RU2166654C1 - Rotary piston axial internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed engine can be used as mechanical energy source in machines and mechanisms of road, water and air vehicles, to drive different industrial and household consumers and as pump or compressor. Cylinder liner is installed in engine housing. Cylinder covers are found at end faces. Piston is made in form of cylindrical tubular member whose end face parts are sealed over outer and inner surfaces by means of ring sealing members. Piston engages with transfer mechanisms by means of curvilinear closed continuous uninterrupted groove (slot) on its side surface. Transfer mechanisms installed in engine housing have spherical or cylindrical bodies of revolution. Engine output shaft passes along cylinder axis through piston axis and working spaces found at both sides of piston. Shaft engages with engine piston through movable joint including antifriction or sliding bearings. Processes composing two- or four-stroke working cycle of piston heat machine take place in turn at both sides of engine piston so that piston moves providing useful work at working stroke in two directions making the engine double-action machine. Proposed invention provides decrease of friction and mechanical losses, increase of engine efficiency, reduction of dynamic load of main parts of internal combustion engine, improved power, performance, mass and dimensions, repair and ecology characteristics of engine. EFFECT: improved reliability and increased service life of engine. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению. The invention relates to the field of engineering, in particular to engine building.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, такие как, например, двигатель Баландина, поршневая машина Лапидуса. Known design of rodless internal combustion engines, such as, for example, the Balandin engine, piston machine Lapidus.

Двигатель Баландина (см.: Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1972) содержит корпус, цилиндр, поршень, шток, камеру сгорания, коленчатый вал. В двигателе Баландина преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется при помощи коленчатого вала специальной конструкции. The engine of the Balandin (see: Balandin S.S. Rodless internal combustion engines. - M .: Mechanical Engineering, 1972) contains a housing, a cylinder, a piston, a rod, a combustion chamber, a crankshaft. In the Balandin engine, the conversion of the reciprocating motion into rotational motion is carried out using a special design crankshaft.

Поршневая машина Лапидуса (А.с. N 1038487, F 01 В 9/08, опубл. 1983), которая может быть использована в качестве двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, цилиндр, поршень, камеру сгорания и выходной вал, связанный с поршнем и цилиндром посредством обгонных муфт. A Lapidus piston machine (A.S. N 1038487, F 01 B 9/08, published 1983), which can be used as an internal combustion engine, comprises a housing, a cylinder, a piston, a combustion chamber and an output shaft connected to the piston and cylinder by means of overrunning clutches.

Известна конструкция поршневой машины, которая представляет собой свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания (см.: Бирюков Б.Н. От водяного колеса до квантового ускорителя. - М.: Машиностроение, 1990). Этот двигатель содержит корпус, в котором размещены два поршня, свободно перемещающиеся внутри цилиндра, и два буферных устройства, расположенных по торцам внутри цилиндра. Рабочий объем и камера сгорания находятся между поршнями. Поршни выполнены из ферромагнитного материала, а на корпус двигателя намотаны токопроводящие обмотки, и при возвратно-поступательном перемещении поршней внутри цилиндра, которое ограничено с одной стороны буферными устройствами, а с другой - силой сопротивления сжатого рабочего тела, в обмотках наводится переменная ЭДС. Такая поршневая машина может быть использована в качестве генератора электрической энергии. A known design of a piston machine, which is a free-piston internal combustion engine (see: Biryukov BN From a water wheel to a quantum accelerator. - M .: Mashinostroenie, 1990). This engine contains a housing in which there are two pistons freely moving inside the cylinder, and two buffer devices located at the ends inside the cylinder. The displacement and the combustion chamber are between the pistons. Pistons are made of ferromagnetic material, and conductive windings are wound around the motor housing, and with reciprocating movement of the pistons inside the cylinder, which is limited on the one hand by buffer devices, and on the other hand, by the resistance force of a compressed working fluid, an EMF variable is induced in the windings. Such a piston machine can be used as an electric energy generator.

