RU2154745C1 - Internal combustion engine with toroidal chamber - Google Patents
Internal combustion engine with toroidal chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154745C1 RU2154745C1 RU99108512A RU99108512A RU2154745C1 RU 2154745 C1 RU2154745 C1 RU 2154745C1 RU 99108512 A RU99108512 A RU 99108512A RU 99108512 A RU99108512 A RU 99108512A RU 2154745 C1 RU2154745 C1 RU 2154745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- piston
- toroidal
- chamber
- pistons
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к двигателестроению в частности к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в автотракторной технике. The present invention relates to engine building, in particular to internal combustion engines and can be used in automotive technology.
Известен двигатель внутреннего сгорания с тороидальной камерой, четырехтактный, бескарбюраторный, работающий на легком жидком топливе с воспламенением от электрической искры с жидкостным охлаждением, служащий для преобразования энергии газов, образованных при сгорании топлива, непосредственно во вращательное движение рабочего вала (см. патент СССР N 3857 А , F 02 В 53/00, 31. 10.1927). Known internal combustion engine with a toroidal chamber, four-stroke, carburetor-free, operating on light liquid fuel ignited by an electric spark with liquid cooling, used to convert the energy of the gases generated by the combustion of fuel directly into the rotational movement of the working shaft (see USSR patent N 3857 A, F 02 B 53/00, 31.10.1927).
Недостатком известного двигателя является сложность конструкции и технологии изготовления рабочей камеры и ротора, трудность обеспечения надлежащего уплотнения между роторным поршнем и корпусом, низкие показатели надежности и топливной экономичности, высокая токсичность выхлопных газов, выгорание стенок камеры сгорания. A disadvantage of the known engine is the complexity of the design and manufacturing technology of the working chamber and the rotor, the difficulty of ensuring proper sealing between the rotary piston and the housing, low reliability and fuel economy, high toxicity of exhaust gases, burnout of the walls of the combustion chamber.
Задача настоящего изобретения - создание принципиально нового двигателя внутреннего сгорания на жидком топливе. Долговечный и надежный в работе, с меньшими габаритами и массой на единицу развиваемой мощности, достаточно уравновешенный и с плавным вращением главного вала, с низкой токсичностью выхлопных газов, низким шумом; относительно экономичный, развивающий хорошую мощность при относительно малых оборотах поршней по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. The objective of the present invention is the creation of a fundamentally new internal combustion engine using liquid fuel. Long-lasting and reliable in operation, with smaller dimensions and mass per unit of developed power, sufficiently balanced and with smooth rotation of the main shaft, with low toxicity of exhaust gases, low noise; relatively economical, developing good power at relatively low revolutions of the pistons compared to piston internal combustion engines with a crank mechanism.
Задача изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с тороидальной камерой, четырехтактном, бескарбюраторном, работающем на легком жидком топливе с воспламенением от электрической искры с жидкостным охлаждением, служащем для преобразования энергии газов, образованных при сгорании топлива, непосредственно во вращательное движение рабочего вала, применены четыре тороидальные камеры, в которые помещены по два полых поршня, скользящие подшипники которых насажаны на рабочий вал и имеют сцепление с ним при помощи колец, сидящих на валу и имеющих с последним шлицевое соединение, причем в каждой тороидальной камере имеются два стопора, а в полости вала находится толкатель, причем при использовании тороидальных камер увеличивается время рабочего хода поршней. The objective of the invention is achieved in that in an internal combustion engine with a toroidal chamber, a four-stroke, carburetor-free, light fuel oil ignition from an electric spark with liquid cooling, which serves to convert the energy of the gases generated by the combustion of fuel directly into the rotational movement of the working shaft, four toroidal chambers are used, in which two hollow pistons are placed, the sliding bearings of which are mounted on the working shaft and have grip with it using a gauge Seated on the shaft and having a splined connection with the latter, and, with using the toroidal chambers increases the power stroke of the pistons in the toroidal chamber each have two stops, and in the cavity of the shaft is a pusher.
