RU2279561C1

RU2279561C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2279561C1
Application number: RU2004137473/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Пантелеевич Троицкий (RU); Анатолий Пантелеевич Троицкий; ев Анатолий Ильич Бел (RU); Анатолий Ильич Беляев; зева Евгени Валерьевна Кн (RU); Евгения Валерьевна Князева
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed engine contains skeleton accommodating at least one compartment with two opposite cylinders. Cylinders are closed from outer end faces by covers and are provided with intake and outlet ports on side walls arranged opposite to one another. Each compartment of skeleton accommodates one double sectional piston arranged in two opposite cylinders, and two main shafts. Sectional piston includes two housings interconnected by rod provided with thickened part with cylindrical hole in middle. Piston shaft is press-fitted into cylindrical hole of rod by its thickened part. End ball heads are arranged symmetrically on ends of piston shaft. Main shafts are cylindrical and are arranged coaxially by one ends in halves of skeleton in center of its split one beatings and are furnished with counterweights in inner ends side of cylinder liners. Main shafts are provided with cranks on inner ends from side of cylinder liners. One end of each crank is hinge connected with end ball head of piston shaft, and other end is connected with main shaft. Compression rings and heat-resistant heads are installed on housings of sections piston, heads being secured on tail piece of rod. Two profiled bevels are made on outer end faces of each heat-resistant head on one half of circle: one bevel adjoins intake port of each cylinder, and the other, adjoins outlet of said cylinders. Bead tightly fitted to bevel from side of outlet port is made on end face of second half of head circle. Split carnon-graphite ring pressed to walls of cylinder by flat spring is fitted in ring groove formed in butt joint of heads. Cylinders are closed by inner covers with central hole to pass rod from inner sides. Said rod is sealed by bronze split rings with ring springs. End ball heads of piston shaft are made in form of sliding ball bosses fitted on cylindrical ends of shaft.

EFFECT: increased specific power per mass unit, mechanical efficiency, reduced consumption of oil and discharge of harmful combustion products, simplified design and increased service life.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с оппозитным или односторонним расположением цилиндров, отличающимися конструкцией поршня, устройством связей между поршнем и коренными валами, системами газораспределения и смазки цилиндров и предназначенными для тепловозов, путевых машин, автомобилей, тракторов, электростанций и других энергетических установок.The invention relates to mechanical engineering, namely to two-stroke internal combustion engines with an opposed or one-sided arrangement of cylinders, characterized by a piston design, a device for connecting the piston and main shafts, gas distribution and lubrication systems for cylinders and intended for diesel locomotives, track machines, automobiles, tractors, power plants and other power plants.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий остов, в котором расположены не менее одного цилиндра и поршня с поршневым пальцем, коренной вал, который выполнен из цилиндрической части, вилки и противовеса и установлен на подшипнике своей цилиндрической частью в остове под углом 15-45° к оси поршневого пальца, двигатель снабжен ползуном и коромыслом, при этом ползун установлен через опорный подшипник на поршневом пальце и внешней частью он связан через опорно-упорный подшипник с внутренней частью коромысла, а наружной частью коромысло соединено с вилкой коренного вала. Процесс газообмена в этом двигателе осуществляется за счет впускных и выпускных окон в боковой стенке цилиндра, перепускного окна в поршне и его вращении на 90 градусов, при этом впускные и выпускные окна в стенке цилиндра выполнены по траектории движения перепускного окна поршня (RU, патент №2205283 С1, F 02 B 75/32, F 01 B 9/04, 2003 г.).A known internal combustion engine containing a skeleton in which at least one cylinder and a piston with a piston pin are located, a main shaft, which is made of a cylindrical part, a fork and a counterweight and mounted on a bearing with its cylindrical part in the skeleton at an angle of 15-45 ° to the axis the piston pin, the engine is equipped with a slider and a rocker arm, while the slider is installed through the thrust bearing on the piston pin and the outer part is connected through the thrust bearing to the inner part of the rocker arm and the outer part of the rocker arm The lo is connected to the main shaft plug. The gas exchange process in this engine is carried out due to the inlet and outlet windows in the side wall of the cylinder, the bypass window in the piston and its rotation by 90 degrees, while the inlet and outlet windows in the cylinder wall are made along the path of the bypass piston window (RU, Patent No. 2205283 C1, F 02 B 75/32, F 01 B 9/04, 2003).

Недостатками известного двигателя являются недостаточные его удельная мощность на единицу массы и механический к.п.д., повышенный расход дизельного масла, небольшой срок его службы, что связано с разжижением масла, несгоревшим топливом и загрязнением его различными несгоревшими продуктами, повышенный вредный выброс несгоревших продуктов в атмосферу, а также высокие эксплуатационные расходы.The disadvantages of the known engine are its insufficient specific power per unit mass and mechanical efficiency, the increased consumption of diesel oil, its short service life, which is associated with oil dilution, unburned fuel and pollution with various unburned products, increased harmful emission of unburned products into the atmosphere, as well as high operating costs.

