RU2257484C1 - Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine - Google Patents
Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257484C1 RU2257484C1 RU2004104586/06A RU2004104586A RU2257484C1 RU 2257484 C1 RU2257484 C1 RU 2257484C1 RU 2004104586/06 A RU2004104586/06 A RU 2004104586/06A RU 2004104586 A RU2004104586 A RU 2004104586A RU 2257484 C1 RU2257484 C1 RU 2257484C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- skirt
- cylinder
- length
- loaded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used for the manufacture of pistons of internal combustion engines (ICE).
Известна конструкция поршня [1] двигателя внутреннего сгорания. Поршень имеет овальное поперечное сечение с большей овальностью и меньшей толщиной стенки на ненагруженной стороне, а также имеет прорезь на ненагруженной стороне в зоне канавки маслосъемного кольца. Такая конструкция дает возможность снизить зазор между нагруженной стороной поршня и стенкой цилиндра и, следовательно, уменьшить расход смазки. Большая длина юбки на нагруженной стороне уменьшает угол наклона поршня и создаваемый им шум при перекладке в районе верхней мертвой точки.A known design of the piston [1] of an internal combustion engine. The piston has an oval cross-section with greater ovality and a smaller wall thickness on the unloaded side, and also has a slot on the unloaded side in the groove of the oil scraper ring. This design makes it possible to reduce the gap between the loaded side of the piston and the cylinder wall and, therefore, to reduce the consumption of lubricant. The large length of the skirt on the loaded side reduces the angle of inclination of the piston and the noise it creates when shifted around the top dead center.
Анализ изобретения показывает, что при прямоугольных несущих поверхностях описанный асимметричный профиль юбки не может создать одинаковую несущую способность при угловых перекладках поршня на тактах "Сжатие" и "Рабочий ход". Снижение потерь на трение при этом мало.An analysis of the invention shows that for rectangular bearing surfaces, the described asymmetric profile of the skirt cannot create the same bearing capacity with angular shifting of the piston on the compression and stroke strokes. The reduction of friction losses is not enough.
Известна конструкция поршня [2] двигателя внутреннего сгорания, в котором осевое сечение юбки поршня представляет собой асимметричную фигуру, описанную параболическими кривыми, параметры которой выбраны с учетом действия боковых сил в процессе сгорания, тепловых деформаций и принципов гидродинамической теории смазки. Несущие поверхности юбки выполнены в виде Х-образных площадей, которые описаны радиусами окружностей с длиной дуги θ, определяемой соответствующим соотношением. Такой асимметричный профиль юбки может создать одинаковую несущую способность при различных рабочих условиях на тактах "Сжатие" и "Рабочий ход", что характерно для двигателей внутреннего сгорания, так как давление газов в цилиндре и, соответственно, боковая сила в такте "Рабочий ход" из-за взрывного характера сгорания рабочей смеси в несколько раз выше, чем в такте "Сжатие". Несущие поверхности описываются радиусами окружностей с длиной дуги θ, изменяемой в зависимости от радиального зазора, профиля и осевой координаты по выражениюA known piston design [2] of an internal combustion engine, in which the axial section of the piston skirt is an asymmetric figure described by parabolic curves, the parameters of which are selected taking into account the action of lateral forces in the combustion process, thermal deformations and the principles of the hydrodynamic theory of lubrication. The bearing surfaces of the skirt are made in the form of X-shaped areas, which are described by the radii of circles with an arc length θ determined by the corresponding ratio. Such an asymmetric profile of the skirt can create the same bearing capacity under different operating conditions on the “Compression” and “Travel” strokes, which is typical for internal combustion engines, since the gas pressure in the cylinder and, accordingly, the lateral force in the “Travel” stroke from -for the explosive nature of the combustion of the working mixture is several times higher than in the "Compression" cycle. The bearing surfaces are described by the radii of circles with the arc length θ, which varies depending on the radial clearance, profile and axial coordinate by expression
