RU2120574C1

RU2120574C1 - Connecting rod-and-piston unit

Info

Publication number: RU2120574C1
Application number: RU97102529A
Authority: RU
Inventors: А.П. Ярославцев
Original assignee: Ярославцев Александр Павлович; Сидоров Александр Сергеевич
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-10-20
Also published as: WO1998036194A1

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: connecting rod-and-piston unit has piston and connecting rod connected with piston and provided with small end in form of cup-like member truncated in width of connecting rod and having two straight line edges. Partition is made in piston. Space for small end is located in partition and made in form of slot formed by two spherical surfaces. Side walls in form of bosses are made on one side of partition from side of space end sections. Bosses are arranged for engaging with one straight line edge of cup-like member. Central channel to pass connecting rod is made in partition. Central channel opens part of space being directed from space towards side of piston skirt. Central angle corresponding to arc of outer surface of cup-like member in connecting rod rocking plane exceeds central angle corresponding to open part of space between end faces of side walls of open part by value greater than angle of connecting rod rocking. EFFECT: reduced dynamic loads in unit, decreased mechanical losses. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройству шатунно-поршневого узла. The invention relates to engine, and in particular to a device connecting rod and piston unit.

В широко известной конструкции шатунно-поршневого узла соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, выполненного в виде цилиндра. In the well-known design of the connecting rod and piston unit, the connection of the piston with the connecting rod is carried out using a piston pin, made in the form of a cylinder.

Недостатком этого соединения является то, что ось поршневого пальца должна быть расположена на поршне ниже канавок под поршневые кольца, а это приводит к увеличению габаритов всего двигателя. Чтобы уменьшить габариты, идут по пути уменьшения длины шатуна, что увеличивает механические потери. Частичное разрешение этого противоречия и является целью настоящего предложения, т. е. создание шатунно-поршневого узла с малыми габаритами и в то же время с большой теоретической длиной шатуна, даже превышающей габариты самого узла. The disadvantage of this connection is that the axis of the piston pin should be located on the piston below the grooves for the piston rings, and this leads to an increase in the size of the entire engine. To reduce the dimensions, they go along the path of reducing the length of the connecting rod, which increases mechanical losses. A partial resolution of this contradiction is the aim of this proposal, i.e., the creation of a connecting rod-piston unit with small dimensions and at the same time with a large theoretical length of the connecting rod, even exceeding the dimensions of the unit itself.

Известно также устройство, описанное в заявке Японии N 2415832 от 29.12.90 г, кл. F 16 J 1/22 под названием "Конструкции для соединения поршня со штоком". Also known is the device described in Japanese application N 2415832 from 12/29/90 g, cl. F 16 J 1/22 entitled "Designs for connecting the piston to the rod."

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная тем, что в качестве рабочих поверхностей шатуна и поршня выбрана поверхность цилиндра. Устройство содержит не менее семи деталей сложной конфигурации. Внутри поршня установлена "коронная часть поршня", которая увеличивает габариты. Вкладыш, удерживающий шатун в поршне, состоит из двух деталей, поэтому не может быть одинаково обработан, а это приведет к неравномерным зазорам в соединении и низкой надежности. A disadvantage of the known device is the design complexity due to the fact that the cylinder surface is selected as the working surfaces of the connecting rod and piston. The device contains at least seven parts of complex configuration. Inside the piston is installed "crown part of the piston", which increases the size. The liner holding the connecting rod in the piston consists of two parts, therefore it cannot be treated equally, and this will lead to uneven gaps in the connection and low reliability.

Наиболее близким по технической сущности является устройство по патенту США 4207779, кл. G 05 G 1/00, 1980 , которое принято за прототип. The closest in technical essence is the device according to US patent 4207779, cl. G 05 G 1/00, 1980, which is taken as a prototype.

Недостатком известного узла является сложность конструкции, а также большие габариты. A disadvantage of the known site is the complexity of the design, as well as the large dimensions.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, а также уменьшение габаритов узла без уменьшения длины шатуна. The objective of the invention is to simplify the design, as well as reducing the dimensions of the node without reducing the length of the connecting rod.

