БЕСШАТУННЫЙ МОДУЛЬНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С СИЛОВЫМ МЕХАНИЗМОМ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК F02B75/32 F01B1/12 

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания с цилиндрами, расположенными звездообразно, не имеющих обычного кривошипно-шатунного механизма, преобразование поступательного движения поршней во вращательное движение валов в которых осуществляется компактным бесшатунным силовым механизмом, в частности, эксцентрикового типа, позволяющим создавать малогабаритные двигатели внутреннего сгорания, в т.ч. многомодульные, комбинированные трубопоршневые двигатели, мотогазогенераторы, насосы, компрессоры и другие агрегаты.

Известен бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором силовой механизм выполнен в виде пары эксцентриков, размещенных на коленчатом валу, который по форме, кинематике и нагрузкам аналогичен коленчатым валам кривошипно-шатунных двигателей, но имеет в 2 раза меньший радиус кривошипов, что обеспечивает двигателю ряд преимуществ (см. С.С. Баландин. Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1968, стр.15, фиг.11в).

Известный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, включающий картер, четыре цилиндра, коленчатый вал со штоковой шейкой в подшипниках качения, две пары связанных штоками поршней, установленных попарно перпендикулярно друг другу в соответствующих цилиндрах с размещенными на них крышками под системы газораспределения, пару эксцентриков, установленных с разнонаправленным эксцентриситетом по отношению друг к другу и противовесами к ним, размещенных на штоковой шейке на подшипниках скольжения, с возможностью возвратно-поступательного перемещения со штоком по направляющей, имеет много преимуществ, в т.ч. модульный принцип построения конструкции, однако он недостаточно унифицирован, чтобы широко использоваться в морском, речном, железнодорожном, автомобильном, мотоциклетном транспорте, на тракторах и других сельскохозяйственных машинах, где из одних и тех же деталей и узлов нужны двигатели различной мощности.

Кроме того, известен бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа (см. патент США 3258992, МПК F 01 В 1/06, опубл. 25.02.1963).

Известный бесшатунный поршневой двигатель содержит картер, четыре цилиндра, коленчатый вал со штоковой шейкой, который установлен в подшипниках качения, две пары связанных штоками поршней, установленных попарно перпендикулярно друг другу в соответствующих цилиндрах. На штоковой шейке коленчатого вала на подшипниках скольжения размещена пара эксцентриков с разнонаправленным эксцентриситетом и противовесами к ним, с возможностью возвратно-поступательного перемещения со штоком по направляющей. Однако он недостаточно унифицирован, чтобы широко использоваться на транспорте и сельскохозяйственных машинах, где из одних и те же деталей и узлов нужны двигатели различной мощности.

Предлагаемое изобретение решает задачу унификации известного бесшатунного двигателя, его узлов, деталей и технических свойств.

Поставленная задача решена тем, что в известном бесшатунном поршневом двигателе внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, содержащем картер, четыре цилиндра, коленчатый вал со штоковой шейкой в подшипниках качения, две пары связанных штоками поршней, установленных попарно перпендикулярно друг другу в соответствующих цилиндрах с размещенными на них крышками под системы газораспределения, пару эксцентриков, установленных с разнонаправленным эксцентриситетом по отношению друг к другу и противовесами к ним, размещенных на штоковой шейке на подшипниках скольжения, с возможностью возвратно-поступательного перемещения со штоком по направляющей, согласно изобретению часть картера с парой соответствующих цилиндров выполнена за одно целое в виде первого картер-цилиндра с двумя парами диаметрально размещенных монтажных ушек под стяжные болты крепления ко второму картер-цилиндру, имеющему аналогичные приспособления, с фиксатором положения при сборке картер-цилиндров, выполненному также за одно целое с другой частью картера и парой цилиндров, каждая пара поршней, связанных со штоками, выполнена за одно целое в виде шток-поршня, при этом внутренняя поверхность средней части картер-цилиндров служит направляющей шток-поршню, крышки под системы газораспределения укреплены стяжными хомутами, а двигатель снабжен редуктором (помещенным в секционном корпусе) управления системами газораспределения, связанными с ним кинематически и выполненными золотникового типа, на концах коленчатого вала выполнены шлицевые участки, один из которых размещен в полости редуктора управления системами газораспределения, а другой выступает за габариты второго картер-цилиндра и вместе с частью противовеса силового механизма прикрыт съемной крышкой с отверстием для выхода шлицевого участка коленчатого вала наружу, при этом перечисленные составляющие двигателя образуют модуль двигателя.

Практично, если двигатель снабжен ведущим валом, установленным в подшипниках качения и одним концом связанным кинематически с редуктором управления системами газораспределения, образуя понижающий обороты ведущего вала редуктор, помещенный в секционный корпус, а другим концом выходящим за габариты секционного корпуса, понижающего обороты ведущего вала редуктора своим шлицевым участком.

Целесообразно, если первый картер-цилиндр выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе ее торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности под размещение стяжных хомутов, в центральной части первого картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек под стяжные болты, выполненных на внешней поверхности картер-цилиндра, выполнена выборка таким образом, что два ее края параллельны торцам картер-цилиндра, а два других выполнены по форме линии пересечения цилиндров, пересекающихся под углом 90^o (части окружности), при этом по другую сторону мнимой линии на наружной поверхности картер-цилиндра выполнен цилиндрический выступ со сквозным ступенчатым отверстием под размещение коленчатого вала с частью противовеса силового механизма и площадкой на торце под крепление секционного корпуса редуктора управления системами газораспределения или понижающего обороты ведущего вала редуктора при помощи сменных шпилек.

