RU2351782C2

RU2351782C2 - Engines (versions)

Info

Publication number: RU2351782C2
Application number: RU2006128568/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Староверов (RU); Николай Евгеньевич Староверов
Original assignee: Николай Евгеньевич Староверов
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2009-04-10
Also published as: RU2006128568A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to engine construction, namely, to swash plate engines. In compliance with this invention, the proposed engine, comprising swash plate mechanism, cylinders and pistons, incorporates a straight shaft with an oblique surface whereto the swash plate is attached. Note here that the swash plate plane, whereto con rods are attached, is located at the larger distance from the cylinders than the point of shaft axis bend. The engine exploits four methods of improving kinematics, i.e. lengthwise and crosswise shift of the swash plate, varying its diameter, varying its phase shift relative to the cylinder axis. For swash plate angular locking-up, a constant-velocity fixed or universal joint is used, while, for con rod attachment, a Hook's joint can be used. It is possible to automatically vary the compression ratio. The opposed engine pistons move phase-shifted relative to each other. Depending upon the shift direction, it is possible to produce a two-stroke cycle with self-supercharging.

EFFECT: higher engine efficiency.

18 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится в основном к двигателям внутреннего сгорания /далее ДВС/ всех типов, а также обратимым пневмогидромашинам.The invention relates mainly to internal combustion engines (hereinafter ICE) of all types, as well as to reversible pneumohydraulic machines.

Известны ДВС и машины с кинематикой типа "качающаяся шайба", состоящие из цилиндра, поршня, штока, качающейся шабы и углового вала.ICEs and machines with kinematics of the "swinging washer" type are known, consisting of a cylinder, a piston, a rod, a swinging shab and an angular shaft.

При работе таких ДВС и машин во всех фазах вращения, кроме двух точек, шток не соосен цилиндру, что вызывает появление сравнительно больших радиальных и касательных /относительно вала/ боковых сил, прижимающих поршень к цилиндру. И хотя в двигателях с качающейся шайбой эти силы в несколько раз меньше, чем в кривошипно-шатунном, они вызывают износ поршней и цилиндров, потери мощности на трение, дополнительный нагрев поршней и цилиндров.During the operation of such internal combustion engines and machines in all phases of rotation, except for two points, the rod is not coaxial to the cylinder, which causes the appearance of relatively large radial and tangential / relative to the shaft / lateral forces pressing the piston to the cylinder. Although these forces are several times less in engines with a swash plate than in the crank, they cause wear on the pistons and cylinders, friction power loss, and additional heating of the pistons and cylinders.

Есть подкласс таких двигателей и машин, в которых шток расположен в направляющей втулке. В них указанные боковые силы реализуются во втулке. Прототип - патент России №2059518.There is a subclass of such engines and machines in which the stem is located in the guide sleeve. In them, the indicated lateral forces are realized in the sleeve. The prototype is the patent of Russia No. 2059518.

Техническим результатом изобретения является снижение износа, повышение механического кпд, уменьшение нагрева, а также /вариант/ уменьшение габаритов, а также /вариант/ оптимизация рабочего процесса.The technical result of the invention is to reduce wear, increase mechanical efficiency, reduce heat, as well as / option / reduction in size, as well as / option / optimization of the workflow.

Поставленная задача достигается в части первого варианта двигателя тем, что в двигателе, состоящем из механизма качающейся шайбы, цилиндров и поршней, согласно изобретению вал выполнен прямым, имеющим косую поверхность, к которой прикреплен диск качающейся шайбы, при этом плоскость качающейся шайбы, на которой расположены точки крепления штоков, расположена от цилиндров дальше, чем точка изгиба оси вала.The task is achieved in part of the first embodiment of the engine by the fact that in the engine, consisting of a swing washer mechanism, cylinders and pistons, according to the invention, the shaft is made straight, having an oblique surface to which a swing washer disk is attached, while the plane of the swing washer on which are located the rod attachment point is located farther from the cylinders than the bend point of the shaft axis.

Поставленная задача достигается также тем, что радиус качающейся шайбы до точек крепления на ней штоков может быть не равен расстоянию между осями цилиндра и вала.The task is also achieved by the fact that the radius of the swash plate to the mounting points of the rods on it may not be equal to the distance between the axes of the cylinder and the shaft.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что точка крепления штока на качающейся шайбе может быть сдвинута по фазе относительно цилиндра.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the attachment point of the rod on the swinging washer can be shifted in phase relative to the cylinder.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что качающаяся шайба может быть соединена с корпусом двигателя посредством шарнира равных угловых скоростей или шарнира Кардана, в частности со сквозным отверстием, закрепленного жестко или через продольно-подвижное соединение.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the swinging washer can be connected to the motor housing by an equal velocity joint or Cardan joint, in particular with a through hole fixed rigidly or through a longitudinally movable connection.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что вал двигателя или качающаяся шайба могут быть на валу закреплены продольно-подвижно с возможностью управляемого или самоуправляемого изменения их положения.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the motor shaft or the swinging washer can be mounted on the shaft longitudinally-movably with the possibility of controlled or self-changing their position.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что вал или качающаяся шайба могут быть подпружинены упругим элементом в направлении к цилиндру и снабжены демпфером или поджаты гидроцилиндром с управляемым перепускным клапаном.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the shaft or the swash plate can be spring-loaded with an elastic element in the direction of the cylinder and equipped with a damper or preloaded by a hydraulic cylinder with a controlled bypass valve.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что качающаяся шайба может иметь вид втулки с рычагом, а в цилиндре имеется прорезь для этого рычага.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the swinging washer can be in the form of a sleeve with a lever, and in the cylinder there is a slot for this lever.

