Узел двигателя внутреннего сгорания а. ф. мещерякова

)5 Р 7/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ У на с аккумулирующей полост вая головка 16 выполнена с частью 13, а также с поршн воэможностью осевого пере мещена в стержне 11, В П полость, соединенная осевы ми с маслоподводящими кан размещен клапан высокого аккумулирующей полости 6 - го давления 29. Масляный ка ной шейке 33 и отверстия 10 скольжения расположены со ки, обращенной к оси коленча 9 томобили. Под ред.АГропромиэдат, 1985, с. 4(54) УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ А.Ф.МЕЩЕРЯКОВА(57) Использование: в двигателестроенииСущность изобретения; шатун выполнен составным, Кривошипная головка 1 выполнеью 6. Поршне- направляющей ем /П/18 и с мещения раэ выполнена ми отверстияалами. В П 18 давления. а я клапан низконал 35 в шатуне подшипнике стороны шейтого вала. 2 ил.Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано вкачестве узла кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания,Известен узел двигателя внутреннегосгорания, содержащий шатун, присоединенный к шейке кривошипа коленчатого вала, являющийся частью крипошипношатунного механизма (КШМ). Основнымиэлементами шатуна являются; поршневаяголовка, стержень и кувошипная головка,соединяющая стержень шатуна с шейкойколенчатого вала. В коМплект шатуна входят втулка и подшипник скольжения,Обеспечивая прочность и жесткость,шатуну отводят исключительно роль кинематической связи поршня с кривошипом вала, не способствующую при этомулучшению как организации и протеканиюрабочего процесса в двигателе, так и повышению его моторесурса,Целью изобретения является повышение технико-экономических показателейдвигателя путем улучшения рабочей характеристики шатуна, а также повышения надежности,Улучшенная рабочая характеристиКасоставного шатуна с четко выраженным поуглу р поворота кривошипа вала началомсокращения его длины под действием расчетного усилия, например давления на поршень, развиваемого с началом рабочегопроцесса до его прихода в верхнюю мертвую точку (ВТМ), позволяет существенноснизить противодавление на поршень, демпфируемое гидравлической системой шатуна, и тем самым снизить износ элементовКШМ и повысить моторесурс двигателя,Вместе с этим продолжающееся демпфирование шатуном давлений цикла в ВМТпоршня и частью за ней обеспечивает переменную степень сжатия я в цилиндре двигателя, способствующую снижениюмаксимальных давлений цикла и вероятности детонационного сгорания топливнойсмеси в бензиновом двигателе, С повышением таким образом предела детонационного сгорани.я топливной смесиоткрывается перспектива использованияболее дешевых бензинов с относительноболее низким октановым числом,С применением узла в дизелях обеспечивается снижение наброса давлений на детали КШМ и повышается воэможностьфорсирования по давлению наддува,Сущность изобретения состоит в том,что составной шатун узла двигателя внутреннего сгорания выполнен с рабочей ха 55 5 1020354050 рактеристикой, содеркащей по углу у поворота кривошипа вала прибликенно - горизонтальный участок, описывающий работу удлиненного шатуна, ограниченный участками характеристики удлинения и сокращения межцентрового расстояния головок составного шатуна соответственно под давлением масла маслосистемы двигателя и под воздействием давлений цикла на поршень в области ВМТ, с конструктивно регулируемым по углу р началом сокращения длины шатуна - демпфирования давленийцикла.Существенными отличиями узла и его гидравлической системы являются следующие, Стержень шатуна выполнен составнымиз двух частей: части стержня с поршневойголовкой и части, образованной картером с кривошипной головкой, конструктивно связанных между собой с возможностью вращения его частей относительно оси шатуна и изменения - удлинения, сокращения межцентрового расстояния его головок, При этом связью частей шатуна служит палец, неподвижно присоединенный в основаниичасти стержня с поршневой головкой, имеющий цилиндрическую направляющую часть, и выполненный на конце направляющей части полый поршень с заглушкой, фиксированные в отверстии крышки картера и его полости.Гидравлическая система составного шатуна содержит клапан высокого давления сконическим элементом и жесткой пружиной сжатия, соответственно установленные в седле отверстия заглушки и полости поршня с помощью опорных элементов, и клапаннизкого давления с седлом и менее жесткой пружиной сжатия, соответственно установленные в осевом подводящем масляном ка-. нале кривошипной головки шатуна и в аккумулирующей полости, выполненнойпод поршнем в верхней части кривошипной головки,Поперечные каналы и осевой канал, выполненные в направляющей части пальца, соединяют полость над поршнем с осевымканалом стержня шатуна с поршневой головкой.Другими существенными отличиямиэлементов узла и их выполнения являются окружные выемка с поперечными канавками, выполненные в стенке полости кривошипной головки и примыкающие к осевому подводящему масляному каналу и несколько отверстий в подшипнике скольжения, обращенные к окружной выемке.Для обеспечения быстродействия удлинения шатуна в области нижней мертвой5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 точки поршня (НМТ) масляный канал в шатунной шейке кривошипа коленчатого вала, являющейся составной частью узла, выполнен со стороны шейки, обращенной к оси коленчатого вала двигателя.