Известен двигатель внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий остов, в котором расположено не менее одного отсека с двумя цилиндровыми втулками, установленными друг другу оппозитно и наружные торцы которых закрыты крышками, в каждом отсеке остова установлены в двух оппозитно расположенных цилиндровых втулках один сдвоенный составной поршень с двумя его корпусами, соединенный 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 их 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 установлено большое и малое зубчатые 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 поперечно разрезных сферических антифрикционных вкладышей с концевой шаровой головкой поршневого валика, а другой его конец соединен с пальцами коренного вала посредством подшипников. Кроме того, 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 (RU, патент №2209325 С1, кл. F 02 B 75/32, F 01 В 9/04, 2003 г.).A known internal combustion engine, adopted for the prototype, containing the skeleton, in which there is at least one compartment with two cylinder bushings mounted opposite each other and the outer ends of which are closed by covers, in each compartment of the skeleton one double composite piston is installed in two opposite cylinder bushings with its two bodies, interconnected by a rod having in the middle a bulge with a cylindrical hole, into which it is pivotally mounted with antifriction liners with howl with a central ball head a piston roller having end-symmetrical end ball heads 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 bearing connector and at the other ends from the side the cylinder bushings are cantilevered with two fingers, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the main shafts, while on the main shafts between the bearings, respectively, a large and a small gear ring CA, 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 an intermediate gear, and the movement mechanism of each engine compartment is equipped with two oscillating gears. cranks, one end of each crank is pivotally connected by means of transversely split spherical antifriction liners with an end ball olovkoy reciprocating roller, and the other end connected to the fingers of the main shaft by bearings. In addition, at the inner ends of the main shafts from the side of the cylinder liners 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 engine parts (RU Patent No. 2209325 C1, class F 02 B 75/32, F 01 B 9/04, 2003).

Недостатками известного двигателя являются недостаточные его удельная мощность на единицу массы, механический к.п.д., повышенный расход дизельного масла и небольшой срок его службы, что связано с разжижением масла несгоревшим топливом и загрязнением его различными несгоревшими продуктами, повышенный вредный выброс несгоревших продуктов в атмосферу, а также высокие эксплуатационные расходы.The disadvantages of the known engine are its insufficient specific power per unit mass, mechanical efficiency, increased consumption of diesel oil and its short service life, which is associated with oil dilution by unburned fuel and pollution by various unburned products, increased harmful emission of unburned products in atmosphere, as well as high operating costs.

Техническим результатом изобретения является увеличение удельной мощности на единицу массы, повышение механического к.п.д. двигателя, снижение расхода масла и вредных выбросов несгоревших продуктов и окислов в атмосферу, упрощение конструкции, повышение технического ресурса и снижение эксплуатационных расходов двухтактного двигателя внутреннего сгорания за счет создания в каждом цилиндре двух камер сгорания, повышения частоты вращения коренных валов, организации смазки рабочей поверхности цилиндра посредством твердых смазочных материалов, установки в кривошипах коренных валов четырех подвижных кинематических пар, осуществления выпуска, продувки и наддува с правой и левой полостей цилиндров через боковые окна посредством профильных скосов и буртика на правой и левой половинах жаропрочных головок поршня и его поворота.The technical result of the invention is to increase the specific power per unit mass, increase the mechanical efficiency engine, reducing oil consumption and harmful emissions of unburned products and oxides into the atmosphere, simplifying the design, increasing technical life and reducing operating costs of a two-stroke internal combustion engine by creating two combustion chambers in each cylinder, increasing the speed of the main shaft, and lubricating the working surface of the cylinder by means of solid lubricants, installation of four movable kinematic pairs in crankshaft of the main shafts, release, blowdown and over a duo from the right and left cylinder cavities through the side windows by means of profile bevels and a shoulder on the right and left halves of the heat-resistant piston heads and its rotation.

Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем остов, в котором расположено не менее одного отсека с двумя цилиндрами, установленными друг другу оппозитно, закрытыми с внешних торцов крышками и снабженными на их боковых стенках впускными и выпускными окнами, в каждом отсеке остова установлены в двух оппозитно расположенных цилиндрах один сдвоенный составной поршень с двумя его корпусами, соединенными между собой штоком, имеющим посередине утолщение с цилиндрическим отверстием, в которое запрессован средней утолщенной частью поршневой валик, на концах которого симметрично расположены концевые шаровые головки, по два коренных вала, выполненных цилиндрической формы и соосно расположенных одними концами в половинах остова по центру его разъема на подшипниках и снабженных на внутренних концах со стороны цилиндровых втулок противовесами, на внутренних концах со стороны цилиндровых втулок коренные валы снабжены кривошипами, один конец каждого кривошипа шарнирно соединен посредством разрезных сферических антифрикционных вкладышей с концевой шаровой головкой поршневого валика, а другой его конец соединен с коренным валом, на корпусах составного поршня установлены компрессионные кольца и жаропрочные головки, на коренных валах между подшипниками установлены на одном из них большое, а на втором малое зубчатые колеса, аналогичные зубчатые колеса установлены на распределительном вале, смонтированном в остове 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, корпуса совмещенного поршня снабжены двумя жаропрочными головками, закрепленными на хвостовике штока, на внешних торцах каждой из жаропрочных головок выполнены: на одной половине их круга по два спрофилированных скоса - один примыкающий к впускному окну каждого цилиндра, второй - примыкающий к выпускному окну этих цилиндров, а на торце второй половины круга головки - буртик, примыкающий вплотную к скосу со стороны выпускного окна, при этом впускные и выпускные окна цилиндров расположены напротив друг друга в кольцевой канавке, образованной в стыке головок, в которой размещено разрезное углеграфитовое кольцо, прижимаемое к стенам цилиндра плоской пружиной, с внутренних сторон цилиндры закрыты внутренними крышками с центральным отверстием для прохода штока, который уплотнен бронзовыми разрезными кольцами с браслетными пружинами, концевые шаровые головки поршневого валика выполнены в виде одетых на его цилиндрические концы скользящих шаровых бобышек.The specified technical result is achieved by the fact that in the internal combustion engine containing the skeleton, in which there is at least one compartment with two cylinders mounted opposite each other, closed with external ends of the lids and provided with inlet and outlet windows on their side walls, in each compartment the skeletons are installed in two opposed cylinders, one twin composite piston with its two bodies, interconnected by a rod having in the middle a thickening with a cylindrical hole in which the drive shaft is pressed in with a middle thickened part of the piston roller, at the ends of which end spherical heads are symmetrically arranged, two main shafts made of cylindrical shape and coaxially arranged at one end in half of the core in the center of its bearing connector and equipped with counterweights at the inner ends of the cylinder bushings, on the inner ends of the cylinder bushings, the main shafts are equipped with cranks, one end of each crank is pivotally connected by means of split spherical antifriction of liners with an end ball head of the piston roller, and its other end connected to the main shaft, compression rings and heat-resistant heads are installed on the bodies of the composite piston, large gears are installed on the main shafts between the bearings, and small gears similar to the gears on the second the wheels are mounted on a camshaft mounted in a skeleton parallel to the main shafts, and the large gears of the main and camshafts are directly coupled to each other, and their small cog wheels are interlocked by means of an intermediate gear, the combined piston bodies are equipped with two heat-resistant heads mounted on the stem shank, on the outer ends of each of the heat-resistant heads are made: on one half of their circle, two profiled bevels - one adjacent to the inlet window of each cylinder, the second is adjacent to the outlet window of these cylinders, and at the end of the second half of the head circle there is a shoulder adjacent to the bevel on the side of the outlet window, while the inlet and outlet The cylinder windows are located opposite each other in an annular groove formed at the head junction, in which a split carbon graphite ring is placed, pressed against the cylinder walls by a flat spring; on the inside, the cylinders are closed with inner caps with a central hole for the passage of the rod, which is sealed with bronze split rings with bracelet springs, the end ball heads of the piston roller are made in the form of sliding ball bosses dressed on its cylindrical ends.