Основными недостатками такого двигателя являются:
- переменная степень сжатия с неблагоприятной зависимостью ее от нагрузки: степень сжатия увеличивается при увеличении нагрузки на двигатель;
- запуск такого двигателя требует применения постороннего источника электрической энергии большой мощности для перемещения поршней внутри цилиндра путем подключения его к обмоткам на корпусе двигателя;
- ненадежность поршневой машины вследствие воздействия на ее основные детали высоких ударных нагрузок, возникающих при работе машины;
- ухудшение электромагнитных характеристик поршней вследствие воздействия на них высоких температур и давлений, а также агрессивности рабочего тела.The main disadvantages of such an engine are:
- a variable compression ratio with an unfavorable dependence on load: the compression ratio increases with increasing load on the engine;
- the launch of such an engine requires the use of an external source of high-power electric energy to move the pistons inside the cylinder by connecting it to the windings on the engine casing;
- the unreliability of the piston machine due to the impact on its main parts of high shock loads that occur during operation of the machine;
- deterioration of the electromagnetic characteristics of the pistons due to exposure to high temperatures and pressures, as well as the aggressiveness of the working fluid.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с вращающимися поршнями по патенту Российской Федерации N 2057948, МПК⁶ F 01 В 9/08. Двигатель содержит корпус, гильзу цилиндра с пазом, выполненным на ее внутренней поверхности в виде замкнутой кривой, поршень, в котором размещены передаточные механизмы в виде роликов на пальцах и шток, укрепленный в поршне и взаимодействующий с шестерней выходного вала при помощи роликов, находящихся в прямолинейных пазах в ступице шестерни. За счет перемещения роликов поршня в пазу гильзы цилиндра и роликов штока в пазу ступицы шестерни выходного вала осуществляется преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, передающееся на выходной вал через шестерню.Closest to the proposed engine is the design of a rodless internal combustion engine with rotating pistons according to the patent of the Russian Federation N 2057948, IPC ⁶ F 01 B 9/08. The engine contains a housing, a cylinder liner with a groove made on its inner surface in the form of a closed curve, a piston in which gears are placed in the form of rollers on the fingers and a rod, mounted in the piston and interacting with the output shaft gear using straight-line rollers grooves in the gear hub. By moving the piston rollers into the groove of the cylinder liner and the rod rollers into the groove of the hub of the gear of the output shaft, the reciprocating movement of the piston is converted into rotational, transmitted to the output shaft through the gear.

