RU2750829C1 - Piston of internal combustion engine - Google Patents
Piston of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750829C1 RU2750829C1 RU2020139551A RU2020139551A RU2750829C1 RU 2750829 C1 RU2750829 C1 RU 2750829C1 RU 2020139551 A RU2020139551 A RU 2020139551A RU 2020139551 A RU2020139551 A RU 2020139551A RU 2750829 C1 RU2750829 C1 RU 2750829C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- insert
- springs
- noise
- internal combustion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
-
- 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
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/04—Resilient guiding parts, e.g. skirts, particularly for trunk pistons
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности, двигателестроения, а более конкретно к усовершенствованию конструкции поршня двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и других поршневых машин (компрессоров, насосов, станков и т.д.).The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, engine building, and more specifically to improving the design of the piston of internal combustion engines (ICE) and other piston machines (compressors, pumps, machine tools, etc.).
Общие уровни шума и вибрации ДВС определяются уровнями шума и вибрации различных источников излучения. Основными источниками воздушного шума являются турбокомпрессоры, корпусные детали, топливные насосы, редукторы, газораспределительные механизмы, впускные и выпускные коллекторы, системы выпуска. К основным причинам вибрации относятся неуравновешенные силы и моменты, опрокидывающий момент, рабочий процесс, процессы перекладки в пределах зазоров в подвижных сочленениях и связанные (крутильно-изгибно-осевые) колебания.The general noise and vibration levels of the internal combustion engine are determined by the noise and vibration levels of various radiation sources. The main sources of airborne noise are turbochargers, body parts, fuel pumps, gearboxes, gas distribution mechanisms, intake and exhaust manifolds, and exhaust systems. The main causes of vibration include unbalanced forces and moments, overturning moment, workflow, shifting processes within gaps in movable joints and associated (torsion-flexural-axial) vibrations.
Наиболее интенсивным источником вибрации и, как следствие, шума ДВС механического происхождения, являются колебания цилиндровых втулок и блоков ДВС, возникающие в результате перекладок («хлябания») и кантования поршней в пределах теплового зазора.The most intense source of vibration and, as a consequence, noise of an internal combustion engine of mechanical origin, are vibrations of cylinder bushings and internal combustion engine blocks, resulting from shifting ("sloughing") and tilting of the pistons within the thermal gap.
Главным источником шума ДВС являются механические удары в шатунно-кривошипном механизме («поршень - палец, поршень - головной подшипник шатуна - подшипник кривошипной головки шатуна - коленчатый вал - коренной подшипник коленчатого вала»), уровень шума которых на 3-9 дБ выше уровней других источников шума механического происхождения. Увеличение шума двигателей за счет процесса сгорания (на 2-3 дБ) в большей мере вызывается усилением этих ударов, чем за счет газодинамических явлений процесса сгорания Конструкции поршней, направленные на обеспечение маловиброактивности и малошумности ДВС, известны:The main source of ICE noise is mechanical shocks in the connecting rod-crank mechanism ("piston - finger, piston - connecting rod head bearing - connecting rod crank bearing - crankshaft - crankshaft main bearing"), the noise level of which is 3-9 dB higher than the levels of others sources of noise of mechanical origin. The increase in engine noise due to the combustion process (by 2-3 dB) is caused to a greater extent by the intensification of these shocks than due to the gas-dynamic phenomena of the combustion process.Piston designs aimed at ensuring low vibration and low noise of the internal combustion engine are known:
- патент РФ №2182242: поршень выполнен со специальной вставкой во внутренней полости поршня из вибродемпфирующего композиционного материала в виде цельного или сборного цилиндрического тела. Крепление верхней головки шатуна и поршневого пальца к поршню происходит через вставку, которая служит акустическим барьером между деталями поршень - шатун - поршневой палец;- RF patent No. 2182242: the piston is made with a special insert in the inner cavity of the piston from a vibration-damping composite material in the form of an integral or prefabricated cylindrical body. The upper connecting rod head and the piston pin are attached to the piston through an insert that serves as an acoustic barrier between the parts piston - connecting rod - piston pin;
- патент РФ №2182243: поршень снабжен специальной неметаллической или полимерной композиционной многофункциональной вставкой, выполненной в виде цилиндра с эксцентричным отверстием под поршневой палец и установленной в предварительно увеличенные отверстия бобышек поршня. Многофункциональная вставка обеспечивает не только дезаксаж поршневого пальца, но и смещение центра масс поршня и демпфирование вибрации.- RF patent No. 2182243: the piston is equipped with a special non-metallic or polymeric composite multifunctional insert made in the form of a cylinder with an eccentric hole for the piston pin and installed in the pre-enlarged holes of the piston bosses. The multifunctional insert provides not only decontamination of the piston pin, but also the displacement of the center of mass of the piston and vibration damping.