где h0 - радиальный зазор между цилиндром и юбкой поршня; Z - осевая координата с началом в центре оси отверстия для поршневого пальца; - осевая координата вершины боковой образующей профиля (осевая координата наиболее узкой части несущей Х-образной зоны), i=1, 2 - соответствуют нагруженной и ненагруженной стороне поршня; R - радиус юбки поршня;where h 0 is the radial clearance between the cylinder and the piston skirt; Z is the axial coordinate with the beginning in the center of the axis of the hole for the piston pin; - the axial coordinate of the top of the side generatrix of the profile (axial coordinate of the narrowest part of the bearing X-shaped zone), i = 1, 2 - correspond to the loaded and unloaded side of the piston; R is the radius of the piston skirt;
, - зазоры между цилиндром и юбкой поршня в верхней и нижней ее части; В(i) - длина юбки на нагруженной и ненагруженной стороне поршня; , - gaps between the cylinder and the piston skirt in its upper and lower parts; In (i) - the length of the skirt on the loaded and unloaded side of the piston;
Противолежащие боковые образующие юбки поршня образуют асимметричную фигуру, форма которой зависит от размеров юбки, радиального зазора, расположения оси поршневого пальца и определяется по выражениюOpposite lateral forming piston skirts form an asymmetric figure, the shape of which depends on the size of the skirt, radial clearance, the location of the axis of the piston pin and is determined by the expression
где h(i) - отклонение профиля от внутренних стенок цилиндра i, причемwhere h (i) is the deviation of the profile from the inner walls of the cylinder i, and
Поверхности, перпендикулярные оси отверстия под поршневой палец и лежащие вне Х-образных площадей, находятся в зонах так называемых холодильников и специально не профилируются.Surfaces perpendicular to the axis of the bore under the piston pin and lying outside the X-shaped areas are located in the areas of the so-called refrigerators and are not specially profiled.
Конфигурация профиля и расположение его вершин выбраны таким образом, что обеспечивают максимальную гидродинамическую подъемную силу на нагруженной стороне, то есть жидкостный режим трения, уменьшают вероятность задира.The configuration of the profile and the location of its vertices are selected in such a way that they provide maximum hydrodynamic lifting force on the loaded side, that is, the liquid friction mode, reduce the likelihood of scoring.
Анализ конструкции показывает, что асимметричный профиль решает задачу учета угловых перекладок, однако конструкция не в полной мере учитывает разные рабочие условия на тактах "Сжатие" и "Рабочий ход" и в процессе поперечных перекладок не способствует в полной мере снижению трибологических потерь в сопряжении поршень - цилиндр, так как площадь несущей поверхности поршня на нагруженной и ненагруженной стороне отличаются незначительно.Analysis of the design shows that the asymmetric profile solves the problem of accounting for angular shifting, however, the design does not fully take into account the different operating conditions at the “Compression” and “Travel” strokes and in the process of transverse shifting does not fully reduce the tribological losses in the piston pairing - cylinder, since the area of the piston bearing surface on the loaded and unloaded sides differs slightly.
Под трибологическими потерями понимаются потери на сопротивление движению поршня на смазочном слое в цилиндре и потери смазочной жидкости "на угар" за счет ее расхода через верхнюю кромку юбки поршня.Tribological losses are understood as losses on resistance to the movement of the piston on the lubricating layer in the cylinder and losses of the lubricant “on waste” due to its flow through the upper edge of the piston skirt.
Указанная конструкция направлена на снижение потерь на трение в сопряжении поршень - гильза.The specified design is aimed at reducing friction losses in the piston-sleeve interface.
В основу изобретения положена техническая задача - создание трибосопряжения поршень - цилиндр двигателя внутреннего сгорания такой конструкции, которая обеспечивала бы минимизацию трибологических потерь без снижения его несущей способности.The basis of the invention is the technical problem - the creation of tribo-conjugation piston - cylinder of an internal combustion engine of such a design that would minimize tribological losses without reducing its bearing capacity.
