RU2281399C2

RU2281399C2 - Opposed-piston engine

Info

Publication number: RU2281399C2
Application number: RU2003103608/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Георгиевич Кулинич (RU); Анатолий Георгиевич Кулинич
Original assignee: Анатолий Георгиевич Кулинич
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2006-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention relates to internal combustion engines without crankshaft. According to invention, proposed engine contains two opposed pistons arranged in cylinders and interconnected by rods, and cross installed for movement along closed sinusoidal groove with swing amplitude equal to piston travel from bottom dead center to top dead center. Timing mechanisms art installed in two working spaces of each cylinder. Cross is provided with movable pin passing through slot of fixed shaft rigidly secured in case. Movable pin of cross gets by edges into slot of movable hollow sinusoidal drum provided with sinusoidal groove.

EFFECT: improved reliability of engine, simplified design of engine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкциям двигателей внутреннего сгорания без коленчатого вала.The invention relates to engine building, in particular to the construction of internal combustion engines without a crankshaft.

Известен оппозитный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по крайней мере два оппозитно расположенных в цилиндрах поршня, связанных между собой общим штоком, несущим в своей центральной части кулачковый элемент, взаимодействующий с ответной профильной канавкой, выполненной на внутренней поверхности, охватывающей шток цилиндрической выходной втулки, оснащенной зубчатым венцом для передачи момента потребителю (ДЕ, патент №3311021, кл. F 01 В 9/06, 1984).Known is the opposed internal combustion engine, comprising at least two opposed piston cylinders, interconnected by a common rod, bearing in its central part a cam element interacting with a mating profile groove made on the inner surface, covering the rod of a cylindrical output sleeve equipped with a gear crown to transmit the moment to the consumer (DE, patent No. 3311021, CL F 01 B 9/06, 1984).

Недостатком данной конструкции является смещение осей расположения штока и втулки. В связи с тем что смещение поршней вдоль оси штока вызывает появление силы при взаимодействии его пальца с канавкой на втулке, то возможно проворачивание поршней вместе со штоком вокруг оси втулки, а это приводит к заклиниванию, либо к принудительному повороту втулки, приводящему к неравномерному ее вращению.The disadvantage of this design is the displacement of the axes of the location of the rod and sleeve. Due to the fact that the displacement of the pistons along the axis of the rod causes the appearance of force when its finger interacts with the groove on the sleeve, it is possible to rotate the pistons together with the rod around the axis of the sleeve, and this leads to jamming or forced rotation of the sleeve, leading to its uneven rotation .

Кроме того, технологически удобнее обрабатывать все кольцевые поверхности, если они совмещены. В известной конструкции после обработки поверхностей необходимо обеспечить переналадку для обработки посадочных поверхностей под втулку.In addition, it is technologically more convenient to process all annular surfaces if they are combined. In the known design, after surface treatment, it is necessary to provide readjustment for processing the seating surfaces under the sleeve.

