RU2110691C1

RU2110691C1 - Axial internal combustion engine

Info

Publication number: RU2110691C1
Application number: RU96111704A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Шароглазов; В.В. Клементьев
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: axial internal combustion engine has housing with liner provided with scavenging and exhaust ports and pistons with splined bushings sliding along splined shafts on which gears are secured. These gears come into engagement with gears of synchronizing shaft. It has at least four transfer mechanisms, each consisting of bushing secured in engine housing and accommodating spring-loaded turnable shoe (pivot) provided with two conical sockets with solids of revolution. Transfer mechanisms for each piston are arranged diametrically opposite to each other in engine housing. In process of engine operation solids of revolution roll along endless sinusoidal grooves made on side surfaces pistons. Shoes (pivots) execute oscillatory motion around their axes depending on angle of inclination of grooves relative to piston axes. EFFECT: low mechanical stresses of parts of engine cylinder-piston group, high smoothness, shockless operation and stability of piston, high reliability and increased service life of engine. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, например двигатель Баландина, двигатель Ванкеля. Known design of rodless internal combustion engines, for example, the Balandin engine, Wankel engine.

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

Двигатель Ванкеля (Орлин А.С. и др. Двигатель внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1990, с.223) содержит корпус, ротор, камеру сгорания, источник воспламенения, выходной вал. В системе двигателя усилие от действия газов передается непосредственно вращающемуся ротору, а от ротора к выходному валу. Wankel engine (Orlin A.S. et al. Internal combustion engine. Design and operation of reciprocating and combined engines. - M .: Mashinostroenie, 1990, p.223) contains a housing, a rotor, a combustion chamber, an ignition source, and an output shaft. In the engine system, the force from the action of the gases is transmitted directly to the rotating rotor, and from the rotor to the output shaft.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с вращающимися поршнями по патенту Российской Федерации N 2057948, кл. F 01 B 9/08. Closest to the proposed engine is the design of a rodless internal combustion engine with rotating pistons according to the patent of the Russian Federation N 2057948, class. F 01 B 9/08.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит размещенные в корпусе гильзу цилиндра с продувочными и выпускными окнами, поршень, камеру сгорания, форсунку и передаточный механизм с телами вращения, взаимодействующий с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности пазы, причем поршень установлен на валу, несущем шестерню, взаимодействующую с шестерней выходного вала. The rodless internal combustion engine comprises a cylinder liner with purge and exhaust windows located in the housing, a piston, a combustion chamber, an nozzle and a transmission mechanism with rotation bodies interacting with one of the elements of the piston and piston group containing grooves on the surface, the piston mounted on a shaft carrying a gear interacting with the gear of the output shaft.

Недостатками такого двигателя являются:
конструктивная и технологическая сложность и трудоемкость изготовления основных деталей двигателя и, в первую очередь, гильзы цилиндра с криволинейным пазом на ее внутренней поверхности и деталей передаточного механизма;
высокая стоимость изготовления основных деталей двигателя вследствие их конструктивной сложности;
высокая стоимость и трудоемкость эксплуатации, технического обслуживания и ремонта двигателя;
сравнительно низкие мощностные, экономические, экологические и массогабаритные показатели.The disadvantages of such an engine are:
structural and technological complexity and the complexity of manufacturing the main engine parts and, first of all, cylinder liners with a curved groove on its inner surface and parts of the transmission mechanism;
the high cost of manufacturing the main engine parts due to their structural complexity;
high cost and laboriousness of operation, maintenance and repair of the engine;
Relatively low power, economic, environmental, and overall dimensions.

Изобретение решает задачу существенного улучшения конструкции, улучшения эксплуатационных (мощностных, экономических, экологических и массогабаритных) показателей и характеристик двигателя, повышение технологичности, снижение стоимости и трудоемкости изготовления деталей двигателя, а также его технического обслуживания и ремонта. The invention solves the problem of significantly improving the design, improving operational (power, economic, environmental and weight and size) indicators and engine characteristics, improving manufacturability, reducing the cost and complexity of manufacturing engine parts, as well as its maintenance and repair.

