RU2300002C1

RU2300002C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2300002C1
Application number: RU2005141785/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Журба (RU); Александр Андреевич Журба
Original assignee: Александр Андреевич Журба
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-05-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: according to invention, at least two connecting rods are connected with crankpin of crankshaft. One rocker is hinge connected at opposite side to each of pair of connecting rods. Each rocker is hinge-connected at opposite side to head so that valves and spark plug or nozzle are between hinge joints. Connecting rods and rockers are installed between webs of crankshaft. Width of each connecting rod and rocker and length of head are equal to distance between webs of shaft. Connecting rods and rockers form space to implement four-stroke working cycle at smaller overall dimensions and mass.

EFFECT: improved efficiency of engine in operation.

10 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to mechanical engineering, in particular to the production of internal combustion engines (ICE).

Известен роторно-поршневой двигатель, у которого треугольный ротор совершает в картере сложное планетарное движение. Преимущество двигателя состоит в малом габарите, малой массе и большой литровой мощности вследствие протекания четырехтактного рабочего цикла в каждой из трех полостей за один оборот ротора. Недостатком двигателя является положительные и отрицательные ускорения радиальных уплотнительных пластин, соприкосновение их с картером по линии со значительными контактными давлениями, большие скорости и длина перемещения, неравномерная по периферии картера тепловая деформация, что приводит к их быстрому износу, снижению ресурса двигателя и повышенному выбросу оксида азота (см. Двигатели внутреннего сгорания. - Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - Учебное пособие под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова, - 4 изд. - М.: Машиностроение, 1990, с.255-258).Known rotary piston engine, in which a triangular rotor makes a complex planetary motion in the crankcase. The advantage of the engine is its small size, light weight and large liter capacity due to a four-cycle duty cycle in each of the three cavities per revolution of the rotor. The disadvantage of the engine is the positive and negative accelerations of the radial sealing plates, their contact with the crankcase along the line with significant contact pressures, high speeds and length of movement, thermal deformation uneven along the crankcase periphery, which leads to their rapid wear, reduced engine life and increased nitrogen oxide emission (see. Internal combustion engines. - Design and operation of reciprocating and combined engines. - Study guide edited by A.S. Orlin, M.G. Kruglov, - 4th ed. - M .: Ma inostroenie, 1990, s.255-258).

Известен четырехтактный поршневой V-образный ДВС, у которого не менее чем два шатуна выполнены одинаковыми и соединены непосредственно с кривошипом или шарнирно один прицепной с другим главным, соединенным с кривошипом. Основные преимущества поршневого двигателя - более высокая экономичность и меньшая токсичность отработавших газов за счет протекания рабочего цикла в одной полости. Его основными недостатками являются относительно большие габариты и масса, меньшая литровая мощность. Большой габарит по высоте и большая масса обусловлен установкой на картер цилиндра с поршнем и головки с клапанами. Малая литровая мощность обусловлена протеканием четырехтактного рабочего цикла за два оборота вала коленчатого. (см. Двигатели внутреннего сгорания. - Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - Учебное пособие под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова, - 4 изд. - М.: Машиностроение, 1990, с.6-10, 16, 63, 64, 74, 75).A four-stroke piston V-shaped internal combustion engine is known, in which at least two connecting rods are made the same and connected directly to the crank or articulated to one trailed with the other main connected to the crank. The main advantages of a piston engine are higher efficiency and lower exhaust emissions due to the flow of the working cycle in one cavity. Its main disadvantages are relatively large dimensions and weight, less liter capacity. The large height and weight are due to the installation of a cylinder with a piston on the crankcase and heads with valves. Low liter capacity is due to the flow of a four-stroke duty cycle for two revolutions of the crankshaft. (see. Internal combustion engines. - Design and operation of piston and combined engines. - Textbook edited by A.S. Orlin, M.G. Kruglov, - 4th ed. - M .: Mechanical Engineering, 1990, p.6- 10, 16, 63, 64, 74, 75).

Техническая задача создания двигателя обладающего одновременно преимуществами поршневого и роторно-поршневого двигателя состоит в применении кривошипно-коромыслового механизма.The technical task of creating an engine with both the advantages of a piston and a rotary piston engine is to use a crank-beam mechanism.

