Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автомобильных шасси общего и специального назначения, а также в специальных агрегатах и установках с целью получения механической энергии.
Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), предназначенные для преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию движущихся масс, которые устанавливаются на транспортные средства общего и специального назначения, а также на различные агрегаты с целью получения механической энергии (крутящего момента). Указанные ДВС имеют общую конструктивно-компоновочную схему, включающую в себя кривошипно-шатунный (КШМ) и газораспределительный механизмы, а также системы: смазки, питания, охлаждения и зажигания или впрыска топлива, соответственно для карбюраторных или дизельных ДВС, которые соединены между собой посредством конструктивных или функциональных связей.
В зависимости от требуемой мощности, ДВС могут быть двухтактные или четырехтактные, одно- или многоцилиндровые, а в зависимости от расположения цилиндров они могут быть рядными, "V"-образными или оппозитными. Основной конструктивной особенностью этих двигателей является горизонтальное расположение коленчатого вала, который посредством коренных шеек, через вкладыши или подшипники качения и элементы крепления, определенным образом устанавливается в картере, закрывающимся поддоном.
К шатунным шейкам коленчатого вала, через шатунные вкладыши, шарнирно крепятся шатуны, которые через поршневые пальцы шарнирно связаны с поршнями, расположенными внутри цилиндров. При этом цилиндры могут быть выполнены в виде блока, как одно целое с картером коленчатого вала или съемными.
Сверху цилиндры закрываются головками, обеспечивающими герметичность цилиндров, подвод горючей смеси и отвод продуктов горения, в зависимости от фазы работы того или иного цилиндра. С этой целью в корпусе головки монтируется газораспределительный механизм (ГРМ), основными деталями которого являются один или два распределительных вала, один или два впускных и один или два выпускных клапана, а также элементы для передачи усилия от распределительного вала к клапанам. При этом приводом ГРМ является зубчатая, цепная или ременная передача, передающая крутящий момент от коленчатого вала на распределительный. Запуск ДВС осуществляется посредством стартера, обеспечивающего кратковременную передачу крутящего момента от электродвигателя, через соединительную муфту, на маховик коленчатого вала.
Система питания обеспечивает приготовление рабочей смеси топлива с воздухом, ГРМ - ее подачу в соответствующие цилиндры, а система зажигания - ее воспламенение.
Продукты горения через выпускные клапаны ГРМ, систему отвода отработавших газов выводятся в атмосферу. При этом система смазки обеспечивает смазку трущихся деталей механизмов, а система охлаждения поддерживает температурный режим работы двигателя в требуемых пределах. Указанный ДВС, в совокупности со всеми системами, представляющий собой силовую установку, устанавливается в отсеке силовой установки и посредством демпфирующих устройств крепится к лонжеронам кузова или на раме автомобиля.
К рабочей плоскости маховика крепятся элементы сцепления фрикционного типа, обеспечивающего передачу крутящего момента от коленчатого вала двигателя на коробку передач и их кратковременное рассоединение, в случае применения механической трансмиссии или гаситель крутильных колебаний и вибраций, соединяющий ДВС гидротрансформатором, при применении гидромеханической трансмиссии. См. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. М., "Машиностроение", 1989, 306 с.
Известны также конструкции звездообразных авиационных двигателей с расположением цилиндров в одной или двух плоскостях (одно- или двухрядные), содержащие обычный или разборный коленчатый вал, состоящий из двух или трех частей, например, переднего колена, заднего колена и центральной щеки, соединяющей оба колена, расположенные под углом 180o, посредством шпонок и болтового соединения.
Коренными шейками коленчатый вал опирается на два подшипника, установленных в гнездах разъемного картера. Коленчатый вал своей передней частью приводит в действие ГРМ, а задней - вспомогательные агрегаты. При этом на передней части коленчатого вала устанавливается винт или она связана с редуктором.
На шатунные шейки через подшипники скольжения устанавливаются комплекты шатунов, один комплект на один ряд цилиндров, состоящих из одного главного шатуна и нескольких прицепных шатунов, количество которых определяется количеством цилиндров в ряду. Как главный, так и прицепные шатуны могут представить собой балку двутаврового переменного сечения, прямоугольный профиль переменного сечения или трубку.
На одном конце главного шатуна выполнена шатунная головка, по периметру которой имеются проушины для шарнирного крепления, посредством пальцев, прицепных шатунов. На другом конце как главного, так и прицепных шатунов, выполнены поршневые головки, посредством которых через втулки и поршневые пальцы шатуны шарнирно связаны с поршнями, расположенными в цилиндрах.
Каждый из цилиндров закрывается головкой, в которой смонтированы один-два впускных и один-два выпускных клапана, с приводом от распределительной кулачковой шайбы, установленной на переднем колене коленчатого вала концентрично коренной шейке, и посредством зубчатой передачи, связанной с шестерней коленчатого вала. К фланцам выпускных отверстий головок прикреплены приемные патрубки системы отвода отработавших газов. К фланцам входных отверстий головок прикреплены впускные патрубки системы питания, посредством которых от карбюратора в цилиндры через впускные клапаны ГРМ с определенным подпором подается топливная смесь.
В двигателях тяжелого топлива (дизельных) посредством этих патрубков в цилиндры через впускные клапаны ГРМ подается с определенным подпором воздух от компрессора, а топливо - посредством форсунок, ввинченных в отверстия головок цилиндров, от топливного насоса высокого давления (ТНВД) через систему трубопроводов. Для обеспечения полноты наполнения рабочих полстей ТНВД топливом зачастую используются топливоподкачивающие насосы (ТПН). В карбюраторных двигателях для подачи топлива в карбюратор используются бензонасосы (БН). При этом приводом насосов являются эксцентриковые кулачки, выполненные на коленчатом или распределительном валу, или же они снабжены отдельным кулачковым валом с приводом от коленчатого вала.
Воспламенение рабочей смеси в ДВС, работающих на бензине (легком топливе), осуществляется системой зажигания за счет электрических разрядов в камерах сгорания, происходящих между электродами свечей, в соответствующие моменты времени, определенными фазами работы цилиндров. Формирование порядка зажигания по цилиндрам и его момента осуществляется элементами системы зажигания.
В двигателях, работающих на тяжелом топливе, воспламенение осуществляется от сжатого в цилиндрах воздуха, температура которого в конце такта сжатия вызывает самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в цилиндры через форсунки. При этом момент впрыска, как и момент зажигания, является регулируемым параметром и обеспечивается взаимным расположением элементов привода ТНВД и коленчатого вала.
Смазка трущихся поверхностей КШМ, ГРМ и других элементов осуществляется системой смазки за счет масла, подаваемого под давлением масляным насосом, как правило, шестеренчатого типа с приводом от коленчатого или распределительного валов. При этом не исключается применение маслоподкачивающей помпы, улучшающей циркуляцию масла в системе смазки.
Для обеспечения требуемого температурного баланса ДВС на них применяется система охлаждения, которая может быть как жидкостной, так и воздушной.
Основными элементами жидкостной системы охлаждения являются водяной насос с приводом от коленчатого вала, радиатор с вентилятором, термостат, а также система трубопроводов. Основу воздушной системы охлаждения составляют: вентилятор и воздуховоды.
Основные параметры систем работающего двигателя контролируются посредством измерительных и индикаторных приборов. Для повышения качества функционирования двигателя его механизмы и системы могут быть дополненными различными вспомогательными элементами. см.: патент США N 2175463 от 10 октября 1939 г. , А.А. Веселовский и др. Авиационные двигатели. Под ред. В.В. Александрова и П.И. Орлова Учебник для школ авиационных техников ВВС РККА. М., Л., ОНТИ НКТП СССР, Гл. ред. авиац. литературы 1938, 424 с.
Конструктивно-компоновочная схема известных ДВС, обусловленная горизонтальным расположением коленчатого вала, определяет конструктивно-компоновочную схему трансмиссии и шасси автомобиля в целом, заключающуюся в последовательном расположении элементов трансмиссии по всей длине автомобиля. При этом, в случае продольного расположения двигателя и привода на передние колеса, возникает необходимость применения раздаточной коробки при использовании полноприводной схемы или внебазовую компоновку двигателя при использовании переднеприводной схемы. Как в первом, так и во втором случае это определяет вид и форму автомобиля, а также снижает его дорожно-скоростные показатели за счет потерь в трансмиссии и значительного переднего свеса, влияющего на устойчивость автомобиля.
При поперечном расположении двигателя он компонуется практически внутри базы шасси, однако реализация полноприводной схемы автомобиля при этом несколько затруднена. Поэтому при поперечном расположении двигателя в основном реализуется переднеприводная схема. И, если при продольном расположении двигателя могут применяться как рядные, так и V-образные, реже оппозитные двигатели, то при поперечном его расположении в основном используются рядные четырехцилиндровые двигатели, что накладывает определенные ограничения по мощности. Звездообразные двигатели из-за своей конструктивной особенности вообще на автомобилях не используются.
Основным конструктивным недостатком всех многоцилиндровых двигателей, за исключением звездообразных и то не в полной мере, является сложность технологического цикла изготовления и сборки блока цилиндров, головки блока, деталей КШМ и ГРМ и т.д. При этом наиболее слабым местом КШМ являются коренные и шатунные вкладыши, а ГРМ - выпускные клапаны, распределительный вал, привод распредвала. Так, при монтаже коленчатого вала в картере двигателя требуется определенная квалификация, при этом подгонка ремонтных вкладышей требует шлифовки коренных и шатунных шеек коленчатого вала с применением специальной остатки. К смазке коренных и шатунных вкладышей в процессе эксплуатации предъявляются особые требования. Малейшие отказы системы смазки приводят к выходу из строя коренных и шатунных вкладышей и КШМ в целом.
Выпускные клапаны ГРМ в процессе эксплуатации подвергаются эрозии, что приводит к нарушению герметичности цилиндров и потере мощности. Износ распределительного вала и его привода (зубчатого, цепного или ременного) требует периодической регулировки и ухода, а срок годности привода значительно меньше срока годности остальных элементов КШМ и ГРМ.
Особую сложность и трудоемкость вызывает ремонт двигателя. Даже при проведении среднего ремонта, двигатель подвергается практически полной разборке.
И последнее. Учитывая возросшие требования к скоростным показателям автомобиля, в настоящее время на них в основном используются высокооборотистые ДВС, особенностью которых является значительная разница между оборотами коленчатого вала соответствующим максимальному значению мощности и крутящего момента. При этом эти параметры, как правило, вдвинуты ближе к максимальному значению частоты вращения коленчатого вала, что вызывает определенные затруднения при движении в сложных дорожных условиях.
Основным недостатком известных ДВС, с экологической точки зрения, является отсутствие возможности выключения двигателя и его запуск в автоматическом режиме без использования стартера, при движении в городском цикле в условиях заторов и пробок, а также при ожидании разрешающего сигнала светофора.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение как мощности ДВС, таки его экономичности.
Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы смазки, охлаждения, питания и зажигания, картер, цилиндры с головками на наружной стороне, поршни, коленчатый вал, выполненный в виде двух колен, соединенных между собой центральной щекой, и комплекты шатунов с одним главным и прицепными шатунами, установленные на шатунных шейках коленчатого вала, причем прицепные шатуны посредством подшипников и пальцев, а также проушины, выполненных по периметру шатунной головки главного шатуна, связаны между собой, образуя комплект, поршневые головки которых через соответствующие окна в стенках картера коленчатого вала заведены в полость цилиндров и посредством поршневых пальцев и подшипников связаны с поршнями, расположенными во внутренних полостях гильз цилиндров и контактирующими с их внутренней поверхностью посредством компрессионных и маслосъемных колец, установленных в канавках поршней, коленчатый вал выполнен разборным и смонтирован вертикально на опорах качения, установленных в гнездах верхней и нижней половинок картера коленчатого вала, соединенных между собой обоймой, с выполнением по окружности на границах стыков обоймы с половинками картера двух рядов окон с фланцами, сдвинутых относительно друг друга в рядах, на угол, равный половине угла развала цилиндров, которые внутренними сторонами прикрепляются к фланцам окон, на шатунные шейки коленчатого вала посредством игольчатых подшипников установлены комплекты шатунов, состоящие из одного главного шатуна и прицепных шатунов, причем главный и прицепные шатуны, посредством аналогичных подшипников и пальцев, а также проушин, выполненных по периметру шатунной головки главного шатуна, соединены между собой, образуя комплект, поршневые головки которых через соответствующие окна в стенках картера коленчатого вала заведены в полость цилиндров и посредством поршневых пальцев и аналогичных подшипников связаны с поршнями, при этом на верхнем выходном конце коленчатого вала смонтированы элементы газораспределительного механизма, системы питания, охлаждения и привод генератора и компрессора, собранные в блок - корпусе, прикрепленном к верхней половинке картера коленчатого вала, а на нижнем - основной и дополнительный маховики и ведущий элемент передачи крутящего момента от коленчатого вала к элементам трансмиссии, расположенным в полости картера маховиков, прикрепляемого к нижней половинке картера коленчатого вала и закрывающегося поддоном и, к которому посредством болтового соединения прикрепляется корпус элементов трансмиссии, внутри которого, в соответствующих полостях, смонтированы ведомый элемент передачи крутящего момента от двигателя, сцепление, коробка перемены передач и главная передача с дифференциалом, элементы вращения которых на подшипниках качения, за исключением главной передачи и дифференциала, расположены вертикально, параллельно коленчатому валу двигателя, а главной передачи и дифференциала - горизонтально, при этом нижняя часть корпуса элементов трансмиссии частично закрывается поддоном картера маховиков, а главная передача и дифференциал - картером, прикрепляющимся к нижней части корпуса элементов трансмиссии, во внутреннюю полость которого, через окна, выполненные в диаметрально противоположных стенках этого картера, заведены полуоси, вторые концы которых связаны с ведущими колесами шасси, причем весь двигатель с наружной стороны, за исключением поддона картера и корпуса элементов трансмиссии, закрыт кожухом, выполненным в виде цилиндрической обечайки, расположенной вокруг цилиндров верхней и нижней звезд, соосно с вертикальной осью двигателя, которая по верхней границе стыкуется с колпаком, закрывающим верхнюю часть двигателя, а именно блок-корпус с элементами газораспределительного механизма, системы питания и охлаждения, а по нижней - с двумя симметричными половинками днищ кожуха, закрывающими картер маховиков.
Цилиндры двигателя в виде двух звезд расположены в двух горизонтальных параллельных между собой плоскостях с обеспечением сдвига цилиндров верхней и нижней звезд относительно друг друга на половину угла развала цилиндров в звезде, симметрично друг другу в диаметрально противоположных направлениях для одноименных цилиндров каждой из звезд, а шатунные шейки коленчатого вала установлены относительно друг друга под углом 180o, при этом в головках цилиндров выполнены каналы системы питания воздухом, перекрывающиеся впускными клапанами на такте сжатия и открывающимися для продувки цилиндров воздухом в конце рабочего хода, а стенках гильза цилиндров и их оснований - выпускные окна, открывающиеся в конце рабочего хода поршней и перекрывающиеся ими же в начале такта сжатия.
Более подробно следует отметить следующее. Коленчатый вал представляет собой нижнее и верхнее колена, каждое из которых содержит коренную шейку, выполненную на выходном конце колена, противовес и шатунную шейку или только противовес, и посредством центральной щеки оба колена соединены между собой под углом 180o посредством шлицевого соединения и стяжных болтов, образуя при этом двухопорный коленчатый вал с одной или двумя шатунными шейками, который опирается на подшипники качения, расположенные в гнездах нижней и верхней половинок картера коленчатого вала, при этом в верхнем гнезде также смонтировано устройство выбора зазора в подшипниках.
На верхнем выходном конце коленчатого вала установлены детали приводов ГРМ, системы питания, зажигания и охлаждения, а также компрессора и генератора, собранные в блок-корпусе, прикрепленном к верхней половинке картера коленчатого вала. Нижний конец коленчатого вала выходит в картер маховиков и на нем устанавливаются и жестко закрепляются основной маховик и ведущий элемент (шкив, шестерня, звездочка), предназначенные для передачи крутящего момента с коленчатого вала на ведущий элемент сцепления, а через подшипники качения установлен дополнительный маховик с механизмом привода фрикционного типа, обеспечивающего связь между основным и дополнительным механизмами, в зависимости от режимов работы двигателя. Носок нижнего конца коленчатого вала опирается на подшипник качения, установленный в гнезде кронштейна, закрепляемого в картере маховика. На шатунные шейки коленчатого вала, через игольчатые подшипники качения, установлены главные шатуны, к кривошипным головкам которых через аналогичные подшипники, посредством проушин, выполненных по периметру головок, и пальцев, устанавливаемых в эти проушины, шарнирно прикреплены прицепные шатуны, образуя с главным шатуном комплект для соответствующей звезды, количество которых в комплекте определяется количеством цилиндров в ряду.
Поршневые головки шатунов каждого комплекта через соответствующие окна, образованные верхней и нижней половинками и средней частью картера коленчатого вала, установленной между половинками, выходят наружу и через поршневые пальцы соединяются с поршнями. Поршни, укомплектованные двумя компрессионными и одним маслосъемным кольцами, установленными в канавках головки поршня, и одним компрессионным и одним маслосъемным, установленными в канавках юбки, располагаются во внутренних полостях гильз цилиндров и контактируют с их внутренней поверхностью посредством компрессионных и маслосъемных колец, при этом цилиндры прикрепляются к фланцам окон картера коленчатого вала, образуя при этом верхнюю и нижнюю звезды с определенным, обычно непарным, количеством цилиндров в каждой, расположенных в двух горизонтальных, параллельных между собой плоскостях, с обеспечением сдвига цилиндров верхней и нижней звезд относительно друг друга на половину угла развала цилиндров в звезде, симметрично друг другу в диаметрально противоположных направлениях для одноименных цилиндров каждой из звезд. На корпусе каждого цилиндра, примерно в средней его части, снизу, расположены отверстия выпускных окон, открывающиеся в конце рабочего хода поршней и перекрывающиеся ими же в начале такта сжатия, к которым прикрепляются приемные патрубки системы отвода отработавших газов и которые своими вторыми концами подведены к ресиверу турбины компрессора. На наружной поверхности цилиндров выполнены ребра комбинированной системы охлаждения, а также приливы с отверстиями для подводящего и отводящего патрубков жидкостной системы охлаждения, вторые концы которых соединены с подводящим и отводящим коллекторами системы охлаждения. Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется посредством водяного насоса мембранного типа двухстороннего действия, обеспечивающего перекачку охлаждающей жидкости или между подводящим и отводящим коллекторами или через радиатор отопителя салона, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и положения деталей термостата.
На каждом из цилиндров установлена головка, в которой выполнен канал системы питания воздухом и смонтирован впускной клапан, перекрывающий канал системы питания воздухом на такте сжатия и открывающим канал в конце рабочего хода поршня для продувки цилиндра воздухом, с подводом его от турбокомпрессора, а также выполнены резьбовые отверстия, в которые ввинчены форсунка системы питания топливом и одна или две свечи системы зажигания.
Между герметизирующими поверхностями цилиндров и головок, в зависимости от топлива, которое предполагается использовать в двигателе (дизельное или бензин), устанавливается или прокладка или проставка с двумя прокладками, чем достигается изменение степени сжатия.
Приводом впускных клапанов является кулачковая шайба, установленная в блок-корпусе и жестко связанная с верхним выходным концом коленчатого вала. Рабочие кулачки шайбы через ролики контактируют с толкателями, смонтированными в блок-корпусе. В посадочные места толкателей устанавливаются штанги, вторые концы которых опираются на регулировочные узлы коромысел. Коромысла клапанов установлены на осях и своими вторыми плечами взаимодействуют с торцами стержней клапанов.
Форсунки, ввинченные в головки, посредством трубопроводов соединены с нагнетательными магистралями ТНВД, собранного в блок-корпусе, с приводом от аналогичной кулачковой шайбы, установленной в блок-корпусе и имеющей возможность поворота относительно кулачковой шайбы ГРМ на угол развала цилиндров. Для качественного наполнения рабочих полостей ТНВД топливом в системе питания используется топливоподкачивающий насос с приводом от этой же кулачковой шайбы, которая также является приводом для водяного насоса. В средней части верхнего выходного конца коленчатого вала посредством шлицевого соединения установлена коническая шестерня, которая является приводной для двухцилиндрового оппозитного компрессора и основного генератора. Эта шестерня поджимается ступицей вентилятора воздушной системы охлаждения, который посредством этих же шлицев установлен на выходном конце коленчатого вала и фиксируется гайкой. Корпус вентилятора возвышается над блок-корпусом, а его лопасти расположены внутри колпака, закрывающего верхнюю часть двигателя. На периферийной, конической части колпака выполнены жалюзи, а соосно с коленчатым валом - центральное отверстие, в котором установлена крышка распределителя зажигания, выходные клеммные контакты которой посредством высоковольтных проводов соединены со свечами и катушкой зажигания, при этом датчик момента зажигания и подвижный контакт (ротор, бегунок) распределителя связаны с верхним концом коленчатого вала. Весь двигатель с наружной стороны, за исключением поддона картера и корпуса элементов трансмиссии, закрыт кожухом, выполненным в виде цилиндрической обечайки, расположенной вокруг цилиндров верхней и нижней звезд, соосно с вертикальной осью двигателя, которая по верхней границе стыкуется с колпаком, закрывающим верхнюю часть двигателя, а именно, блок-корпус с элементами ГРМ, системы питания и охлаждения, а по нижней, - с двумя симметричными половинками днища кожуха, закрывающими картер маховиков.
