RU2722915C1 - Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine - Google Patents

Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2722915C1
RU2722915C1 RU2019132800A RU2019132800A RU2722915C1 RU 2722915 C1 RU2722915 C1 RU 2722915C1 RU 2019132800 A RU2019132800 A RU 2019132800A RU 2019132800 A RU2019132800 A RU 2019132800A RU 2722915 C1 RU2722915 C1 RU 2722915C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
connecting rod
skirt
wall
holes
Prior art date
Application number
RU2019132800A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Путинцев
Софья Сергеевна Пилацкая
Алексей Станиславович Ратников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2019132800A priority Critical patent/RU2722915C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722915C1 publication Critical patent/RU2722915C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/06—Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M9/00—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N1/00—Constructional modifications of parts of machines or apparatus for the purpose of lubrication

Abstract

FIELD: engine building.SUBSTANCE: invention relates to propulsion engineering and can be used in four-stroke, mainly automotive internal combustion engines (ICE), in particular, in production of connecting rods and pistons, which are part of connecting rod-and-piston group (CRPG) of said ICE. CRPG for four-stroke ICE includes connecting rod body, which is a single part consisting of connecting-rod shank (1), on ends of which there is crank head (2), as well as piston head (3) and along central axis of which there is through hole (4), which is connected to hole (5) made in rocking plane and outgoing to rod body outside, oriented to loaded side of wall of skirt (6) of piston (7). Owing to the central annular groove (8) in bushing (9) installed in piston head (3), hole (4) communicates with hole (10) passing through the wall of the central annular groove (8) and the wall of piston head (3) oriented to unloaded wall side of skirt (11) of piston (7). Piston (7) comprises head (13) and skirt (14), length of which along axial height of piston (7) is limited by two edges – lower (15) and upper (16). On unloaded side in wall of piston skirt (11) there are holes (17).EFFECT: improved oil supply of friction surfaces of conjugation of piston skirt with cylinder.5 cl, 4 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в четырехтактных, преимущественно автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to engine building and can be used in four-stroke, mainly automotive internal combustion engines (ICE).

Известны шатунно-поршневые группы (ШПГ) для четырехтактных автомобильных ДВС, содержащие шатун в сборе с поршнем, причем в зоне перехода стержня шатуна в кривошипную головку шатуна по центральной оси стержня шатуна выполнено отверстие, через которое в момент совпадения указанного отверстия с отверстием на шатунной шейке коленчатого вала, выполняемым из соображений сохранения прочности и снижения износа шатунной шейки, чаще всего под прямым углом к плоскости кривошипа коленчатого вала с выходом на ненагруженную сторону цилиндра (правую при взгляде на носок коленчатого вала ДВС), в который устанавливается ШПГ, происходит выброс струи моторного масла в зону внутренней поверхности юбки поршня для осуществления смазывания сопряжения "юбка поршня-цилиндр", сопряжения "бобышка поршня-поршневой палец", толкателей кулачков распределительного вала и, частично, охлаждения днища поршня [1, стр. 25, фиг. 13]; [2, стр. 178, рис. 112]; [3, стр. 44, рис. 2.77].Known connecting rod-piston groups (SHPGs) for four-stroke automobile ICEs containing a connecting rod assembly with a piston, moreover, in the transition zone of the connecting rod rod to the crank head of the connecting rod along the central axis of the connecting rod rod, a hole is made through which at the moment the specified hole coincides with the hole on the connecting rod neck crankshaft, performed for reasons of maintaining strength and reducing wear on the connecting rod journal, most often at right angles to the plane of the crank of the crankshaft with access to the unloaded side of the cylinder (right when you look at the toe of the crankshaft of the internal combustion engine), into which the ShPG is installed, the engine jet is ejected oil to the area of the inner surface of the piston skirt for lubricating the piston skirt-cylinder pair, the piston boss-piston pin pair, cam cam cam followers and, in part, cooling the piston bottom [1, p. 25, FIG. thirteen]; [2, p. 178, fig. 112]; [3, p. 44, fig. 2.77].

Недостатками этого известного технического решения является преимущественное обслуживание смазочным материалом в плоскости качания шатуна только одной из сторон сопряжения "юбка поршня-цилиндр", на которую направлена ось указанного маслоподающего отверстия в кривошипной головке шатуна, поскольку попадание масла на противоположную сторону указанного сопряжения невозможно либо существенно ослаблено экранирующим перекрытием струи масла торцовой (боковой) поверхностью стержня шатуна. Этим обусловливается, а в ряде случаев усиливается, известная неравномерность распределения смазочного материала по окружности сопряжения "поршень-цилиндр", вызывающая локальное увеличение износа поверхностей сопряжения в местах дефицита смазки.The disadvantages of this known technical solution is the predominant lubricant service in the crank swing plane of only one of the piston-cylinder skirt mating faces, to which the axis of the specified oil supply hole is directed in the connecting rod crank head, since oil penetration to the opposite side of the specified mating is impossible or substantially weakened shielding overlap of the oil jet with the end (side) surface of the connecting rod rod. This determines, and in some cases strengthens, the known uneven distribution of the lubricant around the circumference of the piston-cylinder interface, causing a local increase in wear of the interface surfaces in areas of lubricant deficiency.

