RU2006625C1

RU2006625C1 - Internal combustion piston engine

Info

Publication number: RU2006625C1
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Пустынцев
Original assignee: Александр Алексеевич Пустынцев
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: engine has body 1 with inlet connection 3, cylinder 5 with guide slot 6 and exhaust port 8, output shaft 13 installed coaxially with cylinder 5. Shaft 13 has axial channel 18 and inlet hole 19. Outlet radial holes 20 communicate with axial channel 18. Inlet hole 19 is made for periodical communication with inlet connection 3. Outlet radial holes 20 and axial channel 18 are made for communication with under-piston space 17. Made on side surface of output shaft 13 is curvilinear guide 14 engaging with roller 15. The latter is arranged on piston pin 12. Piston 9 is held from turning by roller 21 fitted in boss 11 on piston pin 12. Piston 9 is fitted in cylinder to form variable volume above-piston and under-piston spaces. Such design makes it possible to use engine in multicylinder modular internal combustion engines. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и в спортивном моделизме. The invention relates to mechanical engineering, namely to transport engines, and can be used in transport and in sports modeling.

Известен двигатель "Фокс 36 РХ" (Калина Иржи Двигатели для спортивного моделизма. М. : ДОСААФ СССР, 1988, с. 131). Known engine "Fox 36 PX" (Kalina Jiri Engines for sports modeling. M.: DOSAAF USSR, 1988, S. 131).

Недостатком этого двигателя является наличие кривошипа и шатуна, вследствие чего вал расположен под углом 90^о к цилиндру, что создает громоздкость конструкции, повышенную вибрацию при работе, неудобство компановки, повышенное лобовое сопротивление.A disadvantage of this engine is the existence of a crank and connecting rod, whereby the shaft is at an angle to the cylinder ^90, which creates a bulky structure, increased vibration during operation, kompanovki inconvenience, increased drag.

Известна поршневая машина (заявка ФРГ 2446609, кл. F 01 B 9/06, опуб. 1976), выбранная автором в качестве прототипа, содержащая корпус, впускной канал, цилиндр с двумя прямолинейными направляющими пазами и выпускным окном, поршень с двумя поршневыми пальцами, установленный соосно с цилиндром выходной вал, на боковой поверхности которого выполнена вогнуто-выпуклая криволинейная направляющая, контактирующая с поршневыми пальцами, причем поршень установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, а направляющие пазы выполнены с возможностью периодического сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей. Known piston machine (application Germany 2446609, class F 01 B 9/06, publ. 1976), selected by the author as a prototype, comprising a housing, an inlet channel, a cylinder with two straight guide grooves and an exhaust window, a piston with two piston fingers, an output shaft mounted coaxially with the cylinder, on whose lateral surface there is a concave-convex curved guide contacting with the piston fingers, the piston being installed in the cylinder with the formation of a supra-piston and under-piston cavities of variable volume, and I direct The slots are made with the possibility of periodic communication of the supra-piston and sub-piston cavities.

Недостатком этой конструкции является то, что отсутствует активное прямое охлаждение поршня изнутри свежей рабочей смесью или воздухом, непосредственно направленными на внутреннюю часть днища поршня. В результате того, что на боковой поверхности выходного вала выполнена вогнуто-выпуклая криволинейная направляющая, ход поршня намного меньше диаметра цилиндра. Увеличение угла ската направляющей для увеличения хода поршня с целью обеспечения достаточной степени сжатия и полного сгорания топлива приводит к резкому уменьшению крутящего момента на валу машины и невозможности ее работы как двигателя внутреннего сгорания. The disadvantage of this design is that there is no active direct cooling of the piston from the inside with fresh working mixture or air directly directed to the inside of the piston bottom. As a result of the fact that a concave-convex curved guide is made on the side surface of the output shaft, the piston stroke is much smaller than the cylinder diameter. An increase in the ramp angle to increase the piston stroke in order to ensure a sufficient degree of compression and complete combustion of the fuel leads to a sharp decrease in torque on the shaft of the machine and the impossibility of its operation as an internal combustion engine.

Целью изобретения является повышение эффективности путем уменьшения трения, габаритов и массы двигающихся двигателей, улучшения охлаждения поршневой группы, обеспечение возможности изготовления многоцилиндровых, модульных, сверхмощных ДВС с автономно работающими двигателями-цилиндрами и использования двигателя как одноцилиндрового везде, где требуется малое лобовое сопротивление, на легких аппаратах на воздушной подушке, спортивных самолетах и дельтапланах, мотолодках, аэросанях, для спортивного моделизма. The aim of the invention is to increase efficiency by reducing friction, dimensions and mass of moving engines, improving the cooling of the piston group, providing the possibility of manufacturing multi-cylinder, modular, heavy duty ICEs with autonomously working cylinder engines and using the engine as a single cylinder wherever light drag is required hovercraft, sports planes and hang gliders, motor boats, snowmobiles, for sports modeling.

