HU215414B - Dugattyú belső égésű motor hengeréhez - Google Patents

Description

A találmány tárgya belső égésű motor hengeréhez való dugattyú, amelynek legalább egy dugattyúgyűrű-horonnyal ellátott dugattyúfeje, valamint csapszegfurattal rendelkező dugattyúpalástja van, ahol a dugattyúpalástnak maximális átmérőjű szakasza van.

Mint ismeretes, belső égésű motoroknál a dugattyút önmagában ismert módon hajtókar kapcsolja össze a forgattyústengellyel, és az a hengerben alternáló mozgást végez. A dugattyú alternáló mozgása során felső holtponti helyzetből alsó holtponti helyzetbe mozdul el, és eközben a mozgásirány-változás következében mindig változik a dugattyúnak az az oldala, amely felfekszik a hengerfalon. A dugattyú tehát bizonyos billenő mozgást is végez az alternáló mozgása során, mégpedig a dugattyúcsapszeg tengelye körül, amely dugattyúcsapszeg a dugattyút a hajtókarral köti össze.

A dugattyú fenti billenő mozgása azzal jár, hogy különösen magasabb fordulatszámoknál a dugattyú igen erősen felütközik a hengerfal meghatározott körzetein, amiből pedig jelentős zaj származik. Ez a zajhatás a dugattyú felfekvési oldalának változásából és a fentiekben részletezett „ostorozó” jellegű dugattyúmozgásból származik. A zaj annál nagyobb, minél nagyobb a dugattyú és a hengerfal közötti hézag.

A dugattyú zajmentesebb futásának elérése érdekében megkísérelték már a hengerfal és a dugattyú közötti szerelési hézagot csökkenteni. Otto-motoroknál például a szabványos beépítési hézag a legszűkebb helyen, azaz a dugattyú maximális átmérőjének körzetében körülbelül 25 mikrométer.

A gyakorlati tapasztalatok azonban azt mutatták, hogy egy adott dugattyú beépítési hézagának, valamint illesztésének megválasztása a dugattyú hőterhelése miatt igen körülményes feladat. Mivel a belső égésű motornak valamennyi üzemállapotban, azaz mind hideg üzemállapotban, mind pedig felmelegedett üzemállapotban nyugodt futásúnak kell lennie, továbbá valamennyi üzemállapotban a dugattyú befeszülését meg kell akadályozni, a dugattyú hő hatására történő méretnövekedését figyelembe kell venni.

A fenti okok miatt a tervezésnél szokásos, hogy a legnagyobb hőterhelésnek kitett dugattyúfejet kissé csökkentett átmérővel készítik, és a dugattyúnak azt a körzetét, amelyben az átmérője maximális - és amellyel a hengerfalon felfekszik - általában a dugattyúszoknyán, illetve a dugattyúpaláston szokták kialakítani. A maximális átmérőjű dugattyúszakasznak a tűzgáttól való távközével az üzemi hőmérsékletek csökkentett hatást fejtenek ki a legnagyobb átmérőjű dugattyúszakaszra.

Az idáig hagyományosan alkalmazott dugattyúknál a dugattyúátmérő és a dugattyú teljes hosszának aránya általában 1:1, azaz oldalnézetben tekintve „négyzetes” kialakítású. A kisebb átmérőjű dugattyúkat viszont részben megnövelt összhosszal készítik.

Ismert továbbá, hogy a dugattyú teljes hossza kompresszióhosszra és alsó palásthosszra oszlik, ahol „kompresszióhossz”-nak nevezzük azt a távközt, amely a csapszegfurat közepe és a dugattyúfenék széle között mérhető, az „alsó palásthossz”-nak pedig az a méret tekintendő, amely a csapszegfurat közepétől a palást széléig mérhető. Általában a kompresszióhossz a dugattyúátmérőnek mintegy 60%-a.

