RU2423615C2 - Internal combustion engine (versions) - Google Patents
Internal combustion engine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423615C2 RU2423615C2 RU2009118040/06A RU2009118040A RU2423615C2 RU 2423615 C2 RU2423615 C2 RU 2423615C2 RU 2009118040/06 A RU2009118040/06 A RU 2009118040/06A RU 2009118040 A RU2009118040 A RU 2009118040A RU 2423615 C2 RU2423615 C2 RU 2423615C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- piston
- output shaft
- racks
- pistons
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to the automotive industry, namely to internal combustion engines.
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), как правило, имеют кривошипно-шатунный механизм, служащий для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. С целью разгрузки стенок цилиндра от боковых сил, вызываемых наклоном шатуна при вращении кривошипа, раньше устанавливали крейцкопф. В дальнейшем функцию крейцкопфа упразднили, увеличив высоту поршня и улучшив смазку кривошипно-шатунного механизма [1].Internal combustion engines (ICE), as a rule, have a crank mechanism, which serves to convert the linear reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the crankshaft. In order to unload the cylinder walls from lateral forces caused by the tilt of the connecting rod during rotation of the crank, a crosshead was previously installed. Subsequently, the crosshead function was abolished by increasing the height of the piston and improving the lubrication of the crank mechanism [1].
Известен двигатель внутреннего сгорания VCR (Variable Compression Ratio), разработанный Французской фирмой МСЕ-5 Development, для концерна «Пежо-Ситроен», в котором поршни связаны с шатуном через зубчатый сектор. Опорный зубчатый ролик обеспечивает строго возвратно-поступательное движение поршня. Благодаря этому отсутствуют боковые силы, характерные для обычного двигателя внутреннего сгорания. Заметно снижаются трение и износ в цилиндропоршневой группе [2]. Однако это достигнуто за счет очень сложной кинематики кривошипно-шатунного механизма, в данном двигателе поршень связан с кривошипно-шатунным механизмом через зубчатый сектор, кроме того, строго возвратно-поступательное движение поршня обеспечивается за счет дополнительного опорного зубчатого ролика.Famous internal combustion engine VCR (Variable Compression Ratio), developed by the French company MCE-5 Development, for the concern Peugeot Citroen, in which the pistons are connected to the connecting rod through the gear sector. The reference gear roller provides a strictly reciprocating motion of the piston. Due to this, there are no lateral forces characteristic of a conventional internal combustion engine. Friction and wear in the piston-cylinder group are noticeably reduced [2]. However, this is achieved due to the very complex kinematics of the crank mechanism, in this engine the piston is connected to the crank mechanism through the gear sector, in addition, the strictly reciprocating movement of the piston is ensured by an additional support gear roller.
Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания имеет высокую стоимость, сложную форму, большой вес, требуется дорогостоящее кузнечно-прессовое оборудование для его изготовления, точная механическая обработка, с финишной обработкой шеек коленчатого вала.The crankshaft of an internal combustion engine has a high cost, complex shape, high weight, requires expensive forging and press equipment for its manufacture, precise machining, with finishing of the crankshaft necks.
Фирма «GF Отомотив» разрабатывает новую технологию изготовления полого коленчатого вала, методом литья из дорогостоящего сплава «Sibodur», с последующим упрочнением его поверхности обкатыванием роликами. Однако данный способ изготовления сложен, трудоемок и требует дорогостоящего оборудования [3].GF Otomotiv company is developing a new technology for manufacturing a hollow crankshaft by casting from the expensive Sibodur alloy, followed by hardening of its surface by rolling by rollers. However, this manufacturing method is complex, time-consuming and requires expensive equipment [3].
Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движения вала выполнен в виде зубчатой передачи попеременного зацепления, состоящей из шестерни и колеса, имеющего форму овала, поверхности которого, соответствующие большой оси, выполнены зубчатыми с меньшей кривизной, попеременно взаимодействующими с шестерней, а поверхности, соответствующие малым осям, выполнены гладкими и с большей кривизной, но не более кривизны зубьев шестерни, и в рабочем цикле соответствуют фазе смены направления движения поршней. Параллельно шестерне установлен кулачок, попеременно взаимодействующий с упорами, поршни спаренных противоположно расположенных цилиндров жестко соединены стяжками, а соединение поршня с колесом зубчатой передачи вынесено из рабочей зоны на консоль штока с фланцем для крепления стяжек и направляющей рамкой упруго-подвижного ползуна с перпендикулярно установленной осью, концевые участки которой находятся в проушинах колеса зубчатой передачи, при этом ползун установлен с возможностью перемещения в фазе смены направления движения поршней в сторону отклонения зубчатой поверхности колеса минимум на высоту зуба и с возможностью оптимально устанавливаться в период однонаправленного движения поршней [4].A known internal combustion engine in which the mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the shaft is made in the form of an alternating gear gear consisting of a gear and an oval-shaped wheel, the surfaces of which corresponding to the major axis, are made gear with less curvature, alternately interacting with the gear, and the surfaces corresponding to the small axes are made smooth and with a greater curvature, but not more than the curvature of the gear teeth, and in the working cycle with Corresponding to the phase of changing the direction of movement of the pistons. A cam is mounted parallel to the gear, alternately interacting with the stops, the pistons of the paired oppositely arranged cylinders are rigidly connected by couplers, and the piston connection to the gear wheel is moved from the working area to the stem console with a flange for attaching the couplers and a guide frame of an elastic-movable slider with a perpendicular axis mounted, the end sections of which are in the eyes of the gear wheel, while the slider is installed with the possibility of movement in the phase of changing the direction of movement along Shnei towards the toothed deviation wheel surface at least to the tooth height and the possibility of optimally fitted between the unidirectional piston movement [4].
Упруго-подвижный ползун работает в очень тяжелых условиях, приводной вал вращается со скоростью 5000-6000 оборотов в минуту, поэтому надежность и долговечность работы двигателя ставится под сомнение, нечеткая работа данного механизма может привести к поломке зубьев, кроме того, упруго-подвижный ползун создает дополнительную радиальную нагрузку на поршень и, соответственно, на стенки цилиндра.The elastic-movable slider operates in very difficult conditions, the drive shaft rotates at a speed of 5000-6000 rpm, therefore the reliability and durability of the engine are questioned, the fuzzy operation of this mechanism can lead to tooth breakage, in addition, the elastic-movable slider creates additional radial load on the piston and, accordingly, on the cylinder walls.
К недостаткам этого двигателя относится сложный контур колеса, выполненный из участков различной кривизны, а также наличие и работа упруго-подвижного ползуна.The disadvantages of this engine include a complex wheel contour made of sections of different curvatures, as well as the presence and operation of an elastic-movable slider.
Наиболее близким техническим решением, является преобразователь движения, содержащий четыре цилиндра, расположенные попарно. Поршни взаимно противоположных цилиндров связаны друг с другом неподвижно штангой. Преобразователь содержит первую и вторую пару неподвижно связанных параллельных зубчатых реек, находящихся в зацеплении с соответствующими сегментными шестернями, установленными неподвижно на выходном валу. В каждой сегментной шестерне зубья занимают менее половины его делительной окружности. Сегментные шестерни, взаимодействующие с соответствующими зубчатыми рейками, сдвинуты относительно друг друга на определенный угол, преимущественно на 90° [5]. К недостаткам этого двигателя относится большая нагрузка на зубчатый сектор колеса со стороны рамки с зубчатыми рейками. Указанный двигатель выбран в качестве прототипа.The closest technical solution is a motion transducer containing four cylinders arranged in pairs. Pistons of mutually opposite cylinders are connected to each other motionlessly by a bar. The Converter contains the first and second pair of fixedly connected parallel gear racks that are meshed with the corresponding segment gears mounted motionless on the output shaft. In each segment gear, the teeth occupy less than half of its pitch circle. Segment gears interacting with corresponding gear racks are shifted relative to each other by a certain angle, mainly by 90 ° [5]. The disadvantages of this engine include a large load on the gear sector of the wheel from the side of the frame with gear racks. The specified engine is selected as a prototype.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении долговечности и надежности двигателя за счет уменьшения трения между зубчатыми секторами колеса и зубчатыми рейками.The technical result of the claimed invention is to increase the durability and reliability of the engine by reducing friction between the gear sectors of the wheels and gear racks.
В первом варианте осуществления изобретения технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры со съемными головками, поршни с поршневыми кольцами, газораспределительный механизм, систему охлаждения, систему смазки, систему питания, систему зажигания, попарно соединенные поршни через штанги с рамкой с зубчатыми рейками таким образом, что если один поршень находится в верхней мертвой точке, то другой поршень - в нижней мертвой точке, а преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала происходит за счет перемещения рамки с зубчатыми рейками, которые входят в зацепление с зубчатыми секторами колес, установленных на выходном валу, содержит рамку, выполненную с верхними и нижними зубчатыми рейками, продольные оси верхних и нижних реек смещены относительно друг друга и относительно оси поршней, а на выходном валу устанавливается второе колесо с зубчатым сектором.In the first embodiment of the invention, the technical result is achieved in that the internal combustion engine comprising cylinders with removable heads, pistons with piston rings, a gas distribution mechanism, a cooling system, a lubrication system, a power system, an ignition system, pairwise connected pistons through rods with a gear frame rails in such a way that if one piston is at top dead center, then the other piston is at bottom dead center, and the reciprocating conversion of the piston in the rotational movement of the output shaft is due to the movement of the frame with gear racks, which are engaged with the gear sectors of the wheels mounted on the output shaft, contains a frame made with upper and lower gear racks, the longitudinal axes of the upper and lower racks are offset relative to each other and relative to the axis of the pistons, and a second wheel with a gear sector is mounted on the output shaft.