Поставленная задача в части первого варианта достигается также тем, что шток может быть соединен с поршнем и качающейся шайбой посредством шарниров Гука.The task in part of the first option is also achieved by the fact that the rod can be connected to the piston and the swash plate by means of Hook joints.

Поставленная задача в части второго варианта двигателя достигается тем, что в оппозитном двигателе, состоящем из двух механизмов качающихся шайб, цилиндра и поршней, согласно изобретению оси изогнутых участков на угловом валу расположены со сдвигом по фазе относительно друг друга.The task in part of the second version of the engine is achieved by the fact that in the opposed engine, consisting of two mechanisms of the swinging washers, cylinder and pistons, according to the invention, the axes of the curved sections on the angular shaft are phase-offset relative to each other.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что один или оба шарнира равных угловых скоростей или шарнира Кардана соединены с корпусом двигателя или с качающейся шайбой продольно-подвижным соединением.The task in part of the second option is also achieved by the fact that one or both of the hinges of equal angular velocities or the Cardan hinge are connected to the motor housing or to the swinging washer with a longitudinally movable joint.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что встроенный нагнетатель в виде продольного цилиндра с поршнями, присоединенными к качающейся шайбе, может быть расположен с отставанием по фазе на 150-250°.The task in part of the second option is also achieved by the fact that the built-in supercharger in the form of a longitudinal cylinder with pistons attached to a swinging washer can be positioned with a phase lag of 150-250 °.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что несколько востренных нагнетателей могут быть соединены коллектором-накопителем.The task in part of the second option is also achieved by the fact that several built-in superchargers can be connected by a storage collector.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что угловой вал может быть выполнен с двумя утолщениями в виде наклонного цилиндра.The task in part of the second option is also achieved by the fact that the angular shaft can be made with two thickenings in the form of an inclined cylinder.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что угловой вал может быть выполнен с двумя утолщениями, к которым крепятся проставки с одной поверхностью в виде основания наклонного цилиндра.The task in part of the second option is also achieved by the fact that the angular shaft can be made with two thickenings, to which spacers with one surface are attached in the form of the base of an inclined cylinder.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что угловой вал может быть выполнен из трех частей, и оконечные из них соединены со средней частью через диск качающейся шайбы по поверхностям в виде оснований наклонного цилиндра.The task in part of the second option is also achieved by the fact that the angular shaft can be made of three parts, and the end ones are connected to the middle part through the disk of the swash plate on the surfaces in the form of the bases of an inclined cylinder.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что может иметь турбонаддув, компрессор которого соединен с турбиной и/или стартером, и/или валом двигателя через обгонную муфту.The task in part of the second option is also achieved by the fact that it can have a turbocharger, the compressor of which is connected to the turbine and / or starter, and / or the engine shaft through an overrunning clutch.

Поставленная задача в части второго варианта достигается также тем, что угловой вал или часть его могут быть закреплены с возможностью управляемого сдвига в продольном направлении.The task in part of the second option is also achieved by the fact that the angular shaft or part of it can be fixed with the possibility of controlled shear in the longitudinal direction.

Поставленная задача в части третьего варианта достигается тем, что в двигателе, состоящем из механизма качающейся шайбы, цилиндров и поршней и вала с изогнутой и прямой частями, согласно изобретению ось вала и ось изогнутой части перекрещиваются в пространстве.The task in part of the third option is achieved by the fact that in the engine, consisting of a swinging plate mechanism, cylinders and pistons and a shaft with curved and straight parts, according to the invention, the shaft axis and the axis of the curved part intersect in space.

Чтобы понять сущность первого варианта изобретения, рассмотрим обратную (относительно вала, то есть считаем вал неподвижным, а корпус двигателя и качающуюся шайбу вращающимися) траекторию движения цилиндра и точки крепления штока на плоскости качающейся шайбы (см. фиг.1). Здесь и далее: точка О - ось вала, тонкая линия - окружность движения центра цилиндра А, толстая линия - траектория движения точки В крепления штока к качающейся шайбе, пунктирная линия - вспомогательная, отрезок АВ - плечо несоосности вала и штока. Как видно из фиг.1, плечо максимально в нижней и, самое главное, в верхней мертвой точке (далее - ВМТ), где давление в цилиндре, а следовательно, усилие в паре "цилиндр - поршень" близко к максимальному.To understand the essence of the first embodiment of the invention, we consider the reverse (relative to the shaft, that is, we consider the shaft stationary, and the motor casing and the swinging washer rotating) path of the cylinder and the rod mounting point on the plane of the swinging washer (see figure 1). Hereinafter: point O is the axis of the shaft, a thin line is the circle of motion of the center of cylinder A, a thick line is the trajectory of the point B attaching the rod to the swinging washer, a dotted line is the auxiliary line, segment AB is the shaft and shaft misalignment shoulder. As can be seen from figure 1, the shoulder is maximum at the bottom and, most importantly, at top dead center (hereinafter - TDC), where the pressure in the cylinder, and therefore the force in the cylinder-piston pair, is close to the maximum.

В практическом диапазоне нагрузок считается, что износ в первом приближении пропорционален четвертой степени нагрузка. То есть износ в фазе горения и активного расширения (приблизительно 0-60 от ВМТ в зависимости от типа двигателя и режима работы) с учетом влияния на износ и скорости движения поршня примерно в 10000 раз больше, чем в оставшейся части цикла, особенно двухтактного. А с учетом инерционных сил и упругости поршневых колец - примерно в 1000 раз (более точные цифры можно получить только опытным путем).In the practical range of loads, it is believed that wear as a first approximation is proportional to the fourth degree of the load. That is, wear in the phase of combustion and active expansion (approximately 0-60 from TDC depending on engine type and operating mode), taking into account the effect on wear and piston speed, is approximately 10,000 times greater than in the remaining part of the cycle, especially the push-pull cycle. And taking into account the inertial forces and the elasticity of the piston rings - about 1000 times (more accurate figures can only be obtained empirically).

