Шатунно-поршневая группа

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а более конкретно к усовершенствованию конструкции шатунно-поршневой группы, и направлено на улучшение виброакустических характеристик двигателя внутреннего сгорания. Шатунно-поршневая группа содержит шатун, поршень, поршневой палец, составляющие кинематическую пару. Между кинематической парой палец - поршень - шатун предусмотрено средство, обеспечивающее снижение виброактивности двигателя. Указанное средство выполнено из пластинчатых пружин, составляющих пакет. Пакеты пластин установлены в отверстии поршневой головки шатуна или одновременно в бобышках поршня и в отверстии поршневой головки шатуна. Изобретение позволяет улучшить виброакустические характеристики двигателя. Благодаря упругой деформации пакета пластин и демпфированию происходит существенное смягчение ударов цилиндропоршневой группы во время работы двигателя и, следовательно, снижение шума и вибрации двигателя. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а более конкретно к усовершенствованию конструкции шатунно-поршневой группы, и направлено на улучшение виброакустических характеристик двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и других поршневых машин (компрессоров, насосов, станков и т.д.).

Конструкции шатунно-поршневых групп (ШПГ), направленные на улучшение виброакустических характеристик ДВС, известны.

Известен, например, поршень [1], который содержит средство, обеспечивающее снижение виброактивности двигателя, выполненное в виде металлической вставки цилиндрической формы с эксцентричным отверстием под поршневой палец. Вставка устанавливается в отверстиях бобышек поршня вместо поршневого пальца и тем самым обеспечивается дезаксаж поршневого пальца, который способствует уменьшению ударного импульса и момента кантующего поршня в пределах теплового зазора между поршнем и втулкой цилиндра.

Существенным недостатком поршня является то, что изменение величины дезаксажа поршневого пальца от 0,5 до 6 мм вызывает изменение вибрации и шума по общим уровням не более чем на 3 дБ [1].

Известен также шатун [2], который содержит средство, обеспечивающее снижение виброактивности двигателя, выполненное в виде цилиндрической втулки из пружинной стали и размещенного в ней сменного пакета цилиндрических пластинчатых пружин различной толщины и закрепленного в центральной части стержня шатуна.

Существенным недостатком указанного технического решения является сложность конструкции.

Известна также ШПГ [3], содержащая поршень, шатун, поршневой палец и средство, обеспечивающее снижение виброактивности двигателя, выполненное в виде пакетов пластин, установленных между бобышками и поршневым пальцем (прототип).

Существенными недостатками указанного технического решения являются:

1. Недостаточная эффективность по снижению максимального давления сгорания в цилиндре двигателя и смягчению ударов в подшипниках кривошипно-шатунного механизма (КШМ), уменьшению вибрации и динамических нагрузок;

2. Невозможность снижения только нормальной силы, действующей на стенку втулки цилиндра двигателя, вызывающей перекладку поршня ударами о стенки, а следовательно, вибрации и шум двигателя.

Техническим результатом изобретения является совершенствование и улучшение виброакустических характеристик двигателя, условий работы цилиндропоршневой группы (снижение износа, теплового напряжения, предотвращение кавитации втулок цилиндров и т.д.), а следовательно, повышение надежности и срока службы двигателя в целом. При этом в одном случае обеспечивается возможность смягчения ударов в подшипниках КШМ и нормальной силы, действующей на стенку втулки цилиндра, а в другом - только нормальной силы.

Это достигается благодаря тому, что ШПГ выполнена со средством снижения виброактивности двигателя в виде пакетов цилиндрических пружинных пластин, установленных в отверстии поршневой головки шатуна или одновременно в бобышках поршня и в отверстии поршневой головки шатуна.

На фиг.1 представлена ШПГ, где пакеты цилиндрических пластин установлены одновременно в бобышках поршня и в отверстии поршневой головки шатуна.

На фиг.2 представлен вид пакета, установленного в отверстии верхней поршневой головки шатуна со средней частью пальца.

На фиг.3 представлена верхняя поршневая головка шатуна, где средство снижения виброактивности двигателя выполнено из двух пакетов пружин дугообразной формы в бобышках поршня.

Шатунно-поршневая группа состоит из шатуна 1, поршня 2, поршневого пальца 3 и средства, обеспечивающего снижение виброактивности ДВС 4, 5 (фиг.1, 2), 6, 7 (фиг.3), 8, 9 (фиг.4).

На фиг.3, 4 для обеспечения работоспособности двух пакетов 6, 7 и 8, 9 предусмотрена вставка 10, позволяющая движение поршневого пальца только перпендикулярно оси цилиндра по направлению нормальной составляющей движущей силы двигателя. Для этого вставка выполнена с продольными лысками D. Эти лыски входят в соответствующие отверстия в поршневой головке С шатуна или в бобышках поршня А (фиг.3, 4).

Работа ШПГ заключается в следующем.

При работе двигателя сила давления газов на поршень воспринимается упругими пакетами пластинчатых пружин 4, 5, которые прогибаются и сокращают тем самым длину шатуна, увеличивая при этом камеру сгорания. Это приводит к снижению максимального давления сгорания в цилиндре двигателя и к смягчению ударов в подшипниках КШМ, уменьшению вибрации и динамических нагрузок. В процессе возвратно-поступательного движения поршня шатун двигателя совершает качательное движение, при котором ось поршневой головки шатуна отклоняется на определенный угол в ту или иную сторону в зависимости от величины и направления действия нормальной силы, вызывающей перекладку поршня (фиг.1-4). При этом пакеты пружин 4-9 деформируются и смягчают удар.

Снижение ударов происходит с эффективным демпфированием еще и потому, что между упругими пластинами пакетов 4-9 находится масло от системы смазки, которое в виде масляного тумана или разбрызгиванием обеспечивает смазку ЦПГ двигателя.

При деформации пластин пакетов 4-9 происходит разбрызгивание масла из зазоров в разные стороны (при сжатии пластин), а при исходном нормальном состоянии в образованных зазорах снова от масляного тумана накапливается масло и, таким образом, происходит насосное их действие. Масло, разбрызгиваясь от пакетов ЦПГ, способствует снижению износа и охлаждению их поверхности.

Таким образом, использование предложенной ШПГ позволяет обеспечить существенное снижение виброактивности двигателя путем использования пакетов пластин между кинематическими парами: палец 3 - поршень 2 и шатун 1 (фиг.1-4).

Источники информации

1. Скуридин А.А., Михеев Е.М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. - Л.: Судостроение, 1970, 220 с. (рис.48, с.97).

2. А.С. СССР №1767246, F 16 C 7/04, 07.10.92, Бюл. №37. Шатун двигателя внутреннего сгорания (прототип).

3. Патент РФ №2182244, кл. F 02 B 77/13, 2002 г. (прототип).

Шатунно-поршневая группа (ШПГ) двигателя внутреннего сгорания, содержащая поршень, шатун, поршневой палец и средство, обеспечивающее снижение виброактивности двигателя, выполненное в виде пакетов пластин, отличающаяся тем, что пакеты пластин установлены в отверстии поршневой головки шатуна или одновременно в бобышках поршня и в отверстии поршневой головки шатуна.