Во втором варианте осуществления изобретения технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры со съемными головками, поршни с поршневыми кольцами, попарно соединенные через рамку с зубчатыми рейками таким образом, что если один поршень находится в верхней мертвой точке, то другой поршень - в нижней мертвой точке, а преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала происходит за счет перемещения зубчатой рейки, которая входит в зацепление с зубчатым сектором колеса, установленного на выходном валу, содержит зубчатые рейки, установленные на рамке и зубчатые сектора колес, установленные на выходном валу, обладающие намагниченностью, или намагниченностью обладает один из элементов зубчатой пары.In the second embodiment of the invention, the technical result is achieved in that the internal combustion engine comprising cylinders with removable heads, pistons with piston rings, pairwise connected through a frame with gear racks in such a way that if one piston is at top dead center, then the other piston at the bottom dead center, and the conversion of the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the output shaft occurs due to the movement of the gear rack, which engages with the memory chatym sector wheel mounted on the output shaft comprises a toothed rack mounted on the frame and a toothed wheel sector mounted on the output shaft having the magnetization or the magnetization of one of the elements has a gear pair.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом (см. фиг.8, 9).A four-stroke internal combustion engine operates as follows (see Fig. 8, 9).
Поршень в первом цилиндре перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты. Давление в цилиндре и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта сжатия рабочая смесь в первом цилиндре воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси. Давление и температура в цилиндре повышаются. Давление газов передается на поршень, поршень перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку с зубчатыми рейками, верхняя зубчатая рейка входит в зацепление с зубчатым сектором колеса, установленного на выходном валу, заставляя колесо, выходной вал и маховик вращаться. Поршень во втором цилиндре перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из второго цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. На выходном валу установлено второе колесо, зубчатый сектор которого при вращении входит в зацепление с нижней зубчатой рейкой, перемещая рамку и поршень в третьем цилиндре из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты, в конце такта сжатия рабочая смесь в третьем цилиндре воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси, давление и температура в цилиндре повышаются, давление газов передается на поршень, поршень перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку, верхняя зубчатая рейка входит в зацепление со вторым зубчатым сектором колеса, установленном на выходном валу, заставляя колесо, выходной вал и маховик вращаться. Поршень в четвертом цилиндре перемещается из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из четвертого цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу.The piston in the first cylinder moves from bottom dead center to top dead center, both valves are closed. The pressure in the cylinder and the temperature of the working mixture increase. At the end of the compression stroke, the working mixture in the first cylinder ignites, and the combustible mixture rapidly burns. The pressure and temperature in the cylinder increase. The gas pressure is transmitted to the piston, the piston moves to the bottom dead center, moving the frame with the gear racks, the upper gear rack mesh with the gear sector of the wheel mounted on the output shaft, causing the wheel, output shaft and flywheel to rotate. The piston in the second cylinder moves from bottom dead center to top dead center, the intake valve is closed, the exhaust valve is open. Exhaust gases from the second cylinder enter the exhaust pipe and then through the muffler to the atmosphere. A second wheel is installed on the output shaft, the gear sector of which engages with the lower gear during rotation, moving the frame and piston in the third cylinder from the bottom dead center to the top dead center, both valves are closed, at the end of the compression stroke, the working mixture in the third cylinder is ignited , there is a rapid combustion of the combustible mixture, the pressure and temperature in the cylinder increase, the gas pressure is transmitted to the piston, the piston moves to the bottom dead center, moving the frame, the upper gear rack engages e with the second toothed wheel sector mounted on the output shaft, causing the wheel, the output shaft and the flywheel to rotate. The piston in the fourth cylinder moves from bottom dead center to top dead center, the intake valve is closed, the exhaust valve is open. Exhaust gases from the fourth cylinder enter the exhaust pipe and then through the muffler to the atmosphere.
