит устранить недостатки традиционных поршней. Задачей изобретения является, в частности, предоставить поршень для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней, который позволит снизить трение юбки поршня.

Эти задачи решаются с помощью поршня для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются подробнее в последующем описании с частичной ссылкой на фигуры.

В соответствии с изобретением предоставляется поршень для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней, который установлен с возможностью движения скольжения в рабочей втулке цилиндра двигателя внутреннего сгорания и известным образом включает в себя головку поршня и юбку поршня. Юбка поршня служит для направления поршня в трубе цилиндра. Юбка поршня присоединяется в осевом направлении поршня к поясу поршневых колец. При этом осевое направление соответствует направлению движения поршня в цилиндре. Выше уже констатировалось, что юбка поршня называется также тронком поршня. Головка поршня называется также днищем поршня.

Головка поршня имеет окружной пояс поршневых колец с по меньшей мере одним кольцевым пазом для поршневого кольца, а также в области этого кольцевого паза – окружной гидравлический канал. Гидравлический канал обычно, а также в этом документе называется каналом охлаждения. Канал охлаждения выполнен для протекания по нему смазочного средства, в частности масла, и служит для охлаждения полости камеры сгорания, которая также называется полостью поршня. При этом нагретая вследствие процесса сгорания полость камеры сгорания нагревает смазочное средство. Все варианты осуществления в этом документе, когда в качестве взятого примера смазочного средства применяется масло, справедливы и для других смазочных средств.

На головке поршня может быть предусмотрена проточка для доступа, через которую смазочное средство может втекать в канал охлаждения. Также может быть предусмотрена сливная проточка, например, смещенная на 180° в окружном направлении относительно проточки для доступа, через которую смазочное средство может выходить из канала охлаждения.

В соответствии с общими аспектами изобретения канал охлаждения проходит от пояса поршневых колец до стенки юбки поршня. Таким образом, канал охлаждения расположен не только в области пояса поршневых колец, соответственно, головки поршня, но и проходит дальше вниз до области юбки поршня. «Вниз» означает здесь от головки поршня в направлении шатуна коленчатого вала, соответственно, в направлении поршневого пальца.

Проходящий до стенки юбки поршня канал охлаждения дает то преимущество, что смазочное средство, нагретое в канале охлаждения в области пояса поршневых колец, через канал охлаждения направляется до стенки юбки поршня, вследствие чего становится возможна передача энергии для нагрева юбки поршня. Достигнутый таким образом дополнительный нагрев юбки поршня повышает температуру масляной пленки между юбкой поршня и рабочей втулкой цилиндра, вследствие чего достигается уменьшение трения юбки поршня. Чем выше температура масляной пленки между юбкой поршня и рабочей втулкой, тем ниже трение юбки поршня. В частности, при режимах эксплуатации с очень высокой нагрузкой нижняя область канала охлаждения позволяет уменьшать температуру тронка поршня и таким образом избегать термического повреждения масляной пленки между рабочей втулкой и тронком поршня. Соответственно этому обычному наименованию гидравлического канала как канал охлаждения проходящий в соответствии с изобретением до стенки юбки поршня участок этого гидравлического канала также называется как часть канала охлаждения, хотя этот участок служит для того, чтобы подводить смазочное средство, нагретое в верхней области канала охлаждения, к юбке поршня и нагревать ее, и поэтому, собственно, служит «каналом нагрева».

Канал охлаждения может проходить до стенки юбки поршня, расположенной под поясом поршневых колец. Канал охлаждения проходит предпочтительно под пояс поршневых колец. Юбка поршня может иметь пальцевую бобышку для помещения поршневого пальца. Канал охлаждения в области пояса поршневых колец может выполнен окружным, т.е. канал охлаждения проходит в окружном направлении поршня, предпочтительно проходя по окружности на 360°, так что канал охлаждения в поясе поршневых колец проходит кольцеобразно. Предпочтительно нижняя часть канала охлаждения, т.е. та часть, которая проходит, начинаясь от канала охлаждения в области пояса поршневых колец до стенки юбки поршня, не выполнена проходящей по окружности на 360°.

По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления канал охлаждения проходит до нижней, обращенной от пояса поршневых колец концевой области стенки юбки поршня, чтобы таким образом можно было нагревать юбку поршня по всей ее осевой длине. Альтернативно канал охлаждения может проходить по меньшей мере на 50% осевой длины юбки поршня, более предпочтительно по меньшей мере на 2/3 осевой длины или также предпочтительно по меньшей мере на 4/5 осевой длины юбки поршня.