Указанная цель достигается тем, что выходной вал выполнен с осевым каналом, впускным и выпускными радиальными отверстиями, сообщенными с осевым каналом, причем впускное отверстие выполнено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком, выполненным в корпусе, а выпускные отверстия и осевой канал выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью. Поршневой палец дополнительно снабжен роликом, контактирующим с направляющим пазом цилиндра, и роликом, контактирующим с криволинейной направляющей выходного вала. This goal is achieved by the fact that the output shaft is made with an axial channel, inlet and outlet radial openings in communication with the axial channel, and the inlet is made with the possibility of periodic communication with the inlet pipe made in the housing, and the exhaust holes and axial channel are made with the possibility of communication with a piston cavity. The piston pin is additionally equipped with a roller in contact with the guide groove of the cylinder and a roller in contact with the curved guide of the output shaft.

При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС каждый двигатель установлен носком в картер, выполненный в виде герметизированных модульных секций, каждая из которых снабжена устройством для передачи крутящего момента от выходного валов двигателей-цилиндров на цилиндрические валы в модульных секциях картера, установленные с возможностью зацепления между собой. When using a piston internal combustion engine as a stand-alone engine-cylinder in multi-cylinder modular internal combustion engines, each engine is installed with its toe in the crankcase, made in the form of sealed modular sections, each of which is equipped with a device for transmitting torque from the output shafts of engine-cylinders to cylindrical shafts in the modular sections of the crankcase installed with the possibility of engagement with each other.

На фиг. 1 изображен поршневой двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - выходной вал двигателя; на фиг. 3 - поршень; на фиг. 4 - поршневой палец; на фиг. 5 - цилиндр; на фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - торец цилиндра со стороны выхода паза; на фиг. 8 - кольцо; на фиг. 9 - пути движения рабочей смеси; на фиг. 10 - бобышка на юбке поршня, продольный разрез; на фиг. 11 - разрез бобышки, вид сверху; на фиг. 12 - вариант компановки поршневых ДВС звездой в секциях картера, разрез поперек секции картера; на фиг. 13 - вариант компановки поршневых ДВС перпендикулярно основному рабочему валу, звездой в 32-цилиндровом двигателе и картере из четырех модульных секций; на фиг. 14 - вариант компановки поршневых ДВС параллельно основному рабочему валу при четырехцилиндровом варианте двигателя, вид сбоку; на фиг. 15 - вариант компановки поршневых ДВС параллельно основному рабочему валу при 4- и 8-цилиндровом исполнении двигателя. In FIG. 1 shows a piston internal combustion engine, a longitudinal section; in FIG. 2 - engine output shaft; in FIG. 3 - the piston; in FIG. 4 - a piston finger; in FIG. 5 - cylinder; in FIG. 6 is a section AA in FIG. 5; in FIG. 7 - end face of the cylinder from the outlet side of the groove; in FIG. 8 - ring; in FIG. 9 - ways of movement of the working mixture; in FIG. 10 - boss on the piston skirt, longitudinal section; in FIG. 11 - section of the boss, top view; in FIG. 12 is a variant of arranging a piston ICE with a star in the crankcase sections, a section across the crankcase section; in FIG. 13 is an embodiment of the arrangement of piston ICEs perpendicular to the main working shaft, a star in a 32-cylinder engine and a crankcase of four modular sections; in FIG. 14 - a variant of the arrangement of the piston ICE parallel to the main working shaft with a four-cylinder version of the engine, side view; in FIG. 15 is a variant of arranging piston ICEs parallel to the main working shaft with a 4- and 8-cylinder engine.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, снабженный носком 2 с впускным патрубком 3 и крышкой цилиндра 4, цилиндр 5 с прямолинейным направляющим пазом 6, перепускными каналами 7 и выпускным окном 8, поршень 9 с перепускными окнами 10 и бобышкой 11, в которой размещен поршневой палец 12, установленный в носке 2 соосно с цилиндром 5 выходной вал 13, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая 14, контактирующая с роликом 15 на поршневом пальце 12, поршень 9 установлен в цилиндре 5 с образованием надпоршневой 16 и подпоршневой 17 полостей переменного объема, а направляющий паз 6 выполнен с возможностью периодического сообщения надпоршневой 16 и подпоршневой 17 полостей через себя и перепускные каналы 7 цилиндра 5. Выходной вал 13 выполнен с осевым каналом 18, впускным 19 и выпускными радиальными отверстиями 20, сообщенными с осевым каналом 18, причем впускное отверстие 19 выполнено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком 3, выполненным в носке 2 корпуса 1, а выпускные отверстия 20 и осевой канал 18 выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью 17. The piston internal combustion engine comprises a housing 1 provided with a toe 2 with an inlet pipe 3 and a cylinder cover 4, a cylinder 5 with a straight guide groove 6, bypass channels 7 and an exhaust window 8, a piston 9 with bypass windows 10 and a boss 11 in which the piston is located a finger 12 installed in the toe 2 coaxially with the cylinder 5, the output shaft 13, on the lateral surface of which is made a curved guide 14 in contact with the roller 15 on the piston pin 12, the piston 9 is installed in the cylinder 5 with the formation of the over-piston 16 and one piston 17 cavities of variable volume, and the guide groove 6 is configured to periodically communicate the piston 16 and the piston 17 cavities through itself and the bypass channels 7 of the cylinder 5. The output shaft 13 is made with an axial channel 18, inlet 19 and outlet radial holes 20 in communication with the axial channel 18, and the inlet 19 is made with the possibility of periodic communication with the inlet pipe 3 made in the toe 2 of the housing 1, and the outlet holes 20 and the axial channel 18 are made with the possibility of communication with the support suture cavity 17.

