RU2057958C1 - Internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has cylinder 1 with pistons 2 and common combustion chamber 3. The cylinders are made up as a bank and mounted in parallel planes in pair. Pistons 2 are connected with the slide through rods. The slide is made up as two parts 5 and 7 with plane 8 wherein lateral guides 9 are provided. The stone, which also consists of two parts 10 and 11, is set in guides. The stone straddles crankpin 12. Crankcase 14 has vertical guides 15 of slides 5 and 7. The cylinder bank is fixed inside the housing. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции бесшатунного двигателя внутреннего сгорания. The invention relates to the construction of a rodless internal combustion engine.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий корпус, в котором размещен бесшатунный механизм, выполненный в виде двух штоко-поршневых узлов, размещенных в цилиндрах [1] Механизм газораспределения при этом размещен в штоко-поршневом узле. Known internal combustion engine (ICE), comprising a housing in which there is a rodless mechanism made in the form of two rod-piston assemblies located in cylinders [1] The gas distribution mechanism is placed in the rod-piston assembly.

Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и, следовательно, металлоемкость двигателя. Однако, размещение механизма газораспределения в штоко-поршневом узле делает двигатель очень сложным, с большим количеством пар трения и зубчатых зацеплений, что требует изготовления деталей с очень высокой точностью и использования высококачественных материалов, что делает его в итоге дорогим и недостаточно надежным. Кроме того, надежность снижается за счет большого давления со стороны штоков на направляющие, что приводит к быстрому износу пар трения. This design allows to reduce the size and, therefore, the intensity of the engine. However, placing the gas distribution mechanism in the piston rod assembly makes the engine very complex, with a large number of friction pairs and gears, which requires the manufacture of parts with very high accuracy and the use of high-quality materials, which makes it ultimately expensive and not reliable enough. In addition, reliability is reduced due to the high pressure from the rods to the guides, which leads to rapid wear of friction pairs.

Известен также ДВС, содержащий картер с установленным на нем цилиндром, в котором размещен кулисно-кривошипный механизм с двумя коленчатыми валами, на которых закреплены уравновешивающие противовесы [2] Такая конструкция позволяет повысить надежность двигателя путем хорошей уравновешенности, однако уравновешивание достигается за счет усложнения конструкции, а именно работой двух кулисных механизмов на один поршень, что в целом приводит к увеличению габаритов и массы двигателя. Кроме того, наличие синхронизирующих шестерен можно считать фактором, усложняющим конструкцию и также снижающим его надежность. An ICE is also known, containing a crankcase with a cylinder installed on it, in which a rocker-crank mechanism with two crankshafts is mounted on which counterbalancing counterweights are fixed [2]. This design allows to increase engine reliability by means of good balance, however, balancing is achieved due to the complexity of the design, namely, the work of two rocker mechanisms on one piston, which generally leads to an increase in the size and mass of the engine. In addition, the presence of synchronizing gears can be considered a factor complicating the design and also reducing its reliability.

Известен также ДВС, выбранный в качестве прототипа, содержащий параллельно установленные в одной плоскости цилиндры с поршнями, имеющие общую камеру сгорания [3] Применение такой схемы позволяет получить более уравновешенную систему, упростить механизм газораспределения и несколько повысить удельную мощность двигателя. Однако, известный двигатель можно эффективно использовать только как однородный, т.к. предлагаемый механизм синхронизации в виде шестерен не позволяет выполнить двигатель многорядным. Кроме того, использование зубчатого механизма синхронизации снижает надежность работы двигателя из-за больших пульсирующих нагрузок в зацеплениях за счет сил инерции. Использование противовесов снижает мощность, приходящуюся на единицу массы двигателя. Конструктивное выполнение механизма движения в известном ДВС практически не позволяет создавать на основе этого двигателя полностью уравновешенный двигатель малой массы и габаритов. Also known is an internal combustion engine, selected as a prototype, containing cylinders with pistons installed in parallel in the same plane and having a common combustion chamber [3]. Using this scheme makes it possible to obtain a more balanced system, simplify the gas distribution mechanism, and slightly increase the specific power of the engine. However, the known engine can only be effectively used as a homogeneous, because the proposed synchronization mechanism in the form of gears does not allow the engine to be multi-row. In addition, the use of a gear synchronization mechanism reduces the reliability of the engine due to the large pulsating loads in the gears due to inertia forces. The use of counterweights reduces the power per unit mass of the engine. The constructive implementation of the movement mechanism in the well-known ICE practically does not allow creating on the basis of this engine a fully balanced engine of small weight and dimensions.

