RU2095603C1 - Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine - Google Patents
Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2095603C1 RU2095603C1 RU95114172A RU95114172A RU2095603C1 RU 2095603 C1 RU2095603 C1 RU 2095603C1 RU 95114172 A RU95114172 A RU 95114172A RU 95114172 A RU95114172 A RU 95114172A RU 2095603 C1 RU2095603 C1 RU 2095603C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- skirt
- cylinder
- profile
- internal combustion
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used for the manufacture of pistons of internal combustion engines (ICE).
Известен поршень для ДВС, содержащий головку и юбку, в центре которой расположена отверстие под палец [1] Осевое сечение юбки поршня представляет собой центрально-симметричную фигуру с осью симметрии второго порядка, совпадающей с осью отверстия под поршневой палец. Такой профиль боковых поверхностей должен создавать, по мнению авторов, одинаково высокую несущую способность на наиболее нагруженных тактах двигателя внутреннего сгорания - "Сжатие" и "Рабочий ход" и способствовать снижению механических потерь на трение и уменьшение вследствие этого опасного износа и задира трущихся поверхностей юбки поршня и гильзы цилиндра. Профиль радиального сечения юбки поршня в описании изобретения не упоминается. Known piston for internal combustion engines, containing a head and a skirt, in the center of which there is a hole for the finger [1] The axial section of the piston skirt is a centrally symmetrical figure with a second-order axis of symmetry coinciding with the axis of the hole for the piston pin. Such a profile of the side surfaces should create, according to the authors, an equally high bearing capacity on the most loaded strokes of the internal combustion engine - “Compression” and “Working stroke” and help to reduce mechanical friction losses and thereby reduce dangerous wear and scuff of the friction surfaces of the piston skirt and cylinder liners. The radial section profile of the piston skirt is not mentioned in the description of the invention.
Анализ изобретения показывает, что центрально -симметричный профиль юбки может создать одинаковую несущую способность только при одинаковых рабочих условиях на тактах "Сжатие" и "Рабочий ход", что невозможно для двигателей внутреннего сгорания, так как давление газов в цилиндре и соответствено боковая сила в такте "Рабочий ход" из-за взрывного характера сгорания рабочей смеси в несколько раз выше, чем в такте "Сжатие". Снижение потерь на трение при этом мало. Analysis of the invention shows that the centrally-symmetrical profile of the skirt can create the same bearing capacity only under the same operating conditions on the compression and working strokes, which is impossible for internal combustion engines, since the gas pressure in the cylinder and, accordingly, the lateral force in the cycle The “stroke” due to the explosive nature of the combustion of the working mixture is several times higher than in the “Compression” cycle. At the same time, the reduction of friction losses is small.
Известна конструкция поршня, лишенная указанного недостатка, так как профиль юбки поршня в осевом направлении представляет собой асимметричную фигуру, описанную параболическими кривыми, с учетом действия боковых сил в процессе сгорания, тепловых деформаций и принципов гидродинамической теории смазки [2] Определены длины дуг несущей части юбки в радиальных сечениях поршня, причем угол θ ограничивающий несущую поверхность, линейно зависит от осевой координаты юбки, увеличиваясь при увеличении расстоянии от верха юбки. Таким образом, проекция боковой несущей поверхности на плоскость, параллельную продольной оси поршня, представляет собой трапецию с основанием, совпадающим с нижней кромкой юбки. Профиль радиальных сечений не оговаривается. A known piston design, devoid of this drawback, since the piston skirt profile in the axial direction is an asymmetric figure described by parabolic curves, taking into account the action of lateral forces in the combustion process, thermal deformations and the principles of the hydrodynamic theory of lubrication [2] The lengths of the arcs of the bearing part of the skirt are determined in radial sections of the piston, and the angle θ bounding the bearing surface, linearly depends on the axial coordinate of the skirt, increasing with increasing distance from the top of the skirt. Thus, the projection of the lateral bearing surface onto a plane parallel to the longitudinal axis of the piston is a trapezoid with a base coinciding with the bottom edge of the skirt. The profile of radial sections is not specified.