Выше уже упоминалось, что юбка поршня имеет по меньшей мере одну пальцевую бобышку для помещения поршневого пальца. По другому варианту осуществления канал охлаждения может проходить в осевом направлении до высоты указанной по меньшей мере одной пальцевой бобышки. Особенно предпочтительно, когда канал охлаждения в осевом направлении поршня проходит до нижнего конца пальцевой бобышки. При этом нижним концом пальцевой бобышки является тот, который обращен к воздействующему на поршень шатуну.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления канал охлаждения в области стенки юбки поршня по меньшей мере одним первым проходным отверстием гидравлически соединен с рабочей втулкой для поршня. Другими словами, юбка поршня, соответственно, стенка юбки поршня имеет проходное отверстие, напр., в виде проходной проточки, через которое смазочное средство из канала охлаждения может попадать к рабочей втулке поршня. Благодаря этому горячее смазочное средство, нагретое в верхней области канала охлаждения, в канале охлаждения может направляться прямо к юбке поршня, так что возможно еще более эффективное повышение температуры юбки поршня. Благодаря этому, следовательно, может достигаться еще лучшее уменьшение трения юбки поршня. Таким образом, через указанное по меньшей мере одно первое проходное отверстие нагретое смазочное средство может переходить на рабочую поверхность поршня. Указанное по меньшей мере одно первое проходное отверстие может быть расположено в осевом направлении в средней области юбки поршня, предпочтительно на средней высоте юбки поршня.

По одному из предпочтительных вариантов этого варианта осуществления в канале охлаждения расположено ребро, таким образом, что поток масла к рабочей втулке усиливается. Это ребро ниже называется маслоуловительным ребром. Термин «ребро для улавливания смазочного средства» должен рассматриваться как равнозначный этому. Это может, в частности, реализовываться таким образом, что маслоуловительное ребро расположено в канале охлаждения так, что часть масла, возвратно-поступательно разбрасываемого в канале охлаждения вследствие движения поршня, попадает на маслоуловительное ребро, соответственно, повисает на маслоуловительном ребре и направляется маслоуловительным ребром к указанному по меньшей мере одному первому проходному отверстию. Возвратно-поступательное разбрасывание смазочного средства в канале охлаждения вследствие движения поршня вверх и вниз называется также «встряхиванием». Таким образом, маслоуловительное ребро расположено в области указанного по меньшей мере одного первого проходного отверстия так, что часть смазочного средства при встряхивании маслоуловительного ребра остается подвешанным и потом может течь по ребру к по меньшей мере одному первому проходному отверстию.

Ребро может выдаваться от стенки юбки поршня, начинаясь от стенки юбки поршня, в направлении внутренней области поршня. Ребро может быть также выполнено в виде перегородки или выступающей части, которая, начинаясь от стенки юбки поршня, выдается от стенки юбки поршня в направлении внутренней области поршня.

Маслоуловительное ребро может быть при этом расположено предпочтительно на высоте указанного или непосредственно примыкая к указанному по меньшей мере одному первому проходному отверстию. Так масло, попадающее на маслоуловительное ребро, может эффективно направляться к по меньшей мере одному первому проходному отверстию.

Особенно предпочтительно, когда маслоуловительное ребро расположено так, что нижняя кромка первого проходного отверстия расположена в осевом направлении, будучи смещена вниз относительно горизонтальной поверхности, улавливающей масло, соответственно, смазочное средство. Это дает то преимущество, что даже при низком уровне масла на маслоуловительном ребре уже освобождается большое переходное поперечное сечение в направлении первого проходного отверстия. Предпочтительно первое проходное отверстие выполнено при этом в виде проходной проточки, таким образом, что эта проходная проточка на внутренней стороне юбки поршня доходит до области маслоуловительного ребра и там образует канальную выемку в виде открытого канала для приема улавливаемого масла, соответственно, смазочного средства.

По другому, особенно предпочтительному варианту в канале охлаждения в области стенки юбки поршня может быть предусмотрено по меньшей мере одно второе проходное отверстие, через которое канал охлаждения гидравлически соединен с рабочей втулкой. Указанное по меньшей мере одно первое проходное отверстие и указанное по меньшей мере одно второе проходное отверстие в осевом направлении поршня расположены на соответственно противоположных сторонах маслоуловительного ребра. Это дает то преимущество, что смазочное средство, которое повисает на маслоуловительном ребре при движении поршня вверх, а также смазочное средство, которое повисает на маслоуловительном ребре при движении поршня вниз, может переходить на рабочую поверхность поршня. Так, при встряхивании смазочного средства смазочное средство, повисающее на верхней стороне маслоуловительного ребра, может переходить на рабочую поверхность через те или те самые проходные отверстия, которые расположены, примыкая к верхней стороне маслоуловительного ребра, в то время как смазочное средство, которое повисает на нижней стороне маслоуловительного ребра при движении поршня вниз, может переходить на рабочую поверхность через те или те самые проходные отверстия, которые расположены в осевом направлении, примыкая к маслоуловительному ребру снизу.

