ШАТУН Российский патент 2014 года по МПК F16C7/02 F02B75/32 

Область техники

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, и, в частности, шатунам для использования при соединении поршня с коленчатым валом.

Уровень техники

Шатуны применяются в поршневых двигателях с поршнем возвратно-поступательного хода для соединения поршня с коленчатым валом. Шатуны обеспечивают превращение возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Шатун может подвергаться воздействию огромных нагрузок от изменяющихся сил, воздействующих на те точки, где шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом. В двигателях внутреннего сгорания поршень размещен в поршневом цилиндре, и его возвратно-поступательное движение направляется боковыми стенками цилиндра. Участки шатуна также обычно расположены в цилиндре двигателя и совершают возвратно-поступательное движение вместе с поршнем в цилиндре. Воздействия, приложенные к шатуну, могут потенциально привести к износу и повреждению шатуна.

Сущность изобретения

Согласно одному варианту, изобретения создан шатун, который включает в себя удлиненный стержень шатуна с малой головкой на первом аксиальном конце стержня шатуна и большой головкой на втором осевом конце стержня шатуна. Большая головка включает в себя корпусную часть и крышечную часть, приспособленную для присоединения к корпусной части с возможностью съема. Когда крышечная часть соединена с корпусной частью, крышечная часть и корпусная часть взаимодействуют в целях образования шатунной шейки, имеющей расточенное отверстие, и плотно примыкают друг к другу на первом и втором разнесенных узлах сопряжения. Крышечная часть образует отверстие, близкорасположенное к первому узлу сопряжения, приспособленное для приемки резьбового соединителя, которое сцепляет и прижимает крышечную часть к корпусной части. Крышечная часть включает в себя боковой участок, который проходит радиально за пределы наибольшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до первого узла сопряжения. Боковой участок по существу радиально сосредоточен смежно первому узлу сопряжения.

Согласно другому варианту изобретения создан двигатель с блоком цилиндров, образующим поршневой цилиндр, кривошип, имеющий шатунную шейку и выполненный с возможностью вращения в блоке цилиндров, поршень, расположенный в поршневом цилиндре, а также удлиненный шатун, соединяющий кривошип с поршнем. Шатун соединен с шатунной шейкой большой головкой шатуна. Большая головка шатуна включает в себя корпусную часть и крышечную часть, соединенную с возможностью съема с корпусной частью множеством резьбовых соединителей. Крышечная часть плотно примыкает к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения. В области, смежной первому узлу сопряжения, крышечная часть проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения. Крышечная часть имеет поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

Согласно одному варианту изобретения создан способ работы двигателя. Согласно способу поршень, который совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра двигателя, соединяют с кривошипом двигателя удлиненным шатуном. Удлиненный шатун включает в себя корпусную часть и крышечную часть, прикрепленную с возможностью съема к корпусной части множеством резьбовых соединителей и плотно примыкающую к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения. Нагрузки со стороны кривошипа на шатун воспринимаются областью крышечной части, смежной первому узлу сопряжения, проходящей в сторону за пределы первого узла сопряжения. Шатун в области, смежной первому узлу сопряжения, имеет наибольший поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

Вышеуказанные признаки могут включать в себя один или несколько, или же ни один из нижеследующих признаков. Крышечная часть и корпусная часть могут включать в себя сцепляемые выступы и выемки на первом узле сопряжения. Боковой участок может проходить радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения. Боковой участок может проходить радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем крышечная часть проходит радиально за пределы второго узла сопряжения. Общий объем бокового участка, проходящего радиально за пределы плоскости, проходящей через конец первого узла сопряжения и ортогональной первому узлу сопряжения, имеет центроид, и центроид может находиться радиально внутри наименьшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до периметра крышечной части. Боковой участок может находиться радиально внутри наибольшего радиуса от центра шатунной шейки до периметра крышечной части. Первый и второй узлы сопряжения могут быть неортогональны к продольной оси стержня шатуна. Первый и второй узлы сопряжения могут быть компланарны.

Альтернативные варианты изобретения описаны здесь ниже. В первом варианте шатун для соединения поршня с шатунной шейкой содержит удлиненный стержень шатуна с противоположными первым и вторым аксиальными концами, малую головку на первом аксиальном конце стержня шатуна, приспособленную для соединения с поршнем, а также большую головку на втором аксиальном конце стержня шатуна.

Во втором варианте согласно первому варианту большая головка содержит корпусную часть, проходящую на втором аксиальном конце стержня шатуна и являющуюся его прямым продолжением, а также крышечную часть, приспособленную для соединения с возможностью съема к корпусной части, при этом, когда крышечная часть соединена с корпусной частью, крышечная часть и корпусная часть взаимодействуют в целях образования шатунной шейки, имеющей расточенное отверстие, и плотно примыкают друг к другу на первом и втором разнесенных узлах сопряжения таким образом, что крышечная часть образует, по меньшей мере, отверстие, близкорасположенное к первому узлу сопряжения, приспособленное для приемки резьбового соединителя, который сцепляет и прижимает крышечную часть к корпусной части.