На фиг. 1 изображена прямоугольная проекция тора,
на фиг.2 - аксонометрия корпуса,
на фиг.3 - прямоугольная проекция поршня,
на фиг.4 - эскиз поршня с подшипником,
на фиг. 5 - аксонометрия части главного рабочего вала с поршнями, кольцами сцепления и механизмом сцепления колец с поршнями,
на фиг.6 - часть корпуса в разрезе, где помещены стопоры,
на фиг.7 - кинематическая схема работы двигателя,
на фиг.8 - поперечный разрез двигателя,
на фиг.9 - распределительныйвал,
на фиг.10 - маятниковый стопор,
на фиг.11 - продольный разрез двигателя по плоскостям А,
на фиг.12 - продольный разрез двигателя по плоскостям В,
на фиг.13 - продольный разрез двигателя по плоскостям С,
на фиг.14 - корпус распределительного механизма,
на фиг.15 - привод распределительных валов,
на фиг.16 - чертеж планетарной шестерни,
на фиг.17 - чертеж колец сцепления,
на фиг.18 - поршни,
на фиг.19 - главный рабочий вал,
на фиг.20 - прямоугольная проекция корпуса двигателя.In FIG. 1 shows a rectangular projection of a torus,
figure 2 is a perspective view of the housing,
figure 3 is a rectangular projection of the piston,
figure 4 is a sketch of a piston with a bearing,
in FIG. 5 is a perspective view of part of the main working shaft with pistons, clutch rings and a clutch mechanism of the rings with pistons,
Fig.6 is a section of the housing in the context where the stoppers are placed,
Fig.7 is a kinematic diagram of the engine,
on Fig is a cross section of the engine,
figure 9 - camshaft,
figure 10 - pendulum stopper,
figure 11 is a longitudinal section of the engine along the planes A,
in Fig.12 is a longitudinal section of the engine along the planes B,
in Fig.13 is a longitudinal section of the engine along the planes C,
on Fig - housing of the distribution mechanism,
on Fig - camshaft drive,
in Fig.16 is a drawing of a planetary gear,
on Fig is a drawing of the clutch rings,
on Fig - pistons,
in Fig.19 - the main working shaft,
in Fig.20 is a rectangular projection of the engine housing.
Корпус двигателя 1 (фиг.2) имеет четыре тороидальные камеры 2, расположенные параллельно и находящиеся в водяной рубашке 3. The motor housing 1 (figure 2) has four
В каждую тороидальную камеру помещены по два поршня 4 и 5, насажанные своими скользящими подшипниками 6 на главный рабочий вал двигателя 7. Кроме того, на главном валу имеются кольца сцепления 8, по одному на каждый поршень. Поршни жестко соединены со своими подшипниками. Чтобы меньше было динамических нагрузок, поршни изготовлены полыми (фиг.3). Для обеспечения необходимой компрессии в камере сгорания на поршнях имеются по три уплотняющих кольца 13 (фиг.4). Главный рабочий вал двигателя помещен в два шариковых подшипника, расположенные в торцах корпуса. Внутренний радиус тора равен внешнему радиусу подшипников поршней. Two
В тороидальных камерах поршни могут совершать круговое движение. При работе двигателя каждый поршень в определенное время может быть сцеплен с главным валом с помощью колец или расцеплен. Эти кольца сцепления насажаны на главный вал через шлицы 9 (фиг. 5), поэтому вращаются вместе с валом, но могут двигаться вдоль вала. In toroidal chambers, the pistons can perform a circular motion. When the engine is running, each piston at a certain time can be coupled to the main shaft using rings or disengaged. These clutch rings are mounted on the main shaft through the splines 9 (Fig. 5), therefore, they rotate together with the shaft, but can move along the shaft.