Двигатель содержит картер цилиндрической формы, в котором соосно установлен вал коленчатый с круглыми щеками. В картере между щек вала коленчатого размещена головка с впускным клапаном, выпускным клапаном и свечей зажигания (форсункой у дизеля). Картер с двух сторон закрыт торцовыми крышками, служащих опорой валу коленчатому. В двигателе не менее чем два шатуна соединены непосредственно с шатунной шейкой вала коленчатого или когда один шатун прицепной связан шарнирно с другим шатуном, соединенным с кривошипом и называемым главным. С противоположной стороны к каждому шатуну каждой пары шарнирно присоединено по одному коромыслу. Каждое из коромысел противоположной стороной шарнирно присоединено к головке так, что клапаны и свеча зажигания (форсунка у дизеля) находятся между шарнирами. Шатуны и коромысла установлены между щек вала коленчатого, а их ширина и длина головки равна расстоянию между щек вала коленчатого. Два шатуна, два коромысла, головка и щеки вала коленчатого образуют полость для протекания четырехтактного рабочего цикла объем которой при вращении вала коленчатого циклически меняется. Два шатуна выполняют функции поршней, воспринимают давление газов и передают суммарную силу от их давления непосредственно на шатунную шейку вала коленчатого. Суммарная длина шатунов в каждой паре равна или меньше суммарной длины присоединенных к ним коромысел и ширины головки.The engine contains a cylindrical crankcase in which a crankshaft with round cheeks is coaxially mounted. In the crankcase, between the cheeks of the crankshaft, there is a head with an inlet valve, an exhaust valve and spark plugs (diesel nozzle). The crankcase is closed on both sides by end caps, which serve as a support for the crankshaft. In the engine, at least two connecting rods are connected directly to the connecting rod neck of the crankshaft, or when one trailer connecting rod is pivotally connected to another connecting rod connected to the crank and called the main one. On the opposite side, each rocker arm is pivotally attached to each connecting rod of each pair. Each of the rocker arms with the opposite side is pivotally connected to the head so that the valves and spark plug (nozzle at the diesel engine) are between the hinges. Cranks and rocker arms are installed between the crankshaft cheeks, and their width and head length is equal to the distance between the crankshaft cheeks. Two connecting rods, two rocker arms, the head and cheeks of the crankshaft shaft form a cavity for a four-stroke duty cycle, the volume of which rotates cyclically when the crankshaft rotates. Two connecting rods perform the functions of pistons, perceive the pressure of gases and transmit the total force from their pressure directly to the crank pin of the crankshaft. The total length of the connecting rods in each pair is equal to or less than the total length of the rocker arms attached to them and the width of the head.

Конструкция предлагаемого двигателя поясняется фиг.1-10.The design of the proposed engine is illustrated in figures 1-10.

На фиг.1 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла в исходном положении, соответствующей началу такта "впуск".Figure 1 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the flow of a four-stroke duty cycle in the initial position, corresponding to the beginning of the stroke "inlet".

На фиг.2 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на четверть оборота.Figure 2 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the flow of a four-stroke duty cycle after turning the crankshaft from its original position by a quarter of a revolution.

На фиг.3 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на половину оборота.Figure 3 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the flow of a four-stroke duty cycle after turning the crankshaft from its original position by half a turn.

На фиг.4 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на три четверти оборота.Figure 4 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the flow of a four-stroke duty cycle after turning the crankshaft from its original position by three quarters of a revolution.

На фиг.5 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с двумя полостями для протекания четырехтактного рабочего цикла в исходном положении.Figure 5 shows the kinematic diagram of the proposed engine with two cavities for the flow of a four-stroke duty cycle in the initial position.

На фиг.6 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с двумя полостями для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на четверть оборота.Figure 6 shows the kinematic diagram of the proposed engine with two cavities for the flow of the four-stroke duty cycle after turning the crankshaft from its original position by a quarter of a revolution.

На фиг.7 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с двумя полостями для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на половину оборота.Figure 7 shows the kinematic diagram of the proposed engine with two cavities for the flow of a four-stroke duty cycle after the crankshaft rotates from its original position by half a turn.

На фиг.8 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с двумя полостями для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на три четверти оборота.On Fig is a kinematic diagram of the proposed engine with two cavities for the flow of a four-stroke duty cycle after turning the crankshaft from its original position three quarters of a revolution.

На фиг.9 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на половину оборота при завершении такта "сжатие", у которого суммарная длина шатунов меньше суммарной длины присоединенных к ним коромысел и ширины головки.Figure 9 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the four-cycle duty cycle after the crankshaft rotates from the starting position by half a turn at the end of the compression stroke, in which the total length of the connecting rods is less than the total length of the connecting arms and the width of the head.

На фиг.10 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя с одной полостью для протекания четырехтактного рабочего цикла после поворота вала коленчатого от исходного положения на половину оборота при завершении такта "сжатие", у которого суммарная длина шатунов больше суммарной длины присоединенных к ним коромысел и ширины головки.Figure 10 shows the kinematic diagram of the proposed engine with one cavity for the four-cycle duty cycle after the crankshaft rotates from the starting position by half a turn at the end of the compression stroke, in which the total length of the connecting rods is greater than the total length of the connecting arms and the width of the head.

Где: 1 - картер, 2 - верхняя головка, 3 - щека вала коленчатого, 4 - крышка торцовая, 5 - впускной клапан, 6 - свеча зажигания (форсунка у дизеля), 7 - выпускной клапан, 8 - верхняя полость для протекания четырехтактного рабочего цикла, 9 - нижняя головка, 10 - нижняя полость для протекания четырехтактного рабочего цикла, О - ось вращения вала коленчатого и ось картера, К - шатунная шейка вала коленчатого (кривошип), АБ, ДЕ, ПР, ЛМ - коромысла, ЕК и РК - основные шатуны, БС и МН - прицепные шатуны, А, Б, С, Д, Е, К, Л, М, Н, П, Р - шарниры.Where: 1 - the crankcase, 2 - the upper head, 3 - the crankshaft cheek, 4 - the end cap, 5 - the intake valve, 6 - the spark plug (diesel injector), 7 - the exhaust valve, 8 - the upper cavity for the flow of the four-stroke working cycle, 9 - lower head, 10 - lower cavity for a four-stroke duty cycle, О - crankshaft rotation axis and crankcase axis, K - crank pin of the crankshaft (crank), AB, DE, PR, LM - rocker arm, EC and RK - main connecting rods, BS and MN - trailed connecting rods, A, B, C, D, E, K, L, M, N, P, P - hinges.

