RU2222703C2

RU2222703C2 - Crank mechanism (versions)

Info

Publication number: RU2222703C2
Application number: RU2000116216/11A
Authority: RU
Inventors: С.А. Тарасов
Original assignee: 4 Цнии Мо Рф
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion piston engines. SUBSTANCE: according to first design version, member changing piston stroke value at working and idle stroke is made in form of two articulated parts with flexible element and element locking one movable part inside the other. Part locking element is made in form of rod lock in rod handles. According to second design version, piston stroke changing member is made on connecting rod and is composed of two parts telescoping relative to each other. According to third design version, piston stroke changing member at working and idle stroke is made on crosshead and is composed of two parts telescoping relative to each other, being installed in points of attachment of connecting rod or crosshead pin from inner side of piston, and connecting rod or crosshead pin is installed in longitudinal guides. EFFECT: increased engine power output owing to making of connecting rod or piston or crosshead with member changing value of piston stroke at working and idle strokes. 9 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to engine building, and more particularly to reciprocating internal combustion engines.

Известен поршень двигателя внутреннего сгорания /1/, автоматически регулирующий степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, подвижную головку и размещенные между ними упругий и термочувствительный элементы. Known piston of an internal combustion engine / 1 /, automatically adjusting the compression ratio of an internal combustion engine, comprising a housing, a movable head and elastic and heat-sensitive elements placed between them.

В качестве прототипа выбран кривошипно-шатунный механизм двигателя ЗИЛ-130 классического типа /2/, состоящий из блока цилиндров, головок цилиндров, поршней с кольцами, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, вкладышей, маховика и поддона картера. As a prototype, the ZIL-130 engine crank mechanism of the classic type / 2 /, consisting of a cylinder block, cylinder heads, pistons with rings, piston pins, connecting rods, crankshaft, liners, flywheel and crankcase, was selected.

Известен кривошипно-шатунный механизм по патенту США 4515114 /5/, в котором поршень имеет верхнюю и нижнюю части, расположенные одна на другой, и устройство для скользящего соединения двух частей. Части поршня могут перемещаться одна относительно другой между раздвинутым и сжатым положениями вдоль оси, совпадающей с центральной осью расточки цилиндра. От верхней части поршня к его нижней части простирается контактный элемент. При периодическом угловом перемещении шатуна происходит вращение кулачкового устройства, которое взаимодействует с контактным элементом для раздвигания частей поршня, когда поршень совершает такт расширения, и сдвигание частей, когда поршень совершает такт впуска. Кулачковое устройство содержит кольцевой элемент, соединенный с поршневым пальцем и имеющий по меньшей мере одну защелку, подвижно соединенную с ним, и кулачок, имеющий на внешней периферийной поверхности несколько выступов. На внутренней периферийной поверхности кулачка выполнено храповое колесо, которое взаимодействует с защелкой. Выступы кулачка воздействуют на контактный элемент. Недостатком данного изобретения является уменьшение хода головки поршня в такте расширения на высоту камеры сгорания (высоту вытягивания частей поршня), которое происходит при движении поршня вниз при вращении кулачкового устройства под воздействием углового перемещения шатуна. Known crank mechanism according to US patent 4515114/5 /, in which the piston has upper and lower parts located one on top of the other, and a device for sliding connection of two parts. Parts of the piston can move relative to one another between the extended and compressed positions along an axis that coincides with the central axis of the cylinder bore. A contact element extends from the upper part of the piston to its lower part. With periodic angular movement of the connecting rod, the cam device rotates, which interacts with the contact element to move apart the piston parts when the piston makes an expansion stroke, and the parts move when the piston makes an intake stroke. The cam device comprises an annular element connected to the piston pin and having at least one latch movably connected to it, and a cam having several protrusions on the outer peripheral surface. A ratchet wheel is made on the inner peripheral surface of the cam, which interacts with the latch. The protrusions of the cam act on the contact element. The disadvantage of this invention is to reduce the stroke of the piston head in the expansion stroke to the height of the combustion chamber (the height of the extension of the piston parts), which occurs when the piston moves down when the cam rotates under the influence of the angular movement of the connecting rod.

Недостатком вышеуказанных аналогов и прототипа является низкая мощность двигателя, вызванная недостаточной степенью использования полного объема цилиндра, степенью наполнения полного объема цилиндра и степенью удаления отработавших газов. The disadvantage of the above analogues and prototype is the low engine power caused by the insufficient degree of use of the full volume of the cylinder, the degree of filling of the total volume of the cylinder and the degree of exhaust gas removal.

Доказательством этого является факт неиспользования вышеуказанных аналогов и широкое применение в настоящее время на отечественных 4-цилиндровых автомобилях, например, семейства "ВАЗ" 16-клапанных двигателей вместо обычных 8-клапанных. Proof of this is the fact that the above analogues are not used and are currently widely used on domestic 4-cylinder cars, for example, the VAZ family of 16-valve engines instead of the usual 8-valve ones.

Настоящим техническим предложением решается задача увеличения мощности двигателя. This technical proposal solves the problem of increasing engine power.

Решение поставленной задачи достигается выполнением шатуна, или поршня, или крейцкопфа с элементом, изменяющим величину хода поршня при его рабочем и холостых ходах. Элемент, изменяющий величину хода поршня при его рабочем и холостых ходах, выполнен в виде двух подвижно сочлененных частей, оснащенных упругим элементом и элементом блокировки одной подвижной части в другой. Элемент блокировки одной подвижной части в другой выполнен в виде элемента блокировки стержня в стержневых ручках. Элемент, изменяющий величину хода поршня соответственно для его рабочего и холостых ходов, может быть установлен в точках крепления шатунного или крейцкопфного пальца с внутренней стороны поршня, а шатунный или крейцкопфный палец установлен в продольных направляющих. The solution to this problem is achieved by performing a connecting rod, or piston, or crosshead with an element that changes the magnitude of the piston stroke during its working and idle strokes. The element that changes the magnitude of the stroke of the piston during its working and idle strokes is made in the form of two movably articulated parts equipped with an elastic element and an element for blocking one movable part in another. The locking element of one moving part in another is made in the form of a rod locking element in the rod handles. An element that changes the size of the piston stroke, respectively, for its working and idle strokes, can be installed at the attachment points of the connecting rod or crosshead pin on the inside of the piston, and the connecting rod or crosshead pin is installed in the longitudinal guides.

