УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДЛЕНИЯ РЕСУРСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована для продления ресурса двигателя внутреннего сгорания при выявлении недопустимого износа деталей двигателя в области передней выходной части коленчатого вала (коленвала) при плановом или внеплановом техобслуживании.
При проектировании двигателей внутреннего сгорания, как правило, предусматривается обеспечение надёжного установа всего коленчатого вала, включая его переднюю часть, которая, как правило, нагружена усилиями от приводов (ремни/цепи) навесных агрегатов и проектируется так, чтобы знакопеременные деформации изгиба передней части коленчатого вала были минимальными и не влияли на долговечность детали в целом с точки зрения её усталостной прочности. Для этого, как правило, обеспечивается надежное крепление передней выходной части коленвала в картере двигателя с обеспечением долговечной работы узла подшипника передней выходной части коленвала (выходной оси). В общем случае, узел подшипника передней выходной части коленвала проектируется так, чтобы исключить появление деформаций изгиба выходной оси.  Дополнительно могут использоваться способы компенсации сил приложенных перпендикулярно выходной оси в процессе эксплуатации двигателя.
Например, в патенте США US6332441B1 предлагается использовать оконечную часть выходной оси совместно с двумя приводными колесами (звездочками), приводящими в движение цепи, с обеспечением приложения к шкивам сил, направленных в противоположных направлениях. Такое конструктивное выполнение повышает срок службы двигателя за счет обеспечения равномерной нагрузки на узлы подшипника выходной оси.
Вместе с тем существует большое количество двигателей внутреннего сгорания, рассчитанных недостаточно тщательно или используемых в режимах работы, не предусмотренных при проектировании двигателей. Например, при повышении мощности электрогенератора, ротор которого приводится во вращение шкивом, установленным на выходной оси или приводимого мощности кондиционера или превышении силы натяжения ремня, установленного на шкиве выходной оси, возможно появление недопустимых изгибающих сил на выходной оси коленвала. Такие же проблемы могут возникнуть при применении навесного вентилятора охлаждения на двигателях, изначально не рассчитанных на установку данного оборудования, который отбирает существенную мощность, особенно в режиме работы двигателя с высокими оборотами.
Первоначально, указанный нештатный режим работы двигателя никак не проявляется, однако приводит сначала к неравномерному износу подшипника скольжения  выходной оси, затем к появлению несоосности выходной оси и коренной оси, а затем к ускорению  неравномерного износа подшипника выходной оси и поверхности выходной оси, а также к внезапному разрушению коленвала в связи с приложением к элементам коленвала переменных изгибающих сил в процессе вращения. Дополнительно повышается износ шкивов или приводных колес, имеющих другое конструктивное выполнение, например, звездочек и сопряженных с ними элементов. При возникновении несоосности, по мере износа постели вкладыша коренного подшипника и собственно коренных шеек коленчатого вала, а  также из-за увеличивающегося диаметрального зазора в сопряжении "шейка - постель", величина которой может привести к недопустимым напряжениям изгиба в теле коленчатого вала рекомендуется проводить капитальный ремонт с применением при этом дополнительных конструктивных элементов, поскольку такой дефект может привести, и - приводит, по результатам многочисленных отказов, -  к внезапному останову двигателя.
В связи с этим, при выявлении несоосности выходной оси и коренной оси двигателя в процессе технического обслуживания или технического контроля рекомендуется проводить капитальный ремонт двигателя в связи с тем, что такой дефект может привести к внезапному разрушению узлов двигателя в процессе эксплуатации.
Таким образом, в уровне техники существует потребность в средствах, обеспечивающих повышение ресурса двигателей внутреннего сгорания, при несоосности выходной оси с коренной осью или наличия возможности возникновения такой несоосности. Предложенная полезная модель решает указанную задачу с достижением технического результата, заключающегося в продлении ресурса двигателя с сокращением издержек, связанных с мероприятиями по продлению ресурса двигателя, а также дополнительного технического результата, заключающегося в повышении безопасности эксплуатации двигателя и устройств, на которых он установлен. В связи с этим следует отметить, что, например, заклинивание двигателя движущегося автомобиля может привести к дорожно-транспортному происшествию с тяжелыми последствиями. Предложенное устройство обеспечивает существенное усиление коленвала, поскольку устанавливается с торца коленвала и снижает изгибающие моменты коленвала при минимальном приложении сил к узлу крепления.  Также существует насущная необходимость внесения дополнительных конструкторских элементов в двигатель в процессе капитального ремонта (планового ремонта), поскольку несоосность опорных шеек коленчатого вала и коренных вкладышей является реальным фактом, много раз подтверждённым  в условиях реального ремвоздействия, и предложенная полезная модель решает указанную задачу с достижением с обеспечением не только надёжного продления ресурса двигателя, но и с существенным сокращением возможных последующих издержек в последующей эксплуатации. Предлагаемое устройство обеспечивает принципиальное улучшение установа коленчатого вала, но при этом конструкция двигателя в целом не нарушается, а уменьшение изгибающих моментов, приходящихся на выходной конец вала, достигается с помощью дополнительной навесной конструкции, детали которой в процессе функционирования двигателя будут воспринимать весьма умеренные усилия, не могущие вести к их разрушению и тем более к деформации самого блока, к которому эти детали прикреплены.
