Модульный двигатель


Toyota завалит рынок модульными двигателями и коробками передач — журнал За рулем

В ближайшие пять лет японская фирма представит 17 новых моторов, 10 новых коробок передач и 10 новых вариантов гибридных силовых установок. Все они разрабатываются в рамках единой модульной стратегии.

Новый 8-ступенчатый гидромеханический автомат для автомобилей с поперечным расположением силового агрегата

Новый 8-ступенчатый гидромеханический автомат для автомобилей с поперечным расположением силового агрегата

Модульный подход при разработке новых машин сегодня в том или ином виде используют все автопроизводители, но Toyota — фирма во многих аспектах довольно консервативная, не ко всем трендам чуткая. Ее первая модульная платформа TNGA (Toyota New Global Architecture) дебютировала в прошлом году на гибридном хэтчбеке Prius четвертого поколения, в этом году ее получил субкомпактный паркетник C-HR — вот и вся модульность на сегодняшний день. Зато после долгой раскачки Toyota будет буквально фонтанировать модульными технологиями, о чем и сообщила на этой неделе пресс-служба компании.

Новый 2,5-литровый бензиновый двигатель семейства Dynamic Force

Новый 2,5-литровый бензиновый двигатель семейства Dynamic Force

До 2021 года Toyota выведет на рынок 17 новых двигателей модульного семейства Dynamic Force, каждый из которых будет примерно на 10% мощнее и на 20% экономичнее своих сегодняшних аналогов. Первой на рынок выйдет 2,5-литровая бензиновая «четверка» с непосредственным впрыском топлива, имеющая термический КПД 40% — великолепный показатель для безнаддувного мотора. Какими будут другие двигатели и получат ли они одинакового для всего семейства объема цилиндры, пока неизвестно.

Новый 10-ступенчатый гидромеханический автомат для автомобилей с продольным расположением силового агрегата

Новый 10-ступенчатый гидромеханический автомат для автомобилей с продольным расположением силового агрегата

Из обещанных десяти коробок передач пока что представлены только два гидромеханических автомата: 8-ступенчатый для машин с поперечным расположением силового агрегата и 10-ступенчатый для автомобилей с продольной компоновкой. Оба снабжены компактными высокоэффективными гидротрансформаторами и нарезанными по новой технологии шестеренками, позволившей снизить потери на трение и одновременно увеличить срок службы агрегата. Новые коробки компактнее и легче существующих аналогов, благодаря этим качествам удастся понизить центр масс автомобилей Toyota, улучшив таким образом их устойчивость и управляемость.

Гибридная трансмиссия Multistage THS II для заднеприводных автомобилей

Гибридная трансмиссия Multistage THS II для заднеприводных автомобилей

По гибридной части на данный момент представлена только трансмиссия Multistage THS II для автомобилей с продольной компоновкой силового агрегата и новая компактная литий-ионная АКБ (емкость не называется), которая позволит подключаемым к розетке моделям проехать до 60 км исключительно на электротяге. Новый гибридный автомат настроен на более гибкое использование ДВС, электроника будет отключать его на время в том числе на высокой скорости, экономя драгоценное топливо и снижая вредные выбросы в атмосферу.

Новая литий-ионная АКБ позволит примерно вдвое увеличить запас хода plug-in гибридов на электротяге

Новая литий-ионная АКБ позволит примерно вдвое увеличить запас хода plug-in гибридов на электротяге

В текущем анонсе Тойоты, к сожалению, очень мало цифр и оценить подлинный размах модульной стратегии японской фирмы пока не представляется возможным, остается лишь следить за новостями.

Фото: Toyota

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

www.zr.ru

Управление мощностью модульного двигателя

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и позволяет повысить экономичность свободнопоршневых двигателей при работе на режимах частичных нагрузок. Оперативное управление мощностью двигателя осуществляется изменением длительности временных интервалов между рабочими циклами путем задержки поршней в исходных для совершения очередного рабочего цикла положениях на время, обратно пропорциональное величине потребной мощности. Организация процессов сгорания топлива и расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя осуществляется под контролем системы управления. 2 ил.

Изобретение входит в сферу применения поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Предлагаемый способ управления мощностью двигателя внутреннего сгорания предполагает использование принципа работы свободнопоршневых генераторов газов, описание которых даны в монографии кандидата технических наук П.А.Шелеста "Безвальные генераторы газов" Машгиз, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, М., 1960.

Принцип работы свободнопоршневого генератора газов. Перед пуском поршни машины 1 /см. фиг.1/ и соединенные с ними поршни компрессора 2 разводятся в крайние положения. Из пускового резервуара в буферные полости 3 подается сжатый воздух, который встречно толкает поршни компрессора и машины. Поршни сближаются и сжимают воздух в камере сгорания 4. Воздух из полостей компрессора 5 через перепускные клапаны 6 перетекает в воздушный ресивер 7. В момент, близкий к максимальному сближению поршней, в камеру сгорания форсункой 8 подается топливо. Топливо воспламеняется и продукты сгорания, расширяясь, меняют направление движения поршней. Атмосферный воздух через впускные клапаны 9 поступает в полости компрессора, а воздух в буферных полостях сжимается. Перед достижением поршнями крайних положений последовательно открываются выпускные 10, а затем впускные 11 окна. Продукты сгорания и часть продувочного воздуха из воздушного ресивера через впускные и выпускные окна поступает в сглаживающий пульсации давления газовый ресивер 12 и далее на турбину 13. Крутящий момент снимается с вала турбины 14. В момент достижения крайних положений поршни под воздействием воздуха в буферных полостях меняют направление движения и рабочий цикл повторяется. Управление мощностью свободнопоршневых генераторов газов производится изменением частоты рабочих циклов путем варьирования дозы подаваемого в камеру сгорания топлива на каждый рабочий цикл.

Сущность изобретения. Основная особенность принципа работы свободнопоршневых генераторов газов состоит в том, что между поршнями машины и валом отбора мощности отсутствует жесткая кинематическая связь. Именно в силу этой особенности оказывается возможным реализовать управление мощностью не дозированием топлива, а соответствующим нагрузке изменением временных интервалов между рабочими циклами при постоянстве подаваемых на каждый рабочий цикл масс топлива и воздуха.

Конструктивно такой двигатель может оформляться как единичный модуль, в состав которого входят все необходимые для обеспечения его работоспособности устройства, или в виде комплекса нескольких однотипных модулей, объединенных общей системой управления. Поэтому двигатель с предлагаемым способом управления мощностью условно назовем модульным двигателем.

Необходимое условие реализации предлагаемого способа управления мощностью двигателя - отсутствие жесткой обратной связи между характером нагрузки и законом движения поршней. Поэтому кинетическая энергия поршней должна передаваться на вал отбора мощности способами, исключающими эту обратную связь - пневматическим, гидравлическим, электрическим и другими способами.

Принцип действия модульного двигателя. При иллюстрации принципа действия модульного двигателя предполагается, что кинетическая энергия поршней передается на вал отбора мощности электрическим способом.

Модуль состоит из машины, преобразующей химическую энергию топлива в кинетическую энергию поршней, системы управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов, электродвигателя вала отбора мощности.

Система управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов 1 /см. фиг.2/ обеспечивает работу автоматики модуля и включает акселератор 2, процессор 3, коммутатор 4, аккумулятор 5, комплект датчиков параметров рабочего цикла 6 и фиксаторы поршней в исходных состояниях 7.

Электродвигатель вала отбора мощности 8 преобразует генерируемую в соленоидах 9 электроэнергию в крутящий момент вала отбора мощности.

Если перед пуском поршни машины 10 и соединенные с ними поршни компрессора 11 находятся не в исходных положениях, процессор подает сигнал на коммутатор, который подключает аккумулятор к соленоидам. Импульс электроэнергии соответствующей полярности поступает на соленоиды и возникающие при этом магнитные поля соленоидов разводят поршни в исходные положения. Для обеспечения готовности машины к началу рабочего цикла поршни удерживаются фиксаторами поршней, а датчики положения поршней сигнализируют об исходном положении поршней на процессор.

