Двухтактный двигатель внутреннего сгорания крейцкопфного типа - RU2113611C1

Чертежи

Описание

Изобретение касается двухтактного двигателя внутреннего сгорания крейцкопфного типа, содержащего станину с коренными подшипниками для коленчатого вала, A-образный коробчатый корпус, установленный на станине, включающий поперечные ребра жесткости, поддерживающего направляющие плоскости для крейцкопфа, и цилиндрическую секцию, соединенную со станиной соединительными болтами, располагающимися по основной части их длины внутри полых профилей, образованных направляющими плоскостями и жестком креплением, связывающим заднюю сторону направляющих плоскостей с поперечным жестким креплением A-образного коробчатого корпуса.

Из патента Дании N 147383 известен такой двигатель, в котором каждое поперечное ребро жесткости A-образного коробчатого корпуса образовано двумя трапецеидальными рамками, состоящими из наружного и внутреннего проходящих в верхнем направлении фланцев, которые таким образом взаимосвязаны двумя параллельными плоскими стенками, что внутри рамки образуется полое пространство. На задней стороне направляющих плоскостей каждая рамка предусмотрена с жестким креплением, выполненным в форме плоского пластинчатого элемента, сориентированного под острым углом к связанной с ним плоской стенке. Две плоские стенки жестко скреплены с помощью внутреннего расположенного вертикально пластинчатого элемента, расположенного в одну линию с местом, где жесткое крепление направляющей плоскости приварено к пластинчатой стенке. Вместе со смежными направляющими плоскостями и двумя поперечными стенками внутренний пластинчатый элемент образует полный профиль, который проходит только по верхней секции А-образного коробчатого корпуса в направлении по его высоте. Через каждый полый профиль проходит вниз только один соединительный болт. Довольно сложно и дорого осуществить сварку на внутреннем жестком креплении между двумя пластинчатыми стенками поперечного жесткого крепления, и к тому же поперечные крепежные элементы занимают достаточно много места в продольном направлении двигателя, увеличивая габариты двигателя, имеющего большую полную длину. Если двигатель предназначен для использования в качестве силового двигателя корабля, обеспечивающего его движение, то относительно большая монтажная длина двигателя вызовет увеличение размеров моторного отделения, которое в противном случае могло бы использоваться в качестве отсека для груза.

В известных двухтактных крейцкопфных двигателях с А-образным коробчатым корпусом нижние концы соединительных болтов зафиксированы в дне станины двигателя. Указанное фиксирование соединительных болтов необходимо для того, чтобы коробчатый корпус двигателя мог самортизировать большие усилия, передаваемые через соединительные болты во время работы двигателя, для предотвращения вскрытия горизонтальных поверхностей перегородки между цилиндрической секцией, А-образным коробчатым корпусом и станиной.

Известен также двухтактный крейцкопфный двигатель с А-образным коробчатым корпусом, где каждое ребро жесткости коробчатого корпуса выполнено в форме плоской стенки, причем через каждое ребро, по существу, вдоль всей высоты А-образного коробчатого корпуса и станины проходит цилиндрическая трубка, в которой расположен соединительный болт. Направляющие плоскости и трубки для соединительных болтов являются здесь двумя отдельными элементами, не связанными жестко друг с другом. Такая конструкция обеспечения поперечной жесткости коробчатого корпуса не совсем пригодна, так как около 90% упругости жесткого крепления в поперечном направлении приходится на указанные трубки для болтов, что существенно уменьшает таким образом поперечную жесткость крепления. Кроме того, большой размер трубок для соединительных болтов удорожает их производство.

Известен также небольшой двухтактный крейцкопфный двигатель с коробчатым корпусом четырехугольного сечения. Нагрузки, воспринимаемые при работе двигателя поперечными стенками, коробчатым корпусом и соединительными болтами, здесь существенно ниже нагрузок в случае большого двухтактного двигателя с А-образным коробчатым корпусом. Крейцкопфы ходят здесь в круглых сегментообразных вертикальных поверхностях скольжения, связанных с поперечным креплением, имеющим форму однослойной стенки, с помощью горизонтально расположенных ребер жесткости. Соединительные болты, представляющие здесь собой относительно небольшие сдвоенные стержни, ввинчены в резьбовые отверстия, расположенные в верхней части станины.

