ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС), и может быть использовано в ДВС с различным числом и расположением цилиндров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является компактный ДВС, известный из описания патента US 5429080, МПК 6 F02F 7/00, публ. 04.07.95 г., в котором применяется кулачковый механизм, уменьшающий износ и размер ДВС в сборе, содержащий направляющие, особое расположение которых позволяет снизить осевую нагрузку на шток клапана. В ДВС также используются высокоскоростные втулки, объединяющие независимые кулачковые валы, содержащиеся в каждом их множества соединенных двигателей. Используемый в двигателе одноразмерный крепеж обеспечивает постоянный градиент напряжения внутри ДВС. Кроме того, все соединения ДВС уплотняются сальниками круглого сечения. Двигатель снабжен головкой поршня, непосредственно к поверхности основания которого присоединяется шток. При этом головка поршня закреплена вдоль оси цилиндра с помощью направляющего каркаса. Соединение со штоком обеспечивает требуемое не менее чем 180-градусное вращение шейки опоры коленвала для того, чтобы множество соединенных элементов могло быть связано с одной шейкой коленвала. Снабженный вкладышами подшипник, смонтированный под множество соединенных элементов, обеспечивается смазкой между соединительными элементами и шейкой коленвала. Раздельные головка цилиндра и цилиндр ДВС присоединены с помощью цилиндрического, деформируемого стопорящего стяжного хомута, формирующего беззазорное уплотнение. В ДВС используется независимая система смазки каждого двигателя. Для того чтобы температура охлаждающей жидкости, поступающей в каждый двигатель, была одинаковой, охлаждение или смазка организованы для каждого двигателя параллельно. Конструкция ДВС позволяет использовать модульный коленвал большого диаметра.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции ДВС, которая позволяет из унифицированных узлов и модулей производить сборку двигателей различных модификаций, отличающихся количеством цилиндров, и соответственно мощностью, массогабаритными показателями, повышать точность и качество изготовления, улучшать технологичность сборки, одновременно повышая надежность ДВС и снижая стоимость производства.
Указанный технический результат достигается за счет применения ДВС, состоящего из блока цилиндров, цилиндров, шатунно-поршневой группы, составного коленчатого вала, головки блока цилиндров, механизма газораспределения, который отличается тем, что блок цилиндров состоит из последовательно скрепленных между собой посредством болтовых соединений, проходящих через отверстия, выполненные в блоке цилиндров параллельно оси вращения коленчатого вала, по меньшей мере, двух составных секций, каждая из которых представляет собой объемную, корпусную деталь, имеющую форму двутавра, в которой выполнены: в верхней части фронтальной проекции оппозитно расположенные относительно перегородки двутавра выемки, имеющие форму половины круга, геометрические размеры которых соответствуют геометрическим размерам наружного контура половинок гильзы цилиндра, рассеченной вдоль осевой линии, а в средней части фронтальной проекции сквозное отверстие подшипника опоры коленчатого вала, при этом между секциями установлены шатунно-поршневые модули (далее ШПМ), содержащие гильзу цилиндра с установленным в ней поршнем, шарнирно соединенным посредством поршневого пальца с шатуном, в котором закреплены шатунный подшипник с опорной втулкой, соединенной со щеками кривошипа посредством дистанционных колец, сухарей и болтового соединения, кроме того, в щеках установлены модули коренных опор (далее МКО) составного коленчатого вала, состоящие из коренного подшипника, разрезной шлицевой втулки, сухарей, дистанционных колец, стянутых болтовым соединением, на боковые стороны блока цилиндров установлены торцевая крышка механизма привода вспомогательных агрегатов и картер сцепления коробки перемены передач.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показана схема ДВС с одноцилиндровым блоком цилиндров.
На фиг.2 показана схема ДВС с двухцилиндровым блоком цилиндров с видом на торцевую крышку механизма привода вспомогательных агрегатов,
На фиг.3-6 показаны схемы ДВС с блоком цилиндров от трехцилиндрового до шестицилиндрового соответственно.
На фиг.7 показан вид сверху на секцию блока цилиндров ДВС.
На фиг.8 показан продольный разрез двухцилиндрового блока цилиндров, схема которого представлена на фиг.2.
ДВС состоит из блока цилиндров 1, цилиндров 2, шатунно-поршневой группы, составного коленчатого вала 3, головки блока цилиндров 4 (см. фиг.1-6), механизма газораспределения (не показан). Блок цилиндров 1 состоит из последовательно скрепленных между собой, по меньшей мере, двух составных секций 5. Крепление секций 5 осуществляется болтовыми соединениями 6 (см. фиг.2), проходящими через отверстия (не показаны), выполненные в блоке цилиндров 1 параллельно оси вращения 7 коленчатого вала 3. Длина болтовых соединений 6 подбирается с учетом модификации собираемого ДВС, зависит от количества цилиндров 2 и соответственно количества соединяемых секций 5. Расположение отверстий болтовых соединений 6 в блоке цилиндров 1 и их число подобрано с учетом сил, действующих на блок цилиндров 1 в процессе работы ДВС. Примеры расположения осей 8 отверстий болтовых соединений 6 показаны на фиг.1-7. Геометрические размеры и материал указанных болтовых соединений 6 выбран таким образом, чтобы обеспечить жесткость блока цилиндров 1 в продольном и поперечном направлениях и разгрузить секции 5 от внутренних напряжений и коробления. Функционально болтовые соединения 6 обеспечивают «силовую» межцилиндровую связь, исключая воздействие на скрепленные секции 5 других напряжений помимо напряжения сжатия.