Указанная конструкция направлена на снижение потерь на трение в сопряжении поршень гильза. The specified design is aimed at reducing friction losses in the mating piston sleeve.
Анализ конструкции поршня показывает, что профиль юбки в осевом направлении, описанный предлагаемыми параболическими функциями, не зависит от радиального зазора и координат оси поршневого пальца, что существенно ограничивает область применения изобретения рамками одного типа поршня и двигателя. В радиальном направлении длина дуги несущей части связана только с осевой координатой поршня, равномерно увеличиваясь от верха юбки вниз. Длина дуги не зависит от радиального зазора, положения поршневого пальца и продольного профиля юбки, что также ограничивает применение изобретения рамками однотипных двигателей и не способствует снижению трибологических потерь в сопряжении поршень -цилиндр. An analysis of the piston design shows that the profile of the skirt in the axial direction described by the proposed parabolic functions does not depend on the radial clearance and the coordinates of the axis of the piston pin, which significantly limits the scope of the invention to the frames of one type of piston and engine. In the radial direction, the length of the arc of the bearing part is connected only with the axial coordinate of the piston, increasing uniformly from the top of the skirt down. The length of the arc does not depend on the radial clearance, the position of the piston pin and the longitudinal profile of the skirt, which also limits the application of the invention to the engines of the same type and does not reduce tribological losses in the piston-cylinder interface.
Под трибологическими потерями понимаются потери на сопротивление движению поршня на смазочном слое в цилиндре, и потери смазочной жидкости "на угар" за счет ее расхода через верхнюю кромку юбки поршня. Tribological losses are understood as losses on resistance to the movement of the piston on the lubricating layer in the cylinder, and losses of the lubricating fluid “on waste” due to its flow through the upper edge of the piston skirt.
В основу изобретения положена задача создать трибосопряжение цилиндр - поршень двигателя внутреннего сгорания такой концентрации, которая обеспечивала бы минимизацию трибологических потерь без снижения его несущей способности. The basis of the invention is the task of creating a tribo-conjugation cylinder - piston of an internal combustion engine of such a concentration that would minimize tribological losses without reducing its bearing capacity.
Эта задача решается тем, что в трибосопряжении поршень цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндр и поршень с отверстием для поршневого пальца, состоящий из головки и направляющей части (юбки) в виде бочкообразной несимметричной фигуры, согласно изобретению, несущие поверхности юбки выполнены в виде Х-образных площадей, которые ограничены сверху и снизу краями юбки и описаны радиусами окружностей с длиной дуги q в соответствии с соотношением:
где h0 радиальный зазор между цилиндром и юбкой поршня;
Z осевая координата с началом в центре оси отверстия для поршневого пальца;
m(i) Zc(i)/R; Zc(i) осевая координата наиболее узкой несущей Х-образной зоны (осевая координата вершины боковой образующей профиля), i 1, 2 соответствуют нагруженности и ненагруженной стороне поршня; R -радиус юбки поршня;
зазоры между цилиндром и юбкой поршня в верхней и нижней ее части; B - длина юбки поршня;
k(i)=h
при этом в трибосопряжении цилиндр поршень отклонение профиля образующих несущих поверхностей юбки поршня от внутренней стенки цилиндра в плоскости, перпендикулярной оси отверстия, от головки к нижней части юбки определено по выражению:
причем h
where h 0 is the radial clearance between the cylinder and the piston skirt;
Z is the axial coordinate with the origin in the center of the axis of the piston pin bore;
m (i) Zc (i) / R; Zc (i) the axial coordinate of the narrowest bearing X-shaped zone (the axial coordinate of the top of the lateral forming profile),
gaps between the cylinder and the piston skirt in its upper and lower parts; B is the length of the piston skirt;
k (i) = h
moreover, in the tribo-coupling cylinder piston, the deviation of the profile of the generating bearing surfaces of the piston skirt from the inner wall of the cylinder in a plane perpendicular to the axis of the hole from the head to the bottom of the skirt is determined by the expression:
where h
Снижение трибологических потерь без снижения несущей способнсти трибосопряжения обеспечено. Reducing tribological losses without reducing the bearing capacity of the tribological conjugation is provided.
