ШАТУН ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE CON ROD

Изобретение относится к области двигателестроения и направлено на снижение вибрации двигателя внутреннего сгорания.
Изобретение может быть использовано в компрессорах, насосах, а также в других машинах и механизмах с кривошипно-шатунными механизмами.
Известен шатун двигателя внутреннего сгорания [1], содержащий поршневую и кривошипную головки, связанные между собой посредством разрезного состоящего из двух частей стержня. Указанные части стержня жестко связаны одними концами с головками посредством крепежных элементов, между другими концами установлен упругий элемент, выполненный в виде аккумулятора энергии с возможностью телескопического перемещения. Такой шатун не надежен в эксплуатации и рассчитан на небольшие нагрузки.
Известен также шатун двигателя внутреннего сгорания [2]. В шатуне поршневая и кривошипная головки связаны между собой посредством разрезного состоящего из двух частей стержня. Одни концы стержня жестко связаны с головками, а между другими концами частей стержня установлен упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической втулки из пружинной стали и размещенного в этой втулке сменного пакета цилиндрических пластинчатых пружин различной толщины (прототип).
Существенным недостатком шатуна является сложность конструкции и высокая его стоимость.
Техническими результатами изобретения являются простота и технологичность конструкции, низкая виброактивность и стоимость изготовления, и существенное снижение виброактивности в целом.
Технический результат достигается тем, что:
1. Средством снижения виброактивности шатуна является дополнительный элемент штатного шатуна проектированных и находящихся в эксплуатации двигателей.
2. Средством, обеспечивающим снижение виброактивности, служит металлическая дробь.
3. Средство снижения виброактивности - металлическая дробь - размещено в двух камерах.
4. Камеры для размещения металлической дроби образованы штатными углублениями стержня шатуна и крышками со средствами крепления к полкам тавра стержня шатуна.
5. Крышки камер сплошные или выполнены с отверстиями (перфорированы).
6. Шатун технологическим операциям, приводящим к изменению его конструкции, а также снижению прочности, не подвергается.
7. В камерах с металлической дробью накапливаются разбрызгиваемое картерное масло и его пары через щели, образованные между крышками камер и полками стержня шатуна, или отверстия (перфорации) самой крышки.
Техническое решение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен шатун в плоскости zoy его сложного движения, на фиг.2 - разрез А-А поперечного, т.е. параллельно плоскости оух, сечения стержня шатуна, на фиг.3 - разрез В-В, продольное сечение шатуна, т.е. в плоскости zox.
Шатун содержит поршневую головку 1, кривошипную головку 2, стержень 3, крышку 4 кривошипной головки, шатунные болты 5.
Сечение А-А стержня 3 шатуна - двутавровое, т.е. состоит из полок 6, 7, между которыми расположена симметрично перпендикулярная стойка 8 двутавра. Параллельно противоположные поверхности стойки 8 с внутренними поверхностями полок 6, 7 образуют соответствующие углубления двутавра (фиг.2, 3). Эти углубления закрыты соответственно крышками 9, 10 (фиг.2, 3), которые могут быть выполнены, по крайней мере, с отверстиями Е. Углубления двутавра с крышками 9, 10 образуют справа и слева от стойки 8 соответствующие камеры С, D (фиг.3). В камерах С, D размещена металлическая дробь 11, 12 (фиг.1-3). Крепление крышек 9, 10 камер С, D к полкам двутавра осуществляется, по крайней мере, винтами 13, 14.
Работа шатуна заключается в следующем.
При работе двигателя угловая скорость вращения коленчатого вала поршневого двигателя внутреннего сгорания w не является постоянной, а периодически меняется по времени [8]. Периодом для w будет период рабочего процесса в двигателе, т.е. для четырехтактного процесса - два оборота коленчатого вала двигателя, а для двухтактного процесса - один оборот. Причиной переменности w являются крутильные колебания коленчатого вала, которые возникают вследствие упругости последнего и вследствие того, что при работе двигателя силы, действующие на кривошипные шейки вала, периодически изменяются, причем периодом их изменения и являются как раз два оборота вала в четырехтактных двигателях, один оборот в двухтактных. Кроме того, в процессе возвратно-поступательного движения поршня силы инерции шатуна любого кривошипно-шатунного механизма (КШМ) по характеру движения являются качательными, т.е. шатун совершает плоское движение, перпендикулярное оси коленчатого вала двигателя [8].
При работе двигателя в зависимости от угла отклонения шатуна от оси цилиндра и положения относительно верхней или нижней мертвой точки поршня металлическая дробь 11, 12 (фиг.1-3) центробежной и поступательной силами инерции прижимается к соответствующим внутренним поверхностям камер С, D (фиг.2, 3).
Возникающие при этом от металлической дроби 11, 12 (фиг.1-3) реактивные силы инерции и моменты стремятся вернуть шатун в исходное положение, благодаря чему происходит снижение виброактивности шатуна [9]. Таким образом, реактивные силы инерции металлической дроби 11, 12 (фиг.1-3) снижают как силы инерции поступательно движущихся масс, так и боковую или нормальную силу, действующую перпендикулярно на стенку цилиндра, а следовательно, и радиальную, тангенциальную, центробежную силы и силу, действующую по оси шатуна.
Для проникновения в камеры С, D (фиг.3) с металлической дробью 11, 12 (фиг.2, 3) разбрызгиваемого от работы коленчатого вала масла, а также образованного масляного тумана в картере, крышка по первому варианту выполнена с отверстиями Е (фиг.3), а по второму варианту масло может поступать через щели, образованные между плоскостями полок 6, 7 (фиг.2) двутавра стержня 3 шатуна и крышками 9, 10 (фиг.2, 3). При движении шатуна происходит движение металлической дроби 11, 12 (фиг.2, 3) и масла с соответствующей скоростью. Часть масла при этом выходит из камер С, D (фиг.3) через отверстия Е (фиг.3) или щели, забрызгивая зеркало цилиндра и коленчатый вал. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает также смазку и охлаждение цилиндра, коленчатого вала, что очень важно.
Реализация шатуна в двигателях внутреннего сгорания, особенно быстроходных, может обеспечить снижение виброактивности примерно на 5-7 дБ. Работы по данному направлению планируется выполнить на базе двигателя Ч 8,5/11.
Источники информации
1. 3аявка ФРГ №3339360, кл. F16С 7/07, 1985.
2. Патент РФ №1767246. - Шатун двигателя внутреннего сгорания. / М.А.Минасян. - Опубл. в БИ №37 07.10.92 г. (прототип).
3. Авт.св. 1267080. Шатун. / М.А.Минасян. - Опубл. в БИ №40, 1986 г.
4. Авт.св. 122787. Шатун. / М.А.Минасян, П.А.Истомин. - Опубл. в БИ №16, 1981.
5. Патент РФ №2245463. - Шатун двигателя внутреннего сгорания / Минасян М.А. - Опубл. в БИ №3, 2005.
6. Патент РФ №2254507. - Шатунно-поршневая группа / Минасян М.А. - Опубл. в БИ №6, 2005.
7. Истомин П.А., Минасян М.А. Динамические модели кривошипно-шатунных механизмов и их деталей // Двигателестроение. 1984, №9, с.20-24.
8. Нейман И.Ш. Динамика авиационных двигателей. М. - Л., Оборонгиз, 1940, с.468.
9. Истомин П.А., Минасьян М.А. Динамические модели кривошипно-шатунных механизмов поршневых двигателей и их деталей. Двигателестроение, 1984, №9, с.20-24.