Для достижения технического результата предлагается устройство для продления ресурса двигателя внутреннего сгорания, содержащее крепежный узел, предназначенный для неподвижного крепления на картере двигателя внутреннего сгорания и подшипник вращения, неподвижная часть которого неподвижно закреплена на крепежном узле, а  подвижная часть подшипника вращения предназначена для закрепления на передней выходной части коленчатого вала двигателя неподвижно относительно передней выходной части коленчатого вала двигателя и с обеспечением соосности оси вращения подвижной части подшипника вращения с осью вращения коренной оси коленчатого вала двигателя при закреплении крепежного узла на картере двигателя.
В частном случае реализации, подшипник выполнен в виде подшипника качения, внешняя обойма которого использована в качестве неподвижной части подшипника, а внутренняя обойма - в качестве подвижной части подшипника. В другом частном случае реализации, устройство предназначено для использования совместно с передней выходной частью коленчатого вала двигателя, на которой расположено приводное колесо, устройство дополнительно содержит элемент сопряжения, неподвижно прикрепленный к подвижной части подшипника и выполненный с обеспечением закрепления приводного колеса к выходной части коленчатого вала двигателя. При этом элемент сопряжения может содержать часть с внешней резьбой, предназначенной для резьбового соединения с внутренней резьбой выходной части коленчатого вала двигателя и прижимную часть, выполненную с обеспечением сопряжения с торцевой частью приводного колеса.
В частном случае реализации, крепежный узел предназначен для закрепления на картере двигателя между приводными колесами одной цепной или ременной передачи. В частном случае реализации, крепежный узел содержит отверстия, расположение которых обеспечивает соединение крепежного узла с картером двигателя, с использованием резьбовых соединений, предусмотренных конструктивным выполнением картера двигателя.
В другом частном случае реализации, в качестве подвижной части используется внешняя обойма, предназначенная для закрепления на приводном колесе.
В еще одном варианте выполнения устройства, крепежный элемент может быть полностью встроен в масляный насос. Например, на некоторых двигателях между шестернёй привода газораспределительного механизма (ГРМ) и активной частью масляного насоса есть свободный участок коленвала, на который можно установить подшипник, в свою очередь установленный в модифицированный масляный насос.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен обобщенный вариант устройства;
на фиг. 2 изображен обобщенный вариант устройства с видом устройства сверху;
на фиг. 3 показан вариант устройства, где внешняя обойма подшипника закрепляется на коленвале двигателя неподвижно относительно коленвала;
на фиг. 4 показан вариант устройства, где внешняя обойма подшипника закрепляется на коленвале двигателя неподвижно относительно коленвала с видом устройства сверху;
на фиг. 5 изображена детальная схема установки устройства на двигатель.
На фигурах номерами обозначены:
1 - Блок (корпус) двигателя.
2 - Основа усилителя.
3 - Держатель подшипника.
4 - Подшипник.
5 - Удлинитель коленвала.
6 - Передний демпфер (шкив) коленвала.
7 - Приводная шестерня ремня ГРМ.
8 - Коленчатый вал двигателя.
9 - Натяжной механизм ремня ГРМ.
10 - Шестерня распределительного вала.
11 - Адаптер подшипника.
12 - Ремень привода ГРМ.
В обобщенном варианте полезной модели, показанном на фиг. 1 и 2, устройство устанавливается на двигатель путем прикрепления крепежного узла 3 к корпусу 1 или картеру двигателя. Крепежный узел может содержать опору 2, толщина которой зависит от расстояния между поверхностью картера 1 и торцевой плоскостью выходной части (хвостовика) коленвала 8. На хвостовике могут быть расположены передний демпфер коленвала или шкив 6, а также приводное колесо 7, выполненное в виде шестерни газораспределительного механизма. Устройство, в частном случае реализации, также содержит удлинитель 5 коленвала, предназначенный для сопряжения элементов устройства с двигателем.
В крепежный узел запрессована внешняя обойма подшипника 4 качения, внутренняя обойма которого закреплена на удлинителе 5 хвостовика коленвала. Удлинитель 5 может содержать резьбовой элемент, формирующий резьбовое соединение между хвостовиком коленвала и соединителем так, что шкив 6 закрепляется неподвижно, относительно коленвала, удлинителя коленвала и внутренней обоймы подшипника.