В третьем варианте согласно любому из предшествующих вариантов крышечная часть содержит боковой участок, проходящий радиально за пределы наибольшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до первого узла сопряжения.

В четвертом варианте согласно любому из предшествующих вариантов боковой участок, по существу, радиально сосредоточен смежно первому узлу сопряжения.

В пятом варианте согласно любому из предшествующих вариантов наибольший размер шатуна, измеренный поперечно продольной оси стержня шатуна, больше наибольшего размера корпусной части, измеренного поперечно продольной оси стержня шатуна.

В шестом варианте согласно любому из предшествующих вариантов боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы корпусной части около первого узла сопряжения.

В седьмом варианте согласно любому из предшествующих вариантов боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения.

В восьмом варианте согласно любому из предшествующих вариантов боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем крышечная часть проходит радиально за пределы второго узла сопряжения.

В девятом варианте согласно любому из предшествующих вариантов общий объем бокового участка, проходящего радиально за пределы плоскости, проходящей через конец первого узла сопряжения и ортогональной первому узлу сопряжения, имеет центроид, при этом центроид расположен радиально внутри наименьшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до периметра крышечной части.

В десятом варианте согласно предшествующему варианту центроид находится в плоскости сечения, параллельной первому узлу сопряжения и смещенной от первого узла сопряжения на угол 25 градусов.

В одиннадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов боковой участок расположен радиально внутри наибольшего радиуса от центра шатунной шейки до периметра крышечной части.

В двенадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов первый и второй узлы сопряжения не ортогональны к продольной оси стержня шатуна.

В тринадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов первый и второй узлы сопряжения компланарны.

В четырнадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов крышечная часть и корпусная часть содержат сцепляемые выступы и выемки на первом узле сопряжения и/или на втором узле сопряжения.

В пятнадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов крышечную часть и корпусную часть изготавливают путем откалывания крышечной части от цельной заготовки большой головки с целью образованию отдельных элементов корпусной части и крышечной части.

В шестнадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов крышечная часть шатуна соединена с возможностью съема с корпусной частью множеством резьбовых соединителей.

В семнадцатом варианте согласно любому из предшествующих вариантов, по меньшей мере, один из резьбовых соединителей проходит через первый узел сопряжения. Как вариант второй резьбовой соединитель может проходить через второй узел сопряжения.

В восемнадцатом варианте имеется двигатель, содержащий блок цилиндров, образующий поршневой цилиндр, кривошип, имеющий шатунную шейку и выполненный с возможностью вращения в блоке цилиндров, поршень, расположенный в поршневом цилиндре, а также удлиненный шатун, соединяющий кривошип с поршнем, в котором тип шатуна соответствует любому из предшествующих вариантов.

В девятнадцатом варианте согласно предшествующему варианту шатун соединен с шатунной шейкой большой головкой шатуна.

В двадцатом варианте согласно любому из восемнадцатого или девятнадцатого вариантов крышечная часть плотно примыкает к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения, при этом в области, смежной первому узлу сопряжения, крышечная часть проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения и имеет поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

В двадцать первом варианте согласно любому из предшествующих вариантов с восемнадцатого по двадцатый наибольший радиус от центра шатунной шейки до крышечной части, смежной первому узлу сопряжения, приблизительно такой же, как наименьший радиус от центра шатунной шейки до периметра крышечной части.

В двадцать втором варианте согласно любому из предшествующих вариантов с восемнадцатого по двадцать первый крышечная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения.

В двадцать третьем варианте согласно любому из предшествующих вариантов с восемнадцатого по двадцать второй блок цилиндров включает в себя боковое отверстие доступа, выполненное с возможностью обеспечения технического обслуживания, по меньшей мере, одного из соединителей, крышечной части, или корпусной части.

В двадцать четвертом варианте предложен способ работы двигателя согласно предшествующим вариантам с восемнадцатого по двадцать третий. Способ включает соединение поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре двигателя, с кривошипом двигателя с помощью удлиненного шатуна, и обеспечение поддержки в восприятии нагрузок, воздействующих со стороны кривошипа на шатун в области крышечной части, смежной первому узлу сопряжения, которая проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения.

В двадцать пятом варианте согласно предшествующему варианту обеспечение поддержки содержит обеспечение поддержки в восприятии нагрузок, воздействующих со стороны кривошипа на шатун с помощью сцепляемых выступов и выемок на первом узле сопряжения.

