RU2182243C2

RU2182243C2 - Piston of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2182243C2
Application number: RU95110512A
Authority: RU
Inventors: М.А. Минасян
Original assignee: Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г.Кузнецова
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 2002-05-10
Also published as: RU95110512A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed piston is provided with special nonmetallic or composite polymer insert made in form of cylinder with eccentric hole for piston pin, insert being fitted into preliminarily increased holes of piston bosses. Said insert is multipurpose, as it not only provides offset of piston ring, but provides displacement of center of piston masses relative to longitudinal axis, thus reducing mass of piston and ensuring damping of vibration. Invention is aimed at improving design of piston and its vibroacoustic characteristics. EFFECT: improved vibroacoustic characteristics. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а более конкретно к усовершенствованию конструкции поршня, и направлено на улучшение виброакустических характеристик двигателя внутреннего сгорания /ДВС/, и может быть использовано в компрессорах и насосах. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and more particularly to improving the design of the piston, and is aimed at improving the vibro-acoustic characteristics of an internal combustion engine / internal combustion engine /, and can be used in compressors and pumps.

Известен поршень ДВС, который содержит цилиндрическую поверхность, условно разделяющуюся на головку, юбку и среднюю часть - область размещения бобышек поршня с отверстиями, поршневой палец, поршневые кольца, и вставку. Металлическая вставка поршня выполнена в виде цилиндра с эксцентричным отверстием и устанавливается в отверстиях бобышек поршня. Known piston ICE, which contains a cylindrical surface, conditionally divided into a head, a skirt and the middle part - the area of the piston bosses with holes, piston pin, piston rings, and the insert. The metal insert of the piston is made in the form of a cylinder with an eccentric hole and is installed in the holes of the piston bosses.

Диаметр отверстия бобышек предварительно увеличивают до значения, достаточного для установки вставки. The diameter of the boss holes is previously increased to a value sufficient to install the insert.

Вставка устанавливается в соответствующее отверстие бобышек таким образом, чтобы эксцентричность отверстия относительно продольной оси поршня была максимальная, т.е. чтобы дезаксаж отверстия был максимальный. The insert is installed in the corresponding hole of the bosses so that the eccentricity of the hole relative to the longitudinal axis of the piston is maximum, i.e. so that the hole deactivation is maximum.

Поршневой палец устанавливается в эксцентричное отверстие вставки 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. /Скуридин Д.А., Михеев Е.М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. - Л.: Судостроение, 1970, с.141. The piston pin is installed in the eccentric bore of the insert and thereby ensures the piston pin is decontaminated, which helps to reduce the shock impulse and torque of the overturning piston within the thermal gap between the piston and the cylinder bushing. / Skuridin D.A., Mikheev E.M. The fight against noise and vibration of marine ICE. - L .: Shipbuilding, 1970, p.141.

Существенным недостатком поршня является то, что металлическая вставка, выполненная в виде цилиндра с эксцентричным отверстием, предназначена только для смещения оси поршневого пальца относительно продольной оси поршня, т.е., как принято в технической литературе, для обеспечения дезаксажа поршня. A significant disadvantage of the piston is that the metal insert, made in the form of a cylinder with an eccentric bore, is intended only for the displacement of the axis of the piston pin relative to the longitudinal axis of the piston, i.e., as is accepted in the technical literature, to ensure piston disassembly.

Однако 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. Указанный эффект может быть увеличен. However, a change in the displacement of the piston pin from 0.5 to 6 mm causes a change in vibration and noise at general levels by no more than 3 dB. The indicated effect may be increased.

Задача изобретения - снижение уровня шума и вибраций. The objective of the invention is the reduction of noise and vibration.