Выходной вал, вращаясь, вводит сектор первого колеса в зацепление с верхней рейкой, перемещая рамку и поршень во втором цилиндре от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты. Давление во втором цилиндре и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси. Давление и температура в цилиндре повышаются, давление газов передается на поршень, поршень перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку с зубчатыми рейками, нижняя зубчатая рейка входит в зацепление с зубчатым сектором колеса, установленном на выходном валу, заставляя колесо, выходной вал и маховик, вращаться. Одновременно поршень в первом цилиндре перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из первого цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. Установленный на выходном валу второй зубчатый сектор колеса, вращаясь, входит в зацепление с верхней зубчатой рейкой, перемещая рамку с зубчатыми секторами и поршень в четвертом цилиндре из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты, в конце такта сжатия рабочая смесь в четвертом цилиндре воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси, давление и температура в цилиндре повышаются. Давление газов передается на поршень, поршень перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку с зубчатыми рейками, нижняя зубчатая рейка входит в зацепление со вторым зубчатым сектором колеса, установленного на выходном валу, заставляя колесо, выходной вал и маховик вращаться. Одновременно поршень в третьем цилиндре перемещается из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из третьего цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу.The output shaft, rotating, engages the sector of the first wheel meshing with the upper rack, moving the frame and piston in the second cylinder from the bottom dead center to the top dead center, both valves are closed. The pressure in the second cylinder and the temperature of the working mixture increase. At the end of the compression stroke, the working mixture ignites, and the combustible mixture rapidly burns. The pressure and temperature in the cylinder increase, the gas pressure is transmitted to the piston, the piston moves to the bottom dead center, moving the frame with gear racks, the lower gear rack engages with the gear sector of the wheel mounted on the output shaft, forcing the wheel, output shaft and flywheel, rotate. At the same time, the piston in the first cylinder moves from bottom dead center to top dead center, the intake valve is closed, the exhaust valve is open. Exhaust gases from the first cylinder enter the exhaust pipe and then through the muffler to the atmosphere. The second gear sector of the wheel mounted on the output shaft rotates, engages with the top gear rack, moving the frame with gear sectors and the piston in the fourth cylinder from bottom dead center to top dead center, both valves are closed, at the end of the compression stroke the working mixture in the fourth the cylinder ignites, the combustible mixture rapidly burns, the pressure and temperature in the cylinder increase. The gas pressure is transmitted to the piston, the piston moves to the bottom dead center, moving the frame with the gear racks, the lower gear rack engages with the second gear sector of the wheel mounted on the output shaft, causing the wheel, output shaft and flywheel to rotate. At the same time, the piston in the third cylinder moves from bottom dead center to top dead center, the intake valve is closed, the exhaust valve is open. Exhaust gases from the third cylinder enter the exhaust pipe and then through the muffler to the atmosphere.
Далее процессы, происходящие в цилиндрах, повторяются в указанной выше последовательности.Further, the processes occurring in the cylinders are repeated in the above sequence.
Расположение попарно соединенных поршней в четырехцилиндровом двигателе могут совпадать или находиться в противофазе.The arrangement of pairwise connected pistons in a four-cylinder engine may coincide or be out of phase.
Пример чередования тактов в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания указан в таблице 1.An example of the alternation of cycles in a four-cylinder four-stroke internal combustion engine is shown in table 1.
На фиг.1 показан разрез поршневой группы, когда правый поршень находится в верхней мертвой точке. На фиг.2 показан разрез реечной передачи, в которой продольные оси верхней и нижней реек совпадают с осью поршней. На фиг.3 показан разрез реечной передачи, в которой продольные оси верхней и нижней реек смещены относительно друг друга и относительно оси поршней. На фиг.4 показан фрагмент реечной передачи со смещенными рейками, когда левый поршень начинает рабочий ход. На фиг.5 показан фрагмент реечной передачи со смещенными рейками, когда правый поршень начинает рабочий ход. На фиг.6 показан разрез поршневой группы, когда левый поршень находится в верхней мертвой точке. На фиг.7 показан разрез поршневой группы, когда левый поршень находится в верхней мертвой точке, а пунктирными линиями, когда он находится в нижней мертвой точке. На фиг.8 показан разрез четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, в котором продольные оси верхней и нижней реек совпадают между собой и с осью поршней. На фиг.9 показан разрез четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, в котором продольные оси верхней и нижней реек смещены относительно друг друга и относительно оси поршней.Figure 1 shows a section of the piston group when the right piston is at top dead center. Figure 2 shows a section of a rack gear, in which the longitudinal axes of the upper and lower rails coincide with the axis of the pistons. Figure 3 shows a section of a rack gear, in which the longitudinal axes of the upper and lower racks are offset relative to each other and relative to the axis of the pistons. Figure 4 shows a fragment of a rack and pinion gear with offset rails when the left piston starts a stroke. Figure 5 shows a fragment of a rack and pinion gear with offset rails when the right piston begins a stroke. Figure 6 shows a section of the piston group when the left piston is at top dead center. 7 shows a section of the piston group when the left piston is at top dead center, and with dashed lines when it is at bottom dead center. On Fig shows a section of a four-cylinder internal combustion engine, in which the longitudinal axis of the upper and lower rails coincide with each other and with the axis of the pistons. Figure 9 shows a section of a four-cylinder internal combustion engine in which the longitudinal axes of the upper and lower rails are offset relative to each other and relative to the axis of the pistons.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит: цилиндры 1, 11 и 19, 31 со съемными головками (съемные головки не показаны), поршни 2, 10 и 20, 30 с поршневыми кольцами, соединенные через штанги 3, 9 и 21, 29 и подшипники скольжения 4, 8 и 22, 28 с рамками 5 и 23 с зубчатыми рейками, соответственно 6, 7 и 24, 25, а внутри между зубчатыми рейками 6, 7 и 24, 25 находится выходной вал 12, на котором установлены колеса 13 и 26 с зубчатыми секторами 14 и 27.The four-stroke internal combustion engine contains:
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.A four-stroke internal combustion engine operates as follows.
