RU2508481C2

RU2508481C2 - Поршневое подшипниковое устройство

Info

Publication number: RU2508481C2
Application number: RU2011129795/11A
Authority: RU
Inventors: Хокан НЮНЯС
Original assignee: Вяртсиля Финланд Ой
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-02-27
Also published as: FI122894B; RU2011129795A; JP2012512999A; CN102257283B; EP2359015B1; EP2359015A1; WO2010070198A1; FI20086220A0; CN102257283A; KR20110100220A; FI20086220A; JP5496222B2; KR101554379B1

Abstract

Изобретение относится к поршневому подшипниковому устройству двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит поршень с по меньшей мере верхней частью и нижней частью, жестко скрепленными друг с другом, и шатун (2), имеющий верхний конец (2а) с поршневыми пальцевыми средствами (3), установленными между упомянутыми частями (1a, 1b) поршня и соединенными с возможностью поворота с поршнем. Верхний конец (2а) шатуна (2) выполнен с первой рабочей поверхностью (2а1) подшипника, зацепленной с возможностью поворота с внутренней поверхностью верхней части поршня. Поршневые пальцевые средства (3) имеют вторую и третью рабочие поверхности (3а) подшипника, расположенные с каждой стороны шатуна (2) и на противоположной стороне поршневых пальцевых средств (3) относительно первой рабочей поверхности (2а1) подшипника. Рабочие поверхности (2а1; 3а) имеют по существу форму половины цилиндра, и радиус (R1) кривизны первой рабочей поверхности (2a1) по существу больше, чем радиус (R2) кривизны второй и третьей рабочих поверхностей (3а). Технический результат: обеспечение надежного решения для выдерживания увеличенных давлений цилиндра и скоростей, использующихся в двигателях внутреннего сгорания, особенно больших дизельных двигателях. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к поршневому подшипниковому устройству двигателя внутреннего сгорания, содержащему поршень с по меньшей мере верхней частью и нижней частью, жестко скрепленными друг с другом, и шатун, имеющий верхний конец с поршневыми пальцевыми средствами, установленными между указанными частями поршня и соединенными с возможностью поворота с поршнем в соответствии с ограничительной частью независимого пункта 1 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Со ссылкой на прилагаемые фиг.1а и 1b, показывающие обычное устройство по предшествующему уровню техники в двигателе внутреннего сгорания, передача усилия между поршнем 1' и коленчатым валом (не показан) выполняется посредством шатуна 2', один конец которого, в этом соединении называемый нижним концом, прикреплен с возможностью поворота к коленчатому валу, а другой конец, соответственно, называемый здесь верхним концом 2'а, прикреплен с возможностью поворота к поршню 1' посредством поршневого пальца 3'. Устройство включает в себя рабочую поверхность 10' подшипника между верхним концом 2'а шатуна и поршневым пальцем 3', а также рабочие поверхности 11' подшипника между поршневым пальцем 3' и поршнем 1'. Как показано на фиг.1b с помощью стрелок, большая часть изгибающих нагрузок на поршневом пальце 3' образуется в результате газовых усилий в цилиндре, а меньшая часть - от инерционных и боковых усилий от кривошипно-шатунного механизма. Наряду с увеличенной потребностью в более высоких мощностях цилиндров и более высоких максимальных давлениях цилиндров существует необходимость в увеличенных площадях рабочих поверхностей подшипника для приспосабливания к увеличенным изгибающим усилиям. Увеличенное давление цилиндра действует большей частью на верхние половины на рабочих поверхностях подшипника. Нагрузки на подшипники на нижние половины подшипников, однако, увеличиваются не с увеличенным давлением цилиндра, а с весом поршня и более высокой скоростью на двигателе.

