WO2013129955A1 - Двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Двигатель внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
WO2013129955A1
WO2013129955A1 PCT/RU2012/000134 RU2012000134W WO2013129955A1 WO 2013129955 A1 WO2013129955 A1 WO 2013129955A1 RU 2012000134 W RU2012000134 W RU 2012000134W WO 2013129955 A1 WO2013129955 A1 WO 2013129955A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wheel
piston
crankshaft
rotation
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000134
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дамир Абударович ГАЛЕЕВ
Ирек Абударович ГАЛЕЕВ
Original Assignee
Galeev Damir Abudarovich
Galeev Irek Abudarovich
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 Galeev Damir Abudarovich, Galeev Irek Abudarovich filed Critical Galeev Damir Abudarovich
Priority to PCT/RU2012/000134 priority Critical patent/WO2013129955A1/ru
Publication of WO2013129955A1 publication Critical patent/WO2013129955A1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • 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
    • 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
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/042—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the connections comprising gear transmissions
    • 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
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/04—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with simple crankcase pumps, i.e. with the rear face of a non-stepped working piston acting as sole pumping member in co-operation with the crankcase

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, to piston-type internal combustion engines, mainly gasoline, diesel.
  • fuel in the inventive reciprocating internal combustion engine can be used, for example:
  • liquids gasoline, diesel fuel, alcohols, biodiesel;
  • Gases liquefied gas, natural gas, hydrogen, gaseous products of oil cracking, biogas;
  • Said engine comprises a cylinder with a cap (head) and with a piston placed inside it and connected to a connecting rod, a crankshaft, intake and exhaust valves.
  • a disadvantage of the known internal combustion engine is the insufficient operational efficiency due to unproductive heat energy losses. This happens because, when a mixture of fuel and air is ignited in the combustion chamber (cylinder space above the piston), the generated high-temperature and pressure gases press on the piston and move the piston in the cylinder through the connecting rod, which translates into rotational motion by the crankshaft. However, when the piston moves in the region of top dead center, the angular displacement of the crankshaft causes much less linear displacement of the piston than when the piston moves in the middle of its stroke. At the same time, about 70% of the thermal energy that is dissipated to heat the engine structure falls on the first 70 ° of its revolution, starting from the position at which the piston is at top dead center. Therefore, a significant part of the energy of the resulting gases does not turn into the kinetic energy of the piston, but is unnecessarily spent on heating the engine structures.
  • the task of the invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine.
  • the technical result that allows us to solve this problem is to reduce the time the crankshaft passes the first 70 ° of its revolution, starting from the position at which the piston is at top dead center.
  • the increase in engine efficiency is due to the fact that, at the beginning of the stroke, the conversion of thermal energy of gases into mechanical movement of the piston takes place in less time, resulting in a decrease in thermal energy loss for heating engine parts and heat leakage, resulting in a decrease in losses thermal energy for heating engine parts and the saved thermal energy is converted into useful mechanical energy of the engine.
  • the invention consists in that:
  • Two non-circular gear wheels the first of which is rigidly fixed to the crankshaft, the second with the possibility of interaction with the first is rigidly fixed to the additional shaft, are introduced into the known internal combustion engine comprising a cylinder with a piston connected to the connecting rod and a crankshaft inside it; the distance from the pole of engagement of the first wheel with the second, located on the largest chord of the centroid of the first wheel, or closest to it, to the axis of rotation of the first wheel is 0.15-0.8 the distance from this pole and engagement to the axis of rotation of the second wheel, and the position in which the first wheel is in this engagement corresponds to the positioning of the crankshaft in the range from -20 ° to + 80 ° from its position at which the piston is at top dead center.
  • non-circular gears are elliptical, with the axis of rotation in focus.
  • non-circular gears are oval.
  • non-circular gears can be made elliptical, with the axis of rotation in focus.
  • non-circular gears can be oval.