Известны также ШПГ для четырехтактных автомобильных ДВС, содержащие шатун в сборе с поршнем, причем шатун имеет центральное (выполненное по центральной оси стержня шатуна) отверстие, соединяющее кривошипную головку шатуна с его поршневой головкой, в которой установлена втулка, имеющая центральную кольцевую канавку с выполненным в ней проходящим сквозь стенку поршневой головки отверстием, ось которого является продолжением оси центрального отверстия в стержне шатуна, предназначенным для охлаждения струей масла внутренней поверхности днища поршня [3, стр. 44, рис. 2.76]. Недостаток данного технического решения состоит в низкой эффективности охлаждения днища поршня и полном отсутствии струйного маслоснабжения сопряжения "юбка поршень-цилиндр".SHPGs are also known for four-stroke automobile ICEs containing a connecting rod assembly with a piston, the connecting rod having a central (made along the central axis of the connecting rod rod) hole connecting the crank head of the connecting rod with its piston head, in which a sleeve having a central annular groove with a hole passing through the wall of the piston head, the axis of which is a continuation of the axis of the central hole in the connecting rod rod, designed to cool the internal surface of the piston bottom with a jet of oil [3, p. 44, Fig. 2.76]. The disadvantage of this technical solution is the low cooling efficiency of the piston bottom and the complete absence of jet oil supply of the piston-cylinder skirt pair.

И, наконец, известны ШПГ для четырехтактных автомобильных ДВС, включающие шатун в сборе с поршнем, на одной или двух сторонах юбки которого в зоне, расположенной ближе к кромке юбки, примыкающей к головке поршня, выполнены сквозные отверстия (иногда называемые маслодренажными), предназначенные для "… дополнительной подачи масла в зону контакта поршня со стенками цилиндра", т.е. для проникновения масла из внутреннего пространства юбки поршня на наружную, трущуюся о цилиндр, поверхность юбки поршня в зону сопряжения "юбка поршня-цилиндр" [4, стр. 6, рис. 1.3].And finally, BHPs for four-stroke automobile ICEs are known, including a connecting rod assembly with a piston, on one or two sides of the skirt of which through holes (sometimes called oil drainage) are made for "... additional oil supply to the piston contact zone with the cylinder walls", i.e. for the penetration of oil from the inner space of the piston skirt to the outer, rubbing against the cylinder, the surface of the piston skirt in the interface zone "piston skirt-cylinder" [4, p. 6, Fig. 1.3].

К недостатку известного устройства следует отнести отсутствие объяснений того, каким образом, под действием каких сил или вследствие каких процессов моторное масло изнутри юбки поршня способно проникать через отверстия в стенке юбки на ее наружную поверхность, т.е. в зону, где действуют давление газов и давление масла, значительно превышающие при прочих равных условиях значения давлений указанных сред во внутренней полости юбки поршня. Отсутствует также указание о том, на какой именно стороне юбки поршня, обращенной к нагруженной или к ненагруженной стороне цилиндра в плоскости качания шатуна, или сразу на обеих сторонах юбки поршня следует выполнять эти отверстия.A disadvantage of the known device is the lack of explanation of how, under the influence of what forces or due to what processes, engine oil from the inside of the piston skirt can penetrate through the holes in the wall of the skirt on its outer surface, i.e. in the zone where gas pressure and oil pressure act, significantly exceeding, ceteris paribus, the pressure values of these media in the internal cavity of the piston skirt. There is also no indication of which side of the piston skirt facing the loaded or unloaded side of the cylinder in the rocking plane of the connecting rod, or these holes should be made immediately on both sides of the piston skirt.

Очевидно, что известным следует считать и объединение этих трех рассмотренных выше технических решений [1]…[4] в одной конструкции ШПГ, что является прототипом, т.е. наиболее близким к заявляемому устройству техническим решением.Obviously, the combination of these three above-mentioned technical solutions [1] ... [4] in one SHP design, which is a prototype, i.e. closest to the claimed device technical solution.

Недостатки устройства-прототипа представляют собой совокупность или сумму вышеуказанных недостатков известных устройств [1]…[4].The disadvantages of the prototype device are the totality or sum of the above disadvantages of the known devices [1] ... [4].

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности работы ДВС путем улучшения маслоснабжения трущихся поверхностей сопряжения юбки поршня с цилиндром, осуществляемого за счет рационального выбора количества и размещения маслоподающих отверстий на шатуне, а также маслодренажных отверстий на определенной стороне и в определенной зоне юбки поршня.The aim of the invention is to increase the reliability and efficiency of the internal combustion engine by improving the oil supply of the friction surfaces of the interface between the piston skirt and the cylinder, by rational selection of the number and placement of oil supply holes on the connecting rod, as well as oil drain holes on a certain side and in a specific area of the piston skirt.

