RU2228453C1

RU2228453C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2228453C1
Application number: RU2002125915/06A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Лихачев
Original assignee: Лихачев Владимир Борисович
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; piston engines. SUBSTANCE: proposed engine contains working shaft and cylinders with combustion chambers. Each cylinder has piston with cross pin and motion transforming mechanism to transform reciprocation of piston into rotation of shaft. Motion transforming mechanism of each cylinder includes two connecting rods and two coaxial and one side bevel gears. Coaxial gears are installed for interaction with side gear connected coaxially with working shaft or made integral with said shaft. Each coaxial gear is provided with pin secured eccentrically relative to its axis and hinge-connected with end of one of connecting rods. Second end of each connecting rod is connected with piston pin. Axes of coaxial gears and axes of their pins are parallel to axis of piston pin. Pins of coaxial gears are located at equal distance from axes of coaxial gears. Moreover, side gears of motion transforming mechanisms of all cylinders are installed coaxially and connected by common axle. In each two adjacent cylinders, connecting rods and pistons of coaxial gears of motion transforming mechanism of one of cylinders are arranged, relative to connecting rods and pins of coaxial gears of motion transforming mechanism of second cylinder to provide antiphase movement of pistons of said cylinders. When piston of one of cylinders is in top dead center, piston of second cylinder is in bottom dead center. EFFECT: reduced friction losses at transmission of torque from coaxial gears of motion transforming mechanism of each cylinder to engine working shaft. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to the field of engine building, in particular to piston internal combustion engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем с двумя поперечными пальцами, снабженный механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, включающим два крестообразно расположенных шатуна равной длины и два коленвала, каждый из которых снабжен эксцентрично расположенным пальцем и цилиндрической шестерней, при этом шестерни коленвалов имеют равный диаметр и выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с их вращением в противоположных направлениях, а палец каждого коленвала шарнирно соединен одним из шатунов с одним из поршневых пальцев (см. заявку РСТ (WO) N 9722785 с приоритетом 27.11.96, кл. F 02 В 75/32, опубл. 26.06.97; бюл. “Изобретения стран мира”, вып.65, N 23, 1998 г.).Known internal combustion engine containing a working shaft and at least one cylinder with a piston placed therein with two transverse fingers, equipped with a mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into rotational movement of the working shaft, including two cross-shaped connecting rods of equal length and two crankshafts , each of which is equipped with an eccentrically located finger and a cylindrical gear, while the gears of the crankshafts have an equal diameter and are made to interact with ug with the other with their rotation in opposite directions, and the pin of each crankshaft is pivotally connected by one of the connecting rods to one of the piston pins (see PCT application (WO) N 9722785 with priority 27.11.96, class F 02 B 75/32, publ. 06/26/97; Bulletin “Inventions of the World”, issue 65, No. 23, 1998).

Такая симметричная конструкция двигателя исключает боковое прижатие поршня к стенкам цилиндра, благодаря чему снижается износ деталей цилиндропоршневой группы двигателя и снижаются потери на трение, за счет чего повышается КПД двигателя и снижается расход топлива при его работе. Вместе с тем, известный двигатель имеет сложный и тяжелый механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, что усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес и повышает стоимость изготовления и ремонта двигателя.This symmetrical design of the engine eliminates the lateral pressing of the piston against the cylinder walls, which reduces wear on the cylinder-piston parts of the engine and reduces friction losses, thereby increasing engine efficiency and reducing fuel consumption during its operation. However, the known engine has a complex and heavy mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational movement of the working shaft, which complicates the design of the engine, increases its weight and increases the cost of manufacturing and repair of the engine.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю по существенным признакам является принятый за прототип двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с камерой сгорания, снабженный размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала и включающим два шатуна и две соосные и одну боковую конические шестерни, при этом каждая из указанных шестерен снабжена осью, соосные шестерни установлены по разные стороны относительно оси цилиндра с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней с вращением рабочего вала и каждая из них снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня, ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня, а пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних (см. патент США N 2099481, НКИ 74-50, заявл. 26.03.1936 г., опубл. 16.11.1937 г.).Closest to the proposed engine in essential features is the internal combustion engine adopted for the prototype, comprising a working shaft and at least one cylinder with a combustion chamber, equipped with a piston having a transverse finger, and a motion conversion mechanism configured to convert reciprocating movement of the piston in the rotational movement of the working shaft and including two connecting rods and two coaxial and one side bevel gears, each of these The gear is provided with an axis, the coaxial gears are mounted on different sides relative to the axis of the cylinder with the possibility of their interaction with the side gear with the rotation of the working shaft, and each of them is equipped with a finger fixed eccentrically relative to the axis of the gear on its end face facing the axis of the cylinder and pivotally connected to the end of one of the connecting rods, the second end of each of which is pivotally connected to the piston finger, the axis of the coaxial gears and the axis of their fingers are parallel to the axis of the piston finger, and the fingers of the coaxial gears are wives at an equal distance from the axis of the latter (see U.S. Patent No. 2,099,481; NKI 74-50; 03/26/1936, publ. November 16, 1937).