  • the inventive internal combustion engine has a novelty in comparison with the prototype, differing from it in that:
  • - non-circular gears can be made elliptical with the axis of rotation in focus.
  • - non-circular gears can be oval.
  • the claimed invention can find wide application in mechanical engineering, in particular in piston-type internal combustion engines, therefore it meets the criterion of "industrial applicability".
  • FIG. 1 General view of the internal combustion engine with a partial section when the piston is at top dead center.
  • FIG. 2 General view of the internal combustion engine with a partial sectional view of the piston position at bottom dead center.
  • FIG. 3 The mutual arrangement of non-circular gears, crankshaft and piston.
  • FIG. 6. - FIG. 7. Mutual arrangement of non-circular gears, crankshaft and piston with a gear ratio of 1, 25 and deviation of the crankshaft -20 ° from its position at which the piston is at top dead center.
  • FIG. 8. - FIG. 9 Diagrams of the mutual arrangement of non-circular gears, crankshaft and piston with a gear ratio of 1.25 and deviation of the crankshaft + 80 ° from its position at which the piston is at top dead center.
  • the internal combustion engine shown in the drawing (see Fig. 1 and Fig. 2) comprises a cylinder 1 with a piston 2 placed inside it and connected to a connecting rod 3, and a crankshaft 4 mounted in a crank chamber 5 s the possibility of rotation in the supports 6, the spark plug 7 with electrodes located in the combustion chamber 8.
  • the first elliptical gear wheel 9 is rigidly fixed on the crankshaft 4 with the possibility of interaction with the second elliptical gear wheel 10, rigidly mounted on the additional shaft 11.
  • the shaft 11 is mounted in rotation bearings (not shown) with the possibility of joint rotation with the gear wheel 10.
  • Non-circular gears 9 and 10 can be made oval, in the form of a double leaf or trefoil, and also in the form of gears having initial cylinders, outlined by arcs of logarithmic spirals, in which the period of change in gear ratio per revolution can be equal to one, two , three, four or more (see. "Mechanisms. The reference manual” under the editorship of S. Kozhevnikov and others, M, ed. "Engineering", 1976, p. 156, fig. 3.27, p. 159 , Fig. 3.28, 3.30, 3.31, 3.32), and other types of non-circular gears.
  • the distance from the pole 12 of the engagement of the first wheel 9 with the second wheel 10 located on the largest chord 13 of the centroid 14 of the first wheel 9, to the axis of rotation 15 of the wheel 9 is 0.5 distance from the pole 12 of the engagement to the axis of rotation 16 wheels 10, and the position in which the first wheel 9 is in this engagement corresponds to the position of the crankshaft 4, in which the piston 2 is at top dead center.
  • the gear ratio of the wheels is equal to 2.
  • the gearing pole 17 is located on the opposite end of the pole 12 of the largest chord 13 of the centroid 14 of the first wheel 9.
  • the ratio of the distances from the pole 12 to the axis of rotation 15 of the wheel 9 to the distances from the pole 12 to the axis of rotation 16 of the wheel 10 can be from 0.15 to 0.8, the gear ratios of the wheels vary from 6.67 to 1.25, which ensures the desired ratio of angular velocities of the first 9 and second 10 wheels, which allows to achieve the necessary technical result.
  • the engagement poles 18 and 19, at which the angular speeds of the wheels 9 and 10 are aligned are located on the wheel 9 at an angular deviation of ⁇ 137 ° from the pole 12, and at 1.25 gear ratio, engagement poles 18 and 19, at which the angular speeds of the wheels 9 and 10 are aligned, are located on the wheel 9 at an angular deviation of ⁇ 96 ° from the pole 12 (see Figs. 4 and 5).
  • the angular speed of the wheel 9 is higher than the angular speed of the wheel 10.
  • the additional shaft 11 in this embodiment is a power take-off shaft; a flywheel 20 is mounted on it.
