HU203394B - Piston for internal combustion engines - Google Patents

Description

A találmány tárgya dugattyú belsőégésű motorokhoz, amelynek dugattyúcsapfurattal kiképzett szoknyája és rugói vannak, a dugattyúcsapfuratok tengelye merőleges a szoknya tengelyére, alkotóján a dugattyúcsapfuratok különböző oldalán kettő hengeres felülettel rendel- 5 kező kikönnyítés van kimunkálva, ezek tengelye a szoknya tengelyével párhuzamos és mindegyikében beiét van elrendezve, amelynek motorhenger felületével érintkező felülete hengeresre van kiképezve, amelynek külső görbületi sugara a motorhenger rádiuszával azo- 10 nos és a belső hengeres felülete a kikönnyítésével azonos görbületi sugárral van kialakítva, továbbá a rugók mindegyike a megfelelő betét és a szoknya között a betétet a motorhengerhez nyomóan van elrendezve.

Ismeretes, hogy a belsőégésű motorok esetében a 15 dugattyú elbillenése hatására lecsökken a dugattyúgyűrűk tömítő hatása, amelyek a dugattyú elbillenése pillanatában összekapcsolódás útján átmenő keresztmetszeteket hoznak létre, s ezek pedig elégségesek ahhoz, hogy az égéstérből a gázok keresztültörjenek a motorházba. 20

A dugattyú elbillenésének a kiküszöbölése érdekében szükséges, hogy a szoknya és a henger közötti hézagot a legnagyobb mértékben lecsökkentsük, ami a hengerben olyan dugattyúmozgást biztosít, hogy a henger és a szoknya tengelye egybeesik, ami azt jelenti, hogy a 25 dugattyú nem áll ferdén.

Ismeretes a 4 158 3281. számú US szabadalmi leírásból dugattyú belsőégésű motorokhoz, amelynél a hengerben a szoknya mozgásakor az egy tengely űség biztosítása érdekében betét van elrendezve, amely fluoros 30 műanyagból van kiképezve és a szoknya, valamint motorhenger között van a szoknya alkotóján kiképzett kikönnyítésben elrendezve.

A fluoros műanyagból kialakított betétnek hosszmetszete ék alakú, amely a dugattyúfejtől kiindulva elvéko- 35 nyodik. A kikönnyítés hosszabb, mint a betét, ami azt jelenti, hogy a betétnek módjában áll az, hogy a kikönnyítésben az egyik végállásból a másikra elcsússzon a szoknya tengelye mentén. Ennél a megoldásnál a betét homlokfelülete és a kikönnyítés vége között a végállá- 40 sokban hézagnak kell maradnia.

Viszont megszüntethető a henger és a szoknya közötti hézag, ha a dugattyú az egyik irányban az alsó holtpontból a felső holtpont felé halad és a betétet eközben beékeli a hézagba, míg a dugattyú ellenkező irányú 45 elmozgása során kerül sor a betét beékelődésének az oldására, tehát a felső holtpontból az alsó irányában. Itt most a szoknya, a betét és a henger között hézag alakul ki és bekövetkezik a dugattyú elbillenése, ami kopását lényeges mértékben fokozza és lecsökkenti az élettana- 50 mát Ezen túlmenően veszít a vastagságából a betét üzem közben. Ez pedig odavezet, hogy a kikönnyítés alsó homlokoldala és a betét közötti rés fokozatosan lecsökken és ennek a megszűnte után már nem tud célnak megfelelően funkcionálni a betét, ami azt jelenti, 55 hogy nem képes kiküszöbölni a szoknya és a henger közötti rést

Ismeretes továbbá a 393 7551. számú DE szabadalmi leírásból dugattyú belsőégésű motorokhoz, amelynél a betét a szoknya és a henger közötti rést függetlenül a 60 dugattyú mozgási irányától szünteti meg.

Az ismert dugattyúnak dugattyúcsapfuratokkal kiképzett szoknyája van, amelynek alkotóján a dugattyúcsapfuratok tengelyének különböző oldalai irányában kettő hengeres felülettel kiképzett kikönnyítés van ki- 65 munkálva, s tengelye a szoknya tengelyével párhuzamos és ezek mindegyikében motorhenger felületével érintkező, hengeres külső felülettel kialakított betét van elrendezve, ahol a hengeres külső felület görbületi sugara megegyezik a henger sugarával. Továbbá a betétnek hengeres belső felülete van, amelynek görbületi sugara azonos akikönnyítés görbületi sugarával. Az ismert dugattyúban még kettő rugó is el van rendezve, amelyek mindegyike a betét és a szoknya között van elrendezve és a betétet a hengerhez nyomja.