Известный из прототипа двигатель так же, как и указанный выше аналог, выполнен с разгрузкой боковых сил на поршне, что является его достоинством. Вместе с тем, в варианте известного двигателя с одним рабочим валом 10 или 11 (см. фиг.1 и 2 в графических иллюстрациях к указанному патенту) последний выполнен за одно целое с осью одной из соосных шестерен (12 или 13), а крутящий момент со второй соосной шестерни передается на рабочий вал через боковую шестерню 14 и первую соосную шестерню (см. описание к указанному патенту США, стр.1 - строки 54 и 55 и стр.2 - строки 1-4). При наличии в таком одновальном двигателе нескольких рабочих цилиндров одна из соосных шестерен механизма преобразования движения одного из смежных цилиндров соединяется с такой же шестерней такого же механизма второго из смежных цилиндров. Соответственно, крутящий момент в такой конструкции двигателя передается на рабочий вал через несколько соосных и несколько боковых шестерен, что создает большие потери на трение, снижающие выходную мощность и КПД двигателя.The engine known from the prototype, like the above analogue, is made with unloading of lateral forces on the piston, which is its advantage. At the same time, in the embodiment of the known engine with one working shaft 10 or 11 (see Figs. 1 and 2 in the graphic illustrations for the indicated patent), the latter is made in one piece with the axis of one of the coaxial gears (12 or 13), and the torque from the second coaxial gear is transmitted to the working shaft through the side gear 14 and the first coaxial gear (see the description of the specified US patent, page 1 - lines 54 and 55 and page 2 - lines 1-4). If there are several working cylinders in such a single-shaft engine, one of the coaxial gears of the movement conversion mechanism of one of the adjacent cylinders is connected to the same gear of the same mechanism of the second of the adjacent cylinders. Accordingly, the torque in this engine design is transmitted to the working shaft through several coaxial and several side gears, which creates large friction losses, which reduce the output power and engine efficiency.

Технической задачей изобретения является снижение потерь на трение при передаче крутящего момента с соосных шестерен механизма преобразования движения каждого цилиндра на рабочий вал двигателя.An object of the invention is to reduce friction losses during transmission of torque from the coaxial gears of the mechanism for converting the movement of each cylinder to the working shaft of the engine.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении выходной мощности и КПД двигателя за счет снижения потерь на трение при передаче крутящего момента с соосных шестерен на рабочий вал двигателя.The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the output power and engine efficiency by reducing friction losses during transmission of torque from the coaxial gears to the working shaft of the engine.

Технический результат изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с камерой сгорания, снабженный размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала и включающим два шатуна и две соосные и одну боковую конические шестерни, при этом каждая из указанных шестерен снабжена осью, соосные шестерни установлены по разные стороны относительно оси цилиндра с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней с вращением рабочего вала и каждая из них снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня, ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня, а пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних, ось боковой шестерни механизма преобразования движения соединена соосно с рабочим валом или выполнена за одно целое с последним.The technical result of the invention is achieved in that in an internal combustion engine containing a working shaft and at least one cylinder with a combustion chamber provided with a piston having a transverse finger located therein and a motion conversion mechanism configured to convert reciprocating motion the piston into the rotational movement of the working shaft and including two connecting rods and two coaxial and one side bevel gears, each of these gears having an axis, coaxial gears are installed are mounted on different sides relative to the axis of the cylinder with the possibility of their interaction with the side gear with rotation of the working shaft and each of them is equipped with a finger fixed eccentrically relative to the axis of the gear on its end side facing the axis of the cylinder and pivotally connected to the end of one of the connecting rods, the second the end of each of which is pivotally connected to the piston finger, the axis of the coaxial gears and the axis of their fingers are parallel to the axis of the piston finger, and the fingers of the coaxial gears are located at an equal distance from the axis of the latter, the axis of the side gear of the motion conversion mechanism is connected coaxially with the working shaft or is made in one piece with the last.

