Составной поршень двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК F02F3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению для усовершенствования составных поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известен составной поршень, включающий в себя отъемную стальную головку, чугунную вставку с бобышками и тонкостенную тронковую часть, выполненную из легкого сплава. При этом на боковой поверхности головки и чугунной вставки выполнены канавки под поршневые кольца, а герметичность внутренних полостей охлаждения, заключенных

между головкой поршня и чугунной вставкой, достигается установкой уплотнительно- го кольца и с помощью стяжных болтов. Кроме того, для придания жесткости тонкостенному цилиндрическому тронку, на ее внутренней поверхности имеется круговое ребро жесткости, связанное с чугунной вставкой.

Недостатками такого поршня являются конструктивная сложность и ненадежность в эксплуатации, обусловленные наличием большого количества деталей с различными

о о

00

4 О

о

коэффициентами теплового расширения и поверхностей уплотнения при помощи болтов и шпилек.

Известен также поршень, включающий в себя головку, выполненную за одно целое с бобышками, и отъемную тронковую часть, выполненную в виде втулки с цилиндрической наружной поверхностью, а на внутренней поверхности тронка имеются продольные профильные выемки. При этом соединение головки поршня с тронком осуществляется при помощи двух нецилиндрических полуколец из легкодеформируемого материала, установленных между головкой и тронком.

Недостатком такого поршня является ненадежное соединение головки поршня и тронка при помощи уплотнительных полуколец, которые в процессе циклического нагрева приобретают остаточную деформацию, и нарушение плотности сопряжения.

Кроме того, известен составной поршень, содержащий головку с канавками для поршневых колец и бобышками под поршневой палец, а также тронковую часть с канавками под поршневые кольца, цилиндрической наружной поверхностью и ребрами жесткости на внутренней поверхности. При этом головка поршня соединена с тронком при помощи сварки, а торцовые поверхности ребер жесткости тронка и кон- тактируемых с ними поверхностей головки имеют плоскую форму.

Недостатком указанного поршня является жесткое соединение головки с тронком и сопряжение этих деталей по одной посадке, что не позволяет обеспечить необходимую тепловую подвижность и податливость поршня для образования профиля боковой поверхности.

Целью изобретения является придание поршню необходимой подвижности и податливости в зависимости от его теплового состояния для формирования требуемого профиля наружной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в составном поршне, включающем головку с бобышками и тронк, выполненным из материалов с различными физико-механическими свойствами, при этом тронк изготовлен в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на его внутренней поверхности, контактирующими с соответствующими поверхностями бобышки под поршневой палец, боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткости тронка и бобышек выполнены конусными с вершинами конусности, обращенными в сторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка.

непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней круговая поверхность головки имеют

коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня, при этом угол конусности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка.

0На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого составного поршня, у которого головка с бобышками и тронк выполнены из материалов с разными физико-механическими свойствами.

5 Предлагаемый поршень включает в себя головку 1, выполненную за одно целое с бобышками 2, тронк 3, выполненный в виде тонкостенной трубки с ребрами жесткости 4 (верхнее) и 5 (нижнее), отверстие 6 в бобыш0 ке 2 под поршневой палец (не показан), полукруглую канавку 7, примыкающую к верхней торцовой поверхности верхнего ребра жесткости 4, расположенного над отверстием 6 в бобышке 2, винты 8 крепления

5 тронка 3 к головке 1, термостойкое антифрикционное кольцо 9, например из графе- лона. При этом боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткости 5 и соответствующие поверхности на бобышке

0 2 выполнены коническими с одинаковыми углами конусности и вершинами, обращенными в сторону картера двигателя (по чертежу вниз). Кроме того, торцовая круговая поверхность тронка 3 и сопрягаемая с ней

5 поверхность головки 1 имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища головки поршня. Для поршня, у которого головка и тронк выполнены из материала с различными физико0 механическими свойствами, например, головка из стали, а тронк из алюминиевого сплава, угол конусности круговой поверхности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка. Для поршня,

5 головка и тронк которого выполнены из материала с одинаковыми физико-механическими свойствами, угол конусности кольцевой поверхности на головке равен углу конусности торцовой поверхности трон0 ка.