  • the engine contains other parts and components known to those skilled in the art, including, but not limited to, the pump (s), cooler, electrical wiring, electrical ignition system, and other details for the mechanical action of the engine (not shown).
  • the pump (s) the pump
  • cooler the cooler
  • electrical wiring the electrical wiring
  • electrical ignition system the electrical ignition system
  • other details for the mechanical action of the engine not shown.
  • the inventive internal combustion engine operates as follows.
  • the engine operation cycle begins with a compression stroke, from the position where the crankshaft 4 is at 180 °, at which the piston 2 is at bottom dead center, the first wheel 9 is engaged with the second wheel 10 in the gearing pole 17, opposite the pole 12, but gear ratio of the wheels is 0.5.
  • Flywheel 20 has an angular velocity ⁇ (see FIG. 2).
  • the moment of inertia of the load which includes: the flywheel, transmission mechanisms, etc.
  • the moment of inertia of the crankshaft, connecting rod and piston is higher than the moment of inertia of the crankshaft, connecting rod and piston, so the relative fluctuations in the angular velocity of the flywheel are insignificant, the additional shaft 11 within one revolution, it rotates with almost constant angular velocity.
  • the piston 2 moves from the bottom dead center to the top dead center, blocking first the purge 23 and then the outlet 24 windows. After the piston 2 closes the exhaust port 24 in the cylinder 1, compression of the fuel-air mixture previously received in it begins.
  • the energy released during fuel combustion acts on the piston 2, forcing it to move to the bottom dead center.
  • the angular speed of the first wheel 9 is two times greater than the angular speed of the second wheel 10, since the ratio of the distance from the axis of rotation 15 of the first wheel 9 to the gearing pole 12 to the distance from the rotation axis 16 of the second wheel 10 to the pole 12 is 0, 5. Due to this, the movement speed of the piston 2 is doubled and the gas pressure force produces twice as much power. Additionally, the received power is spent on increasing the kinetic energy of the piston 2, connecting rod 3, crankshaft 4, untwisting it to a higher angular speed, as well as increasing the torque on the second wheel 10. The increase in torque on the wheel 10 at the beginning of the cycle - full stroke is provided by the gear ratio of the first wheel 9 to the second wheel 10, the value of which is 2.
  • the rotation speed of the crankshaft 4 will decrease by 4 times, compared with the speed at the beginning due to a change in the gear ratio of the wheels from 2 to 0.5, therefore, its kinetic energy accumulated at the beginning of the working cycle stroke, will be largely transferred to the additional shaft 1 1 power take-off.
  • the inventive design can also be used in four-stroke engines and other types of reciprocating internal combustion engines.
  • the inventive internal combustion engine in comparison with the prototype is more efficient by reducing the crankshaft's passage of the first 70 ° of its revolution, starting from the position at which the piston is at top dead center.
  • the present invention is implemented using universal equipment widely used in industry.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Двигатель содержит цилиндр с размещенным внутри него поршнем (2), связанным с шатуном (3) и коленчатый вал (4). На валу (4) жестко закреплено первое эллиптическое зубчатое колесо (9) с возможностью взаимодействия со вторым эллиптическим зубчатым колесом (10), жестко закрепленным на дополнительном валу. Расстояние от полюса (12) зацепления колеса (9) с колесом (10), расположенного на наибольшей хорде (13) центроиды ( 14) колеса (9), или ближайшего к ней, до оси вращения (15) колеса (9) составляет 0, 15 - 0,8 расстояния от полюса (12) до оси вращения (16) колеса (10). Положение, в котором при этом зацеплении находится колесо (9), соответствует позиционированию коленчатого вала (4) в диапазоне от -20° до +80° от его положения поршень (2) находится в верхней мертвой точке. Технический результат заключается в сокращении времени прохождения коленчатым валом первых 70° его оборота от верхней мертвой точки.

