RU2539609C2

RU2539609C2 - Opposed-piston internal combustion engine

Info

Publication number: RU2539609C2
Application number: RU2013114941/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Гурьянов
Original assignee: Александр Сергеевич Гурьянов
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2015-01-20
Also published as: RU2013114941A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention can be used in internal combustion engines. Proposed engine comprises opposed cylinders (1). Said cylinders (1) are assembled into units of two cylinders at crankcase (7), pistons (2) of cylinders (1) are opposed and engaged by con-rods (3) and (27). Crankcases (7) are aligned at the frame (10) accommodating primary shaft (11) with gear wheel (18) and flywheels, countershaft (17) with flywheels and gears, power takeoff shaft (21) with gears and clutch and common shaft (24) of timing drive, feed system, ignition system, lubing system and electric power supply system. It comprises also camshaft (6) and con-rods. Two con-rods engage the pin at the rod of one pair of pistons (2) with the pins of primary shaft flywheels while two other con-rods connect the pin on con-rod of the other pair of pistons with pins of countershaft flywheels. Gear of primary shaft (11) and that of countershaft (17) are in permanent engagement. Clutch case (20) runs free on power takeoff shaft (21) and has rim and is engaged with countershaft (17) gear. Clutch discs (22) are fixed with power takeoff shaft (21).

EFFECT: simplified design, balanced pistons.

3 dwg

Description

Предлагаемый двигатель обладает двумя существенными полезными свойствами: движение поршней взаимно уравновешено, что устраняет причины вибрации и при этом не требуется дополнительно противовесов, что облегчает и удешевляет конструкцию, и второе - поршни двигателя разгружены от боковых нагрузок между стенками поршней и гильзами цилиндров. Это уменьшает трение и, следовательно, износ поршней и тем самым увеличивается моторесурс, повышается КПД и уменьшается расход топлива.The proposed engine has two significant useful properties: the movement of the pistons is mutually balanced, which eliminates the causes of vibration and does not require additional counterweights, which makes the design easier and cheaper, and the second - the engine pistons are unloaded from side loads between the walls of the pistons and cylinder liners. This reduces friction and, consequently, the wear of the pistons and thereby increases the service life, increases the efficiency and reduces fuel consumption.

Двигатели, в которых поршни соединены штоками и двигаются навстречу или в противоположных направлениях, известны. См. Л. 1. Патент РФ №2296871. Этот патент принят за прототип.Engines in which the pistons are connected by rods and move towards or in opposite directions are known. See L. 1. RF patent No. 2296871. This patent is taken as a prototype.

Недостатки прототипа. Поршни двигаются каждый по своей оси. Силы инерции и создаваемый ими инерционный момент - плечо этого момента - расстояние между осями цилиндров, в которых одновременно совершается рабочий ход, является причиной неуравновешенности и вибрации. См. Л. 2., Неугодников Н., Двухцилиндровый двигатель «ОКИ», “За рулем”, 9/91, стр. 11. В упомянутом патенте такое плечо есть - это четверть оборота центрального вала. В прототипе отсутствуют свечи зажигания или форсунки, без которых двигатель внутреннего сгорания работать не может. Также недостаток прототипа - большое число цилиндров - 16, что серьезно усложняет конструкцию. В предлагаемой конструкции оси всех цилиндров совпадают - источник вибрации сведен к минимуму.The disadvantages of the prototype. Pistons move each along its axis. The inertial forces and the inertial moment created by them - the shoulder of this moment - the distance between the axes of the cylinders in which the working stroke is simultaneously performed, is the cause of imbalance and vibration. See L. 2., Neugodnikov N., Two-cylinder engine “OKI”, “Driving”, 9/91, p. 11. In the aforementioned patent there is such a shoulder - this is a quarter of a revolution of the central shaft. In the prototype there are no spark plugs or nozzles, without which the internal combustion engine cannot work. Also, the disadvantage of the prototype is a large number of cylinders - 16, which seriously complicates the design. In the proposed design, the axes of all cylinders are the same - the vibration source is minimized.

