RU2279560C1 - Ring internal combustion engine and method of transmission of motion to power unit - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed engine has housing, two ring-shaped cylinders arranged and equally spaced over circle, and ring-shaped pistons. Ring-shaped pistons are rigidly connected with ends of ring-shaped rods provided with guides. Slots made on working surfaces of rods and pistons pointed inside circle are designed for gear train. Pistons are installed for continuous movement with rods over circle in one direction with transmission of motion through system of gears.

EFFECT: increased efficiency of engine.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на всех видах транспортных средств, включая автомобильный транспорт, а также в машинах, призванных преобразовывать тепловую энергию в механическую.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to internal combustion engines, and can be used on all types of vehicles, including road vehicles, as well as in machines designed to convert thermal energy into mechanical energy.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2165535), выбранный за прототип, содержащий корпус с цилиндрическим отверстием, прямой вал с кривошипами, установленный на опорах соосно с цилиндрическим отверстием, не менее двух рабочих кольцеобразных цилиндров, установленных с возможностью движения в одном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом кольцеобразные поршни установлены в цилиндрах и жестко соединены с кольцеобразным штоком, в цилиндрическом отверстии корпуса закреплены концентрично друг другу две спаренные в осевом направлении кольцевые направляющие, между которыми размещены на роликах с клиновыми упорами рабочие цилиндры, а на штоках, соединенных шарнирно с кривошипами, установлены пружины сжатия.Known rodless internal combustion engine (RF patent No. 2165535), selected for the prototype, comprising a housing with a cylindrical bore, a straight shaft with cranks mounted on bearings coaxially with a cylindrical bore, at least two working annular cylinders mounted with the possibility of movement in one direction on the same distance from each other, while the annular pistons are mounted in cylinders and rigidly connected to the annular rod, concentric with each other are fixed in a cylindrical bore of the housing Yeah, two axial axially paired axial guides between which the working cylinders are placed on the rollers with wedge stops, and compression springs are installed on the rods pivotally connected to the cranks.

У двигателя - прототипа имеются следующие недостатки:The prototype engine has the following disadvantages:

Двигатель расходует часть своей энергии непроизводительно - вхолостую: на сжатие пружины. В дальнейшем энергия сжатой пружины возвращается, но возвращается непроизводительно: она обеспечивает лишь возврат цилиндра в исходное рабочее положение, не производя при этом перемещение вала. Равносильно во всех иных двигателях внутреннего сгорания, в которых поршень перемещается внутри цилиндра (в дальнейшем - в поршневых двигателях), часть энергии тратится на холостой ход поршня - на возврат его в исходное, рабочее положение.The engine spends part of its energy unproductive - idle: to compress the spring. In the future, the energy of the compressed spring returns, but returns unproductive: it provides only the return of the cylinder to its original working position, without making a movement of the shaft. It is equivalent in all other internal combustion engines in which the piston moves inside the cylinder (hereinafter - in piston engines), part of the energy is spent on idling the piston - on returning it to its original, working position.

Кроме того, недостатком двигателя - прототипа является короткий рабочий (производительный) ход поршня. В каждом рабочем ходе поршня он проходит энергоемкие стадии разгона и торможения, что отрицательно сказывается на КПД описанного выше и иных поршневых двигателей внутреннего сгорания.In addition, the disadvantage of the prototype engine is a short working (productive) stroke of the piston. In each working stroke of the piston, it goes through energy-intensive stages of acceleration and braking, which negatively affects the efficiency of the above and other piston internal combustion engines.

Известен способ передачи силового движения к силовому агрегату (патент РФ №2165535), включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, посредством перемещения поршнем со штоком кривошипа, соединенного с валом.A known method of transmitting power movement to the power unit (RF patent No. 2165535), including the transmission of power from the annular pistons of an internal combustion engine to the engine shaft, by moving the piston with a crank rod connected to the shaft.

У описанного способа имеются следующие недостатки: из-за того, что рабочий ход поршня ограничен длиной цилиндра, движение на вал передается неравномерно - с перерывами, необходимыми для перемещения цилиндра в исходное для работы поршня положение. При этом часть энергии тратится на холостой ход цилиндра, а также разгон и торможение поршня, что отрицательно сказывается на КПД двигателя.The described method has the following disadvantages: due to the fact that the piston stroke is limited by the length of the cylinder, the movement to the shaft is transmitted unevenly - with interruptions necessary to move the cylinder to the original position for the piston to work. At the same time, part of the energy is spent on idling the cylinder, as well as acceleration and braking of the piston, which negatively affects the efficiency of the engine.