Кроме того, технический результат изобретения достигается также тем, что при числе цилиндров в двигателе, большем одного, боковые шестерни механизмов преобразования движения всех цилиндров установлены соосно и снабжены общей осью, соединенной соосно с рабочим валом или выполненной за одно целое с последним, и в каждых двух смежных цилиндрах такого двигателя шатуны и пальцы соосных шестерен механизма преобразоавания движения одного из цилиндров расположены соответственно относительно шатунов и пальцев соосных шестерен механизма преобразования движения второго цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней указанных цилиндров с расположением поршня одного из цилиндров в верхней мертвой точке в момент расположения поршня второго цилиндра в нижней мертвой точке.In addition, the technical result of the invention is also achieved by the fact that when the number of cylinders in the engine is greater than one, the side gears of the motion conversion mechanisms of all cylinders are mounted coaxially and provided with a common axis connected coaxially with the working shaft or made integrally with the latter, and in each two adjacent cylinders of such an engine, the connecting rods and the fingers of the coaxial gears of the movement conversion mechanism of one of the cylinders are located relative to the connecting rods and fingers of the coaxial gears of the pre transform of motion of the second cylinder with the possibility of ensuring the antiphase motion of pistons of said piston cylinder arrangement one of the cylinders at top dead center at the time the location of the piston of the second cylinder at the bottom dead point.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:The invention is illustrated by drawings, which schematically depict:

- на фиг.1 - общий вид двигателя;- figure 1 is a General view of the engine;

- на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1;- figure 2 is a view along arrow A in figure 1;

- на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.- figure 3 is a view along arrow B in figure 1.

Двигатель содержит рабочий вал 1 (фиг.1) и, по меньшей мере, один цилиндр 2 с камерой сгорания 3, поршнем 4, имеющим поперечный палец 5, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня 4 во вращательное движение рабочего вала 1 и включающим два шатуна 6 равной длины и две соосные 7 и одну боковую 8 конические шестерни. При этом соосные шестерни 7 имеют равный диаметр, установлены по разные стороны относительно оси I-I цилиндра 2 (фиг.2) с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней 8 (фиг.3) и каждая из них снабжена осью 9 и пальцем 10, установленным эксцентрично относительно оси шестерни 7 на ее торцевой стороне, обращенной к оси I-I цилиндра. Общая ось соосных шестерен 7 и оси их пальцев 10 направлены параллельно оси поршневого пальца 5 (фиг.2), а пальцы 10 расположены на равном расстоянии от оси шестерен 7 и каждый из них шарнирно соединен посредством одного из шатунов 6 с поршневым пальцем 5.The engine comprises a working shaft 1 (Fig. 1) and at least one cylinder 2 with a combustion chamber 3, a piston 4 having a transverse pin 5, and a motion conversion mechanism configured to convert the reciprocating motion of the piston 4 into rotational motion working shaft 1 and including two connecting rods 6 of equal length and two coaxial 7 and one side 8 bevel gears. In this case, the coaxial gears 7 have an equal diameter, are installed on different sides relative to the axis II of the cylinder 2 (FIG. 2) with the possibility of their interaction with the side gear 8 (FIG. 3), and each of them is provided with an axis 9 and a pin 10 mounted eccentrically relative to the axis of the gear 7 on its end face facing the axis II of the cylinder. The common axis of the coaxial gears 7 and the axis of their fingers 10 are directed parallel to the axis of the piston pin 5 (figure 2), and the fingers 10 are located at an equal distance from the axis of the gears 7 and each of them is pivotally connected by means of one of the connecting rods 6 to the piston pin 5.