Эта задача решается тем, что в трибосопряжении поршень - цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндр и поршень с отверстием для поршневого пальца, состоящий из головки и направляющей части (юбки) в виде бочкообразной несимметричной фигуры, несущие поверхности выполнены в виде Х-образных площадей, которые ограничены сверху и снизу краями юбки и описаны радиусами окружностей, и имеющим в трибосопряжении поршень - цилиндр отклонение профиля образующих несущих поверхностей нагруженной и ненагруженной сторон юбки поршня от внутренней стенки цилиндра в плоскости, перпендикулярной оси отверстия, определенное по выражениюThis problem is solved in that in the tribo-coupling, the piston is a cylinder of an internal combustion engine containing a cylinder and a piston with an opening for a piston pin, consisting of a head and a guide part (skirt) in the form of a barrel-shaped asymmetric figure, the bearing surfaces are made in the form of X-shaped areas, which are bounded above and below the edges of the skirt and are described by the radii of circles, and having a piston - cylinder in tribo-conjugation, the deviation of the profile of the generating bearing surfaces of the loaded and unloaded sides of the piston skirt from the morning wall of the cylinder in a plane perpendicular to the axis of the hole, determined by the expression
где h(i) - отклонение профиля от внутренних стенок цилиндра, h0 - радиальный зазор между цилиндром и юбкой поршня; Z - осевая координата с началом в центре оси отверстия для поршневого пальца; k(i), m(i), l(i) – параметры кривой профиля, i=1, 2 - соответствуют нагруженной и ненагруженной стороне поршня, причем , где - зазоры между цилиндром и юбкой поршня в верхней и нижней ее части, согласно изобретению длина юбки на нагруженной стороне больше длины юбки на ненагруженной стороне поршня в соответствии с соотношением В(1)/В(2)=1,1...1,3, а толщина юбки на нагруженной стороне больше толщины юбки на ненагруженной стороне поршня в соответствии с соотношением t(1)/t(2)=1,2...1,5, при этом геометрические параметры поршня выполнены следующими: длина поршня L=(0,65...0,9)D, высота уплотняющего пояса H=(0,48...0,60)D, длина юбки поршня максимальная B(1)=(0,25...0,45)D, где D - номинальный диаметр поршня.where h (i) is the deviation of the profile from the inner walls of the cylinder, h 0 is the radial clearance between the cylinder and the piston skirt; Z is the axial coordinate with the beginning in the center of the axis of the hole for the piston pin; k (i) , m (i) , l (i) are the profile curve parameters, i = 1, 2 - correspond to the loaded and unloaded side of the piston, and where - gaps between the cylinder and the piston skirt in its upper and lower parts, according to the invention, the length of the skirt on the loaded side is greater than the length of the skirt on the unloaded side of the piston in accordance with the ratio B (1) / B (2) = 1.1 ... 1, 3, and the thickness of the skirt on the loaded side is greater than the thickness of the skirt on the unloaded side of the piston in accordance with the ratio t (1) / t (2) = 1.2 ... 1.5, while the geometric parameters of the piston are as follows: piston length L = (0.65 ... 0.9) D, the height of the sealing belt H = (0.48 ... 0.60) D, the maximum length of the piston skirt B (1) = (0.25 ... 0, 45) D, where D is the nominal diameter tr piston.
Предлагаемая конструкция отличается от конструкции [1] геометрией несущих поверхностей юбки поршня, которая соответствует нагруженным областям и тем в большей мере учитывает угловые и боковые перекладки поршня в процессе рабочего цикла, а также поршень имеет иные пропорции его элементов и не имеет прорези на ненагруженной стороне.The proposed design differs from the design [1] by the geometry of the bearing surfaces of the piston skirt, which corresponds to the loaded areas and, to a greater extent, takes into account the angular and lateral changes of the piston during the working cycle, and the piston has different proportions of its elements and does not have a cut on the unloaded side.
Предлагаемая конструкция отличается от конструкции [2] тем, что имеет различную длину юбки на нагруженной и ненагруженной сторонах и тем в большей мере учитывает боковые перекладки поршня и изменение нагрузки на поршень в процессе рабочего цикла, а также меньшую толщину юбки на нагруженной стороне, что увеличивает упругий эффект, препятствующий прямому контакту, чем снижаются потери на трение в сопряжении.The proposed design differs from the design [2] in that it has a different length of the skirt on the loaded and unloaded sides and, moreover, takes into account the lateral shifting of the piston and the change in the load on the piston during the working cycle, as well as the smaller thickness of the skirt on the loaded side, which increases an elastic effect that prevents direct contact, thereby reducing friction losses in conjugation.