Заявленное техническое решение имеет следующие отличительные признаки от аналога /1/:
упругий элемент между подвижно сочлененными частями поршня в аналоге установлен для обеспечения возможности втягивания и вытягивания подвижных частей в такте расширения, а не втягивания в такте впуска и/или сжатия и вытягивания в такте выпуска;
обязательное наличие термочувствительного исполнительного элемента, обеспечивающего постоянное положение головки поршня в тактах выпуска, впуска и сжатия и исключение полного удаления отработавших газов в такте выпуска;
изменение положения головки поршня в аналоге происходит при изменении температуры головки поршня, а не в зависимости от вида такта двигателя внутреннего сгорания;
аналог обеспечивает только изменение степени сжатия ДВС в зависимости от температуры головки поршня - изменение положения головки поршня на миллиметры, а заявленное изобретение - полное удаление отработавших газов - изменение положения поршня на высоту и более камеры сгорания (на сантиметры);
отсутствие возможности доработки данного изобретения для обеспечения полного удаления отработавших газов, исходя из известного уровня техники; необходимость включения в данное изобретения другого упругого элемента (с другой выталкивающей силой) и другого элемента блокировки, связанных функционально, обеспечивают достижение неявным образом вытекающего из уровня техники положительного результата - полное удаление отработавших газов из цилиндра и увеличение мощности двигателя, аналог же обеспечивает повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания на режимах холостого хода самого двигателя (не под нагрузкой).The claimed technical solution has the following distinctive features from the analogue / 1 /:
the elastic element between the movably articulated parts of the piston in the analogue is installed to enable retracting and stretching of the moving parts in the expansion stroke, rather than retracting in the intake and / or compression and pulling stroke in the exhaust stroke;
the mandatory presence of a thermosensitive actuator, ensuring a constant position of the piston head in the exhaust, intake and compression strokes and eliminating the complete removal of exhaust gases in the exhaust stroke;
a change in the position of the piston head in the analog occurs when the temperature of the piston head changes, and not depending on the type of cycle of the internal combustion engine;
the analogue provides only a change in the compression ratio of the internal combustion engine depending on the temperature of the piston head - a change in the position of the piston head by millimeters, and the claimed invention - the complete removal of exhaust gases - change of the piston position to a height or more of the combustion chamber (by centimeters);
the lack of the possibility of refinement of this invention to ensure complete removal of exhaust gases, based on the prior art; the need to include in this invention another elastic element (with a different buoyant force) and another blocking element, connected functionally, ensure the achievement of a positive result implicitly arising from the prior art — the complete removal of exhaust gases from the cylinder and an increase in engine power, while the same provides an increase in engine efficiency internal combustion at idle of the engine itself (not under load).

Заявленное техническое решение имеет следующие отличия от аналога /5/:
упругорастянутые элементы и упругосжатый гайкой элемент, установленные по одному на дополнительных стержнях, подвижно проходящих через элемент для скользящего соединения двух частей поршня, или упругосжатые гайкой элементы, установленные по два на дополнительных стержнях, подвижно проходящих через элемент для скользящего соединения двух частей поршня, которые обеспечивают сдвигание (втягивание) частей, когда поршень совершает такт впуска;
контактный элемент с кулачковым устройством обеспечивает раздвигание (вытягивание) частей поршня в такте расширения и возможность их втягивания в такте впуска, при периодическом угловом перемещении шатуна происходит вращение кулачкового устройства, которое взаимодействует с контактным элементом для вытягивания частей поршня в такте расширения и возможности их втягивания под воздействием упругих элементов в такте впуска;
в тактах выпуска и сжатия положение частей поршня относительно друг друга не меняется (остается постоянным).The claimed technical solution has the following differences from the analogue / 5 /:
elastically stretched elements and an elastically compressed nut element installed one at a time on additional rods moving through the element for sliding connection of two piston parts, or elastically compressed elements installed two on two additional rods moving through the element for sliding connection of two piston parts, which provide shifting (retracting) parts when the piston makes an intake stroke;
the contact element with the cam device provides the extension (extension) of the piston parts in the expansion stroke and the possibility of their retraction in the intake stroke, with a periodic angular movement of the connecting rod, the cam device rotates, which interacts with the contact element to extend the piston parts in the expansion stroke and the possibility of their retraction under the action of elastic elements in the intake stroke;
in the strokes of the release and compression, the position of the piston parts relative to each other does not change (remains constant).

На фигурах представлены примеры выполнения элементов кривошипно-шатунного механизма. The figures show examples of the execution of the elements of the crank mechanism.

На фиг. 1 представлен шатун 1 с элементом 2, изменяющим величину хода поршня при его рабочем и холостых ходах, выполненным на стержне шатуна (аналогично элемент 2 выполняется на стержне крейцкопфа). In FIG. Figure 1 shows a connecting rod 1 with an element 2, which changes the magnitude of the piston stroke during its working and idle strokes, made on the rod of the connecting rod (similarly, element 2 is performed on the crosshead rod).

На фиг.2а представлен поршень 3 с элементом 2, установленным на стержне с дополнительной опорой, соединяющей подвижную головку поршня и его корпус. On figa presents the piston 3 with the element 2 mounted on the rod with an additional support connecting the movable head of the piston and its body.

