RU2455509C2 - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455509C2 RU2455509C2 RU2010133119/06A RU2010133119A RU2455509C2 RU 2455509 C2 RU2455509 C2 RU 2455509C2 RU 2010133119/06 A RU2010133119/06 A RU 2010133119/06A RU 2010133119 A RU2010133119 A RU 2010133119A RU 2455509 C2 RU2455509 C2 RU 2455509C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- axis
- rotor
- shaft
- profile
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания объемного вытеснения.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to internal combustion engines of volume displacement.
Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания объемного вытеснения Ванкеля (С.Н.Богданов, М.М.Буренков, И.Е.Иванов. «Автомобильные двигатели», издательство «Машиностроение», Москва, 1987 год, стр.356-358), содержащий, по меньшей мере, одну роторно-поршневую секцию с трехгранным ротором. Секция состоит из статора, внутри которого в подшипниковых опорах с возможностью вращения относительно собственной коренной оси установлен цилиндрический стержень силового вала. На валу своей внутренней цилиндрической поверхностью соосно и жестко закреплено цилиндрическое кольцо эксцентрика. Ось внешней цилиндрической поверхности кольца эксцентрика параллельна и эксцентрична оси его внутренней цилиндрической поверхности. Длина линии эксцентриситета эксцентрика является вращающим рычагом силового вала секции. На внешней цилиндрической поверхности эксцентрика соосно и с возможностью вращения установлен ротор. Внутри ротора около одной из двух плоскостей его призмы соосно и жестко закреплена программная шестерня ротора с внутренними зубьями. Внутри нее и в зацеплении находится программная шестерня статора с внешними зубьями, жестко закрепленная на статоре соосно с коренной осью вала.Known four-stroke internal combustion engine of volumetric displacement of Wankel (S.N. Bogdanov, M.M. Burenkov, I.E. Ivanov. "Automotive engines", publishing house "Engineering", Moscow, 1987, pp. 356-358), containing at least one rotor-piston section with a trihedral rotor. The section consists of a stator, inside of which a cylindrical shaft of the power shaft is mounted with bearing rotatably relative to its own root axis. An eccentric cylindrical ring is coaxially and rigidly fixed to the shaft with its inner cylindrical surface. The axis of the outer cylindrical surface of the eccentric ring is parallel and eccentric to the axis of its inner cylindrical surface. The length of the line of the eccentricity of the eccentric is the rotating lever of the power shaft of the section. A rotor is mounted coaxially and rotatably on the outer cylindrical surface of the cam. Inside the rotor, near one of the two planes of its prism, the program gear of the rotor with internal teeth is coaxially and rigidly fixed. Inside and meshing is the stator program gear with external teeth, rigidly fixed to the stator coaxially with the main shaft axis.
Если передачу усилия от вала на ротор эксцентрик производит во всем диапазоне его полного оборота, то передачу усилий от нагретого рабочего тела в такте рабочего хода на силовой вал секции эксцентрик передает только в узком секторе от 67,5 и до 202,5 градусов своего поворота после верхней мертвой точки. Как и в поршневой секции двигателя внутреннего сгорания, рычаг эксцентриситета эксцентрика вала, принимающий импульс усилия от рабочего тела, в процессе своего движения от верхней и до нижней мертвой точки способен не только передавать через себя усилия, но и блокировать собой передачу механической энергии от рабочего тела на вал. Это означает, что в интервале от 0 до 67,5 градусов поворота вала и закрепленного на нем эксцентрика пиковое значение механической энергии, которой обладает в начальной фазе своего нагрева заряд рабочего тела, не передается вращающим рычагом эксцентриситета эксцентрика на вал. Эксцентрик тормозит начальные пиковые механические усилия нагретого рабочего тела.If the eccentric transfers force from the shaft to the rotor in the entire range of its full revolution, then the eccentric transfers forces from the heated working fluid in the stroke of the working stroke to the power shaft of the section only from a narrow sector from 67.5 to 202.5 degrees of its rotation after top dead center. As in the piston section of an internal combustion engine, the shaft eccentric eccentricity lever, which receives a force impulse from the working fluid, is able not only to transmit forces through itself, but also to block the transmission of mechanical energy from the working fluid during its movement from the top to the bottom dead center. on the shaft. This means that in the range from 0 to 67.5 degrees of rotation of the shaft and the eccentric attached to it, the peak value of the mechanical energy that the charge of the working fluid possesses in the initial phase of its heating is not transmitted by the rotary lever of the eccentric eccentricity to the shaft. The eccentric inhibits the initial peak mechanical forces of the heated working fluid.
Поэтому из общего количества механической энергии нагретого рабочего тела, выработанной им, но не переданной на вал, одна ее часть, принятая тормозящим рычагом эксцентриситета в секторе верхней мертвой точки, в силовом подшипнике эксцентрика преобразуется в теплоту нагрева наружного и внутреннего колец этого подшипника. А ее другая часть относительно опорной оси рычага эксцентриситета создает торможение в коренных подшипниках вала, одна из долей которой идет на нагрев колец этих подшипников, а другая доля компенсируется в механизме двигателя за счет механической энергии маховика, накопленной им в предыдущем такте рабочего хода.Therefore, of the total amount of mechanical energy of the heated working fluid generated by it, but not transmitted to the shaft, one part of it, received by the braking lever of the eccentricity in the sector of top dead center, in the power bearing of the eccentric is converted into the heat of heating of the outer and inner rings of this bearing. And its other part relative to the support axis of the eccentricity lever creates braking in the main shaft bearings, one of which is used to heat the rings of these bearings, and the other part is compensated in the engine mechanism due to the mechanical energy of the flywheel accumulated by it in the previous stroke of the working stroke.