Известны конструкции, в которых поршни разгружены от боковых усилий. См. Л. 3. Баландин С.С., Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Машиностроение. 1972. стр. 4. В этой конструкции цилиндры расположены оппозитно, поршни соединены штоками, и. следовательно,. двигаются в одном направлении, а для снижения вибрации используют встречное движение в другой четверке цилиндров. Чем больше цилиндров, тем меньше вибрации, но это приводит к многоцилиндровой схеме. Расположение цилиндров по Х-образной или ┼-образной схеме цилиндров существенно усложняет эксплуатацию. Конструкция известна давно, но распространения не получила.Known designs in which the pistons are unloaded from lateral forces. See L. 3. Balandin SS, Rodless piston internal combustion engines. Engineering. 1972. p. 4. In this design, the cylinders are opposite, the pistons are connected by rods, and. hence,. move in one direction, and to reduce vibration, use the oncoming movement in the other four cylinders. The more cylinders, the less vibration, but this leads to a multi-cylinder circuit. The arrangement of the cylinders in the X-shaped or ┼-shaped cylinder layout significantly complicates the operation. The design has been known for a long time, but has not received distribution.

На фиг. 1 показан общий вид двигателя,In FIG. 1 shows a general view of the engine,

на фиг.2 показан разрез фиг.1,figure 2 shows a section of figure 1,

на фиг.3 показан узел фиг.1. figure 3 shows the node of figure 1.

Двигатель содержит четыре цилиндра 1, четыре поршня 2. Два штока 3 и 27, клапаны 4, свечи 5, два картера 7. На каждом картере размещены два цилиндра. Цилиндры расположены противоположно - оппозитно. См. Л. 4. Роговцев В.Л. и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт, 1991. Стр. 20-21, рис. 1.5, г. Со штоком 3 соединен палец 8, а со штоком 27 соединен палец 25. Картеры соосно расположены на раме 10. Также на раме 10 расположены первичный вал 11, промежуточный вал 17 и вал отбора мощности 21. На концах валов 11 и 17 неподвижно посажены маховики 14 и 16. Маховики - это металлические диски с максимальным размещением металла на ободе. Они служат для накопления энергии при рабочем ходе поршней и обеспечивают движение поршней во время вспомогательных тактов и для прохода поршней через мертвые точки. Для превращения возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение валов 11 и 17 служат шатуны 26 и 12. Шатуны - это металлические стержни, на концах которых имеются кольцеобразные наконечники, называемые головками. На маховиках 14 и 16 имеются эксцентрично расположенные пальцы. Оси пальцев на маховиках каждой оси параллельны осям валов, на которых насажены маховики. Расстояние между осями пальцев и валов равно половине расстояния хода поршней. Связь между пальцами на штоках поршней и пальцами на маховиках осуществляют шатуны 12 и 26. Два шатуна 12 для связи пальца 8 с пальцами 15 и два шатуна 26 для связи пальца 25 с пальцами 13. Так образуется эксцентриковый механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение валов. Симметричное расположение шатунов относительно оси цилиндров, практически исключает изгибающие нагрузки на штоки и соответственно, на поршни. Расположение шатунов позволяет сравнительно легко установить подшипники качения в головки шатунов, что уменьшит потери на трение, повысит КПД и моторесурс. Для исключения дисбаланса и уменьшения вибраций, вызываемых несимметричным расположением пальцев и шатунов на маховиках, маховики снабжены противовесами на сторонах? противоположных пальцам.The engine contains four cylinders 1, four pistons 2. Two rods 3 and 27, valves 4, spark plugs 5, two crankcase 7. Two cylinders are placed on each crankcase. Cylinders are located opposite - opposite. See L. 4. Rogovtsev V.L. and other device and operation of vehicles. M .: Transport, 1991. p. 20-21, fig. 1.5, d. A pin 8 is connected to the rod 3, and a pin 25 is connected to the rod 27. The crankcases are coaxially located on the frame 10. Also on the frame 10 are the primary shaft 11, the intermediate shaft 17 and the power take-off shaft 21. At the ends of the shafts 11 and 17 flywheels 14 and 16 are fixedly mounted. Flywheels are metal disks with maximum metal placement on the rim. They serve to accumulate energy during the working stroke of the pistons and provide the movement of the pistons during auxiliary cycles and for the passage of the pistons through the dead points. To turn the reciprocating motion of the pistons into the rotational movement of the shafts 11 and 17, the connecting rods 26 and 12 are used. The connecting rods are metal rods at the ends of which there are ring-shaped tips called heads. The flywheels 14 and 16 have eccentric fingers. The axes of the fingers on the flywheels of each axis are parallel to the axes of the shafts on which the flywheels are mounted. The distance between the axes of the fingers and the shafts is equal to half the stroke distance of the pistons. The connecting rods 12 and 26 communicate between the fingers on the piston rods and the fingers on the flywheel. Two connecting rods 12 for connecting the finger 8 with the fingers 15 and two connecting rods 26 for connecting the finger 25 with the fingers 13. This creates an eccentric mechanism that converts the reciprocating movement of the pistons into rotational movement of the shafts. The symmetrical arrangement of the connecting rods relative to the axis of the cylinders virtually eliminates bending loads on the rods and, accordingly, on the pistons. The arrangement of the connecting rods makes it relatively easy to install the rolling bearings in the connecting rod heads, which will reduce friction losses, increase efficiency and motor life. To eliminate the imbalance and reduce vibrations caused by the asymmetrical arrangement of the fingers and connecting rods on the flywheels, are the flywheels equipped with counterweights on the sides? opposite fingers.