Двигатель содержит неподвижный картер 1 цилиндрической формы, внутри которого размещена головка 2 и соосно установлен вал коленчатый с двумя круглыми щеками 3 и шатунной шейкой К, имеющий ось О вращения (фиг.1). Картер с двух сторон закрыт двумя торцовыми крышками 4, служащими опорой валу коленчатому. По длине головки 2 установлены впускной клапан 5, свеча зажигания 6 (форсунка 6 у дизеля) и выпускной клапан 7. Между щек 3 вала коленчатого установлены шатуны БС и ЕК, шарнирно соединенные с шатунной шейкой К. Шарниры С и К совмещены. К противоположным шарнирам каждого шатуна шарнирно присоединено по одному коромыслу АБ и ДЕ. Коромысла АБ и ДЕ шарнирно присоединены к головке 2 так, что впускной клапан 5, свеча зажигания 6 и выпускной клапан 7 находятся между шарнирами А и Д. Ширина шатунов БС и ЕК, коромысел АБ и ДЕ и длина головки 2 равна расстоянию между щек 3 вала коленчатого. Внутренние поверхности двух шатунов БС и ЕК, двух коромысел АБ и ДЕ, головки 2 и двух щек 3 вала коленчатого образуют замкнутую полость 8, объем которой циклически изменяется при вращении вала коленчатого.The engine contains a stationary crankcase 1 of cylindrical shape, inside of which a head 2 is placed and a crankshaft shaft with two round cheeks 3 and a crank pin K having an axis of rotation O is mounted coaxially (FIG. 1). The sump is closed on both sides by two end caps 4, which serve as a support to the crankshaft. The inlet valve 5, the spark plug 6 (nozzle 6 of the diesel engine) and the exhaust valve 7 are installed along the length of the head 2. Between the cheeks 3 of the crankshaft, the BS and EK connecting rods are mounted pivotally connected to the connecting rod neck K. The hinges C and K are aligned. To the opposite hinges of each connecting rod one beam AB and DE is hingedly attached. The rocker arms AB and DE are pivotally connected to the head 2 so that the inlet valve 5, the spark plug 6 and the exhaust valve 7 are between the hinges A and D. The width of the connecting rods BS and EK, the rocker arms AB and DE and the length of the head 2 are equal to the distance between the cheeks 3 of the shaft cranked. The inner surfaces of the two connecting rods BS and EK, the two rockers AB and DE, the head 2 and two cheeks 3 of the crankshaft form a closed cavity 8, the volume of which cyclically changes when the crankshaft rotates.

В исходном положении головка 2 расположена внутри картера 1 вверху, а шатунная шейка К относительно оси О вращения вала коленчатого повернута на 180° вертикально вниз (фиг.1). Шатуны БС, ЕК и коромысла АБ, ДЕ расположены вертикально, сближены и образуют полость 8 минимального объема. Полость 8 в исходном положении сообщена с атмосферой одновременно через впускной клапан 5 и выпускной клапан 7. Это обеспечивает вентиляцию объема полости 8 и удаление оставшихся отработавших газов в атмосферу. При повороте вала коленчатого от исходного положения по ходу часовой стрелки на небольшой угол выпускной клапан 7 закрывается, а объем полости 8 сообщается с атмосферой только через впускной клапан 5.In the initial position, the head 2 is located inside the crankcase 1 at the top, and the connecting rod journal K relative to the axis O of rotation of the crankshaft is rotated 180 ° vertically downward (FIG. 1). The connecting rods BS, EC and the rocker arms AB, DE are located vertically, brought together and form a cavity 8 of the minimum volume. The cavity 8 in the initial position communicates with the atmosphere simultaneously through the inlet valve 5 and the exhaust valve 7. This provides ventilation of the volume of the cavity 8 and the removal of the remaining exhaust gases into the atmosphere. When the crankshaft rotates from its original position clockwise by a small angle, the exhaust valve 7 closes, and the volume of the cavity 8 communicates with the atmosphere only through the intake valve 5.

При повороте вала коленчатого от начального положения по часовой стрелке правое коромысло АБ останавливается (не вращается относительно шарнира А), правый шатун БС вращается относительно шарнира Б по часовой стрелке, коромысло ДЕ вращается относительно шарнира Д по часовой стрелке, а шатун ЕК совершает плоскопараллельное движение вверх к головке 2 и в левую сторону относительно оси О вращения вала коленчатого. В результате поворота вала коленчатого объем полости 8 увеличивается, в ней создается разрежение, что обеспечивает поступление в ее объем горючей смеси (воздуха у дизеля) и начало протекания такта "впуск" четырехтактного рабочего цикла. При повороте вала коленчатого от исходного положения до четверти оборота объем полости 8 увеличится до максимального значения, что обеспечивает его заполнение горючей смесью (воздухом у дизеля) (фиг.2). В этом положении впускной клапан 5 закрывается, что обеспечивает завершение такта "впуск" четырехтактного рабочего цикла за первую четверть оборота вала коленчатого и разобщение полости 8 с атмосферой.When the crankshaft rotates from the initial position clockwise, the right rocker arm AB stops (does not rotate relative to the hinge A), the right connecting rod BS rotates relative to the hinge B clockwise, the rocker arm DE rotates relative to the hinge D clockwise, and the connecting rod ЕК performs plane-parallel upward movement to the head 2 and to the left side relative to the axis O of rotation of the crankshaft. As a result of rotation of the crankshaft shaft, the volume of the cavity 8 increases, a vacuum is created in it, which ensures the flow of a combustible mixture (air from the diesel engine) and the start of the “inlet” cycle of the four-stroke duty cycle. When you turn the crankshaft from the starting position to a quarter of a revolution, the volume of the cavity 8 will increase to the maximum value, which ensures its filling with a combustible mixture (air from the diesel engine) (figure 2). In this position, the inlet valve 5 is closed, which ensures the completion of the “inlet” cycle of the four-stroke duty cycle for the first quarter of the crankshaft revolution and the separation of the cavity 8 with the atmosphere.