Кроме этого, кривошипы выполнены заодно целое с коренными валами и рабочая поверхность цилиндров покрыта пленкой твердых смазочных материалов на основе углеграфитовых композиций типа ЭГ2 и она связана в процессе износа этой поверхностью путем трения с разрезным углеграфитовым кольцом, прижимаемым в кольцевой канавке по разъему жаропрочных головок составного поршня.In addition, the cranks are made integral with the main shafts and the working surface of the cylinders is covered with a film of solid lubricants based on carbon graphite compositions of the EG2 type and it is connected in the process of wear by friction with a split carbon graphite ring pressed in the annular groove through the connector of the heat-resistant composite piston heads .

На фиг.1 показан двигатель внутреннего сгорания в разрезе по осевым линиям цилиндров и связанных с ними двух коренных валов, на фиг.2 показан разрез по А-А фиг.1 с торцевым видом камеры сгорания жаропрочной головки в правой штоковой полости цилиндра.Figure 1 shows the internal combustion engine in section along the axial lines of the cylinders and the associated two main shafts, figure 2 shows a section along aa of figure 1 with an end view of the combustion chamber of the heat-resistant head in the right rod cavity of the cylinder.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (фиг.1 и фиг.2) состоит из левой 1 и правой 2 половин остова, образующих не менее одного отсека и соединенных между собой болтами (не показан). Обе половинки остова 1 и 2 отливаются из алюминиевого сплава или из высокопрочного чугуна.The internal combustion engine (ICE) (figure 1 and figure 2) consists of the left 1 and right 2 halves of the core, forming at least one compartment and interconnected by bolts (not shown). Both halves of skeleton 1 and 2 are cast from aluminum alloy or from ductile iron.

