RU2062326C1

RU2062326C1 - Piston engine

Info

Publication number: RU2062326C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Петрович Коновалов
Original assignee: Виктор Петрович Коновалов
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1996-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion piston engines. SUBSTANCE: piston engine has round cylindrical housing 1 which forms three non-round cylindrical chambers with shaft 5; chambers accommodate pistons 13 with connecting rods 15. Engine has also sliding washer 16 resting on oblique plate 17 and connected with connecting rods. Oblique plate 17 is connected with housing through thrust bearing 18 and support bearing 19. Made on oblique plate is sun gear 29 of planetary drive with gear ratio equal to three, whose carrier 32 is connected with shaft 5. Valve timing gear has exhaust and intake ports, 25 and 26, respectively, located near top dead center. One of supports of shaft 5 is made in oblique plate 17 in form of sliding bearing. EFFECT: enhanced reliability of operation. 3 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to mechanical engineering, in particular to reciprocating internal combustion engines (ICE).

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий вал с корпусом и несколько цилиндров. Внутри корпуса расположена рамная конструкция ("паук"), установленная с возможностью вращения вокруг вала. Поршни шарнирно соединены с помощью шатунов с "пауком". Known piston internal combustion engine containing a shaft with a housing and several cylinders. Inside the frame is a frame structure ("spider"), mounted with the possibility of rotation around the shaft. The pistons are articulated by connecting rods with a spider.

"Паук" совершает вращательное движение (своей нижней частью) вокруг вала, в то время как поршни совершают возвратнопоступательное движение в цилиндрах, оси которых расположены на воображаемой конической поверхности, вершина которой совмещена с осью вала. The "spider" makes a rotational movement (with its lower part) around the shaft, while the pistons make a reciprocating motion in the cylinders, the axes of which are located on an imaginary conical surface, the top of which is aligned with the axis of the shaft.

Недостатками указанной конструкции являются:
1) сложность конструкции из-за наличия шаровой опоры "паука";
2) увеличенные габариты из-за наличия узлов крепления "паука", вследствие чего цилиндры разнесены в стороны, а также наличия механизма преобразования движения поршней во вращательное движение вала;
3) на дискообразный элемент "паука", к которому крепятся шатуны, действуют значительные по величине горизонтальные составляющие от усилия поршней, что требует увеличения габаритов средств крепления, а следовательно, и всего механизма в целом.The disadvantages of this design are:
1) the complexity of the design due to the presence of a spherical ball bearing;
2) increased dimensions due to the presence of attachment points of the "spider", as a result of which the cylinders are spaced apart, as well as the presence of a mechanism for converting the movement of pistons into rotational movement of the shaft;
3) on the disk-shaped element of the "spider" to which the connecting rods are attached, there are significant horizontal components of the force of the pistons, which requires an increase in the size of the mounting means, and therefore the whole mechanism as a whole.

Известен поршневой ДВС, содержащий цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, поршни с шатунами, косую и качающуюся шайбы, установленные на валу и связанные между собой при помощи механизма преобразования, снабженного направляющей в корпусе. Качающаяся шайба установлена шарнирно относительно вала и косой шайбы и соединена с шатунами при помощи шаровых опор, а косая шайба жестко связана с валом. Known piston internal combustion engine, containing cylinders located around and parallel to the axis of the shaft, pistons with connecting rods, oblique and swinging washers mounted on the shaft and interconnected using a conversion mechanism provided with a guide in the housing. The swinging washer is pivotally mounted relative to the shaft and the oblique washer and is connected to the connecting rods using ball bearings, and the oblique washer is rigidly connected to the shaft.

Недостатками двигателя являются:
1) увеличенные габариты из-за наличия между цилиндрами опор вспомогательного вала;
2) вследствие передачи поперечной составляющей рабочего усилия поршня по линейному контакту между шариком и направляющей корпуса происходит большой износ узла шарикового соединения качающейся шайбы и корпуса, что приводит к уменьшению ресурса двигателя.The disadvantages of the engine are:
1) increased dimensions due to the presence between the cylinders of the support of the auxiliary shaft;
2) due to the transmission of the transverse component of the piston working force through a linear contact between the ball and the housing guide, there is a large wear of the ball joint assembly of the swinging washer and the housing, which leads to a decrease in the engine resource.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: уменьшение габаритов и увеличение ресурса двигателя. The task of the invention is to remedy these disadvantages, namely: reducing the size and increasing the life of the engine.