При пуске двигателя сигнал с акселератора поступает на процессор, который через коммутатор подключает аккумулятор к обмоткам соленоидов и подает сигнал на фиксаторы поршней. Фиксаторы освобождают поршни, а протекающий по обмоткам соленоидов ток создает магнитные поля определенной напряженности и направления, в результате чего поршни машины и компрессора начинают встречное движение. Величина тока в обмотках соленоидов определяется процессором на основе данных о массе и физико-химических свойств, поступающих в камеру сгорания топлива и воздуха таким образом, чтобы закон движения поршней обеспечил необходимые для полного сгорания топлива давления при минимальном времени рабочего цикла. Воздух из полостей компрессора 12 через перепускные клапаны 13 поступает в ресивер 14. Вблизи точки максимального сближения поршней процессор форсункой 15 подает топливо в камеру сгорания 16. Топливо воспламеняется и продукты сгорания, расширяясь, меняют направление движения поршней. Атмосферный воздух через впускные клапаны 17 поступает в полости компрессора. Последовательно открываются выпускные 18 и впускные 19 окна. Отработанные газы через коллектор выхлопных газов 20 вытекают наружу, а воздух из ресивера через впускные и выпускные окна продувает цилиндр. Одновременно при движении поршней от центра к периферии в обмотках соленоидов генерируется электродвижущая сила и через коммутатор поступает на электродвигатель вала отбора мощности и на аккумулятор. Аккумулятор заряжается до уровня, необходимого для обеспечения энергией инициирования очередного рабочего цикла. При работе модуля в режиме максимальной мощности рабочий цикл повторяется сразу же без перерыва. В случае частичных нагрузок на модуль процессор устанавливает временной интервал задержки поршней между рабочими циклами обратно пропорциональный величине снижения вырабатываемой мощности, а при увеличении нагрузки временной интервал сокращается вплоть до нуля.

Из описания принципа действия модульного двигателя видно, что процесс управления мощностью расчленен на два независимых друг от друга процесса - на процесс маневрирования текущей мощностью двигателя изменением длительности временных интервалов между рабочими циклами и не зависимый от характера нагрузки на двигатель процесс дозирования масс топлива и воздуха, подаваемых в камеру сгорания на каждый рабочий цикл, в сочетании со степенью сжатия рабочего тела в соответствии с физико-химическими характеристиками используемого топлива. Отсутствие жесткой обратной связи между характером нагрузки на двигатель и законом движения поршней позволяет в широких пределах управлять параметрами рабочих циклов, обеспечивая двигателю наряду с высокими экологическими экономическими показателями еще и свойства многотопливного двигателя. В зависимости от конкретных условий эксплуатации транспортного средства на передний план могут выдвигаться требования высокой экологичности или повышенной мощности двигателя. Для их удовлетворения в системе управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов предусматривается переключатель режимов работы двигателя с экологического на форсированный режим.

Маневрирование длительностью временных интервалов между рабочими циклами обеспечивает двигателю предельно высокую приемистость. Минимальное время выхода двигателя на режим полной мощности от нулевой до максимальной ограничивается только временем единичного рабочего цикла и инерционностью электродвигателя вала отбора мощности. Кроме того, теряет смысл само понятие холостого хода, так как пуск двигателя происходит, по сути дела, каждый раз в начале каждого рабочего цикла. Двигатель работает только тогда, когда требуется тяговое усилие движителя. При движении транспортного средства под уклон, по инерции и на остановках, даже самых коротких, двигатель не включается.

Выше упоминалось, что по аналогии с многоцилидровым двигателем модульный двигатель может оформляться в виде комплекса однотипных модулей под контролем общей системы управления. В многомодульном варианте управление мощностью двигателя может осуществляться изменением временных интервалов между рабочими циклами одного или нескольких модулей последовательно либо параллельно. К основным особенностям многомодульных двигателей прежде всего следует отнести: - живучесть - выход из строя одного или даже нескольких модулей во время движения транспортного средства лишь частично снизит динамические характеристики двигателя, но не лишит его работоспособности и водителю необязательно выходить из кабины и даже прерывать движения; - повышенная ремонтоспособность - восстановление работоспособности двигателя в полном объеме может производиться заменой неисправного модуля на исправный или морально устаревшего на модернезированный; - пластичность архитектуры - возможность размеoать элементы двигателя и даже модули целиком в различных местах транспортного средства.

Перечисленные качества многомодульных двигателей могут оказаться полезными для использования их как на городском транспорте, так и при оснащении боевых машин и транспортных средств, предназначаемых для работы в тяжелых условиях в значительном отрыве от средств ремонта и обслуживания. В автомобильных салонах появится новый вид предпродажной подготовки - комплектация транспортного средства модулями различной модификации по желанию покупателя. Возможно также и поэтапное наращивание модульной кратности или частичная комплектация двигателя модулями.

На фиг. 1 дана принципиальная схема генератора газов со свободнодвижущимся поршнями.

На фиг.2 - принципиальная схема модульного двигателя.

Способ управления мощностью свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что оперативное управление мощностью двигателя осуществляется изменением длительности временных интервалов между рабочими циклами или между сериями непрерывно следующих друг за другом рабочих циклов задержкой поршней двигателя в исходных для совершения очередного рабочего цикла положениях на время, обратно пропорциональное величине вырабатываемой двигателем текущей мощности, для чего в структуре двигателя предусматривается система управления длительностью временных интервалов между рабочими циклами или между сериями непрерывно следующих друг за другом рабочих циклов, посредством которой оператор осуществляет управление текущей мощностью двигателя, а организация процессов сгорания топлива и расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя с целью их оптимизации происходит под контролем системы управления параметрами рабочих циклов автономно от характера нагрузки на двигатель, для чего кинематическая энергия поршней передается на вал отбора мощности двигателя способами, исключающими зависимость параметров рабочих циклов от характера нагрузки на двигатель.

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

двухтактный бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа - патент РФ 2215884

