RU2479736C1

RU2479736C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2479736C1
Application number: RU2011135379/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Костюкович
Original assignee: Юрий Васильевич Костюкович
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-04-20
Also published as: RU2011135379A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed engine consists of cylinder block 1, cylinders 2, con-rod-and-piston mechanism, composite crankshaft 3, cylinder block head 5, and valve timing gear. Cylinder block 1 consists of, at least, two composite coupled sections 5. Said sections are coupled by bolts fed through openings made in cylinder block parallel with crankshaft rotational axis. Every said section 5 represents a bulky structural H-beam-shaped part. Its top section has recesses made opposite semicircular webs 9, their sizes corresponding to those of outer contour of cylinder sleeve 11 dissected in axial line. Section center has through hole 13 of crankshaft bearing 13. Con-rod-and-piston modules are mounted between sections 5. Said module comprises sleeve 11 to house piston 15 pin-coupled with con-rod 17 wherein fitted is rod bearing 19 with support bush 19 coupled with webs 20 via spacer rings 21, blocks 22 and bolt joint 23. Webs 20 accommodate modules of main bearings composed of main bearing 12, split splined bush 24, blocks 25, spacer rings 25 coupled by bolts 27. End cover 30 of auxiliary mechanism drive 31 and clutch case are fitted on sides of cylinder block 1.

EFFECT: decreased weight and overall dimensions, higher quality of assembly.

8 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС), и может быть использовано в ДВС с различным числом и расположением цилиндров.The invention relates to engine building, in particular to reciprocating internal combustion engines (hereinafter ICE), and can be used in ICE with a different number and arrangement of cylinders.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является компактный ДВС, известный из описания патента US 5429080, МПК 6 F02F 7/00, публ. 04.07.95 г., в котором применяется кулачковый механизм, уменьшающий износ и размер ДВС в сборе, содержащий направляющие, особое расположение которых позволяет снизить осевую нагрузку на шток клапана. В ДВС также используются высокоскоростные втулки, объединяющие независимые кулачковые валы, содержащиеся в каждом их множества соединенных двигателей. Используемый в двигателе одноразмерный крепеж обеспечивает постоянный градиент напряжения внутри ДВС. Кроме того, все соединения ДВС уплотняются сальниками круглого сечения. Двигатель снабжен головкой поршня, непосредственно к поверхности основания которого присоединяется шток. При этом головка поршня закреплена вдоль оси цилиндра с помощью направляющего каркаса. Соединение со штоком обеспечивает требуемое не менее чем 180-градусное вращение шейки опоры коленвала для того, чтобы множество соединенных элементов могло быть связано с одной шейкой коленвала. Снабженный вкладышами подшипник, смонтированный под множество соединенных элементов, обеспечивается смазкой между соединительными элементами и шейкой коленвала. Раздельные головка цилиндра и цилиндр ДВС присоединены с помощью цилиндрического, деформируемого стопорящего стяжного хомута, формирующего беззазорное уплотнение. В ДВС используется независимая система смазки каждого двигателя. Для того чтобы температура охлаждающей жидкости, поступающей в каждый двигатель, была одинаковой, охлаждение или смазка организованы для каждого двигателя параллельно. Конструкция ДВС позволяет использовать модульный коленвал большого диаметра.The closest in technical essence to the claimed invention is a compact ICE, known from the description of patent US 5429080, IPC 6 F02F 7/00, publ. 07/04/95, in which a cam mechanism is used to reduce wear and the size of the internal combustion engine assembly, containing guides, the special arrangement of which reduces the axial load on the valve stem. ICE also uses high-speed bushings combining independent cam shafts contained in each of their many connected engines. The one-size fixture used in the engine provides a constant voltage gradient inside the internal combustion engine. In addition, all ICE joints are sealed with glands of circular cross section. The engine is equipped with a piston head, the rod is connected directly to the base surface of which. In this case, the piston head is fixed along the axis of the cylinder using the guide frame. The connection with the rod provides the required at least 180-degree rotation of the neck of the crankshaft support so that a plurality of connected elements can be connected with one neck of the crankshaft. A bearing fitted with liners mounted under a plurality of connected elements is provided with lubricant between the connecting elements and the crankshaft neck. Separate cylinder head and internal combustion engine cylinder are connected using a cylindrical, deformable locking retaining clamp, forming a clearance-free seal. ICE uses an independent lubrication system for each engine. In order for the temperature of the coolant entering each engine to be the same, cooling or lubrication is organized for each engine in parallel. ICE design allows the use of a large diameter modular crankshaft.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции ДВС, которая позволяет из унифицированных узлов и модулей производить сборку двигателей различных модификаций, отличающихся количеством цилиндров, и соответственно мощностью, массогабаритными показателями, повышать точность и качество изготовления, улучшать технологичность сборки, одновременно повышая надежность ДВС и снижая стоимость производства.The task to which the claimed invention is directed is to create an ICE design that allows the assembly of engines of various modifications differing in the number of cylinders and, accordingly, power, weight and size parameters, to increase the accuracy and quality of workmanship, to improve the assembly process, while increasing assembly efficiency ICE reliability and reducing production costs.