Указанная задача достигается тем, что в известном поршневом двигателе, содержащем корпус круглой цилиндрической формы, вал, полости цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами, подвижную шайбу, опертую на косую шайбу и соединенную с шатунами, и механизм газораспределения, включающий впускное и выпускное окна, упомянутые полости образованы корпусом и валом, при этом образовано три полости некруглой формы, подвижная шайба шарнирно связана с валом при помощи шаровых или цилиндрических сегментов, косая шайба соединена с корпусом через упорный и опорный подшипники и с валом посредством введенной планетарной передачи с передаточным отношением равным трем, солнечная шестерня которой выполнена на косой шайбе, а водило соединено с валом. This task is achieved by the fact that in a known piston engine containing a cylindrical round body, a shaft, cylindrical cavities in which pistons with connecting rods are placed, a movable washer supported on an oblique washer and connected to the connecting rods, and a gas distribution mechanism including an intake and exhaust the windows, said cavities are formed by the body and the shaft, while three non-circular cavities are formed, the movable washer is pivotally connected to the shaft using spherical or cylindrical segments, the oblique washer is connected to the body mustache through thrust and thrust bearings and with the shaft by means of an introduced planetary gear with a gear ratio of three, the sun gear of which is made on an oblique washer, and the carrier is connected to the shaft.

Окна механизма газораспределения выполнены в стенке корпуса и расположены вблизи верхней мертвой точки (ВМТ). The windows of the gas distribution mechanism are made in the wall of the housing and are located near the top dead center (TDC).

Одна из опор вала выполнена в косой шайбе в виде, например, подшипника скольжения. One of the shaft supports is made in an oblique washer in the form, for example, of a sliding bearing.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - общий вид предлагаемого двигателя, на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1 (корпус не показан), на фиг. 4 сечение Г-Г фиг. 1, на фиг. 5 схема газораспределения (конец процесса сжатия полости 10), на фиг. 6 сечение Д-Д фиг. 5, на фиг. 7 схема газораспределения (конец процесса расширения полости 10), на фиг. 8 сечение Е-Е фиг. 7, на фиг. 9 схема газораспределения (конец процесса выпуска полости 10), на фиг. 10 сечение Ж-Ж фиг. 9, на фиг. 11- схема газораспределения (конец процесса впуска полости 10), на фиг. 12 сечение И-И фиг. 11. The invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 is a general view of the engine of FIG. 2 section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB of FIG. 1 (case not shown), in FIG. 4 section GG of FIG. 1, in FIG. 5 a gas distribution diagram (end of the compression process of the cavity 10), FIG. 6 section DD DD of 5, in FIG. 7 a gas distribution diagram (end of the expansion process of the cavity 10), FIG. 8 section EE of FIG. 7, in FIG. 9 a gas distribution diagram (end of the exhaust process of the cavity 10), FIG. 10 section FJ of FIG. 9, in FIG. 11 is a gas distribution diagram (end of the intake process of the cavity 10), FIG. 12 section II; eleven.

Двигатель содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 (фиг. 1), к которому присоединены головка 3 и крышка 4. Внутренняя поверхность корпуса 1 имеет круглую цилиндрическую форму. Внутри корпуса размещен вал 5, опирающийся на подшипники 6 и 7. The engine comprises a housing consisting of two parts 1 and 2 (Fig. 1), to which a head 3 and a cover 4 are attached. The inner surface of the housing 1 has a circular cylindrical shape. Inside the housing there is a shaft 5, supported by bearings 6 and 7.

