RU2203431C2

RU2203431C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2203431C2
Application number: RU2000127776A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Абрамов
Original assignee: Абрамов Борис Николаевич
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2003-04-27

Abstract

FIELD: power engineering; transport. SUBSTANCE: engine has cylinder-piston group, cylinder head with combustion chamber, timing mechanism, fuel-air mixing, fuel, lubrication and cooling systems, connecting rod, crank with two support rollers rotating in circular path. Diameter of circle of rotation of crankpin axis is smaller than diameter of circle of rotation of axes of rotation of support rollers of crank in circular path. Torque from crank is removed by coupling or planetary drive and is transmitted to engine longitudinal shaft. Torque multiplication mechanism is mounted on end of engine longitudinal shaft. Said mechanism is provided with driving and driven cranks. EFFECT: increased output power and torque and contact strength. 12 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и транспорту. The invention relates to power engineering and transport.

Наиболее близким аналогом является двигатель, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, кривошипа, шатуна и продольного вала, отличающийся тем, что кривошип вращается в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи, входят в зацепление с шестерней продольного вала (см. Двигатель внутреннего сгорания. Патент 2157899, кл.7 F 02 B 75/32, от 25.08.98 г. ). The closest analogue is an engine consisting of a cylinder-piston group, an engine head with a combustion chamber, a gas distribution mechanism, mixing systems, fuel supply, lubrication and cooling, a crank, a connecting rod and a longitudinal shaft, characterized in that the crank rotates in a circular track, relying on it with two supporting rollers, and the torque is removed from the crank by a clutch or planetary gear, while applying to the crank only the moment of resistance, and the gear of the coupling half mounted in the crankcase on a swing support, or planetary gear, are engaged with the longitudinal shaft gear (see Internal Combustion Engine. Patent 2157899, CL 7 F 02 B 75/32, dated 08.25.98).

Недостаток: диаметр вращения осей опорных роликов кривошипа равен ходу поршня, что ограничивает диаметр опорных роликов. Могут возникнуть сложности с обеспечением контактной прочности между опорным роликом и круговой дорожкой, в опоре качения опорного ролика. Disadvantage: the rotation diameter of the axes of the support rollers of the crank is equal to the stroke of the piston, which limits the diameter of the support rollers. It may be difficult to ensure contact strength between the support roller and the circular track in the rolling support of the support roller.

Имеется механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, ось вращения которого совпадает с осью его опорных подшипников, отличающийся тем, что в качестве ведомого звена применяется кривошип, вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с ведомого кривошипа муфтой, прикладывающей при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил (см. Механизм увеличения крутящего момента. Свидетельство на полезную модель 15372, кл.7 F 16 C 3/22 от 25.04.2000 г.). There is a mechanism for increasing torque, consisting of a leading crank, the axis of rotation of which coincides with the axis of its thrust bearings, characterized in that as a driven link a crank is used, rotating in a circular track, supported by two supporting rollers, and the torque is removed from the driven the crank with a clutch, applying only the moment of resistance of the couple of forces to the crank (see. Mechanism for increasing torque. Utility certificate 15372, class 7 F 16 C 3/22 of 04/25/2000).

Целью предлагаемой конструкции является увеличение выходного крутящего момента и выходной мощности двигателя при сохранении параметров цилиндропоршневой группы и оборотов. The aim of the proposed design is to increase the output torque and engine power output while maintaining the parameters of the cylinder-piston group and speed.

Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которой сохраняется цилиндропоршневая группа, головка двигателя с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, продольный вал, кривошип вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты или шестерня планетарной передачи входят в зацепление с шестерней продольного вала. This goal is achieved by the design of the engine, which retains the cylinder-piston group, the engine head with a combustion chamber, a gas distribution mechanism, a mixture formation system, fuel supply, lubrication and cooling, a connecting rod, a longitudinal shaft, a crank rotating in a circular track, supported by two support rollers, and rotating the moment is removed from the crank by a clutch or planetary gear, while applying to the crank only the moment of resistance, and the gear of the coupling half or the gear of the planetary gear are included in tseplenie with pinion longitudinal shaft.