Подробности одного или нескольких вариантов осуществления указаны на прилагаемых чертежах и в нижеследующем описании. Другие признаки, задачи и преимущества будут очевидны из описания и чертежей, а также из пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в разрезе двигателя, включающий в себя шатун, выполненный в соответствии с описанными здесь концепциями;

Фиг.2A - вид спереди варианта осуществления шатуна, изображенного пропорционально масштабу;

Фиг.2B - первый вид в разрезе крышки большой головки, представленной на фиг.2A, показывающий расположение варианта осуществления представленного в разрезе центроида;

Фиг.2C - второй вид в разрезе крышки большой головки, представленной на фиг.2 A, показывающий расположение другого варианта осуществления представленного в разрезе центроида; и

Фиг.3 - вид в разрезе шатуна, представленного на фиг.2A, наложенный на вид в разрезе гильзы цилиндра двигателя, при этом оба изображены пропорционально масштабу.

Идентичные ссылочные позиции на различных чертежах обозначают идентичные элементы.

Подробное описание изобретения

Различные варианты осуществления шатуна предусмотрены в двигателе для соединения коленчатого вала с поршнем с целью превращения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение на коленчатом валу. В двигателе может быть установлен один или несколько шатунов, обычно по одному на поршень двигателя. Шатун имеет малую головку, приспособленную для соединения с поршнем, и большую головку, приспособленную для соединения с коленчатым валом. Большая головка включает в себя отделяемую крышечную часть, обеспечивающую возможность приемки большой головкой шатунной шейки коленчатого вала. На крышечной части имеется боковой участок, проходящий радиально за пределы узла сопряжения между крышечной частью и остальной частью большой головки.

Как показано на фиг.1, в некоторых примерах двигатель 100 оснащен блоком 102 цилиндров, поршнем 105 и коленчатым валом 112. Шатун 115 соединяет поршень 105 с шатунной шейкой 110 коленчатого вала 112. Шатун 115 соединен с поршневым пальцем 107 поршня 105 малой головкой 117 шатуна 115, а с шатунной шейкой 110 - большой головкой 135. Малая головка 117 имеет расточенное отверстие 119, в которое плотно вставлен поршневой палец 107 и которое может быть втулочного типа или иного типа с целью образования подшипника 152 (например, подшипника скольжения или иного подшипника). Аналогичным образом, большая головка 135 имеет расточенное отверстие 145, в которое плотно вставлена шатунная шейка 110 и которое может быть втулочного типа или иного типа с целью образования подшипника 150 (например, подшипника скольжения или иного подшипника). В цилиндре 120 может быть расположен поршень 105. Верхнее днище 125 цилиндра 120 обычно перекрыто головкой 126 цилиндра, а противоположное днище цилиндра 120 открыто. Цилиндр 120 может быть выполнен с возможностью ограничения бокового движения поршня 105 при его возвратно-поступательном движении в цилиндре 120. По меньшей мере, часть участка шатуна 115 расположена в цилиндре 120, при этом, по меньшей мере, часть участка расположена вне цилиндра 120, воспринимая движение большой головки 135 шатуна 115, движущегося скоординировано с циклическим движением шатунной шейки 110. Двигатель 100 может иметь одноцилиндровую компоновку, содержащую единственный цилиндр 120, поршень 105, шатунную шейку 110, и шатун 115, или же может представлять собой многоцилиндровый двигатель 100, содержащий несколько цилиндров 120, поршней 105, шатунных шеек 110 и шатунов 115. В многоцилиндровом двигателе 100 количество поршней 105, шатунных шеек 110 и шатунов 115 соответствует количеству цилиндров 120. Кроме того, двигатель 100 может иметь различное расположение цилиндров, например V-образное расположение, рядное расположение, или другую конфигурацию поршневого двигателя.

В некоторых примерах шатун 115 имеет крышечную часть 137 на большой головке 135. Крышечная часть 137 соединена с возможностью съема с остальной частью шатуна 115, обеспечивая установку шатунной шейки 110 в расточенное отверстие 145 большой головки 135. После размещения шатунной шейки 110 в расточенном отверстии 145 крышечная часть 137 может быть установлена на место и прикреплена к остальной части шатуна 115, так чтобы шатунная шейка 110 плотно вошла в расточенное отверстие 145. В некоторых вариантах осуществления соединители 148, пропущенные в отверстия крышечной части 137 и остальной части большой головки 135, сцепляют крышечную часть 137 и остальную часть большой головки 135 и прижимают крышечную часть 137 к остальной части шатуна 115, хотя могут быть реализованы и другие крепежные механизмы для фиксации крышечной части к шатуну 115. Съемная конструкция крышечной части может помочь не только при соединении шатуна 115 с шатунной шейкой 110, но также и при вводе шатуна 115 в цилиндр 120, при установке подшипника 150 вокруг шатунной шейки 110 в расточенном отверстии 145, при замене изношенных подшипников 150, или при выполнении иного технического обслуживания.