Главный рабочий вал двигателя полый. Во внутренней полости вала находится толкатель 15, упирающийся в сжимающуюся пружину 10 и жестко соединен с кольцами сцепления при помощи восьми штифтов 11, проходящих от толкателя к кольцам сцепления через продолговатые отверстия 21 на главном валу. В нормальном состоянии толкатель под действием пружины через штифты прижимает четыре кольца сцепления к подшипникам четырех поршней (по одному в каждой камере), в результате чего ребристые поверхности 12 колец и подшипников поршней оказываются крепко сцепленными. При работе двигателя через один оборот главного рабочего вала толкатель, отжимая пружину 10, продвигается влево, а вместе с ним кольца сцепления и четыре поршня 4 расцепляются от главного вала, а сцепленными оказываются другие четыре поршня 5, тоже по одному в каждой камере, т. е. за период одного оборота главного рабочего вала с ним сцеплены четыре поршня (по одному в каждой камере) и вращаются вместе с валом, а другого оборота, другие четыре поршня, в результате чего за два оборота рабочего вала каждый поршень в тороидальной камере совершает один оборот. Когда один поршень тороидальной камеры, сцепленный с главным валом, совершает вращательное движение, второй поршень этой камеры в это время расцеплен от главного вала и застопорен к корпусу, т.е. не вращается, и наоборот. Для стопорения поршней в каждой тороидальной камере имеется два стопора 16 и 17 (фиг.6), приводимые в действие распределительным механизмом. Стопор 16 срабатывает каждый оборот рабочего вала, а стопор 17 только один раз в четыре оборота главного рабочего вала. The main working shaft of the engine is hollow. In the inner cavity of the shaft there is a
При одном полном обороте поршня (на 360o) в тороидальной камере происходит один такт рабочего цикла: или рабочий ход, или выхлоп, или всасывание, или сжатие, поэтому полный рабочий цикл из четырех тактов происходит за четыре оборота главного рабочего вала, при этом каждый поршень в данной тороидальной камере совершает только два оборота. Так как в двигателе четыре тороидальные камеры, за четыре оборота главного вала в каждой камере пройдут все четыре такта, т.е. при каждом обороте главного вала происходит рабочий ход, так как при рабочем ходе поршня в камере вращательное усилие от него передается главному рабочему валу двигателя, ибо в это время поршень сцеплен с валом, энергия вращения передается валу за каждый оборот, что обеспечивает плавное вращение главного рабочего вала.With one full revolution of the piston (360 o ) in the toroidal chamber, one cycle of the working cycle occurs: either the working stroke, or exhaust, or suction, or compression, so a full working cycle of four cycles occurs in four turns of the main working shaft, with each the piston in this toroidal chamber makes only two turns. Since there are four toroidal chambers in the engine, all four clock cycles will pass in four revolutions of the main shaft in each chamber, i.e. at each revolution of the main shaft, a working stroke occurs, since during the working stroke of the piston in the chamber, the rotational force from it is transmitted to the main working shaft of the engine, because at that time the piston is coupled to the shaft, the rotational energy is transmitted to the shaft for each revolution, which ensures smooth rotation of the main working shaft.
На чертежах и схемах не показаны такие элементы двигателя, как система смазки, система охлаждения, насосы и фильтры, а также распределительные механизмы, управляемые клапанами и стопорами, стартер, генератор, инжектор и др. , так как они принципиально не отличаются от применяемых в современных двигателях внутреннего сгорания. The drawings and diagrams do not show such engine elements as the lubrication system, cooling system, pumps and filters, as well as distribution mechanisms controlled by valves and stoppers, starter, generator, injector, etc., since they are not fundamentally different from those used in modern internal combustion engines.
Принцип работы показан на схеме (фиг.7), где показана кинематическая схема работы механизмов в одной камере в период выполнения четырех тактов рабочего цикла в данной тороидальной камере, со схематическим изображением поршней, стопоров, клапанов и свечей зажигания. The principle of operation is shown in the diagram (Fig. 7), which shows the kinematic diagram of the mechanisms in one chamber during the execution of four cycles of the duty cycle in this toroidal chamber, with a schematic representation of pistons, stoppers, valves and spark plugs.