A betét keresztmetszetében azonos vastagságúra van kialakítva, mivel kettő koncentrikus kör íve által van behatárolva. A betét belső felülete és a kikönnyítés felülete között hézaggal van elrendezve. Hosszukat tekintve a betét és a kikönnyítés egymással azonos, ezáltal a kikönnyítésben a szoknyához képest a betétnek a szoknya tengelye mentén történő elcsúszása korlátozva van. Ezen túlmenően a betét a szoknyával csap útján van összekapcsolva, ami nem engedi meg azt, hogy a betét a szoknya tengelye körül elforduljon. Mindegyik rugó a betét és a szoknya között a megfelelő kikönnyítésben úgy van elrendezve, hogy tengelyük sugárirányban helyezkedik el és az ugyancsak sugárirányban ható rugóerő a betétet odanyomja a henger falához.

Tehát, a betét a rugó hatása alatt csupán csak sugárirányban képes elcsúszni és a szoknya, valamint a henger közötti rést a hengerben a dugattyú mozgása közben az egytengelyűség biztosítása érdekében kiküszöbölni a dugattyú kibillcnésének a csökkentése érdekében.

A rugók ilyen elrendezése szükségessé teszi azt, hogy olyan erőt fejtsenek ki, amely nagyobb, mint a dugattyúra ható oldalerők értéke. Annak ellenére, hogy a dugattyút érő oldalerők értéke 4-5-ször kisebb, mint a dugattyút érő tengelyirányú erő, amely a munkaerő, mégis meglehetősen nagy értéket képviselnek. Ezért kell nagyobb merevséggel rendelkező nyomórugót alkalmazni. A dugattyú üzemelése alatt a betétre ható rugóerő mértéke jelentősen csökken, ami a dugattyú élettartamának a lecsökkenéséhez vezet. Ekkor a betét és a kikönnyítés felülete közötti hézag megnövekszik, ami a hengerben a dugattyú egytengelyű mozgásában zavart idéz elő és a dugattyút kibillenti.

A találmány feladata dugattyú kialakítása belsőégésű motorokhoz olyan betéttel, amely a dugattyú üzemelése alatt kiküszöböli maradéktalanul a szoknya és a henger közötti hézagot függetlenül a betét és a henger kopásmértékétől, kizáija a dugattyú elbillenését és ezáltal meghosszabbítja a dugattyú élettartamát.

A kitűzött feladatot a bevezetőben említett dugattyúnál úgy oldottuk meg a találmány szerint, hogy a betétek keresztmetszete görbevonalú ékként van kialakítva, amelynek legnagyobb szöge legfeljebb a betét súrlódási szögével azonos, továbbá a betét belső felülete a kikönnyítés hengeres felületével érintkezik, amelynek tengelye a szoknya tengelyéhez képest a dugattyúcsapfurat tengelye mentén, az ék elvékonyodási irányában, betét belső felületének görbületi sugara és ékszög szorzatának mértékével el van tolva, ahol a rugók úgy vannak elrendezve, hogy a rugó erőhatásiránya és a megfelelő betét felületén a rugók támadáspontján keresztülmenő érintő közötti szög az ékelvékonyodás irányában 90°-nál kisebb.

A betétnek ilyen görbevonalú szerkezet kialakítása ékként, lehetővé teszi azt, hogy segítségével kiküszöböljük a szoknya és a henger közötti hézagot maradék-23

HU 203 394 Β talanul, függetlenül a betét és a henger kopásának a mértékétől, mivel a betét a kopási folyamat során a rugó hatására elfordul a szoknya tengelye körül a kikönnyítés felületén és ezzel megszünteti a hézagot, ami kizárja a dugattyú kibillenéséL Azáltal, hogy a betét maximális ékszöge nem haladja meg annak a súrlódási szögét, a betét ráfordításához kisebb erűre van szükség. Ezért az ilyen dugattyúknál csak olyan rugót szabad alkalmazni, amelynek a merevsége kicsi. Ekkor le lehet csökkenteni a betét anyagának szilárdsági tulajdonságaival kapcsolatos követelményeket és fokozni lehet a csúszási tulajdonságait, továbbá a dugattyút szilárdabb és hőállóbb anyagból lehet elkészíteni.

Ez mind annak a lehetőségét kínálja, hogy a belsőégésű motorokhoz készült találmány szerinti dugattyú élettartamát legalább ötszörösére megnöveljük.