На фиг.2б - поршень с элементом 2, выполненным на стержнях, установленных на шатунном пальце 5. On figb - the piston with the element 2, made on the rods mounted on the connecting rod pin 5.

На фиг. 3 - элемент 2 установлен в точках крепления шатунного или крейцкопфного пальца 5 (в общем случае палец является поршневым, т.к. принадлежит также и поршню) с внутренней стороны поршня 3, а шатунный или крейцкопфный палец 5 установлен в продольных направляющих. In FIG. 3 - element 2 is installed at the attachment points of the connecting rod or crosshead pin 5 (in the general case, the pin is a piston pin, since it also belongs to the piston) on the inside of the piston 3, and the connecting rod or crosshead pin 5 is installed in the longitudinal guides.

На фигурах 3а, 3б, 3в, 3г, 3д, 3е приведены примеры выполнения поршневого или крейцкопфного пальца в продольных направляющих. Figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3d, 3e show examples of the implementation of a piston or crosshead finger in the longitudinal guides.

На фиг.3а представлен поршень 3, в котором продольные направляющие выполнены в виде продольных отверстий 26 в стенках поршня, при этом сам палец 5 может быть выполнен в виде трубки круглого сечения (фиг.3а₁) или трубки круглого сечения, на концах которой выполнены стержни прямоугольного или квадратного сечения (фиг. 3а₂). Палец 5 удерживается от осевого смещения стопорными кольцами 25, которые могут быть установлены в канавках отверстий и прикреплены к пальцу с помощью крепежных элементов (болты, шурупы) или подобные стопорные элементы, например, в виде выступов выполнены или установлены по всей поверхности отверстий или ее части, препятствуя осевому смещению пальца. Палец может быть установлен заподлицо в отверстиях в поршне, или отверстия (отверстие) могут быть выполнены глухими (глухим), или отверстия могут закрываться пробками. Пунктиром на поршне 3 обозначена форма отверстий в стенках поршня для пальца со стержнями на концах прямоугольного или квадратного сечения. Элемент 2, обеспечивающий изменение величины хода поршня при его рабочем и холостых ходах, например, см. фиг.3а₁, может быть надет на поршневой палец 5, установлен с помощью нижней головки или нижним концом по форме штыря продет через палец, при этом нижний конец закрепляется крепежным элементом, например шплинтом или гайкой (в этом случае каких-либо осевых стопорных элементов для пальца не требуется).On figa presents the piston 3, in which the longitudinal guides are made in the form of longitudinal holes 26 in the walls of the piston, while the finger 5 can be made in the form of a tube of circular cross section (figa ₁ ) or a tube of circular cross section, at the ends of which are made rods of rectangular or square section (Fig. 3A ₂ ). The finger 5 is kept from axial displacement by the retaining rings 25, which can be installed in the grooves of the holes and attached to the finger using fasteners (bolts, screws) or similar locking elements, for example, in the form of protrusions made or installed on the entire surface of the holes or part thereof , preventing axial displacement of the finger. The finger can be mounted flush in the holes in the piston, or the holes (hole) can be made blind (blind), or the holes can be closed with plugs. The dotted line on the piston 3 indicates the shape of the holes in the walls of the piston for the finger with rods at the ends of a rectangular or square section. The element 2, providing a change in the stroke of the piston during its working and idle strokes, for example, see Fig. 3a ₁ , can be worn on the piston pin 5, installed using the lower head or through the pin in the shape of a pin through the finger, while the lower the end is fixed with a fastening element, for example a cotter pin or a nut (in this case, no axial locking elements for the finger are required).

На фиг. 3б представлен поршень 3 с продольными направляющими в виде продольных канавок 27 в стенках поршня, в которые вставлен палец 5, например, в виде трубки круглого сечения классического типа (фиг.3б₁), в виде трубки круглого сечения, на концах которой выполнены стержни прямоугольного или квадратного сечения (фиг.3б₂), в виде трубки круглого сечения, на концах которой выполнены сферические опоры (фиг.3б₃), в виде трубки круглого сечения (фиг.3б₄), в которую вставлены элементы качения, например, в виде шариков (могут быть цилиндрические элементы качения). На фиг.3в представлен пример выполнения продольных направляющих в виде продольных выступов 28 на внутренней поверхности стенок поршня и в виде пальцев 5, на торцах которых выполнены канавки (пазы) под выступы. Каждый продольный выступ может быть выполнен парным с образованием между ними канавок, при этом выполнение пазов на пальце не требуется.In FIG. 3b shows a piston 3 with longitudinal guides in the form of longitudinal grooves 27 in the piston walls into which the pin 5 is inserted, for example, in the form of a tube of classical cross-section (fig. 3b ₁ ), in the form of a tube of circular cross-section, at the ends of which rectangular rods are made or a square cross-section (Fig.3b ₂ ), in the form of a tube of circular cross-section, at the ends of which spherical supports are made (Fig.3b ₃ ), in the form of a tube of circular cross-section (Fig.3b ₄ ), into which rolling elements are inserted, for example, in in the form of balls (there may be cylindrical elements and I). On figv presents an example of the longitudinal guides in the form of longitudinal protrusions 28 on the inner surface of the walls of the piston and in the form of fingers 5, at the ends of which grooves (grooves) are made for the protrusions. Each longitudinal protrusion can be made paired with the formation of grooves between them, while the grooves on the finger are not required.

На фиг. 3г представлен пример выполнения поршня 5, в котором продольные канавки выполнены в виде штырей 29, выполненных или установленных на нижней юбке поршня, по которым перемещается (скользит) палец, выполненный, например, аналогично пальцам, представленным на фиг.3в₁, 3в₂.In FIG. Figure 3g shows an example of the execution of the piston 5, in which the longitudinal grooves are made in the form of pins 29 made or mounted on the lower skirt of the piston along which a finger moves (slides), made, for example, similarly to the fingers shown in Figs. 3c ₁ , 3c ₂ .

