RU2441997C1 - Internal combustion engine without connecting rod - Google Patents

Internal combustion engine without connecting rod Download PDF

Info

Publication number
RU2441997C1
RU2441997C1 RU2010144374/06A RU2010144374A RU2441997C1 RU 2441997 C1 RU2441997 C1 RU 2441997C1 RU 2010144374/06 A RU2010144374/06 A RU 2010144374/06A RU 2010144374 A RU2010144374 A RU 2010144374A RU 2441997 C1 RU2441997 C1 RU 2441997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
gear
teeth
pistons
flywheel
Prior art date
Application number
RU2010144374/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Георгиевич Черепашкин (RU)
Валентин Георгиевич Черепашкин
Юрий Иванович Кошкин (RU)
Юрий Иванович Кошкин
Дмитрий Валентинович Черепашкин (RU)
Дмитрий Валентинович Черепашкин
Ринат Рафаэльевич Галимов (RU)
Ринат Рафаэльевич Галимов
Original Assignee
Валентин Георгиевич Черепашкин
Юрий Иванович Кошкин
Дмитрий Валентинович Черепашкин
Ринат Рафаэльевич Галимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валентин Георгиевич Черепашкин, Юрий Иванович Кошкин, Дмитрий Валентинович Черепашкин, Ринат Рафаэльевич Галимов filed Critical Валентин Георгиевич Черепашкин
Priority to RU2010144374/06A priority Critical patent/RU2441997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441997C1 publication Critical patent/RU2441997C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: internal combustion engine. ^ SUBSTANCE: invention concerns internal combustion engines, which can be used in the industry, agriculture and transport. The internal combustion engine without connecting rods contains the case, two opposed cylinders with pistons, which divides the cavities of cylinders into the compression and combustion chamber, system of air and fuel supply, fuel ignition, lubricating and cooling systems, engine starting and output shaft with a flywheel, kinematically connected to pistons. The engine is equipped with rack bars on the sides of the drum, rigidly connected to pistons, shaft gears, equal clutches installed on the end of shaft gears, and sensors to turn on/off the electromagnetic clutches. Each clutch consists of the driving disk with face teeth, movable part with face teeth, having possibility to move along teeth of internal engagement and middle part of the clutch rigidly installed on shaft gear and with possibility to engage the teeth of driving disk when clutch turning on. The clutch contains the electromagnet and springs which can disengage the movable part from face teeth of driving disk. Rack bars can be in constant mesh with shaft gears. Shaft gears are in constant mesh with a gear of output shaft by flywheel. ^ EFFECT: increase of performance coefficient and torsion torque. ^ 6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to internal combustion engines.

В промышленности это силовые агрегаты в экскаваторах, подъемных кранах, компрессорах, насосах, индивидуальных электростанциях и других установках.In industry, these are power units in excavators, cranes, compressors, pumps, individual power plants and other installations.

В сельском хозяйстве это моторы комбайнов, молотилок, сенокосилок, тракторов, транспортных средств и других машин и механизмов.In agriculture, these are the engines of combines, threshers, mowing machines, tractors, vehicles and other machines and mechanisms.

В авиастроении (малая авиация) это моторы самолетов, дельтапланов и других летательных аппаратов.In the aircraft industry (small aircraft) these are the engines of aircraft, hang gliders and other aircraft.

В судостроении это судовые силовые агрегаты, подвесные и стационарные моторы малых судов.In shipbuilding, these are ship power units, outboard and stationary engines of small vessels.

В автостроении это моторы легковых и грузовых машин.In the automotive industry, these are the engines of cars and trucks.

Существующие двигатели внутреннего сгорания при высокой степени их технологичности для массового производства и получившие широкое распространение в различных областях применения имеют существенные недостатки.Existing internal combustion engines with a high degree of manufacturability for mass production and widely used in various applications have significant drawbacks.

К главным из них относятся сравнительно низкий кпд как по механической части, так и по топливу. Низкое использование энергии топлива приводит к повышенной токсичности выхлопных газов, загрязнению окружающей среды, потери мощности двигателя. В значительной степени указанные недостатки имеют место и в двигателях внутреннего сгорания, предложенных ранее, с оппозитно расположенными рабочими цилиндрами (например, патенты: RU №2084664, 2079683, 2042040, 2078227).The main ones include a relatively low efficiency both in the mechanical part and in fuel. Low use of fuel energy leads to increased toxicity of exhaust gases, environmental pollution, loss of engine power. To a large extent, these disadvantages also occur in internal combustion engines proposed earlier with opposed working cylinders (for example, patents: RU No. 2084664, 2079683, 2042040, 2078227).

Однако указанные двигатели не только не решают основных задач, но имеют свои недостатки, такие как односторонняя связь подвижные элементы двигателя-маховик и не имеют обратной связи маховик-подвижные элементы двигателя, что приводит к отсутствию возможности пуска двигателя через маховик стартером, и двигатель теряет управляемость при ускорении маховика, т.е. теряется возможность использовать двигатель в режиме торможения.However, these engines not only do not solve the main problems, but have their drawbacks, such as one-way communication of the moving elements of the engine-flywheel and do not have feedback the flywheel-moving elements of the engine, which leads to the inability to start the engine through the flywheel with a starter, and the engine loses control when accelerating the flywheel, i.e. lost the ability to use the engine in braking mode.

