RU2084665C1

RU2084665C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2084665C1
Application number: RU95101718A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Татьянин
Original assignee: Виктор Иванович Татьянин
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU95101718A

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has two cylinders the length of which is greater or equal to three strokes of the piston and two-way pistons the length of which is greater or equal to two strokes of the piston. The cylinder is provided with through grooves the length of which is equal to one stroke of the piston. The pistons are provided with pins having eccentrics. One eccentrics are connected with gears of the rod-less mechanism that has a connecting shaft. The other eccentrics are set in a bearing. The piston of the engine are positioned in antiphase. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с бесшатунным силовым механизмам (БСМ). The invention relates to piston internal combustion engines (ICE) with rodless power mechanisms (BSM).

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, поршни с пальцами, бесшатунный силовой механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала и соединительный вал, жестко фиксирующий положение элементов бесшатунного механизма. A known internal combustion engine containing cylinders, pistons with fingers, a rodless power mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into rotational movement of the working shaft and a connecting shaft, rigidly fixing the position of the elements of the rodless mechanism.

Недостаток прототипа заключается в значительных габаритах, сужающих область использования. The disadvantage of the prototype is the significant dimensions, narrowing the scope of use.

Задачей изобретения является создание компактного, уравновешенного ДВС, жесткость которого обеспечивается применением единого поршня двойного действия. The objective of the invention is to create a compact, balanced internal combustion engine, the rigidity of which is ensured by the use of a single double-acting piston.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры, поршни с пальцами, бесшатунный силовой механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала, соединительный вал, жестко фиксирующий положение элементов бесшатунного механизма, причем двигатель снабжен двумя оппозитно расположенными цилиндрами с длиной, большей или равной трем ходам поршней, в цилиндрах выполнены сквозные пазы длиной, равной одному ходу поршней, последние выполнены двухстороннего действия с длиной, большей или равной двум ходам поршней, пальцы поршней имеют на концах эксцентрики, расположенные в картере и имеющие эксцентриситет между осями и эксцентрика, равный 1/4 хода поршня, причем одни эксцентрики закреплены с возможностью вращения в шестернях бесшатунного механизма на расстоянии 1/4 хода поршней между осями шестерен и эксцентриков, вторые эксцентрики установлены в подшипнике, а поршни расположены в противофазе. Поршни двигателя могут иметь приливы на верхней и нижнем днищах поршней, перекрывающие паз в цилиндрах таким образом, чтобы в положениях нижней и верхней мертвых точек НМТ и ВМТ воздух при продувке не попадал в картер двигателя. Поршни в сечении по осям пальцев представляют собой гантели I-образной формы, а пальцы расположены внутри цилиндров. The problem is solved in that the internal combustion engine contains cylinders, pistons with fingers, a rodless mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into rotational movement of the working shaft, a connecting shaft, rigidly fixing the position of the elements of the rodless mechanism, and the engine is equipped with two opposed cylinders with a length greater than or equal to three piston strokes, through grooves are made in the cylinders with a length equal to one piston stroke, the latter are made two hundred With a length of action greater than or equal to two piston strokes, the piston fingers have eccentrics at the ends located in the crankcase and having an eccentricity between the axles and an eccentric equal to 1/4 of the piston stroke, with some eccentrics fixed for rotation in the gears of the rodless mechanism at a distance 1/4 of the piston stroke between the axes of the gears and eccentrics, the second eccentrics are installed in the bearing, and the pistons are in antiphase. Engine pistons can have tides on the upper and lower piston bottoms that overlap a groove in the cylinders so that at the lower and upper dead center positions of the BDC and TDC, air does not enter the engine crankcase during purging. The pistons in section along the axes of the fingers are I-shaped dumbbells, and the fingers are located inside the cylinders.