Поршневой палец 12 дополнительно снабжен роликом 21, размещенным в окне 22 бобышки 11, контактирующим с направляющим пазом 6 цилиндра 5. The piston pin 12 is further provided with a roller 21 located in the window 22 of the boss 11 in contact with the guide groove 6 of the cylinder 5.

Крышка цилиндра 4 выполнена со сферической камерой сгорания. Со стороны выхода направляющего паза в цилиндре 5 выполнена расточка 23, в которую вставлено кольцо 24 для предупреждения деформации и вибрации нижнего кольца цилиндра 5 при работе двигателя. При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС каждый двигатель-цилиндр устанавливается носком 2 в отверстие 25 модульных секций 26 картера, каждая из которых снабжена устройством 27 для передачи крутящего момента от выходных валов двигателей-цилиндров на цилиндрические валы 28 в модульных секциях 26 картера, установленных соосно с возможностью зацепления между собой. The cylinder cover 4 is made with a spherical combustion chamber. On the output side of the guide groove in the cylinder 5, a bore 23 is made into which a ring 24 is inserted to prevent deformation and vibration of the lower ring of the cylinder 5 when the engine is running. When using a piston internal combustion engine as a stand-alone engine-cylinder in multi-cylinder modular internal combustion engines, each engine-cylinder is installed with the toe 2 in the hole 25 of the crankcase sections 26, each of which is equipped with a device 27 for transmitting torque from the output shafts of the engine-cylinders to 28 modular sections 26 of the crankcase mounted coaxially with the possibility of engagement with each other.