Крепежный элемент 3, в зависимости от конструкции двигателя, может быть выполнен в комплекте с опорой 2 или основой усилителя в виде отдельного элемента или может быть выполнен в виде монолитного элемента с опорой, и крепиться непосредственно на корпус двигателя, или может быть модифицированной частью какой-либо из навесных деталей, например, кронштейна вентилятора охлаждения, или корпуса масляного насоса, или модифицированной передней крышки двигателя.
Удлинитель коленвала может быть выполнен в виде отдельного элемента или выполняться в виде части модифицированной шестерни или шкива коленвала.
Крепежный элемент, выполняющий функции держателя подшипника, жестко фиксируется на опоре 2, а подшипник может быть установлен на хвостовике коленвала или удлинителе коленвала способом скользящей посадки.
В другом частном случае реализации полезной модели, показанном на фиг. 3 и 4, показан вариант устройства, где внешняя обойма подшипника закрепляется на коленвале двигателя неподвижно относительно коленвала. Для этих целей может использоваться модифицированный демпфер коленвала, предназначенный для закрепления в нем внешней обоймы подшипника, например, методом горячей посадки или могут использоваться другие методы соединения элементов, такие как пайка, сварка или резьбовое соединение. Как показано на чертежах, в устройстве может быть предусмотрен адаптер 11 подшипника, предназначенный для сопряжения внешней обоймы подшипника с внутренней поверхностью демпфера.
В таком варианте выполнения, крепежный узел содержит ось, на которой неподвижно закрепляется внутренняя обойма подшипника. Ось может быть выполнена как монолитный элемент крепежного узла или может соединяться с крепежным узлом винтовым соединением, пайкой или сваркой. Такую конструкцию можно использовать для двигателей, где демпфер или шкив не позволяют корректно, то есть, с условием точной установки относительно оси коленвала, установить удлинитель коленвала.
Более детально схема установки устройства на двигатель показана на фиг. 5, где  корпус двигателя без части навесного оборудования обозначен позицией 1, шестерня распределительного вала обозначена позицией 7, под номером 9 показан натяжной механизм ремня ГРМ, номером 12  обозначен ремень привода ГРМ.
Усилитель коленвала, то есть предложенное устройство, преимущественно устанавливается в процессе регламентной замены механизма привода ГРМ. При этом сама схема работ по техническому обслуживанию, практически не меняется, а дополнительно проводятся операции по установке устройства.
В целом, процесс установки устройства проводится следующим образом.
Демонтируются отработавшие ресурс элементы привода ГРМ.
Опора 2 устанавливается на картере двигателя.
Устанавливается удлинитель коленвала или модернизированная шестерня привода ГРМ с удлинителем коленвала.
Заменяющие шестерни 20 и 8 устанавливаются на штатные места, устанавливается цепь или ремень 40, а также блок 30, с сохранением свободного провисания цепи 40.
Держатель подшипника, выполненный в виде крепежного элемента 3, устанавливается на хвостовик 5 и фиксируется на опоре 2, после чего обеспечивается надежное закрепление всех элементов устройства, в результате чего хвостовик 5 располагается соосно с осью вращения коленчатого вала двигателя.
После этого производится натяжение ремня 40 до штатных значений, также проводятся другие операции, предусмотренные регламентом техобслуживания. Самым важным в процессе монтажа предложенного устройства является то, что при приложении поперечных сил на выходной конец вала от натяжения ремней/цепей, возникающих при регулировочных работах (операция натяжения), соосность всех коренных подшипников и дополнительной выносной опоры сохраняется, а изгибающие моменты, приложенные к указанному концу вала, сводятся практически к нулю. При этом мероприятия, в результате которых к хвостовику коленвала начинают прикладываться поперечные силы, осуществляются после завершения установки предложенного устройства. В этом случае устройство максимально воспринимает реактивные нагрузки от поперечных сил навесных механизмов (агрегатов) и передаёт их на корпус блока цилиндров (что является вполне допустимым, не опасным для самого блока). Таким образом, происходит практически полная компенсация изгибных моментов, приходящихся на выходной конец коленчатого вала, - независимо от меняющихся величин собственно нагрузок при реальной эксплуатации. Монтаж устройства не ведёт к каким-либо привнесённым дополнительным изгибам переднего конца вала через контакт с шарикоподшипником.
В этом случае предложенное устройство эффективно препятствует недопустимому изгибу коленвала и существенно продлевает срок службы коленвала и двигателя, в целом, поскольку происходит полная компенсация поперечных сил, которые могут изменяться в процессе работы двигателя, например, при изменении мощности электрической нагрузки генератора, приводимого во вращение ременной или цепной передачей от хвостовика коленвала.