Составной поршень двигателя внутреннего сгорания

(5 02 ЕЗ ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ чугунной встав- йуплотнительностяжных болтов, есткости тонкоу тронку, на ее меется круговое ное с чугунной головкои поршня и стигается установко ьца и с помощью того, для придания ж му цилиндрическом нней поверхности и жесткости, связан кой, до го кол Кроме стен но внутре ребро вставкНе констр эксплу больш(54) СОСТАВНОЙ ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, ипозволяет за счет усовершенствования составного поршня снизить расход масла наугар, Головка поршня выполнена за одноцелое с бобышками и отьемная тронковаячасть с канавками под поршневые кольцавыполнена в виде тонкостенной цилиндрической втулки с круговыми ребрами жесткости на внутренней поверхности.Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется по торцовым поверхностям,имеющим коническую форму с вершинами Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению для усовершенствования составных поршней двигателей внутреннего сгорания,Известен составной поршень, включающий в себя отъемную стальную головку, чугунную вставку с бобышками и тонкостенную тронковую часть, выполненную из легкого сплава. При этом на боковой поверхности головки и чугунной вставки выполнены канавки под поршневые кольца, а герметичность внутренних полостей охлаждения, заключенных конусности, обращенными в строну днища. При этом угол конусности на головке больше угла соответствующей поверхности на тронке. Сопряжение головки поршня с тронком осуществляется также круговыми ребрами жесткости, причем боковая поверхность верхнего ребра жесткости имеет цилиндрическую форму, нижнего - коническую форму с вершиной конусности, обращенной в сторону картера двигателя. Над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра. За счет создания в каждом сопряжении по круговым ребрэм жесткости определенных посадок с гарантированным натягом, получаемых в результате суммарного действия монтажной и тепловой деформации при работе дизеля, образуется требуемый профиль на наружной поверхности тронковой части, Для повышения надежности сборки тронка с головкой поршня применяются винты, которые устанавливаются в плоскости перекладки поршня, 2 з.п. ф-лы, 1 ил,ои.достатками такого поршня являются уктивная сложность и ненадежность в атации, обусловленные наличием ого количества деталей с различнымикоэффициентами теплового расширения иповерхностей уплотнения при помощи болтов и. шпилек.Известен также поршень, включающийв себя головку, выполненную за одно целое, с бобышками, и отьемную тронковую часть,выполненную в виде втулки с цилиндрической наружной поверхностью, а на внутренней поверхности трон ка имеютсяпродольные профильные выемки. При этомсоединение головки поршня с транком осуществляется при помощи двух нецилиндрических полуколец из легкодеформируемогоматериала, установленных между головкойи тронком.Недостатком такого поршня являетсяненадежное соединение головки поршня итронка при помощи уплотнительных полуколец, которые в процессе циклическогонагрева приобретают остаточную деформацию, и нарушение плотности сопряжения.Кроме того, известен составной поршень, содержащий головку с канавками дляпоршневых колец и бобышками под поршневой палец, а также тронковую часть с канавками под поршневые кольца,цилиндрической наружной поверхностью иребрами жесткости на внутренней поверхности. При этом головка поршня соединенас тронком при помощи сварки, а торцовыеповерхности ребер жесткости тронка и контактируемых с ними поверхностей головкиимеют плоскую форму.Недостатком указанного поршня является жесткое соединение головки с тронкоми сопряжение этих деталей по одной посадке, что не позволяет обеспечить необходимую тепловую подвижность и податливостьпоршня для образования профиля боковойповерхности,Целью изобретения является приданиепоршню необходимой подвижности и податливости в зависимости от его тепловогосостояния для формирования требуемогопрофиля наружной поверхности.Поставленная цель достигается тем, чтов составном поршне, включающем головкус бобышками и тронк, выполненным из материалов с различными физико-механическими свойствами, при этом тронкизготовлен в виде тонкостенной втулки сребрами жесткости на его внутренней поверхности, контактирующими с соответствующими поверхностями бобышки подпоршневой палец, боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткоститронка и бобышек выполнены конусными свершинами конусности, обращенными всторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней круговая поверхность головки имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня, при атом угол конусности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка.На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого составного поршня, у которого головка с бобышками и тронк выполнены из материалов с разными физико-механическими свойствами.