Поставленная задача достигается тем, что в поршне ДВС, содержащим цилиндрическую поверхность, условно разделяющуюся на головку, юбку и среднюю часть - область размещения бобышек поршня с отверстиями, поршневой палец, поршневые кольца и вставку, обеспечивающую дезаксаж поршневого пальца, выполненную в виде цилиндра с эксцентричным отверстием под поршневой палец, установленную в предварительно увеличенные отверстия бобышек поршня, центр масс поршня смещен в сторону оси дезаксиального пальца благодаря тому, что вставка выполнена из неметаллического или композиционного полимерного материала. The problem is achieved in that in the internal combustion engine piston containing a cylindrical surface conditionally divided into a head, a skirt and a middle part — the area of placement of the piston bosses with holes, the piston pin, piston rings and an insert that provides piston pin decontamination made in the form of a cylinder with an eccentric the hole for the piston pin installed in the pre-enlarged holes of the piston bosses, the center of mass of the piston is shifted towards the axis of the deaxial finger due to the fact that the insert is made of non-metallic allic or composite polymer material.

Кроме того, для увеличения смещения центра масс вставка выполнена с отрицательными массами /отверстие, пустоты различных форм/. In addition, to increase the displacement of the center of mass, the insert is made with negative masses / hole, voids of various shapes /.

Композиционный полимерный материал армирован волокнистым наполнителем, например, алюминием с непрерывными волокнами или с высокопрочной стальной проволокой на основе углепластиков, корунда или карборунда, обладающего хорошими вибродемпфирующими свойствами. The composite polymer material is reinforced with a fibrous filler, for example, aluminum with continuous fibers or with high-strength steel wire based on carbon fiber, corundum or carborundum, which has good vibration damping properties.

Указанное смещение центра масс поршня вызывает дополнительную нормальную силу или момент и при возвратно-поступательном движении поршня способствует изменению моментов перекладки. The specified displacement of the center of mass of the piston causes an additional normal force or moment and, with the reciprocating motion of the piston, contributes to a change in the moments of shift.

У большества ДВС рабочая перекладка поршня начинается близко к ВМТ и колеблется в пределах 1-2 поворота коленчатого вала до В.М.Т. In the majority of internal combustion engines, the working shift of the piston begins close to the TDC and varies within 1-2 crankshaft turns to V.M.T.

Однако угол начала перекладки равен 1-2^o до рабочей В.М.Т., что весьма незначительно и для уменьшения интенсивности удара поршня в рабочей В.М.Т. целесообразно его увеличить, для чего и служит предложенный поршень со смещенными центром масс и осью пальца благодаря выполнению вставки из неметаллического или композиционного полимерного материала.However, the angle of the beginning of the shift is 1-2 ^o to the working V.M.T., which is very insignificant to reduce the intensity of the piston shock in the working V.M. it is advisable to increase it, for which the proposed piston with a displaced center of mass and the axis of the finger due to the implementation of the insert from non-metallic or composite polymer material serves.

Величина смещения центра масс поршня регулируется без изменения конструкции, для чего композиционная вставка выполнена с "отрицательными массами" /т.е. отверстия, пустоты различных форм/. The displacement of the center of mass of the piston is adjustable without changing the design, for which the composite insert is made with "negative masses" / ie. holes, voids of various shapes.

Эти "отрицательные массы" - отверстия или пустоты во вставке - способствуют еще большему смещению центра массы поршня от его продольной оси в сторону оси пальца ввиду облегчения той части поршня, где расположены пустоты - "отрицательные массы". These "negative masses" - holes or voids in the insert - contribute to even greater displacement of the center of mass of the piston from its longitudinal axis towards the axis of the finger due to the facilitation of the part of the piston where the voids - "negative masses" are located.

Кроме того, целесообразность применения композиционной вставки улучшает виброакустические характеристики ДВС, что обеспечивается двумя причинами, а именно существенным /в 2-4 раза/ уменьшением массы и вибродемпфирующими свойствами композиционных материалов. In addition, the feasibility of using a composite insert improves the vibro-acoustic characteristics of the internal combustion engine, which is ensured by two reasons, namely, a significant (2-4 times) weight reduction and vibration-damping properties of composite materials.

