DE69924287T2

DE69924287T2 - Pleuel-kolben verbindungseinheit

Info

Publication number: DE69924287T2
Application number: DE69924287T
Authority: DE
Inventors: Alexandr Pavlovich Yaroslavtsev
Original assignee: SIDOROV ALEKSANDR SERGEEVICH
Current assignee: SIDOROV ALEKSANDR SERGEEVICH
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-11-16
Also published as: WO2000031443A2; EP1136729B1; EP1136729A4; WO2000031443A3; DE69924287D1; RU2171408C2; JP2002530608A; JP4431811B2; US6526847B1; EP1136729A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Motoren und insbesondere eine Pleuel-Kolben-Baugruppe.
Hintergrund der Erfindung
Bei einem bekannten Aufbau der Pleuel-Kolben-Baugruppe wird die Verbindung des Kolbens mit dem Pleuel mittels eines Kolbenbolzens in der Form eines Zylinders ("Automobile VAZ" von Vershigora V. A.) hergestellt.
Der Nachteil einer derartigen Verbindung besteht darin, dass sich die Achse des Kolbenbolzens auf dem Kolben unter einer Nut für den Kolbenring befindet, was zu einer Vergrößerung der gesamten Abmessung des Motors führt. Um derartige Abmessungen zu reduzieren, ist es notwendig, die Länge des Pleuels zu reduzieren, aber diese Vorgehensweise erhöht den mechanischen Verlust. Die aus dem Dokument EP-A-449 278 bekannte Kolben- und Kolbenstangen-Baugruppe löst diesen Widerspruch teilweise auf: So stellt sie z. B, die Pleuel-Kolben-Baugruppe mit kleinen Abmessungen, aber gleichzeitig mit einer größeren theoretischen Länge des Pleuels bereit.
Der Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht in einer nicht ausreichenden Festigkeit der Baugruppe bei hohen Drehzahlen eines Motors. Indem Drehzahlen erhöht werden, steigen die Trägheitslasten an deutlich an, und, wenn die Trägheitskräfte des Kolbens auf die Verbrennungskammerseite gerichtet sind und es zu einer Ausdehnung der Baugruppe kommt, tritt eine quergerichtete Kraftkomponente in der sphärischen Verbindung von Pleuel und Kolben auf, die einen Kolbenmantel in dieser Richtung innerhalb der Grenzen der elastischen Verformung verformt. Folglich vergrößert sich der Durchmesser des Kolbenmantels, beginnt der Kolben innerhalb des Zylinder zu haften und steigt der mechanische Verlust an.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Ziel dieser Erfindung ist eine gleichzeitige Vergrößerung der Festigkeit des Kolbens und Reduzierung der quergerichteten Kraftkomponente, die zu der Verformung des Kolbenmantels führt.
Das technische Ergebnis wird erreicht, indem ein oberes Ende des Pleuels in der Baugruppe in der Form eines schalenförmigen Elements mit geraden abgeschrägten Rändern entlang der Breite des Pleuels und mit äußeren und inneren sphärischen Oberflächen hergestellt wird, deren Mittelpunkte an einer Seite der Verbrennungskammer des Motors angeordnet sind. Dort befindet sich eine Trennwand in dem Kolben mit einem in der Form eines Schlitzes hergestellten Hohlraum, der große und kleine sphärische Oberflächen an den Seitenwänden aufweist. An den Enden des Hohlraums an einer Seite der Trennwand befinden sich Seitenwänden, die sich in Kontakt mit einem geradlinigen Rand des abgeschrägten schalenförmigen Elements des Pleuels innerhalb der Grenzen eines Arbeitsschwingungsknoten des Pleuels befinden. Dort ist auch ein Kanal vorhanden, der in der Trennwand ausgebildet ist, um einen Teil des Hohlraums zu öffnen, um eine Pleuelschaufel dort hindurchzuführen. Ein Kopf, der ein Teil einer großen Sphäre des Kolbens ist, ist an der Kolbentrennwand an der Flanke der Seitenwände von der großen Sphäre des Kolbens zu der Kolbenmantelseite ausgebildet. Der Kopf verbindet die Seitenwände und zwei gegenüberliegende Bereiche der großen Sphäre des Kolbens und schließt teilweise den zentralen Kanal des Kolbens parallel zu dem geradlinigen abgeschrägten Rand des Pleuels von der Flanke der Seitenwände ab und übergreift mittels ihrer großen sphärischen Oberfläche die Oberfläche der äußeren Sphären des Pleuels mit der Möglichkeit, an der Seite von dem geradlinigen abgeschrägten Rand des schalenförmigen Elements zu der Pleuelschaufel einen Zwischenkontakt herzustellen. Während des Gießens eines Kolbenrohlings werden der Kopf und die Seitenwände mit widerstandsfähigem Material in der Form einer dünnen Platte verstärkt, die längst der Kolbentrennwand befestigt ist und die Seitenwände verbindet. Am Ende der Kolbentrennwand von der Seite des Kolbenmantels entlang seines Umfangs ist eine Nut vorhanden, wo ein Ring aus widerstandsfähigem Material angeordnet ist, der die Kolbentrennwand zusammen mit dem Kopf und den Seitenwänden umfasst. Nach dem Zusammenbau der Baugruppe wird diese Nut vergrößert.
