Поршневая машина Советский патент 1990 года по МПК F02F3/00 

рабочего хода, Mamiiia содержит коленчатый вал Ss установленный в. блоке ..С возможностью вращения вокруг оси, поршень 1, размещенный в цилиндре 3 и шатун 2, один конец которого связан с поршнем при помощи резьбы 6 а другой - с коленчатым вгшом 8, поршень 1 выполнен в виде .усеченной Сферы с плоским сплошньш днишем 12, его наружная поверхность 4 выполнена с максимальным диаметром, равным диаметру цилиндра 3 поршень имеет полу юбку 14,.открытую в сторону нижнего

среза, и снабжен радиальными ребрами жесткости, связываюпюми днише поршня, юбку и место соединения поршня и шатуна 2. При работе двигателя наружная поверхность 4 во время его движения постоянно остается в контакте с внутренней поверхностью цилиндра 3, причем во время качательного движения поршня контакт боковой поверхности поршня со стенкой цилиндра 3 не нарушается, т.е. сферическая поверхность поршня выполняет Функции сплошного уплотнения. 1 з.п.Ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к машиностроении, а именно г пвигателестро- ению, может быть использовано при проектировании поршней и шатунов двигателей внутреннего сгорания, позволяет повысить КПД, снизить вес поршня, динамические нагрузки и получить большую мощность при заданной длине сл с О) 04

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области дви-- 2 гателестроения, и может быть использовано при проектировании поршней и шатунов двигателей внутреннего сгорания (две). .

Целью изобретения является повы- 2

кие КПД.

На Фиг. 1 показан поршень и шатун

в сборе с цилиндром, частичный разрез-,

.на ФИГ. 2 - поршень и шатун, общин вид , на ФИГ. 3 то, же, вертикальный разрез , на Фиг. 4 - детальный диа метральный разрез поршня; на Фиг. J поршень, вид сверху; на Фиг. 6 - поршень с радиальными ребрами жесткости, вид сни9У на Фиг. 7 - поршень с кольцевыми ребрами жесткости, вид снизу, на Фиг.8 - поршень с усиленным нижним буртом, частичный разрез,вид сни- на.г.9 - поршень в верхней мертвой (ВКГ);.нафиг.10 - -- -ДР-

. поворота на. 90 от ВМТ;на фиг. 1.1 тоже, в мертвой точке (ШТ), на Фиг. 12 - то же, при повороте на ./и

от ВКГ.

. Поршневая машина содержит поршень

1 шатун 2, размещенные в цилиндре 3, и еюшем круглое поперечное сечение.

. наружная поверхность 4 поршня 1 находится в контакте с внутренней поверхностью

5 цилиндра 3.

Поршень 1 одним концом жестко свя зан с шатуном 2 при помощи резьбы 6, а другим концом - с шатунной шейкой 7 вращаюшегося коленчатого вала и. Шатун 2 соединен с шейкой 7 коленча- того вала 8 с помощью съемной крьш1- ки 9 и бйлтов 10. Вес поршня 1 и шатуна 2 уравновешивается противове сом П .

Наружная поверхность 4 боковой стенки поршня 1 имеет конфигурацию усеченной с двух сторон сферы (фиг.1). Диаметр образующей боковую поверхность поршня сферы равен внутреннему диаметру цилиндра 3. Сверху днише 12 поршня 1 может быть плоским. Снизу боковая поверхность 4 заканчивается короткой скошенной внутрь поршня Фаской 13. Фаска 13 скошена под таким углом, что между юбкой 14 и сферической боковой стенкой поршня образуется жесткая линия излома 15. Юбка 14 поршня 1 может иметь сферическую поверхность , радиус которой меньше сферической наружной поверхности 4 боковой стенки поршня 1. В этом случае переход между поверхностями боковой стенки и юбки получается плавным и никакой линии излома не образуется.

