RU2618640C2

RU2618640C2 - Method for designing three and "3+" stroke piston ice with modified crank-and-rod mechanism and method implementation

Info

Publication number: RU2618640C2
Application number: RU2013110623A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Матвеев
Original assignee: Анатолий Иванович Матвеев
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-05-05
Also published as: RU2013110623A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: 3-stroke cycle is performed in one revolution of continuous crank rotation: power stroke, prolonged stop of the piston at the bottom dead center (BDC) for the purifying the cylinder from combustion materials and for filling with fresh air or fuel charge and compression. The shut-down of the piston at the top dead center (TDC) for the fuel combustion at constant volume is possible. Thereby a crank pin moves along the profiled surface, such as cam. The surface provides uniformity of the crank radius under compression, combustion and gas expansion with the first part of the profile, provides rotation of the piston rod around an axis of the piston pin with the second part of the profile.

EFFECT: higher efficiency of engine operation.

6 cl, 13 dwg

Description

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯInformation Confirming Feasibility and Possibility of Invention

Известно, что традиционно применяются 2- и 4-тактные ДВС, и у каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Автор поставил себе задачу найти возможность взять лучшее от каждого из них, объединить взятое в одном двигателе и при этом не «наплодить новых недостатков». Целесообразность такой задачи сомнений не вызывает, но, наверное, автор не первый, кто ставил бы себе такую задачу. Возможно ли это? Ответ на вопрос не прост. Для ответа, во-первых, надо разобраться с чем-то вроде вступления, которое следует далее, во-вторых, разобраться с описанием сущности изобретения. И только потом «думающий люд» ответит на поставленный вопрос. Автор полагает, что ответы будут разными, здесь все зависит от опыта, знаний и интуиции. Считаю, что теоретически задача решена неплохо, но «в железе» не на 100% идеально, хотя и здесь многое удалось. С экспериментом всегда туговато, это же не бесплатно.It is known that 2- and 4-stroke ICEs are traditionally used, and each of them has its own advantages and disadvantages. The author set himself the task of finding the opportunity to take the best from each of them, to combine what was taken in one engine and at the same time not to “produce new flaws”. The feasibility of such a task is beyond doubt, but, probably, the author is not the first to set such a task for himself. Is it possible? The answer to the question is not simple. To answer, firstly, you need to deal with something like an introduction, which follows, and secondly, to understand the description of the invention. And only then "thinking people" will answer the question. The author believes that the answers will be different, it all depends on experience, knowledge and intuition. I believe that theoretically the problem has been solved not bad, but "in hardware" is not 100% perfect, although much has been achieved here. The experiment is always a little tough, it's not free.

Небольшое вступлениеSmall introduction

Решение оказалось лежащим в 3-тактном цикле, если слово такт связать с изменением направления вектора скорости поршня, а не со словами впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. По-другому в вопросе о такте и нельзя рассуждать, иначе и названия 2-тактный двигатель не существовало бы (в нем все равно есть и впуск, и сжатие, и рабочий ход, и выпуск, т.е. все 4 действия). В связи с этим встречающиеся иногда названия трех - или 5-тактный двигатель, связанные с нововведениями в вопросах газообмена, теплообмена, выпуска - впуска и т.д., это от «лукавого». Хотя сами эти нововведения могут быть неплохими. Если считать, что традиционно после движения поршня вниз он сразу же поднимается вверх, то нововведение: длительная, полноценная остановка поршня между этими движениями (направление вектора скорости поршня ни вверх, ни вниз) и есть новый такт. Не следует путать такую остановку поршня с, так называемыми, мнимыми остановками, когда подбором длин шатуна и кривошипа (как правило, один из них или оба присутствует в механизме в числе более одного) удается временно затормозить поршень. К тому же такие механизмы более громоздки, чем обычный кривошипно-шатунный механизм. Из сказанного следует, что перед автором стояла еще одна задача при создании нового механизма, исполняющего 3-тактный цикл, не выйти за традиционные габариты, а если возможно, то и уменьшить их. То, что уменьшение габаритов автору удалось, далее легко увидеть, и потому этому вопросу мы много внимания уделять не будем.The solution turned out to be in a 3-stroke cycle, if the word tact is associated with a change in the direction of the piston velocity vector, and not with the words inlet, compression, stroke, release. It is impossible to argue differently on the issue of tact, otherwise the name of the 2-stroke engine would not exist (it still has an inlet, a compression, a stroke, and an outlet, i.e. all 4 actions). In this regard, sometimes the names of a three- or 5-stroke engine, associated with innovations in gas exchange, heat transfer, exhaust-intake, etc., are found, this is from the "crafty one". Although these innovations themselves can be good. If we assume that traditionally after the piston moves down, it immediately rises up, then the innovation: a long, full stop of the piston between these movements (the direction of the piston velocity vector is neither up nor down) is a new tact. This piston stop should not be confused with the so-called imaginary stops when the piston can be temporarily braked by selecting the length of the connecting rod and crank (as a rule, one of them or both are present in the mechanism among more than one). In addition, such mechanisms are more cumbersome than a conventional crank mechanism. It follows from the foregoing that the author faced one more task when creating a new mechanism executing a 3-stroke cycle, not to go beyond the traditional dimensions, and if possible, to reduce them. The fact that the author succeeded in reducing the dimensions is easy to see, and therefore we will not pay much attention to this issue.

Основная наша цель - в ниже следующих разделах показать, почему предлагаемый 3-тактный цикл в реализации, которую осуществил автор, отвечает всем поставленным задачам. Стоит также особо отметить, что упомянутая реализация связана с «крамолой» в традициях двигателестроения: с решением автора не закреплять «намертво» шатунную шейку в щеке коленчатого вала. Это и есть то самое видоизменение кривошипно-шатунного механизма, которое присутствует в названии изобретения.Our main goal is to show in the following sections below why the proposed 3-cycle cycle in the implementation, which was carried out by the author, meets all the tasks. It is also worth noting that the mentioned implementation is associated with “sedition” in the traditions of engine building: with the author’s decision not to “tighten” the crank pin in the cheek of the crankshaft. This is the very modification of the crank mechanism that is present in the title of the invention.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В изобретении предлагается 3-тактный ДВС, в котором: первый такт - рабочий ход; второй такт - полноценная, длительная остановка поршня внизу (с целью качественного выполнения выпуска, охлаждения поршня и впуска); третий такт - сжатие. В конце 3-го такта можно выполнить воспламенение свечой или впрыском топлива. Но можно выполнить еще одну остановку поршня - вторую (вверху), которую предлагается называть тактом 3+, а не 4 тактом. Это для того, чтобы не возникла путаница с 4-тактным циклом. Такт 3+ не является обязательным, и без него 3-тактный цикл все равно является круговым и законченным. Такт «3+» полезен для повышения эффективности горения. Горение будет происходить при постоянном объеме; даже в цикле «дизель» появится большой участок такого горения, т.е. процесс горения будет ближе к идеальному теоретическому циклу. По технике реализации такт «3+» является копией второго такта нижней остановки поршня. Если удастся преодолеть жесткость работы двигателя, которая увеличится при применении такта «3+», то такт «3+» станет более целесообразным. А то, что он полезен для повышения давления по циклу и, как следствие этого, для повышения «Т» горения, мы видим при рассмотрении индикаторной диаграммы (см. фиг.3). Так как давление Pm’>Pm, то и индикаторная работа по диаграмме становится больше, чем ранее (верхняя плотно заштрихованная часть - это добавка работы). Автор считает, что нужно напомнить о существовании альтернативы повышению температуры и давления - работа на бедной смеси, если это позволяют условия горения. Обеднение смеси повышает экономичность двигателя и снижает жесткость его работы. Можно также полагать, что отсутствие мощного догорания при расширении в условиях сниженных температур и давлений даст возможность улучшить экологию выхлопа. Есть ради чего поработать с тактом «3+», несмотря на повышение жесткости в работе.The invention proposes a 3-stroke internal combustion engine, in which: the first cycle is a working stroke; the second step - a full, long stop of the piston below (with the aim of high-quality performance of the release, cooling of the piston and inlet); The third measure is compression. At the end of the third step, you can perform the ignition of a candle or fuel injection. But you can perform one more stop of the piston - the second (at the top), which is proposed to be called 3+ beat, and not 4 beat. This is to prevent confusion with the 4-stroke cycle. A 3+ beat is optional, and without it, a 3-beat loop is still circular and complete. The “3+” beat is useful for increasing combustion efficiency. Combustion will occur at a constant volume; even in the “diesel” cycle a large section of such combustion will appear, i.e. the combustion process will be closer to the ideal theoretical cycle. According to the implementation technique, the “3+” cycle is a copy of the second cycle of the lower piston stop. If it is possible to overcome the rigidity of the engine, which will increase with the use of the beat "3+", then the beat "3+" will become more appropriate. And the fact that it is useful for increasing the pressure in the cycle and, as a consequence of this, for increasing the “T” of combustion, we see when considering the indicator diagram (see figure 3). Since the pressure is Pm ’> Pm, the indicator work in the diagram becomes larger than before (the upper densely shaded part is the addition of work). The author believes that it is necessary to recall the existence of an alternative to increasing temperature and pressure - working on a lean mixture, if burning conditions allow it. A lean mixture increases the efficiency of the engine and reduces the rigidity of its operation. It can also be assumed that the absence of a powerful afterburning during expansion under conditions of reduced temperatures and pressures will make it possible to improve the ecology of the exhaust. There is something to work on with the “3+” tact, despite the increased rigidity in the work.

При рассмотрении фиг.3 видно, что 3-тактный цикл имеет преимущество в экономичности над традиционным двухтактным циклом за счет того, что в нем нет потерь в работе цикла в связи с, так называемым, «потерянным объемом» двухтактного цикла. Полученная прибавка в работе 3-тактного цикла выделена частой штриховкой (между объемами «V1» и «V2»). Физически эта прибавка объясняется тем, что в двухтактном цикле выпуск продуктов горения начинается задолго до НМТ, а в 3-тактном почти строго в «НМТ» и заканчивается также почти строго в «НМТ». Ниже будет показано, что для лучшего устранения нежелательного явления с названием «потерянный объем» двухтактного двигателя его обычные впускные щели совмещены в 3-тактном двигателе с впускным клапаном (без остановки поршня такое совмещение цели не достигает).When considering figure 3 it is seen that the 3-cycle cycle has an advantage in economy over the traditional push-pull cycle due to the fact that there are no losses in the operation of the cycle due to the so-called "lost volume" of the push-pull cycle. The resulting increase in the operation of the 3-cycle cycle is highlighted by frequent shading (between the volumes "V1" and "V2"). Physically, this increase is explained by the fact that in the push-pull cycle the release of combustion products begins long before the BDC, and in the 3-stroke cycle it is almost strictly in the BDC and also ends almost strictly in the BDC. It will be shown below that in order to better eliminate an undesirable phenomenon called the “lost volume” of a two-stroke engine, its usual intake slots are combined in the 3-stroke engine with an intake valve (this combination does not reach the target without stopping the piston).

Теоретическая индикаторная диаграмма 3-тактного цикла не хуже аналогичной диаграммы 4-тактного цикла, но поскольку в 3-тактном двигателе механические потери почти в 1,5-2 раза меньше, чем в 4-тактном двигателе, то 3-тактный ДВС должен быть экономичнее 4-тактного при равных параметрах горения. Но у 3-тактного двигателя есть еще одно преимущество перед четырехтактным двигателем - лучшие условия для качественного смесеобразования, что улучшает параметры горения, а следовательно, экономичность двигателя и его экологические показатели. Как достигается заявленное улучшение смесеобразования, будет объяснено позже при рассмотрении фиг.8.The theoretical indicator diagram of a 3-cycle cycle is no worse than a similar diagram of a 4-cycle cycle, but since the mechanical losses in a 3-stroke engine are almost 1.5-2 times less than in a 4-stroke engine, a 3-stroke ICE should be more economical 4-stroke with equal combustion parameters. But the 3-stroke engine has another advantage over the four-stroke engine - the best conditions for high-quality mixture formation, which improves combustion parameters, and therefore, the efficiency of the engine and its environmental performance. How the claimed improvement in mixture formation is achieved will be explained later when considering Fig. 8.