Description

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к двига- телям внутреннего сгорания поршневого типа, преимущественно, бензиновым, дизельным. В качестве топлива в заявляемом поршневом двигателе внутреннего сгорания могут использоваться, например:
- жидкости— бензин, дизельное топливо, спирты, биодизель;
- газы— сжиженный газ, природный газ, водород, газообразные продукты крекинга нефти, биогаз;
- монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).
Предшествующий уровень техники
Известна конструкция поршневого двигателя внутреннего сгорания, опи- санная в учебнике «Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей» под редакцией А.С. Орлина, М.Г. Круглова, М., изд. Машиностроение, 1990 г., стр 5, 6, рис. 1 ,а).
Указанный двигатель содержит цилиндр с крышкой (головкой) и с раз- мещенным внутри него поршнем, связанным с шатуном, коленчатый вал, впу- скные и выпускные клапаны.
Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания является недос- таточная эффективность работы, обусловленная непроизводительными тепло- выми потерями энергии. Происходит это потому, что при воспламенении смеси топлива с воздухом в камере сгорания (надпоршневом пространстве цилиндра) образующиеся газы высокой температуры и давления давят на поршень и пере- мещают его в цилиндре поступательное движение поршня через шатун преоб- разуется во вращательное движение коленчатым валом. Однако, при движении поршня в области верхней мертвой точки, угловое перемещение коленчатого вала вызывает гораздо меньшее линейное перемещение поршня, чем при дви- жении поршня в средней части его хода. При этом около 70 % тепловой энер- гии, которая рассеивается на нагрев конструкция двигателя, приходится на пер- вые 70° его оборота, начиная от положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке. Поэтому значительная часть энергии образующихся газов не превращает- ся в кинетическую энергию поршня, а непроизводительно затрачивается на на- грев конструкций двигателя.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, яв- ляется сокращение времени прохождения коленчатым валом первых 70° его оборота, начиная от положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке. Повышение эффективности работы двигателя обусловлено тем, что в начале такта рабочего хода превращение тепловой энергии газов в меха- ническое перемещение поршня происходит за меньшее время, в результате чего уменьшаются потери тепловой энергии на нагрев деталей двигателя и на утечки тепла, в результате чего происходит уменьшение потерь тепловой энергии на нагрев деталей двигателя и сэкономленная тепловая энергия превращается в по- лезную механическую энергию двигателя.
Сущность изобретения состоит в том, что:
В известный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным внутри него поршнем, связанным с шатуном, и коленчатый вал, введены два некруглых зубчатых колеса, первое из которых жестко закреплено на коленчатом валу, второе с возможностью взаимодействия с первым жестко закреплено на дополнительном валу, причем расстояние от полюса зацепления первого колеса со вторым, расположенного на наибольшей хорде центроиды первого колеса, или ближайшего к ней, до оси вращения первого колеса состав- ляет 0,15-0,8 расстояния от этого полюса зацепления до оси вращения второго колеса, а положение, в котором при этом зацеплении находится первое колесо, соответствует позиционированию коленчатого вала в диапазоне от -20° до +80° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке.
В частных случаях реализации изобретения некруглые зубчатые колеса выполнены эллиптическими, с осью вращения в фокусе.
В других частных случаях реализации изобретения некруглые зубчатые колеса выполнены овальными. Введение двух некруглых зубчатых колес, первое из которых жестко за- креплено на коленчатом валу, второе с возможностью взаимодействия с первым жестко закреплено на дополнительном валу, причем расстояние от полюса заце- пления первого колеса со вторым, расположенного на наибольшей хорде цен- троиды первого колеса, или ближайшего к ней, до оси вращения первого колеса составляет 0,15-0,8 расстояния от этого полюса зацепления до оси вращения второго колеса, а положение, в котором при этом зацеплении находится первое колесо, соответствует позиционированию коленчатого вала в диапазоне от -20° до +80° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке позволяет увеличить угловую скорость движения коленчатого вала во время начального движения поршня от его верхней мертвой точки и, соответст- венно, сократить время прохождения коленчатым валом первых 70° его оборота.