Поршень 2 в цилиндре 1 перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты. Давление в цилиндре и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта сжатия рабочая смесь в цилиндре 1 воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси. Давление и температура в цилиндре 1 повышаются. Давление газов передается на поршень 2, поршень 2 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку 5 с зубчатыми рейками 6 и 7, зубчатая рейка 6 входит в зацепление с зубчатым сектором 14 колеса 13, установленного на выходном валу 12, заставляя колесо 13, выходной вал 12 и маховик 32 вращаться. Поршень 10 в цилиндре 11 перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из цилиндра 11 поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. На выходном валу 12 установлено колесо 26, зубчатый сектор 27 которого при вращении входит в зацепление с зубчатой рейкой 25, перемещая рамку 23 и поршень 20 в цилиндре 19 из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты, в конце такта сжатия рабочая смесь в цилиндре 19 воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси, давление и температура в цилиндре 19 повышаются, давление газов передается на поршень 20, поршень 20 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку 23, зубчатая рейка 24 входит в зацепление с зубчатым сектором 27 колеса 26, установленном на выходном валу 12, заставляя колесо 26, выходной вал 12 и маховик 32 вращаться. Поршень 30 в цилиндре 31 перемещается из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из цилиндра 31 поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу.The
Выходной вал 12, вращаясь, вводит сектор 14 колеса 13 в зацепление с рейкой 6, перемещая рамку 5 и поршень 10 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты. Давление в цилиндре 11 и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси. Давление и температура в цилиндре 11 повышаются, давление газов передается на поршень 10, поршень 10 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку 5 с зубчатыми рейками 6 и 7, зубчатая рейка 7 входит в зацепление с зубчатым сектором 14 колеса 13, установленном на выходном валу 12, заставляя колесо 13, выходной вал 12 и маховик 32 вращаться. Одновременно поршень 2 в цилиндре 1 перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из цилиндра 1 поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. Установленный на выходном валу 12 зубчатый сектор 27 колеса 26, вращаясь, входит в зацепление с зубчатой рейкой 24, перемещая рамку 23 с зубчатыми секторами 24, 25 и поршень 30 в цилиндре 31 из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, оба клапана закрыты, в конце такта сжатия рабочая смесь в цилиндре 31 воспламеняется, происходит быстрое сгорание горючей смеси, давление и температура в цилиндре 31 повышаются. Давление газов передается на поршень 30, поршень 30 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая рамку 23 с зубчатыми рейками 24 и 25, зубчатая рейка 25 входит в зацепление с зубчатым сектором 27 колеса 26, установленного на выходном валу 12, заставляя колесо 26, выходной вал 12 и маховик 32 вращаться. Одновременно поршень 20 в цилиндре 19 перемещается из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт. Отработанные газы из цилиндра 19 поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. Далее процессы, происходящие в цилиндрах, повторяются в указанной выше последовательности.The
γ - угол поворота выходного вала 10 за ход поршня выражается отношением:γ - the angle of rotation of the
где S - ход поршня; ρ - шаг торцовый; z - число зубьев колеса.where S is the piston stroke; ρ - end step; z is the number of teeth of the wheel.
Реечная зубчатая передача может быть с прямыми и косыми зубьями, иметь шевронное, роликовое (шариковое) зацепление.The rack and pinion gear can be with straight and oblique teeth, have a chevron, roller (ball) engagement.