В некоторых вариантах осуществления двигателя 100 предусмотрены отверстия 132 доступа для технического обслуживания, обеспечивающие доступ к внутренним компонентам двигателя 100, в том числе цилиндрам 120, поршням 105, кривошипу 112, и шатуну 115. Отверстия доступа облегчают доступ и, соответственно, сборку, а также техническое обслуживание внутренних компонентов двигателя 100, например шатунов 115 и соответствующих подшипников и крепежных механизмов. На фиг.1 отверстия доступа проделаны в одной или нескольких панелях 114 доступа с боковой стороны двигателя 100 (например, через боковую сторону блока 102 цилиндров).

Для большего удобства обслуживания двигателя 100 шатун 115 может быть оснащен соединителями 148, расположенными с возможностью обеспечения к ним доступа через отверстие доступа (например, панель 114 доступа). Например, как показано на фиг.1, крышечная часть может крепиться к остальной части шатуна 115 под углом α относительно центральной продольной оси 155 шатуна. Такая ориентация в некоторых вариантах осуществления может служить для направления головок соединителей 148 в отверстие доступа (например, панель 114 доступа), облегчая доступ к затягиванию/ослаблению соединителей 148 с целью съема крышечной части и шатунной шейки 110, а также соответствующего подшипника 150 для проведения технического обслуживания. Другие конструкции крышки 120, в которых применены другие типы соединителей, могут быть аналогичным образом ориентированы на обеспечение удобного доступа через отверстие доступа двигателя 100.

В некоторых вариантах осуществления двигателя 100 предусмотрены шатуны 115, приспособленные для пропуска через цилиндр 120, так, чтобы обеспечить размещение шатуна 115, предварительно соединенного с поршнем 105, в цилиндре 120 от верхнего днища 125 цилиндра 120. Конструкции шатуна, приспособленного для пропуска через цилиндр 120, также могут служить для облегчения технического обслуживания шатунно-поршневой группы, обеспечивая полное или частичное извлечение группы из цилиндра 120 через верхнее днище 125 цилиндра 120 (при снятой головке цилиндра), при этом шатун 115 соединен с поршнем 105. При этом размер малой головки уже приспособлен к установке и перемещению внутри цилиндра 120 в координации с поршнем 105, причем подгонка шатуна 115 для прохождения через цилиндр 120 может привести к ограничению максимального поперечного размера большой головки 135, который будет несколько меньше диаметра цилиндра 120.

В некоторых вариантах осуществления двигателя 100 ограничение размеров большой головки 135 может привести к ограничениям количества материала, используемого на большой головке 135 для восприятия нагрузок, действующих при вращении коленчатого вала 110. Жертвование конструкцией большой головки 135 для прохождения шатуна 115 через цилиндр 120, и при этом облегчение конструкции и технического обслуживания шатунно-поршневой группы, может ограничить несущие способности соединения шатуна 115 с коленчатым валом 110. В некоторых вариантах осуществления двигателя 100 силы, воздействующие на большую головку 135, за счет нагрузок возвратно-поступательных, движущих сил поршня 105, могут причинить повреждения расточенному отверстию 145 большой головки из-за ненадлежащей опорной конструкции большой головки 135. Например, со временем изгиб в большой головке 135 может привести к овализации расточенного отверстия 145, износу, и усталостным разрушениям, что может в конечном итоге привести к выходу из строя шатуна 115 и внезапному отказу двигателя 100. Обеспечение соответствующей поддержки большой головке 135 может, помимо других преимуществ, уменьшить овализацию, износ, и усталостные разрушения, а также помочь обеспечить равномерное распределение смазки на соединении узла шатун - шатунная шейка, равно как и смазку подшипника 150 большой головки.

Как показано на фиг.2A, один образец шатуна 200 оснащен прикрепленной с возможностью съема крышечной частью 205 на большой головке 210. Крышечная часть 205 выполнена с возможностью присоединения к жестко прикрепленной корпусной части 215 большой головки 210 для образования расточенного отверстия 220 шатунной шейки радиусом Rb на большой головке 210. Корпусная часть 215 соединена со стержнем 225 шатуна. Стержень 225 шатуна выполнен с возможностью восприятия и передачи нагрузок, действующих на шатун 200, через шатун 200 на поршневой палец поршня на малой головке 230 и шейку коленчатого вала кривошипа на большой головке 210.

Крышечная часть 205 плотно примыкает к корпусной части 215 на двух узлах 235 и 240 сопряжения. В некоторых вариантах осуществления большой головки 210 могут быть предусмотрены узлы 235 и 240 сопряжения, образующие ось 245 линии разъема, при этом ось 245 линии разъема совпадает с узлами сопряжения 235 и 240. В то время как на фиг.2A показаны узлы сопряжения 235 и 240, ориентированные компланарно, узлы сопряжения могут иметь некомпланарную конфигурацию. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления шатуна 200 могут быть предусмотрены узлы 235 и 240 сопряжения, образующие ось 245 линии разъема, отклоненную от продольной оси шатунного стержня 225 шатуна 200 на непрямой угол β. Угловое смещение β оси линии разъема может иметь положительный или отрицательный угол относительно продольной оси.