Недостатками такого двигателя являются:
- несоответствие конфигурации роликов передаточных механизмов, имеющих форму круглых цилиндрических тел вращения, характерному виду эпюры скоростей движения внешних образующих данных элементов, которая имеет вид треугольников, симметричных относительно оси поршня, вследствие чего неизбежно возникновение проскальзывания определенных участков боковых (рабочих) поверхностей роликов относительно беговой (рабочей) поверхности пава на внутренней поверхности гильзы (цилиндра) в процессе работы двигателя;
- значительное увеличение работы трения, а также возникновение колебательных процессов (вибраций) в передаточных механизмах двигателя по причине, указанной выше, что весьма отрицательно сказывается на плавности и равномерности хода двигателя и, кроме того, существенно ограничивает диапазон работоспособности и снижает показатели надежности и долговечности основных деталей такого ДВС;
- существенное повышение динамической нагруженности механизма преобразования движения двигателя вследствие возникновения различного рода колебательных процессов, что в совокупности с предыдущим недостатком ведет к ускоренному износу и быстрому выходу из строя основных силовых элементов двигателя, а также к необходимости конструктивного увеличения запасов прочности указанных элементов, вследствие чего значительная часть деталей такого ДВС оказывается "переразмеренной":
- высокая доля (удельный вес в конструкции) и масса ведомых (валы, шестерни и т. п.) и связанных с ними корпусных (подшипники с элементами крепления, картеры, различного рода приливы и т. д.) элементов в конструкции двигателя, что уменьшает степень ее рациональности, значительно увеличивает потери мощности в самом двигателе и снижает его КПД, а также существенно ухудшает массогабаритные параметры двигателя;
- ввиду наличия у двигателя указанной совокупности недостатков сравнительно низкие мощностные, технико-экономические, эксплуатационные и экологические показатели такого ДВС.The disadvantages of such an engine are:
- the mismatch of the configuration of the rollers of the transmission mechanisms, having the form of round cylindrical bodies of revolution, with the characteristic form of the diagram of the velocities of the external generatrix of these elements, which has the form of triangles symmetrical about the axis of the piston, as a result of which slipping of certain sections of the lateral (working) surfaces of the rollers with respect to the running (inevitable) working) surface of the surface on the inner surface of the liner (cylinder) in the process of engine operation;
- a significant increase in the work of friction, as well as the occurrence of oscillatory processes (vibrations) in the gears of the engine for the reason indicated above, which very negatively affects the smoothness and uniformity of the engine stroke and, in addition, significantly limits the range of performance and reduces the reliability and durability of the main details of such an engine;
- a significant increase in the dynamic load of the mechanism for converting the motion of the engine due to the occurrence of various kinds of oscillatory processes, which, together with the previous drawback, leads to accelerated wear and rapid failure of the main power elements of the engine, as well as to the need for a constructive increase in the safety margins of these elements, resulting in a significant part of the details of such an internal combustion engine is "oversized":
- a high proportion (specific gravity in the structure) and the mass of driven (shafts, gears, etc.) and associated housing (bearings with fasteners, crankcases, various tides, etc.) elements in the engine structure, which reduces the degree of its rationality, significantly increases the power loss in the engine itself and reduces its efficiency, and also significantly worsens the overall dimensions of the engine;
- due to the presence of the specified set of shortcomings in the engine, relatively low power, technical, economic, operational and environmental indicators of such an engine.

В основу изобретения поставлено решение задач существенного улучшения мощностных, технико-экономических, массогабаритных, эксплуатационных и экологических показателей, параметров и характеристик бесшатунного ДВС с вращающимися поршнями, а также значительного снижения динамической нагруженности, повышение надежности и увеличение срока службы (долговечности) как основных деталей, так и двигателя в целом. The basis of the invention is the solution of problems of significant improvement of power, technical, economic, weight, operational and environmental indicators, parameters and characteristics of a rodless ICE with rotating pistons, as well as a significant reduction in dynamic loading, increased reliability and increased service life (durability) as the main parts, and the engine as a whole.

Это достигается тем, что в бесшатунном ДВС с вращающимися поршнями, содержащем размещенные в корпусе гильзу цилиндра, поршень, выходной вал и передаточные механизмы, взаимодействующие с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности паз, а также механизм взаимодействия поршня с выходным валом двигателя, согласно изобретению поршень соединен с выходным валом, проходящим через оба днища поршня по его оси, посредством подшипников качения или скольжения, опирающихся на плоскости выходного вала, наружные поверхности верхнего и нижнего днищ поршня в совокупности с соответствующими поверхностями верхней и нижней крышек цилиндра, а также гильзы цилиндра образуют камеры сгорания, расположенные с обеих сторон одного и того же поршня, при этом паз выполнен на боковой поверхности поршня, передаточные механизмы установлены в корпусе двигателя, а механизм взаимодействия поршня с выходным валом расположен внутри поршня двигателя. This is achieved by the fact that in a rodless internal combustion engine with rotating pistons, containing a cylinder liner, a piston, an output shaft and gears interacting with one of the elements of the piston and piston group containing a groove on the surface, as well as a mechanism for the piston to interact with the engine output shaft, according to the invention, the piston is connected to the output shaft passing through both piston bottoms along its axis by rolling or sliding bearings resting on the plane of the output shaft, outer surfaces the upper and lower piston bottoms in combination with the corresponding surfaces of the upper and lower cylinder covers, as well as the cylinder liners form combustion chambers located on both sides of the same piston, while the groove is made on the side surface of the piston, gears are installed in the engine housing, and the mechanism of interaction of the piston with the output shaft is located inside the piston of the engine.