Наиболее близким прототипом, лишенным этого недостатка, является двигатель по патенту DE 19715499 AI.The closest prototype devoid of this drawback is the engine according to patent DE 19715499 AI.

Такой двигатель содержит корпус, на котором оппозитно расположены два цилиндра с поршнями в виде плоских дисков с одним компрессионным кольцом, разделяющим полости цилиндров на камеры сгорания и компрессорные. Поршни связаны между собой штоком, получившимся в результате объединения двух, через опоры вращения на цапфе кривошипа, на валу которого установлена шестерня с внешними зубьями, находящаяся в постоянном зацеплении с венцом с внутренними зубьями, установленным неподвижно. Диски поршней имеют по одному сквозному отверстию с клапаном, позволяющим газам перемещаться в сторону камер сгорания, последние соединены с элементами для выпуска выхлопных газов.Such an engine contains a housing on which two cylinders with pistons in the form of flat disks with one compression ring are located opposite each other, separating the cylinder cavities into combustion chambers and compressor chambers. The pistons are interconnected by a rod, obtained as a result of combining the two, through rotation bearings on the pin of the crank, on the shaft of which a gear with external teeth is installed, which is in constant engagement with the crown with internal teeth mounted motionless. The piston disks have one through hole with a valve that allows the gases to move towards the combustion chambers, the latter being connected to the exhaust exhaust elements.

Шток, совершая прямолинейные возвратно-поступательные движения, действует на кривошип, цапфа, вращаясь в опорах штока, заставляет вращаться шестерню с внешними зубьями, которая в свою очередь, обегая неподвижный венец с внутренними зубьями, заставляет вращаться выходной вал с маховиком.The rod, making rectilinear reciprocating movements, acts on the crank, the pin, rotating in the rod supports, makes the gear with external teeth rotate, which, in turn, circling the stationary crown with internal teeth, makes the output shaft with the flywheel rotate.

Недостатком двигателя является то, что в линейном приводе нагрузки на элементы узла распределены не рационально, что увеличивает трение в перегруженных опорах, снижает кпд.The disadvantage of the engine is that in a linear drive, the loads on the elements of the node are not distributed rationally, which increases friction in overloaded bearings, reduces efficiency.

Поршень, не отдающий тепла, недолговечен. Струя воздуха, проходящая через клапан в поршне, не способствует равномерному и полному вытеснению продуктов сгорания из камеры сгорания, что препятствует полному сгоранию топлива, увеличивая токсичность выхлопных газов.The heat-resistant piston is short-lived. The air stream passing through the valve in the piston does not contribute to uniform and complete displacement of the combustion products from the combustion chamber, which prevents complete combustion of the fuel, increasing the toxicity of exhaust gases.

Ввиду наличия кривошипов, процессы, протекающие в двигателе, идентичны процессам в двигателе с коленчатым валом и как следствие, имеет аналогичные недостатки и низкий кпд.Due to the presence of cranks, the processes occurring in the engine are identical to the processes in the engine with a crankshaft and as a result, it has similar disadvantages and low efficiency.

Прирост мощности двигателя при испытаниях произошел за счет увеличения рабочего объема двухтактного двигателя при двойном расходе топлива.The increase in engine power during testing occurred due to an increase in the working volume of a two-stroke engine with double fuel consumption.

Сравнивать объемы обычного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, который мы заменяем на двухтактный, недопустимо. Необходимо, чтобы объемы каждого из цилиндров двигателей были равны. Отсюда ложное представление об увеличении мощности предлагаемого двигателя.It is unacceptable to compare the volumes of a conventional four-cylinder four-stroke engine, which we replace with a two-stroke one. It is necessary that the volumes of each of the engine cylinders are equal. Hence the false idea of increasing the power of the proposed engine.

Таким образом, прототип не решает основных задач по повышению кпд, по снижению токсичности выхлопных газов, не увеличивает мощности, не снижает расхода топлива.Thus, the prototype does not solve the main problems of increasing efficiency, reducing toxicity of exhaust gases, does not increase power, does not reduce fuel consumption.

Задачей и техническим результатом изобретения является создание экономичного двигателя с повышенным кпд и повышенным крутящим моментом, а также создание прямой и обратной кинематических связей между подвижными элементами двигателя и маховиком.The objective and technical result of the invention is the creation of an economical engine with increased efficiency and increased torque, as well as the creation of direct and reverse kinematic connections between the moving elements of the engine and the flywheel.