Учитывая изложенные особенности технического решения, от применения предложенного поршня достигается сверхсуммарный эффект снижения шума и вибрации ДВС, а следовательно, повышение его надежности и долговечности. Given the above features of the technical solution, the application of the proposed piston achieves the super-total effect of reducing the noise and vibration of the internal combustion engine, and therefore, increasing its reliability and durability.

Изобретение поясняется чертежом, где
на фиг.1 представлен продольный разрез поршня,
на фиг.2 - общий вид поршня,
на фиг. 3 и 4 - вставка с "отрицательными массами" в виде круглых или фигурных отверстий.The invention is illustrated in the drawing, where
figure 1 shows a longitudinal section of a piston,
figure 2 - General view of the piston,
in FIG. 3 and 4 - insert with "negative masses" in the form of round or figured holes.

Поршень содержит цилиндрическую поверхность, условно разделяющуюся на головку 1, юбку 2, среднюю часть 3 - область размещения бобышек 4 с отверстиями, поршневой палец 5, поршневые кольца 6, вставку 7 в виде цилиндра из вибродемпфирующего неметаллического или композиционного полимерного материала с эксцентричным отверстием под поршневой палец, которая устанавливается в предварительно увеличенные отверстия бобышек 4 поршня. Поршневой палец 5 установлен в эксцентричном отверстии вставки 7. The piston contains a cylindrical surface, conditionally divided into a head 1, a skirt 2, the middle part 3 - the area of the bosses 4 with holes, a piston pin 5, piston rings 6, an insert 7 in the form of a cylinder made of a vibration-damping non-metallic or composite polymer material with an eccentric hole for the piston the finger, which is installed in the pre-enlarged holes of the bosses 4 of the piston. The piston pin 5 is installed in the eccentric hole of the insert 7.

Позицией 8 на фиг.1 и 2 обозначен шатун. Position 8 in figure 1 and 2 marked connecting rod.

Вставка 7 устанавливается в соответствующее отверстие бобышек 4 поршня таким образом, чтобы эксцентричность /фиг.2/ отверстия А относительно продольной оси Z поршня была максимальная, т.е. чтобы дезаксаж Δ = ОА отверстия А был максимальный. The insert 7 is installed in the corresponding hole of the bosses 4 of the piston so that the eccentricity (Fig. 2/) of the hole A with respect to the longitudinal axis Z of the piston is maximum, i.e. so that the deactivation Δ = OA of hole A is maximum.

Указанный акустический барьер в виде вставки 7 цилиндрического тела, выполненный из вибродемпфирующего материала: неметаллического или композиционного полимерного материала, при сложном движении поршня и ударах о стенки цилиндра, демпфируясь, заглушает /изолирует, уменьшает, гасит/ возникающие вибрации и излучающие шумы, передаваемые через стенки втулки цилиндров на опоры ДВС и окружающую среду. The specified acoustic barrier in the form of an insert 7 of a cylindrical body made of vibration damping material: a non-metallic or composite polymer material, with complex piston movement and impacts on the cylinder walls, damping dampens / isolates, reduces, dampens / vibrations and emitting noises transmitted through the walls cylinder liners on engine mounts and the environment.

Кроме того, ввиду малого веса материала вставки 7 /30-50% легче стали/ масса поршня со вставкой 7 из вибродемпфируюшего материала меньше массы поршня известного, а следовательно, силы инерции поступательно движущихся масс /ПДМ/ уменьшаются, что также способствует уменьшению шума и вибрации ДВС. In addition, due to the small weight of the insert material, 7 / 30-50% is lighter than steel / the mass of the piston with the insert 7 of vibration-damping material is less than the mass of the piston known, and therefore, the inertia forces of the translationally moving masses / PDM / are reduced, which also helps to reduce noise and vibration ICE.