Новым является то, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, равный ходу поршня, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящегося момента. New is that the diameter of the circle of rotation of the axis of the connecting rod neck, equal to the stroke of the piston, is less than the diameter of the circle of rotation of the axes of the support rollers of the crank in a circular track and a mechanism for increasing torque is installed at the end of the longitudinal shaft of the engine.

Причем приведены три возможных варианта конструкции шатунной оси. Из конструктивных соображений, для обеспечения нормальной работы двигателя во время тактов впуска рабочей смеси, ее сжатия и выпуска отработанных газов, кривошип может иметь дополнительные, кроме двух опорных роликов, опоры на круговую дорожку. Moreover, there are three possible design variants of the connecting rod axis. For design reasons, to ensure the normal operation of the engine during the intake strokes of the working mixture, its compression and exhaust, the crank can have additional, in addition to two support rollers, supports on a circular track.

На фиг.1 показан поперечный разрез двигателя. Figure 1 shows a cross section of the engine.

На фиг.2 - поперечный разрез двигателя с первым и вторым вариантами конструкции шатунной оси. Figure 2 is a transverse section of the engine with the first and second design variants of the connecting rod axis.

На фиг.3 показана конструкция шатунной оси первого варианта. Figure 3 shows the construction of the connecting rod axis of the first embodiment.

На фиг.4 - конструкция не вращающейся шатунной оси второго варианта. Figure 4 - design of a non-rotating connecting rod axis of the second option.

На фиг.5 показан поперечный разрез двигателя с использованием вращающегося варианта конструкции шатунной оси. Figure 5 shows a transverse section of the engine using a rotating design of the connecting rod axis.

На фиг.6 показана конструкция шатунной оси в третьем варианте. Figure 6 shows the design of the connecting rod axis in the third embodiment.

На фиг. 7 - силовая схема, получаемая в первом варианте конструкции шатунной оси. In FIG. 7 is a power circuit obtained in the first embodiment of the design of the connecting rod axis.

На фиг.8 - силовая схема, получаемая во втором варианте конструкции шатунной оси. On Fig - power circuit obtained in the second embodiment of the crank axis.

На фиг.9 - силовая схема, получаемая в третьем варианте конструкции шатунной оси. In Fig.9 is a power circuit obtained in the third embodiment of the connecting rod axis.

На фиг.10 показан продольный разрез двигателя. Figure 10 shows a longitudinal section of the engine.

На фиг. 11 - поперечный разрез ведущего кривошипа механизма увеличения крутящего момента с приложенными к нему силовыми факторами. In FIG. 11 is a cross-sectional view of a leading crank of a mechanism for increasing torque with force factors applied thereto.

На фиг. 12 - поперечный разрез и силовая схема ведомого кривошипа механизма увеличения крутящего момента. In FIG. 12 is a cross section and a power circuit of a driven crank of a torque increase mechanism.

Конструкция состоит из цилиндра 1, головки двигателя с камерой сгорания, поршня 2, шатуна 3, вращающегося кривошипа 6 в круговой дорожке 4, продольного вала 17. Имеются: механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения. Кривошип 6 опирается на круговую дорожку с помощью двух опорных роликов 5, установленных в осях 8 на опорах качения. Ось круговой дорожки перпендикулярна оси цилиндра 1. На один цилиндр приходятся две соосные между собой круговые дорожки 4, два вращающихся в них кривошипа 6 (фиг.10). Причем оси 8 опорных роликов 5 обоих кривошипов должны быть соосны между собой. Ось х-х кривошипа 6 смещена относительно оси круговой дорожки 4 на величину эксцентриситета е, что необходимо для обеспечения работоспособности системы и создания силы N приемлемой величины (фиг.1). The design consists of a cylinder 1, an engine head with a combustion chamber, a piston 2, a connecting rod 3, a rotating crank 6 in a circular track 4, a longitudinal shaft 17. There are a gas distribution mechanism, a mixture formation system, fuel supply, lubrication and cooling. The crank 6 is supported on a circular track by means of two support rollers 5 mounted in the axles 8 on the rolling bearings. The axis of the circular track is perpendicular to the axis of the cylinder 1. On one cylinder there are two circular tracks 4 coaxial to each other, two crank 6 rotating in them (Fig. 10). Moreover, the axis 8 of the support rollers 5 of both cranks should be aligned with each other. The x-axis of the crank 6 is offset relative to the axis of the circular track 4 by the amount of eccentricity e, which is necessary to ensure the operability of the system and create a force N of acceptable size (Fig. 1).