Маслоуловительное ребро по этому другому варианту расположено, таким образом, между указанным по меньшей мере одним первым проходным отверстием и указанным по меньшей мере одним вторым проходным отверстием, предпочтительно в каждом случае непосредственно примыкая и/или рядом с указанным по меньшей мере одним первым проходным отверстием и указанным по меньшей мере одним вторым проходным отверстием. Предпочтительно несколько таких первых и/или вторых проходных отверстий расположены, будучи распределены в окружном направлении, предпочтительно по круговой линии, для повышения теплопередачи от канала охлаждения к рабочей втулке.

Маслоуловительное ребро может быть выполнено на примыкающей к каналу охлаждения стенке юбки поршня в окружном направлении поршня, проходя по окружности. При этом окружное направление лежит в плоскости, перпендикулярной осевому направлению поршня.

Кроме того, маслоуловительное ребро может иметь проходящий по окружности на стенке юбки поршня и распространяющийся в радиальном направлении поршня первый участок и распространяющийся в осевом направлении поршня второй участок, при этом второй участок расположен у концевой области первого участка, обращенной от стенки юбки поршня. Это позволяет особенно эффективно улавливать возвратно-поступательно разбрасываемое смазочное средство и подводить улавливаемое смазочное средство к соответствующему проходному отверстию в юбке поршня. При этом радиальное направление перпендикулярно осевому направлению.

При этом другая предпочтительная возможность реализации маслоуловительного ребра в соответствии с изобретением предусматривает, что второй участок маслоуловительного ребра распространяется в осевом направлении как в направлении головки поршня, так и в противоположном направлении, т.е. в направлении коленчатого вала. Этот вариант осуществления особенно предпочтителен, когда смазочное средство как при движении поршня вверх, так и при движении вниз должно частично улавливаться и подводиться к какому-либо проходному отверстию.

По другому предпочтительному варианту осуществления стенка юбки поршня на стороне, обращенной к каналу охлаждения, может иметь профилирование, причем это профилирование предпочтительно образовано желобчатой структурой. Профилирование увеличивает поверхность стенки канала охлаждения со стороны юбки поршня, благодаря чему увеличивается теплопередача к юбке поршня через повисающее на профилировании смазочное средство.

По другому предпочтительному варианту осуществления юбка поршня на своей наружной поверхности может иметь углубление, которое окружает концевую область, т.е. концевую область, примыкающую к рабочей втулке поршня, указанного по меньшей мере одного проходного отверстия. Под наружной поверхностью юбки поршня понимается поверхность юбки поршня, обращенная к рабочей втулке. Углубление может быть выполнено в виде паза или желоба. Углубление может быть, в частности, выполнено в виде широкого мелкого желоба. Это уменьшает также площади сдвига текучей среды.

Соответствующее углубление может быть также предусмотрено для указанного по меньшей мере одного второго проходного отверстия. Углубление улучшает распределение смазочного средства, выходящего из концевой области указанного по меньшей мере одного первого проходного отверстия и/или указанного по меньшей мере одного второго проходного отверстия, между рабочей втулкой и юбкой поршня.

По другому предпочтительному варианту осуществления может быть предусмотрено другое проходное отверстие, в частности проходная проточка, которая предусмотрена на стенке канала охлаждения, расположенной противоположно юбке поршня. Это проходное отверстие ниже называется проточкой для возврата смазочного средства. Через эту проточку для возврата смазочного средства смазочное средство может возвращаться во внутреннюю область поршня. Оно предпочтительно размещено так, что в канале охлаждения устанавливается предпочтительный для переноса температуры уровень масла, что, например, может реализовываться путем корректировки расстояния от проточки для возврата смазочного средства до нижнего конца канала охлаждения.

Причем это проходное отверстие в осевом направлении поршня расположено на расстоянии от нижнего конца канала охлаждения и ниже указанного по меньшей мере одного первого проходного отверстия. Нижним концом канала охлаждения является тот, который дальше всего удален от головки поршня. Таким образом, проточка для возврата смазочного средства расположена на стороне канала охлаждения, обращенной к внутренней стороне поршня.

Особенно предпочтительно, когда проточка для возврата смазочного средства проходит от стенки канала охлаждения наклонно вниз к внутреннему пространству поршня, так как это технологически предпочтительно, потому что в этом случае нет необходимости в приспособлении для проточки с угловой головкой.