Изобретение основано на анализе характера движения поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, когда при вращении кривошипа поршень при ходе от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и обратно под действием боковых сил прижимается с наклоном то к одной, то к другой стороне цилиндра (происходят так называемые поперечная и угловая перекладка поршня в цилиндре). Так как ненагруженная сторона поршня несет меньшие нагрузки, то при такой же, как на нагруженной стороне, удельной нагрузке, юбку на этой стороне возможно выполнять меньшей длины, что даст уменьшение потерь мощности на трение в смазочном слое между юбкой поршня и зеркалом цилиндра, а также это даст возможность уменьшить зазор в сопряжении для снижения расхода масла на угар. Существующие конструкции не учитывают угловые перекладки, когда несущие зоны расположены либо вверху, либо внизу юбки поршня в зависимости от угла его наклона.The invention is based on an analysis of the nature of the movement of the piston in the cylinder of an internal combustion engine when, when the crank is rotated, the piston is pressed with an inclination to one or the other during the movement from the top dead center (BDC) to the bottom dead center (BDC) and back side of the cylinder (the so-called transverse and angular shift of the piston in the cylinder occur). Since the unloaded side of the piston carries less loads, with the same specific load as on the loaded side, the skirt on this side can be made shorter, which will reduce the friction power loss in the lubricant layer between the piston skirt and the cylinder mirror, and this will make it possible to reduce the clearance in the interface to reduce oil consumption for waste. Existing designs do not take into account angular shifts when the bearing zones are located either above or below the piston skirt, depending on the angle of inclination.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид трибосопряжения поршень - цилиндр; на фиг.2 - вид сопряжения сбоку; на фиг.3 - поперечное сечение поршня в плоскости оси поршневого пальца; на фиг.4 - характер движения поршня в цилиндре: а - такт впуска; б - такт сжатия; в - такт расширения; г - такт выпуска; на фиг.5 - внешний вид поршня (с вырезом).The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the tribological conjugation of the piston-cylinder; figure 2 is a side view of the pairing; figure 3 is a cross section of the piston in the plane of the axis of the piston pin; figure 4 - the nature of the movement of the piston in the cylinder: a - intake stroke; b - compression stroke; c - expansion stroke; g is the beat of the release; figure 5 is an external view of the piston (with a cutout).
На основе сформулированных задач, анализа известных конструкций и характера натиров работающих поршней предлагается следующее трибосопряжение поршень - цилиндр. Трибосопряжение (фиг.1, 2) состоит из цилиндра 1 и поршня 2, содержащего головку 3 и юбку 4 с отверстием 5 под поршневой палец. Длина юбки на нагруженной стороне 6 больше длины юбки на ненагруженной стороне 7 поршня: В(1)>В(2). Толщина юбки на ненагруженной стороне меньше толщины юбки на нагруженной стороне поршня t(1)>t(2) (фиг.3). Несущие поверхности юбки образуют на противолежащих сторонах юбки Х-образные асимметричные относительно продольной оси поршня площади 8 и 9, ограниченные соответственно кривыми 10 и 11. Противолежащие боковые образующие 12, 13 юбки поршня (фиг.2) образуют асимметричную фигуру. Конструкция поршня выполняется в следующих пропорциях:Based on the formulated tasks, analysis of known structures and the nature of the natars of the working pistons, the following tribo-conjugation piston-cylinder is proposed. Tribological conjugation (figure 1, 2) consists of a
Поршень работает следующим образом. При движении поршня в цилиндре боковые силы прижимают его то к одной, то к другой стороне цилиндра (фиг.4), причем нагруженной является сторона 6 поршня, на которую в течение рабочего цикла действует наибольшая боковая сила.The piston works as follows. When the piston moves in the cylinder, the lateral forces press it against one or the other side of the cylinder (Fig. 4), and the