Особенностью данного двигателя является то, что термодинамические и газодинамические процессы, в определенной совокупности составляющие рабочий цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания, осуществляются поочередно с каждой из сторон одного и того же поршня таким образом, что этот поршень может совершать рабочий ход как в одну, так и в другую сторону относительно какого-либо торца (крышки цилиндра) двигателя. То есть полезная работа, совершаемая рабочим телом внутри цилиндра в процессе работы двигателя и реализуемая при помощи механизма преобразования движения, который включает передаточные механизмы, взаимодействующие с одним из элементов цилиндропоршневой группы, а также механизм взаимодействия с выходным валом двигателя, в виде вращающего (крутящего) момента на выходном валу, может быть получена при движении поршня в обе стороны, которых возможно иметь две. Это позволяет считать данный бесшатунный ДВС с вращающимися поршнями двигателем двойного действия. The peculiarity of this engine is that thermodynamic and gas-dynamic processes, which in a certain combination make up the working cycle of a reciprocating internal combustion engine, are carried out alternately from each side of the same piston in such a way that this piston can make a working stroke both in one and in the opposite direction relative to any end (cylinder cover) of the engine. That is, the useful work performed by the working fluid inside the cylinder during engine operation and implemented using the movement conversion mechanism, which includes gears that interact with one of the elements of the piston-cylinder group, as well as the mechanism of interaction with the engine output shaft, in the form of a rotating (torque) torque on the output shaft can be obtained by moving the piston in both directions, which may have two. This allows us to consider this rodless ICE with rotating pistons as a double-acting engine.

Благодаря указанному взаимному расположению и способу взаимодействия поршня с передаточными механизмами, выходным валом и корпусом (цилиндром) двигателя достигается сокращение числа пар трения, при этом в имеющихся в двигателе парах трения трение скольжения в максимальной степени заменено трением качения, а форма и пространственная конфигурация основных деталей и конструктивных элементов механизма преобразования движения полностью соответствует требованиям, предъявляемым к данным деталям и элементам с точки зрения совершенства кинематических и динамических параметров поршневого бесшатунного ДВС. Это позволяет согласовать геометрические характеристики основных силовых элементов механизма преобразования движения такого ДВС с учетом физической сущности протекающих в двигателе кинематических и динамических процессов, значительно снизить работу трения, а также исключить возникновение вибраций, ударных нагрузок и колебательных явлений в процессе работы двигателя. Таким образом достигается снижение динамической нагруженности, повышение надежности и долговечности работы двигателя, а также улучшение технико-экономических показателей и, в частности, увеличение КПД такого ДВС. Вследствие осуществления принципа двойного действия при работе двигателя повышается энергетическая эффективность ДВС при значительной компактности его как силового агрегата, что ведет к улучшению как мощностных и массогабаритных, так и ремонтно-эксплуатационных показателей, параметров и характеристик такого двигателя. Due to the indicated mutual arrangement and method of interaction of the piston with the transmission mechanisms, the output shaft and the engine body (cylinder), the number of friction pairs is reduced, while in the friction pairs available in the engine, sliding friction is replaced to the maximum extent by rolling friction, and the shape and spatial configuration of the main parts and structural elements of the movement conversion mechanism is fully consistent with the requirements for these parts and elements in terms of excellence nematic and dynamic parameters of piston rodless engine. This allows you to agree on the geometric characteristics of the main power elements of the movement conversion mechanism of such an engine, taking into account the physical nature of the kinematic and dynamic processes occurring in the engine, significantly reduce the friction work, and also eliminate the occurrence of vibrations, shock loads and vibrational phenomena during engine operation. Thus, a reduction in dynamic loading, an increase in the reliability and durability of the engine, as well as an improvement in technical and economic indicators and, in particular, an increase in the efficiency of such an engine are achieved. Due to the implementation of the principle of double action during engine operation, the energy efficiency of the internal combustion engine is increased with its compactness as a power unit, which leads to an improvement in both power and overall dimensions, as well as repair and operational indicators, parameters and characteristics of such an engine.