Смазка трущихся деталей КШМ, ГРМ, поршневого и турбинного компрессоров, а также элементов трансмиссии осуществляется посредством масла системы, циркуляция которого обеспечивается масляным насосом, расположенным в поддоне картера маховиков и имеющим комбинированный привод от мотор-генератора постоянного тока дозапуска ДВС и от вала сцепления, через обгонную муфту, в процессе работы двигателя. При этом после запуска ДВС мотор-генератор является вторичным источником электрической энергии.
Нижний конец коленчатого вала посредством ведущего элемента, в качестве которого может применяться шкив цепного вариатора, звездочка цепной передачи или шестерня зубчатой передачи, связан с валом сцепления, на котором посредством шлицевого соединения установлены или регулируемый шкив цепного вариатора или звездочка цепной передачи или зубчатое колесо, в зависимости от разновидности ведущего элемента. При этом в случае применения цепного вариатора в картере маховиков монтируется натяжитель цепи вариатора.
На валу сцепления жестко устанавливается ведущая полумуфта, выполненная из армированной резины, в виде замкнутого цилиндрического объема, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены фрикционные накладки. По оси ведущей полумуфты вмонтирована резьбовая втулка с радиальным отверстием в средней ее части, посредством которой ведущая полумуфта через уплотнительные элементы навинчивается на вал сцепления, а посредством радиального отверстия ее внутренняя полость через канал, выполненный по оси вала сцепления, и уплотнительное устройство, связана с воздушной нагнетательной магистралью АСУ. При подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость ведущей полумуфты ее фрикционные накладки взаимодействуют с внутренней цилиндрической поверхностью ведомой полумуфты, которая свободно через подшипники качения установлена на этом же валу таким образом, что ведущая полумуфта располагается во внутренней полости ведомой. На наружной поверхности ведомой полумуфты выполнено зубчатое колесо, посредством которого ведомая полумуфта связана с первичным валом коробки перемены передач (КПП). На вторичном валу КПП свободно установлены шестерни основных передач и заднего хода, которые связываются с вторичным валом посредством муфт с синхронизаторами при включении той или иной передачи.
На конце вторичного вала КПП выполнена коническая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым колесом редуктора главной передачи, который в свою очередь через полуоси с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС) связан с колесами, при этом элементы вращения сцепления и КПП на подшипниках качения расположены вертикально, параллельно коленчатому валу двигателя, а главной передачи и дифференциала - горизонтально. Картер сцепления и КПП выполнены в одном корпусе, который посредством болтового соединения прикреплен к картеру маховиков, а главная передача и дифференциал - картером прикрепляется к нижней части корпуса элементов трансмиссии, во внутреннюю полость которого через окна, выполненные в диаметрально-противоположных стенках этого картера, заведены полуоси, вторые концы которых связаны с ведущими колесами шасси, смазка трущихся их деталей осуществляется системой смазки двигателя.
Конструктивно-компоновочная схема предлагаемого двигателя, а также функциональные связи между элементами КШМ и ГРМ, обусловливают двухтактный режим его работы с продувкой цилиндров двигателя сжатым воздухом, поступающим от турбокомпрессора и впрыском топлива на такте сжатия при использовании легких сортов топлива или в конце такта сжатия при использовании тяжелого топлива. При этом дополнительный маховик, установленный на нижнем выходном конце коленчатого вала, на холостых и средних оборотах посредством фрикционного механизма связан с основным маховиком двигателя. При работе двигателя в диапазоне выше средних оборотов дополнительный маховик находится в свободном положении относительно коленчатого вала и развязан с основным маховиком. Для управления работой дополнительного маховика при различных режимах работы ДВС, а также при его запуске, управления вариатором и автоматическим сцеплением, КПП, системой охлаждения и запуска предлагаемый ДВС снабжен автоматической системой управления (АСУ), основными элементами которой являются датчики частоты вращения, термодатчики, схемы сравнения, распределительные устройства, исполнительные элементы (сервоприводы), ресивер, компрессор и пульт управления АСУ, элементы управления которого расположены частично на панели управления, а частично на рулевой колонке.
На фиг. 1 представлена кинематическая схема ДВС с элементами трансмиссии (вид сбоку), на фиг. 2 кинематическая схема КШМ (вид сверху) и на фиг. 3-6 изображен общий вид двигателя в разрезе.
Коленчатый вал заявляемого двигателя представляет собой верхнее 1 и нижнее 2 колена, которые центральной щекой 3 посредством шлицевого соединения, установочных шайб 4 и стяжных болтов 5 соединены между собой под углом 180o. На коренные шейки верхнего 1 и нижнего 2 колен с определенным натягом установлены обоймы радиально-упорного 6 и радиального 7 роликовых подшипников соответственно, которые расположены в гнездах верхней 8 и нижней 9 половинок картера коленчатого вала. При этом для восприятия осевых нагрузок параллельно радиальному роликовому подшипнику 7 на нижнем колене 2 установлен упорный шариковый подшипник 10, расположенный в гнезде нижней половинки картера 9. Для выбора осевых перемещений коленчатого вала и компенсации зазоров при выработке подшипников, в гнезде верхней половинки 8 устанавливается пружинная шайба 11, которая поджимается к наружной обойме подшипника 6 стопорной шайбой 12, закрепляющейся в проточке верхней половинки картера 8 винтами. Верхняя 8 и нижняя 9 половинки картера через обойму 13 посредством болтового соединения связаны между собой, образуя при этом картер коленчатого вала. На стыке обоймы 13 с верхней 8 и нижней 9 половинками картера в двух плоскостях выполнены окна цилиндрической формы с фланцами в виде приливов, сдвинутые относительно друг друга на половину угла развала цилиндров. На шатунные шейки верхнего 1 и нижнего 2 колена коленчатого вала через игольчатые подшипники установлены комплекты шатунов соответственно для верхней и нижней звезды. В составе каждого из комплектов имеется главный шатун 14 (фиг. 1) в виде двутавровой балки переменного сечения, на одном конце которой выполнена шатунная головка. По периметру шатунной головки имеются проушины, в которых установлены и жестко закреплены пальцы 15 (фиг. 2), с которыми через игольчатые подшипники связаны прицепные шатуны 16, имеющие аналогичную главному шатуну 14 конструкцию. На противоположных концах главных 14 и прицепных 16 шатунов выполнены поршневые головки. Как главные 14, так и прицепные 16 шатуны каждого из комплектов через соответствующие окна выведены наружу из картера коленчатого вала, и в их поршневые головки через игольчатые подшипники установлены поршневые пальцы 17, каждый из которых с натягом запрессовывается в отверстия бобышек поршней 18, чем обеспечивается шарнирная связь поршней с шатунами.
Поршни 18 представляют собой отливку из жаропрочного, легкосплавного материала, со сферическим углублением на наружной поверхности его днища и ребрами жесткости на внутренней. На наружной цилиндрической поверхности юбки поршня 18, по обе стороны от бобышек, выполнены канавки под поршневые кольца 19, при этом три основных из них, ближе к днищу, под два компрессионных и одно маслосъемное и одна или две дополнительных канавки под одно компрессионное или одно компрессионное и одно маслосъемное на противоположной части юбки. Расстояние между крайними внутренними канавками определено ходом поршня. Канавка основного маслосъемного кольца дренажными отверстиями связана с отверстием в бобышках для смазки сочленения шатуна с поршневым пальцем. Поршни расположены в цилиндрах, имеющих одинаковую конструкцию и представляющих собой стальную гильзу 20, на наружной поверхности которой выполнены буртики: один - в средней части гильзы, а другой - ближе к наружному ее срезу. На наружной поверхности гильзы, со стороны ее внутренней части, установлено основание цилиндра 21, упирающееся в средний буртик гильзы, расположенный в проточке, выполненной во фланце окна картера, а ее оставшаяся часть (гильзы) заведена в полость картера коленчатого вала через окно, образованное половинками картера 8 и 9 и обоймой 13. Основания цилиндров 21 представляют собой цилиндрическую силуминовую отливку в виде двух половинок, стянутых между собой посредством болтового соединения, охватывающих среднюю часть цилиндра в виде бандажа, на наружной поверхности которых выполнены ребра воздушной системы охлаждения. Своими внутренними торцевыми срезами основания цилиндров через прокладки поджимаются к фланцам окон картера маховика.
На нижней половинке основания, ближе к ее наружному торцевому срезу, выполнен прилив с каналом для отвода продуктов горения, ось которого и его диаметр совпадают с выпускным окном, выполненным в стенке гильзы 20. На цилиндрической части прилива выполнена резьба под гайку крепления приемного патрубка 22, второй конец которого подведен к ресиверу турбокомпрессора 23. На наружной поверхности гильзы 20, с внешней ее стороны, надета рубашка охлаждения 24, которая внутренним торцевым срезом опирается на наружной торцевой срез основания цилиндра 21, а ее наружный торцевой срез совпадает с наружным торцевым срезом гильзы 20. При этом во внутренней полости рубашки охлаждения 24 заподлицо с наружным срезом сделан буртик, посредством которого рубашка охлаждения 24 опирается на соответствующий буртик гильзы 20. Между наружной стенкой гильзы 20 и внутренней стенкой рубашки охлаждения 24 образована кольцевая цилиндрическая полость, которая заполняется охлаждающей жидкостью. На наружной цилиндрической поверхности рубашки охлаждения выполнены ребра охлаждения, а с боков, в диаметрально противоположном направлении, выполнены приливы с подводящим и отводящим каналами охлаждающей жидкости. На наружной поверхности приливов нарезана резьба под гайку крепления подводящего 25 и отводящего 26 патрубков охлаждающей жидкости, которые в свою очередь соединяются с подводящим 27 и отводящим 28 коллекторами жидкостной системы охлаждения, представляющими собой двухканальную, двухсекционную отливку в виде полукольца с аналогичными приливами в нижней ее части по числу подводящих и отводящих патрубков, секции которой соединяются между собой посредством фланцевого соединения, образуя при этом кольцо, расположенное вокруг верхней части двигателя, концентрично его вертикальной оси. Кроме подводящих и отводящих каналов, с которыми посредством резьбового соединения связаны подводящий 25 и отводящий 26 патрубки, каждая из секций коллекторов содержит по одному приливу с каналами, к которым посредством аналогичного соединения подключен водяной насос мембранного типа и радиатор отопления салона, соответственно к подводящему и отводящему коллектору. При этом между отводящим коллектором, радиатором отопления и входным каналом водяного насоса находится термостат.