Необходимо, если второй картер-цилиндр выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности под размещение стяжных хомутов, в центральной части картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек под стяжные болты, выполненных на внешней поверхности картер-цилиндра в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена прямоугольная выборка глубиной около четверти диаметра картер-цилиндра под размещение шейки коленчатого вала, а по обе стороны этой выборки выполнен фиксатор положения картер-цилиндров при сборке в виде двух диаметрально размещенных, ограниченных в плане с трех сторон выступов, образованных параллельными площадками, направленными по касательным к образующим внешней поверхности картер-цилиндра, доходящими до внешней поверхности картер-цилиндра и перпендикулярными его продольной оси, и донной частью прямоугольной выборки на боковой поверхности картер-цилиндра, параллельной его продольной оси, а по другую сторону мнимой линии выполнен прилив частично в форме катушки с фланцем и со сквозным отверстием под размещение коленчатого вала и части противовеса силового механизма на нем под крепление съемной крышки с отверстием под хвостовик коленчатого вала или элементов секционного корпуса редуктора управления системами газораспределения при помощи сменных шпилек за фланец прилива при установке дополнительного модуля двигателя.

Целесообразно, если шток-поршень выполнен в виде двух стаканов, размещенных открытым торцом друг к другу и соединенных неразъемно перемычкой в форме двутавра, стойка которой размещена по диаметру полостей стаканов, в средней части перемычки выполнено обрамленное ступицей отверстие под размещение эксцентрика, а полки перемычки, равные по размеру ширине ступицы, выполнены по наружной поверхности в форме цилиндра, размер которого превышает диаметральный размер стаканов и равен внутреннему диаметральному размеру картер-цилиндра.

Эффективно, если редуктор управления системами газораспределения выполнен в виде дополнительного шлицевого участка на коленчатом валу, посаженной на него ведущей шестерни и соединенных с ней четырех ведомых шестерен, размещенных на валиках, установленных в одном подшипнике качения и одном подшипнике скольжения, наружная поверхность валиков выполнена в виде последовательно расположенных от ведомых шестерен участков зубчатых зацеплений конической и цилиндрической формы, последний из которых взаимодействует разъемно с кинематической связью ведущего вала с редуктором управления системами газораспределения, а участки с коническими зубчатыми зацеплениями валиков кинематически связаны с соответствующими системами газораспределения.

Надежно, если кинематическая связь ведущего вала с редуктором управления системами газораспределения выполнена в виде шестерни внутреннего зацепления, связанной разъемно с участками зубчатых зацеплений валиков ведомых шестерен цилиндрической формы, выполненной за одно целое с ведущим валом, а подшипники качения ведущего вала размещены по обе стороны шестерни внутреннего зацепления и укреплены в секциях корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора, причем подшипник качения, помещенный в полость шестерни внутреннего зацепления, выполнен тройным, а шлицы выполнены на участке ведущего вала, выходящем за габариты крышки секционного корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора, в которой укреплен второй подшипник качения ведущего вала.

Допустимо, если кинематическая связь участков зубчатого зацепления валиков ведомых шестерен конической формы редуктора управления системами газораспределения с соответствующей системой газораспределения выполнена в виде конических шестерен, размещенных на разъемной тяге, в свою очередь установленной в подшипниках качения, размещенных в кронштейнах, укрепленных на секциях корпуса редуктора управления системами разораспределения и на крышке соответствующего картер-цилиндра.

Удобно, если стяжные хомуты для крепления крышек картер-цилиндров выполнены в виде полуколец с приливами по обоим концам, в которых установлены стягивающие их болты, а внутренняя поверхность полуколец, охватывающая соединение крышки с картер-цилиндром, в сечении выполнена по форме усеченного конуса и взаимодействует с наклонными поверхностями, выполненными соответственно на выступах картер-цилиндра в районе его торцов и на крышке.

Надежно, если секции корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора и входящего в него редуктора управления системами газораспределения укреплены к картер-цилиндрам и между собой при помощи сменных шпилек, выходящих наружу и размещенных в промежутках между ведомыми шестернями редуктора управления системами газораспределения вне габаритов шестерни внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора или во фланце прилива частично в форме катушки второго картер-цилиндра при установке дополнительного модуля двигателя.

Удобно, если подшипник скольжения пары эксцентриков (спаренного эксцентрика), размещенный на штоковой шейке коленчатого вала, выполнен разъемным с буртом у одного из торцов, взаимодействующих с противовесами эксцентриков, укрепленных на эксцентриках, и зафиксирован от перемещения вдоль штоковой шейки ими.

Экономично, если разъемный подшипник спаренного эксцентрика выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10^o с образующей цилиндрической поверхности втулки.

Надежно, если подшипники качения и скольжения валика ведомой шестерни редуктора управления системами газораспределения размещены в промежуточной секции его корпуса, при этом подшипник скольжения установлен при помощи втулки, охватывающей часть промежуточной секции, в которой установлен тройной подшипник качения ведущего вала.