Поршень бесшатунного ДВС двойного действия предназначен для размещения механизма взаимодействия с выходным валом двигателя. The double-acting piston of a double-acting internal combustion engine is designed to accommodate the mechanism of interaction with the engine output shaft.

Выходной вал проходит по оси цилиндра двигателя, в том числе и через рабочие объемы, и уплотняется в поршне и крышках цилиндра двигателя соответствующими уплотнительными элементами, что позволяет существенно снизить габариты и массу, а также упростить конструкцию двигателя. The output shaft passes along the axis of the engine cylinder, including through the working volumes, and is sealed in the piston and cylinder covers of the engine with corresponding sealing elements, which can significantly reduce the dimensions and weight, as well as simplify the design of the engine.

Каждая крышка цилиндра двигателя в совокупности с соответствующим днищем поршня и частью внутренней поверхности стенок гильзы цилиндра образует отдельный рабочий объем, в котором осуществляется рабочий цикл двигателя, при этом каждый рабочий объем посредством окон в гильзе цилиндра сообщается с впускными и выпускными органами двигателя, что позволяет значительно повысить удельные мощностные показатели двигателя. Следовательно, для каждого поршня двигатель имеет два независимых друг от друга рабочих объема, в каждом из которых осуществляются процессы, составляющие рабочий цикл поршневого ДВС. Each engine cylinder cover, together with the corresponding piston crown and part of the inner surface of the cylinder liner walls, forms a separate working volume in which the working cycle of the engine is carried out, with each working volume communicating with the inlet and outlet parts of the engine through windows in the cylinder liner, which allows to increase the specific power indicators of the engine. Therefore, for each piston, the engine has two working volumes independent of each other, in each of which processes are carried out that make up the working cycle of the piston ICE.

Открытием и закрытием впускных и выпускных окон гильзы цилиндра для каждого рабочего объема управляет один и тот же поршень в процессе своего перемещения, чем достигается конструктивная простота и эффективность управления процессами газообмена. The opening and closing of the inlet and outlet windows of the cylinder liner for each working volume is controlled by the same piston during its movement, which achieves constructive simplicity and efficient control of gas exchange processes.

Таким образом, рабочий цикл осуществляется с обеих сторон одного и того же поршня, причем процессы рабочего хода чередуются попеременно в каждом рабочем объеме, при этом двигатель может работать как по двух-, так и по четырехтактному рабочему циклу, и может являться как карбюраторным (с внешним смесеобразованием), так и дизельным (с внутренним смесеобразованием), чем достигаются высокие энергетические показатели двигателя, а также его универсальность. Thus, the duty cycle is carried out on both sides of the same piston, and the stroke processes alternate alternately in each working volume, while the engine can operate both in a two- and four-stroke duty cycle, and can be either carburetor (with external mixture formation), and diesel (with internal mixture formation), which achieves high energy performance of the engine, as well as its versatility.

На боковой поверхности поршня бесшатунного ДВС двойного действия выполнена бесконечная криволинейная замкнутая непересекающаяся канавка, что обеспечивает закон перемещения поршня, задаваемый продольным профилем канавки. В корпусе бесшатунного ДВС двойного действия установлены передаточные механизмы, которых может быть по меньшей мере два и каждый из которых содержит колодку и тело вращения сферической или цилиндрической формы, взаимодействующее с канавкой поршня, что обеспечивает кинематическую связь элементов цилиндро-поршневой группы. On the lateral surface of the piston of a double-acting rodless internal combustion engine, an endless curvilinear closed non-intersecting groove is made, which ensures the piston movement law defined by the longitudinal groove profile. In the case of a double-acting rodless internal combustion engine of double action, gears are installed, of which there can be at least two and each of which contains a block and a body of revolution of a spherical or cylindrical shape, interacting with the piston groove, which provides a kinematic connection of the elements of the cylinder-piston group.