Поставленная цель достигается тем, что в теле шатуна в плоскости его качания выполнены два сообщающиеся с имеющимся в стержне шатуна сквозным центральным отверстием и ориентированные на противоположные стороны от центральной оси шатуна в указанной плоскости отверстия, одно из которых, направленное на так называемую нагруженную сторону стенки юбки поршня (сторона, воспринимающая максимальную боковую силу поршня на прямом ходе последнего - такте "Рабочий ход" и находящаяся у четырехтактных ДВС с правым вращением коленчатого вала слева от центральной оси цилиндра при взгляде на носок коленчатого вала в состоянии сборки ШПГ и установки ее в цилиндр ДВС), располагается на определенной высоте в пределах длины и под определенным углом к оси стержня шатуна, а другое отверстие выполняется в стенке поршневой головки шатуна под прямым углом к центральной оси стержня шатуна, причем в стенке юбки поршня, на которую ориентировано данное отверстие, выполнен ряд сквозных отверстий.This goal is achieved by the fact that in the connecting rod body in the plane of its swing are made two communicating with the through center hole available in the connecting rod rod and oriented on the opposite sides of the connecting rod central axis in the indicated plane of the hole, one of which is directed to the so-called loaded side of the skirt wall the piston (the side that receives the maximum lateral force of the piston in the forward stroke of the last stroke - “Travel” and located on the four-stroke ICE with the right crankshaft rotation to the left of the central axis of the cylinder when looking at the toe of the crankshaft in the state of the ShPG assembly and installing it in the ICE cylinder ), is located at a certain height within the length and at a certain angle to the axis of the connecting rod rod, and another hole is made in the wall of the connecting rod piston head at a right angle to the central axis of the connecting rod rod, and a number of holes are made in the wall of the piston skirt to which this hole is oriented through holes.

Новизна изобретения состоит в том, что отверстие в теле шатуна, ориентированное на внутреннюю поверхность нагруженной стороны стенки юбки поршня, выполнено, в отличие от прототипа, не в зоне перехода кривошипной головки шатуна в стержень шатуна, а в самом стержне в определенной точке по высоте и под определенным углом к центральной оси шатуна в плоскости его качания, выбираемыми таким образом, чтобы обеспечить попадание струи масла в наиболее нагруженный момент времени работы ШПГ и в наиболее выгодную для повышения эффективности смазывания юбки поршня зону, а именно: под нижнюю кромку юбки поршня при прямом ходе последнего, т.е. при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), что соответствует у четырехтактных ДВС такту "Впуск" и, что особенно важно, наиболее динамически нагруженному такту "Рабочий ход". Кроме того, в поршневой головке шатуна и юбке поршня предлагаемой ШПГ имеются отверстия, ориентированные на внутреннюю поверхность ненагруженной стороны юбки поршня и располагаемые именно в той зоне по осевой высоте сопряжения "юбка поршень-цилиндр", которая, как известно, испытывает масляное голодание на обратных ходах поршня (от НМТ к ВМТ или на тактах "Сжатие" и "Выпуск") у четырехтактных ДВС [3]. Таким образом, в предлагаемом устройстве струйное маслоснабжение трущейся поверхности юбки поршня распространяется не только на нагруженную, но и на ненагруженную сторону последнего, что приводит к устранению имеющей место неравномерности износа по окружности как поршня, так и цилиндра и, как следствие, приводит к повышению надежности работы ДВС и снижению его расхода масла на угар.The novelty of the invention lies in the fact that the hole in the connecting rod body, oriented on the inner surface of the loaded side of the wall of the piston skirt, is made, unlike the prototype, not in the transition zone of the crank head of the connecting rod to the connecting rod rod, but in the rod itself at a certain point in height and at a certain angle to the central axis of the connecting rod in the plane of its swing, chosen in such a way as to ensure that the oil jet gets into the most loaded time of the ShPG operation and the zone most favorable for increasing the lubrication of the piston skirt, namely: under the lower edge of the piston skirt with a straight the course of the latter, i.e. when the piston moves from the top dead center (TDC) to the bottom dead center (BDC), which corresponds to the “Intake” cycle for four-stroke ICEs and, most importantly, the most dynamically loaded “stroke” cycle. In addition, in the connecting rod piston head and piston skirt of the proposed BOG there are openings oriented on the inner surface of the unloaded side of the piston skirt and located precisely in that zone along the axial height of the piston-cylinder skirt pair, which, as you know, experiences oil starvation on the reverse piston strokes (from BDC to TDC or at the “Compression” and “Release” beats) of four-stroke ICEs [3]. Thus, in the proposed device, the jet oil supply of the rubbing surface of the piston skirt extends not only to the loaded, but also to the unloaded side of the latter, which eliminates the uneven wear around the circumference of both the piston and cylinder and, as a result, increases reliability ICE operation and reducing its oil consumption for waste.

Анализом выполненных технических решений ШПГ установлено, что в конструкциях шатунов отсутствует размещение маслоподающего отверстия в стержне шатуна в сочетании с маслоподающим отверстием в поршневой головке, направленным на внутреннюю поверхность стенки юбки поршня по нормали к центральной оси стержня шатуна. Кроме того, в известных конструкциях поршней с отверстиями в верхней части юбки [2] отсутствуют технически обоснованные указания касательно количества, взаимного расположения и зоны размещения этих отверстий по отношению к той или иной стороне стенки юбки поршня (при сборке ШПГ и последующей ее установке в цилиндр), что доказывает новизну предлагаемого технического решения.An analysis of the technical solutions of SHPG has established that the connecting rod designs do not include an oil supply hole in the connecting rod rod in combination with an oil supply hole in the piston head directed to the inner surface of the piston skirt wall normal to the central axis of the connecting rod rod. In addition, in the known designs of pistons with holes in the upper part of the skirt [2] there are no technically sound instructions regarding the number, relative position and area of placement of these holes in relation to one or another side of the wall of the piston skirt (when assembling the SHPG and its subsequent installation in the cylinder ), which proves the novelty of the proposed technical solution.

Вышеуказанное свидетельствует о том, что заявляемое техническое решение обладает достаточным изобретательским уровнем.The above indicates that the claimed technical solution has a sufficient inventive step.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой показаны общие виды и местные разрезы ШПГ.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows general views and local sections of SHPG.

