Шатун Советский патент 1993 года по МПК F16C7/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в кривошипно-: шатунных механизмах двигателей внутреннего сгорания.

Известен шатун с демпфирующим разъемным стержнем, установленным в картере шатуна с возможностью продольного и вращательного перемещения, изменяющим длину в процессе эксплуатации при перете- кании масла под давлением из одной полости картера шатуна в другую полость через каналы, выполненные в стенке пустотелой шаровой головки, в осевой канал стержня шатуна. При этом сокращение длины шатуна сопровождается циклическим демпфированием резко изменяющихся усилий, действующих на шатун, обеспечивая повышение эксплуатационной надежности

КШМ. ..

Однако о|носительно быстрое по углу поворота кривошипа вала сокращение длины шатуна из-за относительно быстрого дросселирования масла в каналах его гид- равлическо й системы исключает его применение для предотвращения развития условий детонационного сгорания рабочей смеси в бензиновых двигателях и для снижения наброса максимальных давлений Цикла на элементы КДМ в дизелях.

Целью изобретений является повышение технико-экономических показателей двигателя путем снижения вероятности де-, тонационного сгорания топлива и снижении максимальных давлений за счет уменьшения цикловой эффективности степени сжатия в области верхней мертвой точки поршн-я при сжимающемся шатуне.

С этой целью демпфирующий разъемный стержень шатуна, содержащий кривошипную и поршневую головки, выполнен с разъемной шаровой головки с пальцем, установленными в картере с возможностью продольного и вращательного перемещения. Шаровал пустотелая головка в месте разъема снабжена наружным цилиндрическим пояском, взаимодействующим с внутренним пояском накидной крышки, соединенной с кривошипной головкой. Палец шаровой головки, неподвижно установленный в стержне шатуна и фиксированный в отверстии накидной крышки, взаимодействует с элементами уплотнения, установленными в отверстии накидной крышки, а шаровая головка с цилиндрическим пояском образует в картере две полости. При этом площадь поверхности шаровой головки, ограничивающая первую полость со стороны поршневой головки, меньше площади поверхности шаровой головки, ограничивающей вторую полость со стороны кривошипной головки, причем первая полость соединена с каналами, выполненными в пальце, а вторая - по меньшей мере с

двумя каналами, выполненными в кривошипной головке и вкладыше..

Дросселирующий элемент выполнен упругим и установлен в полости шаровой головки, выполненной с цилиндрическим

участком в диаметральной плоскости, с предварительно натягом, причем в диаметральной плоскости упругий элемент выполнен с ко льцевой канавкой, образующей с цилиндрическим участком полости головки

аккумулирующую кольцевую полость, а по оси стержня шатуна в нем выполнен две лункообразные полости, примыкающие к каналу в шаровой головке и каналу в пальце.

Для регулирования дросселирующей характеристики путем изменения упругой податливости в дросселирующем элементе выполнена глухая полость.

Разность в размерах высот взаимодействующих поясков накидной крышки и шаровой головки, обеспечивает возможность осевого перемещения шаровой головки в полости картера на величину A , где Lo - межцентровое расстояние головок шатуна в крайнем положении; L - межцентровое расстояние головок шатуна в сжатом состоянии.

Для сокращения хода Д стержня шатуна с поршневой головкой возможна установка тонкостенных колец в картере шатуна, сокращая относительное изменение эффективной степени сжатия БСе.

Такое выполнение шатуна существенно повышает по углу поворота кривошипа вала

быстродействие удлинения стержня и вместе с тем существенно замедляет его сжатие, обеспечивая двигателю переменную эффективную степень Сжатия в области верхней мертвой точки поршня.