По другому предпочтительному варианту осуществления участок стенки канала охлаждения, который соединяет верхнюю область канала охлаждения, выполненную, проходя по окружности в области пояса поршневых колец, с нижней областью канала охлаждения, которая примыкает к стенке юбки поршня, выполнен так, что смазочное средство разбрасывается к стенке юбки поршня. Эта часть стенки канала охлаждения ниже называется переходным участком стенки. Переходный участок стенки предпочтительно выполнен так, что он образует спуск. Например, переходный участок стенки канала охлаждения выполнен так, что он имеет участок, проходящий наклонно вниз в направлении юбки поршня, к которому в нижней области канала охлаждения примыкает проходящая более круто по сравнению с ним вниз стенка канала охлаждения, расположенная противоположно юбке поршня, при этом переходная область между участком стенки канала охлаждения и проходящей более круто относительно него вниз стенкой образует кромку. Проходящий наклонно вниз участок переходного участка стенки может, например, иметь форму боковой поверхности усеченного конуса. Таким образом, при этом варианте осуществления смазочное средство при встряхивании особенно эффективно разбрасывается к стенке юбки поршня, так что улучшается теплопередача.

Другой аспект изобретения касается системы, включающей в себя поршень, как описано в этом документе. Эта система включает в себя насос для смазочного средства с регулируемым расходом, который предусмотрен для снабжения поршня смазочным средством, и устройство управления насосом для смазочного средства, причем это устройство управления выполнено, чтобы, в зависимости от рабочего параметра двигателя внутреннего сгорания, из которого может выводиться текущая нагрузка двигателя, управлять или регулировать расход смазочного средства для снабжения поршня смазочным средством, таким образом, чтобы при первом значении этого рабочего параметра, которое соответствует первой нагрузке двигателя, устанавливался первый расход, а при втором значении этого рабочего параметра, соответствующем второй нагрузке двигателя, которая больше, чем первая нагрузка двигателя, устанавливался второй расход, который больше, чем первый расход. Таким образом расход масла через форсунку для распыления масла может регулироваться так, чтобы в канале охлаждения устанавливалась предпочтительная температура масла. При малой нагрузке двигателя устанавливается, таким образом, малый расход смазочного средства, а при большой нагрузке двигателя устанавливается, таким образом, соответственно большой расход смазочного средства.

Другой аспект изобретения касается автомобиля, в частности автомобиля промышленного назначения, имеющего поршень, как раскрыто в этом документе.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения могут произвольно комбинироваться друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Показано:

фиг.1: зависимость температуры трения юбки поршня от температуры масла;

фиг.2: частичное сечение поршня по одному из вариантов осуществления;

фиг.3: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления;

фиг.4A: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления;

фиг.4B: увеличенное изображение вида A фиг.4A;

фиг.5: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления;

фиг.6: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления;

фиг.7: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления;

фиг.8: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления; и

фиг.9: частичное сечение поршня по другому варианту осуществления.

Одинаковые или функционально эквивалентные элементы на всех фигурах обозначены одними и теми же ссылочными обозначениями и отчасти особо не описываются.

Фиг.1 иллюстрирует трение юбки поршня в зависимости от температуры масла между юбкой поршня и рабочей втулкой. По оси абсцисс нанесена температура масла. При этом по оси ординат нанесено соответствующее среднее давление трения. Форма 11 кривой соответствует частоте вращения двигателя 1200 об./мин., а форма 12 кривой - частоте вращения двигателя 1800 об./мин. Как видно из графика фиг.1, среднее давление трения с возрастающей температурой масляной пленки падает. Чтобы минимизировать это трение юбки поршня, в соответствии с изобретением нагретое возвратное масло из канала охлаждения поршня целенаправленно направляется к юбке поршня. Благодаря этому повышается температура масляной пленки между поршнем и рабочей втулкой, что ведет к более низкому трению.

На фиг.2 показано частичное сечение первого варианта осуществления изобретения. Поршень 20 включает в себя головку 5 поршня, которая имеет проходящий по окружности пояс 6 поршневых колец. Пояс 6 поршневых колец включает в себя по меньшей мере один кольцевой паз 6a для поршневого кольца. В показанном примере осуществления предусмотрены три кольцевых паза 6a. Под этими тремя кольцевыми пазами расположен также компенсационный паз. В осевом направлении A к поясу 6 поршневых колец снизу присоединяется юбка 1 поршня, которая, в противоположность поясу 6 поршневых колец, выполнена, не полностью проходя по окружности. Таким образом, поршень 20 не выполнен в виде поршня со сплошной юбкой. Юбка 1 поршня оперта с возможностью скольжения в рабочей втулке цилиндра, при этом стенка 10 юбки поршня возвратно-поступательно скользит по рабочей втулке при движении поршня. Поршень 20 оперт в соответствующем цилиндре (не изображено) блока поршневых цилиндров (не изображено) двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней. Юбка 1 поршня имеет при этом по меньшей мере одну пальцевую бобышку 8 для помещения поршневого пальца. Опертый на коленчатый вал шатун (не изображено) с помощью такого поршневого пальца шарнирно соединен с поршнем 20, чтобы посредством этого шарнирного соединения преобразовывать поступательные движения поршня 20 в цилиндре во вращательные движения коленчатого вала вокруг его оси вращения.