Преимущество данного двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что попарно соединенные поршни обеспечивают строго возвратно-поступательное движение поршней без каких-либо дополнительных устройств.The advantage of this internal combustion engine is that the paired pistons provide a strictly reciprocating movement of the pistons without any additional devices.
Благодаря этому отсутствуют боковые силы, характерные для обычного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Заметно снижаются трение и износ в цилиндропоршневой группе. Упростилась конструкция, уменьшилась масса поршня. Преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала происходит за счет перемещения рамки с зубчатыми рейками, которые при перемещении входят в зацепление с зубчатым сектором колеса, установленного на выходном валу, заставляя его вращаться.Due to this, there are no lateral forces characteristic of a conventional internal combustion engine with a crank mechanism. Friction and wear in the cylinder-piston group are noticeably reduced. The design was simplified, the mass of the piston decreased. The conversion of the reciprocating motion of the piston into the rotational movement of the output shaft occurs due to the movement of the frame with the gear racks, which when moved are engaged with the gear sector of the wheel mounted on the output shaft, causing it to rotate.
Конструкция рамки с зубчатыми рейками и выходного вала с колесами, имеющими зубчатые сектора, намного проще и технологичнее кривошипно-шатунного механизма.The design of the frame with gear racks and the output shaft with wheels having gear sectors is much simpler and more technologically advanced than the crank mechanism.
В данном двигателе внутреннего сгорания отсутствует кривошипно-шатунный механизм, нет поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала. Коленчатые валы имеют высокую стоимость изготовления, сложную форму, большой вес. Частота вращения коленчатого вала достигает 6000 и более оборотов в минуту. Возникают большие центробежные силы, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы воздействуют на коренные подшипники, вызывая их ускоренный износ. Кроме того, максимальный крутящий момент в кривошипно-шатунном механизме возникает, когда поршень находится на середине расстояния хода поршня, убывая при приближении к верхней и нижней мертвым точкам.In this internal combustion engine, there is no crank mechanism, there are no piston pins, connecting rods, crankshaft. Crankshafts have a high manufacturing cost, complex shape, high weight. The crankshaft rotational speed reaches 6000 or more revolutions per minute. Large centrifugal forces occur on the connecting rod necks, cheeks and lower connecting rod heads. These forces act on the main bearings, causing their accelerated wear. In addition, the maximum torque in the crank mechanism occurs when the piston is in the middle of the stroke distance of the piston, decreasing as it approaches the top and bottom dead centers.
В данном двигателе внутреннего сгорания крутящий момент выходного вала практически не меняется на всем пути прохождения рабочего хода поршня.In this internal combustion engine, the torque of the output shaft practically does not change along the entire path of the piston stroke.
Конструкция рамки с зубчатыми рейками и выходного вала с колесами, имеющими зубчатые сектора, компактнее, намного проще и технологичнее кривошипно-шатунного механизма.The design of the frame with gear racks and the output shaft with wheels having gear sectors is more compact, much simpler and more technologically advanced than the crank mechanism.
Таким образом, предложенный двигатель внутреннего сгорания по сравнению с традиционным двигателем внутреннего сгорания имеет меньшую массу, более компактен и технологичен, менее трудоемок. Снижаются трение и износ в цилиндропоршневой группе, отсутствуют центробежные силы, действующие на шатунные шейки, щеки, нижние головки шатунов и коренные подшипники. В результате чего увеличивается коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания, уменьшается расход топлива, уменьшается стоимость его изготовления.Thus, the proposed internal combustion engine in comparison with a traditional internal combustion engine has a lower mass, is more compact and technologically advanced, less time consuming. Friction and wear in the cylinder-piston group are reduced, there are no centrifugal forces acting on the connecting rod necks, cheeks, lower connecting rod heads and main bearings. As a result, the efficiency of the internal combustion engine increases, fuel consumption decreases, and the cost of its manufacture decreases.
При перемещении рамки зубчатая рейка входит в зацепление с зубчатым сектором колеса, установленного на выходном валу, при зацеплении происходит трение и износ зубчатой пары. Смазка снижает потери на трение и тем самым уменьшает износ деталей.When the frame is moved, the gear rack engages with the gear sector of the wheel mounted on the output shaft; when engaged, friction and wear of the gear pair occur. Lubrication reduces friction losses and thereby reduces wear on parts.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания применяется стартер, который раскручивает коленчатый вал двигателя, при этом потребляется большой пусковой ток от аккумуляторной батареи, разряжая ее.To start the internal combustion engine, a starter is used, which spins the crankshaft of the engine, while consuming a large starting current from the battery, discharging it.