Поэтому, не имея в своем распоряжении силового звена, способного сразу после начала подвода теплоты передавать на вал энергию от нагретого газа, классический механизм обязан тормозить в себе максимальный пик механической энергии расширяющегося газа. Всю эту колоссальную энергию тормоз преобразует только в теплоту нагрева звеньев собственного механизма и на расход механической энергии, уже ранее переданной на вал от рабочего тела, но возвращаемой от маховика для продолжения программного перемещения подвижных элементов и на звенья трения механизма, а в конечном итоге, идущей на тот же самый нагрев его элементов. Количество энергии такого торможения для периода пика механических возможностей нагреваемого заряда может быть сопоставимо с количеством полезной энергии, передаваемой от маховика двигателя на вал потребителя, когда механическая активность объективно быстро остывающего газового заряда уже изрядно утрачивает свою интенсивность.Therefore, not having at its disposal a power link capable of immediately transmitting heat from the heated gas to the shaft immediately after the start of heat supply, the classical mechanism must inhibit the maximum peak of the mechanical energy of the expanding gas. The brake converts all this colossal energy only into the heat of heating of the links of its own mechanism and to the consumption of mechanical energy, which was previously transferred to the shaft from the working fluid, but returned from the flywheel to continue the programmed movement of the moving elements and to the friction links of the mechanism, and, ultimately, going to the same heating of its elements. The amount of energy of such braking for the peak period of the mechanical capabilities of the heated charge can be comparable with the amount of useful energy transferred from the engine's flywheel to the consumer’s shaft, when the mechanical activity of the objectively rapidly cooling gas charge is already significantly losing its intensity.
Такое исполнение механизма секции характеризует собой его низкую эффективность, связанную с большими затратами тепловой энергии, которая посредством сжигания топлива была подведена к заряду рабочего тела и преобразована им в механическую энергию своего собственного пространственного расширения. Но в момент максимального пика выработанного зарядом количества механической энергии она вновь преобразуется звеном эксцентрика вала в теплоту нагрева его собственных механических элементов. Данная неэффективность усугубляется тем, что механизму надо вырабатывать и затрачивать дополнительное количество механической энергии, чтобы эту теплоту отводить от своих элементов. При этом дополнительное количество энергии механизму требуется запасать в маховике вала для преодоления валом усилий пикового торможения вала в этот период со стороны собственного эксцентрика.Such a performance of the section mechanism is characterized by its low efficiency, associated with the large expenditures of thermal energy, which, by burning fuel, was brought to the charge of the working fluid and converted by it into the mechanical energy of its own spatial expansion. But at the time of the maximum peak of the amount of mechanical energy generated by the charge, it is again converted by the shaft eccentric link into the heat of heating of its own mechanical elements. This inefficiency is compounded by the fact that the mechanism needs to generate and spend additional amount of mechanical energy in order to remove this heat from its elements. In this case, an additional amount of energy is required for the mechanism to be stored in the flywheel of the shaft in order to overcome the peak braking forces of the shaft during this period by the own eccentric.
В секции известного роторного двигателя внутреннего сгорания эксцентрик отделен от силового и с возможностью вращения относительно коренной оси вала установлен в индивидуальной подшипниковой опоре статора. Как и в роторно-поршневой секции, эксцентрик по-прежнему в подшипнике ротора надежно удерживает траекторию перемещения оси ротора в профиле секции на линии окружности с центром на коренной оси вала и радиусом, равным длине эксцентриситета эксцентрика. Пара программных шестерен ротора и статора в этой секции точно такая же, как в роторно-поршневой секции.In the section of the known rotary internal combustion engine, the eccentric is separated from the power and rotatably mounted relative to the main axis of the shaft in an individual bearing support of the stator. As in the rotor-piston section, the eccentric, still in the rotor bearing, reliably holds the trajectory of the rotor axis in the section profile on the circle line centered on the root axis of the shaft and has a radius equal to the length of the eccentricity of the eccentric. The pair of software gears of the rotor and stator in this section is exactly the same as in the rotor-piston section.
В этом механизме эксцентрик и пара программных шестерен полностью исключены из силовой цепочки между рабочим телом и силовым валом, позволяя сократить промежуточные потери механической энергии в силовой передаче.In this mechanism, an eccentric and a pair of program gears are completely excluded from the power chain between the working fluid and the power shaft, thereby reducing the intermediate losses of mechanical energy in the power transmission.