На фиг.2 можно видеть также, что поршень 20 имеет полость 7 поршня, называемую также полостью камеры сгорания. Полость 7 поршня выполнена в виде так называемой омега-полости. Это означает, что полость 7 поршня имеет поперечное сечение, которое по меньшей мере по существу имеет форму «ω». Кроме того, на фиг.2 можно видеть, что поршень 20 в поясе поршневых колец имеет участок 3 канала охлаждения, по которому, например, может протекать смазочное средство, в частности масло. С помощью этого смазочного средства в участке 3 канала охлаждения может охлаждаться головка 5 поршня. Однако в противоположность традиционным поршням 20, этот поршень включает в себя канал 2 охлаждения, который проходит от пояса 6 поршневых колец, соответственно, от головки поршня до стенки 10 юбки поршня.

Поэтому канал 2 охлаждения включает в себя верхний участок 3, который находится в области пояса 6 поршневых колец, а также нижний участок 4, который находится в области юбки 1 поршня и примыкает к стенке 10 юбки поршня. В противоположность верхнему участку 3 канала 2 охлаждения, который выполнен, проходя по окружности на 360°, нижний участок 4 канала 2 охлаждения выполнен, не полностью проходя по окружности, что обусловлено рабочей поверхностью поршня 20, выполненной не полностью окружной.

В показанном примере осуществления нижняя область участка 4 канала 2 охлаждения проходит в осевом направлении A поршня до нижнего конца 8 пальцевой бобышки, соответственно, по существу почти по всей осевой длине юбки 1 поршня. Как верхний участок 3, так и нижний участок 4 канала 2 охлаждения проходят по периметру по наружной стенке поршня 20. Вариант осуществления фиг.2 дает то преимущество, что смазочное средство, которое втекает в канал 2 охлаждения в верхней области 3, охлаждает головку 5 поршня и при этом нагревается. Вследствие возвратно-поступательного движения поршня между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой смазочное средство в канале 2 охлаждения возвратно-поступательно разбрасывается («встряхивается»), так что нагретое в верхней области 3 канала охлаждения смазочное средство достигает также стенки 10 юбки 1 поршня и при этом нагревает ее. Вследствие нагрева стенки 10 юбки поршня масляная пленка, которая находится между наружной стороной 13 юбки поршня и рабочей втулкой, тоже нагревается, благодаря чему ее эффект трения уменьшается. Таким образом может достигаться эффективное снижение трения юбки поршня.

На фиг.2 также можно видеть, что переход между верхней областью 3 канала 2 охлаждения и нижней областью 4 канала 2 охлаждения выполнен так, что смазочное средство направляется по переходному участку 9 стенки канала 2 охлаждения. Переходный участок 9 стенки расположен на стороне канала 2 охлаждения, обращенной к внутренней стороне поршня, и соединяет верхнюю область 3 канала охлаждения с нижней областью 4 канала охлаждения. Переходный участок 9 стенки проходит прямо наклонно вниз, при этом в конце переходного участка 9 стенки на переходе к нижнему участку 4 стенки канала охлаждения выполнена кромка 15. Масло, текущее по переходному участку 9 стенки, на этой кромке 15 отбрасывается, спускаясь, к стенке 10 юбки 1 поршня, так что становится возможным эффективное смачивание стенки 10 юбки поршня смазочным средством.

На фиг.3 изображен второй вариант осуществления поршня 30.

При этом компоненты с одинаковыми ссылочными обозначениями соответствуют компонентам фиг.2 и особо не описываются. Соответствующее относится к фиг.4-9. В целях наглядности на некоторых из фигур были опущены ссылочные обозначения, которые, однако, могут быть аналогично взяты из других фигур.

Особенность варианта осуществления фиг.3 заключается в том, что в стенке 10 юбки поршня выполнены несколько проходных отверстий 31. Проходные отверстия 31 в виде проходных проточек выполнены в стенке 10 юбки 1 поршня на равных расстояниях по круговой линии на половине высоты тронка поршня. Через эти проходные отверстия 31 смазочное средство, которое отбрасывается в нижнюю область 4 канала 2 охлаждения, может переходить на рабочую втулку и там еще быстрее нагревать масляную пленку.

Фиг.4A и 4B иллюстрируют третий вариант осуществления изобретения. По этому варианту осуществления поршень 40 имеет непосредственно под проходными отверстиями 31 примыкающее к ним маслоуловительное ребро 41, которое проходит в виде части кольца по внутренней стороне стенки 10 юбки 1 поршня. Маслоуловительное ребро 41 имеет при этом первый участок 42, который закреплен на внутренней стороне стенки 10 юбки поршня и проходит там, проходя в окружном направлении по окружности, на определенной осевой высоте. Первый участок выдается при этом в радиальном направлении от стенки 10 и образует горизонтальную маслоуловительную поверхность 42a. На дистальном конце первого участка 42 сформирована указывающая вверх в осевом направлении A перегородка 43, длина которой по существу соответствует радиусу проходных отверстий 31. Верхняя кромка перегородки 43 обозначена ссылочным обозначением 43a. Такое маслоуловительное ребро 41 дает то преимущество, что масло, которое возвратно-поступательно разбрасывается при движении поршня, частично повисает на маслоуловительном ребре 41 и таким образом подводится к проходным отверстиям 31. Наличие маслоуловительных ребер повышает, таким образом, количество смазочного средства, которое при движении поршня направляется к рабочей втулке через проходные отверстия 31. Тем самым может повышаться эффект нагрева на рабочей втулке и вместе с тем дополнительно уменьшаться трение юбки поршня.

