RU2160843C1

RU2160843C1 - Axial internal combustion engine

Info

Publication number: RU2160843C1
Application number: RU99109789A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Мартиросов; А.В. Ефременко
Original assignee: Мартиросов Александр Леонидович; Ефременко Алексей Викторович
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed engine has housing, cylinder, combustion chamber, transfer mechanism, fuel system and timing gear. Cylinder is installed for reciprocating without turning around axis. Keys connected to cylinder come into meshing with straight-line slots on housing parallel to cylinder axis. Taper roller unit can move in spatially closed slot made on inner surface of cylindrical cup being made dovetail-shaped in section. Taper rollers of unit rest constantly on support surfaces of slot. EFFECT: reduced number of moving parts, increased efficiency and service life of engine. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, например двигатель Баландина, двигатель Ванкеля, бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (патент DE, Заявка 3831451, МКИ F 02 В 75/32, 1990). Known designs of rodless internal combustion engines, for example, the Balandin engine, Wankel engine, rodless internal combustion engine (DE patent, Application 3831451, MKI F 02 75/32, 1990).

Двигатель Баландина [см. Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1972, с. 14.] имеет в конструкции, по меньшей мере, цилиндр, поршень, шток, камеру сгорания, коленчатый вал. Преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное выполняется коленчатым валом специальной конструкции. Balandin Engine [see Balandin S.S. Rodless internal combustion engines. - M.: Mechanical Engineering, 1972, p. 14.] has in construction at least a cylinder, a piston, a rod, a combustion chamber, a crankshaft. The conversion of reciprocating motion into rotational motion is performed by a special design crankshaft.

Двигатель Ванкеля [см. Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1990, с. 254] содержит корпус, ротор, камеру сгорания, источник воспламенения, выходной вал, соединенный с ротором. Усилие сгорающей рабочей смеси передается непосредственно вращающемуся ротору и от него выходному валу. Wankel engine [see Orlin A.S. Internal combustion engines. The device and operation of piston and combined engines. - M.: Mechanical Engineering, 1990, p. 254] contains a housing, a rotor, a combustion chamber, an ignition source, an output shaft connected to the rotor. The force of the burning working mixture is transmitted directly to the rotating rotor and the output shaft from it.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания [см. патент DE, заявка 3831451, МКИ F 02 В 75/32, 1990] содержит цилиндр, поршень, выходной вал, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения. Поршням придается вращение, которое и осуществляет преобразование движения. Rodless internal combustion engine [see DE patent, application 3831451, MKI F 02 B 75/32, 1990] comprises a cylinder, a piston, an output shaft, a combustion chamber, a nozzle, a gas distribution mechanism. Pistons are given rotation, which transforms the movement.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю является бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями (патент RU 2099559, МКИ6 F 02 В 75/26, 75/32, F 01 В 9/06). Он содержит два поршня, установленных на одном шлицевом валу и помещенных во внутреннюю полость одного цилиндра. Цилиндры снабжены уплотняющими кольцами, двумя отверстиями, через одно из которых проходит вал, уплотненный кольцами, а в другом установлена шлицевая втулка. Шлицы втулки входят в соединение со шлицами вала, на котором установлены шестерни отбора мощности. В полусферических углублениях поршня установлены шары, входящие в сочлинение с бесконечными криволинейными пазами, нарезанными на внутренней поверхности цилиндра и имеющими в нормальном сечении профиль в виде полуокружности. Под действием расширяющегося рабочего тела и маховика цилиндры совершают возвратно-поступательные перемещения и воздействием на шары через канавки в цилиндре приобретают вращение вокруг оси, передаваемое на выходной вал и шестерню. Closest to the proposed engine is a rodless internal combustion engine with rotating pistons (patent RU 2099559, MKI6 F 02 B 75/26, 75/32, F 01 B 9/06). It contains two pistons mounted on one spline shaft and placed in the internal cavity of one cylinder. The cylinders are equipped with sealing rings, two holes, through one of which passes a shaft sealed with rings, and a splined sleeve is installed in the other. The splines of the sleeve are connected to the splines of the shaft on which the power take-off gears are installed. In the hemispherical recesses of the piston, balls are installed that come in articulation with infinite curved grooves cut on the inner surface of the cylinder and having a profile in the form of a semicircle in a normal section. Under the action of the expanding working fluid and the flywheel, the cylinders make reciprocating movements and, acting on the balls through the grooves in the cylinder, acquire rotation around the axis, transmitted to the output shaft and gear.