Выполнение профильной поверхности в виде сопряженных под углом прорезей приводит к созданию напряженной точки в месте сопряжения, где происходит резкая скачкообразная смена направления движения и смена действия сил раскладки, возникающих в результате взаимодействия кулачка с боковыми стенками втулки. В результате, вместо плавного перехода имеет место ударный эффект.The execution of the profile surface in the form of slots conjugated at an angle leads to the creation of a tense point at the interface where a sharp abrupt change in direction of movement and a change in the action of the folding forces resulting from the interaction of the cam with the side walls of the sleeve occur. As a result, instead of a smooth transition, a shock effect takes place.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является оппозитный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по крайней мере два оппозитно расположенных в цилиндрах поршня, связанных между собой общим штоком, несущим в своей центральной части кулачковый элемент, взаимодействующий с ответной профильной канавкой, выполненной на внутренней поверхности цилиндрической выходной втулки, охватывающей шток и оснащенной зубчатым венцом для передачи момента потребителю, причем кулачковый элемент снабжен роликом, профильная канавка выходной цилиндрической втулки выполнена замкнутой синусоидальной, в ней размещен ролик кулачкового элемента, диаметрально противоположная часть которого оперта на внутреннюю поверхность втулки, расположенной соосно со штоком, установленным в направляющих опорах, при этом амплитуда размаха синусоиды канавки равна ходу поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, а ее длина выполнена кратной ее периоду, причем выходная втулка установлена в торцевых опорах для предотвращения ее осевого перемещения. Шток кинематически связан с втулками, установленными с возможностью вращения и имеющими синусоидальные направляющие с длиной, равной двум ее периодам, и амплитудой размаха, равной ходу поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, в направляющих расположены диаметрально направленные ответные элементы штока, при этом указанные втулки установлены в торцевых опорах и выполнены с элементами кинематической связи с распределительными валами управления клапанами цилиндров (Патент РФ, №2089733, Мкл. 6 F 01 В 3/4, 9/06, F 02 В 75/24, 75/32, 1977).The closest in technical essence to the claimed invention is the opposed internal combustion engine, containing at least two opposed pistons located in the cylinders, interconnected by a common rod bearing a cam element in its central part interacting with a reciprocal profile groove made on the inner surface of the cylindrical output sleeve, covering the rod and equipped with a ring gear for transmitting torque to the consumer, and the cam element is equipped with a roller, profile The main groove of the output cylindrical sleeve is closed sinusoidal, the cam element roller is placed in it, the diametrically opposite part of which is supported on the inner surface of the sleeve located coaxially with the rod installed in the guide bearings, while the amplitude of the sinusoidal groove amplitude is equal to the piston stroke from the bottom dead center to top dead center, and its length is a multiple of its period, and the output sleeve is installed in the end supports to prevent its axial movement. The rod is kinematically connected with bushings mounted for rotation and having sinusoidal guides with a length equal to its two periods and amplitude of the span equal to the piston stroke from the bottom dead center to the top dead center, diametrically directed rod response elements are located in the guides, while the indicated the bushings are installed in the end supports and are made with elements of kinematic connection with the camshafts of the control valves of the cylinders (RF Patent, No. 2089733, Ml. 6 F 01 B 3/4, 9/06, F 02 B 75/24, 75/32, 1977 )

Недостатком известной конструкции является сложность изготовления конструкции. Кроме того, конструкция содержит две шестерни, одна для снятия крутящего момента, другая - для привода механизма газораспределения, что приводит к усложнению конструкции.A disadvantage of the known design is the complexity of the manufacture of the structure. In addition, the design contains two gears, one for removing torque, the other for driving the gas distribution mechanism, which complicates the design.

Изобретение решает следующие задачи: избавление от потерь, связанных с коэффициентом трения, получение двойного действия путем возможности планирования вращающего момента двигателя за счет изменения угла направления синусоидальной канавки.The invention solves the following problems: getting rid of losses associated with the coefficient of friction, obtaining a double action by the possibility of planning the torque of the engine by changing the angle of direction of the sinusoidal groove.

Технический результат заключается в повышении надежности двигателя и его технологичности при простоте конструкции, увеличение кпд двигателя, обеспечение плавности хода вала отбора мощности синусоидального барабана с шестерней отбора мощности.The technical result consists in increasing the reliability of the engine and its manufacturability with the simplicity of design, increasing the efficiency of the engine, ensuring a smooth stroke of the power take-off shaft of the sinusoidal drum with the power take-off gear.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в оппозитном двигателе, содержащем два оппозитно расположенных в цилиндрах поршня, связанных между собой штоками, крестовину, установленную с возможностью перемещения по замкнутой синусоидальной канавке с амплитудой размаха, равной ходу поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, согласно изобретению в двух рабочих полостях каждого из цилиндров установлены механизмы газораспределения.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a boxer engine containing two opposed pistons located in the cylinders, interconnected by rods, a spider mounted to move along a closed sinusoidal groove with an amplitude of magnitude equal to the piston stroke from the bottom dead center to the top dead center, according to the invention in two working cavities of each of the cylinders installed gas distribution mechanisms.

