RU2209325C1

RU2209325C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2209325C1
Application number: RU2002101504/06A
Authority: RU
Inventors: ев А.И. Бел; А.И. Беляев; Н.М. Чистов; А.П. Троицкий
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: according to proposed invention one doubled sectional piston with rod is installed in each compartment of engine frame in two opposite cylinder liners. Piston rod is provided with middle boss with cylindrical hole into which piston shaft is fitted by its central ball head. Piston shaft is furnished also with ball heads arranged on its ends. Engine is provided also with two main cylindrical shafts in each compartment, said shafts being installed coaxially by some ends in upper and lower halves of frame in center of its split on bearings, and on other ends, two cantilever pins are made from side of cylinder liners. Axes of pins are square to longitudinal axis of main shafts. Motion mechanism of each compartment contains two rocking cranks. One end of each crank is hinge-coupled through spherical shells with end ball head of piston shaft and other end is connected with pins of main shaft through bearings. Large and small gear wheels are installed on main shafts between bearings, respectively. Invention increases service life of engine by excluding side pressure onto walls of cylinder liners. EFFECT: improved overall dimension and weight characteristics of engine, reduced cost of manufacture and repair. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, отличающимся связями между поршнем и коренным валом, и предназначен для тепловозов, путевых машин, автомобилей, тракторов, электростанций и др. энергетических установок. The invention relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines, characterized by connections between the piston and the main shaft, and is intended for diesel locomotives, track machines, cars, tractors, power plants and other power plants.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий в одной секции картер, два оппозитно расположенных цилиндра (или 4 цилиндра расположенных Х-образно), два поршня, соединительный шток между поршнями, две направляющих штока, коленчатый вал, соединительный вал (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972 г.; Седунов И.П. Конструированный анализ бесшатунных двигателей Баландина и пути их совершенствования. Ж. "Двигателестроение", 1, 2000 г., с. 39). Known rodless internal combustion engine containing in one section of the crankcase, two opposed cylinders (or 4 cylinders arranged X-shaped), two pistons, a connecting rod between the pistons, two guide rods, a crankshaft, a connecting shaft (Balandin S.S. internal combustion engines. M.: Mechanical Engineering, 1972; IP Sedunov. Designed Analysis of Balandin Rodless Engines and Ways of Their Improvement. J. "Engine Engineering", 1, 2000, p. 39).

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции, повышенная точность изготовления деталей, наличие в одной секции большого количества деталей: картера, двух поршней, соединительного штока, направляющих, коленвала, и как следствие повышенная стоимость изготовления. A disadvantage of the known engine is the design complexity, increased manufacturing accuracy of parts, the presence of a large number of parts in one section: a crankcase, two pistons, a connecting rod, guides, a crankshaft, and as a result, an increased manufacturing cost.

Известны судовые малооборотные дизели, в которых применяется крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень в этом случае разгружен от бокового давления на стенки цилиндра. Known marine low-speed diesels in which a crosshead crank mechanism is used to convert the translational motion of the piston into the rotational motion of the crankshaft. In this case, the piston is unloaded from lateral pressure on the cylinder walls.

Недостатком известного двигателя является то, что боковая сила от крейцкопфа действует на направляющие остова и потери на трение все равно велики, что снижает механический коэффициент полезного действия двигателя, снижает его технический ресурс. Кроме того, значительно возрастает длина механизма и его масса, что не позволяет принимать эту систему на транспортных быстроходных двигателях внутреннего сгорания (Алексеев В.П. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, М.: Машиностроение, 1990 г, с. 244-250). A disadvantage of the known engine is that the lateral force from the crosshead acts on the guides of the skeleton and the friction losses are still large, which reduces the mechanical efficiency of the engine, reduces its technical resource. In addition, the length of the mechanism and its mass significantly increase, which does not allow this system to be adopted on high-speed transport internal combustion engines (Alekseev V.P. et al. Internal combustion engines. Design and operation of piston and combined engines, M .: Mechanical Engineering, 1990 g, p. 244-250).

Известен двигатель внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий остов, в котором расположены один или несколько отсеков, в каждом из которых установлены друг другу оппозитно две цилиндровые втулки, механизм движения, состоящий из двух поршней, поршневых пальцев и шатунов с подшипниками и коренного вала, который при выполнении двигателя из нескольких отсеков., является общим для них. Коренной вал выполнен в форме коленчатого вала и установлен в подшипниках скольжения. Коренной вал связан механической передачей с распределительным валом, который регулирует газораспределение. Этот двигатель внутреннего сгорания снабжен топливной системой, системой смазки, электросистемой, системой охлаждения (Ванштейнт В. А. Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей, Ленинград: Судостроение, 1969 г., стр.32, рис.4г. с.251, 254-259). A known internal combustion engine, adopted for the prototype, containing the skeleton, in which one or more compartments are located, in each of which two cylinder bushings are mounted opposite each other, a movement mechanism consisting of two pistons, piston pins and connecting rods with bearings and a main shaft, which when performing an engine from several compartments., is common to them. The main shaft is made in the form of a crankshaft and mounted in plain bearings. The main shaft is connected by mechanical transmission to the camshaft, which regulates the gas distribution. This internal combustion engine is equipped with a fuel system, a lubrication system, an electrical system, a cooling system (Vanstein, V.A. Design and Strength Analysis of Marine Diesels, Leningrad: Shipbuilding, 1969, p. 32, Fig. 4g. P. 251, 254- 259).