Заявленный технический результат достигается тем, что бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, которые полости цилиндров делят на компрессорную камеру и камеру сгорания, системы подачи воздуха и топлива, воспламенения топлива, системы смазки, охлаждения, запуска двигателя и выходной вал с маховиком, кинематически связанный с поршнями, причем двигатель снабжен зубчатыми рейками, расположенными по бокам корзинки, жестко соединенной с поршнями, валами-шестернями, одинаковыми муфтами, установленными на концах валов-шестерен, датчиками включения и выключения электромагнитов муфт, каждая из муфт состоит из ведущего диска, несущего торцевые зубья, подвижной части с торцевыми зубьями, имеющей возможность перемещаться по зубьям внутреннего зацепления средней части муфты, жестко установленной на валу-шестерне и имеющей возможность входить в зацепление с зубьями ведущего диска при включении муфты, электромагнита и пружины, имеющей возможность выводить подвижную часть из зацепления с торцевыми зубьями ведущего диска, зубчатые рейки выполнены с возможностью нахождения в постоянном зацеплении с валами-шестернями, а валы-шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестерней выходного вала маховиком.The claimed technical result is achieved by the fact that the rodless internal combustion engine comprises a housing, opposed cylinders with pistons, which the cylinder cavities are divided into a compressor chamber and a combustion chamber, air and fuel supply systems, fuel ignition, lubrication system, cooling, engine start and output shaft with a flywheel kinematically connected to the pistons, the engine being equipped with gear racks located on the sides of the basket rigidly connected to the pistons, pinion shafts and couplings mounted on the ends of the pinion shafts, sensors for turning on and off the electromagnets of the couplings, each of the couplings consists of a drive disk bearing end teeth, a movable part with end teeth having the ability to move along the internal gear teeth of the middle part of the coupling rigidly mounted on the shaft gear and having the ability to engage with the teeth of the drive disk when you turn on the clutch, electromagnet and spring, which has the ability to remove the movable part from engagement with the end teeth of the lead the disk, the gear racks are made with the possibility of being in constant engagement with the gear shafts, and the gear shafts are in constant engagement with the gear of the output shaft by the flywheel.

Компрессорная камера выполнена большей по объему, чем камера сгорания.The compressor chamber is made larger in volume than the combustion chamber.

В камеру сгорания подается воздух повышенного давления, равного давлению газов в камере сгорания в конце рабочего хода.The high pressure air equal to the gas pressure in the combustion chamber at the end of the stroke is supplied to the combustion chamber.

Все клапаны, кроме выпускных, работают от перепада давления, а выпускные имеют привод.All valves, except the exhaust ones, operate from differential pressure, and the exhaust valves have an actuator.

Клапаны выполнены дисковыми и имеют стойки с пружинами, обеспечивающими прилегание притертых поверхностей.The valves are made of disk and have struts with springs, ensuring the fit of the ground surfaces.

На валах-шестернях установлены датчики угловой скорости, обеспечивающие синхронные вращения валов-шестерен при включении муфт.Angular speed sensors are installed on the gear shafts, which provide synchronous rotation of the gear shafts when the couplings are turned on.

Предлагаемый двигатель двухтактный, что снижает количество ходов поршня по сравнению с четырехтактным, уменьшает габариты, массу при сохранении мощности.The proposed engine is two-stroke, which reduces the number of strokes of the piston compared to the four-stroke, reduces the size, weight while maintaining power.

Прямоточная продувка камеры сгорания осуществляется повышенным давлением воздуха, равным давлению газов в конце рабочего хода в камере сгорания объемом, по крайней мере, не меньшим ее объема, что обеспечивает более полную и быструю очистку камеры от продуктов сгорания. С помощью реечного механизма и двух муфт осуществлена прямая и обратная кинематическая связь подвижных элементов двигателя-маховика.Direct-flow purge of the combustion chamber is carried out by increased air pressure equal to the gas pressure at the end of the stroke in the combustion chamber with a volume of at least no less than its volume, which provides a more complete and faster cleaning of the chamber from the combustion products. Using the rack and pinion mechanism and two couplings, direct and reverse kinematic coupling of the moving elements of the flywheel engine is carried out.

В связи с тем, что в предлагаемом двигателе для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное применены муфты, например магнитные зубчатые и реечные механизмы, рабочими элементами которых являются шестерни (валы-шестерни), радиус которых есть постоянное плечо векторной силы, прилагаемой рейками, то максимальный крутящий момент возникает в начале рабочего цикла, при максимальном давлении газов, при этом дальнейшая величина крутящего момента зависит от изменения давления газов по мере их расширения в камере сгорания.Due to the fact that in the proposed engine, to convert the reciprocating motion into rotational, couplings are used, for example, magnetic gear and rack mechanisms, the working elements of which are gears (pinion shafts), the radius of which is a constant shoulder of the vector force applied by the racks, then maximum torque occurs at the beginning of the operating cycle, at maximum gas pressure, while the further torque value depends on the change in gas pressure as they expand in the combustion chamber.

Поршни имеют отверстия, перекрываемые клапанами в виде кольцевых дисков, притертых к основанию со стороны камер сгорания, обеспечивающие равномерное вытеснение продуктов сгорания из камер. Диски клапанов имеют стойки с пружинами, обеспечивающими прилегание притертых поверхностей.Pistons have openings covered by valves in the form of annular disks, rubbed to the base from the side of the combustion chambers, which ensure uniform displacement of the combustion products from the chambers. The valve discs have struts with springs ensuring the abutment of the ground surfaces.

Цилиндры с одной стороны имеют жестко установленные перегородки с отверстиями, перекрываемые клапанами, обращенными в сторону компрессорных камер. Клапаны идентичны клапанам в поршнях.The cylinders on one side have rigidly mounted partitions with holes, overlapped by valves facing the compressor chambers. Valves are identical to valves in pistons.

С другой стороны цилиндров в камерах сгорания имеются клапаны для выпуска продуктов сгорания, выполненные по «классической» схеме, например, с электромагнитным приводом.On the other hand, the cylinders in the combustion chambers have valves for the release of combustion products, made according to the "classical" scheme, for example, with an electromagnetic actuator.

Шток, жестко соединенный с поршнями, несет по центру оси корзинку с зубчатыми рейками, которые расположены по бокам с внешней стороны.The rod, rigidly connected to the pistons, carries in the center of the axis a basket with gear racks, which are located on the sides from the outside.