Изобретение основано на анализе характера движения поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, когда при вращении кривошипа поршень при ходе от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и обратно под действием боковых сил прижимается с наклоном то к одной, то к другой стороне цилиндра (происходит так называемые поперечная и угловая перекладка поршня в цилиндре). Существующие конструкции не учитывают угловые перекладки, когда несущие зоны расположены либо вверху, либо внизу юбки поршня в зависимости от угла его наклона. В то же время анализ натиров на боковой поверхности работающих поршней показал, что в большинстве случаев они образуют Х-образную засветленную площадь на юбке поршня. Это свидетельствует о том, что эта площадь является несущей для поршня. The invention is based on the analysis of the nature of the movement of the piston in the cylinder of an internal combustion engine, when during rotation of the crank the piston is pressed with an inclination to one or the other under the action of lateral forces when moving from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC) and back side of the cylinder (the so-called transverse and angular shift of the piston in the cylinder). Existing designs do not take into account angular shifts when the bearing zones are located either above or below the piston skirt, depending on the angle of inclination. At the same time, analysis of the natirates on the lateral surface of the working pistons showed that in most cases they form an X-shaped illuminated area on the piston skirt. This indicates that this area is the bearing for the piston.
На фиг. 1 показан общий вид трибосопряжения поршень цилиндр; на фиг. 2 вид сопряжения сбоку; на фиг. 3 характер движения поршня в цилиндре. In FIG. 1 shows a general view of the tribo-mating piston cylinder; in FIG. 2 type of pairing on the side; in FIG. 3 nature of the movement of the piston in the cylinder.
На основе сформулированных задач, анализа известных конструкций и характера натиров работающих поршней предлагается следующее трибосопряжение цилиндр поршень. Трибосопряжение (фиг. 1) состоит из цилиндра 1 и поршня 2, содержащего головку 3 и юбку 4 с отверстием 5 под поршневой палец. Несущие поверхности юбки ограничены кривыми 6 и 7 и образуют на противолежащих сторонах юбки Х-образные несимметричные относительно продольной оси выпуклые площади. Несущие поверхности описываются радиусами окружностей с длиной дуги θ, изменяемой в зависимости от радиального зазора, профиля и осевой координаты по выражению
где h0 радиальный зазор между цилиндром и юбкой поршня;
Z осевая координата с началом в центре оси отверстия для поршневого пальца;
m(i)=Z
осевая координата вершины боковой образующей профиля (осевая координата наиболее узкой части несущей Х-образной зоны); i 1, 2 соответствует нагруженной и ненагруженной стороне поршня; R радиус юбки поршня;
зазоры между цилиндром и юбкой поршня в верхней и нижней ее части; B - длина юбки поршня;
k(i)=h
Противолежащие боковые образующие 8,9 юбки поршня (фиг. 2) образуют несимметричную фигуру, форма которой зависит от размеров юбки, радиального зазора, расположения оси поршневого пальца и определяется по выражению
где h(i) отклонение профиля от внутренних стенок цилиндра i, причем
h
Поверхности, перпендикулярные оси отверстия под поршневой палец и ограниченные кривыми 6, 7, находятся в зонах так называемых холодильников и специально не профилируются.Based on the formulated tasks, analysis of known structures and the nature of the natars of the working pistons, the following tribo-conjugation cylinder piston is proposed. The tribological conjugation (Fig. 1) consists of a cylinder 1 and a
where h 0 is the radial clearance between the cylinder and the piston skirt;
Z is the axial coordinate with the origin in the center of the axis of the piston pin bore;
m (i) = Z
the axial coordinate of the top of the side generatrix of the profile (the axial coordinate of the narrowest part of the bearing X-shaped zone);
gaps between the cylinder and the piston skirt in its upper and lower parts; B is the length of the piston skirt;
k (i) = h
Opposite lateral forming 8.9 piston skirts (Fig. 2) form an asymmetric figure, the shape of which depends on the size of the skirt, radial clearance, the location of the axis of the piston pin and is determined by the expression
where h (i) is the deviation of the profile from the inner walls of the cylinder i, and
h
Surfaces perpendicular to the axis of the bore under the piston pin and bounded by
Поршень работает следующим образом. При движении поршня в цилиндре боковые силы прижимают его то к одной, ток к другой стороне (фиг. 3), причем нагруженной является сторона, на которую в течение рабочего цикла действует наибольшая боковая сторона сила. The piston works as follows. When the piston moves in the cylinder, the lateral forces press it to one side, the current to the other side (Fig. 3), and the side on which the greatest lateral side acts during the duty cycle is loaded.