Поршень посредством подвижного соединения, содержащего подшипники, связан с выходным валом двигателя, что обеспечивает передачу крутящего момента потребителю. The piston, through a movable joint containing bearings, is connected to the output shaft of the engine, which ensures the transmission of torque to the consumer.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен схематический разрез бесшатунного ДВС (БШ ДВС) двойного действия на примере одноцилиндровой поршневой машины, работающей по двухтактному циклу. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic section of a rodless ICE (BS ICE) double action on the example of a single-cylinder piston machine operating on a push-pull cycle.

Бесшатунный ДВС двойного действия содержит корпус 1 с гильзой цилиндра 2, крышки цилиндра 3 и 4, расположенные с обеих сторон цилиндра, поршень 5, взаимодействующий посредством канавки 6 на своей боковой поверхности с передаточными механизмами 7, содержащими колодку 8 и тело вращения 9 сферической формы, а также подвижное соединение 10, обеспечивающее передачу вращения на выходной вал 11 двигателя. Гильза цилиндра 2 имеет два впускных 12 и два выпускных 13 окна, а в местах, требующих по условиям работы применения уплотнений, установлены уплотнительные элементы 14 и 15 в виде колец. Выходной вал двигателя 11 установлен в подшипниках 16 и снабжен маховиком (последний на чертеже не показан). Выходной вал 11 выполнен в средней, находящейся внутри поршня части плоским и имеет две лыски для взаимодействия с элементами подвижного соединения 10. Подвижное соединение 10 содержит оси 17, установленные в поршне 5, на которых размещены ролики 18 на втулках 19. Ролики 18 опираются на плоскости (лыски) выходного вала 11. Вместо роликов 18 на втулках 19, образующих подшипники скольжения, в подвижном соединении 10 могут быть использованы подшипники качения. Double-acting rodless internal combustion engine contains a housing 1 with a cylinder liner 2, cylinder covers 3 and 4 located on both sides of the cylinder, a piston 5 interacting by means of a groove 6 on its side surface with gears 7 containing a block 8 and a rotation body 9 of a spherical shape, as well as a movable connection 10, providing transmission of rotation to the output shaft 11 of the engine. The cylinder liner 2 has two inlet 12 and two outlet 13 windows, and in places that require the use of seals, sealing elements 14 and 15 are installed in the form of rings. The output shaft of the motor 11 is installed in the bearings 16 and is equipped with a flywheel (the latter is not shown in the drawing). The output shaft 11 is made in the middle part inside the piston and is flat and has two flats for interaction with the elements of the movable joint 10. The movable joint 10 contains the axles 17 mounted in the piston 5, on which the rollers 18 are located on the bushings 19. The rollers 18 are supported on a plane (flats) of the output shaft 11. Instead of the rollers 18 on the bushings 19 forming the plain bearings, rolling bearings can be used in the movable joint 10.