Это дает возможность увеличить скорость перемещения поршня в на- чальные моменты сгорания топлива, сократить тем самым непроизводительные потери энергии на нагрев конструкций двигателя, увеличить вырабатываемую полезную мощность, и тем самым повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания.
При этом, некруглые зубчатые колеса могут быть выполнены эллиптиче- скими, с осью вращения в фокусе.
При этом некруглые зубчатые колеса могут быть выполнены овальными.
Предлагаемая совокупность существенных признаков придаёт заявляе- мому двигателю новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания обладает новизной по срав- нению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
- в него введены два некруглых зубчатых колеса, первое из которых же- стко закреплено на коленчатом валу, второе с возможностью взаимодействия с первым жестко закреплено на дополнительном валу, причем расстояние от по- люса зацепления первого колеса со вторым, расположенного на наибольшей хорде центроиды первого колеса, или ближайшего к ней, до оси вращения пер- вого колеса составляет 0,15-0,8 расстояния от этого полюса зацепления до оси вращения второго колеса, а положение, в котором при этом зацеплении нахо- дится первое колесо, соответствует позиционированию коленчатого вала в диа- пазоне от -20° до +80° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке.
- некруглые зубчатые колеса могут быть выполнены эллиптическими с осью вращения в фокусе.
- некруглые зубчатые колеса могут быть выполнены овальными.
Заявляемое изобретение может найти широкое применение в машино- строении, в частности, в двигателях внутреннего сгорания поршневого типа, по- этому она соответствует критерию «промышленная применимость».
Перечень фигур чертежей
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания иллюстрируется чертежами на примере двухтактного бензинового двигателя, где представлены на:
Фиг. 1. Общий вид двигателя внутреннего сгорания с частичным разре- зом при положении поршня в верхней мертвой точке.
Фиг. 2. Общий вид двигателя внутреннего сгорания с частичным разре- зом при положении поршня в нижней мертвой точке.
Фиг. 3. Схема взаимного расположения некруглых зубчатых колес, ко- ленчатого вала и поршня.
Фиг. 4. - Фиг. 5. Схемы зацепления некруглых зубчатых колес при пере- даточных отношениях 6,67 и 1,25.
Фиг. 6. - Фиг. 7. Схемы взаимного расположения некруглых зубчатых колес, коленчатого вала и поршня при передаточном отношении 1 ,25 и отклоне- нии коленчатого вала -20° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке.
Фиг. 8. - Фиг. 9. Схемы взаимного расположения некруглых зубчатых колес, коленчатого вала и поршня при передаточном отношении 1,25 и отклоне- нии коленчатого вала +80° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения Двигатель внутреннего сгорания, представленный на чертеже (см. Фиг. 1 и Фиг. 2) содержит цилиндр 1 с размещенным внутри него поршнем 2, связан- ным с шатуном 3, и коленчатый вал 4, установленный в кривошипной камере 5 с возможностью вращения в опорах 6, свечу 7 зажигания с электродами, находя- щимися в камере сгорания 8.
На коленчатом валу 4 жестко закреплено первое эллиптическое зубчатое колесо 9 с возможностью взаимодействия со вторым эллиптическим зубчатым колесом 10, жестко закрепленным на дополнительном валу 11. Вал 11 установ- лен в опорах вращения (не изображены) с возможностью совместного вращения с зубчатым колесом 10.
Некруглые зубчатые колеса 9 и 10 могут быть выполнены овальными, в форме двулистника или трилистника, а также в виде зубчатых колес, имеющих начальные цилиндры, очерченные дугами логарифмических спиралей, у кото- рых период изменения передаточного отношения за один оборот может быть равен одному, двум, трем, четырем и более (см. «Механизмы. Справочное пособие» под ред. Кожевникова С.Н. и др., М, изд. «Машиностроение», 1976 г., стр. 156, рис.3.27, стр. 159, рис. 3.28, 3.30, 3.31, 3.32 ), и другими видами некруглых зубчатых колес.