Поршень работает следующим образом.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания часть теплоты от сгорания

5 топлива в цилиндре расходуется на нагрев головки 1 поршня и бобышки 2, а через поверхности соприкосновения головки 1 и бобышек 2 с тронком 3, в частности головки 1 с боковой поверхностью ребра жесткости 4 тронка и бобышки с ребром жесткости 5

на нагрев тронка. При этом нагрев головки 1 приводит к ее расширению и радиальной деформации конусной поверхности, сопрягаемой с торцовой (конусной)поверхностью тронка 3. Учитывая, что угол конусности, сопрягаемой с тронком поверхности головки 1, больше угла конусности на торцовой поверхности тронка, расширение головки сопровождается поворотом сопрягаемой поверхности вокруг вершины конического выступа на торцовой поверхности тронка 3 с одновременным радиальным перемещением сопрягаемых поверхностей в направлении увеличения диаметров этих поверхностей.

Радиальное расширение тронка 3 в зоне верхнего ребра жесткости 4 происходит в результате суммарного влияния натяга, создаваемого при сборке головки 1 с трон- ком 3, и теплового расширения ребра жесткости 4. При этом величина радиального расширения на этом участке тронка определяется как значениями коэффициентов линейного расширения материалов головки и тронка, так и податливостью конструкции, обусловленной наличием круговой канавки 7 на внутренней поверхности тронка.

Расширение тронка в зоне ребра жесткости 5 практически происходит под действием тех же факторов, что и в зоне ребра жесткости 4, Однако величина этого расширения будет меньше и обусловлено это прежде всего более низким уровнем температур нагрева нижней части бобышки 2, а также появлением радиальной и продольной составляющих усилия расширения на конической бобышке поверхности соприкосновения ребра жесткости 5 с бобышкой 2.

Предлагаемая конструкция составного поршня двигателя внутреннего сгорания позволяет за счет различных натягов, устанавливаемых при сборке поршня в местах соприкосновения головки и тронка, с учетом различных уровней нагрева по высоте поршня, имеющих место при работе двигателя, получить требуемую форму профиля наружной поверхности поршня, не прибегая к помощи сложной копирной обработки.

Таким образом, в известном составном поршне, содержащем головку с бобышками, тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на внутренней поверхности, боковая поверхность нижнего

ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность на бобышке поршня выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в

сторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка (тонкостенной втулки) и

сопрягаемая с ней поверхность на головке имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня (головки), при этом угол конусности поверхности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка. Когда головка и тронк поршня выполнены из одного материала, угол конусности поверхности на головке поршня равен углу конусности торцовой поверхности тронка.

Формула изобретения

1.Составной поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с бобышками и тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости

на внутренней поверхности, отличающий- с я тем, что. с целью повышения надежности путем усовершенствования конструкции поршня за счет придания тепловой подвижности и податливости наружной поверхности, боковая поверхность нижнего ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность бобышки выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в сторону от головки поршня,

под верхним ребром жесткости выполнена круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а верхняя торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней поверхность головки имеют коническую

форму с вершинами конусности, обращенными в сторону головки поршня

2.Поршень по п.1,отличающийся тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из различных материалов, причем

угол конусности торцовой поверхности головки больше угла конусности торцовой поверхности тронка.

3.Поршень по п.1,отличающийся тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из одного материала, причем угол конусности торцовой поверхности головки равен углу конусности торцовой поверхности тронка.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и позволяет за счет усовершенствования составного поршня снизить расход масла на угар. Головка поршня выполнена за одно целое с бобышками и отъемная тронковая часть с канавками под поршневые кольца выполнена в виде тонкостенной цилиндрической втулки с круговыми ребрами жесткости на внутренней поверхности. Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется по торцовым поверхностям, имеющим коническую форму с вершинами конусности, обращенными в строну днища. При этом угол конусности на головке больше угла соответствующей поверхности на тронке. Сопряжение головки поршня с трон- ком осуществляется также круговыми ребрами жесткости, причем боковая поверхность верхнего ребра жесткости имеет цилиндрическую форму, нижнего - коническую форму с вершиной конусности, обращенной в сторону картера двигателя. Над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра. За счет создания в каждом сопряжении по круговым ребрам жесткости определенных посадок с гарантированным натягом, получаемых в результате суммарного действия монтажной и тепловой деформации при работе дизеля, образуется требуемый профиль на наружной поверхности тронковой части. Для повышения надежности сборки тронка с головкой поршня применяются винты, которые устанавливаются в плоскости перекладки поршня. 2 з.п ф-лы, 1 ил