Между юбкой и цилиндром возникает при движении поршня гидродинамическое давление в смазочном слое. Несущая способность смазочного слоя определяется площадью несущих поверхностей трения, однако увеличение площади способствует повышению потерь мощности на трение и расходов смазки на угар. В зависимости от направления движения поршня, профиля юбки и наклона поршня в цилиндре гидродинамическое давление (несущий слой) образуется либо вверху, либо внизу юбки поршня в районах Х-образных площадей. Район вершины профиля не является несущим, его угловые размеры влияют на расход смазки на угар, поэтому длина дуги радиуса юбки в этом месте минимальна. Between the skirt and the cylinder, when the piston moves, hydrodynamic pressure in the lubricating layer occurs. The bearing capacity of the lubricant layer is determined by the area of the friction bearing surfaces, however, an increase in the area contributes to an increase in friction power losses and lubricant consumption for waste. Depending on the direction of movement of the piston, the profile of the skirt and the inclination of the piston in the cylinder, hydrodynamic pressure (carrier layer) is generated either at the top or bottom of the piston skirt in areas of X-shaped areas. The region of the top of the profile is not bearing, its angular dimensions affect the consumption of lubricant for waste, so the length of the arc of the radius of the skirt in this place is minimal.
Таким образом, Х-образная несимметричная площадь трения на боковой поверхности поршня в отличие от существующих прямоугольных или трапециевидных наиболее соответствует действительному распределению гидродинамических давлений при работе поршней, уменьшает поверхность трения юбки, снижает потери мощности на трение. Постоянная толщина смазочного слоя между юбкой поршня и цилиндром в радиальном направлении для каждого сечения обеспечивается описанием профиля по радиусу. Thus, the X-shaped asymmetric friction area on the side surface of the piston, unlike the existing rectangular or trapezoidal ones, is most consistent with the actual distribution of hydrodynamic pressures during piston operation, reduces the friction surface of the skirt, and reduces the friction power loss. The constant thickness of the lubricating layer between the piston skirt and the cylinder in the radial direction for each section is provided by a profile description along the radius.
Конфигурация профиля и расположение его вершин выбраны таким образом, что обеспечивают максимальную гидродинамическую подъемную силу на нагруженной стороне, то есть жидкостный режим трения, уменьшают вероятность задира. The configuration of the profile and the location of its vertices are selected in such a way that they provide maximum hydrodynamic lifting force on the loaded side, that is, the liquid friction mode, reduce the likelihood of scoring.
Изготовление поршня с предлагаемым профилем не вызовет больших трудностей при обработке его по копиру или на станках с числовым программным управлением. Предлагаемая конструкция может быть использована для двигателей внутреннего сгорания, поршневых компрессоров. The manufacture of the piston with the proposed profile will not cause great difficulties when processing it on a copy or on machines with numerical control. The proposed design can be used for internal combustion engines, reciprocating compressors.