Вал, выполненный на участке 8 с тремя радиусными проточками 9 (фиг. 2), образует с корпусом три полости 10,11,12, в которых размещены поршни 13 с шатунами 14. Шатуны 14 при помощи шаровых опор 15 соединены с подвижной шайбой 16, опирающейся на косую шайбу 17. Косая шайба 17 взаимодействует с корпусом через упорный 18 и опорный 19 подшипники. В ней выполнен также опорный подшипник 7 вала 5. Для предотвращения осевого смещения вала к нему крепится кольцо 20. The shaft, made in section 8 with three radial grooves 9 (Fig. 2), forms three cavities 10,11,12 with the body, in which the pistons 13 with the connecting rods 14 are placed. The connecting rods 14 are connected to the movable washer 16 using ball bearings 15, based on the oblique washer 17. The oblique washer 17 interacts with the housing through a thrust 18 and a bearing 19 bearings. It also has a thrust bearing 7 of the shaft 5. To prevent axial displacement of the shaft, a ring 20 is attached to it.

На участке 21 выполнены две параллельные плоскости, на которые опираются вкладыши 22 (фиг. 3), зафиксированные в подвижной шайбе 16. Вкладыши имеют форму цилиндрических сегментов. In section 21, two parallel planes are made on which the liners 22 (Fig. 3) rest, fixed in the movable washer 16. The liners are in the form of cylindrical segments.

На торце вала 5 со стороны головки 3 выполнены уплотнительные элементы 23 (фиг. 2), которые замкнуты на уплотнительные элементы 24, идущие вдоль вала. At the end of the shaft 5 from the side of the head 3, sealing elements 23 (Fig. 2) are made, which are closed to the sealing elements 24 along the shaft.

В стенке корпуса 1 выполнены выпускное 25 и впускное 26 окна, к которым присоединены соответственно выпускной 27 и впускной 28 патрубки. Окна могут располагаться также в головке 3. An outlet 25 and an inlet 26 of the window are made in the wall of the housing 1, to which an outlet 27 and an inlet 28 are connected, respectively. Windows can also be located in the head 3.

В корпусе 2 размещается планетарная передача (фиг. 4) с передаточным отношением, равным трем, состоящая из солнечной шестерни 29, выполненной заодно с косой шайбой 17, сателлитов 30, связанных через оси 31 с водилом 32, и неподвижной шестерни 33. Водило 32 соединено с валом 5. A planetary gear (Fig. 4) with a gear ratio of three, consisting of a sun gear 29 made integrally with an oblique washer 17, satellites 30 connected via axles 31 to the carrier 32, and the stationary gear 33 is placed in the housing 2. The carrier 32 is connected with shaft 5.

Двигатель работает следующим образом. При прокручивании вала 5 (от внешнего источника) он заставляет поршни 13 с шатунами 14 совершать вращательное движение. При этом, взаимодействуя с подвижной шайбой 16 через вкладыши 22, вал заставляет ее вращаться по наклоннной поверхности косой шайбы 17. Вращаясь в наклонном положении, шайба 16 через шаровые опоры 15 придает поршням через шатуны 14 возвратно-поступательное движение вдоль оси двигателя. The engine operates as follows. When scrolling the shaft 5 (from an external source), it forces the pistons 13 with the connecting rods 14 to rotate. At the same time, interacting with the movable washer 16 through the bushings 22, the shaft makes it rotate on the inclined surface of the oblique washer 17. Rotating in an inclined position, the washer 16 through the ball bearings 15 gives the pistons reciprocating motion along the axis of the engine through the connecting rods 14.

Одновременно вал при помощи водила 32, сателлитов 50 и солнечной шестерни 29 планетарной передачи вращает косую шайбу 17 с угловой скоростью, в три раза превышающей угловую скорость вала 5. Направления вращения вала 5 и косой шайбы 17 совпадают. At the same time, the shaft with the help of the carrier 32, satellites 50 and the planetary gear 29 rotates the oblique washer 17 with an angular velocity three times the angular velocity of the shaft 5. The directions of rotation of the shaft 5 and the oblique washer 17 coincide.

В результате сложения вращательного движения вала 5, подвижной шайбы 16 и косой шайбы 17 происходит продольно-вращательное движение поршней относительно корпуса, которое позволяет осуществить четырехтактный цикл ДВС. As a result of the addition of the rotational movement of the shaft 5, the movable washer 16 and the oblique washer 17, the longitudinally rotational movement of the pistons relative to the housing occurs, which allows for a four-stroke ICE cycle.