Недостатками поршней являются высокая стоимость изготовления вставок из композиционных материалов и сложности решения проблемы, связанной с низкой теплопроводностью.The disadvantages of pistons are the high cost of manufacturing inserts from composite materials and the difficulty of solving the problem associated with low thermal conductivity.
Известен патент РФ №2182244: поршень в предварительно увеличенных отверстиях бобышек содержит средство, снижающее его виброактивность. Средство выполнено в виде втулки из стального троса с крепежными элементами или из пакета стальных цилиндрических пластин или из упругодемпфирующего сетчатого элемента, полученного холодной прессовкой из плетеной стальной проволоки. Однако указанные средства имеют сложную конструкцию и недостаточно надежны.Known RF patent No. 2182244: the piston in the pre-enlarged holes of the bosses contains a means that reduces its vibration activity. The tool is made in the form of a steel cable sleeve with fasteners or a package of steel cylindrical plates or an elastic damping mesh element obtained by cold pressing from a braided steel wire. However, these tools have a complex design and are not reliable enough.
Патент РФ №2263804: поршень выполнен со средством снижения виброактивности двигателя в виде пакетов цилиндрических пружинных пластин, установленных в отверстии поршневой головки шатуна, или одновременно в бобышках поршня и в отверстии поршневой головки шатуна. Недостатком поршня является ограниченный срок службы.RF patent No. 2263804: the piston is made with a means of reducing the vibration of the engine in the form of packs of cylindrical spring plates installed in the piston head hole of the connecting rod, or simultaneously in the piston bore and in the piston head hole of the connecting rod. The disadvantage of the piston is its limited service life.
Анализ этих конструкций показывает актуальность проблемы создания маловиброактивных и малошумных двигателей внутреннего сгорания.Analysis of these designs shows the urgency of the problem of creating low-vibration and low-noise internal combustion engines.
Техническим результатом предлагаемого решения является достижение маловиброактивности и малошумности ДВС путем снижения шума механического происхождения не только шума от ударов в шатунно-кривошипном механизме, но и шума газодинамического происхождения от процесса сгорания, вызываемого, вследствие резкого изменения давления, ударами в сочленениях шатунно-кривошипного механизма.The technical result of the proposed solution is to achieve low vibration and low noise of the internal combustion engine by reducing the noise of mechanical origin, not only noise from impacts in the connecting rod-crank mechanism, but also the noise of gas-dynamic origin from the combustion process caused, due to a sharp change in pressure, by impacts in the joints of the connecting rod-crank mechanism.
Технический результат достигается тем, что поршень выполнен со специальной вставкой во внутренней полости в виде цельного П-образного тела, верхняя круглая часть которого является основанием вставки, а боковые части выполнены в виде четверной (половины полуэллиптической или кантилеверной) с кривизной рессоры, неподвижной частью которой служит основание вставки, а свободными частями рессоры служат бобышки поршневого пальца. При этом рессоры с бобышками изолированы от юбки поршня. Основание вставки с наружной поперечной плоскостью крепится к внутренней плоскости днища поршня, а цилиндрической плоскостью опирается на верхний - жаровой поясок с внутренней стороны.The technical result is achieved by the fact that the piston is made with a special insert in the inner cavity in the form of an integral U-shaped body, the upper round part of which is the base of the insert, and the side parts are made in the form of a quadruple (half-elliptical or cantilever) with a spring curvature, the fixed part of which serves as the base of the insert, and the piston pin bosses serve as the free parts of the spring. In this case, the springs with bosses are isolated from the piston skirt. The base of the insert with an outer transverse plane is attached to the inner plane of the piston crown, and with a cylindrical plane rests on the upper - the heat zone from the inner side.
Бобышки выполнены с канавками под стопорные кольца поршневого пальца.The bosses are made with grooves for the piston pin circlips.
