Поршень из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК F02F3/04 

Фиг.1

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к конструкциям поршней из алюминиевых сплавов с терморегулиру- ющими вставками.

Поршень подбирают к цилиндру так, чтобы между юбкой и стенками цилиндра был минимальный зазор, исключающий стуки поршней в цилиндрах и прорыв масла в камеру сгорания и его угар. Но минимальные заборы между юбкой поршня и цилиндром могут привести, особенно в случае, если поршень алюминиевый большим коэффициентом теплового расширения, а гильза чугунная, к заклиниванию поршней в цилиндре на прогретом двигателе. Для избежания заклинивания поршней принимают ряд мер: овальная форма юбки поршня, при которой большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца. Рабочая зона юбки поршня, т.е. зона наименьших зазоров и возможного контакта поршня с гильзой, расположена в секторах, равных примерно 45° около большой оси овала.

Известны терморегулирующие вставки, служащие для обеспечения постоянства тепловых зазоров между алюминиевым поршнем и цилиндром на различных режимах работы двигателя, применяемые на двигателях ЗМЗ. Эти вставки имеют кольцеобразную форму, переменной по длине окружности / жесткости, которая залита в ниж- нюю часть головки поршня. Вставка выполнена из материала, имеющего по сравнению с алюминием меньший коэффициент теплового расширения и больший модуль упругости, поэтому она препятствует расширению юбки поршня на горячем двигателе, За счет того, что материал вставки имеет меньшую теплопроводность, она препятствует передаче тепла от головки поршня к юбке.

Недостатком такой кольцевой §ставки поршня является то, что она увеличивает вес поршня, а это приводит к увеличению сил инерции кривошипно-шатунного механизма ДВС и, в конечном итоге, к увеличению износа деталей двигателя. Кроме того, эта вставка препятствует передаче тепла от головки поршня к бобышкам под поршневой палец, так как именно над бобышками она имеет сплошную часть. Желательным же является передача тепла к бобышкам, которые могут расширяться внутрь поршня, не искажая геометрии юбки поршня.

Кроме того, кольцо вставки оказывает большое сопротивление потоку металла при отливке поршня, что может быть причиной раковин и пустот в отливке поршня.

Цель изобретения - обеспечение постоянства заданных тепловых зазоров между

поршнем и цилиндром при различных режимах работы ДВС, снижение веса и улучшение литейных свойств поршня - достигается тем, что в алюминиевом поршне для ДВС,

содержащем головку, юбку, имеющую в поперечном сечении форму овала, большая ось которого перпендикулярна оси поршневого пальца; бобышки с отверстиями под поршневой палец и терморегулирующую

0 вставку, залитую в нижнюю часть головки поршня и выполненную из материала с меньшими, чем у алюминия коэффициентами теплового расширения и теплопроводности и большим модулем упругости,

5 терморегулирующая вставка выполнена в виде двух цилиндрических сегментов, параллельных образующей поверхности юбки и соединенных перемычками, отогнутыми под острым углом к вертикальной оси поршня, причем продольная ось терморегулиру0 ющей вставки совпадает с продольной осью овала юбки поршня.

Предлагаемая терморегулирующая вставка имеет меньший вес, так как часть кольца заменена прямолинейными пере5 мычками (хордами). Таким образом снижается вес поршня, инерционные нагрузки на детали ДВС и износ деталей ДВС.

Поскольку сегментные участки не проходят над бобышками под поршневой па0 лец, они не препятствуют передаче тепла к бобышкам, которые могут расширяться внутрь поршня. Наоборот, сегментные участки вставки расположены над рабочими зо- нами юбки поршня и препятствуют

5 передаче тепла к ним и деформации юбки поршня в рабочих зонах. Сегменты вставки создают меньшее сопротивление потоку металла при отливке поршня, чем полное кольцо прежней вставки, обеспечивая более

0 свободный пролив к юбке поршня, чем полное кольцо прежней вставки, обеспечивая более свободный пролив к юбке поршня, снижая возможность недолива и раковин в поршне.

5 Для уменьшения боковых нагрузок на поршень, влияющих на его износ и износ поршневых колец, желательно максимально удлинить шатун, что при сохранении общих габаритов двигателя по высоте возможно за

0 счет максимального приближения поршневого пальца к маслосъемному кольцу. Прежняя кольцевая форма терморегулирующей вставки не давала такой возможности, так как кольцевая вставка проходила в зоне от5 верстий под поршневой палец.