Бесшатунный ДВС двойного действия работает следующим образом. В процессе сгорания и расширения газы, находящиеся в верхнем рабочем объеме А цилиндра, заставляют поршень 5 перемещаться вниз, при этом в нижнем рабочем объеме Б осуществляется сжатие рабочей смеси; в конце хода поршня 5 в верхнем рабочем объеме происходит открытие вначале выпускных 13, а затем впускных 12 окон и начинается процесс газообмена, а в нижнем рабочем объеме вблизи нижней мертвой точки (НМТ) поршня 5 происходит воспламенение топливо-воздушной (рабочей) смеси. При дальнейшем движении поршня 5 газы, образующиеся в результате процесса сгорания в нижнем рабочем объеме цилиндра, заставляют поршень 5 перемещаться вверх, в результате чего в нижнем рабочем объеме цилиндра происходит рабочий ход, а в верхнем рабочем объеме заканчивается процесс газообмена (продувки-наполнения) и происходит сжатие свежего заряда рабочей смеси, поступившего в верхний рабочий объем за время продувки-наполнения. Вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) поршня 5 в нижнем рабочем объеме цилиндра начинается процесс газообмена, а в верхнем рабочем объеме происходит воспламенение рабочей смеси. В дальнейшем указанные процессы циклически повторяются в каждом из рабочих объемов цилиндра. В процессе своего движения поршень 5 посредством бесконечной криволинейной замкнутой канавки 6 на своей боковой поверхности взаимодействует с передаточными механизмами 7, установленными в корпусе двигателя, и вследствие взаимодействия тел вращения 9 передаточных механизмов 7 с канавкой 6 поршня 5 возвратно-поступательное движение поршня 5 преобразуется во вращательное, которое при помощи подвижного соединения 10 передается на выходной вал двигателя. Маховик бесшатунного ДВС двойного действия обеспечивает требуемую равномерность хода двигателя. Double-acting rodless ICE works as follows. In the process of combustion and expansion, the gases located in the upper working volume A of the cylinder cause the piston 5 to move downward, while the working mixture is compressed in the lower working volume B; at the end of the stroke of the piston 5 in the upper working volume, first the opening 13 and then the intake 12 windows open and the gas exchange process begins, and in the lower working volume near the bottom dead center (BDC) of the piston 5, the fuel-air (working) mixture ignites. With further movement of the piston 5, the gases generated as a result of the combustion process in the lower working volume of the cylinder cause the piston 5 to move upward, as a result of which a working stroke occurs in the lower working volume of the cylinder, and the gas exchange (purge-filling) process ends in the upper working volume and there is compression of the fresh charge of the working mixture received in the upper working volume during the purge-filling. Near the top dead center (TDC) of the piston 5, the gas exchange process begins in the lower working volume of the cylinder, and the working mixture ignites in the upper working volume. Subsequently, these processes are cyclically repeated in each of the working volumes of the cylinder. In the process of its movement, the piston 5 through an endless curved closed groove 6 on its lateral surface interacts with gears 7 installed in the engine housing, and due to the interaction of rotation bodies 9 of the gears 7 with the groove 6 of the piston 5, the reciprocating movement of the piston 5 is converted into rotational which, using a movable joint 10 is transmitted to the output shaft of the engine. A double-acting flywheel of a double-acting internal combustion engine ensures the required uniformity of engine motion.

Изобретение обеспечивает следующие технические преимущества:
- соответствие геометрических параметров и характеристик основных силовых элементов механизма преобразования движения требованиям, предъявляемым к данным деталям с точки зрения совершенства кинематических и динамических процессов, протекающих в поршневом бесшатунном ДВС во время его работы;
- уменьшение работы трения и механических потерь в двигателе, а также исключение возникновения высоких ударных нагрузок и различного рода колебательных процессов, что позволяет повысить КПД двигателя, расширить диапазон (границы) работоспособности, повысить надежность и увеличить срок службы (моторесурс) двигателя;
- снижение динамической нагруженности механической части двигателя, а значит возможность такой оптимизации его основных деталей, при которой их форма, размеры и масса будут обеспечивать лучшие массогабаритные и эргономические показатели двигателя;
- улучшение мощностных, технико-экономических, ремонтно-эксплуатационных и экологических параметров, показателей и характеристик двигателя.The invention provides the following technical advantages:
- compliance of geometric parameters and characteristics of the main power elements of the movement conversion mechanism with the requirements for these parts from the point of view of the excellence of kinematic and dynamic processes occurring in the piston rodless ICE during its operation;
- reducing the friction and mechanical losses in the engine, as well as eliminating the occurrence of high shock loads and various kinds of oscillatory processes, which allows to increase the engine efficiency, expand the range (boundaries) of operability, increase reliability and increase the service life (engine life) of the engine;
- reducing the dynamic loading of the mechanical part of the engine, which means that it is possible to optimize its main parts in which their shape, dimensions and weight will provide the best overall dimensions and ergonomic performance of the engine;
- improvement of power, technical, economic, repair and operational and environmental parameters, indicators and engine characteristics.