Использованная литература:
1. Авторское свидетельство СССР N 1249183, кл. F 02 F 3/00, 1986.References:
1. USSR author's certificate N 1249183, cl. F 02
2. Авторское свидетельство СССР N 1590596, кл. F 02 F 3/00, 1990. 2. USSR author's certificate N 1590596, cl. F 02
Claims (1)
где ho радиальный зазор между цилиндром и юбкой поршня;
Z осевая координата с началом в центре оси отверстия для поршневого пальца,
m(i) осевая координата наиболее узкой части несущей Х-образной зоны, i 1,2 соответствуют нагруженной и ненагруженной стороне поршня, R радиус юбки поршня,
где h
K(i) = h
при этом в трибосопряжении цилиндр поршень отклонение профиля образующих несущих поверхностей юбки поршня от внутренней стенки цилиндра в плоскости, перпендикулярной оси отверстия, от головки к нижней части юбки определено по выражению
причем
h
where h o the radial clearance between the cylinder and the piston skirt;
Z is the axial coordinate with the beginning in the center of the axis of the hole for the piston pin,
m (i) the axial coordinate of the narrowest part of the bearing X-shaped zone, i 1,2 correspond to the loaded and unloaded side of the piston, R is the radius of the piston skirt,
where h
K (i) = h
in the tribo-conjugation, the piston cylinder, the deviation of the profile of the generatrix of the bearing surfaces of the piston skirt from the inner wall of the cylinder in a plane perpendicular to the axis of the hole from the head to the bottom of the skirt is determined by the expression
moreover
h
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95114172A RU2095603C1 (en) | 1995-08-08 | 1995-08-08 | Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95114172A RU2095603C1 (en) | 1995-08-08 | 1995-08-08 | Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95114172A RU95114172A (en) | 1997-08-10 |
| RU2095603C1 true RU2095603C1 (en) | 1997-11-10 |
Family
ID=20171117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95114172A RU2095603C1 (en) | 1995-08-08 | 1995-08-08 | Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2095603C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2257484C1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-07-27 | Южно-Уральский государственный университет | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine |
-
1995
- 1995-08-08 RU RU95114172A patent/RU2095603C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1249183, кл. F 02 F 3/00, 1984. 2. Авторское свидетельство СССР N 1590596, кл. F 02 F 3/00, 1990. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2257484C1 (en) * | 2004-02-16 | 2005-07-27 | Южно-Уральский государственный университет | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR970001950A (en) | Piston type compressor | |
| US4178899A (en) | Low-friction piston | |
| JPH02173474A (en) | Piston ring | |
| RU2381375C2 (en) | Internal combustion engine piston seal | |
| KR100574568B1 (en) | Sealing ring and piston with same | |
| CA2144356A1 (en) | Piston sealing assembly | |
| RU2095603C1 (en) | Friction joining between piston and cylinder of internal combustion engine | |
| US7866295B2 (en) | Piston skirt oil retention for an internal combustion engine | |
| EP0069175A1 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
| EP0411913B2 (en) | Piston assembly of internal combustion engine | |
| JP2017203408A (en) | piston | |
| US5261362A (en) | Piston assembly having multiple piece compression ring | |
| CN100538055C (en) | Has the piston that asymmetric pin-and-hole groove is arranged | |
| RU2257484C1 (en) | Piston-cylinder tribomating of internal combustion engine | |
| US5743171A (en) | Oil control ring and groove arrangement for improved blowby control | |
| RU104246U1 (en) | PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE (OPTIONS) | |
| WO1994007016A1 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
| RU2121591C1 (en) | Piston of internal combustion engine | |
| SU1590596A1 (en) | Piston of i.c. engine | |
| RU48381U1 (en) | PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| RU2089742C1 (en) | Cylinder-piston group of internal combustion engine | |
| RU184035U1 (en) | PISTON OF THE DIESEL ENGINE OF INTERNAL COMBUSTION | |
| RU104636U1 (en) | CYLINDER PISTON GROUP | |
| KR820000997B1 (en) | Piston and piston ring assembly | |
| CA1175312A (en) | Piston for an internal combustion engine |