Каждый из цилиндров закрыт головкой 29, представляющей собой отливку из жаропрочного сплава с камерой сгорания, каналом системы питания воздухом, перекрывающимся клапаном 30, расположенным в направляющей 31, запрессованной в отверстии головки и контактирующей с седлом клапана 32, запрессованным в проточке головки со стороны камеры сгорания. Клапан 30 посредством пружин 33 и 34 через тарелку 35 с сухарями поджимается к седлу 32.
На наружной поверхности головки выполнены ребра воздушной системы охлаждения, а также резьбовые отверстия в камеру сгорания под форсунку 36 и свечи. Своими рабочими поверхностями головки 29 через прокладки посредством четырех болтов поджимаются к поверхностям наружного торцевого среза цилиндров. При этом болты крепления проходят через отверстия, высверленные в теле рубашки охлаждения 24, основания цилиндра 21 и ввинчиваются в резьбовые отверстия, выполненные в приливах окон картера коленчатого вала. С наружной, противоположной камере сгорания стороны, высверлено углубление, соосное с отверстием направляющей 31, клапан 32, шток которого выведен в данное углубление и на нем установлены пружины 33 и 34, а также тарелка 35 с сухарями. В створе стенок углубления, в вертикальной плоскости, выполнены две проушины в виде приливов с отверстиями под палец 37, на который устанавливается коромысло 38, которое одним своим плечом через сухарь опирается на торец стержня клапана 30. На конце второго плеча коромысла 38 установлен регулировочный узел в виде болта, ввинчиваемого в корпус коромысла и стопорящегося гайкой. В головке болта выполнено сферическое углубление, в которое устанавливается штанга 39 механизма привода ГРМ.
На границах верхних наружных сторон и внешних сторон, противоположных камерам сгорания головок 29, выполнены скосы под углом 30 - 35o к оси цилиндров, на которых посредством болтового соединения устанавливаются опорные башмаки 40 в виде плоскопараллельных пластин с боковой образующей эллиптической формы, которая прерывается соединяющейся плоскостью, параллельной малой оси эллипса с углом наклона к нормали 30-35o и посредством которой упорные башмаки устанавливаются на скосы головок 29 таким образом, что наружная их плоскость совпадает с наружной плоскостью головок 29. К наружным плоскостям головок 29 и упорных башмаков 40 через прокладки посредством винтов прикрепляются клапанные крышки 41. На внутренних сторонах упорных башмаков 40 выполнены приливы цилиндрической формы, наклоненные под определенным углом к нормали, по оси которых просверлены отверстия, через которые проходят штанги 39. На наружной поверхности приливов нарезана резьба, на которую навинчиваются гайки крепления кожуха 42 штанг 39. При этом упорные башмаки для цилиндров верхней и нижней звезд отличаются друг от друга по высоте и углом наклона прилива с отверстием, а штанги 39 и кожухи 42 - длиной. Второй конец кожуха 42, представляющего собой трубку с фланцами посредством аналогичной гайки через прокладку прикрепляется к аналогичному приливу, выполненному в блок-корпусе 43. Блок-корпус 43 представляет собой чашку с конической и цилиндрической боковыми образующими и отверстием в днище, которая днищем устанавливается и закрепляется на наружной поверхности верхней половинки картера коленчатого вала, а его верхний выходной конец выходит во внутреннюю полость блок-корпуса 43. На конической образующей блок-корпуса 43 выполнены приливы, наклонены под углом 35-40o вниз относительно вертикальной оси, в которых по осям высверлены отверстия под направляющие толкателей 44.
Толкатели 44 представляют собой подпружиненный шток, помещенный в направляющую, на внешнем торце которого имеется сферическое углубление, с которым контактирует второй конец штанги 39. На втором, внутреннем конце штока, имеется вилка, в отверстия которой через ось вмонтирован ролик, контактирующий с кулачковой шайбой 45 ГРМ. Данная шайба надевается на выходной конец верхнего колена и закрепляется на установочной шайбе 46, которая посредством двух лысок, с различной длиной хорды, установлена на выходном конце коленчатого вала и поджата гайкой. Кулачковая шайба 45 ГРМ посредством четырех болтов закрепляется на установочной шайбе 46 с обеспечением возможности углового поворота кулачковой шайбы 45 относительно установочной на угол, равный половине развала цилиндров, и жесткой ее фиксации в требуемое положение. На цилиндрической части блок-корпуса 43 просверлены отверстия перпендикулярно оси коленчатого вала под углом, равным углу развала цилиндров относительно друг друга, в которые устанавливаются и закрепляются посредством болтов топливные насосы высокого давления в виде отдельных автономных блоков, связанных между собой зубчатым колесом (аналогом рейки у ТНВД классического исполнения), которое находится в зацеплении с зубчатыми венцами поворотных втулок плунжеров. Учитывая тот факт, что в предлагаемом двигателе одновременно работают два цилиндра, количество насосов может быть как равно количеству цилиндров, так и в два раза меньше.
Приводом ТНВД является кулачковая шайба 47, которая расположена внутри блок-корпуса 43, установлена и закреплена посредством болтов на кулачковой шайбе 45 ГРМ с обеспечением возможности углового ее поворота относительно кулачковой шайбы 45 ГРМ на угол развала цилиндров. Каждый из насосов посредством трубопровода высокого давления соединен с соответствующей форсункой (форсунками) 36. Для подачи топлива в рабочие полости ТНВД на предлагаемом двигателе предусмотрен ТПН мембранного типа, установленный прикрепленный к блок-корпусу 43 в секторе между соседними насосами высокого давления, приводом которого также служит кулачковая шайба 47 системы питания. Эта же шайба является приводной и для водяного насоса, установленного и закрепленного аналогично ТПН. На верхнем выходном конце коленчатого вала, начиная с его середины, выполнены шлицы, заканчивающиеся резьбой. На эти шлицы надето приводное коническое зубчатое колесо 48, поверх которого на эти же шлицы надета ступица вентилятора 49 воздушной системы охлаждения, которые совместно поджимаются гайкой. На вершине верхнего выходного конца коленчатого вала, в случае применения легких сортов топлива, монтируется ротор датчика угла опережения зажигания, вместе с подвижным контактом двухстороннего действия распределителя зажигания, которые располагаются в полости крышки распределителя. В нижней части корпуса крышки распределителя монтируются статорные обмотки датчика опережения зажигания, а в верхней, по ее периметру - контакты по числу цилиндров, которые высоковольтными проводами соединены со свечами цилиндров. В центральной части крышки имеются два неподвижных контакта, контактирующих с подвижным контактом. Крышка распределителя монтируется в центральном отверстии колпака 50 кожуха двигателя с возможностью ее углового поворота относительно корпуса колпака, с целью регулирования угла опережения зажигания. При этом колпак 50, закрывающий верхнюю часть двигателя, а именно - блок-корпус 43 с элементами, смонтированными на нем, является диффузором для вентилятора 49 воздушной системы охлаждения. Вокруг центрального отверстия колпака 50, ближе к периферийной части, в зоне вращения лопастей вентилятора выполнены жалюзи с регулируемой пропускной способностью. Сам колпак устанавливается и жестко закрепляется в определенном положении на обечайке 51, охватывающей двигатель по периметру, в средней его части, чем достигается направленное движение охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором 49. Обечайка 51 жестко закрепляется на стойках, привинченных к обойме 13 (средней части) картера коленчатого вала. По окружности обечайки 51 имеются отверстия с резиновыми уплотнениями, через которые проходят высоковольтные провода, соединяющие контакты распределителя зажигания со свечами.
В передней части колпака 50, на цилиндрической его части, выполнена прорезь, через которую в его внутреннюю полость заведен привод 52 компрессора 53 и основного генератора 54. Привода 52 представляет собой Г-образный литой корпус, горизонтальная составляющая которого прикреплена к стенке блок-корпуса 43 и через отверстие в стенке блок-корпуса в его внутреннюю полость проходит валик 55 привода, на подшипниках качения смонтированный внутри канала горизонтальной составляющей корпуса привода 52. На конце валика 55 жестко закреплена коническая шестерня 56, находящаяся в зацеплении с коническим зубчатым колесом 48, смонтированном на выходном конце коленчатого вала. На противоположном конце валика 55 насажана цилиндрическая шестерня 57, в зацеплении с которой находится зубчатое колесо 58 привода компрессора 53. Компрессор 53 представляет собой двухцилиндровый оппозитный агрегат с разъемным картером коленчатого вала, который посредством фланца, отлитого совместно с половинкой картера, прикрепляется к вертикальной стойке привода 52 таким образом, что в полости, образованной стойкой и фланцем, размещается зубчатая пара привода компрессора 53. При этом носок коленчатого вала 59 опирается на подшипник качения, установленный в нише стойки привода 52, а коренными своими шейками, - на радиально-упорные подшипники, установленные в гнездах половинок картера. На стыке половинок картера, в диаметрально противоположном направлении, выполнены окна с фланцами, к которым посредством болтов через прокладки прикрепляются цилиндры компрессора, закрытые головки, в которых монтируется клапанное устройство, обеспечивающее работу компрессора в режиме нагнетания или холостого хода, в зависимости от давления воздуха в ресиверах пневмосистемы. На наружной поверхности цилиндров и головок компрессора выполнены ребра воздушной системы охлаждения. Сверху над компрессором монтируется и прикрепляется задней крышкой к фланцу компрессора генератор 54, вал которого посредством шлицев стыкуется с валиком 55 привода 52. На выходном конце вала генератора 54 насажена крыльчатка охлаждения 60, лопасти которой расположены в диффузоре 61, который в виде кожуха охватывает корпус генератора 54 с образованием полости между их стенками. В нижней части кожуха отформованы воздуховоды, через которые обдуваются цилиндры и головки компрессора 53 напором воздуха, создаваемого крыльчаткой 60 генератора 54.
Снизу двигателя, к нижней половинке 9 его картера и соосно с ней прикрепляется картер 62 маховиков, во внутренней полости которого находится нижний выходной конец коленчатого вала двигателя. На шлицевую часть выходного конца коленчатого вала надеты шкив 63 цепного вариатора и основной маховик 64 с зубчатым венцом по его окружности, которые жестко стопорятся на валу гайкой. Шкив 63 посредством цепи 65, проходящей через окно в стенке картера 62 маховиков, связан с регулируемым шкивом 66 вариатора. С венцом основного маховика 64 при запуске двигателя взаимодействует шестеренка обгонной муфты 67 механизма привода системы запуска. При этом при введении в зацепление шестеренки обгонной муфты 67 с зубчатым венцом коленчатого вала вступает в работу электродвигатель системы запуска, крутящий момент от которого через червячную пару поступает на валик 68 привода, на шлицах которого установлена обгонная муфта 67 с обеспечением возможности ее осевого перемещения. При этом перемещение обгонной муфты 67 вдоль валика 68 обеспечивается вилкой 69, связанной с обгонной муфтой 67 через упорный шарикоподшипник 70.