Внутри корзинки находится втулка, закрепленная на цапфах в корпусе двигателя и скользящая по распорной втулке. Масло поступает через отверстие одной цапфы к поршням, а через отверстие другой сливается в корпус двигателя.Inside the basket is a sleeve mounted on pins in the motor housing and sliding on a spacer sleeve. Oil enters through the bore of one axle to the pistons, and through the bore of another it drains into the engine housing.

Рейки находятся в постоянном зацеплении с валами-шестернями, по краям которых находятся опоры качения. Опоры контактируют с дорожками, расположенными на рейках, сохраняя гарантированный зазор в зубчатом зацеплении, снимают боковое давление в узлах уплотнения штока и у поршней на цилиндры.The rails are in constant engagement with gear shafts, on the edges of which there are rolling bearings. The bearings are in contact with the tracks located on the racks, while maintaining a guaranteed clearance in the gearing, relieve lateral pressure in the stem seal assemblies and at the pistons on the cylinders.

На концах валов-шестерен с одной стороны установлены датчики включения муфт, подачи топлива, искры зажигания, привода выпускных клапанов.At the ends of the gear shafts, on one side, there are sensors for switching on couplings, fuel supply, ignition sparks, and exhaust valve actuators.

На противоположных концах валов-шестерен установлены контактные муфты, включаемые поочередно, с синхронизацией по оборотам ведущего и ведомого элементов муфт с торцевыми мелкими зубьями.At the opposite ends of the pinion shafts, contact couplings are installed, which are switched on alternately, with synchronization according to the revolutions of the driving and driven elements of the couplings with small end teeth.

Средние части муфт установлены жестко на валах ведомых валов-шестерен и через внутреннее зацепление связаны с подвижными частями муфт, которые за счет пружин и электромагнитов отключают или подключают ведомые валы-шестерни.The middle parts of the couplings are mounted rigidly on the shafts of the driven gear shafts and through internal gearing are connected to the moving parts of the couplings, which disconnect or connect the driven gear shafts due to springs and electromagnets.

Ведомые валы-шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестерней на выходном валу, на котором установлен маховик.The driven gear shafts are constantly engaged with the gear on the output shaft on which the flywheel is mounted.

На валах ведущих и ведомых валов-шестерен установлены датчики угловой скорости и включение муфт (подача напряжения на электромагнит) происходит только в том случае, если сигналы с датчиков по величине совпадают.Angular velocity sensors are installed on the shafts of the drive and driven gear shafts and the couplings (voltage supply to the electromagnet) are switched on only if the signals from the sensors match in magnitude.

Зубчатый венец маховика периодически, во время пуска, входит в зацепление с шестерней стартера.The flywheel toothed ring periodically, during start-up, engages with the starter gear.

На фиг.1 представлена в разрезе общая компоновка двигателя;Figure 1 presents in section a General layout of the engine;

на фиг.2 показана конструкция корзинки;figure 2 shows the design of the basket;

на фиг.3 показан вид сверху корзинки с валами-шестернями, контактирующими с рейками;figure 3 shows a top view of the basket with gear shafts in contact with the racks;

на фиг.4 показан разрез поршня;figure 4 shows a section of the piston;

на фиг.5 показано расположение основных элементов поршня;figure 5 shows the location of the main elements of the piston;

на фиг.6 показаны основные потоки масла;figure 6 shows the main flows of oil;

на фиг.7 показан разрез зубчатой магнитной муфты;7 shows a section of a gear magnetic clutch;

на фиг.8 показана диаграмма крутящих моментов, при этом одна кривая выведена по точкам этапного движения поршня при кривошипно-шатунном преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное, другая при реечном механизме по тем же точкам.on Fig shows a diagram of torques, while one curve is displayed at the points of the staged movement of the piston during the crank conversion of the reciprocating motion into rotational, the other with the rack and pinion mechanism at the same points.

Двигатель содержит корпус 1 с установленными на нем оппозитно расположенными двумя одинаковыми цилиндрами 2 и 2' (количество пар цилиндров зависит от мощности двигателя), в которых находятся поршни 3 и 3';The engine comprises a housing 1 with two identical cylinders 2 and 2 'mounted opposite on it (the number of cylinder pairs depends on engine power), in which the pistons 3 and 3' are located;

разделяющие полости цилиндров на компрессорные камеры 4 и 4', и камеры сгорания 5 и 5'.dividing the cavity of the cylinder into the compressor chamber 4 and 4 ', and the combustion chamber 5 and 5'.

Поршни 3 и 3' соединены штоком 6, на котором в средней части установлена корзинка 7. Внутри корзинки имеется втулка 8, удерживаемая цапфами 9 в корпусе 1 и скользящая по распорной втулке 10. Корзинка 7 на боках несет зубчатые рейки 11, по краям которых имеются дорожки 12. Рейки находятся в постоянном зацеплении с валами-шестернями 13 и 14, несущими опоры качения 15, контактирующие с дорожками 12.The pistons 3 and 3 'are connected by a rod 6, on which a basket 7 is installed in the middle. Inside the basket there is a sleeve 8, held by pins 9 in the housing 1 and sliding along the spacer sleeve 10. The basket 7 on the sides carries gear racks 11, at the edges of which there are tracks 12. The rails are in constant engagement with the gear shafts 13 and 14, bearing the rolling bearings 15, in contact with the tracks 12.