Каждый узел сопряжения 235 и 240 образован путем плотного примыкания соединительных поверхностей 250 и 255 жесткого участка большой головки 215 и соединительных поверхностей 260 и 265 крышечной части 205. Соединительные поверхности 250, 255, 260, 265 могут быть, по существу, плоскими, или же могут быть оснащены сцепляемыми выступами и выемками. Сцепляемые выступы и выемки примерных поверхностей 250, 255, 260, 265 изображены на фиг.2A в виде, по существу, линейных желобов и гребней, ориентированных параллельно центральной оси расточенного отверстия шатунной шейки, однако могут быть использованы и другие конфигурации. Одним таким примером является изготовление шатуна откалыванием, где крышечная часть 205 и корпусная часть 225 могут быть изготовлены путем откалывания крышечной части 205 от цельной заготовки большой головки 215 для образования отдельных элементов корпусной части 225 и крышечной части 205. Силовое откалывание крышечной части 205 от корпусной части 225 приводит к образованию неровной трещины между частями, а также сцепляемых выступов и выемок на соединительных поверхностях 250, 255, 260, 265. Сцепляемые выступы и выемки поверхностей 250, 255, 260, 265 могут служить для образования дополнительного сцепления на узлах сопряжения 235, 240, и, в результате этого, придания жесткости соединению крышечной части 205 с корпусной частью 215. Также могут быть предусмотрены резьбовые соединители 270, 275, например винты, болты, шпильки с гайками или другие соединители, для прикрепления крышечной части 205 к корпусной части 215. Соединители 270, 275 пропускают через отверстия 271, 276, проделанные в крышечной части 205 и корпусной части 215, вблизи (внутри или рядом) узлов сопряжения 235 и 240. Соединители 270, 275 сцепляют крышечную часть 205 и корпусную часть 215 и прижимают крышечную часть 205 к корпусной части 215. Как показано на примере, проиллюстрированном на фиг.2A, ориентирование соединительных узлов сопряжения 235 и 240 под углом относительно центральной продольной оси может служить для ориентирования положения соединителей 270 и 275, например, направляя концы соединителей под углом γ от центральной продольной оси. Соединители 270 и 275 могут иметь наклон или быть ориентированы иным образом с целью обеспечения более легкого доступа для технического обслуживания, например, путем наклона концов соединителей (например, концов с головками болтов или гайками) к элементам доступа к двигателю для технического обслуживания.

Крышечная часть 205 оснащена балансирующим выступом 295. Балансирующий выступ 295 может представлять собой материальное тело, расположенное по периметру крышечной части 205 с целью балансировки большой головки 210 шатуна 200.

Крышечная часть 205 оснащена боковым выступом 280 смежно одному из узлов сопряжения 240. Боковой выступ 280 проходит радиально за пределы узла сопряжения 240 для придания дополнительного материала большой головке 210, что придает дополнительной жесткости большой головке 210 (особенно соединению крышечной части 205 с корпусной частью 215) и расточенному отверстию 220. Геометрия, размер и расположение бокового выступа 280 могут быть оптимизированы, исходя из размеров и геометрии остальной части элементов шатуна, а также функциональных требований шатуна 200. В некоторых случаях геометрия, размер и расположение бокового выступа 280 могут быть оптимизированы так, чтобы обеспечить наибольшую прочность расточенному отверстию 220 большой головки. Например, хотя геометрия, размер и расположение бокового выступа 280 могут принимать многие формы, наиболее эффективное расположение дополнительного материала сконцентрировано радиально узлу сопряжения 240, а не далеко снаружи узла сопряжения 240. Материал, помещенный радиально за пределами наименьшего радиуса от центра расточенного отверстия 200 к периметру крышечной части 205, теряет в эффективности. Кроме того, некоторые варианты осуществления упрочнения крышки за счет бокового выступа 280 могут быть ограничены в размерах и геометрии для обеспечения допуска большой головки 210 при работе двигателя. Например, внутренняя геометрия двигателя, а также геометрия узла сопряжения блок-цилиндр допускают крышечные части 205 только ограниченного размера.

На фиг.2A показан один пример бокового выступа 280. В представленном примере узел сопряжения 240 проходит от радиуса R_B (от центра расточенного отверстия 200 шатунной шейки) до радиуса R₂, центр которого находится в радиусе R₁. Внутренняя граница 221 примерного бокового выступа 280 начинается на конце узла сопряжения 240 (радиус R₂R) и проходит ортогонально до поверхности узла сопряжения 240. В плоскости узла сопряжения 240 примерный боковой выступ 280 проходит до радиуса Ro, за пределы края участка корпуса, смежного узлу сопряжения 240. Радиус Ro меньше наибольшего радиуса R₁ крышечной части 205, и приблизительно такой же, как и (равный, несколько больше или несколько меньше в пределах около 10%) наименьший радиус R₃ крышечной части 205 (показан несколько большим, чем R3). Примерный боковой участок 280 проходит дальше за пределы узла сопряжения 240, чем любой другой участок шатуна 200 (например, корпусная часть 215 или другой участок крышечной части 205), смежный узлу сопряжения 235 и 240, проходит за пределы смежного узла сопряжения 235 и 240. Поверхность периметра примерного бокового выступа 280 проходит от радиуса Ro по существу ортогонально плоскости узла сопряжения 240 на протяжении определенного участка перед тем, как начать изгибаться внутрь, но может быть и иной формы. В представленном примере весь боковой выступ 280 находится в пределах радиуса R_l. Примерный боковой выступ 280 больше в длину при измерении перпендикулярно от плоскости узла сопряжения 240, чем в ширину. Примерный боковой выступ 280, по существу, радиально концентрирован смежно узлу сопряжения 240, и в представленном примере центроид примерного бокового выступа 280 находится радиально в пределах наименьшего радиуса R₃ крышечной части 205, на радиусе Rcent.