То есть для снижения трения и его последствий надо обеспечить максимальную соосность вала и штока в упомянутом износоопасном интервале 0-60°, мало принимая во внимание несоосность в других фазах цикла, но все же не допуская отклонения штока более чем на 15-20°.That is, to reduce friction and its consequences, it is necessary to ensure the maximum alignment of the shaft and the rod in the above-mentioned wear hazardous range of 0-60 °, taking into account the misalignment in other phases of the cycle, but still not allowing the stem to deviate by more than 15-20 °.

Для каждого двигателя этот интервал свой. Режим работы следует рассматривать максимальный, как наиболее износоопасный.For each engine, this interval is different. The operating mode should be considered maximum, as the most wear hazardous.

Для достижения указанной локальной соосности возможны 4 способа:To achieve the specified local alignment, 4 methods are possible:

Способ 1. Следует сдвинуть проекцию качающейся шайбы в сторону ВМТ, т.е. плоскость качающейся шайбы, на которой расположены точки крепления штоков, расположена от цилиндров дальше, чем точка изгиба оси вала (см фиг.2). Габариты при этом не увеличиваются, так как фактически можно приблизить точку изгиба вала.Method 1. You should move the projection of the swash plate in the direction of TDC, i.e. the plane of the swash plate, on which the points of attachment of the rods are located, is located further from the cylinders than the bend point of the shaft axis (see figure 2). The dimensions do not increase, since it is actually possible to approximate the point of bending of the shaft.

Способ 2. Уменьшить несоосность на нужном участке можно и увеличением радиуса качающейся шайбы (до точек крепления на ней штоков), см. фиг.3, где вспомогательная пунктирная линия - увеличенный радиус качающейся шайбы. Причем при совокупном применении 1 и 2 способов возможен вариант, когда радиус качающейся шайбы можно наоборот уменьшить.Method 2. You can reduce misalignment in the desired area by increasing the radius of the swash plate (to the points of attachment of the rods on it), see figure 3, where the auxiliary dashed line is the increased radius of the swash plate. Moreover, with the combined use of 1 and 2 methods, it is possible that the radius of the swash plate can be reduced on the contrary.

Способ 3. Из фиг.2 и 3 видно, что дальнейшего уменьшения несоосности можно добиться сдвигом проекции качающейся шайбы на обратной характеристике вбок (влево или вправо на чертеже в зависимости от увеличения или уменьшения радиуса качающейся шайбы). То есть сдвигом в пространстве оси изогнутой части углового вала относительно оси вала, т.е. их оси не пересекаются, а перекрещиваются в пространстве. Причем в зависимости от того, увеличен или уменьшен радиус качающейся шайбы сдвиг может быть как вправо, так и влево (положительный или отрицательный относительно направления вращения).Method 3. From figure 2 and 3 it can be seen that a further decrease in misalignment can be achieved by shifting the projection of the swinging washer on the inverse characteristic to the side (left or right in the drawing, depending on increasing or decreasing the radius of the swinging washer). That is, a shift in space of the axis axis of the curved part of the angular shaft relative to the axis of the shaft, i.e. their axes do not intersect, but intersect in space. Moreover, depending on whether the radius of the swash plate was increased or decreased, the shift can be either right or left (positive or negative relative to the direction of rotation).

В варианте двигателя со встроенным нагнетателем (см. ниже) большое смещение выбирать не следует, т.к. износоопасная зона нагнетателя находится во втором квадранте.In the version of the engine with built-in supercharger (see below), a large displacement should not be selected, because the wear zone of the supercharger is in the second quadrant.

Способ 4. Визуальное совпадение траекторий на обратной характеристике еще не означает отсутствия несоосности, так как плечо несоосности может быть касательно к траектории. Для максимального уменьшения несоосности в упомянутом износоопасном интервале точки крепления штоков на качающейся шайбе следует расположить со сдвигом по фазе относительно цилиндров двигателя (фиг.4 - углы α и β).Method 4. Visual coincidence of the trajectories in the inverse characteristic does not mean that there is no misalignment, since the misalignment shoulder can be tangent to the trajectory. To minimize misalignment in the mentioned wear-hazardous interval, the points of attachment of the rods on the swash plate should be positioned with a phase shift relative to the engine cylinders (Fig. 4 - angles α and β).

Фазность определяется в поперечном к валу положении качающейся шайбы. Причем в зависимости от выбора предыдущих трех факторов сдвиг может быть положительным или отрицательным.Phase is determined in the transverse position of the swash plate to the shaft. Moreover, depending on the choice of the previous three factors, the shift can be positive or negative.

При совместном применении всех 4 способов можно добиться минимальной несоосности в износоопасном участке траектории.With the combined use of all 4 methods, it is possible to achieve minimal misalignment in the wear-hazardous section of the trajectory.

Желательно так подобрать сочетание указанных 4 способов, чтобы обратная траектория точки В (толстая линия) полностью лежала внутри или снаружи круга, описываемого точкой А, и касалась его в износоопасной зоне. При этом не будет происходить перекладка поршня. Но и пересечение траекторий с небольшим плечом несоосности не опасно, так как угловое отклонение штока будет очень небольшим (доли градуса), и перекладка поршня будет происходить очень мягко.It is advisable to choose a combination of these 4 methods so that the reverse trajectory of point B (thick line) lies completely inside or outside the circle described by point A and touches it in the wear zone. In this case, the piston will not shift. But the intersection of the trajectories with a small misalignment shoulder is not dangerous, since the angular deviation of the rod will be very small (fractions of a degree), and the piston will be shifted very gently.