Расстояние от полюса 12 зацепления первого колеса 9 со вторым колесом 10, расположенного на наибольшей хорде 13 центроиды 14 первого колеса 9, до оси вращения 15 колеса 9 (см. Фиг. 3) составляет 0,5 расстояния от полюса 12 зацепления до оси вращения 16 колеса 10, а положение, в котором при этом за- цеплении находится первое колесо 9, соответствует положению коленчатого ва- ла 4, при котором поршень 2 находится в верхней мертвой точке. Передаточное отношение колес при этом равно 2. Полюс 17 зацепления расположен на проти- воположном полюсу 12 конце наибольшей хорды 13 центроиды 14 первого ко- леса 9.
Соотношение расстояний от полюса 12 до оси вращения 15 колеса 9 к расстояниям от полюса 12 до оси вращения 16 колеса 10 может составлять от 0,15 до 0,8, передаточные отношения колес при этом варьируются от 6,67 до 1,25, что обеспечивает нужное соотношение угловых скоростей первого 9 и вто- рого 10 колес, позволяющее достичь необходимого технического результата.
Причем, при величине передаточного отношения 6,67 полюсы зацепле- ния 18 и 19, при которых угловые скорости колес 9 и 10 выравниваются, распо- ложены на колесе 9 на угловом отклонении ± 137° от полюса 12, а при величине передаточного отношения 1,25 полюсы зацепления 18 и 19, при которых угло- вые скорости колес 9 и 10 выравниваются, расположены на колесе 9 на угловом отклонении ± 96° от полюса 12 (см. Фиг. 4 и 5).
При зацеплении колеса 9 с колесом 10 в пределах дуги 18-12-19 угловая скорость колеса 9 выше, чем угловая скорость колеса 10.
Исходя из этих величин можно утверждать, что при всех отклонениях коленчатого вала 4 в диапазоне от -20° до +80° от его положения, при котором поршень 2 находится в верхней мертвой точке, колесо 9 в первые 70° своего оборота находится в зацеплении с колесом 10 в пределах дуги 18-12-19, где уг- ловая скорость колеса 9 выше, чем угловая скорость колеса 10 и, следовательно, происходит сокращение времени прохождения коленчатым валом 4 первых 70° его оборота, начиная от положения, при котором поршень 2 находится в верхней мертвой точке, то есть достигается необходимый технический результат (см. Фиг. 6 - Фиг. 9).
Дополнительный вал 11 в данном примере исполнения является валом отбора мощности, на нем установлен маховик 20. Для впуска топливно- воздушной смеси имеется впускное 21 окно с клапаном 22 и продувочное 23 окно, а для выхода выхлопных газов - выпускное окно 24.
Направление вращения на Фиг.1,2 показано стрелками.
Двигатель содержит другие детали и элементы, известные специалистам, включая, но не ограничиваясь, следующими: насос(ы), охладитель, электропро- водка, электрическая система зажигания и другие детали для механического действия двигателя (не изображены). В настоящей заявке изложены только те конструктивные признаки, которые необходимы для понимания сущности изо- бретения.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим обра- зом.
Цикл работы двигателя начинается с такта сжатия, из положения, когда коленчатый вал 4 находится в положении 180°, при котором поршень 2 находится в нижней мертвой точке, первое колесо 9 находится в зацеплении со вторым колесом 10 в полюсе зацепления 17, противоположном полюсу 12, а передаточное отношение колес равно 0,5. Маховик 20 имеет угловую скорость со (см. Фиг. 2).