К левой 1 и правой 2 половинам остова прикреплены болтами 3 оребренные цилиндры 4 и 5 (в случае регулируемого воздушного охлаждения), расположенные оппозитно и соосно друг другу. В случае небольшой мощности цилиндр может быть и один. Оба цилиндра 4 и 5 по конструкции одинаковы, отлиты из антифрикционного чугуна (возможны и другие металлы) и имеют впускное 6 и выпускное 7 окна, которые расположены посредине на их боковых стенках, расположенных напротив друг другу в каждом отсеке. С внешних торцов цилиндры 4 и 5 закрыты оребренными крышками 8, которые прикреплены шпильками 9, корончатыми гайками 10 и тарельчатыми пружинами 11 и по разъему уплотнены омедненными прокладками 12. В оребренных крышках 8 по осевым линиям цилиндров установлены форсунки 13. С внутренних сторон цилиндры 4 и 5 закрыты внутренними оребренными крышками 14 с центральными отверстиями 15, в которых установлены бронзовые разрезные уплотнительные кольца 16, сжатые браслетными пружинами 17 и закрепленные в отверстии 15 круглой гайкой 18. В каждых двух оппозитных цилиндрах 4 и 5 установлен один сдвоенный составной поршень 19 с одинаковыми корпусами на концах, соединенных между собой штоком 20. Каждый корпус сдвоенного составного поршня 19 состоит из внешней 21 и внутренней 22 головок, выполненных из жаропрочной стали и закрепленных на хвостовике штока 20. Шток 20 проходит через центральные отверстия 15 крышек 14 и уплотнен разрезными кольцами 16 с браслетными пружинами 17. В торцевом стыке головок 21 и 22 установлено разделительное кольцо 23 с отверстиями 24 для перетекания охлаждающего корпус масла из камеры левой головки 21 в камеру правой головки 22. Головки 21 и 22 корпусов снабжены компрессионными кольцами 25, расположенными в непосредственной близости от их внешних торцов. В кольцевой канавке, образованной в стыке головок 21 и 22, размещено разрезное углеграфитовое кольцо 26 из композиции типа ЭГ2, прижимаемое к стенке цилиндра плоской пружиной 27. На внешних торцах каждой из жаропрочных головок 21 и 22 выполнены: на одной половине их круга по два спрофилированных скоса - один скос 28, примыкающий к впускному окну 6 каждого цилиндра 4 и 5, второй скос 29, примыкающий к выпускному окну 7 этих цилиндров, и на торцах второй половины круга головок 21 и 22 по одному буртику 30, примыкающему вплотную к скосу 29 со стороны выпускного окна 7, служащих для организации выпуска отработанных газов, продувки цилиндра и их наддува через впускное 6 и выпускное 7 окна. Каждый корпус составного поршня 19 разделяет внутреннюю полость цилиндров 4 и 5 на две рабочие полости - бесштоковую 31 и штоковую 32. Камера сгорания 33 в бесштоковой полости 31 цилиндров 4 и 5 имеет традиционную форму для форсунки 13, установленной в оребренной крышке 8. Бесштоковая 31 и штоковая 32 полости, камера сгорания 33 в бесштоковой полости 31 цилиндра 5 аналогичны цилиндру 4 и на чертеже не изображены. Камера сгорания 34 в штоковой полости 32 цилиндров 4 и 5 имеет овальную форму (фиг.2) для двух форсунок 35, которые установлены наклонно к стенке цилиндров 4 и 5. Шток 20 в средней части между головками имеет утолщение с цилиндрическим отверстием 36, в которое запрессован средней утолщенной частью поршневой валик 37, на цилиндрических концах которого симметрично расположены концевые шаровые головки 38 в виде одетых скользящих шаровых бобышек, которые помещены в шаровых гнездах кривошипов 39, соединенных одним концом заодно целое с коренными валами 40 и 41, которые расположены в левой 1 и правой 2 половинах остова по центру его разъема на роликовых 42 и шариковых 43 подшипниках качения, а другим концом кривошип 39 шарнирно соединен посредством разрезных сферических антифрикционных вкладышей 44 с концевой шаровой головкой 38 поршневого валика 37. Вкладыши 44 закреплены в шаровых гнездах кривошипов 39 с помощью фланцев 45 и болтов 46. В промежутках между подшипниками качения 42 и 43 на коренных валах 40 и 41 установлены на одном из них большое зубчатое колесо 47, а на втором малое зубчатое колесо 48. Аналогичные зубчатые колеса установлены на распределительном вале, смонтированном в остове 1 и 2 параллельно коренным валам 40 и 41 (на чертеже не показаны), причем большие зубчатые колеса 47 сцеплены непосредственно, а малые зубчатые колеса 48 посредством промежуточного колеса. Благодаря этому коренные валы 40 и 41 вращаются в противоположных направлениях, а составной поршень 19 перемещается возвратно-поступательно вдоль осевой линии оппозитных цилиндров 4 и 5, не оказывая бокового давления на их стенки с одновременными возвратно-поворотными движениями вокруг своей оси. На внутренних концах коренных валов 40 и 41 со стороны цилиндров 4 и 5 установлены противовесы 49, а на их внешних концах противовесы 50 объединены с зубчатыми колесами 51. Двойные зубчатые колеса 51 служат для приводов вспомогательных агрегатов: объемного роторного нагнетателя 52 и других агрегатов, например электрогенератора, масляного насоса и т.д. (на чертеже не показаны). Кроме того, малая шестерня двойного зубчатого колеса 51 служит для сцепления с аналогичной шестерней другого коренного вала при многоцилиндровом исполнении двигателя внутреннего сгорания. Впускное отверстие 53 объемного роторного нагнетателя 52 соединено трубопроводами (на чертеже не показаны) с впускными окнами 6, а выпускные окна 7 - с глушителем шума или турбокомпрессором при большой мощности двигателя (на чертеже не показаны). Описанный выше двигатель внутреннего сгорания, как и любой другой, имеет систему смазки трущихся деталей, систему регулируемого воздушного охлаждения, электросистему, систему пуска и регулирования частоты вращения коренных валов, систему фильтрации воздуха и масла и др. Эти системы устроены точно так же, как и у любого другого современного двигателя внутреннего сгорания, вследствие чего описание этих систем здесь не приводится. Исключение составляет лишь система смазки рабочей площади цилиндров 4 и 5 посредством твердосмазочного покрытия, что стало возможным благодаря отсутствию давления корпусов составного поршня 19 на стенки цилиндров 4 и 5, а также организации двух рабочих полостей - штоковой 32 и бесштоковой 31 в каждом цилиндре 4 и 5, изолированных от попадания в них жидкого масла из картера посредством бронзовых разрезных уплотнительных колец 16 с браслетными пружинами 17, что стало возможным для кольца 26 благодаря применению твердых смазочных материалов, в частности углеграфитовых композиций типа