RU2053391C1 - Internal combustion engine with extended working stroke - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of engines. SUBSTANCE: internal combustion engine with extended working stroke has at least one piston 16 linked with crankshaft 8 by means of connecting rod 13 and synchronizing shaft 7 with gears. Cranks 4 are provided with external toothed rims 5 and internal toothed rims 12 secured on crank cheeks. Pair of connecting rod gears 11 is rigidly connected with big end of connecting rod 13. Crankshaft 8 is mounted in bearings in cranks 4 for engagement of connecting rod gears 11 with internal toothed rims 12 at ratio equal to 1:2; external toothed rims 5 are made for engagement with gears of synchronizing shaft 7. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению. The invention relates to engine building.

В существующих поршневых двигателях внутреннего сгорания только 25% тепла превращается в полезную работу. С отработавшими газами уносится в атмосферу примерно 33% тепла. Температура отработавших газов в конце такта рабочего хода перед открытием выпускного клапана около 900^оС и давление до 4 кг/см².In existing reciprocating internal combustion engines, only 25% of the heat is converted into useful work. With exhaust gas, about 33% of the heat is carried into the atmosphere. The temperature of the exhaust gases at the end of the stroke of the stroke before opening the exhaust valve is about 900 ^° C and pressure up to 4 kg / cm ² .

Известен кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, содержащий шатун, связанный с поршнем, размещенном в цилиндре двигателя, два коленчатых вала: быстроходный и тихоходный, связанные зубчатой передачей, причем частота вращения быстроходного вала вдвое больше частоты вращения тихоходного, и рычаги, связанные с обоими валами и шатуном при помощи шарнирных соединений с целью обеспечения возможности форсирования двигателя по частоте вращения валов коленчатые валы смещены относительно оси цилиндра и быстроходный вал расположен над тихоходным, а рычаг, связанный с тихоходным валом, соединен с шатуном через рычаг быстроходного вала, причем центры шарнирных соединений последнего рычага с шатуном, рычагом тихоходного вала и быстроходным валом образуют треугольник (см. авторское свидетельство СССР N 968496, кл. F 02 B 41/04, 1982). Known crank mechanism of an internal combustion engine with continued expansion, comprising a connecting rod connected to a piston located in the engine cylinder, two crankshafts: high-speed and low-speed, connected by a gear transmission, the speed of the high-speed shaft being twice the speed of the low-speed, and levers, connected to both shafts and the connecting rod with the help of articulated joints in order to ensure the possibility of forcing the engine in terms of shaft rotation speed, the crankshafts are offset relative to the cylinder axis Indra and the high-speed shaft are located above the low-speed one, and the lever connected to the low-speed shaft is connected to the connecting rod via the high-speed shaft lever, and the centers of the pivot joints of the last lever with the connecting rod, the low-speed shaft lever and the high-speed shaft form a triangle (see USSR copyright certificate N 968496, C. F 02 B 41/04, 1982).

Недостатком известного кривошипно-шатунного механизма является его сложность в изготовлении. Такой сложный многозвенный механизм с наличием массивных деталей, совершающих движение в разных направлениях во время работы, очень трудно отбалансировать. С целью балансировки необходимо вводить дополнительные устройства, а это значительно увеличит габариты и вес двигателя. A disadvantage of the known crank mechanism is its difficulty in manufacturing. Such a complex multi-link mechanism with the presence of massive parts that move in different directions during operation is very difficult to balance. In order to balance, it is necessary to introduce additional devices, and this will significantly increase the size and weight of the engine.

Следовательно, положительный эффект, полученный вследствие применения продленного такта расширения, будет полностью поглощен затратами на производстве двигателей и работу дополнительных механизмов. Therefore, the positive effect obtained as a result of applying the extended expansion stroke will be completely absorbed by the costs of engine production and the operation of additional mechanisms.

Целью изобретения является повышение производительности поршневых двигателей внутреннего сгорания, значительное уменьшение удельного расхода топлива и снижение в несколько раз токсичности отработавших газов за счет полного сгорания топлива в цилиндрах двигателя. The aim of the invention is to increase the performance of reciprocating internal combustion engines, a significant reduction in specific fuel consumption and several times reduction in exhaust gas toxicity due to complete combustion of fuel in the engine cylinders.