Az egyre könnyebb motorok kifejlesztésénél, valamint az egyre magasabb üzemi fordulatszámok elérése céljából megkísérelték már, hogy a motor mozgó tömegét csökkentsék. Ennek során döntő szerepet játszik a dugattyú súlya. Az anyagmegválasztástól eltekintve a dugattyú súlycsökkentésének további lehetősége az lehet, hogy a tömör dugattyúfej magasságát csökkentsük, azaz a kompressziómagasságot redukáljuk.

A dugattyú biztos megvezetése érdekében azonban egyidejűleg a dugattyú palásthosszát alul meg kell növelni, hogy az oldalirányú erők által létrehozott felületi nyomás az előírt értékeket ne lépje túl. Ezek az értékek azért különösen kritikusak, mivel a dugattyú és a henger között az olaj filmet keresztül kell tudni nyomni. A kompressziómagasság csökkentésével kényszerűen közelebb jut a dugattyú felmelegedése által létrehozott, nagy hőterhelési zóna a csapszegfurathoz, illetve a csapszegszemekhez. Ez pedig azzal a következménnyel jár, hogy a megnövekedett hőterhelés miatt az alsó palástszakaszba kell eltolni a maximális dugattyúátmérővel rendelkező palástszakaszt, ha a kiválasztott dugattyúátmérőt és a lehető legkisebb beépítési hézagot változatlanul meg akarjuk tartani. A legkisebb hézagú szakasznak a dugattyúpalást alsó vége felé történő ilyen eltolásával elkerülhetetlenül fokozódik a dugattyú billegő mozgása, ezzel pedig erősen megnő a zajszint.

A fenti hiányosságok kiküszöbölésére olyan kísérleteket is végeztek már, amelynek során az alumíniumból készített dugattyúba táguláscsökkentő acél szabályozóbetéteket ágyaztak. Ilyen típusú dugattyút ismertet például az 1 171 568 számú európai szabadalmi irat.

Ezek a szabályzóbetétek arra szolgálnak, hogy a dugattyúpalást tágulását olyan értelemben befolyásolják, hogy ezáltal a legnagyobb átmérőjű szakasz eltolódjék a dugattyúcsapszeg-furat tengelyének közelébe. Ezzel a megoldással azonban egyrészt jelentősen megnő a dugattyúgyártás, különösképpen az öntés költsége, másrészt a körülményes dugattyúkialakítás miatt a nagysorozatú dugattyúgyártásnál jelentős problémák lépnek fel. Egészében tekintve tehát ez a megoldás nem bizonyult kielégítőnek.

A jelen találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz a bevezetőben ismertetett típusú dugattyú olyan értelmű továbbfejlesztése, hogy az - különösen csökkentett kompressziómagasság és egyszerű szerkezeti felépítés mellett - zajmentes futást biztosítson.

A kitűzött feladatot a jelen találmány szerint azzal oldottuk meg, hogy a dugattyúfej kompressziószakaszának hossza legfeljebb a dugattyúátmérő 40%-a, továbbá a dugattyúpalást szabályzólamellától mentes kialakítású, valamint a dugattyú maximális átmérőjű szakasza a dugattyúpalást alkotójára merőleges, a csapszegtengelyt magában foglaló sík körzetében helyezkedik el. Ezen a szakaszon figyelembe veendő, hogy a megengedett legkisebb beépítési hézag nagyobb lehet, mint a technika állásában megcélzott 25 mikron.

A találmány szerinti dugattyú egy sor jelentős előnnyel rendelkezik:

Mivel a legnagyobb dugattyúátmérőjű szakasz és ezzel együtt a legkisebb beépítési hézag a csapszegtengely magassági körzetében van kialakítva, a dugattyú billenésekor a felső, illetve alsó holtpontban fellépő erőkar kifejezetten kicsi. Ezáltal a dugattyú elmozdulása a hengerfal irányába, illetve azzal ellentétes irányba a lehető legkisebb lehet. Ebből következik a csökkentett zaj szint, ami végül is a dugattyú nyugodt futását eredményezi.

A találmány szerinti dugattyú további előnye, hogy az acélból készült szabályzóbetétek teljesen elhagyhatók, így a dugattyúk, főleg könnyűfém dugattyúk lényegesen egyszerűbben és olcsóbban gyárthatók.