Цилиндры 2 и 2' имеют всасывающие патрубки 16 и 16' и жестко установленные перегородки 17 и 17' со сквозными отверстиями 18 и 18' и клапанами 19 и 19' со стороны компрессорных камер 4 и 4' в виде кольцевых дисков.Cylinders 2 and 2 'have suction nozzles 16 and 16' and rigidly mounted partitions 17 and 17 'with through holes 18 and 18' and valves 19 and 19 'from the side of the compressor chambers 4 and 4' in the form of annular disks.

С противоположной стороны цилиндров имеются выпускные клапаны 20 и 20' с приводом и уплотнения 21 и 21' штока.On the opposite side of the cylinders there are exhaust valves 20 and 20 'with actuator and rod seals 21 and 21'.

Шток 6, закрепленный в поршнях 3 и 3', состоит из двух полых стержней, которые соединены в целое распорной втулкой 10 корзинки 7.The rod 6, mounted in the pistons 3 and 3 ', consists of two hollow rods that are connected integrally by the spacer sleeve 10 of the basket 7.

Внутри штока установлены трубки 22 и 22', по которым через отверстия в цапфе 9, втулке 8 и втулке 10 поступает масло в поршни 3 и 3' и по полости штока 6 сливается в корпус 1.Tubes 22 and 22 'are installed inside the stem, through which the oil enters the pistons 3 and 3' through the holes in the pin 9, sleeve 8 and sleeve 10 and merges into the housing 1 through the cavity of the stem 6.

На концах валов-шестерен 13 и 14 установлены одинаковые муфты 23, каждая из которых состоит из ведущего диска 24, несущего мелкие торцевые зубья, подвижной части 25, которая имеет свои торцевые зубья и, перемещаясь по зубьям внутреннего зацепления средней части муфты 26, жестко установленной на валу 27 ведомого вала-шестерни, входит в зацепление с зубьями ведущего диска 24 при включении муфты.At the ends of the gear shafts 13 and 14, identical couplings 23 are installed, each of which consists of a drive disk 24 carrying small end teeth, a movable part 25, which has its end teeth and, moving along the internal gear teeth of the middle part of the coupling 26, is rigidly installed on the shaft 27 of the driven gear shaft, is engaged with the teeth of the drive disk 24 when the clutch is engaged.

Пружины 28 при выключенном электромагните 29 выводят подвижную часть 25 из зацепления с торцевыми зубьями ведущего диска 24.The springs 28 when the electromagnet 29 is turned off bring the movable part 25 out of engagement with the end teeth of the drive disk 24.

Ведомый и ведущий валы-шестерни снабжены датчиками 30 угловой скорости, обеспечивающими синхронное вращение валов-шестерен при включении муфт, а упоры 31 устанавливают минимально допустимые зазоры между стационарно установленным в корпусе 1 электромагнитом 29 и вращающейся подвижной частью муфты 25.The driven and driving pinion shafts are equipped with angular velocity sensors 30 that provide synchronous rotation of the pinion shafts when the couplings are turned on, and the stops 31 set the minimum allowable clearances between the electromagnet 29 fixed in the housing 1 and the rotating moving part of the clutch 25.

Шестерни ведомых валов-шестерен находятся в постоянном зацеплении с шестерней 32, закрепленной на выходном валу 33, на котором установлен маховик 34. Шестерня 35 стартера входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 34 при пуске двигателя.The gears of the driven gear shafts are constantly engaged with the gear 32 fixed to the output shaft 33 on which the flywheel 34 is mounted. The starter gear 35 is engaged with the gear ring of the flywheel 34 when starting the engine.

Поршни 3 и 3' состоят из двух частей, стянутых в одно целое резьбовой втулкой 36 и крышкой 37, имеют группы сквозных отверстий 38 и клапаны 39, 39' со стороны камер сгорания 5 и 5' в виде кольцевых дисков (клапаны 19 и 19' идентичны клапанам 39). Диск клапана 39 притерт к кольцу - основанию 40, при этом прилегание притертых поверхностей обеспечивается пружинами 41 через стойки 42, которые перемещаются во втулках 43.Pistons 3 and 3 'consist of two parts pulled together by a threaded sleeve 36 and a cover 37, have groups of through holes 38 and valves 39, 39' from the side of the combustion chambers 5 and 5 'in the form of annular disks (valves 19 and 19' identical to valves 39). The valve disk 39 is ground to the ring - the base 40, while the abutment of the ground surfaces is provided by the springs 41 through the struts 42, which move in the bushings 43.

Поршни имеют полости 44 с вставками 45, через которые подается масло к масляным кольцам 46, и полости 47 для сбора масла с маслосъемных колец 48. Поршень несет на себе компрессионные кольца 49. На противоположных от муфт 23 концах валов-шестерен 13 и 14 установлены датчики 50, которые обеспечивают включение и выключение электромагнита 29 муфты 23, выпускных клапанов 20 и 20', подачу топлива в камеры сгорания 5 и 5', подачу искры.Pistons have cavities 44 with inserts 45, through which oil is supplied to oil rings 46, and cavities 47 for collecting oil from oil scraper rings 48. The piston carries compression rings 49. Sensors are installed on the ends of gear shafts 13 and 14 opposite from the couplings 23. 50, which provide switching on and off of the electromagnet 29 of the coupling 23, exhaust valves 20 and 20 ', the supply of fuel to the combustion chambers 5 and 5', the supply of sparks.