На фиг.4B в этой связи показан увеличенный радиальный вид вида A фиг.4A. Еще раз можно видеть, что в радиальном направлении к внутренней области поршня к проходному отверстию 31 присоединяется сначала первый участок 42 маслоуловительного ребра 41, и к дистальному концу первого участка 42 присоединяется проходящий в осевом направлении второй участок 43. При этом маслоуловительное ребро 41 расположено так, что нижняя кромка 31a, т.е. самое низкое место, проходного отверстия 31 в осевом направлении расположено, будучи смещено вниз относительно радиальной поверхности 42a, улавливающей масло, соответственно, смазочное средство, маслоуловительного ребра. Это дает то преимущество, что даже при низком уровне масла на маслоуловительном ребре уже освобождается большое переходное поперечное сечение в направлении проходного отверстия 31. При этом проходное отверстие выполнено в виде проходной проточки, таким образом, что эта проходная проточка на внутренней стороне юбки поршня доходит до области маслоуловительного ребра и там образует канальную выемку в виде открытого канала для помещения улавливаемого масла, соответственно, смазочного средства.

На фиг.5 показан четвертый вариант осуществления изобретения. Особенность поршня 50 этого варианта осуществления заключается в том, что, наряду с вышеописанными проходными отверстиями 31, предусмотрены другие проходные отверстия 51 (вторые проходные отверстия), которые, если смотреть в осевом направлении A, расположены ниже первых проходных отверстий 31 и предпочтительно в радиальном направлении расположены, будучи слегка смещены относительно проходных отверстий 31.

Другая особенность заключается в исполнении маслоуловительного ребра 52. Маслоуловительное ребро 52 имеет, в свою очередь, первый участок 54, который проходит в радиальном направлении от внутренней стороны стенки 10 юбки поршня. Однако теперь на дистальном конце первого участка 54 расположен проходящий в осевом направлении второй участок 53, который проходит в осевом направлении как вверх, так и вниз от первого участка 54. Маслоуловительное ребро 52 фиг.5 выполнено, таким образом, Т-образно. Это дает то преимущество, что при этом варианте осуществления смазочное средство улавливается маслоуловительным ребром как при движении поршня вверх, так и при движении вниз, и подводится либо к верхним проходным отверстиям 31, либо к нижним проходным отверстиям 51. Благодаря этому еще больше повышается подвод смазочного средства, нагретого в канале 2 охлаждения, к рабочей втулке, и вместе с тем еще больше улучшается эффект, уменьшающий трение.

Фиг.6 иллюстрирует пятый пример осуществления поршня 60. Особенность этого примера осуществления заключается в том, что внутренняя сторона стенки 10 юбки поршня имеет профилирование 61. Профилирование в настоящем случае выполнено в виде ребристой структуры. Благодаря этому увеличивается поверхность на внутренней стороне стенки 10 юбки 1 поршня, вследствие чего повышается теплопередача от масла к стенке 10 юбки 1 поршня.

Шестой вариант осуществления поршня 70 изображен на фиг.7. Особенность этого варианта осуществления заключается в том, что на наружной стороне 13 стенки 10 юбки 1 поршня предусмотрено углубление 71 в виде окружного паза или канавки, которая окружает проходные отверстия 31. Это углубление 71 имеет тот эффект, что лучше распределяется масло, выходящее через проходные отверстия 31 на рабочей втулке. Это, в свою очередь, ускоряет нагрев масляной пленки рабочей втулки и, таким образом, быстрее и эффективнее ведет к уменьшению трения юбки поршня.

Фиг.8 иллюстрирует седьмой вариант осуществления поршня 80. Особенность этого варианта осуществления заключается в том, что на внутренней стороне канала 2 охлаждения расположено проходное отверстие 82 (проточка для возврата смазочного средства). Эта проточка 82 для возврата смазочного средства расположена, в частности, на расстоянии от нижнего конца 4a нижней области 4 канала охлаждения и одновременно ниже проходных отверстий 31, посредством которых канал охлаждения гидравлически соединен с рабочей втулкой. Уровень масла в резервуаре 81 для смазочного средства может устанавливаться путем задания осевой высоты проточки 81 для возврата смазочного средства. Через проточку 82 для возврата смазочного средства смазочное средство, возвратно-поступательно разбрасываемое в канале 2 охлаждения, может снова возвращаться во внутреннее пространство поршня и таким образом снова подводиться к контуру циркуляции смазочного средства. Проточка 82 для возврата смазочного средства выполнена, наклонно нисходя, что дает технологические преимущества, так как таким образом при выполнении проточки 82 для возврата смазочного средства не требуется приспособление для протачивания под углом.