Так как очевидно, что каждый цилиндр нового двигателя в два раза мощнее аналогичного цилиндра 4-тактного ДВС, то традиционный коленчатый вал станет короче (надо меньше цилиндров), а значит и осевые габариты двигателя сокращаются. Есть еще одна возможность сократить осевые габариты - это воспользоваться тем, что для предлагаемого 3-тактного двигателя, как мы увидим далее при рассмотрении фиг.9 и 10, впервые стало возможным, не применяя сочлененных шатунов, в одной плоскости установить звездой два, три, четыре и т.д. цилиндра.Since it is obvious that each cylinder of a new engine is twice as powerful as a similar cylinder of a 4-stroke internal combustion engine, the traditional crankshaft will become shorter (fewer cylinders are needed), which means that the axial dimensions of the engine are reduced. There is another way to reduce axial dimensions - this is to take advantage of the fact that for the proposed 3-stroke engine, as we will see later when considering figures 9 and 10, for the first time it became possible, without using articulated connecting rods, to set two, three, four etc. cylinder.

Кроме выше сказанного, для 3-тактного двигателя стало возможным иметь длину шатуна менее диаметра кривошипа, стало возможным, но не обязательным, без всякого специального редуцирования иметь выходные обороты коленвала в 2, 3, 4 и т.д. раза меньше, чем число 3-тактных циклов в цилиндре. Вторая часть сказанного приводит к небольшому увеличению радиальных габаритов, так как кривошипы разносятся по специальному диску, который, по сути, является кольцевой щекой коленчатого вала с несколькими кривошипами на этой щеке. Данное редуцирование не является необходимостью изобретения. Это всего лишь следствие его, но оно «настолько притягательно», что автор считает необходимым упомянуть о нем. Конструктивное оформление этого следствия автор не счел нужным отдельно показывать, так как оно близко к общим решениям. Более подробно вопрос рассмотрен при описании фиг.9 и фиг.10 в разделе «перечень фигур».In addition to the above, for a 3-stroke engine it became possible to have a connecting rod length less than the crank diameter, it became possible, but not necessary, to have output crankshaft speeds of 2, 3, 4, etc. without any special reduction. times less than the number of 3-stroke cycles in a cylinder. The second part of the above leads to a slight increase in radial dimensions, since the cranks are spread over a special disk, which, in fact, is the annular cheek of the crankshaft with several cranks on this cheek. This reduction is not a necessity of the invention. This is just a consequence of it, but it is “so attractive” that the author considers it necessary to mention it. The author did not consider it necessary to show the constructive design of this investigation separately, since it is close to general solutions. In more detail, the question is considered in the description of Fig.9 and Fig.10 in the section "list of figures".

Так как автору, кроме всего, что сказано выше, удалось сохранить для 3-тактного двигателя возможность использования опыта положительных решений современного двигателестроения, накопленного для 2 и 4-тактных ДВС в вопросах смесеобразования и в вопросах конструирования, то есть шанс «убить медведя» и сделать хороший новый двигатель. Даже если при дальнейшем рассмотрении кому-то покажется, что не все так гладко, как написано на этой бумаге, «что забыли про овраги», все равно дело стоит того, чтобы с ним работать. Главное, чтобы идея не подвела.Since the author, in addition to everything that was said above, was able to save for the 3-stroke engine the opportunity to use the experience of positive solutions of modern engine building, accumulated for 2 and 4-stroke ICEs in matters of mixture formation and in matters of design, that is, a chance to "kill the bear" and make a good new engine. Even if upon further consideration it seems to someone that not everything is as smooth as it is written on this paper, “that they forgot about the ravines,” it’s still worth the work to work with him. The main thing is that the idea does not disappoint.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

РАССМОТРИМ фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 показана в проекции на неподвижную плоскость, перпендикулярную оси шейки, траектория движения оси шатунной шейки (кривошипа) для 3-тактного цикла по замкнутой штрихпунктирной линии «н-Е-а-m-в-ш-D». Параллельно этой линии внутри и снаружи ее жирно выделены еще две замкнутые линии, соответствующие траекториям, по которым движется внутренняя и наружная точка самой шейки или двигаются точки обкатного устройства, в частности подшипника, одетого на нее (см. фиг.6 и фиг.7). Точки этих траекторий отстоят от осевой линии всегда на расстоянии «х-а», равного половине ширины (L) кулачкового паза в неподвижных вставках (поз.6, поз.7, поз.27 на фиг.5). Точка О - это ось вращения кривошипа, радиус которого равен r. Точки П и З - соответственно нижнее и верхнее положение оси поршневого пальца, когда шатун вращается, a R - есть длина шатуна по оси. Оборот кривошипа делится на 3 части по 120 градусов каждая. Такт 1 - рабочий ход, такт 2 - впуск и выпуск, такт 3 - сжатие. Вся траектория замкнута и полностью повторена на неподвижном профилированном кулачке, который является частью промежуточной вставки или частью крышек. На фиг.1 показано, что «в-с» - ход шейки шатуна в кулисном пазе щеки, S - ход поршня в 3-тактном цикле, S1 - ход поршня в «3+» тактном цикле. На этой фигуре показано, что ход поршня меньше диаметра кривошипа, что во втором такте; шатун вращается около оси поршневого пальца (точка П) - назовем это вращение «чистым» вращением, кривошип вращается около оси «О», что поршень остановлен до тех пор, пока кривошип не уйдет с траектории «и-т-в-ш». (траектория чистого вращения шатуна и оси шейки вместе с ним). Чтобы «заставить кривошип работать» на траектории, точки которой имеют разный радиус кривизны, автору пришлось сделать небывалое для ДВС дело - раскрепить шейку шатуна в щеке, т.е. видоизменить традиционный кривошипно-шатунный механизм. Теперь обо всем этом подробнее.Consider figure 1 and figure 2. Figure 1 shows a projection on a fixed plane perpendicular to the axis of the neck, the trajectory of the axis of the connecting rod neck (crank) for a 3-stroke cycle along a closed dash-dot line "n-E-a-m-in-w-D". Parallel to this line, two more closed lines are boldly marked inside and outside it, corresponding to the trajectories along which the inner and outer points of the neck itself move or the points of the rolling device, in particular the bearing dressed on it, move (see Fig. 6 and Fig. 7) . The points of these trajectories are always separated from the center line at a distance “x-a” equal to half the width (L) of the cam groove in the fixed inserts (pos.6, pos.7, pos.27 in Fig.5). Point O is the axis of rotation of the crank whose radius is r. Points P and Z are the lower and upper position of the axis of the piston pin, respectively, when the connecting rod rotates, and R is the length of the connecting rod along the axis. The crank revolution is divided into 3 parts of 120 degrees each. Step 1 - stroke, cycle 2 - inlet and outlet, cycle 3 - compression. The entire trajectory is closed and completely repeated on a fixed profiled cam, which is part of the intermediate insert or part of the covers. In Fig. 1, it is shown that “bc” is the stroke of the connecting rod neck in the rocker groove of the cheek, S is the piston stroke in the 3-stroke cycle, S1 is the piston stroke in the “3+” stroke cycle. This figure shows that the piston stroke is less than the diameter of the crank, which is in the second stroke; the connecting rod rotates around the axis of the piston pin (point P) - let's call this rotation “clean” rotation, the crank rotates around the “O” axis, so that the piston is stopped until the crank leaves the “i-t-w” trajectory. (the trajectory of the pure rotation of the connecting rod and the axis of the neck along with it). In order to “make the crank work” on a trajectory whose points have different radii of curvature, the author had to do an unprecedented thing for ICE - to fix the connecting rod neck in the cheek, i.e. modify the traditional crank mechanism. Now about all this in more detail.

В видоизмененном кривошипно-шатунном механизме (шатунная шейка раскреплена в щеке коленчатого вала) шатунная шейка выполнит два теоретических движения: первое движение - шейка обкатает (вместо обкатки может быть скольжение) неподвижную, замкнутую, профилированную поверхность, второе движение, состоящее из 2-х вариантов:In the modified crank mechanism (the crank pin is fixed in the cheek of the crankshaft), the crank pin will perform two theoretical movements: the first movement - the neck rolls around (instead of running it can be sliding) a fixed, closed, shaped surface, the second movement, consisting of 2 options :

- первый вариант (его условие - средняя линия чистого вращения шатуна при остановленном поршне расположена полностью ниже горизонтальной оси кривошипа) - в этом движении шейка будет принуждена вначале перемещаться в щеке коленчатого вала по радиусу кривошипа (щеки) вниз, а потом обратно по этой же линии вверх (уменьшая, а затем соответственно увеличивая радиус кривошипа). См. ход шейки шатуна, равный прямой «в-с», как сказано выше при рассмотрении фиг.1,- the first option (its condition is the middle line of the pure rotation of the connecting rod when the piston is stopped, located completely below the horizontal axis of the crank) - in this movement, the neck will be forced to first move down the crank shaft along the radius of the crank (cheek), and then back along the same line up (decreasing, and then correspondingly increasing the radius of the crank). See the stroke of the neck of the connecting rod, equal to the straight line "bc", as mentioned above when considering figure 1,

- 2-й вариант (его условие - средняя линия чистого вращения шатуна при остановленном поршне расположена выше горизонтальной оси кривошипа) - в этом движении шейка, также изменяя радиус кривошипа, будет принуждена перемещаться в щеке из начала текущей линии чистого вращения шатуна в начало последующей линии его вращения. Подробнее при рассмотрении фиг.9 и 10.- 2nd option (its condition is the middle line of the pure crank rotation with the stopped piston located above the horizontal axis of the crank) - in this movement, the neck, also changing the radius of the crank, will be forced to move in the cheek from the beginning of the current line of pure crank rotation to the beginning of the next line its rotation. In more detail with reference to FIGS. 9 and 10.

За один непрерывный оборот от сложения двух упомянутых выше движений в любом из приведенных вариантов выполнится не двухтактный цикл, а более совершенный 3-тактный цикл. Правило сложения двух движений в 3-тактном цикле рассмотрено ниже при описании тактов 1, 2, 3, а также при описании фиг.9 и 10. На фиг.1 показана горизонтальная ось кривошипа - это линия, проходящая через точки «Х-0».For one continuous revolution from the addition of the two above-mentioned movements in any of the above options, not a push-pull cycle will be executed, but a more advanced 3-stroke cycle. The rule of adding two movements in a 3-stroke cycle is discussed below in the description of measures 1, 2, 3, and also in the description of Figs. 9 and 10. Fig. 1 shows the horizontal axis of the crank - this is a line passing through the points "X-0" .

В 3-тактном цикле появилась возможность иметь длину шатуна и величину хода поршня (см. фиг.1) менее диаметра кривошипа; впервые появляется теоретическая возможность создания двигателя для случая, когда шатунная шейка не пересекает и не касается плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, в котором движется поршень шатуна упомянутой шейки; плоскости, в которой лежит ось коленчатого вала, что такое положение шейки шатуна делает возможным без всякого специального редуцирования иметь выходные обороты коленчатого вала в 2, 3, 4 и т.д. раза меньше, чем число 3-тактных циклов в цилиндре. Об этом смотри описание фиг.9 и 10.In a 3-stroke cycle, it became possible to have a connecting rod length and a piston stroke value (see FIG. 1) less than the crank diameter; for the first time, a theoretical possibility arises of creating an engine for the case when the connecting rod journal does not intersect and does not touch the plane perpendicular to the axis of the cylinder in which the connecting rod piston of the said journal moves; the plane in which the crankshaft axis lies, such a position of the connecting rod neck makes it possible without any special reduction to have output crankshaft rotations of 2, 3, 4, etc. times less than the number of 3-stroke cycles in a cylinder. About this, see the description of figures 9 and 10.