На фиг. 1 показан вариант выполнения дизельного ДВС, работающего по 2-х тактному циклу с БСМ, в котором все эксцентрики соединены с шестернями, на фиг. 2 вариант выполнены ДВС, работающего по 4-х тактному циклу; на фиг.3 - разрез А-А- на фиг.3; на Фиг.4 вариант выполнения ДВС с БСМ, в котором одни эксцентрики соединены с шестернями, а вторые эксцентрики с подшипником. In FIG. 1 shows an embodiment of a diesel ICE operating on a 2-cycle cycle with BSM, in which all the eccentrics are connected to the gears, FIG. Option 2 is made by an internal combustion engine operating on a 4-cycle cycle; figure 3 is a section aa in figure 3; figure 4 embodiment of the internal combustion engine with BSM, in which some eccentrics are connected to gears, and the second eccentrics with a bearing.

На фиг. 1-4 введены следующие обозначения:
CC ось вращения БСМ;
OO ось вращения соединительного вала;
1 цилиндр ДВС, расположенные оппозитно;
2 поршни ДВС, расположенные в противофазе друг относительно друга;
3 пальцы поршней;
4 эксцентрики пальцев;
5 пазы в цилиндрах ДЫС, по которым ходят пальцы поршней;
6 продувочные окна цилиндров;
7 приливы поршней, перекрывающие пазы в цилиндрах при ВМТ и НМТ;
8 выпускные клапана;
9 соединительный вал;
10-11, 12-13, 14-15, 16-17 шестерни редукторов, образованного шестернями БСМ 10, 12, 14, 16 и соединительного вала 11, 13, 15, 17;
18 форсунки ДВС;
19 подшипники шестерен;
20 уплотнительное (компрессионные) кольца,
21 ресивер, накапливающий сжатый воздух от турбонагнетателя для продувки цилиндров;
22 картер ДВС;
23 кулачки для управления клапанами;
24 подшипники эксцентриков.In FIG. 1-4 introduced the following notation:
CC axis of rotation of the BSM;
OO axis of rotation of the connecting shaft;
1 cylinder ICE located opposite;
2 ICE pistons located in antiphase relative to each other;
3 fingers of pistons;
4 fingers eccentrics;
5 grooves in the cylinders DYS along which the fingers of the pistons go;
6 purge windows of cylinders;
7 tides of pistons overlapping grooves in the cylinders at TDC and BDC;
8 exhaust valves;
9 connecting shaft;
10-11, 12-13, 14-15, 16-17 gears of reducers formed by BSM gears 10, 12, 14, 16 and the connecting shaft 11, 13, 15, 17;
18 nozzles of the internal combustion engine;
19 gear bearings;
20 sealing (compression) rings,
21 receiver, accumulating compressed air from a turbocharger for purging cylinders;
22 engine crankcase;
23 cams for valve control;
24 eccentric bearings.

Кулачки для управления клапанами, плунжерами топливного насоса и приводы клапанов на фиг. 1, 2 условно не показаны. Cams for controlling valves, fuel pump plungers and valve actuators in FIG. 1, 2 conventionally not shown.

ДВС содержит цилиндры 1 с продувочными окнами 6 и пазами 5, в которых ходит палец 3 поршней 2, имеющих приливы 7, перекрывающие пазы 5 для пальцев 3 при НМТ и ВМТ поршней 2. ICE contains cylinders 1 with purge windows 6 and grooves 5, in which there is a finger 3 of pistons 2 having tides 7, overlapping grooves 5 for fingers 3 at BDC and TDC of pistons 2.

Поршни 2 выполнены двустороннего действия, имеют уплотнительные (компрессионные) кольца 20. Pistons 2 are made of bilateral action, have sealing (compression) rings 20.

Пальцы 3 поршней 2 имеют на концах пальцев 3 эксцентрики 4, находящиеся в картере 22 ДВС. The fingers 3 of the pistons 2 have eccentrics 4 at the ends of the fingers 3 located in the engine crankcase 22.

Эксцентриситет между осями пальцев 3 и эксцентриков 4 равен 1/4 хода поршней. The eccentricity between the axes of the fingers 3 and the eccentrics 4 is equal to 1/4 of the piston stroke.