Рассмотрим рабочий процесс двигателя на примере одной полости, например полости 10 (фиг. 2). Consider the engine workflow as an example of one cavity, for example, cavity 10 (Fig. 2).

На фиг. 5,6 показан конец процесса сжатия рабочей смеси в полости 10. In FIG. 5,6 shows the end of the compression process of the working mixture in the cavity 10.

Для наглядности верхняя точка косой шайбы 17, соответствующая положению поршня в ВМТ, обозначена буквой К. Угловые скорости вращения косой шайбы и вала обозначены через ω и ω соответственно. For clarity, the upper point of the oblique washer 17, corresponding to the position of the piston in the TDC, is indicated by the letter K. The angular speeds of rotation of the oblique washer and shaft are indicated by ω and ω, respectively.

После процесса расширения (конец рабочего хода) полость 10 повернется на 90^o (фиг. 7,8). Одновременно косая шайба повернется на 270^o, переведя поршень в НМТ. Приоткрывается выпускное окно 25.After the expansion process (end of the stroke), the cavity 10 will rotate 90 ^o (Fig. 7.8). At the same time, the oblique washer rotates 270 ^o , transferring the piston to BDC. Exit window 25 opens.

После поворота вала еще на 90^o (фиг.9,10) завершается процесс выпуска; поршень оказывается в ВМТ, поскольку косая шайба повернулась на 270^o. Выпускное окно 25 закрывается, приоткрывается впускное окно 26.After turning the shaft for another 90 ^o (Fig.9,10), the exhaust process is completed; the piston is at TDC, because the oblique washer rotated 270 ^o . The outlet window 25 closes, the inlet window 26 opens.

На фиг. 11,12 показан конец процесса впуска. Поршень находится в НМТ, впускное окно 26 закрывается. Далее процесс повторяется. In FIG. 11,12 shows the end of the intake process. The piston is in the BDC, the inlet port 26 closes. The process is then repeated.

Аналогичный рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается в полостях 11,12 через 120^o и 240^o соответственно.A similar duty cycle of a four-stroke engine takes place in cavities 11.12 through 120 ^o and 240 ^o, respectively.

Передача рабочего усилия от поршней к валу происходит через шарнирные соединения звеньев (шатун, подвижная шайба, вкладыш), имеющие вполне определенную контактную поверхность. Наличие таких контактных поверхностей ведет к их меньшему износу по сравнению с прототипом, а следовательно, и к большему ресурсу двигателя. The transfer of working force from the pistons to the shaft occurs through the articulated joints of the links (connecting rod, movable washer, liner) having a well-defined contact surface. The presence of such contact surfaces leads to their lower wear in comparison with the prototype, and therefore to a longer engine life.

Таким образом, расположение в одном цилиндрическом корпусе трех образованных корпусом и валом полостей некруглой формы с поршнями, механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала и планетарного редуктора с передаточным отношением равным трем позволяет улучшить массогабаритные характеристики двигателя по сравнению с известными и увеличить его ресурс. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10 Thus, the arrangement of three non-circular cavities formed by the housing and the shaft with pistons in one cylindrical housing, a mechanism for converting the translational motion of the pistons into rotational motion of the shaft and planetary gearbox with a gear ratio of three, allows to improve the overall dimensions of the engine compared to the known ones and increase its service life. YYY2 YYY4 YYY6 YYY8 YYY10

Claims

1. A piston engine comprising a cylindrical round body, a shaft, cylindrical cavities in which pistons with connecting rods are placed, a movable washer supported on an oblique washer and connected to the connecting rods, and a gas distribution mechanism including an intake and exhaust window, characterized in that said cavities are formed by a housing and a shaft, while three non-circular cavities are formed, the movable washer is pivotally connected to the shaft using spherical or cylindrical segments, the oblique washer is connected to the housing through a thrust and support second bearings and the shaft entered through a planetary gear with a transmission ratio equal to three, the sun gear which is formed on the oblique washer, and the carrier connected with the shaft.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the windows of the gas distribution mechanism are made in the wall of the housing and are located near the top dead center.

3. The engine according to claim 1, characterized in that one of the shaft supports is made in an oblique washer in the form, for example, of a sliding bearing.