На фиг.2B и 2C показаны примеры расположения центроида крышки большой головки 205. Фиг.2B и 2C представляют собой виды в разрезе крышки большой головки 205, соотносящиеся соответственно с выносками 2B и 2C, показанными на фиг.2A. Разрез 282, показанный на фиг.2B, соответствует сечению, представленному на выноске 2B около или на узле сопряжения 240 крышки. Как показано в этом примере, представленный в разрезе центроид 283, соответствующий 2B, расположен на центроидном радиусе Rcenti, находящемся между центром радиуса R₁ узла сопряжения и наименьшим внешним радиусом R₃ крышечной части. В примере, проиллюстрированном на фиг.2C, центроид 286 сечения показан в разрезе 284 крышки 205 большой головки, соответствующем ссылочной выноске 2C. Разрез 284 ориентирован параллельно разрезу 282, но со смещением относительно разреза 282 и узла сопряжения 240 крышки на угол A₁. При угле A_1, равном 25 градусам, центроидный радиус Rcent2 сечения 284 также расположен между центром радиуса R₁ узла сопряжения и наименьшим внешним радиусом R₃ крышечной части, как показано на фиг.2A и 2C. В примере, представленном на фиг.2C, центроидный радиус Rcent2 центроида 286 сечения 284 короче центроидного радиуса Rcenti центроида 283 сечения 282. На других разрезах между разрезами 282 и 284 центроид расположен между центром радиуса R₁ узла сопряжения и наименьшим внешним радиусом R₃ крышечной части, например разрезе, расположенном под углом A₁=12,5 градусов и параллельном разрезам, проиллюстрированным на фиг.2A и 2B (например, 282 и 284).

Вернувшись к фиг.2A, следует отметить, что боковой выступ 280 может иметь другую геометрию и необязательно должен выступать из узла сопряжения 240 параллельно оси 245 линии разъема. Например, край бокового выступа 280 может выступать под углом относительно оси 245 линии разъема, по направлению к корпусной части 215 или от нее, или же быть изогнутым выпукло (т.е. по направлению к корпусной части 215) либо вогнуто (т.е. отклоняясь от корпусной части 215). Боковой выступ 280 может непосредственно примыкать к внешнему краю соединительной поверхности 260, как показано в примере, проиллюстрированном на фиг.2A, или располагаться где-то в другом месте по краю периметра крышечной части 205, удаленно от соединительной поверхности 260.

На фиг.3 показан шатун 200, представленный на фиг.2A, наложенный на опорное изображение в разрезе поршневого цилиндра 305. Как показано на опорной фиг.3, поперечные размеры малой головки 230, стержня 225 шатуна, и корпусной части 215 (т.е. измеренные поперечно продольной оси стержня шатуна) меньше внутреннего диаметра стенок 310 и 315 гильзы цилиндра, при этом малая головка 230, стержень 225 шатуна и корпусная часть 215 могут пройти через цилиндр 305. Такая компоновка обеспечивает установку и прохождение данного участка узла шатуна 200 через цилиндр 305 при изготовлении и техническом обслуживании узла 200, или соединенных поршне и коленчатом валу. Напротив, поперечный размер крышечной части 205 больше сечений 215, 225, 230 шатуна и внутреннего диаметра стенок 305 цилиндра. Таким образом, крышечная часть 205 не может пройти через цилиндр при прикреплении крышечной части 205 к корпусной части 215.