Вилка 69 своими шлицами посажена на валик 71 привода, установленный во втулках корпуса картера 62 маховиков, второй конец которого через рычаг связан с якорем электромагнита привода.
Ниже основного маховика 64, на определенном расстоянии, посредством двух радиально-упорных подшипников на выходной конец коленчатого вала устанавливается дополнительный маховик 72, фиксирующийся гайкой и представляющий собой диск со ступицей, направленной вниз от плоскости диска. Между основным 64 и дополнительным 72 маховиками находится нажимной диск 73 с фрикционными накладками 74, который связан с дополнительным маховиком пневмокамерой 75, представляющей собой кольцевую полость X-образного сечения с памятью формы, основания которой с натягом и обеспечением герметичности посажены на цилиндрические образующие дополнительного маховика 72 и нажимного диска 73. На наружной цилиндрической части ступицы дополнительного маховика смонтировано уплотнительное устройство 76 в виде втулки с двумя манжетами, закрепленными шайбой, между которыми образована полость. Втулка фиксируется относительно ступицы дополнительного маховика 72 посредством штанги 77, которая крепится к кронштейну, выполненному на стенке картера 62 маховиков. Внутренняя полость уплотнительного устройства 76 посредством штуцера и трубопровода связана с пневмораспределителем АСУ, а посредством радиального, осевого и наклонного сверления, выполненного в ступице и диске дополнительного маховика 72 - с пневмокамерой 75. Носок нижнего выходного конца коленчатого вала опирается на подшипник качения, установленный в гнезде кронштейна 78, прикрепляемого к стенкам картера 62 маховиков с внутренней ее стороны.
Нижняя часть картера 62 маховиков закрывается поддоном 79, который посредством винтов через прокладку прикрепляется к картеру 62 маховиков, закрывая при этом нижнюю часть корпуса сцепления и частично главную передачу.
На наружной части прилива стенки картера 62 маховиков, в задней его части, установлен и закреплен турбокомпрессор 23, турбина которого связана с коллектором 80 системы отвода отработавших газов, который посредством приемных патрубков 22 соединен с выпускными окнами цилиндров. Отработавшие в турбине газы через трубу 81 с глушителем выводятся в атмосферу. Турбина в свою очередь связана с ресивером 82, который посредством аналогичных патрубков связан с впускными каналами системы питания воздухом, выполненными в головках 29 цилиндров. При этом вал турбины посредством электромагнитной порошковой муфты связан со стороны воздухозаборника с электродвигателем, обеспечивающим подкрутку турбокомпрессора на малых оборотах двигателя и при наборе частоты вращения, с целью устранения провалов мощности двигателя или торможения турбокомпрессора при создании избыточного давления. При этом электродвигатель будет работать в режиме рекуперации электрической энергии. Управление работой электромагнитной порошковой муфты осуществляется в автоматическом режиме АСУ.
Нижняя часть двигателя, а именно картер 62 маховиков с поддоном 79 и турбокомпрессор 23 совместно с коллектором 80 закрыты днищем 83 кожуха двигателя, состоящим из двух половин и закрепляющимся с боков двигателя к фланцу обечайки 51. Каждая из половинок днища 83 кожуха содержит воздуховод с заслонкой, обеспечивающей перераспределение прогретого воздуха или под днище кузова автомобиля или в скрытые полости кузова с целью вентиляции и осушки, а также частично его отопления при отрицательной температуре окружающей среды.
На передней части боковой образующей картера 62 маховиков отформована площадка в виде прямоугольного прилива или стенки, в виде хорды, отсекающей часть окружности, к которой посредством болтов прикрепляются корпус 84 элементов трансмиссии. Данный корпус представляет собой отливку в виде трех полостей, в которых располагаются сцепление с ведомым шкивом вариатора, коробка передач и главная передача с дифференциалом, соответственно.
На стенке полости сцепления выполнена аналогичная стенка, посредством которой корпус 84 элементов трансмиссии прикрепляется к картеру 62 маховиков.
Полость сцепления представляет собой перевернутый стакан, в днище которого имеется гнездо под опорный подшипник валика
85 сцепления, второй конец которого опирается на аналогичный подшипник, установленный в гнезде фланца 86, который закрепляется в проточке нижнего торцевого среза полости сцепления. На верхнем выходном конце валика 85 сцепления собрано уплотнительное устройство 87, обеспечивающее подачу сжатого воздуха в рабочую полость сцепления через канал, выполненный по оси валика 85 сцепления, а на нижнем смонтирован привод масляного насоса 88 в виде ведущего зубчатого колеса 89, которое находится в зацеплении с шестерней обгонной муфты 90, установленной на валике 91 рабочей шестерни масляного насоса 88. Вторая рабочая шестерня масляного насоса 88 (не показана) связана с приводом мотор-генератора постоянного тока. На верхней половинке валика 85 сцепления сделаны шлицы, на которые надеты половинки ведомого шкива 66 вариатора, которые поджимаются друг к другу пружинами 92, вставленными в проточках ступиц половинок ведомого шкива 66. Вторыми своими концами пружины 92 опираются на упорные втулки 93, надетые на шлицы валика 85, по обе стороны от шкива вариатора. Относительное положение упорных втулок 92 на валике 85 определяется стопорными шайбами, надевающимися на валик 85 в специальные проточки. На наружной цилиндрической части ступиц половинок шкива 66 надеты и зафиксированы гайками 94 упорные подшипники 95, средние обоймы которых связаны вилками 96 с пневмоприводом изменения передаточного отношения вариатора.
На ведомый шкив 66 вариатора надета цепь 65, связывающая ведущий шкив 63, посаженный на нижний выходной конец коленчатого вала, с ведомым шкивом 66, которая проходит через окна в стенках картера 62 маховиков и корпуса 84 элементов трансмиссии. На нисходящую ветвь цепи 65 вариатора воздействует ролик 97 натяжителя 98, смонтированного в стенке картера 62 маховиков. При этом пружины 92 компенсируют осевую составляющую нагрузки, прикладываемой к рабочим поверхностям половинок ведомого шкива 66 вариатора, со стороны цепи 65.
В средней части валика 85 сцепления, на игольчатом подшипнике, смонтирована ведущая шестерня 99 ведомой полумуфты, на нижней боковой стороне которой соосно отлит цилиндр, закрывающийся фланцем 100, который по окружности посредством винтов прикрепляется к торцевой поверхности цилиндра. В центре фланца 100 выполнено гнездо под радиально-упорный подшипник, посредством которого ведомая полумуфта опирается на нижний конец валик 85 сцепления, при этом вся сборка фиксируется на валике 85 гайкой.
Во внутренней полости ведомой полумуфты расположена ведущая полумуфта, представляющая собой армированную резинометаллическую отливку в виде камеры 101, имеющей наружную и внутреннюю образующие цилиндрической формы и боковые образующие - гофрированные.
На наружной поверхности цилиндрической образующей камеры 101 расположены фрикционные башмаки 102 с накладками, взаимодействующие при определенных условиях с внутренней цилиндрической поверхностью ведомой полумуфты. Фрикционные башмаки 102 в виде прямоугольных пластин, изготовленных из стеклопластика, длиной, равной высоте цилиндрической образующей камеры, располагаются на определенном расстоянии друг от друга по окружности камеры 101 и формируются совместно с камерой 101. Фрикционные накладки клеевым способом прикрепляются к наружной поверхности башмаков. При этом количество фрикционных башмаков 102 с накладками должно составлять восемь-двенадцать единиц.
В качестве внутренней цилиндрической образующей камеры 101 применена стальная трубка-основание 103, по краям внутренней части которой нарезана резьба. Между внутренними границами резьбы тело трубки-основания 103 проточено с целью образования полости и сокращения общей длины резьбы. В средней части трубки-основания 103 сделаны радиальные сверления, соединяющие полость камеры 101 с полостью трубки-основания 103. На нижнем конце валика 85 сцепления имеются два резьбовых участка, на которые навинчивается трубка-основание 103 совместно с камерой 101. С целью герметизации внутренней полости трубки-основания 103 между ее верхним торцевым срезом и упорным буртиком валика 85 сцепления устанавливается герметизирующая прокладка. Аналогичная герметизирующая прокладка устанавливается между нижним торцевым срезом трубки-основания 103 и контргайкой, навинчиваемой на оставшуюся резьбовую часть нижнего резьбового участка валика 85. Между резьбовыми участками валика 85 сделана проточка и в ее середине выполнено радиальное сверление, соединяющее полость трубки-основания 103 с осевым каналом, выполненным в теле валика 85.
В зацеплении с ведущей шестерней 99 сцепления находится зубчатое колесо постоянного зацепления блока шестерен 104, которое также является ведущим для шестерни 105 третьей передачи. Блок шестерен 104 представляет собой ступицу с зубчатым колесом постоянного зацепления и ведущими шестернями первой и второй передачи, выполненные как одно целое, и на двух радиально-упорных подшипниках установлен на оси 106, нижний конец которой входит с переходной посадкой в отверстие в днище полости коробки передач, а верхний конец - в углубление, высверленное во фланце крышки 107 полости коробки передач. Крышка 107 представляет собой отливку в виде двух пересекающихся цилиндров с большим и малым диаметрами, образующие которых плавно переходят друг в друга в границах стенок, которые сверху закрыты основанием, а на границе нижнего среза выполнен фланец, посредством которого крышка 107 устанавливается и прикрепляется болтами к корпусу 84 элементов трансмиссии. На игольчатых подшипниках, расположенных в гнезде прилива, выполненного на внутренней стенке корпуса 84 и в нише, выполненной в основании крышки 107 на оси малого цилиндра, установлен блок шестерен 108 задней передачи, одна из шестерен которого находится в зацеплении с ведущей шестерней первой передачи блока шестерен 104, а вторая - с ведомым зубчатым колесом 109 заднего хода, которое на игольчатом подшипнике установлено на валу 110 коробки передач.
Вал 110 через гнездо в днище полости коробки передач заведен в полость коробки и своей нижней частью опирается на упорно-радиальный подшипник, расположенный в гнезде днища. Верхний конец вала 110 опирается на радиальный и радиально-упорный подшипники, расположенные в гнезде на оси большого цилиндра крышки 107 полости КПП, где также собран узел предварительного натяга подшипников вала 110 и узел подвода смазки подшипников и элементов коробки в целом.