Недостатком известного двигателя является низкий технический ресурс из-за быстрого износа пары трения "цилиндровая втулка-поршень", нагруженной поперечными знакопеременными силами при отклонениях шатуна от продольной оси цилиндра, а также невысокое значение механического кпд главным образом из-за больших потерь на трение в поперечно нагруженной цилиндропоршневой группе и подшипниках скольжения коленчатого вала. Сложность конструкции прототипа из-за необходимости изготовления двигателя в многоцилиндровом исполнении, т. к. из-за неравенства ускорений поршня в верхней и нижней мертвых точках возникают большие трудности с уравновешиванием его при малом числе цилиндров. Следствием указанных выше недостатков является повышенная стоимость эксплуатации двигателя из-за высокой стоимости ремонта большого количества деталей и повышенного расхода топлива. A disadvantage of the known engine is its low technical resource due to the rapid wear of the “cylinder bore-piston” friction pair loaded by transverse alternating forces when the connecting rod deviates from the longitudinal axis of the cylinder, as well as the low value of mechanical efficiency mainly due to large transverse friction losses loaded piston group and bearings of the crankshaft. The complexity of the design of the prototype due to the need to manufacture the engine in a multi-cylinder design, because due to the inequality of the acceleration of the piston in the upper and lower dead points, there are great difficulties in balancing it with a small number of cylinders. A consequence of the above disadvantages is the increased cost of operating the engine due to the high cost of repairing a large number of parts and increased fuel consumption.

Техническим результатом изобретения является повышение технического ресурса двигателя за счет исключения бокового давления поршня на стенки цилиндровых втулок, существенное повышение механического кпд двигателя (до 0,95) за счет уменьшения потерь на трение поршня о стенки цилиндра и замены подшипников скольжения на малогабаритные подшипники качения в опорах коренных валов, следствием чего является пониженный расход топлива и повышенная экологичность, в особенности на холостых режимах работы, полное уравновешивание двигателя даже с одним поршнем, улучшение габаритных и весовых показателей за счет применения нового механизма движения двигателя, снижение стоимости изготовления и ремонта двигателя за счет упрощения его конструкции. The technical result of the invention is to increase the technical resource of the engine by eliminating the lateral pressure of the piston on the walls of the cylinder liners, significantly increasing the mechanical efficiency of the engine (to 0.95) by reducing the loss of friction of the piston against the cylinder walls and replacing the plain bearings with small-sized rolling bearings in bearings of main shafts, which results in reduced fuel consumption and increased environmental friendliness, especially at idle operation, complete balancing of the engine even with These piston, improved dimensional and weight parameters through the use of a new mechanism of movement of the motor, reducing the cost of manufacture and repair of the engine by simplifying its design.

Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем остов, в котором расположено не менее одного отсека с двумя цилиндровыми втулками, установлены друг другу оппозитно, коренной и распределительный валы, связанные между собой механической передачей, механизм движения, включающий в себя поршни, коренной вал, в каждом отсеке остова установлены в двух оппозитно расположенных цилиндровых втулках один сдвоенный составной поршень с двумя его корпусами, соединенными между собой штоком, имеющим посередине утолщение с цилиндрическим отверстием, в которое посредством антифрикционных вкладышей шарнирно установлен своей центральной шаровой головкой поршневой валик, имеющий на концах симметрично расположенные концевые шаровые головки, и по два коренных вала, выполненных цилиндрической формы и соосно расположенных одними концами в верхней и нижней половинах остова по его центру разъема на подшипниках, а на других концах со стороны цилиндровых втулок консольно выполнены по два пальца, оси которых перпендикулярны к продольной оси коренных валов, при этом на коренных валах между подшипниками соответственно установлены большое и малое зубчатое колеса, аналогичные зубчатые колеса установлены на распределительном вале, смонтированном параллельно коренным валам, причем большие зубчатые колеса коренного и распределительного валов сцеплены между собой непосредственно, а их малые зубчатые колеса сцеплены между собой посредством промежуточного зубчатого колеса, а механизм движения каждого отсека двигателя снабжен двумя качающимися кривошипами, один конец каждого кривошипа шарнирно соединен посредством поперчно разрезных сферических антифрикционных вкладышей с концевой шаровой головкой поршневого валика, а другой его конец соединен с пальцами коренного вала посредством подшипников. Кроме этого, на внешних концах коренных валов со стороны подшипников установлены зубчатые колеса для привода вспомогательных агрегатов, на внутренних концах коренных валов со стороны цилиндровых втулок и на зубчатых колесах для привода вспомогательных агрегатов расположены противовесы для полного динамического уравновешивания инерционных сил и моментов подвижных деталей двигателя, на корпусах сдвоенного составного поршня укреплены жаропрочные головки посредством болтового соединения, при выполнении двигателя из отсеков более одного коренные валы каждого отсека связаны между собой зубчатыми колесами, которые предназначены также для привода вспомогательных агрегатов. The specified technical result is achieved by the fact that in the internal combustion engine containing the skeleton, in which at least one compartment with two cylinder bushings is located, opposed, main and camshafts are connected to each other, interconnected by a mechanical transmission, a movement mechanism including pistons , the main shaft, in each compartment of the skeleton one double composite piston with two housings connected to each other by a rod having in the middle there is a thickening with a cylindrical hole in which a piston roller is mounted pivotally with its central ball head by means of anti-friction liners and has end symmetrical spherical heads at the ends, and two main shafts made of cylindrical shape and coaxially located at one end in the upper and lower halves of the core to the center of the connector on the bearings, and at the other ends from the side of the cylinder liners, two fingers are cantilevered, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the main shafts between the bearings, respectively, large and small gears, respectively, similar gears are mounted on a camshaft mounted parallel to the main shafts, and the large gears of the main and camshafts are directly coupled to each other, and their small gears are engaged between each other by means of an intermediate gear wheel, and the movement mechanism of each engine compartment is equipped with two swinging cranks, one end of each oshipa pivotally connected by poperchno split spherical antifriction inserts with ball head end of the piston roller and the other end connected to the fingers of the main shaft by bearings. In addition, gears are mounted on the outer ends of the main shafts on the bearings side to drive the auxiliary units, on the inner ends of the main shafts on the side of the cylinder bushings and on the gears for the drive of the auxiliary units, counterweights are located for complete dynamic balancing of the inertial forces and moments of the moving engine parts, heat-resistant heads are mounted on the bodies of the double composite piston by means of a bolted connection, when the engine is executed from the compartments more than one The main shafts of each compartment are interconnected by gears, which are also designed to drive auxiliary units.

На фиг.1 показан двигатель внутреннего сгорания в разрезе по осевым линиям цилиндров и коренных валов, на фиг.2 - разрез фиг.1 по А-А, на фиг.3 - разрез фиг. 1 по Б-Б, на фиг.4 показаны совмещенные индикаторные диаграммы рабочих процессов в верхней и нижней камерах сгорания. Figure 1 shows the internal combustion engine in a section along the axial lines of the cylinders and the main shafts, figure 2 is a section of figure 1 along aa, figure 3 is a section of fig. 1 to BB, figure 4 shows the combined indicator diagrams of the working processes in the upper and lower combustion chambers.

Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1, 2, 3) состоит из верхней 1 и нижней 2 половин остова, образующих между собой не менее одного отсека и соединенных между собой болтами 3. Обе половинки остова отливаются из алюминиевого сплава. The internal combustion engine (figure 1, 2, 3) consists of the upper 1 and lower 2 halves of the core, forming at least one compartment and interconnected by bolts 3. Both halves of the core are cast from an aluminum alloy.

В каждом отсеке остова в соосных цилиндрических расточках верхней 1 и нижней 2 половин остова установлены две оппозитно расположенные цилиндровые втулки 4 и 5, уплотненные в остове резиновыми кольцами 6 для предотвращения вытекания охлаждающей жидкости. Цилиндровые втулки 4 и 5 отливаются из антифрикционного чугуна. С наружных торцов цилиндровые втулки 4 и 5 закрыты крышками 7, образующими верхний и нижний цилиндры (крышка нижнего цилиндра на чертежах не показана). Крышки 7 прикреплены к цилиндровым втулкам 4 и 5 и к верхней 1 и нижней 2 половинам остова шпильками (на чертежах не показаны). В каждой крышке 7 установлены по четыре клапана - два впускных 8 и два выпускных 9. Все клапаны размещены в направляющих втулках 10 и прижаты к крышке 7 пружинами 11, упирающимися в шайбы 12. В центре крышек 7 размещены форсунки 13. Клапаны 8 и 9 открываются и закрываются штангами 14 посредством рычагов 15 и 16. Приводной механизм клапанов 8 и 9 закрыт кожухом 17. In each compartment of the skeleton, in the coaxial cylindrical bores of the upper 1 and lower 2 halves of the skeleton, two opposed cylinder sleeves 4 and 5 are installed, sealed in the skeleton with rubber rings 6 to prevent leakage of coolant. Cylinder bushings 4 and 5 are cast from anti-friction cast iron. From the outer ends, the cylinder sleeves 4 and 5 are closed by caps 7, forming the upper and lower cylinders (the cover of the lower cylinder is not shown in the drawings). The caps 7 are attached to the cylinder liners 4 and 5 and to the upper 1 and lower 2 halves of the skeleton with studs (not shown in the drawings). Four valves are installed in each cover 7 — two inlet 8 and two exhaust 9. All valves are located in the guide bushings 10 and are pressed against the cover 7 by springs 11 resting on the washers 12. At the center of the covers 7 there are nozzles 13. Valves 8 and 9 open and closed by rods 14 by means of levers 15 and 16. The actuator mechanism of the valves 8 and 9 is closed by a casing 17.

