RU2632355C2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2632355C2
RU2632355C2 RU2016106570A RU2016106570A RU2632355C2 RU 2632355 C2 RU2632355 C2 RU 2632355C2 RU 2016106570 A RU2016106570 A RU 2016106570A RU 2016106570 A RU2016106570 A RU 2016106570A RU 2632355 C2 RU2632355 C2 RU 2632355C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pistons
cylinder
cranks
engine
piston
Prior art date
Application number
RU2016106570A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016106570A (en
Inventor
Андрей Анатольевич Маханько
Анатолий Васильевич Маханько
Галина Павловна Соколова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority to RU2016106570A priority Critical patent/RU2632355C2/en
Publication of RU2016106570A publication Critical patent/RU2016106570A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2632355C2 publication Critical patent/RU2632355C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F01B7/02—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with oppositely reciprocating pistons
    • F01B7/14—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with oppositely reciprocating pistons acting on different main shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Landscapes

  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engine devices and pumps.
SUBSTANCE: engine consists of sections each of which contains: a cylinder 1, which walls have ports cut therein to intake fuel-air mix or air 2 and release exhaust gases 3. There are opposite pistons 4 and 5 inside the cylinder that form a single combustion chamber producing movements which provide the intake of the fuel-air mix, its compression, working stroke and release of combustion products that constitute a four-stroke working cycle. The movement of the pistons along a given path is provided by a planetary mechanism of internal engagement.
EFFECT: increase engine speed and its power respectively.
2 dwg

Description

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

Существующие четырехтактные поршневые двигатели с одним поршнем в каждом цилиндре, использующие кривошипный механизм (патент №2018009, F02B 75/32, опубл. 15.08.1994, Поршневой двигатель внутреннего сгорания), сложные механизмы перемещения поршня (патент №2027043, F02B 75/32, опубл. 20.01.1995. Двигатель внутреннего сгорания) или поршни сложной формы (авторское свидетельство №1763689, F02B 33/14, опубл. 23.09.1992. Двигатель внутреннего сгорания транспортного средства) имеют клапанный газораспределительный механизм, быстродействие которого ограничено, что в свою очередь ограничивает и скорость вращения двигателя, не позволяя наращивать его мощность за счет увеличения оборотов.Existing four-stroke piston engines with one piston in each cylinder using a crank mechanism (patent No. 20188009, F02B 75/32, publ. 08/15/1994, piston internal combustion engine), complex mechanisms for moving the piston (patent No. 2027043, F02B 75/32, publ. 01/20/1995. Internal combustion engine) or complex pistons (copyright certificate No. 1763689, F02B 33/14, publ. 09/23/1992. Internal combustion engine of a vehicle) have a valve timing mechanism, the speed of which is limited, which in turn is limited ogre The engine rotation speed also does not allow to increase its power by increasing the speed.

Использование двухтактных циклов в дизельных и карбюраторных двигателях также не позволяет наращивать мощность и обороты, так как полная продувка цилиндра и полное замещение отработанных газов без перерасхода топливовоздушной смеси невозможно.The use of push-pull cycles in diesel and carburetor engines also does not allow to increase power and speed, since a complete purge of the cylinder and complete replacement of the exhaust gases without overspending the air-fuel mixture is impossible.

Наиболее близким к изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий цилиндр с расположенными в нем двумя поршнями (патент №2009347, F02B 75/32, опубл. 15.03.1994. Двигатель внутреннего сгорания). Этот двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит цилиндр с двумя поршнями, приводимыми в движение зубчатыми механизмами. Работа данного двигателя построена таким образом, что впуск и выпуск рабочей среды в цилиндр происходит через прорезанные в стенках цилиндра окна.Closest to the invention is a two-stroke internal combustion engine having a cylinder with two pistons located therein (patent No. 2009347, F02B 75/32, publ. March 15, 1994. Internal combustion engine). This engine consists of sections, each of which contains a cylinder with two pistons, driven by gear mechanisms. The operation of this engine is constructed in such a way that the inlet and outlet of the working medium into the cylinder occurs through windows cut into the walls of the cylinder.