По второму варианту осуществления изобретения для уменьшения трения в зубчатой паре, а также для улучшения условий для запуска двигателя внутреннего сгорания, в двигателе внутреннего сгорания зубчатые рейки, установленные на рамке, и зубчатые сектора, установленные на выходном валу, обладают намагниченностью.According to a second embodiment of the invention, to reduce friction in the gear pair, and also to improve the conditions for starting the internal combustion engine, in the internal combustion engine, the gear racks mounted on the frame and the gear sectors mounted on the output shaft have magnetization.
При вхождении в зацепление зубчатой рейки с зубчатым сектором колеса, с однонаправленной намагниченностью, например при рабочем ходе поршня, зубья рейки и зубья сектора колеса отталкиваются, получается воздушный магнитный зазор, который играет роль дополнительной смазки, в результате чего снижаются потери на трение и тем самым уменьшается износ зубьев колеса и рейки.When the gear rack is engaged with the gear sector of the wheel, with unidirectional magnetization, for example during the working stroke of the piston, the teeth of the rack and the teeth of the wheel sector are repelled, an air magnetic gap is created, which plays the role of additional lubrication, resulting in reduced friction losses and thereby reduced wear on the teeth of the wheel and rack.
При намагниченности зубчатой рейки рамки и зубчатого сектора колеса, установленного на выходном валу двигателя, при выключенном сцеплении и выключении зажигания выходной вал двигателя занимает определенное положение, например перед вхождением в зацепление зубчатой рейки рамки с зубчатым сектором колеса, при однонаправленной намагниченности, или притяжением зубчатой рейки рамки к зубчатому сектору колеса, при разнонаправленной намагниченности (или, например, определенное положение сектора колеса, при подаче дополнительного импульса на катушку индуктивности, установленной на рамке, на чертежах не показано). Для благоприятного условия запуска двигателя внутреннего сгорания нужно, чтобы поршень в одном из цилиндров (или, например в двух цилиндрах) находился в положении чуть раньше верхней мертвой точки. В этот момент происходит впрыск топлива в этот цилиндр (цилиндры) и первая вспышка повернет выходной вал, это позволит сжать воздух в соседнем цилиндре. Если в определенный момент топливо впрыскивается в него, вспышка получается значительно мощнее, и мотор начинает вращаться. При этом экономится энергия аккумуляторной батареи. Появляется возможность использовать аккумуляторную батарею меньшей емкости, имеющую меньшую массу и более дешевую.With the magnetization of the gear rack of the frame and the gear sector of the wheel mounted on the output shaft of the engine, with the clutch switched off and the ignition off, the output shaft of the engine occupies a certain position, for example, before it engages the gear rack of the frame with the gear sector of the wheel, with unidirectional magnetization, or the attraction of the gear rack frames to the gear sector of the wheel, with multidirectional magnetization (or, for example, a certain position of the wheel sector, when applying an additional impulse to the inductor mounted on the frame, not shown in the drawings). For a favorable condition for starting the internal combustion engine, it is necessary that the piston in one of the cylinders (or, for example, in two cylinders) be in a position slightly earlier than the top dead center. At this moment, fuel is injected into this cylinder (cylinders) and the first flash will turn the output shaft, this will compress the air in the adjacent cylinder. If at a certain moment fuel is injected into it, the flash is much more powerful, and the motor starts to rotate. This saves battery power. It becomes possible to use a battery of smaller capacity, which has a lower mass and cheaper.
Намагниченностью могут обладать по отдельности только зубчатые сектора колеса, установленного на выходном валу, или зубчатые рейки рамки, а также пара, сектор зубчатого колеса и зубья рейки рамки.Only the gear sectors of the wheel mounted on the output shaft or the gear racks of the frame, as well as the steam, the sector of the gear wheel and the teeth of the frame rack can individually be magnetized.
Зубья рейки рамки и сектор (сектора) зубчатого колеса, установленного на выходном валу, могут изготовляться из легированной стали, например 40 ХН или 30 ХМА, или намагниченной легированной стали, а также из магнитотвердых специализированных материалов, например металлокерамических магнитов.The teeth of the frame rack and the sector (sector) of the gear mounted on the output shaft can be made of alloy steel, for example 40 XN or 30 XMA, or magnetized alloy steel, as well as magnetically hard specialized materials, such as cermet magnets.
Источники информацииInformation sources
1. Основы конструирования. П.И.Орлов. «Машиностроение», 1988 г.1. Basics of design. P.I. Orlov. "Engineering", 1988
2. За рулем №1, 2006 г., рубрика «новинки, исследования, изобретения».2. At the wheel No. 1, 2006, the heading "new items, research, inventions."