Указанный технический результат достигается за счет применения ДВС, состоящего из блока цилиндров, цилиндров, шатунно-поршневой группы, составного коленчатого вала, головки блока цилиндров, механизма газораспределения, который отличается тем, что блок цилиндров состоит из последовательно скрепленных между собой посредством болтовых соединений, проходящих через отверстия, выполненные в блоке цилиндров параллельно оси вращения коленчатого вала, по меньшей мере, двух составных секций, каждая из которых представляет собой объемную, корпусную деталь, имеющую форму двутавра, в которой выполнены: в верхней части фронтальной проекции оппозитно расположенные относительно перегородки двутавра выемки, имеющие форму половины круга, геометрические размеры которых соответствуют геометрическим размерам наружного контура половинок гильзы цилиндра, рассеченной вдоль осевой линии, а в средней части фронтальной проекции сквозное отверстие подшипника опоры коленчатого вала, при этом между секциями установлены шатунно-поршневые модули (далее ШПМ), содержащие гильзу цилиндра с установленным в ней поршнем, шарнирно соединенным посредством поршневого пальца с шатуном, в котором закреплены шатунный подшипник с опорной втулкой, соединенной со щеками кривошипа посредством дистанционных колец, сухарей и болтового соединения, кроме того, в щеках установлены модули коренных опор (далее МКО) составного коленчатого вала, состоящие из коренного подшипника, разрезной шлицевой втулки, сухарей, дистанционных колец, стянутых болтовым соединением, на боковые стороны блока цилиндров установлены торцевая крышка механизма привода вспомогательных агрегатов и картер сцепления коробки перемены передач.The specified technical result is achieved through the use of ICE, consisting of a cylinder block, cylinders, connecting rod and piston group, a composite crankshaft, cylinder head, gas distribution mechanism, which differs in that the cylinder block consists of sequentially fastened together by means of bolted joints passing through holes made in the cylinder block parallel to the axis of rotation of the crankshaft of at least two composite sections, each of which is a volumetric, a clear part having the shape of an I-beam, in which the following are made: in the upper part of the frontal projection, recesses having the shape of a half circle opposite the partition of the I-beam, the geometric dimensions of which correspond to the geometric dimensions of the outer contour of the cylinder liner halves, cut along the center line, and in the middle part of the front the projection is the through hole of the bearing of the crankshaft support, while connecting rod-piston modules (hereinafter referred to as BSP) are installed between the sections, containing the cylinder liner a piston renewed in it, pivotally connected by means of a piston pin to a connecting rod, in which a connecting rod bearing with a support sleeve is fixed, connected to the crank cheeks by means of spacer rings, crackers and bolt joints; in addition, the main bearing modules (hereinafter MCO) of the composite cranked are mounted in the cheeks shaft, consisting of a main bearing, a split splined sleeve, crackers, spacer rings tightened by a bolt connection, an end cover of the drive mechanism is installed on the sides of the cylinder block accessory and clutch housing for gearboxes.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами.The essence of the invention is illustrated by graphic materials.