БСМ выполнен из 2-х частей с каждой стороны цилиндра и включает в себя: пальцы 3 с эксцентриками 4 и шестерни 10, 12, 14, 16, в которых на расстоянии 1/4 хода поршней (по осям шестерне OO и эксцентриков) закреплены с возможностью вращения эксцентрики 4 пальцев 3. BSM is made of 2 parts on each side of the cylinder and includes: fingers 3 with eccentrics 4 and gears 10, 12, 14, 16, in which at a distance of 1/4 of the piston stroke (along the axes of the OO gear and eccentrics) the ability to rotate the eccentric 4 fingers 3.

Двигатель снабжен соединительным валом 9 с редуктором, образованным шестернями соединительного вала 11, 13, 15, 17 и БСМ 10, 12, 14, 16, посредством которых все части БСМ жестко связаны между собой и зафиксированы друг относительно друга. The engine is equipped with a connecting shaft 9 with a gearbox formed by gears of the connecting shaft 11, 13, 15, 17 and BSM 10, 12, 14, 16, through which all parts of the BSM are rigidly interconnected and fixed relative to each other.

Поршни 2 ДВС расположены в цилиндрах 1 в противофазе для обеспечения динамической балансировки. ICE pistons 2 are located in cylinders 1 in antiphase to ensure dynamic balancing.

Двигатель содержит подшипники 19, выпускные клапана 8, картер ДВС 20 и ресивер 21, накапливающий сжатый воздух от турбонагнетателя (на чертежах не показан) для продувки цилиндров 1 через продувочные окна 6 и выпускной клапан 8. Цилиндры 1 в своих головках имеют форсунки 18 для впрыска топлива. The engine contains bearings 19, exhaust valves 8, an ICE crankcase 20 and a receiver 21 that collects compressed air from a turbocharger (not shown in the drawings) for purging the cylinders 1 through the purging windows 6 and the exhaust valve 8. The cylinders 1 in their heads have nozzles 18 for injection fuel.

Буквами OO обозначена ось вращения БСМ, а CC ось вращения соединительного вала. The letters OO indicate the axis of rotation of the BSM, and CC the axis of rotation of the connecting shaft.

В двигателе при работе по двухтактному циклу возникают условия для взаимной компенсации сил, действующих на поршни 2 от давления продуктов сгорания с одной стороны и сжигаемого воздуха с другой стороны. In the engine, when operating on a two-stroke cycle, conditions arise for mutual compensation of the forces acting on the pistons 2 from the pressure of the combustion products on the one hand and the air burned on the other hand.

Учитывая, что впрыск топлива через форсунки 18 осуществляется с опережением 30-40^o (по углу поворота БСМ), образующиеся продукты сгорания на противоположной стороне поршней 2 начинают оказывать противодавление при движении их ВМТ. При этом разгружаются поршневые пальцы 3 и БСМ, на которые действуют лишь разность давлений на верхнее и нижнее днища поршней 2.Given that the fuel injection through the nozzles 18 is carried out ahead of 30-40 ^o (on the angle of rotation of the BSM), the resulting combustion products on the opposite side of the pistons 2 begin to provide backpressure when moving their TDC. In this case, the piston pins 3 and the BSM are unloaded, which are affected only by the pressure difference on the upper and lower piston bottoms 2.

Работа двигателя происходит следующим образом. The operation of the engine is as follows.

При движении левого поршня 2 (см. фиг. 1) к ВМТ, а правого к НМТ происходит одновременный впрыск топлива в левую верхнюю и нижнюю часть цилиндров 1. При этом выпускные клапана 8 левой верхней и нижней правой части цилиндров 1 закрыты. When the left piston 2 (see Fig. 1) moves to the upper dead center, and the right to the BDC, fuel is simultaneously injected into the upper left and lower parts of the cylinders 1. At the same time, the exhaust valves 8 of the left upper and lower right parts of the cylinders 1 are closed.

В левой нижней и правой верхней части цилиндров 1 выпускные клапана 8 открыты и через продувочные окна 6 происходит продувка цилиндров 1 сжатым воздухом из ресивера 21. In the lower left and upper right parts of the cylinders 1, the exhaust valves 8 are open and through the purge windows 6, the cylinders 1 are purged with compressed air from the receiver 21.