Это решается тем, что двигатель внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода содержит по меньшей мере один поршень, связанный шатуном с коленчатым валом, и синхронизирующий вал с шестернями, причем двигатель снабжен кривошипами с наружными зубчатыми венцами и с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, закрепленными на щеках кривошипов, и по меньшей мере парой шатунных шестерен, жестко связанных с нижней головкой шатуна, причем коленчатый вал установлен на подшипниках в кривошипах с возможностью взаимодействия шатунных шестерней с зубчатыми венцами внутреннего зацепления с передаточным отношением, равным 1:2, а наружные зубчатые венцы выполнены с возможностью взаимодействия с шестернями синхронизирующего вала. This is solved by the fact that the internal combustion engine with an extended stroke of the working stroke comprises at least one piston connected by a connecting rod to the crankshaft and a synchronizing shaft with gears, the engine being equipped with cranks with external gear crowns and with gear gears mounted on the cheeks cranks, and at least a pair of connecting rod gears rigidly connected to the lower head of the connecting rod, and the crankshaft is mounted on bearings in cranks with the possibility of interaction of the connecting rod rney internal gear teeth meshing with a gear ratio of 1: 2, and outer ring gears are adapted to cooperate with the synchronizing gear shaft.

На фиг. 1 указана кинематическая схема одной секции кривошипно-шатунного механизма предложенного двигателя внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода; на фиг. 2 рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода; на фиг. 3 компоновка одной секции кривошипно-шатунного механизма в предложенном двигателе внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода (продольный разрез). In FIG. 1 shows the kinematic diagram of one section of the crank mechanism of the proposed internal combustion engine with an extended stroke of the stroke; in FIG. 2 duty cycle of an internal combustion engine with an extended stroke of the stroke; in FIG. 3 the layout of one section of the crank mechanism in the proposed internal combustion engine with an extended stroke of the stroke (longitudinal section).

В картере двигателя 1 (фиг. 3) на подшипниках 2 и 3 смонтированы кривошипы 4, имеющие на щеках наружные зубчатые венцы 5, которые входят в зацепление с шестернями синхронизирующего вала 7. In the crankcase of the engine 1 (Fig. 3), bearings 4 and 4 are mounted on bearings 2 and 3, having external gear crowns 5 on their cheeks, which engage with gears of the synchronizing shaft 7.

Коленчатый вал 8 смонтирован в кривошипах 4 на подшипниках 9. В нижней головке шатуна 10 неподвижно по отношению к шатуну закреплены шатунные шестерни 11, входящие в зацепление с зубчатыми венцами внутреннего зацепления 12, закрепленными на щеках кривошипов 4. Передаточное отношение шатунных шестерен 11 с зубчатыми венцами внутреннего зацепления 12 равно 1:2. The crankshaft 8 is mounted in the cranks 4 on the bearings 9. In the lower head of the connecting rod 10, the connecting gears 11 are fixed in relation to the connecting rod, which engage with the internal gear teeth 12 mounted on the cheeks of the cranks 4. The gear ratio of the connecting rod gears 11 with the gear rings internal gearing 12 is 1: 2.

Шатун 13 соединен с шатунной шейкой 14 коленчатого вала 8 при помощи подшипника 15. Поршень 16 соединен с верхней головкой шатуна через поршневой палец. The connecting rod 13 is connected to the connecting rod neck 14 of the crankshaft 8 using a bearing 15. The piston 16 is connected to the upper head of the connecting rod through a piston pin.

На фиг. 3 показана конструкция кривошипно-шатунного механизма одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода, но возможны варианты конструкции и многоцилиндровых двигателей. In FIG. Figure 3 shows the design of the crank mechanism of a single-cylinder internal combustion engine with an extended stroke of the stroke, but design options and multi-cylinder engines are possible.

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания с продленным тактом рабочего хода осуществляется за два оборота коленчатого вала, соответствующих четырем ходам поршня (фиг. 2), за то же время кривошипы делают один оборот вокруг своей оси. The working cycle of an internal combustion engine with an extended stroke of the working stroke is carried out for two turns of the crankshaft corresponding to four piston strokes (Fig. 2), at the same time the cranks make one revolution around their axis.

