RU97171U1

RU97171U1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU97171U1
Application number: RU2010117041/06U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Леонидович Федорович
Original assignee: Эдуард Леонидович Федорович
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2010-08-27

Abstract

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий установленные на раме две пары кронштейнов, в первой паре кронштейнов шарнирно смонтированы валы с жестко закрепленными на них поршневыми дисками, между которыми расположены цилиндры с поршнями, при этом цапфы цилиндров установлены в подшипниках поршневых дисков, а оси цапф каждого цилиндра смещены на величину «е» друг от друга, со второй парой кронштейнов шарнирно соединена пара кулис, на свободных концах которых шарнирно установлены оси с жестко прикрепленными к ним штоковыми дисками, между штоковыми дисками расположены штоки, на одних концах которых выполнены цапфы, шарнирно установленные в подшипниках штоковых дисков, а другие концы штоков расположены с возможностью взаимодействия с поршнями цилиндров, причем оси цапф каждого поршневого штока и оси вращения каждой пары дисков также смещены на величину «е» друг от друга, при этом все четыре оси поршневых и штоковых дисков лежат в одной плоскости. ! 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он снабжен механизмом остановки поршня в верхней мертвой точке, выполненным в виде приводимого от вала двигателя кулачкового механизма, корпус которого с одной стороны шарнирно соединен с дополнительным кронштейном, смонтированным на основании, а с другой стороны через штангу и тяги шарнирно соединен с концами кулис и шарнирами первой пары кронштейнов. ! 3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он снабжен приводом регулирования степени сжатия, выполненным в виде червячного механизма, выполненного в одном корпусе с кулачковым механизмом, при этом штанга кулачкового механизма ус 1. An internal combustion engine containing two pairs of brackets mounted on the frame, in the first pair of brackets, shafts with piston disks rigidly mounted on them, between which cylinders with pistons are located, are pivotally mounted, while the cylinder pins are mounted in the bearings of the piston disks, and the axles of each axle the cylinders are offset by an amount “e” from each other, a pair of wings is pivotally connected to the second pair of brackets, at the free ends of which are pivotally mounted axes with rod disks rigidly attached to them, between rods are located at the rod disks, at one ends of which are made pivots pivotally mounted in the bearings of the rod disks, and the other ends of the rods are arranged to interact with the pistons of the cylinders, and the axis of the axles of each piston rod and the axis of rotation of each pair of disks are also shifted by a value of "e "From each other, with all four axes of the piston and rod disks lying in the same plane. ! 2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with a piston stop mechanism at top dead center, made in the form of a cam mechanism driven from the engine shaft, the housing of which is pivotally connected on one side to an additional bracket mounted on the base, and on the other hand, through a rod and rod, it is pivotally connected to the ends of the wings and the hinges of the first pair of brackets. ! 3. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with a compression ratio drive made in the form of a worm gear made in one housing with a cam mechanism, while the cam rod

Description

Полезная модель относится к конструкциям поршневых двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to designs of reciprocating internal combustion engines.

Известны четырехтактные двигатели внутреннего сгорания (ДВС), основными частями которых являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и клапанный механизм газораспределения. (RU 82471 U1, МПК F02B 53/00, опубл. 27.04.2009)Four-stroke internal combustion engines (ICE) are known, the main parts of which are the crank mechanism (KShM) and the valve timing mechanism. (RU 82471 U1, IPC F02B 53/00, publ. 04/27/2009)

Недостатками таких двигателей являются низкий коэффициент полезного действия КШМ и конструктивная сложность механизма газораспределения, значительно повышающая количество возможных неисправностей при эксплуатации. Традиционная конструкция КШМ не позволяет увеличить его КПД выше 40%. Это связано с тем, что при работе КШМ угол между шатуном и кривошипом изменяется в пределах от 0 до 360 градусов, а в мертвых точках его КПД вообще равно нулю.The disadvantages of such engines are the low efficiency of the crankshaft and the structural complexity of the gas distribution mechanism, which significantly increases the number of possible malfunctions during operation. The traditional design of KShM does not allow to increase its efficiency above 40%. This is due to the fact that during the operation of the crankshaft, the angle between the connecting rod and crank varies from 0 to 360 degrees, and at the dead points its efficiency is generally zero.