Изобретение не подразумевает единственного решения даже для одного и того же двигателя. Возможно поле решений, когда различным сочетанием указанных 4 способов можно добиться примерно одинакового эффекта. Тем более решения будут разными для разных типов двигателей и разных условий их эксплуатации.The invention does not imply a single solution even for the same engine. Perhaps a field of solutions, when a different combination of these 4 methods can achieve approximately the same effect. Moreover, the solutions will be different for different types of engines and different operating conditions.

Все известные способы фиксации качающейся шайбы от угловых перемещений имеют различные недостатки: несинфазность при работе, массивность или шумность. В данном двигателе качающаяся шайба соединена с корпусом двигателя шарниром равных угловых скоростей (далее - ШРУС), закрепленным жестко или продольно подвижным соединением, например шлицевым. То есть с возможностью воспринимать только крутящий момент или еще и осевое усилие.All known methods of fixing the swinging washer from angular movements have various disadvantages: non-phase during operation, massiveness or noise. In this engine, the swinging washer is connected to the engine casing by a hinge of equal angular speeds (hereinafter - SHRUS), fixed rigidly or longitudinally by a movable connection, for example, a spline joint. That is, with the ability to perceive only torque or also axial force.

Сравнительно большой допускаемый диаметр ШРУС делает особенно целесообразным применение ШРУС из спаренных рычагов (см. Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», М., «Наука», 1979, механизм №762).The relatively large permissible diameter of the constant velocity joint makes it particularly advisable to use a constant velocity joint from paired levers (see Artobolevsky II, “Mechanisms in modern technology”, M., “Science”, 1979, mechanism No. 762).

Качающаяся шайба может быть соединена с корпусом также шарниром Кардана. Он при работе вносит небольшие фазные искажения положения качающейся шайбы относительно корпуса. Но при небольшом угле перекоса качающейся шайбы (10-15°) эти искажения не столь существенны.The swinging washer can also be connected to the housing with a Cardan joint. During operation, it introduces small phase distortions of the position of the swinging washer relative to the housing. But with a small skew angle of the swash plate (10-15 °), these distortions are not so significant.

Для изменения степени сжатия в зависимости от сорта топлива или режима работы двигателя угловой вал или качающаяся шайба закреплены продольно-подвижно. Сдвиг качающейся шайбы приводит к незначительному отклонению ее траектории на обратной характеристике от оптимальной, поэтому лучше и удобнее сдвигать вал. Сдвигать можно исполнительным механизмом по программе борткомпьютера, но возможен и упрощенный вариант.To change the compression ratio depending on the type of fuel or the engine operating mode, the angular shaft or the swinging washer are fixed longitudinally-movable. The shift of the swinging washer leads to a slight deviation of its trajectory on the inverse characteristic from the optimal one, therefore it is better and more convenient to shift the shaft. You can shift the actuator according to the program of the on-board computer, but a simplified version is also possible.

А именно: в большинстве видов ДВС оптимальный рабочий процесс происходит при одном и том же максимальном давлении. Это позволяет конструктивно просто обеспечить автоматическое поддержание оптимального рабочего процесса при изменении режима работы. Для этого в данном двигателе продольно-подвижно закрепленный вал или качающаяся шайба подпружинены пружиной с параллельным гидравлическим демпфером в направлении к цилиндру, или поджаты гидроцилиндром с перепускным клапаном. При этом во время работы будет происходить самоустановка вала относительно блока цилиндров. Для изменения степени сжатия перепускной клапан может быть регулируемым.Namely: in most types of internal combustion engines, the optimal working process occurs at the same maximum pressure. This allows constructively simple to automatically maintain the optimal workflow when changing the operating mode. To do this, in this engine, a longitudinally-movable fixed shaft or a swinging washer is spring-loaded with a parallel hydraulic damper in the direction of the cylinder, or pressed by a hydraulic cylinder with an overflow valve. In this case, during operation, the shaft will self-install relative to the cylinder block. To change the compression ratio, the bypass valve can be adjustable.

Для уменьшения продольного габарита двигателя качающаяся шайба выполнена в виде втулки с радиальным рычагом, а в стенке цилиндра имеется прорезь для этого рычага. Прорезь не доходит до рабочей зоны цилиндра.To reduce the longitudinal dimension of the engine, the swinging washer is made in the form of a sleeve with a radial lever, and in the cylinder wall there is a slot for this lever. The slot does not reach the working area of the cylinder.

В известных двигателях с качающейся шайбой штоки крепятся к поршням и качающейся шайбе шаровыми шарнирами, что не всегда удобно. В частности, затрудняет ориентацию замка поршневых колец относительно окон цилиндра. В данном двигателе эти соединения выполнены посредством шарниров Гука.In well-known engines with a swash plate, the rods are attached to the pistons and swash plate with ball joints, which is not always convenient. In particular, it complicates the orientation of the lock of the piston rings relative to the cylinder windows. In this engine, these connections are made using Hook joints.

Известны двигатели с двумя оппозитными поршнями в одном цилиндре. Их преимущества хорошо известны: хорошая сбалансированность, замыкание продольных усилий на валу, малая поверхность охлаждения, возможность организовать в двухтактных двигателях линейную продувку от одного конца цилиндра к другому без применения клапанов.Known engines with two opposed pistons in one cylinder. Their advantages are well known: good balance, locking of longitudinal forces on the shaft, small cooling surface, the ability to organize linear blowing in two-stroke engines from one end of the cylinder to the other without the use of valves.