При работе двигателя внутреннего сгорания момент инерции нагрузки, в которую входят: маховик, механизмы трансмиссии и т.п., выше момента инер- ции коленчатого вала, шатуна и поршня, поэтому относительные колебания уг- ловой скорости маховика являются незначительными, дополнительный вал 11 в пределах одного оборота вращается практически с неизменной угловой скоро- стью.
Поршень 2 за счет силы инерции маховика 20 двигается от нижней мерт- вой точки к верхней мертвой точке, перекрывая сначала продувочное 23, а затем выпускное 24 окна. После закрытия поршнем 2 выпускного окна 24 в цилиндре 1 начинается сжатие ранее поступившей в него топливно-воздушной смеси.
Одновременно в кривошипной камере 5, вследствие ее герметичности, под поршнем 2 создается разрежение, под действием которого в камеру 5 через впускное 21 окно с открывающимся клапаном 22 поступает топливно- воздушная смесь для следующего рабочего цикла.
Сжатие топливно-воздушной смеси в камере сгорания 8 и создание раз- режения в кривошипной камере 5 происходит за счет энергии маховика 20, кру- тящий момент с которого через дополнительный вал 1 1 передается на второе колесо 10, с него на первое колесо 9 и через коленчатый вал 4 и шатун 3 на поршень 2.
При достижении верхней мертвой точки поршнем 2 первое колесо 9 на- ходится в зацеплении со вторым рабочим колесом 10 в полюсе 12 зацепления (см. Фиг. 1). Свеча 7 зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.
Высвобождающаяся при сгорании топлива энергия воздействует на пор- шень 2, заставляя его перемещаться к нижней мертвой точке. В этот момент уг- ловая скорость первого колеса 9 в два раза больше угловой скорости второго колеса 10, так как отношение расстояния от оси вращения 15 первого колеса 9 до полюса 12 зацепления к расстоянию от оси вращения 16 второго колеса 10 до полюса 12 составляет 0,5. Благодаря этому в два раза увеличивается скорость движения поршня 2 и сила давления газа вырабатывает в два раза большую мощность. Дополнительно получаемая мощность расходуется на увеличение кине- тической энергии поршня 2, шатуна 3, коленчатого вала 4, раскручивая его до большей угловой скорости, а также на увеличение крутящего момента на вто- ром колесе 10. Увеличение крутящего момента на колесе 10 в начале такта ра- бочего хода обеспечена передаточным отношением первого колеса 9 ко второму колесу 10, величина которого составляет 2.
В конце рабочего хода скорость вращения коленчатого вала 4 уменьшит- ся в 4 раза, по сравнению со скоростью в начале за счет изменения передаточно- го отношения колес с 2 до 0,5, следовательно, его кинетическая энергия, накоп- ленная в начале такта рабочего хода, в значительной мере будет передана на до- полнительный вал 1 1 отбора мощности.
Цикл заканчивается и затем начинается новый цикл.
С точки зрения термодинамических процессов, увеличение кинетической энергии поршня 2 , шатуна 3, коленчатого вала 4 с первым колесом 9 объясняет- ся тем, что в начале такта рабочего хода превращение тепловой энергии газов в механическое перемещение поршня 2 происходит за меньшее время, в результа- те чего уменьшаются потери тепловой энергии на нагрев деталей двигателя и на утечки тепла, в результате чего происходит уменьшение потерь тепловой энер- гии на нагрев деталей двигателя и сэкономленная тепловая энергия превращает- ся в полезную механическую энергию двигателя.