В каждом отсеке остова в двух оппозитно расположенных цилиндровых втулках 4 и 5 установлен двойной составной поршень 18 с двумя корпусами 19 поршней, соединенных между собой штоком 20, отлитых совместно из алюминиевого сплава. К корпусам 19 поршня крепятся болтами 21 жаропрочные головки 22. На жаропрочных головках 22 размещено по три компрессионных кольца 23, а на корпусах 19 поршня по одному маслосъемному кольцу 24. Шток 20 посередине имеет утолщение с цилиндрическим отверстием 25, в котором размещены сферические антифрикционные вкладыши 26 и 27, закрепленные на штоке 20 болтами 28. Сферические антифрикционные вкладыши 26 и 27 охватывают посередине центральную шаровую головку 29 поршневого валика 30, на концах которого симметрично расположены две другие концевые шаровые головки 31 и 32. В каждом отсеке двигателя установлены по два коренных вала: правый 33 и левый 34, выполненные цилиндрической формы и соосно расположенные одними концами в верхней 1 и нижней 2 половинах остова по его центру разъема на роликовом 35 и шариковом 36 подшипниках качения. В качестве этих подшипников могут быть использованы и другие подшипники, например подшипники скольжения. In each compartment of the skeleton, in two opposed cylindrical bushings 4 and 5, a double composite piston 18 is installed with two piston bodies 19 connected to each other by a rod 20, cast together from an aluminum alloy. Heat-resistant heads 22 are bolted to the piston bodies 19 by bolts 21. Three compression rings 23 are placed on the heat-resistant heads 22, and one oil scraper ring 24 is provided on the piston bodies 19. The rod 20 in the middle has a thickening with a cylindrical hole 25 in which spherical antifriction liners 26 are placed and 27, fixed on the rod 20 by bolts 28. Spherical antifriction liners 26 and 27 cover in the middle the central ball head 29 of the piston roller 30, at the ends of which two other end ball balls are symmetrically located ki 31 and 32. Each compartment motor installed on two of the main shaft: right 33 and left 34 formed of cylindrical shape and coaxially arranged at one end in the top 1 and bottom halves of the core 2 on its center connector 35 on the roller 36 and the ball-bearing rolling elements. Other bearings, such as plain bearings, can also be used as these bearings.

На других концах коренных валов 33 и 34 со стороны их цилиндровых втулок 4 и 5 консольно выполнены по два пальца 37, оси которых перпендикулярны к продольной оси коренных валов 33 и 34. At the other ends of the main shafts 33 and 34 from the side of their cylinder liners 4 and 5, two fingers 37 are cantilevered, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the main shafts 33 and 34.

В механизм движения двигателя кроме двойного составного поршня 18 с поршневым валиком 30 и коренных валов 33 и 34 входят два качающихся кривошипа 38 и 39. Один конец каждого кривошипа 38 и 39 шарнирно соединен посредством поперечно-разрезных сферических антифрикционных вкладышей 40 и 41 и крышек 42 с концевой шаровой головкой 31 или 32 поршневого валика 30, а другой его конец соединен с пальцами 37 коренного вала 33 или 34 посредством игольчатых или других подшипников 43, смонтированных в стаканах 44. In addition to the double composite piston 18 with the piston roller 30 and the main shafts 33 and 34, two oscillating cranks 38 and 39 are included in the engine movement mechanism. One end of each crank 38 and 39 is pivotally connected by means of transverse-split spherical antifriction liners 40 and 41 and 42 s covers the end ball head 31 or 32 of the piston roller 30, and its other end is connected to the fingers 37 of the main shaft 33 or 34 by means of needle or other bearings 43 mounted in the cups 44.

На концах коренных валов 33 и 34 между подшипниками качения 35 и 36 соответственно установлены большое 45 и малое 46 зубчатые колеса. Аналогичные зубчатые колеса установлены на распределительном вале 47, смонтированном параллельно коренным валам 33 и 34, причем большое зубчатое колесо 45 коренного вала 33 и большое зубчатое колесо 48 распределительного вала 47 сцеплены между собой непосредственно, а малое зубчатое колесо 46 коренного вала 34 сцеплено с малым зубчатым колесом распределительного вала 47 посредством промежуточного зубчатого колеса (на чертежах не показано). At the ends of the main shafts 33 and 34 between the rolling bearings 35 and 36, respectively, large 45 and small 46 gears are installed. Similar gears are mounted on a camshaft 47 mounted parallel to the main shafts 33 and 34, with the large gear 45 of the main shaft 33 and the large gear 48 of the camshaft 47 engaged directly and the small gear 46 of the main shaft 34 engaged with the small gear camshaft wheel 47 by means of an intermediate gear (not shown in the drawings).