Задачей настоящего изобретения является сокращение или исправление указанных недостатков большого крейцкопфного двигателя с А-образным коробчатым корпусом и, в частности, обеспечение компактного и конструктивно простого А-образного коробчатого корпуса, отдельные элементы которого взаимодействовали бы друг с другом таким образом, чтобы придать корпусу высокую жесткость с целью снижения нагрузок, передаваемых работающим двигателем на элементы, с которыми связан А-образный коробчатый корпус.

В связи с вышеизложенным, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, двигатель внутреннего сгорания, упомянутый в вводной части описания, отличается тем, что жесткое крепление направляющей плоскости проходит вниз к основанию поперечного жесткого крепления А-образного коробчатого корпуса, и тем, что нижние концы соединительных болтов зафиксированы в станине на участке, расположенном по уровню выше коренных подшипников.

Способность А-образного коробчатого корпуса амортизировать нагрузки, передаваемые от соединительных болтов, улучшена с помощью жесткого крепления направляющей плоскости, которое проходит вниз к основанию коробчатого корпуса и которое также благодаря замкнутому полому профилю увеличивает жесткость на кручение А-образного коробчатого корпуса в зоне вокруг соединительных болтов. Становится возможной соответствующая высокая жесткость на сжатие и жесткость на кручение А-образного коробчатого корпуса в зоне, расположенной непосредственно над станиной, несмотря на большие усилия, требующиеся для фиксирования соединительных болтов в верхнем торце станины, поскольку высокая локальная жесткость А-образного коробчатого корпуса позволяет прикладывать к нему нагрузки, которые не оказывают влияния на возможность станины распределять реакционные усилия, передаваемые от соединительного болта, фиксирующего относительно большой участок коробчатого корпуса. Это дает преимущество в том, что станина не подвергается воздействию нагрузок, передаваемых от соединительных болтов, что имеет, в частности, и то преимущество, что отверстия для коренных подшипников в станине не деформируются, когда соединительные болты затянуты.

Локальная нагрузка на станину и нижнюю часть А-образного коробчатого корпуса в зоне вокруг соединительных болтов может быть далее соответственно снижена путем осуществления поперечного жесткого крепления А-образного коробчатого корпуса, выполненного в форме однослойных плоских стенок, из которых по крайней мере одна стенка, расположенная внутри А-образного коробчатого корпуса, поддерживает направляющую плоскость для крейцкопфа на любой стороне стенки, причем две направляющие плоскости вместе со связанным с ним жестким креплением образуют вместе с плоской стенкой два полых профиля, и далее упомянутая нагрузка на станину может быть снижена с помощью соединительного болта, проходящего внутри каждого полого профиля. Попарное расположение соединительных болтов, каждого у соответствующей стороны плоской стенки, дает возможность снизить нагрузки на каждый болт почти наполовину, причем одновременно оба полых профиля, расположенные с каждой стороны направляющих плоскостей для крейцкопфа, будучи соединенными с поперечным внутренним жестким креплением, воспринимают сжимающие нагрузки и моменты.

А-образный коробчатый корпус а соответствии с настоящим изобретением более прост в изготовлении в отличие от известных А-образных коробчатых корпусов, занимает минимум места в продольном направлении двигателя, а поперечные ребра жесткости обеспечивают ему высокую поперечную прочность.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения крейцкопфный двигатель с А-образными коробчатым корпусом, упомянутым в водной части описания, отличается тем, что поперечное жесткое крепление А-образного коробчатого корпуса выполнено в форме однослойных плоских стенок, из которых по крайней мере одна стенка, расположенная внутри А-образного коробчатого корпуса, поддерживает направляющую плоскость для крейцкопфа на каждой стороне стенки, причем указанные две направляющие плоскости вместе со связанным с ними жестким креплением образуют вместе с плоской стенкой два полых профиля, и тем, что внутри каждого полого профиля расположен соединительный болт. Как упомянуто выше, такая конструкция позволяет до некоторой степени распределить болтовые нагрузки по двойному количеству соединительных болтов, а двойное количество полых профилей позволяет увеличить до некоторой степени жесткость на сжатие и на кручение поперечных ребер жесткости, причем указанные ребра жесткости просты в изготовлении и занимают мало места в продольном направлении двигателя.