В одноцилиндровом варианте двигателя ось 11 боковой шестерни 8 механизма преобразования движения может быть выполнена за одно целое с рабочим валом 1, а в многоцилиндровом варианте двигателя боковые шестерни 8 механизмов преобразования движения всех цилиндров 2 установлены соосно на общей оси 11, которая может быть выполнена за одно целое с рабочим валом 1. Вместе с тем, в любом из указанных вариантов двигателя ось 11 может быть соединена с рабочим валом 1 соосно посредством резьбового, шпоночного, муфтового или иного типа соединения. На рабочий вал 1 или на ось 11 может быть установлен маховик, роль которого могут выполнять также боковые 8 и соосные 7 шестерни, если выполнить их достаточно тяжелыми. При необходимости двигатель может быть выполнен с двумя рабочими валами 1, каждый из которых соединен или выполнен за одно целое с одним из концов оси 11, а цилиндры 2 могут быть расположены в один или несколько рядов. В то же время, предлагаемый двигатель может иметь одну или несколько пар оппозиционно расположенных цилиндров 2 аналогично варианту двигателя по прототипу, представленному на фиг.3 графических материалов вышеуказанного патента США. В таком варианте двигателя механизмы преобразования движения каждой пары оппозиционно расположенных цилиндров 2 могут иметь одну общую пару соосных шестерен 7 и одну общую боковую шестерню 8, при этом палец 10 каждой шестерни указанной общей пары шестерен 7 шарнирно соединен как с шатуном 6 механизма преобразования движения одного из спаренных цилиндров, так и с шатуном 6 механизма преобразования движения второго из спаренных оппозиционных цилиндров.In a single-cylinder version of the engine, the axis 11 of the side gear 8 of the movement conversion mechanism can be integral with the working shaft 1, and in the multi-cylinder version of the engine, the side gears 8 of the movement conversion mechanism of all cylinders 2 are mounted coaxially on a common axis 11, which can be performed in one integral with the working shaft 1. At the same time, in any of the indicated engine variants, the axis 11 can be connected coaxially with the threaded, key, coupling or other type of connection. A flywheel can be mounted on the working shaft 1 or on the axis 11, the side gears 8 and coaxial 7 gears can also play a role if they are made heavy enough. If necessary, the engine can be made with two working shafts 1, each of which is connected or made integrally with one of the ends of the axis 11, and the cylinders 2 can be arranged in one or more rows. At the same time, the proposed engine may have one or more pairs of opposed cylinders 2 similar to the engine variant of the prototype shown in figure 3 of the graphic materials of the above US patent. In this version of the engine, the movement conversion mechanisms of each pair of opposed cylinders 2 can have one common pair of coaxial gears 7 and one common side gear 8, while the pin 10 of each gear of the indicated common pair of gears 7 is pivotally connected to the connecting rod 6 of the movement conversion mechanism of one of paired cylinders, and with a connecting rod 6 of the mechanism for converting the movement of the second of the paired opposition cylinders.

В целях снижения нагрузки на ось 11 и рабочий вал 1 и обеспечения равномерного вращения последнего в механизмах преобразования движения каждых двух смежных цилиндров 2 многоцилиндрового варианта предлагаемого двигателя шатуны 6 и пальцы 10 соосных шестерен 7 механизма преобразования движения одного из цилиндров расположены соответственно относительно шатунов 6 и пальцев 10 соосных шестерен 7 механизма преобразования движения второго цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней 4 указанных цилиндров, при котором во время рабочего хода одного из поршней 4 (например, правого поршня на фиг.1) к нижней мертвой точке второй из них совершает обратный ход к верхней мертвой точке (направление движения поршней на фиг.1 обозначено стрелками). При этом обеспечивается расположение одного из этих поршней в верхней мертвой точке в момент прихода второго из них в нижнюю мертвую точку.In order to reduce the load on the axis 11 and the working shaft 1 and ensure uniform rotation of the latter in the movement conversion mechanisms of each two adjacent cylinders 2 of the multi-cylinder version of the proposed connecting rod engine 6 and the fingers 10 of the coaxial gears 7 of the movement conversion mechanism of one of the cylinders are located relative to the connecting rods 6 and fingers 10 coaxial gears 7 of the mechanism for converting the movement of the second cylinder with the possibility of antiphase movement of the pistons 4 of these cylinders, in which the stroke time of one of the pistons 4 (for example, the right piston in FIG. 1) to the bottom dead center the second of them makes a return stroke to the top dead center (the direction of movement of the pistons in figure 1 is indicated by arrows). This ensures the location of one of these pistons at top dead center at the time of arrival of the second of them at bottom dead center.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