Устройство на фиг. 1 включает тело шатуна, представляющее собой единую деталь, состоящую из стержня шатуна 1, на концах которого имеются кривошипная головка 2, а также поршневая головка 3 и по центральной оси которого выполнено сквозное, соединяющее указанные головки, отверстие 4, с которым сообщается выполненное в плоскости качания и выходящее наружу тела шатуна отверстие 5, ориентированное на нагруженную сторону стенки юбки 6 поршня 7. Благодаря центральной кольцевой канавке 8 во втулке 9, установленной в поршневую головку 3, отверстие 4 сообщается с проходящим через стенку центральной кольцевой канавки 8 и стенку поршневой головки 3 отверстием 10, ориентированным на ненагруженную сторону стенки юбки поршня 11 поршня 7 и выполненным в плоскости качания шатуна под прямым углом к центральной оси стержня шатуна 1, который через установленный во втулку 9 поршневой палец 12 связывается с поршнем 7, содержащим головку 13 и юбку 14, длина которой по осевой высоте поршня 7 ограничена двумя кромками - нижней 15, наиболее удаленной от головки поршня 13, и верхней 16, расположенной наиболее близко к головке поршня 13, на ненагруженной стороне в стенке юбки 11 которого имеются отверстия 17.The device of FIG. 1 includes a connecting rod body, which is a single part consisting of a connecting rod rod 1, at the ends of which there is a crank head 2, as well as a piston head 3 and a through hole connecting said heads, a hole 4 with which is made in the plane swing and the outside of the connecting rod body hole 5, oriented on the loaded side of the wall of the skirt 6 of the piston 7. Due to the Central annular groove 8 in the sleeve 9 installed in the piston head 3, the hole 4 communicates with passing through the wall of the Central annular groove 8 and the wall of the piston head 3 a hole 10 oriented on the unloaded side of the wall of the piston skirt 11 of the piston 7 and made in the rocking plane of the connecting rod at right angles to the central axis of the rod of the connecting rod 1, which, through the piston pin 12 installed in the sleeve 9, is connected to the piston 7 containing the head 13 and the skirt 14, whose length along the axial height of the piston 7 is limited by two edges - the bottom 15 , farthest from the piston head 13, and the upper 16, located closest to the piston head 13, on the unloaded side in the wall of the skirt 11 which has openings 17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (фиг. 1). При прямых ходах поршня 7 в цилиндре (не показан) четырехтактного ДВС, в том числе в течение наиболее динамически нагруженного такта "Рабочий ход", струя моторного масла, проходя по отверстию 4, выбрасывается из отверстия 5, расположенного в стержне шатуна 1 в плоскости его качания на определенной высоте

Figure 00000001
и под определенным углом γ к центральной оси стержня шатуна 1, выбираемым из рациональных соотношений, зависящих соответственно от длины шатуна L и номинальной частоты вращения ДВС n, попадая преимущественно под нижнюю кромку 15 юбки 14 поршня 7, обеспечивая тем самым эффективное смазывание нагруженной стороны сопряжения "юбка поршня-цилиндр" ДВС. Рациональные значения линейной и угловой координат маслоподающего отверстия 5 в стержне шатуна 1 (соответственно
Figure 00000001
и γ - фиг. 1) ориентировочно могут быть определены путем направленного перебора значений указанных параметров с последующим геометрическим построением траектории струи с учетом массы порции масла в струе и скоростного режима (сил инерции). Однако более надежным является назначение величин этих показателей на основе применения специальной расчетной программы CRJet [5].The proposed device operates as follows (Fig. 1). With direct strokes of the piston 7 in the cylinder (not shown) of the four-stroke internal combustion engine, including during the most dynamically loaded cycle "stroke", the jet of engine oil passing through hole 4 is ejected from hole 5 located in the rod of the connecting rod 1 in its plane swing at a certain height
Figure 00000001
and at a certain angle γ to the central axis of the connecting rod rod 1, selected from rational ratios depending respectively on the connecting rod length L and the internal combustion engine rated speed n, falling predominantly under the lower edge 15 of the skirt 14 of the piston 7, thereby ensuring effective lubrication of the loaded mating side " piston-cylinder skirt "ICE. Rational values of the linear and angular coordinates of the oil supply hole 5 in the rod of the connecting rod 1 (respectively
Figure 00000001
and γ - FIG. 1) tentatively can be determined by directional enumeration of the values of these parameters with the subsequent geometric construction of the trajectory of the jet, taking into account the mass of a portion of oil in the jet and speed mode (inertia forces). However, it is more reliable to assign the values of these indicators based on the use of the special CRJet calculation program [5].

Так, использование указанной выше программы CRJet позволило для представительной выборки размерностей четырехтактных автомобильных ДВС установить диапазон рациональных значений данных координат, первую из которых (линейную

Figure 00000001
) предлагается выбирать в зависимости от длины шатуна L, а вторую (угловую γ) назначать исходя из номинальной частоты вращения коленчатого вала ДВС n (табл. 1).Thus, the use of the CRJet program indicated above made it possible for a representative sample of dimensions of four-stroke ICEs to establish a range of rational values for these coordinates, the first of which (linear
Figure 00000001
) it is proposed to choose depending on the length of the connecting rod L, and assign the second (angular γ) based on the nominal speed of the engine crankshaft n (Table 1).