На фиг.1 показана схема ДВС с одноцилиндровым блоком цилиндров.Figure 1 shows a diagram of an internal combustion engine with a single cylinder cylinder block.

На фиг.2 показана схема ДВС с двухцилиндровым блоком цилиндров с видом на торцевую крышку механизма привода вспомогательных агрегатов,Figure 2 shows a diagram of an internal combustion engine with a two-cylinder cylinder block with a view of the end cover of the drive mechanism of auxiliary units,

На фиг.3-6 показаны схемы ДВС с блоком цилиндров от трехцилиндрового до шестицилиндрового соответственно.Figure 3-6 shows a diagram of the internal combustion engine with a cylinder block from a three-cylinder to a six-cylinder, respectively.

На фиг.7 показан вид сверху на секцию блока цилиндров ДВС.Figure 7 shows a top view of the section of the engine block.

На фиг.8 показан продольный разрез двухцилиндрового блока цилиндров, схема которого представлена на фиг.2.On Fig shows a longitudinal section of a two-cylinder cylinder block, a diagram of which is presented in figure 2.

ДВС состоит из блока цилиндров 1, цилиндров 2, шатунно-поршневой группы, составного коленчатого вала 3, головки блока цилиндров 4 (см. фиг.1-6), механизма газораспределения (не показан). Блок цилиндров 1 состоит из последовательно скрепленных между собой, по меньшей мере, двух составных секций 5. Крепление секций 5 осуществляется болтовыми соединениями 6 (см. фиг.2), проходящими через отверстия (не показаны), выполненные в блоке цилиндров 1 параллельно оси вращения 7 коленчатого вала 3. Длина болтовых соединений 6 подбирается с учетом модификации собираемого ДВС, зависит от количества цилиндров 2 и соответственно количества соединяемых секций 5. Расположение отверстий болтовых соединений 6 в блоке цилиндров 1 и их число подобрано с учетом сил, действующих на блок цилиндров 1 в процессе работы ДВС. Примеры расположения осей 8 отверстий болтовых соединений 6 показаны на фиг.1-7. Геометрические размеры и материал указанных болтовых соединений 6 выбран таким образом, чтобы обеспечить жесткость блока цилиндров 1 в продольном и поперечном направлениях и разгрузить секции 5 от внутренних напряжений и коробления. Функционально болтовые соединения 6 обеспечивают «силовую» межцилиндровую связь, исключая воздействие на скрепленные секции 5 других напряжений помимо напряжения сжатия.ICE consists of a cylinder block 1, cylinder 2, a connecting rod and piston group, a composite crankshaft 3, a cylinder head 4 (see Figs. 1-6), a gas distribution mechanism (not shown). The cylinder block 1 consists of at least two composite sections 5 sequentially fastened together. The sections 5 are fastened by bolted connections 6 (see FIG. 2) passing through holes (not shown) made in the cylinder block 1 parallel to the axis of rotation 7 of the crankshaft 3. The length of the bolted joints 6 is selected taking into account the modification of the assembled ICE, depends on the number of cylinders 2 and, accordingly, the number of connected sections 5. The location of the holes of the bolted joints 6 in the cylinder block 1 and their number is selected about taking into account the forces acting on the cylinder block 1 during the operation of the engine. Examples of the location of the axes 8 of the holes of the bolted joints 6 are shown in figures 1-7. The geometric dimensions and material of these bolted joints 6 is selected so as to ensure rigidity of the cylinder block 1 in the longitudinal and transverse directions and relieve sections 5 from internal stresses and warping. Functionally bolted connections 6 provide a “power” inter-cylinder connection, excluding the impact on the fastened sections 5 of other stresses in addition to the compression stress.