При повороте вала коленчатого на угол от четверти оборота до половины оборота левое коромысло ДЕ останавливается (не вращается относительно шарнира Д), правое коромысло АБ вращается относительно шарнира А против часовой стрелки, левый шатун ЕК вращается относительно шарнира Е против часовой стрелки, а правый шатун БС совершает плоскопараллельное движение вверх к головке 2 и вправо. В результате объем полости 8 уменьшается от максимального до минимального значения, что обеспечивает протекание в ней такта "сжатие" четырехтактного рабочего цикла за вторую четверть оборота вала коленчатого (фиг.3). При повороте вала коленчатого от первоначального положения на угол около половины оборота свеча 6 зажигания воспламеняет горючую смесь в полости 8 (у дизеля форсунка 6 впрыскивает топливо).When the crankshaft is rotated by an angle from a quarter of a revolution to half a revolution, the left rocker DE stops (does not rotate relative to the hinge D), the right rocker AB rotates relative to the hinge A counterclockwise, the left connecting rod ЕК rotates relative to the hinge E counterclockwise, and the right connecting rod BS makes a plane-parallel movement up to the head 2 and to the right. As a result, the volume of the cavity 8 is reduced from the maximum to the minimum value, which ensures that the cycle “compresses” the four-cycle duty cycle for the second quarter of the crankshaft revolution (FIG. 3). When the crankshaft is rotated from its original position by an angle of about half a revolution, the spark plug 6 ignites the combustible mixture in cavity 8 (the injector 6 injects fuel in a diesel engine).

Сгорание топлива в полости 8 приводит к увеличению давления в ее объеме. Газы давят на внутренние поверхности коромысел АБ и ДЕ, шатунов БС и ЕК, а через них на шатунную шейку К вала коленчатого. При повороте вала коленчатого от начального положения на угол более половины оборота равнодействующая сила от давления газов, действующая на шатунную шейку К относительно оси О вращения вала коленчатого, образует плечо, что вызывает появление на нем вращающего момента силы. Под действием вращающего момента вал коленчатый поворачивается на угол от половины оборота до три четверти оборота. При этом правое коромысло АБ останавливается (не вращается относительно шарнира А), левое коромысло ДЕ относительно шарнира Д поворачивается против часовой стрелки, правый шатун ЕС относительно шарнира Б поворачивается против часовой стрелки, а левый шатун ЕК совершает плоскопараллельное движение, опускается вниз и смещается вправо. В результате объем полости 8 увеличивается от минимального значения до максимального значения, что обеспечивает протекание в ней такта "расширение" четырехтактного рабочего цикла за третью четверть оборота вала коленчатого.The combustion of fuel in the cavity 8 leads to an increase in pressure in its volume. Gases press on the inner surfaces of the AB and DE rocker arms, BS and EK connecting rods, and through them on the crank pin K of the crankshaft. When the crankshaft rotates from the initial position by an angle of more than half a revolution, the resultant force from the gas pressure acting on the crank pin K relative to the axis of rotation of the crankshaft shaft O forms a shoulder, which causes a torque to appear on it. Under the action of torque, the crankshaft rotates an angle from half a revolution to three quarters of a revolution. In this case, the right rocker arm AB stops (does not rotate relative to the hinge A), the left rocker arm DE with respect to the hinge D rotates counterclockwise, the right connecting rod of the EU relative to the hinge B rotates counterclockwise, and the left connecting rod EK performs plane-parallel movement, lowers down and moves to the right. As a result, the volume of the cavity 8 increases from the minimum value to the maximum value, which ensures that the cycle “expands” the four-stroke duty cycle for a third quarter of the crankshaft revolution.

При поворачивании вала коленчатого вблизи три четверти оборота в головке 2 открывается выпускной клапан 7 и отработавшие газы, находящиеся в полости 8 под небольшим избыточным давлением, выбрасываются в атмосферу, что обеспечивает начало протекания такта "выпуск" (фиг.4). При повороте вала коленчатого на угол от три четверти оборота до полного завершения оборота левое коромысло ДЕ останавливается (не вращается относительно шарнира Д), правое коромысло АБ относительно шарнира А вращается по часовой стрелке, левый шатун ЕК относительно шарнира Е вращается по часовой стрелке, а правый шатун БС совершает плоскопараллельное движение, смещается вниз и влево. Это обеспечивает уменьшение объема полости 8 от максимального значения до минимального значения, принудительное выталкивание продуктов сгорания в атмосферу через открытый клапан 7 и протекание такта "выпуск" за четвертую четверть оборота вала коленчатого (фиг.1). Вблизи завершения полного оборота вала коленчатого в головке 2 открывается впускной клапан 5 и объем полости 8 сообщается с атмосферой одновременно через выпускной клапан 7 и впускной клапан 5, что обеспечивает вентиляцию объема полости 8 и удаление из нее оставшихся отработавших газов. При повороте вала коленчатого от исходного положения по ходу часовой стрелки на небольшой угол выпускной клапан 7 закрывается, а объем полости 8 сообщается с атмосферой только через впускной клапан 5.When the crankshaft is rotated near three quarters of a revolution in the head 2, the exhaust valve 7 opens and the exhaust gases located in the cavity 8 under a slight overpressure are released into the atmosphere, which ensures the start of the “discharge” cycle (Fig. 4). When the crankshaft is rotated by an angle from three quarters of a revolution until the revolution is complete, the left rocker DE stops (does not rotate relative to the hinge D), the right rocker AB relative to the hinge A rotates clockwise, the left connecting rod ЕК relative to the hinge E rotates clockwise, and the right BS rod makes plane-parallel movement, moves down and to the left. This reduces the volume of the cavity 8 from the maximum value to the minimum value, forcing the combustion products into the atmosphere through the open valve 7 and the passage of the cycle "release" for the fourth quarter of a revolution of the crankshaft (figure 1). Near the completion of a complete revolution of the crankshaft in the head 2, the inlet valve 5 opens and the volume of the cavity 8 communicates with the atmosphere simultaneously through the exhaust valve 7 and the inlet valve 5, which ensures ventilation of the volume of the cavity 8 and removal of the remaining exhaust gases from it. When the crankshaft rotates from its original position clockwise by a small angle, the exhaust valve 7 closes, and the volume of the cavity 8 communicates with the atmosphere only through the intake valve 5.