Крестовина выполнена с подвижным пальцем, проходящим через сквозной паз жестко закрепленного в картере неподвижного вала, при этом подвижный палец крестовины входит своими краями в паз подвижного полого синусоидального барабана, имеющего синусоидальную канавку.The crosspiece is made with a movable finger passing through a through groove of a fixed shaft rigidly fixed in the crankcase, while the movable cross finger enters its grooves with its edges into the groove of the movable hollow sinusoidal drum having a sinusoidal groove.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично представлен продольный разрез оппозитного двигателя.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a longitudinal section of a boxer engine.

Оппозитный двигатель состоит из разборного картера 1, на котором установлены два оппозитно расположенных цилиндра 2, имеющие две головки: наружную 3 и внутреннюю 4. Внутренняя головка 4 имеет уплотнительное устройство высокого давления 5. В цилиндрах установлены поршни 6, для передачи усилия с газовых полостей на шток 7. Поршни 6 имеют на поверхности канавки, в которые установлены компрессионные кольца 8. Поршни 6 делят каждый цилиндр 2 на две газовые рабочие полости I, II, III, IV, соответственно. Компрессионные кольца 8 служат для герметизации рабочих полостей I, II, III, IV. В головках 3 и 4 каждого из цилиндров 2 установлены механизмы впуска и выпуска рабочей смеси 9 (показаны условно, чтобы не усложнять чертеж). Поршни 6 жестко соединены между собой с помощью штока 7 через установленную в центре крестовину 10 с подвижным пальцем 11. Крестовина 10 проходит через жестко закрепленный в картере 1 неподвижный полый вал 12 со сквозным пазом для прохода штока 7 и пальца крестовины 11, при этом подвижный палец крестовины 11, проходя через сквозной паз неподвижного вала 12, входит своими краями в паз подвижного синусоидального барабана 13. Внутренняя часть подвижного полого синусоидального барабана 13 имеет замкнутую синусоидальную канавку с амплитудой, равной ходу поршня 6 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Высота синусоидальной канавки равна ходу поршня, а угол поворота синусоидального барабана равен 90°, т.е. за один оборот синусоидального барабана 13 поршень 6 будет совершать два возвратно-поступательных движения. На наружной части синусоидального барабана 13 установлена шестерня 14 для снятия вращающего момента и привода механизма газораспределения.The boxer engine consists of a collapsible crankcase 1 on which two opposed cylinders 2 are installed, having two heads: an external 3 and an internal 4. The internal head 4 has a high-pressure sealing device 5. Pistons 6 are installed in the cylinders to transmit force from the gas cavities to rod 7. Pistons 6 have grooves on the surface in which compression rings are installed 8. Pistons 6 divide each cylinder 2 into two gas working cavities I, II, III, IV, respectively. Compression rings 8 are used to seal the working cavities I, II, III, IV. In the heads 3 and 4 of each of the cylinders 2 there are installed mechanisms for the inlet and outlet of the working mixture 9 (shown conditionally, so as not to complicate the drawing). The pistons 6 are rigidly interconnected using the rod 7 through a centrally mounted crosspiece 10 with a movable finger 11. The crosspiece 10 passes through a fixed hollow shaft 12 rigidly fixed in the crankcase 1 with a through groove for the rod 7 and the finger of the crosspiece 11 to pass, while the movable finger crosses 11, passing through the through groove of the fixed shaft 12, enters with its edges into the groove of the movable sinusoidal drum 13. The inner part of the movable hollow sinusoidal drum 13 has a closed sinusoidal groove with an amplitude equal to the stroke piston 6 from bottom dead center to top dead center. The height of the sinusoidal groove is equal to the stroke of the piston, and the angle of rotation of the sinusoidal drum is 90 °, i.e. for one revolution of the sinusoidal drum 13, the piston 6 will make two reciprocating movements. On the outer part of the sinusoidal drum 13, a gear 14 is installed to remove torque and drive a gas distribution mechanism.