В основу изобретения поставлена задача создания поршневого двигателя, в котором полностью уравновешен механизм движения, обеспечена возможнсть увеличения частоты вращения коленчатого вала и удельной мощности двигателя и за счет этого появилась возможность значительно уменьшить его габариты и массу. The basis of the invention is the task of creating a reciprocating engine in which the movement mechanism is fully balanced, it is possible to increase the speed of the crankshaft and the specific power of the engine, and due to this it is possible to significantly reduce its dimensions and weight.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндры, попарно снабженные общей камерой сгорания, размещенные в цилиндрах поршни со штоками, кинематически связанные с коленчатым валом, расположенном в картере, согласно изобретению, двигатель снабжен выполненным из двух частей ползуном, жестко связанным со штоками поршней цилиндра и выполненным из двух частей камнем, размещенным на кривошипной шейке коленчатого вала и установленным с возможностью перемещения в полости, образованной в ползуне, причем между частями ползуна расположен набор введенных регулировочных прокладок, а сам ползун установлен с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в картере. The problem is solved in that in an internal combustion engine containing cylinders pairwise equipped with a common combustion chamber, pistons with rods placed in the cylinders kinematically connected to the crankshaft located in the crankcase, according to the invention, the engine is equipped with a slider made of two parts, rigidly connected with the piston rods of the cylinder and a stone made of two parts, placed on the crank neck of the crankshaft and installed with the possibility of movement in the cavity formed in the slider, m between parts of the slide set is entered shims, and the slider is mounted movably in rails formed in the crankcase.

Такая конструкция механизма движения позволяет его полностью уравновесить, в нем отсутствуют боковые давления в цилиндрах, в частности за счет установки ползуна с возможностью перемещения в направляющих картера, кроме того в предлагаемой конструкции нет шатунов, создающих давление перпендикулярно оси перемещения поршней, поэтому поршни можно выполнять укороченными и облегченными, а долговечность и надежность работы поршневой группы значительно повышается. This design of the movement mechanism allows it to be completely balanced, it does not have lateral pressures in the cylinders, in particular due to the installation of a slider with the ability to move in the crankcase guides, in addition, the proposed design does not have connecting rods creating pressure perpendicular to the axis of movement of the pistons, therefore, the pistons can be shortened and lightweight, and the durability and reliability of the piston group is significantly increased.

Предусмотренное настоящим изобретением выполнение ползуна из двух частей, между которыми размещен набор регулировочных прокладок и выполнение камня из двух половин позволяет в процессе выработки и образования зазоров между камнем, ползуном и кривошипной шейкой путем последовательного снятия прокладок устранять зазоры и обеспечить надежную работу двигателя с высокой частотой вращения коленчатого вала. При этом конструкция предлагаемого ДВС является довольно компактной. The implementation of the present invention, the execution of the slider in two parts, between which there is a set of adjusting gaskets and the execution of the stone in two halves allows during the development and formation of gaps between the stone, the slider and the crank neck by sequentially removing the gaskets to eliminate gaps and ensure reliable operation of the engine with a high speed crankshaft. Moreover, the design of the proposed ICE is quite compact.

При вращении коленвала центробежная сила инерции масс камня, связанных с кривошипной шейкой, полностью уравновешивается силой инерции соседнего камня, расположенного на соседней кривошипной шейке. Сила инерции поступательно движущихся масс (ползун, болты, штоки, поршни) также полностью уравновешивается силой инерции аналогичных масс, поступательно движущихся в противофазе. When the crankshaft rotates, the centrifugal inertia force of the masses of stone associated with the crank neck is completely balanced by the inertia force of the neighboring stone located on the adjacent crank neck. The inertia force of translationally moving masses (slider, bolts, rods, pistons) is also fully balanced by the inertia force of similar masses, which are translationally moving in antiphase.

Таким образом ДВС, выполненный согласно настоящему изобретению, позволяет создать полностью уравновешенный двигатель с возможностью увеличения частоты вращения коленчатого вала и удельной мощности двигателя и за счет этого значительно уменьшить его габариты и массу. Thus, the internal combustion engine, made according to the present invention, allows you to create a fully balanced engine with the possibility of increasing the rotational speed of the crankshaft and specific power of the engine and thereby significantly reduce its dimensions and weight.

На чертеже показан поперечный разрез двигателя по одному из рядов (плоскостей). The drawing shows a transverse section of the engine in one of the rows (planes).