При дальнейшем повороте вала коленчатого начинает протекать такт "впуск" следующего четырехтактного рабочего цикла.With further rotation of the crankshaft, the “intake” cycle of the next four-stroke duty cycle begins to flow.

На фиг.5 приведена кинематическая схема предлагаемого двигателя внутреннего сгорания с двумя полостями для протекания четырехтактного рабочего цикла находящегося в исходном положении. Двигатель содержит картер 1, внутри которого сверху установлена верхняя головка 2 с впускным клапаном 5, свечей зажигания 6 (форсункой 6 у дизеля) и выпускным клапаном 7. В картере соосно установлен вал коленчатый с двумя круглыми щеками 3 и шатунной шейкой К, имеющий ось О вращения. Шатунная шейка вала коленчатого относительно верхней головки повернута на 180° по часовой стрелке и обращена вертикально вниз. Картер с двух сторон закрыт двумя торцовыми крышками 4, служащими опорой валу коленчатому. Между щек 3 вала коленчатого установлен основной шатун ЕК, шарнирно соединенный с шатунной шейкой К, и прицепной шатун БС, шарнирно соединенный с основным шатуном ЕК шарниром С. К шатунам с помощью шарниров Е и Б присоединены коромысла ДЕ и АБ, которые шарнирами Д и А присоединены к верхней головке 2 так, что впускной клапан 5, выпускной клапан 7 и свеча зажигания 6 (форсунка 6 у дизеля) находятся между шарнирами А и Д. Ширина шатунов ЕК, БС, коромысел АБ, ДЕ и длина головки 2 равна расстоянию между щек 3 вала коленчатого. Внутренние поверхности шатунов ЕК и БС, коромысел АБ и ДЕ, головки 2 и двух щек 3 вала коленчатого образуют замкнутую полость 8, объем которой циклически изменяется при повороте вала коленчатого.Figure 5 shows the kinematic diagram of the proposed internal combustion engine with two cavities for the flow of a four-stroke duty cycle in its original position. The engine contains a crankcase 1, inside of which a top head 2 with an inlet valve 5, spark plugs 6 (diesel nozzle 6) and an exhaust valve 7 are mounted on top. A crankshaft with two round cheeks 3 and a connecting rod neck K having an O axis is coaxially mounted rotation. The connecting rod neck of the crankshaft relative to the upper head is rotated 180 ° clockwise and faces vertically downward. The sump is closed on both sides by two end caps 4, which serve as a support to the crankshaft. Between the cheeks 3 of the crankshaft shaft, a main connecting rod EK is mounted pivotally connected to the connecting rod neck K and a trailed connecting rod BS pivotally connected to the main connecting rod ЕК with the joint C. The connecting rods DE and AB are connected to the connecting rods using the joints E and B, which are connected with the joints D and A connected to the upper head 2 so that the inlet valve 5, the exhaust valve 7 and the spark plug 6 (nozzle 6 on the diesel engine) are between the hinges A and D. The width of the connecting rods EK, BS, rocker arm AB, DE and the length of the head 2 is equal to the distance between the cheeks 3 crankshaft shafts. The inner surfaces of the connecting rods EK and BS, the rocker arm AB and DE, the head 2 and two cheeks 3 of the crankshaft form a closed cavity 8, the volume of which cyclically changes when the crankshaft is rotated.