Под действием продуктов сгорания поршни 2 двигаются: левый вниз, а правый вверх, совершая через элементы БСМ и вращая через шестерни 10-11, 12-13, 14-15, 16-17 соединительный вал 9, который является выходным валом ДВС. Under the action of combustion products, the pistons 2 move: left down, and right up, making through the gears BSM and rotating through the gears 10-11, 12-13, 14-15, 16-17 the connecting shaft 9, which is the output shaft of the internal combustion engine.

Как только поршни 2 своими уплотнительными кольцами 20 перекроют продувочные окна 6 цилиндров 1, выпускные клапана 8 левой нижней и правой верхней частей цилиндров 1 закрываются и начинается сжатие воздушного заряда в этих частях цилиндров 1. As soon as the pistons 2 with their sealing rings 20 block the purge windows 6 of the cylinders 1, the exhaust valves 8 of the lower left and upper right parts of the cylinders 1 are closed and compression of the air charge in these parts of the cylinders 1 begins.

При дальнейшем движении поршней, как только уплотнительные кольца 20 левой верхней и нижней правой частей поршней 2 достигают продувочных окон 6 цилиндров 1, с небольшим опережением открываются левый верхний и нижний правый выпускные клапана 8 и продукты сгорания устремляются через выхлопной коллектор (на чертеже не показан) на газовую турбину турбонагнетателя, отдавая ей часть кинетической энергии. With further movement of the pistons, as soon as the sealing rings 20 of the left upper and lower right parts of the pistons 2 reach the purge windows 6 of the cylinders 1, the left upper and lower right exhaust valves 8 are opened slightly ahead and the combustion products rush through the exhaust manifold (not shown in the drawing) to a gas turbine of a turbocharger, giving it part of the kinetic energy.

При дальнейшем движении поршней 2 открываются продувочные окна 6 и сжатый воздух из ресивера 21 устремляется в цилиндры ДВС, осуществляя продувку цилиндров 1 от продуктов сгорания и заполняя цилиндры 1 воздушным зарядом, необходимым для следующего цикла. With further movement of the pistons 2, the purge windows 6 open and the compressed air from the receiver 21 rushes into the ICE cylinders, purging the cylinders 1 from the combustion products and filling the cylinders 1 with the air charge necessary for the next cycle.

Сжимаемый воздух на противоположной стороне поршней 2 создает противодавление, тем самым разгружая пальцы 3 и БСМ. Compressed air on the opposite side of the pistons 2 creates a back pressure, thereby unloading the fingers 3 and the BSM.

За 30-40^o (по углу поворота БСМ и соединительного вала 9) через форсунки 18 впрыскивается топливо в левую нижнюю и правую верхнюю часть цилиндров 1 и образующиеся продукты сгорания еще больше увеличивают противодавление на поршни, разгружая пальцы 3, БСМ и гася момент инерции движущихся поршней 2. Далее цикл повторяется.For 30-40 ^o (at the angle of rotation of the BSM and the connecting shaft 9), fuel is injected through the nozzles 18 into the left lower and right upper parts of the cylinders 1 and the resulting combustion products increase the back pressure on the pistons even more, unloading the fingers 3, BSM and extinguishing the moment of inertia of the moving pistons 2. Then the cycle repeats.

Таким образом, обеспечивается невиданная ранее "мягкость" работы ДВС, и по условиям прочности элементы ДВС (БСМ, редуктор, соединительный вал) могут быть выполнены значительно облегченными, что позволяет еще более уменьшить габариты и вес ДВС. Thus, the previously unprecedented "softness" of the internal combustion engine operation is provided, and according to the strength conditions, the internal combustion engine elements (BSM, gearbox, connecting shaft) can be made significantly lightweight, which makes it possible to further reduce the dimensions and weight of the internal combustion engine.