К числу недостатков такой конструкции двигателя следует отнести:
интенсивное истирание уплотняющих колец, участвующих одновременно в двух движениях - поступательном и вращательном, и, как следствие, нарушение уплотнения и отсутствие приработки колец и зеркала цилиндра, которая обеспечивается в кривошипно-шатунной схеме преобразования движения. Качение шаров в полусферической полости цилиндра и в пазах цилиндра может быть обеспечено только при наличии зазоров. При перемене направления движения поршня шары и стенки полости и паза испытывают удары, что приводит к интенсивному износу взаимодействующих поверхностей. Удаление обработанного рабочего тела требует дополнительного устройства продувки и согласно схеме, приведенной в патенте, не может быть выполнено в полном объеме. В результате происходит снижение КПД двигателя.The disadvantages of this engine design include:
intensive abrasion of the sealing rings participating simultaneously in two movements - translational and rotational, and, as a result, violation of the seal and the lack of running-in of the rings and the mirror of the cylinder, which is provided in the crank scheme of the motion conversion. The rolling of balls in the hemispherical cavity of the cylinder and in the grooves of the cylinder can be ensured only in the presence of gaps. When the piston moves in the opposite direction, the balls and walls of the cavity and groove experience impacts, which leads to intensive wear of the interacting surfaces. Removing the processed working fluid requires an additional purge device and, according to the scheme given in the patent, cannot be performed in full. The result is a decrease in engine efficiency.

Сущность изобретения заключается в том, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус, цилиндр, камеру сгорания, передаточный механизм, топливную систему, механизм газораспределения, дополнительно цилиндр установлен с возможностью возвратно-поступательного движения без поворота вокруг оси, а к цилиндру прикреплены шпонки, входящие в сопряжение с прямолинейными пазами корпуса, параллельными оси цилиндра, а также блок конических роликов с возможностью двигаться в пространственно-замкнутом пазу, выполненном на внутренней поверхности цилиндрического стакана и имеющем в натуральном сечении форму "ласточкин хвост", при этом конические ролики блока постоянно опираются на две опорные поверхности паза. The essence of the invention lies in the fact that in a rodless internal combustion engine including a housing, a cylinder, a combustion chamber, a transmission mechanism, a fuel system, a gas distribution mechanism, an additional cylinder is mounted with the possibility of reciprocating movement without rotation around the axis, and dowels are attached to the cylinder, mating with straight grooves of the housing parallel to the axis of the cylinder, as well as a block of tapered rollers with the ability to move in a spatially closed groove made on the inside the surface of the cylindrical cup and having a dovetail shape in natural section, while the conical rollers of the block are constantly supported by two supporting surfaces of the groove.

Возвратно-поступательное перемещение совершается цилиндром относительно неподвижного элемента, функцию поршня выполняет элемент, являющийся составной частью тела корпуса. The reciprocating movement is made by the cylinder relative to the fixed element, the function of the piston is performed by the element, which is an integral part of the body of the housing.

Преобразование движения цилиндра во вращательное движение вала съема мощности осуществляется блоком конических роликов, жестко связанным с цилиндром, перемещающимся в криволинейном бесконечном пазе, выполненном на внутренней поверхности цилиндрического стакана, не имеющего возможности перемещения в осевом направлении. Цилиндрическая часть стакана имеет хвостовик, имеющий возможность вращения относительно корпуса и соединенный шестерней отбора мощности. The movement of the cylinder into the rotational movement of the power removal shaft is converted by a block of conical rollers rigidly connected to the cylinder moving in a curved endless groove made on the inner surface of the cylindrical glass, which cannot be moved in the axial direction. The cylindrical part of the glass has a shank that can rotate relative to the housing and connected by a power take-off gear.

Совокупность заявляемых признаков позволяет снизить количество движущихся деталей, количество пар скольжения, повысить КПД и долговечность работы двигателя. The combination of the claimed features allows to reduce the number of moving parts, the number of slip pairs, increase the efficiency and durability of the engine.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг. 1 изображено осевое сечение двигателя (без механизма приведения в перемещение впускного и выпускного клапанов);
фиг. 2 - блок роликов I на виде сбоку;
фиг. 3 - вид А блока ролика I;
фиг. 4 - вид Б;
фиг. 5 - развертка внутренней поверхности стакана 7.The invention is illustrated by drawings, where:
FIG. 1 shows an axial section of an engine (without a mechanism for bringing the intake and exhaust valves into motion);
FIG. 2 - block of rollers I in a side view;
FIG. 3 - view A of the roller block I;
FIG. 4 - view B;
FIG. 5 - scan of the inner surface of the glass 7.