На фиг.3д представлен пример выполнения пальца 5 в виде трубки, на концах которой выполнены стержни прямоугольного или квадратного сечения, имеющие длины сторон, превышающие диаметр трубки. On fig.3d presents an example of the implementation of the finger 5 in the form of a tube, at the ends of which are made rods of rectangular or square section having side lengths exceeding the diameter of the tube.

На фиг. 3е представлен вариант выполнения поршня, при этом продольные направляющие 30, разделенные на сегменты, установлены на упругих элементах в стенках цилиндра и на них выполнены косые торцы, взаимодействующие с поршнем при его движении по цилиндру (т.е. направляющие выполнены посегментно утапливаемыми). Могут быть другие частные случаи выполнения продольных направляющих, технический облик которых хорошо известен из существующего уровня техники. In FIG. 3e, an embodiment of a piston is shown, wherein the longitudinal guides 30, divided into segments, are mounted on elastic elements in the cylinder walls and oblique ends are made on them, interacting with the piston when it moves along the cylinder (i.e., the guides are made segmentally recessed). There may be other special cases of longitudinal guides, the technical appearance of which is well known from the existing level of technology.

На фиг. 4 представлено техническое решение элемента 2, изменяющего величину хода поршня соответственно для его рабочего и холостых ходов, выполненного в виде двух подвижно сочлененных частей 6 и 7, оснащенных упругим элементом 8 и элементом блокировки одной подвижной части в другой по техническому решению /3/. На внутренней поверхности части 6 выполнены направляющие выступы 9 и 10. В часть 6 вставлена пружина 8 и ответная часть 7 со штоком 11, имеющим верхний и нижний венец с зубцами и продольные канавки между ними, при этом направляющие выступы 9, взаимодействующие с нижним торцом, смещены в осевом и радиальном направлениях относительно направляющих выступов 10, взаимодействующих с верхним торцом венца. Шток 11 имеет головку для закрепления штока 11 в части 7 (шаровую опору или другое техническое решение шарнира). На части 6 выполнены выступы (башмаки) для фиксации нижнего конечного положения части 7 со штоком 11. In FIG. 4 presents the technical solution of the element 2, which changes the magnitude of the stroke of the piston, respectively, for its working and idle strokes, made in the form of two movably articulated parts 6 and 7, equipped with an elastic element 8 and an element for blocking one moving part in another according to the technical solution / 3 /. On the inner surface of part 6, guide projections 9 and 10 are made. Part 6 includes a spring 8 and a mate 7 with a rod 11 having an upper and lower crown with teeth and longitudinal grooves between them, while the guide projections 9 interacting with the lower end, offset in axial and radial directions relative to the guide protrusions 10, interacting with the upper end of the crown. The rod 11 has a head for fixing the rod 11 in part 7 (ball bearing or other technical solution of the hinge). On the part 6 protrusions (shoes) are made for fixing the lower end position of the part 7 with the rod 11.

На фиг.5 представлено техническое решение элемента 2, изменяющего величину хода поршня соответственно для его рабочего и холостых ходов, выполненного в виде серийно применяемого стандартного элемента блокировки стержня в стержневых ручках. На внутренней поверхности части 6 выполнены направляющие выступы, в нее вставлена ответная часть 7 с втулкой 12, имеющей зубчатый венец. На части 6 установлен также башмак внутри пружины 8 для фиксации нижнего конечного положения части 7 с втулкой 12. Figure 5 presents the technical solution of the element 2, which changes the magnitude of the stroke of the piston, respectively, for its working and idle strokes, made in the form of a standard applied standard element of the blocking of the rod in the rod handles. On the inner surface of part 6, guide projections are made, a mating part 7 with a sleeve 12 having a gear rim is inserted into it. On part 6, a shoe is also installed inside the spring 8 for fixing the lower end position of part 7 with the sleeve 12.

На фиг. 6 представлено техническое решение элемента 2, содержащего подвижную относительно оси части 7 втулку 13, при этом на наружной поверхности части 7 выполнены смещенные в осевом и радиальном направлении две пары выступов 14 и 15. На внутренней поверхности втулки 13 выполнены направляющие выступы с зубцами. In FIG. 6 shows the technical solution of the element 2, containing the sleeve 13 movable relative to the axis of the part 7, while on the outer surface of the part 7 two pairs of protrusions 14 and 15 are displaced in the axial and radial direction. On the inner surface of the sleeve 13 there are guide protrusions with teeth.

На фиг. 7 упругий элемент (пружина) 8 выполнена снаружи элемента блокировки подвижных частей 6 и 7, при этом элемент 2 выполнен по техническому решению, представленному на фиг.6. In FIG. 7, the elastic element (spring) 8 is made outside the blocking element of the movable parts 6 and 7, while the element 2 is made according to the technical solution presented in Fig.6.