На фиг. 1 эскизно изображен главный вид шатуна; на фиг. 2 а - принципиальная развернутая диаграмма протекания по углу гр рабочего процесса двигателя с новым узлом; на фиг. 2 б - принципиальная рабочая характеристика составного шатуна, выраженная процентным изменением хода части стержня с поршневой головкой по углу гр поворота кривошипа вала,Составной шатун, являющийся частью предлагаемого узла, содержит кривошипную головку 1 с крышкой 2, присоединенной конусными штифтами 3, и подшипник скольжения 4,В верхней цилиндрической части 5 кривошипной головки выполнена открытая цилиндрическая аккумулирующая полость 6, сообщаемая осевым подводящим масляным каналом 7 с окружными выемками 8 с поперечными канавками 9, выполненными на части стенки полости головки, а в подшипнике скольжения выполнены отверстия 10, обращенные к окружной выемке.К верхней цилиндрической части 5 кривошипной головки на резьбе присоединена накидная крышки 11, выполненная в виде цилиндрического стакана, донная часть которого выполнена с буртом и осевым отверстием, в расточке которого установлен кольцевой уплотнительный элемент 12. Совместно с верхней цилиндрической частью кривошипной головки крышка образует картер составного шатуна.В отверстии накидной крышки с возможностью вращения и осевого перемещения на величину Лустановлена цилиндрическая направляющая часть 13 пальца 14, неподвикно присоединенного в основании части стержня шатуна 15, выполненного нэ конце с поршневой головкой 16 и втулкой 17.Продолжением направляющей части служит поршень 18 с полостью 19, обращенной к аккумулирующей полости и закрытой заглушкой 20 на резьбе. Для повышения работоспособности поршень снабжен кольцевыми уплотнительными элементами 21,В пальце и хвостовике поршня выполнен осевой канал 22, сообщаемый с осевым каналом стержня и полостью поршня шатуна, а выполненные в направляющей части радиальные каналы 23 сообщают кольцевую поршневую полость 24, образованную стенкой накидной крышки под буртом и хвостовиком, с осевым каналом направляющей части,В заглушке поршня выполнено осевое отверстие с ос 1 рой кромкой едва, запираемое установленным в заглушке клапаном высокого давления с коническим элементом 25, с открытой конусной частью, обращенной в аккумулирующую полость, Клапан выполнен с цилиндрическим буртом и сферической головкой, сопряженной с возможностью самоустановки в сферической выемке опорного элемента 26, выполнеггного с кольцевым буртом.В донной части поршня по оси канала стержня шатуна выполнена сферическая выемка, центрирующэя сферическую головку опорного элеглента 27, вьнтолненного с осевым каналогл и кольцевым буртом.Жесткая цилиндрическая пружина сжатия 28 установлена между опорными элементами клапана высокого давления с опиранием подшлифовэнных витков нэ их кольцевые бурты.Соосно с клапаном высокого давления в осевом канале кривошипной головки установлен клапан низкого давления 29 с коническим уплотняющим пояском, а в расточке канала запрессовэно седло 30 клапана с коническим уплатняющим пояском, обращенньил к аккумулирующей полости, В головке клапана выполнена сферическая выемка, центрирующая сферическую головку опорного элемента 31, выполненного.в виде тарелки,Между опорным элемен 1 ом клапана низкого давления и заглушкой поршня установлена менее жесткая цилиндрическая пружина сжатия 32.Обе пружины клапанов являются расчетными элементами гидравлической систеглы составного шатуна и установлены с предварительным сжатием.Для эффективной подачи масла поддавлением в гидравлическую систему составного шатуна в области НМТ поршня в шатунной шейке 33 с внутренней облегчающей полостью 34 масляный канал 35 выполнен со стороны шейки кривошипа, обращенной к оси коленчатого вала,Работает узел двигателя внутреннего сгорания, например двухтактного, следующим образом, При ходе поршня к нижней мертвой точке НМТ) и с начэлол выпуска отработавших газов в т. Ь 1 политропы расширения 36, фиг, 2 а, шейка 33 кривошипа вала поворачивается в кривошипной головке 1, 2 так, что масла под давлением поступает из канала 35 шейки через отверстия 10 в подшипнике скольжения 4 в окружные выемки 8 и, сжимая пружину 32, открывает10 25 30 35 40 45 50 клапан низкого давления 29. С открытием этого клапана поступающее в аккумулирующую полость 6 масло, воздействуя на заглушку 20 поршня 18, перемещает его вверх на величину Л урабочей характеристики 37, фиг. 2 б., тем самым растягивая шатун до полной длины= р.+ Л.,)+ Лгде- полностью сокращенная длина шатуна,Л Ь - конструктивный запас длины.Удлинению межцентрового расстояния головок шатуна при этом способствует сопротивление трения поршневых колец в цилиндре двигателя, На диаграмме рабочей характеристики шатуна началу подачи масла в аккумулирующую полость соответствуетт, 1.С выходом кривошипа вала из НМТ и перекрытием масляного канала 35 поверхностью подшипника скольжения подача масла прекращается: т, 2, и под воздействием пружины клапан низкого давления закрывается. При этом шатун в пределах характерных т.т, 2 - 3 прямолинейного участка рабочей характеристики работает с пол-. ной длиной.