На валу 110, на игольчатых подшипниках, установлены на определенном расстоянии друг от друга шестерня 105 третьей передачи, зубчатое колесо 111 второй передачи, зубчатое колесо 112 первой передачи и зубчатое колесо 109 задней передачи, которые зафиксированы на валу 110 от осевого перемещения стопорными шайбами, устанавливаемыми в специальные проточки в корпусе вала 110. Между зубчатыми колесами 109 и 112, соответственно заднего хода и первой передачи и зубчатым колесом 111 и шестерней 105, соответственно второй и третьей передач, на шлицах, выполненных на валу 110, установлены каретки 113 и 114 с синхронизаторами 115 и 116, соответственно для включения первой передачи и заднего хода и для включения второй и третьей передач. Каждая из кареток посредством вилок 117 связана с пневмоприводами включения передач, которые в свою очередь посредством электромеханических связей объединены в АСУ, являясь ее исполнительными элементами, а механическими - с рукояткой управления коробкой передач.
На нижнем конце вала 110 КПП, заодно с валом, выполнена коническая шестерня, выходящая в полость главной передачи. Вокруг этой шестерни в виде прилива к днищу полости коробки передач выполнен фланец с резьбовыми отверстиями, а по обе ее стороны параллельно продольной плоскости выполнены в виде аналогичных приливов два кронштейна, к которым посредством болтов крепятся корпуса 118 подшипников коробки 119 дифференциала. К коробке 119 дифференциала, с наружной ее стороны, посредством болтов прикрепляется ведомое зубчатое колесо 120 главного редуктора, в зацеплении с которым находится ведущая коническая шестерня вала 110 КПП. Внутри коробки 119 дифференциала, на осях, установлены сателлиты 121, в зацеплении с которыми находятся конические зубчатые колеса 122 полуосей, с которыми посредством шлицов, выполненных в осевых отверстиях этих колес, связаны полуоси 123.
Сборка главного редуктора с дифференциалом закрывается картером 124, который посредством болтов прикрепляется к фланцу, выполненному на днище полости КПП. При этом полость главного редуктора через окно, выполненное в задней стенке картера 124, соединена с полостью картера 62 маховиков. К этой же стенке посредством болтов прикреплен корпус масляного насоса 88. На наружной стороне задней стенки картера 124 главного редуктора выполнен прилив в виде полосы, охватывающей масляный насос 88 полукольцом, и к которому через прокладку посредством болтов прикрепляется передняя часть поддона 79 картера 62 маховиков. На оси конических зубчатых колес 122, в диаметрально противоположных стенках картера 124 главного редуктора, выполнены окна, через которые из полости главного редуктора через уплотнительные устройства выведены полуоси, вторые концы которых связаны со ступицами колес.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Если предполагается работа двигателя на тяжелых сортах топлива, то в этом случае между головками 29 и цилиндрами устанавливаются прокладки, а в отверстия свечей ввинчиваются заглушки. Кулачковой шайбой 47 выставляется момент впрыска топлива. Центральное отверстие колпака 50 закрывается заглушкой.
Если предполагается работа двигателя на бензине, то в этом случае между головками 29 и цилиндрами устанавливаются проставки с двумя прокладками с целью уменьшения степени сжатия. В свечные отверстия головок 29 ввинчиваются свечи, на вершине верхнего выходного конца коленчатого вала монтируется ротор датчика опережения зажигания и ротор распределителя, крышка которого с автоматическим регулятором опережения зажигания устанавливается в центральном отверстии колпака 50, и посредством проводов осуществляется соединение элементов системы зажигания между собой.
Посредством кулачковой шайбы 47 регулируется момент впрыска топлива, соответствующий началу сжатия. При этом не исключается перенастройка топливной аппаратуры и турбокомпрессора 23.
Рассмотрим работу двигателя при использовании легких сортов топлива (бензина). Предполагается, что в исходном состоянии емкость топливной системы заправлена, топливопровод пуст. Масло системы смазки находится в поддоне 79 картера 62 маховиков и в картере 124 главного редуктора. Давление воздуха в ресиверах пневмосистемы равно нулю. Термостат водяной системы охлаждения и жалюзи колпака 50 воздушной системы охлаждения закрыты. Аккумуляторная батарея заряжена до номинальной емкости. Все элементы АСУ обесточены, исполнительные элементы (сервоприводы) и распределительные элементы находятся в среднем (исходном) положении. Рукоятка управления коробкой передач - в нейтральном положении. Переключатель режима управления вариатором "ручной - автомат" находится в положении "ручной". Переключатель режима управления коробкой передач находится в положении "ручной", с утопленной кнопкой "Нейтраль: ". Педаль акселератора - в крайнем верхнем положении, что соответствует режиму холостого хода двигателя.
Управление системой зажигания и системой запуска двигателя осуществляется замком зажигания, расположенном на рулевой колонке, ключ которого имеет пять положений:
нейтральное, в котором отключаются все потребители за исключением охранной сигнализации, и при извлечении ключа из замка зажигания запирается рулевое управление,
крайнее правое против часовой стрелки, в котором отключена система зажигания, могут быть включены некоторые потребители, ключ может быть извлечен из замка зажигания,
первое положение по часовой стрелке - двигатель работает в режиме автоматического "запуска - выключения", вариатор в положении минимального передаточного отношения, сцепление выключено, коробка передач с включенной первой передачей,
второе положение по часовой стрелке (рабочее) - все системы и механизмы двигателя, трансмиссия и АСУ функционируют или в автоматическом режиме или в ручном, по командам водителя,
третье положение по часовой стрелке - запуск двигателя с использованием стартера.
Во всех трех положениях ключа по часовой стрелке включается система зажигания и запитываются контакты реле включения двигателя подкрутки турбокомпрессора 23 и электромагнитной порошковой муфты, соединяющей двигатель подкрутки с валом турбокомпрессора и, если первое и второе положения фиксированы, то третье - нет, и ключ из третьего положения самопроизвольно возвращается во второе при снятии усилия. Для запуска двигателя необходимо последовательно перевести ключ замка зажигания из нейтрального положения во второе, при этом коммутируются цепи питания системы зажигания, подготавливая ее к работе. Убедившись по информации приборного оснащения о правильном (требуемом) положении органов управления, перевести ключ зажигания в третье положение. В этом случае напряжение питания от аккумуляторной батареи поступает на обмотку реле запуска, подготавливая его контакты к работе, и на мотор-генератор постоянного тока привода масляного насоса 88. Крутящий момент от мотор-генератора приводит в действие масляный насос 88, который обеспечивает подачу масла к точкам смазки под определенным давлением. При этом за счет обгонной муфты 90 разрывается кинематическая связь между масляным насосом 88 и валиком сцепления 85.
При достижении давления в системе смазки примерно 0,1-0,2 МПа срабатывают контакты датчика давления системы смазки, обеспечивая при этом подачу напряжения на замкнувшиеся контакты реле запуска. Посредством этих контактов запитывается обмотка втягивающего реле стартера. Срабатывание этого реле обусловливает введение в зацепление шестерни обгонной муфты 67 с зубчатым венцом основного маховика 64 за счет усилия, создаваемого якорем втягивающего реле стартера, которое через валик 68, вилку 69 и упорный шарикоподшипник 70 прикладывается к корпусу обгонной муфты 67, с преодолением усилия возвратных пружин.
Перемещение якоря втягивающего реле в крайнее положение обеспечивает подачу напряжения на обмотку удерживающего реле и электродвигатель стартера. Одновременно с этим разрывается цепь питания мотор-генератора привода масляного насоса 88, а контакты датчика давления шунтируются контактами втягивающего реле системы запуска, которые также запитывают обмотки реле включения двигателя подкрутки турбокомпрессора 23 и соединяющей их электромагнитной порошковой муфты.
Крутящий момент от электродвигателя системы запуска через червячную пару и валик 71 привода с обгонной муфтой 67 передается на венец основного маховика 64. Вращение маховика 64, жестко посаженного на коленчатый вал, посредством КШМ преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 18 внутри гильз 20 цилиндров. При этом одноименные поршни верхней и нижней звезд работают синфазно. Одновременно с коленчатым валом вращаются: кулачковая шайба 45 ГРМ, кулачковая шайба 47 системы питания, вентилятор 49 воздушной системы охлаждения, ротор датчика системы зажигания и ротор распределителя зажигания. Кроме того, крутящий момент с коленчатого вала посредством шкива 63 цепи 65 и регулируемого шкива 66 цепного вариатора передается на валик 85 сцепления и с него через ведущее зубчатое колесо 89 и обгонную муфту 90 с шестерней - на масляный насос 88, и с его вторичной рабочей шестерни - на мотор-генератор постоянного тока.
Вращение конического зубчатого колеса 48, установленного на верхнем выходном конце коленчатого вала, обеспечивает передачу крутящего момента посредством привода 52 на компрессор 53 и основной генератор 54, при этом вращение коленчатого вала компрессора 53 посредством его КШМ преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней внутри цилиндров компрессора, работающих в противофазе. Вращение кулачковой шайбы 45 ГРМ обусловливает открытие и закрытие впускных клапанов 30 системы питания воздухом в определенных положениях поршней 18, соответствующих цилиндров.
При этом усилие от кулачков кулачковой шайбы 45 через толкатели 44 штанги 39 и коромысла 38 прикладываются к торцам стержней клапанов 30, перемещая их внутри направляющих втулок 31 и сжимая при этом клапанные пружины 33 и 34. При снятии усилия, под действием клапанных пружин, клапаны закрываются, а коромысла, штанги и толкатели возвращаются в исходное положение.
В открытом состоянии клапана воздух из ресивера 82 под определенным давлением, создаваемым компрессором, приводимым в работу двигателем подкрутки, через подводящий патрубок и канал в корпусе головки 29 поступает в полость цилиндра.
Под воздействием кулачка вращающейся кулачковой шайбы 47 системы питания в работу вступает топливоподкачивающий насос мембранного типа, обеспечивающий подачу топлива из топливного бака системы питания в рабочие полости ТНВД под определенным давлением, излишки которого по дренажным магистралям возвращаются на вход ТПН. При этом, при первичном запуске двигателя или после длительного перерыва в работе, с целью удаления воздуха из системы питания, целесообразно прокачать топливные магистрали низкого давления вручную, воздействуя на рычаг ТПН. Кулачок этой же шайбы, перемещаясь по окружности, поочередно воздействует на ролики толкателей ТНВД, обеспечивающих подачу под давлением определенного количества топлива в соответствующие цилиндры, после перекрытия поршнями выпускных окон, которое по трубопроводу подается к форсункам 36 и распыляется ими в полости цилиндров в виде аэрозоля. Кроме того, этим же кулачком приводится в действие водяной насос системы охлаждения, первоначально обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости по малому кругу, то есть, минуя радиатор отопителя салона.