Поршень 1 и шатун 2 (Фиг.2) соединяются между собой резьбовым хвостовиком 16, выполненным на верхнем конце шатуна 2. и соответствуюшей резьбовой втулкой 17 поршня 1, Соединительная втулка 17 поршня 1 представляет собой цилиндрический элемент с отверсти-ем 18, в котором нарезана резьба 6. На нижнем конце соединительной втулки 17 выполнен скощенный поясок 19. На шатуне 2, ниже его резьбового хвостовика 16, имеется кольцевой буртик 20, верхняя поверхность 21 которого скошена к оси шатуна.,

При установке поршня 1 на шатуне i скошенный поясок 19 соединительной втулки 17 упирается в скошенную кольцевую поверхность 21 буртика 20, что обеспечивает надежную фиксацию поршня на шатуне. Для облегчения шатуна в нем может быть сделано глухое отверстие 22. На нижнем конце шатуна имеется круглое отверстие 23 для монтажа на шейке коленчатого вала.

С внутренней стороны боковая стенка 2/ поршня i (биг.З)/обработана таким образом, что контур внутрен1600639

ветству от максимальным углам наклона дниша поршня во время его возвратно- поступательного движения в цилиндре.

Когда поршень находится в .ВМТ, линия контакта боковой стенки поршня с поверхностью цилиндра 3 совпадает с горизонтальной линией 39 (точка контакта поршня и цилиндра обозначе ::У Я°:Г:Г Г - --,:г;„;:„е7:,. . ..,,.,.,

«yjjy наружной поверхности 4 и tfnvT t-/о

DV HsnvwHnu г, Ч И конту 43 между стенкой и нижней кромкой

ру наружной поверхности скошенной юб- Roifnnnu

КИ.14. Днище 12 поршня 1 в целях по- ° протяжении

вьш,ения механической прочное™ попш-я Г У vлvw пpнмo прочности поршья При повороте коленчатого вала 8

лее по Zf .10) точки контакта боковой

лес i илСТЫМ ПО f ПЯРИРМыгл г«

лее толстым по сравнению с боковой стенкой 24 поршня. Лнише 12 поршня с внутренней стороны имеет плоскую поверхность 26, повторяющую (Ьорму наружной поверхности днища.

Сфера, частью которой является наружная поверхность боковой стенки поршня 1, обозначена пунктирной лини- ней 27 (Фиг,4). Наружная поверхность днища 12 имеет плоскую конфигурацию и обозначена линией 28, параллельной диаметральной линии 29. Нижний край 30 боковой стенки 24 поршня 1 совпадает с линией 31, параллельной диаметральной линии 29. Линии 28 и 31 могут располагаться на разных .расстояниях от диаметральной линии 29..

Ось соединительной втулки 17 поршня совпадает с вертикальной осью 32 усеченной сферы. Внутренняя поверхность 25 боковой стенки 24 концент- рична наружной поверхности 4. Внутренняя линия излома 33 между сферической и скошенной частями боковой стенки поршня располагается в одной плоскости с наружной линией излома 15. С внутренней стороны на днише 12 поршня имеются вертикальные радиальные ребра 34 (Фиг.6).начинающиеся на соединительной втулке 17 и направленные к боковой стенке поршня.

Ребра жесткости могут быть выполнены в виде концентрических выступов 35 (Фиг.7), а на нижнем краю боковой стенки 24 выполняется утолщение 36 (Фиг. 8). .