Figure 00000002
Figure 00000002

При обратных ходах поршня в цилиндре четырехтактного ДВС (т.е. от ВМТ к НМТ), в том числе на втором по динамической нагруженности (после такта "Рабочий ход") такте "Сжатие" моторное масло через центральное отверстие 4, соединяющуюся с ним центральную кольцевую канавку 8 во втулке 9 поршневой головки шатуна 3 и выполненное в ней под прямым углом к центральной оси стержня шатуна 1 отверстие 10 моторное масло разбрызгивается на внутреннюю поверхность ненагруженной стороны юбки 11 поршня 7, откуда через отверстия 17 проходит на внешнюю поверхность юбки поршня в зону, ограниченную в направлении продольной оси поршня расстоянием z между расположенной ближе к головке поршня 13 кромкой 16 юбки 14 поршня 7 и центральной осью О-О поршневого пальца 12, а в направлении развернутой окружности юбки 14 поршня 7 ограничено длиной хорды m, стягивающей дугу окружности на внешней поверхности юбки 14 поршня 7 с центральным углом α, равным 90°, биссектриса которого проходит через плоскость качания шатуна, обеспечивая гарантированное маслоснабжение испытывающей масляное голодание ввиду движения поршня по осушенной действием горячих газов и скребковым эффектом поршневых колец на предыдущем такте (при ходе поршня от ВМТ к НМТ) ненагруженной стороне сопряжения "юбка поршня-цилиндр" (фиг. 1).When the piston moves backward in the cylinder of a four-stroke internal combustion engine (i.e., from TDC to BDC), including the second in dynamic loading (after the stroke "stroke") stroke "Compression" of the engine oil through the central hole 4, connected to it by the central the annular groove 8 in the sleeve 9 of the piston rod head of the connecting rod 3 and the hole 10 made in it at right angles to the central axis of the rod rod 1 is sprayed onto the inner surface of the unloaded side of the skirt 11 of the piston 7, from where it passes through the holes 17 to the outer surface of the piston skirt into the zone bounded in the direction of the piston longitudinal axis by the distance z between the edge 16 of the piston skirt 14 of the piston 7 skirt 14 located closer to the piston head 13 and the piston pin 12 central axis O-O, and limited by the length of the chord m that tightens the circular arc by the outer surface of the skirt 14 of the piston 7 with a central angle α equal to 90 °, the bisector of which passes through the rocking plane of the connecting rod, providing guaranteed oil supply to those experiencing oil starvation due to the movement of the piston along the drained by the action of hot gases and the scraper effect of the piston rings at the previous stroke (during the piston stroke from TDC to BDC) the unloaded side of the piston-cylinder skirt interface (Fig. 1).

Значения диаметра центрального отверстия 4 в стержне шатуна 1, диаметра соединяющегося с ним отверстия 5 с координатами

Figure 00000001
и γ, диаметра отверстия 10 в кривошипной головке шатуна 3 и отверстий 17 в стенке юбки поршня исходя из требования сохранения прочности, технологичности и унификации устройства целесообразно выбирать одинаковыми, равными d, значение которого определяется в каждом случает из конструкционных соображений с учетом конкретных размеров сечений соответствующих элементов ШПГ, внутри которых выполняются эти отверстия (фиг. 1). Анализ процесса струйного маслоснабжения сопряжения "юбка поршня-цилиндр", выполненный с помощью программы CRJet, а также сопоставление размеров деталей ШПГ в атласах выполненных конструкций показали, что в зависимости от диаметра юбки поршня D, диаметр указанных отверстий применительно к четырехтактным автомобильным ДВС рационально принимать исходя из соотношения d=0,018…0,035D.The diameter of the Central hole 4 in the rod of the connecting rod 1, the diameter of the hole 5 connected to it with coordinates
Figure 00000001
and γ, the diameter of the hole 10 in the crank head of the connecting rod 3 and the holes 17 in the wall of the piston skirt, based on the requirement of maintaining strength, manufacturability and unification of the device, it is advisable to choose the same equal to d, the value of which is determined in each case from design considerations taking into account the specific cross-sectional sizes of the corresponding elements of SHG, inside which these holes are made (Fig. 1). An analysis of the process of jet oil supply of the interface “piston-cylinder skirt” made using the CRJet program, as well as a comparison of the dimensions of the details of the ShPG in the atlases of the designs made showed that depending on the diameter of the piston skirt D, the diameter of these holes in relation to four-stroke car ICEs is rational to take based on from the ratio d = 0.018 ... 0.035D.