Сопряжение пальцев 8 и 25 со штоками 3 и 27 желательно иметь прямоугольной формы. Между деталями должен быть зазор, исключающий передачу боковых усилий на поршни 2 от пальцев 8 и 25 через штоки 3 и 27. Этот зазор должен быть несколько больше зазора между ползунами 9 и картерами 7. Штоки 3 и 27 должны передавать усилия только вдоль своей оси. Поскольку сопряжения ползунов с картерами работают в зоне нормальных температур, то потери на трение могут быть минимальные за счет применения материалов с малыми коэффициентами трения.The coupling of the fingers 8 and 25 with the rods 3 and 27, it is desirable to have a rectangular shape. Between the parts there should be a gap that excludes the transmission of lateral forces to the pistons 2 from the fingers 8 and 25 through the rods 3 and 27. This gap should be slightly larger than the gap between the sliders 9 and the crankcase 7. The rods 3 and 27 should transmit forces only along their axis. Since the interface of the sliders with the crankcases operate in the normal temperature zone, friction losses can be minimal due to the use of materials with low friction coefficients.

Валы 11 и 17 снабжены неподвижно посаженными зубчатыми колесами 18 и 19. Колеса 18 и 19 одинаковые по размерам и находятся в постоянном зацеплении с передаточным отношением 1:1. При сборке двигателя колеса 18 и 19 устанавливают так, чтобы поршни работали синхронно, т.е. одновременно приходили или в ВМТ /верхние мертвые точки/, или в НМТ /нижние мертвые точки/. При этом должны одновременно происходить рабочие такты в крайних и одновременно рабочие такты в средних цилиндрах. Так же одновременно должны происходить вспомогательные такты. Для этого надо предварительно согласовать положение пальцев 15 на маховиках 16 и пальцев 13 на маховиках 14 с зубчатым колесом 19 и зубчатым колесом 18 и нанести на колеса 18 и 19 установочные метки. Такая работа обеспечит взаимную компенсацию сил инерции поршней и штоков. Зубчатое колесо 19 находится в постоянном зацеплении с кожухом сцепления 20, который свободно вращается на валу отбора мощности 21. Кожух 20 и диски 22, неподвижно сидящие на валу 21. совместно образуют сцепление, при включении которого движение поршней 2 передается на вал 21. Кожух 20 может быть выполнен как единая деталь, или может быть составным, и иметь венец с зубьями, выполненный в виде отдельной детали, соединенной с колесом. См. Л. 5. Мовнин М.С. и др. Техническая механика, ч. III, Детали машин, Судпромгиз, 1963, стр. 158, рис. 119 и стр. 112, рис. 137. Вал 17 через зубчатое колесо 19 и постоянно с ним связанное зубчатое колесо сцепления 20, при включении сцепления, передает вращение на вал отбора мощности 21.The shafts 11 and 17 are equipped with fixed gears 18 and 19. The wheels 18 and 19 are the same in size and are in constant gear with a gear ratio of 1: 1. When assembling the engine, the wheels 18 and 19 are set so that the pistons work