Двигатель работает следующим образом. От стартера приводится во вращение рабочий вал вместе с четырьмя поршнями 5 (по одному в каждой камере), которые на данный момент сцеплены с главным рабочим валом. Опишем процессы, происходящие в первом цилиндре. Стопор 16 освободил поршень 5, клапаны 19 и 29 закрыты; поршень 5 при вращении по часовой стрелке уменьшает полость 22 тороидальной камеры, ограниченную двумя поршнями и стенками тора. Происходит сжатие воздуха, находящегося в камере. Как только поршень 5 пройдет за стопор 16, последний срабатывает и преграждает путь поршню 4. Под давлением воздуха поршень 4 плавно поворачивается и упирается в стопор 16. В момент прохода поршня 5 за стопор 17 последний срабатывает и закрывает обратный путь поршню 5, открывается клапан 20. Одновременно с этими действиями происходит впрыскивание горючего в полость 23 и подается электрический импульс на свечу 18, а стопор 16 освобождает путь поршню 4, который в этот момент сцепляется, а поршень 5 расцепляется с главным рабочим валом. После возгорания топлива образовавшиеся газы начинают давить на поршни и стенки камеры. Так как поршню 5 влево путь закрыт стопором 17, начнет вращательное движение поршень 4 и поворачивать главный рабочий вал по часовой стрелке потому, что, как указывалось выше, он сцеплен с валом. Происходит рабочий ход. Клапан 20 в это время открыт, и воздух, находящийся в камере, выталкивается в выхлопную трубу. Как только поршень 4 пройдет за стопор 16, последний срабатывает и преграждает путь поршню 5. Под давлением воздуха, как это было в первом такте, поршень 5 плавно поворачивается и упирается в стопор 16. В тот момент, когда поршень 4 пройдет стопор 17, он расцепляется с валом, а сцепляется поршень 5, и стопор 16 срабатывает, открывая путь поршню 5, который начинает выталкивать из камеры отработанные газы, при этом как только поршень 5 пройдет стопор 16, последний срабатывает и закрывает путь поршню 4, открывается клапан 20. Под давлением выхлопных газов поршень 4 плавно упирается в стопор 16. При движении поршня 5 в камеру поступает свежий воздух через открытый клапан 19. Как только поршень 5 пройдет стопор 17, он расцепляется от главного вала, а с валом будет сцеплен поршень 4, открывается клапан 19. Поршень 4, поворачиваясь по часовой стрелке, своим передним фронтом будет еще раз очищать камеру от остатков отработанных газов, а задним фронтом, создавая разрежение, будет втягивать в камеру свежий воздух. Поршень 5 под давлением воздуха повернется по часовой стрелке и плавно упрется в стопор 16. Происходит такт всасывания, который закончится, когда поршень 4 пойдет за стопор 17. Таким образом за четыре оборота главного рабочего вала в первой камере произошло четыре такта: сжатие, рабочий ход, выхлоп и всасывание. The engine operates as follows. From the starter, the working shaft is rotated together with four pistons 5 (one in each chamber), which are currently engaged with the main working shaft. Let us describe the processes occurring in the first cylinder.
При пятом обороте вала в этой камере все будет повторяться сначала: произойдет опять сжатие и т. д. Точно такие процессы и действия механизмов происходят и в других камерах. Эти процессы для наглядности можно представить в виде таблицы. During the fifth rotation of the shaft in this chamber everything will be repeated from the beginning: compression will occur again, etc. Exactly such processes and actions of mechanisms occur in other chambers. These processes can be presented in the form of a table for clarity.
На схеме 7а идет процесс сжатия, 7б происходит рабочий ход, 7в - выхлоп и 7г - всасывание свежего воздуха (см. фиг. 7). К концу этого такта поршни займут положение как на фиг. 7а. On the scheme 7a, the compression process is underway, 7b the working stroke occurs, 7c the exhaust and 7g the intake of fresh air (see Fig. 7). By the end of this stroke, the pistons will be in the position as in FIG. 7a.
Как видно из схемы после каждого такта поршни меняют свои места. As can be seen from the diagram, after each cycle, the pistons change their places.
Технические данные двигателя могут варьироваться в широких пределах, в зависимости от диаметра тороидальной камеры, значит и диаметра поршня, а также от величины внутреннего и наружного радиусов самого тора. Engine technical data can vary widely, depending on the diameter of the toroidal chamber, which means the diameter of the piston, as well as the size of the inner and outer radii of the torus itself.
Далее представлен поперечный разрез двигателя (фиг. 8), где показано устройство распределительного механизма, управляющего работой стопоров и клапанов. Стопоры 16 и 17 маятникового типа отличаются надежным запиранием и освобождением поршней даже при большом давлении, не прилагая на них никакого воздействия (достаточно силы пружины 24 (фиг. 8)). Распределительные валы 25 и 26, работающие в паре со стопорами, отличаются лишь количеством упоров (на валу 25 имеются четыре упора, а на валу 26 один упор). Чертеж распределительного вала 25 приведен на фиг. 9, а чертеж маятникового стопора на фиг. 10. The following is a cross section of the engine (Fig. 8), which shows the device of the distribution mechanism that controls the operation of the stoppers and valves. The stops 16 and 17 of the pendulum type are characterized by reliable locking and releasing of the pistons even at high pressure, without exerting any effect on them (
Продольный разрез двигателя по плоскостям А (фиг. 11), В (фиг. 12) и С (фиг. 13) (см. фиг. 8) показывает расположение всех стопоров в четырех тороидальных камерах, а также клапанов, свечей зажигания и форсунок. A longitudinal section of the engine along planes A (Fig. 11), B (Fig. 12) and C (Fig. 13) (see Fig. 8) shows the location of all the stoppers in the four toroidal chambers, as well as valves, spark plugs and nozzles.
Корпус распределительного механизма представлен на чертеже (фиг. 14). The housing of the distribution mechanism is shown in the drawing (Fig. 14).