В такте 1 ось шатунной шейки движется по теоретической траектории «н-Е-а-и» (см. на фиг.1 окружность радиуса r, при вращении кривошипа). Эта траектория обычна для традиционных кривошипов. Чтобы в новом двигателе шейка, посаженная свободно по радиусу в паз щеки, назовем паз кулисным, и движущаяся под воздействием шатуна (газов), не сошла с упомянутой траектории, стойки, необходимо принудить шейку оставаться на этой траектории. Эту роль берет на себя кулачковый паз неподвижной стойки, в который входит шейка шатуна. На фиг.1 этот паз показан толстыми линиями. Совершенно очевидно, что у паза осевая траектория в этом месте обязана иметь радиус r. В этом кулачковом неподвижном, замкнутом и профилированном пазе шейка скользит (фиг.5) или обкатывает (см. фиг.6) его. Иногда вместо паза может быть внутренний кулачок (см. фиг.7). При этом в любом случае шейка в кулисном пазе щеки остается неподвижной. В 1 такте поршень под давлением газов поступательно движется вниз (рабочий ход).In measure 1, the axis of the connecting rod journal moves along the theoretical trajectory “n-Eaa-i” (see Fig. 1, a circle of radius r, when the crank rotates). This trajectory is common for traditional cranks. So that in the new engine the neck, freely set in radius in the groove of the cheek, is called the rocker groove, and moving under the influence of the connecting rod (gases), does not come off the mentioned trajectory, strut, it is necessary to force the neck to remain on this trajectory. This role is assumed by the cam groove of the fixed strut, which includes the connecting rod neck. 1, this groove is shown by thick lines. It is obvious that at the groove the axial trajectory at this point must have a radius r. In this cam fixed, closed and shaped groove, the neck slides (figure 5) or runs around it (see figure 6). Sometimes, instead of a groove, there may be an internal cam (see Fig. 7). In this case, in any case, the neck in the rocker groove of the cheek remains motionless. In 1 stroke, the piston moves downward under the pressure of the gases (stroke).

В такте 2 шейка движется по теоретической траектории «и-m-в-ш» (см. на фиг.1 окружность радиуса R при вращении шатуна с центром в точке «П». Эта окружность расположена ниже горизонтальной оси кривошипа). По этой траектории шейку принуждает двигаться тот же кулачковый паз или кулачок (см. выше), что и в такте 1, только профиль его стал иной. От движения шейки по траектории «и-m-в-ш» (первое движение) вынуждено меняется радиус расположения шейки в щеке (второе движение). т.е. для выравнивания радиусов шейка поступательно перемешается по радиусу в кулисном пазе щеки к центру вращения. Когда шейка достигает точки «в» траектории (точка перегиба), то она начнет перемещаться в щеке обратно к верхней точке кулисного паза. Так будет в каждом обороте, т.е. циклично. Результатом сложения этих двух движений будет полная и длительная остановка поршня в цилиндре, а коленвал будет продолжать непрерывное и равномерное вращение. Движение по траектории такта 2 продолжается до тех пор, пока эта траектория не пересечет траекторию с радиусом r (т.е. пока траектория чистого вращения шатуна не пересечет траекторию вращения кривошипа при верхнем положении шейки). Существование такта 2 дает возможность осуществить за один оборот кривошипа новый 3-тактный цикл. В такте 2 осуществится качественный выпуск, продувка, охлаждение, наполнение цилиндра (в цикле ОТТО) смесью топлива с воздухом или просто воздухом (в цикле «ДИЗЕЛЬ»). Для цикла «ОТТО» впуск и продувка - это разные моменты. В «ОТТО» при впуске цилиндр надо наполнять смесью и, желательно, с послойной структурой. При продувке всего этого нет, что вполне устраивает цикл «ДИЗЕЛЬ». Поэтому для разных видов топлива надо по-разному организовывать газообмен и охлаждение.In measure 2, the neck moves along the theoretical “i-m-h-w” trajectory (see Fig. 1, the circle of radius R when the connecting rod is centered at point “P”. This circle is located below the horizontal axis of the crank). The same cam groove or cam (see above) forces the neck to move along this trajectory as in measure 1, only its profile has become different. From the movement of the neck along the "i-m-h-w" (first movement) trajectory, the radius of the neck in the cheek (second movement) is forced to change. those. to equalize the radii, the neck is progressively mixed along the radius in the rocker groove of the cheek to the center of rotation. When the neck reaches the point “in” the trajectory (inflection point), then it will begin to move in the cheek back to the upper point of the rocker groove. So it will be in every turn, i.e. cyclically. The result of the addition of these two movements will be a complete and prolonged stop of the piston in the cylinder, and the crankshaft will continue continuous and uniform rotation. The movement along the path of measure 2 continues until this path intersects the path with a radius r (i.e., until the path of the pure crank rotation crosses the path of the crank when the neck is in the upper position). The existence of measure 2 makes it possible to carry out a new 3-stroke cycle in one revolution of the crank. In step 2, high-quality release, purging, cooling, filling the cylinder (in the OTTO cycle) with a mixture of fuel with air or simply air (in the "DIESEL" cycle) will be carried out. For the OTTO cycle, inlet and purge are different points. In "OTTO" at the inlet, the cylinder must be filled with a mixture and, preferably, with a layered structure. When purging all of this, there isn’t, which completely suits the DIESEL cycle. Therefore, for different types of fuel it is necessary to organize gas exchange and cooling in different ways.

В такте 3 шейка движется по траектории «ш-d-h», см. фиг.1 (как и в такте 1, это окружность r) под действием сил инерции и под управлением кулачкового паза или просто кулачка (см. фиг.7). При этом поршень пойдет обратно вверх (сжатие) с последующим в конце этого хода воспламенением топлива и его горением.In measure 3, the neck moves along the “sh-d-h” trajectory, see Fig. 1 (as in measure 1, this is the circle r) under the action of inertia and under the control of a cam groove or just a cam (see Fig. 7). In this case, the piston will go back up (compression), followed by ignition of the fuel and its combustion at the end of this stroke.

Но можно (как вариант обратного движения) в конце сжатия выполнить, если в двигателе заложен такт «3+» (см. фиг.2), вторую остановку поршня, используя вышеизложенные правила. В этом случае шатунная шейка, не доходя до ВМТ (на фиг.2 до точки н), начнет вместе с шатуном вновь вращаться вокруг поршневого пальца (по траектории «D-т-Е»); только центр этого вращения уже будет не в точке «П», а в точке «3». В результате шатунная шейка станет циклично перемещаться в кулисном пазе щеки сначала вниз, а после точки перегиба «т» снова поднимется вверх (ход шейки =«НТ»). Результатом сложения этих двух движений будет вторая остановка поршня (вверху); затем топливо воспламеняется и сгорает при постоянном объеме. При этом даже в индикаторной диаграмме цикла «дизель» появится большая площадка горения при постоянном объеме, и потому встанет вопрос - «дизель» ли это. Автор предлагает такое горение назвать «матфей». В такте «3+» есть свои минусы. Как мы говорили ранее, жесткое горение. Выход надо будет искать в традиционных для такого случая мероприятиях или даже в искажении круговой траектории вращения шатуна. Во всех этих мероприятиях необходимо помнить, что длительность второй остановки изменяет МАХ давление в цикле, что это возможность для оптимизации давления, а вместе с ним и температуры. Кроме того, длительность второй остановки позволяет оптимизировать и угол передачи силы от шатуна к кривошипу (об этом подробнее - при рассмотрении фиг.4 в разделе «перечень фигур»). Сказанное выше о движении шейки шатуна дает основание сформулировать следующие правила. Правило двух движений в цикле: первое движение заключается в обкатке (скольжении) шейки шатуна по неподвижной поверхности - это движение обязательно для всех трех тактов: второе движение заключается в перемещении шейки по пазу щеки коленчатого вала - это движение выполняется только во втором такте. Правило сложения движений в цикле: при отсутствии второго движения траектория движения шейки - это траектория ее вращения вокруг оси коленчатого вала, а при наличии второго движения шейки - это траектория ее вращения вокруг оси поршневого пальца при остановленном поршне.But it is possible (as an option of the reverse movement) to perform at the end of compression, if the engine has a “3+” cycle (see figure 2), the second piston stop using the above rules. In this case, the connecting rod neck, not reaching TDC (in Fig. 2 to point n), will again begin to rotate around the piston pin together with the connecting rod (along the “D-t-E” path); only the center of this rotation will no longer be at point "P", but at point "3". As a result, the crank pin will begin to move cyclically in the rocker groove of the cheek first down, and after the inflection point “t” will rise again (neck stroke = “NT”). The result of the addition of these two movements will be the second piston stop (above); then the fuel ignites and burns at a constant volume. Moreover, even in the indicator diagram of the “diesel” cycle, a large burning area will appear with a constant volume, and therefore the question will arise - is it “diesel”. The author suggests calling this burning "matthew". The “3+” measure has its drawbacks. As we said earlier, hard burning. The way out will need to be sought in traditional events for this case, or even in the distortion of the circular path of rotation of the connecting rod. In all these activities, it is necessary to remember that the duration of the second stop changes the MAX pressure in the cycle, that this is an opportunity to optimize the pressure, and with it the temperature. In addition, the duration of the second stop allows you to optimize the angle of transmission of power from the connecting rod to the crank (more on this in detail when considering figure 4 in the section "list of figures"). The aforementioned on the movement of the connecting rod neck gives reason to formulate the following rules. The rule of two movements in the cycle: the first movement is to run (slide) the connecting rod neck along a fixed surface - this movement is mandatory for all three measures: the second movement is to move the neck along the groove of the crankshaft cheek - this movement is performed only in the second cycle. The rule of addition of movements in the cycle: in the absence of a second movement, the neck path is the path of its rotation around the axis of the crankshaft, and in the presence of a second neck movement, this is the path of its rotation around the axis of the piston pin when the piston is stopped.

Итог всего сказанного выше. Шейка совершает два движения. Первое движение состоит в том, что шейка обкатывает неподвижную, замкнутую, профилированную поверхность, выполненную или в виде кулачкового паза, или в виде кулачка; поверхность, которая в одной своей части выполнена с постоянным радиусом, равным мах. радиусу кривошипа, и этой своей частью принуждает кривошип и шатун выполнять традиционное движение, а в другой своей части выполнена по радиусу вращения шейки (с шатуном) около оси поршневого пальца и этой своей частью принуждает радиус кривошипа изменяться, чем обеспечивается остановка поршня и вращение шатуна вокруг оси поршневого пальца;The result of all the above. The neck makes two movements. The first movement is that the neck runs around a fixed, closed, profiled surface, made either in the form of a cam groove, or in the form of a cam; a surface, which in one of its parts is made with a constant radius equal to max. the radius of the crank, and this part forces the crank and connecting rod to perform the traditional movement, and the other part is made along the radius of rotation of the neck (with the connecting rod) about the axis of the piston pin and this part forces the radius of the crank to change, which ensures the piston stops and the rotation of the connecting rod around axis of the piston pin;

второе движение шейка совершит в кулисном пазе щеки на том угловом участке траектории вращения коленвала, где поршень остановлен - это движение выполнится как следствие необходимости в выравнивании радиуса, на котором находится поверхность обкатки шейки и расстояния (по сути тот же радиус) от оси вращения коленвала точек выше упомянутой профилированной поверхности, и это второе движение состоит из двух выше упомянутых вариантов.the neck will make the second movement in the rocker groove of the cheeks on that corner section of the crankshaft rotation path where the piston is stopped - this movement will be performed as a result of the need to align the radius on which the neck break-in surface is located and the distance (essentially the same radius) from the axis of rotation of the crankshaft points the above-mentioned profiled surface, and this second movement consists of the two above-mentioned options.

В реальном двигателе теоретические части траекторий плавно сопрягаются между собой переходными кривыми. Сопряжение можно выполнять по-разному. Один из способов показан на фиг.1: для сопряжения траекторий 1-го и 2-го тактов строится луч «ψ», соединяющий точки пересечения этих траекторий (верхней, средней и нижней части). Пересечение этого луча с осью «х-а-0» в точке «к» и есть центр сопряжения траекторий радиусами «K/+L/2», «кf-L/2». Аналогичное построение показано и на фиг.2 с лучом Т. В реальном двигателе теоретические части траекторий могут также корректироваться для компенсации износа поверхностей и их теплового расширения, для компенсации зазоров и погрешностей изготовления.In a real engine, the theoretical parts of the trajectories smoothly mate with each other by transition curves. Pairing can be done in different ways. One of the methods is shown in Fig. 1: for conjugation of the trajectories of the 1st and 2nd cycles, a ray “ψ” is constructed, connecting the intersection points of these trajectories (upper, middle and lower parts). The intersection of this ray with the axis "x-a-0" at the point "k" is the center of conjugation of the trajectories with radii "K / + L / 2", "kf-L / 2". A similar construction is shown in Fig. 2 with the T beam. In a real engine, the theoretical parts of the paths can also be adjusted to compensate for surface wear and their thermal expansion, to compensate for gaps and manufacturing errors.