Двигатель действует следующим образом.The engine operates as follows.

При включении зажигания датчики 50 дают сигнал электромагниту 29 той муфты 23, включение которой позволит завершить движение поршней 3 и 3' в направлении, в котором они двигались до остановки двигателя. При включении стартер вводит шестерню 35 в зацепление с зубьями венца маховика 34, вращает его по часовой стрелке, доводя поршни 3 и 3' до мертвых точек.When the ignition is switched on, the sensors 50 give a signal to the electromagnet 29 of that clutch 23, the inclusion of which will allow the completion of the movement of the pistons 3 and 3 'in the direction in which they moved until the engine stopped. When you turn on the starter enters the gear 35 into engagement with the teeth of the crown of the flywheel 34, rotates it clockwise, bringing the pistons 3 and 3 'to the dead points.

Такое рабочее положение двигателя представлено на фиг.1 (магниты муфт, форсунка и свеча зажигания не показаны).Such an operating position of the engine is shown in FIG. 1 (coupling magnets, nozzle and spark plug are not shown).

Рассмотрим процесс, когда в камере 5' поршень 3' доведен до мертвой точки, воздух сжат и его достаточно для воспламенения топлива. Высокую температуру и максимальное давление в камере сгорания удерживают клапаны 20' и 39' и уплотнение 21' штока.Consider the process when in the chamber 5 'the piston 3' is brought to a dead point, the air is compressed and it is enough to ignite the fuel. High temperature and maximum pressure in the combustion chamber are held by the valves 20 'and 39' and the stem seal 21 '.

Датчик 50 дает сигнал на выключение электромагнита 29 муфты 23, установленной на ведущий вал-шестерню 13. Пружины 28 выводят из зацепления торцевые зубья, муфта отключена.The sensor 50 gives a signal to turn off the electromagnet 29 of the clutch 23 mounted on the drive pinion shaft 13. The springs 28 disengage the end teeth, the clutch is disconnected.

Поршень 3' начинает движение, осуществляя рабочий ход, при этом сжимает воздух в камере 4', раскручивая часть муфты 23, установленной на ведущий вал-шестерню 14.The piston 3 'begins to move, carrying out a working stroke, while compressing the air in the chamber 4', untwisting part of the coupling 23 mounted on the drive shaft gear 14.

Датчики 50 дают сигнал на включение электромагнита 29 этой муфты только в том случае, когда потенциалы датчиков 30 угловой скорости совпадают. Это обозначает, что ведущий и ведомый валы-шестерни данной муфты вращаются с одинаковой скоростью.The sensors 50 give a signal to turn on the electromagnet 29 of this clutch only when the potentials of the angular velocity sensors 30 coincide. This means that the drive and driven gear shafts of this coupling rotate at the same speed.

Рейка 11, перемещаясь со штоком 6, вращает против часовой стрелки вал-шестерню 14, который по кинематической связи раскручивает маховик 34 по часовой стрелке.The rack 11, moving with the rod 6, rotates counterclockwise the pinion shaft 14, which by kinematic connection untwists the flywheel 34 clockwise.

Клапан 19' перегородки 17' прижат притертыми поверхностями повышенным давлением в камере 4'. В конце рабочего цикла давление в камере 5' падает до уровня давления в компрессорной камере 4'. Клапан 39' в поршне 3' оказывается во взвешенном состоянии и открывается при открытии выпускного клапана 20' из-за превышающего давления в компрессорной камере 4' относительно камеры сгорания 5'.The valve 19 'of the septum 17' is pressed against the ground surfaces by increased pressure in the chamber 4 '. At the end of the operating cycle, the pressure in the chamber 5 'drops to the pressure level in the compressor chamber 4'. The valve 39 'in the piston 3' is suspended and opens when the exhaust valve 20 'is opened due to excess pressure in the compressor chamber 4' relative to the combustion chamber 5 '.

Происходит сквозная продувка камеры сгорания 5' воздухом, сжатым в компрессорной камере 4'. Воздух, проходя через отверстия в поршне 3' и клапан 39', охлаждает их. Клапан 20' закрывается.Through-purge of the combustion chamber 5 'occurs with air compressed in the compressor chamber 4'. Air passing through the holes in the piston 3 'and the valve 39' cools them. Valve 20 'closes.

При рабочем ходе поршень 3' в цилиндре 2' двигает за собой через шток 6 поршень 3 в цилиндре 2.During the stroke, the piston 3 'in the cylinder 2' moves behind itself through the rod 6 of the piston 3 in the cylinder 2.

Поршень 3 сжимает в камере 5 воздух, при этом в компрессорной камере 4 образуется разрежение, куда устремляется воздух под атмосферным давлением через фильтр, всасывающий патрубок (штуцер 16), отверстия 18. открывая клапан 19 перегородки 17.The piston 3 compresses the air in the chamber 5, while a vacuum is formed in the compressor chamber 4, where air rushes under atmospheric pressure through a filter, a suction pipe (fitting 16), openings 18. opening the valve 19 of the partition 17.

Ввиду того, что давление при сжатии рабочей смеси выше, чем в конце рабочего хода поршня 3', то доведение до мертвой точки поршней 3 и 3' обеспечивает энергия инерции маховика 34.Due to the fact that the pressure during compression of the working mixture is higher than at the end of the stroke of the piston 3 ', bringing the pistons 3 and 3' to the dead point provides the inertia energy of the flywheel 34.

