PL176780B1 - Tłok z metali lekkich do silników spalinowych - Google Patents

Abstract

1. Tlok z metali lekkich do silników spalinowych, zwlaszcza o wysokosci skoku <70% srednicy tloka, znamienny tym, ze w otworach (8) piast (5), z obydwu stron górne- go luku piasty, ma przebiegajace w kierunku osi otworów wybrania (9), które w kierunku obwodowym s a zaw arte w kacie 3 0 do 160° i sa one rozmieszczone od rowka (10) zamka sworznia tlokowego do wnetrza tloka na dlugosci, wynoszacej 10 do 80% dlugosci przylegania sworznia tlokowego. FIG. 1 (5 4 ) Tlok z metali lekkich do silników spalinowych ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY (1 9 ) PL (1 1 ) 176780 ( 1 3 ) B 1 (51) IntCl6: F16J 1/16 F02F 3/00 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest tłok z metali lekkich do silników spalinowych, zwłaszcza o wysokości skoku tłoka <70% średnicy tłoka.

W wyniku oddziaływania mechanicznych obciążeń powodowanych przez ciśnienie zapłonu, denko tłoka z metali lekkich do silników spalinowych zostaje podczas eksploatacji silnika odkształcone w ten sposób, że zostaje ono wyoblone ku górze przez obciążenie spowodowane piastami sworzniowymi, takimi jak belki wsparte w niewielkiej odległości na podporach w obszarze środka tej belki, przy czym jednocześnie następuje odkształcenie rowków pierścieni tłoka. Taka sztywna, odkształcona postać tłoka z metali lekkich pozwala na opanowanie jego deformacji w pewnych granicach. W celu jednak prawidłowego osadzenia denka tłoka istnieją rozmaite kształty piast, które przy określonych warunkach brzegowych przedstawiają rozwiązania optymalne odnośnie ciężaru tłoka. Dla obciążenia wywołanego wysokim ciśnieniem podczas zapłonu, stosuje się na przykład blokowe podpory piast, w których proste po wewnętrznej stronie piasty przechodzą w denko tłoka bez podcięć. Podpora trapezowa jest wariantem podparcia blokowego, stosowanego do tłoków bardzo wysoko obciążonych, zwłaszcza tłoków do silników wysokoprężnych, przy którym to podparciu blokowym piasty są po stronie wewnętrznej sfazowane pod kątem 8 do 15° oraz jest stosowany odpowiednio sfazowany korbowód. Przez częściowe pokrycie powierzchni łożyskowych podpora trapezowa obniża naprężenie zginające denka tłoka i sworznia tłokowego, a tym samym pozwala na zwiększenie obciążeń o 15%. Nawet przy podporach piast, narażonych na wysokie obciążenie, to znaczy w strefie pomiędzy górnym łukiem otworów w piastach a denkiem tłoka, maksymalne ciśnienie podczas zapłonu, wynoszące 15 do 17 MPa (150 do 170 barów), powoduje maksymalne obciążenie pod ciśnieniem zapłonu miejsc obrzeża wgłębienia komory spalania, które to obciążenie przekracza granicę wytrzymałości, wynoszącą około 30 N/mm² dla tłoka, odlanego z metali lekkich o konwencjonalnej konstrukcji piast. Ponadto stożkowe rozszerzenie od strony tłoka fragmentu otworów w piastach lub wcięcie w tłoku w pionowej płaszczyźnie końców piast od strony tłoka, lub też rozmieszczenie bocznych wybrań, tak zwanych kieszeni olejowych, w powierzchniach łożyskowych otworów w piastach, prowadzi do wzrostu naprężeń w miejscach obrzeża wgłębienia komory spalania, które to miejsca są narażone na ciśnienia maksymalnych obciążeń.

Ażeby naprężenia na obrzeżu niecki komory spalania utrzymać w możliwie jak najniższym poziomie i uzyskać wyrównanie naprężeń w obszarze rowków pierścieniowych, znany jest z EP-B-O 387 931 tłok z metali lekkich, posiadający w denku wklęsłą komorę spalania i podparcie blokowe lub trapezowe, zespolone z piastami sworzniowymi w płaszczu tłoka. W obszarach pomiędzy rowkiem pierścieniowym dla najniższego pierścienia uszczelniającego a górnym łukiem otworów w piastach, tłok ten posiada co najmniej po jednym nieprzelotowym otworze, rozmiesz176 780 czonym od płaszcza tłoka w kierunku do wewnątrz i po obydwu stronach płaszczyzny, usytuowanej w osi tłoka i osi sworznia. Średnica nieprzelotowego otworu wynosi od 10 do 150% średnicy otworów w piastach. W tłokach o mniejszej wysokości skoku, przede wszystkim <70% średnicy tłoka, odstęp pomiędzy rowkiem pierścieniowym najniższego tłokowego pierścienia uszczelniającego i górnym łukiem otworów w piastach jestjednak za mały, aby istniała możliwość umieszczenia nieprzelotowych otworów.

Celem wynalazku jest ukształtowanie opisanego na wstępie tłoka z metali lekkich w ten sposób, aby zostało osiągnięte wyraźne obniżenie naprężeń w denku tłoka.

