СОСТАВНОЙ ШАТУННО-ПОРШНЕВОЙ УЗЕЛ С УПЛОТНИТЕЛЕМ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
MULTICOMPONENT ROD-PISTON ASSEMBLY WITH SEAL OF CYLINDER-PISTON GROUP OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относиться к двигателестроению, в частности к конструкции составного шатунно-поршневого узла с уплотнителем цилиндропоршневой группы для двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет обеспечить лучшую герметизацию стыков между цилиндром и поршнем, уменьшить прорыв газов в картер двигателя, улучшить ремонтопригодность поршневой группы, удешевить процесс изготовления поршней и поршневых колец, а также обеспечить их качество изготовления, снизить массу поршневого комплекта, тем самым уменьшить силы инерции и механические потери в двигателе, а следовательно, улучшить топливную экономичность ДВС.
Известна конструкция разборного поршня пат. SU 1052695A от 21.01.81, содержащая корпус с выполненной в его нижней части на внутренней поверхности кольцевой канавкой по меньшей мере с одной конической поверхностью и вставкой, связанной с корпусом при помощи фланца с конической наружной поверхностью кольцевой канавки, а с другой - с наружной поверхностью фланца, отличающийся тем, что с целью повышения надежности кольцевая канавка в корпусе поршня выполнена в виде обратного конуса, а разжимное кольцо выполнено с сечением в виде равнобедренной трапеции, большее основание которой обращено к днищу поршня, причем поверхности сопряжения проточки разжимного кольца и фланца выполнены под углом 1-3 градуса.
Недостатком такой конструкции является большая громоздкость. Это связано с тем, что данная конструкция содержит 14 деталей, что приводит к усложнению конструкции узла.
Данного недостатка лишена конструкция составного поршня пат. SU 220675 от 28.07.1968, содержащего головку с опорной поверхностью, соединенную при помощи шпилек с цилиндрической юбкой, несущей внутренний кольцевой выступ, и вставку с отверстием для поршневого пальца, отличающейся тем, что с целью разгрузки соединительных шпилек от сил инерции движущихся масс, опорные поверхности вставки размещены между торцевой поверхностью головки и выступом юбки, которые стянуты со вставкой удлинительными шпильками и гайками.
Однако недостатком данной конструкции является плохое охлаждение поршня, высокая конструктивная масса, что увеличивает величину сил инерции, а следовательно, и механические потери двигателя.
Данных недостатков лишена конструкция поршня с уплотнением пат. RU 2059854 от 10.05.1996. Сущность изобретения заключается в том, что поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания содержит уплотнительные элементы в виде сегментных роликов, подвижные обоймы и замкнутую волнообразного профиля пружину, размещенную в канавке поршня, разрезное маслосъемное кольцо и между ним и поршнем расширитель, размещенные в зоне нижнего торца поршня, а также подвижные обоймы в виде дуг и расположенную между поршнем и обоймами разрезную пружину.
Недостатком данной конструкции является малоэффективное уплотнение камеры сгорания. Это связано с тем, что в компрессионных кольцах применяются сферические шарики, которые, кроме всего прочего, не обеспечивают снижения механических потерь, т.к. конструкция является нерабочей из-за того, что качение происходит вдоль оси цилиндра, а не вдоль оси качения шариков.
Известно устройство поршня пат. RU 2171408 от 24.11.98, внутри которого имеется широкая перегородка, в которой выполнена внутренняя полусферическая полость с боковыми стенками на концах полости на одной стороне перегородки с возможностью контакта боковых стенок с прямолинейным усеченным краем чашеобразного элемента в пределах рабочего угла качания шатуна. Это конструкция поршня, по решаемой технической задаче, наиболее близка к предлагаемому изобретению. Однако это устройство имеет следующие недостатки: необходимость армирования перемычек и боковых стенок поршня для увеличения жесткости, что приводит к усложнению сборки и обслуживания узла.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении массы поршневой группы, максимальной герметизации камеры сгорания, повышении надежности и ремонтопригодности шатунно-поршневой группы, а также в упрощении конструкции шатуна и увеличении его длины, что положительно влияет на снижение механических потерь.