Известна также конструкция бескривошипного двигателя внутреннего сгорания (DE 102006012814 A1 МПК F02B 75/26, опубл. 27.09.2007)Also known is the design of a crankless internal combustion engine (DE 102006012814 A1 IPC F02B 75/26, publ. 09/27/2007)

К недостаткам известной конструкции можно отнести следующие:The disadvantages of the known design include the following:

- подвод теплоты совершается при уходе поршня из верхней мертвой точки (ВМТ), тогда как термодинамика требует осуществлять подвод теплоты при постоянном объеме камеры сгорания (топливосберегающий процесс).- heat is supplied when the piston leaves the top dead center (TDC), while thermodynamics requires heat to be supplied at a constant volume of the combustion chamber (fuel-saving process).

- конструкция не допускает оперативное регулирование степени сжатия, что необходимо при использовании низкооктановых и альтернативных видов топлива.- the design does not allow the operational regulation of the degree of compression, which is necessary when using low-octane and alternative fuels.

Данная конструкция принята за ближайший аналог заявляемой полезной модели.This design is taken as the closest analogue of the claimed utility model.

Задача, на которую направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении КПД двигателя за счет создания конструкции без кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и механизма газораспределения, а также улучшение процесса сгорания топлива в цилиндре путем остановки поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) и осуществления регулирования степени сжатия.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the engine efficiency by creating a structure without a crank mechanism (CSM) and a gas distribution mechanism, as well as improving the process of fuel combustion in the cylinder by stopping the piston at top dead center (TDC) and implementing regulation of the degree of compression.

Техническим результатом от использования предложенной конструкции является создание двухтактного, бескривошипного, малооборотного двигателя внутреннего сгорания, не содержащего кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, обладающего улучшенной термодинамикой за счет остановки поршня в ВМТ и допускающего оперативное, дистанционное регулирование степени сжатия.The technical result from the use of the proposed design is the creation of a two-stroke, crankless, low-speed internal combustion engine that does not contain a crank mechanism and a gas distribution mechanism that has improved thermodynamics by stopping the piston at TDC and allowing operational, remote control of the compression ratio.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержит установленные на раме две пары кронштейнов, в первой паре кронштейнов шарнирно смонтированы валы с жестко закрепленными на них поршневыми дисками, между которыми расположены цилиндры с поршнями, при этом цапфы цилиндров установлены в подшипниках поршневых дисков, а оси цапф каждого цилиндра смещены на величину «е» друг от друга, со второй парой кронштейнов шарнирно соединена пара кулис, на свободных концах которых шарнирно установлены оси с жестко прикрепленными к ним штоковыми дисками, между штоковыми дисками расположены штоки, на одних концах которых выполнены цапфы, шарнирно установленные в подшипниках штоковых дисков, а другие концы штоков расположены с возможностью взаимодействия с поршнями цилиндров, причем оси цапф каждого поршневого штока и оси вращения каждой пары дисков также смещены на величину «е» друг от друга, при этом все четыре оси поршневых и штоковых дисков лежат в одной плоскости.The above technical result is achieved due to the fact that the internal combustion engine contains two pairs of brackets mounted on the frame, in the first pair of brackets shafts are mounted pivotally with piston disks fixed to them, between which cylinders with pistons are located, while cylinder pins are mounted in piston bearings disks, and the axles of the pins of each cylinder are shifted by an amount “e” from each other, a pair of wings is pivotally connected to the second pair of brackets, at the free ends of which are pivotally mounted axles with rod disks rigidly attached to them, between the rod disks there are rods, at one ends of which there are pins pivotally mounted in the bearings of the rod disks, and the other ends of the rods are arranged to interact with the pistons of the cylinders, the axles of the axles of each piston rod and axis the rotations of each pair of discs are also offset by an amount “e” from each other, while all four axes of the piston and rod disks lie in the same plane.

Двигатель снабжен механизмом остановки поршня в верхней мертвой точке, выполненным в виде приводимого от вала двигателя кулачкового механизма, корпус которого с одной стороны шарнирно соединен с дополнительным кронштейном, смонтированным на основании, а с другой стороны через штангу и тяги шарнирно соединен с концами кулис и шарнирами первой пары кронштейнов.The engine is equipped with a piston stop mechanism at top dead center, made in the form of a cam mechanism driven from the engine shaft, the housing of which is pivotally connected on one side to an additional bracket mounted on the base, and pivotally connected to the ends of the wings and hinges through the rod and rods first pair of brackets.

Двигатель также может быть снабжен приводом регулирования степени сжатия, выполненным в виде червячного механизма, выполненного в одном корпусе с кулачковым механизмом, при этом штанга кулачкового механизма установлена на резьбе в червячном колесе, находящемся в зацеплении с червяком, имеющим привод от шагового электродвигателя.The engine can also be equipped with a compression control drive made in the form of a worm gear made in one housing with a cam mechanism, while the cam mechanism rod is mounted on a thread in the worm gear gearing with the worm driven by a stepper motor.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами.The proposed utility model is illustrated by drawings.