Изобретение относится к области бесшатунных двигателей внутреннего сгорания с цилиндрами, расположенными звездообразно. Технический результат заключается в возможности создания двухтактного бесшатунного модульного двигателя внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, унифицированного с четырехтактным модульным бесшатунным двигателем. Двигатель выполнен разъемным на два картер-цилиндра, расположенных крестообразно. В каждом картер-цилиндре помещен шток-поршень, выполненный как одно целое. Картер-цилиндры с обеих сторон закрыты крышками при помощи стяжных хомутов. Двигатель выделен в самостоятельный модуль с возможностью снабжения им силового агрегата в любом количестве. На силовом агрегате возможна установка унифицированного редуктора. Коленчатый вал двигателя, имеющий шлицевые участки по концам, установлен в двух подшипниках качения. На штоковой шейке коленчатого вала, на разъемном подшипнике скольжения, размещен спаренный эксцентрик с разнонаправленным эксцентриситетом. На эксцентрике укреплены два противовеса в дополнение к противовесу силового механизма. 18 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл. Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания с цилиндрами, расположенными звездообразно, не имеющих обычного кривошинно-шатунного механизма. Стремление более полно использовать время, отведенное на рабочий процесс двигателя, освободиться от свойственных четырехтактному двигателю тактов впуска и выпуска, на выполнение которых приходится один целый оборот коленчатого вала, привели к разработке двухтактного процесса, который был применен еще в первых конструкциях двигателей и распространен в паровых машинах. Двухтактные двигатели были впервые применены в судовых установках. Требование иметь большие мощности в цилиндре не могло решаться только увеличением размеров цилиндра и числа цилиндров, т.к. это ведет к значительному утяжелению двигателя, поэтому изыскивались новые способы увеличения литровой мощности двигателя. Одним из таких способов является переход на двухтактный процесс. С появлением бесшатунных двигателей внутреннего сгорания МБ-4 и МБ-8 (см. С. С. Баландин "Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания". М. : Машиностроение, 1968 г.) мощность с единицы рабочего объема цилиндра в сравнении (корректном) с лучшим серийным кривошинно-шатунным двигателем М-11 А возросла почти в 10 раз. Однако двухтактных бесшатунных поршневых двигателей внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа в мире не создано. Эту задачу решили авторы настоящего изобретения, создав унифицированный с четырехтактным двухтактный двигатель. Двухтактный бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, согласно изобретению, характеризуется наличием двух картер-цилиндров с крышками и стяжными хомутами к ним с устройствами крепления картер-цилиндров друг к другу и взаимной ориентации, установленных продольными осями картер-цилиндров взаимно перпендикулярно друг к другу, причем один картер-цилиндр установлен преимущественно вертикально, помещенных в них двух шток-поршней, перемещаемых по направляющим поверхностям картер-цилиндров, коленчатого вала со шлицевыми участками по концам, один из которых прикрыт крышкой с отверстием по ее оси и дополнительным шлицевым участком в двух подшипниках качения, установленных в картер-цилиндрах, на штоковой шейке которого на подшипниках (скольжения) размещен спаренный эксцентрик силового механизма с разнонаправленным эксцентриситетом и двумя противовесами к нему в дополнение к противовесу силового механизма, каждая часть которого поджата к неподвижной обойме одного из подшипников качения коленчатого вала, при этом на каждом конце картер-цилиндра выполнено по диаметрально размещенному относительно друг друга продувочному и выхлопному окну, что в совокупности образует модуль двигателя. Эффективно, если двухтактный двигатель снабжен четным или нечетным количеством модулей, устанавливаемых в направлении от вертикально установленного картер-цилиндра при помощи шпилек, шлицевой муфты и переходной втулки, устанавливаемой взамен крышки с отверстием по ее оси. Целесообразно, если двухтактный двигатель снабжен понижающим обороты коленчатого вала редуктором, связанным с дополнительным шлицевым участком коленчатого вала, размещенным со стороны вертикально установленного картер-цилиндра. Допустимо, если понижающий обороты коленчатого вала редуктор выполнен в виде ведущей шестерни, посаженной на дополнительный шлицевой участок коленчатого вала, 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 в направлении от ведомых шестерен участков зубчатых зацеплений конической и цилиндрической формы, последние из которых взаимодействуют с шестерней внутреннего зацепления, выполненной за одно целое с ведущим валом, установленные в подшипниках качения, размещенных по обе стороны шестерни внутреннего зацепления в секциях корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора, причем подшипник качения, помещенный в полость шестерни внутреннего зацепления, выполнен тройным, а шлицевой участок ведущего вала выполнен выходящим за габариты секционного корпуса понижающего обороты редуктора. Удобно, если картер-цилиндр, установленный вертикально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе ее торцев, 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 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 90o (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 понижающего обороты коленчатого вала редуктора при помощи сменных шпилек. Не менее удобно, если картер-цилиндр, установленный горизонтально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе торцев, 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 взаимной ориентации 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 данной 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 и под крепление съемной крышки с осевым отверстием под хвостовик коленчатого вала редуктора при установке дополнительного модуля двигателя при помощи сменных шпилек на фланце прилива. Надежно, если шток-поршень выполнен в виде двух стаканов, размещенных открытым торцем 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. Весьма надежно, 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 торцев и на крышке. Просто, если секции корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора укреплены к картер-цилиндрам и между собой при помощи сменных шпилек, выходящих наружу и размещенных в промежутках между ведомыми шестернями понижающего обороты коленчатого вала редуктора или во фланце прилива, выполненного частично в форме катушки горизонтально размещенного картер-цилиндра при установки дополнительного модуля двигателя. Необходимо, чтобы подшипник спаренного эксцентрика, размещенного на штоковой шейке коленчатого вала, был выполнен в виде подшипника скольжения. Необходимо, чтобы подшипник скольжения спаренного эксцентрика, размещенный на штоковой шейке коленчатого вала, был выполнен разъемным с буртом у одного из торцев взаимодействующих с противовесами эксцентриков, укрепленных на самих эксцентриках, и зафиксирован от перемещения вдоль штоковой шейки ими. Просто, если разъемный подшипник спаренного эксцентрика выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10o с образующей цилиндрической поверхности втулки. Надежно, если подшипники качения и скольжения валика ведомой шестерни понижающего обороты коленчатого вала редуктора 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. Возможно, если подшипники качения коленчатого вала установлены при помощи втулок в ступенчатом отверстии картер-цилиндра, расположенного вертикально и в сквозном отверстии прилива, выполненного частично в форме катуш-картер-цилиндра, расположенного горизонтально. Необходимо, чтобы противовес силового механизма был 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 подвижными обоймами его подшипников качения торцем ступени меньшего размера под усилием гайки или стопорного кольца. Допустимо, если в крышке картер-цилиндра выполнено отверстие под размещение свечи зажигания. Весьма эффективно, если продувочное окно по длине ограничено углом 110o, а выхлопное - 134o от длины окружности картер-цилиндра, а их высота находится в пределах 5,5-8 мм. Допустимо, если взамен ведущей шестерни на коленчатом валу установлена втулка тех же габаритов для исключения осевого перемещения части противовеса силового механизма. Предложенная совокупность признаков, содержащаяся в независимом пункте формулы изобретения, заявителю неизвестна, что является доказательством новизны предложения, а каждый из отличительных признаков со всей очевидностью не следует из известного уровня техники (не выявлено решений, кроме ранее заявленных тем же заявителем, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками рассматриваемого изобретения, что является доказательством наличия изобретательского уровня в предложении и подтверждением решаемости задачи заявленными изобретениями по унификации четырехтактных и двухтактных двигателей, работающих на любом жидком топливе). Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен модуль двухтактного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа. На фиг.2 изображен двухтактный двигатель с понижающим обороты коленчатого вала редуктором. На фиг.3 представлен двухтактный двигатель из двух модулей с понижающим обороты коленчатого вала редуктором. На фиг.4 представлен картер-цилиндр, устанавливаемый в модуле вертикально. На фиг.5 представлен картер-цилиндр, устанавливаемый в модуле горизонтально. На фиг.6 - спаренный эксцентрик. На фиг.7 - коленчатый вал двигателя. На фиг.8 - шток-поршень (2 шт.), устанавливаемый в картер-цилиндры (развернуты на 90o по отношению друг к другу). На фиг.9 представлена сборка полуфабриката модуля двигателя. На фиг. 10 показана крышка картер-цилиндра, на фиг.11 - стяжной хомут, используемый при сборке крышки с картер-цилиндром. На фиг.12-14 (лист 10) представлена схема сборки подшипников скольжения спаренного эксцентрика на штоковой шейке коленчатого вала. На фиг.15 и 16 представлено крепление противовесов спаренного эксцентрика. Двигатель, представленный на фиг.1 или 2, имеет шифр ММ-42, где буквами обозначаются минимальные массо-габаритные параметры и максимальные эксплуатационные, цифрами - количество цилиндров (4) при двухтактном процессе. Двигатель, изображенный на фиг.3, имеет шифр ММ-82 (8-ми цилиндровый, 2-х тактный). Двигатели ММ-42 и ММ-82 имеют единую спецификацию. Двигатель ММ-42 является бесшатунным, 4-х цилиндровым, 2-х тактным, со щелевой продувкой цилиндров с параметром эксцентрикового силового механизма D/r= 13,1 (определяющего быстроходность), где D - диаметр цилиндра, а r - эксцентриситет коленчатого вала. Предлагаемый двигатель имеет модульную конструкцию, обеспечивающую применение минимального числа деталей. Позициями на чертежах обозначены: коленчатый вал 1, спаренный эксцентрик 2, шток поршень 3 (выполняется в виде единой детали), картер-цилиндр 4 (выполняется в виде единой детали), крышка картер-цилиндра 5 (с отверстием под свечу зажигания), хомут 6 (фиг.11) выполнен в виде полуколец с приливами 7, в которых установлены стягивающие болты 8. Между крышкой и картер-цилиндром устанавливается прокладка 9. Спаренный эксцентрик устанавливается на скользящем подшипнике 10, выполненном в виде втулки с бортами 11 (см. фиг. 12, 13), разрезанной в районе ее середины. Дополнительно втулка разрезана под углом 10o к ее образующей. Коленчатый вал, спаренные эксцентрики и шток-поршни образуют эксцентриковый силовой механизм двигателя. К этому механизму относятся также противовесы 11 и 12, выполненные каждый из двух частей. Противовес 11 спаренного эксцентрика крепится непосредственно на эксцентрике, как это показано на фиг.15 и 16, винтами. Противовес 12 силового механизма крепится на коленчатом валу при помощи шпонок 13 и гайки 14, а вторая его часть - при помощи шпонки 13 и стопорного кольца 15 через ведущую шестерню или заменяющую ее втулку. Часть противовеса 12 выполняется в виде ступенчатого диска с эксцентрично расположенной ступенью меньшего размера со сквозным (через обе ступени) отверстием под размещение коленчатого вала. Эта ступень взаимодействует с обоймами подшипников 16 качения, укрепленных на валу (т.