В механизме данной секции усилия от нагретого заряда рабочего тела также воспринимает ротор. Но от ротора усилия на вал через эксцентрик уже не передаются. Внутри ротора соосно и жестко закреплен диск цевочной муфты - механической передачи, позволяющей эти усилия передавать маховику вала через пальцы другого диска этой передачи - диска вала, соосно и жестко закрепленного на силовом валу секции. Цевочная передача обладает особенностью передачи усилий сразу без торможения и задержки от ротора на вал и обратно, в том числе, и при положении эксцентрика непосредственно в верхней мертвой точке, то есть при достижении камерой сгорания секции своего минимального объема. Поэтому не происходит торможения вала со стороны звена механизма, передающего усилия от ротора на вал. Такое исполнение силового звена не допускает торможения ротора и вала при максимальной механической активности рабочего тела в начальной фазе подвода к нему теплоты. Это устраняет одну из причин потерь механической энергии внутри механизма секции двигателя, повышая эффективность его работы.In the mechanism of this section, the rotor also receives the force from the heated charge of the working fluid. But from the rotor, the forces on the shaft through the eccentric are no longer transmitted. Inside the rotor, a foregrip clutch disk is coaxially and rigidly fixed - a mechanical transmission that allows these forces to be transmitted to the shaft flywheel through the fingers of another disk of this transmission - the shaft disk, coaxially and rigidly fixed to the section power shaft. The transmission chain has the feature of transferring forces immediately without braking and delay from the rotor to the shaft and vice versa, including when the cam is directly at top dead center, that is, when the combustion chamber reaches its minimum volume section. Therefore, there is no braking of the shaft from the side of the link of the mechanism that transfers forces from the rotor to the shaft. This performance of the power link does not allow braking of the rotor and shaft at the maximum mechanical activity of the working fluid in the initial phase of heat supply to it. This eliminates one of the causes of mechanical energy loss inside the engine section mechanism, increasing its efficiency.
При этом вращающий рычаг вала в цевочной передачи в несколько раз превышает длину эксцентриситета эксцентрика, что существенно повышает величину его вращающего момента и эффективность этой передачи, по сравнению с эксцентриковым валом.In this case, the rotary lever of the shaft in the pin drive is several times longer than the length of the eccentricity of the eccentric, which significantly increases the magnitude of its torque and the efficiency of this transmission, compared with the eccentric shaft.
Количество оборотов эксцентрика и тактов рабочего хода в секции данного двигателя в несколько раз превышает количество оборотов ее силового вала. Это исключает необходимость изначального форсирования оборотов вала в двигателе внутреннего сгорания и дальнейшего увеличения оборотов при выходе двигателя на номинальный режим работы, и поэтому в целом повышается надежность работы устройства.The number of revolutions of the eccentric and the strokes of the stroke in the section of this engine is several times higher than the number of revolutions of its power shaft. This eliminates the need for initial boosting the shaft speed in the internal combustion engine and a further increase in speed when the engine reaches its rated operating mode, and therefore, overall reliability of the device increases.
Однако эксцентрик здесь находится между ротором и статором. То есть продолжает действовать его упреждающее торможение механических усилий нагретого рабочего тела, а также торможение ротора теперь уже относительно неподвижного статора, существенно занижая эффективность работы двигателя. В секторе верхней мертвой точки эксцентрик в этом механизме секции упреждающе блокирует собой включение в работу эффективного свойства силовой цевочной передачи, способной передавать усилия с ротора на вал при любых углах поворота вала.However, the eccentric is located here between the rotor and the stator. That is, its anticipatory braking of the mechanical forces of the heated working fluid continues to operate, as well as the braking of the rotor now relative to the stationary stator, significantly lowering the efficiency of the engine. In the sector of the top dead center, the eccentric in this section mechanism proactively blocks the inclusion in the operation of the effective property of the power pin drive, which can transmit forces from the rotor to the shaft at any angle of rotation of the shaft.
При этом механическое звено эксцентрика содержит его собственную подвижную эксцентрическую по отношению к коренной оси массу, требующие высокого качества смазки и охлаждения высокооборотные подшипники эксцентрика и массу установленного на нем балансировочного противовеса, что усложняет конструкцию и ухудшает надежность работы механизма секции.At the same time, the mechanical link of the eccentric contains its own moving mass, eccentric with respect to the main axis, requiring high-quality lubrication and cooling, high-speed eccentric bearings and the mass of the balancing counterweight installed on it, which complicates the design and affects the reliability of the section mechanism.
В секции данного двигателя между ротором и статором находится пара программных шестерен, являющаяся самостоятельным механическим звеном конструкции и определяющая форму траектории планетарного движения вершин ротора относительно оси эпициклоидного цилиндра статора. Эти шестерни выделены в отдельное звено конструкции, занимающее внутреннее пространство ротора, требующие сложной установки их в механизме, смазки и охлаждения. Изготовление этих шестерен требует специального оборудования. То есть они являются механическим звеном, усложняющим конструкцию и ухудшающими надежность работы секции двигателя.In the section of this engine between the rotor and the stator there is a pair of program gears, which is an independent mechanical link in the structure and determines the shape of the trajectory of the planetary movement of the rotor vertices relative to the axis of the stator epicycloid cylinder. These gears are allocated in a separate link in the structure, occupying the inner space of the rotor, requiring complex installation in the mechanism, lubrication and cooling. The manufacture of these gears requires special equipment. That is, they are a mechanical link complicating the design and impairing the reliability of the engine section.
Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы, а также упрощение конструкции двигателя внутреннего сгорания.The aim of the invention is to increase the efficiency and reliability, as well as simplifying the design of the internal combustion engine.