Istota rozwiązania według niniejszego wynalazku polega na tym, że w otworach piast, z obydwu stron górnego łuku piasty, są wybrania przebiegające w kierunku osi otworów, które w kierunku obwodowym są zawarte w kącie>30 do 160°, korzystnie 60 do 120°, oraz rozciągają się od rowka zamka sworznia tłokowego do wnętrza tłoka na pewnej długości, wynoszącej 10 do 80%, korzystnie 20 do 50% długości przylegania sworznia tłokowego w piastach.

W rozwiązaniu według wynalazku, promieniowa głębokość wybrań wynosi 0,01 do 10 mm, korzystnie 0,1 do 5 mm.

Wybrania mogą być wykonane bezwiórowo przez odlewanie, wygniatanie lub podobnie, jak również za pomocą obróbki wiórowej.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia tłok aluminiowy w przekroju podłużnym przez płaszczyznę osi tłoka i osi otworów piast, a fig. 2 przedstawia tłok w przekroju poprzecznym wzdłuż linii A-A z fig. 1.

Tłokjest odlany z aluminiowego stopu tłokowego typu A 1Si 12CuNiMg i ma główkę tłoka, zawierającą denko 1 tłoka z tworzącym komorę spalania wgłębieniem 2 i strefę pierścieniową 3, oraz płaszcz 4 tłoka, zawierającego zespolone piasty 5 z trapezowymi podporami 6, przy czym wysokość jego skoku 7 wynosi 55% średnicy tłoka. W otworach 8 piast 5 jest usytuowane obustronnie, na ich górnej linii łuku wybranie 9, które rozciąga się od rowka 10 zamka sworznia tłokowego do wewnątrz tłoka poprzez pewną długość, wynoszącą 70% długości przylegania sworznia tłokowego do piast 5. W kierunku obwodowym otworów 8 w piastach 5, wybranie 9 mieści się w granicach kąta 120°.

W poniższej tabeli podane są wyniki pomiarów naprężeń na obrzeżu niecki, wgłębienia komory spalania w obszarze równoległym i prostopadłym do osi otworów w piastach. Dane odnoszą się do tłoka z metali lekkich (I) z wklęsłą komorą spalania, wykonanego w zwykły sposób, oraz do tłoka z metali lekkich (II), wykonanego zgodnie z wynalazkiem i opisanego dokładniej powyżej.

Położenie miejsc pomiarowych DMS	Tłok z metali lekkich (I)	Tłok z metali lekkich (II)	Różnica (%)
// Oś otworu piasty Naprężenia rozciągające (N/mn2)	+ 43,97	+ 37,94	13,7
/_ Oś otworu piasty Naprężenia ściskające (N/mm2)	-33,71	- 25,84	23,4

176 780

Porównanie wyników pomiarów wykazuje jednoznacznie, że przy użyciu tłoka (II) z metali lekkich według wynalazku, mogą zostać obniżone naprężenia rozciągające i ściskające, spowodowane ciśnieniem podczas zapłonu na obrzeżu wklęsłej komory spalania, w porównaniu z tłokiem (I) z metali lekkich, wykonanym w zwykły, znany sposób.

Wybrania powodujązmianę kierunku strumienia sił, wywołanego ciśnieniem gazów na denko tłoka. W zewnętrznych odcinkach piast strumień sił zostaje w środku przerwany i rozszerzony, tak że momenty między kierunkiem sił na denko tłoka i przejęcie sił przez sworzeń tłokowy zostają zredukowane. Wspomniane rozszerzenie strumienia sił o zredukowanych momentach prowadzi do jego nawrotu ze zmniejszonymi naprężeniami. W wyniku przerwanego kontaktu na końcu sworznia tłokowego, strumień sił zostaje skoncentrowany na wewnętrznym odcinku piasty. Również przez zredukowanie momentów pionowo do osi sworznia tłokowego zostaje przede wszystkim zmniejszone naprężenie ściskające w denku tłoka. Wraz ze zwiększającą się długością wybrania zostaje jednocześnie w piastach wzmocnione pole sił, powodujące rozszerzenie ich strumienia. Dzięki wybraniom zostają polepszone warunki smarowania.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Tłok z metali lekkich do silników spalinowych, zwłaszcza o wysokości skoku <70% średnicy tłoka, znamienny tym, że w otworach (8) piast (5), z obydwu stron górnego łuku piasty, ma przebiegające w kierunku osi otworów wybrania (9), które w kierunku obwodowym są zawarte w kącie > 30 do 160° i są one rozmieszczone od rowka (10) zamka sworznia tłokowego do wnętrza tłoka na długości, wynoszącej 10 do 80% długości przylegania sworznia tłokowego.

2. Tłok z metali lekkich według zastrz. 1, znamienny tym, że wybrania (9) w kierunku obwodowym otworu (8) piasty (5) są zawarte w kącie od 60 do 120°.

3. Tłok z metali lekkich według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że wybrania (9) rozciągają się od 20 do 50% długości przylegania sworznia tłokowego.

4. Tłok z metali lekkich według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że wybrania (9) posiadają promieniową głębokość od 0,01 do 10 mm, korzystnie 0,1 do 5 mm.