е. подвижных), эксцентрики установлены с разнонаправленным эксцентриситетом по отношению друг к другу. На каждом конце картер-цилиндров выполнены диаметрально размещенные друг другу продувочные 17 и выхлопные 18 окна. На коленчатом валу по его концам выполнены шлицевые участки, которые служат для присоединения дополнительного модуля двигателя. На дополнительном шлицевом участке 19 размещена ведущая шестерня 20 для подсоединения понижающего обороты коленчатого вала редуктора. Один из концевых шлицевых участков прикрыт крышкой 21 с отверстием 22 по ее оси, которая удаляется при стыковке дополнительного модуля двигателя при помощи шлицевой муфты 23, переходной втулки 24 и шпилек (не показанных на чертеже). В конструкцию понижающего обороты коленчатого вала редуктора, размещаемого (как и дополнительный модуль двигателя) со стороны вертикально установленного картер-цилиндра, входят четыре ведомых шестерни 61, соединенные с ведущей шерстерней 20, размещенных при помощи шпонок 62 на валиках 25, установленных в одном подшипнике 26 качения и двух подшипниках скольжения 27, 28. Наружная поверхность валиков выполнена в виде последовательно расположенных в направлении от ведомых шестерен участков зубчатых зацеплений конической 29 и цилиндрической 30 формы, последние из которых взаимодействуют с шестерней внутреннего зацепления 31, выполненной за одно целое с ведущим валом, установленным в подшипниках качения 33 и 34, причем подшипник 34 помещен в полость шестерни внутреннего зацепления и выполнен тройным. На ведущем валу выполнен шлицевой 35 участок, выходящий за габариты секционного 36, 37, 38 корпуса понижающего обороты редуктора. Если двигатель работает на высокоскоростные рабочие органы, необходимость в редукторе отпадает и массогабаритные и эксплуатационные параметры двигателя улучшаются. Картер-цилиндр, установленный преимущественно вертикально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами 39 (фиг.4) на наружных поверхностях в районе ее торцев, на которых выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности 40 в форме усеченного конуса (фиг.2) под размещение стяжных хомутов 6 (фиг.11). В центральной части картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных 41 ушек под стяжные болты, выполненных на образующей картер-цилиндра, выполнена выборка 42 таким образом, что два ее края параллельны торцам картер-цилиндра, а два других выполнены по форме линии пересечения цилиндров, пересекающихся под углом 90o (части окружности), при этом по другую сторону мнимой линии, на наружной поверхности картер-цилиндра выполнен цилиндрический выступ 43 со сквозным ступенчатым отверстием 44 (показано на фиг.2) под размещение коленчатого вала с частью противовеса силового механизма и одного из его подшипников 16 качения и площадкой 45 (фиг.3) на торце под крепление секционного корпуса 36, 37, 38 понижающего обороты редуктора при помощи сменных шпилек (не показаны). Картер-цилиндр (см. фиг.5), установленный преимущественно горизонтально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами (аналогичным выступом 39) на наружных поверхностях в районе торцев, на которых (аналогично поверхностям 40) выполнены наклонные по отношению к продольной оси картер-цилиндра поверхности в форме усеченного конуса под размещение стяжных хомутов, в центральной части картер-цилиндра, по одну сторону от мнимой линии, соединяющей пару монтажных ушек (аналогичных монтажным 41 ушкам) под стяжные болты, выполненных на внешней поверхности картер-цилиндра, в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена выборка (показана пунктиром) глубиной около четверти диаметра картер-цилиндра под размещение штоковой шейки коленчатого вала, а по обе стороны этой выборки выполнен фиксатор взаимной ориентации картер-цилиндров при сборке в виде двух диаметрально размещенных, ограниченных в плане с трех сторон выступов 46, 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 данной частью прямоугольной выборки на боковой поверхности картер-цилиндра, параллельной его продольной оси, а по другую сторону мнимой линии выполнен прилив 47 частично в форме катушки с фланцем и со сквозным отверстием 48 под размещение коленчатого вала и части противовеса силового механизма на нем и под крепление съемной крышки 21 с осевым отверстием под хвостовик коленчатого вала или элементов секционного корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора при установке дополнительного модуля двигателя при помощи сменных шпилек на фланце прилива (не показаны). Для эксплуатационного обслуживания сменных шпилек и крепления подшипника 16 качения коленчатого вала в съемной крышке 21 выполнены отверстия 49. В секции 37 секционного корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора выполнены окна, прикрытые крышками 50 для целей унификации двигателя с вариантом 4-х тактного исполнения. Шток-поршень (см. фиг.8) выполнен однотипным для обоих картер-цилиндров и для варианта 4-х тактного исполнения и представляет собой два стакана 51, размещенные открытым торцем друг к другу и соединенных неразъемной перемычкой 52 в форме двутавра, стойка которой размещена по диаметру полостей стаканов, в средней части перемычки выполнено обрамленное ступицей 53 отверстие 54 под размещение одного эксцентрика спаренного 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. Разница размеров картер-цилиндра и стаканов шток-поршня перекрывается поршневыми кольцами 55 (см. фиг.2), при этом внутренняя поверхность картер-цилиндра служит направляющей шток-поршню, взаимодействующему с указанной поверхностью полками двутавровой перемычки 52. Стяжные хомуты (фиг.11) для крепления крышек картер-цилиндров (фиг.10) выполнены в виде полуколец 6 с приливами 7 по обоим концам с отверстиями, в которых установлены стягивающие болты 8 (см. фиг.2). 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 торцев и на крышке картер-цилиндра. Секции корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора укреплены (как указывалось) сменными шпильками, выходящими наружу и размещенными в промежутках между ведомыми шестернями 61 понижающего редуктора (на чертежах не показано) вне габаритов шестерни 31 внутреннего зацепления. Подшипник скольжения 10 сдвоенного эксцентрика, размещенный на штоковой шейке коленчатого вала (фиг.12-16), выполнен разъемным в районе его середины с буртом 56 у одного из торцев, взаимодействующих с противовесами 11, укрепленными на спаренном эксцентрике по обеим его сторонам. Противовесы одновременно являются ограничителями перемещения подшипников скольжения вдоль штоковой шейки коленчатого вала. Каждый подшипник скольжения выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10o с образующей цилиндрической поверхности втулки. Подшипники качения 26 и скольжения 27, 28 валика 25 ведомой шестерни 61 понижающего редуктора размещены в промежуточных секциях его корпуса при этом один подшипник скольжения установлен при помощи втулки 57, охватывающей часть промежуточной секции, в которой установлен тройной подшипник 34 качения ведущего вала. Таким образом, секции корпуса понижающего редуктора имеют помимо "наружного" соединения при помощи шпилек еще и внутреннее соединение между собой, что добавляет к вибрационной устойчивости двигателя. Подшипники 16 качения коленчатого вала установлены при помощи втулки 57 (фиг. 2) в сквозном отверстии 48 прилива 47, выполненного частично в форме катушки с фланцем горизонтального картер-цилиндра и втулки 58, размещенной в ступенчатом отверстии 44 выступа вертикального картер-цилиндра. Противовес 12 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 ней при помощи шпонок 13 и взаимодействующих с подвижными обоймами его подшипников качения торцем ступени меньшего размера под усилием гайки 14 или стопорной шайбы 59. По одному из вариантов исполнения двигателя, когда понижающий обороты коленчатого вала редуктор не используется, ведущая шестерня 20 заменяется втулкой тех же габаритных размеров для удержания от перемещения противовеса 12 силового механизма и не снимается секция 38 корпуса понижающего редуктора, которая прикрывается плоской крышкой (не показана) с отверстием для выхода шлицевого участка коленчатого вала. Продувочное окно по ширине ограничено углом 110o, а выхлопное - 134o от длины окружности картер-цилиндра, а их высота находится в пределах 5,5-8 мм, продолжительность открытия продувочных окон по углу поворота вала двигателя 88o, выхлопных - 112o, что определяется расчетом. В отверстиях 54 шток-поршней для обеспечения поворота спаренного эксцентрика относительно шток-поршня установлены подшипники 60 скольжения. Сборка двигателя идет в следующей последовательности. На центральную часть коленчатого вала 1 надевается спаренный эксцентрик 2, его внутренний диаметр в отсутствии подшипника 10 скольжения позволяет это сделать. В зазор между спаренным эксцентриком и коленчатым валом запрессовывают подшипник 10 скольжения в порядке, показанном на фиг.12-14, причем сначала вставляется часть подшипника до упора буртом 56 в тело эксцентрика сверху коленчатого вала, затем эксцентрик поворачивают на 180o, запрессовывают другую часть подшипника. В отверстия 54 шток-поршней 3 запрессовываются подшипники скольжения 60 (по одному в каждый шток-поршень). Затем на шток-поршень надевают поршневые кольца 55 (по 3 шт. с каждой стороны). Шток-поршни вставляют в картер-цилиндры так, чтобы плоскости торцев подшипников скольжения были бы примерно параллельны продольным осям обоих картер-цилиндров. Коленчатый вал с надетым на него спаренным эксцентриком (фиг.6, 7) вдвигается соответствующим посадочным местом спаренного эксцентрика в подшипник скольжения 60 вертикального картер-цилиндра (фиг.9). На второе посадочное место спаренного эксцентрика надевается своим подшипником скольжения 60 горизонтальный шток-поршень до упора в соответствующий выступ на корпусе спаренного эксцентрика (при этом шток-поршень находится в картер-цилиндре). Картер-цилиндры стягиваются болтами, пропущенными в отверстия монтажных ушек 41, в единое целое. К торцевым плоскостям спаренного эксцентрика винтами с потайными головками крепятся противовесы 11 (фиг.15, 16). Монтаж ведется через открытые ступенчатое отверстие 44 в выступе вертикального картер-цилиндра и отверстие в приливе 47 горизонтального картер-цилиндра, частично выполненном в форме катушки. При этом есть возможность осуществить подвижку шток-поршней и их разворот в нужную сторону внутри картер-цилиндров. Противовесы 11 спаренного эксцентрика, кроме своей прямой функции, служат фиксаторами от смещения подшипников скольжения 60, в указанные отверстия картер-цилиндров устанавливаются втулки 57, 58, в которых устанавливаются подшипники 16 качения коленчатого вала. С обеих сторон штоковой шейки коленчатого вала устанавливаются на шпонках противовесы 12 силового механизма, один из которых поджимается к подвижной опоре подшипника 16 качения коленчатого вала при помощи гайки 14, а второй стопорным кольцом 59 (и дополнительно сменными шпильками при их установке). На этом сборка силового механизма заканчивается. После этого на картер-цилиндры устанавливают с помощью стяжных хомутов 6 крышки 5. Благодаря наклонным поверхностям, выполненным на выступах картер-цилиндров в районе их торцев и на крышках картер-цилиндров, а также выполнению внутренней поверхности половинок стяжных хомутов происходит перемещение крышки картер-цилиндра к картер-цилиндру и герметичное, прочное их соединение. Сборка двигателя на этом заканчивается. Двухтактный процесс в двигателе не имеет отличий от известного двухтактного теплового двигателя. Представленная модификация двухтактного бесшатунного модульного 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. 