По мере выполнения рабочего цикла назначения окон должны меняться, а следовательно, необходим дополнительный газораспределительный механизм, выполняющий эту функцию. Наличие такого механизма так же, как и в случае однопоршневых двигателей, приводит к ограничению скорости работы двигателя, а значит и вырабатываемой им мощности. Использование в данном двигателе двухтактного цикла работы также снижает его эффективность по сравнению с четырехтактным циклом, несмотря на то, что применение эпициклоидного механизма и сложного движения поршней позволяет немного улучшить условия продувки цилиндра по сравнению с однопоршневым двухтактным двигателем.As the work cycle is completed, the window assignments must change, and therefore, an additional gas distribution mechanism that performs this function is needed. The presence of such a mechanism, as in the case of single-piston engines, leads to a limitation of the speed of the engine, and hence the power it produces. The use of a two-stroke cycle in this engine also reduces its efficiency compared to a four-cycle cycle, despite the fact that the use of the epicycloid mechanism and the complex movement of the pistons can slightly improve the purge conditions of the cylinder compared to a single-piston two-stroke engine.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении мощности за счет увеличения оборотов карбюраторного или дизельного двигателя, которое достигается благодаря отказу от газораспределительных механизмов.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase power by increasing the speed of a carburetor or diesel engine, which is achieved due to the rejection of gas distribution mechanisms.

Основной отличительной особенностью предложенного двигателя является использование механизма, обеспечивающего движение поршней по траекториям, позволяющим выполнять впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск через окна, прорезанные в стенках цилиндра, не изменяя при этом их назначения, т.е. выполнять четырехтактный рабочий цикл.The main distinguishing feature of the proposed engine is the use of a mechanism that ensures the movement of pistons along trajectories that allow inlet, compression, stroke and exhaust through windows cut into the walls of the cylinder without changing their purpose, i.e. Perform a four-stroke duty cycle.

Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, состоящем из секций, каждая из которых содержит цилиндр с впускным и выпускным окнами и размещенные в нем, образующие единую камеру сгорания, поршни, новым является то, что каждая секция содержит планетарный механизм внутреннего зацепления, зубчатые колеса которого связывают выходные валы с поршнями посредством кривошипов, водил и шатунов, а разные углы начальной установки кривошипов и водил задают движение поршней по траекториям, обеспечивающим четырехтактный рабочий цикл.The technical result is achieved by the fact that in the internal combustion engine, consisting of sections, each of which contains a cylinder with inlet and outlet windows and pistons placed in it, forming a single combustion chamber, each section contains a planetary internal gearing mechanism, gear wheels which connect the output shafts to the pistons by means of cranks, carriers and connecting rods, and different angles of the initial installation of cranks and carriers determine the movement of the pistons along trajectories that provide four-stroke th duty cycle.

Траектории движения поршней описываются суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:The trajectories of the pistons are described by the sum of sinusoidal functions having multiple frequencies ω and 2ω:

Figure 00000001
Figure 00000001

где, X01, X02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.where, X 01 , X 02 is the displacement of the trajectories relative to the neutral position (for the right piston - positive, and for the left piston - negative), A 1 , A 2 are the amplitudes of the first and second harmonics, determined by the geometric parameters of the mechanism, ϕ 11 , ϕ 21 , ϕ 12 , ϕ 22 are the initial phases of the harmonics of the left and right pistons, determined by the initial angles of installation of the cranks.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где изображена кинематическая схема планетарного механизма внутреннего зацепления перемещения поршней, и фиг. 2, где изображен цилиндр двигателя и траектории движения поршней с указанием фаз работы двигателя.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a kinematic diagram of a planetary internal gearing mechanism for moving pistons, and FIG. 2, which shows the cylinder of the engine and the trajectory of the pistons indicating the phases of the engine.

Двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит цилиндр 1 (фиг. 1), в котором прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси 2 и выпуска отработанных газов 3, со свечой (для карбюраторных двигателей) или форсункой (для дизельных двигателей) 6, в котором движутся поршни 4 и 5, образующие единую камеру сгорания.The engine consists of sections, each of which contains a cylinder 1 (Fig. 1), in which windows are cut for the intake of the air-fuel mixture 2 and the exhaust gas 3, with a spark plug (for carburetor engines) or a nozzle (for diesel engines) 6, in which pistons 4 and 5 move, forming a single combustion chamber.