Было описано несколько вариантов осуществления. Тем не менее, очевидно, что могут быть выполнены различные модификации. Например, обе боковые стороны крышечной части могут быть оснащены дополнительным упрочняющим материалом. Соответственно, могут быть реализованы варианты осуществления в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Шатун (200) для соединения поршня с шатунной шейкой содержит удлиненный стержень (225) шатуна с противоположными первым и вторым аксиальными концами, малую головку (230), расположенную на первом аксиальном конце стержня (235) шатуна и выполненную с возможностью соединения с поршнем, и большую головку (210), содержащую корпусную часть (215) на втором аксиальном конце стержня шатуна и крышечную часть (205), выполненную с возможностью соединения с возможностью съема с корпусной частью (215). Когда крышечная часть (205) соединена с корпусной частью (215), крышечная часть и корпусная часть взаимодействуют для образования расточенного отверстия шатунной шейки и примыкают друг к другу на первом и втором разнесенных узлах сопряжения (235) и (240). Крышечная часть (205) образует отверстие вблизи первого узла сопряжения, приспособленное для размещения резьбового соединителя, который сцепляет и прижимает крышечную часть (205) к корпусной части (215). Крышечная часть (205) содержит боковой участок (280), проходящий радиально за пределы наибольшего радиуса от центра расточенного отверстия шатунной шейки до первого узла сопряжения. Боковой участок (280) крышечной части проходит радиально за пределы корпусной части вблизи первого узла сопряжения. Раскрыты вариант выполнения шатуна, варианты двигателей, использующих шатуны, и способ эксплуатации двигателя. 5 н. и 29 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шатун для соединения поршня с шатунной шейкой, содержащий: удлиненный стержень шатуна с противоположными первым и вторым аксиальными концами, малую головку, расположенную на первом аксиальном конце стержня шатуна и выполненную с возможностью соединения с поршнем, и большую головку, содержащую корпусную часть на втором аксиальном конце стержня шатуна и крышечную часть, выполненную с возможностью соединения с возможностью съема с корпусной частью, при этом, когда крышечная часть соединена с корпусной частью, крышечная часть и корпусная часть взаимодействуют для образования расточенного отверстия шатунной шейки и примыкают друг к другу на первом и втором разнесенных узлах сопряжения, при этом крышечная часть образует, по меньшей мере, отверстие вблизи первого узла сопряжения, приспособленное для размещения резьбового соединителя, который сцепляет и прижимает крышечную часть к корпусной части, причем крышечная часть содержит боковой участок, проходящий радиально за пределы наибольшего радиуса от центра расточенного отверстия шатунной шейки до первого узла сопряжения, отличающийся тем, что боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы корпусной части вблизи первого узла сопряжения.

2. Шатун по п.1, отличающийся тем, что боковой участок по существу радиально сосредоточен смежно первому узлу сопряжения.

3. Шатун по п.1, отличающийся тем, что наибольший размер шатуна, измеренный поперечно продольной оси стержня шатуна, превышает наибольший размер корпусной части, измеренный поперечно продольной оси стержня шатуна.

4. Шатун по п.1, отличающийся тем, что боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения.

5. Шатун по п.1, отличающийся тем, что боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем крышечная часть проходит радиально за пределы второго узла сопряжения.

6. Шатун по п.1, отличающийся тем, что общий объем бокового участка радиально за пределами плоскости через конец первого узла сопряжения и ортогонально первому узлу сопряжения имеет центроид, причем центроид находится радиально внутри наименьшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до периметра крышечной части.

7. Шатун по п.6, отличающийся тем, что центроид находится в плоскости сечения, параллельной первому узу сопряжения и смещенной от первого узла сопряжения на угол 25 градусов.

8. Шатун по п.1, отличающийся тем, что боковой участок находится радиально внутри наибольшего радиуса от центра шатунной шейки до периметра крышечной части.

9. Шатун по п.1, отличающийся тем, что крышечная часть и корпусная часть изготовлены способом откалывания крышечной части от цельной заготовки большой головки с целью образования отдельных элементов корпусной части и крышечной части.

10. Двигатель, содержащий: блок цилиндров, образующий поршневой цилиндр; кривошип, имеющий шатунную шейку и удерживаемый с возможностью вращения в блоке цилиндров; поршень, расположенный в поршневом цилиндре; и удлиненный шатун, соединяющий кривошип с поршнем, отличающийся тем, что шатун является шатуном по любому из пп.1-9 и соединен с шатунной шейкой большой головкой шатуна.

11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что крышечная часть плотно примыкает к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения, при этом крышечная часть в области, смежной первому узлу сопряжения, проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения и имеет поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

12. Двигатель по п.10 или 11, отличающийся тем, что блок цилиндров включает в себя боковое отверстие доступа, ориентированное так, чтобы обеспечить техническое обслуживание, по меньшей мере, одного из соединителей, крышечной части или корпусной части.

13. Способ эксплуатации двигателя, отличающийся тем, что: соединяют поршень, выполненный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндре двигателя, с кривошипом двигателя с помощью удлиненного шатуна, при этом удлиненный шатун содержит корпусную часть и крышечную часть, соединенную с возможностью съема с корпусной частью множеством резьбовых соединителей и примыкающую к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения; и обеспечивают поддержку в восприятии нагрузок, воздействующих со стороны кривошипа на шатун в области крышечной части, смежной первому узлу сопряжения, которая проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения, при этом крышечная часть в области, смежной первому узлу сопряжения, имеет наибольший поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают поддержку в восприятии нагрузок, воздействующих со стороны кривошипа на шатун, с помощью сцепляемых выступов и выемок на первом узле сопряжения.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что участок крышечной части, проходящий радиально за пределы первого узла сопряжения, по существу, радиально сосредоточен смежно первому узлу сопряжения.