synchronously, i.e. at the same time they came either to TDC / upper dead center /, or to BDC / lower dead center /. At the same time, working cycles in the extreme and simultaneously working cycles in the middle cylinders should occur. At the same time, auxiliary measures should occur. To do this, you must first agree on the position of the fingers 15 on the flywheel 16 and the fingers 13 on the flywheel 14 with the gear wheel 19 and the gear wheel 18 and apply alignment marks on the wheels 18 and 19. Such work will provide mutual compensation of the inertia forces of the pistons and rods. The gear wheel 19 is in constant engagement with the clutch casing 20, which rotates freely on the power take-off shaft 21. The casing 20 and the disks 22, which are stationary on the shaft 21. together form a clutch, when turned on, the movement of the pistons 2 is transmitted to the shaft 21. The casing 20 can be made as a single part, or can be composite, and have a crown with teeth, made in the form of a separate part connected to the wheel. See L. 5. Movnin M.S. et al. Technical Mechanics, Part III, Machine Parts, Sudpromgiz, 1963, p. 158, Fig. 119 and p. 112, fig. 137. The shaft 17 through the gear wheel 19 and the constantly connected clutch gear 20, when the clutch is engaged, transmits rotation to the power take-off shaft 21.

Газораспределительная система двигателя состоит из общего вала привода 24, распределительных валов 6, отдельного для каждого цилиндра и клапанов 4. Вал 24 получает вращение от вала 17 через неподвижно закрепленные конические зубчатые колеса 23 и 28, а распределительные валы 6 от вала 24 через конические зубчатые колеса 29 и 30. На валах 6 имеются кулачки, которые воздействуют на клапаны 4. Зубчатое колесо 31, неподвижно закрепленное на валу 24, предназначено для привода механизмов зажигания, смазки, питания, электроснабжения.The engine gas distribution system consists of a common drive shaft 24, camshafts 6, separate for each cylinder and valves 4. The shaft 24 receives rotation from the shaft 17 through the fixed bevel gears 23 and 28, and the camshafts 6 from the shaft 24 through the bevel gears 29 and 30. On the shafts 6 there are cams that act on the valves 4. The gear 31 fixedly mounted on the shaft 24 is designed to drive the ignition, lubrication, power, and power supply mechanisms.

Достоинства конструкцииDesign Advantages

1. Практическое отсутствие вибраций.1. The practical lack of vibration.

2. Практическое отсутствие трения между поршнями и гильзами цилиндров, что увеличивает моторесурс, повышает КПД и уменьшает расход топлива.2. The practical absence of friction between the pistons and cylinder liners, which increases the service life, increases efficiency and reduces fuel consumption.

3. Доступность к каждому цилиндру в отдельности при эксплуатации и ремонте.3. Accessibility to each cylinder separately during operation and repair.