Эффективно, если двигатель снабжен дополнительным нечетным или четным количеством модулей двигателя, установленных каждый в разъем кинематической связи между участками зубчатых зацеплений цилиндрической формы валиков ведомых шестерен редуктора управления системами газораспределения и шестерней внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора при снятой съемной крышке с отверстием для выхода шлицевого участка коленчатого вала за габариты второго картер-цилиндра при помощи шлицевой муфты, устанавливаемой на шлицевые участки коленчатых валов соединяемых модулей двигателей и переходной секции, устанавливаемой в разъеме секционного корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора на фланец прилива частично в форме катушки второго картер-цилиндра при помощи сменных шпилек.

Удобно, если подшипники качения коленчатого вала установлены при помощи втулок в ступенчатом отверстии выступа первого картер-цилиндра и в сквозном отверстии прилива выполненного частично в форме катушки второго картер-цилиндра.

Весьма эффективно, если противовес силового механизма выполнен из двух частей, каждая в виде ступенчатого диска с эксцентрично расположенной ступенью меньшего размера со сквозным через обе ступени отверстием под размещение коленчатого вала и укрепленных на последнем при помощи шпонок, и взаимодействующих с подвижными обоймами его подшипников качения торцом ступени меньшего размера под усилием гайки.

Весьма унифицировано, если на крышках картер-цилиндров дополнительно к системе газораспределения установлена система зажигания для использования бензина в качестве топлива.

Предложенная совокупность признаков, содержащаяся в независимом пункте формулы изобретения, заявителю из уровня техники неизвестна, что является доказательством новизны предложения, а каждый из отличительных признаков со всей очевидностью не следует из известного уровня техники (не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками рассматриваемого изобретения), что является доказательством наличия изобретательского уровня в предложении.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема 4-тактного поршневого двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным силовым механизмом эксцентрикового типа и цилиндрами одинарного действия. Схема дана для прототипа.

Кинематическая схема предлагаемого 4-тактного поршневого двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным силовым механизмом эксцентрикового типа и цилиндрами одинарного действия представлена на фиг.2. Двигатель обслуживается системами газораспределения золотникового типа, укрепленными на крышках цилиндров.

На фиг.3, 3а представлена конструкция предлагаемого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, разработанная применительно к одностороннему процессу в цилиндрах.

На фиг.4, 4а-в представлена конструкция предлагаемого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания одинарного действия, снабженного дополнительным модулем двигателя.

На фиг.5-13 представлена схема сборки двигателя.

На фиг. 14-16 представлена схема сборки подшипников скольжения эксцентриков на штоковой шейке коленчатого вала.

На фиг.17, 18 представлено крепление противовесов эксцентриков.

На фиг. 19, 19а представлен двигатель под высокоскоростные рабочие органы, присоединяемые к левой открытой его части.

На фиг.5 показано выполнение шток-поршня.

На фиг.6 показано выполнение эксцентрика сдвоенным.

На фиг.7 показан в аксонометрии коленчатый вал.

На фиг. 8 - шток-поршень (аксонометрия) идентичен шток-поршню на фиг.5, но при сборке поворачивается на 90^o.

На фиг.9 - крышка картер-цилиндра (аксонометрия).

Фиг.10 - первый картер-цилиндр (аксонометрия).

Фиг.11 - второй картер-цилиндр в положении для сборки.

Фиг.12 - стяжной хомут (аксонометрия).

На фиг. 13 представлена сборка двух картер-цилиндров и коленчатого вала (аксонометрия).

Двигатель, изображенный на фиг.2, 3, имеет шифр ММ-44. Буквы означают: минимальные размеры, максимальные параметры. Цифры - 4-цилиндровый, 4-тактный. Двигатель является базовым с мощностью 70 л.с.

Двигатель, изображенный на фиг. 4, имеет шифр ММ-84 (из двух модулей ММ-44) - 8-цилиндровый, 4-тактный, мощностью 140 л.с. Указанные двигатели имеют единую спецификацию.