Каждая секция 5 представляет собой объемную, корпусную деталь, имеющую форму двутавра. В верхней части секции 5 выполнены оппозитно расположенные относительно перегородки 9 двутавра выемки 10 (фиг.7), имеющие форму половины круга, геометрические размеры которых соответствуют геометрическим размерам наружного контура половинок гильзы 11 цилиндра 2, рассеченной вдоль осевой линии 12. Выполненные таким образом вышеуказанные выемки 10 при скреплении секций 5 между собой позволяют обеспечить надежную фиксацию гильзы 11 и всего ШПМ в целом.Each section 5 is a three-dimensional, hull-shaped part. In the upper part of section 5 there are made opposite to the partition 9 of the I-bezels of the recess 10 (Fig. 7), having the shape of a half circle, the geometric dimensions of which correspond to the geometric dimensions of the outer contour of the halves of the sleeve 11 of the cylinder 2, cut along the axial line 12. The aforementioned recesses thus made 10, when fastening sections 5 to each other, they can provide reliable fixation of the sleeve 11 and the entire ballast in general.

В средней части секции 5 выполнено сквозное отверстие 13 коренного подшипника 14 опоры коленчатого вала 3. При этом между секциями 5 установлены ШПМ. ШПМ содержит гильзу 11 цилиндра 2 с установленным в ней поршнем 15, шарнирно соединенным посредством поршневого пальца 16 с шатуном 17, в котором закреплены шатунный подшипник 18 с опорной втулкой 19, соединенной со щеками кривошипа 20 посредством дистанционных колец 21, сухарей 22 и болтового соединения 23. Кроме того, в щеках 20 установлены МКО составного коленчатого вала 3, состоящие из коренного подшипника 14, разрезной шлицевой втулки 24, сухарей 25, дистанционных колец 26, стянутых болтовым соединением 27. На боковые стороны 28 и 29 блока цилиндров 1 установлены торцевая крышка 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31 и картер сцепления коробки перемены передач 32 (см. фиг.1-6).In the middle part of section 5, a through hole 13 of the main bearing 14 of the crankshaft support 3 is made. In this case, ШПМ are installed between sections 5. ШПМ contains a cylinder liner 11 with a piston 15 installed in it, pivotally connected by means of a piston pin 16 with a connecting rod 17, in which a connecting rod bearing 18 is mounted with a support sleeve 19 connected to the crank cheeks 20 by means of spacer rings 21, crackers 22 and bolt connection 23 In addition, in the cheeks 20 there are MCOs of the composite crankshaft 3 consisting of a main bearing 14, a split spline sleeve 24, crackers 25, spacer rings 26 tightened by a bolt joint 27. On the sides 28 and 29 of the cylinder block 1 ovleny end cap 30 of the drive mechanism 31 and the ancillary clutch housing the gearbox 32 (see FIG. 1-6).

Сборка ДВС производится в следующем порядке. На рабочем стенде (не показан) закрепляется секция 5. Предварительно производится сборка ШПМ. Шатун 17 соединяется с поршнем 15 поршневым пальцем 16, с другой стороны, в отверстие 33 шатуна 17 устанавливается шатунный подшипник 18 с опорной втулкой 19, внутри которой установлены сухари 22, соединенные болтовым соединением 23. На наружную цилиндрическую поверхность выступающих концов 34 опорной втулки 19, устанавливаются щеки 20 составного коленчатого вала 3. Данную технологическую операцию производят с использованием приспособления "шлицевая оправка" (не показана). Поршень 15 с шатуном 17 и щеками 20 устанавливается в гильзу 11.The engine assembly is performed in the following order. Section 5 is fixed on a work stand (not shown). Pre-assembly of the ball screw assembly is carried out. The connecting rod 17 is connected to the piston 15 with a piston pin 16, on the other hand, a connecting rod bearing 18 with a support sleeve 19 is installed in the hole 33 of the connecting rod 17, inside of which are mounted crackers 22 connected by a bolt connection 23. On the outer cylindrical surface of the protruding ends 34 of the support sleeve 19, set the cheeks 20 of the composite crankshaft 3. This process step is performed using the device "slotted mandrel" (not shown). The piston 15 with the connecting rod 17 and the cheeks 20 is installed in the sleeve 11.