Известное решение для увеличения площади опорной поверхности заключается в использовании сферических рабочих поверхностей подшипника на верхнем конце шатуна. Недостаток этого решения заключается в увеличенном весе верхнего конца шатуна, в силу чего шатун должен быть усилен и балансировка двигателя должна быть увеличена. Изготовление сферических рабочих поверхностей подшипника также является более трудным, чем обычных цилиндрических рабочих поверхностей подшипника.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить новое поршневое подшипниковое устройство, которое решает вышеупомянутые и другие проблемы предшествующего уровня техники. Также задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить надежное решение для выдерживания увеличенных давлений цилиндра и скоростей, использующихся в двигателях внутреннего сгорания, особенно больших дизельных двигателях.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачи изобретения могут быть решены по существу как раскрыто в независимом пункте 1 формулы изобретения и в других пунктах формулы изобретения, представляющих больше подробностей разных вариантов осуществления изобретения.

Главная идея изобретения заключается в разделении способа, которым передаются усилия, в зависимости от направления усилий в каждом случае. Таким образом, разные диаметры и площади подшипников могут использоваться для того, чтобы лучше приспосабливаться к разным требованиям по нагрузке, соответственно, и вся конструкция может быть оптимизирована в соответствии с режимами нагрузки.

В соответствии с изобретением, верхний конец шатуна выполнен с первой рабочей поверхностью подшипника, зацепленной с возможностью поворота с внутренней поверхностью верхней части поршня. Поршневые пальцевые средства также имеют вторую и третью рабочие поверхности подшипника, расположенные с каждой стороны шатуна и на противоположной стороне поршневых пальцевых средств относительно первой рабочей поверхности подшипника. Таким образом, первая рабочая поверхность подшипника используется для восприятия нагрузки, образующейся в результате сгорания в рассматриваемом цилиндре, а вторая и третья рабочие поверхности подшипника воспринимают усилия, действующие в направлении перемещения поршня вверх. Так как направленные вниз усилия передаются непосредственно на шатун, в поршневом пальце не возникают изгибающие нагрузки.

Рабочие поверхности подшипника имеют по существу форму половины цилиндра, делающую их легкими для изготовления. Кроме того, радиус кривизны первой рабочей поверхности подшипника предпочтительно выполнен по существу большим, чем радиус кривизны второй и третьей рабочих поверхностей подшипника. Таким образом, разница в нагрузке может быть учтена посредством разных площадей опорных поверхностей, соответственно, таким образом, первая рабочая поверхность подшипника выполнена так, чтобы иметь относительно большую площадь опорной поверхности.

В действительности, радиус кривизны первой рабочей поверхности подшипника предпочтительно по меньшей мере на 60-70% больше, чем радиус второй и третьей рабочих поверхностей подшипника.

Более того, рабочие поверхности подшипника имеют один и тот же центр кривизны, который, предпочтительно, также является центром поворота верхнего конца шатуна.

В одном практическом варианте осуществления, поршневые пальцевые средства содержат отдельный поршневой палец, вставленный в верхний конец шатуна. В таком случае вторая и третья рабочие поверхности подшипника, предпочтительно, могут перекрывать частично первую рабочую поверхность подшипника в направлении оси поршневых пальцевых средств, посредством чего также площадь этих рабочих поверхностей подшипника может быть увеличена.

В другом варианте осуществления, поршневые пальцевые средства выполнены в виде нераздельной части верхнего конца шатуна. В этом случае механическая обработка на верхнем конце шатуна может быть более сложной, но, с другой стороны, не возникают изгибающие или растягивающие нагрузки, образующиеся в результате сверления через верхний конец шатуна.

Поршневые пальцевые средства выполнены с рельефом в положении второй и третьей рабочих поверхностей подшипника на их противоположной стороне относительно оси поршневых пальцевых средств. Так как эта часть поршневых пальцевых средств не связана с восприятием усилий и, таким образом, не выполнена с рабочими поверхностями подшипника, материал, предпочтительно, может быть снят для уменьшения веса, соответственно.

