RU2205283C1

RU2205283C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2205283C1
Application number: RU2001131310/06A
Authority: RU
Inventors: ев А.И. Бел; А.И. Беляев; Н.М. Чистов; А.П. Троицкий
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to internal combustion engines differing in ties between piston and main shaft. According to invention, main shaft of engine consists of cylindrical part, fork and counterweight and is installed of bearing through its cylindrical part in bedframe at angle of 15-45^o to axis of piston pin. Engine slider and rocker. Slider is installed on piston pin on support bearing. Outer part of slider is connected through support-and-thrust bearing with inner part of rocker, and outer part of rocker is hinge-connected with fork of main shaft. Longitudinal axis of slider is square to axis pin. Piston is provided with bypass port, and cylinder wall is provided with intake and exhaust ports made along trajectory of movement of piston bypass port. EFFECT: simplified design of internal combustion engine, improved its specific characteristics. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, отличающимся связями между поршнем и коренным валом. The invention relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines, characterized by connections between the piston and the main shaft.

Известен ротопоршневой двигатель Ванкеля, содержащий корпус, эксцентриковый вал, ротор, зубчатое зацепление между корпусом и ротором, впускные и выпускные окна в корпусе двигателя, систему подачи и зажигания топлива. Работа двигателя основана на преобразовании поступательно-вращательного движения ротора во вращательное движение эксцентрикового вала. Газораспределение в двигателе осуществляется ротором и окнами в корпусе. (B.C. Бениович, Г.Д. Апазиди, А.М. Бойко "Ротопоршневые двигатели", М.: Машиностроение, 1968 г., с.27 и "Наука и жизнь" 2, 1997 г., с. 62). Known rotary piston Wankel engine comprising a housing, an eccentric shaft, a rotor, gearing between the housing and the rotor, inlet and outlet windows in the engine housing, a fuel supply and ignition system. The operation of the engine is based on the conversion of the translational-rotational motion of the rotor into the rotational motion of the eccentric shaft. Gas distribution in the engine is carried out by a rotor and windows in the case. (B.C. Beniovich, GD Apazidi, A.M. Boyko "Rotary engine engines", M .: Mechanical engineering, 1968, p. 27 and "Science and life" 2, 1997, p. 62).

Недостатками известного двигателя являются ненадежность газового уплотнения между ротором и корпусом, малая степень сжатия рабочего тела и поэтому низкая экономичность его, повышенная токсичность выхлопных газов, сложность изготовления рабочей части корпуса, неравномерность нагрева корпуса двигателя, его термическая деформация, наличие зубчатого зацепления между ротором и корпусом. The disadvantages of the known engine are the unreliability of the gas seal between the rotor and the casing, the low degree of compression of the working fluid and therefore its low efficiency, increased toxicity of exhaust gases, the difficulty of manufacturing the working part of the casing, uneven heating of the motor casing, its thermal deformation, the presence of gearing between the rotor and the casing .

Известен двигатель внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий остов, в котором расположены один или несколько отсеков, в каждом из которых установлен цилиндр с поршнем и поршневым пальцем, шатун и коренной вал, который при выполнении двигателя из нескольких отсеков, является общим для них. Коренной вал выполнен в форме коленчатого вала. Коренной вал связан механической передачей с распределительным валом, который через клапаны в крышке цилиндра регулирует газораспределение. Этот двигатель внутреннего сгорания снабжен топливной системой, системой смазки, электросистемой, системой охлаждения (А.С. Орлин, М.Г. Круглов "Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, "Москва", Машиностроение", 1980 г., с. 227-231, рис. 149). A known internal combustion engine, adopted for the prototype, containing the skeleton, in which there are one or more compartments, each of which has a cylinder with a piston and a piston pin, a connecting rod and the main shaft, which when the engine is made from several compartments, is common to them. The main shaft is made in the form of a crankshaft. The main shaft is connected by mechanical transmission with a camshaft, which through valves in the cylinder cover regulates the gas distribution. This internal combustion engine is equipped with a fuel system, a lubrication system, an electrical system, a cooling system (A.S. Orlin, M.G. Kruglov "Internal combustion engines. Design and operation of piston and combined engines," Moscow ", Mechanical Engineering", 1980 , pp. 227-231, Fig. 149).