Меньшая масса вставки 7 из неметаллического материала наиболее близка к "отрицательной массе", а потому центр масс /ЦМ/ Б /фиг.2/ поршня перемещен относительно продольной оси Z на величину δ =ОБ. /Центр масс смещен в сторону оси дезаксиального пальца/. The smaller mass of the insert 7 of non-metallic material is closest to the "negative mass", and therefore the center of mass / CM / B / Fig. 2/ of the piston is moved relative to the longitudinal axis Z by δ = OB. / The center of mass is shifted towards the axis of the deaxial finger /.

Величина указанного смещения ЦМ поршня увеличивается при применении вставок 7 c "отрицательными массами" - в виде круглых или фигурных отверстий С /фиг.3/, D /фиг.4/. The magnitude of the indicated displacement of the piston cylinder increases when inserts 7 with "negative masses" are used - in the form of round or figured holes C / Fig. 3/, D / Fig. 4/.

Таким образом, предложенная вставка 7 поршня выполняет несколько функций, а именно: обеспечивает дезаксаж /фиг.2-4/ поршневого пальца 5, смещение δ центра массы /ЦМ/ поршня относительно оси дезаксиального пальца, уменьшение массы поршня /следовательно, сил инерции ПДМ/ и демпфирование /гашение, снижение/ интенсивности ударов поршня благодаря вибродемпфирующим свойствам самого неметаллического или композиционного полимерного материала. Thus, the proposed piston insert 7 performs several functions, namely: it provides decontamination / Fig. 2-4/ of the piston pin 5, an offset δ of the center of mass / CM / piston relative to the axis of the deaxial finger, a decrease in the mass of the piston / consequently, the inertial forces of the PDM / and damping / damping, reduction / intensity of piston impacts due to the vibration damping properties of the non-metallic or composite polymer material itself.

При работе ДВС с предложенным поршнем обеспечивается cверхсуммарный эффект по уменьшению шума к вибрации двигателя благодаря:
1. Рабочей перекладке поршня при угле поворота коленчатого вала α ≈2-4^o до В.М.Т. за счет возникновения дополнительной нормальной силы или момента, обусловленных дезаксажом Δ поршневого пальца и смещением δ ЦМ поршня.When the internal combustion engine works with the proposed piston, an over-cumulative effect of reducing noise to engine vibration is provided due to:
1. The working shift of the piston at an angle of rotation of the crankshaft α ≈2-4 ^o to V.M.T. due to the occurrence of an additional normal force or moment due to the disassembly Δ of the piston pin and the offset δ of the piston CM.

2. Демпфированию интенсивности ударов поршня, обусловленных свойствами материала вставки 7. 2. Damping of the intensity of the piston impacts due to the properties of the material of the insert 7.

3. Уменьшению сил инерции ПДМ, обусловленных уменьшением массы поршня за счет применения легкой неметаллической вставки 7. 3. The reduction of the inertia of the PDM, due to the decrease in the mass of the piston due to the use of light non-metallic insert 7.

Данное техническое решение существенно улучшает виброакустические характеристики ДВС, поскольку наиболее интенсивным источником вибрации и, как следствие, шума двигателей механического происхождения являются колебания цилиндрических втулок и блоков двигателей, возникающие в результате перекладок и контования поршней в пределах топливного зазора. This technical solution significantly improves the vibro-acoustic characteristics of the internal combustion engine, since the most intense source of vibration and, as a result, the noise of engines of mechanical origin are the vibrations of cylindrical bushings and engine blocks resulting from relocation and contouring of pistons within the fuel gap.

Claims

1. The piston of an internal combustion engine containing a cylindrical surface that is conventionally divided into a head, a skirt and a middle part — an area for placing piston bosses with holes, a piston pin, piston rings and an insert providing piston pin de-massage, made in the form of a cylinder with an eccentric hole for the piston a finger installed in pre-enlarged holes of the piston bosses, characterized in that the center of mass of the piston is shifted towards the axis of the deaxial finger, due to the fact that the insert is made and a non-metallic or composite polymer material.

2. The piston according to claim 1, characterized in that in order to increase the displacement of the center of mass of the piston, the insert is made with negative masses.