Фиг.1 - Двигатель, общий видFigure 1 - Engine, General view

Фиг.2 - Сечение по А-А на Фиг.1Figure 2 - Section aa in Figure 1

Фиг.3 - Сечение по В-В на Фиг.2Figure 3 - Section bb in figure 2

Фиг.4 - Механизм регулирования степени сжатия (Узел С на Фиг.1)Figure 4 - The mechanism for controlling the degree of compression (Node C in Figure 1)

Двигатель внутреннего сгорания выполнен следующим образом.The internal combustion engine is as follows.

На раме 1 смонтирована пара кронштейнов 2 и 3, в которых вращаются ось 4 и выходной вал 5 с жестко закрепленными на них дисками 6 и 7. Между дисками 6 и 7 расположены цилиндры 8, цапфы которых установлены в подшипниках дисков 6 и 7. При этом оси цапф каждого цилиндра 8 смещены на некоторую величину «е» друг от друга. На раме 1 смонтирована также вторая пара кронштейнов 9 и 10, с которой шарнирно соединена пара кулис 11 и 12. В кулисах 11 и 12 шарнирно установлены оси 13 и 14 с жестко закрепленными на них дисками 15 и 16.A pair of brackets 2 and 3 are mounted on the frame 1, in which the axis 4 and the output shaft 5 rotate with the disks 6 and 7 rigidly fixed on them. Between the disks 6 and 7 there are cylinders 8, the trunnions of which are mounted in the bearings of the disks 6 and 7. the axis of the trunnions of each cylinder 8 are offset by a certain amount of "e" from each other. A second pair of brackets 9 and 10 is also mounted on the frame 1, to which a pair of wings 11 and 12 are pivotally connected. In the wings 11 and 12, the axles 13 and 14 are mounted pivotally with the disks 15 and 16 fixed to them.

Между дисками 15 и 16 расположены поршневые штоки 18, цапфы которых шарнирно установлены в подшипниках дисков 15 и 16. При этом оси цапф каждого штока 18 также смещены на величину «е» друг от друга.Between the disks 15 and 16 there are piston rods 18, the trunnions of which are pivotally mounted in the bearings of the disks 15 and 16. The axis of the trunnions of each rod 18 are also offset by an amount “e” from each other.

Оси вращения каждой пары дисков 6 и 7, 15 и 16 смещены друг от друга на ту же величину «е», и все четыре оси 4 и 5, 13 и 14 лежат в одной плоскости.The axis of rotation of each pair of discs 6 and 7, 15 and 16 are offset from each other by the same amount of "e", and all four axes 4 and 5, 13 and 14 lie in the same plane.

Такое выполнение обеспечивает плоскопараллельное перемещение цилиндров и штоков и постоянную пространственную ориентацию их осей независимо от угла поворота дисков. Двигаясь по круговым орбитам навстречу друг другу, поршневые штоки и соответствующие им цилиндры всегда расположены оппозитно (противоположно) друг другу и оси их совпадают.This embodiment provides a plane-parallel movement of the cylinders and rods and a constant spatial orientation of their axes, regardless of the angle of rotation of the disks. Moving in circular orbits towards each other, the piston rods and their corresponding cylinders are always located opposite (opposite) to each other and their axes coincide.

Поршни 17 отделены от поршневых штоков 18 и находятся в цилиндрах 8. В процессе работы двигателя поршни и поршневые штоки лишь периодически вступают в контакт для осуществления тактов «сжатие» и «рабочий ход». Угол поворота вала 5 за один рабочий цикл зависит от конструкции двигателя и составляет 50-60 градусов, тогда как в серийных двухтактных ДВС эта величина равна 360, а в четырехтактных - 720. Таким образом, мощность на валу заявленного ДВС складывается из малой частоты вращения и большого крутящего момента.The pistons 17 are separated from the piston rods 18 and are located in the cylinders 8. During the operation of the engine, the pistons and piston rods only periodically come into contact for the implementation of the “compression” and “stroke” strokes. The angle of rotation of the shaft 5 in one working cycle depends on the engine design and is 50-60 degrees, while in serial two-stroke ICEs this value is 360, and in four-stroke ICEs - 720. Thus, the power on the shaft of the declared ICE consists of a low speed and high torque.