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции: наличие коленчатого вала, шатунов, распределительного вала и клапанного механизма газораспределения, отсутствие вращательного движения поршней для лучшего сгорания топлива, неудовлетворительные габаритные показатели и показатели по массе, значительные затраты на изготовление и эксплуатацию, ненадежность работы газораспределительного механизма, невысокая экономичность и экологичность. A disadvantage of the known engine is the design complexity: the presence of a crankshaft, connecting rods, camshaft and valve timing mechanism, the lack of rotational movement of the pistons for better fuel combustion, poor overall and weight indicators, significant manufacturing and operation costs, low reliability of the gas distribution mechanism, low profitability and environmental friendliness.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции двигателя внутреннего сгорания, улучшение его габаритных показателей и показателей по массе, снижение затрат на изготовление и эксплуатацию, а также повышение надежности работы, экономичности и экологичности двигателя за счет нового принципа передачи давления газов от поршня на коренной вал, возвратно-поступательного и вращательного движения поршня. Указанный технический результат обеспечивает возможность газораспределения через окна цилиндра и окно поршня. The technical result of the invention is to simplify the design of the internal combustion engine, improve its overall and mass indicators, reduce the cost of manufacturing and operation, as well as increase the reliability, efficiency and environmental friendliness of the engine due to the new principle of transferring gas pressure from the piston to the main shaft, back - translational and rotational movement of the piston. The specified technical result provides the possibility of gas distribution through the cylinder window and the piston window.

Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем остов, коренной вал, при этом в остове расположены не менее одного цилиндра с поршнем и поршневым пальцем, коренной вал выполнен из цилиндрической части, вилки и противовеса и установлен на подшипнике своей цилиндрической частью в остове под углом 15-45 градусов к оси поршневого пальца и двигатель снабжен ползуном и коромыслом, при этом ползун установлен через опорный подшипник на поршневом пальце, а внешней частью он связан через опорно-упорный подшипник с внутренней частью коромысла, а другая наружная часть коромысла шарнирно соединена с вилкой коренного вала, кроме этого, продольная ось ползуна выполнена перпендикулярной к оси поршневого пальца и в поршне выполнено перепускное окно, а в стенке цилиндра изготовлены впускные и выпускные окна, выполненные по траектории движения перепускного окна поршня. The specified technical result is achieved by the fact that in the internal combustion engine containing the core, the main shaft, while in the core there are at least one cylinder with a piston and piston pin, the main shaft is made of a cylindrical part, a fork and a counterweight and mounted on a bearing with its cylindrical part in the skeleton at an angle of 15-45 degrees to the axis of the piston pin and the engine is equipped with a slider and rocker arm, while the slider is mounted through a thrust bearing on the piston pin, and the outer part is connected through a thrust support the second bearing with the inner part of the rocker arm and the other outer part of the rocker arm pivotally connected to the main shaft fork, in addition, the longitudinal axis of the slider is made perpendicular to the axis of the piston pin and the bypass window is made in the piston, and inlet and outlet windows are made in the cylinder wall trajectory of the bypass piston window.

На фиг.1 изображен двигатель в разрезе в вертикальной плоскости при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ); на фиг.2 - разрез двигателя в вертикальной плоскости при нахождении поршня в нижней мертвой точке (НМТ); на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1 по горизонтальной плоскости при повороте коренного вала на 90 градусов от положения поршня в ВМТ, при этом наклонная плоскость коренного вала для наглядности соединена с горизонтальной плоскостью поршневого пальца. Figure 1 shows the engine in the context of a vertical plane when the piston is at top dead center (TDC); figure 2 - section of the engine in a vertical plane when the piston is at bottom dead center (BDC); in FIG. 3 is a section along aa in figure 1; figure 4 is a section along BB in figure 1 on a horizontal plane when the main shaft rotates 90 degrees from the position of the piston in the TDC, while the inclined plane of the main shaft for clarity is connected to the horizontal plane of the piston pin.

Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1, 2) состоит из остова 1, выполненного заодно с цилиндром 2. Количество цилиндров 2 может быть и более одного. В стенке цилиндра 2 изготовлены впускные 3 и выпускные 4 окна, выполненные по траектории движения перепускного окна 5, находящегося в средней части поршня 6 и уплотненного кольцом 7. Сверху цилиндр 2 закрыт крышкой 8 с установленной форсункой 9. В нижней части поршня 6 закреплен стопорными кольцами 10 поршневой палец 11. Верхняя часть поршня 6 имеет вогнутую сферу 12 для уменьшения высоты камеры сгорания 13 и уплотнительные кольца 14. Перепускное окно 5 находится в средней части поршня 6 и соединено с камерой сгорания 13. В нижней части поршня 6 расположено маслосъемное кольцо 15. Каждый цилиндр 2 двигателя снабжен коренным валом 16, состоящим из цилиндрической части 17, вилки 18 и противовеса 19. Своей цилиндрической частью 17 коренной вал 16 установлен в опорно-упорном подшипнике 20 в остове 1 под углом γ, равным 15-45 градусов к оси поршневого пальца 11. На поршневом пальце 11 установлен через опорный подшипник 21 ползун 22, который внешней частью через опорно-упорный подшипник 23 связан с внутренней частью коромысла 24. Наружная часть коромысла 24 шарнирно соединена с вилкой 18 коренного вала 16 посредством пальцев 25 (фиг.3) и отверстий 26 в вилке 18. Ползун 22 установлен таким образом, что его продольная ось m-m выполнена перпендикулярной к оси поршневого пальца 11. При количестве цилиндров в двигателе более одного коренные валы 16 могут быть связаны между собой соединительным валом с помощью, к примеру, зубчатой передачи (не показано). The internal combustion engine (figure 1, 2) consists of a skeleton 1, made integral with the cylinder 2. The number of cylinders 2 can be more than one. Inlet wall 3 and outlet 4 windows are made in the wall of cylinder 2, made along the path of the bypass window 5, located in the middle of the piston 6 and sealed with a ring 7. On top of the cylinder 2 is closed by a cover 8 with an installed nozzle 9. In the lower part of the piston 6 is secured by retaining rings 10 the piston pin 11. The upper part of the piston 6 has a concave sphere 12 to reduce the height of the combustion chamber 13 and the sealing rings 14. The bypass window 5 is located in the middle of the piston 6 and is connected to the combustion chamber 13. At the bottom of the piston 6 is located but the oil scraper ring 15. Each engine cylinder 2 is provided with a main shaft 16, consisting of a cylindrical part 17, a fork 18 and a counterweight 19. A main shaft 16 is mounted in its pillow block bearing 20 in the skeleton 1 at an angle γ equal to 15 45 degrees to the axis of the piston pin 11. On the piston pin 11, a slider 22 is mounted through a pillow block 21, which is connected externally via a block bearing 23 to the inner part of the rocker arm 24. The outer part of the rocker arm 24 is pivotally connected to the fork 18 of the main shaft 16 by fingers 25 (FIG. 3) and holes 26 in the plug 18. The slider 22 is mounted so that its longitudinal axis mm is made perpendicular to the axis of the piston pin 11. With the number of cylinders in the engine more than one, the main shafts 16 can be connected to each other by a connecting shaft using, for example, a gear (not shown).