Двигатель включает коленчатый вал 1 со штоковой шейкой 2 в подшипниках качения 3, (фиг.3) два шток-поршня 4 (каждая пара поршней, связанных со штоками, выполнена за одно целое) и установлены они перпендикулярно друг другу в соответствующих картер-цилиндрах 5, 6 (фиг.3, 10 и 11). Первый картер-цилиндр 5, второй картер-цилиндр 6. Соответствующая часть картера с парой относящейся к ней цилиндров выполнена за одно целое в виде двух картер-цилиндров, а в последних размещены шток-поршни. На каждом картер-цилиндре установлено по две крышки 7 под системы газораспределения 8 и зажигания (не показаны) для бензиновых двигателей. На штоковой шейке коленчатого вала размещена пара эксцентриков 9, выполненная спаренной (за одно целое) на подшипниках 10 скольжения (см. фиг.3 и 18). Эксцентрики установлены с разнонаправленным эксцентриситетом по отношению друг к другу и на них размещены противовесы 11 эксцентриков, укрепленные, как показано на фиг.18. Между эксцентриками и шток-поршнем установлены подшипники 12 скольжения, которые упираются в фиксаторы их установки в виде выступов на корпусе спаренного эксцентрика. Внутренняя поверхность средней части картер-цилиндра (любого) служит направляющей шток-поршню. Крышки под системы газораспределения и зажигания укреплены стяжными хомутами 13 (фиг.3 и 12) со стягивающими болтами 14. В секционном корпусе (15, 16, 17), включающем промежуточную секцию 16 и крышку корпуса 17, помещен редуктор (18-27) управления системами газораспределения. Редуктор выполнен в виде шлицевого участка 18 на коленчатом валу, установленной на нем ведущей шестерни 19 при помощи пружинной шайбы 20, ведомых шестерен 21, укрепленных при помощи шпонок 22 на валиках 23, установленных в подшипниках качения 24 и скольжения 25 (возможно и качения), на внешней поверхности валиков ведомых шестерен в направлении от ведомой шестерни выполнены последовательно участки зубчатых зацеплений конической 26 и цилиндрической 27 формы. Участок зубчатого зацепления каждого валика конической формы кинематически связан с системой газораспределения 8. Эта кинематическая связь выполнена в виде конических шестерен 28, 29, размещенных на разъемной тяге 30, в свою очередь, установленной в подшипниках качения 31, 32, размещенных в кронштейнах 33, 34, укрепленных на промежуточной секции 16 корпуса редуктора управления системами газораспределения и на крышке соответствующего картер-цилиндра. На концах коленчатого вала выполнены шлицевые участки 35, 36, один из которых помещен в полости редуктора управления системами газораспределения, а другой выступает за габариты второго картер-цилиндра и вместе с частью противовеса 37 силового механизма прикрыт съемной крышкой 38 с отверстием 39 для выхода шлицевого участка коленчатого вала. На картер-цилиндрах (фиг.10, 11) выполнены размещенные диаметрально по две пары монтажных ушек 40 и в них помещены стяжные болты (не показано). На втором картер-цилиндре выполнен фиксатор 41 положения картер-цилиндров при сборке.

Вышеперечисленные составляющие двигателя образуют модуль двигателя. Двигатель может включать в себя множество модулей двигателя. Мощность модуля двигателя равна мощности двигателя, содержащего один модуль. Далее двигатель оснащен ведущим валом 42, установленным в подшипниках качения 43 и 44, кинематически связанным одним концом с редуктором управления системами газораспределения, посредством шестерни 45 внутреннего зацепления, выполненной за одно целое с ведущим валом и связанной разъемно с зубчатыми зацеплениями цилиндрической формы валиков ведомых шестерен редуктора управления системами газораспределения, образуя понижающий обороты ведущего вала редуктор, помещенный в секционный корпус редуктора управления системами газораспределения, а другим концом, выходящим за габариты понижающего обороты ведущего вала редуктора со шлицевым участком 46, предназначенным для соединения с полезной нагрузкой.

Первый картер-цилиндр выполнен в форме цилиндрической втулки (фиг.10) с выступами 47 на наружных поверхностях в районе ее торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности 48 под размещение стяжных хомутов 13 (см. фиг.3 и 12). В центральной части первого картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии соединяющей пару монтажных ушек 40 под стяжные болты, выполнена выборка 49 таким образом, что два ее края 50 параллельны торцам картер-цилиндра, а два других края 51 выполнены по форме линии пересечения (часть окружности) двух цилиндров, пересекающихся под углом 90^o друг к другу, при этом по другую сторону мнимой линии на наружной поверхности картер-цилиндра выполнен цилиндрический выступ 52 со сквозным ступенчатым отверстием (показано на фиг.3) под размещение коленчатого вала (одного из его подшипников качения 3) и площадкой 53 на торце под крепление секционного корпуса (15, 16, 17) редуктора управления системами газораспределения или понижающего обороты ведущего вала редуктора при помощи сменных шпилек (не показаны).

Второй картер-цилиндр (см. фиг.11) выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами 54 на наружных поверхностях в районе торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности (не показаны), аналогичные поверхностям 48 первого картер-цилиндра под размещение стяжных хомутов. В центральной части картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек 40 под стяжные болты, выполненных на внешней поверхности картер-цилиндра, в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена прямоугольная выборка (показана пунктиром) глубиной около четверти диаметра наружной поверхности картер-цилиндра под размещение штоковой шейки коленчатого вала, а по обе стороны этой выборки выполнен фиксатор 41 положения картер-цилиндров при сборке. Фиксатор 41 выполнен в виде двух диаметрально расположенных, ограниченных в плане с трех сторон выступов, образованных параллельными площадками, направленными по касательным к образующим внешней поверхности картер-цилиндра, и площадками, доходящими до его внешней поверхности и перпендикулярными его продольной оси. Данная часть указанной прямоугольной выборки, параллельная продольной оси картер-цилиндра, замыкает поверхность фиксатора. По другую сторону мнимой линии выполнен прилив 55 частично в форме катушки с фланцем 56 и со сквозным отверстием 57 под размещение коленчатого вала и части противовеса силового механизма 37 на нем под крепление съемной крышки 38 с отверстием 39 под хвостовик коленчатого вала 36 или элементов секционного корпуса 15, 16, 17 редуктора управления системами газораспределения при установке дополнительного модуля двигателя при помощи сменных шпилек за фланец прилива. Для эксплуатационного обслуживания сменных шпилек и крепления подшипника 3 качения коленчатого вала в съемной крышке 38 выполнены отверстия 58.