Как упомянутые выше, нагрузка, передаваемая соединительными болтами на станину, может быть соответственно снижена с помощью жесткого крепления направляющей плоскости, проходящего вниз к основанию поперечно жестко скрепленного А-образного коробчатого корпуса, и с помощью нижних концов соединительных болтов, зафиксированные в станине на участке, расположенном по уровню выше коренных подшипников. Такая конструкция далее позволяет улучшить способность А-образного коробчатого корпуса выдерживать большие локальные нагрузки в зоне вокруг соединительных болтов.

Упомянутый А-образный коробчатый корпус далее упрощен путем включения трубок для болтов в качестве составного элемента общего жесткого крепления направляющих плоскостей.

Локальная жесткость А-образного коробчатого корпуса в зонах вокруг соединительных болтов может быть увеличена с помощью жесткого соединения нижнего и/или верхнего конца каждой направляющей плоскости с нижним и/или верхним фланцем соответственно на соответствующем поперечном ребре жесткости А-образного коробчатого корпуса.

Пример осуществления настоящего изобретения будет описан ниже более подробно со ссылкой на очень схематичные чертежи.

На фиг. 1 изображен разрез двигателя; на фиг. 2 и 3 - разрезы II - II и III - III двигателя на фиг. 1, соответственно, в увеличенном масштабе с вырывами; на фиг. 4 - продольный разрез коробчатого корпуса двигателя на фиг. 1, в увеличенном масштабе с вырывами.

На фиг. 1 проиллюстрирован большой двухтактный двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом 1, имеющий А-образный в сечении коробчатый корпус 2. В проиллюстрированном примере осуществления настоящего изобретения А-образный коробчатый корпус содержит также цилиндрическую секцию 3, расположенную между промежуточным дном 4 и верхней платой 5, несущей гильзы 6 цилиндров двигателя. Однако можно цилиндрическую секцию 3 выполнить также в виде одного или более отдельных узлов, которые могут иметь вертикальные наружные стенки и быть установлены на верхней плате А-образного коробчатого корпуса, какой в этом случае является промежуточное дно 4. А-образный коробчатый корпус установлен наверху станины 7 двигателя, в которой установлены коренные подшипники 8 для коленчатого вала.

Как видно на фиг. 3, А-образный коробчатый корпус жестко закреплен между каждым цилиндром с помощью сквозной плоской стенки 9, взаимосвязывающей продольно расположенные наружные стенки 10 коробчатого корпуса, проходящие по высоте корпуса от промежуточного дна 4 до двух горизонтально расположенных фланцевых участков 11, с помощью которых А-образный коробчатый корпус соединяется болтами с соответствующими фланцами участками 12 у верхней стороны станины. Благодаря сквозному расположению плоских стенок 9 последние придают А-образному коробчатому корпусу высокую поперечную жесткость.

Для восприятия поперечных нагрузок, действующих на крейцкопф, вертикальные направляющие плоскости 13 крепятся на плоской стенке 9, например, сваркой. Две направляющие плоскости 13 расположены на каждой стороне внутренних плоских стенок 9 поперечно противоположно друг другу. Задняя сторона каждой направляющей плоскости поддерживается с помощью вертикально расположенного жесткого крепления 14, соединяющего направляющую плоскость с плоской стенкой 9. Как видно на фиг.4, жесткое крепление 14 может представлять собой плоскую пластину, образующую острый угол с плоской стенкой, но может быть использовано также жесткое крепление, имеющее в горизонтальном сечении форму четверти круга или четверти эллипса, что означает, что жесткое крепление расположено в основном под прямым углом к плоской стенке 9. Направляющая плоскость 13, жесткое крепление 14 и плоская стенка 9 образуют полый профиль 15, обладающий высокой жесткостью на кручение.