Топливо по трубопроводу через вращающиеся уплотнения 19 и 20 по каналам в цапфах подается на плунжерные насосы высокого давления 21, установленные на каждом цилиндре и приводимые в действие упорами 22 на поршневых штоках.Fuel is piped through rotating seals 19 and 20 through channels in the pins to high pressure plunger pumps 21 installed on each cylinder and driven by stops 22 on the piston rods.

На диске 6 смонтирована воздушная турбина 23 радиального типа, которая через каналы в цапфах цилиндров 8 осуществляет подачу воздуха, необходимого для работы двигателя и охлаждения цилиндров. Отвод выхлопных газов производится при помощи аналогичной турбины 24 диска 7. Крутящий момент снимается через вал 5.An air turbine 23 of a radial type is mounted on the disk 6, which through the channels in the trunnions of the cylinders 8 delivers the air necessary for the operation of the engine and cooling the cylinders. The exhaust gases are removed using a similar turbine 24 of the disk 7. The torque is removed through the shaft 5.

Для осуществления остановки поршней в верхней мертвой точке (ВМТ) и регулирования степени сжатия диски 15 и 16 с поршневыми штоками 18 установлены на паре подвижных кулис 11 и 12, шарнирно установленных в кронштейнах 9 и 10. Положение кулис 11 и 12 фиксируется на раме при помощи штанги 25 и двух тяг 26. Эксцентриковый кулачок 27 закреплен на валике 28 и вращается в корпусе 29. Привод кулачка осуществляется от вала двигателя. Угловые скорости вала и кулачка точно согласованы: за один оборот вала кулачок совершает число оборотов, равное числу цилиндров. В тот момент, когда поршень начинает уходить из ВМТ, кулачок сообщает ему дополнительное движение вперед, что приводит поршень в состояние покоя относительно цилиндра.To stop the pistons at top dead center (TDC) and to control the compression ratio, the disks 15 and 16 with the piston rods 18 are mounted on a pair of movable wings 11 and 12, pivotally mounted in brackets 9 and 10. The position of the wings 11 and 12 is fixed on the frame using rods 25 and two rods 26. The eccentric cam 27 is mounted on the roller 28 and rotates in the housing 29. The cam is driven from the motor shaft. The angular speeds of the shaft and cam are precisely matched: for one revolution of the shaft, the cam makes a number of revolutions equal to the number of cylinders. At that moment, when the piston begins to leave TDC, the cam gives it additional forward movement, which brings the piston to a standstill relative to the cylinder.

Регулирование степени сжатия выполняется путем изменения положения ВМТ поршня при помощи штанги 25. Штанга ввинчена в гайку 30, выполненную в виде червячного колеса, которое находится в зацеплении с червяком 31, имеющим привод от шагового электродвигателя 32. Весь механизм шарнирно установлен в кронштейне 33, смонтированном на основании 1. При подаче управляющего сигнала шаговый двигатель вкручивает или выкручивает штангу, тем самым изменяя длину хода поршня в цилиндре на заданную величину.The compression ratio is controlled by changing the position of the TDC of the piston using the rod 25. The rod is screwed into the nut 30, made in the form of a worm wheel, which is engaged with the worm 31, which is driven by a stepper motor 32. The whole mechanism is pivotally mounted in the bracket 33 mounted on the basis of 1. When a control signal is supplied, the stepper motor spins or unscrews the rod, thereby changing the piston stroke length in the cylinder by a predetermined amount.

Двигатель работает следующим образом. При рабочем ходе поршень 17 воздействует на шток 18, принуждая его к линейному перемещению, но такое перемещение неразрывно связано с поворотом дисков и выходного вала 5.The engine operates as follows. During the stroke, the piston 17 acts on the rod 18, forcing it to linear movement, but such a movement is inextricably linked with the rotation of the discs and the output shaft 5.