ЭГ2 (электрографитовый материал, применяемый для электротехнических целей).To the left 1 and right 2 halves of the core are bolted 3 finned cylinders 4 and 5 (in the case of controlled air cooling), located opposite and coaxial to each other. In the case of low power, the cylinder can be one. Both cylinders 4 and 5 are identical in construction, cast from antifriction cast iron (other metals are possible) and have inlet 6 and outlet 7 windows, which are located in the middle on their side walls, opposite each other in each compartment. From the outer ends, the cylinders 4 and 5 are closed by finned caps 8, which are fastened with studs 9, castellated nuts 10 and disk springs 11 and sealed with copper-plated gaskets 12. In the finned caps 8, nozzles 13 are installed along the axial lines of the cylinders. On the inside, the cylinders 4 and 5 are closed by internal finned caps 14 with central holes 15 in which bronze split sealing rings 16 are mounted, compressed by bracelet springs 17 and secured in the hole 15 by a round nut 18. In each of two opposed cylinders 4 and 5 have one twin composite piston 19 with identical housings at the ends connected by a rod 20. Each housing of a twin composite piston 19 consists of an external 21 and an internal 22 heads made of heat-resistant steel and mounted on the stem of the rod 20. Rod 20 passes through the central holes 15 of the covers 14 and is sealed by split rings 16 with bracelet springs 17. In the end joint of the heads 21 and 22 there is a dividing ring 23 with holes 24 for flowing the cooling oil from the oil chamber howling head 21 into the chamber of the right head 22. The heads 21 and 22 of the housings are equipped with compression rings 25 located in close proximity to their outer ends. In the annular groove formed at the junction of the heads 21 and 22, there is a split carbon graphite ring 26 from an EG2-type composition pressed against the cylinder wall by a flat spring 27. At the outer ends of each of the heat-resistant heads 21 and 22 are made: two profiled on one half of their circle bevel - one bevel 28 adjacent to the inlet window 6 of each cylinder 4 and 5, the second bevel 29 adjacent to the outlet window 7 of these cylinders, and at the ends of the second half of the circle of heads 21 and 22, one bead 30 adjacent adjacent to the bevel 29 with graduation party about KNA 7, used to organize the exhaust gas, purge the cylinder and pressurize it through inlet 6 and outlet 7 windows. Each body of the composite piston 19 divides the internal cavity of the cylinders 4 and 5 into two working cavities — rodless 31 and rod 32. The combustion chamber 33 in the rodless cavity 31 of cylinders 4 and 5 has the traditional shape for the nozzle 13 mounted in the finned cover 8. Rodless 31 and rod 32 cavity, the combustion chamber 33 in the rodless cavity 31 of the cylinder 5 are similar to the cylinder 4 and are not shown in the drawing. The combustion chamber 34 in the rod cavity 32 of the cylinders 4 and 5 has an oval shape (figure 2) for two nozzles 35, which are installed obliquely to the wall of the cylinders 4 and 5. The rod 20 in the middle part between the heads has a thickening with a cylindrical hole 36, in which a piston roller 37 is pressed in with a middle thickened part, on the cylindrical ends of which the end ball heads 38 are symmetrically arranged in the form of dressed sliding ball bosses, which are placed in the ball nests of the cranks 39 connected at one end with the main shaft 40 and 41, which are located in the left 1 and right 2 halves of the core in the center of its connector on roller 42 and ball 43 rolling bearings, and the other end of the crank 39 is pivotally connected by split spherical antifriction liners 44 to the end ball head 38 of the piston roller 37. Liners 44 mounted in the ball seats of the cranks 39 by means of flanges 45 and bolts 46. In the spaces between the rolling bearings 42 and 43 on the main shafts 40 and 41 a large gear wheel 47 is installed on one of them and a small gear wheel 48 on the second. gears mounted on a camshaft mounted in the frame 1 and 2 parallel to the main shafts 40 and 41 (not shown), with large gears 47 directly coupled, and small gears 48 via an intermediate wheel. Due to this, the main shafts 40 and 41 rotate in opposite directions, and the composite piston 19 moves reciprocally along the axial line of the opposed cylinders 4 and 5, without exerting lateral pressure on their walls with simultaneous reciprocating movements around its axis. Counterweights 49 are installed on the inner ends of the main shafts 40 and 41 from the side of the cylinders 4 and 5, and the counterweights 50 are combined with the gears 51 at their outer ends. The double gears 51 are used to drive auxiliary units: volumetric rotary supercharger 52 and other units, for example electric generator, oil pump, etc. (not shown in the drawing). In addition, the small gear of the double gear 51 serves to clutch with a similar gear of the other main shaft with a multi-cylinder version of the internal combustion engine. The inlet 53 of the volumetric rotary supercharger 52 is connected by pipelines (not shown) to the inlet ports 6, and the outlet windows 7 are connected to a noise muffler or a turbocompressor at high engine power (not shown). The internal combustion engine described above, like any other, has a lubrication system for rubbing parts, an adjustable air cooling system, an electrical system, a start-up and speed control system for main shafts, an air and oil filtration system, etc. These systems are designed exactly like any other modern internal combustion engine, as a result of which a description of these systems is not given here. The only exception is the lubrication system for the working area of cylinders 4 and 5 by means of a solid lubricant coating, which was made possible due to the lack of pressure of the bodies of the composite piston 19 on the walls of the cylinders 4 and 5, as well as the organization of two working cavities - rod 32 and rodless 31 in each cylinder 4 and 5 isolated from the ingress of liquid oil from the crankcase by means of bronze split sealing rings 16 with bracelet springs 17, which became possible for ring 26 due to the use of solid lubricants, in particular EG2 spine carbon graphite type compositions (elektrografitovy material used for electrical purposes).