На чертеже изображен предлагаемый шатун, общий вид. :

Шатун содержат кривошипную головку

1 с накидной крышкой 2, крепящейся на

. конусных шпильках 3, и вкладыши 4. В цилиндрической шейке 5 головки выполнена чашеобразная аккумулирующая полость 6, сообщаемая с полостью головки двумя мас- лоприемными каналами 7, Накидная направляющая крышка 8 выполнена с нижней

. внутренней резьбой и цилиндрическим пояском 9, переходящим в верхней части в чашеобразную полость 10, а в горловине крышки установлены уплотнительные элементы 11, Совместно с кривошипной голонеподвижно установлен в стержне 13

туна с поршневой головкой 14 и втулкой

На конце пальца выполнена разъемная

12 ш 15

шг ровая головка, включающая чашеобраз- ньй элемент 16 с наружным цилиндриче- ск 1м пояском 17, присоединенный на резьбе к нижнему чашеобразному элементу 18 ша- розой головки шатуна. Шаровая головка уста -ювлена в картере шатуна с взлимодействием наружного цилиндрического пояска шаровой головки с внутренним по- ясгом накидной крышки и образованием в ка тере двух полостей, разграниченных по- шаровой головки. При этом площадь поверхности шаровой головки, ограничивающая первую полость со стороны поршневой головки, меньше площади поверхности шаровой головки, ограничивающей вторую полость со стороны кривошипной головки - аккумулирующую полость. Гидравлическая система шатуна включает выполненные в па; ьце стержни шатуна поперечные каналы 19, сообщающие осевой канал 20 стержня шагуна с верхней полостью картера и внутренней полостью 21 шаровой головки, сообща эмой в свою очередь каналом 22 с аккумулирующей полостью кривошипной голэвки, и объемный дросселирующий элемент 23, установленный в полости шаровой гол звки с натягом.

Дросселирующий элемент с шаровой образующей поверхностью имеет кольце- вук диаметральную выточку 24, образующий аккумулирующую полость в шаровой головке, и две осевые лункообразные поло- сти 25, примыкающие к каналам в пальце и шаговой головке. Фиксирование дросселирующего элемента обеспечивается за счет, соп яжения его со стенкой цилиндрического гереходного участка 26, выполненного в пол эсти шаровой головки. Дросселирующие элемент выполнен из упругого материала например из. масла термостойкой резины, хотя возможно применение и других материалов с упругими свойствами. росселирующий элемент установлен в поости шаровой головки с предварительным нату гом и для придания ему упругой подат- ивс сти в нем выполнена глухая полость, ля сокращения хода A L стержня шатуна возможна установка тонкостенных колец в картере шатуна, сокращающая относительное изменение эффективности степени сжаия есе, и регулирующая таким образом ощ -юстные показатели двигателя при сниении вероятности детонационного сгораия абочей смеси.

аботает шатун в КШМ двигателя сле- укл 4им образом.

При движении сжатого шатуна из области верхней мертвой точки поршня к его нижней метровой точке масло из канала шейки кривошипа вала подается в каналы 7 5 кривошипной головки шатуна и через них - в аккумулирующую полость 21 головки. При этом из-за разности площадей сферических поверхностей элементов 18 и 16 шаровой головки стержня шатуна в аккумулирующей

10 полости создается избыточное давление масла на нижнюю часть шаровой головки и масло из верхней полости 10 картера свободно выдавливается по каналам 19 в осевой канал 20 стержня шатуна 13 и поступает

15 и полость втулки 15 поршневой головки 14 шатуна, удлиняя шатун на величину . .В этот период работы шатуна у нижней мертвой точки поршня масло в полости 21 шаровой головки оказывает давление на

0 дросселирующий элемент, вызывая в .нем упруго-напряженное состояние. Из-за значительного превышения усилий предварительного натяга дросселирующего элемента давления масла в нижней лункообразной

5 полости 25 ток масла в его кольцевую полость 24 на этот период работы практически перекрыт.