Рабочий цикл состоит из двух тактов: «сжатие» и «рабочий ход». Такт сжатия начинается, когда произойдет контакт поршневого штока 18 с поршнем 17. В конце такта сжатия в определенном, точно заданном положении поршня 17 упор 22 поршневого штока воздействует на плунжер насоса 21 и осуществляет подачу топлива в камеру сгорания. Начинается «рабочий ход», в конце которого поршень открывает вначале выхлопные, а затем продувочные окна цилиндра. Выхлопные газы выбрасываются в область разряжения турбины диска 7, где смешиваются с поступающим снаружи воздухом и удаляются из двигателя. По завершении рабочего хода поршень теряет контакт со своим штоком и, совершая круговое движение, какое-то время находится в относительном покое. В этот момент турбина диска 6 через каналы в цапфах и продувочные окна в цилиндре нагнетает воздух, который продувает и охлаждает цилиндр до тех пор, пока поршень и шток вновь не войдут в контакт.The working cycle consists of two clock cycles: “compression” and “working stroke”. The compression stroke begins when the piston rod 18 contacts the piston 17. At the end of the compression stroke in a specific, precisely set position of the piston 17, the piston rod stop 22 acts on the plunger of the pump 21 and delivers fuel to the combustion chamber. A “stroke” begins, at the end of which the piston first opens the exhaust and then the blow-off windows of the cylinder. Exhaust gases are discharged into the rarefaction region of the turbine of the disk 7, where they are mixed with the incoming air from the outside and removed from the engine. At the end of the stroke, the piston loses contact with its stem and, making a circular motion, is in relative peace for some time. At this moment, the turbine of the disk 6 through the channels in the pins and the purge windows in the cylinder pumps air, which blows and cools the cylinder until the piston and the rod come into contact again.

После того как отработал первый цилиндр, поршень второго цилиндра вступает в контакт с соответствующим поршневым штоком и начинается рабочий цикл второго, затем третьего и всех последующих цилиндров.After the first cylinder has worked, the piston of the second cylinder comes into contact with the corresponding piston rod and the working cycle of the second, then the third and all subsequent cylinders begins.

Механизм остановки поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) работает следующим образом. В конце такта сжатия, когда начинается уход поршня из ВМТ, кулачок 27 через штангу 25, тяги 26 и шток 18 сообщает поршню 17 дополнительное движение вперед, которое компенсирует его уход назад и приводит его в состояние покоя относительно цилиндра на время, достаточное для впрыска и сгорания топлива. Таким образом, реализуется топливо сберегающий термодинамический цикл «подвод теплоты при постоянном объеме».The piston stop at top dead center (TDC) works as follows. At the end of the compression stroke, when the piston leaves TDC, the cam 27 through the rod 25, rod 26 and rod 18 gives the piston 17 additional forward movement, which compensates for its backward movement and puts it at rest relative to the cylinder for a time sufficient for injection and fuel combustion. Thus, a fuel-saving thermodynamic cycle “supply of heat with a constant volume” is realized.

Для осуществления дистанционного регулирования степени сжатия необходимо с пульта управления подать электроимпульс на шаговый двигатель 32, который, вращая гайку 30, перемещает штангу 25 вверх или вниз, изменяя положение ВМТ поршня на заданную величину.To carry out remote control of the compression ratio, it is necessary to supply an electric pulse from the control panel to the stepper motor 32, which, rotating the nut 30, moves the rod 25 up or down, changing the position of the TDC of the piston by a predetermined value.

Использование описанной полезной модели позволит получить двухтактный, бескривошипный, малооборотный ДВС, обладающего улучшенной термодинамикой за счет остановки поршня в ВМТ и допускающий оперативное, дистанционное регулирование степени сжатия.The use of the described utility model will make it possible to obtain a two-stroke, crankless, low-speed ICE, which has improved thermodynamics due to piston stop at TDC and allows operational, remote control of the compression ratio.

Claims

1. An internal combustion engine containing two pairs of brackets mounted on the frame, in the first pair of brackets, shafts with piston disks rigidly mounted on them, between which cylinders with pistons are located, are pivotally mounted, while the cylinder pins are mounted in the bearings of the piston disks, and the axles of each axle the cylinders are offset by an amount “e” from each other, a pair of wings is pivotally connected to the second pair of brackets, at the free ends of which are pivotally mounted axes with rod disks rigidly attached to them, between rods are located at the rod disks, at one ends of which are made pivots pivotally mounted in the bearings of the rod disks, and the other ends of the rods are arranged to interact with the pistons of the cylinders, and the axis of the axles of each piston rod and the axis of rotation of each pair of disks are also shifted by a value of "e "From each other, with all four axes of the piston and rod disks lying in the same plane.

2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with a piston stop mechanism at top dead center, made in the form of a cam mechanism driven from the engine shaft, the housing of which is pivotally connected on one side to an additional bracket mounted on the base, and on the other hand, through a rod and rod, it is pivotally connected to the ends of the wings and the hinges of the first pair of brackets.

3. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with a compression ratio drive made in the form of a worm gear made in one housing with a cam mechanism, while the cam mechanism rod is mounted on a thread in the worm gear gear with a worm driven by a stepper motor.