Двигатель включает корпус 1, в теле которого выполнены прямоугольные шпоночные пазы 2, сопрягаемые со шпонками 3, жестко прикрепленными к цилиндру 4. К цилиндру прикреплен блок конических роликов 5, движущийся по пространствено-замкнутому пазу 6, выполненному на внутренней поверхности цилиндрического стакана 7, имеющему в нормальном сечении форму "ласточкин хвост". На цилиндрическом хвостовике стакана 7, являющемся валом съема мощности, посредством шпонки 8 установлена шестерня 9, а сам хвостовик установлен в радиально-упорных подшипниках с коническими роликами 10, которые предотвращают осевое перемещение. Элемент корпуса 1, сочлененный с цилиндром 4, снабжен уплотняющими кольцами 11, а в цилиндрических отверстиях установлены впускной и выпускной клапаны 12 и 13, свеча или форсунка 14 и трубка подвода масла 15. Отверстия клапанов соединены с патрубками 16 впускного и 17 выпускного коллекторов. Блок конических роликов 5 установлен на оси 18 и состоит из поперечины 19, подпружиненной спиральной пружиной 20, которая создает для поперечины вращательный момент за счет крепления одного конца в теле цилиндра 4, а другого конца в теле поперечины 19. Поперечина 19 соединена с осью 20 шайбой 21 и шплинтом 22, а на осях 23, жестко прикрепленных к поперечине 19, установлены шарикоподшипники 24, закрепленные шайбами 25 и гайками 26. Наружные кольца шарикоподшипника впрессованы в цилиндрические полости конических роликов 27. The engine includes a housing 1, in the body of which rectangular keyways 2 are made, mating with keys 3, rigidly attached to the cylinder 4. A block of conical rollers 5 is attached to the cylinder, moving along a spatially closed groove 6, made on the inner surface of the cylindrical glass 7, having in normal section dovetail shape. On the cylindrical shank of the cup 7, which is a power removal shaft, a gear 9 is installed by means of a key 8, and the shank itself is mounted in angular contact bearings with tapered rollers 10, which prevent axial movement. The housing element 1, articulated with the cylinder 4, is equipped with sealing rings 11, and inlet and outlet valves 12 and 13, a candle or nozzle 14 and an oil supply pipe 15 are installed in the cylindrical holes. The valve openings are connected to the inlet and outlet pipes of the exhaust manifold 16. The block of tapered rollers 5 is mounted on the axis 18 and consists of a cross member 19, spring loaded with a coil spring 20, which creates a torque for the cross member by fixing one end in the body of the cylinder 4 and the other end in the body of the cross member 19. The cross member 19 is connected to the axis 20 by a washer 21 and cotter pin 22, and on the axles 23, rigidly attached to the cross member 19, ball bearings 24 are mounted, fixed by washers 25 and nuts 26. The outer rings of the ball bearing are pressed into the cylindrical cavities of the tapered rollers 27.

