RU48381U1

RU48381U1 - PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU48381U1
Application number: RU2004137174/22U
Authority: RU
Inventors: С.А. Орлов; Н.А. Гандурин; В.Н. Бородин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод"
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2005-10-10

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована при проектировании и изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания. Технический результат - повышение надежности и долговечности поршня, уменьшение прорыва газов в картер, уменьшение расхода масла на угар, снижение массы поршня. Для этого в поршне двигателя внутреннего сгорания вертикальный профиль юбки выполнен в виде симметричной бочкообразной фигуры, несущие поверхности которой ограничены базовыми точками А, В, С, Е, а кривые, проходящие через них определяются в декартовой системе координат XOZ параболическойThe utility model relates to the field of engine building and can be used in the design and manufacture of pistons for internal combustion engines. The technical result is an increase in the reliability and durability of the piston, a decrease in the breakthrough of gases in the crankcase, a decrease in oil consumption for burning, a decrease in the mass of the piston. For this, the vertical profile of the skirt in the piston of the internal combustion engine is made in the form of a symmetrical barrel-shaped figure, the bearing surfaces of which are limited by the base points A, B, C, E, and the curves passing through them are determined in the Cartesian coordinate system XOZ parabolic

зависимостью по формулам соответственно для верхней и нижней части профиля, где k₁, k₂, m₁, m₂ являются безразмерными коэффициентами, находящимися в диапазонах k₁, k₂=0,000001...0,5; m1, m₂=1,3...6,0 и определяемыми аналитически по формулам: кроме того, величина смещения а плоскости максимального диаметра относительно оси поршневого пальца вверх или вниз в зависимости от максимального диаметра юбки поршня D, определяется соотношением a=f·d, где f=0,08...0,22.dependence by formulas respectively, for the upper and lower part of the profile, where k ₁ , k ₂ , m ₁ , m ₂ are dimensionless coefficients in the ranges k ₁ , k ₂ = 0.000001 ... 0.5; m1, m ₂ = 1.3 ... 6.0 and determined analytically by the formulas: in addition, the amount of displacement a of the plane of the maximum diameter relative to the axis of the piston pin up or down, depending on the maximum diameter of the piston skirt D, is determined by the ratio a = f · d, where f = 0.08 ... 0.22.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована при проектировании и изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of engine building and can be used in the design and manufacture of pistons for internal combustion engines.

Известна конструкция поршня для двигателей внутреннего сгорания, часть юбки которого имеет слегка овальную, а не цилиндрическую форму и размер овальной части изменяется вдоль юбки, образуя контактные поверхности со специфическим профилем, соприкасающиеся со стенками цилиндра (см. патент Великобритании 2166217 А от 30.04.1986 г., кл. F 16 J 1/00).A known piston design for internal combustion engines, the part of the skirt of which is slightly oval rather than cylindrical and the size of the oval part changes along the skirt, forming contact surfaces with a specific profile in contact with the cylinder walls (see UK patent 2166217 A from 04/30/1986 ., cl. F 16 J 1/00).

Также известна конструкция поршня, который имеет юбку, бочкообразную в направлении оси поршня и имеющую овальное сечение, причем юбка поршня в плоскости, проходящей через ось пальца и продольную ось поршня, расположенной на стороне отсутствия давления поршня на стенку цилиндра (CDS-область), имеет большую овальность, чем в области, расположенной на стороне давления на стенку цилиндра (DS-область) (см. патент Германии 3843761 А1 от 24.12.1988 г., кл. F 16 J 1/00).Also known is the design of the piston, which has a skirt that is barrel-shaped in the direction of the axis of the piston and having an oval cross-section, and the skirt of the piston in the plane passing through the axis of the finger and the longitudinal axis of the piston located on the side of the lack of pressure of the piston on the cylinder wall (CDS region) has greater ovality than in the area located on the pressure side of the cylinder wall (DS-region) (see German patent 3843761 A1 dated 12.24.1988, class F 16 J 1/00).

Недостатком вышеуказанных конструкций является малая точность конструктивного исполнения кривой вертикального профиля, вследствие определения ее опытным, а не расчетным путем, что требует проведения большого количества экспериментов, не гарантирующих от получения кривой с участками излома, которые ведут к нарушению масляного клина в паре трения: «поршень - цилиндр».The disadvantage of the above designs is the low accuracy of the design of the curve of the vertical profile, due to the determination by experience rather than by calculation, which requires a large number of experiments that do not guarantee a curve with fracture sections that lead to a violation of the oil wedge in the friction pair: “piston - the cylinder. "