Все места сопряжений - галтели вставки выполнены расчетным радиусом закругления, а острые углы закруглены. Указанные места могут быть либо обкатаны фасонными роликами, либо подвергнуты обдувке дробью.All mating points - fillets of the insert are made with the calculated radius of curvature, and the sharp corners are rounded. The indicated places can be either rolled with shaped rollers or blasted with shot.
Верхняя часть вставки выполнена с отверстиями для крепления вставки к днищу поршня с внутренней его части и центральным отверстием для эффективного охлаждения маслом днища поршня.The upper part of the insert is made with holes for attaching the insert to the piston crown from its inner part and with a central hole for effective oil cooling of the piston crown.
Рессоры обеспечивают упругую связь бобышек поршня с его головкой и в сборе посредством поршневого пальца с верхней головкой шатуна, изолированы с расчетными зазорами от внутренней полости поршня в районе опорного пояса-юбки поршня. Такая упругая связь и изоляция обеспечивают возможность прогиба рессор с кривизной без пластической деформации как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях.The springs provide an elastic connection of the piston bosses with its head and assembly by means of the piston pin with the upper connecting rod head, are isolated with design clearances from the inner cavity of the piston in the area of the piston support belt-skirt. This elastic connection and insulation allows the curved springs to bend without plastic deformation in both the vertical and horizontal directions.
Вертикальная деформация рессор происходит от сил давления газов и сил инерции поступательно движущихся масс (ПДМ). Деформации от сил давления газов связаны с периодами воспламенения, начальным и основным горением, определяемые характером протекания начальной стадии самовоспламенения и сгорания (неуправляемый период сгорания) с интенсивными ударными волнами и скоростью нарастания давления в цилиндре, резкостью отрыва линии сгорания от линии сжатия.Vertical deformation of the springs occurs from the forces of gas pressure and the forces of inertia of translationally moving masses (LDM). Deformations from gas pressure forces are associated with periods of ignition, initial and main combustion, determined by the nature of the initial stage of self-ignition and combustion (uncontrolled combustion period) with intense shock waves and the rate of pressure rise in the cylinder, the sharpness of separation of the combustion line from the compression line.
Горизонтальная деформация рессор происходит от нормальной - боковой силы при перекладке (перемены знаков) поршня вследствие наличия зазоров между поршнем и втулкой. При этом, происходит значительное смягчение этих ударов, передаваемых поршнем в своем поперечном движении, особенно вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), и сглаживание резкого отрыва линии сгорания от линии сжатия.The horizontal deformation of the springs occurs from the normal - lateral force during the shift (change of signs) of the piston due to the presence of gaps between the piston and the bushing. At the same time, there is a significant softening of these shocks transmitted by the piston in its lateral movement, especially near the top dead center (TDC), and smoothing of the sharp separation of the combustion line from the compression line.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид поршня со средством крепления вставки из винтов.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general view of a piston with a means of fastening an insert of screws.
На фиг. 2 представлен общий вид вставки поршня.FIG. 2 shows a general view of the piston insert.
На фиг. 3 - вид вставки поршня с торца.FIG. 3 is a view of the piston insert from the end.
На фиг. 4 - вид вставки поршня с боку.FIG. 4 is a side view of the piston insert.
На фиг. 5 представлен общий вид поршня со средством крепления вставки с помощью резьбового соединения пояска основания вставки с внутренним пояском верхнего - жарового пояса.FIG. 5 shows a general view of a piston with a means for attaching the insert by means of a threaded connection of the insert base collar with the inner collar of the upper - head land.
На фиг. 1-5 обозначены:FIG. 1-5 are indicated:
1 - верхний - жаровой пояс, соответствующий головке поршня; 2 - юбка-опорный пояс поршня; 3 - уплотнительный пояс - место расположения поршневых колец; 4 - основание вставки поршня; 5 - рессоры с кривизной; 6 - бобышки (опоры) поршневого пальца; 7 - подшипники поршневого пальца; 8 - канавки под стопорные кольца поршневого пальца; 9 - полости между рессорами; 10 - галтели; 11, 12 -канавки под поршневые кольца; 13 - днище поршня; 14 - внутренняя сторона днища поршня; 15, 16 - отверстия; 17 - крепежное средство; 18 - увеличенная коническая опорная поверхность бобышек; 19 - закругления, 20 - резьбовое отверстие в районе верхнего - жарового пояса.1 - top - top zone corresponding to the piston head; 2 - skirt-supporting belt of the piston; 3 - sealing belt - the location of the piston rings; 4 - base of the piston insert; 5 - springs with curvature; 6 - bosses (supports) of the piston pin; 7 - piston pin bearings; 8 - grooves for piston pin retaining rings; 9 - cavities between the springs; 10 - fillets; 11, 12 - grooves for piston rings; 13 - the bottom of the piston; 14 - inner side of the piston head; 15, 16 - holes; 17 - fastening means; 18 - enlarged conical bearing surface of the bosses; 19 - rounding, 20 - threaded hole in the area of the upper - the top zone.