Рабочая поверхность цилиндров 4 и 5 покрыта пленкой твердых смазочных материалов на основе углеграфитовых композиций ЭГ2 и она подновляется в процессе износа этой поверхности путем трения с разрезным углеграфитовым кольцом 26, прижимаемым пружиной 27 в кольцевой канавке по разъему жаропрочных головок 21 и 22 составного поршня 19. Жидкое масло служит для смазки всех подшипников и зубчатых колес, а также для охлаждения левой 21 и правой 22 жаропрочных головок, к которым оно поступает по каналу 54 и далее по каналам 55, 56 и 57, в штоке 20 составного поршня 19 отводится в картер.The working surface of cylinders 4 and 5 is covered with a film of solid lubricants based on carbon graphite compositions EG2 and it is renewed during wear of this surface by friction with a split carbon graphite ring 26, pressed by a spring 27 in the annular groove through the connector of the heat-resistant heads 21 and 22 of the composite piston 19. Liquid the oil serves to lubricate all bearings and gears, as well as to cool the left 21 and right 22 heat-resistant heads, to which it enters through channel 54 and then through channels 55, 56 and 57, in the rod 20 of the composite piston 19 is diverted to the crankcase.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Двигатель работает по двухтактному циклу. Предположим, что составной поршень 19 находится в крайнем левом положении, как показано на фиг.1. В данный момент времени в камере сгорания 33 в бесштоковой полости 31 левого цилиндра 4 и в камере сгорания 34 в штоковой полости 32 правого цилиндра 5 догорает дизельное топливо, впрыснутое накануне форсунками 13 и 35, в результате чего резко повышается температура и давление сжатого в камерах газа. В штоковой полости 32 левого цилиндра 4 и бесштоковой полости 31 правого цилиндра 5 в это время происходит их продувка, при которой сжатый до невысокого давления (0,135 МПа) воздух в объемном роторном нагнетателе 52 поступает к впускным окнам 6 цилиндров 4 и 5 и очищает полости от остатков отработавших газов. В случае большой мощности дизеля дополнительно устанавливается турбокомпрессор и давление продувочного воздуха становится значительно больше указанного выше. Под действием разности давлений слева и справа на составной поршень 19 последний начнет перемещаться слева направо, передавая силу поршневому валику 37, который, действуя на кривошипы 39 коренных валов 40 и 41 через шаровые головки 38 и сферические вкладыши 44, приведет к вращению этих коренных валов в противоположных направлениях благодаря непосредственному зацеплению больших зубчатых колес 47 на распределительном вале и одном из коренных валов 40 и зацеплению малых зубчатых колес 48 на распределительном вале и коренном вале 41 через промежуточное зубчатое колесо. При этом каждый коренной вал 40 и 41 вращается в роликовом 42 и шариковом 43 подшипниках с небольшими потерями на трение. Возможно также и применение подшипников скольжения. Вращающиеся в противоположных направлениях коренные валы 40 и 41 вместе с кривошипами 39 будут дальше поворачивать поршневой валик 37, шток 20 и составной поршень 19 вокруг продольной оси левого и правого оппозитных цилиндров 4 и 5. Максимального значения угол поворота составного поршня 19 в цилиндрах 4 и 5 достигнет при среднем положении его в цилиндрах, когда кривошипы 39 займут противоположное положение. Начиная с этого положения, при дальнейшем вращении коренных валов составной поршень 19 начнет поворачиваться в цилиндрах 4 и 5 в противоположном направлении. Цилиндрические концы поршневого валика 37, шаровые бобышки 38 совместно с антифрикционными сферическими вкладышами 44 образуют четырехподвижную кинематическую пару второго класса, которая обеспечивает поступательное поворотное движение составного поршня 19. Поступательно поворотное движение составного поршня 19 в оппозитных цилиндрах 4 и 5 используется для организации газораспределения в двигателе внутреннего сгорания, т.е. для выпуска отработанных газов через выпускные окна 7, продувки бесштоковой 31 и штоковой 32 полостей цилиндров 4 и 5 через впускные 6 и выпускные 7 окна и наддува штоковой 32 и бесштоковой 31 полостей цилиндров 4 и 5 через впускные окна 6 от объемного роторного нагнетателя 52. Для организации этих процессов газораспределения используются профилированные скосы 28 и 29 и буртик 30 на торцах внешней и внутренней жаропрочных головок 21 и 22. При этом в процессе выпуска отработанных газов с выпускным окном 7 совмещается профилированный скос 29, затем открывается впускное окно 6, а выпускное окно 7 еще не закрыто и происходит продувка, далее уже при обратном движении составного поршня 19 и дальнейшем его повороте буртик 30 закрывает выпускное окно 7, а впускное окно 6 остается открытым благодаря скосу 28 и происходит наддув. И лишь после того как закроется и впускное окно 6, начинается процесс сжатия свежего воздушного заряда. Процессы газораспределения происходят совершенно одинаково для всех бесштоковых 31 и штоковых 32 полостей цилиндров 4 и 5.The internal combustion engine operates as follows. The engine runs on a push-pull cycle. Assume that the composite piston 19 is in the leftmost position, as shown in FIG. At this time, in the combustion chamber 33 in the rodless cavity 31 of the left cylinder 4 and in the combustion chamber 34 in the rod cavity 32 of the right cylinder 5, diesel fuel burned up on the eve of the nozzles 13 and 35, resulting in a sharp increase in temperature and pressure of the gas compressed in the chambers . At the time, they are purged in the rod cavity 32 of the left cylinder 4 and the rodless cavity 31 of the right cylinder 5, at which air compressed to a low pressure (0.135 MPa) in the volumetric rotary supercharger 52 enters the inlet windows 6 of cylinders 4 and 5 and cleans the cavities from exhaust gas residues. In the case of a large diesel power, a turbocharger is additionally installed and the purge air pressure becomes much higher than the above. Under the influence of the pressure difference from left to right on the composite piston 19, the latter begins to move from left to right, transmitting power to the piston shaft 37, which, acting on the cranks 39 of the main shafts 40 and 41 through the ball heads 38 and spherical inserts 44, will lead to the rotation of these main shafts in opposite directions due to the direct engagement of the large gears 47 on the camshaft and one of the main shafts 40 and the engagement of the small gears 48 on the camshaft and the main shaft 41 through an intermediate gear wheel. Moreover, each main shaft 40 and 41 rotates in roller 42 and ball bearings 43 with low friction losses. The use of plain bearings is also possible. The main shafts 40 and 41 rotating in opposite directions together with the cranks 39 will further rotate the piston shaft 37, the rod 20 and the composite piston 19 around the longitudinal axis of the left and right opposed cylinders 4 and 5. The maximum angle of rotation of the composite piston 19 in cylinders 4 and 5 reaches in the middle position in the cylinders when the cranks 39 occupy the opposite position. Starting from this position, with further rotation of the main shafts, the composite piston 19 will begin to rotate in the cylinders 4 and 5 in the opposite direction. The cylindrical ends of the piston roller 37, the ball bosses 38 together with the anti-friction spherical liners 44 form a four-moving kinematic pair of the second class, which provides the translational rotary movement of the composite piston 19. The translational rotational movement of the composite piston 19 in opposed cylinders 4 and 5 is used to organize gas distribution in the internal engine combustion, i.e. for exhaust gas exhaust through exhaust ports 7, purge rodless 31 and rod 32 cylinder cavities 4 and 5 through inlet 6 and exhaust 7 windows and pressurized rod 32 and rodless 31 cavity of cylinders 4 and 5 through intake ports 6 from the volumetric rotary supercharger 52. For In order to organize these gas distribution processes, profiled bevels 28 and 29 and bead 30 are used at the ends of the external and internal heat-resistant heads 21 and 22. In this process, the profiled bevel 29 is combined with the exhaust window 7, then open the inlet window 6 is opened, and the outlet window 7 is not yet closed and purging takes place, then when the composite piston 19 moves back and turns further, the bead 30 closes the outlet window 7, and the inlet window 6 remains open due to the bevel 28 and pressurization occurs. And only after the inlet window 6 is closed, does the process of compressing fresh air charge begin. The gas distribution processes occur exactly the same for all rodless 31 and rod 32 cavities of cylinders 4 and 5.