Der auf der Kolbentrennwand ausgebildete Kopf erhöht die Stärke des Kolbenmantels in der lateralen Richtung und verringert gleichzeitig die Seitenkraft, die den Kolbenmantel verformt. Der Kopf, der eine darauf ausgebildete große sphärische Oberfläche aufweist, nimmt einen Teil der Trägheitszugkräfte auf, wobei, während der Winkel, unter dem die Kräfte aufgebracht werden, in dem Mittelpunkt des Kopfes null ist, eine gesamte Querkomponente dieser Kräfte bedeutsam reduziert wird. Der Kopf und die Kolbenseitenwände, die durch die Platte verstärkt sind, und der Ring aus widerstandsfähigem Material, der die Trennwand umfasst, erhöhen die Festigkeit des Kolbenmantels in der Richtung von quergerichteten Trägheitskräften. Zusammengebaut stellt die gesamte Baugruppe eine ausbalancierte Konstruktion dar.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht nicht nur die Erhöhung der Festigkeit des Kolbens in der Querrichtung, sondern reduziert auch diejenigen Kräfte bedeutsam, die in dieser Richtung wirken, so dass sich die lateralen Verformungen des Kolben aufgrund von Trägheitszugkräften stark um etwa eine Größenordnung reduzieren und es als reale Möglichkeit erscheint, die sphärische Verbindung des Kolben mit dem Pleuel bei Hochgeschwindigkeitsmotoren zu verwenden. Die Vorrichtung erweist eine erhöhte Festigkeit auf und verbessert den technischökonomischen Index eines Verbrennungsmotors.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 und 2 sind Längsquerschnittsansichten des Kolbens,
3 ist eine Ansicht des Kolbens von unten,
4 ist ein Längsquerschnitt des Pleuels, und
5 ist eine Aufsicht des Pleuels.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Pleuel-Kolben-Baugruppe besteht aus einem Kolben 1 und einem Pleuel 2. In dem Kolben 1 befindet sich eine breite Trennwand 3 mit einem inneren Hohlraum 4, wobei dazwischen eine große Sphäre 5 und eine kleine Sphäre 6 vorgesehen sind. Ein oberes Ende des Pleuels 2 ist als schalenförmiges Element mit äußeren und inneren sphärischen Oberflächen 7 bzw. 8 ausgebildet. Das schalenförmige Element ist entlang der Breite des Pleuels abgeschrägt und weist ein verlängertes Ende in der Form von Nasen 9 auf. Der Pleuel 2 ist innerhalb des mittleren Kanals 10 befestigt. Das obere Ende des Pleuels ist in dem Hohlraum 4 mit der Möglichkeit angeordnet, mittels der Oberflächen 7 und 8 längs der sphärischen Oberflächen 5 und 6 und mittels einem geradlinigen Rand des schalenförmigen Elements des Pleuels mit den Seitenwänden 11 einen Kontakt herzustellen. Gegenüberliegende Abschnitte der großen Sphäre 5 des Kolbens 1 und die Seitenwände 11 sind mittels eines Kopfs verbunden, der den mittleren Kanal 10 des Kolbens 1 teilweise abschließt und mittels seiner sphärischen Oberfläche 5 die Oberfläche 7 der äußeren Sphäre des Pleuels mit der Möglichkeit übergreift, an der Breitseite von dem geradlinigen abgeschrägten Rand des schalenförmigen Elements eine zwischen Verbindung mit der Pleuelschaufel herzustellen. Der Kopf 12 ist mittels der Platte 13 verstärkt, und an dem Ende der Trennwand 3 ist eine Nut ausgebil det, in der ein Ring 14 angeordnet ist. Die gesamte Baugruppe stellt eine ausbalancierte Konstruktion dar.
Industrielle Verwendung der Erfindung
Während des Betriebs des Motors verlagern sich die Nasen 9 des schalenförmigen Elements des Pleuels 2 in dem sphärischen Hohlraum des Kolbens 4, wobei die oszillierenden Bewegungen in den Grenzen des Schwingungsarbeitsknotens des Pleuels 2 durchgeführt werden. Alle Lasten werden von dem Kolben auf den Pleuel 2 und zurück über die sphärischen Oberflächen 5 und 6 des Kolbens 1 und die sphärischen Oberflächen 7 und 8 des schalenförmigen Elements des Pleuels übertragen. Die sphärische Oberfläche 5 des Kolbens 1, die gleichzeitig an gegenüberliegenden Bereichen des Kolbens 1 und des Kopfes 12 vorgesehenen ist, weist eine erhöhte Steifheit auf und überträgt die Kolbenträgheitskraft auf das schalenförmige Element des Pleuels mit minimalen Verformungen des Kolbens 1 auch bei hohen Drehzahlen des Motors aufgrund der Verringerung der Trägheitszugkräfte mit Hilfe des Kopfes 12.