Технический результат достигается тем, что в шатунно-поршневом узле, содержащем поршень и соединенный с ним шатун, верхняя головка которого выполнена в виде чашеобразного элемента с наружной и внутренней сферическими поверхностями, центры сфер которых расположены со стороны камеры сгорания двигателя, а в шатуне от нижней до верхней головки выполнен сквозной осевой масляный канал, сообщенный с полостью, в которой размещена верхняя головка, согласно изобретению, чашеобразный элемент выполнен усеченным по ширине шатуна с двумя прямолинейными краями, в поршне выполнена перегородка, а полость расположена в перегородке и выполнена в виде щели, образованной двумя сферическими поверхностями, при этом на одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки в виде приливов, расположенных с возможностью с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента, а в перегородке выполнен открывающий часть полости и направленный из нее в сторону юбки поршня центральный канал для прохода через него шатуна, при этом в плоскости качания шатуна центральный угол, соответствующий дуге наружной поверхности чашеобразного элемента, превышает центральный угол, соответствующий находящейся между торцами боковых стенок открытой части полости, больше чем на угол качания шатуна. The technical result is achieved by the fact that in the connecting rod and piston unit containing the piston and the connecting rod connected to it, the upper head of which is made in the form of a cup-shaped element with outer and inner spherical surfaces, the centers of the spheres of which are located on the side of the combustion chamber of the engine, and in the connecting rod from the bottom a through axial oil channel is made up to the upper head, in communication with the cavity in which the upper head is placed, according to the invention, the cup-shaped element is truncated along the width of the connecting rod with two straight lines edges, a baffle is made in the piston, and the cavity is located in the baffle and is made in the form of a gap formed by two spherical surfaces, while on one side of the baffle from the side of the end portions of the cavity, side walls are made in the form of tides arranged with the possibility of one rectilinear bowl-shaped edge element, and in the partition the opening part of the cavity is made and the central channel is directed from it towards the piston skirt for the passage of the connecting rod through it, while in the plane of the connecting rod th angle corresponding to the arc outer surface of the cup-shaped member is greater than a central angle corresponding to the located between the ends of the side walls of the open portion of the cavity, greater than the angle of swing of the connecting rod.

Указанное соотношение углов позволяет шатуну отклоняться на угол больший, чем рабочий угол качания, с целью сборки узла вне двигателя. Закрытые участки полости выполнены при литье заготовки с увеличенным размером ширины щели и чашеобразным элементом шатуна не контактируют. Открытая часть полости подвергается механической обработке и с минимальными зазорами работает с чашеобразным элементом шатуна. По масляному каналу шатуна из шатунного подшипника коленчатого вала поступает масло из маслосистемы двигателя на смазку малой сферы сферического подшипника поршня. The specified ratio of angles allows the connecting rod to deviate an angle greater than the working angle of swing, in order to assemble the assembly outside the engine. The closed sections of the cavity are made when casting a workpiece with an increased size of the slot width and the bowl-shaped connecting rod element does not contact. The open part of the cavity is machined and works with a bowl-shaped connecting rod element with minimal gaps. The oil from the connecting rod bearing of the crankshaft enters the oil channel of the connecting rod from the engine oil system to lubricate the small sphere of the spherical piston bearing.

Предложенное соединение позволяет увеличить межцентровое расстояние шатуна без увеличения габаритов узла, уменьшить угол качания шатуна, снизить боковую силу, что приведет к уменьшению механических потерь. За счет исключения из конструкции массы поршневого пальца возможно уменьшение динамических нагрузок, что также снижает механические потери. Увеличивается площадь контакта в соединении, за счет чего снизятся удельные нагрузки. Подвод смазки под давлением позволит увеличить долговечность и снять проблему стука при увеличенных зазорах. Центральное расположение сферического подшипника уменьшит момент изгибающих сил, действующий на днище поршня. The proposed connection allows to increase the center-to-center distance of the connecting rod without increasing the dimensions of the assembly, to reduce the swing angle of the connecting rod, and to reduce lateral force, which will lead to a decrease in mechanical losses. By eliminating the mass of the piston pin from the structure, dynamic loads can be reduced, which also reduces mechanical losses. The contact area in the joint increases, due to which the specific loads will decrease. The supply of lubricant under pressure will increase durability and eliminate the problem of knocking with increased clearances. The central location of the spherical bearing will reduce the moment of bending forces acting on the piston crown.

Таким образом, устройство имеет минимум входящих деталей и позволяет улучшить технико-экономические показатели двигателя внутреннего сгорания. Thus, the device has a minimum of input parts and can improve the technical and economic performance of the internal combustion engine.