Два кривошипа 6 связаны между собой шатунной осью 9. Шатунная шейка шатунной оси описывает окружность диаметром D_ш, которая меньше окружности диаметром D_кр, описываемой осями 8 опорных роликов 5.The two cranks 6 are interconnected by the connecting rod axis 9. The connecting rod neck of the connecting rod axis describes a circle with a diameter D _w that is smaller than a circle with a diameter D _cr described by the axes 8 of the support rollers 5.

Предложены три варианта конструкции шатунной оси, создающие разные силовые схемы. Three design variants of the connecting rod axis are proposed that create different power circuits.

В первом варианте (фиг.2, 3) шатунная ось 9 крепится на кривошипах 6, минуя оси 8 двух соосных роликов 5. Тангенциальная сила Р, действующая на шатунную ось, распределяется между опорными роликами (фиг.7). Составляющая, действующая на ближайший опорный ролик, используя клиновой эффект, передается с обратным знаком на второй опорный ролик. На втором опорном ролике данная составляющая, за вычетом составляющей от силы Р, создает относительно оси первого опорного ролика момент, равный М_кр=РхБВ. Величина крутящего момента сохранена как на аналоге.In the first embodiment (figure 2, 3), the connecting rod axis 9 is mounted on the cranks 6, bypassing the axis 8 of two coaxial rollers 5. The tangential force P acting on the connecting rod axis is distributed between the support rollers (Fig. 7). The component acting on the nearest reference roller, using the wedge effect, is transmitted with the opposite sign to the second reference roller. On the second support roller, this component, minus the component of the force P, creates a moment relative to the axis of the first support roller equal to M _cr = RhBV. The magnitude of the torque stored as an analog.

Во втором варианте (фиг.2, 4) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей из двух крайних, соосных между собой, опорных шеек и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорной и шатунной шеек, равный

Опорные шейки шатунной оси 9 жестко закреплены на кривошипе 6, соосно оси 8 опорного ролика 5 так, что шатунная ось не вращается относительно кривошипа 6, а шатунная шейка постоянно описывает окружность диаметром D_ш. Тангенциальная сила Р передается (фиг.8) на ось опорного ролика, прикладывая дополнительно к кривошипу 6 момент M₁=PхАБ, направленный против вращения кривошипа. Суммарный момент создаваемый на кривошипе М_кр=РхБС. Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину РхАБ (фиг.8).In the second embodiment (figure 2, 4), the axis of the connecting rod 9 is cranked, consisting of two extreme, coaxial to each other, support necks and a knee in the form of two cheeks connected by a connecting rod neck. The radius of the knee of the connecting rod axis is the size between the central axes of the support and connecting rod journals, equal to

The supporting journals of the connecting rod axis 9 are rigidly fixed to the crank 6, coaxially to the axis 8 of the supporting roller 5 so that the connecting rod axis does not rotate relative to the crank 6, and the connecting rod journal constantly describes a circle with a diameter D _w . The tangential force P is transmitted (Fig. 8) to the axis of the support roller, additionally applying to the crank 6 a moment M ₁ = PхАБ, directed against the rotation of the crank. The total moment created on the crank M _cr = RhBS. The magnitude of the torque increased in comparison with the analogue by the value of RhAB (Fig. 8).

В третьем варианте (фиг.5, 6) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей (по фиг.6) из двух крайних, соосных между собой, опорных подшипников и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорного подшипника и шатунной шейки, равный