Цикл двигателя с кривошипно-шатунным механизмом с элементом 2, изменяющим величину хода поршня при его рабочем и холостом ходах и представленным на фиг. 4, происходит следующим образом. Заканчивается такт выпуска отработавших газов. Под действием пружины 8 часть 7 со штоком 11 находятся в крайнем верхнем положении, что обеспечивает ход поршня до положения полного удаления отработавших газов из цилиндра (объем камеры сгорания равен нулю). При дальнейшем ходе вверх части 6 элемента 2 шток 11 скользит своими продольными канавками по направляющим выступам 10 до соприкосновения нижней части зубчатого венца с направляющими 9 и поворачивается на некоторый угол, при этом ход части 6 вверх прекращается. После начала хода части 6 вниз шток 11 с частью 7 под действием пружины 8 поднимается вверх до упора верхнего венца в направляющие выступы 10, шток поворачивается на некоторый угол и стопорится. При этом поршень засасывает порцию горючей смеси при карбюраторном двигателе (свежего воздуха при дизельном двигателе) в объеме камеры сгорания и далее продолжает такт впуска до нижней мертвой точки. При такте сжатия поршень поднимается к камере сгорания, пружина 8 под действием силы от сдавливаемой смеси сжимается, нижний зубчатый венец упирается в направляющие выступы 9, и шток 11 поворачивается на некоторый угол. Происходит завершение такта сжатия, смесь воспламеняется (впрыскивается топливо и смесь воспламеняется). Поршень идет вниз. Происходит рабочей ход поршня - такт расширения. При его завершении открываются выпускные клапана, давление в цилиндре падает, прекращается воздействие на часть 7 со штоком 11, пружина 8 поднимает часть 7 и шток 11 до взаимодействия верхнего зубчатого венца с направляющими 10, шток 11 поворачивается на некоторый угол, канавки штока совпадают с направляющими выступами 10 и часть 7 со штоком 11 перемещается по направляющим до конечного верхнего положения, обеспечивая максимальную величину хода поршня вверх до полного удаления отработавших газов. Далее начинается новый цикл. An engine cycle with a crank mechanism with an element 2 that changes the magnitude of the piston stroke during its working and idle strokes and is shown in FIG. 4 occurs as follows. The exhaust cycle is coming to an end. Under the action of the spring 8, part 7 with the rod 11 are in the highest position, which ensures the piston stroke to the position of complete removal of exhaust gases from the cylinder (the volume of the combustion chamber is zero). With a further upward movement of the part 6 of the element 2, the rod 11 slides with its longitudinal grooves along the guide protrusions 10 until the lower part of the ring gear comes into contact with the guides 9 and rotates by a certain angle, while the upward movement of the part 6 stops. After the start of the movement of the part 6 down the rod 11 with the part 7 under the action of the spring 8 rises up to the stop of the upper crown in the guiding protrusions 10, the rod rotates at a certain angle and stops. In this case, the piston sucks in a portion of the combustible mixture with the carburetor engine (fresh air with the diesel engine) in the volume of the combustion chamber and then continues the intake stroke to the bottom dead center. When the compression stroke, the piston rises to the combustion chamber, the spring 8 is compressed by the force of the compressible mixture, the lower gear ring abuts against the guide projections 9, and the rod 11 is rotated by a certain angle. The compression stroke ends, the mixture ignites (fuel is injected and the mixture ignites). The piston goes down. A piston stroke occurs - expansion stroke. When it is completed, the exhaust valves open, the pressure in the cylinder drops, the action on part 7 with the rod 11 stops, the spring 8 lifts the part 7 and the rod 11 until the upper gear ring interacts with the guides 10, the rod 11 is rotated by a certain angle, the grooves of the rod coincide with the guides protrusions 10 and part 7 with the rod 11 is moved along the guides to the final upper position, providing the maximum amount of piston stroke up to the complete removal of exhaust gases. Next, a new cycle begins.

Элемент 2, представленный на фиг.5, функционирует следующим образом. При действии силы на часть 7 она по направляющим части 6 движется вниз, зубцы втулки 12 выходят из направляющих, и втулка поворачивается на некоторый угол. При исчезновении силы часть 7 движется вверх, зубцы втулки взаимодействуют с направляющими выступами части 6 и поворачивают втулку на некоторый угол, и часть 7 стопорится в промежуточном положении, т.к. зубцы втулки не могут войти в канавки направляющих части 6. При повторном возникновении силы при взаимодействии зубцов с направляющими части 6 втулка 12 поворачивается на некоторый угол, часть 7 доходит до крайнего нижнего положения. При исчезновении силы под действием пружины 8 часть 7 перемещается вверх, при взаимодействии зубцов втулки с направляющими части 6 втулка 12 поворачивается на некоторый угол таким образом, что ее зубцы входят в канавки части 6, и часть 7 поднимается до своего крайнего верхнего положения. Element 2, presented in figure 5, operates as follows. When the force acts on part 7, it moves along the guides of part 6, the teeth of the sleeve 12 exit the guides, and the sleeve rotates at a certain angle. When the power disappears, part 7 moves up, the teeth of the sleeve interact with the guiding protrusions of part 6 and rotate the sleeve by a certain angle, and part 7 stops in the intermediate position, because the teeth of the sleeve cannot enter the grooves of the guides of the part 6. When the force reappears when the teeth interact with the guides of the part 6, the sleeve 12 is rotated by a certain angle, part 7 reaches its lowest position. When the force disappears under the action of the spring 8, part 7 moves upward, when the teeth of the sleeve interact with the guides of part 6, the sleeve 12 is rotated by a certain angle so that its teeth enter the grooves of part 6, and part 7 rises to its extreme upper position.