На внешних концах коренных валов 33 и 34 со стороны их установки на подшипниках 35 и 36 качения установлены зубчатые колеса 49 для привода вспомогательных агрегатов: генератора 50 через зубчатое колесо 51, объемного роторного нагнетатора 52 через зубчатое колесо 53, а также других агрегатов, например топливоподкачивающего насоса, электростартера и т.д. (на чертежах не показаны). At the outer ends of the main shafts 33 and 34 from the side of their installation, gears 49 are mounted on rolling bearings 35 and 36 for driving auxiliary units: a generator 50 through a gear wheel 51, a volumetric rotary blower 52 through a gear wheel 53, as well as other units, for example, a fuel pump pump, electric starter, etc. (not shown in the drawings).

На внутренних концах коренных валов 33 и 34 со стороны цилиндровых втулок 4 и 5 расположены противовесы 54 и 55 для уравновешивания инерционных сил поступательно движущихся масс составного поршня 18 с поршневым валиком 30 и вращающихся масс качающихся кривошипов 38 и 39. Для полного динамического уравновешивания инерционных сил и моментов подвижных деталей двигателя на каждом зубчатом колесе 49 установлены по одному противовесу 56. Таким образом, предложенный двигатель внутреннего сгорания полностью уравновешивается за счет противовесов 54, 55 и 56. On the inner ends of the main shafts 33 and 34 from the side of the cylinder liners 4 and 5, counterweights 54 and 55 are located to balance the inertial forces of the translationally moving masses of the composite piston 18 with the piston roller 30 and the rotating masses of the swinging cranks 38 and 39. For complete dynamic balancing of the inertial forces and moments of the moving parts of the engine on each gear 49 mounted one counterweight 56. Thus, the proposed internal combustion engine is fully balanced due to the counterweights 54, 55 and 56.

Углубления определенной формы в зависимости от способа смесеобразования в жаропрочных головках 22 составного поршня 18 с цилиндровыми втулками 4 и 5 и крышками 7 образуют верхнюю 57 и нижнюю 58 камеры сгорания. Depths of a certain shape depending on the method of mixture formation in the heat-resistant heads 22 of the composite piston 18 with cylinder sleeves 4 and 5 and covers 7 form the upper 57 and lower 58 combustion chambers.

Предложенный двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен как с двухтактным рабочим циклом и внутренним смесеобразованием (дизельный вариант), так и с четырехтактным рабочим циклом, как с внешним карбюраторным, так и с внутренним эжекторным смесеобразованием. Дизельный вариант предпочтительнее для автомобильных двигателей, как наиболее экономичный и экологически более совершенный. Поэтому предложенный двигатель внутреннего сгорания снабжен двумя топливными насосами высокого давления 59 и 60, приводимыми в действие распределительным валом 47. Насосы высокого давления 59 и 60 соединены с форсунками 13 трубками 61 и 62, впускные воздушные трубопроводы 63 верхнего и нижнего цилиндров соединены с выходным отверстием объемного роторного нагнетатора 52, а выпускные трубопроводы 64 - с глушителем шума (на чертежах не показано). The proposed internal combustion engine can be performed with a two-stroke duty cycle and internal mixture formation (diesel version), and with a four-stroke duty cycle, both with external carburetor and internal ejector mixture formation. The diesel option is preferable for car engines, as the most economical and environmentally more advanced. Therefore, the proposed internal combustion engine is equipped with two high-pressure fuel pumps 59 and 60 driven by a camshaft 47. High-pressure pumps 59 and 60 are connected to nozzles 13 by tubes 61 and 62, air inlet pipes 63 of the upper and lower cylinders are connected to the outlet of the volumetric rotary supercharger 52, and exhaust pipes 64 with a noise muffler (not shown in the drawings).

При выполнении двигателя внутреннего сгорания из отсеков более одного коренные валы 33 и 34 каждого отсека механически связаны между собой посредством зубчатых колес 49, которые служат также для привода и вспомогательных агрегатов. When performing the internal combustion engine from the compartments of more than one, the main shafts 33 and 34 of each compartment are mechanically interconnected by means of gears 49, which also serve as a drive and auxiliary units.

Описанный выше двигатель внутреннего сгорания, как и любой другой, имеет систему смазки трущихся деталей, систему охлаждения, систему пуска и регулирования, впускную и выпускную систему, систему технического диагностирования и др. Эти системы устроены точно также, как и у любого другого современного двигателя внутреннего сгорания. The internal combustion engine described above, like any other, has a lubrication system for rubbing parts, a cooling system, a start-up and control system, an intake and exhaust system, a technical diagnostic system, etc. These systems are designed exactly like any other modern internal engine combustion.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. The internal combustion engine operates as follows.