При подходе составного поршня 19 к крайнему правому положению будет впрыснуто топливо форсунками 35 и 13 соответственно в штоковую полость 32 левого цилиндра 4 и бесштоковую полость 31 правого цилиндра 5, где к этому моменту закончится сжатие свежего воздушного заряда. После воспламенения и сгорания дизельного топлива температура и давление газа в указанных выше камерах резко увеличится, а в смежных камерах цилиндров 4 и 5 относительно внешней и внутренней жаропрочных головок 21 и 22 давление будет равно давлению продувочного воздуха, поступающего из объемного роторного нагнетателя 52. Под действием разности давлений составной поршень 19 устремится справо налево, продолжая вращать в противоположных направлениях коренные валы 40 и 41. Далее процесс работы штоковых 32 и бесштоковых 31 полостей цилиндров 4 и 5 будет повторяться. При этом составной поршень 19 будет совершать возвратно-поступательное поворотное движение, не оказывая давления на стенки цилиндров 4 и 5. О стенки цилиндров 4 и 5 будут тереться лишь компрессионные кольца 25 и разрезные углеграфитовые кольца 26, упругая сила прижатия которых плоской пружиной 27 невелика. Поэтому потери на трение у предложенного двигателя внутреннего сгорания намного меньше, чем у традиционных двигателей с кривошипно-шатунным механизмом, а следовательно, у него будет значительно выше механический к.п.д. Двухтактные дизели традиционной конструкции с жидкостной системой смазки цилиндропоршневой группы обладают повышенным расходом дизельного масла на угар и небольшим сроком службы между его сменами, что объясняется разжижением его несгоревшим топливом, загрязнением коксом, смолами и др. продуктами, содержащимися в стекающем со стенок цилиндров масле и выбрасываемыми в атмосферу. Кроме того, плохо сгорающие в цилиндрах капельки масла закоксовывают выпускные окна 7 и значительно увеличивают содержание канцерогенных примесей в выхлопных газах. В предложенном двигателе внутреннего сгорания твердосмазочное покрытие рабочих стенок цилиндров устраняет отмеченные выше недостатки. В процессе работы двигателя пленка твердосмазочного покрытия постоянно подновляется за счет трения о стенки цилиндров 4 и 5 разрезного углеграфитового кольца 26, размещенного в кольцевой канавке между внешней 21 и внутренней 22 жаропрочными головками и прижимаемого к рабочим поверхностям плоской пружиной 27. Благодаря такому процессу стенки цилиндров 4 и 5 практически не изнашиваются, что увеличивает их технический ресурс. Длительность работы разрезного углеграфитового кольца 26 составляет не менее 10 тыс. часов и оно может периодически заменяться на новое вместе с заменой компрессионных колец 25.When the composite piston 19 approaches the extreme right position, fuel will be injected with nozzles 35 and 13, respectively, into the rod cavity 32 of the left cylinder 4 and rodless cavity 31 of the right cylinder 5, where the compression of the fresh air charge will end by this moment. After ignition and combustion of diesel fuel, the temperature and gas pressure in the above chambers will increase sharply, and in adjacent chambers of cylinders 4 and 5 relative to the external and internal heat-resistant heads 21 and 22, the pressure will be equal to the pressure of the purge air coming from the volumetric rotary supercharger 52. Under the action the differential pressure of the composite piston 19 will go from right to left, continuing to rotate the main shafts 40 and 41 in opposite directions. Next, the operation process of rod 32 and rodless 31 cavities of cylinders 4 and 5 bu is repeated. In this case, the composite piston 19 will make a reciprocating rotational movement without exerting pressure on the walls of the cylinders 4 and 5. On the walls of the cylinders 4 and 5, only compression rings 25 and split carbon graphite rings 26 will be rubbed, the elastic pressing force of which with a flat spring 27 is small. Therefore, the friction loss of the proposed internal combustion engine is much smaller than that of traditional engines with a crank mechanism, and therefore, it will have significantly higher mechanical efficiency Two-stroke diesel engines of a traditional design with a liquid cylinder-piston group lubrication system have an increased consumption of diesel oil for waste and a short service life between shifts, which is explained by its dilution with unburned fuel, contamination with coke, resins and other products contained in the oil draining from the cylinder walls and emitted in atmosphere. In addition, droplets of oil that do not burn well in the cylinders coke the outlet windows 7 and significantly increase the content of carcinogenic impurities in the exhaust gases. In the proposed internal combustion engine, a solid lubricant coating of the working walls of the cylinders eliminates the above-mentioned disadvantages. During engine operation, the film of the solid lubricant coating is constantly updated due to friction against the walls of the cylinders 4 and 5 of the split carbon graphite ring 26 located in the annular groove between the outer 21 and inner 22 heat-resistant heads and pressed against the working surfaces by a flat spring 27. Due to this process, the cylinder walls 4 and 5 practically do not wear out, which increases their technical resource. The duration of the split carbon-graphite ring 26 is at least 10 thousand hours and it can be periodically replaced with a new one along with the replacement of compression rings 25.