Элемент 2, представленный на фиг.6, функционирует следующим образом. При действии силы на часть 7 она, сжимая пружину 8, перемещается вниз. При этом выступы 15 выходят из направляющих втулки 13, а при взаимодействии зубцов направляющих втулки 13 с выступами 14 втулка 13 поворачивается на некоторый угол. При исчезновении силы пружина 8 подымает часть 7, при этом при взаимодействии зубцов втулки с выступами 15 она поворачивается на некоторый угол, и часть 7 поднимается до упора выступов 15 в выступы втулки, стопорится в промежуточном положении (выступы 15 не могут войти в канавки направляющих втулки), при этом выступы 14 находятся вне втулки 13. При следующем действии силы на часть 7 выступы 15 выходят из втулки 13, выступы 14 снова заходят во втулку и, взаимодействуя с зубцами ее выступов, вновь поворачивают втулку на некоторый угол так, что при исчезновении силы на часть 7 выступы 15 поворачивают втулку 13 до положения, при котором выступы 15 свободно входят в канавки между выступами втулки, и часть 7 под действием пружины 8 поднимается до первоначальной отметки - верхнего положения, обеспечивающего максимальный ход поршня. Element 2, presented in Fig.6, operates as follows. When a force acts on part 7, it compresses the spring 8 and moves down. In this case, the protrusions 15 come out of the guide bush 13, and when the teeth of the guide bush 13 interact with the protrusions 14, the bush 13 is rotated by a certain angle. When the force disappears, the spring 8 raises part 7, while interacting with the teeth of the sleeve with the protrusions 15, it rotates by a certain angle, and part 7 rises to the stop of the protrusions 15 into the protrusions of the sleeve, stops in the intermediate position (the protrusions 15 cannot enter the grooves of the guide bushings ), while the protrusions 14 are located outside the sleeve 13. During the next action of the force on part 7, the protrusions 15 exit the sleeve 13, the protrusions 14 again enter the sleeve and, interacting with the teeth of its protrusions, turn the sleeve again at a certain angle so that when enii force on portion 7 of the protrusions 15 rotate sleeve 13 to a position at which the projections 15 are free in the grooves between the projections of the sleeve and the part 7 by the spring 8 is lifted up to the initial mark - upper position, providing the maximum stroke of the piston.

Элемент 2 на фиг.7 функционирует аналогично элементу 2, представленному на фиг. 6. При данном расположении пружины 8 полость части 6 имеет меньшие размеры по сравнению с полостью, представленной на фиг.6. Element 2 in FIG. 7 functions similarly to element 2 of FIG. 6. With this arrangement of the spring 8, the cavity of the part 6 is smaller in comparison with the cavity shown in Fig.6.

В кривошипно-шатунном механизме /2/, выбранном за прототип, поршень за цикл совершает следующие хода:
h_вып+h_вп+h_сж+h_расш=h_ро+3h_ро=4h_ро, (а)
где h_вып - ход поршня в такте выпуска;
h_вп - ход поршня в такте впуска;
h_сж - ход поршня в такте сжатия;
h_расш - ход поршня в такте расширения;
h_ро - ход поршня, равный по величине рабочему объему цилиндра V_h, совпадающий по величине с рабочим ходом поршня;
3h_ро - ход поршня при его холостых ходах.In the crank mechanism / 2 / selected for the prototype, the piston performs the following strokes per cycle:
_MY h + h + h _{compression channel} _ch + h _ext = h + 3h _ro _ro _ro = 4h (a)
where h _vy is the piston stroke in the exhaust stroke;
h _VP - piston stroke in the intake stroke;
h _squ - piston stroke in compression stroke;
h _exp - piston stroke in the expansion stroke;
h _ro - piston stroke, equal in magnitude to the working volume of the cylinder V _h , coinciding in magnitude with the stroke of the piston;
3h _ro - piston stroke at idle.

В предлагаемом техническом решении при отсутствии наддува поршень за цикл совершает следующие хода:
(h_ро+h_кс)+h_ро+(h_ро-h_кс)+h_ро=
(h_ро+h_кс)+(3h_ро-h_кс)=4h_ро, (б)
где (h_ро+h_кс) - рабочий ход поршня, совершаемый за такт расширения и в такте выпуска за счет потенциальной энергии упругого элемента (полезная работа механизма);
(3h_ро-h_кс) - ход поршня при его холостых ходах (за счет энергии, запасенной в маховике);
h_кс - высота камеры сгорания.In the proposed technical solution, in the absence of pressurization, the piston performs the following strokes per cycle:
(h _ro + h _ks ) + h _ro + (h _ro -h _ks ) + h _ro =
(h _ro + h _ks ) + (3h _ro -h _ks ) = 4h _ro , (b)
where (h _ro + h _ks ) is the piston stroke made during the expansion stroke and in the release stroke due to the potential energy of the elastic element (useful work of the mechanism);
(3h _ro -h _xc ) - piston stroke at idle (due to the energy stored in the flywheel);
h _x - the height of the combustion chamber.

При наличии наддува поршень за цикл совершает следующие хода:
(h_ро+h_кс)+(h_кс+h_ро)+h_ро+h_ро=
(h_ро+h_кс)+(3h_ро+h_кс)=4h_ро+2h_кс, (в)
где (h_ро+h_кс) - рабочий ход поршня, совершаемый за такт расширения и в такте выпуска за счет потенциальной энергии упругого элемента (полезная работа механизма);
(3h_ро+h_кс) - ход поршня при его холостых ходах (за счет энергии, запасенной в маховике).If there is a boost, the piston performs the following strokes per cycle:
(h _ro + h _ks ) + (h _ks + h _ro ) + h _ro + h _ro =
(h _ro + h _ks ) + (3h _ro + h _ks ) = 4h _ro + 2h _ks , (c)
where (h _ro + h _ks ) is the piston stroke made during the expansion stroke and in the release stroke due to the potential energy of the elastic element (useful work of the mechanism);
(3h _ro + h _ks ) - the piston stroke during its idle strokes (due to the energy stored in the flywheel).

В аналоге /5/ поршень за цикл совершает следующие хода:
h_ро+(h_ро+h_кс)+h_ро+(h_ро-h_кс)=
(h_ро-h_кс)+(3h_ро+h_кс)=4h_ро, (г)
где (h_ро-h_кс) - рабочий ход поршня в такте расширения;
(3h_ро+h_кс) - ход поршня при его холостых ходах.In analogue / 5 /, the piston performs the following strokes per cycle:
h _ro + (h _ro + h _ks ) + h _ro + (h _ro -h _ks ) =
(h _ro- h _ks ) + (3h _ro + h _ks ) = 4h _ro , (g)
where (h _ro -h _ks ) is the stroke of the piston in the expansion stroke;
(3h _ро + h _кс ) - piston stroke during its idle strokes.