Указанная цель достигается тем, что в секции роторного механизма двигателя внутреннего сгорания полностью отсутствуют эксцентрик и пара программных шестерен. При использовании в этой секции известного силового механического звена, выполненного в виде силовой цевочной муфты, в качестве единого программного механического звена секции двигателя использована новая дополнительная цевочная передача. Вместо эксцентрика она обеспечивает собой поддержание стабильной траектории перемещения оси ротора по линии окружности с радиусом эксцентриситета, центр которой в профиле статора лежит на оси его цилиндра. Также вместо пары программных шестерен дополнительная программная цевочная передача в профиле статора определяет заданную изготовителем форму траектории перемещения профиля ротора.This goal is achieved by the fact that in the section of the rotary mechanism of the internal combustion engine, the eccentric and a pair of program gears are completely absent. When using the well-known power mechanical link made in the form of a power pin coupling in this section, a new additional pin drive is used as a single software mechanical link of the engine section. Instead of an eccentric, it provides a stable trajectory of the axis of the rotor along a circle line with a radius of eccentricity, the center of which in the stator profile lies on the axis of its cylinder. Also, instead of a pair of software gears, an additional software pin drive in the stator profile determines the shape of the trajectory of the rotor profile that is set by the manufacturer.
Таким образом двигатель внутреннего сгорания, состоящий, по меньшей мере, из одной секции, содержащей объем внутренней полости статора, ограниченный поверхностями двух плоскостей и цилиндрической поверхностью, имеющей внутренний замкнутый и симметричный относительно оси статора профиль в форме эпициклоиды с выгнутыми и вогнутыми секторами, внутри объема статора соосно с осью статора и с возможностью вращения относительно нее установлен цилиндрический стержень вала, внутри полости статора установлен ротор, количество вершин профиля которого на одну единицу больше, чем количество вогнутых секторов профиля эпициклоиды статора, при этом ось ротора параллельна оси статора и в профиле статора лежит на линии окружности, центр которой расположен на оси статора, двигатель дополнительно снабжен цилиндрическими пальцами статора с втулками качения, количество которых совпадает с количеством вогнутых секторов эпициклоиды статора, дополнительные пальцы статора жестко закреплены параллельно оси статора на внутренней поверхности одной из плоскостей статора, и ось каждого пальца статора по одной расположена на пересечении линии оси симметрии одного вогнутого сектора профиля эпициклоиды статора с линией окружности, при этом крайняя внутренняя кромка диска ротора выполнена с замкнутым профилем в форме гипоциклоиды с симметрично выгнутыми секторами вершин относительно оси ротора, количество которых равно количеству вершин ротора, причем каждая линия оси симметрии профиля каждой вершины гипоциклоиды по одной совпадает с линией оси симметрии профиля вершины ротора, при этом профиль в форме гипоциклоиды диска ротора выполнен с возможностью прокатывания одновременно по всем профилям втулок пальцев статора, отличается тем, что на валу соосно и жестко закреплен диск вала с жестко укрепленными на нем параллельно оси статора цилиндрическими пальцами вала, на каждом из которых соосно и с возможностью вращения относительно оси пальца установлено цилиндрическое кольцо втулки качения, наружная поверхность каждой из которых в профиле статора по одной имеет непрерывный точечный контакт с внутренней цилиндрической поверхностью одного большего по диаметру сквозного кругового отверстия диска ротора, соосно и жестко закрепленного внутри ротора, центры круговых отверстий диска ротора лежат на линии окружности с величиной диаметра, равной величине диаметра окружности, на линии которой лежат оси пальцев вала, дополнительные пальцы статора жестко закреплены параллельно оси статора на внутренней поверхности одной из плоскостей статора в направлении навстречу пальцам вала.Thus, the internal combustion engine, consisting of at least one section containing the volume of the internal cavity of the stator, limited by the surfaces of two planes and a cylindrical surface having an internal closed and symmetric about the axis of the stator profile in the form of an epicycloid with curved and concave sectors, inside the volume the stator coaxially with the stator axis and rotatably mounted relative to it, a cylindrical shaft shaft is installed, a rotor is installed inside the stator cavity, the number of profile vertices one unit more than the number of concave sectors of the stator epicycloid profile, while the rotor axis is parallel to the stator axis and in the stator profile lies on a circle line, the center of which is located on the stator axis, the motor is additionally equipped with cylindrical stator fingers with rolling bushings, the number of which coincides with the number of concave sectors of the stator epicycloid, additional stator fingers are rigidly fixed parallel to the stator axis on the inner surface of one of the stator planes, and the axis of each fell one of the stator is located at the intersection of the line of symmetry axis of one concave sector sector of the stator epicycloid profile with a circle line, while the extreme inner edge of the rotor disk is made with a closed profile in the form of a hypocycloid with symmetrically curved sectors of vertices relative to the rotor axis, the number of which is equal to the number of rotor vertices, each line of the axis of symmetry of the profile of each vertex of the hypocycloid one at a time coincides with the line of the axis of symmetry of the profile of the vertex of the rotor, and the profile in the form of a disk hypocycloid the rotor is made with the possibility of rolling simultaneously on all profiles of the stator finger bushings, characterized in that the shaft disk is coaxially and rigidly fixed to the shaft disk with cylindrical shaft fingers rigidly mounted thereon parallel to the stator axis, each of which is coaxially and rotatably mounted relative to the axis of the finger a cylindrical ring of the rolling sleeve, the outer surface of each of which in the stator profile, one at a time, has continuous point contact with the inner cylindrical surface of one larger meter of the through circular hole of the rotor disk, coaxially and rigidly fixed inside the rotor, the centers of the circular holes of the rotor disk lie on a circle line with a diameter equal to the diameter of the circle, on the line of which lie the axis of the shaft fingers, additional stator fingers are rigidly fixed parallel to the stator axis on the inner the surface of one of the stator planes in the direction towards the shaft fingers.