3. За рулем №7, 2007 г., рубрика «новинки, исследования, изобретения».3. Driving No. 7, 2007, under the heading “Novelties, Research, Inventions”.
4. Патент RU 2178825 С1, опубл. 27.01.2002.4. Patent RU 2178825 C1, publ. 01/27/2002.
5. Патент RU 2308603 С2, опубл. 20.10.2007.5. Patent RU 2308603 C2, publ. 10.20.2007.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118040/06A RU2423615C2 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Internal combustion engine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118040/06A RU2423615C2 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Internal combustion engine (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009118040A RU2009118040A (en) | 2010-11-20 |
| RU2423615C2 true RU2423615C2 (en) | 2011-07-10 |
Family
ID=44058116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118040/06A RU2423615C2 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Internal combustion engine (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2423615C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478045C1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine-transmission module |
| RU2545109C2 (en) * | 2012-01-13 | 2015-03-27 | Юрий Васильевич Таланин | Internal combustion engine (versions) |
| CN105351098A (en) * | 2015-12-14 | 2016-02-24 | 安里千 | Crankshaft-free engine transmission device |
| CN105569843A (en) * | 2015-12-24 | 2016-05-11 | 安里千 | Engine transmission device for replacing crankshaft-connecting rod mechanism |
| CN109538436A (en) * | 2018-10-12 | 2019-03-29 | 李金龙 | One kind can the multi-functional long stroke magnetic force piston-type pump of body-building |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102926866A (en) * | 2012-11-09 | 2013-02-13 | 沈阳建筑大学 | Gasoline engine of swinging rod power output mechanism |
| CN108757171A (en) * | 2018-04-10 | 2018-11-06 | 中国北方发动机研究所(天津) | A kind of gear drive opposed type piston engine |
| CN112228299B (en) * | 2020-09-03 | 2023-05-30 | 山东金鹏石化设备有限公司 | High-efficiency reciprocating plunger type high-pressure water pump |
| CN117090684B (en) * | 2023-08-22 | 2024-02-06 | 华南理工大学 | Internal combustion engine device |
-
2009
- 2009-05-12 RU RU2009118040/06A patent/RU2423615C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478045C1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Engine-transmission module |
| RU2545109C2 (en) * | 2012-01-13 | 2015-03-27 | Юрий Васильевич Таланин | Internal combustion engine (versions) |
| CN105351098A (en) * | 2015-12-14 | 2016-02-24 | 安里千 | Crankshaft-free engine transmission device |
| CN105569843A (en) * | 2015-12-24 | 2016-05-11 | 安里千 | Engine transmission device for replacing crankshaft-connecting rod mechanism |
| CN109538436A (en) * | 2018-10-12 | 2019-03-29 | 李金龙 | One kind can the multi-functional long stroke magnetic force piston-type pump of body-building |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009118040A (en) | 2010-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2423615C2 (en) | Internal combustion engine (versions) | |
| US5546897A (en) | Internal combustion engine with stroke specialized cylinders | |
| US5673665A (en) | Engine with rack gear-type piston rod | |
| US7201133B2 (en) | Internal combustion engine having dual piston cylinders and linear drive arrangement | |
| JP2010190223A (en) | Reciprocating engine | |
| US20010017122A1 (en) | Internal-combustion engine with improved reciprocating action | |
| JP6364689B2 (en) | Internal combustion engine | |
| WO1995013491A1 (en) | Internal combustion engine with improved cycle dynamics | |
| RU2580191C1 (en) | Internal combustion engine | |
| US6435145B1 (en) | Internal combustion engine with drive shaft propelled by sliding motion | |
| US10370970B1 (en) | Engine crank and connecting rod mechanism | |
| RU2406838C2 (en) | Piston conrod-free internal combustion engine (versions) | |
| RU2084664C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2298107C1 (en) | Internls combustion radial piston engine | |
| CN210661259U (en) | Combined rack-combined crankshaft switching mechanism | |
| CN102003282A (en) | Internal gear rack linkage mechanism of gear shaft of engine | |
| JPH03149319A (en) | Crankless engine | |
| RU162437U1 (en) | PISTON ENGINE TRANSFORMING MECHANISM | |
| RU221777U1 (en) | Gear actuator of an internal combustion engine | |
| RU221147U1 (en) | Actuator mechanism of internal combustion engine | |
| RU60140U1 (en) | CRANK MECHANISM | |
| CN102155295B (en) | Rolling piston type non-circular internal gear crankshaft-free counter-force engine | |
| RU2131528C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU70549U1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE "REVOLVER TYPE" WITH REDUCED VIBRATION | |
| RU2341667C1 (en) | Central rotor shaft ice |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120513 |