CZ279439B6 - Píst spalovacího motoru - Google Patents

Abstract

Podstata řešení spočívá v tom, že hlava pístu má alespoň jednu drážku (2) pro pístní kroužek, těleso (4) pístu má otvor (3) pro pístní čep a kompresní část pístu je menší než 40 % průměru pístu. Pro co nejdokonalejší vyrovnání vlivů tepelné roztažnosti a zajištění klidného a tichého chodu pístu ve válci je oblast (5) největšího průměru tělesa (4) pístu umístěna do oblasti horizontální roviny (7) protínající osu (6) otvoru (3) pro pístní čep.ŕ

Description

Píst spalovacího motoru

Oblast techniky

Vynález se týká pístu spalovacího motoru, jehož hlava je opatřena alespoň jednou drážkou pro pístní kroužek, s otvorem velkého průměru pro pístní čep, provedeným v tělese pístu a s kompresní částí nižší než 40 % průměru pístu.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že píst spalovacího motoru je ojnicí spojen s klikovým hřídelem motoru a při svém vratném pohybu je veden ve válci. Při tomto vratném pohybu dosahuje píst střídavě horní a dolní úvrati a v těchto úvratích se v důsledku změny směru pohybu pístu mění strana stěny pístu, kterou tento píst dolehne na stěnu válce. Ke klopnému pohybu pístu dochází okolo osy pístního čepu, jímž je píst spojen s ojnicí.

Zmíněný klopný pohyb pístu má v důsledku vysokých otáček motoru za následek, že píst poměrně prudce naráží na příslušnou část stěny válce, čímž vzniká nežádoucí klepavý zvuk. Tento zvuk je o to silnější, oč je větší vůle mezi pístem a stěnou válce. Aby se dosáhlo pokud možno co nejtiššího chodu pístu, je proto třeba zajistit, aby mezi pístem a stěnou válce byla vůle co nejmenší. U benzinových motorů je například normalizovaná montážní vůle v nej užším místě, to znamená v oblasti, ve které má píst největší průměr, asi 25 μιη.

Volba montážní vůle a lícování pístu jsou však problematické vzhledem k tepelnému zatížení pístu. Protože spalovací motor má za všech provozních podmínek, to znamená jak u studeného motoru, tak i u motoru silně zahřátého, mít klidný chod a kromě toho se také za všech těchto provozních podmínek nesmí zadřít, je třeba mít na zřeteli rozpínání pístu, k němuž dochází při jeho zahřátí. Je proto běžné konstruovat hlavu pístu, která je za provozu vystavena nejvyšším teplotám, s průměrem o něco menším než má oblast tělesa pístu, doléhajícího na stěnu válce. Tím se dosahuje, že provozní teploty motoru nemají již tak velký vliv na část pístu o větším průměru.

Dosud používané písty mají obvykle poměr mezi průměrem a celkovou délkou pístu 1:1 a mají tedy v podstatě čtvercový průřez. Písty menších průměrů mívají o něco větší celkovou délku. Jak je známo, dělí se celková délka pístu na horní část kompresní a dolní část, čili těleso pístu, přičemž kompresní část je část od středu otvoru pro pístní čep až po horní povrch pístu, zatím co dolní část je část, která začíná u středu otvoru pro pístní čep a končí na dolním okraji tělesa pístu. Kompresní část běžně tvoři 60 % průměru pístu.

Při současném vývoji stále lehčích motorů, které mají pracovat ve stále vyšších otáčkách, se usiluje o snižování hmotnosti pohybových částí motoru. Přitom hraje zejména hmotnost pístu rozhodující úlohu. Kromě volby vhodného materiálu pístu je možno dosáhnout sníženi jeho hmotnosti také tím, že se sníží výška masivní hlavy pístu, což znamená, že se zkrátí jeho kompresní

-1CZ 279439 B6 část. Toto zkrácení dosahuje výsledné hodnoty 40 % průměru pístu. Aby se zajistilo bezpečné vedení pístu, je však současně třeba prodloužit dolní část tělesa pístu, aby nedocházelo k překračování dovolených hodnot povrchových bočních tlaků, například takových, při kterých by docházelo k pronikání olejové vrstvy mezi pístem a válcem. Zkrácení kompresní části pístu má nutně za následek přesun tepelné zóny a zvýšené působení tepla na otvor pístního čepu. Proto je třeba, aby se část pístu, která má zvětšený průměr, přesunula dále do dolní části tělesa pístu, má-li zůstat stejná nejmenší montážní vůle. V důsledku tohoto přesunutí oblasti s nejmenší vůlí mezi pístem a válcem do nižší části tělesa pístu se nevyhnutelně zvyšuje klopný pohyb pístu, čímž se opět podstatně zvyšuje hladina hluku.