Заявляемая конструкция может быть использована также в четырехтакт- ных двигателях и других видах поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания по сравнению с прототипом является более эффективным за счет сокращения времени прохождения колен- чатым валом первых 70° его оборота, начиная от положения, при котором пор- шень находится в верхней мертвой точке.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение реализуется с помощью универсального оборудо- вания, широко распространенного в промышленности.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным внутри него поршнем, связанным с шатуном, и коленчатый вал, отличающийся тем, что в него введены два некруглых зубчатых колеса, первое из которых же- стко закреплено на коленчатом валу, второе с возможностью взаимодействия с первым жестко закреплено на дополнительном валу, причем расстояние от по- люса зацепления первого колеса со вторым, расположенного на наибольшей хорде центроиды первого колеса, или ближайшего к ней, до оси вращения пер- вого колеса составляет 0,15-0,8 расстояния от этого полюса зацепления до оси вращения второго колеса, а положение, в котором при этом зацеплении нахо- дится первое колесо, соответствует позиционированию коленчатого вала в диа- пазоне от -20° до +80° от его положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что не- круглые зубчатые колеса выполнены эллиптическими с осью вращения в фоку- се.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что не- круглые зубчатые колеса выполнены овальными.
PCT/RU2012/000134 2012-02-28 2012-02-28 Двигатель внутреннего сгорания WO2013129955A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000134 WO2013129955A1 (ru) 2012-02-28 2012-02-28 Двигатель внутреннего сгорания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000134 WO2013129955A1 (ru) 2012-02-28 2012-02-28 Двигатель внутреннего сгорания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013129955A1 true WO2013129955A1 (ru) 2013-09-06

Family

ID=49083037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000134 WO2013129955A1 (ru) 2012-02-28 2012-02-28 Двигатель внутреннего сгорания

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013129955A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6401683B1 (en) * 1919-02-20 2002-06-11 Nigel Stokes Pty Ltd. Multiple shaft engine
JP2005291103A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Fuji Heavy Ind Ltd 内燃機関
RU2267017C2 (ru) * 2003-03-27 2005-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение "Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова" Двигатель внутреннего сгорания
JP2010249110A (ja) * 2009-04-20 2010-11-04 Fuji Heavy Ind Ltd 内燃機関
WO2011105707A2 (ko) * 2010-02-25 2011-09-01 Lee Young Hee 4행정 내연기관의 연비개선을 위한 동력전달구조

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6401683B1 (en) * 1919-02-20 2002-06-11 Nigel Stokes Pty Ltd. Multiple shaft engine
RU2267017C2 (ru) * 2003-03-27 2005-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение "Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова" Двигатель внутреннего сгорания
JP2005291103A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Fuji Heavy Ind Ltd 内燃機関
JP2010249110A (ja) * 2009-04-20 2010-11-04 Fuji Heavy Ind Ltd 内燃機関
WO2011105707A2 (ko) * 2010-02-25 2011-09-01 Lee Young Hee 4행정 내연기관의 연비개선을 위한 동력전달구조

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5927236A (en) Variable stroke mechanism for internal combustion engine
US7556014B2 (en) Reciprocating machines
US8967097B2 (en) Variable stroke mechanism for internal combustion engine
US5970924A (en) Arc-piston engine
CN109139248B (zh) 一种高增压双缸四活塞三曲轴直线完全对称二冲程发动机
CN103075248A (zh) 涡轮转子节能发动机
JP5904686B2 (ja) 内燃機関のための可変行程機構
WO2013154453A1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
US20130276761A1 (en) Variable-compression engine assembly
RU118690U1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
JP4951143B1 (ja) 三出力軸型の内燃機関
WO2013129955A1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
RU121866U1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
WO2012032552A1 (en) "rotary internal combustion engine with reducer and pistons that control the cycle"
WO2015088347A1 (en) Combustion engine comprising a cylinder
RU119035U1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
CN100593632C (zh) 内燃蒸汽转子发动机
RU119034U1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
JP5002721B1 (ja) 動作気体発生装置
EP2531708A1 (en) Two-stage engine exhaust system
WO2013141732A1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
CN115680874A (zh) 一种自由活塞式线性内燃机总成
RU2191910C2 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
KR102066306B1 (ko) 내연기관 및 내연기관의 작동 방법
WO2023277676A1 (ru) Бесшатунный поршнештоковый двигатель внутреннего сгорания

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12870088

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12870088

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1