Опорные подшипники шатунной оси 9 установлены на осях 10 кривошипов 6, за счет чего шатунная ось может вращаться вокруг оси 10 и относительно кривошипа 6 примерно на 90^o, описывая шатунной шейкой относительно оси 10 траекторию в виде окружности с радиусом, равным радиусу колена r. Ось 10 расположена от оси опорного ролика 8 на размере R≈r. Угол вращения шатунной оси 9 ограничивается упорами 11 и 12, жестко закрепленными на кривошипе 6. Во время тактов наполнения, сжатия и выпуска, когда кривошип 6 двигает поршень 2, ось шатуна 9 прижимается к упору 11 и шатунная шейка оси 9 описывает окружность диаметром D_ш, равную ходу поршня. Во время рабочего такта, когда поршень вращает кривошип 6, под действием тангенциальной силы Р шатунная ось 9 прижимается к упору 12 и шатунная шейка располагается на окружности диаметром D_кр в положении, близком к соосному с осью 8 опорного ролика 5. Крутящий момент, создаваемый силой Р на кривошипе 6, равен М_кр=РхАС (фиг.9). Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину Рх2АБ. По совершению поршнем полезной работы около нижней мертвой точки ролик 13, установленный на оси 9, набегая плавно на кулачок 14, закрепленный в картере, поворачивает ось 9 с упора 12 на упор 11. На шатунной оси могут устанавливаться два ролика 13 и соответственно два кулака 14.In the third embodiment (FIGS. 5, 6), the axis of the connecting rod 9 is cranked, consisting (in FIG. 6) of two extreme, coaxial to each other, thrust bearings and an elbow in the form of two cheeks connected by a crank pin. The radius of the crank axis knee is the size between the central axes of the pillow block bearing and the crank pin equal to

The bearings of the connecting rod axis 9 are mounted on the axles 10 of the cranks 6, due to which the connecting rod axis can rotate around the axis 10 and relative to the crank 6 by approximately 90 ^° , describing the connecting rod neck along axis 10 with a circle trajectory with a radius equal to the knee radius r. The axis 10 is located from the axis of the support roller 8 at a size of R≈r. The rotation angle of the connecting rod axis 9 is limited by

stops

11 and 12, rigidly mounted on the crank 6. During the filling, compression and release strokes, when the crank 6 moves the piston 2, the connecting rod axis 9 is pressed against the stop 11 and the connecting rod journal of the axis 9 describes a circle with a diameter of D _w equal to the stroke of the piston. During the working cycle, when the piston rotates the crank 6, under the influence of the tangential force P, the connecting rod axis 9 is pressed against the stop 12 and the connecting rod journal is located on a circle with a diameter D _cr in a position close to the support roller 5, coaxial with the axis 8. P on the crank 6, is equal to M _cr = PxAC (Fig.9). The magnitude of the torque is increased in comparison with the analog by the value of Px2AB. Upon completion of useful work by the piston near the bottom dead center, the roller 13, mounted on the axis 9, running smoothly on the cam 14, mounted in the crankcase, rotates the axis 9 from the stop 12 to the stop 11. Two rollers 13 and, respectively, two fists 14 can be mounted on the connecting rod axis .

С кривошипа 6 крутящий момент снимается муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления. Приложение к кривошипу со стороны муфты или планетарной передачи других силовых факторов, кроме момента сопротивления, не допускается. Причем у планетарной передачи должно быть не менее трех сателлитов. Полумуфта 15 муфты (фиг.10) или центральное колесо планетарной передачи должны иметь соединение с кривошипом 6, ограничивающее их взаимное невращение друг относительно друга, и допускающее как поперечные, так и угловые взаимные перемещения в пределах, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к системе съема момента. На выходном валу ведомой полумуфты, вращающейся в подшипниковой опоре картера двигателя, установлена шестерня 16, входящая в зацепление с шестерней 7 продольного вала 17. From the crank 6, the torque is removed by a clutch or planetary gear, while applying only the moment of resistance to the crank. Application to the crank from the side of the clutch or planetary gear other force factors, except for the moment of resistance, is not allowed. Moreover, the planetary gear must have at least three satellites. The coupling half 15 of the coupling (Fig. 10) or the central wheel of the planetary gear must be connected to the crank 6, limiting their mutual non-rotation relative to each other, and allowing both transverse and angular mutual displacements within the limits that ensure the fulfillment of the requirements for the torque removal system . On the output shaft of the driven half coupling rotating in the bearing support of the crankcase, a gear 16 is installed, which engages with the gear 7 of the longitudinal shaft 17.