Поршни приводятся в движение планетарным механизмом, состоящим из зубчатых колес внутреннего зацепления 7 и 8, по которым перекатываются зубчатые колеса внешнего зацепления 9 и 10, приводимые в движение кривошипами 11, 12. На каждом зубчатом колесе 9 и 10 размещены водила 13, 14, которые через шатуны 15, 16 связаны с поршнями 4 и 5. Соотношение радиусов зубчатых колес 7, 8, 9, 10 определяет соотношение угловых скоростей вращения кривошипов 11, 12 и водил 13, 14 (ω и 2ω в формуле 1). Длины кривошипов 11, 12, водил 13, 14 и шатунов 15, 16 определяют амплитуды и начальные смещения траекторий движения поршней (Х01, Х02, A1, A2 в формуле 1). Углы начальной установки кривошипов и водил (ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 в формуле 1) обеспечивают движение поршней по траекториям а и б, указанным на фиг. 2, обеспечивая необходимые фазы газораспределения.The pistons are driven by a planetary gear consisting of internal gears 7 and 8, on which external gears 9 and 10 are driven, driven by cranks 11, 12. A carrier 13, 14 is placed on each gear 9 and 10, which through the connecting rods 15, 16 are connected with the pistons 4 and 5. The ratio of the radii of the gears 7, 8, 9, 10 determines the ratio of the angular speeds of rotation of the cranks 11, 12 and drove 13, 14 (ω and 2ω in formula 1). The lengths of cranks 11, 12, carrier 13, 14 and connecting rods 15, 16 determine the amplitudes and initial displacements of the piston trajectories (X01, X02, A1, A2 in formula 1). The angles of the initial installation of the cranks and carrier (ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 in formula 1) provide the movement of the pistons along the paths a and b indicated in FIG. 2, providing the necessary valve timing.

Цикл работы двигателя состоит из пяти основных этапов (фиг. 2). Двигаясь по цилиндру 1, поршни 4 и 5 на этапе впуска расходятся, увеличивая объем межцилиндрового пространства, при этом открывая через впускное окно 2 доступ для топливовоздушной смеси. Этап сжатия начинается с момента перекрытия поршнем 4 впускного окна 2, после чего межцилиндровое пространство оказывается изолированным, а сближение поршней приводит к повышению давления. Цикл рабочего хода начинается с воспламенения топливовоздушной смеси свечой 6 (в случае карбюраторного двигателя) или впрыска топлива через форсунку 6 (в случае дизельного двигателя). В процессе расхождения поршней повышенное давление в цилиндре позволяет совершить полезную работу, и рабочий ход продолжается до тех пор, пока поршень 5 не откроет доступ из межцилиндрового пространства в выпускное окно 3. Выпуск отработанных газов происходит за счет сближения поршней при открытом доступе к выпускному окну 3. Для повторения рабочего цикла необходимо выполнить переход поршней от выпускного окна к впускному.The engine operation cycle consists of five main stages (Fig. 2). Moving along the cylinder 1, the pistons 4 and 5 at the inlet stage diverge, increasing the volume of the cylinder space, while opening the air-fuel mixture through the inlet window 2. The compression stage begins from the moment the piston 4 closes the inlet window 2, after which the inter-cylinder space is isolated, and the approach of the pistons leads to an increase in pressure. The stroke cycle begins with the ignition of the air-fuel mixture by candle 6 (in the case of a carburetor engine) or fuel injection through the nozzle 6 (in the case of a diesel engine). In the process of piston divergence, the increased pressure in the cylinder allows us to perform useful work, and the stroke continues until the piston 5 opens access from the inter-cylinder space to the exhaust window 3. The exhaust gases are discharged by the pistons approaching with open access to the exhaust window 3 To repeat the duty cycle, it is necessary to perform the transition of the pistons from the outlet window to the inlet.

Траектории движения а и б поршней 4 и 5 описываются суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:The trajectories of motion a and b of pistons 4 and 5 are described by the sum of sinusoidal functions having multiple frequencies ω and 2ω:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Х01, Х02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.where X 01 , X 02 is the displacement of the trajectories relative to the neutral position (for the right piston - positive, and for the left piston - negative), A 1 , A 2 are the amplitudes of the first and second harmonics, determined by the geometric parameters of the mechanism, ϕ 11 , ϕ 21 , ϕ 12 , ϕ 22 are the initial phases of the harmonics of the left and right pistons, determined by the initial angles of installation of the cranks.

Применение данных двигателей позволит существенно увеличить цилиндровую мощность за счет повышения оборотов, что достигается отказом от газораспределительного механизма и отсутствием необходимости изменения назначения впускных и выпускных окон.The use of these engines will significantly increase cylinder power by increasing the speed, which is achieved by the rejection of the gas distribution mechanism and the absence of the need to change the purpose of the inlet and outlet windows.