Сущность изобретения поясняется чертежами схемы двигателя внутреннего сгорания на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.The invention is illustrated by drawings of the circuit of the internal combustion engine in figure 1, figure 2 and figure 3.
На фиг.1 изображен вид на секцию двигателя слева, на фиг.2 - вид на секцию двигателя спереди, на фиг.3 - вид на двухсекционный двигатель спереди.Figure 1 shows a view of the engine section on the left, figure 2 is a view of the engine section in front, figure 3 is a view of the two-section engine in front.
Условные обозначения на чертежах:Symbols in the drawings:
е - эксцентриситет или в профиле статора постоянное по своей величине расстояние между неподвижной коренной остью цилиндра полости статора и осью призмы ротора, перемещающейся относительно коренной оси по линии окружности с радиусом е;e is the eccentricity or in the stator profile of a constant in magnitude distance between the fixed root axis of the cylinder of the stator cavity and the axis of the rotor prism moving relative to the root axis along a circle line with radius e;
m - целое число, указывающее количество симметрично вогнутых в сторону коренной оси секторов эпициклоиды профиля внутреннего цилиндра статора;m is an integer indicating the number of epicycloid profile sections of the stator inner cylinder symmetrically concave towards the root axis;
n - целое число, указывающее количество вершин профиля призмы ротора, которое равно модулю гипоциклоиды диска ротора, и оно на одну единицу больше числа m, то есть n=m+1;n is an integer indicating the number of vertices of the profile of the prism of the rotor, which is equal to the modulus of the hypocycloid of the rotor disk, and it is one unit more than the number m, that is, n = m + 1;
me - число, указывающее длину радиуса центральной окружности плоскости внутренней полости статора, на линии которой, симметрично относительно коренной оси, расположены оси опорных пальцев статора, которые жестко закреплены в этой плоскости. То есть в длине этого радиуса эксцентриситет длиной е укладывается m раз;me is a number indicating the length of the radius of the central circle of the plane of the inner cavity of the stator, on the line of which, symmetrically with respect to the root axis, are the axes of the stator support fingers, which are rigidly fixed in this plane. That is, in the length of this radius the eccentricity of length e fits m times;
ne - число, указывающее длину радиуса центральной окружности профиля призмы ротора, на линии которой, симметрично относительной оси ротора, расположены оси вершин профиля гипоциклоиды диска ротора. То есть в длине этого радиуса эксцентриситет длиной е укладывается n раз.ne is a number indicating the length of the radius of the central circle of the profile of the rotor prism, on the line of which, symmetrically relative to the axis of the rotor, are the axis of the vertices of the profile of the rotor disk hypocycloid. That is, an eccentricity of length e fits n times in the length of this radius.
Двигатель внутреннего сгорания состоит, по меньшей мере, из одной секции, содержащей объем внутренней полости статора, ограниченный поверхностями двух плоскостей 1 и цилиндрической поверхностью 2, имеющей внутренний замкнутый и симметричный относительно оси цилиндра статора профиль в форме эпициклоиды с выгнутыми и вогнутыми в сторону оси цилиндра статора секторами. Ось цилиндра статора также называется коренной осью. Количество как вогнутых, так и выгнутых секторов эпициклоиды поверхности 2 равно целому числу m.The internal combustion engine consists of at least one section containing the volume of the internal cavity of the stator, bounded by the surfaces of two
Внутри объема статора соосно с его коренной осью и с возможностью вращения относительно нее в подшипниковых опорах статора установлен цилиндрический стержень силового вала 3, на котором соосно и жестко закреплен диск 4 вала, с жестко укрепленными на нем параллельно коренной оси цилиндрическими пальцами 5, которые также называются цевками. На каждом из пальцев 5 соосно и с возможностью вращения относительно оси пальца установлено цилиндрическое кольцо втулки качения 6.A cylindrical shaft of the power shaft 3 is mounted coaxially with its root axis and rotatably relative to it in the stator bearings inside the stator volume, on which the shaft disk 4 is coaxially and rigidly fixed, with cylindrical fingers 5 which are also rigidly fixed to it parallel to the root axis and are also called tsevokami. On each of the fingers 5 coaxially and rotatably relative to the axis of the finger, a cylindrical ring of the rolling
Также внутри цилиндрической полости статора с возможностью планетарного перемещения относительно его коренной оси установлен ротор 7, представляющий собой призму, в профиле статора имеющую наружный симметричный относительно собственной оси ротора криволинейный профиль, с количеством как граней, так и вершин, равным числу n, которое на одну единицу больше, чем количество m вогнутых и выгнутых секторов эпициклоиды статора. Ось ротора 7 параллельна коренной оси статора, в профиле механизма находится от нее на неизменяемом расстоянии эксцентриситета е и имеет возможность перемещения относительно коренной оси по линии окружности с радиусом е. Внутри объема призмы ротора 7 соосно и жестко закреплен диск 8 ротора. В этом диске параллельно коренной оси выполнены сквозные круговые отверстия 9. Количество отверстий 9 равно количеству пальцев 5 вала и равно целому числу n.Also inside the cylindrical cavity of the stator with the possibility of planetary movement relative to its root axis, a
Диаметр каждого из отверстий 9 диска 8 ротора больше наружного диаметра каждой цилиндрической поверхности втулок качения 6, которая в профиле находится в непрерывном точечном контакте с внутренней цилиндрической поверхностью одного отверстия 9. При этом диаметр центральной окружности диска 8 ротора, на линии которой лежат центры окружностей отверстий 9, по величине равен диаметру центральной окружности диска 4 вала, на линии которой лежат оси пальцев 5 вала.The diameter of each of the holes 9 of the
Вместо известного опорного эксцентрика и известной пары программных шестерен статора и ротора в механизме двигателя внутреннего сгорания выполнено новое единое опорно-программное звено.Instead of the well-known reference eccentric and the known pair of program gears of the stator and rotor, a new unified support-program link is made in the mechanism of the internal combustion engine.