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является конструкция поршня для двигателя внутреннего сгорания, состоящая из головки с канавками под поршневые кольца и юбки с отверстием для поршневого пальца, причем рабочие поверхности, соприкасающиеся со стенками отверстия цилиндра, находятся в пределах созданной поверхности, расположенной ассиметрично The closest device of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a piston design for an internal combustion engine, consisting of a head with grooves for the piston rings and a skirt with a hole for the piston pin, and the working surfaces in contact with the walls of the cylinder bore are within asymmetrically created surface

относительно оси цилиндра двигателя вмещающего поршень без вредного пространства в продольном направлении поршня и/или в направлении вдоль окружности (см. патент США 4,716,817 от 5.01.1988 г., кл. F 16 J 1/00).relative to the axis of the cylinder of the engine containing the piston without harmful space in the longitudinal direction of the piston and / or in the direction along the circumference (see US patent 4,716,817 from 01/05/1988, CL F 16 J 1/00).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, является недостаточное соответствие профиля юбки поршня характеру ее теплового расширения и вследствие этого необходимость завышенных тепловых зазоров между юбкой поршня и цилиндром, ведущих к увеличению длины юбки и соответственно габаритов и массы поршня.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype are the insufficient correspondence of the profile of the piston skirt to the nature of its thermal expansion and, as a result, the need for excessive thermal gaps between the piston skirt and the cylinder, leading to an increase in the length of the skirt and, accordingly, dimensions and mass of the piston.

Сущность полезной модели - выполнение формы профиля поверхности поршня, находящегося под поршневыми кольцами, с учетом действующих на поршень сил и моментов математическими методами, обеспечивающими благоприятные режимы жидкостного трения и теплового состояния поршня.The essence of the utility model is the implementation of the profile shape of the piston surface located under the piston rings, taking into account the forces and moments acting on the piston by mathematical methods that provide favorable conditions for fluid friction and thermal state of the piston.

Технический результат - повышение надежности и долговечности поршня, уменьшение прорыва газов в картер, уменьшение расхода масла на угар, снижение массы поршня.The technical result is an increase in the reliability and durability of the piston, a decrease in the breakthrough of gases in the crankcase, a decrease in oil consumption for burning, a decrease in the mass of the piston.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в поршне двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку с канавками под поршневые кольца и юбку с отверстием под поршневой палец особенностью является то, что вертикальный профиль юбки выполнен в виде симметричной бочкообразной фигуры, несущие поверхности которой ограничены базовыми точками А, В, С, Е, а кривые, проходящие через них определяются в декартовой системе координат XOZThe specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the piston of an internal combustion engine containing a head with grooves for the piston rings and a skirt with a hole for the piston pin, the feature is that the vertical profile of the skirt is made in the form of a symmetrical barrel-shaped figure, the bearing surfaces of which are limited base points A, B, C, E, and the curves passing through them are defined in the Cartesian coordinate system XOZ

параболической зависимостью по формулам соответственно для верхней и нижней части профиля, где k₁, k₂, m₁, m₂являются безразмерными коэффициентами, находящимися в диапазонах k₁, k₂=0,000001...0,5; m₁, m₂=1,3...6,0 и определяемыми аналитически по формулам:parabolic dependence according to the formulas respectively, for the upper and lower part of the profile, where k ₁ , k ₂ , m ₁ , m ₂ are dimensionless coefficients in the ranges k ₁ , k ₂ = 0.000001 ... 0.5; m ₁ , m ₂ = 1.3 ... 6.0 and determined analytically by the formulas:

кроме того, величина смещения а плоскости максимального диаметра относительно оси поршневого пальца вверх или вниз в зависимости от in addition, the amount of displacement a of the plane of maximum diameter relative to the axis of the piston pin up or down, depending on

максимального диаметра юбки поршня D, определяется соотношением a=f·D, где f=0,08...0,22.the maximum diameter of the piston skirt D, is determined by the ratio a = f · D, where f = 0.08 ... 0.22.

На чертеже представлено: на фиг.1 изображен поршень двигателяThe drawing shows: figure 1 shows the piston of the engine

внутреннего сгорания с вертикальной образующей профиля, расположенной перпендикулярно оси поршневого пальца в плоскости качания шатуна. На фиг.2 изображена вертикальная образующая профиля, состоящая из верхней и нижней частей.internal combustion with a vertical generatrix of the profile located perpendicular to the axis of the piston pin in the swing plane of the connecting rod. Figure 2 shows the vertical generatrix of the profile, consisting of upper and lower parts.