Это достигается тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем размещенные в корпусе гильзу цилиндра с продувочными и выпускными окнами, поршень, камеру сгорания, форсунку и передаточный механизм с телами вращения, взаимодействующий с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности пазы, поршень установлен на валу, несущем шестерню, взаимодействующую с шестерней выходного вала, а каждый из передаточных механизмов, которых в корпусе установлено по меньшей мере четыре, выполнен в виде втулки, в которой установлена подпружиненная поворотная колодка (пята), имеющая на своей полке гнезда конической формы, в которых установлены тела вращения, взаимодействующие с пазами поршня, выполненными бесконечными и криволинейными, а поршень установлен на шлицевом валу. This is achieved by the fact that in a rodless internal combustion engine containing a cylinder liner with purge and exhaust windows located in the housing, a piston, a combustion chamber, a nozzle and a transmission mechanism with rotation bodies interacting with one of the elements of the piston-cylinder group containing grooves on the surface of the piston mounted on a shaft bearing a gear interacting with the gear of the output shaft, and each of the gears, which are installed in the housing at least four, is made in the form of a sleeve, in which The second one has a spring-loaded rotary block (heel), which has conical shaped sockets on its shelf, in which rotation bodies are mounted, interacting with the piston grooves made endless and curved, and the piston is mounted on a splined shaft.

На фиг.1 представлен схематический разрез бесшатунного двигателя на примере одноцилиндровой конструкции с противоположно движущимися поршнями; на фиг. 2 представлен схематический разрез деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя при нулевом угле наклона канавки; на фиг. 3 - то же при максимальном угле наклона канавки; на фиг. 5 а), б), в) условно показано взаимное положение тел вращения в колодке и канавки при различных положениях поршня. Figure 1 presents a schematic section of a rodless engine as an example of a single-cylinder design with oppositely moving pistons; in FIG. 2 is a schematic sectional view of parts of a cylinder-piston group (CPG) of the engine at a zero angle of inclination of the groove; in FIG. 3 - the same at the maximum angle of inclination of the grooves; in FIG. 5 a), b), c) conventionally shows the relative position of the bodies of revolution in the block and the grooves at different positions of the piston.

Бесшатунный ДВС содержит корпус 1 с гильзой цилиндра 2, в которой выполнены продувочные 3 и выпускные 4 окна, поршни 5, скользящие по шлицевым валам 6 и взаимодействующие с передаточными механизмами 7; шестерни 8, закрепленные на валах 6, взаимодействующие с шестернями 9 синхронизирующего (выходного) вала 10. Отбор мощности может быть осуществлен с любого конца вала 10. The rodless internal combustion engine contains a housing 1 with a cylinder liner 2, in which purge 3 and exhaust 4 windows are made, pistons 5 sliding on splined shafts 6 and interacting with gears 7; gears 8, mounted on the shafts 6, interacting with the gears 9 of the synchronizing (output) shaft 10. The power can be taken from either end of the shaft 10.

Особенностью двигателя является наличие по меньшей мере четырех передаточных механизмов 7, конструкция каждого из которых содержит следующие основные элементы: 11 - втулка, 12 - колодка, 13 - тела вращения, 14 - опорный диск, 15 - пружина, 16 - бесконечный криволинейный паз. A feature of the engine is the presence of at least four gears 7, the design of each of which contains the following main elements: 11 - sleeve, 12 - block, 13 - bodies of revolution, 14 - supporting disk, 15 - spring, 16 - endless curved groove.

Передаточные механизмы 7 размещены в корпусе 1 бесшатунного ДВС и взаимодействуют с бесконечными криволинейными пазами 16 поршней 5. Transmission mechanisms 7 are placed in the housing 1 of the rodless ICE and interact with infinite curved grooves 16 of the pistons 5.