Цилиндрическая секция 3 и станина 7 прижаты друг к другу соединительными болтами 16, расположенными между промежуточным дном 4 и основанием А-образного коробчатого корпуса внутри полых профилей 15, которые таким образом выполняют функцию трубок для соединительных болтов, придавая А-образного коробчатому корпусу необходимую жесткость на сжатие для выдерживания больших, меняющихся сжимающих усилий, передаваемых на коробчатый корпус соединительными болтами при работе двигателя. Благодаря расположению соединительного болта внутри каждого полого профиля усилия, возникающие в цилиндрах при зажигании, распределяются по четырем соединительным болтам, что уменьшает нагрузку на каждый соединительный болт по сравнению с конструкцией, в которой только два соединительных болта используются у каждой внутренней плоской стенки. Выполнение жесткого поперечного крепления А-образного коробчатого корпуса в форме однослойной плоской стенки и объединение жесткого крепления направляющей плоскости и трубок для соединительных болтов в один узел обеспечивают до некоторой степени преимущество в том, что А-образный коробчатый корпус не требует дополнительного места в продольном направлении двигателя, и в том, что поперечные ребра жесткости могут быть изготовлены простым способом, так как здесь берут только несколько элементов, которые могут быть собраны с помощью наружных швов.

Нижние концы соединительных болтов требуемым образом фиксируются в нарезных отверстиях верхней стороны станины. Это дает преимущество в том, что растягивающие напряжения, вызываемые в станине соединительными болтами, передаются непосредственно на А-образный коробчатый корпус, благодаря чему нижняя часть станины с коренными подшипниками не подвергается воздействию указанных напряжений. Вместо резьбовых отверстий в станине в зоне ниже каждого соединительного болта может быть предусмотрена выемка, связанная с нерезьбовым отверстием, проходящим в направлении вверх, через которое проходит соединительный болт. Нижний конец 17 соединительного болта может в этом случае фиксироваться болтом, вставленным в выемку. Если соединительные болты фиксируются у верхней стороны станина 7, А-образному коробчатому корпусу может быть придана с помощью жесткого крепления 14, расположенного в направлении вниз к фланцевому участку 11, требуемая высокая жесткость в зоне непосредственно над станиной. Жесткое крепление 14 может быть приварено к фланцевому участку 11 или может быть соединено с ним болтами, что в любом случае обеспечит их жесткую связь. Соответственно у верхнего конца жесткое крепление 14 может быть жестко соединено с промежуточным дном 4 или с верхним фланцем на А-образном коробчатом корпусе.

Поскольку цилиндрическая секция 3 значительно меньше по ширине промежуточного дна А-образного коробчатого корпуса, требуемая жесткость на сжатие, передаваемое соединительными болтами, может быть обеспечена с помощью поперечной стенки 18, расположенной в направлении по высоте корпуса от промежуточного дна 4 до верхней платы 5. В цилиндрической секции 3 жесткость на сжатие может быть также обеспечена путем расположения соединительных болтов в соответствующих трубках в цилиндрической секции.

Если соединительные болты зафиксированы, как принято, в основании станины 7, настоящее изобретение все равно обеспечивает преимущества простой конструкции поперечного жесткого крепления А-образного коробчатого корпуса, даже если жесткое крепления 14 не доходит до основания А-образного коробчатого корпуса, но однако предпочтительнее фиксировать соединительные болты у верхней стороны станины.

Реферат

В двухтактном двигателе внутреннего сгорания крейцкопфного типа 1 выполнена станина 7 с коренными подшипниками 8 для коленчатого вала, А-образный коробчатый корпус 2, установленный на станине, выполнен с поперечными ребрами жесткости 9, поддерживающими направляющие плоскости 13 для крейцкопфа и цилиндрическую секцию 3, прижатую к станине соединительными болтами 16. Поперечное жесткое крепление состоит из однослойной плоской стенки 9, каждая сторона которой несет две противоположные направляющие плоскости 13, задняя сторона которых поддерживается вертикально расположенным жестким креплением 14, приваренным к плоской стенке, которая вместе с направляющей плоскостью и жестким креплением образует полый профиль 15. Через каждый полый профиль проходит соединительный болт 16, нижний конец 17 которого зафиксирован в станине в участке, расположенном по уровню выше коренных подшипников 8. Жесткое крепление 14 проходит вертикально до основания А-образного корпуса. Поперечное жесткое крепление А-образного корпуса состоит из нескольких элементов, которые могут быть собраны вместе с помощью наружных сварных швов, причем указанное жесткое крепление обладает большой поперечной жесткостью и занимает минимум места в продольном направлении двигателя. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Формула