Предложенный двигатель внутреннего сгорания, как и любой другой его вид, снабжен топливной системой, системой смазки, электросистемой, системой охлаждения, которые на чертеже не показаны. The proposed internal combustion engine, like any other type, is equipped with a fuel system, lubrication system, electrical system, cooling system, which are not shown in the drawing.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При сгорании топливовоздушной смеси в камере сгорания 13 образующиеся продукты сгорания оказывают давление на поршень 6 и соответственно поршневой палец 11, который передает усилие на ползун 22 через опорный подшипник 21. Ползун 22 под действием усилия поршневого пальца 11 передает усилие на коромысло 24, которое через пальцы 25 оказывает давление на вилку 18 коренного вала 16, вызывая его вращение. При этом поршень 6 совершает одновременно поступательное движение к оси коренного вала 16 и вращение вокруг своей продольной оси о-о вместе с поршневым пальцем 11; центр "с" ползуна 22, находясь от оси о-о поршня 6 на расстоянии е, одновременно перемещается поступательно и вращательно (по винтовой траектории) по поршневому пальцу 11 к центру оси о-о поршня 6 и в то же время ползун 22 вращается относительно своей продольной оси m-m в подшипнике 23 коромысла 24, которое одновременно поворачивается вместе с ползуном 22 на своих пальцах 25 в вилке 18 коренного вала 16 на плече г и вращается вместе с коренным валом 16. When the air-fuel mixture is burned in the combustion chamber 13, the resulting combustion products exert pressure on the piston 6 and, accordingly, the piston pin 11, which transfers the force to the slider 22 through the support bearing 21. The slider 22, under the action of the piston pin 11, transfers the force to the rocker 24, which through the fingers 25 exerts pressure on the plug 18 of the main shaft 16, causing it to rotate. In this case, the piston 6 simultaneously translates to the axis of the main shaft 16 and rotates about its longitudinal axis oo together with the piston pin 11; the center "c" of the slider 22, being at a distance e from the axis o-o of the piston 6, simultaneously moves translationally and rotationally (along a helical path) along the piston pin 11 to the center of the axis o-o of the piston 6 and at the same time the slider 22 rotates relative to of its longitudinal axis mm in the bearing 23 of the rocker arm 24, which simultaneously rotates with the slider 22 on its fingers 25 in the fork 18 of the main shaft 16 on the arm d and rotates together with the main shaft 16.

Возникает крутящий момент на коренном валу 16 двигателя, который, например, при угле поворота коренного вала 16 от положения поршня 6 в ВМТ, равном 90 градусов (фиг.4), будет составлять Мк=P•RCOSγ, где:
- Р - сила давления газов на поршень 6 (поршневой палец 11) (фиг.1);
- R - радиус вращения центра пальцев 25, коромысла 24 относительно оси коренного вала 16;
- γ - угол установки коренного вала 16 относительно оси поршневого пальца 11.There is a torque on the main shaft 16 of the engine, which, for example, when the angle of rotation of the main shaft 16 from the position of the piston 6 at the TDC is 90 degrees (FIG. 4), will be MK = P • RCOSγ, where:
- P is the pressure force of the gases on the piston 6 (piston pin 11) (figure 1);
- R is the radius of rotation of the center of the fingers 25, rocker 24 relative to the axis of the main shaft 16;
- γ is the installation angle of the main shaft 16 relative to the axis of the piston pin 11.

Таким образом, при одном ходе поршня 6 от ВМТ до НМТ S=R-COSγ, поршень 6 вместе с поршневым пальцем 11 повернется вокруг своей оси на 90 градусов, центр "с" ползуна 22 переместится на величину е в центр оси о-о поршня 6 и одновременно повернется на угол τ (фиг.2), продольная ось m-m ползуна 22 повернется в коромысле 24 на 90 градусов, коромысло 24 повернется относительно отверстий 26, вилки 18 так же на угол 90 градусов и совершит вместе с вилкой 18 и коренным валом 16 поворот на 180 градусов. Thus, with one stroke of the piston 6 from TDC to BDC S = R-COSγ, the piston 6 together with the piston pin 11 will rotate around its axis by 90 degrees, the center "c" of the slide 22 will move by the value of e to the center of the axis о-о of the piston 6 and at the same time rotate through the angle τ (Fig. 2), the longitudinal axis mm of the slider 22 will rotate in the beam 24 by 90 degrees, the beam 24 will rotate relative to the openings 26, forks 18 also by 90 degrees and complete with fork 18 and the main shaft 16 180 degree rotation.