Поршень ДВС содержит: отверстие под поршневой палец 1; головку поршня с канавками под поршневые кольца 2; направляющую юбку 3 бочкообразной формы, состоящую из верхней части 4 и нижней части 5, имеющей максимальный диаметр D, который смещен относительно оси поршневого пальца на расстояние а. На образующей вертикального профиля, приведенной к координатным осям XOZ расположены базовые точки А, В, С, Е. OX - горизонтальная ось, совпадающая с плоскостью максимального диаметра юбки поршня; OZ - вертикальная ось, параллельная оси поршня и совпадающая с цилиндрической образующей; А - точка максимального отклонения верхней части профиля, расположенная под нижним поршневым кольцом; В - точка максимального отклонения нижней части профиля, расположенная у нижнего среза юбки; С, Е - промежуточные точки, принадлежащие образующим верхнего и нижнего профилей юбки соответственно; О - точка перегиба образующей вертикального профиля совпадает с точкой пересечения плоскости максимального диаметра и цилиндрической образующей и определяется в зависимости от габаритных размеров поршня и характера распределения массы вдоль вертикальной оси поршня.The engine piston contains: a hole for the piston pin 1; piston head with grooves for piston rings 2; a barrel-shaped guide skirt 3 consisting of an upper part 4 and a lower part 5 having a maximum diameter D, which is offset from the axis of the piston pin by a distance a. On the generatrix of the vertical profile, reduced to the coordinate axes XOZ, the base points A, B, C, E. are located. OX is the horizontal axis coinciding with the plane of the maximum diameter of the piston skirt; OZ is the vertical axis parallel to the axis of the piston and coinciding with the cylindrical generatrix; And - the point of maximum deviation of the upper part of the profile, located under the lower piston ring; In - the point of maximum deviation of the lower part of the profile, located at the bottom of the skirt; C, E - intermediate points belonging to the generators of the upper and lower profiles of the skirt, respectively; О - the inflection point of the generatrix of the vertical profile coincides with the point of intersection of the plane of maximum diameter and the cylindrical generatrix and is determined depending on the overall dimensions of the piston and the nature of the distribution of mass along the vertical axis of the piston.

Работа поршня осуществляется следующим образом: поршень при движении в цилиндре от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке и обратно под действием боковых сил прижимается то к одной, то к другой стороне цилиндра с возникновением опрокидывающих моментов в мертвых точках. При этом возникает зона повышенного давления масла (масляный The piston works as follows: when moving in the cylinder from the top dead center to the bottom dead center and vice versa, under the action of lateral forces, it is pressed against one or the other side of the cylinder with the occurrence of overturning moments at the dead points. In this case, a zone of increased oil pressure (oil

клин): со стороны верхней части юбки 4 при движении поршня вверх и со стороны нижней части юбки 5 при движении поршня вниз, обеспечивая всплытие юбки поршня на слое смазки. Профиль юбки спроектирован из условия минимизации уровня стука при перекладке поршня в мертвых точках, из условия гарантированного сохранения жидкостного трения и с учетом температурного расширения поршня при работе двигателя на максимальных режимах. Толщина масляного клина минимизирована с целью снижения расхода масла на угар и потерь на трение.wedge): from the side of the upper part of the skirt 4 when the piston moves up and from the side of the lower part of the skirt 5 when the piston moves down, allowing the piston skirt to emerge on the lubricant layer. The skirt profile is designed from the condition of minimizing the level of knock when shifting the piston at dead points, from the condition of guaranteed preservation of liquid friction and taking into account the thermal expansion of the piston when the engine is operating at maximum conditions. The thickness of the oil wedge is minimized in order to reduce oil consumption for waste and friction losses.

Профиль юбки, спроектированный по указанному способу, обеспечивает улучшение мощностных показателей двигателя вследствие уменьшения прорывов газов в картер, высокую степень надежности и долговечности поршня вследствие снижения механических потерь на трение, уменьшение опасности задира трущихся поверхностей поршня и гильзы цилиндров, снижение расхода масла на угар.The skirt profile designed according to the specified method provides improved engine performance due to reduced gas breakthroughs in the crankcase, a high degree of reliability and durability of the piston due to reduced mechanical friction losses, reduced risk of scuffing of the friction surfaces of the piston and cylinder liner, and reduced oil consumption.

Claims

1. The piston of an internal combustion engine containing a head with grooves for the piston rings and a skirt with a hole for the piston pin, and the working surfaces in contact with the walls of the cylinder bore are within the vertical surface, characterized in that the vertical profile of the skirt is made in the form of a symmetrical barrel-shaped figures whose bearing surfaces are bounded by the base points A, B, C, E, and the curves passing through them are determined in the Cartesian coordinate system XOZ parabolic dependence by the formulas am

x = k ₁

;

respectively, for the upper and lower part of the profile, where k ₁ , k ₂ , m ₁ , m ₂ are dimensionless coefficients in the ranges k ₁ , k ₂ = 0.000001 ... 0.5; m ₁ , m ₂ = 1.3 ... 6.0 and determined analytically by the formulas:

;

2. The piston according to claim 1, characterized in that the amount of displacement a of the plane of the maximum diameter relative to the axis of the piston pin up or down depending on the maximum diameter of the piston skirt D is determined by the ratio a = f · D, where f = 0.08 ... 0.22.