В данном двигателе (вариант) в одном цилиндре оппозитно расположены два поршня, которые движутся со сдвигом по фазе относительно друг друга (см. диаграммы на фиг.7, 8), для чего две качающиеся шайбы расположены на угловом валу со сдвигом по фазе.In this engine (option), two pistons are located in the opposite cylinder in one cylinder, which move with a phase shift relative to each other (see diagrams in Figs. 7, 8), for which two swing washers are located on the angular shaft with a phase shift.

Для прохода вала по крайней мере один из ШРУС имеет сквозное отверстие.At least one of the constant velocity joints has a through hole for shaft passage.

При этом ВМТ и НМТ получаются вполне определенными, но как бы плавающими, при сближении и расхождении поршней геометрическая середина расстояния между ними смещается по цилиндру влево-вправо от середины цилиндра (см. фиг.8).In this case, the TDC and BDC are obtained quite definite, but as if floating, with the pistons approaching and diverging, the geometric midpoint of the distance between them moves along the cylinder left-right from the middle of the cylinder (see Fig. 8).

Наибольшие преимущества это дает двухтактным двигателям. Причем при сдвиге поршней по фазе в ту или иную сторону получаются разные, но одинаково ценные преимущества. Рассмотрим вариант, когда отстает по фазе поршень П1 у впускного окна (см. диаграмму на фиг.6, где отстающая фаза расположена правее опережающей). Это дает возможность увеличить фазу наполнения относительно фазы выпуска.This gives the greatest advantages to two-stroke engines. Moreover, when the pistons are shifted in phase in one direction or another, different, but equally valuable advantages are obtained. Consider the option when the piston P1 is behind the inlet window (see the diagram in Fig. 6, where the lagging phase is located to the right of the leading one). This makes it possible to increase the filling phase relative to the release phase.

Для описания процессов в таком двигателе потребуется ввести 2 новых термина - "фаза наполнения" и "фаза наддува", так как в таком двигателе впускное окно закрывается позже выпускного, что совершенно невозможно в обычном двухтактном двигателе. То есть после продувки, когда открыты оба окна, следует дозаполнение цилиндра - фаза наддува. Продувка и наддув вместе образую фазу наполнения (в обычных двухтактных двигателях фаза наполнения равна фазе продувки).To describe the processes in such an engine, it will be necessary to introduce 2 new terms - “filling phase” and “boost phase”, since in such an engine the inlet window closes later than the exhaust one, which is completely impossible in a conventional two-stroke engine. That is, after purging, when both windows are open, the cylinder should be replenished - boost phase. Blowing and pressurizing together form the filling phase (in conventional two-stroke engines, the filling phase is equal to the purging phase).

Если в обычных двухтактных ДВС выпуск вынужденно всегда больше продувки и составляет в среднем 150°, а продувка в среднем 120°, то в данном ДВС возможно равное время впуска и выпуска, или даже время впуска больше, чем время выпуска, что невозможно в обычных двухтактных ДВС.If in conventional two-stroke ICEs the output is always forced to be larger than the purge and averages 150 °, and the average purge is 120 °, then in this ICE the same intake and exhaust times are possible, or even the intake time is longer than the exhaust time, which is impossible in conventional two-stroke ICE.

См. диаграмму на фиг.6, где фаза выпуска - 100°, фаза наполнения -100°, т.е. продувка - 80°, наддув - 20°.See the diagram in FIG. 6, where the discharge phase is 100 °, the filling phase is -100 °, i.e. purge - 80 °, boost - 20 °.

Это дает возможность увеличить фазу рабочего хода (например, со 105° до 120° на фиг.6) и, следовательно, увеличить кпд ДВС, и улучшить наполнение цилиндра воздухом или рабочей смесью, да еще и поджать ее, что приведет к увеличению литровой удельной мощности.This makes it possible to increase the phase of the stroke (for example, from 105 ° to 120 ° in Fig. 6) and, therefore, increase the efficiency of the internal combustion engine, and improve the filling of the cylinder with air or working mixture, and even compress it, which will increase the liter specific power.

Более того, впускное окно закрывается позже выпускного и появляется возможность турбонаддува двухтактного двигателя.Moreover, the inlet window closes later than the exhaust and there is the possibility of turbocharging a two-stroke engine.

Продувка в таком двигателе может быть организована четырьмя способами. Во-первых, традиционно: из подпоршневого пространства, ограниченного дном с вытеснителем и направляющей втулкой (шток при этом должен быть составным). Или может осуществляться от отдельного нагнетателя трех основных типов:Purge in such an engine can be organized in four ways. First, traditionally: from a sub-piston space bounded by a bottom with a displacer and a guide sleeve (the stem must be integral). Or it can be carried out from a separate supercharger of three main types:

а) от встроенного нагнетателя, то есть от продольных облегченных цилиндров с поршнями, присоединенными к тем же качающимся шайбам. Причем в отличие от подпоршневого нагнетателя, вынужденно работающего точно в противофазе к рабочему цилиндру, встроенный нагнетатель может работать в фазе, обеспечивающей наилучшее наполнение цилиндра, например, с отставанием на 210°. А в многоцилиндровом двигателе несколько нагнетателей могут работать на общий коллектор-накопитель, выполняющий функцию ресивера;a) from the built-in supercharger, i.e. from longitudinal lightweight cylinders with pistons attached to the same swinging washers. Moreover, unlike the piston supercharger, which is forced to work exactly in antiphase to the working cylinder, the built-in supercharger can work in a phase that provides the best filling of the cylinder, for example, with a lag of 210 °. And in a multi-cylinder engine, several superchargers can work on a common collector-drive that performs the function of a receiver;

б) от выносного нагнетателя, расположенного на выходном валу двигателя. Нагнетатель может быть объемного типа (лопаточный, шестеренчатый) или динамического (центробежный, продольно-осевой). Причем последние могут быть соединены с валом через вариатор.b) from a remote blower located on the output shaft of the engine. The supercharger can be of volume type (scapular, gear) or dynamic (centrifugal, longitudinal-axial). Moreover, the latter can be connected to the shaft through the variator.