Подчеркивается, что варианты осуществления, показанные на фиг.2-8, могут по любому комбинироваться друг с другом. Это изображено, например, при помощи варианта осуществления поршня 90, показанного на фиг.9, у которого несколько из вышеописанных вариантов осуществления были скомбинированы в одном варианте осуществления.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры осуществления, для специалиста очевидно, что возможно выполнение разных изменений и использование в качестве замены эквивалентов без выхода из области изобретения. Дополнительно возможно выполнение многих модификаций без выхода из соответствующей области. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами осуществления, а должно включать в себя все примеры осуществления, которые попадают в область прилагаемых пунктов формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на охрану предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от пунктов формулы изобретения, на которые делалась ссылка.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Юбка поршня

2 Канал охлаждения

3 Верхний участок

4 Нижний участок

5 Головка поршня

6 Пояс поршневых колец

6a Кольцевой паз

7 Полость поршня

8 Пальцевая бобышка

9 Переходный участок стенки

10 Стенка юбки поршня

11 Зависящее от температуры масла трение юбки поршня при 1200 об./мин.

12 Зависящее от температуры масла трение юбки поршня при 1800 об./мин.

13 Наружная поверхность

14 Стенка

15 Кромка

20 Поршень

30 Поршень

31 Первое проходное отверстие

31a Нижняя кромка

40 Поршень

41, 52 Маслоуловительное ребро

42, 54 Первый участок маслоуловительного ребра

42a Маслоуловительная поверхность

42, 53 Второй участок маслоуловительного ребра

50 Поршень

51 Второе проходное отверстие

60 Поршень

61 Профилирование

70 Поршень

71 Углубление

80 Поршень

81 Смазочное средство

82 Проточка для возврата смазочного средства

90 Поршень

A Осевое направление

Изобретение относится к двигателестроению. Поршень (20) для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней включает в себя головку (5) поршня и юбку (1) поршня. Головка (5) поршня имеет окружной пояс (6) поршневых колец с по меньшей мере одним кольцевым пазом для поршневого кольца, а также в области пояса (6) поршневых колец – окружной канал (2) охлаждения. Канал (2) охлаждения проходит от пояса поршневых колец до стенки (10) юбки (1) поршня. Причем канал (2) охлаждения в области стенки (10) юбки (1) поршня по меньшей мере одним первым проходным отверстием (31) гидравлически соединен с рабочей втулкой для поршня. Поршень (20) имеет маслоуловительное ребро (41), которое расположено в канале (2) охлаждения таким образом, что часть масла, возвратно-поступательно разбрасываемого в канале охлаждения вследствие движения поршня, попадает на маслоуловительное ребро (41) и направляется маслоуловительным ребром (41) к указанному по меньшей мере одному первому проходному отверстию (31). Также раскрыты автомобиль и система для снабжения поршня автомобиля смазочным средством. Технический результат заключается в снижении трения юбки поршня. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Поршень (20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90) для двигателя внутреннего сгорания с поступательным движением поршней, включающий в себя головку (5) поршня и юбку (1) поршня, при этом головка (5) поршня имеет окружной пояс (6) поршневых колец с по меньшей мере одним кольцевым пазом для поршневого кольца, а также в области пояса (6) поршневых колец – окружной канал (2) охлаждения,

причем канал (2) охлаждения проходит от пояса поршневых колец до стенки (10) юбки (1) поршня, и

причем канал (2) охлаждения в области стенки (10) юбки (1) поршня по меньшей мере одним первым проходным отверстием (31) гидравлически соединен с рабочей втулкой для поршня,

отличающийся маслоуловительным ребром (41; 52), которое расположено в канале (2) охлаждения таким образом, что часть масла, возвратно-поступательно разбрасываемого в канале охлаждения вследствие движения поршня, попадает на маслоуловительное ребро (41; 52) и направляется маслоуловительным ребром (41) к указанному по меньшей мере одному первому проходному отверстию (31).

2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что канал (2) охлаждения проходит до нижней, обращенной от пояса (6) поршневых колец концевой области (4) стенки (10) юбки (1) поршня.

3. Поршень по п.1, отличающийся тем,

a) что юбка (1) поршня имеет по меньшей мере одну пальцевую бобышку (8) для помещения поршневого пальца; и

b1) что канал (2) охлаждения проходит в осевом направлении поршня до высоты указанной по меньшей мере одной пальцевой бобышки (8); и/или

b2) что канал охлаждения проходит в осевом направлении поршня до нижнего конца пальцевой бобышки (8).