Количество отверстий 17 в стенке юбки поршня определяется размерностью ДВС, в частности, диаметром юбки поршня D и в зависимости от этого диаметра может быть три (фиг. 2), четыре (фиг. 3) или пять (фиг. 4). Минимальное количество отверстий 17 в стенке юбки поршня, равное трем, обусловлено необходимостью, с одной стороны, равномерного обеспечения маслом окружной зоны юбки, на которую распространяется действие боковой силы поршня (обычно ±45°, считая от плоскости качания шатуна); максимальное количество, равное пяти, ограничено соображениями сохранения прочности юбки поршня и гидродинамической несущей способности слоя масла на юбке. При выполнении отверстий 17 в стенке юбки поршня ось хотя бы одного отверстия с целью гарантированного обеспечения подачи масла в наиболее нагруженное сечение юбки поршня следует располагать в плоскости качания шатуна в состоянии сборки ШПГ, оси остальных отверстий 17 в стенке юбки поршня с учетом известной симметрии гидродинамического давления в слое масла на юбке поршня необходимо размещать симметрично плоскости качания шатуна так, чтобы ни одно из отверстий 17 не выходило за пределы прямоугольной (в развертке юбки поршня) зоны, ограниченной размерами z и m (фиг. 1 и фиг. 2).The number of holes 17 in the wall of the piston skirt is determined by the dimension of the internal combustion engine, in particular, the diameter of the piston skirt D and, depending on this diameter, there can be three (Fig. 2), four (Fig. 3) or five (Fig. 4). The minimum number of holes 17 in the wall of the piston skirt, equal to three, is due to the need, on the one hand, to uniformly provide the circumferential area of the skirt with oil, to which the lateral force of the piston extends (usually ± 45 °, counting from the rocking plane of the connecting rod); the maximum number of five is limited by considerations of maintaining the strength of the piston skirt and the hydrodynamic bearing capacity of the oil layer on the skirt. When making holes 17 in the wall of the piston skirt, the axis of at least one hole in order to ensure oil supply to the most loaded section of the piston skirt should be placed in the swing plane of the connecting rod in the state of assembly of the SHPG, the axes of the remaining holes 17 in the wall of the piston skirt, taking into account the known symmetry of the hydrodynamic pressure in the oil layer on the piston skirt it is necessary to place symmetrically the rocking plane of the connecting rod so that none of the holes 17 extend beyond the rectangular (in the reamer of the piston skirt) zone limited by the dimensions z and m (Fig. 1 and Fig. 2).

Как показывают выполненные расчеты напряженно-деформированного состояния юбки поршня и гидродинамики находящегося на ней слоя масла, из соображений прочности юбки и сохранения гидродинамической несущей способности масляного слоя в сопряжении "юбка поршня-цилиндр" при использовании четырех и пяти отверстий 17 в юбке поршня (фиг. 3 и фиг. 4), их оси следует располагать в два ряда, при этом в случае использования пяти отверстий 17 (фиг. 4) их оси целесообразно размещать в шахматном порядке; кроме того, по тем же причинам обеспечения прочности, независимо от количества отверстий 17 (из числа от трех до пяти) минимальное расстояние k между осями соседних отверстий 17 не должно быть меньше значения 2d (фиг. 2).As shown by the calculations of the stress-strain state of the piston skirt and the hydrodynamics of the oil layer located on it, for reasons of the skirt's strength and preservation of the hydrodynamic bearing capacity of the oil layer in the piston-cylinder skirt pair using four and five holes 17 in the piston skirt (Fig. 3 and Fig. 4), their axes should be arranged in two rows, while in the case of using five holes 17 (Fig. 4), their axes should be staggered; in addition, for the same reasons for ensuring strength, regardless of the number of holes 17 (from a number of three to five), the minimum distance k between the axes of adjacent holes 17 should not be less than 2d (Fig. 2).

Как показали сравнительные макетные испытания на четырехтактном дизеле 1Ч 8,5/8,0, использование предлагаемой ШПГ с двумя маслоподаю-щими отверстиями в теле шатуна, одно из который направлено на нагруженную, а другое на ненагруженную стороны юбки поршня, последняя из которых снабжена маслодренажными отверстиями, приводит к более (примерно в 6 раз) равномерному распределению смазочного материала по окружности цилиндра и поршня (табл. 2).As shown by comparative prototype tests on a 1CH 8.5 / 8.0 four-stroke diesel engine, the use of the proposed BHP with two oil-supplying holes in the connecting rod body, one of which is directed to the loaded and the other to the unloaded sides of the piston skirt, the last of which is equipped with oil drainage holes, leads to a more (approximately 6 times) uniform distribution of lubricant around the circumference of the cylinder and piston (table. 2).

Figure 00000003
Figure 00000003

При этом, как следует из табл. 2, характер маслоснабжения становится более рациональным: нагруженные стороны стенок юбки поршня и цилиндра получают смазочного материала больше, чем ненагруженные, что ведет к повышению надежности и экономичности работы ДВС за счет снижения механических потерь, износа и риска задира указанных деталей.Moreover, as follows from the table. 2, the nature of oil supply becomes more rational: the loaded sides of the walls of the piston and cylinder skirts receive more lubricant than unloaded, which leads to increased reliability and efficiency of the internal combustion engine due to reduced mechanical losses, wear and the risk of scuffing of these parts.

Промышленная применимость заявляемого устройства обусловлена простотой технической реализации его отличительных признаков, легко вписывающихся в существующие и перспективные способы изготовления составляющих ШПГ сборочных единиц (штамповка для шатунов, литье в кокиль, жидкая и изотермическая штамповка для поршней с последующей металлообработкой, включая точение, фрезерование, развертывание и сверление), а также значимостью получаемых улучшений функционирования устройства, положительно влияющих на надежность работы, технический уровень и конкурентоспособность ДВС в целом.The industrial applicability of the claimed device is due to the simplicity of the technical implementation of its distinctive features that easily fit into existing and promising methods for the manufacture of SHPG components of assembly units (stamping for connecting rods, die casting, liquid and isothermal stamping for pistons with subsequent metal processing, including turning, milling, deployment and drilling), as well as the significance of the obtained improvements in the functioning of the device, which positively affect the reliability, technical level and competitiveness of the internal combustion engine as a whole.

Источники информации:Sources of information:

1. Автомобиль М-21 Волга / В.И. Борисов, А.И. Гор, A.M. Невзоров и др. - М.: Машгиз, 1962. - 448 с.1. Car M-21 Volga / V.I. Borisov, A.I. Gore, A.M. Nevzorov et al. - M.: Mashgiz, 1962 .-- 448 p.