в) от турбонаддува. При этом компрессор во время пуска должен вращаться стартером, например, через обгонную муфту. Чтобы при этом напрасно не вращать турбину, компрессор может быть соединен с ней также через обгонную муфту.c) from turbocharging. At the same time, the compressor must be rotated by the starter during start-up, for example, through an overrunning clutch. In order to not rotate the turbine in vain, the compressor can also be connected to it through an overrunning clutch.

При этом турбина в выпускном тракте может выполнять функцию отражателя настроенного выхлопа.In this case, the turbine in the exhaust tract can serve as a reflector of the tuned exhaust.

Применение динамического нагнетателя или турбонаддува особенно целесообразно для двигателей, работающих преимущественно на номинальных оборотах: авиационных, судовых, электрогенераторных. Возможно сочетание способов, например, динамического нагнетания и турбонаддува: на холостых и малых оборотах компрессор приводится в действие от выходного вала двигателя, а после определенных оборотов - турбиной.The use of a dynamic supercharger or turbocharger is especially suitable for engines operating mainly at nominal speed: aircraft, ship, generator. A combination of methods, for example, dynamic injection and turbocharging, is possible: at idle and low revs, the compressor is driven from the engine output shaft, and after certain revolutions, by a turbine.

Предлагаемый оппозитный двухтактный двигатель в варианте с традиционной продувкой из подпоршневого пространства, кроме указанного основного преимущества (фазы), имеет еще одно существенное преимущество: вследствие малых нагрузок в паре поршень - цилиндр (а при плавающем креплении штока к поршню - полном отсутствии этих нагрузок, они будут замыкаться в направляющей втулке) содержание масла в бензине может быть уменьшено до 0,5-0,25%, так как все детали кинематики кроме цилиндра могут смазываться в масляном картере.The proposed opposed two-stroke engine in the variant with traditional blow-out from the piston space, in addition to the indicated main advantage (phase), has one more significant advantage: due to the small loads in the piston-cylinder pair (and with the rod mounted to the piston floating, these loads are completely absent, they will be locked in the guide sleeve) the oil content in gasoline can be reduced to 0.5-0.25%, since all kinematics except the cylinder can be lubricated in the oil sump.

А в варианте с нагнетателем предлагаемый двигатель будет иметь еще 6 преимуществ: во-первых, полное отсутствие масла в топливе, и, кроме того, если объем продувочного воздуха будет значительно больше рабочего объема цилиндров, то:And in the version with a supercharger, the proposed engine will have 6 more advantages: firstly, the complete absence of oil in the fuel, and, in addition, if the volume of purge air is much larger than the working volume of the cylinders, then:

а) будет быстрая, короткая /80-60°/ продувка из коллектора-накопителя;a) there will be a quick, short / 80-60 ° / purge from the collector-drive;

б) будет происходить внутреннее воздушное охлаждение цилиндра и поршней;b) internal air cooling of the cylinder and pistons will occur;

в) будет происходить наддув двигателя;c) engine pressurization will occur;

г) будет происходить дожигание выхлопных газов в выпускном тракте избыточным поступлением воздуха, т.е. повышение экологичности ДВС;d) afterburning of exhaust gases in the exhaust tract will occur with excessive intake of air, i.e. environmental friendliness of internal combustion engines;

д) возможна реализация дизельного цикла, так как возможна подача чистого воздуха, а не топливовоздушной смеси.d) the implementation of the diesel cycle is possible, since it is possible to supply clean air, and not a fuel-air mixture.

При этом в бензиновых двигателях обязателен непосредственный впрыск топлива или инжекторное топливораспределение. При карбюраторном топливоснабжении объем продуваемого воздуха должен быть примерно 90% от рабочего объема, и часть преимуществ будет потеряна.In gasoline engines, direct fuel injection or fuel injection is mandatory. With a carburetor fuel supply, the amount of purged air should be approximately 90% of the working volume, and some of the advantages will be lost.

При сдвиге поршней по фазе (вариант), когда отстает поршень П2 у выпускного окна, и фаза выпуска получается намного больше фазы продувки, появляется возможность реализовать цикл с продолженным расширением.When the pistons are shifted in phase (option), when the P2 piston lags behind the outlet window, and the release phase is much larger than the purge phase, it becomes possible to realize a cycle with continued expansion.

Часть воздуха после продувки вытесняется в выпускной тракт и поэтому объем сжимаемого воздуха меньше объема, до которого расширяются газы при рабочем ходе. Например, на фиг.7 при сдвиге по фазе 30°, фазе продувки 80° и фазе выпуска 180° объем расширения примерно в 1,7 раза больше объема сжатия.Part of the air after purging is displaced into the exhaust tract and therefore the volume of compressed air is less than the volume to which the gases expand during the working stroke. For example, in FIG. 7, with a phase shift of 30 °, a purge phase of 80 °, and a discharge phase of 180 °, the expansion volume is approximately 1.7 times the compression volume.

Цикл с продолженным расширением снижает удельную литровую мощность, что может быть легко компенсировано, но зато имеет очень актуальные в наше время преимущества: высокий кпд, более полное сгорание топлива, меньший звук выхлопа.A cycle with continued expansion reduces the specific liter capacity, which can be easily compensated, but it has very actual advantages in our time: high efficiency, more complete combustion of fuel, less exhaust sound.