Предлагаемый поршень включает в себя голов,у 1, выполненную за одно целое с бобышками 2, тронк 3, выполненный в виде тонкостенной трубки с ребрами жесткости 4 (верхнее) и 5 (нижнее), отверстие 6 в бобышке 2 под поршневой палец (не показан), полукруглую канавку 7, примыкающую к верхней торцовой поверхности верхнего ребра жесткости 4, расположенного над отверстием 6 в бобышке 2, винты 8 крепления тронка 3 к головке 1, термостойкое антифрикционное кольцо 9, например из графе- лона, При этом боковые контактирующие поверхности нижнего ребра жесткости 5 и соответствующие поверхности на бобышке 2 выполнены коническими с одинаковыми углами конусности и вершинами, обращен-ными в сторону картера двигателя (по чертежу вниз), Кроме того, торцовая круговая поверхность тронка 3 и сопрягаемая с ней поверхность головки 1 имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища головки поршня. Для поршня, у которого головка и тронк выполнены из материала с различными физико- механическими свойствами, например, головка из стали, а тронк из алюминиевого сплава, угол конусности круговой поверхности на головке больше угла конусности торцовой поверхности тронка. Для поршня, головка и тронк которого выполнены из материала с одинаковыми физико-механическими свойствами, угол конусности кольцевой поверхности на головке равен углу конусности торцовой поверхности тронка.Поршень работает следующим образом.В процессе работы двигателя внутреннего сгорания часть теплоты от сгорания топлива в цилиндре расходуется на нагрев головки 1. поршня и бобышки 2, а через поверхности соприкосновения головки 1 и бобышек 2 с тронком 3, в частности головки 1 с боковой поверхностью ребра жесткости 4 тронка и бобышки с ребром жесткости 5 .1698469 50 на нагрев тронка. При этом нагрев головки 1 приводит к ее расширению и радиальной деформации конусной поверхности, сопрягаемой с торцовой (конусной) поверхностью тронка 3, Учитывая, что угол конусности, сопрягаемой с тронком поверхности головки 1, больше угла конусности на торцовой поверхности тронка, расширение головки сопровождается поворотом сопрягаемой поверхности вокруг вершины конического выступа на торцовой поверхности тронка 3 с одновременным радиальным перемещением сопрягаемых поверхностей в направлении увеличения диаметров этих поверхностей.Радиальное расширение тронка 3 в зоне верхнего ребра жесткости 4 происходит в результате суммарного влияния натяга, создаваемого при сборке головки 1 с тронком 3, и теплового расширения ребра жесткости 4, При этом величина радиального расширения на этом участке тронка определяется как значениями коэффициентов линейного расширения материалов головки и тронка, так и податливостью конструкции, обусловленной наличием круговой канавки 7 на внутренней поверхности тронка.Расширение тронка в зоне ребра жесткости 5 практически происходит под действием тех же факторов, что и в зоне ребра жесткости 4. Однако величина этого расширения будет меньше и обусловлено это прежде всего более низким уровнем температур нагрева нижней части бобышки 2, а ,также появлением радиальной и продольной составляющих усилия расширения на конической бобышке поверхности соприкосновения ребра жесткости 5 с бобышкой 2.Предлагаемая конструкция составного поршня двигателя внутреннего сгорания позволяет за счет различных натягов, устанавливаемых при сборке поршня в местах соприкосновения головки и тронка, с учетом различных уровней нагрева по высоте поршня, имеющих место при работе двигателя, получить требуемую форму профиля наружной поверхности поршня, не прибегая к помощи сложной копирной обработки,5 10 15 20 25 30 35 40 45 Таким образом, в известном составном поршне, содержащем головку с бобышками, тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на внутренней поверхности, боковая поверхность нижнего ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность на бобышке поршня выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в сторону картера двигателя, над верхним ребром жесткости имеется круговая канавка, непосредственно примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а торцовая поверхность тронка (тонкостенной втулки) и сопрягаемая с ней поверхность на головке имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону днища поршня (головки), при этом угол конусности поверхности на головке больше угла конус- ности торцовой поверхности тронка, Когда головка и тронк поршня выполнены из одного материала, угол конусности поверхности на головке поршня равен углу конусности торцовой поверхности тронка.Формула изобретения 1, Составной поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с бобышками и тронк, выполненный в виде тонкостенной втулки с ребрами жесткости на внутренней поверхности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности путем усовершенствования конструкции поршня за счет придания тепловой подвижности и податливости наружной поверхности, боковая поверхность нижнего ребра жесткости тронка и соответствующая контактирующая с ней поверхность бобышки выполнены коническими с вершинами конусности, обращенными в сторону от головки поршня, под верхним ребром жесткости выполнена круговая канавка, примыкающая к верхней торцовой поверхности ребра, а верхняя торцовая поверхность тронка и сопрягаемая с ней поверхность головки имеют коническую форму с вершинами конусности, обращенными в сторону головки поршня,2.Поршень поп.1,от л и ч а ю щий с я тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из различных материалов, причем угол конусности торцовой поверхности головки больше угла конусности торцовой поверхности тронка,3, Поршень поп.1,отл и чаю щий ся тем, что головка с бобышками и тронк выполнены из одного материала, причем угол конусности торцовой поверхности головки равен углу конусности торцовой поверхности тронка.1698469 оставитель А,Гладких хред М.Моргентал Корректор И,Муска ват еда кто роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 4376 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5