УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ ПОРШНЯ
PISTON UNLOADING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к кривошипно-шатунным механизмам (КШМ), преимущественно применяющихся в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), снабженным устройством для разгрузки поршня.
Известны различные устройства разгрузки, применяемые в КШМ ДВС, особенно дезаксиального типа, описанные, например, в [1, 2]. Их характерной особенностью является наличие специального механизма - крейцкопора, предназначенного для восприятия бокового усилия, т.е. разгрузки поршня. Находят применение крейцкопоры как с односторонним, так и с двухсторонним ползуном. Недостатком таких механизмов являются их увеличенные массогабаритные показатели, что недопустимо для ДВС.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для разгрузки поршня [3], которое содержит коленчатый вал, шатун, цилиндр, поршень с крышкой, юбкой, бобышками и поршневым пальцем, причем внутренняя нижняя сторона юбки поршня снабжена канавкой с антифрикционным кольцом, а подпоршневое пространство снабжено цилиндрической направляющей втулкой (направляющим устройством), которая имеет прорези для прохода бобышек с поршневым пальцем и шатуна, причем втулка установлена концентрично антифрикционному кольцу.
Его недостатком является сложность конструкции и низкая технологичность, обусловленная пространственной протяженностью цилиндрической втулки.
Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов при обеспечении простоты конструкции, увеличении надежности, повышении технологичности.
Это достигается тем, что устройство для разгрузки поршня, содержащее коленчатый вал, шатун, цилиндр, поршень с юбкой, снабженной внутренней канавкой с антифрикционным кольцом, направляющее устройство, согласно изобретению содержит направляющее устройство, выполненное в виде перевернутых «П»-образных скоб, при этом один из вертикальных элементов скоб снабжен направляющими поверхностями, а другой - элементами крепления к блоку цилиндров.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено предложенное устройство, в варианте с одноцилиндровым двигателем, разрез в плоскости, перпендикулярной коленчатому валу, поршень в верхней мертвой точке (ВМТ), на фиг.2 - поршень в нижней мертвой точке (НМТ). На фиг.3 изображено направляющее устройство, выполненное в виде перевернутых П-образных скоб в аксонометрической проекции.
Устройство для разгрузки поршня является составной частью ДВС и состоит из картера 1, нижней головки 2, шатуна 3, цилиндра 4, поршня 5 с компрессионными кольцами 6, в нижней (внутренней) части юбки 7 установлено антифрикционное кольцо 8, которое контактирует с цилиндрической направляющей 9, являющейся одним из вертикальных элементов перевернутой «П»-образной скобы, состоящей также из перемычки 10 и другого вертикального элемента 11, который снабжен элементами крепления, например отверстиями 12, служащими для пропуска крепежных болтов 13. Перевернутых «П»-образных скоб может быть несколько, например, на фиг.3 показаны четыре скобы в предположении, что между каждой противолежащей парой из них проходит плоскость перемещения шатуна. Таким образом, в состав каждой перевернутой П-образной скобы входят относительно длинная цилиндрическая антифрикционная направляющая 9, перемычка 10 и относительно короткий вертикальный элемент 11 с отверстиями 12 для крепежных болтов. Цилиндрическая внутренняя поверхность, размещенная внутри поршня, фактически является составляющей из секций-направляющих 9.
Пространство между ними используется для прохода бобышек с поршневыми пальцами.
Работа механизма происходит следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня 5 происходит вращение коленчатого вала. Действию нормальных по отношению к стенке цилиндра 4 сил препятствует реакция опоры нижней части юбки поршня 7 через кольцо 8 на цилиндрическую направляющую 9. При этом через пространство между направляющими соседней скобы проходят бобышки поршня с пальцем, а шатун в промежутках между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ) - через пространство между другой парой направляющих, перпендикулярной первой (при относительно тонких шатунах и подобранной геометрии - малом радиусе кривошипа, эти пространства минимальные, а могут и вообще отсутствовать). Закрепление скоб осуществляется другим вертикальным элементом 11 и крепежными болтами 13, проходящими через отверстия 12 к блоку цилиндров, в котором может быть нарезана резьба. Данный КШМ дает возможность реализовать двухрядный ДВС с цилиндрами, оси которых параллельны, причем цилиндры одного ряда частично расположены между цилиндрами другого ряда.
Таким образом, данный КШМ с устройством разгрузки дает возможность реализовать чрезвычайно компактный ДВС с компенсированными силами бокового давления на поршень, при этом широко используются апробированные и высоконадежные узлы цилиндропоршневых пар. Следует отметить, что данное устройство по сравнению с прототипом является гораздо более технологичным, его форма проста (скоба) по сравнению с цилиндром с фланцем и прорезями, его крепление легче, что ведет к хорошей ремонтопригодности, например замене изношенных пар трения. Особенно данное устройство применимо для короткоходовых двигателей, которые получают все более широкое применение.
Источники информации
1. Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1989, с.7, рис.1-4.
2. А.с.СССР №889928 - Устройство для разгрузки поршня. / В.Р.Сафронов - заявка №2118382/25-27 от 28.03.75, опубл. 15.12.81, Б.И. №46.
3. Патент РФ №2205997 - Устройство для разгрузки поршня. /А.М.Литвиненко - опубл. 10.06.2003 г., Б.И. №16, з-ка №2002102612/28 от 28.01.2002, МПК 7 F16C 5/00.