Claims

Pleuel-Kolben-Baugruppe mit einem Kolben (1) und einem darin angebrachten Pleuel (2), dessen oberes Ende in der Form eines schalenförmigen, längs der Breite des Pleuels (2) abgeschrägten Elements ausgebildet ist, das äußere und innere sphärische Oberflächen (7, 8) aufweist, deren sphärischen Mittelpunkte an der Seite der Motorverbrennungskammer angeordnet sind, wobei in der Trennwand des Kolbens (1) ein sphärischer Hohlraum in der Form eines Schlitzes (10) vorhanden ist, der von zwei großen und kleinen sphärischen Oberflächen (11, 12) mit den Seitenwänden (11) an den Enden des Hohlraums (10) an einer Seite der Trennwand gebildet ist, und einem mittleren Kanal, der einen Teil des Hohlraums (10) öffnet, um quer dazu eine Pleuelschaufel anzuordnen, wobei die Baugruppe dadurch gekennzeichnet ist, dass längs der Trennwand des Kolbens (1) an der Flanke der Seitenwände (11) von der großen Sphäre zu der Seite des Kolbenmantels ein Kopf (12) vorgesehen ist, der aus einem Teil der großen Sphäre des Kolbens (1) besteht und die Seitenwände (11) verbindet, und die gegenüberliegenden Teile der großen Sphäre des Kolbens (1) von einer Seite der Trennwand, die teilweise den mittleren Kanal des Kolbens von der Flanke der Seitenwände (11) übergreifen, durch eine Platte (13) aus widerstandsfähigem Material verstärkt sind, und an einem Ende der Trennwand des Kolbens (1) längs des Umfangs eine die Trennwand des Kolbens (1) zusammen mit dem Kopf (12) und den Seitenwänden (11) umfassende Nut vorgesehen ist, in der ein Ring (14) aus widerstandsfähigem Material angeordnet ist.