Основным элементом, который обеспечивает достижение технического результата, является специальная цельная вставка во внутренней полости поршня в виде П-образного цельного элемента с верхней круглой частью 4 и боковыми частями, выполненными в виде четверных (половины полуэллиптической или кантилеверной) рессор 5 с кривизной, неподвижной частью которых служит основание 4 вставки, а свободными частями рессор служат бобышки 6 поршневого пальца. Основание вставки 4 с наружной поперечной плоскостью крепится к внутренней плоскости 14 днища поршня 13, а цилиндрической плоскостью опирается на верхний (жаровой) поясок 1 с внутренней стороны.The main element that ensures the achievement of the technical result is a special one-piece insert in the inner cavity of the piston in the form of a U-shaped one-piece element with an
Бобышки 6 выполнены с канавками 8 под стопорные кольца поршневого пальца.The
Все места сопряжений - галтели 10 вставки выполнены расчетным радиусом закругления, а острые углы 19 закруглены. Указанные места могут быть либо обкатаны фасонными роликами, либо подвергнуты обдувке дробью.All mating points -
Верхняя часть 4 вставки выполнена с отверстиями 15 для крепления вставки к днищу 14 поршня с внутренней его части и центральным отверстием 16 для эффективного охлаждения маслом днища поршня.The
Рессоры 5 обеспечивают упругую связь бобышек 6 поршня с его головкой 1,и в сборе, посредством поршневого пальца, с верхней головкой шатуна изолированы с расчетными зазорами от внутренней полости поршня в районе опорного пояса-юбки 2 поршня. Такая упругая связь и изоляция обеспечивает возможность прогиба рессор 5 с кривизной без пластической деформации как в вертикальном, так и горизонтальным направлениях.Springs 5 provide an elastic connection of the
Вертикальная деформация рессор 5 происходит от сил давления газов и сил инерции поступательно движущихся масс (ПДМ). Деформации от сил давления газов связаны с периодами воспламенения, начальным и основным горением, определяемые характером протекания начальной стадии самовоспламенения и сгорания (неуправляемый период сгорания) с интенсивными ударными волнами и скоростью нарастания давления в цилиндре, резкостью отрыва линии сгорания от линии сжатия («Исследование удара поршня в тронковом дизеле» В.И.Зинченко, тр.ЦНИМФ, 1971, вып.146, с. 95)Vertical deformation of the
Горизонтальная деформация рессор 5 происходит от нормальной - боковой силы при перекладке (перемены знаков) поршня вследствие наличия зазоров между поршнем и втулкой. При этом, происходит значительное смягчение этих ударов, передаваемых поршнем в своем поперечном движении, особенно вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и сглаживание резкого отрыва линии сгорания от линии сжатия.The horizontal deformation of the
При работе двигателя рессоры 5 вставки поршня, воспринимая сила давления газов от воспламенения, начального и основного горения и силы инерции ПДМ, прогибаются на расчетную величину. При этом происходит увеличение объема камеры сгорания на расчетную величину, благодаря чему снижается максимальное давления сгорания в цилиндре двигателя, и происходит смягчение ударов в подшипниках КШМ. Все это способствует уменьшению вибрации и динамических нагрузок. В процессе возвратно-поступательного движения поршня шатун двигателя совершает качательное движение, при котором ось поршневой головки шатуна отклоняется на определенный угол в ту или иную сторону в зависимости от величины и направления действия нормальной силы, вызывающей перекладку поршня. При этом рессоры, деформируясь, смягчают удар. Перекладка и кантование поршней в пределах теплового зазора являются наиболее интенсивным источником вибрации и, как следствие, шума дизелей механического происхождения.When the engine is running, the
Таким образом, благодаря упругим расчетным вертикальным (осевым) и горизонтальным (боковым) деформациям рессор 5 вставки, усовершенствованной конструкции поршня, от ударов шатунно-кривошипного механизма и процесса сгорания, обеспечивается достижение маловиброактивности и малошумности ДВС.Thus, due to the elastic calculated vertical (axial) and horizontal (lateral) deformations of the
Представленная конструкция поршня может применяться в том числе в других поршневых машинах и механизмах, например, в компрессорах, насосах и т.д.The presented piston design can be used, among other things, in other piston machines and mechanisms, for example, in compressors, pumps, etc.