Вышеизложенное содержание показано на фиг.5 и 6 в виде вариантов конструкции узлов двигателя. На фиг.5 показано, что 3 и 3+ тактный двигатель можно выполнить с традиционным коленчатым валом (он выполнен разъемным), что впуск выполнен стандартно через щели (см. стрелку Б); выпуск выполнен также стандартно через выпускной клапан (поз.4). Показано, что коленчатый вал проходит через промежуточную, неподвижную вставку и через крышки корпуса, что в щеках коленчатого вала есть пазы, суть кулисные пазы для шатунной шейки. Шатунная шейка в сравнении с традиционной шейкой удлинена и входит не только в шатун и в щеки, а еще и (как нововведение) в неподвижные кулачковые пазы (см. фиг.5 и 6). Показаны существенные места нового двигателя: сечение А-А, сечение С-С, центровка с использованием конусов и призонных болтов, смазка всех трущихся поверхностей, герметизация полостей смазки, применение антифрикционных накладок и необходимость наддува масляных полостей. Далее сказанное подробнее.The foregoing content is shown in FIGS. 5 and 6 in the form of design options for engine assemblies. Figure 5 shows that the 3 and 3+ stroke engine can be performed with a traditional crankshaft (it is made detachable), that the inlet is made standard through the slots (see arrow B); the outlet is also made as a standard through the outlet valve (pos. 4). It is shown that the crankshaft passes through the intermediate, fixed insert and through the housing covers, that there are grooves in the cheeks of the crankshaft, which are the main rocker grooves for the crank pin. The connecting rod neck is elongated in comparison with the traditional neck and enters not only the connecting rod and cheeks, but also (as an innovation) into the fixed cam grooves (see FIGS. 5 and 6). The essential places of the new engine are shown: section AA, section CC, alignment using cones and tightening bolts, lubricating all friction surfaces, sealing lubricant cavities, using antifriction linings and the need to pressurize oil cavities. The following is more detailed.

В сечении «А-А» видно, что для устранения вредного явления двухтактного двигателя с названием «потерянный объем» в 3-тактном двигателе обычные впускные щели двухтактного двигателя совмещены с впускным клапаном (поз.19). Поэтому, несмотря на то, что впускные щели уже будут открыты, выпуск можно задержать почти до точки НМТ, т.е. геометрически открытие впускных щелей цилиндра совершается на высоком рабочем давлении до открытия выпускного клапана. Реально впуск начнется только после открытия впускного клапана, как в четырехтактном двигателе. Потому и индикаторная диаграмма нового цикла должна быть близка к диаграмме четырехтактного цикла, т.е. расширение газа можно провести без потерь, так как это принято в четырехтактных двигателях. Почему это стало возможно, несмотря на то, что цикл выполняется за один оборот, а не за два оборота? Потому что поршень, приходя в нижнюю точку, не начнет сразу движение вверх, а остановится. Это дает длительное время на выпуск, продувку, охлаждение и впуск без опасения, что «надо успеть выполнить газообмен», пока щели не закрылись. Как результат - прирост в полезной работе. Об этом уже сказано в разделе «уровень техники». Без остановки поршня такое совмещение впускного клапана и впускных щелей цели не достигает.Section “AA” shows that in order to eliminate the harmful effect of a two-stroke engine with the name “lost volume” in a 3-stroke engine, the usual inlet slots of a two-stroke engine are combined with the inlet valve (key 19). Therefore, despite the fact that the inlet slots will already be open, the outlet can be delayed almost to the BDC point, i.e. geometrically, the opening of the inlet slots of the cylinder is performed at high working pressure before the opening of the exhaust valve. Actually, the inlet will begin only after opening the inlet valve, as in a four-stroke engine. Therefore, the indicator diagram of the new cycle should be close to the diagram of the four-cycle cycle, i.e. gas expansion can be carried out without loss, as is customary in four-stroke engines. Why is this possible, despite the fact that the cycle is performed in one revolution, and not in two turns? Because the piston, coming to a lower point, does not immediately begin to move up, but stops. This gives a long time for the release, purge, cooling and inlet without fear that "it is necessary to have time to perform gas exchange" until the cracks are closed. As a result, an increase in useful work. This has already been said in the section "prior art". Without stopping the piston, such a combination of the intake valve and intake slots does not reach the goal.

В сечении «С-С» показано, что для уменьшения трения скольжения в кулисном пазе на шейку надо установить антифрикционные накладки (поз.28) и подавать масло к местам трения, а во избежание проворачивания шейки в щеке ее сечение в кулисе не должно быть круглым. Рекомендуется, для предотвращения ударов по внутренней и наружной стенке кулисного паза, иметь min зазор в этих местах.Section “CC” shows that in order to reduce sliding friction in the rocker groove on the neck, it is necessary to install anti-friction linings (key 28) and apply oil to the places of friction, and in order to avoid turning the neck in the cheek, its section in the wings should not be round . It is recommended, to prevent impacts on the inner and outer walls of the rocker groove, to have a minimum clearance in these places.

Поскольку желательно, чтобы при доводке двигателя неподвижная промежуточная вставка (поз.7) была съемной, она выполнена на шлицах; ее во избежание наклепа от переменных нагрузок целесообразно центрировать конусным разрезным кольцом (поз.17).Since it is desirable that when the engine is refined, the stationary intermediate insert (pos. 7) is removable, it is made on the splines; it is advisable to center it in order to avoid hardening from variable loads by a conical split ring (pos. 17).

Среднюю съемную часть коленвала надо центрировать призонным болтом (поз. 24) или кольцом конусным (поз.31).The middle removable part of the crankshaft must be centered with a tightening bolt (key 24) or a conical ring (key 31).

В условиях неизбежного попадания в корпус газов от сгорания топлива для обеспечения необходимой чистоты смазки трущихся поверхностей необходимо изолировать обкатываемые поверхности от картерных газов (полости трения), используя детали поз.11, 13, 14, 18. Как вариант, на фиг.6 герметизация выполнена деталями поз.34, 35, 36. Для гарантированного предотвращения загрязнения масла осуществляется наддув воздуха (см. фиг.5) в изолированные полости смазки.In the event of the inevitable ingress of gases from the combustion of fuel in order to ensure the necessary purity of lubrication of the rubbing surfaces, it is necessary to isolate the run-in surfaces from the crankcase gases (friction cavities) using the parts pos. 11, 13, 14, 18. Alternatively, in FIG. details pos. 34, 35, 36. To guarantee the prevention of oil pollution, air is charged (see Fig. 5) into insulated lubricant cavities.

Несмотря на то, что дополнительные механические потери от трения в кулисе и в кулачковом пазе будут меньше, чем механические потери на лишних насосных ходах четырехтактного ДВС, применена обкатка кулачка (паза) внешней обоймой подшипника (на обойму одета втулка из антифрикционного материала (фиг.6, поз.39)). Это сделано с целью уменьшения трения между шатунной шейкой и поверхностями, которые с ней соприкасаются во время движения. Замена трения скольжения на трение обкатки дает уменьшение износа кулачка и кулисы. Сказанное не исключает использование трения скольжения там, где геометрия деталей этого однозначно требует.Despite the fact that the additional mechanical losses from friction in the wings and in the cam groove will be less than the mechanical losses in the extra pumping strokes of the four-stroke ICE, the cam (groove) is run in with the outer bearing race (the sleeve of antifriction material is dressed on the raceway (Fig. 6 , pos. 39)). This is done in order to reduce friction between the crank pin and the surfaces that come into contact with it during movement. Replacing sliding friction with running friction reduces wear on the cam and the wings. The foregoing does not exclude the use of sliding friction where the geometry of the parts clearly requires it.

При изготовлении и эксплуатации двигателя вероятно возникновение перекосов в кулачковых пазах разных стоек. Поэтому желательно, чтобы подшипники на шатунной шейке были самоустанавливающиеся. Анализ показал, что на прямую ось шатунной шейки поставить мощный подшипник не удается ввиду ограничения на радиус кривошипа. Если все же установлен более легкий подшипник, но он «не потянул» ударных нагрузок, тогда есть в запасе другие решения: автор, как пример, показал одно из них. Всегда, даже когда радиус кривошипа будет мал для установки подшипников, можно решить вопрос установки мощных подшипников, применив шейку кривошипа типа «люлька» (см. поз.40 фиг.6). В варианте кривошип «люлька» показана установка мощного сферического самоустанавливающегося двухрядного подшипника тяжелой широкой серии, но совершенно очевидно, что в «люльку» ставится любой подшипник, в том числе и спаренный, и специальный подшипник. Чтобы лучше понять, как работает «люлька», см. описание фиг.6.In the manufacture and operation of the engine, distortions in the cam grooves of different struts are likely to occur. Therefore, it is desirable that the bearings on the connecting rod journal are self-aligning. The analysis showed that it is not possible to put a powerful bearing on the straight axis of the connecting rod journal due to the restriction on the radius of the crank. If, nevertheless, a lighter bearing is installed, but it "did not pull" the shock loads, then there are other solutions in stock: the author, as an example, showed one of them. Always, even when the radius of the crank is small for mounting bearings, you can solve the problem of installing powerful bearings by using the neck of the crank type "cradle" (see pos.40 Fig.6). In the version of the “cradle” crank, the installation of a powerful spherical self-aligning double-row bearing of a heavy wide series is shown, but it is obvious that any bearing, including paired and a special bearing, is placed in the “cradle”. To better understand how the "cradle" works, see the description of Fig.6.

Плоскости расположения щеки и обкатываемой поверхности могут быть как разными, так и одинаковыми; для последнего случая (как более сложного) предложен новый механизм с целью разгрузки линии контакта (см. описание фиг.7 в разделе «перечень фигур»). Это устройство названо «щекапод» - сокращение от слов щека и подшипник. Возможны и другие решения, в том числе применение специального подшипника по форме обкатываемой поверхности.The location planes of the cheeks and the surface to be rolled in can be either different or the same; for the latter case (as more complex), a new mechanism is proposed with the aim of unloading the contact line (see the description of Fig. 7 in the "list of figures" section). This device is called "cheeks" - an abbreviation for the words cheek and bearing. Other solutions are possible, including the use of a special bearing in the form of a rolling surface.

Такие существенные моменты реализации в металле 3-тактного цикла, как улучшение охлаждения поршня, улучшение качества смесеобразования, по сравнению с четырехтактным двигателем, смотри в разделе «перечень фигур» при описании фиг.8. Образование лучшего угла для передачи силы от шатуна к кривошипу смотри в описании фиг.4 упомянутого раздела.Such significant aspects of the implementation of a 3-cycle cycle in metal as improving the cooling of the piston, improving the quality of mixture formation, compared with a four-stroke engine, see the section "list of figures" in the description of Fig. 8. The formation of a better angle for transmitting power from the connecting rod to the crank, see the description of figure 4 of the above section.

Есть еще один существенный момент применения изобретения - возможность при установке цилиндров звездой по-новому решать проблемы компоновки и редуцирования. В 3-тактном двигателе впервые рассмотрен вопрос о возможности создания «парного» кривошипа, когда с одной стороны щеки можно установить две кривошипные шейки, оси которых параллельны и по окружности вращения разнесены на 180 градусов. Для тех же условий, изменяя только градус разноски по окружности вращения, рассмотрена возможность создания между одной и той же парой щек «тройного», «четверного» и т.д. кривошипа. Предлагается такие кривошипы называть «кривошипы МАТФЕЙ». Подробнее это рассматривается при описании фиг.9 и фиг.10.There is another significant point in the application of the invention - the ability to install cylinders with a star in a new way to solve the problems of layout and reduction. In a 3-stroke engine, for the first time, the question of the possibility of creating a “paired” crank was considered when two crank necks can be installed on one side of the cheek, the axes of which are parallel and 180 degrees apart. For the same conditions, changing only the degree of posting around the circumference of rotation, the possibility of creating between the same pair of cheeks "triple", "quadruple", etc. crank. It is proposed to call such cranks "MATFEY cranks". This is discussed in more detail in the description of FIG. 9 and FIG. 10.