Двигатель содержит также нижнюю головку 9, аналогичную головке 2. Головка 9 относительно головки 2 повернута на 180° по ходу часовой стрелки и находится в картере 1 внизу. В головке 9 установлены впускной клапан 5, свеча зажигания 6 (форсунка 6 у дизеля) и выпускной клапан 7. Между щек 3 вала коленчатого установлен второй основной шатун РК, шарнирно соединенный с шатунной шейкой К, и прицепной шатун МН, шарнирно соединенный с основным шатуном РК шарниром Н. К шатунам РК и МН с помощью шарниров М и Р присоединены коромысла ЛМ и ПР, которые шарнирами Л и П присоединены к нижней головке 9 так, что впускной клапан 5, свеча зажигания 6 и выпускной клапан 7 находятся между шарнирами Л и П. Ширина шатунов КР, МН, коромысел ЛМ, ПР и длина головки 9 равна расстоянию между щек 3 вала коленчатого. Внутренние поверхности шатунов РК и МН, коромысел ЛМ и ПР, головки 9 и двух щек 3 вала коленчатого образуют вторую замкнутую полость 10, объем которой циклически изменяется при повороте вала коленчатого.The engine also contains a lower head 9, similar to the head 2. The head 9 relative to the head 2 is rotated 180 ° clockwise and is located in the crankcase 1 below. Inlet head 5 has an inlet valve 5, a spark plug 6 (nozzle 6 on a diesel engine) and an exhaust valve 7. Between the cheeks 3 of the crankshaft, there is a second main connecting rod of the Republic of Kazakhstan, pivotally connected to the connecting rod neck K, and a hooked connecting rod MN, pivotally connected to the main connecting rod RK by N. hinge. To the connecting rods of RK and MN with the help of the M and R hinges, the rocker arms LM and PR are connected, which are connected by hinges L and P to the lower head 9 so that the inlet valve 5, the spark plug 6 and the exhaust valve 7 are between the hinges L and P. Width of cranks CR, MN, rocker arm LM, PR and the length of the head 9 is equal to the distance between the cheeks 3 of the crankshaft. The inner surfaces of the connecting rods RK and MN, rocker arm LM and PR, head 9 and two cheeks 3 of the crankshaft form a second closed cavity 10, the volume of which changes cyclically when the crankshaft is rotated.

В исходном положении в верхней головке 2 одновременно открыт впускной клапан 5 и выпускной клапан 7, что обеспечивает в верхней полости 8 вентиляцию ее объема, удаление из нее оставшихся отработавших газов и начало протекания такта "впуск" (фиг.1). В нижней полости 10 завершился такт "сжатие". Свеча 6 зажигания в нижней головке 9 воспламенила горючую смесь (у дизеля форсунка впрыснула топливо) в нижней полости 10. При повороте вала коленчатого по часовой стрелке выпускной клапан 7 верхней головки 2 закрывается, полость 8 сообщается с атмосферой только через впускной клапан 5. Сгорание топлива в нижней полости 10 увеличивает давление газов на поверхность коромысел ЛМ и ПР, шатунов МН и РК, а их результирующая сила приложена к шатунной шейке К. В результате поворота вала коленчатого от исходного положения на небольшой угол результирующая сила, относительно оси О вращения вала коленчатого, имеет плечо, что обеспечит появление на нем вращающего момента силы. Вал коленчатый поворачивается под действием крутящего момента. При поворачивании вала коленчатого от исходного положения по часовой стрелке в верхней полости 8 начинает протекать такт "впуск", а в полости 10 - такт "расширение". При повороте вала коленчатого на первую четверть оборота объем полости 8 увеличивается до максимального объема, что обеспечивает завершение такта "впуск" (фиг.6). В головке 2 впускной клапан 6 закрывается и изолируется объем верхней полости 8 от атмосферы. Вблизи поворота вала коленчатого на первую четверть оборота в нижней головке 9 открывается выпускной клапан 7 и начинается такт "выпуск" отработавших газов из нижней полости 10 в атмосферу.In the initial position in the upper head 2, the inlet valve 5 and the exhaust valve 7 are simultaneously open, which provides ventilation in the upper cavity 8 of its volume, removal of the remaining exhaust gases from it, and the start of the “inlet” stroke (FIG. 1). In the lower cavity 10, the “compression” cycle is completed. The spark plug 6 in the lower head 9 ignited the combustible mixture (the nozzle injected fuel in the diesel engine) in the lower cavity 10. When the crankshaft is rotated clockwise, the exhaust valve 7 of the upper head 2 closes, the cavity 8 communicates with the atmosphere only through the intake valve 5. Fuel combustion in the lower cavity 10 increases the gas pressure on the surface of the rocker arms LM and PR, connecting rods MN and RK, and their resulting force is applied to the crank pin K. As a result of the crankshaft turning from the initial position by a small angle, the resulting The first force, relative to the axis O of rotation of the crankshaft shaft, has a shoulder, which will ensure that a torque appears on it. The crankshaft rotates under the influence of torque. When the crankshaft is rotated from its original position clockwise in the upper cavity 8, the “inlet” stroke begins to flow, and in the cavity 10, the “expansion” cycle begins. When you turn the crankshaft by the first quarter of a revolution, the volume of the cavity 8 increases to the maximum volume, which ensures the completion of the "intake" cycle (Fig.6). In the head 2, the intake valve 6 is closed and the volume of the upper cavity 8 is isolated from the atmosphere. Near the rotation of the crankshaft by the first quarter of a revolution in the lower head 9, the exhaust valve 7 opens and the cycle of "discharge" of exhaust gases from the lower cavity 10 into the atmosphere begins.