Шток-поршень (фиг.5 и 8) выполнен однотипным для обоих картер-цилиндров и представляет собой два стакана 59, размещенных открытым торцом друг к другу и соединенных неразъемно перемычкой 60 в форме двутавра, стойка которой размещена по диаметру полостей стаканов, и в средней части перемычки выполнено отверстие 61, обрамленное ступицей 62 (см. фиг.3). В отверстии размещается спаренный эксцентрик 9 с подшипником скольжения 12. Полки боя перемычки 60 равны по размеру ширине ступицы и выполнены по наружной поверхности в форме цилиндра, размер которого превышает незначительно диаметральный размер наружной поверхности стаканов и равен внутреннему диаметральному размеру картер-цилиндра.

Разница размеров картер-цилиндра и стаканов шток-поршня перекрывается поршневыми кольцами 63 (см. фиг.3), при этом внутренняя поверхность картер-цилиндра служит направляющей шток-поршню, взаимодействующей с указанной поверхностью полками двутавровой перемычки 60.

Стяжные хомуты (фиг. 12) для крепления крышек картер-цилиндров (фиг.9) выполнены в виде полуколец 13 с приливами по обоим концам 64 с отверстиями 65, в которых установлены стягивающие болты 14 (см. фиг.3). Внутренняя поверхность полуколец, охватывающая соединение крышки с картер-цилиндром, в сечении выполнена по форме усеченного конуса и взаимодействует с наклонными поверхностями, выполненными на выступах картер-цилиндров в районе их торцов и на крышке, приспособленной для крепления системы газораспределения золотникового типа.

Секции корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора и входящего в него редуктора управления системами газораспределения укреплены к картер-цилиндрам и между собой при помощи сменных шпилек, выходящих наружу и размещенных в промежутках между ведомыми шестернями редуктора управления системами газораспределения (не показано) вне габаритов шестерни внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора.

Подшипники скольжения сдвоенного эксцентрика, размещенные на штоковой шейке коленчатого вала (см. фиг.14-18), выполнены разъемными с буртом 66 у одного из их торцов, взаимодействующих с противовесами 11, укрепленными на эксцентрике по обеим его сторонам. Противовесы сдвоенного эксцентрика одновременно являются ограничителями перемещения подшипников скольжения вдоль штоковой шейки коленчатого вала. Каждый подшипник скольжения эксцентрика выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10^o с образующей цилиндрической поверхности втулки.

Подшипники качения 24 и скольжения 25 валика 23 ведомой шестерни редуктора управления системами газораспределения размещены в промежуточной секции его корпуса, при этом подшипник скольжения установлен при помощи втулки 67, охватывающей часть промежуточной секции, в которой установлен тройной подшипник 43 качения ведущего вала.

Как уже указывалось, все вышеперечисленные составляющие двигателя с особенностями их конструктивного выполнения образуют модуль двигателя.

Двигатель можно снабжать одним или несколькими модулями (четным или нечетным количеством). Каждый модуль двигателя устанавливают в разъем кинематической связи между участками зубчатых зацеплений цилиндрической формы валиков 23 ведомых шестерен редуктора управления системами газораспределения и шестерней внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора при снятой съемной крышке 38 с отверстием для выхода шлицевого участка коленчатого вала за габариты второго картер-цилиндра при помощи шлицевой муфты 68 (фиг.4), устанавливаемой на шлицевые участки коленчатых валов соединяемых модулей двигателя, и переходной секции 69, устанавливаемой в разъеме секционного корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора на фланец прилива частично в форме катушки второго картер-цилиндра и секции 15 секционного корпуса редуктора управления системами газораспределения при помощи сменных шпилек.

Подшипники 3 качения коленчатого вала установлены при помощи втулки 70 (фиг. 3) в сквозном отверстии прилива, выполненного частично в форме катушки второго картер-цилиндра, и втулки 71, размещенной в ступенчатом отверстии выступа первого картер-цилиндра.

Противовес 37 силового механизма выполнен из двух частей, каждая в виде ступенчатого диска с эксцентрично расположенной ступенью меньшего размера со сквозным (через обе ступени) отверстием под размещение коленчатого вала, укрепленных на нем при помощи шпонок и взаимодействующих с подвижными обоймами его подшипников 3 торцом ступени меньшего размера под усилием гайки.

На фиг.1 представлена схема 4-тактного двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным силовым механизмом эксцентрикового типа. Из рисунка видно, что возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах диаметром Д преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 1, имеющего эксцентриситет r. Отношение Д/r - основной параметр предлагаемого двигателя, определяющий его быстроходность.

Для предлагаемого двигателя, находящегося в конструкторской разработке, это отношение выбрано равным 13,1 и оно обеспечило ему конкурентоспособность среди авиационных двигателей внутреннего сгорания, равной мощности прошедших испытания. Результаты сравнения представлены в таблице.

Все детали двигателя выполнены из различных марок стали с необходимой термообработкой и покрытиями.

Подшипники скольжения выполнены из свинцовистой бронзы, а уплотняющие прокладки (не приведены в описании) - из закаленной стали.