Предположим, что составной поршень 18 вместе с жаропрочными головками 22 движется снизу вверх. Тогда в верхней камере сгорания 57 заряд свежего воздуха будет сжиматься, а в нижней камере сгорания 58 будет протекать рабочий процесс расширения горячих газов после сгорания там порции впрыснутого форсункой 13 дизельного топлива. При приближении составного поршня 18 к верхней мертвой точке (ВМТ), еще не доходя до нее на несколько градусов по углу поворота качающихся кривошипов 38 и 39, распределительный вал 47 приведет в действие топливный насос высокого давления 59, который по трубке 61 подаст порцию дизельного топлива к форсунке 13, которая впрыснет его в камеру сгорания 57, а в нижней камере сгорания 58 в это время, когда составной поршень 18 не доходит до нижней мертвой точки (НМТ) на несколько градусов по углу поворота качающихся кривошипов 37 и 38, открываются выпускные клапаны 9 и происходит выпуск отработавших газов по выпускному трубопроводу 64 через глушитель шума в атмосферу. Через некоторое время при небольшом дополнительном повороте качающихся кривошипов 38 и 39 открываются и впускные клапаны 8. При этом сжатый объемным роторным нагнетателем 52 воздух по впускной воздушной трубе 63 через открытые впускные клапаны 8 и выпускные клапаны 9 будет осуществлять продувку нижней камеры сгорания 58 и заполнение ее свежим зарядом воздуха. При подходе составного поршня 18 с жаропрочными головками 22 к НМТ нижнего цилиндра и камеры сгорания 58 выпускные клапаны 9 закрываются, а впускные клапаны 8 продолжают некоторое время оставаться открытыми и после прохода составного поршня 18 нижней мертвой точки (НМТ). В этой фазе происходит надув нижней камеры сгорания 58 сжатым воздухом от объемного роторного нагнетателя 52 до некоторого давления, превышающего атмосферное, после чего и впускные клапаны 8 закрываются и начинается сжатие свежего заряда воздуха в нижней камере сгорания 58. Assume that the composite piston 18 together with the heat-resistant heads 22 moves from the bottom up. Then, in the upper combustion chamber 57, the charge of fresh air will be compressed, and in the lower combustion chamber 58, the working process of expanding hot gases will proceed after the portion of diesel fuel injected by the nozzle 13 is burned there. When the composite piston 18 approaches the top dead center (TDC), not yet reaching a few degrees from the angle of rotation of the swing cranks 38 and 39, the camshaft 47 will drive the high-pressure fuel pump 59, which will supply a portion of diesel fuel through the tube 61 to the nozzle 13, which will inject it into the combustion chamber 57, and in the lower combustion chamber 58 at the time when the composite piston 18 does not reach the bottom dead center (BDC) several degrees along the rotation angle of the swinging cranks 37 and 38, the exhaust valves open us 9 and the exhaust occurs through the discharge conduit 64 through the silencer into the atmosphere. After some time, with a slight additional rotation of the swinging cranks 38 and 39, the intake valves 8 also open. At the same time, the air compressed by the volumetric rotary supercharger 52 through the intake air pipe 63 through the open intake valves 8 and exhaust valves 9 will purge the lower combustion chamber 58 and fill it fresh charge of air. When the composite piston 18 with the heat-resistant heads 22 approaches the BDC of the lower cylinder and the combustion chamber 58, the exhaust valves 9 are closed, and the intake valves 8 continue to remain open for some time even after the composite piston 18 passes the bottom dead center (BDC). In this phase, the lower combustion chamber 58 is inflated with compressed air from the volumetric rotary supercharger 52 to a certain pressure exceeding atmospheric pressure, after which the intake valves 8 are closed and compression of the fresh air charge in the lower combustion chamber 58 begins.