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. Конструкция двигателя обеспечивает минимальную номенклатуру деталей, простейшую их конфигурацию и совмещение их функций. Поскольку предлагаемый двигатель ММ-42 работает при скоростях вращения коленчатого вала десять и более тысяч оборотов в минуту, а воздушные авиационные винты, которые двигатель приводит во вращение, не могут иметь частоту вращения более 3000 об/мин, двигатель снабжен понижающим обороты коленчатого вала редуктором. Двигатель ММ-42 имеет максимальную мощность 72 л.с. Из двух модулей ММ-42 собирается двигатель ММ-82 (фиг.3). При этом между модулями вместо секций 36 корпуса понижающего редуктора вводится переходная секция 24 в виде втулки, элементы редуктора удаляются, а шлицевые конечные участки коленчатых валов соединяются с помощью муфты 23. Двигатель ММ-82 (фиг.3) имеет максимальную мощность 140 л.с. Его с полным основанием можно сравнивать с 4-х цилиндровым, 4-х тактным бесшатунным двигателем МБ-4 равной с ним максимальной мощности (140 л). Результаты сравнения представлены в таблице. Из сравнения следует, что несмотря на то, что двигатель ММ-82 имеет в 9,6 раза меньший литраж, он обладает такой же мощностью, имеет меньшие в 1,37-2,8 раза габаритные размеры, в 10,8 раза меньшие объемные и в 5,2 раза меньшие весовые данные. Кроме того, двигатель ММ-82 превосходит двигатель МБ-4 и по удельным эксплуатационным характеристикам: он имеет в 5,2 раза меньший удельный вес, в 5,18 раза большую мощность, снимаемую с 1 т веса конструкции, в 7,83 раза большую лобовую мощность, в 10,8 раза большую габаритную мощность, в 9,6 раза большую мощность, снимаемую с 1 литра рабочего объема цилиндров, что наглядно демонстрирует существенные преимущества концепции 2-х тактного двигателя внутреннего сгорания с бесшатунным силовым механизмом эксцентрикового типа при D/r>4,25. Представленный двигатель выполнен из тех же деталей (или их заготовок), кроме крышек картер-цилиндров, что и 4-х тактные модульные бесшатурные двигатели ММ-44, ММ-84 (см. заявки того же заявителя). Это обстоятельство обеспечивает широкую взаимозаменяемость этих деталей и позволяет использовать одно и то же технологическое оборудование при их производстве. Поскольку предлагаемый двигатель является высокоскоростным, он органически сочетается с высокооборотными компрессорами и турбинами и с успехом может использоваться для создания комбинированных турбопоршневых двигателей с существенно лучшими габаритно-мощностными, экономическими, тяговыми и экологическими характеристиками, чем чисто поршневые и комбинированные кривошинно-шатунные двигатели. Появление настоящего предложения вызвано состоянием дел в производстве двигателей в России, а конкретно отсутствием специализированных двигателей, в т.ч. и к летательным аппаратам малой авиации, и широким наступлением иностранных двигателей на внутренний рынок. 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двухтактный бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа, характеризующийся двумя картер-цилиндрами с крышками и стяжными хомутами к ним, с устройствами крепления картер-цилиндров друг к другу и взаимной ориентации, установленными продольными осями картер-цилиндров взаимно перпендикулярно друг к другу, причем один картер-цилиндр установлен преимущественно вертикально, помещенными в них двумя шток-поршнями, перемещаемыми по направляющим поверхностям картер-цилиндров, коленчатым валом в двух подшипниках качения, установленных в картер-цилиндрах, со шлицевыми участками по концам, и дополнительным шлицевым участком, на штоковой шейке которого на подшипниках размещен спаренный эксцентрик силового механизма с разнонаправленным эксцентриситетом и двумя противовесами к нему в дополнение к противовесу силового механизма, часть которого поджата к подвижной части подшипника качения коленчатого вала, при этом на каждом конце картер-цилиндра выполнено по диаметрально размещенному относительно друг друга продувочному и выхлопному окну, что, в совокупности, образует модуль двигателя. 2. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что один из шлицевых концов коленчатого вала прикрыт крышкой с отверстием по ее оси. 3. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен четным или нечетным количеством модулей, устанавливаемых при помощи шпилек, шлицевой муфты и переходной втулки. 4. Двухтактный двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен понижающим обороты коленчатого вала редуктором, связанным с дополнительным шлицевым участком коленчатого вала, размещенным со стороны вертикально установленного картер-цилиндра, посредством ведущей шестерни, установленной на этот дополнительный шлицевой участок. 5. Двухтактный двигатель по п. 4, отличающийся тем, что понижающий обороты коленчатого вала редуктор выполнен в виде соединенных с ведущей шестерней четырех ведомых шестерен, размещенных на валиках, установленных в одном подшипнике качения и двух подшипниках скольжения, наружная поверхность валиков выполнена в виде последовательно расположенных в направлении от ведомых шестерен участков зубчатых зацеплений конической и цилиндрической формы, последние из которых взаимодействуют с шестерней внутреннего зацепления, выполненной за одно целое с ведущим валом, установленным в подшипниках качения, размещенных по обе стороны от шестерни внутреннего зацепления в секциях корпуса, понижающего обороты коленчатого вала редуктора, причем подшипник качения, помещенный в полость шестерни внутреннего зацепления, выполнен тройным, а шлицевой участок ведущего вала выполнен выходящим за габариты секционного корпуса, понижающего обороты вала редуктора. 6. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что картер-цилиндр, установленный вертикально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе ее торцев, 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 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 90o (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 понижающего обороты коленчатого вала редуктора при помощи сменных шпилек. 7. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что картер-цилиндр, установленный горизонтально, выполнен в форме цилиндрической втулки с выступами на наружных поверхностях в районе торцев, 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 взаимной ориентации 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-цилиндров, 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 со сквозным отверстием под размещение коленчатого вала и части противовеса силового механизма на нем и под крепление съемной крышки с осевым отверстием под хвостовик коленчатого вала или элементов секционного корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора при установке дополнительного модуля двигателя при помощи сменных шпилек на фланце прилива. 8. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что шток-поршень выполнен в виде двух стаканов, размещенных открытым торцем 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. 9. Двухтактный двигатель по любому из пп. 1, 6 и 7, 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 торцев и на крышке. 10. Двухтактный двигатель по любому из п. 3 или 4, отличающийся тем, что секции корпуса понижающего обороты коленчатого вала редуктора укреплены к картер-цилиндрам и между собой при помощи сменных шпилек, выходящих наружу и размещенных в промежутках между ведомыми шестернями понижающего обороты коленчатого вала редуктора или во фланце прилива, выполненного частично в форме катушки горизонтально размещенного картер-цилиндра при установке дополнительного модуля двигателя. 11. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что подшипник спаренного эксцентрика, размещенного на штоковой шейке коленчатого вала, выполнен в виде подшипника скольжения. 12. Двухтактный двигатель по п. 11, отличающийся тем, что подшипник скольжения спаренного эксцентрика, размещенный на штоковой шейке коленчатого вала, выполнен разъемным с буртом у одного из торцев, взаимодействующих с противовесами эксцентриков, укрепленных на эксцентриках, и зафиксирован от перемещения вдоль штоковой шейки ими. 13. Двухтактный двигатель по п. 11, отличающийся тем, что разъемный подшипник спаренного эксцентрика выполнен в виде цилиндрической втулки, разрезанной по прямой линии, составляющей угол 10o с образующей цилиндрической поверхности втулки. 14. Двухтактный двигатель по п. 5, отличающийся тем, что подшипники качения и скольжения валика ведомой шестерни понижающего обороты коленчатого вала редуктора размещены в промежуточной секции его корпуса, при этом один подшипник скольжения установлен при помощи втулки, охватывающей часть промежуточной секции, в которой установлен тройной подшипник качения ведущего вала. 15. Двухтактный двигатель по любому из пп. 1, 6 и 7, отличающийся тем, что подшипники качения коленчатого вала установлены при помощи втулок в ступенчатом отверстии картер-цилиндра, расположенного вертикально и в сквозном отверстии прилива, выполненного частично в форме катушки, картер-цилиндра, расположенного горизонтально. 16. Двухтактный двигатель по любому из пп. 1, 6 и 7, 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 подвижными обоймами его подшипников качения торцем ступени меньшего размера под усилием гайки или стопорного кольца. 17. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что продувочное окно по длине ограничено углом 110o, а выхлопное - 134o от длины окружности картер - цилиндра, а их высота находится в пределах 5,5-8 мм. 18. Двухтактный двигатель по любому из п. 1 или 3, отличающийся тем, что на дополнительном шлицевом участке коленчатого вала установлена втулка. 19. Двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в крышке картер-цилиндра выполнено отверстие под размещение свечи зажигания.

