RU2177556C2

RU2177556C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2177556C2
Application number: RU99123744A
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Моргунов
Original assignee: Олег Иванович Моргунов
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: engine can be used in vehicles operating under variable loads. Moving pistons arranged in cylinders are connected, each, with its crankshaft by means of connecting rods. Combustion chambers are limited by cylinder walls and piston heads. Rocking frame is installed in housing. Crankshaft is secured on rocking frame. Frame is coupled with housing through control member furnished with rotating eccentrics installed in crankpins of crankshaft. Each eccentric is coupled with rocking frame and synchronizing train, for instance, gear train. EFFECT: increased efficiency owing to reduction of gas leaks from cylinders through piston seals, improved control of cylinder swept volume. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, работающим в режиме переменных нагрузок, например на транспорте. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to internal combustion engines operating in a variable load mode, for example, in transport.

Известно "Устройство для регулирования числа работающих цилиндров многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания" по патенту США N 4380977, МПК F 02 D 17/02, 1983. Указанный аналог имеет многокамерный карбюратор, половина камер которого соединена с одной половиной цилиндров, а другая половина камер - с второй половиной цилиндров. Однако такая конструкция не обеспечивает плавного автоматического регулирования рабочего объема цилиндров двигателя в зависимости от приложенной внешней нагрузки. Кроме того, на режиме отключения части цилиндров снижается коэффициент полезного действия двигателя вследствие перекачки воздуха неработающими цилиндрами. It is known "Device for controlling the number of working cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine" according to US patent N 4380977, IPC F 02 D 17/02, 1983. This analogue has a multi-chamber carburetor, half of the chambers of which are connected to one half of the cylinders, and the other half of the chambers are second half of the cylinders. However, this design does not provide smooth automatic control of the working volume of the engine cylinders, depending on the applied external load. In addition, in the off mode, part of the cylinders decreases the efficiency of the engine due to pumping air with idle cylinders.

Известен "Двигатель внутреннего сгорания" по патенту Украины N 21565 A, МПК 6 F 02 B 75/04, 1998 г., принятый за прототип. Двигатель внутреннего сгорания по прототипу содержит корпус, цилиндры с размещенными в них движущимися поршнями, каждый из которых связан с коленчатым валом при помощи шатунов, камеры сгорания, ограниченные стенками цилиндров и днищами поршней, коленчатые валы, связанные между собой зубчатой передачей, при этом двигатель снабжен качающейся рамой, установленной в корпусе, на которой закреплен один из коленчатых валов, причем качающаяся рама дополнительно связана с корпусом управляющим элементом. Famous "Internal combustion engine" according to the patent of Ukraine N 21565 A, IPC 6 F 02 B 75/04, 1998, adopted as a prototype. The internal combustion engine according to the prototype comprises a housing, cylinders with moving pistons located in them, each of which is connected to the crankshaft by means of connecting rods, combustion chambers limited by cylinder walls and piston heads, crankshafts connected by a gear, the engine being equipped with a swinging frame mounted in the housing, on which one of the crankshafts is fixed, and the swinging frame is additionally connected to the housing by a control element.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются корпус, цилиндры с размещенными в них движущимися поршнями, каждый из которых связан с коленчатым валом при помощи шатунов, камеры сгорания, ограниченные стенками цилиндров и днищами поршней, качающаяся рама, установленная в корпусе и связанная с ним управляющим элементом, коленчатый вал, закрепленный на качающейся раме. Signs of the prototype that coincide with the essential features of the claimed invention are the body, cylinders with moving pistons placed in them, each of which is connected to the crankshaft by connecting rods, combustion chambers limited by cylinder walls and piston bottoms, swinging frame installed in the housing and connected with it a control element, a crankshaft mounted on a swinging frame.