Верхняя часть и нижняя часть поршня, предпочтительно, снабжены отдельными вкладышами подшипника в положении рабочих поверхностей подшипника, при этом указанные вкладыши подшипника прижаты к соответствующим гнездам подшипника в указанных частях поршня посредством болтового соединения верхней части и нижней части друг с другом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение будет описано только в качестве примера со ссылкой на прилагаемый схематичный графический материал, на котором

фиг.1а и 1b иллюстрируют обычное поршневое подшипниковое устройство по предшествующему уровню техники,

фиг.2 схематично иллюстрирует верхний конец шатуна в поршневом подшипниковом устройстве в соответствии с изобретением и действующие усилия,

фиг.3 иллюстрирует поршневое подшипниковое устройство в соответствии с изобретением в разрезе, и

фиг.4 и 5 иллюстрируют некоторые детали верхнего конца шатуна.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2-5 ссылочной позицией 1 обозначен поршень двигателя внутреннего сгорания, имеющий верхнюю часть 1а и нижнюю часть 1b, скрепленные друг с другом посредством стяжных болтов 8. Верхний конец 2а шатуна 2 прикреплен с возможностью поворота к поршню 1. Для этого он выполнен с первой рабочей поверхностью 2а1 подшипника, которая зацеплена с возможностью поворота с верхней частью 1а поршня посредством вкладыша 4 подшипника, установленного в гнезде 1а1 подшипника на внутренней поверхности верхней части 1а поршня. Кроме того, верхний конец 2а шатуна 2 снабжен поршневыми пальцевыми средствами 3, имеющими вторую и третью рабочие поверхности 3а подшипника, выполненные с возможностью взаимодействия с вкладышами 5 подшипника, установленными в гнездах 1b1 подшипника в нижней части 1b поршня 1.

Как особенно видно из фиг.2, рабочие поверхности 2а1 и 5 подшипника имеют цилиндрическую форму и взаимодействуют с вкладышами 4 и 5 подшипника, также имеющими цилиндрические поверхности. Стрелка 6 показывает нагрузку от непоказанного цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Эта нагрузка воспринимается непосредственно верхним концом 2а шатуна, в силу чего он может быть выполнен с намного большей площадью 2а1 опорной поверхности по сравнению с площадью 10' опорной поверхности, предусмотренной в поршне 1', в соответствии с обычным устройством, показанным на фиг.1. Как следствие, так как большая нагрузка, обозначенная стрелкой 6 и получающаяся, главным образом, от давления цилиндра, действует непосредственно на верхний конец шатуна с большей, чем нормальная площадь рабочей поверхности подшипника, можно избежать какого-либо сгибания поршневого пальца.

С другой стороны, когда поршень перемещается вверх, возникают только инерционные силы, в зависимости от веса поршня, действующие на нижние поверхности поршневых пальцевых средств 3, показанные стрелками 7 на фиг.2. Таким образом, эти рабочие поверхности 3а подшипника могут быть выполнены как в обычной конструкции поршневого пальца.

Как видно из фиг.4, радиус R1 кривизны рабочей поверхности 2а1 подшипника по существу больше, чем радиус R2 кривизны рабочих поверхностей 3а подшипника. Чем больше радиус R1, тем больше площадь рабочей поверхности 2а1 подшипника, обеспечивая для нее возможность восприятия больших нагрузок, соответственно. С другой стороны, вместе с увеличенным радиусом R1 также будет увеличиваться вес верхнего конца 2а на шатуне, в силу чего шатун должен быть усилен для добавочного веса, требуя повторную балансировку двигателя. Как очевидно, рабочие поверхности подшипника имеют предпочтительно один и тот же центр кривизны, который также является центром поворота верхнего конца 2а шатуна.

На фиг.5 показаны два дополнительных способа выполнения поршневых пальцевых средств 3. Оно может представлять собой отдельный поршневой палец, заблокированный в верхнем конце 2а шатуна 2. В этом случае, больше материала может быть снято с шатуна, как показано пунктирной линией, приводя к дополнительной рабочей поверхности 3b подшипника, посредством чего, соответственно, может восприниматься увеличенная нагрузка, если необходимо. Как видно из фиг.5, сопряженные рабочие поверхности 3а и 3b подшипника перекрывают немного рабочую поверхность 2а1 подшипника в направлении оси поршневого пальца, но это не имеет негативного действия, так как эти рабочие поверхности подшипника работают в разных направлениях движения шатуна и поршня.