Задачей настоящего изобретения для конструкции является исключение из цикла двигателя холостого хода поршней (либо цилиндров, как в описанном выше случае), исключение постоянно повторяющихся процессов разгона и торможения поршней и, как результат, повышение КПД двигателя.The objective of the present invention for the design is to exclude from the engine idle cycle of the pistons (or cylinders, as in the case described above), to exclude constantly repeating processes of acceleration and braking of the pistons and, as a result, increase the efficiency of the engine.

Задачей способа является повышение эффективности передачи движения и обеспечение равномерности передачи движения. Кроме того, данный способ позволяет перемещать поршни в одном направлении и безостановочно.The objective of the method is to increase the efficiency of transmission of motion and ensure uniformity of transmission of motion. In addition, this method allows you to move the pistons in one direction and non-stop.

В этом состоит технический результат.This is the technical result.

Технический результат для конструкции достигается тем, что кольцевой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус, по крайней мере, два кольцеобразных цилиндра, расположенных по кругу на одинаковом расстоянии друг от друга, и кольцеобразные поршни со штоками, согласно изобретению цилиндры жестко скреплены с корпусом и у оснований имеют торцевые затворы, кольцеобразные поршни жестко соединены с нижними концами кольцеобразных штоков, штоки снабжены направляющими, при этом на рабочих поверхностях штоков и поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга) выполнены пазы для обеспечения зубчатой передачи, установка поршней выполнена с возможностью обеспечения непрерывного поступательного движения поршней со штоками по кругу в одном направлении и с возможностью передачи энергии движения на ходовую часть машины через систему зубчатых колес с внешними зубьями - малых, расположенных в промежутках между цилиндрами, и большого, расположенного в центре двигателя, посредством зацепления зубьев малых зубчатых колес с пазами, имеющимися на внутренней стороне поршней и штоков, установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.The technical result for the design is achieved in that the annular internal combustion engine, comprising a housing, at least two annular cylinders arranged in a circle at the same distance from each other, and annular pistons with rods, according to the invention, the cylinders are rigidly fixed to the housing and at the bases they have end closures, ring-shaped pistons are rigidly connected to the lower ends of the ring-shaped rods, the rods are provided with guides, while on the working surfaces of the rods and pistons (on surfaces, about rotated inwardly of the circle) grooves are made to provide a gear transmission, the pistons are installed with the possibility of providing continuous translational movement of the pistons with rods in a circle in one direction and with the possibility of transferring movement energy to the chassis of the machine through a system of gears with external teeth - small, located in the gaps between the cylinders, and the large, located in the center of the engine, by meshing the teeth of small gears with grooves on the inside of the pistons and For example, the rods are installed in such a way that their inner (toothed) surface does not come into contact with the inner surface of the cylinders.

Технический результат для способа достигается тем, что способ передачи силового движения к силовому агрегату, включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, согласно изобретению передача осуществляется от поршней, перемещающихся в одном направлении по замкнутому кругу с помощью системы зубчатой передачи, посредством взаимодействия малых зубчатых колес, расположенных в промежутках между цилиндрами, с пазами, выполненными на внутренней (обращенной в центр круга) поверхности кольцевых поршней и кольцевых штоков, при этом передача движения от малых зубчатых колес на вал двигателя осуществляется посредством взаимодействия с центральным зубчатым колесом, а установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.The technical result for the method is achieved in that the method of transmitting power movement to the power unit, including the transmission of power from the annular pistons of the internal combustion engine to the engine shaft, according to the invention, the transmission is from pistons moving in the same direction in a closed circle using a gear system, through the interaction of small gears located in the gaps between the cylinders, with grooves made on the inner (facing the center of the circle) the surface of the annular pistons and annular rods, while the transmission of motion from small gears to the engine shaft is carried out by interacting with the central gear, and the rods are installed so that their inner (gear) surface does not come into contact with the inner surface of the cylinders.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен кольцевой двигатель (вид сверху).Figure 1 shows the ring motor (top view).

На фиг.2 изображен кольцевой двигатель (вид сбоку в разрезе).Figure 2 shows the ring motor (side view in section).

На фиг.3 изображен поршень со штоком и направляющими (вид сверху).Figure 3 shows the piston with a rod and guides (top view).

На фиг.4 изображен поршень: а) - вид сбоку - изнутри круга и б) - вид с торца.Figure 4 shows the piston: a) is a side view from the inside of the circle and b) is an end view.

На фиг.5 изображены направляющие, располагающиеся в средней части штока: «а» - вид сбоку - изнутри круга, «б» - вид с торца.Figure 5 shows the guides located in the middle part of the stem: "a" - side view - from the inside of the circle, "b" - end view.