16. Шатун для соединения поршня с шатунной шейкой, содержащий: удлиненный стержень шатуна с противоположными первым и вторым аксиальными концами, малую головку на первом аксиальном конце стержня шатуна, выполненную с возможностью соединения с поршнем, и большую головку, содержащую: корпусную часть на втором аксиальном конце стержня шатуна, и крышечную часть, выполненную с возможностью соединения с возможностью съема с корпусной частью, отличающийся тем, что, когда крышечная часть соединена с корпусной частью, крышечная часть и корпусная часть взаимодействуют с целью образования расточенного отверстия шатунной шейки и примыкают друг к другу на первом и втором разнесенных узлах сопряжения, причем крышечная часть образует отверстие вблизи первого узла сопряжения, приспособленное для размещения резьбового соединителя, который сцепляет и прижимает крышечную часть к корпусной части, при этом крышечная часть содержит боковой участок, проходящий радиально за пределы наибольшего радиуса от центра расточенного отверстия шатунной шейки до первого узла сопряжения, при этом боковой участок, по существу, радиально сосредоточен смежно первому узлу сопряжения, а наибольший размер шатуна, измеренный поперечно продольной оси стержня шатуна, превышает наибольший размер корпусной части, измеренный поперечно продольной оси стержня шатуна.

17. Шатун по п.16, отличающийся тем, что крышечная часть и корпусная часть содержат сцепляемые выступы и выемки на первом узле сопряжения.

18. Шатун по п.17, отличающийся тем, что крышечная часть и корпусная часть изготовлены способом откалывания крышечной части от цельной заготовки большой головки для образования отдельных элементов корпусной части и крышечной части.

19. Шатун по п.16, отличающийся тем, что боковой участок проходит радиально за пределы корпусной части вблизи первого узла сопряжения.

20. Шатун по п.16, отличающийся тем, что боковой участок крышечной части проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения.

21. Шатун по п.16, отличающийся тем, что боковой участок проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем крышечная часть простирается радиально за пределы второго узла сопряжения.

22. Шатун по п.16, отличающийся тем, что общий объем бокового участка радиально за пределами плоскости через конец первого узла сопряжения и ортогонально первому узлу сопряжения имеет центроид, причем центроид находится радиально внутри наименьшего радиуса от центра отверстия шатунной шейки до периметра крышечной части.

23. Шатун по п.22, отличающийся тем, что центроид находится в плоскости сечения, параллельной первому узлу сопряжения и смещенной от первого узла сопряжения на угол 25 градусов.

24. Шатун по п.16, отличающийся тем, что боковой участок находится радиально внутри наибольшего радиуса от центра шатунной шейки до периметра крышечной части.

25. Шатун по п.16, отличающийся тем, что первый и второй узлы сопряжения не ортогональны к продольной оси стержня шатуна.

26. Шатун по п.25, отличающийся тем, что первый и второй узлы сопряжения компланарны.

27. Двигатель, содержащий: блок цилиндров, образующий поршневой цилиндр, кривошип, имеющий шатунную шейку и поддерживаемый с возможностью вращения в блоке цилиндров, поршень, расположенный в поршневом цилиндре, и удлиненный шатун, соединяющий кривошип с поршнем, отличающийся тем, что шатун соединен с шатунной шейкой большой головкой шатуна, причем большая головка содержит: корпусную часть и крышечную часть, соединенную с возможностью съема с корпусной частью множеством резьбовых соединителей и примыкающую к корпусной части на первом и втором разнесенных узлах сопряжения, при этом крышечная часть в области, смежной первому узлу сопряжения, проходит в сторону за пределы первого узла сопряжения и имеет поперечный размер, который больше внутреннего диаметра цилиндра и меньше наибольшего поперечного размера шатуна.

28. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что крышечная часть и корпусная часть содержат сцепляемые выступы и выемки на первом узле сопряжения.

29. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что наибольший радиус от центра шатунной шейки до крышечной части, смежной первому узлу сопряжения, приблизительно такой же, как и наименьший радиус от центра шатунной шейки до периметра крышечной части.

30. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что крышечная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения в большей степени, чем корпусная часть проходит радиально за пределы первого узла сопряжения.

31. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что первый и второй узлы сопряжения не ортогональны к продольной оси шатуна.

32. Двигатель по п.31, отличающийся тем, что первый и второй узлы сопряжения компланарны.

33. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из резьбовых соединителей проходит через первый узел сопряжения.

34. Двигатель по п.27, отличающийся тем, что блок цилиндров включает в себя боковое отверстие доступа, ориентированное таким образом, чтобы обеспечить техническое обслуживание, по меньшей мере, одного из соединителей, крышечной части или корпусной части.