Для этого внутри объема полости статора, на одной из его плоскостей 1, параллельно и симметрично коренной оси жестко закреплены цилиндрические пальцы 10 статора с втулками качения 11. Количество пальцев 10 равно числу m вогнутых секторов эпициклоиды статора. Ось каждого пальца 10 статора по одной расположена на пересечении линии оси симметрии одного вогнутого сектора профиля эпициклоиды поверхности 2 статора с линией центральной окружности плоскости статора с радиусом, равным величине mе.To do this, inside the volume of the stator cavity, on one of its
Пальцы 10 статора направлены навстречу пальцам 5 вала. Пальцы статора находятся на центральной окружности коренной оси ближе к валу внутри плоскости диска ротора, а цевки вала в этой же плоскости располагаются в отверстиях диска ротора по эксцентричной к коренной оси окружности дальше от этой оси вала.The
Крайняя внутренняя цилиндрическая кромка диска 8 ротора выполнена с внешним замкнутым профилем в форме гипоциклоиды 12, которая имеет взаимно равное количество симметричных относительно оси ротора выгнутых секторов вершин и вогнутых секторов граней своего профиля, симметрично повторяющих профиль выгнутых вершин и вогнутых граней ротора. То есть общее количество вершин и граней гипоциклоиды равно количеству вершин или граней ротора - целому числу n.The extreme inner cylindrical edge of the
Выгнутые секторы вершин гипоциклоиды имеют закругленный профиль под радиус окружности втулки качения 11 пальца 10 статора. Причем каждая линия оси симметрии каждого из выгнутых секторов вершин профиля этой гипоциклоиды 12 по одной совпадает с одной линией оси симметрии профиля вершины ротора. При этом радиус линии центральной окружности диска 8 ротора, на которой лежат центры профилей выгнутых закругленных вершин гипоциклоиды 12, имеет длину, равную величине nе. Ось симметрии каждого вогнутого сектора профиля грани гипоциклоиды диска ротора совпадает с осью симметрии профиля грани ротора.The curved sectors of the vertices of the hypocycloid have a rounded profile under the radius of the circumference of the rolling
При движении ротора 7 цилиндрическая поверхность гипоциклоиды 12 диска 8 ротора обкатывает находящиеся внутри нее втулки 11 пальцев 10 статора. Наружные цилиндрические поверхности втулок качения 11 всех пальцев 10 статора в профиле имеют непрерывный механический контакт с цилиндрической поверхностью гипоциклоиды 12 диска 8 ротора. То есть, как и в любом подшипнике качения, профиль его внешнего кольца, в данном случае профиль гипоциклоиды 12 подшипника, имеет постоянный контакт со всеми втулками качения 11, находящимися внутри профиля этого диска.When the
Сразу после прохождения эксцентриситетом е верхней мертвой точки (фиг.1 и 2, при движении ротора по часовой стрелке) воспринимаемые гранью ротора 7 усилия от локального заряда рабочего тела, нагреваемого в такте рабочего хода, сообщают ротору импульс пространственного перемещения в объеме статора. Повинуясь программе прокатывания внутреннего профиля гипоциклоиды 12 диска 8 ротора одновременно по всем выстроенным в описанном порядке круговым профилям втулок пальцев 10 статора, ротор 7 совершает планетарное движение относительно коренной оси статора и силового вала 3. При этом кромки наружного профиля вершин ротора 7 описывают профиль эпициклоиды поверхности 2 статора. Профиль граней ротора 7 постоянно находится в пределах профиля эпициклоиды поверхности 2.Immediately after the eccentricity e passes the top dead center (Figs. 1 and 2, when the rotor moves clockwise), the forces perceived by the face of the
Одновременно с этим в силовом звене механизма внутренние цилиндрические кромки половины из общего числа круговых отверстий 9 диска 8 ротора толкают втулки 6 пальцев 5 диска 4 вала (на фиг.1 - левые отверстия 9 и втулки 6). Причем для ротора 7 с семигранной формой профиля ротора полный оборот без проскальзывания внешней поверхности одной втулки 6 по внутренней кромке отверстия 9 происходит за одну шестую часть от полного синхронного оборота ротора 7 и силового вала 3. На протяжении этой одной шестой части оборота вала в передаче усилий с диска 8 ротора на диск 4 вала по направлению движения ротора последовательно участвуют сразу все пальцы 5. Таким именно образом усилие расширяющегося рабочего тела, выраженное в пространственном перемещении ротора 7, без торможения и задержки сразу передается на вращение силового вала 3.At the same time, in the power link of the mechanism, the inner cylindrical edges of half of the total number of circular holes 9 of the
При этом за один полный оборот семигранного ротора и вала в рабочей полости происходят семь полных циклов семи зарядов рабочего тела. Длина вращающего рычага диска 4 вала примерно в девять раз превышает длину эксцентриситета е.In this case, for one complete revolution of the hexagonal rotor and shaft, seven complete cycles of seven charges of the working fluid occur in the working cavity. The length of the rotary lever of the disk 4 of the shaft is approximately nine times the length of the eccentricity e.