На фиг.6 изображены направляющие, распологающиеся в передней части штока: «а» - вид сбоку - изнутри круга, «б» - вид с торца.Figure 6 shows the guides located in the front of the stem: "a" - side view - from the inside of the circle, "b" - end view.

На фиг.7 изображена рабочая часть затвора.7 shows the working part of the shutter.

На фиг.8 изображен затвор: «а» - в открытом и «б» - закрытом положении.On Fig shows the shutter: "a" in the open and "b" in the closed position.

Кольцевой двигатель внутреннего сгорания состоит из:The ring internal combustion engine consists of:

- разъемного кольцеобразного корпуса 1, выполненного в виде чаши с герметично закрывающейся крышкой;- detachable ring-shaped housing 1, made in the form of a bowl with a hermetically sealed lid;

- двух или более дугообразных цилиндров 5, зафиксированных на корпусе 1 по оси круга на равном расстоянии друг от друга, при этом каждый из цилиндров 5 в своем основании снабжен торцевым затвором 6 с механическим приводом;- two or more arcuate cylinders 5, fixed on the housing 1 along the axis of the circle at an equal distance from each other, while each of the cylinders 5 at its base is equipped with an end lock 6 with a mechanical drive;

- двух или более малых зубчатых колес с внешними зубьями 7, расположенных в промежутках между цилиндрами 5 и зафиксированных на валах 8, вращающихся в пазах 9, выполненных в корпусе двигателя 1 и передающих вращательное движение от штоков 11 большому центральному зубчатому колесу 2;- two or more small gears with external teeth 7, located in the spaces between the cylinders 5 and fixed on the shafts 8, rotating in grooves 9, made in the motor housing 1 and transmitting rotational movement from the rods 11 to the large central gear wheel 2;

- большого (горизонтально установленного) центрального зубчатого колеса с внешними зубьями 2, зафиксированного на валу 3, вращающемся в пазах или защищенных сальниками отверстиях 4, выполненных в корпусе двигателя 1 и передающей движение ходовой части машины;- a large (horizontally mounted) central gear wheel with external teeth 2, fixed on a shaft 3, rotating in grooves or openings 4 protected by oil seals, made in the motor housing 1 and transmitting the movement of the chassis of the machine;

- одного или более кольцеобразных поршней 10, каждый их которых жестко закреплен на нижнем конце кольцеобразного штока 11, при этом на рабочих поверхностях поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга, образованного цилиндрами) выполнены пазы 13 для вхождения зубьев малых зубчатых колес;- one or more annular pistons 10, each of which is rigidly fixed to the lower end of the annular rod 11, while on the working surfaces of the pistons (on the surfaces facing the inside of the circle formed by the cylinders), grooves 13 are provided for the teeth to enter the small gears;

- кольцеобразных штоков 11 в количестве, равном количеству поршней, основания которых жестко соединены с поршнями, при этом на рабочих поверхностях штоков (на поверхностях, обращенных внутрь круга, образованного цилиндрами) выполнены пазы 13 для вхождения зубьев малых зубчатых колес;- annular rods 11 in an amount equal to the number of pistons, the bases of which are rigidly connected to the pistons, while on the working surfaces of the rods (on surfaces facing the inside of the circle formed by the cylinders), grooves 13 are provided for the teeth of small gears to enter;

- направляющих 12 (не менее одного на каждый шток), жестко крепящихся на штоках 11, выполненных в виде усеченных колец диаметром, равным поршню 10.- guides 12 (at least one for each rod), rigidly attached to the rods 11, made in the form of truncated rings with a diameter equal to the piston 10.

Двигатель обеспечивается системой смазки трущихся узлов и деталей, для чего служит масляный картер 14, расположенный в нижней части корпуса двигателя, а также системой отвода выхлопных газов (не показана), системой зажигания (не показана).The engine is provided with a lubrication system of rubbing units and parts, for which the oil sump 14, located in the lower part of the engine housing, as well as an exhaust system (not shown), an ignition system (not shown) serves.