С началом вращения ротора датчика опережения зажигания в его статорных обмотках вырабатывается первичный управляющий сигнал, поступающий на коммутатор цепи питания первичных обмоток катушек зажигания. В момент подачи управляющего сигнала коммутатор разрывает цепи питания первичных обмоток катушек зажигания, во вторичных обмотках которых возникают пульсы высокого напряжения, которые подаются на подвижные контакты ротора распределителя. В зависимости от положения поршней внутри цилиндров и углового положения ротора распределителя, взаимные относительные перемещения которых строго синхронизированы, импульсы высокого напряжения перераспределяются ротором по свечам соответствующих пар цилиндров.
Посредством искрового разряда, возникающего между электродами свечей, осуществляется воспламенение рабочей смеси в камерах сгорания каждой пары цилиндров, каждый из которых принадлежит соответствующей звезде и расположены по отношению друг к другу в диаметрально противоположных направлениях. При этом первичный импульс энергии, полученный от вспышки рабочей смеси даже в одном цилиндре, способствует включению в работу остальных цилиндров.
После запуска двигателя, который первоначально работает на оборотах несколько высших холостого хода, крутящий момент с коленчатого вала посредством цепи 65 вариатора передается на валик 85 сцепления, и далее посредством привода на масляный насос 88 и мотор-генератор привода масляного насоса 88. В этом случае мотор-генератор привода начинает работать в режиме генератора.
Кроме этого, крутящий момент с конического зубчатого колеса 48 через привод 52 передается на компрессор 53 и основной генератор 54. При этом компрессор 53 начинает нагнетать воздух в основной и дополнительный ресиверы, а генератор 54 - вырабатывать напряжение переменного тока. После выпрямления этим напряжением запитываются основные потребители, и с момента его возникновения разрывается цепь питания обмотки реле запуска, что ведет к размыканию его контактов, а следовательно, к разрыву цепи питания втягивающего реле стартера. Под воздействием возвратных пружин, преодолевающих усилие удерживающего реле стартера, якорь возвращается в исходное положение, разрываются цепи питания удерживающего реле и электродвигателя стартера. Возвращение в исходное положение якоря обусловливает вывод из зацепления с зубчатым венцом основного маховика 64 шестерни обгонной муфты 67. При снятии усилия с ключа зажигания, он возвращается во второе основное положение. С момента запуска ДВС в работу вступает АСУ, контролирующая частоту вращения коленчатого вала, дополнительного маховика 72, положение механизмов привода вариатора и коробки передач, температуру двигателя, момент (угол) опережения зажигания, а также питание двигателя подкрутки турбокомпрессора 23 и порошковой электромагнитной муфты на холостом ходу и малых оборотах двигателя.
При достижении минимального допустимого давления в основном ресивере, воздух в который закачивается посредством компрессора 53, срабатывает распределительное устройство, и воздух из ресивера пневмосистемы поступает в пневмокамеру 75 дополнительного маховика 72. Под воздействием усилия направленной деформации пневмокамеры 75, обладающей памятью формы, нажимной диск 73 с фрикционными накладками 74 поджимаются к плоскости основного маховика 64, чем достигается механическая связь основного 64 и дополнительного 72 маховиков. Включение в работу крутящихся масс ДВС дополнительного маховика 73 обусловливает снижение частоты их вращения до уровня холостых оборотов с одновременным увеличением их кинетической энергии.
При нажатии на педаль акселератора системы питания меняется взаимное положение плунжерных пар ТНВД, которые под воздействием кулачковой шайбы 47 подают в полости цилиндров через трубопровод высокого давления и форсунки 36 большее количество топлива. Это обуславливает увеличение частоты вращения крутящихся масс ДВС пропорционально величине перемещения педали акселератора. При достижении частоты вращения коленчатого вала границы малых и средних оборотов по команде АСУ обесточивается порошковая электромагнитная муфта, соединяющая вал турбокомпрессора 23 и вал двигателя подкрутки и сам двигатель. В этом случае рабочим телом турбокомпрессора 23 являются отработавшие газы двигателя, обеспечивающие частоту вращения вала турбокомпрессора, а следовательно, и его производительность, пропорциональную частоте вращения коленчатого вала двигателя.
При достижении границы максимальных оборотов двигателя, когда подпор воздуха, создаваемый турбокомпрессором 23, может быть излишним, по команде АСУ порошковая электромагнитная муфта соединяет вал турбокомпрессора 23 с валом двигателя подкрутки с определенным передаточным отношением, величина которого пропорциональна величине избыточного давления подпора воздуха. В этом случае двигатель подкрутки начинает работать в режиме рекуперации электрической энергии, чем достигается торможение вала турбокомпрессора 23.
При снижении оборотов двигателя до средних электромагнитная порошковая муфта обесточивается, а при работе двигателя на малых оборотах и холостом ходу процесс подкрутки турбокомпрессора 23 возобновляется.
Вместе с тем, при увеличении оборотов двигателя по команде АСУ сжатый воздух из ресивера через распределительное устройство поступает в камеру 101 пневматического автоматического сцепления, чем достигается поджатие фрикционных башмаков 102 к внутренней стенке цилиндра ведущей шестерни 99, этим самым обеспечивается связь ведущей и ведомой полумуфт и крутящий момент со шкива 63, установленного на нижнем выходном конце коленчатого вала, посредством цепи 65 передается на регулируемый шкив 66 вариатора и далее через валик сцепления 85 и ведущую шестерню 99 на блок шестерен 104. Однако нейтральное положение элементов включения коробки передач обусловливает разрыв силового потока в кинематической цепи трансмиссии. При снижении числа оборотов двигателя до холостых АСУ обеспечивает соединение камеры 101 сцепления с атмосферой, чем достигается разрыв между его ведущей и ведомой полумуфтами.
Аналогичным образом при достижении определенного порогового значения частоты вращения коленчатого вала при ее увеличении или снижении происходит выключение или включение дополнительного маховика 72 путем соединения его камеры 75 или с атмосферой, или с ресивером пневмосистемы посредством распределительного устройства по командам АСУ. Следует заметить, что компрессор 53 пневмосистемы при любых значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя может работать в одном из трех режимов:
первый - режим нагнетания основного ресивера и пополнение расходуемого воздуха,
второй - режим нагнетания дополнительного ресивера после достижения значения максимально допустимого давления в основном ресивере и пополнение расходуемого воздуха,
третий - режим холостого хода при достижении максимально допустимого давления в дополнительном ресивере, который перекрывается обратным клапаном и имеет связь с основным ресивером посредством трубки с краном.
Этот режим обеспечивается за счет выравнивания давлений перед и за золотниково-клапанными устройствами нагнетательной магистрали, собранными в головках цилиндров компрессора 53. В этом случае воздух перекачивается из одного цилиндра в другой. По мере расхода воздуха компрессор 53 переходит из третьего режима в первый и наоборот, после восстановления давления - в третий.
При повышении температуры двигателя до 60-65oC срабатывает термостат и охлаждающая жидкость под воздействием водяного насоса циркулирует по большому кругу через радиатор отопителя салона, а при ее повышении до 80-85oC открываются жалюзи воздушной системы охлаждения, смонтированные на поверхности колпака 50 кожуха двигателя.
Движение автомобиля в исходном, указанном выше положении органов управления, может осуществляться в следующих режимах;
первый - режим управления вариатором - "ручной", обеспечивающий максимальное передаточное отношение вариатора, режим управления коробкой передач - "ручной", а выбор и включение передач осуществляется механически, посредством рукоятки управления,
второй - режим управления вариатором - "автомат", обеспечивающий изменение передаточного отношения вариатора от максимального до минимального его значения и наоборот, что позволяет частичную оптимизацию между мощностью ДВС на тех или иных оборотах и нагрузкой, прикладываемой к колесам шасси, режим управления коробкой передач - "ручной", а выбор и включение передач осуществляется механически посредством рукоятки управления,
третий - рукоятка управления коробкой передач находится в нейтральном положении, а выбор и включение передач осуществляется с пульта управления посредством нажатия соответствующих кнопок. В этом случае в работу управления коробкой вступают сервоприводы (распределительные устройства, пневмоцилиндры). При этом режим работы вариатора может быть как "ручной", так и "автоматический", что позволяет разделить третий режим на третий и четвертый.
Режимы с первого по четвертый являются вспомогательными и используются (в основном третий и четвертый) при движении задним ходом или в экстремальных условиях движения.
Основным же является пятый режим, при котором режим работы вариатора, как и коробки передач, автоматический. В этом случае органы управления вариатором и коробкой передач переключаются в положение "автомат", а вариатор и коробка передач управляются сервоприводами по командам АСУ. При этом вариатор находится в положении с максимальным передаточным отношением и включается первая передача.
При плавном нажатии на педаль акселератора увеличивается частота вращения коленчатого вала, и при достижении ее порогового значения, по команде АСУ срабатывает автоматическое пневматическое сцепление, соединяющее двигатель с последующими элементами трансмиссии. В этом случае, крутящий момент от коленчатого вала через элементы трансмиссии передается на колеса шасси.
При переходе частоты вращения коленчатого вала двигателя через оптимальное значение и набора соответствующей скорости движения в работу управления вариатором вступает АСУ, по команде которой сервопривод изменяет взаимное положение половинок регулируемого шкива 66, перемещая их в противоположные стороны с преодолением усилия пружин 92 вдоль валика сцепления 85. Этим самым достигается уменьшение передаточного отношения вариатора, а следовательно, увеличение нагрузки на двигатель и снижение оборотов коленчатого вала до оптимального значения. При дальнейшем нажатии на педаль акселератора происходит увеличение скорости движения за счет уменьшения передаточного отношения вариатора до его минимального значения.
При достижении минимального передаточного отношения вариатора срабатывает концевой выключатель и по сигналу АСУ выключается сцепление, включается вторая передача, а вариатор возвращается в начальное положение с максимальным передаточным отношением. Переключение на третью передачу происходит аналогично. При этом максимальное и минимальное передаточные отношения каждой из передач, с учетом передаточных отношений вариатора, граничат или частично перекрываются. То есть, минимальное отношение каждой из низших передач соответствует максимальному отношению высших и наоборот.
Таким образом, при превышении нагрузки, прикладываемой к колесам шасси, мощности двигателя на тех или иных оборотах, происходит обратный процесс, то есть частичное варьирование передаточным отношением вариатора, а при достижении его максимального значения осуществляется переход на низшую передачу.
Но при достижении минимального передаточного отношения вариатора на третьей передаче и дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала происходит выключение из состава крутящихся масс двигателя дополнительно маховика 72, чем достигается увеличение частоты вращения коленчатого вала и перемещение оптимального числа его оборотов в сторону увеличения. Коробка передач переключается на третью передачу, а вариатор - на максимальное передаточное отношение. При этом увеличение передаточного отношения трансмиссии с одновременным повышением числа оборотов двигателя позволит сохранить скоростной режим движения и, при дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала, обеспечить дополнительный набор скорости за счет уменьшения передаточного отношения трансмиссии в режиме повышенных оборотов двигателя. При необходимости частичного снижения скорости движения уменьшаются обороты двигателя путем частичного снятия нагрузки с педали акселератора. При этом АСУ обеспечить последовательное нисходящее переключение передач с соответствующим изменением передаточного отношения вариатора, и двигатель будет работать в режиме торможения.