При положении поршня в ВМТ (Фиг.9) последний пересекается тремя линиями 37, 3-8 и 39, проходящими через одну точку 40, лежащую на вертикальной оси 41 поршня. Горизонтальная линия 39 совпадает с линией максимального диаметра поршня. Углы наклона линий 37 и 38 относительно линии 39 соотповерхности поршня располагаются на линии 37, а масляный зазор 43 с одной стороны поршня уменьшается, а с другой - увеличивается. При повороте коленчатого вала на (Фиг. 12), происходит обратный процесс с линией 38,

Пересекающиеся линии 37 и 38 ограничивают трущиеся участки наружной

25 поверхности боковой стенки поршня. Таким образом, ширина сферической поверхности боковой стенки поршня должна быть больше длины дуги между концами пересекающихся линий 37 и 38,

30 Внутренняя плоская пог ерхность 26 днища 12 должна находиться в плоскости, пересекающей боковую стенку поршня ниже верхнего конца дуги между пересекающимися линиями 37 и 38, а 35 нижняя кромка юбки 14 должна находиться в плоскости, пересекающей боковую стенку порщня выше верхнего конца дуги между линиями 37 и 38,

40

45

50

55

При работе двигателя днище 1 2 поршня 1 обращено к камере сгорания, а боковая стенка поршня во время его движения остается в контакте с внутренней поверхностью цилиндра 3, обеспечивая герметизацию камеры сгорания. Нижний конец шатуна 2, связанный с коленчатым валом 8, во время возвратно-поступательного движения поршня 1 совершает движение по круговой траектории и вследствие этого его наклон относительно оси цилиндра 3 периодически изменяется, что вызывает соответствующее изменение углового поло- л;ения поршня, при зтом контакт боковой поверхности поршня со стенкой цилиндра не нарушается, хотя точка контакта перемещается по сферической боковой поверхности поршня. Таким образом, сферическая боковая поверх1600639

ветству от максимальным углам наклона, дниша поршня во время его возвратно- поступательного движения в цилиндре.

Когда поршень находится в .ВМТ, линия контакта боковой стенки поршня с поверхностью цилиндра 3 совпадает с горизонтальной линией 39 (точка контакта поршня и цилиндра обозначе:г;„;:„е7:,. . ..,,.,.,

.10) точки контакта боковой

поверхности поршня располагаются на линии 37, а масляный зазор 43 с одной стороны поршня уменьшается, а с другой - увеличивается. При повороте коленчатого вала на (Фиг. 12), происходит обратный процесс с линией 38,

Пересекающиеся линии 37 и 38 ограничивают трущиеся участки наружной

поверхности боковой стенки поршня. Таким образом, ширина сферической поверхности боковой стенки поршня должна быть больше длины дуги между концами пересекающихся линий 37 и 38,

Внутренняя плоская пог ерхность 26 днища 12 должна находиться в плоскости, пересекающей боковую стенку поршня ниже верхнего конца дуги между пересекающимися линиями 37 и 38, а нижняя кромка юбки 14 должна находиться в плоскости, пересекающей боковую стенку порщня выше верхнего онца дуги между линиями 37 и 38,

При работе двигателя днище 1 2 поршня 1 обращено к камере сгорания, а боковая стенка поршня во время его движения остается в контакте с внутренней поверхностью цилиндра 3, обеспечивая герметизацию камеры сгорания. Нижний конец шатуна 2, связанный с коленчатым валом 8, во время возвратно-поступательного движения поршня 1 совершает движение по круговой траектории и вследствие этого его наклон относительно оси цилиндра 3 периодически изменяется, что вызывает соответствующее изменение углового поло- л;ения поршня, при зтом контакт боковой поверхности поршня со стенкой цилиндра не нарушается, хотя точка контакта перемещается по сферической боковой поверхности поршня. Таким образом, сферическая боковая поверхиость поршня выполняет Ф, сплошного масгЕОСъемного кольца,

Благодаря сравнительно небольшой толщине боковая стенка поршня 1 при нагревании поршня горячи ш газами может несколько деФормиро заться, Необходимость уменьшения толщины боковой стенки поршня 1 обусловлена двумя причинами: тонкая стенка быстрее охлаждается попадающим на ее внутреннгао поверхность смазбчным маслом и тонкая стенка деформируется при нагревании )меньше, чем толстая. Таким образом, уменьшение толщины боковой стенки юршня 1 обеспечивает уменьшение из- ;менений диаметра поршня в результате изменений тe шepaтypы и, следователь- ;но, обеспечивает сохранение рабочего зазора между поршнем и стенказда ди- линдра 3.