Claims (3)

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из секций, каждая из которых содержит цилиндр с впускным и выпускным окнами и размещенные в нем, образующие единую камеру сгорания, поршни, отличающийся тем, что каждая секция содержит планетарный механизм внутреннего зацепления, зубчатые колеса которого связывают выходные валы с поршнями посредством кривошипов, водил и шатунов, а разные углы начальной установки кривошипов и водил задают движение поршней по траекториям, обеспечивающим четырехтактный рабочий цикл и которые описаны суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:An internal combustion engine, consisting of sections, each of which contains a cylinder with inlet and outlet windows and placed in it, forming a single combustion chamber, pistons, characterized in that each section contains a planetary internal gearing mechanism, the gear wheels of which connect the output shafts with the pistons by means of cranks, drove and connecting rods, and different angles of the initial installation of cranks and drove set the movement of the pistons along trajectories that provide a four-stroke duty cycle and which are described by the sum of the sine idalnyh functions having multiple frequencies ω and 2ω:
Figure 00000003
Figure 00000003
 где X01, Х02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.where X 01 , X 02 - the displacement of the trajectories relative to the neutral position (for the right piston - positive, and for the left piston - negative), A 1 , A 2 - the amplitudes of the first and second harmonics, determined by the geometric parameters of the mechanism, ϕ 11 , ϕ 21 , ϕ 12 , ϕ 22 are the initial phases of the harmonics of the left and right pistons, determined by the initial angles of installation of the cranks.
RU2016106570A 2016-02-24 2016-02-24 Internal combustion engine RU2632355C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106570A RU2632355C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106570A RU2632355C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106570A RU2016106570A (en) 2017-08-29
RU2632355C2 true RU2632355C2 (en) 2017-10-04

Family

ID=59798648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106570A RU2632355C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2632355C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380972A (en) * 1979-07-09 1983-04-26 Parkins Malcolm Frederick Internal combustion engines
RU2009347C1 (en) * 1990-07-16 1994-03-15 Головешко Денис Алексеевич Internal combustion engine
RU2146011C1 (en) * 1998-04-17 2000-02-27 Кияшко Алексей Геннадьевич Piston machine
WO2009100759A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-20 Gomecsys B.V. A reciprocating piston mechanism and a method of increasing internal egr in an internal combustion engine
RU2539230C1 (en) * 2013-12-10 2015-01-20 Святослав Михайлович Сергеев Two-piston engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380972A (en) * 1979-07-09 1983-04-26 Parkins Malcolm Frederick Internal combustion engines
RU2009347C1 (en) * 1990-07-16 1994-03-15 Головешко Денис Алексеевич Internal combustion engine
RU2146011C1 (en) * 1998-04-17 2000-02-27 Кияшко Алексей Геннадьевич Piston machine
WO2009100759A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-20 Gomecsys B.V. A reciprocating piston mechanism and a method of increasing internal egr in an internal combustion engine
RU2539230C1 (en) * 2013-12-10 2015-01-20 Святослав Михайлович Сергеев Two-piston engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016106570A (en) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1325897C (en) Crankless reciprocating machine
EP1819912B1 (en) Reciprocating machine
EA201000755A1 (en) MONOBLOCK, UNSPLATED OPPOSITE PISTON ENGINE, INTERNAL COMBUSTION
ITMO990280A1 (en) ALTERNATIVE THERMAL MOTOR EQUIPPED WITH BALANCING AND PRECOMPRESSION
CN102242671A (en) Double-piston opposed engine
CN103958858B (en) Exhaust device for multicylinder engine
RU2632356C2 (en) Internal combustion engine
WO2016004860A1 (en) Two-stroke gear shaft engine for power device
CN101205812A (en) Four-piston cylinder engine
RU166682U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2632355C2 (en) Internal combustion engine
RU2632357C2 (en) Internal combustion engine
RU169909U1 (en) Internal combustion engine
RU164882U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN102996236B (en) Torus sample cylinder ring turns piston engine
RU2477377C2 (en) Internal combustion engine: five-stroke rotary engine with one central rotary gate shared by separate working medium compression and expansion sections, and isolated invariable-volume combustion chambers
US9702275B2 (en) Timing drive of an internal combustion engine
RU2544123C1 (en) Two-stroke internal combustion engine
RU2193675C2 (en) Rotary piston internal combustion engine
US20240301817A1 (en) Method for a combustion machine with two times three strokes
RU2614898C2 (en) Method of pistons motion conversion and internal combustion engine
RU2076931C1 (en) Four stroke internal combustion engine with supercharging and vacuum intake
JP2010255506A (en) Four-cycle reciprocating piston engine
RU2484270C2 (en) Internal combustion engine
RU2503833C1 (en) Birotary air-cooled ice

Legal Events

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

Effective date: 20200225