Двухтактный бесшатунный модульный поршневой двигатель внутреннего сгорания с силовым механизмом эксцентрикового типа

 

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 90^o (части окружности), при этом по другую сторону мнимой линии, на наружной поверхности картер-цилиндра, выполнен цилиндрический выступ со сквозным ступенчатым отверстием под размещение коленчатого вала с частью противовеса силового механизма и площадкой на торце под крепление секционного корпуса 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 10^o 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 110^o, а выхлопное - 134^o 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 90^o 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 10^o 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 90^o (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 10^o 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 110^o, а выхлопное - 134^o от длины окружности картер-цилиндра, а их высота находится в пределах 5,5-8 мм, продолжительность открытия продувочных окон по углу поворота вала двигателя 88^o, выхлопных - 112^o, 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 180^o, 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 90^o (части окружности), при этом по другую сторону мнимой линии, на наружной поверхности картер-цилиндра выполнен цилиндрический выступ со сквозным ступенчатым отверстием под размещение коленчатого вала с частью противовеса силового механизма и площадкой на торце под крепление секционного корпуса 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 10^o 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 110^o, а выхлопное - 134^o 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7