Для технологичности угловой вал может быть выполнен в виде прямого вала с двумя утолщениями с одной косой поверхностью, к которой крепится диск качающейся шайбы. Или утолщения могут быть с поперечными к валу поверхностями, к которым крепятся проставки с одной косой поверхностью. Или вал может состоять из трех частей, крайние из которых соединяются со средней по косым поверхностям, зажимая при этом диск качающейся шайбы.For manufacturability, the angular shaft can be made in the form of a straight shaft with two thickenings with one oblique surface to which the disk of the swash plate is attached. Or thickenings can be with surfaces transverse to the shaft, to which spacers with one oblique surface are attached. Or the shaft can consist of three parts, the extreme of which are connected to the middle along the oblique surfaces, while clamping the disk of the swash plate.

Изобретение поясняется при помощи чертежей:The invention is illustrated using the drawings:

На фиг.1-4 изображен первый квадрант траекторий двигателя с качающейся шайбой: на фиг.1 - обычного (прототип); на фиг.2 - с качающейся шайбой, сдвинутой от цилиндров; на фиг.3 - с качающейся шайбой увеличенного диаметра; на фиг.4 - с качающейся шайбой, сдвинутой по всем четырем способам.Figure 1-4 shows the first quadrant of the trajectories of the engine with a swash plate: figure 1 - conventional (prototype); figure 2 - with a swinging washer, shifted from the cylinders; figure 3 - with a swinging washer of increased diameter; figure 4 - with a swinging washer shifted in all four ways.

На фиг.5 изображен цилиндр 1 со щелью 2, через которую проходит рычаг 3.Figure 5 shows a cylinder 1 with a slit 2, through which the lever 3 passes.

На фиг.6 и 7 изображены диаграммы работы несинфазного оппозитного двигателя, где П1 - положение поршня П1 у впускного окна цилиндра, ω₁ - фаза его движения, П2 - положение поршня П2 у выпускного окна, ω₂ - фаза его движения.Figures 6 and 7 show the operation diagrams of a non-in-phase opposed engine, where P1 is the position of the piston P1 at the inlet window of the cylinder, ω ₁ is the phase of its movement, P2 is the position of the piston P2 at the outlet window, ω ₂ is the phase of its movement.

На фиг.8 изображен оппозитный несинфазный двигатель с качающейся шайбой в варианте с выносным нагнетателем. Нагнетатель, окна, коллекторы, кожухи и прочие вспомогательные детали не показаны.On Fig depicts an opposed non-in-phase motor with a swash plate in the embodiment with a remote supercharger. Blower, windows, manifolds, housings and other accessories are not shown.

Пример конкретного выбора траектории точки крепления штока на качающейся шайбе. Выбран угол перекоса 30°, траектория сдвинута в сторону ВМТ на 10% от расстояния между осями вала и цилиндра, для чего плоскость качающейся шайбы сдвинута по изогнутой части углового вала от цилиндров на 20% от упомянутого расстояния. Расстояние скрещивания осей углового вала составляет 7% от упомянутого расстояния. Фаза качающейся шайбы сдвинута в сторону вращения траектории на 2°18'. При этом произошло хорошее совпадение траекторий в износоопасной зоне 0-60°, и полная соосность в точке АВ.An example of a specific choice of the trajectory of the rod attachment point on the swash plate. The skew angle of 30 ° was selected, the trajectory is shifted towards TDC by 10% of the distance between the axes of the shaft and the cylinder, for which the plane of the swash plate was shifted along the curved part of the angular shaft from the cylinders by 20% of the mentioned distance. The crossing distance of the axes of the angular shaft is 7% of the mentioned distance. The phase of the swash plate was shifted in the direction of rotation of the trajectory by 2 ° 18 '. In this case, there was a good coincidence of the trajectories in the wear zone 0-60 °, and full alignment at point AB.

Пример выбора работы оппозитного несинфазного двухтактного двигателя (см. фиг.6). Выбран сдвиг по фазе в сторону запаздывания поршня П1 у впускного окна на 20°. Фазы открытия впускного и выпускного окон выбраны равными - по 100°. При этом фаза выпуска составит 20°, фаза наполнения - 100°, из которых продувка - 80°, наддув - 20°, фаза рабочего хода - 120°.An example of the choice of the operation of the opposed single-phase two-stroke engine (see Fig.6). A phase shift was selected in the direction of the piston P1 retardation at the inlet window by 20 °. The phases of opening the inlet and outlet windows are chosen equal - 100 ° each. In this case, the exhaust phase will be 20 °, the filling phase is 100 °, of which purge is 80 °, pressurization is 20 °, and the stroke phase is 120 °.

Пример конструктивного выполнения двухтактного оппозитного несинфазного двигателя с нечетным числом цилиндров. Двигатель состоит из корпуса 4 с цилиндрами 1. В корпусе непосредственно или на подшипниках 5 или 6 (показаны все три варианта) закреплен угловой вал 7. На валу имеются утолщения 8 с наискось отфрезерованными или обточенными поверхностями, к которым болтами 9 прикреплены диски 10. На дисках на подшипниках качения 11 заранее закреплены качающиеся шайбы 12 в виде П-образного в сечении кольца. На кольце имеются рычаги 3, которые штоками 13 с шаровыми шарнирами 14 соединены с поршнями 15.An example of a constructive implementation of a two-stroke boxer opposed single-phase engine with an odd number of cylinders. The engine consists of a housing 4 with cylinders 1. An angular shaft 7 is mounted directly to the bearings or to bearings 5 or 6 (all three options are shown). There are 8 thickenings on the shaft with obliquely milled or turned surfaces, to which discs 10 are attached by bolts 9. On the disks on the rolling bearings 11 are pre-mounted swinging washers 12 in the form of a U-shaped in cross-section of the ring. On the ring there are levers 3, which are connected to the pistons 15 by rods 13 with ball joints 14.