Так как в данном двигателе совершенно отсутствуют "холостые" ходы, то по своей эффективности этот 2-х цилиндровый двигатель равносилен 8-цилиндровым V-образным серийно выпускаемым ДВС. Since this engine has absolutely no idle strokes, this 2-cylinder engine is equivalent in its efficiency to an 8-cylinder V-shaped engine commercially available.

Наиболее предпочтимым вариантом выполнения ДВС для снижения габаритов является двигатель, изображенный на фиг.4. В этом варианте отсутствуют шестерни 12-13 и 14-15, а вместо них установлен подшипник 24, с которым соединены эксцентрики 24 сразу двух поршней 2. The most preferred embodiment of the internal combustion engine for downsizing is the engine depicted in figure 4. In this embodiment, there are no gears 12-13 and 14-15, and instead of them a bearing 24 is installed, with which the eccentrics 24 of two pistons 2 are connected at once.

Наличие соединительного вала 9 с шестернями и подшипником 24, 11, 12-13 позволяет за счет момента инерции вращающихся частей, выполняющих функции маховика, выводить БСМ из мертвых точек и жестко фиксировать взаимное положение элементов БСМ, не допуская их перекоса и заклинивания ДВС. The presence of the connecting shaft 9 with gears and bearing 24, 11, 12-13 allows, due to the moment of inertia of the rotating parts that perform the functions of the flywheel, to remove the BSM from the dead points and rigidly fix the relative position of the BSM elements, preventing them from skewing and jamming the ICE.

Описываемые усовершенствования обеспечивают упрощение конструкции ДВС, снижают его размеры и вес. The described improvements provide a simplification of the design of the internal combustion engine, reduce its size and weight.

На фиг.2 показан ДВС, работающий по 4-х тактному циклу при положении поршней равному половине хода (вид сверху). Figure 2 shows the internal combustion engine operating on a 4-stroke cycle with the position of the pistons equal to half the stroke (top view).

В этом ДВС отсутствуют продувочные окна 6 и в головках цилиндров 1 установлены впускные клапана (на фиг. 2 не указаны). In this ICE there are no purge windows 6 and inlet valves are installed in the cylinder heads 1 (not shown in FIG. 2).

При этом поршни 1 в сечении по оси пальца 3 представляют из себя I-форму гантели, пальцы 3 находятся внутри цилиндров 1, а пазы 5 представляют фигуру, образованную сечением цилиндров 1, цилиндрами с радиусом, равным радиусу шестерен БСМ (фиг.4). In this case, the pistons 1 in the section along the axis of the finger 3 are the I-shape of the dumbbell, the fingers 3 are located inside the cylinders 1, and the grooves 5 represent the figure formed by the section of the cylinders 1 by cylinders with a radius equal to the radius of the BSM gears (Fig. 4).

Работа ДВС (на фиг.2) соответствует циклограмме обычного ДВС. The operation of the internal combustion engine (figure 2) corresponds to the cyclogram of a conventional internal combustion engine.

Claims

1. An internal combustion engine comprising cylinders, pistons with fingers, a rodless mechanism for converting reciprocating pistons into rotational movement of the working shaft, a connecting shaft rigidly fixing the position of the elements of the rodless mechanism, characterized in that it is equipped with two opposed cylinders with length greater than or equal to three piston strokes, through grooves are made in the cylinders with a length equal to one piston stroke, the latter are double-acting with a length of, b greater than or equal to two piston strokes, the piston fingers have eccentrics at the ends located in the crankcase and having an eccentricity between the axes of the finger and the eccentric equal to 1/4 of the piston stroke, with some eccentrics fixed to rotate in the gears of the rodless mechanism at a distance of 1/4 of the stroke pistons between the axes of the gears and eccentrics, the second eccentrics are installed in the bearing, and the pistons are in antiphase.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the pistons of the engine have tides on the upper and lower bottoms of the pistons that overlap the groove in the cylinders so that in the positions of the lower and upper dead points, air does not enter the engine crankcase during purging.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the pistons in section along the axes of the fingers are I-shaped dumbbells, and the fingers are located inside the cylinder.