Также предварительно производится сборка МКО. В коренной подшипник 14 устанавливается разрезная шлицевая втулка 24. В разрезную шлицевую втулку 24 со стопорным кольцом 35 вставляются сухари 25, соединяются болтовым соединением 27 без затяжки. Устанавливаются дистанционные кольца 26.MCO is also pre-assembled. A split spline sleeve 24 is installed in the main bearing 14. Crackers 25 are inserted into the split spline sleeve 24 with the locking ring 35, and are connected by a bolt joint 27 without tightening. Spacer rings 26 are installed.

Производится сборка секций 5 блока цилиндров 1. В сквозное отверстие 13 подшипников опор коленчатого вала 3, выполненное в средней части первой составной секции 5, смонтированной на сборочном стенде (не показан), устанавливается МКО. На наружную цилиндрическую поверхность выступающих концов 36 разрезной шлицевой втулки 24 МКО в шлицевые отверстия 37 щек 20 устанавливают ШПМ. После установки ШПМ протягивается болтовое соединение 27 МКО первой секции 5. Вторую секцию 5 присоединяют к первой секции 5. В сквозное отверстие 13 подшипников опор коленчатого вала 3, выполненное в средней части второй секции 5, устанавливают следующий МКО. Протягивается болтовое соединение 27 следующего МКО. Затем повторяется указанная последовательность действий для присоединения третьей и, при необходимости, последующих секций 5. За счет использования в конструкции разрезных втулок 24 стяжка болтовых соединений 27 обеспечивает надежную осевую фиксацию модулей с устранением технологических зазоров и люфтов в сборном коленчатом валу 3, который в результате приобретает прочностные характеристики цельного - «монолитного» изделия.The sections 5 of the cylinder block 1 are assembled. The MCO is installed in the through hole 13 of the bearings of the bearings of the crankshaft 3, made in the middle of the first component section 5 mounted on an assembly stand (not shown). On the outer cylindrical surface of the protruding ends 36 of the split splined sleeve 24 of the MCO in the splined holes 37 of the cheeks 20 install the ШПМ. After installing the ШПМ, the bolt connection 27 of the MCO of the first section is extended 5. The second section 5 is connected to the first section 5. The following MCO is installed in the through hole 13 of the bearings of the crankshaft bearings 3, made in the middle part of the second section 5. Bolted connection 27 of the next MCO is extended. Then, the indicated sequence of actions is repeated for connecting the third and, if necessary, subsequent sections 5. Due to the use of split sleeves 24 in the design, the bolt coupler 27 ensures reliable axial fixing of the modules with the elimination of technological gaps and backlashes in the assembled crankshaft 3, which, as a result, acquires strength characteristics of a single - “monolithic” product.

В соответствии с конструкцией ДВС набирается требуемое количество составных секций 5 в зависимости от числа цилиндров 2. После установки последней секции и скрепления ее технологическими болтами (не показаны) к предыдущей производится установка болтовых соединений 6, в отверстия (не показаны), выполненные в блоке цилиндров 1 параллельно оси вращения 7 коленчатого вала 3, проходящие через все сборные секции 5. Протяжка болтовых соединений 6 с заданным усилием позволяет, помимо вышеупомянутой «силовой» межцилиндровой связи, обеспечить надежное уплотнение составных секций 5, исключая деформацию корпусных элементов.In accordance with the design of the internal combustion engine, the required number of composite sections 5 is dialed depending on the number of cylinders 2. After installing the last section and fastening it with technological bolts (not shown) to the previous one, bolted joints 6 are installed in the holes (not shown) made in the cylinder block 1 parallel to the rotation axis 7 of the crankshaft 3, passing through all prefabricated sections 5. The broaching of bolted joints 6 with a given force allows, in addition to the aforementioned “power” inter-cylinder coupling, to ensure reliable th seal of the composite sections 5, excluding the deformation of the housing elements.