При создании нового двигателя необходимо использовать все новое, что появилось в двигателестроении за последние десятилетия: использовать турбокомпрессор, применять оптимизированный впрыск топлива при малом давлении в цилиндре, добиваться послойного смесеобразования и многое другое. When creating a new engine, it is necessary to use everything new that has appeared in engine building over the past decades: use a turbocharger, apply optimized fuel injection at low pressure in the cylinder, achieve layer-by-layer mixture formation and much more.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР.LIST OF FIGURES.

На фиг.1 показано: по каким траекториям в разных тактах трехтактного цикла движется ось шейки шатуна. Это принципиально определяет кинематику трехтактного двигателя. В разделе «сущность изобретения» уже хорошо описана фиг.1, и потому нет смысла еще раз говорить об этом. Упомянем только, что именно эта кинематика дает возможность, не изменяя габариты кривошипно-шатунного механизма, реализовать 3-тактный цикл.Figure 1 shows: along which trajectories in different cycles of the three-stroke cycle the axis of the connecting rod neck moves. This fundamentally determines the kinematics of a three-stroke engine. In the section "essence of the invention" is already well described figure 1, and therefore it makes no sense to talk about it again. We only mention that it is precisely this kinematics that makes it possible, without changing the dimensions of the crank mechanism, to realize a 3-stroke cycle.

На фиг.2 показан вариант кинематики 3-тактного цикла - кинематика цикла «3+». Эта фигура также уже хорошо описана в предыдущем разделе, добавим только, что реализация его «в железо» целесообразна после освоения 3-тактного цикла, реализация цикла «3+» конструктивно похожа на 3-тактный цикл.Figure 2 shows a variant of the kinematics of the 3-cycle cycle - the kinematics of the cycle "3+". This figure is also well described in the previous section, we only add that its implementation in hardware is advisable after mastering the 3-cycle cycle, the implementation of the 3+ cycle is structurally similar to the 3-cycle cycle.

На фиг.3 показана индикаторная диаграмма, на которой совмещены диаграммы двухтактного цикла с 3-тактным циклом и с циклом «3+». О том, что в 3-тактном цикле есть прибавка в работе двухтактного цикла, что в цикле «3+» есть дополнительная прибавка к работе 3-тактного цикла, уже сказано в предыдущем разделе. Следует, однако, еще сказать, что показанное на фиг.3 совмещение верхних и нижних больших дуг разных циклов (особенно, если есть цикл «3+») не совсем корректно. Например, чем лучше охлаждение, тем нижняя дуга диаграммы будет ближе расположена к оси «X». Еще пример: использование цикла «3+» должно привести к поднятию верхней дуги и т д. Однако общая картина соотношения работ в цикле верна. Поясним что Р’ - это max. давление для цикла «3+» при сохраненных степени сжатия и избытка воздуха. Утверждение автора, что новый цикл в вопросе экономичности, по крайней мере, не хуже четырехтактного очевиден, так как выпуск, охлаждение, впуск, горение организуются в новом цикле так, чтобы это было не хуже, а по многим показателем даже лучше, чем в 4-тактном цикле. Единственное «но» нового цикла, это то, что для него надо иметь воздуха немного более чем для 4-тактного цикла. Если же новый цикл объединяется с турбокомпрессором, тогда вопрос о затратах на дополнительный расход воздуха снимется как не актуальный, т.е. все «станет на свои места». С какой мощности турбокомпрессор начнет давать положительный эффект? Этот вопрос надо исследовать отдельно. Общие соображения дают основание полагать, что здесь многое зависит даже от «мелочей».Figure 3 shows the indicator diagram, which combines the diagrams of a push-pull cycle with a 3-cycle cycle and with the cycle "3+". The fact that in the 3-cycle cycle there is an increase in the operation of the push-pull cycle, that in the “3+” cycle there is an additional increase in the operation of the 3-cycle cycle, is already mentioned in the previous section. However, it should also be said that the combination of the upper and lower large arcs of different cycles shown in Fig. 3 (especially if there is a “3+” cycle) is not entirely correct. For example, the better the cooling, the lower the arc of the diagram will be closer to the “X” axis. Another example: the use of the “3+” cycle should lead to a rise in the upper arc, etc. However, the general picture of the ratio of work in the cycle is correct. Let us explain that P ’is max. pressure for the “3+” cycle with stored compression ratio and excess air. The author’s claim that the new cycle in terms of efficiency is at least no worse than the four-stroke cycle is obvious, since exhaust, cooling, intake, and combustion are organized in a new cycle so that it is not worse, and in many respects even better than in 4 -stroke cycle. The only “but” of the new cycle is that it needs to have a little more air for it for a 4-cycle cycle. If the new cycle is combined with a turbocharger, then the question of the costs of the additional air flow will be removed as not relevant, i.e. everything "will fall into place." With what power will the turbocharger begin to produce a positive effect? This issue must be investigated separately. General considerations give reason to believe that much depends here even on “trifles”.

На фиг.4 показывается, что в цикле «3+» появляется возможность работать над улучшением среднеэффективного угла передачи силы от шатуна к кривошипу. Чем ближе угол между шатуном и кривошипом к 90 градусам, тем больше сила, направленная по касательной к окружности вращения, т.е. сила Т’ больше силы Т, так как cos90°=1. Если на большем косинусе иметь и большее давление в цилиндре, - это даст большую силу К (после 90° давление в цилиндре сильно падает). В таких суммарных условиях возрастает сила Т, направленная по касательной к окружности. Если увеличить длительность такта «3+», то расширение газа начинается позднее, однако, на увеличение длительности такта есть свои ограничения. Поэтому надо находить оптимальное соотношение двух разнонаправленных требований. Ясно одно: при наличии такта «3+» можно улучшить среднеэффективный угол передачи силы от шатуна к кривошипу.Figure 4 shows that in the cycle "3+" there is an opportunity to work on improving the average effective angle of transmission of power from the connecting rod to the crank. The closer the angle between the connecting rod and the crank to 90 degrees, the greater the force directed along the tangent to the circle of rotation, i.e. the force T ’is greater than the force T, since cos90 ° = 1. If you have a larger pressure in the cylinder on a larger cosine, this will give a greater force K (after 90 ° the pressure in the cylinder drops significantly). Under such total conditions, the force T directed along the tangent to the circle increases. If you increase the duration of the beat "3+", the expansion of the gas begins later, however, to increase the duration of the beat has its own limitations. Therefore, it is necessary to find the optimal ratio of two multidirectional requirements. One thing is clear: with a “3+” beat, you can improve the average effective angle of power transmission from the connecting rod to the crank.

На фиг.5 показывается один из вариантов возможного осуществления «в железе» того, о чем говорится в разделе «сущность изобретения». Дополним сказанное ранее в упомянутом разделе. Впускные щели в сечении А-А наклонены к плоскости головки поршня на угол α° для «прижима» воздуха (смеси) к канавкам (ребрам) на головке поршня (см. об этом описание фиг.8). Отдельно показан вариант установки щеки (поз.25) с использованием центрирующего конуса (поз.31) - это «вариант А» внизу левой стороны фиг 5. Номера позиций, которые пришлось повторить, имеют на чертеже как дополнение букву А. На фиг.5 показано, как уплотнить полости обкатки в неподвижной вставке и в крышках, а также показано уплотнение кулисного паза. Показанные на фигуре подача и слив масла, наддув герметизированной полости воздухом не надо понимать как детальное изображение конструкторского решения - это для автора лишь удобный способ выражения своей мысли о необходимости не только смазки, но и наддува. Автор, вообще, не ставил своей целью показать на фиг.5 все, что необходимо для двигателя. На фиг.5, в основном, отражены принципиальные моменты не типовых решений, применение которых в новом двигателе неизбежно.Figure 5 shows one of the options for the possible implementation of the "iron" of what is mentioned in the section "Summary of the invention". Let us supplement what was said earlier in the mentioned section. The inlet slots in section AA are inclined to the plane of the piston head by an angle α ° for “clamping” the air (mixture) to the grooves (ribs) on the piston head (see the description of FIG. 8). The installation option for the cheek (pos. 25) using the centering cone (pos. 31) is separately shown — this is “option A” at the bottom left of Fig. 5. The position numbers that had to be repeated have the letter A as an addition. In Fig. 5 shows how to seal the break-in cavities in the fixed insert and in the covers, and also shows the rocker groove seal. The oil supply and discharge shown in the figure, the pressurization of the sealed cavity with air do not need to be understood as a detailed image of the design solution - this is for the author only a convenient way of expressing his thoughts about the need for not only lubrication, but also pressurization. The author, in general, did not set as his goal to show in FIG. 5 everything that is necessary for the engine. Figure 5, mainly reflects the fundamental points of non-standard solutions, the use of which in a new engine is inevitable.

На фиг.6 изображен вариант использования обкатки для решений, показанных ранее на фиг.5. Появление фиг.6 вызвано необходимостью показать, что если мощные подшипники при обкатке кулачка (кулачкового паза) не вписываются в геометрию щеки, то можно использовать способ установки «люлька». Для предотвращения проворачивания в щеке поверхности «Н» шейки выполняются плоскими (см. также сечение С-С на фиг.5).FIG. 6 illustrates a use case for running in for the solutions shown previously in FIG. 5. The appearance of Fig.6 is caused by the need to show that if powerful bearings during the running of the cam (cam groove) do not fit into the geometry of the cheek, then you can use the installation method "cradle". To prevent cranking in the cheek of the “H” surface, the necks are made flat (see also section CC in FIG. 5).

На фиг.6 показан вариант уплотнения полости обкатки с использованием сильфона как основы для закрытия полостей и для прижима герметизирующего кольца (поз.34).Figure 6 shows a variant of sealing the running-in cavity using a bellows as the basis for closing the cavities and for pressing the sealing ring (key 34).

На фиг.7 показан вариант устройства для обкатки внутреннего кулачка (узел с названием «шекапод»). На фигуре вместо паза (как это изображено на фиг.5 и 6) показана обкатка внутреннего кулачка. Для разгрузки контактной зоны обкатки траектории движения шейки шатуна применено плавающее водило (поз.41), что дает возможность даже в условиях разной геометрии частей траекторий дополнительному подшипнику (поз.49) разгружать основной подшипник. Упомянутое выше «водило» ставится между шатуном и щекой механизма. Между подшипниками стоит пружина, которая, разжимая их, заставляет оба подшипника одновременно работать. При изменении траектории движения дополнительный подшипник все равно нагружается, потому что «водило» может «плавать» по радиусу. Для обеспечения возможности разборки узла щека и средняя часть коленчатого вала выполнены раздельно, а при их сборке применены призонные болты и стяжные болты с конусными вставными втулками с углом 2α°, меньшим угла самоторможения (см. поз.55). Идея узла «шекапод» заключается в установке щеки во внутреннее пространство кулачка (совмещение плоскостей щеки и кулачка) и применении плавающего водила для разгрузки контактных зон.7 shows a variant of the device for running in the inner cam (node with the name "shekapod"). In the figure, instead of a groove (as shown in FIGS. 5 and 6), a break-in of the inner cam is shown. To unload the contact zone of the run-in of the connecting rod journal trajectory, a floating carrier (pos. 41) is used, which makes it possible even under different geometry of the trajectory parts to additional bearing (pos. 49) to unload the main bearing. The “carrier” mentioned above is placed between the connecting rod and the cheek of the mechanism. Between the bearings there is a spring, which, unclenching them, makes both bearings work simultaneously. When the trajectory changes, the additional bearing is still loaded, because the “carrier” can “float” along the radius. To ensure the possibility of disassembling the knot, the cheek and the middle part of the crankshaft are made separately, and during their assembly, tight bolts and coupling bolts with taper insert sleeves with an angle of 2 ° less than the self-braking angle were used (see pos. 55). The idea of the “shekapod” unit is to install the cheek in the inner space of the cam (combining the planes of the cheek and cam) and use a floating carrier to unload the contact zones.

На фиг.7 показан один из возможных способов реализации этой идеи. По близким конструкторским решениям к тому, что показано на фиг.7, можно выполнить узлы, где число подшипников будет более двух.Figure 7 shows one of the possible ways to implement this idea. By close design decisions to what is shown in Fig. 7, it is possible to make units where the number of bearings will be more than two.