Аксонометрия двигателя в другом ракурсе, чем на фиг. 2 с разрезом (фиг. 15), показывает привод распределительных валов, который осуществляется от главного рабочего вала через систему шестерен, с таким расчетом, чтобы распределительные валы вращались так, как показано на фиг. 8, и делали один оборот за четыре оборота главного вала. Axonometry of the engine from a different perspective than in FIG. 2 with a section (FIG. 15), shows a camshaft drive, which is carried out from the main working shaft through a gear system, so that the camshafts rotate as shown in FIG. 8, and made one revolution in four turns of the main shaft.
Здесь мы видим механизм управления сцеплением поршней с рабочим валом. Вращение от главного рабочего вала передается планетарной шестерне 28 с переменным профилем дна 29, в которое упирается толкатель 35. Планетарная шестерня вращается в четыре раза медленнее рабочего вала. Так как на плоскости дна шестерни попеременно через 90o находятся два углубления и два возвышения, за один оборот шестерни толкатель дважды, отжимая пружину 10 (фиг. 5), передвигается влево и под действием пружины дважды передвигается вправо. Таким образом, в течение каждого оборота главного рабочего вала толкатель 15 посредством своих штифтов 11 и колец сцепления 8 соединяет главный вал, то с поршнем 4, то с поршнем 5.Here we see the mechanism for controlling the clutch of the pistons with the working shaft. The rotation from the main working shaft is transmitted to the
Чертеж планетарной шестерни показан на фиг. 16. A drawing of a planetary gear is shown in FIG. 16.
На фиг. 17 чертеж колец сцепления, фиг. 18 - поршней, фиг. 19 - главного рабочего вала, фиг.20 - проекции корпуса двигателя. In FIG. 17 a drawing of the clutch rings, FIG. 18 - pistons, FIG. 19 - the main working shaft, Fig - projection of the motor housing.
Как видно из данных чертежей, для того чтобы при прижимании кольца сцепления к подшипнику одного из поршней не возникло трение между поршнями, в подшипниках поршней - внутри имеются проточки (круговые углубления), а на главном валу, где имеются подшипники поршней, - кольцевые выступы 14. As can be seen from these drawings, in order to prevent friction between the pistons when pressing the clutch ring against the bearing of one of the pistons, in the piston bearings there are grooves (circular recesses) inside, and on the main shaft, where there are piston bearings,
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108512A RU2154745C1 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Internal combustion engine with toroidal chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108512A RU2154745C1 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Internal combustion engine with toroidal chamber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2154745C1 true RU2154745C1 (en) | 2000-08-20 |
Family
ID=20218953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99108512A RU2154745C1 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Internal combustion engine with toroidal chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154745C1 (en) |
-
1999
- 1999-04-22 RU RU99108512A patent/RU2154745C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4907548A (en) | Pinion gear assembly for translating reciprocating movements of the pistons in the cylinders of an internal combustion engine into the rotating movement of a shaft | |
KR20040032970A (en) | An improved reciprocating internal combustion engine | |
US3945358A (en) | Rotary internal combustion engine with cam transmission | |
JP4393992B2 (en) | Rotary type combustion engine | |
KR20010031930A (en) | Radial motor/pump | |
US9850759B2 (en) | Circulating piston engine | |
US20170089201A1 (en) | Hybrid pneumatic / internal combustion rotary engine | |
RU2154745C1 (en) | Internal combustion engine with toroidal chamber | |
US11215112B2 (en) | Circulating piston engine | |
KR20000052955A (en) | Rotor-reciprocating combustion engine | |
RU2477376C2 (en) | Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with rotary gates, separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers | |
JPH07158464A (en) | Four cycle piston type internal combustion engine | |
WO2020141553A1 (en) | A radial opposed piston reciprocating internal combustion engine | |
RU2160843C1 (en) | Axial internal combustion engine | |
RU2297545C2 (en) | Rotary engine | |
RU2184254C2 (en) | Internal combustion engine | |
RU2284419C2 (en) | Valve timing phase adjuster | |
RU2134357C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
US7584726B2 (en) | Two-stroke opposite radial rotary-piston engine | |
JPH08177511A (en) | Cam type engine | |
KR100336159B1 (en) | Combustion Motor | |
KR940003525B1 (en) | Rotary engine | |
RU2109966C1 (en) | Piston-type rotary internal-combustion engine | |
CN115370470A (en) | Rotor engine | |
EP2240674B1 (en) | Two-stroke opposite radial rotary-piston engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040423 |