Твердосмазочное покрытие может работать при более высоких температурах нагрева рабочих стенок цилиндров 4 и 5 по сравнению с системой смазки их жидким маслом, благодаря чему значительно облегчается обеспечение регулируемого воздушного охлаждения оребренных цилиндров 4 и 5.The solid lubricating coating can work at higher heating temperatures of the working walls of cylinders 4 and 5 compared to their liquid oil lubrication system, which makes it much easier to provide controlled air cooling of finned cylinders 4 and 5.

Создание двух камер сгорания в рабочих полостях штоковой 32 и бесштоковой 31 в одном цилиндре практически удваивает мощность двигателя внутреннего сгорания при тех же габаритных размерах, что и у традиционных однокамерных двигателей. Кроме того, благодаря тому, что кинематическая энергия составного поршня 19 целиком компенсируется энергией сжатия свежего воздушного заряда в оппозитных рабочих полостях цилиндров 4 и 5, инерционные силы от возвратно-поступательного его движения не передаются на шарниры коренных валов 40 и 41, что позволяет повысить в два-три раза частоту их вращения по сравнению с коленчатым валом традиционных двигателей, у которых на шатунной шейке "мотается" шатун с поршнем, создавая огромные инерционные нагрузки на подшипник, что и ограничивает частоту его вращения. Возможность повышения частоты вращения коренных валов 40 и 41 нового двигателя по сравнению с допустимой частотой вращения коленчатого вала традиционных двигателей также способствует повышению мощности нового двигателя при прочих равных условиях.The creation of two combustion chambers in the working cavities of the rod 32 and rodless 31 in one cylinder almost doubles the power of the internal combustion engine with the same overall dimensions as that of traditional single-chamber engines. In addition, due to the fact that the kinematic energy of the composite piston 19 is completely compensated by the compression energy of fresh air charge in the opposed working cavities of the cylinders 4 and 5, the inertial forces from its reciprocating motion are not transmitted to the hinges of the main shafts 40 and 41, which makes it possible to increase two or three times their rotation speed compared to the crankshaft of traditional engines, in which a connecting rod with a piston "wound" on the connecting rod neck, creating huge inertial loads on the bearing, which limits the frequency its rotation. The possibility of increasing the rotational speed of the main shafts 40 and 41 of the new engine compared to the permissible crankshaft of conventional engines also helps to increase the power of the new engine, all other things being equal.

И наконец, коренные валы 40 и 41 намного проще в изготовлении по сравнению с коленчатым валом многоцилиндровых двигателей. Возможность установки их на стандартных подшипниках качения снижает потери на трение и повышает надежность работы этого узла. Кроме того, отсутствие клапанов и привода к ним намного упрощает конструкцию нового двигателя. Все это вместе взятое позволяет создать мощные, компактные, легкие, надежные и высокоэкономичные двигатели нового поколения со значительно меньшими эксплуатационными расходами средств по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания за счет снижения расхода топлива и масла и уменьшения затрат на обслуживание и ремонт.Finally, the main shafts 40 and 41 are much easier to manufacture than the crankshaft of multi-cylinder engines. The ability to install them on standard rolling bearings reduces friction losses and increases the reliability of this unit. In addition, the absence of valves and a drive to them greatly simplifies the design of the new engine. All this taken together allows you to create powerful, compact, lightweight, reliable and highly efficient new generation engines with significantly lower operating costs compared to traditional internal combustion engines by reducing fuel and oil consumption and reducing maintenance and repair costs.

Для случая малой мощности описанный выше двухтактный двигатель внутреннего сгорания можно выполнить всего с одним односторонним цилиндром. При этом достигается наибольшая его компактность.For the case of low power, the two-stroke internal combustion engine described above can be performed with only one single-sided cylinder. In this case, its greatest compactness is achieved.

Claims

1. An internal combustion engine containing a skeleton in which at least one compartment is located with two cylinders mounted opposite to each other, covers closed from the outer ends and provided with inlet and outlet windows on their side walls, in each compartment of the skeleton installed in two opposite located cylinders one twin composite piston with two of its housings interconnected by a rod having in the middle a thickening with a cylindrical bore in which is pressed into the middle thickened part of the piston a roller, at the ends of which end spherical heads are symmetrically arranged, two main shafts made of cylindrical shape and coaxially arranged at one end in half of the core in the center of its connector on bearings and equipped with counterweights at the inner ends of the cylinder bushings, at the inner ends of the cylinder bushings, the main shafts are equipped with cranks, one end of each crank is pivotally connected by means of split spherical antifriction liners with the end ball head of the piston about the roller, and its other end is connected to the main shaft, compression rings and heat-resistant heads are installed on the bodies of the composite piston, large gears are installed on the main shafts between the bearings, and small gears on the second, similar gears are mounted on the camshaft, mounted in a frame parallel to the main shafts, the large gears of the main and camshafts are directly coupled to each other, and their small gears are coupled to each other by means of intermediate gear wheel, characterized in that the combined piston bodies are equipped with two heat-resistant heads mounted on the stem shank, two profiled bevels are made on one half of their circle on the outer ends of each of the heat-resistant heads: one adjacent to the inlet window of each cylinder, the second, adjacent to the outlet window of these cylinders, and at the end of the second half of the head circle a collar adjacent to the bevel from the side of the outlet window, while the inlet and outlet windows of the cylinders are located opposite each other, in the annular groove formed at the junction of the heads, there is a split carbon graphite ring pressed against the cylinder walls by a flat spring, on the inside the cylinders are closed with inner caps with a central hole for the passage of the rod, which is sealed with bronze split rings with bracelet springs, end ball the heads of the piston roller are made in the form of sliding ball bosses dressed on its cylindrical ends.

2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the cranks are integral with the main shafts.

3. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the working surface of the cylinders is covered with a film of solid lubricants based on carbon graphite compositions of the EG2 type and it is connected in the process of wear of this surface by friction with a split carbon graphite ring pressed in the annular groove through the heat-resistant connector composite piston heads.