При достижении мертвой точки поршнем 3 датчики 50 дают сигнал на отключение электромагнита 29 муфты 23, в результате чего за счет пружин 28 подвижная часть 25 отключается от ведущего диска 24 муфты 23, установленной на валу-шестерне 14. При воспламенении топлива в камере 5 происходит рабочий ход поршня 3, повторяя все фазы цикла в обратном порядке, при этом маховик 34 получает энергию для вращения при каждом рабочем ходе двигателя. Торможение маховика 34 возможно уменьшением подачи топлива, заставляя двигатель работать в режиме компрессора.When the dead center is reached by the piston 3, the sensors 50 give a signal to turn off the electromagnet 29 of the coupling 23, as a result of which the movable part 25 is disconnected from the drive disk 24 of the coupling 23 mounted on the pinion shaft 14 due to the springs 28. When the fuel ignites in the chamber 5, a working the stroke of the piston 3, repeating all phases of the cycle in the reverse order, while the flywheel 34 receives energy for rotation at each working stroke of the engine. Braking the flywheel 34 is possible by reducing the fuel supply, forcing the engine to operate in compressor mode.

Повышение кпд двигателя достигается применением для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное реечным механизмом и муфтами.Improving the efficiency of the engine is achieved by applying to convert the reciprocating motion into rotational rack and pinion mechanism and couplings.

На фиг.8 кривая I построена путем наложения индикаторной диаграммы работы бензинового двигателя на сетку периодов поворота коленчатого вала через 10°. Точки пересечения есть поэтапные изменения величины крутящего момента в зависимости от давления газов и расстояния от оси вращения до точки приложения силы, образованного при вращении коленчатого вала. При максимальном давлении газов на поршень крутящий момент мал в связи с противостоянием (поршень, шатун, кривошип, коренные подшипники). Давление на поршень воспринимается в итоге корпусом двигателя. Максимальный крутящий момент возникает при повороте коленчатого вала на 85°, но при этом давление газов в камере сгорания составляет около 35% от максимального.In Fig. 8, curve I is constructed by superimposing an indicator diagram of the operation of a gasoline engine on a grid of periods of crankshaft rotation through 10 °. The intersection points are the gradual changes in the magnitude of the torque depending on the gas pressure and the distance from the axis of rotation to the point of application of the force generated by the rotation of the crankshaft. At maximum gas pressure on the piston, the torque is small due to opposition (piston, connecting rod, crank, main bearings). The pressure on the piston is ultimately absorbed by the engine housing. The maximum torque occurs when the crankshaft rotates 85 °, but the gas pressure in the combustion chamber is about 35% of the maximum.

Кривая II графика, изображенного на фиг.8, построена при исследовании реечного механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.Curve II of the graph depicted in Fig. 8 is plotted when examining the rack and pinion mechanism for converting reciprocating motion into rotational motion.

При реечном механизме расстояние от оси вращения шестерни до точки приложения силы постоянно, а с целью сравнимых результатов в данном случае приравнено к величине кривошипа.With the rack and pinion mechanism, the distance from the axis of rotation of the gear to the point of application of force is constant, and for the purpose of comparable results in this case is equated to the value of the crank.

Крутящие моменты определены с той же периодичностью, при которой построена кривая I.Torques are determined with the same frequency at which curve I.

В результате применения реечного механизма с муфтами мы имеем максимальный крутящий момент при максимальном давлении газа в начале рабочего цикла.As a result of using a rack and pinion mechanism with couplings, we have maximum torque at maximum gas pressure at the beginning of the working cycle.

Снижение величины крутящего момента происходит только от потери давления газа в камере сгорания при его расширении.The decrease in torque occurs only from the loss of gas pressure in the combustion chamber when it expands.

Графики кривых показывают, что отдача энергии при реечном механизме с муфтами, служащими для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, значительно выше кривошипно-шатунного преобразователя при одинаковом расходе топлива.The graphs of the curves show that the energy output in the rack and pinion mechanism with couplings used to convert the reciprocating motion into rotational motion is significantly higher than the crank converter with the same fuel consumption.

В двигателе могут быть использованы механические приводы выпускных клапанов, но это снизит скорость срабатывания механизмов, что ограничит скорость вращения выходного вала.The engine can use mechanical actuators for exhaust valves, but this will reduce the response speed of the mechanisms, which will limit the speed of rotation of the output shaft.

Кроме того, можно установить несколько выпускных клапанов на каждый цилиндр для лучшей продувки камер сгорания.In addition, several exhaust valves can be installed on each cylinder for better purging of the combustion chambers.