В начале такта впуска поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе такта впуска кривошипы 4, повернувшись на 90^о вокруг своей оси, через зубчатые венцы внутреннего зацепления 12 и шатунные шестерни 11, поворачивают коленчатый вал на 180^о, поршень достигает первой нижней мертвой точки (НМТ-1). Далее кривошипы 4, поворачиваясь вокруг своей оси еще на 90^о, заставляют коленчатый вал 8 повернуться на 180^о, поршень поднимается до ВМТ, совершая сжатие рабочей смеси.At the beginning of the intake stroke, the piston is at top dead center (TDC). During the intake stroke, the cranks 4, turning 90 ^about around their axis, rotate the crankshaft through 180 ^about through the internal gears 12 and the connecting rods 11, the piston reaches the first bottom dead center (НМТ-1). Next, the cranks 4, turning around its axis by another 90 ^° , cause the crankshaft 8 to rotate 180 ^° , the piston rises to TDC, compressing the working mixture.

Около ВМТ рабочая смесь в цилиндре воспламеняется, начинается сгорание. Под давлением рабочих газов поршень движется вниз, совершая полезную работу, и доходит до второй нижней мертвой точки (НМТ-2). Затем кривошипы 4, повернувшись на четверть оборота вокруг своей оси по инерции, поворачивают коленчатый вал 8 на 180^о, поршень движется вверх до ВМТ, происходит выпуск отработавших газов.Near TDC, the working mixture in the cylinder ignites, combustion begins. Under the pressure of the working gases, the piston moves downward, doing useful work, and reaches the second bottom dead center (BDC-2). Then the cranks 4, turning a quarter of a revolution around its axis by inertia, rotate the crankshaft 8 by 180 ^° , the piston moves up to TDC, and exhaust gases are released.

Рабочий цикл завершается. The work cycle ends.

Продление такта рабочего хода, достигаемое предложенной конструкцией, в сочетании с современными способами образования рабочей смеси, имеет по сравнению с известными двигателями внутреннего сгорания следующие преимущества:
максимальное наполнение цилиндров рабочей смесью за счет снижения скорости вращения коленчатого вала;
полное сгорание топлива за счет увеличения хода поршня и продления расширения;
снижение давления и температуры отработавших газов;
повышение экономичности двигателя на 40-50% за счет сокращения потерь тепла с отработавшими газами;
снижение токсичности отработавших газов в 5-6 раз за счет полного сгорания топлива в цилиндрах;
использование топлива, не содержащего ядовитые присадки за счет уменьшения степени сжатия.The extension of the stroke of the working stroke achieved by the proposed design, in combination with modern methods of forming the working mixture, has the following advantages compared to the known internal combustion engines:
maximum filling of the cylinders with the working mixture by reducing the speed of rotation of the crankshaft;
complete combustion of fuel by increasing the stroke of the piston and extending the expansion;
reduction of pressure and temperature of exhaust gases;
40-50% increase in engine efficiency by reducing heat loss with exhaust gases;
5-6 times reduction in exhaust gas toxicity due to complete combustion of fuel in cylinders;
the use of fuel that does not contain toxic additives by reducing the degree of compression.

Claims (1)

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРОДЛЕННЫМ ТАКТОМ РАБОЧЕГО ХОДА, содержащий по меньшей мере один поршень, связанный шатуном с коленчатым валом, и синхронизирующий вал с шестернями, отличающийся тем, что двигатель снабжен кривошипами с наружными зубчатыми венцами и зубчатыми венцами внутреннего зацепления, закрепленными на щеках кривошипов, и по меньшей мере парой шатунных шестерен, жестко связанных с нижней головкой шатуна, причем коленчатый вал установлен на подшипниках в кривошипах с возможностью взаимодействия шатунных шестерен с зубчатыми венцами внутреннего зацепления с передаточным отношением, равным 1 : 2, а наружные зубчатые венцы выполнены с возможностью взаимодействия с шестернями синхронизирующего вала. INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN EXTENDED WORKING STROKE THROUGH, comprising at least one piston connected by a connecting rod to the crankshaft and a synchronizing shaft with gears, characterized in that the engine is provided with cranks with external gear crowns and internal gear teeth, and at least a pair of connecting rod gears rigidly connected to the lower head of the connecting rod, and the crankshaft mounted on bearings in cranks with the possibility of interaction of the connecting rod gears gears of internal gearing with a gear ratio of 1: 2, and the outer gears are made with the possibility of interaction with the gears of the synchronizing shaft.

Images