А в это время в верхней камере сгорания 57 после воспламенения и сгорания порции впрыснутого форсункой 13 дизельного топлива резко повышается давление газов, под действием которого на жаропрочную головку 22 составного поршня 18 от ВМТ начинается его рабочий ход. Часть действующей на жаропрочную головку 22 силы через шток 20 составного поршня 18 непосредственно передается сжимаемому в нижней камере сгорания 58 свежему заряду воздуха, а вторая часть силы через антифрикционные вкладыши 26 и 27, центральную шаровую головку 29 поршневого валика 30 и далее через его концевые шаровые головки 31 и 32 и поперечно разрезные сферические антифрикционные вкладыши 40 и 41 передается на качающиеся кривошипы 38 и 39 и посредством игольчатых подшипников 43, установленных на пальцах 37 коренных валов 33 и 34 преобразуется во вращающие моменты, равномерно распределенные между правым 33 и левым 34 коренными валами. Синхронизация вращения коренных валов 33 и 34 на роликовых 35 и шариковых 36 подшипниках качения осуществляется посредством распределительного вала 47, двух больших зубчатых колес 45 и 48, сцепленных между собою непосредственно и двух малых зубчатых колес: 46 - коренного вала 34 и колеса распределительного вала 47, сцепленных между собою посредством промежуточного зубчатого колеса (на чертежах не показано). Благодаря такому зацеплению коренные валы 33 и 34 вращаются на подшипниках качения 35 и 36 в противоположных направлениях, а центр шаровой головки 29 поршневого валика 30 вместе с составным поршнем 18 и штоком 20 движутся поступательно вдоль осевой линии соосных цилиндровых втулок 4 и 5 по синусоидальному закону с одинаковым ускорением в ВМТ и НМТ. Сам же поршневой валик 30 совершает сложное движение, перемещается вверх и вниз и одновременно качается вправо и влево вокруг оси цилиндров втулок 4, 5. Таким образом, при работе описанного выше механизма движения составной поршень 18, перемещаясь как вверх, так и вниз вдоль цилиндровых втулок 4 и 5, не оказывает на них бокового давления при передаче газовых сил на коренные валы. At this time, in the upper combustion chamber 57, after ignition and combustion of a portion of the diesel fuel injected by the nozzle 13, the gas pressure rises sharply, under the influence of which the working stroke begins on the heat-resistant head 22 of the composite piston 18 from TDC. Part of the force acting on the heat-resistant head 22 through the rod 20 of the composite piston 18 is directly transferred to a fresh charge of air compressed in the lower combustion chamber 58, and the second part of the force is supplied through the anti-friction liners 26 and 27, the central ball head 29 of the piston roller 30 and then through its end ball heads 31 and 32 and transversely split spherical antifriction liners 40 and 41 are transmitted to the swinging cranks 38 and 39 and through the needle bearings 43 mounted on the fingers 37 of the main shafts 33 and 34 is converted into rotations moments evenly distributed between the right 33 and left 34 main shaft. The rotation of the main shafts 33 and 34 on the roller 35 and ball 36 rolling bearings is synchronized by means of a camshaft 47, two large gears 45 and 48, coupled directly between themselves and two small gears: 46 - the main shaft 34 and the camshaft 47, interlocked by means of an intermediate gear (not shown in the drawings). Due to this engagement, the main shafts 33 and 34 rotate in opposite directions on the rolling bearings 35 and 36, and the center of the ball head 29 of the piston roller 30 together with the composite piston 18 and the rod 20 move progressively along the axial line of the coaxial cylinder bushings 4 and 5 according to a sinusoidal law with the same acceleration at TDC and BDC. The piston roller 30 itself makes a complex movement, moves up and down and simultaneously swings left and right around the axis of the cylinders of the bushings 4, 5. Thus, when the movement mechanism described above is operated, the composite piston 18, moving both up and down along the cylinder bushings 4 and 5, does not exert lateral pressure on them when transferring gas forces to the main shafts.

При перемещении составного поршня 18 от ВМТ верхнего цилиндра вниз на величину рабочего хода, но не доходя до НМТ, распределительный вал 47 посредством штанги 14 и рычагов 16 откроет два выпускных клапана 9. Начинается выпуск отработанных газов из верхней камеры сгорания 57 в выпускной трубопровод 64 и далее через глушитель в атмосферу. С этого момента все фазы газораспределения - продувка верхней камеры сгорания 57, наддув ее и сжатие свежего воздушного заряда будут повторяться так же, как и для нижней камеры сгорания 58. When moving the composite piston 18 from the upper cylinder TDC downward by the stroke, but not reaching the BDC, the camshaft 47 by means of the rod 14 and levers 16 will open two exhaust valves 9. The exhaust gases begin to discharge from the upper combustion chamber 57 into the exhaust pipe 64 and further through the muffler to the atmosphere. From this moment on, all phases of gas distribution — blowing off the upper combustion chamber 57, pressurizing it and compressing the fresh air charge will be repeated in the same way as for the lower combustion chamber 58.