При поворачивании вала коленчатого на вторую четверть оборота объем верхней полости 8 уменьшается, что обеспечивает протекание в ней такта "сжатие". Объем нижней полости 10 также уменьшается, что обеспечивает принудительное выталкивание отработавших газов через открытый выпускной клапан 7 в нижней головке 9 в атмосферу и завершение такта "выпуск". Вблизи завершения второй четверти оборота свеча 6 зажигания верхней головки 2 воспламеняет горючую смесь в верхней полости 8 (у дизеля форсунка 6 впрыскивает топливо). В нижней полости 10 заканчивается такт "выпуск", в нижней головке 9 открывается впускной клапан 5. В течение нескольких градусов поворота вала коленчатого впускной клапан 5 и выпускной клапан 7 нижней головки 9 открыты одновременно, что обеспечивает вентиляцию объема нижней полости 10 и удаление из нее оставшихся отработавших газов. Затем выпускной клапан 7 нижней головки 9 закрывается, а объем нижней полости 10 сообщается с атмосферой только через впускной клапан 5 (фиг.7).When the crankshaft is rotated a second quarter of a turn, the volume of the upper cavity 8 decreases, which ensures that the “compression” stroke flows in it. The volume of the lower cavity 10 is also reduced, which ensures forced expulsion of the exhaust gases through the open exhaust valve 7 in the lower head 9 into the atmosphere and the completion of the "exhaust" cycle. Near the completion of the second quarter of the revolution, the spark plug 6 of the upper head 2 ignites the combustible mixture in the upper cavity 8 (the nozzle 6 injects fuel at the diesel engine). In the lower cavity 10, the “discharge” stroke ends, in the lower head 9, the inlet valve 5 opens. For several degrees of rotation of the shaft, the cranked inlet valve 5 and the exhaust valve 7 of the lower head 9 are open at the same time, which allows ventilation of the volume of the lower cavity 10 and removal from it remaining exhaust gas. Then, the exhaust valve 7 of the lower head 9 is closed, and the volume of the lower cavity 10 communicates with the atmosphere only through the inlet valve 5 (Fig.7).

При сгорании горючей смеси в верхней полости 8 увеличится давление продуктов сгорания на коромысла АБ и ДЕ и шатуны ЕК и БС, а результирующая сила их давления будет приложена к шатунной шейке К. При повороте вала коленчатого на угол более половины оборота у результирующей силы относительно оси вращения вала коленчатого появится плечо, что обеспечит появление на нем вращающего момента. Под действием вращающего момента вал коленчатый поворачивается на третью четверть оборота. В верхней полости 8 протекает такт "расширение", который заканчивается к концу третьей четверти оборота открытием выпускного клапана 7 верхней головки 2 (фиг.8). Объем нижней полости 10 также увеличивается от минимального значения до максимального значения, что обеспечивает поступление в нее горючей смеси (воздуха у дизеля) через открытый впускной клапан 5 головки 9 и протекание такта "впуск" четырехтактного цикла. В конце поворота вала коленчатого впускной клапан 5 головки 9 закрывается (фиг.8).During combustion of the combustible mixture in the upper cavity 8, the pressure of the combustion products on the rocker arms AB and DE and the connecting rods EK and BS will increase, and the resulting pressure force will be applied to the crank pin K. When the crankshaft is rotated by an angle of more than half a revolution of the resulting force relative to the axis of rotation the crankshaft shaft appears shoulder, which will ensure the appearance of torque on it. Under the action of torque, the crankshaft rotates a third quarter of a revolution. In the upper cavity 8, an “expansion” stroke proceeds, which ends towards the end of the third quarter of a revolution by opening the exhaust valve 7 of the upper head 2 (Fig. 8). The volume of the lower cavity 10 also increases from the minimum value to the maximum value, which ensures the flow of a combustible mixture (air from the diesel engine) through the open inlet valve 5 of the head 9 and the passage of the “inlet” cycle of the four-stroke cycle. At the end of the rotation of the shaft of the cranked inlet valve 5 of the head 9 is closed (Fig. 8).

При дальнейшем повороте вала коленчатого на четвертую четверть оборота объем верхней полости 8 уменьшается от максимального до минимального значения. Это обеспечивает принудительное выталкивание из верхней полости 8 отработавших газов через открытый выпускной клапан 7 головки 2 в атмосферу и завершение такта "выпуск" (фиг.5). Объем нижней полости 10 также уменьшается, что обеспечивает протекание в ней такта "сжатия". За несколько градусов до завершения полного оборота свеча 7 зажигания головки 9 воспламеняет в нижней полости 10 горючую смесь (у дизеля форсунка впрыскивает топливо).With a further rotation of the crankshaft by a fourth quarter of a revolution, the volume of the upper cavity 8 decreases from maximum to minimum. This provides a forced ejection from the upper cavity 8 of the exhaust gas through the open exhaust valve 7 of the head 2 into the atmosphere and the completion of the cycle "release" (figure 5). The volume of the lower cavity 10 is also reduced, which ensures the passage of the tact of "compression". A few degrees before the completion of a full revolution, the spark plug 7 of the head 9 ignites a combustible mixture in the lower cavity 10 (a nozzle injects fuel in a diesel engine).

При дальнейшем поворачивании вала коленчатого в верхней полости 8 начинает протекать такт "впуск", а в нижней полости 10 начинают протекать такт "расширение" следующих рабочих циклов.With further rotation of the crankshaft shaft in the upper cavity 8, the “intake” stroke begins to flow, and in the lower cavity 10 the “expansion” cycle of the following working cycles begins to flow.