При небольшом изменении узла щека и средняя часть коленвала (поз.46) могут стать единой деталью; это изменение должно определятся уровнем технологии и стойкостью поверхности обкатки. Внутреннюю неподвижную кулачковую поверхность, на фиг.7 обозначенную как поверхность обкатки, можно конструктивно трансформировать и в наружную кулачковую поверхность, или в то и в другое сразу в качестве разнесенного в разные плоскости кулачкового паза (при этом несколько изменятся конструкция узла).With a slight change in the node of the cheek and the middle part of the crankshaft (key 46) can become a single part; this change should be determined by the level of technology and the resistance of the break-in surface. The inner fixed cam surface, indicated in FIG. 7 as the run-in surface, can be structurally transformed into the outer cam surface, or both immediately as spaced apart in different planes of the cam groove (the design of the assembly will change somewhat).

Размер (в+в’)=S (ход поршня). Размер (в-в’) определяет время такта остановки поршня. Усилие соединения щеки и центральной части промежуточной опоры должно тарироваться. Крайние механизмы «щекапод» аналогичны механизмам, показанным на фиг.7, но без всего того, что связано с промежуточной опорой.Size (in + in ’) = S (stroke). Size (in-’) determines the stroke time of the piston stop. The joint force of the cheek and the central part of the intermediate support must be calibrated. The extreme mechanisms of the "cheeks" are similar to the mechanisms shown in Fig.7, but without all that is associated with an intermediate support.

На фиг.8 показан разрез по ребрам головки поршня и по цилиндру (во время остановки поршня). Эта фигура весьма существенна, так как дает возможность показать принципиальные преимущества длительной остановки поршня при решении вопросов продувки, теплообмена, впуска и организации смесеобразования. В самом деле, когда поршень движется, и это изменяет объем газа, трудно стабилизировать происходящие процессы, а когда он остановлен, картина протекающих процессов должна стабилизироваться значительно легче и быстрее. По этой причине качество тепло- и газообмена в цикле должно возрасти, что является важнейшими предпосылками для повышения экономичности двигателя и улучшения экологии выхлопа. Без проведения экспериментов трудно предлагать картину расположения ребер поршня и их высоту для хорошего охлаждения поршня, трудно рекомендовать число и места расположения форсунок для создания между ребрами и над поршнем разного коэффициента избытка воздуха (для цикла ОТТО), но с чего-то надо начать. На фиг.8 через впускной клапан (поз. 29) воздух подается сначала (через полость расположенную между цилиндром (поз.2) и впускным кольцом (поз.58)) для продувки и охлаждения, и только потом впрыскивается топливо под ребра поршня. Показано, что, применяя несколько форсунок, можно добиться над поршнем разной величины а (коэффициента избытка воздуха).On Fig shows a section along the ribs of the piston head and along the cylinder (while stopping the piston). This figure is very significant, as it makes it possible to show the fundamental advantages of a long stop of the piston when solving issues of blowing, heat transfer, inlet and organization of mixture formation. In fact, when the piston moves, and this changes the volume of the gas, it is difficult to stabilize the ongoing processes, and when it is stopped, the picture of the ongoing processes should stabilize much easier and faster. For this reason, the quality of heat and gas exchange in the cycle should increase, which are the most important prerequisites for increasing the efficiency of the engine and improving the ecology of the exhaust. Without experiments, it is difficult to offer a picture of the location of the piston ribs and their height for good cooling of the piston, it is difficult to recommend the number and location of the nozzles to create between the ribs and above the piston a different coefficient of excess air (for the OTTO cycle), but you need to start somewhere. In Fig. 8, through the inlet valve (key 29), air is first supplied (through the cavity located between the cylinder (key 2) and the inlet ring (key 58)) for purging and cooling, and only then fuel is injected under the piston ribs. It is shown that, using several nozzles, one can achieve different values of a (excess air coefficient) over the piston.

На головке поршня выполнены перегородки, дающие возможность при остановке поршня его охладить и сформировать (в цикле «ОТТО») над поршнем послойную смесь (с разными коэффициентами избытка воздуха).Partitions are made on the piston head, which make it possible to cool it and to form (in the “OTTO” cycle) a layered mixture (with different coefficients of excess air) above the piston when the piston stops.

На фиг.9 и 10 показана одна из возможностей применения 3-тактного цикла в варианте 2 (см. ранее сказанное в разделе «сущность изобретения»). Стало возможным без применения прицепных шатунов устанавливать цилиндры звездой, уменьшать без каких-либо специальных механизмов редуцирования в несколько раз выходные обороты вала отбора мощности.Figures 9 and 10 show one of the possibilities of using a 3-cycle cycle in option 2 (see earlier said in the section "summary of the invention"). It became possible without the use of trailed connecting rods to install the cylinders with a star, to reduce the output revolutions of the power take-off shaft several times without any special reduction mechanisms.

Рассмотрим, как это можно сделать. Чтобы, например, установить по окружности вращения кривошипа два цилиндра с центрально расположенными кривошипно-шатунными механизмами и с осями, которые продолжают друг друга, разделим окружность щеки на 24 части (по 15°). Вверху для первого цилиндра радиусом, равным радиусу кривошипа, из центра оси поршневого пальца в его нижнем положении проведем среднюю линию неподвижного кулачкового паза (она же линия вращения шатуна первого цилиндра). Внизу для второго цилиндра повторим построение, показывая его длинным пунктиром.Consider how this can be done. To, for example, install two cylinders with a centrally located crank mechanism and with axes that extend each other around the circumference of rotation of the crank, we divide the cheek circumference into 24 parts (15 ° each). At the top for the first cylinder with a radius equal to the radius of the crank, from the center of the axis of the piston pin in its lower position, we draw the middle line of the fixed cam groove (it is the rotation line of the connecting rod of the first cylinder). Below, for the second cylinder, we repeat the construction, showing it with a long dotted line.

При построении совершенно не обязательно разбиение оси окружности кривошипа на 24 части и приравнивание «радиуса» шатуна к радиусу кривошипа, но так удобно для объяснения. Чем чаще разбиение, тем точнее строятся профили кривых. Внутри линии вращения шатуна оказалось 90° окружности с центром в точке «О», которая разбита на 6 частей. Оставшиеся 270° окружности с наружи линии вращения шатуна разбиты на 18 частей. Разобьем саму линию вращения шатуна на 18 одинаковых частей, т.е. половину этой линии на 9 частей. Через точки последнего разбиения проведем окружности, с центром в точке «О». Это разбиение с помощью окружностей считаем неподвижной сеткой, по которой будет вращаться щека кривошипа. Напоминаем, что шейка шатуна обкатывает неподвижный замкнутый кулачковый паз Т0-В-18-А-Т0, что точки Т0 и Т6 принадлежат вращающейся щеке, неподвижной сетке разбиения, неподвижному кулачковому пазу, что при обкатке нижней части кулачка шейка одновременно с обкатным движением перемещается в кулисном пазе щеки, что при обкатке верхней части кулачкового паза шейка неподвижна в щеке (сказанное следует из ранее рассмотренной фиг.1).When constructing, it is absolutely not necessary to split the axis of the crank circle into 24 parts and to equate the “radius” of the connecting rod to the radius of the crank, but it’s so convenient for explanation. The more often the partition, the more accurately the curve profiles are built. Inside the line of rotation of the connecting rod there was a 90 ° circle centered at point “O”, which is divided into 6 parts. The remaining 270 ° of the circle from the outside of the connecting rod rotation line is divided into 18 parts. Let us divide the connecting rod rotation line itself into 18 identical parts, i.e. half of this line into 9 parts. We draw circles through the points of the last partition, centered at the point “O”. We consider this partition using circles to be a fixed grid along which the cheek of the crank will rotate. We remind you that the connecting rod neck rolls around the fixed closed cam groove T0-B-18-A-T0, that the points T0 and T6 belong to the rotating cheek, the fixed mesh, the fixed cam groove, and when the lower part of the cam is run in, the neck moves simultaneously into the rolling motion rocker groove of the cheek that when running the upper part of the cam groove the neck is motionless in the cheek (the above follows from the previously discussed figure 1).

Далее приведем следующие рассуждения: Если средние линии обеих неподвижных кулачковых пазов условно спроектировать на щеку, то на щеке получится фигура с симметричным повтором через 180° (это 12 частей сетки). У такой фигуры через каждые 12 частей верхние части станут нижними и наоборот. Теперь внимание! Если мы создадим кулисный паз и неподвижный кулачок так, чтобы через каждые 12 частей приводить шатунную шейку в начальное положение, то эта шейка следующий раз уже будет иметь возможность использовать линии на щеке, которые ранее использовала шейка другого шатуна. Для этого надо, чтобы шейка шатуна за 6 делений сетки (6×15°=90°) переместилась в щеке (по кулисному пазу) из начала текущей линии вращения шатуна (обозначили ее Т0) в начало последующей линии вращения шатуна (обозначили ее Т6) и чтобы при этом точка Т6 щеки вследствие одновременного с этим перемещением поворота самой щеки на 90° стала бы уже находится в позиции 18-го деления сетки. Выполнение сказанного означало бы, что шейка, одновременно принадлежащая щеке и неподвижному кулачковому пазу, синхронно прошла кулисный паз щеки и обкатала нижнюю часть траектории неподвижного кулачкового паза «Т0-18» (через точку «В»), и что теперь она будет готова пройти его верхнюю часть (из точки 18 в точку Т0, через точку «А»). Если теперь мы продолжим вращение щеки еще на 6 делений сетки (такты сжатия и рабочего хода), то точка Т6 кулисного паза щеки вместе с шейкой, которая на данный момент будет в ней неподвижна, снова придет, как уже сказано выше, из позиции 18 сетки в поз. Т0 сетки. Итак, цикл закончился за 12 делений. Это означает, что без специальных редукционных механизмов выходные обороты коленвала будут уменьшены в 2 раза. Автор не проводил специального исследования и не знает, какое КПД у этого редуцирования. Все сказанное становится возможным только, когда средняя линия вращения шатуна расположена полностью выше горизонтальной оси кривошипа.Next, we give the following reasoning: If the middle lines of both fixed cam grooves are conventionally designed on the cheek, then a figure with a symmetrical repetition through 180 ° will be obtained on the cheek (these are 12 parts of the grid). In such a figure, every 12 parts the upper parts will become lower and vice versa. Now attention! If we create a rocker groove and a fixed cam so that every 12 parts bring the connecting rod neck to its initial position, then this neck will next time have the opportunity to use the lines on the cheek that the neck of the other connecting rod previously used. For this, it is necessary that the connecting rod neck for 6 grid divisions (6 × 15 ° = 90 °) moves in the cheek (along the rocker groove) from the beginning of the connecting rod's current rotation line (designated T0) to the beginning of the subsequent connecting rod rotation line (designated T6) and so that the point T6 of the cheek, due to the simultaneous movement of the turn of the cheek by 90 °, would already be in the position of the 18th grid division. Fulfillment of the aforesaid would mean that the neck, which simultaneously belongs to the cheek and the fixed cam groove, synchronously passes the rocker groove of the cheek and runs around the lower part of the trajectory of the fixed cam groove “T0-18” (through point “B”), and that now it will be ready to go through it the upper part (from point 18 to point T0, through point "A"). If now we continue the rotation of the cheek for 6 more grid divisions (compression and working strokes), then the point T6 of the rocker groove of the cheek together with the neck, which will be at that moment stationary in it, will again come, as was said above, from position 18 of the grid in pos. T0 grid. So, the cycle ended in 12 divisions. This means that without special reduction gears, the output speed of the crankshaft will be reduced by 2 times. The author has not conducted a special study and does not know what efficiency this reduction has. All of the above becomes possible only when the middle line of rotation of the connecting rod is located completely above the horizontal axis of the crank.