Промышленная применимость
Представленная конструкция бесшатунного ДВС двойного действия может быть использована в качестве источника механической энергии машин и механизмов наземного, водного и воздушного транспорта, а также для привода всевозможных промышленных и бытовых потребителей механической энергии (генераторы, насосы, компрессоры, мобильные анренаты, оборудованные ДВС, сельскохозяйственные машины и т. д.). Поршневая машина подобной конструкции может быть использована также в качестве поршневого насоса, компрессора или другого аналогичного агрегата.Industrial applicability
The presented design of a double-acting rodless ICE can be used as a source of mechanical energy for machines and mechanisms of ground, water and air transport, as well as for driving all kinds of industrial and domestic consumers of mechanical energy (generators, pumps, compressors, mobile arenas equipped with ICE, agricultural machines etc.). A piston machine of a similar design can also be used as a piston pump, compressor, or other similar unit.

Бесшатунный ДВС двойного действия позволяет существенно упростить конструкцию и значительно снизить номенклатуру деталей двигателя, повысить технологичность изготовления его основных деталей, повысить надежность работы и моторесурс двигателя за счет упрощения его конструкции и достаточно высокой технологичности изготовления и сборки как основных деталей, так и двигателя в целом, а также существенно снизить массу и габариты двигателя и улучшить характеристики его компонуемости в составе силовой установки. Double-acting rodless ICE can significantly simplify the design and significantly reduce the nomenclature of engine parts, increase the manufacturability of its main parts, increase the reliability and engine life of the engine by simplifying its design and sufficiently high manufacturability of manufacturing and assembly of both the main parts and the engine as a whole, as well as significantly reduce the weight and dimensions of the engine and improve the characteristics of its composability in the power plant.

Claims (1)

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями, содержащий размещенные в корпусе гильзу цилиндра, поршень, выходной вал и передаточные механизмы, взаимодействующие с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности паз, а также механизм взаимодействия поршня с выходным валом двигателя, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде закрытого с торцов трубчатого элемента, концы которого уплотнены по наружной и внутренней поверхностям, поршень соединен с выходным валом двигателя, проходящим через оба днища поршня по его оси, посредством подшипников качения или скольжения, опирающихся на плоскости выходного вала, наружные поверхности верхнего и нижнего днищ поршня в совокупности с соответствующими поверхностями верхней и нижней крышек цилиндра, а также гильзы цилиндра образуют камеры сгорания, расположенные с обеих сторон одного и того же поршня, что обеспечивает возможность поочередного осуществления рабочих процессов с обеих сторон одного и того же поршня, то есть, его двойное действие (двигатель двойного действия), при этом паз выполнен на боковой поверхности поршня, передаточные механизмы установлены в корпусе двигателя, а механизм взаимодействия поршня с выходным валом расположен внутри поршня двигателя. A rodless internal combustion engine with rotating pistons, comprising a cylinder liner, a piston, an output shaft and transmission mechanisms interacting with one of the elements of the piston-cylinder group containing a groove on the surface, as well as a mechanism for interacting the piston with the engine output shaft, characterized in that the piston is made in the form of a tubular element closed from the ends, the ends of which are sealed on the outer and inner surfaces, the piston is connected to the output shaft of the engine passing through h both piston bottoms along its axis, by means of rolling or sliding bearings resting on the plane of the output shaft, the outer surfaces of the upper and lower piston bottoms, together with the corresponding surfaces of the upper and lower cylinder covers, as well as cylinder liners form combustion chambers located on both sides of the same piston, which makes it possible to alternately carry out work processes on both sides of the same piston, that is, its double action (double-acting engine), while al is formed on the side surface of the piston, gears installed in the motor housing, and the mechanism of interaction of the piston to an output shaft located within the engine piston.