Двигатель работает следующим образом. В процессе сгорания и расширения газы, находящиеся в цилиндре 2, заставляют поршень 5 двигаться от ВМТ к НМТ. При этом поршни 5 посредством бесконечных синусоидальных 16 на боковых поверхностях взаимодействуют с передаточными механизмами 7, укрепленными в корпусе 1 двигателя. Вследствие перекатывания тел вращения 13 передаточных устройств 7 по пазам 16 поршней 5 поступательное движение последних преобразуется во вращательное, которое через шлицевые втулки, скользящие по шлицевым валам 6, и шестерни 8 передается на выходной вал 10 двигателя. The engine operates as follows. During combustion and expansion, the gases in cylinder 2 cause the piston 5 to move from TDC to BDC. In this case, the pistons 5 by means of infinite sinusoidal 16 on the lateral surfaces interact with the transmission mechanisms 7, mounted in the housing 1 of the engine. Due to the rolling of the bodies of revolution 13 of the transmission devices 7 along the grooves 16 of the pistons 5, the translational movement of the latter is converted into rotational, which is transmitted via splined bushings sliding along the splined shafts 6 and gears 8 to the output shaft 10 of the engine.

Перемещение поршней 5 от наружной мертвой точки (НМТ) к внутренней мертвой точке (ВМТ) осуществляется при помощи маховика (не показан). The movement of the pistons 5 from the external dead center (BDC) to the internal dead center (TDC) is carried out using a flywheel (not shown).

Такая конструкция ДВС обеспечивает значительное снижение механической напряженности деталей ЦПГ вследствие двукратного увеличения числа элементов конструкции, воспринимающих нагрузку (шариков), а также соответствующего увеличения площадей поверхностей контакта соприкасающихся деталей, как следствие п.1 возможность применения общепринятых в двигателестроении материалов ЦПГ без ухудшения технологичности и удорожания конструкции ДВС, высокую плавность движения поршня, его повышенную устойчивость в колодках (пятах), а также отсутствие в процессе работы двигателя ударных нагрузок, вибраций, неустойчивости работы, перекосов и смещений поршня, улучшение условий смазки ЦПГ вследствие высокой плавности и безударности ее работы, а также повышение топливной экономичности двигателя, повышение надежности работы и моторесурса двигателя. This design of the internal combustion engine provides a significant reduction in the mechanical tension of the CPG parts due to a twofold increase in the number of structural elements that perceive the load (balls), as well as a corresponding increase in the contact surface areas of the contacting parts, as a result of claim 1, the possibility of using CPG materials generally accepted in engine building without compromising manufacturability and appreciation ICE designs, high smoothness of piston movement, its increased stability in blocks (heels), and also absent e during operation of engine shock loads, vibration, the instability of operation, distortions and displacements of the piston, improvement of conditions due to high lubrication CPG smooth and shockless its operation, as well as improving fuel efficiency, increase reliability and service life of the engine.

Бесшатунный ДВС может быть использован в машинах и механизмах наземного транспорта, а также для привода электрогенераторов, насосов, компрессоров и других промышленных и бытовых потребителей. Rodless ICE can be used in vehicles and mechanisms of ground transport, as well as for driving electric generators, pumps, compressors and other industrial and domestic consumers.

Claims

A rodless internal combustion engine comprising a cylinder liner with purge and exhaust windows located in the housing, a piston, a combustion chamber, an injector and a transmission mechanism with rotation bodies interacting with one of the elements of the piston and piston group containing grooves on the surface, the piston being mounted on a shaft supporting gear interacting with the gear of the output shaft, characterized in that each of the gears, of which at least four are installed in the housing, is made in the form of a sleeve, in to A spring-loaded rotary block (heel) is placed which has conical shaped sockets on its shelf, in which rotation bodies are mounted, interacting with piston grooves made endless and curved, and the piston mounted on a splined shaft.