Недостатком прототипа является наличие двух коленчатых валов, связанных с помощью шатунов с поршнями, расположенными попарно в цилиндрах. Такое исполнение приводит к снижению механического коэффициента полезного действия вследствие трения двух поршней в каждом цилиндре, а также к увеличению утечки газов из цилиндров через уплотнения поршней, что снижает общий коэффициент полезного действия двигателя и, следовательно, снижает общий эффект регулирования рабочего объема цилиндров двигателя в процессе эксплуатации. The disadvantage of the prototype is the presence of two crankshafts connected by connecting rods with pistons located in pairs in the cylinders. This design reduces the mechanical efficiency due to the friction of two pistons in each cylinder, and also increases the leakage of gases from the cylinders through the piston seals, which reduces the overall efficiency of the engine and, therefore, reduces the overall effect of controlling the working volume of the engine cylinders in the process operation.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, в котором новое конструктивное выполнение коленчатого вала обеспечит повышение механического коэффициента полезного действия, снижение утечки газов из цилиндров через уплотнения поршней и, как следствие, повысит общий коэффициент полезного действия двигателя, и, следовательно, повысит общий эффект регулирования рабочего объема цилиндров двигателя в процессе эксплуатации. The basis of the invention is the task to improve the internal combustion engine, in which a new design of the crankshaft will provide an increase in mechanical efficiency, reduce gas leakage from the cylinders through the piston seals and, as a result, increase the overall efficiency of the engine, and therefore increase the overall the effect of controlling the working volume of the engine cylinders during operation.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, цилиндры с размещенными в них движущимися поршнями, каждый из которых связан с коленчатым валом при помощи шатунов, камеры сгорания, ограниченные стенками цилиндров и днищами поршней, качающуюся раму, установленную в корпусе, на которой закреплен коленчатый вал, и дополнительно связанную с корпусом управляющим элементом, согласно изобретению снабжен вращающимися эксцентриками, установленными на шатунных шейках коленчатого вала, при этом каждый эксцентрик связан с качающейся рамой синхронизирующей, например, зубчатой передачей. The problem is solved in that the internal combustion engine, comprising a housing, cylinders with moving pistons placed in them, each of which is connected to the crankshaft by connecting rods, combustion chambers limited by cylinder walls and piston heads, a swinging frame mounted in the housing, which is fixed to the crankshaft, and additionally connected to the housing by a control element, according to the invention is equipped with rotating eccentrics mounted on the crank pins of the crankshaft, with each teat is associated with a rocking frame synchronization, such as a gear.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом обеспечивается следующим. Так, вращающиеся эксцентрики, установленные на шатунных шейках коленчатого вала и связанные с качающейся рамой синхронизирующей передачей, при вращении с коленчатым валом с одной угловой скоростью, но в разном с ним направлении, обеспечивают траекторию движения нижней головки шатуна по замкнутой эллиптической кривой, что позволяет изменять величину хода поршней и положение верхней мертвой точки в зависимости от положения качающейся рамы, что приводит к изменению объема цилиндров. Наличие только одного поршня в каждом цилиндре повышает механический коэффициент полезного действия вследствие снижения сил трения в каждом цилиндре, а также уменьшает утечку газов из цилиндров двигателя, что приводит к повышению общего коэффициента полезного действия двигателя и, как результат, к повышению общего эффекта регулирования рабочего объема цилиндров двигателя в процессе эксплуатации. A causal relationship between the set of essential features of the claimed invention and the achieved technical result is ensured by the following. Thus, rotating eccentrics mounted on the connecting rod journals of the crankshaft and connected to the oscillating frame by a synchronizing gear, while rotating with the crankshaft at the same angular speed, but in different directions, provide the trajectory of the lower connecting rod head in a closed elliptic curve, which allows changing the magnitude of the piston stroke and the position of the top dead center depending on the position of the swinging frame, which leads to a change in the volume of the cylinders. The presence of only one piston in each cylinder increases the mechanical efficiency due to a decrease in the friction forces in each cylinder, and also reduces the leakage of gases from the engine cylinders, which leads to an increase in the overall efficiency of the engine and, as a result, to an increase in the overall effect of controlling the working volume engine cylinders during operation.