A találmány szerinti dugattyút kiviteli példa kapcsán rajzon ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti dugattyú részben hosszmetszetben, valamint a 2. ábra az 1. ábrában a Π-II vonal mentén vett metszet

A találmány szerinti dugattyúnak 1 szoknyája van, amelynek végén 2 fej van kiképezve. Az 1 szoknya alkotóján két hengeres alakú tartomány van kiképezve, amelyneknek közös 0 tengelye van. A közös 0 tengely egybeesik az 1 szoknya tengelyével. Az 1 szoknyában középen 3 dugattyúcsapfurat van kiképezve, ahol a 3 dugattyúcsapfuratokO! tengelye merőleges az 1 szoknya 0 tengelyére. Az 1 szoknya alkotóján az 0_t tengely különböző oldalain kettő 4 kikönnyítés van kialakítva, amelyek mindegyikében 5 betét van elrendezve. Itt az egyes 5 betétek hossza megegyezik a 4 kikönnyítések hosszával.

Az 5 betétnek konvex, hengeres külső felülete van, amely 6 motorhenger belső felületével érintkezik. Az 5 betét külső felületének a görbületi R sugara megegyezik a 6 motorhenger görbületi sugarával. Az 5 betétnek a 4 kikönnyítés felületével érintkező belső felülete konkáv, ahol az 5 betét belső felületének a görbületi r sugara megegyezik a 4 kikönnyítés felületének görbületi sugarával.

Az 5 betét és az 1 szoknya között nyomórugó van elrendezve, amely az egyik végén keresztül az 1 szoknyában kiképzett 8 vállra támaszkodik, míg a másik végén át az 5 betétben kiképzett 9 vállra fejti ki nyomását.

Az 5 betétnek keresztmetszete tekintetében görbevonalú ék formája van, ahol az ék maximális α szög nem haladja meg az 5 betét súrlódási szögét Az α szög az m és az n érintők közötti szöget jelenti, amely érintők az 5 betét külső és belső felületén a P erő oldalirányú N komponensének a Q támadáspontjában haladnak keresztül, ahol a P erő a találmány szerinti dugattyú 0 tengelye mentén hat

Az 5 betét kialakítható olyan anyagból, amelynek nagyon jó a csúszási tulajdonsága, például fémkerámiából, fluoros műanyagból, vagy más olyan önmagukban ismert anyagokból, amelyekből a dugattyú egy-egy része készül.

Ismeretes, hogy a legtöbb anyagnál a maximális súrlódási szög kb. 6*-ot tesz ki. A súrlódási szöget a súrlódásban résztvevő anyagpárosítás, valamint más olyan tényezők függvényében határozhatjuk mega a szakkönyvekből, mint a kenés, a felületi minőség, a terhelés jellege és fajtája.

Az 5 betét maximális α szöge nem haladja meg az 5 betét súrlódási szögét, továbbá biztosítania kell a terhelő P erő N komponensének a hatása alatt a 4 kikönnyítésben annak önmaga útján történő beszorulását. Amenynyiben az α szög értéke nagyobb, mint a súrlódási szög, akkor az 5 betét az N komponens hatására kitolódik a 4 kikönnyítésből, ami szükségessé teszi azt, hogy fokozott merevségű 7 rugót építsünk be.

Az 5 betét ékszögének a megválasztásakor figyelemmel kell lenni a terhelés jellegére (egyenletes vagy nem egyenletes eloszlású terhelés), továbbá tulajdonságára (állandó vagy küszöbterhelés, vagy ingadozó terhelés).

Célszerűen ez a szög kisebbre választandó, mint a súrlódási szög. A dugattyú-henger képezte párosítás esetében tanácsos a súrlódási tényezőt 0,07-0,085 között megválasztani, ami 4*-5* súrlódási szögnek felel meg.

Amennyiben szerkezeti meggondolásokból kívánatos, hogy más-más súrlódási szöget válasszunk, úgy ebben az esetben olyan kenési feltételeket és felületi érdességet kell kialakítani, valamint úgy kell irányítani a rugóerőt, hogy a dugattyú üzemelés közben a terhelés hatása alatt biztosítsa a 4 kikönnyítésben az 5 betét beszorulását.

Az 5 betét belső felülete érintkezik a 4 kikönnyítés hengeres felületével, amelynek az 1 szoknya 0 tengelyével párhuzamos 0 tengelye van. A 4 kikönnyítés O2 tengelye az ék elvékonyodásának az irányában a 3 dugattyúcsapfuratok tengelye mentén olyan mértékben van eltolva az 1 szoknya 0 tengelyétől, amely a 4 kikönnyítés r sugarának és a maximális α szögének a szorzatával azonos, ami az alábbit jelenti:

0₂.0 = r. α

Ebben az összefüggésben az α szög radiánban van kifejezve, mivel a súrlódási szögön belül a kisebb szögekre az alábbi az érvényes:

tan α® α

Ilyenképpen a 4 kikönnyítés keresztmetszetében olyan alakkal rendelkezik, amely az 5 betétéivel azonos. A 7 rugó úgy van elrendezve, hogy a 7 rugó erőhatásiránya, valamint a k érintő közötti β szög értéke 90’-nál kisebb, ami az 5 betétnek a 4 kikönnyítésben az elvékonyodás irányában biztosítja a kopása után is az elmozdulását, ahol a 7 rugó erőhatásiránya egybeesik 1 tengelyével, továbbá a k érintő az 5 betét belső felületén található erőtámadási ponton megy keresztül, ami azt jelenti, hogy a 7 rugónak az 5 betét belső felületével való érintkezés C pontjában.

A találmány szerinti dugattyú működését a következőkben ismertetjük részletesebben.

A 6 motorhengerben az 1 szoknya alternáló mozgása során a 4 kikönnyítésben elrendezett 5 betét a 7 rugó hatására kiküszöböli az 1 szoknya és a 6 motorhenger közötti hézagot, továbbá teljes felületén keresztül érintkezik a 6 motorhenger belső felületével, viszont a teljes belső felületén át az 1 szoknya alkotóján kiképzett 4 kikönnyítés felületével.

így az 5 betét hosszirányban nem tolódik rá a 4 kikönnyítésben, ami azt jelenti, hogy az 1 szoknya 0 tengelye mentén, így csupán csak a külső felülete van kitéve kopásnak, amely a dugattyúmozgás alatt a 6 motorhenger belső felületéhez képest elcsúszik.

Az 5 betét kopásmértékétől függetlenül nem alakul ki

HU 203 394 Β hézag az 5 betét és a 6 motorhenger között, mivel a 7 rugó az 5 betétet mindig eltolja a kívánt helyzetbe, úgy, hogy az a 4 kikönnyítésben az elvékonyodás irányában előretolódik és ezáltal az 5 betétet odanyomja a 6 motorhengerhez, ezáltal biztosítja azt, hogy a 6 motorhengerben a találmány szerinti dugattyú kibillenés nélkül végzi mozgását. Ekkor a 7 rugó által kifejtett nyomóerőnek nagyobbnak kell lennie, mint az 1 szoknyán az 5 betét által kiváltott súrlódási erőnek, továbbá ez az erő kisebb, mint a 6 motorhenger és az 5 betét külső felülete közötti súrlódásból származó erő. Ezzel a találmány szerinti dugattyú lehetővé teszi azt, hogy teljes mozgásideje alatt az 1 szoknya és a 6 motorhenger közötti hézag gyakorlatilag maradéktalanul megszűnjön, függetlenül attól, hogy milyen mértékű az 5 betét és a 6 motorhenger kopásának a mértéke. Ez végül is megnöveli jelentős mértékben a találmány szerinti dugattyú élettartamát.

A találmány szerinti dugattyú valamennyi önmagában ismert típusú belsőégésű motorban, valamint sűrítőegységekben alkalmazható.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   1. Dugattyú belsőégésű motorokhoz, amelynek dugaUyúcsapfurattal kiképzett szoknyája és rugói vannak, a dugattyúcsapfuratok tengelye merőleges a szoknya tengelyére, alkotóján a dugattyúcsapfuratok különböző oldalán kettő hengeres felülettel rendelkező kikönnyítés van kimunkálva, ezek tengelye a szoknya tengelyével párhuzamos és mindegyikében betét van elrendezve, amelynek motorhenger felületével érintkező felülete hengeresre van kiképezve, amelynek külső görbületi sugara a motorhenger rádiuszával azonos és a belső hengeres felülete a kikönnyítésével azonos görbületi sugárral van kialakítva, továbbá a rugók mindegyike a megfelelő betét és a szoknya között a betétet a motorhengerhez nyomóan van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a betétek (5) keresztmetszete görbevonalú ékként van kialakítva, amelynek legnagyobb szöge legfeljebb a betét (5) súrlódási szögével azonos, továbbá a betét (5) belső felülete a kikönnyítés (4) hengeres felületével érintkezik, amelynek tengelye (O2) a szoknya (1) tengelyéhez (0) képest, a dugattyúcsapfurat (3) tengelye (0,) mentén, az ék elvékonyodási irányában a betét (5) belső felületének görbületi sugara (r) és legnagyobb szög (a) szorzatának mértékével el van tolva, ahol a rugók (7) úgy vannak elrendezve, hogy a rugó (7) erőhatásiránya és a megfelelőbetét (5) felületén a rugók (7) támadáspontján keresztülmenő érintő (k) közötti szög (β) az ékelvékonyodás irányában 90*-nál kisebb.