Za účelem odstranění těchto nedostatků se zkoušelo vkládat do hliníkového materiálu pístu ocelové regulační vložky. Tyto regulační vložky mají ovlivnit rozpínání tělesa pístu a tím přesunout oblast největšího průměru pístu blíže k otvoru pro pístní čep. Tímto opatřením se však na jedné straně zvyšují výrobní náklady, zejména náklady na lití pístu, na druhé straně tím také mohou vznikat značné problémy při velkosériové výrobě. Vcelku lze konstatovat, že toto řešení se neukázalo jako zcela uspokojivé.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je proto vyřešení takové konstrukce pistu, který by zabezpečoval, zejména při zkrácení kompresní části na menší výšku než 40 % průměru pístu, co nejmenší hlučnost chodu motoru, a byl přitom výrobně jednoduchý.

Podstatou řešení tohoto úkolu a tím i vynálezu je, že píst spalovacího motoru, jehož hlava je opatřena alespoň jednou drážkou pro pístní kroužek a jehož dřík obsahuje otvor pro pístní čep, kde největší průměr pístu je vytvořen na dříku, přičemž výška kompresní části pístu je menší než 40 % jeho průměru, má z jednoho kovu zhotovený dřík pístu s největším průměrem v horizontální rovině, procházející osou otvoru pro pístní čep kolmo k povrchové křivce dříku.

V úvahu je brán i fakt, že přípustná nejmenší montážní vůle je větší než 25 μιη, o což usilují dosud známá řešení.

Píst podle vynálezu má řadu podstatných výhod. Poněvadž oblast největšího průměru pístu, a tím i nejmenší montážní vůle leží v rozmezí výšky osy otvoru pro pístní čep, je rameno páky, vznikající při klopném pohybu v hořní, případně dolní úvrati, vysloveně malé, čímž se minimalizuje celkový pohyb pístu směrem ke stěně válce a naopak. Výsledkem je snížení hladiny hluku a klidný chod pístu.

Další předností pístu podle vynálezu je, že není třeba používat ocelových regulačních vložek, takže výroba pístu je jednodušší a méně nákladná.

Podstatou dalšího zvláště výhodného řešení podle vynálezu je, že na dříku je v místě jeho největšího průměru vytvořeno vyklenutí. Toto vyklenutí může být vhodným způsobem zaobleno, čímž se dosahuje rovnoměrný chod a odvalovací pohyb pístu po stě

-2CZ 279439 B6 ně válce v horní i dolní úvrati. Zabraňuje se tak silnějšímu klepání pístu v těchto polohách. Vrchol tohoto vyklenutí s výhodou leží v první rovině, která prochází osou otvoru pro pístní čep kolmo k povrchové křivce dříku. Výhodné rovněž je, leží-li vrchol vyklenutí v další rovině, která je rovnoběžná s první rovinou a je uspořádána pod nebo nad první rovinou ve vzdálenosti maximálně 8 % průměru válce, do něhož je píst zalícován. Toto nepatrné přesunutí polohy oblasti největšího průměru pístu směrem vzhůru nebo dolů nemá žádný vliv na výhodnou funkci pístu podle vynálezu. Zúžený profil tělesa pístu nad touto oblastí lze u pístu podle tohoto vynálezu volit se zřetelem k maximální provozní teplotě a k pružnosti tělesa pístu.

Aby se při klopném pohybu pístu zabránilo nežádoucímu tlaku dolní části tělesa pístu na stěnu válce, je vhodné, aby na spodní části dříku bylo vytvořeno zakřivení, které vytváří zúžení pístu, probíhající od největšího průměru pístu ke spodnímu konci pístu. Průběh zúžení pístu v % průměru válce v závislosti na vzdálenosti

povrchu dříku od místa největšího průměru pístu k jeho konci v % délky spodní části dříku uvedeného pístu je následujícím vztahem:	spodnímu vyjádřen
Vzdálenost v %:	Zúžení obrysu v %:
19	0,046
38	0,185
58	0,393
77	0,648
96	1,481
Přehled obrázků na výkrese
Příkladné provedení řešení podle vynálezu je dále	podrobně

popsáno s odvoláním na připojený výkres. Na výkrese je schematicky znázorněn píst podle vynálezu, a to na levé straně vyobrazení, jakož i zvětšeně znázorněný obrys stěny tělesa pístu ve spojení se stěnou válce.

Příklad provedení vynálezu

Na obrázku schematicky znázorněný píst má hlavu 1, která má alespoň jednu drážku 2 pro pístní kroužek. U znázorněného provedení jsou tři drážky 2. Píst má dále dřík 4 z jednoho kovu, ve kterém je otvor 3. P^ro pístní čep. Osa 6 pístního čepu, případně osa 6. otvoru 3. pro pístní čep, je u znázorněného příkladného provedení kolmá na rovinu vyobrazení.

Na pravé polovině obrázku je schematicky znázorněna stěna 8 válce. Vzhledem k radiálním rozměrovým poměrům je zde znázorněn tvar zakřivení 9 dříku 4 pístu vůči stěně 8. válce ve zvětšeném měřítku.