При подъезде к перекрестку на красный сигнал светофора осуществляется частичное снижение скорости движения за счет торможения двигателем и полная остановка посредством тормозной системы. Педаль акселератора находится в крайнем верхнем положении, что обусловливает выключение сцепления, вариатор переводится в положение с максимальным передаточным отношением и включается первая передача.
Ключ зажигания переводится со второго положения в первое, что обусловливает выключение дополнительного маховика 72 и остановку двигателя. При этом дополнительный маховик 72 совместно с камерой 75 и нажимным диском 73 свободно вращается по инерции на подшипниках и частота его вращения контролируется тахогенератором АСУ. При достижении частоты вращения дополнительного маховика 72, определяющей значение его кинетической энергии, при которой возможен запуск двигателя, по команде АСУ осуществляется подача воздуха в пневмокамеру 75 и соединение основного 64 и дополнительного 72 маховиков. Под воздействием кинетической энергии дополнительного маховика 72 осуществляется проворот основного маховика совместно с коленчатым валом, чем достигается запуск двигателя. После запуска двигателя по команде АСУ обеспечивается рассоединение маховиков и остановка двигателя, при этом дополнительный маховик 72 продолжает вращаться с определенной частотой и процесс запуска может повторяться.
При разрешающем сигнале светофора ключ зажигания переводится во второе положение, чем достигается запуск двигателя, и при нажатии на педаль акселератора срабатывает сцепление, соединяющее двигатель с элементами трансмиссии. Крутящий момент от коленчатого вала через элементы трансмиссии передается на колеса шасси, а АСУ осуществляет управление передаточным отношением вариатора и коробкой передач.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания совместно с элементами трансмиссии выгодно отличается от прототипа тем, что вертикальное расположение его разборного коленчатого вала и параллельное ему расположение элементов трансмиссии позволит объединить их в виде силовой установки единым блоком, который с одинаковым успехом может монтироваться как в переднем, так и в заднем объеме легкового автомобиля. При этом, в случае установки заявляемого двигателя в переднем объеме, значительно уменьшается высота капота и передний свес автомобиля, что в свою очередь улучшает обзорность и управляемость автомобиля.
При установке двигателя данной конструкции на грузовой автомобиль, он также, с одинаковым успехом может монтироваться как на передней оси, так и на задней, при этом, во втором случае, значительно повышается комфортабельность автомобиля. Кроме этого, если один такой двигатель установить на большегрузный автомобиль - тягач, в то второй, параллельно, можно смонтировать на задней оси полуприцепа. В этом случае двигатель тягача используется при движении без полуприцепа или с пустым полуприцепом. При полной загрузке в работу включаются оба двигателя с управлением от одной АСУ.
Конструктивно-компоновочная схема КШМ и ГРМ заявляемого двигателя и связей между ними позволяет обеспечить двухтактный режим его работы с продувкой цилиндров сжатым воздухом, что значительно повышает экономичность двигателя и одновременное включение в работу на такте рабочего хода больше половины цилиндров. Например, в десятицилиндровом двигателе, цилиндры которого расположены в виде двух звезд, по пять цилиндров в каждой, одновременно на такте рабочего хода находятся шесть цилиндров. Это в свою очередь позволяет при одном и том же рабочем объеме снять в два раза большую мощность по сравнению с четырехтактным двигателем.
Учитывая практически полную симметрию элементов КШМ и ГРМ и, как следует из расчетной схемы, предлагаемый двигатель обладает достаточно высокой статической и динамической уравновешенностью крутящихся масс. А с учетом отсутствия влияния ускорения свободного падения на возвратно-поступательно перемещающиеся элементы КШМ и парное, симметричное приложение векторов сил к шатунным шейкам коленчатого вала, можно предположить о его высоких угловых скоростях, соизмеримых со скоростями роторных двигателей (Ванкеля).
Установка на коленчатом валу двигателя дополнительного маховика с приданием ему одной степени свободы относительно оси коленчатого вала и соединяющегося, при определенных условиях, с основным маховиком посредством автоматического фрикционного механизма, позволит значительно расширить диапазон параметров двигателя, а именно крутящий момент и частоту вращения.
Применение в предлагаемом двигателе комбинированной системы охлаждения позволяет обойтись меньшим количеством охлаждающей жидкости, которая охлаждается радиатором отопителя салона и, таким образом, исключить из состава системы охлаждения основной радиатор. Кроме этого, прогретый в полости кожуха двигателя воздух может быть использован для осушки и вентиляции скрытых полостей кузова, что позволит повысить его долговечность, а при отрицательных температурах - обогрев его стенок.
Использование в предлагаемом двигателе в качестве опор элементов КШМ подшипников качения позволит снизить потери на трение, требования к системе смазки и качеству моторного масла и одновременно повысить технологичность сборки двигателей. При ремонте двигателя исключается необходимость шлифовки коренных и шатунных шеек коленчатого вала, что требует специальной оснастки и специалистов высокой квалификации, а также применение ремонтных групп коренных и шатунных вкладышей. Замена поршневых колец, поршней и гильз цилиндров может производиться без снятия и полной разборки двигателя. И, в конечном итоге, предлагаемая конструкция двигателя имеет большие перспективы по дальнейшему совершенствованию, например, ГРМ, трансмиссии и так далее.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ СО СДВОЕННЫМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ СВЯЗЯМИ (ВАРИАНТЫ) | 2008 |
|
RU2382891C2 |
| СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2015 |
|
RU2623334C2 |
| СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВС | 2010 |
|
RU2473818C2 |
| АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ | 2010 |
|
RU2437011C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ГАЗООБМЕНА В ДВС (ВАРИАНТЫ). | 2012 |
|
RU2528197C2 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2008 |
|
RU2367802C1 |
| ДВС СО СМЕЖНО РАБОТАЮЩИМИ ЦИЛИНДРАМИ И ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ | 1996 |
|
RU2157898C2 |
| ДВУХПОТОЧНАЯ МУФТА СЦЕПЛЕНИЯ | 2007 |
|
RU2357125C1 |
| КОРОБКА ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ | 2007 |
|
RU2352476C1 |
| РЕДУКТОРНО-ДЕМПФЕРНЫЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2008 |
|
RU2369756C1 |
Изобретение может быть использовано в автотракторной технике, специальных машинах, агрегатах питания, а также в стационарных механизмах, где необходимо получение крутящего момента. Звездообразный двигатель выполнен с двумя рядами звезд, лежащих в двух горизонтальных параллельных друг другу плоскостях, цилиндры в которых сдвинуты между собой по фазе на половину угла развала цилиндров в звезде. Поршни каждой из звезд посредством комплекта шатунов шарнирно связаны с соответствующей шатунной шейкой коленчатого вала, состоящего из двух колен, соединенных между собой шатунными шейками под углом 180o относительно друг друга посредством центральной щеки. Коленчатый вал коренными шейками на опорах качения установлен вертикально в верхней и нижней половинках картера, которые между собой соединены обоймой. Последняя выполняет совместно с половинками картера роль основания для остальных механизмов и узлов двигателя. Верхний конец коленчатого вала является приводным для механизмов и систем двигателя, а с нижнего снимается крутящий момент, который через зубчатую пару, цепную передачу или цепной вариатор передается последовательно на механизм сцепления, коробку передач и главную передачу, которые смонтированы в соответствующих полостях корпуса. Корпус прикрепляется к картеру маховиков, образуя с двигателем единый блок. Каждый из цилиндров одной звезды работает в противофазе с диаметрально противоположным цилиндром второй звезды. Для десятицилиндрового двигателя на такте рабочего хода одновременно находятся шесть цилиндров. Двигатель с одинаковым успехом может монтироваться как в переднем, так и в заднем объеме кузова или вообще вне кузова (шасси) автомобиля, а на оси полуприцепа. Технический результат заключается в повышении мощности и экономичности двигателя, а также в упрощении технологического цикла изготовления и сборки двигателя. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
подшипников, установлены комплекты шатунов, состоящие из одного главного шатуна и прицепных шатунов, причем главный и прицепные шатуны посредством аналогичных подшипников и пальцев, а также проушин, выполненных по периметру шатунной головки главного шатуна, соединены между собой, образуя комплект, поршневые головки которых через соответствующие окна в стенках картера коленчатого вала заведены в полость цилиндров и посредством поршневых пальцев и аналогичных подшипников связаны с поршнями, при этом на верхнем выходном конце коленчатого вала смонтированы элементы газораспределительного механизма, системы питания, охлаждения и привод генератора и компрессора, собранные в блок-корпусе, прикрепленном к верхней половинке картера коленчатого вала, а на нижнем - основной и дополнительный маховики и ведущий элемент передачи крутящего момента от коленчатого вала к элементам трансмиссии, расположенным в полости картера маховиков, прикрепляемого к нижней половинке картера коленчатого вала и закрывающегося поддоном, к которому посредством болтового соединения прикрепляется корпус элементов трансмиссии, внутри которого в соответствующих полостях смонтированы ведомый элемент передачи крутящего момента от двигателя, сцепление, коробка перемены передач и главная передача с дифференциалом, элементы вращения которых на подшипниках качения, за исключением главной передачи и дифференциала, расположены вертикально, параллельно коленчатому валу двигателя, а главной передачи и дифференциала - горизонтально, при этом нижняя часть корпуса элементов трансмиссии частично закрывается поддоном картера маховиков, а главная передача и дифференциал - картером, прикрепляющимся к нижней части корпуса элементов трансмиссии, во внутреннюю полость которого через окна,
выполненные в диаметрально противоположных стенках этого картера, заведены полуоси, вторые концы которых связаны с ведущими колесами шасси, причем весь двигатель с наружной стороны, за исключением поддона картера и корпуса элементов трансмиссии, закрыт кожухом, выполненным в виде цилиндрической обечайки, расположенной вокруг цилиндров верхней и нижней звезд соосно с вертикальной осью двигателя, которая по верхней границе стыкуется с колпаком, закрывающим верхнюю часть двигателя, а именно блок-корпус с элементами газораспределительного механизма, системы питания и охлаждения, а по нижней - с симметричными половинками днищ кожуха, закрывающими картер маховиков.
| РАДИОПРИЕМНИК ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ | 1995 |
|
RU2175463C2 |
| US 1639333 A, 16.08.27 | |||
| Звездообразный мотор | 1935 |
|
SU128704A1 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1992 |
|
RU2043527C1 |
| US 1962530 A, 12.06.34 | |||
| КУЗОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1997 |
|
RU2132794C1 |
| Мешалка | 1975 |
|
SU549571A2 |