Поскольку двигатель работает при скоростях вращения коленчатого вала десять и более тысяч оборотов в минуту, для системы газораспределения требуется вдвое меньшее число оборотов, а воздушные авиационные винты, которые двигатель может приводить во вращение, имеют рабочую частоту вращения 2,5-3 тыс. об/мин, двигатель снабжен понижающим обороты ведущего вала до необходимого значения редуктором со встроенным в него редуктором управления системами газораспределения, установленными на крышках картер-цилиндров. Конструкция редукторов позволяет обеспечить работу двигателя на высокоскоростные рабочие органы. В этом случае необходимость в редукторе, понижающем обороты ведущего вала, отпадает (см. фиг.19). Сборка двигательного узла производится в следующей последовательности. На центральную часть коленчатого вала 1 надевается спаренный эксцентрик 9 (см. фиг.6 и 7), его внутренний диаметр в отсутствии подшипника скольжения 10 позволяет это сделать. В зазор между спаренным эксцентриком и коленчатым валом запрессовывают подшипники скольжения 10, каждый из которых состоит из 2-х половин с разъемом, скошенным на угол 10^o по отношению к образующим цилиндрических поверхностей подшипников (фиг.14-16), причем сначала вставляется часть подшипника до упора буртами 66 в тело эксцентрика сверху коленчатого вала, затем эксцентрик поворачивают на 180^o и запрессовывают другую часть подшипника. В отверстия 61 шток-поршней 4 запрессовываются подшипники скольжения 12 - по одному подшипнику в каждый шток-поршень. Затем на шток-поршень надевают поршневые кольца 63 (по 3 шт. с каждой стороны). Шток-поршни вставляют в картер-цилиндры так, чтобы плоскости торцов подшипников скольжения были бы примерно параллельны продольным осям обоих картер-цилиндров.

Коленчатый вал с надетым на него спаренным эксцентриком вдвигается соответствующим посадочным местом спаренного эксцентрика в подшипник скольжения 12 шток-поршня, первого картер-цилиндра (на чертежах вертикально установленного) до упора в выступ на корпусе спаренного эксцентрика. На второе посадочное место спаренного эксцентрика надевается своим подшипником скольжения 12 шток-поршень второго картер-цилиндра до упора в соответствующий выступ на корпусе спаренного эксцентрика (при этом шток-поршень находится в картер-цилиндре) (фиг.13). Картер-цилиндры стягиваются болтами, пропущенными в отверстия монтажных ушек 40, в единое целое.

К торцевым плоскостям спаренного эксцентрика винтами с потайными головками крепятся противовесы 11 (фиг.17 и 18). Монтаж ведется через открытые ступенчатое отверстие в выступе первого картер-цилиндра и отверстие в приливе 55 второго картер-цилиндра, частично выполненном в форме катушки. При этом есть возможность осуществлять подвижку шток-поршней и их разворот в нужную сторону внутри картер-цилиндров. Противовесы 11 спаренного эксцентрика, кроме своей прямой функции, служат фиксаторами от осевого смещения подшипников скольжения 12.

В указанные отверстия картер-цилиндров устанавливаются втулки 70 и 71, в которых устанавливаются подшипники качения 3 коленчатого вала. С обеих сторон коленчатого вала устанавливаются на шпонках противовесы 37 силового механизма, один из них поджимается к подвижной опоре подшипника качения 3 коленчатого вала при помощи гайки, установленной на коленчатом валу. На этом сборка силового механизма заканчивается. После этого на картер-цилиндрах устанавливаются с помощью стяжных хомутов 13 крышки 7 (фиг.13) и на них монтируются газораспределительные системы 8 золотникового типа с приводами их вращения. Благодаря наклонным поверхностям, выполненным на выступах картер-цилиндров в районе их торцов и на крышках картер-цилиндров, а также выполнению внутренней поверхности половинок стяжных хомутов в форме усеченного конуса, при сближении половинок стяжного хомута происходит перемещение крышки картер-цилиндра к картер-цилиндру и герметичное их соединение. Сборка двигательного узла при этом заканчивается.

Представленная модификация бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа имеет подшипники скольжения. Для уменьшения потерь на трение в этих кинематических парах возможна установка игольчатых или роликовых подшипников, что увеличит механический КПД и быстроходность двигателя.

Предлагаемая конструкция может быть применена как в бензиновом двигателе (с системой зажигания), так и в дизельном двигателе (с системой зажигания и без нее). В крышке картер-цилиндра выполняется резьбовое отверстие и в него устанавливается свеча зажигания (чертежами предусмотрена) известной системы зажигания.

Из таблицы следует, что несмотря на то, что двигатель ММ-84 имеет в 9,6 раза меньший по сравнению с двигателем МБ-4 литраж, он обладает такой же максимальной мощностью 140 л/с и имеет меньшие в 3,1 раза весовые данные.

Содержание таблицы наглядно демонстрирует существенные преимущества 4-тактного бесшатунного модульного двигателя внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа в сочетании с системой газораспределения золотникового типа.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное устройство соответствует условию промышленной применимости.