A találmány további jellemzője szerint célszerű, ha a dugattyúpalást legnagyobb átmérőjű szakasza kidomborodásszerűen van kialakítva. Ez kialakítható például megfelelő lekerekítéssel, hogy ezáltal még egyenletesebb futást és a dugattyú gördülő billenését éljük el a holtpontok körzetében. Ezzel a dugattyú felütközéséből származó zajhatás tovább csökkenthető. Célszerűen a kidomborodás csúcsa a dugattyúpalást alkotójára merőleges csapszegtengelysíkban helyezkedhet el.

A találmány további előnyös kivitelénél a kidomborodás csúcsa a dugattyúpalást alkotójára merőleges olyan síkban helyezkedik el, amely a csapszegtengely síkja fölött, illetve alatt a dugattyúval társított henger átmérőjének legfeljebb 8%-ának megfelelő távközzel helyezkedik el. A legnagyobb átmérőjű szakasznak ezzel a csekély mértékű felfelé, illetve lefelé történő eltolásával a találmány szerinti dugattyú előnyös hatásait nem változtatjuk meg kedvezőtlen irányban. A dugattyúpalástnak a legnagyobb átmérőjű szakasz fölötti része a találmány szerinti dugattyú palástjának rugalmassága függvényében egyértelműen meghatározható.

A dugattyú billenésekor az alsó dugattyúpalást-szakasznak a hengerfalra való nemkívánatos mértékű rászorítása kiküszöbölése céljából célszerű továbbá, ha a dugattyúpalástnak a legnagyobb átmérőjű szakasz alatt olyan ívelt palástalkotója van, amelynek a dugattyúval társított hengerátmérőjére vonatkoztatott radiális méretcsökkenése %-ban, valamint a dugattyú alsó részhosszára vonatkoztatva a legnagyobb átmérőjű szakasz csapszegtengelysík alatti távköze %-ban kifejezve a következő értékeket adja:

vköz(%)	Radiális méretcsökkenés (%):
19	0,046
38	0,185
58	0,393
77	0,648
96	1,481

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. Az ábra jobb oldali részén felnagyítva és nem mérethűen ábrázoltuk a hengerfal és a dugattyúpalást kapcsolatát.

Amint a rajzon vázlatosan feltüntettük, a találmány szerinti dugattyúnak 1 dugattyúfeje van, amely legalább egy 2 dugattyúgyűrű-horonnyal van ellátva. Az ábrázolt esetben példaként három dugattyúgyűrű-homyot tüntettünk fel. Továbbá a dugattyú 4 dugattyúpalásttal rendelkezik, amely 3 csapszegfurattal van ellátva. A 3 csapszegfurat központját, azaz a csapszegtengelyt 6-tal jelöltük. A 6 csapszegtengely, illetve a 3 csapszegfurat középvonala az ábrán a lapsíkra merőleges.

Az ábra jobb oldali részén vázlatosan jelöltük a dugattyúval társított hengert is, amelyet 8-cal jelöltünk. A radiális méretviszonyokat itt erősen eltúlozva ábrázoltuk, amelyből azonban világosabban kivehető, hogy a 4 dugattyúpalást ívelt 9 palástalkotóval rendelkezik.

Az ívelt 9 palástalkotó a találmány szerint úgy van kialakítva, hogy a maximális átmérőjű 5 szakasz - amelyen a legkisebb a beépítési hézag, azaz a legkisebb a hengerfaltól való távköz - a dugattyúpalást-alkotóra merőleges, azaz vízszintes 7 sík körzetében van elrendezve, amely a 6 csapszegtengelyen halad át a jelen esetben.

A rajzból jól kivehető, hogy a legnagyobb átmérőjű 5 szakasz fölött az ívelt 9 palástalkotó a 8 henger falától távolodik, ennek a fokozatos eltávolodásnak a mértéke a szakember számára nyilvánvaló módon megválasztható.

A legnagyobb átmérőjű 5 szakasz alatt az ívelt 9 palástalkotó radiális mérete ugyancsak rendre csökken, amelynek lefutása előnyösen a fentiekben ismertetett összefüggésnek felel meg (amelyben megadtuk a távköz és a radiális méretcsökkenés viszonyát).