Таким образом, по сравнению с прототипом происходит изменение величины хода поршня при его рабочем и холостых ходах. По сравнению с аналогом /5/ изменение рабочего хода происходит с увеличением его, а не уменьшением, что обеспечивает повышение мощности двигателя, а не ее уменьшение. Thus, in comparison with the prototype there is a change in the magnitude of the piston stroke during its working and idle strokes. Compared with the analogue / 5 /, the stroke change occurs with an increase, rather than a decrease, which ensures an increase in engine power, and not its decrease.

Предлагаемое техническое решение кривошипно-шатунного механизма обеспечивает повышение мощности двигателя, которая равна
N_i = (ρ_i•iV_h•n)/120 (1),
где N_i - индикаторная мощность четырехтактного двигателя;
ρ_i - индикаторное давление;
i - число цилиндров;
V_h - рабочий объем цилиндра, т. е. объем, описываемый поршнем между верхней и нижней мертвыми точками в соответствии с /6/;
n - частота вращения коленчатого вала.The proposed technical solution of the crank mechanism provides an increase in engine power, which is equal to
N _i = (ρ _i • iV _h • n) / 120 (1),
where N _i is the indicator power of the four-stroke engine;
ρ _i is the indicator pressure;
i is the number of cylinders;
V _h - the working volume of the cylinder, that is, the volume described by the piston between the upper and lower dead points in accordance with / 6 /;
n is the crankshaft speed.

Индикаторный кпд двигателя равен
η_i = L_i/Q_i (2),
где η_i - индикаторный кпд двигателя;
L_i - работа действительного цикла;
Q_i - подведенная теплота.The engine indicator efficiency is
η _i = L _i / Q _i (2),
where η _i is the indicator engine efficiency;
L _i - the work of the actual cycle;
Q _i - summed heat.

Индикаторный кпд двигателя η_i в зависимости от коэффициента наполнения η_v, определяемого по формуле
η_i = R_μ•ρ_i•α•L_o•T_o/(H_uη_vρ_o) (3),
где R_μ - универсальная газовая постоянная;
ρ_i - индикаторное давление;
α - коэффициент избытка воздуха,
L_о - стехиометрическое количество воздуха в смеси на 1 кг топлива;
Т_о - температура окружающей среды;
Н_u - низшая удельная теплота сгорания бензина;
ρ_o - давление окружающей среды.Indicator efficiency of the engine η _i depending on the fill factor η _v , determined by the formula
η _i = R _μ • ρ _i • α • L _o • T _o / (H _u η _v ρ _o ) (3),
where R _μ is the universal gas constant;
ρ _i is the indicator pressure;
α is the coefficient of excess air,
L _about - stoichiometric amount of air in the mixture per 1 kg of fuel;
T _about - ambient temperature;
H _u - lower specific heat of gasoline combustion;
ρ _o - environmental pressure.

Согласно этой формуле увеличение η_v должно уменьшать η_i. Однако увеличение η_v позволяет увеличить количество теплоты, подводимой в расчетный цикл, и величину ρ_i. Поэтому согласно /4/ увеличение η_v никогда не вызывает уменьшение индикаторного кпд. Коэффициент наполнения η_v увеличивается за счет увеличения количества смеси, поступающей в цилиндр, а также более полного удаления остаточных газов. Увеличение ρ_i согласно формуле (1) приводит к увеличению мощности двигателя.According to this formula, an increase in η _v should decrease η _i . However, an increase in η _v allows one to increase the amount of heat supplied to the calculation cycle and the value of ρ _i . Therefore, according to / 4 /, an increase in η _v never causes a decrease in indicator efficiency. The filling coefficient η _v increases due to an increase in the amount of mixture entering the cylinder, as well as a more complete removal of residual gases. An increase in ρ _i according to formula (1) leads to an increase in engine power.

На фиг. 8 представлены графики изменения положения поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала по предлагаемому техническому решению (пунктирная линия 17 без наддува и штрих-пунктирная линия 18 с наддувом) и по аналогу /5/ (сплошная линия 16). В предлагаемом техническом решении вытягивание происходит не в такте расширения, а в такте выпуска. In FIG. 8 shows graphs of the change in the position of the piston depending on the angle of rotation of the crankshaft according to the proposed technical solution (dashed line 17 without pressurization and dashed dotted line 18 with pressurization) and by analogue / 5 / (solid line 16). In the proposed technical solution, the pulling occurs not in the expansion stroke, but in the release stroke.

Выполнение элемента блокировки одной подвижной части в другой в виде элемента блокировки стержня в стержневых ручках обеспечивает более быстрое удаление отработавших газов за счет большей величины вытягивания подвижных частей в процессе такта выпуска (более h_кс) и, следовательно, меньший нагрев стенок цилиндра по сравнению с другим техническим решением выполнения блокировки, например, обыкновенных стопорных элементов.The implementation of the blocking element of one movable part in another in the form of a rod blocking element in the rod handles provides faster removal of exhaust gases due to the greater amount of elongation of the moving parts during the exhaust stroke (more than h _ks ) and, therefore, less heating of the cylinder walls compared to another a technical solution for locking, for example, ordinary locking elements.