www.freepatent.ru

бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа - патент РФ 2212552

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.

Рисунки к патенту РФ 2212552

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19 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 90o (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 10o 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 90o. 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 90o 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 10o 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 10o 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 180o 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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 90o (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 10o 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.

www.freepatent.ru

Бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа

 

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.

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 90o (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 10o 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 90o.

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 90o 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 10o 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 10o 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 180o 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.

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 90o (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 10o 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.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19

www.findpatent.ru

Модульная революция VW - Автомобили

Золотая идея мегаплатформы Хакенберга проста, как детский конструктор «Лего». Нужно всего-то взять за основу хорошо проработанную платформу со стандартным набором комплектующих «кубиков»-модулей (подвеска, двигатель, интерьер, кузов, электрика), которые можно комбинировать как угодно, и «растягивать» эту платформу вдоль и поперек под любую модель. На этой универсальной мегаплатформе можно выпускать миллионы авто под шильдиками сотен брендов. На VW разработали и модульную мегаплатформу для моделей с размещением двигателя поперек (MQB), вдоль (MLB) и сзади (MSB) кузова, а также модульную сборку бензиновых (MOB) и дизельных (MDB) двигателей. Есть уже и модульная конструкция всей архитектуры электрооборудования (MIB) для моделей трех ценовых рыночных сегментов. Такое модульное стандартизированное и унифицированное производство авто позволит, в частности VW, ежегодно экономить $19 млрд.

Каждая из трех главных модульных платформ, поясняет их «отец» Ульрих Хакенберг, ныне занимающий пост шефа VW по развитию, будет представлена в самых разных версиях, что даст возможность проявить исключительную гибкость в дизайне, используя при этом длинную линейку двигательных установок — бензиновых, дизельных, электрических или гибридных. В то же время с помощью модульных платформ, используя различные сочетания модульных автокомпонентов, бренды сохранят свои особенности и обострят их индивидуальность.