На конце продольного вала 17 двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента (фиг. 10), состоящий из ведущего кривошипа 18 и ведомого кривошипа 20, установленного в круговой дорожке 21, соосной с осью продольного вала 17. Кривошип 20 опирается на круговую дорожку двумя опорными роликами 22 (фиг. 12) на опорах качения. Ось кривошипа АБ смещена относительно оси круговой дорожки на величину эксцентриситета е. Ведущий кривошип 18 воздействует на ось 19 одного из опорных роликов 22 (фиг.11) кривошипа 20 так, что прикладывается только сила Q. Воздействие других силовых факторов недопустимо. На кривошипе 20 создается силовая схема, приведенная на фиг.12, увеличивающая крутящий момент при сохранении угловой скорости. Чтобы приведенная на фиг.12 силовая схема не нарушалась и было увеличение крутящего момента, необходимо чтобы муфта снимающая с кривошипа 20 крутящий момент, прикладывала к кривошипу только момент сопротивления. Воздействие других силовых факторов не допустимо. Для выполнение этих требований необходимо, чтобы соединение полумуфты 23 с кривошипом 20 было плавающим, аналогичным соединению полумуфты 15 с кривошипом 6. Ведомая полумуфта соединена с выходным валом 24 двигателя. At the end of the longitudinal shaft 17 of the engine, a torque increase mechanism is installed (Fig. 10), consisting of a leading crank 18 and a driven crank 20 installed in a circular track 21, coaxial with the axis of the longitudinal shaft 17. The crank 20 is supported on a circular track by two support rollers 22 (Fig. 12) on the rolling bearings. The axis of the crank AB is offset relative to the axis of the circular track by the amount of eccentricity e. The leading crank 18 acts on the axis 19 of one of the support rollers 22 (11) of the crank 20 so that only the force Q is applied. The influence of other force factors is unacceptable. On the crank 20, a power circuit is created, shown in Fig. 12, which increases the torque while maintaining the angular velocity. So that the power circuit shown in FIG. 12 is not violated and there is an increase in torque, it is necessary that the coupling remove the torque from the crank 20, apply only the resistance moment to the crank. The impact of other force factors is not permissible. To meet these requirements, it is necessary that the coupling of the coupling half 23 with the crank 20 is floating, similar to the coupling of the coupling half 15 with the crank 6. The driven coupling half is connected to the output shaft 24 of the engine.

Преимуществом предлагаемой конструкции со смещением окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке относительно окружности вращения оси шатунной шейки и установка на конце продольного вала двигателя механизма увеличения крутящего момента позволяют увеличить выходные силовые характеристики двигателя, момент и мощность, по сравнению с аналогом более двух раз. При этом представляется возможность увеличить диаметры опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, диаметры опор качения данных роликов, что облегчит решение вопросов контактной прочности. The advantage of the proposed design with the displacement of the circle of rotation of the axes of the supporting rollers of the crank in a circular track relative to the circumference of the rotation of the axis of the crank pin and the installation of a mechanism for increasing torque at the end of the longitudinal shaft of the engine can increase the output power characteristics of the engine, torque and power, more than twice as compared with the analogue. At the same time, it is possible to increase the diameters of the support rollers of the crank in the circular track, the diameters of the rolling bearings of these rollers, which will facilitate the solution of issues of contact strength.

Claims

An internal combustion engine consisting of a piston-cylinder group, an engine head with a combustion chamber, a gas distribution mechanism, mixing systems, fuel supply, lubrication and cooling, a connecting rod, a longitudinal shaft, at least a crank that can rotate in a circular track, supported by two supporting with rollers, with the possibility of removing torque from the crank with a clutch or planetary gear, with the ability to apply at the same time to the crank only the moment of resistance, and the gear of the half coupling, set that is mounted in the crankcase on a rolling support, or a planetary gear wheel, can be engaged with a longitudinal shaft gear, characterized in that the diameter of the circle of rotation of the axis of the connecting rod journal, connecting rod axis of the straight or crankshaft, not rotating or rotating relative to the crank in a circular track, is smaller than the circumference of the rotation of the axes of the support rollers of the crank in a circular track, and at the end of the longitudinal shaft of the engine there is a mechanism for increasing torque, consisting of a leading crank installed on the longitudinal shaft of the engine, and the driven crank, which has the ability to rotate in a circular track, supported by two support rollers, with the possibility of removing torque from the driven crank with a coupling, with the ability to apply only the moment of resistance of a couple of forces to the crank.