После каждого цикла сгорания топливной смеси в камере 3 каждого из цилиндров 2 поршень 4 последнего совершает рабочий ход от верхней к нижней мертвой точке, приводя во вращение посредством шатунов 6 соосные шестерни 7 в разных направлениях. От шестерен 7 вращение передается через боковую шестерню 8 на ось 11 и соединенный с ней рабочий вал 1. При этом от оси 11 вращение передается также на соосные шестерни 7 механизма преобразования движения смежного цилиндра, в результате чего его поршень 4 совершает обратный ход от нижней к верхней мертвой точке, выполняя сжатие топливной смеси в камере 3 смежного цилиндра. Обратный ход поршня 4 как в одноцилиндровом, так и в многоцилиндровом двигателе может осуществляться также за счет сил инерции маховика и/или боковых 8 и соосных 7 шестерен. После достижения поршнем 4 смежного цилиндра верхней мертвой точки в камере 3 последнего следует цикл сгорания, сопровождающийся рабочим ходом поршня 4 указанного цилиндра 2 и обратным ходом поршня 4 первого цилиндра 2. В дальнейшем рабочий цикл двигателя повторяется в описанной последовательности с вращением рабочего вала 1 от поршней 4 поочередно каждого из цилиндров 2.After each cycle of combustion of the fuel mixture in the chamber 3 of each of the cylinders 2, the piston 4 of the latter makes a working stroke from the top to the bottom dead center, causing the coaxial gears 7 to rotate through the connecting rods 6 in different directions. From the gears 7, the rotation is transmitted through the side gear 8 to the axis 11 and the working shaft 1 connected to it. Moreover, from the axis 11, the rotation is also transmitted to the coaxial gears 7 of the movement conversion mechanism of the adjacent cylinder, as a result of which its piston 4 makes a return stroke from the lower to top dead center, performing compression of the fuel mixture in the chamber 3 of the adjacent cylinder. The return stroke of the piston 4 both in a single-cylinder and in a multi-cylinder engine can also be carried out due to the inertia of the flywheel and / or side 8 and coaxial 7 gears. After the piston 4 of the adjacent cylinder reaches the top dead center in the chamber 3 of the latter, a combustion cycle is followed by a working stroke of the piston 4 of the specified cylinder 2 and a reverse stroke of the piston 4 of the first cylinder 2. Subsequently, the working cycle of the engine is repeated in the described sequence with the rotation of the working shaft 1 from the pistons 4 alternately of each of the cylinders 2.

В отличие от прототипа конструкция предлагаемого двигателя позволяет передавать крутящий момент с соосных шестерен 7 на рабочий вал 1 практически напрямую. Единственным передаточным звеном при этом служит боковая шестерня 8. Благодаря этому снижаются потери на трение при передаче крутящего момента, за счет чего повышается выходная мощность и КПД двигателя. При этом выигрыш в мощности и КПД в процентном отношении возрастает с увеличением числа рабочих цилиндров 2 двигателя.Unlike the prototype, the design of the proposed engine allows you to transfer torque from the coaxial gears 7 to the working shaft 1 almost directly. The only gear link in this case is the side gear 8. Due to this, friction losses during transmission of torque are reduced, thereby increasing the output power and engine efficiency. In this case, the gain in power and efficiency in percentage terms increases with an increase in the number of working cylinders 2 of the engine.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a working shaft and cylinders with combustion chambers, each of which is equipped with a piston having a transverse finger located therein and a motion conversion mechanism configured to convert the reciprocating motion of the piston into rotational movement of the working shaft, and including two connecting rods and two coaxial and one side bevel gears, while the coaxial gears are installed with the possibility of their interaction with the side gear connected coaxially with the working shaft or fully integrated with the latter, and each of them is equipped with a finger fixed eccentrically relative to the axis of the gear on its end face facing the axis of the cylinder and pivotally connected to the end of one of the connecting rods, the second end of each of which is pivotally connected to the piston finger, the axis coaxial gears and the axis of their fingers are parallel to the axis of the piston finger, and the fingers of the coaxial gears are located at an equal distance from the axis of the latter, characterized in that the side gears of the mechanisms for converting the movement of all cylinders are set veins coaxially and connected by a common axis.

2. The engine according to claim 1, characterized in that in each two adjacent cylinders the connecting rods and the fingers of the coaxial gears of the movement conversion mechanism of one of the cylinders are located, respectively, relative to the connecting rods and the fingers of the coaxial gears of the movement conversion mechanism of the second cylinder with the possibility of the antiphase movement of the pistons of said cylinders with the piston of one of the cylinders at top dead center at the time the piston of the second cylinder is at bottom dead center.