Двигатель может быть выполнен как в карбюраторной схеме, так и дизельной. Работа устройства происходит следующим образом. Под действием сгорающего и расширяющегося рабочего тела цилиндр 4, стремясь увеличить объем камеры сгорания, воздействует на поверхности паза 6 стакана 7 блоком 5 и принуждает к вращению ее вокруг оси. Хвостовик стакана 7 поворачивает шестерню 9, укрепленную на нем посредством шпонки 8. Шестерня 9 передает движение на общий вал двигателя, не показанного на чертеже. Начало рабочего хода соответствует опиранию блока 5 в точке P криволинейного паза 6 в теле стакана 7, показанного на развертке ее внутренней поверхности (фиг. 2). Удаленность точки P от дна цилиндрической части стакана 7 (в развертке) обеспечивает определенный объем камеры сгорания и соответствует верхней мертвой точки (В.М.Т.) в кривошипно-шатунных механизмах. Участок р паза соответствует такту рабочего хода, в конце которого паз 6 повернувшись приходит в опирание на блок 5 в точке М нижней мертвой точке (Н.М.Т.) этого такта. Для следующего такта - выхлопа, соответствующего зоне m развертки, конфигурация паза выбрана таким образом, чтобы по достижении вращательным перемещением стакана 7 опирания на блок 5 в точке N достигалось минимально возможный, практически нулевой, объем подцилиндрового пространства. Это приведет к полному выталкиванию отработанной рабочей смеси без применения дополнительных продувочных устройств, а значит, потере мощности на их функционирование. Опирание паза на блок 5 в точке N соответствует В.М.Т. такта. В следующем такте (зона n развертки) положение конечной точки К, соответствующей Н.М.Т., может быть выбрано при необходимости на меньшем удалении от 1 нежели точки B, что обеспечит больший объем подцилиндрового пространства, а значит, увеличение сжатия рабочей смеси. После поворота стакана 7 в такте сжатия (зона k развертки) опирание на блок конических роликов придет в точку P, что и завершает рабочий цикл. Газораспределительный механизм обеспечит при этом соответствующее открывание и закрывание клапанов. The engine can be made both in the carburetor scheme and diesel. The operation of the device is as follows. Under the action of a burning and expanding working fluid, the cylinder 4, in an effort to increase the volume of the combustion chamber, acts on the surface of the groove 6 of the glass 7 by the block 5 and forces it to rotate around the axis. The shank of the cup 7 rotates the gear 9, mounted on it by means of a key 8. The gear 9 transmits movement to a common shaft of the engine, not shown in the drawing. The beginning of the working stroke corresponds to the support of the block 5 at the point P of the curved groove 6 in the body of the glass 7, shown on a scan of its inner surface (Fig. 2). The remoteness of the point P from the bottom of the cylindrical part of the cup 7 (in the scan) provides a certain volume of the combustion chamber and corresponds to the top dead center (V.M.T.) in the crank mechanisms. Section p of the groove corresponds to the stroke of the working stroke, at the end of which the groove 6 turns and comes to lean on the block 5 at point M lower dead point (N.M.T.) of this cycle. For the next cycle, the exhaust corresponding to the sweep zone m, the groove configuration is chosen so that when the cup 7 rotates to support the block 5 at point N, the minimum possible, almost zero, volume of the under-cylinder space is reached. This will lead to the complete ejection of the spent working mixture without the use of additional purge devices, and therefore, loss of power for their functioning. The support of the groove on block 5 at point N corresponds to V.M.T. tact. In the next step (sweep zone n), the position of the end point K corresponding to N.M.T. can be selected, if necessary, at a smaller distance from 1 than point B, which will provide a larger volume of sub-cylinder space, which means an increase in compression of the working mixture. After turning the cup 7 in the compression stroke (scan zone k), the bearing on the block of conical rollers will come to point P, which completes the work cycle. The gas distribution mechanism will provide appropriate opening and closing of the valves.

Таким образом, В.М.Т. и Н.М.Т. для каждого такта может варьироваться в широких пределах и определять различные объемы подцилиндрового пространства в зависимости от требований проектировщика. Thus, V.M.T. and N.M.T. for each measure can vary within wide limits and determine different volumes of cylinder space depending on the requirements of the designer.

Предлагаемый механизм позволяет повысить КПД, сократить до минимума число пар скольжения, снизить массу перемещаемых деталей и их неуравновешенность. Устройство, обеспечивающее взаимопреобразование вращательного и возвратно-поступательного движений, может быть использовано и в конструкциях иного рода, в частности в насосах. The proposed mechanism allows to increase the efficiency, minimize the number of slip pairs, reduce the mass of moving parts and their imbalance. A device that provides mutual conversion of rotational and reciprocating movements can be used in constructions of a different kind, in particular in pumps.

Claims

A rodless internal combustion engine comprising a housing, a cylinder, a combustion chamber, a transmission mechanism, a fuel system, a gas distribution mechanism, characterized in that the cylinder is mounted with the possibility of reciprocating motion without rotation around the axis, and dowels are attached to the cylinder that are coupled to straight grooves of the housing parallel to the axis of the cylinder, as well as a block of tapered rollers with the ability to move in a spatially closed groove made on the inner surface of the cylindrical takana and having a dovetail shape in natural cross section, while the conical rollers of the block are constantly supported by two supporting surfaces of the groove.