Между юбкой 4 и цилиндром 1 при движении поршня 2 возникает гидродинамическое давление в смазочном слое. Несущая способность смазочного слоя определяется площадью несущих поверхностей трения, однако увеличение площади способствует повышению потерь мощности на трение и расходов смазки на угар. В зависимости от направления движения поршня, профиля юбки, наклона поршня в цилиндре и поперечных перекладок поршня гидродинамическое давление (несущий слой) образуется либо вверху, либо внизу юбки поршня в районах Х-образных площадей 8 и 9 на той стороне юбки, которая прижимается к цилиндру. При этом на такте сжатия (4б) поршень 2 прижимается к цилиндру 1 стороной 7 с меньшей длиной юбки, на такте расширения, когда боковая нагрузка максимальна (4в) - стороной 6 с большей длиной юбки. Большая длина и толщина юбки способствуют также уменьшению деформации юбки и соответствие режима трения расчетному. Меньшая длина и толщина юбки на ненагруженной стороне 7 увеличивает упругие деформации, что препятствует прямому контакту несущих поверхностей поршня 2 и цилиндра 1, при этом снижаются потери на трение в сопряжении.Between the
Таким образом, различная длина и толщина юбки на нагруженной 6 и ненагруженной 7 сторонах в сочетании с несущими поверхностями трения в виде Х-образных асимметричных площадей 8 и 9 в отличие от существующих прямоугольных или трапециевидных наиболее соответствует действительному распределению гидродинамических давлений при работе поршней, уменьшает поверхность трения юбки, снижает потери мощности на трение. Постоянная толщина смазочного слоя между юбкой поршня и цилиндром в радиальном направлении для каждого сечения обеспечивается описанием профиля по радиусу.Thus, the different length and thickness of the skirt on the loaded 6 and unloaded 7 sides in combination with bearing friction surfaces in the form of X-shaped
Изготовление поршня с предлагаемым профилем не вызовет больших трудностей при обработке его по копиру или на станках с числовым программным управлением. Предлагаемая конструкция может быть использована для двигателей внутреннего сгорания, поршневых компрессоров.The manufacture of the piston with the proposed profile will not cause great difficulties when processing it on a copy or on machines with numerical control. The proposed design can be used for internal combustion engines, reciprocating compressors.
ЛитератураLiterature
1. Патент США 5158008, МКИ F 16 J 1/00 /Emil Ripberger; Mahle GmbH. - №688583. Опубл. 27.10.92.1. US patent 5158008, MKI F 16
2. Патент Российской Федерации 2095603, МКИ 6 F 02 F 3/00 Опубл. 10.11.97.2. Patent of the Russian Federation 2095603, MKI 6 F 02
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004104586/06A RU2257484C1 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004104586/06A RU2257484C1 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2257484C1 true RU2257484C1 (en) | 2005-07-27 |
Family
ID=35843587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004104586/06A RU2257484C1 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2257484C1 (en) |
-
2004
- 2004-02-16 RU RU2004104586/06A patent/RU2257484C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9482153B2 (en) | Oil retention in the bore/piston interfaces of ported cylinders in opposed-piston engines | |
US6907849B2 (en) | Piston | |
US8042453B2 (en) | Piston with a skirt having oil flow slots | |
US20170009888A1 (en) | Machine with reduced cylinder friction | |
US3851889A (en) | Reciprocating system and hydrodynamic piston ring therefor | |
RU2718653C2 (en) | Piston ring with reduced friction | |
GB2171776A (en) | Pistons | |
US7866295B2 (en) | Piston skirt oil retention for an internal combustion engine | |
CN1959092A (en) | Piston having asymmetrical pin bore slot placement | |
RU2447306C1 (en) | Ice piston seal | |
JP2017203408A (en) | piston | |
RU2257484C1 (en) | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine | |
EP0069175A1 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
EP0411913A1 (en) | Piston assembly of internal combustion engine | |
EP3368800B1 (en) | Piston, oil control ring therefor and method of construction thereof | |
US5261362A (en) | Piston assembly having multiple piece compression ring | |
US11274626B2 (en) | Bore portion for receiving a reciprocating piston | |
US5743171A (en) | Oil control ring and groove arrangement for improved blowby control | |
JP2009030558A (en) | Piston ring and piston for internal combustion engine | |
RU2095603C1 (en) | Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine | |
US9909526B2 (en) | Monobloc piston with a low friction skirt | |
RU184035U1 (en) | PISTON OF THE DIESEL ENGINE OF INTERNAL COMBUSTION | |
RU2121591C1 (en) | Piston of internal combustion engine | |
SU1590596A1 (en) | Piston of i.c. engine | |
JP2017193986A (en) | Cylinder bore wall of internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060217 |