Количество цилиндров 5 в двигателе предпочтительно больше количества поршней 10 в два раза, что обеспечит более устойчивое положение поршней 10 при прохождении ими участков между цилиндрами 5. Конструкция обеспечивает беспрерывное движение поршней 10 со штоками 11 по кругу в одном направлении через все цилиндры 5. При этом каждый поршень 10 в каждом цилиндре 5 получает дополнительное ускорение. Размещение поршней 10 по кругу производится таким образом, чтобы в каждый момент работы двигателя, по крайней мере, один из поршней 10 находился в рабочем цикле (перемещался под воздействием воспламенения горючей смеси). При работе шток 11 может одновременно находиться в двух цилиндрах 5. Длина поршня 10 вместе со штоком 11 должна обеспечивать устойчивый рабочий контакт пазов с зубьями двух рядом расположенных малых зубчатых колес 7. Предпочтительной длиной поршня 10 вместе со штоком 11 является длина, равная длине двух цилиндров 5 и одного промежутка между ними.The number of cylinders 5 in the engine is preferably twice as many as the number of pistons 10, which will ensure a more stable position of the pistons 10 when they pass sections between the cylinders 5. The design ensures the continuous movement of the pistons 10 with the rods 11 in a circle in the same direction through all the cylinders 5. each piston 10 in each cylinder 5 receives additional acceleration. The arrangement of the pistons 10 in a circle is made in such a way that at each moment of engine operation, at least one of the pistons 10 is in the duty cycle (moved under the influence of ignition of the combustible mixture). During operation, the rod 11 can simultaneously be in two cylinders 5. The length of the piston 10 together with the rod 11 should ensure stable working contact of the grooves with the teeth of two adjacent small gears 7. The preferred length of the piston 10 together with the rod 11 is a length equal to the length of two cylinders 5 and one gap between them.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

Поршни 10 перемещаются по кругу в одном направлении. После вхождения поршня 10 в цилиндр 5, последний закрывается со стороны вхождения в него поршня торцевым затвором 6, имеющим механический привод, и в цилиндре 5, в пространстве между основанием поршня 10 и торцевым затвором 6, с помощью системы зажигания происходит впрыск и воспламенение горючей смеси. Под действием образовавшихся газов поршень 10 перемещается по цилиндру 5 вперед, перемещая перед собой шток 11. Перемещаясь, шток 11 через зубчатую передачу вращает малые зубчатые колеса 7, которые, в свою очередь, передают движение большому зубчатому колесу 2, а последнее передает вращение через свой вал 3 ходовой части машины (не показано) или в иные агрегаты (устройства). После выхода поршня 10 из цилиндра 5 затвор 6 открывается, а шток 11 вместе с поршнем 10, продолжает движение по кругу под воздействием малого зубчатого колеса 7, которое получает движение через большое зубчатое колесо 2 от другого поршня, находящегося в рабочем цикле. В результате шток 11 вместе с поршнем 10 входит в следующий цилиндр 5, где рабочий цикл повторяется по вышеописанной схеме.Pistons 10 move in a circle in one direction. After the piston 10 enters the cylinder 5, the latter is closed on the side of the piston entering it with a mechanical valve 6, and in the cylinder 5, in the space between the piston base 10 and the mechanical valve 6, injection and ignition of the combustible mixture occur . Under the action of the gases formed, the piston 10 moves forward along the cylinder 5, moving the rod 11 in front of itself. Moving, the rod 11 rotates the small gears 7 through the gear transmission, which, in turn, transmit the movement to the large gear wheel 2, and the latter transfers the rotation through its own shaft 3 of the chassis of the machine (not shown) or in other units (devices). After the piston 10 leaves the cylinder 5, the valve 6 opens, and the rod 11, together with the piston 10, continues to move in a circle under the influence of a small gear 7, which receives movement through a large gear 2 from another piston that is in the duty cycle. As a result, the rod 11 together with the piston 10 enters the next cylinder 5, where the duty cycle is repeated as described above.

В случае несрабатывания зажигания в одном из цилиндров 5, поршень 10 не остановится, а продолжит движение благодаря центральному зубчатому колесу 2, которое в данном случае дополнительно выполняет роль балансировочного элемента.In case of ignition failure in one of the cylinders 5, the piston 10 will not stop, but will continue to move due to the central gear wheel 2, which in this case additionally acts as a balancing element.

Двигатель может состоять из одного и более агрегатов, описанных выше. В этом случае, каждый агрегат с описанной выше конструкцией (условно каждое кольцо двигателя) должен располагаться один над другим. При этом ось центральных зубчатых колес будет общим элементом, собирающим усилие от всех колец. С целью отключения одного из колец двигателя при выходе его из строя возможно применять специальную конструкцию вала 3, способную отключаться от аварийно остановившегося центрального зубчатого колеса 2. Кроме того, описанная конструкция позволяет без особых сложностей заменять кольца двигателя. Таким образом, предлагаемый двигатель обеспечивает стабильную работу, в том числе при возникновении аварийных ситуаций и повышает надежность эксплуатации.An engine may consist of one or more of the units described above. In this case, each unit with the design described above (conditionally each ring of the engine) should be located one above the other. In this case, the axis of the central gears will be a common element that collects force from all the rings. In order to disconnect one of the engine rings when it fails, it is possible to use a special shaft structure 3 that can disconnect from the central gear wheel 2 that has stopped abnormally. In addition, the described design allows the motor rings to be replaced without any difficulties. Thus, the proposed engine provides stable operation, including in the event of emergency situations and increases the reliability of operation.