У предлагаемого двигателя суммарная длина шатунов БС и ЕС в каждой паре должна быть равна или быть меньше суммарной длины присоединенных к ним коромысел АБ и ДЕ и ширины их головки АД, т.е. (ЕС+БС)≤(АБ+ДЕ+АД) (фиг.3). При соблюдении равенства (ЕС+БС)=(АБ+ДЕ+АД) шатуны и коромысла в конце такта сжатия обращены в противоположные стороны (фиг.3). При суммарной длине шатунов меньше суммарной длины коромысел и ширины их головки (ЕС+БС)<(АБ+ДЕ+АД) шатуны и коромысла в конце такта сжатия будут обращены внутрь щек вала коленчатого, что в известных пределах может способствовать уменьшению их диаметра (фиг.9). При суммарной длине шатунов больше суммарной длины коромысел и ширины их головки (ЕС+БС)>(АБ+ДЕ+АД) шатуны и коромысла в конце такта сжатия будут обращены от оси вращения вала коленчатого наружу и выйдут за пределы щек 3 вала коленчатого (фиг.10), что потребует увеличения их диаметра, габарита картера, массы и стоимости двигателя.For the proposed engine, the total length of the BS and EU connecting rods in each pair should be equal to or less than the total length of the AB and DE rocker arms connected to them and the width of their AD head, i.e. (EC + BS) ≤ (AB + DE + AD) (Fig. 3). When observing the equality (EU + BS) = (AB + DE + AD), the connecting rods and rocker arms at the end of the compression stroke are turned in opposite directions (Fig. 3). When the total length of the connecting rods is less than the total length of the rocker arm and the width of their head (EC + BS) <(AB + DE + AD), the connecting rods and rocker arms at the end of the compression stroke will face the crankshaft cheeks, which, within certain limits, can reduce their diameter (Fig. .9). When the total length of the connecting rods is greater than the total length of the rocker arm and the width of their head (EC + BS)> (AB + DE + AD), the connecting rods and rocker arms at the end of the compression stroke will face out from the axis of rotation of the crankshaft and extend beyond the cheeks 3 of the crankshaft (Fig. .10), which will require an increase in their diameter, crankcase size, mass and engine cost.

Преимущества предлагаемого двигателя:The advantages of the proposed engine:

- простая конструкция (головки размещены в картере, уменьшено в два раза количество свечей зажигания, клапанов, пружин, головок, нет цилиндров и поршней, функции которых выполняют соответственно щеки вала коленчатого и два шатуна);- simple design (the heads are located in the crankcase, the number of spark plugs, valves, springs, heads is halved, there are no cylinders and pistons whose functions are performed respectively by the crankshaft cheeks and two connecting rods);

- малые габариты и массы (уменьшены в 2-8 раз за счет размещения полости для протекания четырехтактного рабочего цикла в картере, как у роторно-поршневого двигателя);- small dimensions and masses (reduced by 2-8 times due to the placement of the cavity for the four-stroke duty cycle in the crankcase, as in a rotary piston engine);

- литровая мощность увеличена в два раза (как у роторно-поршневого ДВС);- liter capacity is doubled (like a rotary piston internal combustion engine);

- широкая унификация с поршневым двигателем за счет применения основных деталей (картер, вал коленчатый, шатуны, головка и т.д.);- wide unification with a piston engine due to the use of basic parts (crankcase, crankshaft, connecting rods, head, etc.);

- уплотнение газовых стыков между головкой, коромыслами и шатунами обеспечено поверхностями трения шарнирных соединений;- gas joints between the head, rocker arms and connecting rods are provided with friction surfaces of the joints;

- более высокий механический КПД и ресурс, вследствие относительно малых размеров шарнирных соединений, что снижает скорость, расстояние относительного перемещения поверхностей трения, силу трения и работу сил трения;- higher mechanical efficiency and resource, due to the relatively small dimensions of the articulated joints, which reduces the speed, the distance of the relative displacement of the friction surfaces, the friction force and the work of the friction forces;

- протекание рабочего цикла в одной полости при одинаковой температуре образующих ее двух шатунов и двух коромысел обеспечивает высокую топливную экономичность;- the course of the working cycle in one cavity at the same temperature of the two connecting rods and two rocker arms forming it provides high fuel efficiency;

- изменение температуры шатунов и коромысел при работе двигателя увеличивает их длину, но не вызывают в них дополнительных напряжений, так как сопровождается изменением геометрического положения двух свободных шарниров, не связанных с картером или шатунной шейкой вала коленчатого;- a change in the temperature of the connecting rods and rocker arms when the engine is running increases their length, but does not cause additional stresses in them, since it is accompanied by a change in the geometric position of two free joints that are not connected to the crankcase or connecting rod neck of the crankshaft;

- короткий и жесткий коленчатый вал и картер;- short and hard crankshaft and crankcase;

- меньшая термическая деформации картера за счет его изоляции от полости для протекания рабочего цикла;- less thermal deformation of the crankcase due to its isolation from the cavity for the flow of the working cycle;

- возможность создания семейства двигателей одного габарита, но различной мощности за счет размещения в картере нескольких полостей для протекания рабочего цикла;- the ability to create a family of engines of the same size, but of different power due to the placement of several cavities in the crankcase for the flow of the working cycle;

Claims

An internal combustion engine comprising a cylindrical crankcase, a crankshaft with round cheeks, at least one pair of connecting rods connected directly to the connecting rod neck of the crankshaft, or when one of each pair of connecting rods, called trailed, is pivotally connected to another main connecting rod connected to the connecting rod a neck, a head with inlet and outlet valves, a spark plug or a nozzle for a diesel engine, characterized in that the number of heads with valves, spark plug or nozzles for a diesel engine is equal to the number of pairs of connecting rods, the heads are placed inside the crankcase symmetrically with respect to its inner generatrix between the crankshaft cheeks, each rocker arm is hingedly connected to one beam having a kinematic connection with the corresponding head so that the valves and the spark plug or nozzle at the diesel are between the joints, the width of each connecting rod , the rocker arms and the length of the head are equal to the distance between the cheeks of the crankshaft shaft, and the total length of the connecting rods in each pair is equal to or less than the total length of the rocker arms attached to them and the width g rumps.