Расчитанная и подобранная на демпфирование усилий сжатия не менее максимального давления сжатия Рс политропы сжатия 38, жесткая пружина сжатия 28 обеспечивает открытие клапана высокого давления 25 под действием давления масла в аккумулирующей полости, возросшего под давлением поршня до величины Р и начало демпфирования давлений развивающегося процесса сгорания топливной смеси после точки видимого сгорания С, начиная с т. 3 политропы 39, относящейся к протеканию сгорания в двигателях с обычными шатунами, с присущим ему резким возрастанием противодавления на участке 3-4 политропы. Дальнейшее нарастание давлений процесса сгорания по политропе 40 с т.т, 3, 4, Е происходит при изменении по углу рповорота кривошипа вала условий сгорания, вызванном податливостью поршня, т.е. сокращением длины шатуна нэ величину Л, т,т, 3, 4, 5 рабочей характеристики. При этом максимум давлений Е полит- ропы 40 смещается по р, и его абсолютное значение существенно снижается по отношению к Д политропы 39, а абсолютное значение противодавления Р 1 в т, 4 полит- ропы 39, наблюдаемое в обычных двигателях, снижается до величины Р 2 с т. 3 политропы 40. Ф ар мула из обре те н и я Узел двигателя внутреннего сгорания, содержащий установленный на шатунной шейке коленчатого вала шатун с разъемной кривошипной головкой, поршневой головкой и стержнем, размещенный между шейкой и кривошипной головкой подшипник скольжения, при этом шатуннэя шейка выполнена с радиальным каналом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей двигателя путем улучшения рабочей характеристики шатуна, а также повышения надежности, он снабжен накидной крышкой, пальцем, клапанами низкого и высокого давления, заглушкой, седлом, опорными элементами поршня, клапанов низкого и высокого давления, двумя пружинами, одна из которых более жесткая, стержейь шатуна выполнен составным, одна из составных частей стержня выполнена в виде поршневой головки шатуна, жестко соединенной с пальцем, другая составная часть стержня выполнена в виде части кривошипной головки шатуна с открытой цилиндрической аккумулирующей полостью, распол 6 женной со стороны поршневой головки шатуна,внутри полости соосно с осью шатуна выполнены проточка и отверстие, палец выполнен в виде поршня с цилиндрической направляющей частью и полостью, выполненной в поршне и соединенной осевым каналом с поршневой головкой шатуна, в направляющей части выполнены радиальные каналы, накидная крышка выполнена в виде цилиндрического стакана, в донной части которого выполнено отверстие для раэмещения направляющей части пальца с возможностью его осевого перемещения и вращения, при этом накидная крышка жестко соединена с частью шатуна, имеющей эккумулирующую полость, площадь поперечного сечения аккумулирующей полости больше площади поршневой полости, ограниченной внутренним диаметром стакана и диаметром отверстия для размещения направляющей части, длина поршня меньше расстояния между торцом части кривошипной головки с аккумулирующей полостью и дном стакана для образования поршневой полости, поршневая полость соединена радиэльными каналами направляющей части с осевым каналом, на внутренней поверхности донной части поршня выполнена сферическая выемка, соосная с осевым каналом пальца, опорный элемент поршня выполнен со сферическим выступом для взаимодействия со сферической выемкой на поршне, осевым масляным каналом и буртом, клапан высокого давления выполнен в виде стержво аа ео гфИ 8.2Составитель А,МещеряковТехред М.Моргентал Корректор М.Ткач Стенин акт аказ 3726 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская.наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро Прои арина, 10 ня с конической частью на одном конце и сферическим выступом на другом, опорный элемент клапана высокого давления выполнен в виде элемента с буртом и сферической выемкой для взаимодействия со сферическим выступом клапана высокого давления, заглушка выполнена с осевым отверстием и жестко соединена с поршнем со стороны полости, клапан высокого давления своей конической частью с возможностью осевого перемещения размещен в осевом отверстии заглушки, а более жесткая пружина с предварительным сжатием установлена между торцевыми поверхностями буртов опорных элементов клапана высокого давления и поршня, седло выполнено в виде кольца с осевым коническим отверстием и размещено в проточке части кривошипной головки, клапан низкого давления выполнен в виде стержня с конической головкой,обращенной конической поверхностью в сторону кривошипной головки, для взаимодействия с конусной поверхностью седла, на торце головки выполнена сферическая 5 выемка, опорный элемент клапана низкогодавления выполнен в виде тарелки со сферическим выступом для взаимодействия со сферической выемкой на головке, между опорным элементом клапана низкого давле ния и заглушкой установлена вторая пружина, причем на части поверхности кривошипной головки, взаимодействующей с подшипником, выполнены окружная выемка и поперечные канавки, соединенные с осе вым отверстие части кривошипной головки, вподшипнике скольжения выполнено несколько отверстий, а радиальный масляный канал в шатунной шейке и отверстия в подшипнике скольжения расположены со стороны шейки, 20 обращенной к оси коленчатого вала,