Головка блока цилиндров 4 и узлы механизмов газораспределения (не показаны), изготовленные в соответствии с конструкцией ДВС в зависимости от числа цилиндров 2, устанавливаются и фиксируются известными способами, например с помощью шпилек (не показаны), установленных в резьбовые отверстия 38 (см. фиг.7). Герметичность всех соединений также обеспечивается известными способами.The cylinder head 4 and the components of the gas distribution mechanisms (not shown), made in accordance with the design of the internal combustion engine depending on the number of cylinders 2, are installed and fixed by known methods, for example, using studs (not shown) installed in the threaded holes 38 (see Fig. .7). The tightness of all compounds is also provided by known methods.

На боковые стороны ДВС устанавливают с одной стороны торцевую крышку 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31, с другой стороны картер сцепления коробки перемены передач 32. При этом габаритные размеры элементов механизма привода вспомогательных агрегатов 31 подбираются таким образом, чтобы их величина не превышала габаритные размеры внутренней полости, образованной стенками секции 5. Торцевая крышка 30 механизма привода вспомогательных агрегатов 31 крепится на блок цилиндров 1 к поверхности крепления 28 секции 5 посредством винтовых соединений (не показаны). В частном случае исполнения предлагаемого изобретения приводные элементы выполнены в виде с одной стороны приводного колеса 39, который снабжен шкивом-сухарем, а с другой стороны маховиком со ступицей 40. Все узлы, установленные с возможностью вращения, снабжены соответствующими уплотнительными элементами 41.On the sides of the internal combustion engine, an end cover 30 of the auxiliary unit drive mechanism 31 is mounted on one side, and a gearbox clutch housing 32 is mounted on the other side. In this case, the overall dimensions of the elements of the auxiliary mechanism drive mechanism 31 are selected so that their size does not exceed the overall dimensions of the internal cavity formed by the walls of section 5. The end cover 30 of the drive mechanism of the auxiliary units 31 is mounted on the cylinder block 1 to the mounting surface 28 of section 5 by means of screws x connections (not shown). In the particular case of the implementation of the invention, the drive elements are made in the form of a drive wheel 39 on one side, which is equipped with a cracker pulley, and on the other hand with a flywheel with a hub 40. All nodes mounted for rotation are provided with corresponding sealing elements 41.

Устройство по изобретению воспроизводимо известными техническими средствами и может быть использовано в условиях серийного производства.The device according to the invention is reproducibly known by technical means and can be used in mass production.

Использование изобретения позволяет посредством технологичной сборки получить конструкцию надежных ДВС различных модификаций, отличающихся количеством цилиндров, мощностью и массогабаритными показателями, используя унифицированные узлы и модули повышенной точности и качества изготовления.Using the invention allows, through technological assembly, to obtain the design of reliable ICEs of various modifications, differing in the number of cylinders, power and weight and size parameters, using standardized units and modules of increased accuracy and workmanship.

Claims

An internal combustion engine consisting of a cylinder block, cylinders, a connecting rod-piston group, a composite crankshaft, a cylinder head, a gas distribution mechanism, characterized in that the cylinder block consists of sequentially fastened together by means of bolt connections passing through openings made in the block cylinders parallel to the axis of rotation of the crankshaft of at least two composite sections, each of which is a volumetric body part having the shape of an I-beam, in which The following were performed: in the upper part of the frontal projection, grooves opposite the I-beam partition, having the shape of a half circle, the geometric dimensions of which correspond to the geometric dimensions of the outer contour of the cylinder liner halves, cut along the axial line, and in the middle part of the frontal projection, the through hole of the crankshaft bearing, while between the sections mounted piston-piston modules containing a cylinder liner with a piston installed in it, pivotally connected through a piston pin with a connecting rod, in which a connecting rod bearing is mounted with a support sleeve connected to the crank cheeks by means of distance rings, crackers and bolt joints, in addition, the main bearing modules of the composite crankshaft, consisting of the main bearing, a split spline sleeve, are installed in the cheeks crackers, spacers, bolted together, on the sides of the cylinder block there is an end cover of the auxiliary drive mechanism and clutch housing of the change box gears.