Правая сторона чертежа повернута так, чтобы в плоскость разреза попали рычаги 16, 17 рычажного ШРУС. Рычаги соединены плоскими шарнирами 18 с корпусом двигателя и с качающейся шайбой, а между собой - шаровыми шарнирами 19. Рычагов может быть две или более пары.The right side of the drawing is rotated so that the levers 16, 17 of the lever CV joint fall into the plane of the cut. The levers are connected by flat hinges 18 with the engine casing and with the swinging washer, and between them are ball joints 19. The levers can be two or more pairs.

В конструкции двигателя есть одна особенность: расчетные расстояния между элементами ШРУС по валу, по корпусу и положение вала в корпусе должны быть позиционированы с точностью не хуже 0,1 мм, что может быть выполнено с помощью регулировочных прокладок.The engine design has one feature: the calculated distances between the SHRUS elements along the shaft, along the housing and the position of the shaft in the housing must be positioned with an accuracy of no worse than 0.1 mm, which can be done with the help of shims.

Работает двигатель так: при вращении вала 7 диски 10, совершая вращение с биением (так называемая восьмерка), периодически перекашивают качающиеся шайбы 12, вращению которых препятствуют рычаги 16, 17.The engine works as follows: when the shaft 7 rotates, the disks 10 rotate with a runout (the so-called figure eight) and periodically twist the swinging washers 12, the rotation of which is prevented by the levers 16, 17.

При круговых колебаниях качающихся шайб соединенные с ними штоки 13 придают поршням 15 возвратно-поступательное движение. При этом в межпоршневом пространстве цилиндра последовательно происходят фазы двухтактного цикла: сжатие - воспламенение - рабочий ход (расширение) - выпуск - продувка - наддув (если он предусмотрен). Цикл повторяется.With circular vibrations of the swinging washers, the rods 13 connected to them give the pistons 15 a reciprocating motion. At the same time, the phases of the push-pull cycle occur sequentially in the piston space of the cylinder: compression - ignition - stroke (expansion) - exhaust - purge - pressurization (if provided). The cycle repeats.

Двигатель позволяет производить перенастройку прямо во время работы, сдвигая часть углового вала (по шлицам) или весь вал целиком, можно менять степень сжатия и фазы открытия окон. А сдвигая один из шарниров (ШРУС или Кардана) шайбы, можно менять сдвиг по фазе, при этом несколько меняется и степень сжатия.The engine allows reconfiguration directly during operation, shifting part of the angular shaft (along the slots) or the entire shaft, you can change the compression ratio and the phase of opening the windows. And shifting one of the hinges (SHRUS or Cardan) of the washer, you can change the phase shift, while the compression ratio changes somewhat.

Claims

1. An engine consisting of a swash plate mechanism, cylinders and pistons, characterized in that the shaft is straight, having an oblique surface to which a swash plate disk is attached, while the plane of the swash plate, on which the rod mounting points are located, is further from the cylinders than the bend point of the shaft axis.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the radius of the swash plate to the mounting points of the rods on it is not equal to the distance between the axes of the cylinder and the shaft.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the attachment point of the rod on the swinging washer is phase-shifted relative to the cylinder.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the swinging washer is connected to the motor housing by a constant velocity joint or Cardan joint, in particular with a through hole fixed rigidly or through a longitudinally movable connection.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the engine shaft or the swinging washer on the shaft is fixed longitudinally movably with the possibility of controlled or self-changing their position.

6. The engine according to claim 1, characterized in that the shaft or the swash plate is spring-loaded with an elastic element towards the cylinder and equipped with a damper, or is preloaded by a hydraulic cylinder with a controlled bypass valve.

7. The engine according to claim 1, characterized in that the swinging washer has the form of a sleeve with a lever, and in the cylinder there is a slot for this lever.

8. The engine according to claim 1, characterized in that the rod is connected to the piston and the swinging washer via Hook joints.

9. Boxer engine, consisting of two mechanisms of swinging washers, cylinder and pistons, characterized in that the axis of the curved sections on the angular shaft are phase-offset relative to each other.

10. The engine according to claim 9, characterized in that one or both equal velocity joints or Cardan joints are connected to the motor housing or to the swash plate with a longitudinally movable joint.

11. The engine according to claim 9, characterized in that the built-in supercharger in the form of a longitudinal cylinder with pistons attached to the swinging washer, is located with a phase lag of 150 ° -250 °.

12. The engine according to claim 9, characterized in that several built-in superchargers are connected by a storage collector.

13. The engine according to claim 9, characterized in that the angular shaft is made with two thickenings in the form of an inclined cylinder.

14. The engine according to claim 9, characterized in that the angular shaft is made with two thickenings, to which spacers are attached with one surface in the form of the base of an inclined cylinder.

15. The engine according to claim 9, characterized in that the angular shaft is made of three parts, and the end ones are connected to the middle part through the disk of the swash plate on the surfaces in the form of the bases of an inclined cylinder.

16. The engine according to claim 9, characterized in that it has a turbocharger, the compressor of which is connected to the turbine and / or starter and / or engine shaft through an overrunning clutch.

17. The engine according to claim 9, characterized in that the angular shaft or part of it is fixed with the possibility of controlled shear in the longitudinal direction.

18. An engine consisting of a swash plate mechanism, cylinders and pistons and a shaft with curved and straight parts, characterized in that the shaft axis and the axis of the curved part intersect in space.