При движении поршня 6 от НМТ до ВМТ коромысло 24 относительно вилки 18 вернется в исходное положение, центр "с" ползуна 22 так же вернется в исходное положение, а коренной вал 16 повернется на 180 градусов, поршень 6 повернется в цилиндре 2 на 90 градусов. When the piston 6 moves from the BDC to the TDC, the rocker 24 relative to the fork 18 will return to its original position, the center "c" of the slider 22 will also return to its original position, and the main shaft 16 will rotate 180 degrees, the piston 6 will rotate 90 in the cylinder 2.

Процесс газообмена осуществляется за счет перепускного окна 5 в поршне 6 и впускных 3 и выпускных 4 окон в стенке цилиндра 2 за счет вращения поршня 6 на 90 градусов в одном направлении при одном ходе его S при движении от ВМТ до НМТ и от НМТ до ВМТ. The gas exchange process is carried out due to the bypass window 5 in the piston 6 and the inlet 3 and 4 outlet windows in the cylinder wall 2 due to the rotation of the piston 6 by 90 degrees in one direction during one stroke S when moving from TDC to BDC and from BDC to TDC.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания обеспечивает упрощение конструкции, исключение дорогостоящих узлов и деталей: коленчатого вала, распределительного вала, клапанного механизма газораспределения, сложной крышки цилиндра, исключение шатунов, уменьшение габаритных и весовых показателей, улучшение рабочего процесса в цилиндре за счет лучшего смесеобразования (непрерывное вращение камеры сгорания вместе с поршнем) и меньшего сопротивления движению газовых потоков в окна цилиндра и поршня, чем в двигателе с клапанным механизмом, т.е. улучшение топливной экономичности и экологичности двигателя, а так же снижение затрат в эксплуатации и ремонте за счет обслуживания меньшего количества деталей. The proposed internal combustion engine provides simplification of design, elimination of expensive components and parts: crankshaft, camshaft, valve timing, complicated cylinder cover, elimination of connecting rods, reduction of overall and weight indicators, improvement of the working process in the cylinder due to better mixture formation (continuous rotation of the chamber combustion with the piston) and less resistance to the movement of gas flows in the cylinder and piston windows than in an engine with a valve mechanism m, i.e. improving fuel efficiency and environmental friendliness of the engine, as well as reducing costs in operation and repair by servicing fewer parts.

Предлагаемая конструкция может использована как в двигателях внутреннего сгорания, так и в компрессорах, гидромоторах и других механизмах, преобразующих вращательное движение деталей в поступательное и наоборот. The proposed design can be used both in internal combustion engines and in compressors, hydraulic motors and other mechanisms that convert the rotational movement of parts into translational and vice versa.

Принцип работы двигателя опробаван на макете. The principle of operation of the engine is tested on the layout.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a skeleton, a main shaft, wherein at least one cylinder with a piston and a piston pin is located in the skeleton, characterized in that the main shaft is made of a cylindrical part, a fork and a counterweight and mounted on a bearing with its cylindrical part in the skeleton 15-45 ^o angle to the axis of the piston pin and the engine is provided with a slide and a yoke, wherein the slider is mounted through the supporting bearing on the piston pin, and an outer part of it is connected through the supporting ball bearings with the inside of Koroma la and the outer part of the rocker is pivotally coupled to the fork of the main shaft.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the slider is made perpendicular to the axis of the piston pin.

3. The engine according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the bypass window is made in the piston, and the inlet and outlet windows are made in the cylinder wall, made along the path of the piston bypass window.