Предлагаемая конструкция терморегулирующей вставки позволяет максимально приблизить поршневой палец к маслосъемному кольцу (т.е. удлинить шатун), так как в

зоне отверстий под поршневой палец находятся отогнутые перемычки-вставки, которые согласно конструкции расположены выше, т.е. дальше от оси поршневого пальца.

На фиг.1 схематично изображен пред- лагаемый поршень, разрез; на фиг.2 - поршень в плоскости вставки, поперечное сечение.

Поршень имеет головку 1, юбку 2, бобышки 3 с отверстиями под поршневой па- лец 4. Юбка поршня имеет форму овала, контур которого показан штриховой линией на фиг.2. Малая ось овала 5 совпадает с осью поршневого пальца. Большая ось овала 6 перпендикулярна оси поршневого пальца. Наименьшие зазоры между поршнем и цилиндром в рабочих зонах поршня 7, расположенных с обеих сторон от большой оси овала б юбки поршня 2, составляющих каждая примерно 45°.

В нижнюю часть головки 1 поршня залита терморегулирующая вставка, состоящая из двух сегментов 8 и перемычек 9, отогнутых под острым углом к вертикальной оси поршня 10. Продольная ось терморегу- лирующей вставки совпадает с большой осью овала юбки поршня.

Сегменты 8 терморегулирующей вставки препятствуют передаче тепла в рабочей зоне 7 юбки поршня, в то же время пере- мычки 9 не препятствуют передаче тепла в бобышки 3 поршневого пальца. И в целом это способствует сохранению геометрии юбки поршня между поршнем и цилиндром ДВС на всех режимах его работы.

Терморегулирующая вставка создает небольшое сопротивление потоку металла при отливке поршня, так как перемычки 9 терморегулирующей вставки практически не создают сопротивления потоку металла. Перемычки 9 терморегулирующей вставки отогнуты под острым углом к оси поршня 10 для набора их в пакеты, что облегчает их

автоматическую укладку в кокиль при заливке поршней. Перемычки 9, находящиеся в зоне отверстий под поршневой палец, расположены выше, т.е. дальше от отверстий 4 под поршневой палец, чем сегментные части 8 вставки, поэтому они позволяют максимально приблизить поршневой палец к канавке под маслосъемное кольцо и за счет этого удлинить шатун, т.е. снизить боковые нагрузки на поршень.

Таким образом, предлагаемая конструкция терморегулирующей вставки позволяет уменьшить вес поршня, уменьшить боковые нагрузки на поршень, обеспечивает постоянство тепловых зазоров между юбкой поршня и цилиндром на всех режимах работы ДВС и улучшает литейные качества поршня.

Формула изобретения Поршень из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с поршневыми кольцами, юбку, выполненную в поперечном сечении в форме овала, большая ось которого перпендикулярна коси поршневого пальца, бобышки с отверстиями под поршневой палец и тер- морегулирующую вставку, залитую в нижней части головки поршня и выполненную из материала с меньшим, чем у алюминия коэффициентом теплового расширения и теплопроводности и большим модулем упругости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения постоянства заданных тепловых зазоров на различных режимах работы двигателя, снижения массы и улучшения литейных свойств поршня, терморегулирующая вставка выполнена в виде двух цилиндрических сегментов, параллельных образующей поверхности юбки и соединенных перемычками, отогнутыми под углом к оси поршня, причем продольная ось терморегулирующей вставки совпадает с продольной осью овала юбки поршня.

8

Контур вбала юбки

8

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к конструкциям поршней с терморегулирующими вставками. Изобретение позволяет уменьшить вес поршня, снизить боковые нагрузки на поршень, обеспечивает постоянство тепловых зазоров между юбкой поршня и цилиндром на всех режимах работы двигателя и улучшает литейные свойства поршня. Поршень содержит головку 1 с поршневыми кольцами, юбку 2, бобышки 3 с отверстиями под поршневой палец 4. Юбка поршня имеет форму овала, малая ось которого совпадает с осью поршневого пальца, а большая его ось перпендикулярна оси поршнего пальца. В нижней части головки 1 поршня залита термо- регулирующая вставка из материала с меньшими, чем у алюминия, коэффициентами теплового расширения и теплопроводности. Вставка выполнена в виде двух сегментов, соединенных перемычками 9, отогнутыми под острым углом к вертикальной оси 10 поршня. Продольная ось терморегулирую- щей вставки совпадает с большой осью овала юбки поршня. 2 ил.