Как в силовом звене вала 3, так же и в новом опорно-программном звене конструкции механизма, при начале воздействия нагретого рабочего тела на грань ротора, кроме трения втулки 11 о палец 10 и трения качения профиля гипоциклоиды 12 диска ротора по втулке 11, больше не воспроизводится никакого другого торможения, задержки в передаче усилий на опоры статора или его концентрации только на каком-то одном конкретном элементе конструкции и в конкретном направлении. Усилия с диска 8 ротора через непрерывный контакт с профилем его гипоциклоиды 12 в любой момент времени воспринимаются сразу всеми опорными пальцами 10 статора, которые изначально препятствуют любому нежелательному смещению ротора относительно коренной оси статора от запрограммированной траектории его планетарного перемещения.As in the power link of the shaft 3, as well as in the new software support link of the mechanism design, at the beginning of the action of the heated working fluid on the face of the rotor, in addition to the friction of the
Полное исключение эксцентрика из конструкции механизма секции двигателя внутреннего сгорания и замена его предложенным новым опорно-программным звеном статора позволили силовому валу секции полностью исключить упреждающее торможение ротора и вала эксцентриком в секторе верхней мертвой точки. И особенно важно, что в новом механизме это усилие теперь воспринимается, прежде всего, в фазе начала подвода теплоты к заряду, когда рабочее тело обладает наивысшей механической энергией. Это позволило включить в работу эффективное свойство силовой цевочной передачи по транслированию усилия от ротора на вал при любом угле поворота вала, особенно в фазе начала подвода теплоты к заряду рабочего тела при нахождении эксцентриситета в секторе верхней мертвой точки. Таким образом, вал стал обладать способностью восприятия всего эффективного диапазона импульса количества механической энергии нагретого рабочего тела текущего цикла. Это существенно повысило эффективность работы двигателя внутреннего сгорания.The complete exclusion of the eccentric from the design of the mechanism of the section of the internal combustion engine and its replacement with the proposed new stator support-program link allowed the section power shaft to completely exclude the forward braking of the rotor and shaft by the eccentric in the sector of top dead center. And it is especially important that in the new mechanism this effort is now perceived, first of all, in the phase of the beginning of the supply of heat to the charge, when the working fluid has the highest mechanical energy. This allowed us to include in the work an effective property of the power transmission gear for translating the force from the rotor to the shaft at any angle of rotation of the shaft, especially in the phase of the beginning of the supply of heat to the charge of the working fluid when the eccentricity is in the sector of top dead center. Thus, the shaft began to possess the ability to perceive the entire effective range of the momentum of the amount of mechanical energy of the heated working fluid of the current cycle. This significantly increased the efficiency of the internal combustion engine.
Отсутствие торможения ротора и вала при углах поворота эксцентриситета, близких к верхней мертвой точке, избавило механизм двигателя не только от больших потерь энергии при этом торможении, идущей исключительно на нагрев элементов собственной конструкции механизма двигателя, но и от выработки механизмом дополнительного количества механической энергии для отвода этого избытка теплоты от элементов своего механизма. Также механизм теперь избавлен от запасания в маховике излишней энергии предыдущего цикла рабочего тела для преодоления усилий торможения вала со стороны эксцентрика в текущем цикле. Все это также повысило эффективность работы двигателя.The absence of braking of the rotor and shaft at eccentricity angles close to top dead center saved the engine mechanism not only from large energy losses during this braking, which goes exclusively to heat the elements of the engine’s own design, but also from the mechanism generating additional amount of mechanical energy for removal this excess heat from the elements of its mechanism. Also, the mechanism is now free from storing in the flywheel the excess energy of the previous cycle of the working fluid to overcome the forces of braking of the shaft by the eccentric in the current cycle. All this also increased the efficiency of the engine.