И «Volkswagen» уже начал выпуск автомобилей марок «Audi», SEAT, «Skoda» и «Volkswagen» на базе модульной платформы с поперечным расположением двигателя (MQB). Первыми модульными ласточками бренда стали новая Audi A3, затем Golf. В течение шести лет все предприятия концерна готовились к этому событию. По всему миру тысячи инженеров концерна и еще многие тысячи спецов компаний-поставщиков участвовали в одном из крупнейших проектов по созданию модульных платформ, которая будут применяться для всех авто концерна VW, включая такие непохожие друг на друга модели, как Porsche 911, Bentley Continental или Lamborghini Gallardo. С этой целью на протяжении последних лет шла оптимизация по всем направлениям производства, касающаяся эффективности, экологичности, безопасности, комфорта, дизайна и удовольствия от управления автомобилем.

Новая модульная производственная стратегия VW стала мерилом и для других мировых автопроизводителей. «Мы были бы сумасшедшими, если бы это было не так», — признался на условиях анонимности в связи с патентной деликатностью вопроса один из руководителей «Ford». «Нет сомнений, что в этом плане мы существенно отстали, — вторит ему высокопоставленный представитель «Toyota». — Мы даже не приступили к фундаментальным изменениям в производстве, которые уже провел VW для перехода на гибкую модульную платформу».

Мировые поставщики комплектующих рассматривают MQB как водораздел в автопроизводстве, поясняют эксперты: если до сих пор бренды под серьезные платформы, которые использовались шесть-семь лет, заказывали 5–6 млн. идентичных автокомпонентов, то для мегаплатформы потребуется уже около 35 млн. поставляемых единиц оборудования, материалов, узлов, деталей и механизмов. Но что более важно, модульность позволяет дизайнерам и VW создавать весьма широкую гамму моделей, отличающихся по размерам, экстерьеру и «начинке», как, например, разнится по потребительским свойствам европейский Polo с семиместным кроссовером, который будет продаваться в США в 2015 году. Более того, модульность позволяет VW выпускать авто в сравнительно небольших сериях, специально ориентированных по своим качествам на тот или иной национальный рынок без заметного удорожания производства.

Однако массовое производство автомобилей на модульных платформах, которое разовьется полностью в ближайшие десять лет (на него шаг за шагом уже начал переходить «Nissan»), таит в себе и определенные опасности. Так, в случае технического сбоя в производстве какого-то узла придется отзывать на гарантийный ремонт все модели, использующие данную версию модульной платформы, а их могут быть сотни тысяч и даже миллионы!

Для производителей модульные платформы — эдакая жар-птица, обещающая быструю смену моделей, оптимизацию производства, снижение производственных затрат и т.д. и, конечно же, существенную прибыль. Однако потребителю при этом не грозит снижение цен. Многолетний опыт показывает: никакая унификация, кооперация, стандартизация не ведет к тому, что новые авто у дилеров становятся дешевле. Наоборот, модели из поколения в поколение только дорожают. И еще: не вполне ясно, как повлияет модульная сборка на стоимость владения, насколько модули ремонтопригодны — не придется ли каждый раз за свои деньги менять не узел, но модуль.

Эксперты предупреждают: модульные мегаплатформы — огромный, если не революционный, шаг в технологии производства автомобилей. Но особых восторгов у рядового покупателя они вызывать пока что не должны. Тем более у россиян: ведь многие генетически привыкли обходиться при ремонте любимой «ласточки» своими руками или услугами дяди Васи, да и цена ремонтного часа кусается.

www.avtovzglyad.ru

Volvo 850 и модульные двигатели - Volvo - Обзоры автомобилей - Клуб Путешественников OverRoad - Каталог статей

В 50-е ГОДЫ ПРОИЗВОДИТЬ АВТОМОБИЛИ было легче! Если не учитывать спе­циализированное производство шестицилиндровых модификаций для такси, то в этом десятилетии Volvo могла ограничиться производством четырехцилин­дровых двигателей. Модельный ряд Volvo был ограничен: он включал модель PV444/544 и Amazon, а ожидания покупателей и законодательные требования были очень похожи во всем мире. После 50-х практически во всех отраслях отме­чается развитие и совершенствование технологий. Требования и ожидания поку­пателей растут, растут продажи и объемы производства. В этой ситуации есть все основания предложить различные типы двигателей с различными характеристи­ками. Со временем выбор двигателей стал настолько обширным, что, казалось, он выходит из-под контроля. Такая ситуация была невыгодна как для производите­лей, так и для покупателей автомобилей. В 80-х компания осознает, что необходимо создавать более однотипные двигате­ли. В Volvo разрабатывается семейство так называемых модульных двигателей, кото­рые получили название «Серии N». Дерек Краб, руководитель подразделения по раз­работке двигателей Volvo Cars, считает, что это был ловкий ход со стороны Volvo. «В компании осознали, что в недалеком будущем необходимо будет произво­дить около 500 000 двигателей в год», — говорит Дерек Краб. «Удовлетворить ожидания большинства клиентов можно было лишь в том случае, если компания смогла бы предложить выбор четырех-, пяти- и шестици­линдровых двигателей. Нужен был атмосферный двигатель, а также двигатель с турбиной малого и высокого давления — это значит, необходимо было про­изводить девять базовых версий двигателей. Это было правильное решение: мы смогли разработать модульный двигатель, на базе которого можно было создать дизельный двигатель с четырьмя, пятью и шестью цилиндрами», — вспоминает Дерек Краб. Руководствуясь такой концепцией, компания приступила к планированию завода, производственные мощности которого позволили бы гибко изменять производственные процессы и производить либо бензиновые, либо дизельные двигатели в соответствии с рыночным спросом. «Модульный двигатель и завод по производству модульных двигателей — ве­ликолепная идея!» — продолжает Краб. Вскоре идеи были претворены в реальность, и Volvo Cars запустила произ­водство современных двигателей — в Скевде был построен новый завод по про­изводству двигателей. Одна из базовых долгосрочных концепций, принятая в Volvo Cars, заключа­лась в том, что автомобили Volvo будут базироваться на переднеприводной плат­форме. Такая конфигурация позволяет обеспечить большие зоны деформации. Кроме этого, на переднеприводной платформе можно предусмотреть семимест­ный салон. Однако такая концепция не позволяла устанавливать двигатель про­дольно в моторном отделении. Устанавливать четырех- и пятицилиндровые двигатели по­перечно довольно просто, но в компании осознавали, что уста­навливать таким образом рядный шестицилиндровый двига­тель будет сложно. Поэтому в отделе по разработке двигателей Volvo Cars инженеры стали создавать двигатели, руководствуясь сверхкомпактными размерами. «Мы разработали особые методы и технологии. В течение нескольких лет мы создавали компактные рядные шестицилин­дровые двигатели, которые устанавливались поперечно с обыч­ной автоматической КПП, — рассказывает Краб. — В действи­тельности современный шестицилиндровый двигатель по длине не отличается от прежних версий пятицилиндровых двигателей». Volvo Cars продолжает работы по созданию сверхкомпактных двигателей. От­части это позволяет компании реализовать современный скандинавский дизайн, предлагая просторный и насыщенный светом салон автомобиля. Использование компактных поперечно устанавливаемых двигателей соответствует главной кон­цепции в обеспечении безопасности Volvo Cars. Безопасность и просторный са­лон — это два наиболее важных принципа, которыми руководствуются в Volvo Cars в процессе создания новых моделей. Volvo 850 был представлен летом 1991 года и сразу же завоевал симпатии журналистов автомобильной отрасли. Это был результат одного из самых крупных промышленных проектов, реализованных в Швеции. Volvo 850 не был первым пе­реднеприводным автомобилем Volvo, но во многих отношениях это был уникаль­ный автомобиль. Наследие моделей Volvo 850 GLE и GLT актуально и по сей день. С самого начала скоростная модель Volvo 850 GLT с двигателем мощностью 170 л. с. привлекла к себе внимание, и на то были весомые причины. Модель Volvo 850 GLE 140 л. с, предлагавшая комфортную езду, также не осталась без внимания. В действительности новый модульный двигатель дебютировал за год до выхо­да модели 850 — это был рядный шестицилиндровый B6304F, которым комплекто­вался Volvo 960, вышедший на рынок в августе 1990 г. Подобно модели Volvo 760, дебютировавшей в 1982 году, модель Volvo 960 продержалась более десятилетия. Наибольшего внимания заслуживала конфигурация установки двигателя в но­вом Volvo 850 — двигатель был закреплен поперечно. Volvo 850 GLT комплектовал­ся рядным пятицилиндровым двигателем объемом 2.5 литра. Это был удивительно компактный двигатель, и с ним сочеталась столь же компактная КПП. Небольшие размеры двигателя (всего 948 мм) позволили инженерам Volvo установить его по­перечно — ни один другой производитель автомобилей не предлагал до сих пор поперечно устанавливаемый пятицилиндровый двигатель с приводом на передние колеса. Рядный пятицилиндровый двигатель вовсе не был компромиссным решением: он требовал немного места в моторном отделении, отличался малым весом, эконо­мичностью четырехцилиндрового двигателя и предлагал комфортную езду, плав­ность и мощность, достойные шестицилиндрового двигателя. Другими словами, этот двигатель предлагал лучшее, что можно было ожидать от четырех- и шестицилиндровых двигателей. В конструкции двигателя были реализованы два верхних распределительных вала, четыре клапана на цилиндр (два в модификации GLE) и высокая степень сжатия (10.5:1). Техническая продуманность двигателя и трансмиссии позволили свести к минимуму нежелательные вибрации. Штампованный блок цилиндров вы­полнен из алюминия. Большое внимание было уделено снижению шумов в конс­трукции самого блока цилиндров — для этих целей с внешней стороны были пре­дусмотрены ребра жесткости. В 80-х годах в Volvo Cars были выработаны приоритеты, которые учитывались при разработке двигателей и которые соблюдаются по сегодняшний день: • Уровень выброса отработавших газов • Топливная экономичность • «Удовольствие от вождения» • Характеристики мощности Безусловно, между этими параметрами существует взаимозависимость, поэ­тому крайне сложно изменить один из параметров, не затронув другие. Разработ­чики модели 850 были сосредоточены на «удовольствии от вождения» и характе­ристиках мощности, однако они не могли не учитывать другие параметры, напри­мер, расход топлива. Поэтому была создана система газо­распределения с изменяющимися фаза­ми на впуске, что позволило одновремен­но обеспечить высокий крутящий момент на низких оборотах и высокую мощность на высоких оборотах. При этом во всех режимах двигатель демонстрировал оп­тимально низкие характеристики расхода топлива. В конфигурации двигателя была ре­ализована технология V-VIS (система изменяемых фаз на впуске). Впускной коллектор расположился в передней части двигателя, а выпускной коллектор разместился с другой стороны между двигателем и перего­родкой, отделявшей его от салона. Таким образом, каталитический нейтрали­затор мог быть установлен как можно ближе к двигателю, и это позволяло ему быстрее вклю­чаться в работу после пуска двигателя. В ре­зультате был снижен выброс вредных веществ в выхлопных газах. Расстояние между осями цилиндров в дви­гателе Volvo 850 составило всего лишь 91 мм, благодаря этому обеспечивались компактные размеры двигателя. Более того, в этом двигате­ле необходимо было предусмотреть более длин­ный ход поршня по сравнению с предыдущими моделями двигателей Volvo. Диаметр цилиндра составил 83 мм, а ход