С выходом кривошипа из области нижней мертвой точки и с протеканием процес0 са сжатия рабочей смеси давление сжатия оказывает на поршневую головку 14 и стержень шатуна с шаровой головкой давление, превосходящее давление масла в аккумулирующей полости и лункообразной полости

5 дросселирующего элемента, в результате чего между нижней часть этого элемента и стенкой внутренней полости шаровой головки возникает ток масла, перетекающий в кольцевую выточку 24. Давление масла в

0. кольцевой выточке дросселирующего элемента при этом повышается и с дальнейшим поворотом кривошипа в области верхней мертвой точки поршня, преодолевая усилие, его предварительного натяга, масло с но5 вым током между контактными поверхностями перетекает в верхнюю лункообразную полость дросселирующего элемента и далее в осевой канал шатуна.

При этом с относительно .замедленным

0 по углу поворота кривошипа вала током масла в полости шаровой головки шатуна происходит замедленное сокращение его длины, обеспечивающее демпфирование резко возрастающих давлений цикла до

5 прихода .поршня в верхнюю мертвую точку с относительно сниженной, новой степенью

сжатия .

При ходе поршня за верхней мертвой точкой в результате продолжающегося возрастания действия давления газов и вместе с ним связанного сокращения длины шатуна эффективная степене Се оказывается су-, щественно сниженной и сгорание рабочей смеси происходит при сниженной вероятности ее детонации с относительно сниженным максимальным давлением сгорания

Рмакс.

С применением шатуна в КШМ двигателей внутреннего сгорания снижается на- брос максимальных давлений сгорания на детали КШМ и связанный с ним износ элементов шатун но-поршневой группы, шатунных и коренных подшипников силового механизма. -...

Для автомобильных бензиновых двигателей с применением шатуна открывается перспектива повышения их мощностных и экономических показателей за счет применения более дешевых низкооктановых бензинов при относительно повышенной эффективности степени сжатия и надежном снижении вероятности детонационного сгорания рабочей смеси.

С применением шатуна в дизелях улучшаются характеристики сгорания рабочей смеси, способствующие снижению наброса давления на элементы КШМ в области верхней мертвой точки и тем самым повышению из моторесурса.

На практике возможно использование шатуна с применение в нём дросселирую- щих элементов другой геометрической формы, однако подчиненной основной идее - создания шатуна с длиной, изменяемой по углу поворота кривошипа вала.

Формула изобретения 1. Шатун, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащий демпфирующий разъемный стержень, кривошипную и поршневую головки с подшипниковыми .вкладышами, картер в виде накидной крышки, соединенной с кривошипной головкой, дросселирующий элемент, размещенный между входным и выходным каналами, палец с шаровой полой головкой, установленной в картере с возможностью продольного и вращательного перемещения, при этом в пальце шаровой головке,- кривошипной и поршневой головках с вкладышами и в стержне шатуна выполнены каналы для подачи масла, о т ли ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей двигателя путем сни- жения вероятности детонационного сгорания топлива с снижения максимальных давлений за счет уменьшения цикловой эффективной степени сжатия в области верхней мертвой точки поршня при сжимающемся шатуне, палец неподвижно установлен в стержне шатуна, накидная крышка выполнена с внутренним цилиндрическим пояском, шаровая головка выполнена разъемной с наружным цилиндрическим пояском в месте разъема; взаимодействующим с пояском накидной крышки, и установ- лена в картере с образованием двух полостей, при этом площадь поверхности шаровой головки, ограничивающая первую полость со стороны поршневой головки, меньше площади поверхности шаровой головки, ограничивающей вторую полость со стороны поршневой головки, меньше площади поверхности шаровойч головки, ограничивающей вторую полость со стороны кривошипной головки, первая полость соединена с каналами, выполненными в паль- це, а вторая - по меньшей мере с двумя каналами, выполненными в кривошипной головке и вкладыше, а дросселирующий элемент выполнен упругим и установлен в полости шаровой головки с предварительным натягом.

участком полости головки аккумулирующую кольцевую полость, а по оси стержня шатуна выполнены две лункообразные полости, примыкающие к каналу в шаровой головке и каналу в пальце.

5. Шатун по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен уплотнительными элементами, размещенными между крышкой и пальцем шаровой головки,