Опорный монокривошип - эксцентрик и программная шестеренчатая передача в механизме новой секции двигателя заменены поликривошипом - набором закрепленных на статоре пальцев, на втулки качения которых, как на ролики подшипника качения, опирается профиль гипоциклоиды 12 диска ротора, который в профиле является наружным криволинейным кольцом этого подшипника качения. Механизм двигателя полностью избавился от громоздкого, сложного и дорогого в изготовлении эксцентрика, а также его быстроходных подшипников, требующих высокого качества смазки и охлаждения. Это упростило конструкцию секции, повысило надежность ее работы и уменьшило общую площадь силовых поверхностей трения, повышая эффективность работы двигателя.The support single-crank - the eccentric and the program gear in the mechanism of the new engine section are replaced by a poly-crank - a set of fingers fixed to the stator, on the rolling bushes of which, like on the roller bearings, the profile of the
С применением новой схемы секции двигателя упростилась конструкция двигателя и для двухсекционного исполнения, в котором теперь достигается надежная сбалансированность механизма без применения эксцентриков и балансировочных противовесов. В двухсекционном исполнении данной схемы опирающиеся с противоположных сторон на цевки одной плоскости статора одинаковые по массе роторы каждой секции установлены взаимно оппозитно относительно коренной оси общего для них силового вала (фиг.3). Таким образом, при работе двигателя роторы взаимно уравновешивают несбалансированные массы друг друга. Исключение из механизма балансировочных противовесов, которые должны были устанавливаться на эксцентриках секций, упростило конструкцию и повысило надежность двигателя.Using the new scheme of the engine section, the engine design has also been simplified for a two-section design, in which reliable mechanism balance is now achieved without the use of eccentrics and balancing counterweights. In a two-section design of this circuit, the rotors of each section of identical mass resting on opposite ends on the stubs of the same plane of the stator are mounted mutually opposite to the root axis of the common power shaft (Fig. 3). Thus, when the engine is running, the rotors mutually balance the unbalanced masses of each other. Exclusion from the mechanism of balancing counterweights, which were to be installed on the section eccentrics, simplified the design and increased the reliability of the engine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010133119/06A RU2455509C2 (en) | 2010-08-09 | 2010-08-09 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010133119/06A RU2455509C2 (en) | 2010-08-09 | 2010-08-09 | Internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010133119A RU2010133119A (en) | 2012-02-20 |
| RU2455509C2 true RU2455509C2 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=45854186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010133119/06A RU2455509C2 (en) | 2010-08-09 | 2010-08-09 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2455509C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556838C1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-07-20 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
| RU2602938C1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-20 | Геннадий Григорьевич Мартюшов | Rotary internal combustion engine |
| RU2634457C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-10-30 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
| RU2634458C2 (en) * | 2016-03-17 | 2017-10-30 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3242912A (en) * | 1960-12-09 | 1966-03-29 | Daimler Benz Ag | Rotary piston engine |
| US3260247A (en) * | 1960-06-11 | 1966-07-12 | Daimler Benz Ag | Rotary piston engine |
| RU2338883C1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-20 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
-
2010
- 2010-08-09 RU RU2010133119/06A patent/RU2455509C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3260247A (en) * | 1960-06-11 | 1966-07-12 | Daimler Benz Ag | Rotary piston engine |
| US3242912A (en) * | 1960-12-09 | 1966-03-29 | Daimler Benz Ag | Rotary piston engine |
| RU2338883C1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-20 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556838C1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-07-20 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
| WO2015167361A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | Сергей Вячеславович УСТИНОВИЧ | Internal combustion engine |
| RU2602938C1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-20 | Геннадий Григорьевич Мартюшов | Rotary internal combustion engine |
| RU2634457C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-10-30 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
| RU2634458C2 (en) * | 2016-03-17 | 2017-10-30 | Сергей Вячеславович Устинович | Internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010133119A (en) | 2012-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6305345B1 (en) | High-output robust rotary engine with a symmetrical drive and improved combustion efficiency having a low manufacturing cost | |
| US4270395A (en) | Motion translating mechanism | |
| CN102094710B (en) | Double-phase shock wave swing rod type high-speed internal combustion engine | |
| CN102434279A (en) | Combustion engine without crank shaft connection rod | |
| RU2455509C2 (en) | Internal combustion engine | |
| US9677401B1 (en) | Radial piston rotary device with compact gear drive mechanism | |
| WO2016095757A1 (en) | Rotary piston type working machine | |
| JP2013527355A (en) | Rotating piston steam engine with balanced rotary variable intake cutoff valve and second expansion with no back pressure in the first expansion | |
| CN102588088A (en) | Thread rotor engine | |
| US9528585B2 (en) | Piston engine | |
| US7543559B2 (en) | Gear crank mechanism for engine | |
| CA3098294A1 (en) | External heat engine with non-sinusoidal motion | |
| RU2643280C2 (en) | Rotary gear-driven engine fueled by compressible medium | |
| RU2338883C1 (en) | Internal combustion engine | |
| EA003724B1 (en) | Conversion of rectilinear reciprocating motion into rotational motion | |
| RU2556838C1 (en) | Internal combustion engine | |
| WO2012165993A1 (en) | Internal combustion engine | |
| CN101509423A (en) | Hypocycloid single cylinder diesel | |
| CN109488388B (en) | Transmission mechanism of connecting-rod-free thermomotor and transmission system of connecting-rod-free thermomotor | |
| PL180814B1 (en) | Work performing machine in particular a cat-and-mouse engine | |
| RU2778194C1 (en) | Internal combustion engine | |
| CN109630203A (en) | A kind of 8-cylinder hot-air engine opposed type transmission system and its crankshaft | |
| RU2421621C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2786301C1 (en) | Gear-crank piston machine | |
| CN210889963U (en) | Zero-backlash phase adjuster structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180810 |