Для минимизации трения между боковой стенкой поршня 3 и поверхностью цилиндра 3 на поверхности 5 3 должна удерживаться тонкая пленка . смазочного масла. ,Цля образования такой пленки масла нижний край дабки поршня 1 имеет скошенную Ласку 13, которая направляет выбрасываемое ко- .: ленчатым валом 8 масло на поверхность 5 цилиндра 3 и на нижнюю часть ссЬери- ческой поверхности боковой с;тенки

поршня 1.

Поскольку поршень 1 легче стандартного цилиндрического поршня противовес 1 на коленчатом валу 8 может быть сделан меньше и более легким, чём противовес, необходимый для уравновешивания стандартного поршня 3.

Как показано на Фиг. 6, поршень 1 может иметь на внутренней стороне радиальные ребра 34, начинаюпшеся на соединительной втулке 17. Ребра 34 улучшают охлаждение дниша 12 поршня . 15 повышают жесткость дниша 12 и прочность связи между днищем 12 и со динительной втулкой 17.

Как показано на Фиг//, поршень на внутренней стороне его дниша 12 может иметь концентрические ребра 35 придающие днищу некоторую гибкость и обеспечивающие улучшение теплообмена, между поршнем и находящимся в рартере двигателя смазочным маслом.

Как показано на Фиг. 8, поршень по нижнему краю его боковой стенки может иметь утолщение 36, придающее боковой стенке дополнительную) механ ческую прочность и, следовательно.

5

0

5

ограничивающее вероятность значительной деформации боковой стенки.

Рабочие участки наружной поверхности боковой стенки 24 поршня 1 ог- р-аничиваются показанными на Фиг.8-П пересекающимися линиями 37 и 38. Внутренняя плоская поверхность 26 днища 12 поршня 1 находится в плоскости, пересекающей боковую, стенку поршня дуги, ограничиваемой линиями 37 и 38, а направляющая масло скощенная фаска 13 начинается от плоскости, пересекающей боковую стенку поршня ниже дуги, ограничиваемой линиями 37 и 38. Если скошенная Фаска 13 будет начинаться выше указанной плоскости, то герметичность контакта между наружной поверхностью боковой стенки поршня и поверхностью 5 цилиндра 3 в определенных положениях поршня будет нарушаться. Если же скошенная фаска 13 будет начинаться значительно ниже указанной плоскости, то длина поршня увеличивается и соответственно увеличивается вес поршня. Скошенная Фаска 13 обеспечивает увеличение ширины зазора между боковой стенкой поршня 1 и поверхностью 5 цилиндра 3, через который на трущиеся поверхности поступает смазочное масло. При максимальном наклоне дниша поршня 1 зазор 43 для масла между боковой стенкой поршня и стенкой цилиндра с приподнятой стороны поршня полностью перекрывается и в отсутствие скошенной Фаски 13 смазка трущихся поверхностей в этой зоне будет недостаточной. Скошенная Фаска 13 направляет смазочное масло на поверхность 5 дилиндра 3.

Следовательно, предлагаемые поршень и шатун по сравнению с известными имеют меньший вес и характери- -зуются меньшими динамическими нагрузками, возможностью получения большей мощности при заданной длине рабочего хода поршня и при заданном диаметре дилиндра, более высокой плотностью контакта между поршнем и поверхностью цилиндра, более низкой стоимостью и простотой изготовления и сборки.

50

Формула изобретения

1Z

10 23 0 Фиг.З

19

17

12

Фиг.5

17

Фиг.7

27

17

Фиг.б

Фиг.8

3739

Фиг.9

Фиа.10

Фи8.И

18

Фиг. 12.