При перемещении поршня 9 в верхнее крайнее положение к крышке цилиндра 4 ролик 21, свободно размещенный в окне 22 бобышки 11, вращаясь на поршневом пальце 12, одним концом, размещенным в бобышке 11, обкатывается по направляющему пазу 6, предотвращая проворачивание поршня 9 вокруг своей оси. Конец поршневого пальца 12, снабженный роликом 15, обкатывающимся по криволинейной направляющей 14 выходного вала 13, заставляет поршень 9 перемещаться. В подпоршневой полости 17 создается разряжение. Создава- емая разность давлений способствует поступлению рабочей смеси в подпоршневую полость 17 через впускной патрубок 3, впускное отверстие 19, в это время открытое, осевой канал 18. выпускные радиальные отверстия 20 в выходном валу 13. Струя рабочей смеси с большой скоростью, проходя по осевому каналу 18, обдувает внутреннюю часть днища поршня 9. Отражаясь от днища поршня 9, рабочая смесь обдувает стенки поршня изнутри, ролик 15 на поршневом пальце 12, криволинейную направляющую 14 выходного вала 13 и через перепускные окна 10 поршня 9 - подпоршневую полость 17 цилиндра 5. Часть рабочей смеси устремляется через выпускные радиальные отверстия 20 выходного вала 13, охлаждая внутренний подшипник выходного вала, направляющий паз 6, перепускные каналы 7 цилиндра 5, бобышку 11. При движении поршня 9 к носку 2 продолжается вращение выходного вала 13, так как поршень 9, через поршневой палец 12 снабженный роликом 15, обкатывающимся по криволинейной направляющей 14, продолжает давить на нее. When moving the piston 9 to the upper extreme position to the cylinder cover 4, the roller 21, freely placed in the window 22 of the boss 11, rotating on the piston pin 12, is rolled around the guide groove 6 with one end placed in the boss 11, preventing the piston 9 from turning around its axis . The end of the piston pin 12, equipped with a roller 15, running around the curved guide 14 of the output shaft 13, causes the piston 9 to move. In the sub-piston cavity 17, a vacuum is created. The created pressure difference contributes to the flow of the working mixture into the piston cavity 17 through the inlet pipe 3, the inlet 19, at that time an open axial channel 18. radial outlet openings 20 in the output shaft 13. The jet of the working mixture travels with great speed along the axial channel 18, blows around the internal part of the piston bottom 9. Reflecting from the piston bottom 9, the working mixture blows from the inside of the piston wall, the roller 15 on the piston pin 12, the curved guide 14 of the output shaft 13 and the piston through the bypass windows 10 of the piston 9 cavity 17 of the cylinder 5. A part of the working mixture rushes through the radial outlet openings 20 of the output shaft 13, cooling the internal bearing of the output shaft, the guide groove 6, the bypass channels 7 of the cylinder 5, the boss 11. When the piston 9 moves to the toe 2, the output shaft 13 continues to rotate, since the piston 9, through the piston pin 12 provided with a roller 15, rolling around on a curved guide 14, continues to put pressure on it.

При перекрытии впускного отверстия 19 поступление рабочей смеси в подпоршневую полость 17 прекращается, она сжимается двигающимся к носку 2 поршнем 9 и по перепускным каналам 7 и направляющему пазу 6 при их открытии поршнем 9 проходит в надпоршневую полость 16, охлаждая камеру сгорания в крышке, стенки цилиндра 5 и днище поршня 9 с наружной стороны, где испытывает дальнейшее сжатие движущимся к крышке цилиндра 4 поршнем 9. Сжатая рабочая смесь воспламеняется свечой, сгоревшие газы, расширяясь, с силой давят на поршень 9 и заставляют его двигаться после прохождения ВМТ к носку 2. Давление через ролик 15 на поршневом пальце 12 передается на криволинейную направляющую 14 выходного вала 13. Ролик 15, обкатываясь по криволинейной направляющей 14, заставляет выходной вал 13 вращаться. Во время движения поршня 9 от крышки цилиндра 4 к носку 2 сначала открывается выпускное окно 8, а затем перепускные каналы 7 и направляющий паз 6 цилиндра 5. When the inlet 19 is blocked, the flow of the working mixture into the sub-piston cavity 17 stops, it is compressed by the piston 9 moving to the toe 2 and through the bypass channels 7 and the guide groove 6 when they are opened by the piston 9 passes into the supra-piston cavity 16, cooling the combustion chamber in the cover, cylinder walls 5 and the piston bottom 9 from the outside, where it undergoes further compression by the piston 9 moving toward the cylinder cover 4. The compressed working mixture is ignited by a candle, the burnt gases expanding, exert pressure on the piston 9 and force it to move After the passage of the TDC to the toe 2. The pressure through the roller 15 on the piston pin 12 is transmitted to the curved guide 14 of the output shaft 13. The roller 15, rolling around the curved guide 14, causes the output shaft 13 to rotate. During the movement of the piston 9 from the cylinder cover 4 to the toe 2, the exhaust window 8 first opens, and then the bypass channels 7 and the guide groove 6 of the cylinder 5.

Отработавшие газы выходят через выпускное окно 8, а через перепускные каналы 7 и направляющий паз 6 сжатая в подпоршневой полости 17 рабочая смесь устремляется в надпоршневую полость 16 и помогает выходу отработавших газов. Бобышка 11 на юбке поршня 9 свободно размещена в направляющем пазу 6 цилиндра 5. Ролик 21, свободно размещенный в окне 22 бобышки 11, вращаясь на поршневом пальце 12, од- ним концом, размещенным в бобышке 11, обкатывается по направляющему пазу 6, предотвращая проворачивание поршня 9 вокруг своей оси и трение бобышки 11 о стенки направляющего паза 6 при работе двигателя. The exhaust gases exit through the exhaust window 8, and through the bypass channels 7 and the guide groove 6, the working mixture compressed in the sub-piston cavity 17 rushes into the supra-piston cavity 16 and helps the exhaust gases to escape. The boss 11 on the skirt of the piston 9 is freely placed in the guide groove 6 of the cylinder 5. The roller 21, freely placed in the window 22 of the boss 11, rotates on the piston pin 12, with one end placed in the boss 11, is rolled around the guide groove 6, preventing rotation the piston 9 about its axis and the friction of the boss 11 against the walls of the guide groove 6 when the engine is running.