Двигатель содержит цилиндры 1 с поршнями 2 и общей камерой сгорания 3, выполненные в виде блока и установленные попарно в параллельных плоскостях. Поршни 2 связаны через штоки 4 с верхней половиной ползуна 5, которая с помощью болтов 6 скреплена с нижней половиной ползуна 7. Между половинами ползунов 5 и 7 имеется полость 8 с поперечными направляющими 9, в которых размещен камень, также состоящий из двух половин 10 и 11, охватывающих кривошипную шейку 12 коленчатого вала 13, расположенного в картере 14. В картере 14 имеются вертикальные направляющие 15 ползуна 5, 7. Блок цилиндров 1 непосредственно закреплен в корпусе 16, имеющем крышку 17. В крышку 17 ввинчена свеча зажигания 18, общая для камеры сгорания 3. С крышкой 17 связаны узлы клапанов и распредвала (на чертеже не показаны). Между половинами ползуна 5, 7 имеется набор регулировочных прокладок 19, а между половинами камня 10, 11 зазор 20. The engine contains cylinders 1 with pistons 2 and a common combustion chamber 3, made in the form of a block and installed in pairs in parallel planes. The pistons 2 are connected through the rods 4 with the upper half of the slider 5, which is bolted together 6 with the lower half of the slider 7. Between the halves of the sliders 5 and 7 there is a cavity 8 with transverse guides 9 in which a stone is also placed, which also consists of two halves 10 and 11, covering the crank neck 12 of the crankshaft 13 located in the crankcase 14. In the crankcase 14 there are vertical guides 15 of the slide 5, 7. The cylinder block 1 is directly mounted in the housing 16 having a cover 17. A spark plug 18 is screwed into the cover 17, common to combustion chambers 3. With lid 17 and associated valve assemblies of a cam (not shown). Between the halves of the slider 5, 7 there is a set of shims 19, and between the halves of the stone 10, 11 there is a gap 20.

Двигатель работает следующим образом. При синфазном движении поршней одного ряда от ВМТ к НМТ газовая сила, возникающая в общей камере сгорания 3, равномерно передается штоками 4 ползуну 5, 7, при этом с помощью камня 10, 11 поступательное в вертикальном направлении движение ползуна 5, 7 по направляющим 15 преобразуется в поступательное относительное в горизонтальном направлении движение камня 10, 11 по направляющим 9, передающего вращательное движение на кривошипную шейку 12 коленчатого вала 13, с которого снимается крутящий момент. Вращательное движение коленвала достигается как результат сложения двух поступательных движений во взаимно перпендикулярных направлениях. The engine operates as follows. During the in-phase movement of pistons of the same row from TDC to BDC, the gas force arising in the common combustion chamber 3 is uniformly transmitted by the rods 4 to the slider 5, 7, while using the stone 10, 11 the vertical translational movement of the slider 5, 7 along the guides 15 is converted in translational relative horizontal movement of the stone 10, 11 along the guides 9, transmitting rotational movement to the crank neck 12 of the crankshaft 13, from which the torque is removed. The rotational movement of the crankshaft is achieved as a result of the addition of two translational movements in mutually perpendicular directions.

Наиболее успешно предлагаемый двигатель может быть использован в обычных автомобилях. Его использование по сравнению с существующими двигателями имеет следующие преимущества: минимальное количество подвижных соединений, в нем отсутствуют зубчатые передачи, снижающие надежность, отсутствует боковое давление на поршни, что значительно повышает долговечность поршневой группы; масса штоко-поршневой группы минимальна, это позволяет увеличивать быстроходность и мощность двигателя. Установка регулировочных прокладок между верхней и нижней частями ползуна и обеспечение зазора между верхней и нижней частями камня позволяют значительно увеличить срок службы двигателя; механизм движения предлагаемого двигателя позволяет выполнить двигатель многорядным и полностью уравновешенным без применения противовесов. The most successfully proposed engine can be used in conventional cars. Its use in comparison with existing engines has the following advantages: the minimum number of movable joints, there are no gears that reduce reliability, there is no lateral pressure on the pistons, which significantly increases the durability of the piston group; the mass of the rod-piston group is minimal, this allows you to increase speed and engine power. Installation of shims between the upper and lower parts of the slider and the provision of a gap between the upper and lower parts of the stone can significantly increase the life of the engine; the mechanism of motion of the proposed engine allows the engine to be multi-row and fully balanced without the use of counterweights.

Claims (1)

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндры, попарно снабженные общей камерой сгорания, размещенные в цилиндрах поршни со штоками, кинематически связанные с коленчатым валом, расположенным в картере, отличающийся тем, что двигатель снабжен выполненным из двух частей ползуном, жестко связанным со штоками поршней цилиндра и выполненным из двух частей камнем, размещенным на кривошипной шейке коленчатого вала и установленным с возможностью перемещения в полости, образованной в ползуне, причем между частями ползуна расположен набор введенных регулировочных прокладок, а сам ползун установлен с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в картере. INTERNAL COMBUSTION ENGINE, containing cylinders pairwise equipped with a common combustion chamber, pistons with rods placed in the cylinders, kinematically connected with a crankshaft located in the crankcase, characterized in that the engine is provided with a two-piece slider rigidly connected to the piston rods of the cylinder and made of two parts with a stone placed on the crank neck of the crankshaft and installed with the possibility of movement in the cavity formed in the slider, and between the parts of the slider is located p introduced adjusting gaskets, and the slider itself is installed with the possibility of movement in the guides made in the crankcase.