Теперь пора начать построение средней линии кулисного паза в щеке коленвала - паза, который бы сделал выше сказанное. Если каждые 15° разбить еще на три равные части, то точки кулисного паза строятся достаточно точно, но мы этого делать не станем, чтобы не утомлять того, кто читает написанное здесь. Будем сроить всего 6 точек кулисного паза, т.е. через каждые 15° поворота коленвала (15×6=180). Начало построения - точка нуль сетки (как мы обозначили уже выше, точка «Т0») Эта точка - общая для кулачкового и кулисного паза. Когда коленвал повернется на 15°, то мы окажемся в точке 1. Из точки 1 спускаемся по радиусу на третью окружность (не считая исходной). По этой окружности движемся вверх до пересечения с проекцией средней линии неподвижного кулачкового паза на щеке (точка « Т1'»), от этой точки продолжим начатое движение еще на 15° (одно исходное деление). Обозначим построенную точку Т1 кулисного паза. Данным построением мы однозначно заставим подвижную шейку шатуна из исходной точки Т0 сетки, которую она занимает в этот момент, перемещаясь по кулисному пазу щеки в направлении точки Т1, прийти за время поворота щеки на 1 деление сетки в точку « Т1'» неподвижного кулачкового паза, который шейка обкатывает. Из сказанного видно, что шейка сумела одновременно переместится в кулисном пазе в точку Т1 и обкатать кулачковый паз до точки « Т1'». Для построения точки Т2 кулисного паза точно так, как ранее для точки Т1, от точки 2 по радиусу спустимся на 6-ю (на 3 более) окружность. Далее двигаемся до пересечения с проекций средней линии кулачкового паза, а от этой точки двинемся еще на 30° (2-а деления). Для построения точки Т3 из точки 3 движемся на 9 окружность, двигаемся по окружности до пересечения с проекцией средней линии кулачкового паза и продолжим это движение на 45° (3-деления); здесь мы не пересечем, а только коснемся самой маленькой окружности (это точка перегиба). Точка Т4 - это симметричное отображение точки Т2 относительно линии, проходящей через точку Т3 и соединяющей точки 6 и 18 (тчк. Т4 отстоит от проекции на 4-е деления). Тчк Т5 - симметрия тчк. Т1, а тчк. Т6 - симметрия тчк. Т0. Нами построена траектория движения оси первой шейки в кулисном пазе щеки.Now it's time to start building the middle line of the rocker groove in the cheek of the crankshaft - a groove that would do the above. If every 15 ° is divided into three equal parts, then the points of the rocker groove are built quite accurately, but we will not do this so as not to tire anyone who reads what is written here. We will build only 6 points of the rocker groove, i.e. every 15 ° of crankshaft rotation (15 × 6 = 180). The beginning of construction is the zero point of the grid (as we have already indicated above, the point “T0”) This point is common for the cam and rocker groove. When the crankshaft rotates 15 °, we will be at point 1. From point 1 we descend along the radius to the third circle (not counting the original). Along this circle we move up to the intersection with the projection of the middle line of the fixed cam groove on the cheek (point "T1 '"), from this point we continue the movement we have begun another 15 ° (one initial division). Denote the constructed point T1 of the rocker groove. With this construction, we will definitely make the moving neck of the connecting rod from the starting point T0 of the mesh, which it occupies at that moment, moving along the rocker groove of the cheek in the direction of the point T1, come during the turn of the cheek by 1 division of the mesh to the point “T1 '” of the fixed cam groove, which the neck runs in. From what has been said, it is clear that the neck managed to simultaneously move in the rocker groove to point T1 and break in the cam groove to the point "T1 '". To build the T2 point of the rocker groove in exactly the same way as before for the T1 point, from the point 2 along the radius we go down to the 6th (3 more) circle. Next, we move to the intersection with the projections of the midline of the cam groove, and from this point we will move another 30 ° (2 divisions). To build point T3 from point 3, we move to the 9th circle, move around the circle until it intersects with the projection of the midline of the cam groove and continue this movement by 45 ° (3-divisions); here we will not cross, but only touch the smallest circle (this is the inflection point). Point T4 is a symmetric display of point T2 relative to a line passing through point T3 and connecting points 6 and 18 (point. T4 is separated from the projection onto the 4th division). Point T5 - point symmetry. T1, but a point. T6 - point symmetry. T0. We have constructed the trajectory of the axis of the first neck in the rocker groove of the cheek.

Аналогично строится ось второго кулисного паза для второго цилиндра, который на фиг. 9 показан пунктиром (разумеется, эта траектория - симметрия первой траектории). Линия «А-В» на фигуре - ход поршня. От точки 18 до точки А - такт сжатия; от тчк. А до тчк. Т0 - рабочий ход. В реальном двигателе между кулисной линией и окружностью «точка 18÷ точка Т0» должно быть сопряжение.The axis of the second rocker groove for the second cylinder, which in FIG. 9 is shown by a dashed line (of course, this trajectory is the symmetry of the first trajectory). Line "AB" in the figure is the piston stroke. From point 18 to point A - compression stroke; from point. And to the point. T0 - working stroke. In a real engine, between the rocker line and the circle “point 18 ÷ point T0” there should be a pairing.

Показанный на фиг. 9 парный кривошип не очень наглядно показывает возможность установки цилиндров звездой, вызывает вопросы о том, как разместятся реальные поверхности, а не их оси. Поэтому появилась фиг. 10, где вопросы эти отпадают сами собой, где показано, как установить звездой четыре цилиндра в четверной кривошип «МАТФЕИ». Четверной кривошип строится, если изменить симметрию парного кривошипа, равную 180°, на симметрию 90°, т.е. изменить разноску шеек шатунов, а значит и осей цилиндров, по окружности. Построение проводится по принципам, изложенным при описании фиг. 9. Можно построить и тройную звезду (другая разноска по окружности) и звезду с числом цилиндров более 4. Все это означает, что между парой щек можно устанавливать более одного кривошипа. Как вариант, можно выполнить кулисные пазы с двух сторон щеки, тогда на разных сторонах щек цилиндры смогут работать в разных тактах (улучшение равномерности хода). Однако углубляться сейчас в возможные компоновки нет смысла. Это вопрос будущего, если 3-тактный цикл «пойдет». Чтобы этот цикл «пошел» в варианте, когда (см фиг. 10) шатунная шейка не пересекает и не касается плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, в котором движется шатун этой шейки, плоскости, в которой обязана еще лежать ось коленчатого вала, требуются дополнительные исследования. Требуется исследовать вопрос оптимального соотношения длин шатунов и радиуса кривошипа, оптимальное соотношение градусов чистого вращения шатуна и градусов рабочего хода (сжатия), исследовать вопросы дезаксиального расположения оси кривошипа и т.д.Shown in FIG. 9 a paired crank does not very clearly show the possibility of installing cylinders with a star, raises questions about how real surfaces will be placed, and not their axis. Therefore, FIG. 10, where these questions disappear by themselves, where it is shown how to install four cylinders in the quadruple crank “MATPHEI” with a star. A quad crank is constructed if the symmetry of the paired crank equal to 180 ° is changed by 90 ° symmetry, i.e. change the posting of the necks of the connecting rods, and therefore the cylinder axes, around the circumference. The construction is carried out according to the principles set forth in the description of FIG. 9. You can build a triple star (another circumferential posting) and a star with the number of cylinders more than 4. All this means that between the pair of cheeks you can install more than one crank. Alternatively, you can make rocker grooves on both sides of the cheek, then on different sides of the cheeks the cylinders will be able to work in different beats (improving the uniformity of stroke). However, it’s pointless to go deep into possible layouts now. This is a matter of the future if a 3-cycle cycle "goes". In order for this cycle to “go” in the case when (see Fig. 10) the connecting rod journal does not intersect and does not touch the plane perpendicular to the axis of the cylinder in which the connecting rod of this journal moves, the plane in which the crankshaft axis must still lie, additional studies are required . It is required to study the question of the optimal ratio of the lengths of the connecting rods and the radius of the crank, the optimal ratio of the degrees of pure rotation of the connecting rod and the degrees of the stroke (compression), to study the issues of the deaxial arrangement of the axis of the crank, etc.

Нам следует еще рассмотреть характерные линии фиг. 9. Дуга окружности С-С (показана штрихпунктиром и лежит полностью ниже горизонтальной оси кривошипа) - это линия вращения шатуна, когда на ней и ниже кулисный паз в щеке будет полностью прямолинеен и возможно создание 3-тактного двигателя по 1-му варианту, который рассмотрен нами на фиг. 1, 2, 5, 7. Дуга «С-С» делит один оборот кривошипа ровно на 4 равные угловые части: рабочий ход, выпуск, впуск, сжатие. Аналогичная дуга «С-С» - это линия вращения шатуна, когда на углах вращения кривошипа β и β' еще сохранится прямолинейный кулисный паз, а на остальных углах, расположенных ниже их, паз выливается в точку. Выше линии «С-С» частично уже появляются криволинейные участки кулисного паза, и теоретически возможно создание 3-тактного двигателя по 2 варианту, который и рассмотрен при описании фиг. 9 и 10. Об этих вариантах мы уже не раз говорили (см., например, начало раздела «сущность изобретения»), а теперь мы обозначили их теоретические границы.We should also consider the characteristic lines of FIG. 9. The arc of a circle CC (shown by a dash-dotted line and lies completely below the horizontal axis of the crank) is the connecting line of the connecting rod, when on it and below the rocker groove in the cheek will be completely straight and it is possible to create a 3-stroke engine according to the 1st variant, which examined by us in FIG. 1, 2, 5, 7. Arc “CC” divides one crank revolution into exactly 4 equal angular parts: working stroke, exhaust, intake, compression. A similar arc "CC" is the connecting line of the connecting rod, when at the angles of rotation of the crank β and β 'the rectilinear rocker groove is still preserved, and at the other angles below them, the groove spills into a point. Above the “C-C” line, curved sections of the rocker groove are partially already appearing, and it is theoretically possible to create a 3-stroke engine according to option 2, which is considered in the description of FIG. 9 and 10. We have already spoken about these options more than once (see, for example, the beginning of the section “the essence of the invention”), and now we have outlined their theoretical boundaries.

На фиг. 11 показано наименование позиций (деталей), указанных ранее на фигурах.In FIG. 11 shows the name of the positions (parts) indicated previously in the figures.

При анализе описания было выяснено, что фиг. 9 недостаточно для понимания кинематики двигателя в варианте, который эта фиг. 9 отображает. Поэтому автор разработал дополнительно фиг. 12 как пояснение фиг. 9. Все что уже было сказано при описании фиг. 9, здесь (при описании фиг. 12) повторяться не будет. ДополнительноIn analyzing the description, it was found that FIG. 9 is not enough to understand the kinematics of the engine in the embodiment that this FIG. 9 displays. Therefore, the author further developed FIG. 12 as an explanation of FIG. 9. All that has already been said in the description of FIG. 9, here (in the description of FIG. 12) will not be repeated. Additionally