В рамках практической реализации на первом этапе планируется изготовление опытного образца представленной конструкции поршня применительно к четырехтактному двигателю размерностью Ч 8,5/11 в лабораторных условиях кафедры судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок в рамках подготовки бакалавров, магистров или аспирантов.As part of practical implementation, at the first stage, it is planned to manufacture a prototype of the presented piston design for a four-stroke engine with a dimension of H 8.5 / 11 in the laboratory of the Department of Marine Internal Combustion Engines and Diesel Plants within the framework of training bachelors, masters or graduate students.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139551A RU2750829C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Piston of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139551A RU2750829C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Piston of internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2750829C1 true RU2750829C1 (en) | 2021-07-05 |
Family
ID=76755858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020139551A RU2750829C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Piston of internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750829C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU985372A1 (en) * | 1981-03-04 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я А-1495 | Piston |
US5144923A (en) * | 1990-10-18 | 1992-09-08 | Metal Leve S/A Industria E Comercio | Method for the manufacture of a two piece piston and piston |
RU2015378C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-06-30 | Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище | Piston with automatically controlled compression ratio for internal combustion engine |
RU2182244C2 (en) * | 1995-08-01 | 2002-05-10 | Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г.Кузнецова | Piston of internal combustion engine |
KR20030032105A (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-26 | 현대자동차주식회사 | Piston |
RU2263804C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-11-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Connecting rod-and-piston group |
-
2020
- 2020-12-01 RU RU2020139551A patent/RU2750829C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU985372A1 (en) * | 1981-03-04 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я А-1495 | Piston |
US5144923A (en) * | 1990-10-18 | 1992-09-08 | Metal Leve S/A Industria E Comercio | Method for the manufacture of a two piece piston and piston |
RU2015378C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-06-30 | Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище | Piston with automatically controlled compression ratio for internal combustion engine |
RU2182244C2 (en) * | 1995-08-01 | 2002-05-10 | Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г.Кузнецова | Piston of internal combustion engine |
KR20030032105A (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-26 | 현대자동차주식회사 | Piston |
RU2263804C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-11-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Connecting rod-and-piston group |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4050360A (en) | Oil damped piston | |
US4510895A (en) | Pistons for internal combustion engines | |
RU2750829C1 (en) | Piston of internal combustion engine | |
JPH06504350A (en) | Piston assembly with internally bolted piston pin | |
WO1990012203A1 (en) | Hydraulic connecting rod | |
US9784208B2 (en) | Cylinder liner having roll-burnished recess | |
US7866295B2 (en) | Piston skirt oil retention for an internal combustion engine | |
US4807577A (en) | Peristrophic internal combustion engine assembly and multi-part pistons | |
Afanaseva et al. | Perspective technical solutions for the cylinder-piston group vibrations reduction | |
RU195960U1 (en) | PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
EA001984B1 (en) | Piston machine | |
RU2450147C2 (en) | Cylinder-piston group | |
US10480450B2 (en) | Internal combustion engine with partial piston twisting | |
RU2232322C1 (en) | Connecting rod and piston assembly | |
RU8066U1 (en) | ELASTIC CONNECTOR | |
CN220248210U (en) | Internal combustion engine with three-fork crankshaft with balancer | |
RU2182242C2 (en) | Piston of internal combustion engine | |
JP6734464B1 (en) | Vibration-free reciprocating engine | |
RU2120048C1 (en) | Internal combustion engine | |
US1674733A (en) | Piston | |
KR20180106712A (en) | Cylinder block for engine | |
AU2020100333A4 (en) | Tumbler Piston | |
RU2182243C2 (en) | Piston of internal combustion engine | |
US1798222A (en) | Piston | |
RU2263804C1 (en) | Connecting rod-and-piston group |