A találmány szerint olyan kivitel is lehetséges, amelynél a vízszintes 7 sík helyzetét - amelyben a legnagyobb átmérőjű 5 szakasz elhelyezkedik - a 6 tengelyen átfektetett, vízszintes 7 síkkal párhuzamosan felfelé vagy lefelé kis mértékben eltoljuk. Ezt a felfelé, illetve lefelé történő maximális eltolást a rajzon 10, illetve hivatkozási számokkal jelölt nyilakkal szemléltettük, ezek értéke legfeljebb a dugattyúátmérő 8%-ának megfelelő lehet.

A találmány szerinti ívelt 9 palástalkotó görbületi vonalát a rajzon folytonos vonallal jelöltük, ugyanitt szaggatott vonallal jelöltük az összehasonlítás kedvéért a hagyományos palástalkotó vonalvezetését, amelyet hivatkozási számmal jelöltünk. Az ábrából világosan kitűnik, hogy a hagyományos 12 palástalkotó esetében a legnagyobb átmérőjű 13 szakasz a vízszintes 7 síktól jóval lejjebb helyezkedik el, azaz a 4 dugattyúpalást alsó szakaszában van. Továbbá, az ábrán feltüntetett összehasonlítás azt is világosan mutatja, hogy a beépítési 18 hézag a találmány szerinti megoldásnál lényegesen nagyobb lehet, mint a hagyományos dugattyúnál alkalmazható beépítési 14 hézag.

Az ívelt 9 és 12 palástalkotók összehasonlítása mutatja, hogy az ábrázolt példakénti kiviteli alakoknál mindkettőnek a felső 15 végpontja azonos, viszont a találmány szerinti dugattyú ívelt 9 palástalkotójának végpontja jóval távolabb helyezkedik el a 8 henger falától, mint a hagyományos 12 palástalkotó alsó végpontja.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Dugattyú belső égésű motor hengeréhez, amelynek legalább egy dugattyúgyűrű-horonnyal (2) ellátott dugattyúfeje (1), valamint csapszegfurattal (3) rendel3

   HU 215 414 Β kező dugattyúpalástja (4) van, ez maximális átmérőjű szakasszal (5) rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a dugattyúfej (1) kompressziószakaszának hossza legfeljebb a dugattyúátmérő 40%-a, továbbá a dugattyúpalást (4) a maximális átmérőjű szakasza (5) a dugattyúpalást (4) alkotójára merőleges, a csapszegtengelyt (6) magában foglaló sík (7) körzetében helyezkedik el.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti dugattyú, azzal jellemezve, hogy a dugattyúpalást (4) maximális átmérőjű szakasza (5) domborulatként van kialakítva.
3. 3. A 2. igénypont szerinti dugattyú, azzal jellemezve, hogy a domborulat csúcsa a dugattyúpalást (4) alkotójára merőleges síkban (7) helyezkedik el.
4. 4. A 2. igénypont szerinti dugattyú, azzal jellemezve, hogy a kidomborodás csúcsa a dugattyúpalást (4) alkotójára merőleges olyan síkban van, amely a csapszegtengelyt (6) magában foglaló sík (7) fölött, illetve alatt a dugattyúval társított henger (8) átmérőjének legfeljebb 8%-nyi távközzel helyezkedik el.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti dugattyú, azzal jellemezve, hogy a dugattyúpalástnak (4) a legnagyobb átmérőjű szakasz (5) alatt olyan ívelt palástalkotója (9) van, amelynek a dugattyúval társított henger (8) átmérőjére vonatkoztatott radiális méretcsökkenése %-ban, valamint - a dugattyú alsó részhosszára vonatkoztatva - a legnagyobb átmérőjű szakasz (5) síkja (7) alatti távköz %-ban kifejezve a következő összefüggést mutatja:

   vköz(%) Radiális méretcsökkenés (%) 19 0,046 38 0,185 58 0,393 77 0,648 96 1,481