4. Поршень по п.1, отличающийся тем, что указанное по меньшей мере одно первое проходное отверстие (31) расположено в осевом направлении на средней высоте юбки поршня.

5. Поршень по п.1, отличающийся тем,

a) что маслоуловительное ребро (41; 52) расположено на высоте указанного или непосредственно примыкая к указанному по меньшей мере одному первому проходному отверстию (31); и/или

b) что нижняя кромка (31a) первого проходного отверстия (31) расположена со смещением вниз относительно горизонтальной маслоуловительной поверхности (42a) маслоуловительного ребра (41; 52); и/или

c) что проходное отверстие представляет собой проходную проточку, которая доходит до области маслоуловительного ребра и там образует канальную выемку.

6. Поршень по п.1 или 5, отличающийся тем, что канал (2) охлаждения в области стенки (10) юбки поршня по меньшей мере одним вторым проходным отверстием (51) гидравлически соединен с рабочей втулкой, при этом указанное по меньшей мере одно первое проходное отверстие (31) и указанное по меньшей мере одно второе проходное отверстие (51) в осевом направлении (A) поршня расположены соответственно на противоположных сторонах маслоуловительного ребра (52).

7. Поршень по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что маслоуловительное ребро (41; 52) имеет проходящий по окружности на стенке юбки поршня и распространяющийся в радиальном направлении поршня первый участок (42; 54) и распространяющийся в осевом направлении поршня второй участок (43; 53), который расположен у концевой области первого участка (42; 54), обращенной от стенки юбки (1) поршня.

8. Поршень по п.7, отличающийся тем, что второй участок (53) маслоуловительного ребра (52) проходит в осевом направлении как в направлении головки поршня, так и в противоположном направлении.

9. Поршень по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что стенка (10) юбки поршня на стороне, обращенной к каналу (2) охлаждения, имеет профилирование (61), причем это профилирование (61) предпочтительно образовано желобчатой структурой.

10. Поршень по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что юбка (1) поршня на своей наружной поверхности (13) имеет окружающее концевую область указанного по меньшей мере одного первого проходного отверстия (31) углубление (71), например, в виде паза или желоба для распределения выходящего из концевой области первого проходного отверстия (31) смазочного средства между рабочей втулкой и юбкой (1) поршня.

11. Поршень по одному из пп.1-10, отличающийся проточкой (82) для возврата смазочного средства, которая предусмотрена на стенке (14) канала (2) охлаждения, расположенной противоположно юбке (1) поршня, причем эта проточка (82) для возврата смазочного средства в осевом направлении поршня расположена на расстоянии от нижнего конца (4a) канала (2) охлаждения и ниже указанного по меньшей мере одного первого проходного отверстия (31).

12. Поршень по п.11, отличающийся тем, что проточка (82) для возврата смазочного средства проходит от стенки (14) канала (2) охлаждения наклонно вниз к внутреннему пространству поршня.

13. Поршень по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что

a) переходный участок стенки канала (2) охлаждения,

a1) который расположен на стороне канала (2) охлаждения, обращенной к внутренней стороне поршня,

a2) соединяет верхнюю область (3) канала (2) охлаждения, выполненную, проходя по окружности, в области пояса (6) поршневых колец, с нижней областью (4) канала (2) охлаждения, которая примыкает к стенке (10) юбки (1) поршня,

a3) имеет проходящий наклонно вниз в направлении юбки (1) поршня участок (9), к которому в нижней области (4) канала охлаждения присоединяется более круто по сравнению с ним проходящая вниз стенка (14) канала (2) охлаждения, расположенная противоположно юбки (1) поршня,

b) при этом переходная область между участком (9) стенки канала охлаждения и более круто относительно него проходящей вниз стенкой (14) образует кромку (15).

14. Автомобиль, в частности автомобиль промышленного назначения, имеющий поршень по одному из пп.1-13.

15. Система для снабжения поршня автомобиля по п.14 смазочным средством, включающая в себя:

насос для смазочного средства с регулируемым расходом, который предусмотрен для снабжения поршня смазочным средством; и

устройство управления насосом для смазочного средства, причем это устройство управления выполнено, чтобы, в зависимости от рабочего параметра двигателя внутреннего сгорания, из которого может выводиться текущая нагрузка двигателя, управлять или регулировать расход смазочного средства для снабжения поршня смазочным средством, таким образом, чтобы при первом значении этого рабочего параметра, которое соответствует первой нагрузке двигателя, устанавливался первый расход, а при втором значении этого рабочего параметра, соответствующем второй нагрузке двигателя, которая больше, чем первая нагрузка двигателя, устанавливался второй расход, который больше, чем первый расход.