Claims (6)

1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, которые полости цилиндров делят на компрессорную камеру и камеру сгорания, системы подачи воздуха и топлива, воспламенения топлива, системы смазки, охлаждения, запуска двигателя, и выходной вал с маховиком, кинематически связанный с поршнями, отличающийся тем, что двигатель снабжен зубчатыми рейками, расположенными по бокам корзинки, жестко соединенной с поршнями, валами-шестернями, одинаковыми муфтами, установленными на концах валов-шестерен, датчиками включения и выключения электромагнитов муфт, каждая из муфт состоит из ведущего диска, несущего торцевые зубья, подвижной части с торцевыми зубьями, имеющей возможность перемещаться по зубьям внутреннего зацепления средней части муфты, жестко установленной на вале-шестерне и имеющей возможность входить в зацепление с зубьями ведущего диска при включении муфты, электромагнита и пружины, имеющей возможность выводить подвижную часть из зацепления с торцевыми зубьями ведущего диска, причем зубчатые рейки выполнены с возможностью нахождения в постоянном зацеплении с валами-шестернями, а валы-шестерни находятся в постоянном зацеплении с шестерней выходного вала маховиком.1. The rodless internal combustion engine comprises a housing, opposed cylinders with pistons that divide the cylinder cavities into a compressor chamber and a combustion chamber, air and fuel supply systems, fuel ignition systems, a lubrication system, cooling, engine start, and an output shaft with a flywheel, kinematically connected with pistons, characterized in that the engine is equipped with gear racks located on the sides of the basket, rigidly connected to the pistons, pinion shafts, identical clutches installed at the ends in gears, sensors for turning on and off the electromagnets of the couplings, each of the couplings consists of a drive disk carrying end teeth, a movable part with end teeth, which can move along the internal gear teeth of the middle part of the coupling, rigidly mounted on the pinion shaft and having the ability to enter in engagement with the teeth of the drive disk when the clutch, electromagnet and spring, with the ability to remove the movable part from engagement with the end teeth of the drive disk, and gear racks made with the possibility of being in constant mesh with the pinion shafts, and gear-shafts are in constant mesh with the gear output shaft of the flywheel. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что компрессорная камера выполнена большей по объему, чем камера сгорания.2. The engine according to claim 1, characterized in that the compressor chamber is made larger in volume than the combustion chamber. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в камеру сгорания подается воздух повышенного давления, равного давлению газов в камере сгорания в конце рабочего хода.3. The engine according to claim 1, characterized in that high pressure air equal to the gas pressure in the combustion chamber at the end of the stroke is supplied to the combustion chamber. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что все клапаны, кроме выпускных, работают от перепада давления, а выпускные имеют привод.4. The engine according to claim 1, characterized in that all the valves, except the exhaust valves, operate from a differential pressure, and the exhaust valves have a drive. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены дисковыми и имеют стойки с пружинами, обеспечивающие прилегание притертых поверхностей.5. The engine according to claim 1, characterized in that the valves are made of disk and have struts with springs, ensuring the abutment of the ground surfaces. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на валах-шестернях установлены датчики угловой скорости, обеспечивающие синхронные вращения валов-шестерен при включении муфт. 6. The engine according to claim 1, characterized in that the angular speed sensors are installed on the gear shafts, providing synchronous rotation of the gear shafts when the couplings are turned on.
RU2010144374/06A 2010-11-01 2010-11-01 Internal combustion engine without connecting rod RU2441997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144374/06A RU2441997C1 (en) 2010-11-01 2010-11-01 Internal combustion engine without connecting rod

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144374/06A RU2441997C1 (en) 2010-11-01 2010-11-01 Internal combustion engine without connecting rod

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2441997C1 true RU2441997C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010144374/06A RU2441997C1 (en) 2010-11-01 2010-11-01 Internal combustion engine without connecting rod

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2441997C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539698C1 (en) * 2013-07-01 2015-01-27 Александр Сергеевич Гурьянов Opposite eight-cylinder engine
CN112177774A (en) * 2019-07-05 2021-01-05 王国际 Four-stroke in-line crankless internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539698C1 (en) * 2013-07-01 2015-01-27 Александр Сергеевич Гурьянов Opposite eight-cylinder engine
CN112177774A (en) * 2019-07-05 2021-01-05 王国际 Four-stroke in-line crankless internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009516801A (en) Free piston type 4-stroke engine
US20100126472A1 (en) Reciprocating engine
US3895620A (en) Engine and gas generator
AU2007209302A1 (en) Pulling rod engine
CN102926862B (en) Convex inner two-phase cam rolling shifting transmission internal-combustion engine
US4419057A (en) Rotary piston motor
RU2441997C1 (en) Internal combustion engine without connecting rod
RU2441996C1 (en) Internal combustion engine
RU2374454C2 (en) Design of piston machine and method of designing its working chamber for thermodynamic cycle
RU2386826C2 (en) Rodless internal combustion engine
RU2477376C2 (en) Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with rotary gates, separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers
RU2466284C1 (en) Opposed internal combustion engine
RU221777U1 (en) Gear actuator of an internal combustion engine
RU221147U1 (en) Actuator mechanism of internal combustion engine
JPH03149319A (en) Crankless engine
RU2221927C2 (en) Two-stroke piston machine
RU2464432C2 (en) Operating method of rotary engine, and rotary engine by kholodny
RU73399U1 (en) DIESEL PISTON UNLOADED COMBUSTION ENGINE
RU2166654C1 (en) Rotary piston axial internal combustion engine
RU2411382C2 (en) Internal combustion engine
WO2000036288A2 (en) Pairing of combustion chambers in engines
RU2327886C2 (en) "трд-кан21" internal combustion tore-rotor engine (versions)
WO2023277676A1 (en) Conrod-free rod and piston internal combustion engine
RU2538987C2 (en) Kucherenko's two-stroke internal combustion engine
RU2564725C2 (en) Four-stroke crankless piston heat engine with opposed cylinders

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141102