При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС вращательное движение выходных валов 13 двигателей-цилиндров передается устройствами 27 для передачи крутящего момента на цилиндрические валы 28 герметизированных модульных секций 26. Возможно изготовление многоцилиндровых двигателей с автономно работающими двигателями-цилиндрами, установленными перпендикулярно или параллельно основному цилиндрическому рабочему валу. When using a piston internal combustion engine as a stand-alone engine-cylinder in multi-cylinder modular internal combustion engines, the rotational movement of the output shafts 13 of the engine-cylinders is transmitted by devices 27 for transmitting torque to the cylindrical shafts 28 of the sealed modular sections 26. It is possible to produce multi-cylinder engines with autonomously working cylinder engines installed perpendicular or parallel to the main cylindrical working shaft.

Двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, с калильным зажиганием, впуск через рабочий вал, продувка Шнюрле с дополнительным каналом, рабочий объем 5,6 см³, диаметр цилиндра 20,5 мм, ход поршня 17,9 мм, длина 160 мм, диаметр головки цилиндра 45 мм, высота 52 мм, масса двигателя со стальным поршнем и чугунным цилиндром 410 г, изготовлен с помощью токарного станка и фрезерного станка.Two-stroke engine with air cooling, with gas ignition, inlet through the working shaft, Shnurle purge with additional channel, displacement 5.6 cm ³ , cylinder diameter 20.5 mm, piston stroke 17.9 mm, length 160 mm, cylinder head diameter 45 mm, height 52 mm, the mass of the engine with a steel piston and a cast-iron cylinder 410 g, is made using a lathe and a milling machine.

Настоящий образец может быть использован для спортивного моделизма везде, где требуется малое лобовое сопротивление. Двигатель легко запускается, работает ровно (см. фиг. 1). This model can be used for sports modeling wherever low drag is required. The engine starts easily, runs smoothly (see Fig. 1).

Как двигатель-цилиндр для многоцилиндровых сверхмощных, модульных, главных двигателей - на морском и речном транспорте (см. фиг. 12-15). As an engine-cylinder for multi-cylinder heavy-duty, modular, main engines - in sea and river transport (see Fig. 12-15).

При отказе любого двигателя-цилиндра он автоматом перегрузки выводится из зацепления с основным рабочим валом 28, а все остальные продолжают работать. При остановке судна на ремонт двигатели-цилиндры вынимаются из картера, ставятся новые или заранее отремонтированные и судно уходит в рейс, а снятые двигатели-цилиндры ремонтируются на заводе. Результат - снижение сроков простоев на ремонте, повышение рентабельности флота. (56) Заявка ФРГ 2446609, кл. F 01 B 9/06, опубл. 1976. If any engine cylinder fails, it automatically disengages from the engagement with the main working shaft 28 by the overload machine, and all the others continue to work. When the ship is stopped for repair, the engine-cylinders are removed from the crankcase, new or pre-repaired are put in and the vessel goes on a voyage, and the removed engine-cylinders are repaired at the factory. The result - reduced downtime for repairs, increased fleet profitability. (56) Application of Germany 2446609, CL F 01 B 9/06, publ. 1976.

Claims

1. A PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a housing, an inlet channel, a cylinder with a straight guide groove and an exhaust window, a piston with bypass windows and a boss, in which a piston pin is installed, an output shaft mounted coaxially with the cylinder, on the side surface of which a curved guide is made in contact with the piston pin, and the piston is installed in the cylinder with the formation of the supra-piston and sub-piston cavities of variable volume, and the guide groove is made with the possibility of periodic about the communication of the over-piston and under-piston cavities through the piston bypass windows, characterized in that, in order to increase efficiency, the output shaft is made with an axial channel, inlet and outlet radial holes communicated with the axial channel, and the inlet is made with the possibility of periodic communication with the inlet pipe made in the housing, and the exhaust holes and the axial channel are made with the possibility of communication with the piston cavity.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the piston pin is additionally provided with a roller in contact with the guide groove of the cylinder and a roller in contact with the curved guide of the output shaft.