4. Простота конструкции - отсутствуют сложные детали - коленчатый вал и блок цилиндров.4. Simplicity of design - there are no complex details - a crankshaft and a cylinder block.

Перечень обозначений на фигурахThe list of symbols on the figures

1 - Цилиндр; 2 - Поршень; 3 - Шток; 4 - клапан; 5 - Свеча зажигания; 6 - Распределительный вал; 7 - Картер; 8 - Палец; 9 - Ползун;1 - cylinder; 2 - Piston; 3 - Stock; 4 - valve; 5 - spark plug; 6 - a camshaft; 7 - Carter; 8 - Finger; 9 - Slider;

10 - Рама;10 - Frame;

11 - Первичный вал; 12 - Шатун; 13 - Палец; 14 - Маховик;11 - a primary shaft; 12 - Connecting Rod; 13 - Finger; 14 - flywheel;

15 - Палец; 16 - Маховик; 17 - Промежуточный вал;15 - Finger; 16 - Flywheel; 17 - the intermediate shaft;

18 - Зубчатое колесо;18 - a gear wheel;

19 - Зубчатое колесо; 20 -. Кожух; 21 - Вал отбора мощности; 22 - Диск сцепления; 23 - коническое зубчатое колесо; 24 - Общий вал привода газораспределительных механизмов; 25 - Палец; 26 - Шатун; 27 - Шток; 28 - Коническое зубчатое колесо; 29 - Коническое зубчатое колесо; 30 - Коническое зубчатое колесо; 31 - Зубчатое колесо.19 - a gear wheel; twenty -. Casing; 21 - power take-off shaft; 22 - Clutch disc; 23 - bevel gear; 24 - Common shaft drive gas distribution mechanisms; 25 - Finger; 26 - connecting rod; 27 - Stock; 28 - Bevel gear; 29 - Bevel gear; 30 - Bevel gear; 31 - Toothed wheel.

Claims

Оппозитный двигатель внутреннего сгорания, поршневой с оппозитно расположенными цилиндрами, цилиндры собраны в блоки по два цилиндра на картере, поршни цилиндров расположены оппозитно и соединены штоками, отличающийся тем, что картеры соосно размещены на раме, где также размещены первичный вал с зубчатым колесом и маховиками, промежуточный вал с маховиками и зубчатыми колесами, вал отбора мощности с зубчатым колесом и сцеплением, общий вал привода газораспределительных механизмов, систем питания, зажигания, смазки, электроснабжения, распределительные валы и шатуны, два шатуна соединяют палец на штоке одной пары поршней с пальцами на маховиках первичного вала, а два других шатуна соединяют палец на штоке второй пары поршней с пальцами на маховиках промежуточного вала, зубчатое колесо первичного вала и зубчатое колесо промежуточного вала находятся в постоянном зацеплении, кожух сцепления свободно вращается на валу отбора мощности, имеет зубчатый венец и соединен с зубчатым колесом промежуточного вала, диски сцепления неподвижно связаны с валом отбора мощности. The box-type internal combustion engine is a reciprocating piston with opposed cylinders, the cylinders are arranged in blocks of two cylinders per crankcase, the pistons of the cylinders are opposed and connected by rods, characterized in that the crankcases are coaxially placed on the frame, where the input shaft with a gear wheel and flywheels is also located intermediate shaft with flywheels and gears, power take-off shaft with gear and clutch, common drive shaft of gas distribution mechanisms, power systems, ignition, lubrication, power supply, ra camshafts and connecting rods, two connecting rods connect the finger on the rod of one pair of pistons with the fingers on the flywheels of the input shaft, and the other two connecting rods connect the finger on the rod of the second pair of pistons with the fingers on the flywheels of the intermediate shaft, the gear wheel of the primary shaft and the gear wheel of the intermediate shaft constant engagement, the clutch cover rotates freely on the power take-off shaft, has a ring gear and is connected to the gear wheel of the intermediate shaft, the clutch discs are fixedly connected to the power take-off shaft.