За счет предлагаемого способа передачи силового движения к силовому агрегату возможно осуществлять безостановочное перемещение поршней в одном направлении.Due to the proposed method of transmitting the power movement to the power unit, it is possible to carry out non-stop movement of the pistons in one direction.

За счет того, что перемещение поршней в данном двигателе осуществляется только в одном направлении и отсутствуют мертвая точка и холостой ход поршней, а также отсутствуют затраты энергии на торможение и последующий разгон поршней, кольцевой двигатель в сравнении с двигателями, в которых поршень перемещается попеременно в двух противоположных направлениях, должен иметь более высокий коэффициент полезного действия и должен быть более экономичным.Due to the fact that the movement of the pistons in this engine is carried out in only one direction and there are no dead points and idle pistons, and there is no energy consumption for braking and subsequent acceleration of the pistons, the ring motor is compared to engines in which the piston moves alternately in two opposite directions, should have a higher efficiency and should be more economical.

Claims (2)

1. Кольцевой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус, по крайней мере, два кольцеобразных цилиндра, расположенные по кругу на одинаковом расстоянии друг от друга, и кольцеобразные поршни со штоками, отличающийся тем, что цилиндры жестко скреплены с корпусом и у оснований имеют торцевые затворы, кольцеобразные поршни жестко соединены с нижними концами кольцеобразных штоков, штоки снабжены направляющими, при этом на рабочих поверхностях штоков и поршней (на поверхностях, обращенных внутрь круга) выполнены пазы для обеспечения зубчатой передачи, установка поршней выполнена с возможностью обеспечения непрерывного поступательного движения поршней со штоками по кругу в одном направлении и с возможностью передачи энергии движения на ходовую часть машины через систему зубчатых колес с внешними зубьями: малых, расположенных в промежутках между цилиндрами, и большого, расположенного в центре двигателя, посредством зацепления зубьев малых зубчатых колес с пазами, имеющимися на внутренней стороне поршней и штоков, установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.1. An annular internal combustion engine, comprising a housing, at least two annular cylinders arranged in a circle at the same distance from each other, and annular pistons with rods, characterized in that the cylinders are rigidly fixed to the housing and have end closures at the bases, the annular pistons are rigidly connected to the lower ends of the annular rods, the rods are provided with guides, while grooves are made on the working surfaces of the rods and pistons (on the surfaces facing the inside of the circle) to provide a of a direct transmission, the installation of pistons is made with the possibility of providing continuous translational movement of the pistons with rods in a circle in one direction and with the possibility of transferring movement energy to the chassis of the machine through a system of gears with external teeth: small, located in the spaces between the cylinders, and large, located in the center of the engine, by engaging the teeth of small gears with the grooves on the inside of the pistons and rods, the rods are mounted so that they are inside the front (toothed) surface was not in contact with the inner surface of the cylinders. 2. Способ передачи силового движения к силовому агрегату, включающий передачу силового воздействия от кольцеобразных поршней двигателя внутреннего сгорания на вал двигателя, отличающийся тем, что передача осуществляется от поршней, перемещающихся в одном направлении по замкнутому кругу с помощью системы зубчатой передачи, посредством взаимодействия малых зубчатых колес, расположенных в промежутках между цилиндрами, с пазами, выполненными на внутренней (обращенной в центр круга) поверхности кольцевых поршней и кольцевых штоков, при этом передача движения от малых зубчатых колес на вал двигателя осуществляется посредством взаимодействия с центральным зубчатым колесом, а установка штоков выполнена таким образом, чтобы их внутренняя (зубчатая) поверхность не соприкасалась с внутренней поверхностью цилиндров.2. A method of transmitting power motion to a power unit, including transmitting power from the annular pistons of an internal combustion engine to an engine shaft, characterized in that the transmission is from pistons moving in the same direction in a closed circle using a gear system through the interaction of small gears wheels located in the gaps between the cylinders, with grooves made on the inner (facing the center of the circle) surface of the annular pistons and annular rods, at m motion transmission from the small gear to the motor shaft is carried out by reacting with the sun gear and the installation of rods configured in such a way that their inner (serrated) surface is not in contact with the inner surface of the cylinder.

Images