Оппозитный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В зависимости от такта работы двигателя в рабочих полостях с I по IV образуется давление, обеспечивающее перемещение поршней 6 в осевом направлении. В рабочих полостях I, II, III, IV с каждым поворотом синусоидального барабана 13 через 90° последовательно со смещением на один такт в каждой полости осуществляется рабочий цикл двигателя, т.е. если в I рабочей полости на первый такт осуществляется впуск рабочей смеси, то во II рабочей полости осуществляется сжатие, в III рабочей полости осуществляется рабочий ход, в IV рабочей полости осуществляется выпуск.Boxer internal combustion engine operates as follows. Depending on the stroke of the engine in the working cavities from I to IV, pressure is generated that ensures the pistons 6 are moved in the axial direction. In the working cavities I, II, III, IV, with each rotation of the sinusoidal drum 13 through 90 °, a working cycle of the engine is carried out sequentially with a shift of one cycle in each cavity, i.e. if in the first working cavity the intake of the working mixture is carried out for the first stroke, then in the second working cavity the compression is carried out, in the third working cavity the working stroke is carried out, in the fourth working cavity the release is carried out.

На второй такт соответственно в I рабочей полости осуществляется сжатие рабочей смеси, во II рабочей полости осуществляется рабочий ход, в III рабочей полости осуществляется выпуск, в IV рабочей полости осуществляется впуск рабочей смеси.On the second step, respectively, in the first working cavity, the working mixture is compressed, in the second working cavity, the working stroke is carried out, in the third working cavity, the discharge is carried out, in the fourth working cavity, the working mixture is inlet.

На третий такт в I рабочей полости осуществляется рабочий ход, во II рабочей полости осуществляется выпуск, в III рабочей полости осуществляется впуск рабочей смеси, в IV рабочей полости осуществляется сжатие.On the third step, a working stroke is carried out in the first working cavity, release is carried out in the second working cavity, the working mixture is inlet in the third working cavity, and compression is performed in the fourth working cavity.

На четвертый такт в I рабочей полости осуществляется выпуск, во II рабочей полости осуществляется впуск рабочей смеси, в III рабочей полости осуществляется сжатие, в IV рабочей полости осуществляется рабочий ход.On the fourth step, release is performed in the first working cavity, the working mixture is inlet in the second working cavity, compression is performed in the third working cavity, and a working stroke is carried out in the fourth working cavity.

Т.е. за один полный оборот синусоидального барабана 13 происходит четыре рабочих хода в четырех рабочих полостях с I по IV двух цилиндров 2. В зависимости от такта работы двигателя в камерах сгорания образуется давление, обеспечивающее смещение поршня 6 и штока 7 в осевом направлении. При перемещении в осевом направлении шток 7 своей крестовиной 10 скользит по направляющей канавке синусоидального барабана 13. Для предотвращения вращения крестовины 10 внутренняя часть крестовины идет по сквозному пазу неподвижного вала 12.Those. for one complete revolution of the sinusoidal drum 13, four working strokes occur in four working cavities from I to IV of two cylinders 2. Depending on the engine cycle, the pressure is generated in the combustion chambers, which ensures the displacement of the piston 6 and the rod 7 in the axial direction. When moving in the axial direction, the rod 7 with its cross 10 slides along the guide groove of the sinusoidal drum 13. To prevent rotation of the cross 10, the inner part of the cross goes through the through groove of the fixed shaft 12.

Заявленный двигатель позволяет увеличить кпд двигателя, уменьшить расход топлива, увеличить литровую мощность и уменьшить износ поршня.The claimed engine allows to increase engine efficiency, reduce fuel consumption, increase liter capacity and reduce piston wear.

Claims

Boxer engine, containing two opposed piston cylinders, connected by rods, and a crosspiece mounted to move along a closed sinusoidal groove with a swing amplitude equal to the piston stroke from bottom dead center to top dead center, characterized in that in two working Gas distribution mechanisms are installed in the cavities of each cylinder, and the cross is made with a movable finger passing through the through groove of the fixed shaft rigidly fixed in the crankcase, while the finger of the cross enters with its edges into the groove of the movable hollow sinusoidal drum having a sinusoidal groove