поршня — 90 мм. Шатуны и коленчатый валбыли выполнены из ванадиевой стали. Колен­чатый вал устанавливался в шести коренных подшипниках с десятью противове­сами.В двигателе использовались две электронные системы управления: одна для системы впрыска топлива и другая — для системы зажигания. Обе системы были разработаны на базе подобных систем, применявшихся в четырехцилиндро­вых двигателях Volvo. Практически все компоненты электронных систем и все реле были компактно размещены в одном месте в моторном отсеке.Volvo 850 GLT был автомобилем «для водителя» — удобное управление, большие скорости и уверенная посадка на дороге. Volvo 850 GLT развивал 100 км/ч за 9.2 секунды, а максимальная скорость была в пределах 212 км/ч.В августе 1993 г. на рынок вышла модификация Volvo 850 Turbo. Это был са­мый мощный двигатель, разработанный в Volvo, — 225 л. с. В мае 1995 г. за тур-боверсией последовала дизельная версия Volvo 850 TDI. Подобно другим верси­ям модели 850 этот автомобиль комплектовался пятицилиндровым двигателем, разработанным инженерами Volvo в сотрудничестве с компанией Volkswagen. Дизельный двигатель производился на предприятиях Volkswagen. Мощный и экономичный 2.5-литровый двигатель выдавал 140 л. с.Осенью 1995-го Volvo представила еще одну новинку, отличавшуюся невидан­ными параметрами мощности: модель850 Re 2.5-литровым двигателем (250л. с). Максимальная скорость этой модели достигала 250 км/ч. Несмотря на такие вы­сокие характеристики мощности, двигатель располагался поперечно с приводом на передние колеса — и никаких проблем!Летом 2001 г. Volvo выводит первый автомобиль с дизельным двигателем, ко­торый был от начала идо конца разработан в стенах Volvo. Название D5 свидетель­ствовало о том, что это был дизельный пятицилиндровый двигатель. Подобно дру­гим модульным двигателям блок цилиндров и головка блока цилиндров D5 были выполнены из алюминиевого сплава. Конструкция двигателя включала четыре клапана на цилиндр, два верхних распредвала, систему впрыска топлива common rail и турбину типа VNT (турбина изменяемой геометрии). Максимальная мощность этого двигателя составляла 163 л. с. при 4 000 об/мин, а максимальный крутящий момент — 340 Нм в диапазоне от 1 750 до 3 000 об/мин.При диаметре цилиндров 81 мм и ходе поршня 93.2 мм рабочий объем двига­теля составил 2 401 кубический сантиметр.Представляя двигатель D5 журналистам, Дерек Краб отметил пять ключевых требований, которыми руководствовались инженеры компании, создавая новый двигатель: высокий крутящий момент, низкий уровень шумов, низкий уровень выброса отработавших газов, малый вес и топливная экономичность. Дерек Краб подробно рассказал, как создателям удалось выполнить все поставленные требо­вания. Он привел один пример: применение нового поколения технологии впры­ска топлива common rail (с использованием более мощного топливного насоса и инжекторов) позволило увеличить давление впрыска топлива.Результат — больше мощности, более чистый выхлоп и низкий расход топ­лива.Более всего разработчики двигателя стремились снизить расход топлива и уровень шумов. Результат действительно оказался впечатляющим. Вскоре жур­нал Teknikens VarLd писал о новом двигателе: «...этот двигатель поистине работает очень тихо. Двигатель отличается равномерной работой и «цивилизованными» манерами. Он наделен отличной тягой с самых малых оборотов. Мощность нарас­тает до 4 000 об/мин, и затем как и все дизельные двигатели он быстро перестает увеличивать тягу».Новый двигатель устанавливался на моделях Volvo S80 и S60, а через не­сколько месяцев новый дизельный двигатель получила модель V70. Изначально двигатель комплектовался механической пятискоростной КПП, но когда D5 стали устанавливать на V70, к механической КПП добавилась пятискоростная автомати­ческая трансмиссия.По характеристикам мощности этот двигатель не отличался от передовых бензиновых двигателей: первая модель Volvo S80 с D5 набирала 100 км/ч с места за 9.8 секунды, при этом максимальная скорость была 210 км/ч.

www.overroad.ru


Смотрите также