Двигатель внутреннего сгорания поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен схематически общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показывающий размещение узлов и деталей в другой проекции; на фиг. 3 - схема движения кривошипно-шатунного механизма при минимальном объеме цилиндров; на фиг. 4 - схема движения кривошипно-шатунного механизма при максимальном объеме цилиндров. The internal combustion engine is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic general view; in FIG. 2 is a view A in FIG. 1, showing the placement of nodes and parts in another projection; in FIG. 3 is a diagram of the movement of the crank mechanism with a minimum volume of cylinders; in FIG. 4 is a diagram of the movement of the crank mechanism with a maximum cylinder volume.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1 с цилиндром 2, коленчатого вала 3, поршня 4, соединенного шатуном 5 с указанным коленчатым валом. Коленчатый вал закреплен на качающейся раме 6, установленной в корпусе на оси 7, расположенной параллельно оси вращения коленчатого вала. Качающаяся рама связана с корпусом при помощи толкателя 8 (фиг. 2), имеющего управляющий элемент 9, например пружину. Эксцентрик 10 установлен на шатунной шейке 11 коленчатого вала с возможностью вращения и связан с качающейся рамой зубчатой передачей, состоящей из зубчатых колес 12 и 13. Зубчатое колесо 12 соединено с эксцентриком, а зубчатое колесо 13 внутреннего зацепления закреплено на качающейся раме, при этом количество зубьев зубчатого колеса 12 в два раза меньше количества зубьев зубчатого колеса 13. Зубчатое колесо 14 связано с выходным валом 15 и входит в зацепление с зубчатым колесом 16, установленным на коленчатом валу. Цилиндр снабжен клапанным устройством 17 и имеет камеру сгорания 18. Последняя образована стенками цилиндра и днищем поршня. The internal combustion engine consists of a housing 1 with a cylinder 2, a crankshaft 3, a piston 4 connected by a connecting rod 5 to the specified crankshaft. The crankshaft is mounted on a swinging frame 6 mounted in the housing on an axis 7 located parallel to the axis of rotation of the crankshaft. The swinging frame is connected to the housing by means of a pusher 8 (Fig. 2) having a control element 9, for example a spring. The eccentric 10 is mounted on the crankshaft neck 11 of the crankshaft rotatably and is connected to the swinging frame by a gear consisting of gears 12 and 13. The gear 12 is connected to the eccentric, and the internal gear 13 is fixed on the swing frame, while the number of teeth the gear wheel 12 is half the number of teeth of the gear wheel 13. The gear wheel 14 is connected to the output shaft 15 and is engaged with the gear wheel 16 mounted on the crankshaft. The cylinder is equipped with a valve device 17 and has a combustion chamber 18. The latter is formed by the walls of the cylinder and the piston bottom.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При отсутствии нагрузки, в режиме холостого хода, качающаяся рама 6 занимает положение, показанное на фиг. 2 сплошными линиями. В этом положении качающейся рамы при вращении коленчатого вала 3 зубчатое колесо 12 перекатывается по зубчатому колесу 13, при этом эксцентрик 10 будет вращаться с одинаковой угловой скоростью с коленчатым валом, но в разном с ним направлении, следовательно, геометрический центр O эксцентрика 10 (фиг. 1, 2), а вместе с ним и нижняя головка шатуна 5 будут двигаться (фиг. 3) по результирующей эллиптической замкнутой кривой, при этом ход поршня h будет минимальным и равным малой оси A эллиптической траектории. При максимальной нагрузке на двигатель, когда среднецикловое значение давления газов в камере сгорания 18 становится максимальным, поршень 4, воздействуя через шатун 5 и коленчатый вал 3, повернет, преодолевая сопротивление управляющего элемента 9, качающуюся раму 6 в новое положение, показанное на фиг. 2 штрихпунктирными линиями. При этом коленчатый вал 3 переместится в нижнее положение. Одновременно произойдет поворот эллиптической траектории движения нижней головки шатуна 5 на 90^o (фиг. 4), при этом ход поршня H будет максимальным и равным большой оси B эллиптической траектории. При других значениях внешних нагрузок на двигатель качающаяся рама 6 будет занимать промежуточное между крайними положение и, соответственно, величина рабочего хода поршня будет иметь также промежуточное значение между максимальным и минимальным. При снятии внешней нагрузки с двигателя, когда давление газов в камере сгорания 18 снизится до минимального, управляющий элемент 9 вернет качающуюся раму 6 в исходное положение.The internal combustion engine operates as follows. In the absence of load, in idle mode, the swinging frame 6 occupies the position shown in FIG. 2 solid lines. In this position of the swinging frame, when the crankshaft 3 is rotated, the gear 12 rolls along the gear 13, while the eccentric 10 will rotate at the same angular speed with the crankshaft, but in a different direction, therefore, the geometric center O of the eccentric 10 (Fig. 1, 2), and with it the lower head of the connecting rod 5 will move (Fig. 3) along the resulting elliptical closed curve, while the piston stroke h will be minimal and equal to the minor axis A of the elliptical trajectory. At maximum engine load, when the average cyclic gas pressure in the combustion chamber 18 becomes maximum, the piston 4, acting through the connecting rod 5 and the crankshaft 3, will rotate, overcoming the resistance of the control element 9, the swinging frame 6 to the new position shown in FIG. 2 dash-dotted lines. In this case, the crankshaft 3 will move to the lower position. At the same time, the elliptical trajectory of the lower head of the connecting rod 5 will rotate 90 ^° (Fig. 4), while the piston stroke H will be maximum and equal to the major axis B of the elliptical trajectory. With other values of external loads on the engine, the swinging frame 6 will occupy an intermediate position between the extreme ones and, accordingly, the stroke length of the piston will also have an intermediate value between the maximum and minimum. When removing the external load from the engine, when the gas pressure in the combustion chamber 18 drops to a minimum, the control element 9 will return the swinging frame 6 to its original position.

Новое техническое решение обеспечивает повышение механического коэффициента полезного действия двигателя вследствие снижения сил трения поршней в каждом цилиндре, а также уменьшает утечку газов из цилиндров, что приводит к повышению общего коэффициента полезного действия двигателя и, как результат, к повышению общего эффекта регулирования рабочего объема цилиндров двигателя в процессе эксплуатации. The new technical solution provides an increase in the mechanical efficiency of the engine due to a decrease in the friction forces of the pistons in each cylinder, and also reduces the leakage of gases from the cylinders, which leads to an increase in the overall efficiency of the engine and, as a result, to an increase in the overall effect of controlling the working volume of the engine cylinders during operation.

Claims

An internal combustion engine comprising a housing, cylinders with moving pistons located therein, each of which is connected to the crankshaft by connecting rods, a combustion chamber limited by the walls of the cylinders and the piston bottoms, a swing frame mounted in the housing on which the crankshaft is mounted and additionally a control element connected to the housing, characterized in that it is equipped with rotating eccentrics mounted on the crank pins of the crankshaft, with each eccentric connected to a swinging frame with synchronizing, for example, gear.