На фиг.9 представлены индикаторные диаграммы двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунными механизмами по аналогу /5/ и заявленному техническому решению на фиг.9а - для карбюраторного двигателя, на фиг.9б - для дизеля. Изменение давления внутри цилиндра в зависимости от хода поршня для аналога /5/ описывается кривыми 19 и 22 (сплошные линии), а для заявленного технического решения - кривыми 20 и 23 (пунктирные линии). Выигрыш в работе за счет большего хода поршня в такте расширения равен заштрихованным площадям 21 и 24, что обеспечивает повышение мощности двигателя в соответствии с формулой (1). На фиг.9 обозначено: V_h - рабочий объем цилиндра; V_кс - объем камеры сгорания, V_ц - объем цилиндра.Figure 9 presents the indicator diagrams of internal combustion engines with crank mechanisms similar to / 5 / and the claimed technical solution in Fig. 9a for a carburetor engine, in Fig. 9b for a diesel engine. The pressure change inside the cylinder depending on the piston stroke for the analogue / 5 / is described by curves 19 and 22 (solid lines), and for the claimed technical solution, by curves 20 and 23 (dashed lines). The gain in operation due to the larger stroke of the piston in the expansion stroke is equal to the hatched areas 21 and 24, which ensures an increase in engine power in accordance with formula (1). In Fig.9 indicated: V _h - the working volume of the cylinder; V _cc is the volume of the combustion chamber, V _c is the volume of the cylinder.

Источники информации
1. Патент РФ 2006623 от 22.05.91, F 02 В 75/04, F 02 D 15/04.Sources of information
1. RF patent 2006623 from 05.22.91, F 02 B 75/04, F 02 D 15/04.

2. Боровских Ю. И. и др. Устройство автомобилей. - М.: Высшая школа, 1978. 2. Borovskikh Yu. I. et al. The device of cars. - M.: Higher School, 1978.

3. А.с. РФ 395291 от 28.06.71, В 43 К 7/12. 3. A.S. RF 395291 dated 06/28/71, B 43 K 7/12.

4. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А. С. Орлина, М.Г. Круглова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1983. 4. Internal combustion engines. Theory of piston and combined engines. Ed. A. S. Orlina, M.G. Kruglov. - 4th ed. - M.: Mechanical Engineering, 1983.

5. Патент США 4515114 от 07.05.1985, А 123-48В (F 02 В 75/04). 5. US patent 4515114 from 05/07/1985, A 123-48B (F 02 B 75/04).

6. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1980. 6. Internal combustion engines. The device and operation of piston and combined engines. Ed. A.S. Orlina, M.G. Kruglov. - 3rd ed., Revised. and additional.- M.: Mechanical Engineering, 1980.

Claims

1. A crank mechanism containing a crankshaft, a connecting rod and a piston with an element that varies the stroke of the piston, is equipped with a locking element and ensures that the piston moves from the bottom dead center to the position of complete removal of exhaust gases from the cylinder, and in the intake stroke - from the position of the complete removal of exhaust gases to the bottom dead center, characterized in that the element that changes the magnitude of the stroke of the piston is made of two parts that can be pushed in and out relative to each other, between which is installed an elastic element that provides them in Extending the exhaust stroke, and the blocking member is a member ensuring locking of drawing in the intake stroke.

2. A crank mechanism containing a crankshaft, a connecting rod, a piston and an element that changes the size of the piston stroke, is equipped with a locking element, and provides in the stroke of the piston movement from bottom dead center to the position of complete removal of exhaust gases from the cylinder, and in the intake stroke - from the position of the complete exhaust gas removal to the bottom dead center, characterized in that the element that changes the magnitude of the piston stroke is made on a connecting rod of two parts that can be pushed in and out relative to each other a, between which an elastic element is installed, and the blocking element is made in the form of an element that provides for the blocking of their extension in the intake stroke.

3. A crank mechanism containing a crankshaft, a connecting rod, a piston and an element that changes the size of the piston stroke, is equipped with a locking element and ensures that the piston moves from the bottom dead center to the position of complete removal of exhaust gases from the cylinder, and also into the inlet - from the position of the complete exhaust gas removal to the bottom dead center, characterized in that a crosshead is installed between the piston and the connecting rod, and an element that changes the stroke of the piston is made on a crosshead made of two parts having spine and withdraw-out relative to each other, between which is mounted an elastic member and the blocking member is a member ensuring locking of drawing in the intake stroke.

4. The crank mechanism according to claim 1, characterized in that the element that changes the stroke of the piston, equipped with a locking element, is made on the rod with an additional support connecting the parts of the composite piston that are movable relative to each other.

5. The crank mechanism according to claim 1, characterized in that the element that changes the stroke of the piston, equipped with a locking element, is made on rods mounted on the connecting rod pin and connecting parts of the composite piston that are movable relative to each other.

6. The crank mechanism according to claim 1, characterized in that the element that changes the stroke of the piston, equipped with a locking element, is installed at the mounting points of the connecting rod pin on the inside of the piston, and the connecting rod pin is installed in the longitudinal guides.

7. Crank mechanism according to claims 1 to 3, characterized in that the locking element is made in the form of an element fixed on one movable part with the possibility of rotation, having upper and lower gear rims and guide grooves between them, and upper and lower guide protrusions located on another movable part, offset from each other in the radial direction and included in the said guide grooves, while the upper and lower guide projections contribute to the rotation of the said element, fixed with POSSIBILITY rotation in one mobile part, and are simultaneously locks its extreme upper and extreme lower positions, respectively.

8. The crank mechanism according to claims 1 to 3, characterized in that the locking element is made in the form of a sleeve having a gear rim, pivotally inserted into the movable part, which is reciprocal with respect to the other movable part into which it is inserted and on the inside the surface of which is made of the guiding projections interacting with the sleeve.

9. The crank mechanism according to claims 1 to 3, characterized in that the locking element is made in the form of a sleeve with guiding protrusions with teeth on its inner surface, the sleeve is mounted to rotate between two moving parts, while on the moving part, on which the sleeve is mounted on, made in axial and radial directions, two pairs of protrusions relative to the guide protrusions with the teeth of the sleeve itself.