Каждая секция 5 представляет собой объемную, корпусную деталь, имеющую форму двутавра. В верхней части секции 5 выполнены оппозитно расположенные относительно перегородки 9 двутавра выемки 10 (фиг.7), имеющие форму половины круга, геометрические размеры которых соответствуют геометрическим размерам наружного контура половинок гильзы 11 цилиндра 2, рассеченной вдоль осевой линии 12. Выполненные таким образом вышеуказанные выемки 10 при скреплении секций 5 между собой позволяют обеспечить надежную фиксацию гильзы 11 и всего ШПМ в целом.
В средней части секции 5 выполнено сквозное отверстие 13 коренного подшипника 14 опоры коленчатого вала 3. При этом между секциями 5 установлены ШПМ. ШПМ содержит гильзу 11 цилиндра 2 с установленным в ней поршнем 15, шарнирно соединенным посредством поршневого пальца 16 с шатуном 17, в котором закреплены шатунный подшипник 18 с опорной втулкой 19, соединенной со щеками кривошипа 20 посредством дистанционных колец 21, сухарей 22 и болтового соединения 23. Кроме того, в щеках 20 установлены МКО составного коленчатого вала 3, состоящие из коренного подшипника 14, разрезной шлицевой втулки 24, сухарей 25, дистанционных колец 26, стянутых болтовым соединением 27. На боковые стороны 28 и 29 блока цилиндров 1 установлены торцевая крышка 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31 и картер сцепления коробки перемены передач 32 (см. фиг.1-6).
Сборка ДВС производится в следующем порядке. На рабочем стенде (не показан) закрепляется секция 5. Предварительно производится сборка ШПМ. Шатун 17 соединяется с поршнем 15 поршневым пальцем 16, с другой стороны, в отверстие 33 шатуна 17 устанавливается шатунный подшипник 18 с опорной втулкой 19, внутри которой установлены сухари 22, соединенные болтовым соединением 23. На наружную цилиндрическую поверхность выступающих концов 34 опорной втулки 19, устанавливаются щеки 20 составного коленчатого вала 3. Данную технологическую операцию производят с использованием приспособления "шлицевая оправка" (не показана). Поршень 15 с шатуном 17 и щеками 20 устанавливается в гильзу 11.
Также предварительно производится сборка МКО. В коренной подшипник 14 устанавливается разрезная шлицевая втулка 24. В разрезную шлицевую втулку 24 со стопорным кольцом 35 вставляются сухари 25, соединяются болтовым соединением 27 без затяжки. Устанавливаются дистанционные кольца 26.
Производится сборка секций 5 блока цилиндров 1. В сквозное отверстие 13 подшипников опор коленчатого вала 3, выполненное в средней части первой составной секции 5, смонтированной на сборочном стенде (не показан), устанавливается МКО. На наружную цилиндрическую поверхность выступающих концов 36 разрезной шлицевой втулки 24 МКО в шлицевые отверстия 37 щек 20 устанавливают ШПМ. После установки ШПМ протягивается болтовое соединение 27 МКО первой секции 5. Вторую секцию 5 присоединяют к первой секции 5. В сквозное отверстие 13 подшипников опор коленчатого вала 3, выполненное в средней части второй секции 5, устанавливают следующий МКО. Протягивается болтовое соединение 27 следующего МКО. Затем повторяется указанная последовательность действий для присоединения третьей и, при необходимости, последующих секций 5. За счет использования в конструкции разрезных втулок 24 стяжка болтовых соединений 27 обеспечивает надежную осевую фиксацию модулей с устранением технологических зазоров и люфтов в сборном коленчатом валу 3, который в результате приобретает прочностные характеристики цельного - «монолитного» изделия.
В соответствии с конструкцией ДВС набирается требуемое количество составных секций 5 в зависимости от числа цилиндров 2. После установки последней секции и скрепления ее технологическими болтами (не показаны) к предыдущей производится установка болтовых соединений 6, в отверстия (не показаны), выполненные в блоке цилиндров 1 параллельно оси вращения 7 коленчатого вала 3, проходящие через все сборные секции 5. Протяжка болтовых соединений 6 с заданным усилием позволяет, помимо вышеупомянутой «силовой» межцилиндровой связи, обеспечить надежное уплотнение составных секций 5, исключая деформацию корпусных элементов.
Головка блока цилиндров 4 и узлы механизмов газораспределения (не показаны), изготовленные в соответствии с конструкцией ДВС в зависимости от числа цилиндров 2, устанавливаются и фиксируются известными способами, например с помощью шпилек (не показаны), установленных в резьбовые отверстия 38 (см. фиг.7). Герметичность всех соединений также обеспечивается известными способами.
На боковые стороны ДВС устанавливают с одной стороны торцевую крышку 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31, с другой стороны картер сцепления коробки перемены передач 32. При этом габаритные размеры элементов механизма привода вспомогательных агрегатов 31 подбираются таким образом, чтобы их величина не превышала габаритные размеры внутренней полости, образованной стенками секции 5. Торцевая крышка 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31 крепится на блок цилиндров 1 к поверхности крепления 28 секции 5 посредством винтовых соединений (не показаны). В частном случае исполнения предлагаемого изобретения приводные элементы выполнены в виде с одной стороны приводного колеса 39, который снабжен шкивом-сухарем, а с другой стороны маховиком со ступицей 40. Все узлы, установленные с возможностью вращения, снабжены соответствующими уплотнительными элементами 41.
Устройство по изобретению воспроизводимо известными техническими средствами и может быть использовано в условиях серийного производства.
Использование изобретения позволяет посредством технологичной сборки получить конструкцию надежных ДВС различных модификаций, отличающихся количеством цилиндров, мощностью и массогабаритными показателями, используя унифицированные узлы и модули повышенной точности и качества изготовления.