Технический результат заключается в улучшении эффективных показателей двигателя внутреннего сгорания за счет снижения его механических потерь.
Поставленная задача решается за счет того, что составной шатунно-поршневой узел с уплотнителем цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания содержит составной поршень, компрессионное и маслосъемное кольцо, а также соединенный с поршнем шатун, при этом поршень такого узла состоит из днища с замком для фиксации его в двух симметричных половинах корпуса составного поршня, соединяемых между собой обжимной втулкой, одеваемой с наружной поверхности симметричных половин корпуса поршня, имеющей сверху и снизу проточки для установки одного поршневого цельнометаллического неразъемного компрессионного кольца (без замка), на внутренней кольцевой поверхности которого выполнены полукруглые проточки, и одного маслосъемного кольца, представляющего собой сборную конструкцию, состоящую из двух цельнометаллических (без замков) колец, на внутренней кольцевой поверхности которых имеются полукруглые проточки, при этом в бобышках устанавливаются игольчатые подшипники, во внутреннюю обойму которых вставляются левая и правая оси верхней головки шатуна, представляющего собой стержень двутаврового сечения без утолщений и расширений с цельными нижней и верхней головками, имеющими сверху и снизу соответственно по одной левой и по одной правой оси.
Для достижения указанного технического результата предлагается следующая конструкция составного шатунно-поршневого узла. Составной шатунно-поршневой узел (фиг.1) состоит из днища поршня 1, в нижней цилиндрической части 2 которого имеется замок 3 для фиксации и соединения в единое целое днища поршня 1 и симметричных половин корпуса поршня 4 и 5, образующих составной корпус поршня, в бобышках 6 и 7 которого имеются посадочные места для 2-игольчатых подшипников 8 и 9, предназначенных для установки 2-х осей 10 и 11 шатуна 12.
Для обеспечения жесткости соединения составного корпуса поршня обе симметричные половинки корпуса поршня 4 и 5 соединяются между собой обжимной втулкой 13, на внешней поверхности которой выполнены проточки для установки одного цельного (без замка) поршневого компрессионного кольца 14 и маслосъемного кольца 15 скребкового типа с тангенциальным расширителем 16, а на внутренней поверхности - проточки для фиксации симметричных половин корпуса поршня 4 и 5. Данная конструкция колец 14 и 15 обеспечивает высокое уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания.
Компрессионное кольцо 14 (фиг.2) выполняется цельнометаллическим неразъемным (без замка), на внутренней кольцевой поверхности 17 которого выполнены проточки 18 для обеспечения упругой деформации и компенсации температурного расширения.
Маслосъемное кольцо 15 (фиг.3) представляет собой сборную конструкцию, состоящую из двух цельнометаллических неразъемных (без замков) колец 19 и 20, представляющих собой скребок, на внутренней кольцевой поверхности 21 которых имеются компенсационные проточки 22 для обеспечения упругой деформации и компенсации температурного расширения.
Шатун 12 (фиг.4) представляет собой стержень двутаврового сечения без утолщений и расширений с цельными, нижней и верхней, головками, не имеющими отверстий под поршневой палец и под шейку коленчатого вала, а имеющими вместо них на каждой головке шатуна по две левых 10 и 23 и две правых 11 и 24 оси.
Устройство работает следующим образом. Составной шатунно-поршневой узел 25, состоящий из разборного поршня 26, цельного компрессионного кольца 14, цельного маслосъемного кольца 15 и шатуна 12, представляет собой стержень двутаврового сечения без утолщений и расширений с цельными, нижней и верхней, головками, имеющими по две левых 10 и 23 и две правых 11 и 24 оси, размещенный в цилиндре 30 ДВС, совершает возвратно поступательное движение. При этом составной шатунно-поршневой узел 25 преобразует энергию сгорания топлива в механическую энергию вращения. Технический результат от использования составного шатунно-поршневого узла 25 достигается путем обеспечения качественной герметизации стыка 31 между поршнем и цилиндром 30 двигателя, а также за счет снижения массы шатунно-поршневого узла 25, что приводит к снижению механических потерь и увеличению силы давления газов, тем самым увеличивая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.