В качестве альтернативы, поршневые пальцевые средства 3 могут быть выполнены в виде нераздельной части верхнего конца 2а шатуна 2. В этом случае механическая обработка верхнего конца 2а является более сложной, и нижние рабочие поверхности 3а подшипника остаются относительно меньшими. Преимущество, однако, заключается в том, что таким образом изгибающая нагрузка, возникающая от сверления через верхний конец 2а шатуна для выполнения отверстия для поршневого пальца, может быть исключена. Кроме того, не возникают обычные изгибающие нагрузки, как показано пунктирной линией 9 на фиг.4.

Каким бы ни было выполнение поршневых пальцевых средств 3, устройство в соответствии с изобретением обеспечивает возможность выполнения рельефа 3а2 (см. фиг.5), так как здесь не требуется материала, благодаря рабочей поверхности 2а1 подшипника, воспринимающей все нагрузки сверху. Таким образом, шатун может быть выполнен более легким. В случае отдельного поршневого пальца, соответствующие блокирующие средства могут использоваться для предотвращения вращения поршневого пальца относительно шатуна, таким образом, что рабочие поверхности 3а и 5 подшипника (см. фиг.2 и 3) остаются выровненными относительно друг друга.

Следует понимать, что изобретение не ограничивается вышеописанными примерами и может быть осуществлено во многих других разных вариантах осуществления в пределах объема изобретения.

Claims

1. Поршневое подшипниковое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее поршень (1) с по меньшей мере верхней частью (1а) и нижней частью (1b), жестко скрепленными друг с другом, и шатун (2), имеющий верхний конец (2а) с поршневыми пальцевыми средствами (3), установленными между указанными частями (1а, 1b) поршня и соединенными с возможностью поворота с поршнем (1), при этом верхний конец (2а) шатуна (2) выполнен с первой рабочей поверхностью (2а1) подшипника, зацепленной с возможностью поворота с внутренней поверхностью верхней части (1а) поршня (1), а поршневые пальцевые средства (3) имеют вторую и третью рабочие поверхности (3а) подшипника, расположенные с каждой стороны шатуна (2) и на противоположной стороне поршневых пальцевых средств (3) относительно первой рабочей поверхности (2а1) подшипника, отличающееся тем, что рабочие поверхности (2а1; 3а) подшипника имеют по существу форму половины цилиндра, и радиус (R1) кривизны первой рабочей поверхности подшипника по существу больше, чем радиус (R2) кривизны второй и третьей рабочих поверхностей (3а) подшипника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиус (R1) кривизны первой рабочей поверхности подшипника по меньшей мере на 60%, а предпочтительно на 70% больше, чем радиус (R2) второй и третьей рабочих поверхностей (3а) подшипника.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рабочие поверхности (2а1; 3а) подшипника имеют один и тот же центр кривизны, который предпочтительно также является центром поворота верхнего конца (2а) шатуна (2).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршневые пальцевые средства (3) содержат отдельный поршневой палец, вставленный в верхний конец (2а) шатуна, при этом вторая и третья рабочие поверхности (3а) подшипника частично перекрывают первую рабочую поверхность (2а1) подшипника в направлении оси поршневых пальцевых средств (3).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршневые пальцевые средства (3) выполнены в виде нераздельной части верхнего конца (2а) шатуна.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршневые пальцевые средства (3) выполнены с рельефом (3а2) в положении второй и третьей рабочих поверхностей (3а) подшипника на их противоположной стороне относительно оси поршневых пальцевых средств (3).

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что указанные верхняя часть (1а) и нижняя часть (1b) поршня (1) снабжены отдельными вкладышами (4; 5) подшипника в положении рабочих поверхностей (2а1; 3а) подшипника, при этом указанные вкладыши (4; 5) подшипника прижаты к соответствующим гнездам (1a1; 1b1) подшипника в указанных частях поршня посредством болтового соединения (8) верхней части (1а) и нижней части (1b) друг с другом.