говорится ниже следующее. На фиг. 12 показано положение звеньев механизма (или отдельных его точек) при разных углах поворота коленвала. На фигуре 12 показано 3-й рисунка (рис. I, II, III). На рис. I и рис. II поршень неподвижен, а шатун с шейкой вращается около оси поршневого пальца. Разделение на первый и второй рисунок дано, чтобы наглядней были видны положения кулисного паза в щеке относительно неподвижной разметочной сетки 0 24, связанной с неподвижным кулачком, по которому выполняется обкатка, а также положение других звеньев механизма. За исходную позицию взято положение крайних точек паза щеки в позициях 0-12 сетки выпуклостью вверх на чертеже (показано жирной линией Tl-Т6). Паз в щеке и шатун одной позиции обозначены одинаковой линией (сплошной или пунктирной, или штрихпунктирной с 1-ой точкой, или с 2-мя точками). Второй паз в щеке, необходимый для организации непрерывной работы двигателя, обозначен штрихпунктирной линией с 3-мя точками. Наличие второго паза в каждой щеке дает доп. возможность поставить 2-й цилиндр, который будет работать с этими же пазами одной и той же пары щек. На рис. 1 показаны 4 позиции (начальная, затем через 15° поворота коленвала, через 30°, через 45° поворота коленвала). На рис. II показаны еще три позиции при повороте коленвала на (60, 75 и 90)°. Хорошо видно, что за указанные 90° поворота коленвала, точка Т6 паза щеки из позиции 12 сетки пришла в позицию 18 сетки и одновременно шатун, вращаясь по линии 0-18 неподвижной кулачковой поверхности (она же сетка), через последовательные позиции Т0÷Т6 паза щеки, пришел туда же. Т.е. когда паз щеки повернулся, вместе с коленвалом как неотъемлемая часть коленвала, на 90°, то за это же время шатун оказался в поз. 18 сетки, начав движение из поз. 0. Легко подсчитать, что между поз. 0 и 18 расположено 270°.The following is stated below. In FIG. 12 shows the position of the links of the mechanism (or its individual points) at different angles of rotation of the crankshaft. The figure 12 shows the 3rd figure (Fig. I, II, III). In fig. I and fig. II piston is stationary, and the connecting rod with the neck rotates around the axis of the piston pin. The division into the first and second figure is given so that the position of the rocker groove in the cheek with respect to the fixed marking grid 0 24 associated with the fixed cam used for running-in, as well as the position of other links of the mechanism, are more clearly visible. The initial position is the position of the extreme points of the cheek groove at positions 0-12 of the grid with a bulge up in the drawing (shown by the thick line Tl-T6). The groove in the cheek and the connecting rod of one position are indicated by the same line (solid or dotted, or dash-dotted with a 1st point, or with 2 points). The second groove in the cheek, necessary for the organization of continuous operation of the engine, is indicated by a dash-dot line with 3 points. The presence of a second groove in each cheek gives extra. the ability to put a 2nd cylinder, which will work with the same grooves of the same pair of cheeks. In fig. 1 shows 4 positions (initial, then after 15 ° crankshaft rotation, through 30 °, after 45 ° crankshaft rotation). In fig. II, three more positions are shown when the crankshaft is rotated by (60, 75 and 90) °. It is clearly seen that for the indicated 90 ° rotation of the crankshaft, the point T6 of the groove of the cheek from position 12 of the grid came to position 18 of the grid and at the same time the connecting rod, rotating along line 0-18 of the fixed cam surface (it is the grid), through successive positions T0 ÷ T6 of the groove cheeks, came there too. Those. when the groove of the cheek turned, together with the crankshaft as an integral part of the crankshaft, by 90 °, then during this time the connecting rod was in pos. 18 grids, starting the movement from pos. 0. It is easy to calculate that between pos. 0 and 18 located 270 °.

На рис. III показано, как паз щеки (полностью отслеживается, для удобства, только положение одной точки щеки, точки Т6) перемещаясь, опять же вместе с коленвалом, поворачивается еще на 90° и пройдя в целом 180° становится на чертеже по линии 0-12 выпуклостью вниз. На этом же рис. III видно, что шейка шатуна, после окончания чистого (без плоскопараллельного переноса) вращения около оси поршневого пальца переходит со второго профиля обкатываемой поверхности на первый участок профиля, что означает прекращение перемещения шейки в кулисном пазе щеки. Это значит, что шатун начнет традиционное перемещение к ВМТ, а поршень сжимать газ. После 45° градусов сжатия выполнятся еще 45° такта рабочий ход, и шейка шатуна оказывается в исходной позиции, в точке 24 (она же 0) сетки. Шатун на весь цикл затратил 180° угла поворота коленвала и готов цикл повторить, но при повторе шейка шатуна уже будет двигаться не пазу, который на фиг. 12 показан жирной линией, а по пазу, который показан штрихпунктирной линией с 3-мя точками. Т.е. доказано, что полный цикл двигателя завершен за пол-оборота коленвала. А это редукция! Только когда двигатель еще раз совершит свой замкнутый цикл, тогда лишь коленвал повернется на полный оборот, а паз, выделенный жирной линией, займет исходную позицию. Таким образом, доказано, что за один оборот коленвала выполниться два 3-тактных цикла.In fig. III shows how the groove of the cheek (completely tracked, for convenience, only the position of one point of the cheek, point T6) moving, again with the crankshaft, rotates another 90 ° and after a total of 180 ° it becomes convex in the drawing along line 0-12 way down. On the same pic. III it can be seen that the neck of the connecting rod, after the end of the clean (without plane-parallel transfer) rotation around the axis of the piston pin, passes from the second profile of the rolling surface to the first section of the profile, which means stopping the movement of the neck in the rocker groove of the cheek. This means that the connecting rod will begin the traditional movement to TDC, and the piston to compress the gas. After 45 ° degrees of compression, another 45 ° stroke of the working stroke will be performed, and the neck of the connecting rod will be in the starting position, at point 24 (aka 0) of the grid. The connecting rod has spent 180 ° of the crankshaft rotation angle for the whole cycle and is ready to repeat the cycle, but with a repeat, the connecting rod neck will no longer move in the groove, which in FIG. 12 is shown by a bold line, and along the groove, which is shown by a dash-dot line with 3 dots. Those. It is proved that the full engine cycle is completed in half a revolution of the crankshaft. And this is a reduction! Only when the engine once again completes its closed cycle, then only the crankshaft will turn a full turn, and the groove highlighted in bold will take its original position. Thus, it is proved that for one revolution of the crankshaft, two 3-stroke cycles are performed.

Для более четкого понимания, почему автор называет цикл 3-тактным, а не 2-тактным с остановкой поршня, необходима фиг. 13, где доказывается, что правильное название цикла - 3-тактный. На фиг. 13 показана круговая диаграмма предлагаемого заявкой цикла. Показано, что если исходить из традиционного определения такта как хода поршня из одного крайнего положения в другое, то за один оборот коленвала, который он делает за весь цикл, между 2-мя ходами поршня, равными ≈ по 120° каждый, остаются еще 120° угла поворота коленвала, на которых нет хода поршня. С одной стороны, получается, что, если слепо следовать выше приведенному определению такта, то эти последние 120° и не такт вовсе.For a clearer understanding of why the author calls the cycle 3-stroke rather than 2-stroke with the piston stopped, FIG. 13, where it is proved that the correct name of the cycle is 3-stroke. In FIG. 13 shows a pie chart of a proposed application cycle. It is shown that if we proceed from the traditional definition of a stroke as a piston stroke from one extreme position to another, then for one revolution of the crankshaft that it makes for the whole cycle, between 2 piston strokes equal to ≈ 120 ° each, another 120 ° remain angle of rotation of the crankshaft, on which there is no piston stroke. On the one hand, it turns out that if you blindly follow the above definition of tact, then these last 120 ° are not tact at all.

Но, с другой стороны, согласно также общепринятому положению, такие рабочие процессы как впуск и выпуск происходят всегда в каком-либо такте. Для того и понадобилось новое слово такт, чтобы заменить комплекс слов: ход поршня и раб. процессы в нем. Если бы это было не так, то и нужды в новом слове не было бы,But, on the other hand, according to the generally accepted position, such work processes as inlet and outlet always occur at any beat. For this, a new word tact was needed to replace the complex of words: piston stroke and slave. processes in it. If this were not so, then there would be no need for a new word,

достаточно было бы слова ход. На фиг. 13 видно, что в заявке предложен цикл, когда за счет изменения кинематики 2-тактного цикла, рабочие процессы идут вне такта (не при движении поршня, а при его остановке). Возникает противоречие. Это противоречие надо как-то устранять! Если, например, назвать новый цикл 2-тактным с остановкой, то противоречие все равно не будет устранено, так как, повторяюсь, вне такта рабочие процессы идти не должны. Остаются только два способа разрешения противоречия: или допустить, что такт определятся не только ходом поршня, а любым его кинематическим элементом (их может быть только два: ход и остановка), или допустить, что рабочие процессы вне такта - это нормальное явление. Автор считает, что первое решение лучше. Если присмотреться, то видно, что два разных кинематических состояния поршня всегда были и есть в любом ДВС. Всегда есть кратковременная остановка поршня как в НМТ, так и в ВМТ, но ими, ввиду их малости, пренебрегали. Сейчас положение изменилось: длительности хода и остановки сравнялись. Как бы мы «не выкручивались», рано или поздно этот факт надо верно осмыслить, и временный выход с разрешением идти рабочим процессам вне такта, будет пересмотрен как не логичный. Действительно, зачем тогда вообще нужно это определение «такт», если оно не действует на всех углах поворота коленвала и без него можно обойтись, сказав, например: первое движение, второе движение, остановка, третье движение и т.д. Даже само перечисление кинематических состояний поршня, которое только что выполнено, и логическое встраивание в этот ряд слова остановка, говорит о том, что необходимо какое-то общее определение слов этого ряда. Это и есть слово «такт» в его расширенном понимании.the word move would be enough. In FIG. 13 it can be seen that the cycle is proposed in the application, when due to changes in the kinematics of the 2-cycle cycle, work processes go out of cycle (not when the piston moves, but when it stops). There is a contradiction. This contradiction must be somehow eliminated! If, for example, a new cycle is called 2-cycle with a stop, then the contradiction will still not be eliminated, since, I repeat, work processes should not go out of tact. There are only two ways to resolve the contradiction: either to admit that the cycle is determined not only by the stroke of the piston, but by any kinematic element (there can be only two of them: move and stop), or to admit that work processes outside the cycle are normal. The author believes that the first solution is better. If you look closely, you can see that two different kinematic states of the piston have always been and are in any ICE. There is always a short stop of the piston both at the BDC and at the TDC, but they, because of their smallness, were neglected. Now the situation has changed: the duration of the run and the stops are equal. No matter how we "get out," sooner or later this fact must be correctly understood, and a temporary exit with permission to go to work processes outside of a beat will be reconsidered as not logical. Indeed, why then do you need this definition of “tact”, if it does not work at all angles of crankshaft rotation and you can do without it, saying, for example: first movement, second movement, stop, third movement, etc. Even the enumeration of the kinematic states of the piston, which has just been completed, and the logical incorporation of the word stop in this series, suggests that some general definition of the words of this series is necessary. This is the word "tact" in its expanded sense.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Область техники, к которой непосредственно относится изобретение, называется двигателестроение, однако возможно его применение и в других областях техники.The technical field to which the invention directly relates is called engine building, but it can also be used in other technical fields.

Claims

1. A method of obtaining output power in an internal combustion engine with a crank, continuously rotating under the influence of a piston-connecting rod group, in an engine having a closed thermodynamic cycle per revolution of the crankshaft, characterized in that the crank pin moves in one continuous revolution of this crankshaft a fixed, closed, profiled surface, made either in the form of a cam groove, or in the form of an internal (external) cam, and this surface with one of its parts (the first part of the profile) provides This means that the radius of the crank is constant during compression, combustion and expansion of the gas, and the other part (the second part of the profile) ensures the rotation of the connecting rod (with the crank pin) around the axis of the piston pin and the piston stops in the zone of bottom dead center (BDC) (when the crankshaft rotates), in this other part, the neck also moves along the rocker groove in the cheek, changing the radius of the neck in the cheek (radius of the crank) so that for one continuous revolution when the neck moves on a fixed surface and along the crank groove, a cycle will be executed that will consist of the following parts:

- translational movement of the piston under gas pressure to the BDC (stroke);

- piston stop - for gas exchange;

- movement of the piston to top dead center (TDC) (compression) - for ignition and combustion.

2. The method according to p. 1, characterized in that in the particular case, the rocker groove in the cheek is made so that the neck, changing the radius of the neck on the cheek, moves along the radius of the cheek.

3. The method according to p. 1, characterized in that, in the particular case (its condition: the trajectory of rotation of the axis of the connecting rod neck about the axis of the piston pin does not intersect and does not touch the plane perpendicular to the cylinder axis in which the connecting rod piston of the said neck moves; in which the crankshaft axis lies at the same time) the rocker groove in the cheek is made so that the neck moves along the curved rocker groove in the cheek from the beginning of the neck rotation line (near the axis of the piston pin) of the current cycle to the beginning of the neck rotation line (near the axis of the piston pin) subsequent cycle.

4. The method according to p. 3, characterized in that with the symmetry of the placement of the curved rocker groove in the cheek through 180 °, 120 °, 90 °, it is possible to create an engine whose crankshaft will have output revolutions, respectively, 2, 3, 4 times less than the number of cycles in the cylinder.

5. The method according to p. 1, characterized in that in the particular case an additional part of the profiled surface is installed, which ensures the rotation of the connecting rod (with the crank pin) around the axis of the piston pin and the piston stops at the TDC (when the crankshaft rotates) to ignite and fuel combustion at a constant volume.

6. The method according to p. 1, characterized in that in order to eliminate the phenomenon known in two-stroke engines with the name "loss of cylinder volume", an inlet valve is installed in front of the intake slots in the intake duct.