Изобретение относится к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания с цилиндрами, расположенными звездообразно. Технический результат заключается в возможности создания унифицированного двигателя для широкого использования в морском, речном, железнодорожном, автомобильном, мотоциклетном транспорте и на сельскохозяйственных машинах, где нужны двигатели различной мощности, состоящие из одних и тех же деталей и узлов. Двигатель выполнен из двух картер-цилиндров, скрепленных стяжными болтами. В цилиндрах размещены две пары связанных штоками поршней, которые установлены попарно перпендикулярно друг другу. На цилиндрах укреплены стяжными хомутами крышки под системы газораспределения золотникового типа. Каждая пара поршней, связанных со штоками, выполнена за одно целое в виде шток-поршня. Подшипники качения коленчатого вала установлены в картер-цилиндрах и взаимодействуют своими подвижными обоймами с противовесом силового механизма, выполненным из двух частей. На штоковой шейке коленчатого вала на подшипниках скольжения размещена пара эксцентриков с разнонаправленным эксцентриситетом и противовесами к ним. Эксцентрики размещены в отверстиях, обрамленных ступицей, в средней части шток-поршней. Направляющей для шток-поршней служат внутренние поверхности средней части картер-цилиндров. Перечисленные составляющие образуют модуль двигателя, причем двигатель можно снабжать одним или несколькими модулями. Двигатель снабжен редуктором, который помещен в секционном корпусе управления системами газораспределения и связан с ними кинематически. 17 з. п. ф-лы, 19 ил., 1 табл.

1. Бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, содержащий картер, четыре цилиндра, коленчатый вал со штоковой шейкой в подшипниках качения, две пары связанных штоками поршней, установленных попарно перпендикулярно друг другу в соответствующих цилиндрах с размещенными на них крышками под системы газораспределения, пару эксцентриков, установленных с разнонаправленным эксцентриситетом по отношению друг к другу и противовесами к ним, размещенных на штоковой шейке на подшипниках скольжения с возможностью возвратно-поступательного перемещения со штоком по направляющей, отличающийся тем, что часть картера с парой соответствующих цилиндров выполнена за одно целое в виде первого картер-цилиндра с двумя парами диаметрально размещенных монтажных ушек под стяжные болты крепления ко второму картер-цилиндру, имеющему аналогичные приспособления с фиксатором положения при сборке картер-цилиндров и выполненному также за одно целое с другой частью картера и парой цилиндров, причем каждая пара поршней, связанных со штоками, выполнена за одно целое в виде шток-поршня, внутренняя поверхность средней части картер-цилиндров служит направляющей шток-поршню, крышки под системы газораспределения укреплены стяжными хомутами, двигатель снабжен редуктором, помещенным в секционном корпусе управления системами газораспределения, связанными с ним кинематически и выполненными золотникового типа, на концах коленчатого вала выполнены шлицевые участки, один из которых размещен в полости редуктора управления системами газораспределения, а другой выступает за габариты второго картер-цилиндра вместе с частью противовеса силового механизма, при этом перечисленные составляющие двигателя образуют модуль двигателя. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что модуль двигателя со стороны второго картер-цилиндра прикрыт съемной крышкой с отверстием по ее оси для выхода шлицевого участка коленчатого вала наружу. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен ведущим валом, установленным в подшипниках качения и одним концом связанным кинематически с редуктором управления системами газораспределения, образуя понижающий обороты ведущего вала редуктор, помещенный в секционный корпус, а другим концом выходящим за габариты секционного корпуса своим шлицевым участком. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что первый картер-цилиндр выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе ее торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности под размещение стяжных хомутов, в центральной части первого картер-цилиндра по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек под стяжные болты, выполненных на образующей картер-цилиндра, выполнена выборка таким образом, что два ее края параллельны торцам картер-цилиндра, а два других выполнены по форме линии пересечения цилиндров, пересекающихся под углом 90^o (части окружности), при этом по другую сторону мнимой линии, на наружной поверхности картер-цилиндра выполнен цилиндрический выступ со сквозным ступенчатым отверстием под размещение коленчатого вала с частью противовеса силового механизма и площадкой на торце под крепление секционного корпуса редуктора управления системами газораспределения или понижающего обороты ведущего вала редуктора при помощи сменных шпилек. 5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что второй картер-цилиндр выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе торцов, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности под размещение стяжных хомутов, в центральной части картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек под стяжные болты, выполненных на внешней поверхности картер-цилиндра, в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена прямоугольная выборка глубиной около четверти диаметра картер-цилиндра под размещение штоковой шейки коленчатого вала, а по обе стороны этой выборки выполнен фиксатор положения картер-цилиндров при сборке в виде двух диаметрально размещенных, ограниченных в плане с трех сторон выступов, образованных параллельными площадками, направленными по касательным к образующим внешней поверхности картер-цилиндра, площадками, доходящими до внешней поверхности картер-цилиндра и перпендикулярными его продольной оси и донной частью прямоугольной выборки на боковой поверхности картер-цилиндра, параллельной его продольной оси, а по другую сторону мнимой линии выполнен прилив частично в форме катушки с фланцем и со сквозным отверстием под размещение коленчатого вала и части противовеса силового механизма на нем под крепление съемной крышки с отверстием под хвостовик коленчатого вала или элементов секционного корпуса редуктора управления системами газораспределения при установке дополнительного модуля двигателя при помощи сменных шпилек за фланец прилива. 6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что шток-поршень выполнен в виде двух стаканов, размещенных открытым торцом друг к другу и соединенных неразъемной перемычкой в форме двутавра, стойка которой размещена по диаметру полостей стаканов, в средней части перемычки выполнено обрамленное ступицей отверстие под размещение эксцентрика, а полки перемычки, равные по размеру ширине ступицы, выполнены по наружной поверхности в форме цилиндра, размер которого превышает диаметральный размер стаканов и равен внутреннему диаметральному размеру картер-цилиндра. 7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что редуктор управления системами газораспределения выполнен в виде дополнительного шлицевого участка на коленчатом валу, посаженной на него ведущей шестерне, и соединенных с ней четырех ведомых шестерен, размещенных на валиках, установленных в одном подшипнике качения и одном подшипнике скольжения, наружная поверхность валиков выполнена в виде последовательно расположенных от ведомых шестерен участков зубчатых зацеплений конической и цилиндрической формы, последний из которых взаимодействует разъемно с кинематической связью ведущего вала с редуктором управления системами газораспределения, а участки с коническими зубчатыми зацеплениями валиков кинематически связаны с соответствующими системами газораспределения. 8. Двигатель по п. 3 или 7, отличающийся тем, что кинематическая связь ведущего вала с редуктором управления системами газораспределения выполнена в виде шестерни внутреннего зацепления, связанной разъемно с участками зубчатых зацеплений валиков ведомых шестерен цилиндрической формы, выполненной за одно целое с ведущим валом, а подшипники качения ведущего вала размещены по обе стороны шестерни внутреннего зацепления и укреплены в секциях корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора, причем подшипник качения, помещенный в полость шестерни внутреннего зацепления, выполнен тройным, а шлицы выполнены на участке ведущего вала, выходящем за габариты крышки секционного корпуса ведущего вала редуктора, в которой укреплен второй подшипник качения ведущего вала. 9. Двигатель по п. 1 или 7, отличающийся тем, что кинематическая связь участков зубчатого зацепления конической формы валиков ведомых шестерен редуктора управления системами газораспределения с соответствующей системой газораспределения выполнена в виде конических шестерен, размещенных на разъемной тяге, установленной в подшипниках качения, размещенных в кронштейнах, укрепленных на секциях корпуса редуктора управления системами газораспределения и на крышке соответствующего картер-цилиндра. 10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что стяжные хомуты для крепления крышек картер-цилиндров выполнены в виде полуколец с приливами по обоим концам, в которых установлены стягивающие их болты, а внутренняя поверхность полуколец, охватывающая соединение крышки с картер-цилиндром, в сечении выполнена по форме усеченного конуса и взаимодействует с наклонными поверхностями, выполненными соответственно на выступах картер-цилиндра в районе его торцов и на крышке. 11. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что секции корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора и входящего в него редуктора управления системами газораспределения укреплены к картер-цилиндрам и между собой при помощи сменных шпилек, выходящих наружу и размещенных в промежутках между ведомыми шестернями редуктора управления системами газораспределения вне габаритов шестерни внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора или во фланце прилива частично в форме катушки второго картер-цилиндра при установке дополнительного модуля двигателя. 12. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что подшипник скольжения пары эксцентриков (спаренного эксцентрика), размещенный на штоковой шейке коленчатого вала, выполнен разъемным с буртом у одного из торцов взаимодействующих с противовесами эксцентриков, укрепленных на эксцентриках, и зафиксирован последними от перемещения вдоль штоковой шейки. 13. Двигатель по п. 1 или 12, отличающийся тем, что разъемный подшипник спаренного эксцентрика выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10^o с образующей цилиндрической поверхности втулки. 14. Двигатель по любому из пп. 1, 7 или 8, отличающийся тем, что подшипники качения и скольжения валика ведомой шестерни редуктора управления системами газораспределения размещены в промежуточной секции его корпуса, при этом подшипник скольжения установлен при помощи втулки, охватывающей части промежуточной секции, в которой установлен тройной подшипник качения ведущего вала. 15. Двигатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным нечетным или четным количеством модулей двигателя, установленных каждый в разъем кинематической связи между участками зубчатых зацеплений цилиндрической формы валиков ведомых шестерен редуктора управления системами газораспределения и шестерней внутреннего зацепления понижающего обороты ведущего вала редуктора при снятой съемной крышке с отверстием для выхода шлицевого участка коленчатого вала за габариты второго картер-цилиндра при помощи шлицевой муфты, устанавливаемой на шлицевые участки коленчатых валов соединяемых модулей двигателя и переходной секции, устанавливаемой в разъеме секционного корпуса понижающего обороты ведущего вала редуктора на фланец прилива, выполненного частично в форме катушки второго картер-цилиндра, и секцию корпуса редуктора управления системами газораспределения при помощи сменных шпилек. 16. Двигатель по любому из пп. 1, 3, 4 и 5, отличающийся тем, что подшипники качения коленчатого вала установлены при помощи втулок в ступенчатом отверстии выступа первого картер-цилиндра и в сквозном отверстии прилива, выполненного частично в форме катушки второго картер-цилиндра. 17. Двигатель по любому из пп. 1, 3, 4, 5 или 16, отличающийся тем, что противовес силового механизма выполнен из двух частей, каждая в виде ступенчатого диска с эксцентрично расположенной ступенью меньшего размера со сквозным (через обе ступени) отверстием под размещение коленчатого вала, укрепленных на последнем при помощи шпонок и взаимодействующих с неподвижными обоймами его подшипников качения торцом ступени меньшего размера под усилием гайки. 18. Двигатель по п. 1 или 10, отличающийся тем, что на крышках картер-цилиндров дополнительно к системе газораспределения установлена система зажигания для использования бензина в качестве топлива.