2. Попык К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. Изд. 2-е переработ. и доп. Учебник для втузов. - М.: Высшая школа, 1973. - 400 с.2. Popyk K.G. Design and calculation of automobile and tractor engines. Ed. 2nd rework. and add. Textbook for technical colleges. - M.: Higher School, 1973. - 400 p.

3. Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. Производственно-практ. издание - М.: За рулем, 1999. - 440 с.3. Khrulev A.E. Engine repair of foreign cars. Production Pract. Edition - M .: Driving, 1999. - 440 p.

4. Рождественский Ю.В. Компьютерное моделирование динамики трибосопряжения "поршень-цилиндр": учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. - 50 с.4. Christmas Yu.V. Computer simulation of the dynamics of tribological conjugation "piston-cylinder": a training manual. - Chelyabinsk: Publishing House of SUSU, 2009. - 50 p.

5. Путинцев С.В., Бикташев А.Ф. Расчетная программа CRJet для моделирования процесса струйного маслоснабжения цилиндропоршневой группы // Грузовик. - 2018. - №8. - С. 3-6.5. Putintsev S.V., Biktashev A.F. Calculation program CRJet for modeling the process of jet oil supply to the cylinder-piston group // Truck. - 2018. - No. 8. - S. 3-6.

Claims (6)

1. Шатунно-поршневая группа для четырехтактного, преимущественно автомобильного двигателя внутреннего сгорания, содержащая шатун, включающий в себя стержень шатуна, переходящий на концах соответственно в кривошипную и поршневую головки, соединяемые между собой выполненным вдоль центральной оси стержня шатуна отверстием, причем поршневая головка шатуна содержит втулку с центральной кольцевой канавкой, в которой выполнено проходящее через стенку поршневой головки отверстие и установлен поршневой палец с размещенным на нем поршнем, содержащим головку и юбку, длина которой в направлении оси поршня ограничена двумя кромками и в стенке которой имеются отверстия, отличающаяся тем, что в теле шатуна в плоскости его качания выполнены два соединяющихся с проходящим по центральной оси стержня шатуна отверстием отверстия, ориентированные на противоположные стороны от центральной оси стержня шатуна, одно из которых направлено на внутреннюю поверхность нагруженной стороны стенки юбки поршня, а другое, направленное на внутреннюю поверхность ненагруженной стороны стенки юбки поршня, проходит через стенку центральной кольцевой канавки во втулке и стенку его поршневой головки под прямым углом к центральной оси стержня шатуна, при этом в стенке юбки поршня, на которую ориентировано данное отверстие, выполнены отверстия в количестве от трех до пяти, ось как минимум одного из которых лежит в плоскости качания шатуна, а оси остальных отверстий расположены симметрично относительно этой плоскости, причем зона размещения отверстий в развертке по окружности юбки поршня вписывается в прямоугольник, ограниченный в направлении центральной оси поршня расстоянием между расположенной ближе к головке поршня кромкой юбки поршня и осью поршневого пальца, а в направлении развернутой окружности юбки поршня ограничено длиной хорды, стягивающей дугу окружности на внешней поверхности юбки поршня с центральным углом, равным 90°, биссектриса которого лежит в плоскости качания шатуна.1. A connecting rod-piston group for a four-stroke, mainly automobile internal combustion engine, comprising a connecting rod comprising a connecting rod rod, passing at the ends respectively into a crank and piston head, interconnected by an opening made along the central axis of the connecting rod rod, the connecting rod piston head comprising a sleeve with a central annular groove in which a hole passing through the wall of the piston head is made and a piston pin is installed with a piston placed on it containing a head and a skirt, the length of which in the direction of the axis of the piston is bounded by two edges and in the wall of which there are holes, characterized in that in the body of the connecting rod in the plane of its swing, there are two holes connected to the hole passing along the central axis of the connecting rod rod, oriented on opposite sides of the connecting rod rod central axis, one of which is directed to the inner surface of the loaded side of the piston skirt wall, and the other e, directed to the inner surface of the unloaded side of the wall of the piston skirt, passes through the wall of the central annular groove in the sleeve and the wall of its piston head at right angles to the central axis of the connecting rod rod, while holes are made in the wall of the piston skirt to which this hole is oriented from three to five, the axis of at least one of which lies in the rocking plane of the connecting rod, and the axes of the remaining holes are symmetrically relative to this plane, and the area of the holes in the reamer around the circumference of the piston skirt fits into a rectangle bounded by the distance between the central axis of the piston located closer to the piston head by the edge of the piston skirt and the axis of the piston pin, and in the direction of the developed circumference of the piston skirt, it is limited by the length of the chord that tightens the circular arc on the outer surface of the piston skirt with a central angle of 90 °, the bisector of which lies in the plane of the connecting rod. 2. Шатунно-поршневая группа для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что все отверстия в стержне шатуна, стенке его поршневой головки и стенке юбки поршня имеют одинаковый диаметр d, значение которого выбирается из соотношения d=0,018…0,035D, где D - диаметр юбки поршня.2. The connecting rod and piston group for a four-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that all the holes in the connecting rod shaft, the wall of its piston head and the wall of the piston skirt have the same diameter d, the value of which is selected from the ratio d = 0.018 ... 0.035D where D is the diameter of the piston skirt. 3. Шатунно-поршневая группа для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания по п. 2, отличающаяся тем, что отверстие в стержне шатуна, направленное на внутреннюю поверхность нагруженной стороны стенки юбки поршня, располагается на высоте
Figure 00000004
от оси кривошипной головки шатуна и под углом γ к центральной оси стержня шатуна; значения которых выбираются из соотношений, связанных соответственно с длиной шатуна L и номинальной частотой вращения двигателя внутреннего сгорания n:3. A connecting rod-piston group for a four-stroke internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the hole in the connecting rod shaft directed to the inner surface of the loaded side of the wall of the piston skirt is located at a height
Figure 00000004
from the axis of the crank head of the connecting rod and at an angle γ to the central axis of the connecting rod rod; the values of which are selected from the relations associated respectively with the connecting rod length L and the nominal speed of the internal combustion engine n:
Figure 00000005
Figure 00000005
 4. Шатунно-поршневая группа для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания по п. 3, отличающаяся тем, что значение кратчайшего расстояния между осями соседних отверстий k на наружной поверхности стенки юбки поршня должно быть не менее k=2d.4. A connecting rod-piston group for a four-stroke internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the value of the shortest distance between the axes of adjacent holes k on the outer surface of the wall of the piston skirt should be at least k = 2d. 5. Шатунно-поршневая группа для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что при количестве отверстий в стенке юбки поршня, равном пяти, оси отверстий размещены в шахматном порядке.5. A connecting rod-piston group for a four-stroke internal combustion engine according to claim 4, characterized in that when the number of holes in the wall of the piston skirt is five, the axis of the holes are staggered.
RU2019132800A 2019-10-15 2019-10-15 Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine RU2722915C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132800A RU2722915C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132800A RU2722915C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722915C1 true RU2722915C1 (en) 2020-06-04