На фиг. 1 изображен разрез общего вида заявляемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a section of a General view of the inventive device; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Шатунно-поршневой узел состоит из поршня 1 и шатуна 2. В поршне 1 имеется широкая перегородка 3 с внутренней полостью в виде щели 4, образованной двумя сферическими поверхностями, верхняя головка шатуна 2 выполнена в виде чашеобразного элемента с наружной и внутренней сферическими поверхностями. Чашеобразный элемент выполнен усеченным по ширине шатуна и имеет удлиненные концы в виде лепестков 5. Шатун 2 установлен в центральном канале, который выполнен в перегородке и направлен в сторону юбки поршня. Центральный канал сообщен с полость. 4. Верхняя головка шатуна размещена в полости 4 с возможностью контакта со сферическими поверхностями 6 и 7, имеющими соответственно меньший и больший радиус полусферы. The connecting rod and piston unit consists of a piston 1 and a connecting rod 2. The piston 1 has a wide baffle 3 with an internal cavity in the form of a slit 4 formed by two spherical surfaces, the upper head of the connecting rod 2 is made in the form of a cup-shaped element with external and internal spherical surfaces. The cup-shaped element is truncated along the width of the connecting rod and has elongated ends in the form of petals 5. The connecting rod 2 is installed in the central channel, which is made in the partition and is directed towards the piston skirt. The central channel is in communication with the cavity. 4. The upper head of the connecting rod is placed in the cavity 4 with the possibility of contact with spherical surfaces 6 and 7, having a correspondingly smaller and larger radius of the hemisphere.

Для исключения вращения поршня 1 на одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки 8 в виде приливов, расположенных с возможностью контакта с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента. Шатун имеет сквозной осевой масляный канал 9, идущий от верхней до нижней головки (на чертеже не показана). To exclude the rotation of the piston 1 on one side of the septum from the side of the end sections of the cavity, the side walls 8 are made in the form of tides arranged to contact one straight edge of the cup-shaped element. The connecting rod has a through axial oil channel 9 extending from the upper to the lower head (not shown in the drawing).

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя сферические лепестки чашеобразного элемента шатуна перемещаются в полусферической полости поршня 4, совершая колебательные движения в пределах рабочего угла качания шатуна. Все нагрузки передаются от поршня 1 к шатуну 2 и обратно через сферические поверхности 6 и 7 открытой части полусферической полости поршня 1 и сферические поверхности чашеобразного элемента шатуна 2. Закрытые концевые части полусферической полости 4 поршня 1 с шатуном 2 не контактируют, так как выполнены с зазором. От вращения вокруг своей оси поршень 1 удерживают приливные боковые стенки 8, которые контактируют с прямолинейными краями верхней головки шатуна 2 и тем самым сохраняют заданное положение поршня 1. Через сквозной масляный канал 9 поступает масло под давлением на смазку сферического подшипника поршень - шатун, что благоприятно влияет на работу узла. Снижается вероятность стука при увеличенных зазорах, уменьшается температура днища поршня. The device operates as follows. When the engine is running, the spherical petals of the bowl-shaped connecting rod element move in the hemispherical cavity of the piston 4, making oscillatory movements within the working angle of the connecting rod. All loads are transferred from the piston 1 to the connecting rod 2 and back through the spherical surfaces 6 and 7 of the open part of the hemispherical cavity of the piston 1 and the spherical surfaces of the cup-shaped element of the connecting rod 2. The closed end parts of the hemispherical cavity 4 of the piston 1 do not contact the connecting rod 2, since they are made with a gap . From rotation around its axis the piston 1 is held by the tidal side walls 8, which are in contact with the straight edges of the upper head of the connecting rod 2 and thereby maintain the preset position of the piston 1. Through the through oil channel 9, oil is supplied under pressure to lubricate the spherical bearing of the piston - connecting rod, which is favorable affects the operation of the node. The probability of knocking at the increased gaps decreases, the temperature of the bottom of the piston decreases.

Claims

A connecting rod and piston assembly containing a piston and a connecting rod connected to it, the upper head of which is made in the form of a cup-shaped element with external and internal spherical surfaces, the centers of the spheres of which are located on the side of the engine combustion chamber, and a through axial oil is made in the connecting rod from the lower to the upper head a channel in communication with the cavity in which the upper head is located, characterized in that the bowl-shaped element is truncated along the width of the connecting rod with two straight edges, a baffle is made in the piston, and the cavity is located in the partition and is made in the form of a gap formed by two spherical surfaces, while on one side of the partition from the side of the end sections of the cavity there are side walls in the form of tides arranged to contact with one rectilinear edge of the cup-shaped element, and the opening part is made in the partition the cavity and the central channel directed from it towards the piston skirt for the passage of the connecting rod through it, while in the plane of the connecting rod swinging, the central angle corresponding to the outer arc Second cup-shaped surface element is greater than the central angle corresponding to the located between the ends of the side walls of the open portion of the cavity is greater than the rocking angle of the connecting rod.