Podle vynálezu je tvar zakřivení takový, že největší průměr 5, to znamená oblast, kde je nejmenší vzdálenost mezi stěnou pístu a stěnou válce 8_, je v horizontální rovině 7., protínající dřík 4 pístu a současně i osu 6 otvoru 2 pro pístní čep. Nad největším průměrem 5 se čára tvaru zakřivení 9 oddaluje od stěny 8. válce o vzdálenost, kterou může vhodně zvolit odborník. Pod nej

-3CZ 279439 B6 větším průměrem 5 má toto zakřivení 9 rovněž ustupující tvar vůči stěně 8 válce, který odpovídá výše uvedené závislosti na vzdálenosti dříku 4 pístu od stěny 8 válce a zúžení dříku 4 pístu.

Podle vynálezu je možno polohu zmíněné horizontální roviny, ve které je proveden největší průměr 5 pístu, přesadit ve směru rovnoběžném s horizontální rovinou procházející osou 6 otvoru 2 pro pístní čep směrem vzhůru nebo dolů, maximální přesazení 10 a 11 však nemá být větší než 8 % průměru válce. V místě největšího průměru 5 pístu je na dříku 4 s výhodou vytvořeno vyklenutí. Jeho vrchol leží v horizontální rovině /7/. Může též ležet v další rovině, rovněž kolmé k povrchové křivce dříku /4/, rovnoběžné s horizontální rovinou /7/ a uspořádané pod anebo nad ní ve vzdálenosti nejvýše 8 % průměru válce /8/, do něhož je uvedený píst zalícován.

Tvar zakřivení 9 obrysu dříku 4 pístu podle vynálezu je na vyobrazení znázorněn plnou čarou, čárkovaně je znázorněn známý tvar zakřivení 12 obrysu dříku 4 pístu, který je běžný a odpovídá známému stavu techniky. Z vyobrazení je zřejmé, že u známého tvaru zakřivení 12 leží oblast největšího průměru ve značné vzdálenosti od horizontální roviny 7, tedy i ve značné vzdálenosti od dolní části dříku 4 pístu. Dále je z tohoto porovnání zřejmé, že montážní vůle 18 je větší než montážní vůle 14 pístu známého tvaru.

Obě čáry, představující tvar zakřivení 9, 12, mají u znázorněného provedení stejný horní koncový bod 16., zatímco dolní koncový bod 16 čáry tvaru zakřivení 9. podle vynálezu má větší odstup od stěny 8. válce než dolní koncový bod 17 pístů známého provedení .

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Píst spalovacího motoru, jehož hlava je opatřena alespoň jednou drážkou pro pístní kroužek a jehož dřík obsahuje otvor pro pístní čep, kde největší průměr pístu je.vytvořen na dříku, přičemž výška kompresní části pístu je menší než 40 % jeho průměru, vyznačující se tím, že z jednoho kovu zhotovený dřík /4/ pístu má největší průměr v horizontální rovině /7/, procházející osou /6/ otvoru /3/ pro pístní čep a uspořádané kolmo k povrchové křivce dříku /4/.
2. 2. Píst spalovacího motoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že na dříku /4/ je v místě největšího průměru pístu vytvořeno vyklenutí.
3. 3. Píst spalovacího motoru podle nároku 2, vyznačující se tím, že vrchol vyklenutí leží v horizontální rovině /7/, která prochází osou /6/ otvoru /3/ pro pístní čep a je uspořádaná kolmo k povrchové křivce dříku /4/.
4. 4. Píst spalovacího motoru podle nároku 2, vyznačující se tím, že vrchol vyklenutí leží v další rovině, která je kolmá k povrchové křivce dříku /4/ a je rovnoběžná s horizontální rovinou /7/, přičemž je uspořádaná pod nebo nad touto horizontální rovinou /7/ ve vzdálenosti nejvýše 8 % průměru válce /8/, do něhož je uvedený píst zalícován.
5. 5. Píst spalovacího motoru podle nároků 1 až 4, vyznaču- jící se tím,že na spodní části dříku /4/ uvedeného pístu je vytvořeno zakřivení /9/, které vytváří zúžení dříku /4/, probíhající od největšího průměru /5/ pístu v horizontální rovině /7/ ke spodnímu konci pístu, kde průběh zúžení dříku /4/ v procentech průměru válce /8/ v závislosti na vzdálenosti povrchu dříku /4/ od hprizontální roviny /7/ v místě největšího průměru /5/ pístu směrem k jeho spodnímu konci, vyjádřené v procentech délky spodní části dříku /4/ uvedeného pístu je v takovém vztahu, že při 19 % uvedené vzdálenosti je zúžení dříku /4/ 0,046 %, při 38 % uvedené vzdálenosti je zúžení dříku /4/ 0,185 %, při 58 % uvedené vzdálenosti je zúžení dříku /4/ 0,393 %, při 77 % uvedené vzdálenosti je zúžení dříku /4/ 0,648 % a při 96 % uvedené vzdálenosti, je zúžení dříku /4/

   1,481 %.