При работе энергия расширяющихся газов одной из камеры сгорания 57 и 58 соответственно передается более чем наполовину сжимаемому воздушному заряду второй камеры сгорания 58 или 57 непосредственно через шток 20 составного поршня 18 с минимальными потерями. Из индикаторных диаграмм рабочих процессов сжатия-расширения Р мПа от хода поршня S (фиг.4) в верхней 57 и нижней 58 камерах сгорания видно, что работа, выраженная площадью OCSO составляет больше половины всей работы сжатия воздушного заряда. Работа, выраженная площадью OSKCO передается непосредственно через шток 20 составного поршня 18. Работа, выраженная площадью CKSC, составляет меньше половины площади OSKCO и передается через новый механизм движения, коренные валы 33 и 34, качающиеся кривошипы 38 и 39, поршневой валик 30 на составной поршень 18. During operation, the energy of the expanding gases of one of the combustion chamber 57 and 58, respectively, is transferred to more than half the compressible air charge of the second combustion chamber 58 or 57 directly through the rod 20 of the composite piston 18 with minimal losses. From the indicator diagrams of the compression-expansion processes R MPa from the piston stroke S (Fig. 4) in the upper 57 and lower 58 combustion chambers, it is seen that the work expressed by the OCSO area is more than half of the entire work of compressing the air charge. Work expressed by the OSKCO area is transmitted directly through the stem 20 of the composite piston 18. Work expressed by the CKSC area is less than half the OSKCO area and transmitted through the new movement mechanism, the main shafts 33 and 34, the swing cranks 38 and 39, the piston shaft 30 to the composite piston 18.

Мощность двигателя внутреннего сгорания для внешней нагрузки может отбираться от одного из коренных валов 33 и 34 или с распределительного вала 47, что предпочтительнее. The power of the internal combustion engine for external load can be taken from one of the main shafts 33 and 34 or from the camshaft 47, which is preferable.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания существенно повышает механический кпд двигателя до 0,95, он не создает бокового давления составного поршня на цилиндровые втулки, что снижает интенсивность износа боковых стенок цилиндровых втулок и составного поршня. В двигателе используются в опорах коренных валов подшипники качения, тем самым снижаются потери на трение. В этом двигателе повышается кпд процесса сжатия воздушного заряда в камерах сгорания за счет передачи энергии расширяющих газов одного цилиндра воздушному заряду второго цилиндра непосредственно через шток составного поршня. The proposed internal combustion engine significantly increases the mechanical efficiency of the engine to 0.95, it does not create lateral pressure of the composite piston on the cylinder liners, which reduces the wear rate of the side walls of the cylinder liners and the composite piston. The engine uses rolling bearings in the bearings of the main shafts, thereby reducing friction losses. In this engine, the efficiency of the compression process of the air charge in the combustion chambers is increased due to the energy transfer of the expanding gases of one cylinder to the air charge of the second cylinder directly through the rod of the composite piston.

Предлагаемый двигатель полностью динамически уравновешен от сил инерции и моментов подвижных деталей, даже при одном отсеке он уравновешивается с помощью четырех противовесов. The proposed engine is fully dynamically balanced from the forces of inertia and the moments of the moving parts, even with one compartment it is balanced by four counterweights.

В результате в предлагаемом двигателе повышается технический ресурс двигателя, снижается удельный расход топлива, повышается экологичность. Сам двигатель становится в конструктивном отношении проще, исключается сложный коленчатый вал, шатуны, улучшаются габаритные и весовые показатели. As a result, in the proposed engine increases the technical resource of the engine, decreases specific fuel consumption, increases environmental friendliness. The engine itself becomes structurally simpler, a complex crankshaft, connecting rods are excluded, overall and weight indicators are improved.

Claims

1. An internal combustion engine containing a skeleton in which at least one compartment is located with two cylinder bushings mounted opposite each other, a main shaft and a camshaft connected by a mechanical transmission, a movement mechanism including pistons, a main shaft, characterized in that in each compartment of the skeleton one double composite piston is installed in two opposite cylinder sleeves with its two bodies interconnected by a rod having a thickening in the middle with a cylinder a hole in which a piston roller is mounted pivotally with its central ball head by means of anti-friction liners and has end symmetrical ball heads at its ends, and two main shafts made of cylindrical shape and coaxially located at one end in the upper and lower halves of the core along its center of the connector on the bearings, and on their other ends from the side of the cylinder liners, two fingers are cantilevered, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the main shafts, while on large and small gears are respectively mounted between the bearings on the shafts between the bearings, similar gears are mounted on a camshaft mounted parallel to the main shafts, the large gears of the main and camshafts are directly coupled to each other, and their small gears are interlocked by means of an intermediate gear , and the movement mechanism of each engine compartment is equipped with two oscillating cranks, one end of each crank is pivotally connected to by means of transversely split spherical antifriction liners with an end ball head of a piston roller, and its other end is connected to the fingers of the main shaft by bearings.

2. The engine according to claim 1, characterized in that on the outer ends of the main shaft from the side of the bearings are mounted gears for driving auxiliary units.

3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that on the inner ends of the main shafts from the side of the cylinder bushings and on the gear wheels for driving auxiliary units, counterweights are located for complete dynamic balancing of the inertial forces and moments of the moving parts of the engine.

4. The engine according to claims 1 to 3, characterized in that heat-resistant heads are bolted to the housings of the twin composite piston.

5. The engine according to claims 1 to 4, characterized in that when the engine is executed from the compartments of more than one, the main shafts of each compartment are mechanically interconnected by gear wheels, which are also designed to drive auxiliary units.