Family

ID=71067910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132800A RU2722915C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722915C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751370C1 (en) * 2020-11-25 2021-07-13 Алексей Игоревич Буянов Internal combustion engine connecting rod piston head bushing
RU2754573C1 (en) * 2020-12-29 2021-09-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Connecting rod-piston group of internal combustion engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1362854A1 (en) * 1986-07-14 1987-12-30 Коломенский тепловозостроительный завод им.В.В.Куйбышева Oil supply system for piston and connecting-rod bearing of i.c. engine
JPH0842393A (en) * 1994-07-05 1996-02-13 Ford Motor Co Piston device capable of being operated in fluid-bath cylinder wall
RU2105160C1 (en) * 1995-07-25 1998-02-20 Акционерное общество открытого типа - Холдинговая компания "Коломенский завод" Internal combustion engine crank gear lubrication and cooling system
DE102004048939B4 (en) * 2003-10-09 2006-05-18 General Motors Corp., Detroit Connecting rod with lubricant pipe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1362854A1 (en) * 1986-07-14 1987-12-30 Коломенский тепловозостроительный завод им.В.В.Куйбышева Oil supply system for piston and connecting-rod bearing of i.c. engine
JPH0842393A (en) * 1994-07-05 1996-02-13 Ford Motor Co Piston device capable of being operated in fluid-bath cylinder wall
RU2105160C1 (en) * 1995-07-25 1998-02-20 Акционерное общество открытого типа - Холдинговая компания "Коломенский завод" Internal combustion engine crank gear lubrication and cooling system
DE102004048939B4 (en) * 2003-10-09 2006-05-18 General Motors Corp., Detroit Connecting rod with lubricant pipe

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751370C1 (en) * 2020-11-25 2021-07-13 Алексей Игоревич Буянов Internal combustion engine connecting rod piston head bushing
RU2754573C1 (en) * 2020-12-29 2021-09-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Connecting rod-piston group of internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7104240B1 (en) Internal combustion engine with localized lubrication control of combustion cylinders
US5115725A (en) Piston and connecting rod assembly
RU2722915C1 (en) Connecting rod-piston group for four-stroke internal combustion engine
US4050360A (en) Oil damped piston
US3739657A (en) Connecting rod lubrication oil hole
US20150211438A1 (en) Piston with oil reservoir
US20180119635A1 (en) Piston with multi-arcuate cross-section and lubricant exhaust aperture
EP0215047B1 (en) Pistons
US7866295B2 (en) Piston skirt oil retention for an internal combustion engine
RU2718653C2 (en) Piston ring with reduced friction
KR20090005085A (en) Piston for an internal combustion engine having two ring grooves, wherein one ring groove has a ring carrier
US20170314503A1 (en) One piece cast ferrous crown piston for internal combustion engine
JP2577780B2 (en) Reciprocating internal combustion engine having at least one cylinder liner
US9004041B2 (en) High-load thrust bearing
KR101108277B1 (en) Reciprocating engine
CN208816241U (en) Wear-resisting lubricated type engine piston
US9816459B2 (en) Piston with multi-arcuate cross-section and lubricant exhaust aperture
EP0373516A1 (en) Pistons
US20080017162A1 (en) Surface treated compression ring and method of manufacture
JP4443214B2 (en) Lubrication structure around the big end of the connecting rod of the engine
JP4366590B2 (en) Engine oil passage structure
JPS61167773A (en) Reciprocating machine piston
RU2105160C1 (en) Internal combustion engine crank gear lubrication and cooling system
JP2021032171A (en) Piston of internal combustion engine, and internal combustion engine
SU1430575A1 (en) Internal combustion engine with jet-type cooling of pistons